JP2020098813A - Folded optical resonator - Google Patents

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Abstract

To provide a folded optical resonator including a mirror that is hardly damaged.SOLUTION: In a folded optical resonator, a front mirror comprises a concave mirror, a rear mirror has two planar reflective areas with a positional relationship orthogonally crossing each other, and a folded mirror arranged on an optical axis between the front mirror and the rear mirror comprises a concave mirror.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、折返し光共振器に関する。 The present invention relates to a folded optical resonator.

レーザ発振器は、光を閉じ込める光共振器と、レーザガス励起のための放電電極部と、レーザガス循環部とを備えている。光共振器は、フロントミラーとリアミラーとを含み、光共振器に閉じ込められた光が増幅されて、一部がフロントミラーを透過して外部に放射される。レーザビームの偏光方向を制御するために、光共振器の光軸上に折返しミラーを配置した折返し光共振器が公知である。また、高次の横モードの発生を抑制してモード安定性を高めるために、リアミラーとして、相互に直交する２つの反射面を持つ直交型ミラーを用いた光共振器が公知である（例えば、特許文献１）。 The laser oscillator includes an optical resonator for confining light, a discharge electrode section for exciting a laser gas, and a laser gas circulating section. The optical resonator includes a front mirror and a rear mirror, the light confined in the optical resonator is amplified, and a part of the light is transmitted through the front mirror and radiated to the outside. A folded optical resonator in which a folding mirror is arranged on the optical axis of the optical resonator in order to control the polarization direction of the laser beam is known. Further, in order to suppress the generation of higher-order transverse modes and improve the mode stability, an optical resonator using an orthogonal mirror having two reflecting surfaces orthogonal to each other as a rear mirror is known (for example, Patent Document 1).

特許第５２２０１９８号公報Japanese Patent No. 5220198

フロントミラーに凹面鏡を用いて半球型共振器を構成すると、折返しミラーやリアミラーの位置におけるビーム径が小さくなるため、その位置においてエネルギ密度が高くなる。このため、折返しミラーやリアミラーの損傷が生じやすくなる。特に、折返しミラーでは、レーザビームが光共振器内を１往復する間に２度の反射が生じるため、損傷の危険性が高い。 If a hemispherical resonator is constructed by using a concave mirror as the front mirror, the beam diameter at the position of the folding mirror or the rear mirror becomes small, and the energy density becomes high at that position. Therefore, the folding mirror and the rear mirror are likely to be damaged. In particular, in the folding mirror, there is a high risk of damage because the laser beam is reflected twice during one round trip in the optical resonator.

本発明の目的は、ミラーの損傷が生じにくい折返し光共振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a folded optical resonator in which mirror damage is unlikely to occur.

本発明の一観点によると、
凹面鏡で構成されたフロントミラーと、
相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持つリアミラーと、
前記フロントミラーと前記リアミラーとの間の光軸上に配置され、凹面鏡で構成された折返しミラーと
を有する折返し光共振器が提供される。 According to one aspect of the invention,
A front mirror composed of a concave mirror,
A rear mirror having two plane-shaped reflective areas that are in a positional relationship that intersect with each other,
There is provided a folded optical resonator having a folding mirror arranged on the optical axis between the front mirror and the rear mirror and configured by a concave mirror.

リアミラーを、相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持つ構成とすることにより、レーザビームのモード安定性を高めることができる。折返しミラーを凹面鏡にすることにより、折返しミラーやリアミラーの位置におけるビーム断面が大きくなり、折返しミラーやリアミラーの損傷が生じにくくなる。 The mode stability of the laser beam can be improved by configuring the rear mirror to have two planar reflection regions that are in a positional relationship of intersecting with each other. By making the folding mirror a concave mirror, the beam cross section at the positions of the folding mirror and the rear mirror becomes large, and the folding mirror and the rear mirror are less likely to be damaged.

図１は、実施例による折返し光共振器が搭載されたガスレーザ装置の放電領域内の光軸を含む断面図である。FIG. 1 is a sectional view including an optical axis in a discharge region of a gas laser device equipped with a folded optical resonator according to an embodiment. 図２は、本実施例による折返し光共振器が搭載されたガスレーザ装置の放電領域内の光軸に垂直な断面図である。FIG. 2 is a sectional view perpendicular to the optical axis in the discharge region of the gas laser device equipped with the folded optical resonator according to the present embodiment. 図３は、本実施例による折返し光共振器の概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of the folded optical resonator according to the present embodiment. 図４は、比較例による折返し光共振器の概略平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view of a folded optical resonator according to a comparative example. 図５は、図３に示した実施例による折返し光共振器の概略平面図及び概略側面図である。FIG. 5 is a schematic plan view and a schematic side view of the folded optical resonator according to the embodiment shown in FIG. 図６は、他の実施例による折返し光共振器の概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view of a folded optical resonator according to another embodiment. 図７は、図６に示した実施例による折返し光共振器のリアミラーの微調整機構を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a fine adjustment mechanism of the rear mirror of the folded optical resonator according to the embodiment shown in FIG. 図８は、さらに他の実施例による折返し光共振器の概略平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view of a folded optical resonator according to another embodiment. 図９は、レーザ加工装置の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of a laser processing device.

図１〜図３を参照して、実施例による折返し光共振器が搭載されたガスレーザ装置、及び折返し光共振器について説明する。
図１は、実施例による折返し光共振器が搭載されたガスレーザ装置の放電領域内の光軸を含む断面図である。放電領域内の光軸方向をｚ軸方向とし、鉛直上方をｘ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。 A gas laser device equipped with a folded optical resonator according to an embodiment and a folded optical resonator will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a sectional view including an optical axis in a discharge region of a gas laser device equipped with a folded optical resonator according to an embodiment. An xyz orthogonal coordinate system in which the optical axis direction in the discharge region is the z-axis direction and the vertically upward direction is the x-axis direction is defined.

チェンバ１０にレーザガスが収容される。チェンバ１０の内部空間が、相対的に鉛直方向上側に位置する光学室１１と、相対的に鉛直方向下側に位置するブロワ室１２と区分されている。光学室１１とブロワ室１２とは、上下仕切り板１３で仕切られている。なお、上下仕切り板１３には、レーザガスを光学室１１とブロワ室１２との間で流通させる開口が設けられている。ブロワ室１２の側壁から光学室１１の底板１４がｚ軸方向の両側に張り出しており、光学室１１のｚ軸方向の長さが、ブロワ室１２のｚ軸方向の長さより長くなっている。チェンバ１０は、光学室１１の底板１４においてチェンバ支持部材１６により光学ベースに支持される。 A laser gas is contained in the chamber 10. The inner space of the chamber 10 is divided into an optical chamber 11 located relatively upward in the vertical direction and a blower chamber 12 located relatively downward in the vertical direction. The optical chamber 11 and the blower chamber 12 are partitioned by an upper and lower partition plate 13. The upper and lower partition plates 13 are provided with openings for allowing the laser gas to flow between the optical chamber 11 and the blower chamber 12. The bottom plate 14 of the optical chamber 11 projects from the side wall of the blower chamber 12 to both sides in the z-axis direction, and the length of the optical chamber 11 in the z-axis direction is longer than the length of the blower chamber 12 in the z-axis direction. The chamber 10 is supported on the optical base by the chamber support member 16 in the bottom plate 14 of the optical chamber 11.

光学室１１内に、一対の放電電極２１が配置されている。一対の放電電極２１は、それぞれ放電電極支持部材２２、２３を介して底板１４に支持されている。一対の放電電極２１は、ｘ軸方向に間隔を隔てて配置され、両者の間に放電領域２４が画定される。放電電極２１は放電領域２４に放電を生じさせることにより、レーザガスを励起させる。後に図２を参照して説明するように、放電領域２４を図１の紙面に垂直な方向にレーザガスが流れる。 A pair of discharge electrodes 21 is arranged in the optical chamber 11. The pair of discharge electrodes 21 are supported by the bottom plate 14 via discharge electrode support members 22 and 23, respectively. The pair of discharge electrodes 21 are arranged at intervals in the x-axis direction, and a discharge region 24 is defined between them. The discharge electrode 21 excites the laser gas by causing a discharge in the discharge region 24. As will be described later with reference to FIG. 2, the laser gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

光学室１１内に配置された共通支持部材２６に折返し光共振器２５が支持されている。折返し光共振器２５は、フロントミラー２５Ｆ、折返しミラー２５Ｍ、及びリアミラーで構成される。図１に示した断面には、リアミラーが現れていない。フロントミラー２５Ｆと折返しミラー２５Ｍとの間の光軸がｚ軸に平行であり、放電領域２４内を通過している。共通支持部材２６は、光共振器支持部材２７を介して底板１４に支持されている。折返し光共振器の光軸をフロントミラー２５Ｆ側（図１において左側）に延伸させた延長線と光学室１１の壁面との交差箇所に、レーザビームを透過させる光透過窓２８が取り付けられている。折返し光共振器２５内で励振されたレーザビームが光透過窓２８を透過して外部に放射される。 The folded optical resonator 25 is supported by a common support member 26 arranged in the optical chamber 11. The folding optical resonator 25 includes a front mirror 25F, a folding mirror 25M, and a rear mirror. The rear mirror does not appear in the cross section shown in FIG. The optical axis between the front mirror 25F and the folding mirror 25M is parallel to the z axis and passes through the discharge region 24. The common support member 26 is supported by the bottom plate 14 via an optical resonator support member 27. A light transmission window 28 for transmitting a laser beam is attached to an intersection of an extension line extending the optical axis of the folded optical resonator toward the front mirror 25F (left side in FIG. 1) and the wall surface of the optical chamber 11. .. The laser beam excited in the folded optical resonator 25 passes through the light transmission window 28 and is emitted to the outside.

ブロワ室１２にブロワ５０が配置されている。ブロワ５０は、光学室１１とブロワ室１２との間でレーザガスを循環させる。 A blower 50 is arranged in the blower chamber 12. The blower 50 circulates a laser gas between the optical chamber 11 and the blower chamber 12.

図２は、本実施例による折返し光共振器２５（図１）が搭載されたガスレーザ装置のｚ軸に垂直な断面図である。チェンバ１０の内部空間が上下仕切り板１３により、上方の光学室１１と下方のブロワ室１２とに区分されている。光学室１１内に、一対の放電電極２１、折返し光共振器２５（図１）を支持する共通支持部材２６が配置されている。放電電極２１の間に放電領域２４が画定される。 FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the z-axis of a gas laser device equipped with the folded optical resonator 25 (FIG. 1) according to the present embodiment. The inner space of the chamber 10 is divided into an upper optical chamber 11 and a lower blower chamber 12 by the upper and lower partition plates 13. A common support member 26 that supports the pair of discharge electrodes 21 and the folded optical resonator 25 (FIG. 1) is arranged in the optical chamber 11. A discharge region 24 is defined between the discharge electrodes 21.

光学室１１内に仕切り板１５が配置されている。仕切り板１５は、上下仕切り板１３に設けられた開口１３Ａから放電領域２４までの第１ガス流路５１、放電領域２４から上下仕切り板１３に設けられた他の開口１３Ｂまでの第２ガス流路５２を画定する。レーザガスは、放電領域２４を、光軸に対して直交する方向（ｙ軸方向）に流れる。放電方向（ｘ軸方向）は、レーザガスが流れる方向（ｙ軸方向）、及び光軸方向（ｚ軸方向）の両方に対して直交する。ブロワ室１２、第１ガス流路５１、放電領域２４、及び第２ガス流路５２によって、レーザガスが循環する循環路が構成される。ブロワ５０は、この循環路をレーザガスが循環するように、レーザガスの流れを発生させる。 A partition plate 15 is arranged in the optical chamber 11. The partition plate 15 has a first gas flow path 51 from the opening 13A provided in the upper and lower partition plates 13 to the discharge region 24, and a second gas flow from the discharge region 24 to another opening 13B provided in the upper and lower partition plates 13. A path 52 is defined. The laser gas flows in the discharge region 24 in the direction (y-axis direction) orthogonal to the optical axis. The discharge direction (x-axis direction) is orthogonal to both the laser gas flow direction (y-axis direction) and the optical axis direction (z-axis direction). The blower chamber 12, the first gas flow path 51, the discharge region 24, and the second gas flow path 52 constitute a circulation path through which the laser gas circulates. The blower 50 generates a laser gas flow so that the laser gas circulates in this circulation path.

ブロワ室１２内の循環路に、熱交換器５６が収容されている。放電領域２４で加熱されたレーザガスが、熱交換器５６を通過することによって冷却され、冷却されたレーザガスが放電領域２４に再供給される。 A heat exchanger 56 is housed in the circulation path inside the blower chamber 12. The laser gas heated in the discharge area 24 is cooled by passing through the heat exchanger 56, and the cooled laser gas is supplied again to the discharge area 24.

上下仕切り板１３に、ブロワ室１２から光学室１１にレーザガスを流出させる流出穴５８が設けられている。ブロワ５０によって第１ガス流路５１に向かうレーザガスの流れに含まれる一部のレーザガスは、流出穴５８を通過して光学室１１に流出する。流出穴５８には、パーティクルを除去するフィルタ５９が設けられている。例えば、フィルタ５９は流出穴５８を塞いでおり、ブロワ室１２から光学室１１に流出するレーザガスは、フィルタ５９を通過することによりろ過される。 The upper and lower partition plates 13 are provided with outflow holes 58 that allow the laser gas to flow out from the blower chamber 12 to the optical chamber 11. A part of the laser gas included in the flow of the laser gas toward the first gas flow path 51 by the blower 50 passes through the outflow hole 58 and flows out to the optical chamber 11. The outflow hole 58 is provided with a filter 59 for removing particles. For example, the filter 59 closes the outflow hole 58, and the laser gas flowing out from the blower chamber 12 to the optical chamber 11 is filtered by passing through the filter 59.

図３は、本実施例による折返し光共振器２５の概略平面図である。折返し光共振器２５は、フロントミラー２５Ｆ、リアミラー２５Ｒ、及び折返しミラー２５Ｍを含む。フロントミラー２５Ｆと折返しミラー２５Ｍとの間の光軸はｚ軸に平行であり、折返しミラー２５Ｍとリアミラー２５Ｒとの間の光軸はｙ軸に平行である。フロントミラー２５Ｆと折返しミラー２５Ｍとの間の光軸が、放電領域２４内を通過する。 FIG. 3 is a schematic plan view of the folded optical resonator 25 according to this embodiment. The folding optical resonator 25 includes a front mirror 25F, a rear mirror 25R, and a folding mirror 25M. The optical axis between the front mirror 25F and the folding mirror 25M is parallel to the z axis, and the optical axis between the folding mirror 25M and the rear mirror 25R is parallel to the y axis. The optical axis between the front mirror 25F and the folding mirror 25M passes through the discharge region 24.

フロントミラー２５Ｆは凹面鏡で構成されている。リアミラー２５Ｒは、相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持つ。例えば、リアミラー２５Ｒとして、相互に交差した２枚の反射面を持つルーフミラーを用いることができる。２枚の反射面は、交差箇所において厳密に幾何学的にある角度で交わる必要はない。例えば、光学的な性質に影響を及ぼさない範囲において、微小な曲率半径を持つ円筒状の面を介して２枚の反射面が接続されていてもよい。また、２枚の反射面の間に微小な間隙が設けられていてもよい。折返しミラー２５Ｍは、フロントミラー２５Ｆとリアミラー２５Ｒとの間の光軸上に配置されており、凹面鏡で構成されている。 The front mirror 25F is a concave mirror. The rear mirror 25R has two planar reflection areas that are in a positional relationship that intersects with each other. For example, as the rear mirror 25R, a roof mirror having two reflective surfaces that intersect each other can be used. The two reflective surfaces do not have to intersect at an exact geometric angle at the intersection. For example, two reflecting surfaces may be connected via a cylindrical surface having a small radius of curvature within a range that does not affect the optical properties. Also, a minute gap may be provided between the two reflecting surfaces. The folding mirror 25M is arranged on the optical axis between the front mirror 25F and the rear mirror 25R and is composed of a concave mirror.

折返しミラー２５Ｍを配置することにより、折返し光共振器２５内で直線偏光のレーザ光が選択的に発振するようになる。折返し光共振器２５内のレーザ光の偏光方向として、折返しミラー２５Ｍに対してＳ偏光となる方向、またはＰ偏光となる方向が選択される。レーザ光の偏光方向としてどちらの方向は選択されるかは、折返しミラー２５Ｍの反射特性に依存する。本実施例においては、折返しミラー２５Ｍに対してＳ偏光となる方向（ｘ軸に平行な方向）の直線偏光を持つレーザ光が発振する。リアミラー２５Ｒは、２枚の反射面の谷線がレーザ光の偏光方向と平行になる姿勢で保持されている。本実施例においては、レーザ光の偏光方向、及びリアミラー２５Ｒの谷線がｘ軸に平行である。 By arranging the folding mirror 25M, the linearly polarized laser light is selectively oscillated in the folding optical resonator 25. As the polarization direction of the laser light in the folding optical resonator 25, the direction of S polarization or P polarization of the folding mirror 25M is selected. Which direction is selected as the polarization direction of the laser light depends on the reflection characteristic of the folding mirror 25M. In this embodiment, laser light having linear polarization in the direction of S-polarization (direction parallel to the x-axis) oscillates with respect to the folding mirror 25M. The rear mirror 25R is held in a posture in which the valley lines of the two reflecting surfaces are parallel to the polarization direction of the laser light. In this embodiment, the polarization direction of the laser light and the valley line of the rear mirror 25R are parallel to the x axis.

放電領域２４とフロントミラー２５Ｆとの間にフロントアイリス２９Ｆが配置されており、放電領域２４と折返しミラー２５Ｍとの間にリアアイリス２９Ｒが配置されている。フロントアイリス２９Ｆ及びリアアイリス２９Ｒは、光軸から離れて伝搬する余分な光を遮光する。 The front iris 29F is arranged between the discharge area 24 and the front mirror 25F, and the rear iris 29R is arranged between the discharge area 24 and the folding mirror 25M. The front iris 29F and the rear iris 29R block extra light propagating away from the optical axis.

フロントミラー２５Ｆと折返しミラー２５Ｍとの間にビームウエスト３０が形成される。ビームウエスト３０は、放電領域２４内に位置する。 A beam waist 30 is formed between the front mirror 25F and the folding mirror 25M. The beam waist 30 is located in the discharge area 24.

次に、図４に示した比較例による折返し光共振器と比較しながら、本実施例の優れた効果について説明する。 Next, the excellent effect of this embodiment will be described while comparing with the folded optical resonator according to the comparative example shown in FIG.

図４は、比較例による折返し光共振器２５の概略平面図である。比較例においては、折返しミラー２５Ｍが平面鏡で構成されている。フロントミラー２５Ｆは図３に示した実施例と同様に凹面鏡で構成されている。このため、比較例による折返し光共振器２５は、半球型共振器と同様の原理により光閉じ込めを行う。このため、折返しミラー２５Ｍやリアミラー２５Ｒの位置においてビーム径が小さくなる。その結果、エネルギ密度が高くなり、折返しミラー２５Ｍやリアミラー２５Ｒが損傷を受けやすくなる。リアミラー２５Ｒの反射面を凹面にすることにより、エネルギ密度の上昇を改善できるが、ルーフミラーの相互に交差する２枚の反射面を凹面にすることは困難である。 FIG. 4 is a schematic plan view of the folded optical resonator 25 according to the comparative example. In the comparative example, the folding mirror 25M is composed of a plane mirror. The front mirror 25F is composed of a concave mirror like the embodiment shown in FIG. Therefore, the folded optical resonator 25 according to the comparative example performs optical confinement based on the same principle as the hemispherical resonator. Therefore, the beam diameter becomes small at the positions of the folding mirror 25M and the rear mirror 25R. As a result, the energy density is increased, and the folding mirror 25M and the rear mirror 25R are easily damaged. Although the increase in energy density can be improved by making the reflecting surface of the rear mirror 25R concave, it is difficult to make the two reflecting surfaces of the roof mirror intersecting each other concave.

本実施例においては、折返しミラー２５Ｍ（図３）を凹面鏡で構成しているため、折返しミラー２５Ｍ及びリアミラー２５Ｒの位置におけるビーム径が、図４の比較例と比べて大きくなる。その結果、エネルギ密度の上昇を改善し、折返しミラー２５Ｍ及びリアミラー２５Ｒが損傷を受けにくくなるという効果が得られる。 In this embodiment, since the folding mirror 25M (FIG. 3) is composed of a concave mirror, the beam diameters at the positions of the folding mirror 25M and the rear mirror 25R are larger than those in the comparative example of FIG. As a result, the effect of improving the increase in energy density and making it difficult for the folding mirror 25M and the rear mirror 25R to be damaged is obtained.

また、本実施例では、リアミラー２５Ｒをルーフミラーで構成しているため、高次横モードの励振を抑制し、モード安定性を高めることができる。 Further, in this embodiment, since the rear mirror 25R is configured by the roof mirror, it is possible to suppress the excitation of the higher-order transverse mode and improve the mode stability.

一例として、図３に示した実施例による折返し光共振器２５において、フロントミラー２５Ｆの曲率半径を２０ｍ、折返しミラー２５Ｍの曲率半径を１０ｍとした場合に、図４に示した比較例においてフロントミラー２５Ｆの曲率半径を５ｍとした場合と同じ広がり角のレーザビームを取り出すことができる。 As an example, in the folding optical resonator 25 according to the embodiment shown in FIG. 3, when the radius of curvature of the front mirror 25F is 20 m and the radius of curvature of the folding mirror 25M is 10 m, the front mirror in the comparative example shown in FIG. A laser beam having the same divergence angle as when the radius of curvature of 25F is 5 m can be taken out.

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、折返しミラー２５Ｍに対してＳ偏光の偏光方向を持つレーザビームが発振するが、折返しミラー２５Ｍの反射特性を調整して、Ｐ偏光の偏光方向を持つレーザビームが発振するようにしてもよい。この場合には、リアミラー２５Ｒを、反射面の谷線がＰ偏光の偏光方向と平行になる姿勢で配置するとよい。 Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the laser beam having the polarization direction of S polarization is oscillated with respect to the folding mirror 25M, but the reflection characteristic of the folding mirror 25M is adjusted so that the laser beam having the polarization direction of P polarization is oscillated. May be. In this case, the rear mirror 25R may be arranged in a posture in which the valley line of the reflecting surface is parallel to the polarization direction of P-polarized light.

次に、図５〜図７を参照して、他の実施例による折返し光共振器２５について説明する。以下、図３に示した実施例による折返し光共振器２５と共通の構成については説明を省略する。本実施例について説明する前に、図３に示した実施例による折返し光共振器２５の課題について説明する。本実施例では、この課題が解決される。 Next, a folded optical resonator 25 according to another embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, description of the configuration common to the folded optical resonator 25 according to the embodiment shown in FIG. 3 will be omitted. Before describing this embodiment, the problem of the folded optical resonator 25 according to the embodiment shown in FIG. 3 will be described. In this embodiment, this problem is solved.

図５は、図３に示した実施例による折返し光共振器２５の概略平面図、及びｙ軸方向から見た概略側面図である。折返しミラー２５Ｍがレーザビームの光軸に対して斜めに配置されているため、ｙｚ断面における折返しミラー２５Ｍの曲率半径と、ｘｚ断面における折返しミラー２５Ｍの曲率半径とが異なる。その結果、ｙｚ断面におけるビームウエスト３０ｙの位置と、ｘｚ断面におけるビームウエスト３０ｘの位置とが異なる。このため、ビームウエスト３０ｘ、３０ｙの近傍においてビーム断面が楕円になる。 FIG. 5 is a schematic plan view of the folded optical resonator 25 according to the embodiment shown in FIG. 3 and a schematic side view seen from the y-axis direction. Since the folding mirror 25M is arranged obliquely with respect to the optical axis of the laser beam, the radius of curvature of the folding mirror 25M in the yz section is different from the radius of curvature of the folding mirror 25M in the xz section. As a result, the position of the beam waist 30y in the yz cross section is different from the position of the beam waist 30x in the xz cross section. Therefore, the beam cross section becomes elliptical in the vicinity of the beam waists 30x and 30y.

図６は、本実施例による折返し光共振器２５の概略平面図である。本実施例においては、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面のなす角度θｒが９０°より大きい。リアミラー２５Ｒは、２枚の反射面のなす角度θｒの大きさを微調整する微調整機構を備えている。 FIG. 6 is a schematic plan view of the folded optical resonator 25 according to this embodiment. In this embodiment, the angle θr formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R is larger than 90°. The rear mirror 25R includes a fine adjustment mechanism that finely adjusts the magnitude of the angle θr formed by the two reflecting surfaces.

図７は、リアミラー２５Ｒが備えている微調整機構を示す断面図である。リアミラー２５Ｒは、一方の反射面４０を持つ第１部材４１と、他方の反射面４３を持つ第２部材４４とを含む。第１部材４１は、反射面４０と、それよりも低い位置に設けられた支持面４２を有する。反射面４０と支持面４２との間に段差が生じている。 FIG. 7 is a sectional view showing a fine adjustment mechanism provided in the rear mirror 25R. The rear mirror 25R includes a first member 41 having one reflecting surface 40 and a second member 44 having the other reflecting surface 43. The first member 41 has a reflecting surface 40 and a supporting surface 42 provided at a position lower than the reflecting surface 40. A step is formed between the reflecting surface 40 and the supporting surface 42.

第２部材４４は、反射面４０に接触するように反射面４０の上に配置されており、その一部分は、支持面４２の上方まで延びている。支持面４２と第２部材４４との間に間隙が形成されている。 The second member 44 is disposed on the reflecting surface 40 so as to contact the reflecting surface 40, and a part of the second member 44 extends above the supporting surface 42. A gap is formed between the support surface 42 and the second member 44.

支持面４２の上に梃子部材４５が、その底面を支持面４２に向けて配置されている。梃子部材４５の一つの縁である先端が、支持面４２と第２部材４４との間の間隙に挿入されており、先端が、第１部材４１に設けられた段差に押し当てられている。第１部材４１、第２部材４４、及び梃子部材４５により梃子が構成される。梃子部材４５の先端が梃子の支点ＰＰになる。 A lever member 45 is arranged on the support surface 42 with its bottom surface facing the support surface 42. One edge of the lever member 45, which is one edge, is inserted into the gap between the support surface 42 and the second member 44, and the tip is pressed against the step provided on the first member 41. The first member 41, the second member 44, and the lever member 45 form a lever. The tip of the lever member 45 becomes the fulcrum PP of the lever.

梃子部材４５の先端とは反対側の縁が支持面４２から浮き上がっており、梃子部材４５の底面と支持面４２との間にシム４８が挿入されている。梃子部材４５とシム４８との接触箇所が梃子の力点ＰＥになる。梃子部材４５の上面の一部が、第２部材４４の一部に接触しており、この接触箇所が梃子の作用点ＰＬになる。第２部材４４はボルト等の固定具４６で第１部材４１に固定される。梃子部材４５は、ボルト等の固定具４７で第１部材４１に固定される。 An edge of the lever member 45 on the side opposite to the tip end is lifted from the support surface 42, and a shim 48 is inserted between the bottom surface of the lever member 45 and the support surface 42. The contact point between the lever member 45 and the shim 48 becomes the leverage point PE of the lever. A part of the upper surface of the lever member 45 is in contact with a part of the second member 44, and this contact point becomes the action point PL of the lever. The second member 44 is fixed to the first member 41 with a fixture 46 such as a bolt. The lever member 45 is fixed to the first member 41 with a fixture 47 such as a bolt.

第１部材４１、第２部材４４、及び梃子部材４５で構成される梃子において、作用点ＰＬの変位量が力点ＰＥの変位量よりも小さい。シム４８を挟んで作用点ＰＬを変位させると、２枚の反射面４０と４３とのなす角度θｒが変化する。角度θｒが変化した状態で固定具４６により第２部材４４を第１部材４１に固定すると、２枚の反射面４０と４３とのなす角度θｒが固定される。 In the lever including the first member 41, the second member 44, and the lever member 45, the displacement amount of the action point PL is smaller than the displacement amount of the force point PE. When the point of action PL is displaced across the shim 48, the angle θr formed by the two reflecting surfaces 40 and 43 changes. When the second member 44 is fixed to the first member 41 by the fixing tool 46 with the angle θr changed, the angle θr formed by the two reflecting surfaces 40 and 43 is fixed.

次に、図５〜図７に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面のなす角度θｒを９０°より大きくすることにより、折返しミラー２５Ｍのｘｚ断面における曲率半径とｙｚ断面における曲率半径との差の影響を緩和し、ｙｚ断面におけるビームウエスト３０ｙ（図５）の位置と、ｘｚ断面におけるビームウエスト３０ｘ（図５）の位置とを近づけることができる。その結果、ビームウエストの近傍におけるビーム断面を真円に近づけることができる。 Next, the excellent effect of the embodiment shown in FIGS. 5 to 7 will be described.
In the present embodiment, the angle θr formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R is made larger than 90° to reduce the influence of the difference between the radius of curvature of the folding mirror 25M in the xz section and the radius of curvature in the yz section. The position of the beam waist 30y (FIG. 5) in the yz cross section and the position of the beam waist 30x (FIG. 5) in the xz cross section can be brought close to each other. As a result, the beam cross section near the beam waist can be made closer to a perfect circle.

さらに、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面のなす角度θｒを微調整する微調整機構により、角度θｒの大きさを微小な分解能で高精度に調整するすることが可能になる。種々の角度θｒについてビームウエストの近傍におけるビーム断面の形状を観測する評価実験を行うことにより、角度θｒの最適値を決定することができる。 Further, the fine adjustment mechanism for finely adjusting the angle θr formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R makes it possible to adjust the magnitude of the angle θr with high resolution and with high precision. The optimum value of the angle θr can be determined by performing an evaluation experiment for observing the shape of the beam cross section in the vicinity of the beam waist for various angles θr.

次に、図８を参照してさらに他の実施例による折返し光共振器２５について説明する。以下、図３に示した実施例による折返し光共振器２５と共通の構成については説明を省略する。 Next, a folded optical resonator 25 according to another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, description of the configuration common to the folded optical resonator 25 according to the embodiment shown in FIG. 3 will be omitted.

図８は、本実施例による折返し光共振器２５の概略平面図である。図３に示した実施例では、フロントミラー２５Ｆとリアミラー２５Ｒとの間に閉じ込められた光の、折返しミラー２５Ｍへの入射角が４５°である。これに対し、本実施例では、この入射角θｉが４５°より小さい。折返しミラー２５Ｍとリアミラー２５Ｒとの間の光軸が、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面で構成される角を二等分するように、リアミラー２５Ｒの姿勢が調整されている。 FIG. 8 is a schematic plan view of the folded optical resonator 25 according to this embodiment. In the embodiment shown in FIG. 3, the incident angle of the light trapped between the front mirror 25F and the rear mirror 25R to the folding mirror 25M is 45°. On the other hand, in the present embodiment, this incident angle θi is smaller than 45°. The posture of the rear mirror 25R is adjusted so that the optical axis between the folding mirror 25M and the rear mirror 25R bisects an angle formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R.

次に、図８に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、入射角θｉを４５°より小さくすると、折返しミラー２５Ｍのｙｚ断面における曲率半径と、ｘｚ断面における曲率半径との差が小さくなる。その結果、ビームウエストの近傍におけるビーム断面の形状を楕円から真円に近づけることができる。 Next, the excellent effect of the embodiment shown in FIG. 8 will be described.
In this embodiment, when the incident angle θi is smaller than 45°, the difference between the radius of curvature of the folding mirror 25M in the yz section and the radius of curvature in the xz section becomes small. As a result, the shape of the beam cross section in the vicinity of the beam waist can be approximated from an ellipse to a perfect circle.

次に、本実施例の変形例について説明する。本実施例においては、折返しミラー２５Ｍへの入射角θｉを４５°より小さくし、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面のなす角度は、図３に示した実施例と同様に９０°としている。本実施例においても、図６に示した実施例と同様に、リアミラー２５Ｒの２枚の反射面のなす角度θｒを９０より大きくしてもよい。これにより、ビームウエストの近傍におけるビーム断面をより真円に近づけることができる。 Next, a modification of the present embodiment will be described. In this embodiment, the angle of incidence θi on the folding mirror 25M is smaller than 45°, and the angle formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R is 90°, as in the embodiment shown in FIG. Also in this embodiment, the angle θr formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror 25R may be larger than 90, as in the embodiment shown in FIG. This allows the beam cross section near the beam waist to be closer to a perfect circle.

次に、図９を参照して、上記複数の実施例のうち何れかの実施例による折返し光共振器２５を搭載したレーザ加工装置について説明する。 Next, with reference to FIG. 9, a laser processing apparatus equipped with the folded optical resonator 25 according to any one of the above-described embodiments will be described.

図９は、レーザ加工装置の概略図である。レーザ発振器７０が制御装置７３からの指令に基づいてパルスレーザビームを出力する。レーザ発振器７０から出力されたパルスレーザビームは、ビーム整形走査光学系７１を通って加工対象物７５に入射する。ビーム整形走査光学系７１は、レーザビームのビーム断面形状を整形するとともに、レーザビームを二次元方向に走査する。 FIG. 9 is a schematic view of a laser processing device. The laser oscillator 70 outputs a pulsed laser beam based on a command from the control device 73. The pulsed laser beam output from the laser oscillator 70 passes through the beam shaping/scanning optical system 71 and enters the processing target 75. The beam shaping/scanning optical system 71 shapes the beam cross-sectional shape of the laser beam and scans the laser beam in a two-dimensional direction.

加工対象物７５は、例えばプリント基板であり、ステージ７２に保持されている。ステージ７２は、制御装置７３からの指令により、加工対象物７５をその被加工面に平行な二方向に移動させることができる。このレーザ加工装置は、パルスレーザビームによって加工対象物７５の穴明け加工に用いられる。 The processing object 75 is, for example, a printed circuit board and is held on the stage 72. The stage 72 can move the workpiece 75 in two directions parallel to the surface to be processed according to a command from the control device 73. This laser processing apparatus is used for drilling the object 75 to be processed by a pulse laser beam.

レーザ発振器７０には、上記複数の実施例のうち何れかの実施例による折返し光共振器２５が用いられている。このため、レーザ発振器７０から出力されたパルスレーザビームの高次横モードの発生を抑制するとともに、ビームスポットの真円度を高めることができる。その結果、穴明け加工の加工品質を高めることが可能になる。さらに、折返し光共振器のミラーが損傷しにくいという優れた効果が得られる。 For the laser oscillator 70, the folded optical resonator 25 according to any one of the above-described embodiments is used. Therefore, it is possible to suppress the generation of higher-order transverse modes of the pulsed laser beam output from the laser oscillator 70 and increase the roundness of the beam spot. As a result, it becomes possible to improve the processing quality of drilling. Furthermore, the excellent effect that the mirror of the folded optical resonator is less likely to be damaged is obtained.

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Needless to say, each of the above-described embodiments is merely an example, and partial replacement or combination of the configurations shown in different embodiments is possible. The same effects by the same configurations of the plurality of embodiments will not be sequentially described for each embodiment. Furthermore, the invention is not limited to the embodiments described above. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

１０ チェンバ
１１ 光学室
１２ ブロワ室
１３ 上下仕切り板
１３Ａ、１３Ｂ 開口
１４ 底板
１５ 仕切り板
１６ チェンバ支持部材
２１ 放電電極
２２、２３ 放電電極支持部材
２４ 放電領域
２５ 折返し光共振器
２５Ｆ フロントミラー
２５Ｍ 折返しミラー
２５Ｒ リアミラー
２６ 共通支持部材
２７ 共振器支持部材
２８ 光透過窓
２９Ｆ フロントアイリス
２９Ｒ リアアイリス
３０ ビームウエスト
３０ｘ ｘｚ断面におけるビームウエスト
３０ｙ ｙｚ断面におけるビームウエスト
４０ 反射面
４１ 第１部材
４２ 支持面
４３ 反射面
４４ 第２部材
４５ 梃子部材
４６、４７ 固定具
４８ シム
５０ ブロワ
５１ 第１ガス流路
５２ 第２ガス流路
５６ 熱交換器
５８ 流出穴
５９ フィルタ
７０ レーザ発振器
７１ ビーム整形走査光学系
７２ ステージ
７３ 制御装置
７５ 加工対象物
10 Chamber 11 Optical Chamber 12 Blower Chamber 13 Upper and Lower Partition Plates 13A, 13B Opening 14 Bottom Plate 15 Partition Plate 16 Chamber Support Member 21 Discharge Electrodes 22, 23 Discharge Electrode Support Member 24 Discharge Area 25 Folding Optical Resonator 25F Front Mirror 25M Folding Mirror 25R Rear mirror 26 Common support member 27 Resonator support member 28 Light transmission window 29F Front iris 29R Rear iris 30 Beam waist 30x Beam cross-section at beam waist 30y yz Beam waist 40 at cross-section 40 Reflective surface 41 First member 42 Support surface 43 Reflective surface 44 2 member 45 lever member 46, 47 fixing tool 48 shim 50 blower 51 first gas flow path 52 second gas flow path 56 heat exchanger 58 outflow hole 59 filter 70 laser oscillator 71 beam shaping scanning optical system 72 stage 73 controller 75 Object to be processed

Claims (4)

凹面鏡で構成されたフロントミラーと、
相互に交差する位置関係にある平面状の２つの反射領域を持つリアミラーと、
前記フロントミラーと前記リアミラーとの間の光軸上に配置され、凹面鏡で構成された折返しミラーと
を有する折返し光共振器。 A front mirror composed of a concave mirror,
A rear mirror having two plane-shaped reflective areas that are in a positional relationship that intersect with each other,
A folding optical resonator having a folding mirror that is arranged on the optical axis between the front mirror and the rear mirror and is configured by a concave mirror. 前記フロントミラーと前記リアミラーとの間に閉じ込められた光の、前記折返しミラーへの入射角が４５°より小さい請求項１に記載の折返し光共振器。 The folding optical resonator according to claim 1, wherein the incident angle of the light trapped between the front mirror and the rear mirror to the folding mirror is smaller than 45°. 前記リアミラーの２枚の反射面のなす角度が９０°より大きい請求項１または２に記載の折返し光共振器。 The folded optical resonator according to claim 1, wherein an angle formed by the two reflecting surfaces of the rear mirror is larger than 90°. さらに、前記リアミラーの前記２つの反射領域のなす角度を微調整する微調整機構を有し、
前記微調整機構は、
作用点の変位量が力点の変位量より小さく、作用点の変位によって前記リアミラーの前記２つの反射領域のなす角度が変化するように構成された梃子と、
前記梃子の力点に力を加えて作用点を変位させた状態で前記２つの反射領域のなす角度を固定する固定具と
を含む請求項３に記載の折返し光共振器。
Further, a fine adjustment mechanism for finely adjusting an angle formed by the two reflection regions of the rear mirror is provided,
The fine adjustment mechanism,
A lever configured such that the displacement amount of the action point is smaller than the displacement amount of the force point, and the angle formed by the two reflection regions of the rear mirror is changed by the displacement of the action point;
The folded optical resonator according to claim 3, further comprising a fixture for fixing an angle formed by the two reflection regions in a state in which a force is applied to the leverage to displace the point of action.
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