JP2003037315A

JP2003037315A - 直交励起型レーザ発振器

Info

Publication number: JP2003037315A
Application number: JP2001221034A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Hara; 正一郎原; Koji Funaoka; 幸治船岡; Takao Obara; 隆雄小原; Satoshi Nishida; 聡西田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】直交励起型レーザ発振器において、発振器筐
体の熱変形にかかわらず、アパーチャの位置がレーザビ
ームの光軸と高精度に同軸を保つことができる直交励起
型レーザ発振器を得ること。【解決手段】発振器筐体１と、前記発振器筐体１の両
側に設置され、光共振器を構成する光学部品をそれぞれ
支持する一対の光学基台９、７と、前記光学部品間を往
復する光を通過させる開口を有する一対のアパーチャ１
７、１８と、前記一対の光学基台９、７と前記発振器筐
体１との間を接続する一対のベローズ１１、１０と、を
備える直交励起型レーザ発振器において、前記アパーチ
ャ１７、１８を前記ベローズ１１、１０内で延在する少
なくとも３本以上の支持部材４１、４２を介して前記光
学基台９、７側に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光共振器から取
り出すレーザ光のビームモードを決定するアパーチャの
支持構造を改良した直交励起型レーザ発振器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図４〜図６は、特開２０００−１８３４
２５号公報に開示されている従来型の直交励起型レーザ
発振器の構造を示すものであり、図４は直交励起型レー
ザ発振器の斜視図を、図５はその側面図を、そして図６
はその側面断面図を示す。

【０００３】直交励起型レーザ発振器はＣＯ₂ガス等の
レーザ媒体ガスが封入された密閉構造の発振器筐体１を
有しており、発振器筐体１内には、レーザビーム発生用
の放電電極２ａ、２ｂと、レーザ媒体ガスを冷却する熱
交換器３と、レーザ媒体ガスを循環させる送風器４と、
放電電極２ａ、２ｂ間を通過したレーザ媒体ガスを熱交
換器３に戻すダクト５とが設けられている。

【０００４】図６において、レーザ共振部は、出射側共
振部６ａと全反射側共振部６ｂとからなる。この図で、
８０はレーザ共振部から取り出されるレーザ光、８１は
放電によってレーザ媒質が励起される励起領域、８２は
レーザ媒質が遷移の際に発する光子およびその方向、１
５は部分反射鏡、１６は全反射鏡である。部分反射鏡１
５と全反射鏡１６を発振器筐体１の光軸方向の両側に配
置することにより共振空間部を構成している。部分反射
鏡１５と全反射鏡１６は、それぞれ反射鏡ホルダ３１、
３３により同一光軸上に互いに平行に固定されている。
また、反射鏡ホルダ３１は前部光学基台９に、反射鏡ホ
ルダ３３は後部光学基台７に固定されている。

【０００５】アパーチャ１７、１８はレーザ光のモード
次数を決定する。吸収体１９はアパーチャ１７の励起領
域１３側に配置され、吸収体２０は同様にアパーチャ１
８の励起領域１３側に配置される。アパーチャ１７と吸
収体１９はアパーチャホルダ３２に、アパーチャ１８と
吸収体２０はアパーチャホルダ３４に、それぞれ固定さ
れている。また、アパーチャホルダ３２、３４は発振器
筐体１に固定されている。発振器筐体１と後部光学基台
７および発振器筐体１と前部光学基台９は、それぞれ、
レーザビーム通過部分をベローズ１０、１１によって接
続されている。

【０００６】後部光学基台７と前部光学基台９とは、下
部１本、上部２本の合計３本のレーザビーム進行方向
（光軸方向）に延在する支持棒１２、１３、１４によっ
て互いに剛固に接続されている。発振器筐体１上側にお
ける支持棒１３、１４は、それぞれ軸方向中央部がブラ
ケット２１、２２によって発振器筐体１上面の光軸方向
中央部分に接続されている。熱変形の少ない送風器４側
に位置する支持棒１３の発振器筐体１に対するブラケッ
ト２１による中央部接続は完全な固定接続であり、他方
の高温側に位置する支持棒１４の発振器筐体１に対する
ブラケット２２による中央部接続は軸方向および高さ方
向の動きを拘束した可動接続とされている。また、下部
の支持棒１２は発振器筐体１とブラケットによる接続は
なされておらず、下部の支持棒１２の両端が光学基台
９、７に固定されているのみである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来型の直交励
起型レーザ発振器の構造では、３本の支持棒１２、１
３、１４とブラケット２１、２２による支持構造によっ
て、レーザ媒質ガスの温度分布による２つの光学基台
７、９間の位置関係の変化を抑えることが可能であるけ
れども、発振器筐体１はレーザ媒質ガスの温度分布によ
って自由に熱変形するため、その両端面の位置や角度は
変化してしまう。しかし、上記従来技術では、アパーチ
ャホルダ３２、３４は発振器筐体１に取り付けられてい
るので、発振器筐体１の両端面に取り付けられたアパー
チャホルダ３２、３４の位置は発振器筐体１の熱変形と
共に変化してしまい、アパーチャホルダ３２、３４に固
定されているアパーチャ１７、１８がレーザビームの光
軸から偏芯してしまうという問題点があった。その結
果、レーザビームのビームモードが軸対称でなくなり、
レーザビームの品質が落ちてしまい、レーザ光の使用用
途である切断等の加工品質に悪影響を及ぼしていた。

【０００８】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
発振器筐体の熱変形にかかわらず、アパーチャの位置を
レーザビームの光軸と高精度に同軸に保つことができる
直交励起型レーザ発振器を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる直交励起型レーザ発振器は、発振
器筐体と、前記発振器筐体の両側に設置され、光共振器
を構成する光学部品をそれぞれ支持する一対の光学基台
と、前記光学部品間を往復する光を通過させる開口を有
する一対のアパーチャと、前記一対の光学基台と前記発
振器筐体との間を接続する一対のベローズと、を備える
直交励起型レーザ発振器において、前記アパーチャを前
記ベローズ内で延在する少なくとも３本以上の支持部材
を介して前記光学基台側に取り付けたことを特徴とす
る。

【００１０】この発明によれば、少なくとも３本以上の
支持部材を介してアパーチャが光学基台に取り付けられ
る。すなわち、アパーチャは発振器筐体とは接続されて
おらず、光学基台に取り付けられているので、発振器筐
体が熱変形を起こしても、アパーチャと光学基台に支持
される共振器用の光学部品との精密な位置関係が損なわ
れることがない。

【００１１】つぎの発明にかかる直交励起型レーザ発振
器は、上記の発明において、前記支持部材と前記アパー
チャとで構成される構造体の固有振動数が６１Ｈｚ以上
１２０Ｈｚ未満となるように、前記支持部材の径が選択
されたものであることを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、支持部材とアパーチャ
とで構成される構造体の固有振動数が６１Ｈｚ以上１２
０Ｈｚ未満となるように、支持部材の径が細めに選択さ
れるので、アパーチャの熱膨張による変形は支持部材が
曲がることによって吸収され、光学基台へ熱変形の影響
が及ぼされることがない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる直交励起型レーザ発振器の好適な実施の形
態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の
実施の形態において上述の従来例と同一の構成要素につ
いては、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付し
ている。

【００１４】実施の形態１．図１は、この発明による直
交励起型レーザ発振器の実施の形態１を示す側面断面図
であり、図２は図１の矢印Ａの方向から見た正面図であ
る。図１および図２において、１は発振器筐体であり、
発振器筐体１内には、先の図４または図５に示したよう
にレーザビーム発生用の放電電極と、レーザ媒体ガスを
冷却する熱交換器と、レーザ媒体ガスを循環させる送風
器と、ダクトとが設けられている。レーザ共振部は、出
射側共振部６ａと全反射側共振部６ｂとからなる。８０
はレーザ共振部から取り出されるレーザ光、８１は放電
によってレーザ媒質が励起される励起領域、８２はレー
ザ媒質が遷移の際に発する光子およびその方向、１５は
部分反射鏡、１６は全反射鏡である。部分反射鏡１５と
全反射鏡１６を発振器筐体１の光軸方向の両側に配置す
ることにより共振空間部を構成している。部分反射鏡１
５と全反射鏡１６は、それぞれ反射鏡ホルダ３１、３３
により同一光軸上に互いに平行に固定されており、これ
ら部分反射鏡１５および全反射鏡１６によって光共振器
を構成している。また、反射鏡ホルダ３１は前部光学基
台９に、反射鏡ホルダ３３は後部光学基台７に固定され
ている。発振器筐体１と後部光学基台７および発振器筐
体１と前部光学基台９は、それぞれ、レーザビーム通過
部分をベローズ１０、１１によって接続されている。

【００１５】１７、１８は反射型のアパーチャであり、
吸収体１９はアパーチャ１７の励起領域１３側に配置さ
れ、吸収体２０は同様にアパーチャ１８の励起領域１３
側に配置される。アパーチャ１７と吸収体１９はアパー
チャホルダ３２に、アパーチャ１８と吸収体２０はアパ
ーチャホルダ３４に、それぞれ固定されている。

【００１６】また、この場合発振器筐体１と光学基台
７、９とは、先の図４、図５に示した従来技術と同様、
３本の支持棒１２、１３、１４によって連結されてい
る。すなわち、後部光学基台７と前部光学基台９とは、
下部１本、上部２本の合計３本のレーザビーム進行方向
（光軸方向）に延在する支持棒１２、１３、１４によっ
て互いに剛固に接続されている。発振器筐体１上側にお
ける支持棒１３、１４は、それぞれ軸方向中央部がブラ
ケット２１、２２によって発振器筐体１上面の光軸方向
中央部分に接続されている。熱変形の少ない送風器４側
に位置する支持棒１３の発振器筐体１に対するブラケッ
ト２１による中央部接続は完全な固定接続であり、他方
の高温側に位置する支持棒１４の発振器筐体１に対する
ブラケット２２による中央部接続は軸方向および高さ方
向の動きを拘束した可動接続とされている。すなわち、
ブラケット２２は、図示矢印方向にスライド可能となっ
ている。また、下部の支持棒１２は発振器筐体１とブラ
ケットによる接続はなされておらず、下部の支持棒１２
の両端が光学基台９、７に固定されているのみである。

【００１７】ここで、この実施の形態１では、アパーチ
ャホルダ３２は、発振器筐体１に取り付けられるのでは
なく、少なくとも３本以上の支持部材４１によって反射
鏡ホルダ３１に取り付けるようにしている。同様にアパ
ーチャホルダ３４は、少なくとも３本以上の支持部材４
２によって反射鏡ホルダ３３に取り付けられている。

【００１８】これらの支持部材４１、４２は、一方の端
部が反射鏡ホルダ３１、３３側に固定され、他方の端部
がアパーチャホルダ３２側に固定されており、反射鏡ホ
ルダ３１上で、レーザビームの光軸を中心とする円の円
周上に等間隔に配置される。支持部材４１、４２は、図
１に示されるように、ベローズ１１、１０を貫通するよ
うにベローズ１１、１０内に延在されている。アパーチ
ャホルダ３２、３４は、発振器筐体１の熱変形によっ
て、発振器筐体１と接触しないように発振器筐体１と間
隔を置いて配置されている。

【００１９】アパーチャ１７、１８の位置は、光学基台
９、７の位置によって決まり、発振器筐体１が熱変形し
ても、その影響を受けない。したがって、発振器筐体１
が熱変形を起こしてもそれに影響されることなく、アパ
ーチャ１７、１８の位置をレーザ光軸と高精度に同軸を
保ったまま維持することができ、レーザビームの品質を
高品位に保つことができる。

【００２０】なお、この実施の形態１では、アパーチャ
ホルダ３２、３４を支持するための支持部材４１、４２
の端部が、反射鏡ホルダ３１、３３に固定されるように
したが、これら支持部材４１、４２を光学基台９、７に
固定するように構成しても良い。また、この実施の形態
１では、反射型アパーチャ１７、１８を用いた場合を説
明したが、反射型アパーチャの代わりに吸収型アパーチ
ャを使用しても良い。

【００２１】また、この実施の形態１では、３本の支持
棒１２、１３、１４で一対の光学基台９、７を支持し、
その支持棒１２、１３、１４の一部が発振器筐体１に固
定されるようにしたが、他に例えば、上部の支持棒１
３、１４それぞれが発振器筐体１の上面と少なくとも２
箇所以上で、発振器筐体１上面の面内方向に自由度を有
する形態で、接続されるものであっても良い。また、４
本以上の支持棒を用いて光学基台９、７を連結しても良
い。さらに、光学基台９、７間を連結する支持棒１２、
１３、１４を用いることなく、ベース板上に発振器筐体
および光学基台を載置し、適宜の部材によって光学基台
９、７を平行関係を保つようにベース板上に固定するよ
うな実施にもこの発明を適用することができる。

【００２２】実施の形態２．つぎに、この発明の実施の
形態２について説明する。レーザ発振器の使用中には、
アパーチャ１７、１８の温度が上昇し、そのアパーチャ
１７、１８の熱がアパーチャホルダ３２、３４へ伝わ
り、アパーチャホルダ３２、３４は熱膨張する。そこ
で、この実施の形態２においては、支持部材４１の径と
アパーチャホルダ１７、１８の熱膨張を考慮して支持部
材４１、４２の径を設定するようにしている。

【００２３】上記したように、レーザ発振器の運転が続
くとアパーチャ１７、１８の温度が上昇し、その熱によ
ってアパーチャホルダ３２、３４が熱膨張するので、支
持部材４１、４２の径を十分に細くすることが望まし
い。もし、支持部材４１、４２の径を細くしない場合に
は、支持部材４１、４２が変形しにくくなるために、ア
パーチャホルダ３２、３４の熱膨張が支持部材４１、４
２を介して反射鏡ホルダ３１、３３へ伝わり、反射鏡ホ
ルダ３１、３３の変形を引き起こす。また、反射鏡ホル
ダ３１、３３の変形は、反射鏡１５、１６の変形を引き
起こし、レーザビームの品質を劣化させる原因となって
しまう。さらに、反射鏡ホルダ３１、３３の変形は、同
時に光学基台９、７の変形も引き起こし、この光学基台
９、７に対する変形力は、光共振器の変形につながり、
レーザビームのアライメントの狂いにつながってしま
う。そのため、支持部材４１、４２の径を細くすること
が有効となる。

【００２４】図３は、この実施の形態２におけるアパー
チャホルダが熱膨張した場合の出射側共振部６ａの状態
を示す側面断面図である。１は発振器筐体を、９は前部
光学基台を、１５は部分反射鏡を、３１は反射鏡ホルダ
を、３２はアパーチャホルダを、そして４１はアパーチ
ャホルダ３２を反射鏡ホルダ３１に固定するための支持
部材をそれぞれ表している。

【００２５】支持部材４１の径を細くすることによっ
て、アパーチャホルダ３２の熱膨張が発生しても、図３
に示すように支持部材４１が容易に変形し、曲げられる
ので、熱膨張によるアパーチャホルダ３２の変形が支持
部材４１の曲げによって吸収され、その結果、反射鏡ホ
ルダ３１と前部光学基台９の変形を抑えることができ
る。

【００２６】しかし、支持部材４１をあまりにも細くし
てしまうと、支持部材４１、４２とアパーチャホルダ３
２、３４、アパーチャ１７、１８、吸収体１９、２０と
で構成される構造体の固有振動数が低下してしまう。そ
して、一般に５０または６０Ｈｚで回転する発振器筐体
１内の送風器等の加振により、その構造体が共振する可
能性がある。そこで、上記固有振動数を６１Ｈｚ以上と
なるような支持部材４１の径を選択する必要がある。

【００２７】例えば、一方のアパーチャホルダ３２、ア
パーチャ１７および吸収体１９の質量合計を２．１ｋ
ｇ、支持部材４１、４２の直径を６〜８ｍｍ、その長さ
を９０ｍｍとした場合において、構造体の固有振動数は
８８〜１５７Ｈｚとなる。また、アパーチャホルダ３
２、３４の熱膨張の影響を無視できる効果が得られる支
持部材の直径が７ｍｍ以下であることが実験的に判明し
たので、それを考慮すると構造体の固有振動数は６１〜
１２０Ｈｚ程度の範囲に収めるのが妥当であり、この固
有振動数の範囲となるようなアパーチャホルダ３２、３
４、アパーチャ１７、１８そして吸収体１９、２０の質
量と、支持部材４１、４２の直径と長さを適宜求める必
要がある。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光学基台に少なくとも３本以上の支持部材を介して
光学基台側にアパーチャを固定しているので、発振器筐
体がレーザ媒体ガスの温度分布によって熱変形してもそ
の影響を受けずに、アパーチャの位置をレーザ光軸と高
精度に同軸を保ったまま維持することができ、その結果
レーザビームの品質を高品位に保つことができるという
効果を有する。

【００２９】つぎの発明によれば、支持部材とアパーチ
ャとで構成される構造体の固有振動数が６１Ｈｚ以上１
２０Ｈｚ未満となるように支持部材の径を選択したの
で、支持部材の形状は細長く容易に変形するものとな
る。そして、アパーチャが熱膨張した場合には、そのア
パーチャの変形が支持部材の曲げによって吸収され、光
学基台の変形を抑えることができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による直交励起型レーザ発振器の実
施の形態１を示す側面断面図である。

【図２】図１に示した直交励起型レーザ発振器の矢印
Ａの方向から見た正面図である。

【図３】熱変形した実施の形態２による光共振器を模
式的に示す側面断面図である。

【図４】直交励起型レーザ発振器の従来例を示す斜視
図である。

【図５】直交励起型レーザ発振器の従来例を示す側面
図である。

【図６】直交励起型レーザ発振器の従来例を示す側面
断面図である。

【符号の説明】

１発振器筐体、２ａ，２ｂ放電電極、３熱交換
器、４送風器、５ダクト、７後部光学基台、９
前部光学基台、１０，１１ベローズ、１２，１３，１
４支持棒、１５部分反射鏡、１６全反射鏡、１
７，１８アパーチャ、１９，２０吸収体、２１，２
２ブラケット、３１，３３反射鏡ホルダ、３２，３
４アパーチャホルダ、４１，４２支持部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原隆雄東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者西田聡東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5F072 AA05 JJ06 JJ09 KK06 KK09 KK22 MM16 PP02 RR01 TT05 TT19 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発振器筐体と、前記発振器筐体の両側に設置され、光共振器を構成する
光学部品をそれぞれ支持する一対の光学基台と、前記光学部品間を往復する光を通過させる開口を有する
一対のアパーチャと、前記一対の光学基台と前記発振器筐体との間を接続する
一対のベローズと、を備える直交励起型レーザ発振器に
おいて、前記アパーチャを前記ベローズ内で延在する少なくとも
３本以上の支持部材を介して前記光学基台側に取り付け
たことを特徴とする直交励起型レーザ発振器。
【請求項２】前記支持部材と前記アパーチャとで構成
される構造体の固有振動数が６１Ｈｚ以上１２０Ｈｚ未
満となるように、前記支持部材の径が選択されたもので
あることを特徴とする請求項１に記載の直交励起型レー
ザ発振器。