JP2597499B2 - レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザ装置に係り、とくに大出力レーザ装置
におけるビーム品質の改良に関するものである。

［従来の技術］ 第11図は例えば、レーザハンドブック（Laser Handbo
ok 1979.North−Holland Publishing Company）に記載
された不安定型の共振器を有する従来のレーザ装置の一
例を示す説明図である。図において、（１）は全反射の
凹面鏡よりなるフィードバックミラー、（２）はフィー
ドバックミラー（１）に対向する位置に設けられた全反
射の凸面鏡よりなる拡大ミラーであり、両ミラー
（１），（２）によるいわゆる不安定型共振器を構成し
ている。（３）はレーザ媒質で、例えばCO₂レーザのよ
うなガスレーザの場合は放電などにより励起されたガス
媒質、YAGレーザのような固体レーザの場合はフラッシ
ュランプ等により励起されたガラス媒質である。（４）
はウインドミラー、（５）はウインドミラー（４）の面
上に設けられた無反射コーティング膜、（６）は共振器
の周囲を覆う箱体である。また（７）はフィードバック
ミラー（１）と拡大ミラー（２）とにより構成された共
振器内に発生するレーザビーム、（８）は拡大ミラー
（２）の周辺から箱体（６）の外部に取出されたレーザ
ビームである。

次に動作について説明する。フィードバックミラー
（１）と拡大ミラー（２）はいわゆる不安定型共振器を
構成しており、拡大ミラー（２）により反射拡大された
レーザビーム（７）はレーザ媒質（３）により増幅され
ると共に、フィードバックミラー（１）により平行ビー
ム（7a）にコリメートされて、拡大ミラー（２）及び拡
大ミラー（２）の周辺部上に反射され、リング状のレー
ザビーム（８）となってウインドミラー（４）から箱体
（６）の外部にとり出される。このようにして取出され
たリング状のレーザビーム（８）はほとんど等位相で得
られるため、レンズ等によって集光することにより中高
のレーザビームとなり、鉄板などの切断、溶接等を効率
よくおこなうことができる。なお、このレーザビームの
集光の度合いは、取出されるリング状のレーザビーム
（８）の内径と外径との比［Ｍ値（Magnification fact
er）］で決定され、Ｍ値が大きいレーザビームほど、す
なわち、より中づまりで取出されたレーザビームほどよ
く集光される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成した従来のレーザ装置によれば、集
光性のよいレーザビームを得るにはＭ値を上げなければ
ならない。しかし、Ｍ値を上げるには、拡大ミラー
（２）の外径をきわめて小さくしなければならず、例え
ばYAGレーザを例にとると、レーザ媒質（３）の断面直
径は8mm程度、一方レーザ加工上十分な品質をもつレー
ザビーム（８）を得るためのＭ値は３以上であるから、
拡大ミラー（２）の外径は2.6mm以下ときわめて小さく
なり、これを精度よく形成するのはきわめて困難であ
る。そのためＭ値を大きくできず、従って箱体（６）の
外部にとり出されたレーザビームの品質が悪かった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、高品質のレーザビームを発生できるレーザ装
置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るレーザ装置は、内面中央部に全反射型又
は部分反射型のフィードバックミラーを有しその外周に
無反射部が形成された出口ミラーをレーザビームのとり
出し側に配設し、フィードバックミラーと対向して全反
射型の拡大ミラーを配設したものである。

また、上記出口ミラー又はその外側に、位相差補償手
段を設けたものである。

さらに、これら各レーザ装置において、レーザ媒質の
外形形状を共振器内のレーザビームの外形形状に合わせ
て形成したものである。

［作 用］ 全反射型のフィードバックミラーを用いた場合は、フ
ィードバックミラーの周囲からリング状のレーザビーム
をとり出すことができる。

また、部分反射型のフィードバックミラーを用いた場
合は、中づまり状のレーザビームをとり出すことがで
き、さらに位相差補償手段を設ければ、とり出されたレ
ーザビームの中心部と外周部との位相差をなくすことが
できる。

さらにまた、これら各レーザ装置のレーザ媒質の外形
形状を共振器内のレーザビームの外形形状に合わせたこ
とにより、発振効率が向上する。

［発明の実施例］ 第１図は本発明実施例の説明図である。なお、第11図
の従来例と同一又は相当部分には同じ符号を付し、説明
を省略する。

図において、（20）は凸面鏡からなる全反射型の拡大
ミラー、（21）は外面側の曲率を内面側の曲率より小さ
くした凹面鏡からなる出口ミラーである。（22）は出口
ミラー（21）の内面中央部に設けた全反射型のフィード
バックミラー、（５）はその外周に設けた無反射コーテ
ィグ膜、（23）はフィードバックミラー（22）と拡大ミ
ラー（20）とによって構成された共振器内に発生するレ
ーザビーム、（23a）は拡大ミラー（20）により拡大反
射したレーザビーム、（24）は箱体（６）の外部に取出
さたリング状のレーザビームである。

上記のように構成した本発明の作用を説明すれば次の
通りである。拡大ミラー（20）により反射拡大されたレ
ーザビーム（23a）はレーザ媒質（３）により増幅さる
え、レーザビーム（23a）の周囲部がフィードバックミ
ラー（22）の外周から、出口ミラー（21）の無反射コー
ティング膜（５）を通して外部にリング状をレーザビー
ム（24）としてとり出される。一方、フィードバックミ
ラー（22）により全反射されたレーザビーム（23）は再
びレーザ媒質（３）により増幅され、さらに拡大ミラー
（20）により反射拡大されて、レーザビーム（23a）と
なる。このようにして、レーザビーム（23a）は拡大ミ
ラー（20）と出口ミラー（21）とからなるレーザ共振器
間を往復するごとにリング状のレーザビーム（24）を外
部に出射する。

なお、本実施例では、出口ミラー（21）の外面の曲率
を内面の曲率より小さくしてあるので、出口ミラー（2
1）を通過するレーザビーム（24）が一般に使用しやす
い平行光となっている。従って、拡大ミラー（20）の拡
大率を上げても拡大ミラー（20）の大きさはレーザ媒質
（３）の大きさとほとんど同じで、従来の第11図で述べ
た問題点は解消される。

第２図は本発明の他の実施例を示す説明図である。本
実施例では第１図で示した実施例のレーザ媒質（３）を
レーザビーム（23a）の外形形状に合わせて断面台形状
に形成し、発振効率を向上させたものである。このよう
なレーザ媒質（3a）の形成は、たとえばYAGレーザを例
にとれば、結晶ロッドにテーパをつけることによりおこ
なうことが出来る。

第３図は本発明のさらに他の実施例を示す説明図であ
る。第１図，第２図の実施例では拡大ミラー（20）とし
て凸面鏡を使用したが、本実施例では凹面鏡の拡大ミラ
ー（20a）を用いて、共振器内でレーザビームを集光後
拡大するようにしてある。

なお、第３図に示すレーザ媒質（３）の外形形状は、
第４図に示すように共振器内のレーザビーム（23b）の
外形形状に合わせて配設することもできる。すなわち、
レーザ媒質（３）を出口ミラー（21）側にさらに拡大
し、レーザビーム（23b）の集光点がレーザ媒質（3b）
の中央なるようにしてもよく、あるいは第５図に示すよ
うに、レーザ媒質（3b）をさらに出口ミラー（21）側に
拡大し、レーザビーム（23c）の径路に沿って断面Ｙ字
形状にしてもよい。

第６図は本発明の別の実施例を示す説明図である。
（3d）はレーザビーム（23d）の径路に沿って断面台形
状に形成したレーザ媒質、（22a）は出口ミラー（21）
の内面側中央部に設けられた部分反射機能を有するフィ
ードバックミラー、（５）はフィードバックミラー（22
a）の外周に形成された無反射コーティング膜、（24a）
はレーザ装置より出射する中づまりのレーザビームであ
る。

上記のように構成した本実施例の作用を説明すれば次
の通りである。拡大ミラー（20）により拡大されたレー
ザビーム（23d）はレーザ媒質（3d）により増幅され、
その中央部の一部が出口ミラー（21）のフィードバック
ミラー（22a）を通して、またその周囲部の全部が出口
ミラー（21）の無反射コーティング膜（５）を通して外
部に取出され、両者は合成されて中づまりの高品質レー
ザビーム（24a）となる。一方、フィードバックミラー
（22a）により部分反射されたレーザビーム（23b）は再
びレーザ媒質（3d）により増幅され、さらに拡大ミラー
（20）により反射拡大される。このようにしてレーザビ
ーム（23b）は拡大ミラ（20a）と出口ミラー（21）より
なるレーザ共振器間を往復するごとにフィードバックミ
ラー（22a）とその周囲から中づまりの高品質レーザビ
ーム（24a）を外部に出射する。なお、本実施例では出
口ミラー（21）の外面の曲率を内面の曲率より小さくし
てあるので、出口ミラー（21）を通過するレーザビーム
（24a）は一般に使用しやすい平行光となる。

このように本実施例においては、取り出されるレーザ
ビーム（24a）は中づまり状であるため、いわゆるＭ値
は無限大となり理想的なレーザビームが得られる。しか
し、パルスレーザなどでレーザビームが共振器内を数往
復しかしない場合には、Ｍ値が大きいほど短い往復回数
でレーザビームが安定するため、拡大率については３以
上のＭ値とすること多い。

上記の説明（第６図）では出口ミラー（21）に部分反
射膜を施して部分反射性をもつフィードバックミラー
（22a）を構成した場合を示したが、第７図に示すよう
に無コート部分により部分反射性をもつフィードバック
ミラー（22b）を形成してもよい。

第８図は本発明のさらに別の実施例を示す説明図であ
る。第６図の実施例においては、出口ミラー（21）の内
面のフィードバックミラー（22a）を通過するレーザビ
ーム（23b）と、無反射コーティング膜（５）を通過す
るレーザビーム（23d）との間の位相差は一般に小さい
ので問題にならなかったが、これを打消す手段を設けれ
ばさらに効果を高めることができる。この手段としては
第６図に示すフィードバックミラー（22a）に厚みをも
たせて、無反射コーティング膜（５）とフィードバック
ミラー（22a）を通過するレーザビーム（23d），（23
b）の位相差を打消し、レーザビーム（24a）が等位相と
なるようにすることができる。本実施例（第８図）では
出口ミラー（21）の外面に凹状の段差（28）を設け、２
つのレーザビーム（23d），（23b）に対する出口ミラー
（21）内の光路内に差をもたせて位相差を打消すように
したものである。なお、第９図に示すように出口ミラー
（21）の外面と同様の作用をもつ凹状の段差（28a）を
備えた位相補償ミラー（29）を別にもうけてもよい。

また拡大ミラーについても凸状の拡大ミラーのみが示
したが、第10図に示すように凹状のミラー（20a）を用
いてもよい。

以上の説明では、いずれも出口ミラーとウインドミラ
ーとが一体となった場合について示したが、従来と同様
に、ウインドミラー面上に部分透過率を有する凹面鏡ま
たは凸面鏡によりなる出口ミラーを設けてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明はレーザビー
ムの取出し側に、中央部に全反射型又は部分反射型のフ
イードバックミラーを設け、その外周に無反射部が形成
された出口ミラーを配設し、フィードバックミラーと対
向して拡大ミラーを配設したので、ミラーの製作に困難
を伴なうことなく拡大率を上げることができ、高品質の
レーザビームを安価に得ることができる。

また部分反射型のフィードバックミラーを用いた場合
は、位相差補償手段を設けることにより、より良質のレ
ーザビームを得ることができ、さらにこれら各レーザ装
置のレーザ媒質の外形形状を共振器内のレーザビームの
外形形状に合せることにより、発振効率を向上させるこ
とができる等、実施による効果顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図は本発明
の他の実施例を示す説明図、第３図、第４図，第５図は
本発明のさらに他の実施例を示す説明図、第６図，第７
図は本発明の別の実施例を示す説明図、第８図，第９
図，第10図は本発明のさらに別の実施例を示す説明図、
第11図は従来のレーザ装置の一例を示す説明図である。 （３），（3a），（3b），（3c），（3d）……レーザ媒
質、（５）……無反射コーティング膜、（20），（20
a）……拡大ミラー、（21）……出口ミラー、（22），
（22a），（22b）……フィードバックミラー、（23），
（23a），（23b），（23c），（23d），（24），（24
a）……レーザビーム、（28），（28a）……段部、（2
9）……位相補償ミラー。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示すものと
する。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】拡大ミラーとフィードバックミラーとから
   なる不安定型共振器を用い、レーザ媒質によって増幅さ
   れたレーザビームを取出すレーザ装置において、 上記レーザビームの取り出し側に、内面中央部に全反射
   型又は部分反射型のフィードバックミラーを有しその外
   周に無反射部が形成された出口ミラーを配設し、上記フ
   ィードバックミラーと対向して全反射型の拡大ミラーを
   配設したことを特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】上記出口ミラー又はその外側に位相差補償
   手段を設けた請求項（１）記載のレーザ装置。
3. 【請求項３】上記レーザ媒質の外形形状を共振器内のレ
   ーザビームの外形形状に合わせて形成した請求項（１）
   又は（２）記載のレーザ装置。