JP2022013224A - Laser oscillator - Google Patents

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譲一 河村
Joichi Kawamura
研太 田中
Kenta Tanaka
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Abstract

To provide a laser oscillator capable of suppressing increase in size and cost of a device and of suppressing deviation of an optical axis of an optical resonator.SOLUTION: A chamber houses a laser medium gas. A discharge electrode generates electric discharge in the chamber. An optical resonator that has an optical axis passing through a region where the electric discharge is generated by the discharge electrode is held by a resonator base arranged in the chamber. A temperature difference reduction structure reduces a temperature difference between a first surface facing the discharge electrode and a second surface facing an opposite side to the discharge electrode, in a surface of the resonator base.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザ発振器に関する。 The present invention relates to a laser oscillator.

レーザ発振器に用いられる光共振器は一対の共振器ミラーを有し、共振器ミラーの間に光を閉じ込めて誘導放出を生じさせる。一対の共振器ミラーの光軸がずれるとレーザ光の出力が低下してしまう。レーザ光の出力低下を回避するために、一対の共振器ミラーの光軸のずれを抑制することが重要である。光軸ずれを抑制するために、一対の共振器ミラーを共振器ベースに固定する構造が採用される場合がある。 The optical cavity used in a laser oscillator has a pair of resonator mirrors that confine light between the resonator mirrors to produce stimulated emission. If the optical axis of the pair of resonator mirrors shifts, the output of the laser beam will decrease. In order to avoid a decrease in the output of the laser beam, it is important to suppress the deviation of the optical axis of the pair of resonator mirrors. In order to suppress the optical axis shift, a structure in which a pair of resonator mirrors are fixed to the resonator base may be adopted.

下記の特許文献１に、レーザ媒質と光共振器とを収容した容器を外側の他の容器の中に配置し、外側の容器と内側の容器との間を真空にしたレーザ発振器が開示されている。この構成により、外部からの熱の影響が軽減される。 Patent Document 1 below discloses a laser oscillator in which a container containing a laser medium and an optical resonator is arranged in another outer container, and a vacuum is created between the outer container and the inner container. There is. With this configuration, the influence of heat from the outside is reduced.

特開昭５８－１７６９８５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-176985

一対の共振器ミラーを１つの共振器ベースに支持した構成において光軸ずれを抑制するためには、共振器ベースを変形しにくい剛性の高い部材を用いることが好ましい。ところが、剛性を高めるために、共振器ベースとして分厚くて大きな部材を用いると、装置が大型化し、コスト上昇につながる。 In a configuration in which a pair of resonator mirrors are supported by one resonator base, it is preferable to use a member having high rigidity in which the resonator base is not easily deformed in order to suppress the optical axis deviation. However, if a thick and large member is used as the resonator base in order to increase the rigidity, the size of the device becomes large and the cost increases.

本発明の目的は、装置の大型化及びコスト上昇を抑制し、かつ光共振器の光軸ずれを抑制することが可能なレーザ発振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser oscillator capable of suppressing an increase in size and cost of an apparatus and suppressing an optical axis deviation of an optical resonator.

本発明の一観点によると、
レーザ媒質ガスを収容するチェンバ内に放電を生じさせる放電電極と、
前記チェンバ内に配置され、前記放電電極で放電が生じる領域を通過する光軸を持つ光共振器を保持する共振器ベースと、
前記共振器ベースの表面のうち、前記放電電極の方を向く第１表面と、前記放電電極とは反対側を向く第２表面との温度差を低減させる温度差低減構造と
を有するレーザ発振器が提供される。 According to one aspect of the invention
A discharge electrode that generates a discharge in the chamber that houses the laser medium gas,
A resonator base that is located in the chamber and holds an optical resonator having an optical axis that passes through a region where discharge occurs at the discharge electrode.
A laser oscillator having a temperature difference reducing structure for reducing a temperature difference between a first surface facing the discharge electrode and a second surface facing the opposite side of the discharge electrode among the surfaces of the resonator base. Provided.

温度差低減構造により、共振器ベースの第１表面と第２表面との温度が低減される。これにより、共振器ベースとして分厚くて剛性の高い部材を用いることなく、温度差に起因する反り変形を抑制することができる。共振器ベースの変型が生じにくくなるため、光共振器の光軸ずれも生じにくくなる。共振器ベースとして分厚くて剛性の高い部材を用いる必要がないため、装置の大型化及びコスト上昇を抑制することができる。 The temperature difference reduction structure reduces the temperature between the first surface and the second surface of the resonator base. This makes it possible to suppress warpage deformation due to a temperature difference without using a thick and highly rigid member as the resonator base. Since the deformation of the resonator base is less likely to occur, the optical axis deviation of the optical resonator is also less likely to occur. Since it is not necessary to use a thick and highly rigid member as the resonator base, it is possible to suppress an increase in size and cost of the device.

図１は、実施例によるレーザ発振器を搭載したレーザ装置、及びレーザ発振器から出力されたレーザビームで加工を行う加工装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a laser device equipped with a laser oscillator according to an embodiment and a processing device that performs processing with a laser beam output from the laser oscillator. 図２は、実施例によるレーザ発振器の光軸を含む断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view including an optical axis of the laser oscillator according to the embodiment. 図３は、実施例によるレーザ発振器の光軸に垂直な断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the laser oscillator according to the embodiment. 図４Ａは、実施例によるレーザ発振器に用いられている共振器ベースの平面図であり、図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ図４Ａの一点鎖線４Ｂ－４Ｂ及び一点鎖線４Ｃ－４Ｃにおける断面図である。4A is a plan view of the resonator base used in the laser oscillator according to the embodiment, and FIGS. 4B and 4C are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line 4B-4B and 4C-4C, respectively. .. 図５は、他の実施例によるレーザ発振器の光軸を含む断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view including an optical axis of a laser oscillator according to another embodiment. 図６は、さらに他の実施例によるレーザ発振器の光軸に垂直な断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the laser oscillator according to still another embodiment.

図１は、実施例によるレーザ発振器１２を搭載したレーザ装置１０、及びレーザ装置１０から出力されたレーザビームで加工を行う加工装置８０の概略図である。共通ベース１００に、レーザ装置１０及び加工装置８０が固定されている。共通ベース１００は、例えば床である。 FIG. 1 is a schematic view of a laser device 10 equipped with a laser oscillator 12 according to an embodiment, and a processing device 80 that performs processing with a laser beam output from the laser device 10. The laser device 10 and the processing device 80 are fixed to the common base 100. The common base 100 is, for example, a floor.

レーザ装置１０は、共通ベース１００に固定された架台１１と、架台１１に支持されたレーザ発振器１２とを含む。加工装置８０は、ビーム整形光学系８１及びステージ８２を含む。ステージ８２の上に加工対象物９０が保持される。ビーム整形光学系８１及びステージ８２は、共通ベース１００に固定されている。レーザ発振器１２から出力されたレーザビームが、ビーム整形光学系８１によってビームプロファイルを整形され、加工対象物９０に入射する。 The laser device 10 includes a gantry 11 fixed to the common base 100 and a laser oscillator 12 supported by the gantry 11. The processing apparatus 80 includes a beam shaping optical system 81 and a stage 82. The object to be machined 90 is held on the stage 82. The beam shaping optical system 81 and the stage 82 are fixed to the common base 100. The laser beam output from the laser oscillator 12 has its beam profile shaped by the beam shaping optical system 81, and is incident on the object to be machined 90.

図２は、レーザ発振器１２の光軸を含む断面図である。レーザ発振器１２は、レーザ媒質ガス及び光共振器２０等を収容するチェンバ１５を含む。チェンバ１５にレーザ媒質ガスが収容される。チェンバ１５の内部空間が、相対的に上側に位置する光学室１６と、相対的に下側に位置するブロワ室１７と区分されている。光学室１６とブロワ室１７とは、上下仕切り板１８で仕切られている。なお、上下仕切り板１８には、レーザ媒質ガスを光学室１６とブロワ室１７との間で流通させる開口が設けられている。ブロワ室１７の側壁から光学室１６の底板１９が、光共振器２０の光軸２０Ａの方向に張り出しており、光学室１６の光軸方向の長さが、ブロワ室１７の光軸方向の長さより長くなっている。 FIG. 2 is a cross-sectional view including the optical axis of the laser oscillator 12. The laser oscillator 12 includes a chamber 15 that houses a laser medium gas, an optical resonator 20, and the like. The laser medium gas is housed in the chamber 15. The internal space of the chamber 15 is divided into an optical chamber 16 located relatively above and a blower chamber 17 located relatively below. The optical chamber 16 and the blower chamber 17 are partitioned by an upper and lower partition plate 18. The upper and lower partition plates 18 are provided with an opening for allowing the laser medium gas to flow between the optical chamber 16 and the blower chamber 17. The bottom plate 19 of the optical chamber 16 projects from the side wall of the blower chamber 17 in the direction of the optical axis 20A of the optical resonator 20, and the length of the optical chamber 16 in the optical axis direction is the length of the blower chamber 17 in the optical axis direction. It's longer than that.

チェンバ１５の底板１９が、４個の支持箇所３５で架台１１（図１）に支持されている。４個の支持箇所３５は、平面視において長方形の４個の頂点に相当する位置に配置されている。 The bottom plate 19 of the chamber 15 is supported by the gantry 11 (FIG. 1) at four support points 35. The four support points 35 are arranged at positions corresponding to the four vertices of the rectangle in a plan view.

光学室１６内に、放電電極２１及び光共振器２０が配置されている。光共振器２０は、一対の共振器ミラー２５を含む。放電電極２１は一対の導電部材２１Ａを含み、一対の導電部材２１Ａは、それぞれ電極ボックス２２に固定されている。一対の電極ボックス２２は電極支持部材２３を介して底板１９に支持されている。放電電極２１を構成する一対の導電部材２１Ａは、上下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、レーザ媒質ガスを励起させる。光共振器２０の光軸２０Ａは放電領域２４を通る。後に図３を参照して説明するように、放電領域２４を図２の紙面に垂直な方向にレーザ媒質ガスが流れる。 A discharge electrode 21 and an optical resonator 20 are arranged in the optical chamber 16. The optical resonator 20 includes a pair of resonator mirrors 25. The discharge electrode 21 includes a pair of conductive members 21A, and each of the pair of conductive members 21A is fixed to the electrode box 22. The pair of electrode boxes 22 are supported by the bottom plate 19 via the electrode support member 23. The pair of conductive members 21A constituting the discharge electrode 21 are arranged at intervals in the vertical direction, and a discharge region 24 is defined between the two. The discharge electrode 21 excites the laser medium gas by causing a discharge in the discharge region 24. The optical axis 20A of the optical resonator 20 passes through the discharge region 24. As will be described later with reference to FIG. 3, the laser medium gas flows through the discharge region 24 in the direction perpendicular to the paper surface of FIG.

一対の共振器ミラー２５を含む光共振器２０は、光学室１６内に配置された１つの共振器ベース２６に固定されている。共振器ベース２６は、光軸２０Ａの方向に長い板状の単一の部材であり、４個の光共振器支持部材２７を介して底板１９に支持されている。共振器ベース２６の上面に、熱遮蔽部材３０が、光軸２０Ａの方向に伸縮可能に保持されている。熱遮蔽部材３０は、共振器ベース２６から脱落しないようにボルト３１によって共振器ベース２６に保持されている。本明細書において、共振器ベース２６の上下の表面のうち、放電電極２１側を向く表面（図２において上面）を第１表面２６Ａといい、反対側を向く表面（図２において下面）を第２表面２６Ｂということとする。 The optical cavity 20 including the pair of resonator mirrors 25 is fixed to one resonator base 26 arranged in the optical chamber 16. The resonator base 26 is a single plate-shaped member long in the direction of the optical axis 20A, and is supported by the bottom plate 19 via four optical resonator support members 27. A heat shielding member 30 is held on the upper surface of the resonator base 26 so as to be expandable and contractible in the direction of the optical axis 20A. The heat shield member 30 is held by the resonator base 26 by bolts 31 so as not to fall off from the resonator base 26. In the present specification, among the upper and lower surfaces of the resonator base 26, the surface facing the discharge electrode 21 side (upper surface in FIG. 2) is referred to as the first surface 26A, and the surface facing the opposite side (lower surface in FIG. 2) is referred to as the first surface. 2 Surface 26B.

光共振器２０の光軸２０Ａを一方向（図１において左方向）に延伸させた延長線と光学室１６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。光共振器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。 A light transmission window 28 for transmitting a laser beam is attached to an intersection of an extension line extending the optical axis 20A of the optical resonator 20 in one direction (left direction in FIG. 1) and the wall surface of the optical chamber 16. .. The laser beam excited in the optical resonator passes through the light transmission window 28 and is radiated to the outside.

ブロワ室１７にブロワ２９が配置されている。ブロワ２９は、光学室１６とブロワ室１７との間でレーザ媒質ガスを循環させる。 A blower 29 is arranged in the blower chamber 17. The blower 29 circulates the laser medium gas between the optical chamber 16 and the blower chamber 17.

図３は、実施例によるレーザ発振器１２の光軸２０Ａ（図２）に垂直な断面図である。図２を参照して説明したように、チェンバ１５の内部空間が上下仕切り板１８により、上方の光学室１６と下方のブロワ室１７とに区分されている。光学室１６内に、放電電極２１、共振器ベース２６、熱遮蔽部材３０が配置されている。放電電極２１を構成する一対の導電部材２１Ａが、それぞれ電極ボックス２２に固定されている。電極ボックス２２は、電極支持部材２３によってチェンバ１５の底板１９（図２）に支持されている。一対の導電部材２１Ａの間に放電領域２４が画定される。共振器ベース２６は、光共振器支持部材２７によってチェンバ１５の底板１９（図２）に支持されている。電極支持部材２３及び光共振器支持部材２７は、図３に示した断面からずれた位置に配置されているため、図３において電極支持部材２３及び光共振器支持部材２７を破線で表している。 FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis 20A (FIG. 2) of the laser oscillator 12 according to the embodiment. As described with reference to FIG. 2, the internal space of the chamber 15 is divided into an upper optical chamber 16 and a lower blower chamber 17 by the upper and lower partition plates 18. A discharge electrode 21, a resonator base 26, and a heat shielding member 30 are arranged in the optical chamber 16. A pair of conductive members 21A constituting the discharge electrode 21 are fixed to the electrode box 22, respectively. The electrode box 22 is supported by the electrode support member 23 on the bottom plate 19 (FIG. 2) of the chamber 15. A discharge region 24 is defined between the pair of conductive members 21A. The resonator base 26 is supported by the optical resonator support member 27 on the bottom plate 19 (FIG. 2) of the chamber 15. Since the electrode support member 23 and the optical resonator support member 27 are arranged at positions deviated from the cross section shown in FIG. 3, the electrode support member 23 and the optical resonator support member 27 are represented by broken lines in FIG. ..

光学室１６内に仕切り板４０が配置されている。仕切り板４０は、上下仕切り板１８に設けられた開口１８Ａから放電領域２４までの第１ガス流路４１、放電領域２４から上下仕切り板１８に設けられた他の開口１８Ｂまでの第２ガス流路４２を画定する。レーザ媒質ガスは、放電領域２４を、光軸２０Ａ（図２）に対して直交する方向に流れる。放電方向は、レーザ媒質ガスが流れる方向、及び光軸２０Ａの両方に対して直交する。ブロワ室１７、第１ガス流路４１、放電領域２４、及び第２ガス流路４２によって、レーザ媒質ガスが循環する循環路が形成される。ブロワ２９は、この循環路をレーザ媒質ガスが循環するように、矢印で示したレーザ媒質ガスの流れを発生させる。 A partition plate 40 is arranged in the optical chamber 16. The partition plate 40 is a first gas flow path 41 from the opening 18A provided in the upper and lower partition plates 18 to the discharge region 24, and a second gas flow from the discharge region 24 to another opening 18B provided in the upper and lower partition plates 18. The road 42 is defined. The laser medium gas flows in the discharge region 24 in a direction orthogonal to the optical axis 20A (FIG. 2). The discharge direction is orthogonal to both the direction in which the laser medium gas flows and the optical axis 20A. The blower chamber 17, the first gas flow path 41, the discharge region 24, and the second gas flow path 42 form a circulation path through which the laser medium gas circulates. The blower 29 generates a flow of the laser medium gas indicated by an arrow so that the laser medium gas circulates in this circulation path.

ブロワ室１７内の循環路に、熱交換器４３が収容されている。放電領域２４で加熱されたレーザ媒質ガスが熱交換器４３を通過することによって冷却され、冷却されたレーザ媒質ガスが放電領域２４に再供給される。 The heat exchanger 43 is housed in the circulation path in the blower chamber 17. The laser medium gas heated in the discharge region 24 is cooled by passing through the heat exchanger 43, and the cooled laser medium gas is resupplied to the discharge region 24.

次に、図４Ａ～図４Ｃを参照して、共振器ベース２６及び熱遮蔽部材３０の支持構造について説明する。 Next, the support structure of the resonator base 26 and the heat shielding member 30 will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.

図４Ａは、共振器ベース２６及び熱遮蔽部材３０の平面図であり、図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ図４Ａの一点鎖線４Ｂ－４Ｂ及び一点鎖線４Ｃ－４Ｃにおける断面図である。共振器ベース２６の上に、熱遮蔽部材３０が載せられて、光軸２０Ａの方向に伸縮可能に支持されている。共振器ベース２６は、光軸２０Ａの方向に長い平板である。共振器ベース２６の両端近傍の第１表面２６Ａの上に共振器ミラー２５が固定されている。 4A is a plan view of the resonator base 26 and the heat shield member 30, and FIGS. 4B and 4C are cross-sectional views taken along the alternate long and short dash line 4B-4B and the alternate long and short dash line 4C-4C of FIG. 4A, respectively. A heat shielding member 30 is placed on the resonator base 26 and is supported so as to be expandable and contractible in the direction of the optical axis 20A. The resonator base 26 is a flat plate long in the direction of the optical axis 20A. The resonator mirror 25 is fixed on the first surface 26A near both ends of the resonator base 26.

平面視において共振器ベース２６に包含される位置に、４本の光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄが配置されている。光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂの各々は段付きピンであり、平面視において光軸２０Ａから見て同じ側に配置されている。平面視において光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂの中心を通過する直線は、光軸２０Ａと平行である。他の２つの光共振器支持部材２７Ｃ、２７Ｄは、段差が設けられていないピンであり、それぞれ平面視において光軸２０Ａに関して光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂの線対称の位置に配置されている。すなわち、４個の光共振器支持部材２７Ａ～２７Ｄは、長方形の４つの頂点に対応する位置に配置されている。４個の光共振器支持部材２７Ａ～２７Ｄの下端は、底板１９に埋め込まれて底板１９に固定されている。 Four optical resonator support members 27A, 27B, 27C, and 27D are arranged at positions included in the resonator base 26 in a plan view. Each of the optical resonator support members 27A and 27B is a stepped pin, and is arranged on the same side of the optical axis 20A in a plan view. The straight line passing through the center of the optical resonator support members 27A and 27B in a plan view is parallel to the optical axis 20A. The other two optical resonator support members 27C and 27D are pins having no step, and are arranged at positions of line symmetry of the optical resonator support members 27A and 27B with respect to the optical axis 20A in a plan view, respectively. .. That is, the four optical resonator support members 27A to 27D are arranged at positions corresponding to the four vertices of the rectangle. The lower ends of the four optical resonator support members 27A to 27D are embedded in the bottom plate 19 and fixed to the bottom plate 19.

共振器ベース２６に、円形孔５１及び長孔５２が設けられている。円形孔５１及び長孔５２は、それぞれ、平面視において光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂに対応する位置に配置されている。長孔５２は、平面視において光軸２０Ａに平行な方向に長い形状を持つ。光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂのそれぞれの段差より上方の部分が、円形孔５１及び長孔５２に挿入されている。共振器ベース２６は、光共振器支持部材２７Ａ、２７Ｂの段差部分、及び光共振器支持部材２７Ｃ、２７Ｄの上端面によって、荷重が加わる方向に支持されている。 The resonator base 26 is provided with a circular hole 51 and an elongated hole 52. The circular hole 51 and the elongated hole 52 are arranged at positions corresponding to the optical resonator support members 27A and 27B in a plan view, respectively. The elongated hole 52 has a long shape in a direction parallel to the optical axis 20A in a plan view. A portion of the optical resonator support members 27A and 27B above the step is inserted into the circular hole 51 and the elongated hole 52. The resonator base 26 is supported in a direction in which a load is applied by the stepped portions of the optical resonator support members 27A and 27B and the upper end surfaces of the optical resonator support members 27C and 27D.

共振器ベース２６のうち円形孔５１の周囲の部分は、光共振器支持部材２７Ａに対して水平面内の位置が拘束されている。長孔５２に挿入された光共振器支持部材２７Ｂは、共振器ベース２６に対して光軸２０Ａに平行な一次元方向に移動可能である。光共振器支持部材２７Ｃ、２７Ｄは、共振器ベース２６に対して水平面内の二方向に移動可能である。すなわち、共振器ベース２６は、チェンバ１５に対して１か所において水平方向の位置が拘束され、他の３か所においては水平方向の位置が拘束されていない。 The portion of the resonator base 26 around the circular hole 51 is constrained in position in the horizontal plane with respect to the optical resonator support member 27A. The optical resonator support member 27B inserted into the elongated hole 52 is movable in a one-dimensional direction parallel to the optical axis 20A with respect to the resonator base 26. The optical resonator support members 27C and 27D can move in two directions in a horizontal plane with respect to the resonator base 26. That is, the resonator base 26 is constrained in the horizontal position at one place with respect to the chamber 15, and is not constrained in the horizontal position at the other three places.

熱遮蔽部材３０は、共振器ベース２６から脱落しないように、熱遮蔽部材３０を貫通する４本のボルト３１で共振器ベース２６に支持されている。４本のボルト３１のうち２本のボルト３１が通過する熱遮蔽部材３０の孔は長孔３２とされており、熱遮蔽部材３０は共振器ベース２６に対して光軸２０Ａの方向に伸縮可能である。 The heat shield member 30 is supported by the resonator base 26 by four bolts 31 penetrating the heat shield member 30 so as not to fall off from the resonator base 26. The hole of the heat shield member 30 through which two bolts 31 of the four bolts 31 pass is an elongated hole 32, and the heat shield member 30 can expand and contract in the direction of the optical axis 20A with respect to the resonator base 26. Is.

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
熱遮蔽部材３０が配置されていない構成では、放電電極２１及び電極ボックス２２で発生した熱が共振器ベース２６まで伝わり、共振器ベース２６の第１表面２６Ａの温度が第２表面２６Ｂの温度より高くなる。共振器ベース２６の厚さ方向に温度差が発生すると、共振器ベース２６の第１表面２６Ａと第２表面２６Ｂとで熱膨張量が異なり、共振器ベース２６に反り変形が発生してしまう。共振器ベース２６に反り変形が発生すると、一対の共振器ミラー２５の平行度が低下する。すなわち、一対の共振器ミラー２５の光軸がずれる。一対の共振器ミラー２５の光軸がずれると、レーザ出力が低下してしまう。共振器ベース２６の反り変形を低減させるためには、共振器ベース２６を分厚くして剛性を高めなければならない。または、共振器ベース２６に、高価な低熱膨張部材を用いなければならない。 Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.
In the configuration in which the heat shielding member 30 is not arranged, the heat generated in the discharge electrode 21 and the electrode box 22 is transmitted to the resonator base 26, and the temperature of the first surface 26A of the resonator base 26 is higher than the temperature of the second surface 26B. It gets higher. When a temperature difference occurs in the thickness direction of the resonator base 26, the amount of thermal expansion differs between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26, and the resonator base 26 is warped and deformed. When the resonator base 26 is warped and deformed, the parallelism of the pair of resonator mirrors 25 is lowered. That is, the optical axes of the pair of resonator mirrors 25 are displaced. If the optical axes of the pair of resonator mirrors 25 are displaced, the laser output will decrease. In order to reduce the warp deformation of the resonator base 26, the resonator base 26 must be thickened to increase its rigidity. Alternatively, an expensive low thermal expansion member must be used for the resonator base 26.

これに対して上記実施例では、熱遮蔽部材３０が、放電電極２１及び電極ボックス２２から共振器ベース２６の第１表面２６Ａへの、レーザ媒質ガスを介した熱の伝達を抑制する。熱遮蔽部材３０には、例えばＰＴＦＥ等の熱伝導率の小さな材料が用いられる。熱遮蔽部材３０の上面が加熱されて温度が上昇しても、下面の温度上昇は抑制される。その結果、熱遮蔽部材３０の下面に対向する共振器ベース２６の第１表面２６Ａの温度上昇も抑制される。このため、共振器ベース２６の第１表面２６Ａと第２表面２６Ｂとの間で温度差が生じにくくなり、温度差に起因する反り変形も生じにくくなる。したがって、共振器ベース２６を薄くすることが可能になり、装置の大型化を抑制することができる。さらに、共振器ベース２６に高特性の低熱膨張部材を用いる必要がなくなるため、装置のコストダウンを図ることが可能になる。共振器ベース２６の第１表面２６Ａと第２表面２６Ｂとの間で温度差が生じにくくなるという十分な効果を得るために、熱遮蔽部材３０として、共振器ベース２６の熱伝導率より小さな熱伝導率を持つ材料を用いることが好ましい。 On the other hand, in the above embodiment, the heat shielding member 30 suppresses the transfer of heat from the discharge electrode 21 and the electrode box 22 to the first surface 26A of the resonator base 26 via the laser medium gas. For the heat shielding member 30, a material having a small thermal conductivity such as PTFE is used. Even if the upper surface of the heat shield member 30 is heated and the temperature rises, the temperature rise of the lower surface is suppressed. As a result, the temperature rise of the first surface 26A of the resonator base 26 facing the lower surface of the heat shielding member 30 is also suppressed. Therefore, a temperature difference is less likely to occur between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26, and warpage deformation due to the temperature difference is also less likely to occur. Therefore, the resonator base 26 can be made thinner, and the size of the apparatus can be suppressed. Further, since it is not necessary to use a low thermal expansion member having high characteristics for the resonator base 26, it is possible to reduce the cost of the device. In order to obtain a sufficient effect that a temperature difference is less likely to occur between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26, the heat shield member 30 has a heat smaller than the thermal conductivity of the resonator base 26. It is preferable to use a material having conductivity.

さらに、熱遮蔽部材３０は共振器ベース２６に対して光軸２０Ａ（図２）の方向に伸縮可能であるため、熱遮蔽部材３０自体が熱膨張しても、共振器ベース２６に変形は生じない。 Further, since the heat shield member 30 can expand and contract in the direction of the optical axis 20A (FIG. 2) with respect to the resonator base 26, even if the heat shield member 30 itself thermally expands, the resonator base 26 is deformed. do not have.

次に、上記実施例の変型例について説明する。
上記実施例では、熱遮蔽部材３０（図２、図３）に、ＰＴＦＥ等の熱伝導率の小さな材料を用いたが、その他の断熱材料を用いてもよい。また、放電電極２１及び電極ボックス２２から共振器ベース２６への放射熱を遮蔽する遮熱部材を用いてもよい。上記実施例では、熱遮蔽部材３０が共振器ベース２６の第１表面２６Ａに載せられているが、放電電極２１と共振器ベース２６との間の空間に、熱遮蔽部材３０を支持する構成としてもよい。 Next, a modified example of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, a material having a small thermal conductivity such as PTFE is used for the heat shielding member 30 (FIGS. 2 and 3), but other heat insulating materials may be used. Further, a heat shield member that shields the radiant heat from the discharge electrode 21 and the electrode box 22 to the resonator base 26 may be used. In the above embodiment, the heat shield member 30 is mounted on the first surface 26A of the resonator base 26, but the heat shield member 30 is supported in the space between the discharge electrode 21 and the resonator base 26. May be good.

上記実施例では、一対の共振器ミラー２５で光共振器２０を構成しているが、１枚以上のミラーを追加して折返し光共振器を構成してもよい。この場合には、光共振器を構成する一対の共振器ミラー２５と、光共振器に含まれる他のミラーとを、共振器ベース２６に支持する構成とするとよい。この構成においても、熱遮蔽部材３０を配置することにより、一対の共振器ミラー２５及び他のミラーを含めた光学部品の光軸のずれを抑制することができる。 In the above embodiment, the optical resonator 20 is composed of a pair of resonator mirrors 25, but one or more mirrors may be added to form a folded optical resonator. In this case, the pair of resonator mirrors 25 constituting the optical resonator and other mirrors included in the optical resonator may be supported on the resonator base 26. Also in this configuration, by arranging the heat shielding member 30, it is possible to suppress the deviation of the optical axis of the optical component including the pair of resonator mirrors 25 and other mirrors.

次に、図５を参照して他の実施例によるレーザ発振器について説明する。以下、図１～図４Ｃに示した実施例によるレーザ発振器と共通の構成については説明を省略する。 Next, a laser oscillator according to another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the common configuration with the laser oscillator according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 4C will be omitted.

図５は、本実施例によるレーザ発振器の光軸２０Ａを含む断面図である。本実施例においては、熱遮蔽部材３０（図２、図３）に代えて、共振器ベース２６の内部に冷却流路６０が設けられている。チェンバ１５の壁面に隔壁継手６２、６３が取り付けられている。冷却水供給回収装置６１から隔壁継手６２、６３を介してチェンバ１５内に、それぞれ管路６４、６５が導入されている。管路６４、６５は、それぞれ継手６６、６７を介して共振器ベース２６内の冷却流路６０に接続されている。冷却水供給回収装置６１は、一方の管路６４を通して冷却流路６０に冷却水を供給し、他方の管路６５を通して冷却流路６０から冷却水を回収する。 FIG. 5 is a cross-sectional view including an optical axis 20A of the laser oscillator according to the present embodiment. In this embodiment, the cooling flow path 60 is provided inside the resonator base 26 instead of the heat shielding member 30 (FIGS. 2 and 3). The partition wall joints 62 and 63 are attached to the wall surface of the chamber 15. Pipe lines 64 and 65 are introduced into the chamber 15 from the cooling water supply / recovery device 61 via the partition wall joints 62 and 63, respectively. The pipelines 64 and 65 are connected to the cooling flow path 60 in the resonator base 26 via the joints 66 and 67, respectively. The cooling water supply / recovery device 61 supplies cooling water to the cooling flow path 60 through one of the pipelines 64, and recovers the cooling water from the cooling flow path 60 through the other pipeline 65.

冷却流路６０は、第２表面２６Ｂより第１表面２６Ａに近い位置に設けられている。すなわち、厚さ方向に関して中央よりも放電電極２１側に配置されている。 The cooling flow path 60 is provided at a position closer to the first surface 26A than the second surface 26B. That is, it is arranged closer to the discharge electrode 21 than the center in the thickness direction.

次に、図５に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においては、共振器ベース２６が、冷却流路６０を流れる冷却水によって冷却される。冷却流路６０が、第１表面２６Ａ側に配置されているため、第１表面２６Ａが第２表面２６Ｂよりも優先的に冷却される。相対的に高温になりやすい第１表面２６Ａが優先的に冷却されるため、共振器ベース２６の上下面の温度差を軽減させることができる。このため、図１～図４Ｃに示した実施例と同様に、共振器ベース２６に、温度差に起因する反り変形が生じにくくなるという優れた効果が得られる。 Next, the excellent effects of the examples shown in FIG. 5 will be described.
In this embodiment, the resonator base 26 is cooled by the cooling water flowing through the cooling flow path 60. Since the cooling flow path 60 is arranged on the first surface 26A side, the first surface 26A is preferentially cooled over the second surface 26B. Since the first surface 26A, which tends to be relatively hot, is preferentially cooled, the temperature difference between the upper and lower surfaces of the resonator base 26 can be reduced. Therefore, as in the examples shown in FIGS. 1 to 4C, the resonator base 26 has an excellent effect that warpage deformation due to a temperature difference is less likely to occur.

次に、本実施例の変型例について説明する。
本実施例では、冷却流路６０を共振器ベース２６の内部に設けているが、第１表面２６Ａの上に設けてもよい。本実施例では、冷却流路６０に冷却水を流しているが、その他の冷却用流体を流してもよい。例えば、冷却流路６０に流す流体としてガスを用いてもよい。 Next, a modified example of this embodiment will be described.
In this embodiment, the cooling flow path 60 is provided inside the resonator base 26, but it may be provided on the first surface 26A. In this embodiment, the cooling water is flowed through the cooling flow path 60, but other cooling fluids may be flowed. For example, gas may be used as the fluid flowing through the cooling flow path 60.

次に、図６を参照してさらに他の実施例について説明する。以下、図１～図４Ｃに示した実施例によるレーザ発振器と共通の構成については説明を省略する。 Next, still another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the common configuration with the laser oscillator according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 4C will be omitted.

図６は、本実施例によるレーザ発振器の光軸２０Ａに垂直な断面図である。本実施例では、熱遮蔽部材３０（図２、図３）に代えて、ガス循環機構７０が配置されている。ガス循環機構７０は、共振器ベース２６の第１表面２６Ａに接する空間と、第２表面２６Ｂに接する空間との間でレーザ媒質ガスを循環させる。ガス循環機構７０は、例えば送風ファンを含む。 FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis 20A of the laser oscillator according to the present embodiment. In this embodiment, the gas circulation mechanism 70 is arranged in place of the heat shielding member 30 (FIGS. 2 and 3). The gas circulation mechanism 70 circulates the laser medium gas between the space in contact with the first surface 26A of the resonator base 26 and the space in contact with the second surface 26B. The gas circulation mechanism 70 includes, for example, a blower fan.

ガス循環機構７０は、第１表面２６Ａに接する空間のレーザ媒質ガスを、光軸２０Ａ（図２）に対して交差する方向に流す。第１表面２６Ａに沿って流れたレーザ媒質ガスは、仕切り板４０の手前で折り返され、第２表面２６Ｂに接する空間に流入する。第２表面２６Ｂに沿って流れたレーザ媒質ガスは、反対側の仕切り板４０の手前で折り返され、第１表面２６Ａに接する空間に戻る。 The gas circulation mechanism 70 causes the laser medium gas in the space in contact with the first surface 26A to flow in a direction intersecting the optical axis 20A (FIG. 2). The laser medium gas flowing along the first surface 26A is folded back in front of the partition plate 40 and flows into the space in contact with the second surface 26B. The laser medium gas flowing along the second surface 26B is folded back in front of the partition plate 40 on the opposite side and returns to the space in contact with the first surface 26A.

次に、図６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、第１表面２６Ａに接する空間と、第２表面２６Ｂに接する空間との間で循環するレーザ媒質ガスを介して、第１表面２６Ａと第２表面２６Ｂとの間で熱の伝達が行われる。その結果、第１表面２６Ａと第２表面２６Ｂとの間の温度差が低減される。このため、図１～図４Ｃに示した実施例と同様に、共振器ベース２６に、温度差に起因する反り変形が生じにくくなるという優れた効果が得られる。 Next, the excellent effects of the examples shown in FIG. 6 will be described. In this embodiment, heat is transferred between the first surface 26A and the second surface 26B via the laser medium gas circulating between the space in contact with the first surface 26A and the space in contact with the second surface 26B. Is done. As a result, the temperature difference between the first surface 26A and the second surface 26B is reduced. Therefore, as in the examples shown in FIGS. 1 to 4C, the resonator base 26 has an excellent effect that warpage deformation due to a temperature difference is less likely to occur.

上述の３つの実施例のいずれにおいても、レーザ発振器は、共振器ベース２６の第１表面２６Ａと第２表面２６Ｂとの温度差を低減させる温度差低減構造を有している。図１～図４Ｃに示した実施例では、温度差低減構造が熱遮蔽部材３０（図２、図３）を含む。図５に示した実施例では、温度差低減構造が冷却流路６０（図５）等を含む。図６に示した実施例では、温度差低減構造がガス循環機構７０（図６）を含む。温度差低減構造が、熱遮蔽部材３０（図２、図３）、冷却流路６０（図５）、及びガス循環機構７０（図６）の複数を含むようにしてもよい。さらに、温度差低減構造としてその他の構造を採用してもよい。 In any of the above three embodiments, the laser oscillator has a temperature difference reducing structure that reduces the temperature difference between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26. In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4C, the temperature difference reducing structure includes the heat shielding member 30 (FIGS. 2 and 3). In the embodiment shown in FIG. 5, the temperature difference reduction structure includes a cooling flow path 60 (FIG. 5) and the like. In the embodiment shown in FIG. 6, the temperature difference reduction structure includes the gas circulation mechanism 70 (FIG. 6). The temperature difference reducing structure may include a plurality of heat shielding members 30 (FIGS. 2 and 3), a cooling flow path 60 (FIG. 5), and a gas circulation mechanism 70 (FIG. 6). Further, another structure may be adopted as the temperature difference reducing structure.

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。 It goes without saying that each of the above embodiments is exemplary and the configurations shown in different examples can be partially replaced or combined. Similar actions and effects due to the same configuration of a plurality of examples will not be mentioned sequentially for each example. Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

１０ レーザ装置
１１ 架台
１２ レーザ発振器
１５ チェンバ
１６ 光学室
１７ ブロワ室
１８ 上下仕切り板
１８Ａ、１８Ｂ 開口
１９ 底板
２０ 光共振器
２０Ａ 光軸
２１ 放電電極
２１Ａ 放電電極を構成する一対の導電部材
２２ 電極ボックス
２３ 電極支持部材
２４ 放電領域
２５ 光共振器ミラー
２６ 共振器ベース
２６Ａ 第１表面
２６Ｂ 第２表面
２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ 光共振器支持部材
２８ 光透過窓
２９ ブロワ
３０ 熱遮蔽部材
３１ ボルト
３２ 長孔
３５ チェンバの支持箇所
４０ 仕切り板
４１ 第１ガス流路
４２ 第２ガス流路
４３ 熱交換器
５１ 円形孔
５２ 長孔
６０ 冷却流路
６１ 冷却水供給回収装置
６２、６３ 隔壁継手
６４、６５ 管路
６６、６７ 継手
７０ ガス循環機構
８０ 加工装置
８１ ビーム整形光学系
８２ ステージ
９０ 加工対象物
１００ 共通ベース

10 Laser device 11 Stand 12 Laser oscillator 15 Chamber 16 Optical chamber 17 Blower chamber 18 Upper and lower partition plates 18A, 18B Opening 19 Bottom plate 20 Optical cavity 20A Optical axis 21 Discharge electrode 21A Pair of conductive members 22 that make up the discharge electrode 22 Electrode box 23 Electrode support member 24 Discharge region 25 Optical cavity mirror 26 Resonator base 26A First surface 26B Second surface 27, 27A, 27B, 27C, 27D Optical cavity support member 28 Light transmission window 29 Blower 30 Heat shield member 31 Bolt 32 Long hole 35 Chamber support 40 Partition plate 41 1st gas flow path 42 2nd gas flow path 43 Heat exchanger 51 Circular hole 52 Long hole 60 Cooling flow path 61 Cooling water supply / recovery device 62, 63 Partition joint 64, 65 Pipeline 66, 67 Joint 70 Gas circulation mechanism 80 Processing device 81 Beam shaping optical system 82 Stage 90 Processing object 100 Common base

Claims (5)

レーザ媒質ガスを収容するチェンバ内に放電を生じさせる放電電極と、
前記チェンバ内に配置され、前記放電電極で放電が生じる領域を通る光軸を持つ光共振器を保持する共振器ベースと、
前記共振器ベースの表面のうち、前記放電電極の方を向く第１表面と、前記放電電極とは反対側を向く第２表面との温度差を低減させる温度差低減構造と
を有するレーザ発振器。 A discharge electrode that generates a discharge in the chamber that houses the laser medium gas,
A resonator base that is located in the chamber and holds an optical resonator having an optical axis that passes through a region where discharge occurs at the discharge electrode.
A laser oscillator having a temperature difference reducing structure for reducing a temperature difference between a first surface of the surface of the resonator base facing the discharge electrode and a second surface facing the opposite side of the discharge electrode. 前記温度差低減構造は、前記共振器ベースと前記放電電極との間に配置され、断熱または遮熱を行う熱遮蔽部材を含む請求項１に記載のレーザ発振器。 The laser oscillator according to claim 1, wherein the temperature difference reducing structure is arranged between the resonator base and the discharge electrode, and includes a heat shielding member that insulates or shields heat. 前記熱遮蔽部材は前記共振器ベースに、前記光共振器の光軸方向に伸縮可能に支持されている請求項２に記載のレーザ発振器。 The laser oscillator according to claim 2, wherein the heat shielding member is supported on the resonator base so as to be expandable and contractible in the optical axis direction of the optical resonator. 前記温度差低減構造は、前記第１表面の上、または前記共振器ベースの内部であって、前記第２表面より前記第１表面に近い位置に設けられた冷却流路を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ発振器。 Claim 1 to the above-mentioned temperature difference reducing structure includes a cooling flow path provided on the first surface or inside the resonator base at a position closer to the first surface than the second surface. The laser oscillator according to any one of 3. 前記温度差低減構造は、前記第１表面に接する空間と、前記第２表面に接する空間との間でレーザ媒質ガスを循環させるガス循環機構を含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
The one according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature difference reducing structure includes a gas circulation mechanism for circulating a laser medium gas between a space in contact with the first surface and a space in contact with the second surface. Laser oscillator.
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