JP2015079783A - Gas laser oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主として板金切断用途に用いられるkWクラスの軸流型ガスレーザ発振装置に関するものである。 The present invention relates to a kW class axial flow type gas laser oscillation apparatus mainly used for sheet metal cutting.
従来の軸流方ガスレーザ発振装置900を図9に沿って説明する。
A conventional axial gas
この図に於いて、901は誘電体よりなる放電管であり、902、903は前記放電管周辺に設けられた電極である。906は前記電極に接続された電源である。907は前記電極902、903間に挟まれた放電管901内の放電空間である。908は全反射鏡、909は部分反射鏡であり、この全反射鏡908、部分反射鏡909は前記放電空間907の両端に固定配置され、光共振器を形成している。
In this figure,
また通常電極部は数10kVの高電圧が印加され、全反射鏡908、部分反射鏡909は、電極との間に誘電体からなる無放電管916を設けて絶縁を行っている。910は前記部分反射鏡909より出力されるレーザビームである。917はアパーチャであり、レーザビームの品質を向上させるためのものである。
In addition, a high voltage of several tens of kV is applied to the normal electrode portion, and the
矢印911はレーザガス流を示しており、ガスレーザ発振装置の中を循環している。912はレーザガス流路であり、913および914は放電空間907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器、915はレーザガスを循環させるための送風手段であり、この送風手段915により放電空間907にて約100m/sec程度のガス流を得ている。レーザガス流路912と放電管901はガス導入部905で接続されている。
An
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。 The above is the configuration of the conventional gas laser oscillation apparatus. Next, the operation thereof will be described.
送風機915より送り出されたレーザガスは、レーザガス流路912を通り、レーザガス導入部905より放電管901内へ導入される。この状態で電源906に接続された電極902、903から放電空間907に放電を発生させる。放電空間907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908および出力鏡909により形成された光共振器で共振状態となり、出力鏡909からレーザビーム910が出力される。このレーザビーム910が切断・溶接に代表されるレーザ加工等の用途に用いられる。
The laser gas sent out from the
この様な従来のレーザ発振装置の持つ課題について、図10を用いて説明する。 The problem of such a conventional laser oscillation apparatus will be described with reference to FIG.
図10に従来のレーザ発振装置における光共振器部分の概略構成を示す。 FIG. 10 shows a schematic configuration of an optical resonator portion in a conventional laser oscillation device.
この図で符号901から917は前述した技術背景と同一なため、ここでは説明は省く。レーザビーム910を得ようとしてレーザ発振させると、光軸918に必要な平行度持って配置された全反射鏡908および部分反射鏡909の間に光共振空間919が形成されるが、この光共振空間919とアパーチャ917の内径との差により、レーザビームのうちでアパーチャ917に照射される部分が存在する。
In this figure,
また、全反射鏡908と部分反射鏡909はレーザ発振に必要な平行度を持って存在しているが、この平行度が著しく失われている場合には平行度が保たれているときと比較してより強くアパーチャ917にレーザビームが照射される。レーザビームはアパーチャ917に照射されるが、アパーチャ917は銅やアルミなどのような金属で形成されており照射されたレーザビームの大部分はアパーチャに吸収されずに反射され、光共振には不要な雑光920となる。
Further, the
雑光920はその周辺に設けられている無放電管916に照射される。無放電管に照射された雑光920の一部は吸収され、一部は反射し、一部は透過する。ここで反射した雑光920は再び無放電管内の別の場所で吸収と反射と透過がおこり、最終的に全ての雑光920が吸収される。雑光920を吸収した無放電管916は、吸収した光の量に依存して温度が上昇する。
The
また、1回の反射で吸収される光の量は、無放電管916に対して雑光920が照射される入射角に依存する。それを示したものが図4である。この図によると入射角が75degree以上になると急激に吸収率が上昇し、入射角90degree、すなわち、無放電管に垂直入射する場合に最大となる。
Further, the amount of light absorbed by one reflection depends on the incident angle at which the
また、75degree以下ではほぼ一定の吸収率となることが分かる。そのため、無放電管916のうち、雑光920の入射角が大きくなるアパーチャ近傍で局所的に温度上昇しやすい。
Moreover, it turns out that it becomes a substantially constant absorption rate at 75 degrees or less. Therefore, in the
このようにして無放電管916の温度が上昇すると、無放電管916内部空間において絶縁抵抗が低下し、放電しやすい状態となる。本来であれば、放電空間907で放電することで適切な共振状態を得ることができるが、上記のような理由により、無放電管916内部が高温になり放電開始電圧が低下すると、こちらに放電が移行するという問題が発生していた。
When the temperature of the
放電が移行すると無放電管916内部の温度が急激に上昇し、全反射鏡908、部分反射鏡909などの周辺部材の耐熱温度を超え、損傷を発生させることとなっていた。またこれらの損傷を防止するため、無放電管916内部に放電が移行すると、この状態を検知して、自動的に電源906からの高電圧の供給を停止するという制御を行っていた。
When the discharge is transferred, the temperature inside the
ガスレーザ発振装置において、板金切断、溶接などの用途を拡大するため、顧客から大出力化を求められている。そのためには、放電空間907に供給する電源906からの電圧を高くすることによって、より大きなエネルギーを注入することが有力な手段の一つである。
In the gas laser oscillation device, in order to expand the uses such as sheet metal cutting and welding, the customer is required to increase the output. For this purpose, one of the effective means is to inject larger energy by increasing the voltage from the
しかしその場合、電圧が高くなり、また出力増大により、アパーチャ917で反射して発生する雑光920の量も増えるため、前記のような無放電管916内部への放電移行が発生しやすくなるという課題が存在していた。
In that case, however, the voltage increases and the amount of
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。 The present invention has been made in view of the above problems.
本発明は、上記問題点を解決するために、ミラーと放電手段の空間を絶縁かつ結合する接続部の内部表面に、雑光を分散して吸収するための凸凹を設け、前記凹凸の形状は直角三角形とし、斜辺の長さをレーザ光の波長に対し、4倍以上7倍以下とし、前記凹凸の光軸方向との傾斜角は、15〜25degreeとし、部分反射鏡と放電部を接合する無放電管の直角三角形状の凸凹は直角部を部分反射鏡側に向け、全反射鏡と放電部を接合する無放電管の角三角形状の凸凹は直角部を全反射鏡側に向け、前記接合部材質をガラス、もしくはセラミックとしたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an uneven surface for dispersing and absorbing miscellaneous light on the inner surface of the connecting portion that insulates and couples the space between the mirror and the discharge means. It is a right triangle, the length of the hypotenuse is 4 times or more and 7 times or less with respect to the wavelength of the laser beam, the inclination angle of the unevenness with respect to the optical axis direction is 15 to 25 degrees, and the partial reflection mirror and the discharge part are joined. The right-angled triangular unevenness of the dischargeless tube points the right-angled part to the partial reflector side, and the rectangular triangle-shaped unevenness of the dischargeless tube that joins the total reflection mirror and the discharge part points the right-angled part to the total reflection mirror side. The bonding member is made of glass or ceramic.
本発明に示す構成により、前記絶縁接合部の温度上昇を緩和させ、放電移行を防止することが可能となる。そのため放電空間により高い高電圧を印加し、注入エネルギーを上げることができ、効率よく大出力のレーザビームを得ることが可能となる。 With the configuration shown in the present invention, it is possible to alleviate the temperature rise of the insulating junction and prevent discharge transition. Therefore, a high voltage can be applied to the discharge space to increase the injection energy, and a high-power laser beam can be obtained efficiently.
以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated, referring drawings.
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態に関するレーザ発振装置の光共振器部分の概略構成図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical resonator portion of a laser oscillation apparatus according to an embodiment of the present invention.
この図に於いて、101はガラスなどの誘電体よりなる放電管であり、102、103は前記放電管周辺に設けられた電極である。106は前記電極に接続された電源である。107は前記電極102、103間に挟まれた放電管101内の放電空間である。
In this figure, 101 is a discharge tube made of a dielectric material such as glass, and 102 and 103 are electrodes provided around the discharge tube. A
108は全反射鏡、109は部分反射鏡であり、この全反射鏡108、部分反射鏡109は前記放電空間107の両端に固定配置され、光共振器を形成している。
また通常電極部は数10kVの高電圧が印加され、全反射鏡108、部分反射鏡109は、電極との間に誘電体からなる無放電管116を設けて絶縁を行っている。110は前記部分反射鏡109より出力されるレーザビームである。117はアパーチャであり、レーザビームの品質を向上させるためのものである。
Further, a high voltage of several tens of kV is applied to the normal electrode portion, and the
絶縁接合部の無放電管116の内部表面には直角三角形状の凹凸121が設けられている。図2は図1の116a及び116bの拡大図を示したものである。
Right-sided
この図に示すように、前記凹凸の形状は直角三角形とし、斜辺の長さをレーザ光の波長に対し、4倍以上7倍以下とし、前記凹凸の光軸方向との傾斜角は、15〜25degreeとし、部分反射鏡109と電極103を接合する無放電管116の内部表面の直角三角形状の凸凹は直角部を部分反射鏡側に向け、全反射鏡108と電極102を接合する無放電管116の内部表面の直角三角形状の凸凹は直角部を全反射鏡側に向けられている。また、無放電管116材料は耐熱性の高く、安価なガラスを使用している。
As shown in this figure, the shape of the unevenness is a right triangle, the length of the hypotenuse is 4 to 7 times the wavelength of the laser beam, and the inclination angle of the unevenness with respect to the optical axis direction is 15 to 15 times. The angle-less triangular irregularities on the inner surface of the
前述したように、光共振空間119内でのレーザビームとアパーチャ117の内径との差により、レーザビームのうちでアパーチャ117に照射される部分が存在する。また、全反射鏡108と部分反射鏡109はレーザ発振に必要な平行度を持って存在しているが、この平行度が著しく失われている場合には平行度が保たれているときと比較してより強くアパーチャ117にレーザビームが照射される。
As described above, due to the difference between the laser beam in the
レーザビームはアパーチャ117に照射されるが、アパーチャ117は銅やアルミなどのような金属で形成されており照射されたレーザビームの大部分はアパーチャに吸収されずに反射され、光共振には不要な雑光120成分が発生する。
The laser beam is irradiated to the
この雑光120は、図3に示すような、入射角βで無放電管116に照射され
る。このとき、直角三角形と斜辺の光軸に対する傾斜角γを15degree以上に設定しておけば、この入射角βは幾何学的にβ=α‐γとなる。
The
ここで、αは無放電管116表面に凸凹がなくストレート形状の場合の雑光の入射角を表しており、0〜90degreeの範囲の値のみをとることができる。そのためαが最大値の90degreeであっても、βは75degreeより大きくなることは無い。
Here, α represents the incident angle of miscellaneous light when the surface of the
また、この面で反射した光は、再び無放電管内の別の場所で、入射角75degree以下で入射し、吸収と反射と透過が起こる。雑光120の入射角は常に75degree以下であるため、各場所で吸収される光の量は、図4に示すように角度にほぼ依存しない、吸収率の低い領域で、一定であることが分かる。
In addition, the light reflected by this surface is incident again at another place in the dischargeless tube at an incident angle of 75 degrees or less, and absorption, reflection, and transmission occur. Since the incident angle of the
そのため、無放電管116の温度上昇は全体的に均一に起こる。
Therefore, the temperature rise of the
また、傾斜角が25degree以上になると効果が減少する。これを示したものが図5である。傾斜角を25degree以上にすると、図6に示すように、斜面で反射した光が隣の直角三角形の壁に衝突して吸収される成分が増加して、斜面で反射して別の離れた場所で吸収させる効果(反射効果)が薄れてしまうからだと推定される。 Further, the effect is reduced when the inclination angle is 25 degrees or more. This is shown in FIG. When the inclination angle is 25 degrees or more, as shown in FIG. 6, the component reflected by the inclined surface of the right triangle increases as the light reflected by the inclined surface increases, and is reflected by the inclined surface to another distant place. It is estimated that the effect (reflection effect) to be absorbed by is weakened.
また、直角三角形の斜面の長さはレーザの光は波長の4倍以上、7倍以下がもっとも効果がある。これを示したものが図6である。斜面がレーザの光波長の4倍以下では、光波長と斜面の長さが近づくため、十分な反射効果は得られず、また、斜面の長さが7倍以上になると、同一面で雑光が反射される成分が増えることになり、凸凹による散乱効果が薄れることになるため、効果が低減していくと推定される。 Further, the length of the inclined surface of the right triangle is most effective when the laser beam is 4 times or more and 7 times or less the wavelength. This is shown in FIG. If the slope is less than 4 times the wavelength of the laser light, the light wavelength is close to the slope length, so that a sufficient reflection effect cannot be obtained. It is presumed that the effect is reduced because the number of reflected components increases and the scattering effect due to unevenness is reduced.
また、無放電管の材質は、絶縁性、耐熱性が高く、光の吸収と反射効果が十分得られるガラス、もしくはセラミックがもっとも効果的である。 The material of the non-discharge tube is most effective when it is made of glass or ceramic that has high insulation and heat resistance, and can sufficiently absorb and reflect light.
次に、図8は本発明の実施の形態におけるガスレーザ加工機の構成図である。本発明のガスレーザ発振装置100より出力されたレーザビーム110を反射ミラー130によりトーチ131内部に具備された集光レンズ132まで誘導し、集光レンズ131により集光されたレーザビーム110を加工ワーク133に照射し、切断、溶接などの用途に用いている。
Next, FIG. 8 is a block diagram of the gas laser processing machine in the embodiment of the present invention. The
加工ワーク133はテーブル134に搭載されており、X軸モータ135、Y軸モータ136により集光レンズ132を移動させることにより、加工ワーク133を任意の形状に加工している。なお、図8では集光レンズ132を動力135、136より移動させているが、テーブル134側にX軸モータ135、Y軸モータ136を接続して移動させても同様の効果を得ることができる。
The processed
本発明によるガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機は、レーザビームの品質を向上させるためのアパーチャを備えながら、絶縁接合部の温度上昇を緩和し、絶縁部への放電移行を抑制することが可能となり、レーザ出力を増大することが出来るガスレーザ発振装置およびガスレーザ加工機として有用である。 The gas laser oscillation device and the gas laser processing machine according to the present invention can reduce the temperature rise of the insulating junction and suppress the discharge transfer to the insulating portion while including an aperture for improving the quality of the laser beam. This is useful as a gas laser oscillation device and a gas laser processing machine capable of increasing the laser output.
101 放電管
102 電極
103 電極
104 オリフィス
105 ガス導入部
106 電源
107 放電空間
108 全反射鏡
109 部分反射鏡
110 レーザビーム
111 レーザガスが流れる方向
112 レーザガス流路
113 熱交換器
114 熱交換器
115 送風機
116 無放電管
117 アパーチャ
118 光軸
119 光共振空間
120 雑光
121 凸凹
130 反射ミラー
131 トーチ
132 集光レンズ
133 ワーク
134 加工テーブル
135 X軸モータ
135 Y軸モータ
901 放電管
902 電極
903 電極
904 オリフィス
905 ガス導入部
906 電源
907 放電空間
908 全反射鏡
909 部分反射鏡
910 レーザビーム
911 レーザガスの流れる方向
912 レーザガス流路
913 熱交換器
914 熱交換器
915 送風機
916 無放電管
917 アパーチャ
918 光軸
919 光共振空間
920 雑光
DESCRIPTION OF
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013214485A JP2015079783A (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Gas laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013214485A JP2015079783A (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Gas laser oscillator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015079783A true JP2015079783A (en) | 2015-04-23 |
Family
ID=53011001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013214485A Pending JP2015079783A (en) | 2013-10-15 | 2013-10-15 | Gas laser oscillator |
Country Status (1)
Country | Link |
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2013
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