JP3060669B2 - Laser device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、レ−ザ装置に関し、
特に高出力レ−ザ装置から発生されるレ−ザビ−ムの品
質改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device,
In particular, it relates to improvement of the quality of a laser beam generated from a high-power laser device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図４は、例えば雑誌（ＳＰＩＥ，第１２
２５巻，第３６０頁，１９９０年）に記載されたレ−ザ
装置のレ−ザ共振器を示す構成図である。図において、
１は凹面状の、例えばＣｕより成る全反射ミラ−、２は
全反射ミラ−１に対向配置された拡大ミラ−で、例えば
ＺｎＳｅより成る凸面ミラ−、３は全反射ミラ−１に対
向する面の中央部に設けられた部分反射率を有する部分
反射膜、４は部分反射膜３の周囲部、及び他面側に設け
られた無反射膜、１１は全反射ミラ−１の手前近傍に設
けられた開口であり、１２は凸面ミラ−２の手前近傍に
設けられた開口である。５はレ−ザ媒質で、例えばＣＯ
2 レ−ザ等のガスレ−ザの場合は、放電などにより励起
されたガス媒質であり、ＹＡＧ等の固体レ−ザの場合
は、フラッシュランプ等により励起された固体媒質であ
る。６は周囲を覆う箱体、７はミラ−１、２より構成さ
れる不安定型レ−ザ共振器の内部に発生するレ−ザビ−
ム、８はレ−ザ共振器外部に取り出されるレ−ザビ−ム
である。開口１１，１２は例えばアルミニウム，銅など
の金属で形成されている。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows, for example, a magazine (SPIE, 12th edition).
FIG. 25, page 360, 1990) is a configuration diagram showing a laser resonator of the laser device. In the figure,
1 is a concave mirror, for example, a total reflection mirror made of Cu, 2 is an enlarged mirror arranged opposite to the total reflection mirror-1, and for example, a convex mirror made of ZnSe, 3 is opposite to the total reflection mirror-1. A partial reflection film having a partial reflectance provided at the center of the surface, 4 is a peripheral portion of the partial reflection film 3, and a non-reflection film provided on the other surface side, and 11 is in the vicinity of the total reflection mirror-1. An opening 12 is provided in the vicinity of the convex mirror-2. 5 is a laser medium, for example, CO
In the case of a gas laser such as a two- laser, it is a gas medium excited by electric discharge or the like, and in the case of a solid laser such as a YAG, it is a solid medium excited by a flash lamp or the like. Reference numeral 6 denotes a box covering the periphery, and reference numeral 7 denotes a laser beam generated inside an unstable laser resonator composed of mirrors 1 and 2.
Reference numeral 8 denotes a laser beam taken out of the laser resonator. The openings 11 and 12 are formed of a metal such as aluminum and copper.
【０００３】次に動作について説明する。ミラ−１、２
は正枝型の不安定型共振器を構成しており、レ−ザビ−
ム７はミラ−１、２間を往復するうちにレ−ザ媒質５に
より増幅されると共に、レ−ザビ−ム７の一部が凸面ミ
ラ−２の中央部に設けられた部分反射膜３、及び周囲部
に設けられた無反射膜４を介してレ−ザ共振器外部に中
詰まり状のレ−ザビ−ム８として取り出される。このレ
−ザ共振器は一般に知られている出射ビ−ム形状がリン
グ状である不安定型共振器をさらに改良したものであ
り、出射されるレ−ザビ−ム８は中詰まり状の等位相ビ
−ムであるため、レンズ等により集光した場合、中高の
集光ビ−ムとなり、鉄板等の切断、溶接等を効率良く行
うことができる。Next, the operation will be described. Mira-1, 2
Constitutes a branch-type unstable resonator, and the laser
The beam 7 is amplified by the laser medium 5 while reciprocating between the mirrors 1 and 2, and a part of the laser beam 7 is partially reflected at the central portion of the convex mirror 2. , And through the anti-reflection film 4 provided on the peripheral portion, the laser beam is taken out of the laser resonator as a hollow laser beam 8. This laser resonator is a further improvement of the generally known unstable resonator having a ring-shaped emission beam shape, and the laser beam 8 to be emitted has a medium-packed equal phase. Since it is a beam, when it is condensed by a lens or the like, it becomes a medium-high condensing beam, and cutting and welding of an iron plate or the like can be performed efficiently.
【０００４】幾何的に決まるビーム径は、共振器構成に
より決まる拡大率Ｍと拡大ミラー２のビーム反射部であ
る部分反射膜３の直径の積により決定される。ただし、
Ｍは Ｍ＝ｍ±√（ｍ2−１） …（１） で与えられる。上式１の複号のうち、正符号は正枝型の
共振器を表し、負符号は負枝型を表す。ここで、ｍは ｍ＝２ｇ1ｇ2−１ …（２） で表され、ｇ1、ｇ2は、 ｇ1＝１−Ｌ／Ｒ1 …（３） ｇ2＝１−Ｌ／Ｒ2 …（４） で表される。ここで、Ｌは共振器長であり、Ｒ1、Ｒ2は
ミラー１，２の曲率半径である。いま例えば、図４に示
されたレーザ装置において、拡大率Ｍは１．５であり、
拡大ミラーのビーム反射部に相当する部分反射膜３の直
径は３０ｍｍであるため、幾何的に決まるビーム径は４
５ｍｍとなる。The beam diameter determined geometrically is determined by the magnification factor M determined by the resonator configuration and the beam reflecting portion of the magnifying mirror 2.
Is determined by the product of the diameters of the partial reflection films 3. However,
M is given by M = m ± √ (m 2 −1) (1) In the compound of the above formula 1, a positive sign indicates a positive branch type resonator, and a negative sign indicates a negative branch type. Here, m is represented by m = 2g 1 g 2 -1 (2), and g 1 and g 2 are g 1 = 1-L / R 1 (3) g 2 = 1-L / R 2 … (4) Here, L is the resonator length, and R 1 and R 2 are the radii of curvature of the mirrors 1 and 2. Now, for example, in the laser device shown in FIG.
Since the diameter of the partially reflecting film 3 corresponding to the beam reflecting portion of the magnifying mirror is 30 mm, the beam diameter determined geometrically is 4 mm.
5 mm.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のレ−ザ装置は以
上のように構成されているので、開口の重要性はあまり
考えられず、その径はレ−ザビ−ム径を規定するという
のみの理由から、単に共振器構成から幾何的に決まるビ
−ム径と等しくしていた。しかし、高出力レ−ザ装置に
おいて、一般にビ−ム径は幾何的に決まるものよりも大
きくなる傾向があり、開口の径を幾何的なビ−ム径と等
しくすると、開口によってある程度の共振器内レ−ザ出
力を削除することになるという問題点があった。また、
従来の高出力レ−ザ装置では、この削除された共振器内
レ−ザ出力を吸収するために大きな緩衝装置を設けなけ
ればならないという問題点もあった。Since the conventional laser device is constructed as described above, the importance of the aperture is not considered so much, and the diameter of the laser device only defines the laser beam diameter. For this reason, the beam diameter is simply set equal to the beam diameter determined geometrically from the resonator configuration. However, in high-power laser devices, the beam diameter generally tends to be larger than that geometrically determined. If the diameter of the opening is equal to the geometrical beam diameter, a certain amount of resonator is formed by the opening. There is a problem that the internal laser output is deleted. Also,
In the conventional high-power laser device, there is also a problem that a large buffer device must be provided to absorb the deleted laser output in the resonator.
【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、開口の径を調節すること
で、レ−ザ装置内に大きな緩衝装置を設ける必要がな
く、従来装置と比較して、さらにレ−ザ出力の増大をは
かると共にレ−ザビ−ムの品質をさらに改良できるレ−
ザ装置を得ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. By adjusting the diameter of the opening, there is no need to provide a large shock absorber in the laser device. In comparison, a laser capable of further increasing the laser output and further improving the quality of the laser beam.
The purpose is to obtain the device.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ装
置は、レーザ共振器を構成するミラー近傍に設けられた
開口において、開口の径を不安定型共振器の共振器構成
によって決まる拡大率Ｍと、拡大ミラーのビーム反射部
の直径の積で決まるビーム径より大きく設定したもので
ある。According to the laser device of the present invention, the diameter of the opening in the opening provided near the mirror constituting the laser resonator is determined by the magnification M determined by the resonator configuration of the unstable resonator. , Magnifying mirror beam reflector
Is set to be larger than the beam diameter determined by the product of the diameters .
【０００８】[0008]
【作用】上記のように構成されたレ−ザ装置では、開口
によって削除される共振器内レ−ザ出力の量を極端に少
なくできるため、レ−ザ発振器から出射されるレ−ザ出
力が増大し、レ−ザビ−ムの品質がさらに改良される。In the laser device constructed as described above, the amount of laser output in the resonator eliminated by the aperture can be extremely reduced, so that the laser output emitted from the laser oscillator is reduced. The laser beam quality is further improved.
【０００９】[0009]
【実施例】実施例１．いままで開口によって削除される
レ−ザ出力を有効に活用しようという試みがいくつかな
されたが、開口径を大きくするとビ−ムモ−ドがくず
れ、ビ−ム品質が低下すると一般に信じられていたた
め、開口径を大きくするといった試みはなされたことが
なかった。[Embodiment 1] Until now, some attempts have been made to make effective use of the laser output removed by the aperture, but it was generally believed that increasing the aperture diameter would break the beam mode and reduce beam quality. No attempt has been made to increase the opening diameter.
【００１０】しかし、実際に開口径を幾何的に決まるビ
−ム径よりも大きくして実験を行ったところ、ビ−ム品
質が低下するどころか逆に向上することが初めて明かと
なった。以下にこの発明の一実施例を示す。However, when an experiment was conducted with the diameter of the opening actually larger than the beam diameter determined geometrically, it became clear for the first time that the beam quality was improved rather than reduced. An embodiment of the present invention will be described below.
【００１１】図１はこの発明の一実施例によるレ−ザ装
置の共振器を示す構成図であり、１〜１０は従来装置と
同様のものである。この実施例では、開口１１，１２の
径を幾何的な共振器構成によって決まるビ−ム径よりも
大きくしている。即ち、この開口１１，１２の径は、４
５ｍｍより大きくしている。FIG. 1 is a structural view showing a resonator of a laser device according to an embodiment of the present invention, and numerals 1 to 10 are the same as those of a conventional device. In this embodiment, the diameters of the openings 11 and 12 are made larger than the beam diameter determined by the geometric resonator configuration. That is, the diameter of the openings 11 and 12 is 4
It is larger than 5 mm.
【００１２】このように構成された装置において、従来
装置と同様、全反射ミラ−１と拡大ミラ−２はレ−ザ共
振器を構成しており、レ−ザビ−ム７はミラ−１、２の
間を往復するうちにレ−ザ媒質５により増幅される。全
反射ミラ−１で反射されたレ−ザビ−ム７の一部が凸面
の拡大ミラ−２の中央部に設けられた部分反射膜３、及
び周囲部に設けられた無反射膜４を介してレ−ザ共振器
外部に中詰まり状のレ−ザビ−ム８として取り出され
る。In the thus constructed device, as in the conventional device, the total reflection mirror-1 and the magnifying mirror-2 constitute a laser resonator, and the laser beam 7 comprises the mirror-1, The light is amplified by the laser medium 5 while reciprocating between the two. A part of the laser beam 7 reflected by the total reflection mirror 1 passes through the partial reflection film 3 provided at the center of the convex mirror 2 and the non-reflection film 4 provided at the periphery. As a result, the laser beam 8 is taken out of the laser resonator as a hollow laser beam 8.
【００１３】ここで、拡大ミラ−２側の開口１２を取り
除き、全反射ミラ−１側の開口１１の径を変化させた時
のレ−ザ出力（ｋＷ）とビ−ム品質（相対値）の変化を
図２に示す。この実施例では共振器構成により決まる幾
何的なビ−ム径は４５ｍｍであり、レ−ザ装置に投入さ
れる電力は両ミラ−１、２近傍に直径４５ｍｍの開口が
存在した場合、レ−ザ出力が５ｋＷになるように設定さ
れている。ビ−ム品質はレ−ザビ−ムをレンズで集光し
たときに得られる集光強度分布において、全パワ−の８
４％が含まれるスポット径で評価している。ビ−ム品質
度の値はビ−ム品質が良いほど、即ちスポット径が小さ
いほど大きくなる。Here, the laser output (kW) and the beam quality (relative value) when the opening 12 on the side of the enlarged mirror-2 is removed and the diameter of the opening 11 on the side of the total reflection mirror-1 is changed. 2 is shown in FIG. In this embodiment, the geometrical beam diameter determined by the resonator configuration is 45 mm, and the power supplied to the laser device is such that when there is an opening of 45 mm in diameter near both mirrors 1 and 2, The output is set to 5 kW. The beam quality is 8% of the total power in the condensed light intensity distribution obtained when the laser beam is condensed by a lens.
The evaluation is made based on the spot diameter including 4%. The value of the beam quality degree increases as the beam quality increases, that is, as the spot diameter decreases.
【００１４】図２の結果より、ビ−ム径４５ｍｍに対
し、全反射ミラ−１側の開口径が５６ｍｍ付近にあると
きビ−ム品質が最も良くなり、従来と比較して約１．０
７倍の改善がみられる。さらにこの時レ−ザ出力は６．
８ｋＷになり、従来と比較して３６％増大したことにな
る。From the results shown in FIG. 2, it can be seen that the beam quality is best when the aperture diameter on the side of the total reflection mirror-1 is about 56 mm with respect to the beam diameter of 45 mm.
A seven-fold improvement is seen. Further, at this time, the laser output is 6.
8 kW, which is an increase of 36% as compared with the conventional case.
【００１５】さらに、図３は全反射ミラ−１側の開口１
１の径を５６ｍｍと一定にして、拡大ミラ−２側の開口
１２の径を変化させた時のレ−ザ出力（ｋＷ）とビ−ム
品質（相対値）の変化を表したものである。FIG. 3 shows an opening 1 on the total reflection mirror-1 side.
1 shows a change in laser output (kW) and a change in beam quality (relative value) when the diameter of the opening 12 on the side of the enlarged mirror 2 is changed while the diameter of 1 is fixed at 56 mm. .
【００１６】この結果より、全反射ミラ−１側の開口径
が５６ｍｍ、拡大ミラ−２側の開口径が５４ｍｍ付近に
ある時にビ−ム品質が最も良くなり、従来と比較して約
１．１０倍の改善がみられる。この時レ−ザ出力は６．
２ｋＷになり、２４％増大したことになる。From these results, the beam quality is best when the opening diameter on the total reflection mirror-1 side is 56 mm and the opening diameter on the enlarged mirror-2 side is around 54 mm. A 10-fold improvement is seen. At this time, the laser output is 6.
2 kW, an increase of 24%.
【００１７】以上の結果より、開口１１、１２の径を従
来のものよりも少し大きめに設定することによりレ−ザ
ビ−ムの品質は約１．１倍向上し、レ−ザ出力は２ｋＷ
近くも増大することがわかる。開口１１、１２によって
削除される共振器内レ−ザ出力は多くて５００Ｗ前後で
あり、従来削除されていた２ｋＷ近くもの値と比較する
と４分の１以下に低減されることがわかる。従って、緩
衝装置も大幅に縮小できるか、もしくは取り除くことも
可能であり、コスト的にも大幅な改善が見込まれる。From the above results, by setting the diameters of the openings 11 and 12 to be slightly larger than those of the conventional one, the quality of the laser beam is improved by about 1.1 times and the laser output is 2 kW.
It can be seen that the vicinity also increases. It can be seen that the laser output in the resonator eliminated by the apertures 11 and 12 is at most around 500 W, which is reduced to less than one-fourth in comparison with a value near 2 kW which has been conventionally eliminated. Therefore, the shock absorber can be significantly reduced or eliminated, and a significant improvement in cost is expected.
【００１８】このように、ミラ−１、２の近傍に配置さ
れた開口１１，１２の径を、不安定型共振器の幾何的な
共振器構成によって決まるビ−ム径よりも大きくし、特
に図３より概略的に判断してビ−ム径の１．５倍以内に
設定すれば、ビ−ム品質も良く、出力増大、すなわち効
率の向上が期待されることがわかる。As described above, the diameters of the openings 11 and 12 arranged in the vicinity of the mirrors 1 and 2 are made larger than the beam diameter determined by the geometric resonator configuration of the unstable type resonator. It can be seen that, if the beam diameter is set within 1.5 times the beam diameter as roughly determined from 3, the beam quality is good and an increase in output, that is, an improvement in efficiency is expected.
【００１９】上記実施例１の説明では、この発明を改良
した不安定型共振器に適用した場合について述べたが、
すべての不安定型共振器にも適用できることはいうまで
もない。In the description of the first embodiment, the case where the present invention is applied to an improved unstable resonator has been described.
Needless to say, the invention can be applied to all unstable resonators.
【００２０】以上のように、この発明によれば、拡大ミ
ラーとこの拡大ミラーに対向配置した全反射ミラーから
なる不安定型共振器、及び上記ミラーの近傍に設けた開
口を備えるレーザ装置において、開口の径を不安定型共
振器の共振器構成によって決まる拡大率Ｍと、拡大ミラ
ーのビーム反射部の直径の積で決まるビーム径よりも大
きくしたことにより、レーザ出力が増大でき、レーザビ
ームの品質を改良できるレーザ装置が得られる効果があ
る。さらに、従来必要であった緩衝装置も大幅に縮小で
きるか取り除くこともでき、コスト的にも大幅な改善が
見込まれる。As described above, according to the present invention, there is provided an unstable resonator including a magnifying mirror, a total reflection mirror disposed opposite to the magnifying mirror, and a laser device having an opening provided near the mirror. magnification and M determined the diameter by the resonator structure of unstable resonator, enlarged Mira
By making the beam diameter larger than the beam diameter determined by the product of the diameters of the beam reflecting portions , the laser output can be increased and a laser device capable of improving the quality of the laser beam can be obtained. Furthermore, the shock absorber conventionally required can be greatly reduced or eliminated, and a significant improvement in cost is expected.
【図１】この発明の実施例１によるレ−ザ装置を示す構
成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施例１に係る開口１１の径とレ−
ザ出力，ビ−ム品質度の関係を示すグラフである。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a diameter of an opening 11 and a laser beam according to the first embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the relationship between the laser output and the beam quality.
【図３】この発明の実施例１に係る開口１２の径とレ−
ザ出力，ビ−ム品質度の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the diameter of the opening 12 and the laser beam according to the first embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the relationship between the laser output and the beam quality.
【図４】従来のレ−ザ装置を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a conventional laser device.
１ 全反射ミラ− ２ 拡大ミラ− １１ 開口 １２ 開口 1 Total reflection mirror 2 Magnifying mirror 11 Opening 12 Opening
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−102560（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-5-102560 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 3/08
Claims (1)
た全反射ミラーからなる不安定型共振器、及び上記ミラ
ーの近傍に設けた開口を備えるレーザ装置において、上
記開口の径を上記不安定型共振器の共振器構成によって
決まる拡大率Ｍと、上記拡大ミラーのビーム反射部の直
径の積で決まるビーム径よりも大きくしたことを特徴と
するレーザ装置。An unstable resonator comprising a magnifying mirror, a total reflection mirror disposed opposite to the magnifying mirror, and a laser device having an opening provided in the vicinity of the mirror, wherein the diameter of the opening is changed to the unstable resonator. The magnification factor M determined by the resonator configuration of
A laser device having a beam diameter larger than a beam diameter determined by a product of diameters.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315637A JP3060669B2 (en) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | Laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315637A JP3060669B2 (en) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | Laser device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH05152647A JPH05152647A (en) | 1993-06-18 |
| JP3060669B2 true JP3060669B2 (en) | 2000-07-10 |
Family
ID=18067763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3315637A Expired - Fee Related JP3060669B2 (en) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | Laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3060669B2 (en) |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3315637A patent/JP3060669B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05152647A (en) | 1993-06-18 |
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