JP2003110174A - レーザ発振装置 - Google Patents

レーザ発振装置

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JP2003110174A
JP2003110174A JP2001300650A JP2001300650A JP2003110174A JP 2003110174 A JP2003110174 A JP 2003110174A JP 2001300650 A JP2001300650 A JP 2001300650A JP 2001300650 A JP2001300650 A JP 2001300650A JP 2003110174 A JP2003110174 A JP 2003110174A
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mirror
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refrigerant
discharge
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Hiroyuki Hayashikawa
洋之 林川
Hitoshi Motomiya
均 本宮
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡潔な構成でミラーへの結露を防止出来、コ
スト面および信頼性の面で優れた、常に安定したレーザ
出力を得られるレーザ発振装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】 ミラーをそれぞれ保持する少なくとも一
対のミラー保持部と、前記ミラー保持部の発熱を除去す
る冷却板と、前記冷却板内部を流れる冷媒と、前記冷媒
の流量制御手段とを備え、放電管に放電がなされていな
い間、あるいはミラー保持部での発熱が発生しない時に
は、前記冷媒の流量制御手段によって冷媒の流量を抑え
る事を特徴としたレーザ発振装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はミラーの冷却手段を
備えたレーザ発振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来のガスレーザ発振装置の概略
構成の一例を示す。以下、図4を参照しながら従来のガ
スレーザ発振装置を説明する。
【0003】この図に於いて、1はガラスなどの誘電体
よりなる放電管であり、2、3は前記放電管周辺に設け
られた電極である。4は前記電極に接続された電源であ
る。5は前記電極2、3間に挟まれた放電管1内の放電
空間である。6はほぼ全反射である終段鏡、7は部分反
射である出力鏡であり、この終段鏡6、出力鏡7は前記
放電空間5の両端に固定配置され、光共振器を形成して
いる。8は前記出力鏡7より出力されるレーザビームで
ある。矢印9はレーザガスの流れる方向を示しており、
100〜200Torr程度の圧力で、軸流型ガスレー
ザ発振器の中を循環している。10はレーザガス流路で
あり、11および12は放電空間5における放電と送風
機の運転により温度上昇したレーザガスの温度を下げる
ための熱交換機、13はレーザガスを循環させるための
送風機であり、この送風機13により放電空間5にて約
100m/sec程度のガス流を得ている。レーザガス
流路10と放電管1は、レーザガス導入部14で接続さ
れている。
【0004】以上が従来のガスレーザ発振装置の構成で
あり、次にその動作について説明する。
【0005】送風機13より送り出されたレーザガス
は、レーザガス流路10を通り、レーザガス導入部14
より放電管1内へ導入される。この状態で電源4に接続
された電極2、3から放電空間5に放電を発生させる。
放電空間5内のレーザガスは、この放電エネルギーを得
て励起され、その励起されたレーザガスは終段鏡6およ
び出力鏡7により形成された光共振器で共振状態とな
り、出力鏡7からレーザビーム8が出力される。このレ
ーザビーム8がレーザ加工等の用途に用いられる。
【0006】図5に従来のレーザ発振装置における光学
ベンチ部分の概略構成を示す。
【0007】出力鏡7は出力鏡側ミラー保持部15aに
よって、終段鏡6は終段鏡側ミラー保持部15bによっ
て、それぞれ保持されている。ミラーは、レーザビーム
の反射および透過の際の吸収によって、発熱する。この
熱を除去するため、ミラー保持部15a、15b共に、
冷却板16a、16bが備えられ、冷却板には冷媒17
が流れるようになっている。冷媒は一般的に水が用いら
れる。レーザ発振装置外部に用意された冷却装置18か
らレーザ発振装置内へ温度18℃程度、流量100L/
分程度で導入され、レーザ発振装置内の各部の発熱、前
記ミラー保持部の冷却板は勿論の事であるが、特に熱交
換器11、12の発熱を中心として熱交換を行い、温度
20℃程度に上昇した状態で、再度冷却装置18へ戻さ
れる。水は冷却装置18にて18℃程度に冷却され、再
度レーザ発振装置へ導入される。
【0008】正常なレーザ出力を得る為には、上述のよ
うに常にレーザ発振装置内の発熱を冷媒の循環によっ
て、奪う必要がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この様な従来のレーザ
発振装置の持つ課題について、以下、説明する。
【0010】レーザ発振装置の運転状態には大きく分け
て、2つの状態が存在する。
【0011】放電空間5に放電が発生している状態、お
よび放電が停止している状態である。レーザビームを取
り出す時には、放電を発生させる必要があるが、レーザ
ビームを取り出す必要が無い時には、省エネの為、放電
を停止させる使い方が一般的である。
【0012】レーザ発振装置は放電有り/無しに関わら
ず、送風機によるレーザガスの循環が行われており、レ
ーザビームを取り出す時にはその都度、放電を発生させ
る。常時、送風機によってレーザガスの循環を行ってい
る理由は、一旦送風機を停止させてしまうと再起動に数
10秒を要す為、いちいち送風機を停止させていたので
は、時間が無駄になるためである。一方、放電停止およ
び放電発生に要する時間は、それぞれ数10m秒程度で
あり、実用上問題無いレベルである。
【0013】ここで放電有り無しの時での、それぞれ各
部の発熱状態について考えてみる。特に大きな違いはミ
ラーの発熱である。レーザビームはミラーに対してほと
んどが反射もしくは透過するが、若干吸収が行われるた
め、そのために発熱が発生する。放電無しの時は、レー
ザ発振が行われないので、ミラーの発熱は無いが、放電
有りの時は、ミラーは発熱する。
【0014】当然発熱がある場合には、冷媒によって冷
却を行う必要がある。実際には発熱が無いときでも、冷
却する事自体に問題は無い為、放電有り/無しに関わら
ず、運転中は常時ミラー部の冷却を行っている。しかし
ある条件下においては放電無の状態で、ミラー部の冷却
を行う事で大きな問題が発生する。これを以下に説明す
る。
【0015】高温多湿の環境下でレーザ発振装置が使用
される場合、被冷却部分において「結露」の問題が発生
する。通常の部品においては多少の結露は問題にならな
い。問題となるのは、ミラー部での結露である。放電有
りの状態では、ミラー自体の発熱があるため、結露は発
生しないが、放電無しの状態では、ミラー自体の発熱が
無い為、結露が発生する。ミラーが結露すると結露した
部分でのレーザビーム吸収率が増大し、ミラーが損傷
し、レーザ出力が低下する。
【0016】本発明は上述のごとき問題を鑑みてなされ
たものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、レーザ媒質を励起する放電管と、前記
放電管で励起されたレーザ媒質から放出されるレーザ光
の光軸上に配置した少なくとも一対のミラーと、前記ミ
ラーをそれぞれ保持する少なくとも一対のミラー保持部
と、前記ミラー保持部の発熱を除去する冷却板と、前記
冷却板内部を流れる冷媒と、前記冷媒の流量制御手段と
を備えた事を特徴とし、放電管に放電がなされていない
間は、前記冷媒の流量制御手段によって冷媒の流量を抑
える事を特徴とした、あるいは前記ミラー保持部での発
熱が発生しない時には、前記冷媒の流量制御手段によっ
て冷媒の流量を抑える事を特徴とした、あるいはミラー
保持部に温度検出手段を備えた事を特徴とした、あるい
はミラー保持部近傍に湿度検出手段を備え、湿度が一定
値以上の場合は前記冷媒の流量制御手段によって冷媒の
流量を抑える事を特徴としたレーザ発振装置である。
【0018】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下に本発明の
実施の形態を図面によって説明する。
【0019】図1は本発明の実施の形態例に関するレー
ザ発振装置の構成を示す図である。
【0020】なお、従来の構造と同じものについては、
図4、図5に付した符号と同じものを用い、その説明を
省略する。
【0021】本実施の形態例で特徴とする構成は、ミラ
ー保持部15a、15b共に、冷却板16a、16bが
備えられ、冷却板には冷媒17が流れるようになってい
ることである。冷媒17はレーザ発振装置外部に用意さ
れた冷却装置18からレーザ発振装置内へ温度18℃程
度、流量100L/分程度で導入され、レーザ発振装置
内の各部、すなわち冷却板16a、16bをはじめ、熱
交換器11、12および送風機13などにて熱交換を行
い、温度20℃程度に上昇した状態で、再度冷却装置1
8へ戻される。水は冷却装置18にて18℃程度に冷却
され、再度レーザ発振装置へ導入される。冷却板16
a、16bへの冷媒流路19には電磁弁20が設けられ
ており、電磁弁20は制御装置21によって動作を制御
されている。
【0022】次に上記レーザ発振装置の動作を説明す
る。レーザ発振装置の運転を開始すると、送風機が動作
を初め、レーザガスの循環が始まる。この状態になると
放電を発生させることでレーザ発振を行う事が出来る。
この状態では冷却装置18からレーザ発振装置内へ冷媒
が導入されているが、冷却板16a、16bへの冷媒流
路19に設けられた電磁弁20は閉じられており、ミラ
ーは冷却されていない。次にレーザビームを取り出すた
めに放電を発生させる。放電の発生は制御装置21から
制御されているが、この制御装置により、放電発生と同
時に電磁弁20が開き、冷却板16a、16bへ冷媒1
7が流れ始める。再度放電を停止させると、電磁弁20
が閉じ、冷却板16a、16bへの冷媒17の流れは止
まる。但し放電有り無しに関わらず、冷却板16a、1
6b以外の部分へは、冷媒17は流れ続ける。
【0023】上記の構成により、ミラーは放電発生時、
すなわちレーザ発振時にのみ冷却される事になり、必要
なときにのみ冷却される事になる。高温多湿環境下での
使用時に、放電無しの状態でミラーの冷却を行うと、ミ
ラーの結露が発生し、ミラー損傷によるレーザ出力低下
などの不具合が考えられるが、上記構成をとれば、ミラ
ーの結露は発生しない。
【0024】結露発生防止の対策として、冷媒の温度を
上げる、例えば通常18℃程度の冷媒温度を、25℃程
度まで上げることが考えられるが、冷媒温度を上げる
と、熱交換器11、12の能力が低下し、レーザガスの
温度が上昇する。レーザ発振の原理上、レーザガスの温
度が上昇すると、レーザ発振効率が低下し、レーザ出力
が低下する。よって冷媒温度を上げることは出来ない。
【0025】従来の試みとして、ミラー部へ流れる冷媒
のみ、周辺空気の露点より高い温度になるようにヒータ
などで温度制御するという方法も考えられるが、このよ
うな構成では温度や湿度を検出するセンサおよび温度調
節装置が必要であるため部品点数も増え、構造が複雑に
なる事より現実的な方法とは言えない。これに対して本
発明では、特にセンサなどは必要とせず、きわめてシン
プルな構成および動作原理であるため、コスト面および
信頼性の面で優れていると言える。
【0026】(実施の形態2)図2は他の実施の形態例
におけるレーザ発振装置の構成を示す図である。
【0027】本実施の形態で実施の形態1と異なる点
は、仮に放電が行われている場合でも、放電電気入力が
小さいとき、例えばレーザ出力を低出力に絞って使用す
る場合には、ミラーの発熱は小さく、周辺大気への自然
放熱でも充分に冷却が可能である点である。よってこの
ような場合には、あえて冷媒を流して冷却を行う必要は
無い。むしろ冷媒を流さない事によって、結露の可能性
を排除する事の方が重要であるる。よって本発明ではミ
ラー保持部15aに備えられたサーミスタなどの温度検
出手段22によって温度を検出し、一定温度以上になっ
た時にのみ、冷媒の流量制御手段を用いて冷媒を流し、
ミラー保持部の冷却を行うようにしている。本例におい
ては、実施の形態1に比べると、温度検出手段が必要と
なるが、従来例にみられるような温度調節装置は必要で
無いため、やはりコスト面および信頼性の面で優れてい
るといえる。
【0028】(実施の形態3)図3は別の実施の形態例
に関するレーザ発振装置の構成を示す図である。
【0029】本実施の形態で他の実施の形態と異なるの
はミラー保持部周辺の大気の露点を湿度検出手段23に
より検出し、結露の恐れがある場合には冷媒の流量を絞
るなどの制御を行っている。本例では、湿度センサが必
要となるが、従来例にみられるような温度調節装置は必
要で無いため、やはりコスト面および信頼性の面で優れ
ているといえる。
【0030】
【発明の効果】本発明により、コスト面および信頼性の
面で優れた極めて簡潔な構成でミラーへの結露を防止出
来、常に安定したレーザ出力を得られるレーザ発振装置
を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に関するレーザ発振装置
の構成図
【図2】本発明の実施の形態2に関するレーザ発振装置
の構成図
【図3】本発明の実施の形態3に関するレーザ発振装置
の構成図
【図4】従来のガスレーザ発振装置の概略構成図
【図5】従来のレーザ発振装置における光学ベンチ部分
の概略構成図
【符号の説明】
1 放電管 2 電極 3 電極 4 電源 5 放電空間 6 終段鏡 7 出力鏡 8 レーザビーム 9 レーザガスの流れる方向 10 レーザガス流路 11 熱交換器 12 熱交換器 13 送風機 14 レーザガス導入部 15a 出力鏡側ミラー保持部 15b 終段鏡側ミラー保持部 16a 冷却板 16b 冷却板 17 冷媒 18 冷却装置 19 冷媒流路 20 電磁弁 21 制御装置 22 温度検出手段 23 湿度検出手段

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ媒質を励起する放電管と、前記放
    電管で励起されたレーザ媒質から放出されるレーザ光の
    光軸上に配置した少なくとも一対のミラーと、前記ミラ
    ーをそれぞれ保持する少なくとも一対のミラー保持部
    と、前記ミラー保持部の発熱を除去する冷却板と、前記
    冷却板内部を流れる冷媒と、前記冷媒の流量制御手段と
    を備えたレーザ発振装置。
  2. 【請求項2】 レーザ媒質にエネルギーを与えていない
    間、冷媒の流量制御手段によって冷媒の流量を抑える請
    求項1記載のレーザ発振装置。
  3. 【請求項3】 ミラー保持部での発熱が発生しない時に
    は、冷媒の流量制御手段によって冷媒の流量を抑える請
    求項1または2記載のレーザ発振装置。
  4. 【請求項4】 ミラー保持部に温度検出手段を設けた請
    求項3記載のレーザ発振装置。
  5. 【請求項5】 ミラー保持部近傍に湿度検出手段を設
    け、湿度が一定値以上の場合は冷媒の流量制御手段によ
    って冷媒の流量を抑える請求項1から4のいずれかに記
    載のレーザ発振装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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