JP2008235524A - Gas laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、折り返し共振器を有するガスレーザ発振器に関する。 The present invention relates to a gas laser oscillator having a folded resonator.
レーザ発振器は、共振器を構成する全反射ミラーと部分反射ミラーとの間にレーザ媒質が配置され、光はミラー間で往復しながらレーザ媒質により増幅される。レーザ光は、部分反射ミラーを介して出力される。さらに、全反射ミラーと部分反射ミラーとの間に折り返しミラーを介在させることにより、レーザ媒質内に複数の光軸が存在する折り返し共振器を構成することができる。 In the laser oscillator, a laser medium is disposed between a total reflection mirror and a partial reflection mirror constituting a resonator, and light is amplified by the laser medium while reciprocating between the mirrors. The laser beam is output through a partial reflection mirror. Furthermore, by interposing a folding mirror between the total reflection mirror and the partial reflection mirror, a folding resonator in which a plurality of optical axes exist in the laser medium can be configured.
こうした折り返し共振器を有する従来のガスレーザ発振器では、一般に、全反射ミラーと交差する光軸と、部分反射ミラーと交差する光軸とは互いに平行に設定される。 In the conventional gas laser oscillator having such a folded resonator, generally, the optical axis intersecting with the total reflection mirror and the optical axis intersecting with the partial reflection mirror are set parallel to each other.
図８は、従来のガスレーザ発振器の一例を示す構成図である。これは、下記特許文献１に記載されたもので、リアミラー３と出力ミラー５との間に、２つのフォールディングミラー７，９が介在して、いわゆるＺ字型折り返し共振器を構成している。アパーチャ１１は、フォールディングミラー７の前のＡ位置、あるいはリアミラー３の前のＢ位置に配置され、ＴＥＭ００モード発振を実現している。 FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional gas laser oscillator. This is described in Patent Document 1 below, and two folding mirrors 7 and 9 are interposed between the rear mirror 3 and the output mirror 5 to form a so-called Z-shaped folded resonator. The aperture 11 is arranged at the A position in front of the folding mirror 7 or the B position in front of the rear mirror 3 to realize TEM 00 mode oscillation.
この折り返し共振器では、リアミラー３とこれに対向するフォールディングミラー７の間を結ぶ上部光軸ＬＢ１と、出力ミラー５とこれに対向するフォールディングミラー９の間を結ぶ下部光軸ＬＢ２とは互いに平行に設定されている。 In this folded resonator, the upper optical axis LB1 connecting the rear mirror 3 and the folding mirror 7 facing the rear mirror 3 and the lower optical axis LB2 connecting the output mirror 5 and the folding mirror 9 facing the rear mirror 3 are parallel to each other. Is set.
上述の折り返し共振器において、アパーチャ１１がリアミラー３の前のＢ位置に配置されている場合、リアミラー３からフォールディングミラー７へ進行するレーザ光がアパーチャ１１を通過するとき、アパーチャ１１により回折光が発生し、図の右方向へ向かう。回折光の一部は、出力ミラー５に到達し、出力ミラー５から射出されるレーザ光にこの回折光が混入することになる。このとき上部光軸ＬＢ１と下部光軸ＬＢ２は平行であることから、混入した回折光と出力レーザ光との傾きも小さくなり、両者はほぼ平行となる。 In the above-described folded resonator, when the aperture 11 is disposed at the B position in front of the rear mirror 3, diffracted light is generated by the aperture 11 when the laser light traveling from the rear mirror 3 to the folding mirror 7 passes through the aperture 11. Then go to the right in the figure. A part of the diffracted light reaches the output mirror 5, and the diffracted light is mixed into the laser light emitted from the output mirror 5. At this time, since the upper optical axis LB1 and the lower optical axis LB2 are parallel, the inclination of the mixed diffracted light and the output laser light is also reduced, and both are substantially parallel.
レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工に使用する場合、通常、発振器の後に伝送光学系を用いてワークに照射している。出力レーザ光と混入した回折光とはほぼ平行で伝搬するため、両者の光が加工点まで到達する。その結果、回折光が悪影響を及ぼして、加工不具合を発生させる原因となる。 When laser light output from a laser oscillator is used for processing, the workpiece is usually irradiated after the oscillator using a transmission optical system. Since the output laser light and the mixed diffracted light propagate in substantially parallel, both lights reach the processing point. As a result, the diffracted light has an adverse effect and causes a processing defect.
本発明の目的は、出力レーザ光への回折光の混入を防止し、高品質のレーザ加工を実現できるガスレーザ発振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a gas laser oscillator capable of preventing high-quality laser processing by preventing mixing of diffracted light into output laser light.
上記目的を達成するために、本発明に係るガスレーザ発振器は、全反射ミラーと部分反射ミラーとの間に複数の折り返しミラーが介在した折り返し共振器を有するガスレーザ発振器であって、共振器内部に、互いに交差せずに折り返された３つ以上の光軸が配置され、各光軸が互いに傾きを持つように、共振器内部にアパーチャが配置されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a gas laser oscillator according to the present invention is a gas laser oscillator having a folding resonator in which a plurality of folding mirrors are interposed between a total reflection mirror and a partial reflection mirror, and inside the resonator, Three or more optical axes folded without intersecting each other are arranged, and an aperture is arranged inside the resonator so that each optical axis has an inclination to each other.
また、本発明に係るガスレーザ発振器は、全反射ミラーと部分反射ミラーとの間に複数の折り返しミラーが介在した折り返し共振器を有するガスレーザ発振器であって、共振器内部に、互いに交差せずに折り返された３つ以上の光軸が配置され、部分反射ミラーと交差する光軸が他の光軸に対して傾きを持つように、共振器内部にアパーチャが配置されていることを特徴とする。 The gas laser oscillator according to the present invention is a gas laser oscillator having a folding resonator in which a plurality of folding mirrors are interposed between a total reflection mirror and a partial reflection mirror, and folded inside the resonator without intersecting each other. Three or more optical axes are arranged, and an aperture is arranged in the resonator so that the optical axis intersecting with the partial reflection mirror has an inclination with respect to the other optical axes.
本発明によれば、共振器内部において部分反射ミラーに向かって伝搬する回折光が発生した場合、回折光の伝搬方向は、部分反射ミラーから出力されるレーザ光の光軸に対して傾斜するようになるため、両者の光は容易に分離できる。従って、出力レーザ光への回折光の混入を防止でき、高品質のレーザ加工を実現することができる。 According to the present invention, when diffracted light propagating toward the partial reflection mirror is generated inside the resonator, the propagation direction of the diffracted light is inclined with respect to the optical axis of the laser light output from the partial reflection mirror. Therefore, both lights can be easily separated. Therefore, mixing of diffracted light into the output laser light can be prevented, and high-quality laser processing can be realized.
実施の形態１．
図１は、本発明の第１実施形態を示す斜視図である。ガスレーザ発振器は、例えば、ＣＯ２など、レーザ媒質となるガスの流れ方向がＸ方向に、対向する放電電極Ｅ１，Ｅ２の間でレーザ媒質を励起する放電電流の方向がＹ方向に、共振器の光軸がＺ方向にそれぞれ設定されており、各方向が互いに略直交した三軸直交型のレーザ発振器を構成している。三軸直交型レーザ発振器は、高いエネルギー効率で高出力のレーザ光を発生できるという利点がある。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention. For example, the gas laser oscillator is configured such that the flow direction of a gas serving as a laser medium such as CO 2 is in the X direction, the direction of the discharge current exciting the laser medium between the opposing discharge electrodes E1 and E2 is in the Y direction, Each of the optical axes is set in the Z direction, and a triaxial orthogonal laser oscillator in which the directions are substantially orthogonal to each other is configured. The triaxial orthogonal laser oscillator has an advantage that it can generate high-power laser light with high energy efficiency.
図２（ａ）は、図１に示すレーザ共振器をＸＹ面で見た概略図であり、図２（ｂ）は、図１に示すレーザ共振器をＸＺ面で見た概略図である。 FIG. 2A is a schematic view of the laser resonator shown in FIG. 1 viewed from the XY plane, and FIG. 2B is a schematic view of the laser resonator shown in FIG. 1 viewed from the XZ plane.
レーザ共振器は、全反射ミラーＭ４と、出力ミラーとして機能する部分反射ミラーＭ１と、複数（ここでは、２個）の折り返しミラーＭ２，Ｍ３とを備え、折り返しミラーＭ２，Ｍ３が、全反射ミラーＭ４と部分反射ミラーＭ１との間の光路中に介在することによって、いわゆるＺ字型折り返し共振器を構成している。 The laser resonator includes a total reflection mirror M4, a partial reflection mirror M1 functioning as an output mirror, and a plurality (two in this case) of folding mirrors M2 and M3. The folding mirrors M2 and M3 are the total reflection mirrors. By interposing in the optical path between M4 and the partial reflection mirror M1, a so-called Z-shaped folded resonator is formed.
共振器内部において、部分反射ミラーＭ１の近傍にアパーチャＰ１、折り返しミラーＭ２の近傍にアパーチャＰ２、折り返しミラーＭ３の近傍にアパーチャＰ３、全反射ミラーＭ４の近傍にアパーチャＰ４がそれぞれ配置されている。 Inside the resonator, an aperture P1 is disposed near the partial reflection mirror M1, an aperture P2 is disposed near the folding mirror M2, an aperture P3 is disposed near the folding mirror M3, and an aperture P4 is disposed near the total reflection mirror M4.
部分反射ミラーＭ１と折り返しミラーＭ２との間には光軸Ｌ１が配置され、折り返しミラーＭ２と折り返しミラーＭ３との間には光軸Ｌ２が配置され、折り返しミラーＭ３と全反射ミラーＭ４との間には光軸Ｌ３が配置され、各光軸Ｌ１〜Ｌ３は互いに交差していない。また、部分反射ミラーＭ１から出力されるレーザ光は、光軸Ｌ１と同軸である光軸Ｌ０に沿って進行する。本実施形態では、各光軸Ｌ１〜Ｌ３が互いに非平行となるように設定している。 An optical axis L1 is arranged between the partial reflection mirror M1 and the folding mirror M2, and an optical axis L2 is arranged between the folding mirror M2 and the folding mirror M3, between the folding mirror M3 and the total reflection mirror M4. Is provided with an optical axis L3, and the optical axes L1 to L3 do not intersect each other. The laser light output from the partial reflection mirror M1 travels along an optical axis L0 that is coaxial with the optical axis L1. In the present embodiment, the optical axes L1 to L3 are set to be non-parallel to each other.
次に、動作について説明する。共振器内のレーザ光は、全反射ミラーＭ４から光軸Ｌ３に沿って伝搬して、折り返しミラーＭ３で反射し、続いて折り返しミラーＭ３から斜めの光軸Ｌ２に沿って伝搬して、折り返しミラーＭ２で反射し、続いて折り返しミラーＭ２から光軸Ｌ１に沿って伝搬して、部分反射ミラーＭ１に到達する。部分反射ミラーＭ１は、レーザ光の一部を反射し、残りを透過させる。 Next, the operation will be described. The laser light in the resonator propagates from the total reflection mirror M4 along the optical axis L3, is reflected by the folding mirror M3, and then propagates from the folding mirror M3 along the oblique optical axis L2, and then the folding mirror. Reflected by M2, then propagates along the optical axis L1 from the folding mirror M2, and reaches the partially reflecting mirror M1. The partial reflection mirror M1 reflects part of the laser light and transmits the rest.
部分反射ミラーＭ１で反射したレーザ光は、光軸Ｌ１、折り返しミラーＭ２、光軸Ｌ２、折り返しミラーＭ３、光軸Ｌ３の順で逆方向に伝搬し、全反射ミラーＭ４に到達する。こうしてレーザ光は、全反射ミラーＭ４と部分反射ミラーＭ１の間で往復しながら、放電励起されたレーザ媒質によって増幅され、部分反射ミラーＭ１から光軸Ｌ０に沿って出力される。 The laser beam reflected by the partial reflection mirror M1 propagates in the reverse direction in the order of the optical axis L1, the folding mirror M2, the optical axis L2, the folding mirror M3, and the optical axis L3, and reaches the total reflection mirror M4. Thus, the laser light is amplified by the discharge-excited laser medium while reciprocating between the total reflection mirror M4 and the partial reflection mirror M1, and output from the partial reflection mirror M1 along the optical axis L0.
各ミラーの前に配置されているアパーチャＰ１〜Ｐ４は、レーザ光のビーム形状を制御するために配置されている。これらのアパーチャによりレーザ光のプロファイル外周の一部が遮られると、回折光が発生する。回折光の一部は、レーザ光が伝搬する光軸と同じ方向に伝搬する。例えば、全反射ミラーＭ４から折り返しミラーＭ３へ向かうレーザ光の一部は、全反射ミラーＭ４の前に配置されているアパーチャＰ４により遮られ、同時に回折光が発生する。この回折光は、レーザ光に付随して、光軸Ｌ３に沿って折り返しミラーＭ３の方向へ伝搬する。ただし、回折光は外側に広がる性質があり、一部は折り返しミラーＭ３の下方に配置されている部分反射ミラーＭ１に到達する場合がある。 Apertures P1 to P4 arranged in front of each mirror are arranged to control the beam shape of the laser light. When these apertures block a part of the outer periphery of the profile of the laser beam, diffracted light is generated. A part of the diffracted light propagates in the same direction as the optical axis through which the laser light propagates. For example, part of the laser light traveling from the total reflection mirror M4 to the folding mirror M3 is blocked by the aperture P4 arranged in front of the total reflection mirror M4, and diffracted light is generated at the same time. This diffracted light propagates in the direction of the folding mirror M3 along the optical axis L3 along with the laser light. However, the diffracted light has a property of spreading outward, and a part thereof may reach the partial reflection mirror M1 disposed below the folding mirror M3.
図４は、共振器内部で回折光が発生する様子を示す説明図である。アパーチャＰ４で発生した回折光Ｌｄは、図の左方に向かって伝搬して、その一部が部分反射ミラーＭ１に到達する。ここで、各ミラーＭ１〜Ｍ４が同一面内に設置され、光軸Ｌ１と光軸Ｌ３が互いに平行である場合、こうした回折光の伝搬方向と光軸Ｌ１との傾きが小さくなり、ほぼ平行となる。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing how diffracted light is generated inside the resonator. The diffracted light Ld generated at the aperture P4 propagates toward the left in the figure, and a part of it reaches the partial reflection mirror M1. Here, when each of the mirrors M1 to M4 is installed in the same plane and the optical axis L1 and the optical axis L3 are parallel to each other, the inclination of the propagation direction of the diffracted light and the optical axis L1 becomes small and substantially parallel. Become.
なお、図４では、共振器の構成を見やすくするために、回折光の伝搬方向と光軸Ｌ１との傾きが大きくなって見えるが、実際のレーザ発振器では、光軸Ｌ１，Ｌ３の間隔に比べて光軸Ｌ１，Ｌ３は格段に長く設計されるため、回折光の伝搬方向と光軸Ｌ１とはほぼ平行状態になる。 In FIG. 4, the inclination between the propagation direction of the diffracted light and the optical axis L1 appears to be large in order to make the resonator configuration easy to see, but in an actual laser oscillator, compared to the distance between the optical axes L1 and L3. Since the optical axes L1 and L3 are designed to be extremely long, the propagation direction of the diffracted light and the optical axis L1 are almost parallel.
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、部分反射ミラーＭ１と折り返しミラーＭ２の間の光軸Ｌ１を基準として、折り返しミラーＭ３を部分反射ミラーＭ１から＋Ｘ方向へシフトさせ、全反射ミラーＭ４を折り返しミラーＭ２から−Ｘ方向へシフトさせて、各ミラーＭ１〜Ｍ４が同一面内に位置しないようにしている。即ち、共振器内での各光軸Ｌ１〜Ｌ３は同一面内になく、特に、光軸Ｌ１，Ｌ３が互いに非平行となるように設定している。 In this embodiment, as shown in FIG. 2B, the folding mirror M3 is shifted from the partial reflection mirror M1 in the + X direction with reference to the optical axis L1 between the partial reflection mirror M1 and the folding mirror M2, and is totally reflected. The mirror M4 is shifted from the folding mirror M2 to the −X direction so that the mirrors M1 to M4 are not positioned in the same plane. That is, the optical axes L1 to L3 in the resonator are not in the same plane, and in particular, the optical axes L1 and L3 are set to be non-parallel to each other.
そのため、図４に示したように、アパーチャＰ４で発生した回折光Ｌｄの一部が部分反射ミラーＭ１を通過した場合でも、通過した回折光の伝搬方向は、出力レーザ光の光軸Ｌ０に対してＸ方向に傾斜している。例えば、レーザ発振器の後段に光軸Ｌ０に沿ってアパーチャやスリットなどを設けることによって、両者の光を容易に分離することができる。その結果、出力レーザ光への回折光の混入を防止でき、高品質のレーザ加工を実現できる。 Therefore, as shown in FIG. 4, even when a part of the diffracted light Ld generated by the aperture P4 passes through the partial reflection mirror M1, the propagation direction of the passed diffracted light is relative to the optical axis L0 of the output laser light. And tilted in the X direction. For example, by providing an aperture, a slit, or the like along the optical axis L0 in the subsequent stage of the laser oscillator, the two lights can be easily separated. As a result, mixing of diffracted light into the output laser light can be prevented, and high-quality laser processing can be realized.
図３は、ミラーシフトの他の配置例を示し、図３（ａ）は、図１に示すレーザ共振器をＸＹ面で見た概略図であり、図３（ｂ）は、図１に示すレーザ共振器をＸＺ面で見た概略図である。 FIG. 3 shows another arrangement example of the mirror shift, FIG. 3 (a) is a schematic view of the laser resonator shown in FIG. 1 as viewed in the XY plane, and FIG. 3 (b) is shown in FIG. It is the schematic which looked at the laser resonator in XZ plane.
図３では、部分反射ミラーＭ１と折り返しミラーＭ２の間の光軸Ｌ１を基準として、全反射ミラーＭ４はシフトさせず、折り返しミラーＭ３だけを部分反射ミラーＭ１から＋Ｘ方向へシフトさせて、各ミラーＭ１〜Ｍ４が同一面内に位置しないようにしている。即ち、共振器内での各光軸Ｌ１〜Ｌ３は同一面内になく、特に、光軸Ｌ１，Ｌ３が互いに非平行となるように設定している。 In FIG. 3, the total reflection mirror M4 is not shifted on the basis of the optical axis L1 between the partial reflection mirror M1 and the folding mirror M2, and only the folding mirror M3 is shifted from the partial reflection mirror M1 in the + X direction. M1 to M4 are not located in the same plane. That is, the optical axes L1 to L3 in the resonator are not in the same plane, and in particular, the optical axes L1 and L3 are set to be non-parallel to each other.
この場合も、図２と同様に、アパーチャＰ４で発生した回折光Ｌｄの一部が部分反射ミラーＭ１を通過した場合でも、通過した回折光の伝搬方向は、出力レーザ光の光軸Ｌ０に対してＸ方向に傾斜するようになり、例えば、レーザ発振器の後段にアパーチャやスリットなどを設けることによって、両者の光を容易に分離することができる。 Also in this case, similarly to FIG. 2, even when part of the diffracted light Ld generated by the aperture P4 passes through the partial reflection mirror M1, the propagation direction of the passed diffracted light is relative to the optical axis L0 of the output laser light. For example, by providing an aperture, a slit, or the like in the subsequent stage of the laser oscillator, the light of both can be easily separated.
実施の形態２．
図５は、本発明の第２実施形態を示す斜視図である。ガスレーザ発振器は、図１と同様に、例えば、ＣＯ２など、レーザ媒質となるガスの流れ方向がＸ方向に、対向する放電電極Ｅ１，Ｅ２の間でレーザ媒質を励起する放電電流の方向がＹ方向に、共振器の光軸がＺ方向にそれぞれ設定された三軸直交型レーザ発振器として構成される。本実施形態では、折り返しミラーの数を増やし、共振器内での光軸の数が増加している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention. In the gas laser oscillator, as in FIG. 1, for example, the flow direction of the gas serving as the laser medium such as CO 2 is in the X direction, and the direction of the discharge current for exciting the laser medium between the opposing discharge electrodes E1 and E2 is Y. This is configured as a three-axis orthogonal laser oscillator in which the optical axis of the resonator is set in the Z direction. In the present embodiment, the number of folding mirrors is increased, and the number of optical axes in the resonator is increased.
図６は、図５に示すレーザ共振器の各光軸をＹＺ面で見た概略図であり、図７は、図５に示すレーザ共振器の各光軸をＸＺ面で見た概略図である。 6 is a schematic view of each optical axis of the laser resonator shown in FIG. 5 viewed from the YZ plane, and FIG. 7 is a schematic view of each optical axis of the laser resonator shown in FIG. 5 viewed from the XZ plane. is there.
レーザ共振器は、全反射ミラーＭ４と、出力ミラーとして機能する部分反射ミラーＭ１と、複数（ここでは、４個）の折り返しミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６とを備え、折り返しミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６が、全反射ミラーＭ４と部分反射ミラーＭ１との間の光路中に介在することによって、折り返し共振器を構成している。 The laser resonator includes a total reflection mirror M4, a partial reflection mirror M1 functioning as an output mirror, and a plurality (four in this case) of folding mirrors M2, M3, M5, M6, and the folding mirrors M2, M3, M3. M5 and M6 are interposed in the optical path between the total reflection mirror M4 and the partial reflection mirror M1, thereby forming a folded resonator.
共振器内部において、部分反射ミラーＭ１の近傍にアパーチャＰ１、折り返しミラーＭ２の近傍にアパーチャＰ２、折り返しミラーＭ３の近傍にアパーチャＰ３、全反射ミラーＭ４の近傍にアパーチャＰ４、折り返しミラーＭ５の近傍にアパーチャＰ５、折り返しミラーＭ６の近傍にアパーチャＰ６がそれぞれ配置されている。 Inside the resonator, an aperture P1 near the partial reflection mirror M1, an aperture P2 near the folding mirror M2, an aperture P3 near the folding mirror M3, an aperture P4 near the total reflection mirror M4, and an aperture near the folding mirror M5. An aperture P6 is arranged in the vicinity of P5 and the folding mirror M6.
部分反射ミラーＭ１と折り返しミラーＭ２との間には光軸Ｌ１が配置され、折り返しミラーＭ２と折り返しミラーＭ３との間には光軸Ｌ２が配置され、折り返しミラーＭ３と全反射ミラーＭ６との間には光軸Ｌ３が配置され、折り返しミラーＭ６と全反射ミラーＭ５との間には光軸Ｌ４が配置され、折り返しミラーＭ５と全反射ミラーＭ４との間には光軸Ｌ５が配置され、各光軸Ｌ１〜Ｌ５は互いに交差していない。また、部分反射ミラーＭ１から出力されるレーザ光は、光軸Ｌ１と同軸である光軸Ｌ０に沿って進行する。本実施形態では、部分反射ミラーＭ１と交差する光軸Ｌ１は、他の光軸Ｌ２〜Ｌ５に対して非平行となるように設定している。 An optical axis L1 is arranged between the partial reflection mirror M1 and the folding mirror M2, and an optical axis L2 is arranged between the folding mirror M2 and the folding mirror M3, between the folding mirror M3 and the total reflection mirror M6. Is arranged with an optical axis L3, an optical axis L4 is arranged between the folding mirror M6 and the total reflection mirror M5, and an optical axis L5 is arranged between the folding mirror M5 and the total reflection mirror M4. The optical axes L1 to L5 do not intersect each other. The laser light output from the partial reflection mirror M1 travels along an optical axis L0 that is coaxial with the optical axis L1. In the present embodiment, the optical axis L1 intersecting with the partial reflection mirror M1 is set to be non-parallel to the other optical axes L2 to L5.
次に、動作について説明する。共振器内のレーザ光は、全反射ミラーＭ４から光軸Ｌ５に沿って伝搬して、折り返しミラーＭ５で反射し、続いて折り返しミラーＭ５から斜めの光軸Ｌ４に沿って伝搬して、折り返しミラーＭ６で反射し、続いて折り返しミラーＭ６から光軸Ｌ３に沿って伝搬して、折り返しミラーＭ３で反射し、続いて折り返しミラーＭ３から斜めの光軸Ｌ２に沿って伝搬して、折り返しミラーＭ２で反射し、折り返しミラーＭ２から光軸Ｌ１に沿って伝搬して、部分反射ミラーＭ１に到達する。部分反射ミラーＭ１は、レーザ光の一部を反射し、残りを透過させる。 Next, the operation will be described. The laser light in the resonator propagates along the optical axis L5 from the total reflection mirror M4, reflects off the folding mirror M5, and then propagates along the oblique optical axis L4 from the folding mirror M5. Reflected by M6, then propagated from the folding mirror M6 along the optical axis L3, reflected by the folding mirror M3, and subsequently propagated from the folding mirror M3 along the oblique optical axis L2, and then reflected by the folding mirror M2. Reflected, propagated along the optical axis L1 from the folding mirror M2, and reaches the partially reflecting mirror M1. The partial reflection mirror M1 reflects part of the laser light and transmits the rest.
部分反射ミラーＭ１で反射したレーザ光は、光軸Ｌ１、折り返しミラーＭ２、光軸Ｌ２、折り返しミラーＭ３、光軸Ｌ３、折り返しミラーＭ６、光軸Ｌ４、折り返しミラーＭ５、光軸Ｌ５の順で逆方向に伝搬し、全反射ミラーＭ４に到達する。こうしてレーザ光は、全反射ミラーＭ４と部分反射ミラーＭ１の間で往復しながら、放電励起されたレーザ媒質によって増幅され、部分反射ミラーＭ１から光軸Ｌ０に沿って出力される。 The laser beam reflected by the partial reflection mirror M1 is reversed in the order of the optical axis L1, the folding mirror M2, the optical axis L2, the folding mirror M3, the optical axis L3, the folding mirror M6, the optical axis L4, the folding mirror M5, and the optical axis L5. Propagates in the direction and reaches the total reflection mirror M4. Thus, the laser light is amplified by the discharge-excited laser medium while reciprocating between the total reflection mirror M4 and the partial reflection mirror M1, and output from the partial reflection mirror M1 along the optical axis L0.
各ミラーの前に配置されているアパーチャＰ１〜Ｐ６は、レーザ光のビーム形状を制御するために配置されている。図１と同様に、これらのアパーチャによりレーザ光のプロファイル外周の一部が遮られると、回折光が発生する。回折光の一部は、レーザ光が伝搬する光軸と同じ方向に伝搬することから、部分反射ミラーＭ１に到達して、出力レーザ光に混入する場合がある。 Apertures P1 to P6 arranged in front of each mirror are arranged to control the beam shape of the laser light. Similar to FIG. 1, when a part of the outer periphery of the profile of the laser beam is blocked by these apertures, diffracted light is generated. Since a part of the diffracted light propagates in the same direction as the optical axis through which the laser light propagates, it may reach the partial reflection mirror M1 and be mixed into the output laser light.
本実施形態では、図６の側面図と図７の平面図に示すように、共振器内での各光軸Ｌ１〜Ｌ５は同一面内になく、特に、光軸Ｌ１と平行な関係になる光軸が存在していない。そのため、共振器内部で発生した回折光の一部が部分反射ミラーＭ１を通過した場合でも、通過した回折光の伝搬方向は、出力レーザ光の光軸Ｌ０に対して傾斜するようになる。例えば、レーザ発振器の後段に光軸Ｌ０に沿ってアパーチャやスリットなどを設けることによって、両者の光を容易に分離することができる。その結果、出力レーザ光への回折光の混入を防止でき、高品質のレーザ加工を実現できる。 In the present embodiment, as shown in the side view of FIG. 6 and the plan view of FIG. 7, the optical axes L1 to L5 in the resonator are not in the same plane, and are particularly in a relationship parallel to the optical axis L1. There is no optical axis. Therefore, even when part of the diffracted light generated inside the resonator passes through the partial reflection mirror M1, the propagation direction of the passed diffracted light is inclined with respect to the optical axis L0 of the output laser light. For example, by providing an aperture, a slit, or the like along the optical axis L0 in the subsequent stage of the laser oscillator, the two lights can be easily separated. As a result, mixing of diffracted light into the output laser light can be prevented, and high-quality laser processing can be realized.
次に、アパーチャＰ４による回折光について検討する。単純のため、振幅一定の平面波がアパーチャＰ４によって遮られ、回折光が発生する場合を考える。アパーチャＰ４から発生する回折光の強度分布Ｉは、下記のようなフランフォーファー回折の式で表される。 Next, the diffracted light by the aperture P4 will be examined. For simplicity, let us consider a case where a plane wave having a constant amplitude is blocked by the aperture P4 and diffracted light is generated. The intensity distribution I of the diffracted light generated from the aperture P4 is expressed by the following Franforfer diffraction equation.
ここで、ｒはアパーチャ中心からの径方向の距離、ａはアパーチャ半径、ｚはアパーチャからの伝搬距離、λはレーザ光の波長、Ｊ１はベッセル関数である。 Here, r is the radial distance from the center of the aperture, a is the aperture radius, z is the propagation distance from the aperture, λ is the wavelength of the laser beam, and J1 is the Bessel function.
本発明では、アパーチャＰ４から発生してアパーチャＰ１に入り込む回折光の伝搬方向とアパーチャＰ１を通るレーザ光の光軸Ｌ０は傾きを持っているため、レーザ光の伝搬とともに互いに離れていくことになる。 In the present invention, since the propagation direction of the diffracted light generated from the aperture P4 and entering the aperture P1 and the optical axis L0 of the laser light passing through the aperture P1 have an inclination, they are separated from each other as the laser light propagates. .
図９は、図１に示すレーザ光が射出される光軸Ｌ０から共振器内をＸＹ面で見た概略図である。図９において、Ｒｘは、共振器内光軸Ｌ３と共振器内光軸Ｌ１を傾けるため横方向にアパーチャをずらした値を示す。Ｒｙは、共振器内光軸Ｌ３と共振器内光軸Ｌ１の間隔である。Ｒ１３は、アパーチャＰ４とアパーチャＰ１間の距離である。 FIG. 9 is a schematic view of the inside of the resonator as viewed in the XY plane from the optical axis L0 from which the laser beam shown in FIG. 1 is emitted. In FIG. 9, Rx indicates a value obtained by shifting the aperture in the lateral direction in order to incline the optical axis L3 in the resonator and the optical axis L1 in the resonator. Ry is the distance between the intracavity optical axis L3 and the intracavity optical axis L1. R13 is the distance between the aperture P4 and the aperture P1.
例えば、共振器構成において、アパーチャＰ４の開口径をφ１０ｍｍとし、共振器内光軸Ｌ３の距離を２０００ｍｍ、共振器内光軸Ｌ３と共振器内光軸Ｌ１の間隔をＲｙ＝１０ｍｍ、アパーチャＰ１を横方向にＲｘ＝５ｍｍずらし、共振器内光軸Ｌ３と共振器内光軸Ｌ１の傾きを横方向に５ｍｒａｄとした場合、レーザ光が光軸Ｌ０に沿って共振器から射出し、１０００ｍｍ伝搬した位置において、アパーチャＰ４で発生しレーザ光に混じるフランホーファー回折光の強度は、図１０の十字印（レーザ光の光軸位置）に示すとおりである。つまり、レーザ光の中心とフランホーファー回折光の中心との距離は縦方向に１０ｍｍ、横方向に１０ｍｍ＝（５ｍｍ＋０．００５ｒａｄ×１０００ｍｍ）ずれることになる。 For example, in the resonator configuration, the aperture diameter of the aperture P4 is 10 mm, the distance between the optical axis L3 in the resonator is 2000 mm, the distance between the optical axis L3 in the resonator and the optical axis L1 in the resonator is Ry = 10 mm, and the aperture P1 is When Rx = 5 mm is shifted in the horizontal direction and the inclination of the optical axis L3 in the resonator and the optical axis L1 in the resonator is 5 mrad in the horizontal direction, the laser light is emitted from the resonator along the optical axis L0 and propagated by 1000 mm. At the position, the intensity of the Franhofer diffracted light generated in the aperture P4 and mixed with the laser light is as shown by the cross mark (the optical axis position of the laser light) in FIG. That is, the distance between the center of the laser light and the center of the Franhofer diffracted light is shifted by 10 mm in the vertical direction and 10 mm = (5 mm + 0.005 rad × 1000 mm) in the horizontal direction.
一方、従来の例ではＲｘ＝０ｍｍであり、共振器内光軸Ｌ３と共振器内光軸Ｌ１は平行であるため、共振器より１０００ｍｍ伝搬した位置において、アパーチャＰ４で発生しレーザ光に混じるフランホーファー回折光の強度は、図１１の十字印（レーザ光の光軸位置）に示すとおりである。つまり、レーザ光の中心とフランホーファー回折光の中心との距離は縦方向のみに１０ｍｍ離れており、これは元々の共振器内光軸Ｌ３と共振器内光軸Ｌ１の間隔に等しく、共振器からの伝搬距離によらない。 On the other hand, in the conventional example, Rx = 0 mm, and the optical axis L3 in the resonator and the optical axis L1 in the resonator are parallel, so that the furan generated in the aperture P4 and mixed with the laser light at a position propagated 1000 mm from the resonator. The intensity of the Hofer diffracted light is as shown by the cross mark (the optical axis position of the laser light) in FIG. That is, the distance between the center of the laser beam and the center of the Franhofer diffracted beam is 10 mm apart only in the vertical direction, which is equal to the original distance between the optical axis L3 in the resonator and the optical axis L1 in the resonator. It does not depend on the propagation distance from.
回折光の強さは、フランホーファー回折光の中心から遠ざかるほど弱くなり、図１０と図１１を比較すると、本発明による実施例の方が回折光の強度は小さくなることが分かる。なお、図のフランホーファー回折光の強度分布は分かりやすくするため実際より強調してある。 The intensity of the diffracted light becomes weaker as it goes away from the center of the Franhofer diffracted light. By comparing FIG. 10 and FIG. 11, it can be seen that the intensity of the diffracted light is smaller in the embodiment according to the present invention. In addition, the intensity distribution of the Franhofer diffracted light in the figure is emphasized from the fact for the sake of easy understanding.
本発明による効果はレーザ光に混じる、アパーチャＰ４によるフランホーファー回折光の回折縞が、従来例に比較して１つ以上外側の縞とすると効果がある。例えば、従来例で中心から２つ目の回折縞が混ざり込む時、本発明により３つ目の縞が混ざり込むようにすると、その強度は半分以下となる。 The effect of the present invention is effective when the diffraction fringes of the Franhofer diffracted light by the aperture P4 mixed with the laser light are one or more outside fringes compared to the conventional example. For example, when the second diffraction fringe is mixed from the center in the conventional example, if the third fringe is mixed according to the present invention, the intensity becomes half or less.
フランホーファー回折縞の２つ目の縞から外側の回折縞を考慮すると、レーザ光の光軸とフランホーファー回折光の中心の縦方向の距離と横方向へずらした距離が同じ程度であれば効果がある（Ｒｘ≒Ｒｙ）。また、発振器からレーザ光を取り出した後、加工点まで伝搬させるための加工装置の光路長は、通常、数ｍ〜十数ｍ程度である。このため、発振器から加工点までの伝搬距離が２０ｍ以内の加工機において、本発明は以下の範囲で適用できる。 Considering the outer fringes from the second fringe diffracted fringe, it is effective if the distance between the optical axis of the laser beam and the center of the franhofer diffracted beam is the same as the distance shifted in the lateral direction. (Rx≈Ry). Further, the optical path length of the processing apparatus for propagating the laser light from the oscillator to the processing point is usually about several meters to several tens of meters. For this reason, the present invention can be applied in the following range in a processing machine having a propagation distance from an oscillator to a processing point within 20 m.
共振器内光軸間距離Ｄ＜（共振器内光軸間傾き角度θ×２０ｍ） Distance between optical axes in resonator C <(Inclination angle between optical axes in resonator) × 20 m)
ここで、共振器内光軸間距離Ｄは、部分反射ミラーと交差する光軸と、その他の折り返した光軸との間の光軸間距離であり、例えば、図４では光軸Ｌ３と光軸Ｌ１の間の距離、図６では光軸Ｌ１，Ｌ３，Ｌ５それぞれの間の距離である。 Here, the intra-resonator optical axis distance D is the optical axis distance between the optical axis crossing the partial reflection mirror and the other folded optical axis. For example, in FIG. The distance between the axes L1, in FIG. 6, the distance between the optical axes L1, L3, and L5.
また、共振器内光軸間傾き角度θは、部分反射ミラーと交差する光軸と、その他の折り返した光軸との間の傾き角であり、例えば、図６では光軸Ｌ１と光軸Ｌ３，Ｌ５間の傾き角度である。 Further, the inclination angle θ between the optical axes in the resonator is an inclination angle between the optical axis intersecting with the partial reflection mirror and the other folded optical axis. For example, in FIG. 6, the optical axis L1 and the optical axis L3. , L5.
Ｍ１ 部分反射ミラー、 Ｍ２，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６ 折り返しミラー、
Ｍ４ 全反射ミラー、 Ｐ１〜Ｐ６ アパーチャ、 Ｌ０〜Ｌ５ 光軸、
Ｅ１，Ｅ２ 放電電極。
M1 partial reflection mirror, M2, M3, M5, M6 folding mirror,
M4 total reflection mirror, P1-P6 aperture, L0-L5 optical axis,
E1, E2 Discharge electrodes.
Claims (4)
共振器内部に、互いに交差せずに折り返された３つ以上の光軸が配置され、
各光軸が互いに傾きを持つように、共振器内部にアパーチャが配置されていることを特徴とするガスレーザ発振器。 A gas laser oscillator having a folding resonator in which a plurality of folding mirrors are interposed between a total reflection mirror and a partial reflection mirror,
Inside the resonator, three or more optical axes folded without crossing each other are arranged,
A gas laser oscillator, characterized in that an aperture is arranged inside the resonator so that the optical axes are inclined with respect to each other.
共振器内部に、互いに交差せずに折り返された３つ以上の光軸が配置され、
部分反射ミラーと交差する光軸が他の光軸に対して傾きを持つように、共振器内部にアパーチャが配置されていることを特徴とするガスレーザ発振器。 A gas laser oscillator having a folding resonator in which a plurality of folding mirrors are interposed between a total reflection mirror and a partial reflection mirror,
Inside the resonator, three or more optical axes folded without crossing each other are arranged,
A gas laser oscillator, wherein an aperture is arranged inside a resonator so that an optical axis intersecting with a partial reflection mirror has an inclination with respect to another optical axis.
部分反射ミラーと交差する光軸と、他の光軸との間の傾き角をθとして、
Ｄ＜θ×２０（ｍ）
を満たすことを特徴とする請求項１または２記載のガスレーザ発振器。 The distance between the optical axes between the optical axis crossing the partially reflecting mirror and the other optical axis is D,
The inclination angle between the optical axis crossing the partial reflection mirror and the other optical axis is θ,
D <θ × 20 (m)
The gas laser oscillator according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2007072143A JP2008235524A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Gas laser oscillator |
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| JP2007072143A JP2008235524A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Gas laser oscillator |
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| JP2007072143A Pending JP2008235524A (en) | 2007-03-20 | 2007-03-20 | Gas laser oscillator |
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| JP (1) | JP2008235524A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011159932A (en) * | 2010-02-04 | 2011-08-18 | Mitsubishi Electric Corp | Gas laser amplifier device and optical axis adjusting method thereof |
| JP2014507500A (en) * | 2010-12-22 | 2014-03-27 | イエフペ エネルジ ヌヴェル | Hydrocracking process of hydrocarbon fractions using heteropolyanion-based catalysts trapped in mesostructured oxide supports |
-
2007
- 2007-03-20 JP JP2007072143A patent/JP2008235524A/en active Pending
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