JP3072519B2 - レーザミラーヘッド - Google Patents

レーザミラーヘッド

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JP3072519B2
JP3072519B2 JP1345038A JP34503889A JP3072519B2 JP 3072519 B2 JP3072519 B2 JP 3072519B2 JP 1345038 A JP1345038 A JP 1345038A JP 34503889 A JP34503889 A JP 34503889A JP 3072519 B2 JP3072519 B2 JP 3072519B2
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    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/181—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
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    • G—PHYSICS
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0401—Arrangements for thermal management of optical elements being part of laser resonator, e.g. windows, mirrors, lenses

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 発明は、反射前面と後面とを有する金属鏡と、この鏡
の外周辺領域をその前面及び後面から押つけて支持する
支持装置と、鏡から離れたレーザヘッド領域に設けられ
た流体伝導装置と、を備えた大出力レーザのミラーヘッ
ドに関する。
［従来の技術］ 大出力レーザでは、以前からTEMOOモードが求められ
ている。これを妨げる原因すなわちビームが歪む原因と
して鏡の変形が挙げられる。鏡の表面は特にそれが加熱
されることによって変形する。こうした鏡の変形の防止
は、従来は鏡を冷やすことのみによって行っていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の如き鏡の冷却は理想的とはなり
得ない。また、多数の鏡を使用したレーザにあっては、
各鏡において冷却が異なり、各鏡が単に変形するだけで
なく様々に変形してしまうこともある。さらに、鏡を冷
却するための冷却液をレーザガスから分離するための設
計措置には膨大な費用が必要である。
発明は、レーザ光の形状が望ましくない形で変形した
とき、レーザの運転中においてもそれを最適化して歪の
無いレーザ光を得ることができるレーザミラーヘッドを
提供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］ 発明によるレーザミラーヘッドは、上記目的を達成す
るために、 鏡は、その厚みが露出した中央領域の直径との比にお
いて薄い円板状であり、かつ、少なくとも露出した中央
領域の厚みは一定でなく、その後面は幾何学的長手軸上
に最も薄い箇所が位置するような曲面に形成されてお
り、 ミラーヘッド内には、鏡の後面とこれに対向するよう
に鏡の後側に配置された加圧体の外面との間に鏡の厚み
寸法よりも小さい厚みの空洞が設けられ、 この空洞が流体伝導装置に連通し、 その流体伝導装置は、冷却装置及び圧力調整装置を備
えた圧力発生器に接続されて鏡の後面の中央領域に位置
する口部から空洞に流体圧を加える少なくとも１つの流
体送り装置と、 空洞の周辺領域に位置させて等角配設された口部を通
して空洞から流体を放出する複数の流体排出装置とから
構成されている ことを特徴とするものである。
［作 用］ 上記構成のレーザミラーヘッドによれば、流体伝導装
置を介して空洞に流体圧を加えて鏡の中央領域を膨らま
せたり凹ませたり変形することにより、凸面鏡を形成し
たり、凹面鏡を形成したりすることが可能で、流体圧を
調整することによってレーザの運転中であっても、レー
ザ光を修正することができる。加えて、特別な流体貯槽
や別個な導管及び圧力発生器等を必要としないで、鏡を
冷やすことも可能である。特に、冷却流体は鏡の後面中
央領域に位置する口部から鏡の厚み寸法よりも小さい空
洞に送り込まれ、この空洞の周辺領域に等角配設された
複数の口部に向けて速い速度で流れて空洞から排出され
るため、鏡の最も熱くなる中央領域を一様に良く冷やす
ことが可能である。また、鏡の中央領域の厚みは一定で
なく、その後面は幾何学的長手軸上に最も薄い箇所が位
置するような曲面に形成されているため、厚みが一定の
鏡の場合に比べて、レーザ光の修正のための流体圧によ
る鏡の変形を少量の流体で均一かつ速く行わせることが
可能である。
［実施例］ 第１図はミラーヘッドの径方向断面と回路の概要を示
す図である。
この第１図にその要部のみが示されたフランジ12の壁
11に、幾何学的長手軸13と同軸に通孔14が穿設されてい
る。この通孔14にミラーヘッド16が配置されている。こ
のミラーヘッド16のケーシング17は、長手軸13を中心と
する円筒形であり、通孔14内に気密に嵌入してある。ケ
ーシング17の左側正面18には、このケーシン17と同軸で
取付用リング19がねじ21で螺着してある。取付用リング
19は外向きの斜角面22を備えている。
鏡23は銅合金製であって、第３図に明示するように、
反射前面24と後面26を備え、その反射前面24は平らに研
磨されている。この鏡23の後面26は前面24と平行なリム
94と中央領域にある凹面96とを有し、その最も薄い箇所
が幾何学的長手軸13上にある。
また、鏡23の外周辺領域27は、取付用リング19によっ
て覆われていない直径5cm中央領域を除いた部分であ
り、直径5cmの中央領域を超える1.5cmの外周辺領域27は
この鏡23を確実に保持するためのものである。幾何学的
長手軸13と同軸に走るレーザ光は直径が30mmあり、取付
用リング19によって覆われていない鏡23の前面24の75％
がレーザ光を受けるだけで、鏡23の周辺特性は無視する
ことができる。鏡23は、取付用リング19によって覆われ
ていない前面24の直径との比において薄い円板状であ
り、その比は、厚みを分子、前面24の直径を分母とした
とき、例えば（2/7.5）±30％である。鏡23は、全流体
圧が加わると、その中央領域が最低10μｍだけ反る程度
の弾性を有する。
ねじ28を使ってケーシング17の右側正面29に螺着され
た実質的に同軸の蓋31は、（取付用リング19及びケーシ
ング17と同様）的確な曲げ剛性を有している。ケーシン
グ17内の鏡23より右、蓋31より左に、横断面が鉢形の金
属製加圧体32がある。この加圧体32の中央領域の外面34
はそれが鏡23の後面26（凹面96）に対向している限り、
この後面26から距離を有しており、この後面26と加圧体
32の中央領域の外面34との間に鏡23の厚み寸法よりも小
さい最大約1mm、半径5cmの空洞33が生じる。加圧体32の
取付用リング19に対向している外周領域の外面36は前記
1mmだけさらに左に張り出す。加圧体32は幾何学的長手
軸13を中心にしてなる回転体であり、図示した通り幾何
学的長手軸13と同軸である。この加圧体32には、外周領
域の外面36に溝37が形設され、この溝37内にパッキンた
るＯリング38が嵌入されている。加圧体32がケーシング
17、鏡23及び取付用リング19に対し相対的に左に押され
ると、Ｏリング38が液密かつ気密に密封する。また、加
圧体32が左に押されると、中央領域の外面34と外周領域
の外面36の段差により形成された角39と、取付用リング
19の右側正面と高さ約1mmの通孔42とにより形成された
角41との間で鏡23が正確に固定される。
加圧体32は中央の同軸空洞の内面に雌ねじ43を有す
る。この雌ネジ43にねじ44の雄ねじ46が螺合されてい
る。ねじ44は中央の通孔47と六角穴48とを有し、六角穴
48は蓋31に中央孔49があるので右側からここに入り込む
ことができる。ねじ44を螺進させて雌ねじ43から進出さ
せると、このねじ44の右側正面51は蓋31の左面52を押圧
し、これによりＯリング38は加圧体32の外周領域の外面
36、鏡23の外周辺領域27とともに取付用リング19の右側
正面に押圧される。加圧体32はその底部53に中央穴54を
有する。中央穴54は右側領域に雌ねじ56を有し、これに
中央管57が雄ねじ58で螺合されている。中央管57は通孔
47に接触することなく挿通されている。中央孔54の口部
59は空洞33に連通している。加圧体32は外周領域の外面
36より径方向の中央側で空洞33の周辺領域に外穴61を有
し、その口部62はやはり空洞33と連通している。外穴61
が雌ねじ63を有し、そこに外管64が雄ねじ66で螺合して
ある。外管64は蓋31に形成した通孔67に挿通してあり、
外管64はねじ44を進出させるとき加圧体32が回転するの
を妨げる。
通孔14内に嵌合したユニット全体をそれ自身で調整で
きるようにするため、蓋31はケーシング17から張り出し
た周辺に３個の等角配設した通孔68を有し、これにねじ
込まれたねじ69はねじ山がねじ穴71内にある。ねじ69の
頭部72と蓋31との間にばね座金73がある。したがって、
３本の等角配設したねじ69により、蓋31すなわちミラー
ヘッド16全体が左に押圧される。やはり等角に配設して
蓋31の周辺領域に３個のねじ付き通孔74が設けてあり、
これにねじ込まれた調整ねじ76のねじ先77が、壁11に固
着した受け78を押圧する。３本の調整ねじ76を回すこと
でミラーヘッド16の幾何学的長手軸13を全体として調整
することができる。
ホイール80を使って圧力発生器79内で圧力を8barまで
調整することができる。圧力は鏡23の中央領域における
膨らみ値に校正して指示器81で指示され、その校正され
た膨らみ値は鏡の焦点距離である。圧力発生器79が導管
82を介し冷却器83に給水し、冷却器83はこの水を導管84
を介し中央管57へと送る。水はこの中央管57の口部59か
ら空洞33内に達する。このような正圧の場合、鏡23は8b
arのとき35μｍだけそこから左に押され、そこで幾何学
的長手軸13が鏡23を貫通する。水は空洞33内で円板状に
外穴61の口部62まで流れ、次に外管64及び導管86を介し
再び圧力発生器79に戻る。圧力発生器79が発生する圧力
が正圧であれば鏡23は左に押され、負圧であれば鏡23は
右に押される。圧力発生器79は正圧及び／又は負圧を発
生するものの中から選択することができる。指示器81は
圧力を鏡23の中央領域を膨らませるもので、鏡の焦点距
離とならない膨らみ値に校正するようにしていてもよ
い。
第２図に示すのは、100％端鏡87と４個のミラーヘッ
ドと一部透過性端鏡88と有する３重に折り畳んだレーザ
である。４個のミラーヘッドのうち３個のミラーヘッド
89は通常形状のものであり、残り１個が本発明によるミ
ラーヘッド16であり、この１個のミラーヘッド16のみで
レーザ光91が修正される。
鏡23のたわみはホイール80で手動調整することができ
る。だが、図示省略したフィードバック装置を利用する
こともでき、この装置はレーザ光91の品質を検出し、レ
ーザの運転中圧力発生器79を制御し、必要に応じて圧力
で鏡23を凹ませ又は膨らませる。
本発明によるレーザミラーヘッドは、既にレーザ共振
器を離れたレーザ光を修正することもできる。更にそれ
は焦点距離を意識的に変更するのにも利用することがで
きる。
［発明の効果］ 請求項１によれば、少なくとも中央領域の厚みが一定
でなく、後面が曲面に形成された鏡を、正圧力によって
凸面鏡に、また負圧力によって凹面鏡に均一かつ迅速に
変形させることができるから、圧力を調整することで、
例えレーザを運転中であっても、ビームの歪みを正すこ
とができる。加えて、特別な流体貯槽や別個な導管及び
圧力発生器等を必要としないで、鏡の後面に位置する小
さい空洞をその中央領域から周辺領域に向けて高速度に
流れる冷却流体によって鏡を一様にかつ速く冷やすこと
ができ、また、そのための費用の追加もごく僅かで、安
価に構成することができる。
請求項２によれば、比較的容易に変形させることがで
きる良熱伝導性鏡を得ることができる。例えば金層が蒸
着されていなければ、鏡が張力や圧力を受けることもな
い。
請求項３によれば、十分に強い面を有する十分に薄い
鏡が得られ、たわみを生じさせるための圧力を技術的に
容易に制御することができる。
請求項４によれば、中間部材が省かれ、圧力は覆われ
ていない鏡の後面全体に直接加わる。したがって、物理
学的に鏡がどのように形成するかを予想することもでき
る。パッキンは鏡の固定領域内にあり、鏡の挙動を妨げ
ない。この場合、パッキンの付設に要する費用はごく少
ないものですむ。
請求項５によれば、流体は各別に単純且つ非圧縮性で
あるにもかかわらず、親環境的である。
請求項６によれば、試験により鏡が優れた形で使用で
きることが示された。
請求項７によれば、鏡の膨らみ又は凹みを再現可能と
する指示を得ることができるとともに、換算作業が省か
れ、また、正又は負の膨らみについての代表的尺度が得
られる。
請求項８によれば、光学機器に対応可能な尺度が得ら
れる。
請求項９によれば、鏡を拡散鏡にも収束鏡にもするこ
とができる。特に、負圧及び正圧を発生する場合、両方
の種類の間のあらゆる状態を段階なく形成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は実寸大のミラーヘッドの径方向断面図と回路の
概要を示す図、第２図はレーザ光の経路を示す概要図、
第３図は鏡の横断面図である。 23……鏡、33……空洞 39……角、41……角 82,84,86……導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルチン・ベア ドイツ連邦共和国、7000 シュトゥット ガルト 80．アルマンドリング 18 ア ー (72)発明者 ステファン ボリク ドアツ連邦共和国、7022 ラインフェル デン・エヒテルディンゲン．エーデルヴ ァイスシュトラーセ 13 (56)参考文献 特開 昭57−6804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−72105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124789（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−88485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−146479（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−121277（ＪＰ，Ｕ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外周辺領域が取付用リングによって覆われ
    中央領域が露出した反射前面と後面とを有する金属鏡
    と、 この鏡の外周辺領域をその前面及び後面から押つけて支
    持する支持装置と、 鏡から離れたレーザヘッド領域に設けられた流体伝導装
    置と、 を備えた大出力レーザのミラーヘッドであって、 鏡は、その厚みが露出した中央領域の直径との比におい
    て薄い円板状であり、かつ、少なくとも露出した中央領
    域の厚みは一定でなく、その後面は幾何学的長手軸上に
    最も薄い箇所が位置するような曲面に形成されており、 ミラーヘッド内には、鏡の後面とこれに対向するように
    鏡の後側に配置された加圧体の外面との間に鏡の厚み寸
    法よりも小さい厚みの空洞が設けられ、 この空洞が流体伝導装置に連通し、 その流体伝導装置は、冷却装置及び圧力調整装置を備え
    た圧力発生器に接続されて鏡の後面の中央領域に位置す
    る口部から空洞に流体圧を加える少なくとも１つの流体
    送り装置と、 空洞の周辺領域に位置させて等角配設された口部を通し
    て空洞から流体を排出する複数の流体排出装置とから構
    成されていることを特徴とするレーザミラーヘッド。
  2. 【請求項２】前記鏡が銅合金製であり、その反射前面が
    研磨してあることを特徴とする請求項１のレーザミラー
    ヘッド。
  3. 【請求項３】前記鏡の厚みは、露出した中央領域の直径
    との比において、厚みを分子、直径を分母としたとき、
    （2/7.5）±30％に設定されていることを特徴とする請
    求項１のレーザミラーヘッド。
  4. 【請求項４】前記鏡の後面が直接空洞の境界壁を形成
    し、鏡の外周辺領域にはパッキンが設けられていること
    を特徴とする請求項１のレーザミラーヘッド。
  5. 【請求項５】流体が水であることを特徴とする請求項１
    のレーザミラーヘッド。
  6. 【請求項６】前記鏡は、全流体圧が加わると、鏡の中央
    領域が最低10μｍだけ反る程度の弾性を有することを特
    徴とする請求項１のレーザミラーヘッド。
  7. 【請求項７】圧力指示装置を備え、この圧力指示装置が
    鏡の中央領域における膨らみ値に校正されていることを
    特徴とする請求項１のレーザミラーヘッド。
  8. 【請求項８】前記鏡の中央領域における膨らみ値が鏡の
    焦点距離であることを特徴とする請求項７のレーザミラ
    ーヘッド。
  9. 【請求項９】圧力発生器は負圧及び／又は正圧を発生す
    ることを特徴とする請求項１のレーザミラーヘッド。
JP1345038A 1989-01-10 1989-12-29 レーザミラーヘッド Expired - Lifetime JP3072519B2 (ja)

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JPH02231779A JPH02231779A (ja) 1990-09-13
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