JP2800006B2 - Laser device - Google Patents

Laser device

Info

Publication number
JP2800006B2
JP2800006B2 JP63098501A JP9850188A JP2800006B2 JP 2800006 B2 JP2800006 B2 JP 2800006B2 JP 63098501 A JP63098501 A JP 63098501A JP 9850188 A JP9850188 A JP 9850188A JP 2800006 B2 JP2800006 B2 JP 2800006B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
laser
phase
movable
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63098501A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01271088A (en
Inventor
公治 安井
正明 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP63098501A priority Critical patent/JP2800006B2/en
Publication of JPH01271088A publication Critical patent/JPH01271088A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2800006B2 publication Critical patent/JP2800006B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザビームの位相調整機能を備えたレー
ザ装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device having a function of adjusting a phase of a laser beam.

[従来の技術] 第9図は、レーザハンドブック(Laser Hand book 19
79.North-Holland Publishing Company)P.3に記載され
た不安定型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)は凹面鏡よりなる
コリメートミラー、(2)はコリメートミラー(1)に
対向して配置された凸面鏡よりなる拡大ミラーであり、
両ミラー(1),(2)は全反射ミラーによって構成さ
れている。(3)はレーザ媒質で、例えばCO2レーザ等
の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レーザなどの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
施された無反射コーティング膜、(6)は周囲を覆う箱
体、(7)はコリメートミラー(1)と拡大ミラー
(2)とにより構成された光共振器内に発生するレーザ
ビーム、(8)は拡大ミラー(2)の周辺部より外部に
取出されたレーザビームである。
[Prior Art] FIG. 9 is a laser handbook (Laser Handbook 19).
FIG. 79 is an explanatory diagram showing an example of a conventional laser device having an unstable resonator described in North-Holland Publishing Company (P.3). In the figure, (1) is a collimating mirror composed of a concave mirror, (2) is an enlarged mirror composed of a convex mirror disposed opposite to the collimating mirror (1),
Both mirrors (1) and (2) are constituted by total reflection mirrors. (3) is a laser medium, which is a gas medium excited by electric discharge in the case of a gas laser such as a CO 2 laser, and a glass medium excited by a flash lamp in the case of a solid laser such as a YAG laser. (4) is a wind mirror, (5) is a non-reflective coating film formed on the surface of the wind mirror (4), (6) is a box covering the periphery, (7) is a collimating mirror (1) and a magnifying mirror. A laser beam generated in the optical resonator constituted by (2) and (8) is a laser beam taken out from the periphery of the magnifying mirror (2).

次に動作について説明する。コリメートミラー(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、コリメートミラー(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)の周辺部上に反射し、リング状のレーザビームと
してウインドミラー(4)より外部に取出される。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(図示せず)によって集光す
ることにより中高のレーザビーム(8)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。
Next, the operation will be described. Collimating mirror (1)
And the magnifying mirror (2) constitute a so-called unstable resonator. The laser beam (7) reflected and expanded by the magnifying mirror (2) is amplified by the laser medium (3) and the collimating mirror (1). As a result, the light is collimated into a parallel beam (7a), reflected on the magnifying mirror (2) and the peripheral portion of the magnifying mirror (2), and extracted outside from the window mirror (4) as a ring-shaped laser beam. Since the extracted ring-shaped laser beam (8) is obtained with almost the same phase, it is condensed by a lens or the like (not shown) to become a middle-high laser beam (8). It can be performed efficiently.

また、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
facter))できまり、M値が大きいほど、すなわち、よ
り中づまりで取出されたビームほどよく集光される。し
かしM値を大きくすると発振効率が著しく悪化するた
め、工業的に現実にもちいられるM値の上限は2程度で
ある。
The degree of light collection is determined by the ratio of the inner diameter to the outer diameter (M value (Magnification) of the ring-shaped laser beam (8) to be extracted.
facter)) In conclusion, the larger the M value, that is, the more the beam is extracted in the middle, the better the focus. However, when the M value is increased, the oscillation efficiency is significantly deteriorated. Therefore, the upper limit of the M value that is practically used industrially is about 2.

このようなレーザ装置においては、集光特性を向上さ
せるためにM値を大きくすると発振効率が悪化するの
で、実用的にはM値を最高集光性能の得られる無限大近
くまであげられないという問題があった。また、ウイン
ドミラー(4)がリング状のレーザビーム(8)により
不均一に加熱されるため、不均一な内部応力が発生して
通過するレーザビーム(8)の位相分布をくずし、集光
性能を悪化させる等の問題があった。
In such a laser device, if the M value is increased to improve the light-collecting characteristics, the oscillation efficiency deteriorates. Therefore, in practice, the M value cannot be increased to near infinity where the maximum light-collecting performance can be obtained. There was a problem. In addition, since the window mirror (4) is non-uniformly heated by the ring-shaped laser beam (8), the phase distribution of the laser beam (8) passing through due to generation of non-uniform internal stress is broken, and the light-collecting performance is improved. And the like.

このような問題を解決するため、この発明の出願人
は、さきに特願昭61-291786号として第10図,第11図に
示すようなレーザ装置を出願した。
In order to solve such a problem, the applicant of the present invention applied for a laser device as shown in FIGS. 10 and 11 as Japanese Patent Application No. 61-291786.

図において、(4a)はウインドミラーを兼ねた凸面鏡
で、コリメートミラー(1)に対向する面の中央部には
凸部(第10図)または凹部(第11図)が形成されてい
る。(20)は凸部、凹部の表面に設けられた部分反射率
を有する部分反射コーティング膜で、拡大ミラーとして
機能する。(5)は部分反射コーティング膜(20)の周
辺部及び他面側に形成された無反射コーティング膜であ
る。
In the figure, (4a) is a convex mirror which also serves as a wind mirror, and a convex portion (FIG. 10) or a concave portion (FIG. 11) is formed at a central portion of a surface facing the collimating mirror (1). (20) is a partially reflective coating film having a partial reflectance provided on the surface of the convex portion and the concave portion, and functions as a magnifying mirror. (5) is a non-reflective coating film formed on the periphery and the other side of the partially reflective coating film (20).

上記のように構成したレーザ装置においては、コリメ
ートミラー(1)及び凸面鏡(4a)の部分反射コーティ
ング膜(20)部はいわゆる不安定型共振器を構成してお
り、凸面鏡(4a)の部分反射コーティング膜(20)で反
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、コリメートミラー(1)によ
り平行ビームにコリメートされ、凸面鏡(4a)より外部
へレーザビーム(8)として取出される。このレーザビ
ーム(8)は部分反射コーティング膜(20)を通過する
部分(70)と、無反射コーティング膜(5)を通過する
部分(71)とからなるが、凸部又は凹部で形成する段差
(40)の作用により等位相の中づまり形状のレーザビー
ム(8)として外部に取出される。
In the laser device configured as described above, the partially reflecting coating film (20) of the collimating mirror (1) and the convex mirror (4a) forms a so-called unstable resonator, and the partially reflecting coating of the convex mirror (4a). The laser beam (7) reflected and expanded by the film (20) is converted into a laser medium (3)
And is collimated into a parallel beam by the collimating mirror (1), and is extracted from the convex mirror (4a) to the outside as a laser beam (8). The laser beam (8) comprises a portion (70) passing through the partially reflective coating film (20) and a portion (71) passing through the non-reflective coating film (5). By the action of (40), it is extracted to the outside as a laser beam (8) having the same phase and a middle shape.

このようにレーザビーム(70),(71)は、それぞれ
凸面鏡(4a)の部分反射コーティング膜(20)と無反射
コーティング膜(5)の2種類のコーティング膜が施さ
れた部分を通過して外部に取出される。しかし、コーテ
ィング膜の種類によって通過するレーザビームに与えら
れる位相変化が異なるため、もし段差(40)がなく凸面
鏡(4a)の厚さが一定であれば、レーザビーム(70)と
(71)との間には位相差が生じることになる。そして位
相差の生じたレーザビーム(70),(71)は、レンズ等
で集光してもよく絞れず、効率的なレーザ加工を行なう
ことができない。また伝送中にビーム形状が変化して集
光レンズ上で中高になり、レンズを破壊したりする。
As described above, the laser beams (70) and (71) pass through the portions of the convex mirror (4a) on which the two types of coating films, the partially reflective coating film (20) and the non-reflective coating film (5), are applied. It is taken out. However, since the phase change given to the passing laser beam varies depending on the type of the coating film, if there is no step (40) and the thickness of the convex mirror (4a) is constant, the laser beams (70) and (71) Will produce a phase difference. The laser beams (70) and (71) having a phase difference may not be focused by a lens or the like, and cannot be efficiently laser-processed. In addition, the beam shape changes during transmission and becomes high on the condensing lens, and the lens is destroyed.

第10図、第11図で示したレーザ装置はこのような位相
差を打消すべく凸面鏡(4a)に段差(40)を設けたもの
で、レーザビーム(70)と(71)とが通過する部分の間
に段差(40)をもうけてそれぞれの厚みに変化をもたせ
たものである。たとえば凸面鏡(4a)内面の部分反射コ
ーティング膜(20)を通過するレーザビームに与えられ
る位相が、無反射コーティング膜(5)を通過するレー
ザビームに与えられる位相よりδ進んでいるとすれば、
これを補正するための凸面鏡(4a)の中央部の段差(4
0)の深さdは (n−1)d/λ=δ によりもとめられる。ただし、nは凸面鏡(4a)の材質
の屈折率、λはレーザビームの波長である。
The laser device shown in FIGS. 10 and 11 is such that the convex mirror (4a) is provided with a step (40) to cancel such a phase difference, and the laser beams (70) and (71) pass through. Steps (40) are provided between the parts to change the thickness of each part. For example, if the phase given to the laser beam passing through the partially reflective coating film (20) on the inner surface of the convex mirror (4a) is advanced by δ from the phase given to the laser beam passing through the non-reflective coating film (5),
To correct this, a step (4) at the center of the convex mirror (4a)
The depth d of (0) is determined by (n-1) d / λ = δ. Here, n is the refractive index of the material of the convex mirror (4a), and λ is the wavelength of the laser beam.

[発明が解決しようとする課題] 以上のように特願昭61-291786号に記載されたレーザ
装置(第10図、第11図)は、ウインドミラー(凸面鏡)
に一定の段差を設けてレーザビームを等位相としたの
で、発振効率を犠牲にすることなく中づまりの集光特性
に優れたレーザビームが得られる。しかしながら、ウイ
ンドミラーは、高出力レーザビームの吸収により母材及
びコーティング膜の温度が上昇するとその屈折率が変化
するので、これを補正するためには段差の深さを変えな
ければならない。また、ウインドミラーに段差を形成す
るにあたっては、ダイヤモンド切削などによって行なっ
ていたが、きわめて高価である等の問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the laser device (FIGS. 10 and 11) described in Japanese Patent Application No. 61-291786 is a wind mirror (convex mirror).
Since the laser beam is made to have the same phase by providing a constant step, a laser beam having excellent light-collecting characteristics can be obtained without sacrificing the oscillation efficiency. However, since the refractive index of the window mirror changes when the temperature of the base material and the coating film rises due to absorption of the high-power laser beam, the depth of the step must be changed in order to correct this. Further, in forming a step in the wind mirror, diamond cutting or the like is used, but there is a problem that it is extremely expensive.

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、位相を自由に調整できるレーザ装置を得る
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to obtain a laser device capable of freely adjusting the phase.

[課題を解決するための手段] 本発明に係わるレーザ装置は、レーザ共振器から出射
したレーザビームにより被加工物を加工するレーザ装置
において、中央に開口部を有する全反射ミラーと、上記
開口部の背後に設けられ、上記全反射ミラーの光軸と同
一の光軸を有し、上記光軸方向に移動可能な可動反射ミ
ラーからなり、上記全反射ミラーと上記可動反射ミラー
とによって反射したレーザビーム間の位相を調整する位
相調整手段を備えたものである。
[Means for Solving the Problems] A laser device according to the present invention is a laser device for processing an object to be processed by a laser beam emitted from a laser resonator, wherein: a total reflection mirror having an opening in the center; A movable reflection mirror having the same optical axis as that of the total reflection mirror and movable in the optical axis direction, and reflected by the total reflection mirror and the movable reflection mirror. It is provided with phase adjusting means for adjusting the phase between the beams.

また、レザービームを反射拡大する拡大ミラーと、こ
の拡大ミラーにより拡大されたレーザビームを平行ビー
ムにするコリメートミラーとを有するレーザ共振器を備
えたレーザ装置において、上記コリメートミラーは、中
央に開口部を有する全反射ミラーと、上記開口部の背後
に設けられ、上記全反射ミラーの光軸と同一の光軸を有
し、上記光軸方向に移動可能な可動反射ミラーからな
り、上記全反射ミラーと上記可動反射ミラーとによって
反射したレーザビーム間の位相を調整する位相調整手段
を備えたものである。
Further, in a laser device including a laser resonator having an enlarging mirror for reflecting and expanding a laser beam and a collimating mirror for turning a laser beam expanded by the enlarging mirror into a parallel beam, the collimating mirror has an opening at the center. And a movable reflection mirror provided behind the opening, having the same optical axis as the optical axis of the total reflection mirror, and movable in the optical axis direction. And a phase adjusting means for adjusting the phase between the laser beams reflected by the movable reflecting mirror.

また、上記可動反射ミラーを周期的に移動させ、位相
を時間変化させる位相変化手段を設けたものである。
Further, a phase changing means for periodically moving the movable reflecting mirror and changing the phase with time is provided.

[作用] 移動可能な部分をもつ反射ミラーは、可動部とそのま
わりの部分で反射される2つのレーザビームの位相差を
調整し、またそのレーザビームの位相差を時間変化させ
る。
[Operation] A reflecting mirror having a movable portion adjusts the phase difference between two laser beams reflected by the movable portion and its surrounding portion, and changes the phase difference of the laser beam with time.

[発明の実施例] 第1図は本発明の実施例を示す説明図である。図にお
いて、(1)はコリメートミラー、(4b)は凸状のウイ
ンドミラー、(5)は無反射コーティング膜、(20)は
部分反射コーティング膜で、コリメートミラー(1)と
ウインドミラー(4b)の部分反射コーティング膜(20)
はいわゆる不安定型共振器を構成している。(6)は共
振器をおおう箱体、(7),(70),(71)は共振器内
のレーザビーム、(8),(80),(81)はレーザ共振
器から外部に取出されたレーザビームである。(10)は
ウインドミラー(4b)から取出されたレーザビーム(8
0),(81)の光路上に設けた全反射ミラー、(10a)は
全反射ミラー(10)の中央に設けられた開口部である。
(11)は全反射ミラー(10)の開口部(10a)よりも大
きい径を持ち、全反射ミラー(10)の光軸と同一の光軸
を有し、この光軸方向に移動可能な全反射性の可動反射
ミラーで、全反射ミラー(10)の開口部(10a)の背後
に、入射するレーザビーム(80),(81)側からみて全
反射ミラー(10)との間にすきまを生じないように配設
されている。(13)は全反射ミラー(10)に固定された
固定部、(14)は固定部(13)に沿って直線運動する可
動部で、固定部(13)と可動部(14)により直線運動機
構(12)を構成しており、可動部(14)には可動反射ミ
ラー(11)が取付けられている。(15)は集光レンズ、
(16)は被加工物である。なお、(21)はレンズビーム
(80),(81)の光路中に設けられた伝送全反射ミラー
である。
[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the present invention. In the figure, (1) is a collimating mirror, (4b) is a convex window mirror, (5) is a non-reflective coating film, (20) is a partially reflecting coating film, and a collimating mirror (1) and a window mirror (4b). Partially reflective coating film (20)
Constitutes a so-called unstable resonator. (6) is a box covering the resonator, (7), (70) and (71) are laser beams in the resonator, and (8), (80) and (81) are extracted from the laser resonator to the outside. Laser beam. (10) is the laser beam (8) extracted from the wind mirror (4b).
0) and (81) are total reflection mirrors provided on the optical path, and (10a) is an opening provided at the center of the total reflection mirror (10).
(11) has a larger diameter than the opening (10a) of the total reflection mirror (10), has the same optical axis as the optical axis of the total reflection mirror (10), and is movable in the optical axis direction. A reflective movable reflecting mirror that has a clearance behind the opening (10a) of the total reflection mirror (10) and the total reflection mirror (10) as viewed from the incident laser beams (80) and (81). It is arranged so that it does not occur. (13) is a fixed part fixed to the total reflection mirror (10), (14) is a movable part linearly moving along the fixed part (13), and linearly moved by the fixed part (13) and the movable part (14). A mechanism (12) is configured, and a movable reflection mirror (11) is attached to the movable section (14). (15) is a condenser lens,
(16) is a workpiece. Reference numeral (21) denotes a transmission total reflection mirror provided in the optical path of the lens beams (80) and (81).

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。
The operation of the present invention configured as described above will be described as follows.

コリメートミラー(1)および凸状のウインドミラー
(4b)の部分反射コーティング膜(20)は、いわゆる不
安定型共振器を構成しており、部分反射コーティング膜
(20)で部分反射し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ともに、コリメー
トミラー(1)により平行ビームにコリメートされる。
この場合、中央のレーザビーム(70)の一部は部分反射
コーティング膜(20)を通して外部にレーザビーム(8
0)として取出され、また周囲部のレーザビーム(71)
のほとんどは無反射コーティング膜(5)を通して外部
にレーザビーム(81)として取り出される。この両レー
ザビーム(80),(81)は、ウインドミラー(4b)の表
面の異なるコーティング膜を通して出射されるため、一
般に両者に位相差が生じる。
The partially reflecting coating film (20) of the collimating mirror (1) and the convex window mirror (4b) forms a so-called unstable resonator, and is partially reflected by the partially reflecting coating film (20) and expanded. Beam (7) is
Amplified by the laser medium (3) and collimated into a parallel beam by the collimating mirror (1).
In this case, a part of the central laser beam (70) passes through the partially reflective coating film (20) to the outside of the laser beam (8).
0) and the surrounding laser beam (71)
Is extracted as a laser beam (81) to the outside through the anti-reflection coating film (5). Since the two laser beams (80) and (81) are emitted through different coating films on the surface of the wind mirror (4b), a phase difference generally occurs between the two.

この位相差を打消すためには、例えばレーザビーム
(81)の方がレーザビーム(80)よりも位相がδだけ進
んでいるとすると、レーザビームの波長をλとして、 だけレーザビーム(81)の伝播距離がレーザビーム(8
0)の伝播距離に比べて多くなるように、直線運動機構
(12)の可動部(14)を移動させて可動反射ミラー(1
1)を前方に移動させればよい。ところで全反射ミラー
(10)及び可動反射ミラー(11)への入射角が十分小さ
いとすれば、可動反射ミラー(11)の移動量dは となる。なお初期状態での全反射ミラー(10)の前面と
可動反射ミラー(11)の面との間の距離は、波長λの整
数倍に設置してある。
To cancel this phase difference, for example, assuming that the phase of the laser beam (81) is ahead of the laser beam (80) by δ, the wavelength of the laser beam is set to λ. Only the propagation distance of the laser beam (81) is
The movable part (14) of the linear motion mechanism (12) is moved so as to be longer than the propagation distance of the movable reflection mirror (1).
Just move 1) forward. By the way, if the incident angles on the total reflection mirror (10) and the movable reflection mirror (11) are sufficiently small, the moving amount d of the movable reflection mirror (11) is Becomes In the initial state, the distance between the front surface of the total reflection mirror (10) and the surface of the movable reflection mirror (11) is set to an integral multiple of the wavelength λ.

次にレーザビーム(80)の方がレーザビーム(81)よ
り位相がδだけ進んでいる場合には、先の場合とは逆に
dだけ可動反射ミラー(11)を後退させればよい。この
ようにして等位相化されたレーザビーム(8)は、集光
レンズ(15)により著しく中高に集光され、これにより
被加工物(16)のレーザ加工を行うことができる。
Next, when the phase of the laser beam (80) is ahead of the phase of the laser beam (81) by δ, the movable reflection mirror (11) may be retracted by d in reverse to the previous case. The laser beam (8), which has been made equal in phase in this manner, is condensed to a remarkably middle and high level by the condensing lens (15), whereby the workpiece (16) can be laser-processed.

上記の実施例では、位相を調整する全反射ミラー(1
0)及び可動反射ミラー(11)を共振器の外部に設けた
場合について説明したが、第2図に示すように、全反射
ミラー(10)と、全反射ミラー(10)の光軸と同一の光
軸を有し、この光軸方向に移動可能な可動反射ミラー
(11)を共振器ミラーの1つとして共振器内に設けても
よい。
In the above embodiment, the total reflection mirror (1
0) and the case where the movable reflection mirror (11) is provided outside the resonator, but as shown in FIG. 2, the total reflection mirror (10) has the same optical axis as the total reflection mirror (10). The movable reflection mirror (11) having the optical axis described above and movable in the optical axis direction may be provided in the resonator as one of the resonator mirrors.

また、上記第1図の実施例では、共振器内に複数の光
路をもつ不安定型共振器の場合について説明したが、本
発明はこれに限定するものでなく、例えば第3図に示す
ように、コリメートミラー(1)と部分反射ミラー(4
c)よりなる安定型共振器を用いてもよい。この場合は
一般に周囲側の位相がおくれて集光性能が悪化するが全
反射ミラー(10)の可動反射ミラー(11)を後退させる
ことによりこれを補正することができる。
In the embodiment of FIG. 1, the case of an unstable resonator having a plurality of optical paths in the resonator has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. , Collimating mirror (1) and partially reflecting mirror (4
c) may be used. In this case, generally, the phase on the peripheral side is delayed and the light-collecting performance is deteriorated, but this can be corrected by retracting the movable reflection mirror (11) of the total reflection mirror (10).

第4図はこの本発明のさらに別の実施例を示す説明図
である。本実施例は、レーザ装置から取出されたレーザ
ビームの位相を時間変化させて、集光ビームパターンを
制御するようにしたものである。なお、第1図と同一又
は相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。(1
8)は直線運動機構(12)の可動部(14)に取付けられ
た例えばピエゾ素子のような伸縮素子、(19)は伸縮素
子(18)を励起する電源であり、これらは位相変化手段
である。は電源(19)により励起され、前後に振動す
る。
FIG. 4 is an explanatory view showing still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the phase of the laser beam extracted from the laser device is changed over time to control the focused beam pattern. The same or corresponding parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. (1
8) is a telescopic element such as a piezo element attached to the movable part (14) of the linear motion mechanism (12), and (19) is a power supply for exciting the telescopic element (18). is there. Is excited by the power supply (19) and vibrates back and forth.

上記のように構成した本実施例においては、ウインド
ミラー(4b)から外部に取出されたレーザビーム(8
0),(81)は、それぞれ全反射ミラー(10)及び可動
反射ミラー(11)の面で反射するが、可動ミラー(11)
は伸縮素子(18)により前後に振動しているため、両者
間には光路長の変化に伴う光路差が周期的に発生してお
り、したがって両レーザビーム(80),(81)間には位
相差が周期的に生じている。こうして位相差のついたレ
ーザビーム(80),(81)は合成されて位相分布をもつ
レーザビーム(8)となり、さらに集光レンズ(15)に
より集光されて被加工物(16)のレーザ加工をおこな
う。
In the present embodiment configured as described above, the laser beam (8
0) and (81) are reflected on the surfaces of the total reflection mirror (10) and the movable reflection mirror (11), respectively.
Is vibrated back and forth by the expansion and contraction element (18), so that an optical path difference is periodically generated between the two due to a change in the optical path length. Therefore, between the two laser beams (80) and (81), A phase difference occurs periodically. The laser beams (80) and (81) having a phase difference are combined to form a laser beam (8) having a phase distribution, which is further condensed by a condensing lens (15), and is condensed by a laser beam on a workpiece (16). Perform processing.

第5図(a).(b)は第4図の実施例におけるレー
ザビームの同期的位相変化が大きい場合のパターンの一
例を示す線図である。第5図(a)はレーザビーム(8
1)が(80)にくらべて位相が180°おくれたレーザビー
ム(8)を集光した場合のビーム強度分布を示し、第5
図(b)はレーザビーム(81),(80)が同位相となっ
た場合のビーム強度分布を示す。この図から、位相差を
−180°から0°まで周期的に変化させることにより、
レーザビームの軸上強度はきわめて大きな変化を示し、
このレーザビームを用いればパルス状のレーザ加工がお
こなえることが判る。−180°と0°との位相差をつけ
るのに必要な可動反射ミラー(11)の移動量dは、波長
をλとし、可動反射ミラー(11)への入射角が十分小さ
いとすれば、 で計算される、この場合CO2レーザを例にとれば、λ=1
0.6μmであるから d=2.65μm と小さく、したがってピエゾ素子の如き伸縮素子(17)
により、通常CO2レーザ発振器で実現できないような数1
00KHz以上の繰返しパルス加工、たとえば鉄板の表面に
細かい凹凸を発生させる加工などをきわめて高速で行な
うことができる。
FIG. 5 (a). FIG. 5B is a diagram showing an example of a pattern when the synchronous phase change of the laser beam in the embodiment of FIG. 4 is large. FIG. 5 (a) shows a laser beam (8
1) shows a beam intensity distribution when a laser beam (8) having a phase shifted by 180 ° from that of (80) is condensed.
FIG. 6B shows a beam intensity distribution when the laser beams (81) and (80) have the same phase. From this figure, by periodically changing the phase difference from -180 ° to 0 °,
The on-axis intensity of the laser beam shows a very large change,
It is understood that pulsed laser processing can be performed by using this laser beam. The amount of movement d of the movable reflecting mirror (11) required to provide a phase difference between −180 ° and 0 ° is λ with a wavelength, and the incident angle on the movable reflecting mirror (11) is sufficiently small. In this case, taking a CO 2 laser as an example, λ = 1
Since it is 0.6 μm, d = 2.65 μm, which is small, and therefore, a stretching element such as a piezo element (17)
The number 1 that cannot be realized with a CO 2 laser oscillator
Repetitive pulse processing at 00 KHz or more, for example, processing for generating fine irregularities on the surface of an iron plate can be performed at an extremely high speed.

次に位相を調整して焦点深度の伸長をはかる実施例を
説明する。第6図の曲線A,B,Cはそれぞれ第4図に示し
たレーザビーム(80),(81)の位相差が−60°,0°,
+60°の場合の焦点前後での軸上強度の変化を示し、第
7図は位相制御を1周期内で±60°内に振動変化させた
場合の平均的軸上強度の変化を示す。第6図及び第7図
から位相制御を周期的におこなうことにより、焦点前後
で軸上強度がほとんど変化しない、いわゆる焦点深度の
きわめて深いレーザビームが得られることがわかる。こ
のようなレーザビームを用いれば、厚板の切断、深い溶
込み加工が容易に実現できる。
Next, an embodiment in which the phase is adjusted to extend the depth of focus will be described. Curves A, B, and C in FIG. 6 indicate that the phase differences between the laser beams (80) and (81) shown in FIG.
FIG. 7 shows the change of the on-axis intensity before and after the focus at + 60 °, and FIG. 7 shows the change of the average on-axis intensity when the phase control is oscillated within ± 60 ° within one cycle. From FIGS. 6 and 7, it can be seen that by periodically performing the phase control, a laser beam having a very deep focal depth, in which the on-axis intensity hardly changes before and after focusing, can be obtained. By using such a laser beam, cutting of a thick plate and deep penetration processing can be easily realized.

上記第4図の実施例では位相を調整する全反射ミラー
(10)と可動反射ミラー(11)をレーザ共振器の外部に
配設した場合について説明したが、第2図の実施例で示
した場合と同様に、レーザ共振器のミラーの1つとして
共振器内に配設してもよい。
In the embodiment of FIG. 4, the case where the total reflection mirror (10) for adjusting the phase and the movable reflection mirror (11) are arranged outside the laser resonator has been described. However, the embodiment shown in FIG. As in the case, it may be arranged in the resonator as one of the mirrors of the laser resonator.

また、上記第4図の実施例では、共振器内に複数の光
路をもつレーザ共振器を例にとり説明したが、本発明は
これに限定するものではなく、第3図に示した実施例の
場合と同様にコリメートミラー(1)と部分反射ミラー
(4c)よりなる安定型共振器を備えたレーザ装置にも実
施することもできる。
Further, in the embodiment of FIG. 4 described above, a laser resonator having a plurality of optical paths in the resonator has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. As in the case described above, the present invention can be applied to a laser device having a stable resonator including a collimating mirror (1) and a partial reflection mirror (4c).

第8図は上記の安定型共振器によりガウス状のビーム
モードを発生させ、位相差を与えずに集光した場合(同
図中曲線A)と、レーザビーム断面内の外径の半分以内
に180°の位相差を与えた場合(同図中曲線B)とにお
ける集光ビーム強度分布を示す。この場合も位相差を変
化させることにより軸上強度は大きく変化し、したがっ
て位相差を時間的に変化させれば、パルス加工をおこな
えることがわかる。
FIG. 8 shows a case in which a Gaussian beam mode is generated by the above-mentioned stable resonator and condensed without giving a phase difference (curve A in FIG. 8). It shows a focused beam intensity distribution when a phase difference of 180 ° is given (curve B in the figure). Also in this case, it is understood that the pulse processing can be performed by changing the phase difference over time by changing the phase difference over time by changing the phase difference.

[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明によればレー
ザビームの等位相化を、全反射ミラーとその中心部に全
反射ミラーの光軸と同一の光軸を有し、上記光軸方向に
移動可能に設けた全反射ミラーからなる可動反射ミラー
によって行なうようにしたので、例えばウインドミラー
の温度変化によって等位相化するレーザビームの位相が
変化しても速やかにこれに対応することができ、位相を
精度よく調整することができる。また、本発明はレーザ
ビームの断面内における位相分布を時間変化させるよう
に構成したので、例えば位相分布の時間変化を大きくと
ることにより、集光ビームの軸上強度を大きく変化させ
てパルス状のレーザ加工を行うことができ、また位相制
御を周期的に行なうことにより、焦点深度のきわめて深
いレーザビームを得ることができる。さらに、本発明は
全反射ミラーの開口部の背後に、開口部よりも大きい径
をもつ可動反射ミラーを配置するように構成したので可
動反射ミラーと全反射ミラーとの間にすき間を生ずるこ
とがなく、したがってレーザビームの出力をロスするこ
とがない。また工業的に簡単に製作することもできる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, the equal phase of the laser beam is adjusted to have the same optical axis as the optical axis of the total reflection mirror at the center of the total reflection mirror, Since this is performed by a movable reflection mirror composed of a total reflection mirror movably provided in the direction of the optical axis, even if the phase of the laser beam to be made equal in phase changes due to a change in the temperature of the window mirror, for example, it is quickly responded to this. And the phase can be adjusted accurately. In addition, the present invention is configured to change the phase distribution in the cross section of the laser beam with time. Laser processing can be performed, and by performing phase control periodically, a laser beam having an extremely deep depth of focus can be obtained. Further, since the present invention is arranged such that the movable reflecting mirror having a larger diameter than the opening is arranged behind the opening of the total reflecting mirror, a gap may be generated between the movable reflecting mirror and the total reflecting mirror. No loss of laser beam output. It can also be easily manufactured industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図、第2図及び第3図はそれぞれ本発明の実施例を
示す説明図、第4図は本発明の他の実施例を示す説明
図、第5図(a),(b)は第4図の実施例のビーム強
度分布を示す線図、第6図は同じく位相差による焦点深
度をしめす線図、第7図は位相制御を1周期内で±60°
内に振動変化させた場合の平均的軸上強度の変化を示す
線図、第8図は安定型共振器に第4図の実施例を実施し
た場合のビーム強度分布を示す線図、第9図は従来のレ
ーザ装置の一例を示す説明図、第10図、第11図は本発明
の出願人の出願に係るレーザ装置の一例を示す説明図で
ある。 図において、1はコリメートミラー、4bはウインドミラ
ー、4cは部分反射ミラー、5は無反射コーティング膜、
7,70,71,8,80,81はレーザビーム、10は全反射ミラー、1
0aは開口部、11は可動反射ミラー、12は直線運動機構、
18は伸縮素子、19電源、20は部分反射コーティング膜で
ある。 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。
FIGS. 1, 2, and 3 are explanatory diagrams each showing an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram showing another embodiment of the present invention, and FIGS. 4 is a diagram showing the beam intensity distribution of the embodiment, FIG. 6 is a diagram showing the depth of focus due to the phase difference, and FIG. 7 is a phase control of ± 60 ° within one cycle.
FIG. 8 is a diagram showing a change in average on-axis intensity when the vibration is changed in FIG. 8. FIG. 8 is a diagram showing a beam intensity distribution when the embodiment of FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a conventional laser device, and FIGS. 10 and 11 are explanatory diagrams showing an example of a laser device according to the application of the present applicant. In the figure, 1 is a collimating mirror, 4b is a wind mirror, 4c is a partially reflecting mirror, 5 is a non-reflective coating film,
7, 70, 71, 8, 80, 81 are laser beams, 10 is a total reflection mirror, 1
0a is an opening, 11 is a movable reflection mirror, 12 is a linear motion mechanism,
Reference numeral 18 denotes a stretching element, 19 a power source, and 20 a partially reflective coating film. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/18 G02B 27/50Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B23K 26/00-26/18 G02B 27/50

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザ共振器から出射したレーザビームに
より被加工物を加工するレーザ装置において、 中央に開口部を有する全反射ミラーと、上記開口部の背
後に設けられ、上記全反射ミラーの光軸と同一の光軸を
有し、上記光軸方向に移動可能な可動反射ミラーからな
り、上記全反射ミラーと上記可動反射ミラーとによって
反射したレーザビーム間の位相を調整する位相調整手段
を備えたことを特徴とするレーザ装置。
1. A laser apparatus for processing an object to be processed by a laser beam emitted from a laser resonator, comprising: a total reflection mirror having an opening in the center; and a light of the total reflection mirror provided behind the opening. A movable reflecting mirror having the same optical axis as the axis and movable in the optical axis direction, comprising a phase adjusting means for adjusting a phase between laser beams reflected by the total reflecting mirror and the movable reflecting mirror; A laser device.
【請求項2】レザービームを反射拡大する拡大ミラー
と、この拡大ミラーにより拡大されたレーザビームを平
行ビームにするコリメートミラーとを有するレーザ共振
器を備えたレーザ装置において、 上記コリメートミラーは、中央に開口部を有する全反射
ミラーと、上記開口部の背後に設けられ、上記全反射ミ
ラーの光軸と同一の光軸を有し、上記光軸方向に移動可
能な可動反射ミラーからなり、上記全反射ミラーと上記
可動反射ミラーとによって反射したレーザビーム間の位
相を調整する位相調整手段を備えたことを特徴とするレ
ーザ装置。
2. A laser apparatus comprising: a laser resonator having a magnifying mirror for reflecting and expanding a laser beam; and a collimating mirror for converting a laser beam expanded by the magnifying mirror into a parallel beam. A total reflection mirror having an opening, and a movable reflection mirror provided behind the opening, having the same optical axis as the optical axis of the total reflection mirror, and movable in the optical axis direction, A laser device comprising: a phase adjusting unit that adjusts a phase between laser beams reflected by a total reflection mirror and the movable reflection mirror.
【請求項3】上記可動反射ミラーを周期的に移動させ、
位相を時間変化させる位相変化手段を設けたことを特徴
とする請求項(1)または請求項(2)記載のレーザ装
置。
3. The movable reflecting mirror is periodically moved,
The laser device according to claim 1 or 2, further comprising a phase changing means for changing a phase with time.
JP63098501A 1988-04-22 1988-04-22 Laser device Expired - Lifetime JP2800006B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63098501A JP2800006B2 (en) 1988-04-22 1988-04-22 Laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63098501A JP2800006B2 (en) 1988-04-22 1988-04-22 Laser device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01271088A JPH01271088A (en) 1989-10-30
JP2800006B2 true JP2800006B2 (en) 1998-09-21

Family

ID=14221388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63098501A Expired - Lifetime JP2800006B2 (en) 1988-04-22 1988-04-22 Laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2800006B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5674414A (en) * 1994-11-11 1997-10-07 Carl-Zeiss Stiftung Method and apparatus of irradiating a surface of a workpiece with a plurality of beams
DE10220324A1 (en) 2002-04-29 2003-11-13 Zeiss Carl Smt Ag Projection method with pupil filtering and projection lens for this
DE102008022014B3 (en) 2008-05-02 2009-11-26 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Dynamic beam deflection of a laser beam
CA2763470C (en) * 2009-06-03 2016-11-29 Sinclair Systems International Llc Optical system for direct imaging of light markable material

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5747250A (en) * 1980-09-01 1982-03-18 Mitsubishi Electric Corp Alarm device for approach of train
JPS6037628A (en) * 1983-08-10 1985-02-27 松下電工株式会社 Bistable polarized electromagnet

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01271088A (en) 1989-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR910009016B1 (en) Laser processing apparatus
EP0282593B1 (en) Laser beam forming apparatus
KR910008990B1 (en) Laser apparatus
JP2000005892A (en) Laser processing
WO1990009690A1 (en) Solid state laser
JP2800006B2 (en) Laser device
JPH0332484A (en) Laser beam machine
JPH0728068B2 (en) Laser device
JP2005088078A (en) Scanning type laser device
JPH01274487A (en) Optical wavelength converter
JP2673304B2 (en) Laser device
JP2597500B2 (en) Laser device
JP3177775B2 (en) Photosynthesis method and synthetic emission optical system
JP2580704B2 (en) Laser device
JP2606342B2 (en) Laser device
JP2660335B2 (en) Laser device
JPH05341334A (en) Wavelength conversion device
JP2597499B2 (en) Laser device
JPH0637368A (en) Laser and beam expander
JP3383217B2 (en) Solid state laser device
JP2733768B2 (en) Laser equipment
JP2673301B2 (en) Solid-state laser device
JPH01270373A (en) Laser device
JPH0780673A (en) Laser beam machine
JP2580703B2 (en) Laser device