JP2611169B2 - レーザー光集光照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、レーザー光を空間的に滑らかに高強度で
集光照射するレーザー光集光照射装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 多段の増幅器を有するような大出力レーザー装置にお
いては、非線形屈折等の影響を受けるため完全なガウシ
アンビーム出力を得ることは困難なばかりでなく、ガウ
シアンビームのままで増幅したのではエネルギー取り出
し効率も低く実用的ではない。このため現在の大出力レ
ーザーは殆どの場合矩形ビーム出力を取り出しており、
またその出力波面は非線形屈折等の影響によりかなり歪
んだものとなっている。これをレンズ等で対象物上に集
光して大出力高強度レーザー応用の目的に使用する場
合、集光面上ではその空間周波数のフーリェ変換に相当
する極めて不均一強度分布となり、更に波面の歪みによ
りホットスポットと呼ばれる部分的に極端にエネルギー
が集中する場所が発生し、使用上の障害となっていた。

この問題を解決しようとしてこれまでに文献上（Phy
s.Rev.Let.53巻11号1057頁，加藤，他）でレーザービー
ムをそれぞれが異なった位相差を持つ多数のビームに分
割する素子（以下、ランダム位相板と定義する）を用い
たものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題） この方法においてはレーザービームは小さな多数のビ
ームに分割され、それぞれが位相差を持ってレンズによ
り対象物上に集光合成される。その結果対象物上の照射
パターンはランダムな微小スポットが対象物との作用に
おいて平均化されならば照射強度分布はその包絡線とな
り、計算上非常に滑らかな照射強度が得られるというも
のである。

しかしながら、この方法の問題点は微小スポットが対
象物との作用において平均化される場合にのみ有効であ
るという点であり、そうでない場合には適用できなかっ
た。

そこで、この発明は対象物との作用の状況に関係な
く、大出力レーザー光を滑らかな照射強度分布をもって
対象物上に高強度で集光照射することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 以上の課題を解決するため、この発明では波長領域に
広がりを持ったレーザー光を発生するレーザー装置（以
下、広帯域レーザー装置と記す）の光軸上にランダム位
相板、集光レンズ、対象物を順次配置したレーザー光集
光照射装置において、上記レーザー装置とランダム位相
板との間にプリズム或は回折格子を介在させたレーザー
光集光照射装置を提案するものである。

ここで、広帯域レーザー装置は波長領域に広がりを持
ったレーザー光を発生させる。このような波長領域に広
がりを持ったレーザー光はエキシマレーザーや色素レー
ザー等により実現可能である。

この広帯域レーザー装置からの出力ビームは通常平行
ビームであるが、そうでない場合にも適当な光学系を用
いてほぼ平行ビームの状態にすることは容易である。

この出力ビームが通過する位置にプリズム或は回折格
子を設置する。更に、このプリズム或は回折格子の後に
は従来技術と同様にランダム位相板を設置し、これらを
通過したビームをレンズにより対象物上に集光させる構
成を有する。

（作用） 即ち、従来の装置においてはレンズの前にランダム位
相板を配置しているため、レーザービームはランダム位
相板でそれぞれが位相差を持った小さな多数のビームに
分割され、これらのビームはレンズで集光され、対象物
上の集光面で合成されるため、相互干渉の結果として微
小なスポットの集合体としての照射が行われる。それぞ
れのスポットの大きさは分割前の平行ビームを集光した
場合の幾何光学的な大きさと同程度となる。

これに対して、この発明においては広帯域レーザー装
置とランダム位相板との間にプリズム或は回折格子を配
置しているため、広帯域レーザー装置からの出力レーザ
ービームがプリズム或は回折格子を通過すると、もとも
と平行であったビームにレーザーの波長帯域に対応して
角度広がりが生ずる。そして、プリズム或は回折格子に
より角度広がりを持ったビームを更にランダム位相板を
通してレンズにより対象物上に集光した場合、それぞれ
の微小なスポットは広がりももつようになる。この広が
りが微小なスポット間の間隔より大きな場合は微小なス
ポット同志が重なり合うことになり、これら微小なスポ
ットは結果的に平均化され、全体として滑らかな空間的
レーザービーム照射形状を得ることとなる。

（実施例） 以下、この発明を図示の実施例の基づいて説明する。

１はエキシマレーザー等で構成される広帯域レーザー
装置で、広帯域レーザー装置１の光軸上にはプリズム
２、ランダム位相板３、集光レンズ４、対象物５が順次
配置されている。

広帯域レーザー装置１から出力された平行レーザービ
ームはプリズム２を通過することにより微小な角度分散
を持たせ、更にランダム位相板３により位相の異なる微
小なビーム束とし、これをレンズ４により対象物５上に
照射する。これにより対象物５上では全体として滑らか
な空間的レーザービーム大照射状を得ることができた。

なお、この実施例では光学系は全て透過型を使用した
が、反射型を使用して光学系を構成しても同様な効果が
得られる。

（発明の効果） この発明は以上説明したように、広帯域レーザー装
置、プリズム或は回折格子、ランダム位相板の３つの構
成要素により大出力レーザー光を滑らかな空間的レーザ
ービーム照射形状で対象物上に高強度で集光照射するも
ので、この発明によれば大出力レーザー装置のエネルギ
ー取り出し効率を低下させることなく、均一な高強度照
射が可能となる。

したがって、この発明はレーザー加工やレーザープロ
セッシング等の産業上重要なレーザー応用装置において
その品質や効率を向上させるために役立てることができ
る。

また、レーザー核融合のような将来のエネルギー開発
する場合においても高効率で滑らかな照射形状を得るこ
とは必要不可欠な技術であるが、この発明はその開発を
推進する上にも役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す概念図である。 図中、１は広帯域レーザー装置、２はプリズム、３はラ
ンダム位相板、４は集光レンズ、５は対象物。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】波長領域に広がりを持ったレーザー光を発
   生するレーザー装置の光軸上にランダム位相板、集光レ
   ンズ、対象物を順次配置したレーザー光集光照射装置に
   おいて、上記レーザー装置とランダム位相板との間にプ
   リズム或は回折格子を配置したことを特徴とするレーザ
   ー光集光照射装置。