JP2015173220A - 放電管を備えるレーザ発振器、およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単な構成で、散乱光を効果的に除去することができるレーザ発振器が求められている。【解決手段】レーザ発振器は、互いに対向して配置された出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管３５とを備える。放電管３５は、出力鏡３２に面する軸方向の第１端部４２からリア鏡３４に向かうにつれて内径が大きくなる第１の部分を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、放電管を備えるレーザ発振器、およびレーザ加工装置に関する。

レーザ発振器において、レーザビームに含まれる散乱光を除去するための要素を光共振空間に複数配置する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開平１１−５４８１６号公報

上述のようなレーザ発振器においては、効果的に散乱光を除去するために、散乱光を除去するための要素の各々を、光共振空間において正確に位置決めする必要がある。これにより、製造工程の複雑化に繋がっていた。したがって、より簡単な構成で、散乱光を効果的に除去することができるレーザ発振器が求められている。

本発明の一態様において、レーザ発振器は、互いに対向して配置された出力鏡およびリア鏡と、出力鏡とリア鏡との間に配置された放電管であって、出力鏡に面する軸方向の第１端部からリア鏡に向かうにつれて内径が大きくなる第１の部分を有する、放電管とを備える。

第１の部分の内径は、第１端部からリア鏡に向かうにつれて段階的に大きくなってもよい。第１の部分は、第１端部を含み、軸方向において一定の第１の内径を有する第１の放電管と、第１の放電管に、出力鏡とは反対側に隣接して配置され、軸方向において一定の第２の内径を有する第２の放電管であって、該第２の内径は、第１の内径よりも大きい、第２の放電管とを有してもよい。第１の内径と第２の内径と間の差は、１００μｍよりも小さくてもよい。第１の部分の内径は、第１端部からリア鏡に向かうにつれて連続的に大きくなってもよい。

第１の部分は、第１端部を含み、第１端部からリア鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第１の放電管と、第１の放電管に出力鏡とは反対側で隣接して配置され、該第１の放電管に面する軸方向の端部からリア鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第２の放電管とを有してもよい。

放電管は、リア鏡に面する軸方向の第２端部から出力鏡に向かうにつれて内径が大きくなる第２の部分をさらに有してもよい。第２の部分の内径は、第２端部から出力鏡に向かうにつれて段階的に大きくなってもよい。第２の部分は、第２端部を含み、軸方向において一定の第３の内径を有する第３の放電管と、第３の放電管にリア鏡とは反対側で隣接して配置され、軸方向において一定の第４の内径を有する第４の放電管であって、該第４の内径は、第３の内径よりも大きい、第４の放電管とを有してもよい。

第２の部分の内径は、第２端部から出力鏡に向かうにつれて連続的に大きくなってもよい。第２の部分は、第２端部を含み、該第２端部から出力鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第３の放電管と、第３の放電管にリア鏡とは反対側で隣接して配置され、該第３の放電管に面する軸方向の端部から出力鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第４の放電管とを有してもよい。本発明の他の態様において、レーザ加工装置は、上述のレーザ発振器を備える。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置のブロック図である。 図１に示す共振器部の概略図であって、放電管のみを断面表示している。 図２中の領域ＩＩＩを拡大した図である。 図２に示す第２の放電管の内部を出力鏡へ向かって伝搬するレーザビームの強度分布を示す。 図２に示す第１の放電管の内部を出力鏡へ向かって伝搬するレーザビームの強度分布を示す。 本発明の他の実施形態に係る共振器部の概略図であって、放電管のみを断面表示している。 図６中の領域ＶＩＩを拡大した図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る共振器部の概略図であって、放電管のみを断面表示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る共振器部の概略図であって、放電管のみを断面表示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る共振器部の概略図であって、放電管のみを断面表示している。 本発明のさらに他の実施形態に係る共振器部の概略図であって、放電管のみを断面表示している。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置１０について説明する。なお、以下の説明における軸方向は、図２中の光軸Ｏに沿う方向を示し、軸方向左方は、図２紙面左方向に対応する。また、径方向は、光軸Ｏを中心とする円の半径方向を示す。また、周方向は、光軸Ｏを中心とする円の円周方向を示す。

レーザ加工装置１０は、レーザ発振器２０、反射鏡１２、および集光レンズ１４を備える。レーザ発振器２０は、内部でレーザビームを生成し、レーザビーム１６として、反射鏡１２へ向けて出射する。反射鏡１２は、レーザ発振器２０から出射されたレーザビーム１６の光路上に配置されており、レーザビーム１６を集光レンズ１４へ向かって反射する。集光レンズ１４は、反射鏡１２によって反射されたレーザビーム１６をワークＷ上へフォーカスする。レーザ加工装置１０は、レーザビーム１６をワークＷの上に照射して、ワークＷをレーザ加工する。

レーザ発振器２０は、共振器部３０、熱交換器２４および２６、ならびに送風機２８を備える。共振器部３０、熱交換器２４および２６、ならびに送風機２８は、流路２９によって流体的に接続されている。共振器部３０の内部には、レーザ媒質が充満されている。

送風機２８が駆動されると、レーザ媒質は、流路２９を介して、熱交換器２４および２６に導入され、該熱交換器２４および２６によって冷却される。冷却されたレーザ媒質は、再度、共振器部３０へ導入される。このようにして、レーザ媒質は、流路２９を介して、共振器部３０、第１の熱交換器２４、送風機２８、および第２の熱交換器２６を循環する。

図２に示すように、共振器部３０は、互いに対向して配置された出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管３５とを備える。出力鏡３２は、部分反射鏡（いわゆるハーフミラー）によって構成されており、リア鏡３４に対向する側に凹面３２ａを有する。

出力鏡３２は、凹面３２ａに入射したレーザビームの一部を透過させ、レーザビーム１６として外部へ出射する。リア鏡３４は、全反射鏡によって構成されており、出力鏡３２に対向する側に凹面３４ａを有する。出力鏡３２は、凹面３４ａに入射したレーザビームをほぼ全反射する。出力鏡３２とリア鏡３４との間に、光共振空間Ｓ１が形成される。

放電管３５は、接続部材３９を介して互いに接続された第１の放電管３６および第２の放電管３８を有する。第１の放電管３６は、レーザビームを吸収可能な材料、例えば石英から構成された筒状部材であって、光軸Ｏに同心に配置される。第１の放電管３６は、出力鏡３２に面する左端面（第１端部）４２と、左端面４２とは反対側の右端面４４と、左端面４２から右端面４４まで延在する内周面４０とを有する。内周面４０は、軸方向において一定の内径Ｒ１を有する。

第１の放電管３６の外周面４６は、例えば円筒面または多角筒面といった、如何なる外形の面であってもよい。第１の放電管３６の外周面４６には、電極（図示せず）が設置されている。この電極は、共振器部３０の外部に設置された電源（図示せず）に電気的に接続されている。

第２の放電管３８は、接続部材３９を介して、第１の放電管３６の右側に隣接して配置されている。第２の放電管３８は、第１の放電管３６と同様に、レーザビームを吸収可能な材料、例えば石英から構成された筒状部材であって、光軸Ｏに同心に配置される。第２の放電管３８は、接続部材３９を介して第１の放電管３６の右端面４４に面する左端面５０と、リア鏡３４に面する右端面５２と、左端面５０から右端面５２まで延在する内周面４８とを有する。

内周面４８は、軸方向において一定の内径Ｒ２を有する。ここで、第２の放電管３８の内径Ｒ２は、第１の放電管３６の内径Ｒ１よりも大きく設定されている。第２の放電管３８の外周面５４は、第１の放電管３６の外周面４６と同様に、如何なる外形の面であってもよい。第２の放電管３８の外周面５４には、電極（図示せず）が設置されている。この電極は、上述の電源に接続されている。

接続部材３９は、レーザビームを吸収可能な材料、例えば金属から作製された環状の部材であって、第１の放電管３６と第２の放電管３８との間に配置されている。接続部材３９は、第２の放電管３８の内径Ｒ２と同じ、またはそれよりも大きい内径を有する。

放電管３５は、第１の放電管３６の外周面４６および第２の放電管３８の外周面５４の各々に嵌着されたＯリング（図示せず）を介して、固定部材（図示せず）によって支持され、出力鏡３２とリア鏡３４との間に光軸Ｏに同心に位置決めされる。

次に、図１および図２を参照して、本実施形態に係るレーザ加工装置１０の動作について説明する。上述の電源から、第１の放電管３６に設置された電極、および第２の放電管３８に設置された電極に電圧が印加され、第１の放電管３６および第２の放電管３８の内部で放電を発生させる。

これにより、第１の放電管３６および第２の放電管３８の内部を循環するレーザ媒質が励起され、出力鏡３２とリア鏡３４との間に形成された光共振空間Ｓ１にて、光軸Ｏを中心に有するレーザビーム５６が生成される。そして、光共振空間Ｓ１にて生成されたレーザビーム５６の一部が、出力鏡３２を透過して、レーザビーム１６として出射される。

ここで、本実施形態に係る放電管３５は、出力鏡３２に面する端面４２から、リア鏡３４に向かうにつれて段階的に大きくなる内径を有している。換言すれば、放電管３５の内径は、出力鏡３２に向かうにつれて段階的に小さくなっている。この構成により、レーザビーム５６の散乱光成分を除去することができる。この機能について、図２〜図５を参照して、以下に説明する。なお、理解の容易の観点から、図３においては、接続部材３９を省略している。

第２の放電管３８の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ａ（図３）の強度分布は、図４に示すようになる。図４に示すように、レーザビーム５６ａは、光軸Ｏから径方向外側に離隔した外縁領域（第２の放電管３８の内周面４８の近傍領域に相当）に、散乱光５６ｂの成分を含んでいる。この散乱光５６ｂは、ワークＷの加工に寄与することなく、ワークＷを不必要に発熱させてしまう作用を及ぼすものである。

本実施形態においては、図３に示すように、レーザビーム５６ａに含まれる散乱光５６ｂは、第２の放電管３８の内周面４８の近傍を左方向へ伝搬し、第１の放電管３６の右端面４４へ入射し、該右端面４４によって吸収される。その結果、第１の放電管３６の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ｃの強度分布においては、図５に示すように、散乱光５６ｂの成分が除去されている。

このように、本実施形態においては、リア鏡３４から出力鏡３２へ向かう方向（すなわち、左方向）において、放電管３５の内径をＲ２からＲ１へ段階的に小さくすることによって、出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ａに含まれる散乱光５６ｂの成分を、第１の放電管３６の右端面４４に入射させることによって除去することができる。その結果、散乱光５６ｂの成分を含まない、より高品質な強度分布を有するレーザビーム１６を、外部へ出射することができるので、ワークＷをより高精度に加工することができる。

また、本実施形態によれば、上述のような散乱光５６ｂを、第１の放電管３６自体に吸収させているので、散乱光を除去するための要素を別途設ける必要がない。したがって、散乱光５６ｂを、より簡単な構成で、効果的に除去することが可能となる。

図２に示す共振器部３０の代替として、以下に説明するように、種々の態様の共振器部をレーザ発振器２０に適用することができる。次に、図６および図７を参照して、他の実施形態に係る共振器部６０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

共振器部６０は、出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管６２とを備える。放電管６２は、例えば石英から構成され、互いに軸方向に一体に連結された小径部６４と大径部６６とを有する。小径部６４および大径部６６は、光軸Ｏに同心に配置されている。小径部６４は、出力鏡３２に面する左端面（第１端部）６８と、円筒の内周面７６を有する。

内周面７６は、左端面６８から、小径部６４と大径部６６との接続部分の内周に形成された内側端面７０まで延在しており、軸方向において一定の内径Ｒ１を有する。また、小径部６４は、左端面６８から、小径部６４と大径部６６との接続部分の外周に形成された外側端面７４まで延びる外周面８０を有する。

一方、大径部６６は、リア鏡３４に面する右端面７２と、該右端面７２から内側端面７０まで延びる円筒の内周面７８を有する。内周面７８は、軸方向において一定の内径Ｒ２を有する。ここで、大径部６６の内径Ｒ２は、小径部６４の内径Ｒ１よりも大きく設定されている。大径部６６は、右端面７２から外側端面７４まで延びる外周面８２を有する。小径部６４の外周面８０と、大径部６６の外周面８２は、例えば円筒面または多角筒面といった、如何なる外形の面であってもよい。

小径部６４の外周面８０、および大径部６６の外周面８２には、それぞれ電極（図示せず）が設置されている。これらの電極は、共振器部６０の外部に設置された電源（図示せず）に接続されている。

上述のように、本実施形態においては、放電管６２の内径が、リア鏡３４から出力鏡３２へ向かう方向において、内側端面７０にてＲ２からＲ１へ段階的に小さくなっている。この構成によれば、図２に示す実施形態と同様に、出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームの散乱光成分を除去することができる。

具体的には、図７に示すように、大径部６６の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ａは、その径方向外側の外縁領域に散乱光５６ｂを含み、該散乱光５６ｂは、大径部６６の内周面７８の近傍を左方向へ伝搬した後、内側端面７０へ入射して吸収される。

その結果、小径部６４の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ｃの強度分布からは、散乱光５６ｂの成分が除去されることになる。これにより、散乱光５６ｂの成分を含まない、より高品質な強度分布を有するレーザビーム１６を、外部へ出射することができるので、ワークＷをより高精度に加工することができる。また、散乱光５６ｂを、放電管６２自体に吸収させているので、散乱光を除去するための要素を別途設ける必要がない。したがって、散乱光５６ｂを、より簡単な構成で、効果的に除去することが可能となる。

次に、図８を参照して、さらに他の実施形態に係る共振器部９０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。共振器部９０は、出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管９２とを備える。放電管９２は、出力鏡３２に隣接する第１の放電管９４と、第１の放電管９４の右側に隣接する第２の放電管９６と、リア鏡３４に隣接する第３の放電管９８と、第２の放電管９６と第３の放電管９８との間に配置された第４の放電管１００とを有する。

第１の放電管９４および第２の放電管９６は、接続部材９９を介して互いに連結されている。また、第３の放電管９８および第４の放電管１００は、接続部材１０２を介して互いに連結されている。また、第２の放電管９６および第４の放電管１００は、接続部材１０４を介して互いに連結されている。また、第１の放電管９４、第２の放電管９６、第３の放電管９８、第４の放電管１００の各々は、例えば石英から構成されており、外部電源に電気的に接続された電極（図示せず）を有する。

第１の放電管９４は、出力鏡３２に面する左端面（第１端部）１０６と、左端面１０６とは反対側の右端面１０８と、左端面１０６から右端面１０８まで延在する、円筒の内周面１１０とを有する。内周面１１０は、軸方向において一定の内径Ｒ１１を有する。また、第１の放電管９４は、左端面１０６から右端面１０８まで延在する外周面１１２を有する。

第２の放電管９６は、第１の放電管９４の右端面１０８に面する左端面１１４と、左端面１１４とは反対側の右端面１１６と、左端面１１４から右端面１１６まで延在する、円筒の内周面１１８とを有する。内周面１１８は、軸方向において一定の内径Ｒ１２を有する。また、第２の放電管９６は、左端面１１４から右端面１１６まで延在する外周面１２０を有する。

第３の放電管９８は、リア鏡３４に面する右端面（第２端部）１２２と、右端面１２２とは反対側の左端面１２４と、右端面１２２から左端面１２４まで延在する、円筒の内周面１２６とを有する。内周面１２６は、軸方向において一定の内径Ｒ１３を有する。また、第３の放電管９８は、右端面１２２から左端面１２４まで延在する外周面１２８を有する。

第４の放電管１００は、第２の放電管９６の右端面１１６に面する左端面１３０と、第３の放電管９８の左端面１２４に面する右端面１３２と、左端面１３０から右端面１３２まで延在する、円筒の内周面１３４とを有する。内周面１３４は、軸方向において一定の内径Ｒ１４を有する。また、第４の放電管１００は、左端面１３０から右端面１３２まで延在する外周面１３６を有する。

ここで、本実施形態においては、内径Ｒ１１〜Ｒ１４は、以下の式１〜式４に示す関係を満たすように設定されている。
Ｒ１１＜Ｒ１３＜Ｒ１２＜Ｒ１４・・・（式１）
｜Ｒ１１−Ｒ１２｜＜１００μｍ・・・（式２）
｜Ｒ１２−Ｒ１４｜＜１００μｍ・・・（式３）
｜Ｒ１４−Ｒ１３｜＜１００μｍ・・・（式４）
内径Ｒ１１〜Ｒ１４の具体例としては、Ｒ１１＝２０．００ｍｍ、Ｒ１２＝２０．０６ｍｍ、Ｒ１３＝２０．０３ｍｍ、Ｒ１４＝２０．０９ｍｍである。

本実施形態においては、放電管９２の内径が、出力鏡３２に面する端面１０６からリア鏡３４に向かうにつれて、第１の放電管９４、第２の放電管９６、および第４の放電管１００に亘って、２段階で大きくなっている。このように、第１の放電管９４、第２の放電管９６、および第４の放電管１００は、端面１０６からリア鏡３４に向かうにつれて内径が大きくなる、放電管９２の第１の部分を構成する。

その一方で、放電管９２の内径は、リア鏡３４に面する端面１２２から出力鏡３２に向かうにつれて、第３の放電管９８および第４の放電管１００に亘って１段階で大きくなっている。このように、第３の放電管９８および第４の放電管１００は、端面１２２から出力鏡３２に向かうにつれて内径が大きくなる、放電管９２の第２の部分を構成する。

本実施形態においては、第４の放電管１００の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ｄの散乱光５６ｅは、第２の放電管９６の右端面１１６に入射して吸収される。また、第２の放電管９６の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビーム５６ｆの散乱光５６ｇは、第１の放電管９４の右端面１０８に入射して吸収される。このように、本実施形態によれば、出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームから、右端面１１６および右端面１０８にて２段階で散乱光を除去することができる。

その一方で、第４の放電管１００の内部をリア鏡３４へ向かって伝搬するレーザビーム５６ｈの散乱光５６ｉは、第３の放電管９８の左端面１２４に入射して吸収される。このように、本実施形態によれば、リア鏡３４へ向かって伝搬するレーザビームから、左端面１２４にて散乱光を除去することができる。

この構成によれば、出力鏡３２およびリア鏡３４のいずれに向かって伝搬するレーザビームに対しても、散乱光成分を除去することができるので、さらに高品質な強度分布を有するレーザビーム１６を、外部へ出射することができる。このため、ワークＷをさらに高精度に加工することができる。また、散乱光を放電管９２自体に吸収させているので、散乱光を除去するための要素を別途設ける必要がない。したがって、散乱光を、より簡単な構成で、効果的に除去することが可能となる。

また、本実施形態によれば、放電管９４、９６、９８、および１００の内径Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、およびＲ１４に、公差に起因するバラつきがある場合においても、放電管９４、９６、９８、および１００の内径の実寸に応じて、放電管９４、９６、９８、および１００の配列を適宜変更することによって、散乱光成分を除去可能な共振器部９０を構成することが可能である。したがって、レーザ発振器の製造効率を向上させることができる。

次に、図９を参照して、さらに他の実施形態に係る共振器部１４０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。共振器部１４０は、出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管１４２とを備える。

放電管１４２は、出力鏡３２に隣接する第１の放電管１４４と、第１の放電管１４４の右側に隣接する第２の放電管１４６と、リア鏡３４に隣接する第３の放電管１４８と、第３の放電管１４８の左側に隣接する第４の放電管１５０と、第２の放電管１４６と第４の放電管１５０との間に配置された第５の放電管１５２とを有する。

第１の放電管１４４と第２の放電管１４６、第２の放電管１４６と第５の放電管１５２、第５の放電管１５２と第４の放電管１５０、および、第４の放電管１５０と第３の放電管１４８は、それぞれ、接続部材（図示せず）を介して互いに連結されている。また、第１の放電管１４４、第２の放電管１４６、第３の放電管１４８、第４の放電管１５０、および第５の放電管１５２の各々は、例えば石英から構成されており、外部電源に電気的に接続された電極（図示せず）を有する。

第１の放電管１４４は、出力鏡３２に面する左端面（第１端部）１５４と、左端面１５４とは反対側の右端面１５６と、左端面１５４から右端面１５６まで延在する、円筒の内周面１５８とを有する。内周面１５８は、軸方向において一定の内径Ｒ２１を有する。

第２の放電管１４６は、第１の放電管１４４の右端面１５６に面する左端面１６０と、左端面１６０とは反対側の右端面１６２と、左端面１６０から右端面１６２まで延在する、円筒の内周面１６４とを有する。内周面１６４は、軸方向において一定の内径Ｒ２２を有する。

第３の放電管１４８は、リア鏡３４に面する右端面（第２端部）１６６と、右端面１６６とは反対側の左端面１６８と、右端面１６６から左端面１６８まで延在する、円筒の内周面１７０とを有する。内周面１７０は、軸方向において一定の内径Ｒ２３を有する。

第４の放電管１５０は、第３の放電管１４８の左端面１６８に面する右端面１７２と、右端面１７２とは反対側の左端面１７４と、右端面１７２から左端面１７４まで延在する、円筒の内周面１７６とを有する。内周面１７６は、軸方向において一定の内径Ｒ２４を有する。

第５の放電管１５２は、第２の放電管１４６の右端面１６２に面する左端面１７８と、第４の放電管１５０の左端面１７４に面する右端面１８０と、左端面１７８から右端面１８０まで延在する、円筒の内周面１８２とを有する。内周面１８２は、軸方向において一定の内径Ｒ２５を有する。

ここで、本実施形態においては、上述の内径Ｒ２１〜Ｒ２５は、以下の式５〜式９に示す関係を満たすように設定されている。
Ｒ２１＜Ｒ２３＜Ｒ２２＜Ｒ２４＜Ｒ２５・・・（式５）
｜Ｒ２１−Ｒ２２｜＜１００μｍ・・・（式６）
｜Ｒ２２−Ｒ２５｜＜１００μｍ・・・（式７）
｜Ｒ２５−Ｒ２４｜＜１００μｍ・・・（式８）
｜Ｒ２４−Ｒ２３｜＜１００μｍ・・・（式９）
内径Ｒ２１〜Ｒ２５の具体例としては、Ｒ２１＝２０．００ｍｍ、Ｒ２２＝２０．０６ｍｍ、Ｒ２３＝２０．０３ｍｍ、Ｒ２４＝２０．０９ｍｍ、Ｒ２５＝２０．１２ｍｍである。

本実施形態においては、放電管１４２の内径は、出力鏡３２に面する端面１５４からリア鏡３４に向かうにつれて、第１の放電管１４４、第２の放電管１４６、および第５の放電管１５２に亘って、２段階で大きくなっている。このように、第１の放電管１４４、第２の放電管１４６、および第５の放電管１５２は、端面１５４からリア鏡３４に向かうにつれて内径が大きくなる、放電管１４２の第１の部分を構成する。

その一方で、放電管１４２の内径は、リア鏡３４に面する端面１６６から出力鏡３２に向かうにつれて、第３の放電管１４８、第４の放電管１５０、および第５の放電管１５２に亘って、２段階で大きくなっている。このように、第３の放電管１４８、第４の放電管１５０、および第５の放電管１５２は、端面１６６から出力鏡３２に向かうにつれて内径が大きくなる、放電管１４２の第２の部分を構成する。

本実施形態によれば、放電管１４２の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームの散乱光は、出力鏡３２へ入射するまでに、第２の放電管１４６の右端面１６２、および、第１の放電管１４４の右端面１５６に入射して吸収される。このため、出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームから、右端面１６２および右端面１５６にて２段階で散乱光を除去することができる。

その一方で、放電管１４２の内部をリア鏡３４へ向かって伝搬するレーザビーム散乱光は、第４の放電管１５０の左端面１７４、および、第３の放電管１４８の左端面１６８に入射して吸収される。このため、出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームから、左端面１７４および左端面１６８にて２段階で散乱光を除去することができる。

この構成によれば、出力鏡３２およびリア鏡３４のいずれに向かって伝搬するレーザビームに対しても、散乱光成分を効果的に除去することができるので、さらに高品質な強度分布を有するレーザビーム１６を、外部へ出射することができる。このため、ワークＷをさらに高精度に加工することができる。また、散乱光を放電管１４２自体に吸収させているので、散乱光を除去するための要素を別途設ける必要がない。したがって、散乱光を、より簡単な構成で効果的に除去することが可能となる。

また、本実施形態によれば、放電管１４４、１４６、１４８、１５０、および１５２の内径Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４、およびＲ２５に、公差に起因するバラつきがある場合においても、これら放電管の内径の実寸に応じて、放電管の配列を適宜変更することによって、散乱光成分を除去可能な共振器部１４０を構成することが可能である。

次に、図１０を参照して、さらに他の実施形態に係る共振器部１９０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。共振器部１９０は、出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管１９２とを備える。

放電管１９２は、出力鏡３２に面する左端面（第１端部）１９４と、リア鏡３４に面する右端面１９６と、左端面１９４から右端面１９６まで延在する内周面１９８および外周面２００とを有する。放電管１９２は、例えば石英から構成される。放電管１９２の外周面２００には、外部電源に接続された電極（図示せず）が設置されている。放電管１９２の外周面２００は、例えば円筒面または多角筒面といった、如何なる外形の面であってもよい。

本実施形態においては、放電管１９２の内周面１９８の内径は、左端面１９４から右端面１９６に向かうにつれて連続的に大きくなっている。より具体的には、内周面１９８の内径は、左端面１９４における内径Ｒ３１から、右端面１９６における内径Ｒ３２まで、リア鏡３４に向かうにつれて連続的に拡径している。

換言すれば、内周面１９８の内径は、放電管１９２の右端面１９６から左端面１９４に向かうにつれて徐々に縮径している。この構成によれば、放電管１９２の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームに含まれる散乱光は、放電管１９２の内部を伝搬するにつれて、徐々に縮径する内周面１９８に入射し吸収される。その結果、出力鏡３２に入射するレーザビームにおいては、散乱光の成分が除去されることになる。

したがって、出力鏡３２から、散乱光の成分を含まない、より高品質な強度分布を有するレーザビーム１６を出射することができるので、ワークＷをより高精度に加工することができる。また、散乱光を放電管１９２自体に吸収させているので、散乱光を除去するための要素を別途設ける必要がない。したがって、散乱光を、より簡単な構成で効果的に除去することが可能となる。

次に、図１１を参照して、さらに他の実施形態に係る共振器部２１０について説明する。なお、上述の実施形態と同様の要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。共振器部２１０は、出力鏡３２およびリア鏡３４と、出力鏡３２とリア鏡３４との間に配置された放電管２１２とを備える。放電管２１２は、出力鏡３２に隣接する第１の放電管２１４と、第１の放電管２１４の右側に隣接する第２の放電管２１６と、リア鏡３４に隣接する第３の放電管２１８と、第２の放電管２１６と第３の放電管２１８との間に配置された第４の放電管２２０とを有する。

第１の放電管２１４、第２の放電管２１６、第３の放電管２１８、および第４の放電管２２０の各々は、例えば石英から構成され、外部電源に接続された電極（図示せず）を有する。また、第１の放電管２１４と第２の放電管２１６、第２の放電管２１６と第４の放電管２２０、および、第４の放電管２２０と第３の放電管２１８は、それぞれ接続部材（図示せず）を介して互いに連結されている。

第１の放電管２１４は、出力鏡３２に面する左端面（第１端部）２２２と、左端面２２２とは反対側の右端面２２４と、左端面２２２から右端面２２４まで延在する内周面２２６とを有する。内周面２２６の内径は、左端面２２２における内径Ｒ４１から、右端面２２４における内径Ｒ４２まで、リア鏡３４に向かうにつれて連続的に大きくなっている。

第２の放電管２１６は、第１の放電管２１４の右端面２２４に面する左端面２２８と、左端面２２８とは反対側の右端面２３０と、左端面２２８から右端面２３０まで延在する内周面２３２とを有する。内周面２３２の内径は、左端面２２８における内径Ｒ４３から、右端面２３０における内径Ｒ４４まで、リア鏡３４に向かうにつれて連続的に大きくなっている。

第３の放電管２１８は、リア鏡３４に面する右端面（第２端部）２３４と、右端面２３４とは反対側の左端面２３６と、右端面２３４から左端面２３６まで延在する内周面２３８を有する。内周面２３８の内径は、右端面２３４における内径Ｒ４５から、左端面２３６における内径Ｒ４６まで、出力鏡３２に向かうにつれて連続的に大きくなっている。

第４の放電管２２０は、第２の放電管２１６の右端面２３０に面する左端面２４０と、第３の放電管２１８の左端面２３６と面する右端面２４２と、左端面２４０から右端面２４２まで延在する内周面２４４を有する。内周面２４４の内径は、右端面２４２における内径Ｒ４７から、左端面２４０における内径Ｒ４８まで、出力鏡３２に向かうにつれて連続的に大きくなっている。

ここで、上述の内径Ｒ４１〜Ｒ４８は、以下の式１０〜式１２に示す関係を満たすように設定される。
Ｒ４１＜Ｒ４２≦Ｒ４３＜Ｒ４４・・・（式１０）
Ｒ４５＜Ｒ４６≦Ｒ４７＜Ｒ４８・・・（式１１）
Ｒ４４≒Ｒ４８・・・（式１２）
内径Ｒ４１〜Ｒ４８の具体例としては、Ｒ４１＝２０．００ｍｍ、Ｒ４２＝２０．０５ｍｍ、Ｒ４３＝２０．０５ｍｍ、Ｒ４４＝２０．１０ｍｍ、Ｒ４５＝２０．００ｍｍ、Ｒ４６＝２０．０５ｍｍ、Ｒ４７＝２０．０５ｍｍ、Ｒ４８＝２０．１０ｍｍである。

本実施形態によれば、放電管２１２の内径が、第１の放電管２１４の左端面２２２から第２の放電管２１６の右端面２３０に亘って徐々に大きくなっている。このように、第１の放電管２１４および第２の放電管２１６は、端面２２２からリア鏡３４に向かうにつれて内径が大きくなる、放電管２１２の第１の部分を構成する。

換言すれば、放電管２１２の内径は、第２の放電管２１６の右端面２３０から第１の放電管２１４の左端面２２２に亘って徐々に小さくなっている。この構成によれば、出力鏡３２へ向かって伝搬するレーザビームに含まれる散乱光は、第２の放電管２１６および第１の放電管２１４の内部を出力鏡３２へ向かって伝搬するにつれて、徐々に縮径する内周面２３２および２２６に吸収される。このため、出力鏡３２へ入射するレーザビームにおいては、散乱光の成分を除去されることになる。

その一方で、放電管２１２の内径は、第３の放電管２１８の右端面２３４から第４の放電管２２０の左端面２４０に亘って徐々に大きくなっている。このように、第３の放電管２１８および第４の放電管２２０は、端面２３４から出力鏡３２に向かうにつれて内径が大きくなる、放電管２１２の第２の部分を構成する。

換言すれば、放電管２１２の内径は、第４の放電管２２０の左端面２４０から第３の放電管２１８の右端面２３４に亘って、徐々に小さくなっている。この構成によれば、リア鏡３４へ向かって伝搬するレーザビームに含まれる散乱光は、第４の放電管２２０および第３の放電管２１８の内部を伝搬するにつれて、徐々に縮径する内周面２４４および２３８に吸収される。このため、リア鏡３４へ入射するレーザビームにおいては、散乱光の成分が除去されることになる。

この構成によれば、出力鏡３２およびリア鏡３４のいずれに向かって伝搬するレーザビームに対しても、散乱光成分を効果的に除去することができるので、さらに高品質な強度分布を有するレーザビーム１６を、外部へ出射することができる。このため、ワークＷをさらに高精度に加工することができる。また、散乱光を放電管２１２自体に吸収させているので、散乱光を除去するための要素を別途設ける必要がない。したがって、散乱光を、より簡単な構成で効果的に除去することが可能となる。

なお、上述の実施形態においては、互いに軸方向に隣接する放電管が、接続部材を介して連結されている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、隣接する放電管を、各々の端面同士を接触させるように、互いに連結してもよい。すなわち、本稿における「隣接する」とは、予め定められた距離だけ離隔して対面している状態、および、互いに接触している状態を含む。

また、図９に示す実施形態においては、放電管１４２が、計５個の放電管１４４、１４６、１４８、１５０、および１５２を備える場合について述べた。しかしながら、これに限らず、放電管１４２は、計ｎ個の放電管を有してもよい（ｎは、任意の整数）。

具体的には、放電管１４２は、出力鏡３２から近い順に、放電管ＤＴ_１、放電管ＤＴ_２、・・・、放電管ＤＴ_ｎ−１、および放電管ＤＴ_ｎを有する。これら放電管ＤＴ_１、放電管ＤＴ_２、・・・、放電管ＤＴ_ｎ−１、および放電管ＤＴ_ｎは、それぞれ、軸方向に一定の内径ｒ_１、ｒ_２、・・・、ｒ_ｎ−１、およびｒ_ｎを有する。

この場合において、内径ｒ_１〜ｒ_ｎは、以下の式１３〜式１５に示す関係を満たすように設定される。
ｒ_１＜ｒ_ｎ＜ｒ_２＜ｒ_ｎ−1＜・・・＜ｒ_ｎ／２（ｎが偶数の場合） ・・・（式１３）
ｒ_１＜ｒ_ｎ＜ｒ_２＜ｒ_ｎ−１＜・・・＜ｒ_{（ｎ＋１）／２}（ｎが奇数の場合） ・・・（式１４）
｜ｒ_ｍ−ｒ_ｍ−１｜＜１００μｍ（ｍは任意の整数） ・・・式（１５）

また、図１１に示す実施形態においては、放電管２１２が、計４個の放電管２１４、２１６、２１８、および２２０を有する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、放電管２１２は、計ｍ個の放電管を有してもよい（ｍは、任意の整数）。

例えば、放電管２１２は、出力鏡３２から近い順に、放電管ＤＴ_１、放電管ＤＴ_２、・・・、放電管ＤＴ_ｎ−１、および放電管ＤＴ_ｎと、リア鏡３４から近い順に、放電管ＤＴ_１’、放電管ＤＴ_２’、・・・、放電管ＤＴ_ｎ−１’、および放電管ＤＴ_ｎ’との、計２ｎ個の放電管を有する。

この場合において、放電管ＤＴ_１〜ＤＴ_ｎは、放電管２１２の第１の部分を構成する。すなわち、放電管２１２の内径は、放電管ＤＴ_１から放電管ＤＴ_ｎまで、リア鏡３４に向かうにつれて大きくなる。一方、放電管ＤＴ_１’〜ＤＴ_ｎ’は、放電管２１２の第２の部分を構成する。すなわち、放電管２１２の内径は、放電管ＤＴ_１’から放電管ＤＴ_ｎ’まで、出力鏡３２に向かうにつれて大きくなる。

ここで、第１の部分を構成する放電管のうち、出力鏡３２に近い順でｋ番目（ｋは任意の整数）に位置する放電管ＤＴ_ｋと、該放電管ＤＴ_ｋの右側に隣接する放電管ＤＴ_ｋ＋１に関して、放電管ＤＴ_ｋの右端面における内径は、放電管ＤＴ_ｋ＋１の左端面における内径よりも小さく設定される。この場合において、放電管ＤＴ_ｋの右端面における内径と、放電管ＤＴ_ｋ＋１の左端面における内径との間の差は、１００μｍよりも小さい。

一方、第２の部分を構成する放電管のうち、リア鏡３４に近い順でｋ番目に位置する放電管ＤＴ_ｋ’と、該放電管ＤＴ_ｋ’の左側に隣接する放電管ＤＴ_ｋ＋１’に関して、放電管ＤＴ_ｋ’の左端面における内径は、放電管ＤＴ_ｋ＋１’の右端面における内径よりも小さく設定される。この場合において、放電管ＤＴ_ｋ’の左端面における内径と、放電管ＤＴ_ｋ＋１’の右端面における内径との間の差は、１００μｍよりも小さい。

また、放電管ＤＴ_ｋの左端面における内径は、放電管ＤＴ_ｋ’の右端面における内径よりも小さく設定されてもよい。また、放電管ＤＴ_ｋの右端面における内径は、放電管ＤＴ_ｋ’の左端面における内径よりも小さく設定されてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る。しかしながら、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

１０ レーザ加工装置
２０ レーザ発振器
３０，６０，９０，１４０，１９０，２１０ 共振器部
３２ 出力鏡
３４ リア鏡
３５，３６，３８，６２，９２，９４，９６，９８，１００，１４２，１４４，１４６，１４８，１５０，１５２，１９２，２１２，２１４，２１６，２１８，２２０ 放電管

Claims (12)

1. レーザ発振器であって、
   互いに対向して配置された出力鏡およびリア鏡と、
   前記出力鏡と前記リア鏡との間に配置された放電管であって、前記出力鏡に面する軸方向の第１端部から前記リア鏡に向かうにつれて内径が大きくなる第１の部分を有する、放電管と、を備える、レーザ発振器。
2. 前記第１の部分の前記内径は、前記第１端部から前記リア鏡に向かうにつれて段階的に大きくなる、請求項１に記載のレーザ発振器。
3. 前記第１の部分は、
   前記第１端部を含み、軸方向において一定の第１の内径を有する第１の放電管と、
   前記第１の放電管に、前記出力鏡とは反対側に隣接して配置され、軸方向において一定の第２の内径を有する第２の放電管であって、該第２の内径は、前記第１の内径よりも大きい、第２の放電管と、を有する、請求項２に記載のレーザ発振器。
4. 前記第１の内径と前記第２の内径と間の差は、１００μｍよりも小さい、請求項３に記載のレーザ発振器。
5. 前記第１の部分の前記内径は、前記第１端部から前記リア鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる、請求項１に記載のレーザ発振器。
6. 前記第１の部分は、
   前記第１端部を含み、前記第１端部から前記リア鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第１の放電管と、
   前記第１の放電管に前記出力鏡とは反対側で隣接して配置され、該第１の放電管に面する軸方向の端部から前記リア鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第２の放電管と、を有する、請求項５に記載のレーザ発振器。
7. 前記放電管は、前記リア鏡に面する軸方向の第２端部から前記出力鏡に向かうにつれて内径が大きくなる第２の部分をさらに有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
8. 前記第２の部分の前記内径は、前記第２端部から前記出力鏡に向かうにつれて段階的に大きくなる、請求項７に記載のレーザ発振器。
9. 前記第２の部分は、
   前記第２端部を含み、軸方向において一定の第３の内径を有する第３の放電管と、
   前記第３の放電管に前記リア鏡とは反対側で隣接して配置され、軸方向において一定の第４の内径を有する第４の放電管であって、該第４の内径は、前記第３の内径よりも大きい、第４の放電管と、を有する、請求項８に記載のレーザ発振器。
10. 前記第２の部分の前記内径は、前記第２端部から前記出力鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる、請求項７に記載のレーザ発振器。
11. 前記第２の部分は、
    前記第２端部を含み、該第２端部から前記出力鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第３の放電管と、
    前記第３の放電管に前記リア鏡とは反対側で隣接して配置され、該第３の放電管に面する軸方向の端部から前記出力鏡に向かうにつれて連続的に大きくなる内径を有する第４の放電管と、を有する、請求項１０に記載のレーザ発振器。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ発振器を備える、レーザ加工装置。

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