JP3357341B2 - 円筒ストレートスラブ型ガス・レーザー - Google Patents

円筒ストレートスラブ型ガス・レーザー

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、円筒ストレート
スラブ型ガス・レーザーに関し、特に、出力されるレー
ザー・ビームの断面における強度分布がガウス分布に近
い良質なレーザー光線を得るように構成したものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＣＯ2レーザーなどのガス・レーザーと
して、スラブ型ガス・レーザーが知られている。このス
ラブ型ガス・レーザーにおいては、励起電極の間隔が狭
いので、励起されたガスは、電極に衝突することにより
冷却され、レーザーの下位順位の緩和が早く行なわれる
から、電極による拡散冷却型レーザーであると言われて
いる。
【０００３】このスラブ型ガス・レーザーにおいては、
光の伝搬の仕方により導波路型ガス・レーザーとストレ
ート型ガス・レーザーに分類される。導波路型ガス・レ
ーザーにおいては放射光線の波長が１０μｍのＣＯ2レ
ーザーの場合でも２枚の電極の間隔が数ｍｍ程度であっ
て、レーザー光線は、電極の間を導波路モードでジグザ
グに反射しながら伝搬する。ストレート型ガス・レーザ
ーにおいては、２枚の電極の間隔は、光が自由空間を伝
搬できる程度に広く、２枚の電極の間を自由空間モード
で光が伝搬する。
【０００４】円筒形ストレートスラブ型ガス・レーザー
には、図５に示すように、直径が異なる２つの円筒状電
極11、12をスペーサー13を介して同心状かつ水平に配置
して、２つの円筒状電極11、12の間に囲まれてレーザー
媒質を充満した円筒形ストレートスラブ１を形成し、円
筒形ストレートスラブ１の一端部にリング状のトリック
ミラーＭ1を配置するとともに、円筒形ストレートスラ
ブ１の一端部中央に、一部の光線を透過させて他の一部
の光線を反射させる出力ミラー（ハーフミラー）Ｍ2を
配置し、円筒形ストレートスラブ１の他端部にダブルア
クシコン（W-axicon）ミラーＭ3を配置したものが知ら
れている。
【０００５】そして、このような円筒形ストレートスラ
ブ１を用いた従来のスラブ型ガス・レーザーにおいて
は、大きい出力を得るために、図２(ｃ)に示すように、
トリックミラーＭ1の曲率の中心位置の半径（中心軸上
からの距離）ｘmを、トリックミラーＭ1自体の中心位置
（トリックミラーの幅の半分の位置）の半径（中心軸上
からの距離）ｘ0よりも大きく設定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように円筒形スト
レートスラブ１を用いたスラブ型ガス・レーザーにおい
ては、２つの円筒状電極11、12を同心状に正確に位置決
めして動作させなければ、図４(ａ)(ｂ)に示すような断
面の強度分布がガウス分布に近い優れたモードのビーム
を得ることができず、図７(ａ)(ｂ)に示すような強度分
布を有するモードのビームしか得られないので、図５
(ｂ)の側面図に示すように、２つの円筒状電極11、12の
間に複数のスペーサ13を設けて同心状に配置していた。
【０００７】しかし、スペーサー13を設けると、その影
響により出力ミラーＭ2の出口においては、図６に示す
強度分布のように、ピークが割れ、かつピーク値が不揃
いなモードとなり、このモードのレーザー光線をレンズ
で絞った遠視野像も図７(ａ)(ｂ)に示すように割れて、
一様な形にならない。
【０００８】遠視野像の強度分布がガウス分布に近い一
様なビームでなければ、切断加工に利用した場合には、
ビームを動かす方向によって、切断幅や切断効率が変わ
って実用に供し得ない。
【０００９】そこで、この発明は、このような円筒形ス
トレートスラブを用いたスラブ型ガス・レーザーが有す
る問題点を解決するために考えられたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の円筒ストレー
トスラブ型ガス・レーザーは、直径が異なる２つの円筒
状電極11、12をスペーサー13を介して同心状に配置し、
２つの円筒状電極11、12の間に囲まれる円筒形のレーザ
ー媒質を充満したストレートスラブ１を形成し、このス
トレートスラブ１の一端部にリング状のトリックミラー
Ｍ1を配置し、ストレートスラブ１の一端部中央に、一
部の光線を透過させて他の一部の光線を反射させる出力
ミラーＭ2を配置し、ストレートスラブ１の他端部にダ
ブルアクシコン・ミラーＭ3を配置して、トリックミラ
ーＭ1の曲率の中心位置ｘmの半径（中心軸上からの距
離）と、トリックミラーＭ1自体の中心位置ｘ0の半径
（中心軸上からの距離）との関係を、図２(ｃ)に示すよ
うに、ｘ 0 ＜ｘm≦１.１ｘ0 に設定したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）この発明の
円筒ストレートスラブ型ガス・レーザーは、図１に示す
ように、直径が異なる２つの円筒状電極11、12を横向き
にし、絶縁体のスペーサー13を介して２つの円筒状電極
11、12を同心状に配置し、２つの円筒状電極11、12で囲
まれたレーザー媒質を充満した円筒形ストレートスラブ
１を形成し、円筒形ストレートスラブ１の一端部にリン
グ状のトリックミラーＭ1を配置し、円筒形ストレート
スラブ１の一端部中央に、一部の光線を透過させて他の
一部の光線を反射させる出力ミラー（ハーフミラー）Ｍ
2を配置し、円筒形ストレートスラブ１の他端部にダブ
ルアクシコン・ミラーＭ3を配置したものである。
【００１２】２つの円筒状電極11、12に高周波電圧を印
加すると、円筒形ストレートスラブ１のガスが励起され
て、３つのミラーＭ1、Ｍ2、Ｍ3を含む共振器によって
レーザー光線を発生し、出力ミラーＭ2より外部に出力
させることができる。
【００１３】トリックミラーＭ1として、図２(ａ)〜
(ｃ)に示すように、曲率半径および曲率の中心位置が異
なる３種類のリング状のミラーを用意し、各ミラーの曲
率の中心位置の半径（Center Offset）ｘmと、ビームの
品質Ｑ（断面の強度分布がガウス分布に近似している程
度）との関係を、実験により確認したところ、トリック
ミラーＭ1の曲率の中心位置ｘmの半径（中心軸上からの
距離）と、トリックミラーＭ1自体の中心位置ｘ0の半径
（中心軸上からの距離）との関係をｘ 0 ＜ ｘm≦１.１ｘ0 に設定すると、出力ミラーＭ2の出口においては、図３
に強度分布を示すように、スペーサー13の存在によりピ
ークは割れているが、ピーク値の揃ったモードとなり、
このモードのレーザー光線をレンズで絞った遠視野像
は、図４(ａ)(ｂ)に示すように、強度分布がガウス分布
に近い一様なビームとなることが明らかになった。
【００１４】このように、トリックミラーＭ1の曲率の
中心位置の半径とトリックミラーＭ1自体の中心位置ｘ0
の半径との関係を設定すると、レーザー光線の全出力は
若干低下するが、レンズで絞った遠視野像の強度分布が
ガウス分布に近い一様なビームとなるので、切断加工に
利用する場合には、切断幅や切断効率の点で有利であ
る。
【００１５】
【発明の効果】以上の実施の形態に基づく説明から明ら
かなように、この発明によると、トリックミラーＭ1の
曲率の中心位置ｘmの半径（中心軸上からの距離）と、
トリックミラーＭ1自体の中心位置ｘ0の半径（中心軸上
からの距離）との関係をｘ 0 ＜ｘm≦１.１ｘ0に設定する
ことにより、スペーサー13を設けても、出力されたレー
ザー光線をレンズで絞った遠視野像のビームの強度分布
が、ガウス分布に近い加工に適した一様なビームを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の円筒ストレートスラブ型ガス・レー
ザーの実施の形態を示す概要図、
【図２】スラブ型ガス・レーザーで使用する曲率の中心
位置の半径が異なる３種類のトリックミラーの断面図、
【図３】図１に示すガス・レーザーの出力ミラーの出口
におけるビームの強度分布を示す図、
【図４】図３に示すビームをレンズで絞った遠視野像の
強度分布を示す図、
【図５】従来の円筒ストレートスラブ型ガス・レーザー
の一例を示す概要図、
【図６】図５に示すガス・レーザーの出力ミラーの出口
におけるビームの強度分布を示す図、
【図７】図６に示すビームをレンズで絞った遠視野像の
強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１ ストレートスラブ 11、12 円筒状電極 Ｍ1 リング状のトリックミラー Ｍ2 ハーフ・ミラー Ｍ3 ダブルアクシコン・ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−62579（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−48884（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−71683（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−317558（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−22759（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4050036（ＵＳ，Ａ) 独国特許発明4424726（ＤＥ，Ｃ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直径が異なる２つの円筒状電極をスペー
    サーを介して同心状に配置し、上記２つの円筒状電極の
    間に囲まれる円筒形のレーザー媒質を充満したストレー
    トスラブを形成し、 上記ストレートスラブの一端部にリング状のトリックミ
    ラーを配置し、 上記ストレートスラブの一端部中央に、一部の光線を透
    過させて他の一部の光線を反射させる出力ミラーを配置
    し、 上記ストレートスラブの他端部にダブルアクシコン・ミ
    ラーを配置し、 上記トリックミラーの曲率の中心位置ｘmの半径（中心
    軸上からの距離）と、トリックミラー自体の中心位置ｘ
    0の半径（中心軸上からの距離）との関係をｘ 0 ＜ ｘm≦１.１ｘ0 に設定したことを特徴とする円筒ストレートスラブ型ガ
    ス・レーザー。
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