JP2010021486A - Laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザ発振器に関し、詳しくは励起によりレーザ光を発生させる励起領域と、該励起領域内を通過するようにレーザ光の光路を形成する共振器とを有するレーザ発振器に関する。 The present invention relates to a laser oscillator, and more particularly to a laser oscillator having an excitation region that generates laser light by excitation and a resonator that forms an optical path of the laser light so as to pass through the excitation region.
従来、励起によりレーザ光を発生させる励起領域と、該励起領域内を通過するようにレーザ光の光路を形成する共振器とを有するレーザ発振器が知られている。
このようなレーザ発振器として、レーザガスを充満した励起領域の両端に、共振器として出力鏡とリヤミラーと複数の反射鏡とを備えたものが知られている(特許文献1)。
この特許文献1のレーザ発振器によれば、上記出力鏡とリヤミラーとの間に形成されるレーザ光の光路が上記反射鏡によって複数回反射するようになっており、その際レーザ光は複数回上記励起領域を通過するので、高出力のレーザ光を得ることが可能となっている。
また、共振器としてレーザ光の光軸を中心にリング状に形成された傾斜する2つの反射面を有するダブルアクシコンミラー(ワキシコンミラー)を備えたレーザ発振器が知られている(特許文献2)。
この特許文献2のレーザ発振器によれば、上記ダブルアクシコンミラーによりレーザ光を反射させることで、出力鏡からリング状のレーザ光を出力することが可能となっている。
As such a laser oscillator, one having an output mirror, a rear mirror, and a plurality of reflecting mirrors as resonators at both ends of an excitation region filled with a laser gas is known (Patent Document 1).
According to the laser oscillator disclosed in Patent Document 1, the optical path of the laser beam formed between the output mirror and the rear mirror is reflected by the reflecting mirror a plurality of times, and the laser beam is reflected a plurality of times. Since it passes through the excitation region, it is possible to obtain a high-power laser beam.
Further, a laser oscillator including a double axicon mirror (waxicon mirror) having two inclined reflecting surfaces formed in a ring shape around the optical axis of laser light is known as a resonator (Patent Document 2). ).
According to the laser oscillator of Patent Document 2, it is possible to output ring-shaped laser light from the output mirror by reflecting the laser light with the double axicon mirror.
しかしながら、上記特許文献1のレーザ発振器は、反射鏡の個数が多いとアライメント作業に時間がかかるという問題があり、また励起領域をレーザ光が通過しない部分が多く、内部利得を効率よく取り出すことが困難であるという問題もあった。
また特許文献2のレーザ発振器は、励起領域となるレーザ媒質を円筒形にして共振器内におけるレーザ光がその励起領域の大部分の領域を通過するため、出力効率はよいものの、レーザ媒質を円筒形状に製作することが非常に困難なことから装置コストが増大し、また励起領域に形成される共振器内の光路は同じ部分しか通過しないことから出力されるレーザ光の強度分布が不均一なものとなるという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は組立調整が容易で、かつ出力効率が高いレーザ発振器を提供するものである。
However, the laser oscillator of Patent Document 1 has a problem that it takes time to perform alignment work when the number of reflecting mirrors is large, and there are many portions where the laser beam does not pass through the excitation region, so that the internal gain can be extracted efficiently. There was also a problem that it was difficult.
The laser oscillator disclosed in Patent Document 2 uses a cylindrical laser medium as a pumping region, and laser light in the resonator passes most of the pumping region. Therefore, although the output efficiency is good, the laser medium is cylindrical. The device cost is increased because it is very difficult to manufacture in a shape, and the intensity distribution of the output laser beam is non-uniform because the optical path in the resonator formed in the excitation region passes only the same part. There was a problem of becoming something.
In view of these problems, the present invention provides a laser oscillator that is easy to assemble and adjust and that has high output efficiency.
すなわち、請求項1にかかるレーザ発振器は、励起によりレーザ光を発生させる励起領域と、該励起領域内を通過するようにレーザ光の光路を形成する共振器とを有するレーザ発振器において、
上記共振器を、レーザ光の光軸上に設けられ、上記励起領域で発生したレーザ光の一部を透過する出力鏡と、上記励起領域を挟んで出力鏡の反対側に設けられた第1反射手段と、上記励起領域の出力鏡側に設けられた第2反射手段とから構成し、
上記第1反射手段は、上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第1反射面と、該第1反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第2反射面と、少なくとも一組の第1、第2反射面を囲繞するとともに第1、第2反射面よりも第2反射手段側に位置し、上記光軸側を向くように傾斜するリング状の第3反射面とを備え、
上記第2反射手段は、レーザ光を通過させる貫通孔と、該貫通孔を囲繞するとともに上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第4反射面と、該第4反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第5反射面とを、上記第1、第2反射面と同数組備え、
上記出力鏡に対向する位置に、第1反射手段の最内周に位置する第1反射面を配置し、各第2反射面に対向する位置に各第4反射面を配置し、第3反射面に対向する位置に第2反射手段の最外周に位置する第5反射面を配置することを特徴としている。
That is, the laser oscillator according to claim 1 is a laser oscillator having an excitation region that generates laser light by excitation and a resonator that forms an optical path of the laser light so as to pass through the excitation region.
The resonator is provided on the optical axis of the laser beam, and an output mirror that transmits a part of the laser beam generated in the excitation region, and a first that is provided on the opposite side of the output mirror across the excitation region. The reflecting means and the second reflecting means provided on the output mirror side of the excitation region,
The first reflecting means includes a ring-shaped first reflecting surface inclined to face the outer side of the optical axis, and a ring-shaped first reflecting surface surrounding the first reflecting surface and inclined to face the optical axis side. A ring-like shape surrounding the two reflecting surfaces and at least one pair of the first and second reflecting surfaces, being located closer to the second reflecting means than the first and second reflecting surfaces, and inclined toward the optical axis side A third reflective surface,
The second reflecting means includes a through-hole through which laser light passes, a ring-shaped fourth reflecting surface that surrounds the through-hole and is inclined to face the outside of the optical axis, and surrounds the fourth reflecting surface. And the same number of sets of ring-shaped fifth reflecting surfaces inclined to face the optical axis side as the first and second reflecting surfaces,
A first reflecting surface located at the innermost periphery of the first reflecting means is disposed at a position facing the output mirror, each fourth reflecting surface is disposed at a position facing each second reflecting surface, and third reflecting is performed. A fifth reflecting surface located on the outermost periphery of the second reflecting means is arranged at a position facing the surface.
また請求項2にかかるレーザ発振器は、励起によりレーザ光を発生させる励起領域と、該励起領域内を通過するようにレーザ光の光路を形成する共振器とを有するレーザ発振器において、
上記共振器を、レーザ光の光軸上に設けられ、上記励起領域で発生したレーザ光の一部を透過する出力鏡と、上記励起領域を挟んで出力鏡の反対側に設けられた第1反射手段と、上記励起領域の出力鏡側に設けられた第2反射手段とから構成し、
上記第1反射手段は、上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第1反射面と、該第1反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第2反射面とを備え、
上記第2反射手段は、レーザ光を通過させる貫通孔と、該貫通孔を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第3反射面を備え、
上記出力鏡に対向する位置に第1反射面を配置し、第2反射面に対向する位置に第3反射面を配置することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser oscillator comprising: an excitation region that generates laser light by excitation; and a resonator that forms an optical path of the laser light so as to pass through the excitation region.
The resonator is provided on the optical axis of the laser beam, and an output mirror that transmits a part of the laser beam generated in the excitation region, and a first that is provided on the opposite side of the output mirror across the excitation region. The reflecting means and the second reflecting means provided on the output mirror side of the excitation region,
The first reflecting means includes a ring-shaped first reflecting surface inclined to face the outer side of the optical axis, and a ring-shaped first reflecting surface surrounding the first reflecting surface and inclined to face the optical axis side. Two reflective surfaces,
The second reflecting means includes a through hole through which laser light passes, and a ring-shaped third reflecting surface that surrounds the through hole and is inclined so as to face the optical axis side,
The first reflecting surface is disposed at a position facing the output mirror, and the third reflecting surface is disposed at a position facing the second reflecting surface.
さらに請求項3にかかるレーザ発振器は、励起によりレーザ光を発生させる励起領域と、該励起領域内を通過するようにレーザ光の光路を形成する共振器とを有するレーザ発振器において、
上記共振器を、レーザ光の光軸上に設けられ、上記励起領域で発生したレーザ光の一部を透過する出力鏡と、上記励起領域を挟んで出力鏡の反対側に設けられた第1反射手段と、上記励起領域の出力鏡側に設けられた第2反射手段とから構成し、
上記第1反射手段は、上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第1反射面と、該第1反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第2反射面とを少なくとも2組設け、
上記第2反射手段は、レーザ光を通過させる貫通孔と、該貫通孔を囲繞するとともに上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第3反射面と、該第3反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第4反射面と、上記第1、第2反射面よりも一組少なく形成された第3、第4反射面を囲繞するとともに該第3、第4反射面よりも第1反射手段側に位置し、上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第5反射面とを備え、
上記出力鏡に対向する位置に第1反射手段の最内周に位置する第1反射面を配置し、各第2反射面に対向する位置に各第3反射面を配置し、第5反射面に対向する位置に第1反射手段の最外周に位置する第2反射面を配置することを特徴としている。
Furthermore, the laser oscillator according to
The resonator is provided on the optical axis of the laser beam, and an output mirror that transmits a part of the laser beam generated in the excitation region, and a first that is provided on the opposite side of the output mirror across the excitation region. The reflecting means and the second reflecting means provided on the output mirror side of the excitation region,
The first reflecting means includes a ring-shaped first reflecting surface inclined to face the outer side of the optical axis, and a ring-shaped first reflecting surface surrounding the first reflecting surface and inclined to face the optical axis side. 2 sets of 2 reflective surfaces are provided,
The second reflecting means includes a through-hole through which laser light passes, a ring-shaped third reflecting surface that surrounds the through-hole and is inclined so as to face the outside of the optical axis, and surrounds the third reflecting surface. And surrounding the ring-shaped fourth reflecting surface inclined so as to face the optical axis side, and the third and fourth reflecting surfaces formed by a smaller number than the first and second reflecting surfaces. 3, a ring-shaped fifth reflecting surface that is located closer to the first reflecting means than the fourth reflecting surface and is inclined so as to face the optical axis side,
A first reflecting surface located at the innermost circumference of the first reflecting means is disposed at a position facing the output mirror, each third reflecting surface is disposed at a position facing each second reflecting surface, and a fifth reflecting surface. The second reflecting surface located on the outermost periphery of the first reflecting means is disposed at a position facing the first reflecting means.
上記請求項1〜3のレーザ発振器によれば、共振器内のレーザ光の光路を形成する上記第1反射手段と第2反射手段とは、入射した光をその入射方向とは逆向きに折り返すいわゆる回帰反射型光学系となっている。
このため、第1反射手段や第2反射手段のアライメント作業が容易になるとともに、少々のミスアライメントを許容する構成となっている。
また、レーザ光が出力鏡で反射して再び出力鏡に戻るまでの1回のパスの間に、共振器内のレーザ光の光路は励起領域内の異なる部分を通過するようになっているので、内部利得を効率よく取り出すことができ、高出力のレーザ光を出射することができる。
According to the laser oscillator of the first to third aspects, the first reflecting means and the second reflecting means forming the optical path of the laser light in the resonator fold the incident light in the direction opposite to the incident direction. This is a so-called retroreflective optical system.
For this reason, the alignment work of the first reflecting means and the second reflecting means is facilitated, and a slight misalignment is allowed.
In addition, the optical path of the laser light in the resonator passes through different parts in the excitation region during one pass until the laser light is reflected by the output mirror and returns to the output mirror again. The internal gain can be taken out efficiently, and a high-power laser beam can be emitted.
以下図示実施例について説明すると、図1は第1実施例にかかるガスレーザ発振器1を示し、レーザガスの充満した図示しないレーザキャビティの一端に設けられた出力鏡2と、同じくレーザキャビティの出力鏡2とは反対側端部に設けられた第1反射手段3と、レーザキャビティの出力鏡2側端部に設けられた第2反射手段4とから構成されている。
上記レーザキャビティは円筒形状を有しており、該レーザキャビティの端部に上記出力鏡2及び第1、第2反射手段3、4がそれぞれ気密を保った状態で装着されている。
レーザキャビティ内にはCO2,N2,Heを主成分とするレーザガスが封入されるとともに、レーザキャビティの第1、第2反射手段3、4の近偏にはレーザガスを放電励起するための図示しない放電電極がそれぞれ設置され、この放電電極による放電空間が図示破線で示す励起領域Rを形成している。
そして、この励起領域Rをレーザ光Lの光路が複数回通過するよう、上記出力鏡2、第1、第2反射手段3、4によって、共振器が構成されている。
つまり、上記レーザキャビティ内のレーザガスを上記放電電極によって放電励起すると、励起領域Rで発生したレーザ光は出力鏡2、第1、第2反射手段3、4の間で反射を繰り返して増幅され、部分反射鏡である出力鏡2より出力されるようになっている。
そして、上記出力鏡2はレーザキャビティの中心軸と同軸上に設置され、出力鏡2から出力されるレーザ光Lの光軸Cはこの出力鏡2の中心を通過するようになっている。
The illustrated embodiment will be described below. FIG. 1 shows a gas laser oscillator 1 according to the first embodiment. An output mirror 2 provided at one end of a laser cavity (not shown) filled with a laser gas, and an output mirror 2 of the laser cavity. 1 comprises a
The laser cavity has a cylindrical shape, and the output mirror 2 and the first and
A laser gas mainly composed of CO 2 , N 2 , and He is sealed in the laser cavity, and the laser gas is illustrated to be excited to discharge near the first and second reflecting means 3 and 4 of the laser cavity. Discharge electrodes that are not to be installed are provided, and a discharge space by the discharge electrodes forms an excitation region R indicated by a broken line in the figure.
A resonator is constituted by the output mirror 2 and the first and second reflecting means 3 and 4 so that the optical path of the laser light L passes through the excitation region R a plurality of times.
That is, when the laser gas in the laser cavity is discharged and excited by the discharge electrode, the laser light generated in the excitation region R is repeatedly reflected and amplified between the output mirror 2, the first and
The output mirror 2 is installed coaxially with the center axis of the laser cavity, and the optical axis C of the laser light L output from the output mirror 2 passes through the center of the output mirror 2.
上記第1反射手段3は略円盤状のワキシコンミラーであって、レーザキャビティや出力鏡2の中心軸である光軸Cと同軸上に設置され、励起領域R側にはレーザ光Lを反射させる第1反射面3a、第2反射面3b、第3反射面3cが形成されている。
第1反射面3aは中央に形成されたリング状の傾斜面となっており、第1反射面3aは上記出力鏡2に対向する位置に配置されるとともに、光軸Cに対して45°の角度で外側を向くように形成されている。
第2反射面3bは上記第1反射面3aの外周を囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっており、第1反射面3aとは半径方向断面において直交して内側を向くように形成されている。
第3反射面3cは、上記第2反射面3bの外周を囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっている。
また、第3反射面3cは上記第2反射面3bをそのまま出力鏡2側に延伸させた構成を有しており、上記第3反射面3cは第1、第2反射面3a、3bよりも出力鏡2側に形成されている。
The first reflecting means 3 is a substantially disc-shaped waxycon mirror, which is installed coaxially with the optical axis C, which is the central axis of the laser cavity and the output mirror 2, and reflects the laser light L on the excitation region R side. A first reflecting
The first reflecting
The second reflecting
The third reflecting
Further, the third reflecting
上記第2反射手段4は中央に貫通孔4aの形成された略円盤状のワキシコンミラーであって、レーザキャビティや出力鏡2の中心軸である光軸Cと同軸上に設置され、励起領域R側にはレーザ光Lを反射させる第4反射面4bおよび第5反射面4cが形成されている。
上記貫通孔4aは出力鏡2より出射されるレーザ光Lの径よりも若干大径に形成されるとともに、上記第1反射手段3の第1反射面3aに対してレーザ光Lの光軸方向に対向する位置に形成されている。
第4反射面4bは上記貫通孔4aの外周を囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっており、光軸Cに対して45°の角度で外側を向くように形成され、上記第1反射手段3の第2反射面3bに対向する位置に形成されている。
第5反射面4cは上記第4反射面4bの外周を囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっており、第4反射面4bとは半径方向断面において直交するように内側を向いて形成され、上記第1反射手段3の第3反射面3cに対向する位置に形成されている。
The second reflecting means 4 is a substantially disc-shaped waxy mirror having a through-
The through-
The fourth reflecting
The fifth reflecting
以上の構成を有するレーザ発振器1によるレーザ光Lの出射について説明する。
まず、レーザキャビティ内のレーザガスを放電励起することで、励起領域Rからレーザ光Lが発生し、上記出力鏡2、第1、第2反射手段3、4からなる共振器内に以下の光路が形成される。
レーザ光Lが出力鏡2で反射した後のレーザ光Lの光路を順に説明すると、最初に、レーザ光Lは第2反射手段4の貫通孔4aおよび励起領域Rを通過して、第1反射手段3の第1反射面3aへと進行する(1)。
ここで、レーザ光Lは上記貫通孔4aを通過可能な程度の径を有している。
上記第1反射面3aは光軸Cの外側に向けて傾斜しているため、レーザ光Lは外側に向けて反射し、さらに上記第2反射面3bによって光軸Cの方向へと反射する。その結果、レーザ光Lは第2反射手段4の第4反射面4bに向けて進行する(2)。
ここで、(2)の光路を通過するレーザ光Lは上記(1)の光路に比べて大径のリング状となっており、(1)のときよりも外方の励起領域Rを通過するようになっている。
上記第4反射面4bは光軸Cの外側に向けて傾斜しているため、レーザ光Lは外側に向けて反射され、さらに第5反射面4cによって光軸Cの方向に反射される。その結果、レーザ光Lは第1反射手段3の第3反射面3cに向けて進行する(3)。
ここで、(3)の光路を通過するレーザ光Lは上記(2)の光路に比べてさらに大径のリング状となっており、(2)のときよりも外方の励起領域Rを通過するようになっている。
The emission of the laser beam L by the laser oscillator 1 having the above configuration will be described.
First, the laser gas in the laser cavity is discharge-excited to generate laser light L from the excitation region R, and the following optical path is formed in the resonator composed of the output mirror 2, the first and second reflecting means 3, 4. It is formed.
The optical path of the laser light L after the laser light L is reflected by the output mirror 2 will be described in order. First, the laser light L passes through the through
Here, the laser beam L has a diameter that can pass through the through
Since the first
Here, the laser beam L passing through the optical path (2) has a ring shape with a larger diameter than that of the optical path (1), and passes through the outer excitation region R than in the case of (1). It is like that.
Since the fourth
Here, the laser beam L that passes through the optical path (3) has a larger ring shape than the optical path (2), and passes through the excitation region R that is outside the case of (2). It is supposed to be.
そして、第3反射面3cは光軸Cの内側に向けて傾斜し、かつ第1、第2反射面3a,3bよりも出力鏡2側に形成されていることから、レーザ光Lは内側に向けて反射されるとともに、上記光軸Cを超えて再び第3反射面3cで光軸Cの方向に反射される。その結果、レーザ光Lは第2反射手段4の第5反射面4cに向けて進行する(4)。
このとき、レーザ光Lは(3)の光路と同径のリング状となるものの、(3)の光路とは進行方向が逆となっている。
上記第5反射面4cで反射したレーザ光Lは第4反射面4bで光軸Cの方向に反射されて第1反射手段3の第2反射面3bへと進行する(5)。このときレーザ光Lの径は上記(2)の時と同径となる。
そして、上記第2反射面3bで反射されたレーザ光Lはその後第1反射面3aで光軸Cの方向に反射されて出力鏡2に戻ることとなる(6)。このときレーザ光Lの径は上記(1)の時と同径となる。
なお、第1、2反射手段3、4は回帰反射型光学系となっているので、これらの中心線が光軸Cに対して若干傾斜していたとしても、(1)から(2)、(2)から(3)、(3)から(4)、(4)から(5)、(5)から(6)のレーザ光Lの折り返しでは、入射方向と出射方向とは必ず平行となるので、各光路におけるレーザ光Lは光軸Cと同軸上のリング状となり、少々のアライメントミスは許容されるようになっている。
And since the 3rd
At this time, although the laser beam L has a ring shape with the same diameter as the optical path (3), the traveling direction is opposite to that of the optical path (3).
The laser beam L reflected by the fifth reflecting
The laser beam L reflected by the second reflecting
Since the first and second reflecting means 3 and 4 are regressive reflection type optical systems, even if their center lines are slightly inclined with respect to the optical axis C, (1) to (2), In the return of the laser beam L from (2) to (3), (3) to (4), (4) to (5), and (5) to (6), the incident direction and the emission direction are always parallel. Therefore, the laser light L in each optical path has a ring shape coaxial with the optical axis C, and a slight misalignment is allowed.
このように、上記出力鏡2、第1、第2反射手段3、4からなる共振器によれば、レーザ光Lが出力鏡2で反射されて再び出力鏡2に戻るまでの1回のパスの間に、励起領域Rの内、中、外の各領域を2回ずつ合計で6回通過するようになっている。
レーザ光Lが励起領域Rを通過するたびに、その都度レーザ光Lの利得が増幅され、出力鏡2では一部のレーザ光Lを透過させて出射させ、その他のレーザ光Lは再び上記光路へと反射させるようになっている。
また、第1、第2反射手段3,4に形成された上記第1〜第5反射面3a〜4cは、いずれもレーザ光Lの光軸Cを中心に形成されたリング状の傾斜面であることから、これらの反射面で反射するレーザ光Lはリング状となる。
そのため、出力鏡2から出射されるレーザ光Lは、出力鏡2を通過した直後の強度分布を見ると、リング状のピークが存在するようになっている。ただ、出力鏡2より離れることで、レーザ光Lの強度分布はいわゆるトップハットに近いものとなる。
さらに、上記第1〜第5反射面3a〜4cの少なくとも1面には、レーザ光の図1の紙面の上下方向であるP偏光成分の反射率RPと、レーザ光の図1の紙面に直交する方向であるS偏光成分の反射率RSとの関係が、RP>RSとなるようにコーティングが施されている。
これにより、共振器内においてレーザ光Lが反射を繰り返す際に、S偏光成分の反射率を抑制することができ、電場ベクトルは光軸から放射方向に強制されて、出射されるレーザ光Lはラジアル偏光となる。
そして、このようなラジアル偏光のレーザ光Lは、円偏光のレーザ光に比較して被加工物に吸収されやすいという性質を有しているため、レーザ光Lによる加工を迅速に行うことが可能となる。
As described above, according to the resonator including the output mirror 2 and the first and second reflecting means 3 and 4, one pass until the laser light L is reflected by the output mirror 2 and returns to the output mirror 2 again. In the meantime, each of the inside and outside regions of the excitation region R is passed twice for a total of 6 times.
Each time the laser beam L passes through the excitation region R, the gain of the laser beam L is amplified, and the output mirror 2 transmits a part of the laser beam L and emits it. It is designed to reflect on the back.
The first to fifth reflecting
Therefore, the laser beam L emitted from the output mirror 2 has a ring-shaped peak when the intensity distribution immediately after passing through the output mirror 2 is seen. However, by moving away from the output mirror 2, the intensity distribution of the laser light L becomes close to a so-called top hat.
Furthermore, at least one of the first to fifth reflecting
Thereby, when the laser beam L repeatedly reflects in the resonator, the reflectance of the S-polarized component can be suppressed, the electric field vector is forced in the radial direction from the optical axis, and the emitted laser beam L is Radially polarized light.
Such a radially polarized laser beam L is more easily absorbed by the workpiece than a circularly polarized laser beam, so that the laser beam L can be processed quickly. It becomes.
次に、図2に示す第2実施例のレーザ発振器101について説明すると、第2実施例は上記第1実施例のガスレーザ発振器1に対し、固体レーザ発振器となっている。
本実施例のレーザ発振器101は、第1実施例と同形の共振器を構成する出力鏡102、第1、第2反射手段103,104と、これらの間に設けられた励起領域を形成するレーザディスク105と、レーザディスク105に励起光Lrを照射する半導体レーザ106と、レーザディスク105を冷却する冷却手段107と、上記レーザディスク105に対向する位置に設けられた全反射鏡108とを備えている。
なお、上記出力鏡102および第1、第2反射手段103,104の形状については上記第1実施例と同様であるので詳細な説明は省略する。
上記レーザディスク105は円盤状を有しており、上記半導体レーザ106はこのレーザディスク105の周囲に等間隔に設けられている。このため、各半導体レーザ106が励起光Lrを照射することで、レーザディスク105をほぼ均等に励起するようになっており、またレーザディスク105における冷却手段107側の表面にはレーザ光Lを反射させるコーティングが施されている。
そして、上記共振器によって形成されるレーザ光Lの光軸Cは、上記レーザディスク105および反射鏡108によって略Z型に折り返されるようになっており、例えば第1反射手段103の第1反射面103aは、レーザ光Lの光軸C方向では、上記出力鏡102および第2反射手段104の貫通孔104aに対向した位置に配置されることとなる。
Next, the
The
The shapes of the
The
The optical axis C of the laser beam L formed by the resonator is folded back into a substantially Z shape by the
このような構成により、レーザ発振器101を作動させて上記レーザディスク105を半導体レーザ106によって励起すると、レーザ光Lがレーザディスク105より発生する。
この際形成されるレーザ光Lの光路は、レーザディスク105および反射鏡108で反射される以外は、上記第1実施例の時と同様の光路を形成するので、詳細な説明は省略する。
このような構成であっても、第1実施例と同様に、レーザ光Lが出力鏡102で反射されて再び出力鏡102に戻るまでの1回のパスの間に、レーザディスク105の内、中、外の各部分を2回ずつ合計で6回通過するので、その都度レーザ光Lの利得が増幅するようになっている。
さらに、上記第1〜第5反射面103a〜104cの少なくとも1面に、上記P偏光成分の反射率RPと、S偏光成分の反射率RSとの関係が、RP>RSとなるようにコーティングを施すことで、ラジアル偏光のレーザ光Lを得ることができる。
With this configuration, when the
Since the optical path of the laser beam L formed at this time is the same as that in the first embodiment except that it is reflected by the
Even in such a configuration, in the same manner as in the first embodiment, during one pass from when the laser beam L is reflected by the
Furthermore, on at least one of the first to fifth reflecting
次に、図3に示す第3実施例にかかるレーザ発振器201について説明すると、レーザ発振器201は、レーザガスの充満した図示しないレーザキャビティと、レーザキャビティの図示左方に設けられた出力鏡202と、レーザキャビティを挟んで出力鏡202の反対側に設けられた第1反射手段203と、レーザキャビティの出力鏡202側に設けられた第2反射手段204とから構成されている。
第1実施例同様、上記レーザキャビティは円筒状を有しており、該レーザキャビティの両端には上記第1反射手段203、第2反射手段204が気密を保った状態で装着され、さらに第2反射手段204に隣接した位置には上記出力鏡202が気密を保った状態で固定されている。
そして、上記出力鏡202、第1反射手段203、第2反射手段204によって共振器を構成しており、上記レーザキャビティ内のレーザガスを励起すると、これら出力鏡202、第1反射手段203、第2反射手段204の間でレーザ光Lが共振され、レーザ光Lが出力鏡202より出力されるようになっている。
Next, a
As in the first embodiment, the laser cavity has a cylindrical shape, and the first reflecting means 203 and the second reflecting means 204 are attached to both ends of the laser cavity in an airtight state. The
The
上記第1反射手段203は略円盤状のワキシコンミラーであって、レーザキャビティや出力鏡202の中心軸である光軸Cと同軸上に設置され、励起領域R側にはレーザ光Lを反射させる第1反射面203aおよび第2反射面203bが形成されている。
第1反射面203aは中央に形成されたリング状の傾斜面となっており、第1反射面203aは上記出力鏡202に対向する位置に配置されるとともに、光軸Cに対して45°の角度で外側を向くように形成されている。
第2反射面203bは上記第1反射面203aを囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっており、第1反射面203aとは半径方向断面で直交するように内側を向いて形成されている。
The first reflecting means 203 is a substantially disc-shaped waxy mirror, which is installed coaxially with the optical axis C, which is the central axis of the laser cavity and
The first reflecting
The second reflecting
上記第2反射手段204は中央に貫通孔204aの形成された略円盤状のアキシコンミラーであって、レーザキャビティや出力鏡202の中心軸である光軸Cと同軸上に設置され、励起領域R側にはレーザ光Lを反射させる第3反射面204bが形成されている。
上記貫通孔204aは出力鏡2より出射されるレーザ光Lの径よりも若干大径に形成されるとともに、上記第1反射手段203の第1反射面203aに対してレーザ光Lの光軸方向に対向する位置に形成されている。
第3反射面204bは上記貫通孔204aを囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっており、光軸Cに対して45°の角度で内側を向くように形成され、上記第1反射手段203の第2反射面203bに対向する位置に設けられている。
The second reflecting means 204 is a substantially disk-shaped axicon mirror having a through-
The through
The third reflecting
以上の構成を有するレーザ発振器201によるレーザ光Lの出射について説明する。
まず、レーザキャビティ内のレーザガスを放電励起することで、レーザキャビティ内にレーザ光Lが発生し、上記出力鏡202、第1反射手段203、第2反射手段204からなる共振器内に以下の光路が形成される。
説明のため、レーザ光Lが出力鏡202で反射したときの、その後のレーザ光Lの光路を順に説明すると、まずレーザ光Lは第2反射手段204の貫通孔204aおよび励起領域Rを通過して、図示右方の第1反射手段203の第1反射面203aへと進行する(1)。
上記第1反射面203aは光軸Cの外側に向けて傾斜しているため、レーザ光Lは外側に向けて反射され、このレーザ光Lは光軸C側に向けて傾斜した第2反射面203bで反射されると、第2反射手段204の第3反射面204bに向けて進行する(2)。
第3反射面204bで反射したレーザ光Lは、光軸Cを超えて再び第3反射面204bで反射され、その後レーザ光Lは第1反射手段203の第2反射面203bに向けて進行する(3)。
第2反射面203bで反射したレーザ光Lはその後第1反射面203aで反射されて、出力鏡202に戻るようになっている(4)。
The emission of the laser beam L by the
First, the laser gas in the laser cavity is discharge-excited to generate laser light L in the laser cavity, and the following optical path is entered into the resonator including the
For the sake of explanation, the optical path of the subsequent laser light L when the laser light L is reflected by the
Since the first reflecting
The laser beam L reflected by the third reflecting
The laser beam L reflected by the second reflecting
このように、上記出力鏡202、第1、第2反射手段203、204からなる共振器によれば、レーザ光Lが出力鏡202で反射されて再び出力鏡202に戻るまでの1回のパスの間に、励起領域Rの内、外の各領域を2回ずつ合計で4回通過するようになっている。
また、出力鏡202より出射されるレーザ光Lはリング状となっており、上記第1〜第3反射面203a〜204bの少なくとも1面に、P偏光成分の反射率RPと、S偏光成分の反射率RSとの関係が、RP>RSとなるようなコーティングを施すことで、ラジアル偏光のレーザ光Lを出射することができる。
なお、上記第3実施例のレーザ発振器201において、上記レーザキャビティに代えて、上記第2実施例に記載したようなレーザディスク105および反射鏡108を設置して、上記レーザディスク105によりレーザ光Lを発生させるようにしてもよい。
Thus, according to the resonator comprising the
The laser beam L emitted from the
In the
以下、図4に示す第4実施例にかかるレーザ発振器301について説明すると、レーザ発振器301は、レーザガスの充満した図示しないレーザキャビティと、レーザキャビティの図示左方に設けられた出力鏡302と、レーザキャビティを挟んで出力鏡302の反対側に設けられた第1反射手段303と、同じくレーザキャビティの出力鏡302側に設けられた第2反射手段304とから構成されている。
第1実施例同様、上記レーザキャビティは円筒状を有しており、該レーザキャビティの両端には上記第1反射手段303、第2反射手段304が気密を保った状態で装着され、さらに第2反射手段304に隣接した位置には上記出力鏡302が気密を保った状態で固定されている。
そして、上記出力鏡302、第1反射手段303、第2反射手段304によって共振器を構成しており、上記レーザキャビティ内のレーザガスを励起すると、これら出力鏡302、第1反射手段303、第2反射手段304の間でレーザ光Lが共振され、レーザが出力鏡302より出射されるようになっている。
Hereinafter, the
As in the first embodiment, the laser cavity has a cylindrical shape, and the first reflecting means 303 and the second reflecting means 304 are attached to both ends of the laser cavity in an airtight state. The
The
上記第1反射手段303は略円盤状を有しており、レーザキャビティや出力鏡302の中心軸である光軸Cと同軸上に設置され、励起領域R側にはレーザ光Lを折り返す1組の第1反射面303aおよび第2反射面303bが交互に2組形成されている。
上記2つの第1反射面303aはそれぞれ光軸Cに対して45°の角度で外側を向くように形成されたリング状の傾斜面となっており、このうち内側の第1反射面303aは、上記出力鏡302に対向した位置に設けられ、外側の第1反射面303aは内側の第2反射面303bを囲繞するように設けられている。
上記2つの第2反射面303bはそれぞれ第1反射面303aを囲繞するように形成されたリング状の傾斜面となっており、組をなす第1反射面303aとは半径方向断面において直交するように内側を向いて形成されている。
The first reflecting means 303 has a substantially disk shape, is installed coaxially with the optical axis C, which is the central axis of the laser cavity and the
The two
The two second reflecting
上記第2反射手段304は中央に貫通孔304aの形成された略円盤状を有しており、レーザキャビティや出力鏡302の中心軸である光軸Cと同軸上に設置され、励起領域R側にはレーザ光Lを反射させる第3反射面304b、第4反射面304c、第5反射面304dが形成されている。
上記貫通孔304aは上記第1反射手段303の内側の第1反射面303aに対向する位置に設けられ、かつ出力鏡302より出射されるレーザ光Lの径よりも若干大径となるように形成されている。
第3反射面304bは上記貫通孔304aを囲繞するリング状の傾斜面となっており、光軸Cに対して45°の角度で内側を向くように形成され、第4反射面304cは上記第3反射面304bを囲繞するリング状の傾斜面となっており、第3反射面304aと半径方向断面で直交するように内側を向いて形成されている。
そして第5反射面304dは、上記第4反射面304cの外周を囲繞するとともに、内側を向くように形成され、本実施例では第4反射面304cをそのまま延伸した構成を有している。
そして、上記第3反射面304bは第1反射手段303の内側の第2反射面303bに対向する位置に設けられ、第4反射面304cは第1反射手段303の外側の第1反射面303aに対向する位置に設けられ、第5反射面304dは第1反射手段303の外側の第2反射面303bに対向する位置に設けられている。
The second reflecting means 304 has a substantially disk shape with a through
The through
The third reflecting
The fifth reflecting
The third reflecting
以上の構成を有するレーザ発振器301によるレーザ光Lの出射について説明する。
レーザ光Lが出力鏡2で反射された後のレーザ光Lの光路を順に説明すると、出力鏡302で反射したレーザ光Lは、最初に励起領域Rを通過して第1反射手段303の内側の第1反射面303aに到達し(1)、これに隣接する第2反射面303bで光軸C方向に反射して第2反射手段304の第3反射面304bに到達する(2)。
その後、レーザ光Lは第3反射面304bから第4反射面304cに、第4反射面304cから第1反射手段303の外側の第1反射面303aに(3)、外側の第1反射面303aから外側の第2反射面303bに、外側の第2反射面303bから第2反射手段の第5反射面304dに到達する(4)。
第5反射面304dで反射したレーザ光は、上記第3、第4反射面304b、304cおよび貫通孔204aを超えて、同じ第5反射面304dで反射し、第1反射手段303の外側の第2反射面303bに到達する(5)。
その後、レーザ光Lは外側の第2反射面303bから外側の第1反射面303aに、該第1反射面303aから第2反射手段304の第4反射面304cに(6)、第4反射面304cから第3反射面304bに、第3反射面304bから第1反射手段303の内側の第2反射面303bに(7)、第2反射面303bから第1反射面303aに、第1反射面303aから出力鏡302に(8)、それぞれ反射されるようになっている。
The emission of the laser beam L by the
The optical path of the laser light L after the laser light L is reflected by the output mirror 2 will be described in order. The laser light L reflected by the
Thereafter, the laser light L is transferred from the third reflecting
The laser light reflected by the fifth reflecting
Thereafter, the laser light L is transferred from the outer
このように、上記出力鏡302、第1、第2反射手段303、304からなる共振器によれば、レーザ光Lが出力鏡302で反射されて再び出力鏡302に戻るまでの1回のパスの間に、励起領域Rを2回ずつ合計で8回通過するようになっている。
また、出力鏡302より出射されるレーザ光Lはリング状となっており、上記第1〜第5反射面303a〜304dの少なくとも1面に、P偏光成分の反射率RPと、S偏光成分の反射率RSとの関係が、RP>RSとなるようなコーティングを施すことで、ラジアル偏光のレーザ光Lを出射することができる。
なお、上記第4実施例のレーザ発振器301において、上記レーザキャビティに代えて、上記第2実施例に記載したようなレーザディスク105を設置して、上記レーザディスク105によりレーザ光Lを発生させるようにしてもよい。
さらに、上記第1反射手段303における第1、第2反射面303a、303bを3組以上設け、第2反射手段304における第5反射面304dの内側に、該第1、第2反射面303a,303bよりも一組少なく第3、第4反射面304b、304cを設ける構成としても良い。
このようにすることで、レーザ光Lの光軸Cを中心に形成された励起領域Rに対して、同軸上に異なる径のリング状のレーザ光Lの光路を複数形成することができ、高出力のレーザ光Lを効率的に得ることが可能となる。
これと同様、上記第1、第2実施例においても、上記第1反射手段3,103の第1反射面3a,103aおよび第2反射面3b、103bを複数組設けるとともに、これらの外周に第3反射面3c、103cを設け、かつ上記第2反射手段4,104の第4反射面4b、104bおよび第5反射面4c、104dを同数組設けるようにしてもよい。
Thus, according to the resonator comprising the
The laser beam L emitted from the
In the
Further, three or more sets of the first and second reflecting
By doing in this way, with respect to the excitation region R formed around the optical axis C of the laser light L, a plurality of optical paths of the ring-shaped laser light L having different diameters can be formed coaxially. It becomes possible to efficiently obtain the output laser beam L.
Similarly, in the first and second embodiments, a plurality of sets of the first reflecting
1,101,201,301 レーザ発振器
2,102,202,302 出力鏡
3,103,203,303 第1反射手段
4、104,204,304 第2反射手段
1, 101, 201, 301
Claims (3)
上記共振器を、レーザ光の光軸上に設けられ、上記励起領域で発生したレーザ光の一部を透過する出力鏡と、上記励起領域を挟んで出力鏡の反対側に設けられた第1反射手段と、上記励起領域の出力鏡側に設けられた第2反射手段とから構成し、
上記第1反射手段は、上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第1反射面と、該第1反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第2反射面と、少なくとも一組の第1、第2反射面を囲繞するとともに第1、第2反射面よりも第2反射手段側に位置し、上記光軸側を向くように傾斜するリング状の第3反射面とを備え、
上記第2反射手段は、レーザ光を通過させる貫通孔と、該貫通孔を囲繞するとともに上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第4反射面と、該第4反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第5反射面とを、上記第1、第2反射面と同数組備え、
上記出力鏡に対向する位置に、第1反射手段の最内周に位置する第1反射面を配置し、各第2反射面に対向する位置に各第4反射面を配置し、第3反射面に対向する位置に第2反射手段の最外周に位置する第5反射面を配置することを特徴とするレーザ発振器。 In a laser oscillator having an excitation region that generates laser light by excitation and a resonator that forms an optical path of the laser light so as to pass through the excitation region,
The resonator is provided on the optical axis of the laser beam, and an output mirror that transmits a part of the laser beam generated in the excitation region, and a first that is provided on the opposite side of the output mirror across the excitation region. The reflecting means and the second reflecting means provided on the output mirror side of the excitation region,
The first reflecting means includes a ring-shaped first reflecting surface inclined to face the outer side of the optical axis, and a ring-shaped first reflecting surface surrounding the first reflecting surface and inclined to face the optical axis side. A ring-like shape surrounding the two reflecting surfaces and at least one pair of the first and second reflecting surfaces, being located closer to the second reflecting means than the first and second reflecting surfaces, and inclined toward the optical axis side A third reflective surface,
The second reflecting means includes a through-hole through which laser light passes, a ring-shaped fourth reflecting surface that surrounds the through-hole and is inclined to face the outside of the optical axis, and surrounds the fourth reflecting surface. And the same number of sets of ring-shaped fifth reflecting surfaces inclined to face the optical axis side as the first and second reflecting surfaces,
A first reflecting surface located at the innermost periphery of the first reflecting means is disposed at a position facing the output mirror, each fourth reflecting surface is disposed at a position facing each second reflecting surface, and third reflecting is performed. A laser oscillator comprising a fifth reflecting surface located on the outermost periphery of the second reflecting means at a position facing the surface.
上記共振器を、レーザ光の光軸上に設けられ、上記励起領域で発生したレーザ光の一部を透過する出力鏡と、上記励起領域を挟んで出力鏡の反対側に設けられた第1反射手段と、上記励起領域の出力鏡側に設けられた第2反射手段とから構成し、
上記第1反射手段は、上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第1反射面と、該第1反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第2反射面とを備え、
上記第2反射手段は、レーザ光を通過させる貫通孔と、該貫通孔を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第3反射面を備え、
上記出力鏡に対向する位置に第1反射面を配置し、第2反射面に対向する位置に第3反射面を配置することを特徴とするレーザ発振器。 In a laser oscillator having an excitation region that generates laser light by excitation and a resonator that forms an optical path of the laser light so as to pass through the excitation region,
The resonator is provided on the optical axis of the laser beam, and an output mirror that transmits a part of the laser beam generated in the excitation region, and a first that is provided on the opposite side of the output mirror across the excitation region. The reflecting means and the second reflecting means provided on the output mirror side of the excitation region,
The first reflecting means includes a ring-shaped first reflecting surface inclined to face the outer side of the optical axis, and a ring-shaped first reflecting surface surrounding the first reflecting surface and inclined to face the optical axis side. Two reflective surfaces,
The second reflecting means includes a through-hole through which laser light passes, and a ring-shaped third reflecting surface that surrounds the through-hole and is inclined to face the optical axis side,
A laser oscillator comprising: a first reflecting surface disposed at a position facing the output mirror; and a third reflecting surface disposed at a position facing the second reflecting surface.
上記共振器を、レーザ光の光軸上に設けられ、上記励起領域で発生したレーザ光の一部を透過する出力鏡と、上記励起領域を挟んで出力鏡の反対側に設けられた第1反射手段と、上記励起領域の出力鏡側に設けられた第2反射手段とから構成し、
上記第1反射手段は、上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第1反射面と、該第1反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第2反射面とを少なくとも2組設け、
上記第2反射手段は、レーザ光を通過させる貫通孔と、該貫通孔を囲繞するとともに上記光軸の外側を向くように傾斜したリング状の第3反射面と、該第3反射面を囲繞するとともに上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第4反射面と、上記第1、第2反射面よりも一組少なく形成された第3、第4反射面を囲繞するとともに該第3、第4反射面よりも第1反射手段側に位置し、上記光軸側を向くように傾斜したリング状の第5反射面とを備え、
上記出力鏡に対向する位置に第1反射手段の最内周に位置する第1反射面を配置し、各第2反射面に対向する位置に各第3反射面を配置し、第5反射面に対向する位置に第1反射手段の最外周に位置する第2反射面を配置することを特徴とするレーザ発振器。 In a laser oscillator having an excitation region that generates laser light by excitation and a resonator that forms an optical path of the laser light so as to pass through the excitation region,
The resonator is provided on the optical axis of the laser beam, and an output mirror that transmits a part of the laser beam generated in the excitation region, and a first that is provided on the opposite side of the output mirror across the excitation region. The reflecting means and the second reflecting means provided on the output mirror side of the excitation region,
The first reflecting means includes a ring-shaped first reflecting surface inclined to face the outer side of the optical axis, and a ring-shaped first reflecting surface surrounding the first reflecting surface and inclined to face the optical axis side. 2 sets of 2 reflective surfaces are provided,
The second reflecting means includes a through-hole through which laser light passes, a ring-shaped third reflecting surface that surrounds the through-hole and is inclined so as to face the outside of the optical axis, and surrounds the third reflecting surface. And surrounding the ring-shaped fourth reflecting surface inclined so as to face the optical axis side, and the third and fourth reflecting surfaces formed by a smaller number than the first and second reflecting surfaces. 3, a ring-shaped fifth reflecting surface that is located closer to the first reflecting means than the fourth reflecting surface and is inclined so as to face the optical axis side,
A first reflecting surface located at the innermost circumference of the first reflecting means is disposed at a position facing the output mirror, each third reflecting surface is disposed at a position facing each second reflecting surface, and a fifth reflecting surface. A laser oscillator characterized by disposing a second reflecting surface located on the outermost periphery of the first reflecting means at a position opposite to the first reflecting means.
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