【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスレーザの出力が安定し、耐環境性のよいレーザ発振装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスレーザを用いて光ファイバの溶融接続などの微細な加工を行う場合、ガスレーザの出力を安定させることが重要である。
従来のガスレーザによるレーザ発振装置は、例えば図４に示すように、空冷または水冷式のレーザヘッド１、レーザ光を集光させるための複数のレンズ２ａ〜２ｃ、レーザ光をｏｎ／ｏｆｆさせるためのシャッター３、レーザ光が漏れるのを防いで安全性を確保するため設けた、レーザヘッド１と光学系を覆うカバー４とからなる。また、必要に応じて、レーザ出力を測定するためのパワーセンサーおよび出力可変装置を取り付ける。
ガスレーザによるレーザ発振装置においては、レーザガスの温度が高くなると、発振効率が低下するので、レーザヘッド１を構成するレーザ発振管（図示せず）を空冷または水冷により冷却し、また、放電により電極が発熱し、その熱で放電が不安定になりやすいために、電極部分を冷却している。さらに、ガスレーザの出力を安定化するために、レーザ発振装置を恒温室内に設置し、周囲の温度が一定になるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにレーザヘッド１を恒温室内に設置しても、ガスレーザの出力安定化には限界があり、出力を長時間にわたって十分に一定に制御することが困難であるという問題があった。また、恒温室内にレーザ発振装置を設置するために、その使用場所が制限されたり、恒温室の施設を設置するために費用がかかるという問題もあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、光軸が上下方向になるように設置されたレーザヘッドと、レーザヘッドを外気から遮断するカバーとからなり、カバー内の温度が上部が下部よりも高温となるように温度制御されていることを特徴とするレーザ発振装置である。
【０００５】
本発明者は、鋭意検討の結果、レーザヘッドを構成するレーザ発振管の両端に設けられた共振器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対する角度のずれがガスレーザ出力の大きな不安定要因となっていることを見出し、本発明に到達した。
即ち、上述のような構成のレーザ発振装置では、縦型のレーザヘッドを構成するレーザ発振管の上端の共振器ミラーは、ヒーターにより、または冷却装置により下端の共振器ミラーよりも高温に制御されるため、レーザヘッドに沿って空気の上昇気流が生じる。また、レーザヘッドはカバーにより外気から遮断されているので、レーザヘッド内の温度は恒温に制御でき、かつ周囲の空気の流れは、安定した自然対流であって、上昇する層流をなす。
ここで、「レーザヘッドを外気から遮断するカバー」という意味は、カバーの外側の空気が内側のレーザヘッド１１の周囲の温度、空気の流れに影響を与えないようにするという意味であり、カバーは完全に気密性である必要はない。なお、このカバーは安全性を確保するという機能を有することは従来通りである。
従って、本発明によれば、レーザヘッドの両端に設けられた共振器ミラーは安定した温度の雰囲気の中に位置しているので、共振器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対する角度のずれを防ぐことができ、出力が安定する。また、従来はおおがかりでコストのかかる恒温室内にレーザ発振装置を設置していたが、本発明によれば、かかる恒温室を使用する必要はなくなる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明にかかるレーザ発振装置の一実施形態の説明図である。
図１において、縦型に設置されたレーザヘッド１１から上方に発振されたレーザ光は、ミラー１２、１３によりそれぞれ９０°方向を変えて、集光レンズ１４ａ、１４ｂ、分光器１５ａ、出力可変器１６、シャッター１７、レンズ１４ｃを通って、下方に取り出される。なお、１５ｂはパワー測定センサーである。
レーザヘッド１１は図２に示す構造をしており、レーザ発振管２０の両端には共振器ミラー２１ａ、２１ｂが取り付けられている。また、レーザ発振管２０は放電電極２２を冷却する水冷用冷却管２３で覆われている。
【０００７】
図１に示すように、レーザヘッド１１とミラー１２は、安全性を確保するためのカバー１８で覆われている。このカバー１８は外気を遮断して、外側の温度変動がレーザヘッド１１に影響しないようにしている。従って、カバー１８の密閉の程度は、外側から空気が入りにくくすればよく、完全に気密にする必要はない。なお、カバー１８は保温性の材質で構成すればより好ましい。
本実施形態では、光学系をコの字型に曲げてあるが、このようにすることにより、装置全体を小型化することができる。
【０００８】
レーザヘッド１１の上端および下端近傍には、ヒーター１９ａ、１９ｂが設置されている。ヒーター１９ａ、１９ｂはシート状であって、カバー１８の内壁に張り付けられている。ヒーター１９ａ、１９ｂは温度制御手段（図示されず）に接続されており、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺を、上側の共振器ミラー２１ａの温度が下側の共振器ミラー２１ｂの温度よりも２〜５℃程度高くなるように設定された一定の温度、例えば３５℃〜４０℃に加熱する。
また、カバー１８内には上下にファン２４が取り付けられている。これらのファン２４はカバー１８内部のヒーター１９ａ、１９ｂから発生する熱の温度分布に偏りが生じるときに使用するためのものである。
【０００９】
このように、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺を積極的に加熱して一定温度にすることにより、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺の雰囲気温度の変動を極めて小さくすることができるので、レーザ出力変動の大きな要因である共振器ミラー２１ａ、２１ｂ間の距離変動、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの変形を防止することができる。
また、レーザヘッド１１を縦型にし、上端の温度を下端の温度よりも高く保持するため、空気の対流は起こらず、カバー１８内の温度は上方向にいくほど高くなるように安定した分布をする。
【００１０】
本実施形態によれば、０．１２Ｗの出力を＋／−３ｍＷの変動範囲内に抑えることができた。
【００１１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、
１）共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺の設定温度は、外気の最高温度よりも高く、カバー１８内部の機器、部品類を損なわない温度であれば、特に限定されるものではない。このような温度設定をすることにより、外気温度の影響を回避することができる。
２）ヒーターの数は２個に限定されず、それ以上の複数個でもよい。
３）ヒーター１９ａ、１９ｂは前記シート状のものに限定されず、例えば、図３に示すようにリング状のものを２個ないしそれ以上の個数を配置すれば、レーザヘッド１１の光軸を中心にして、対称な温度分布を実現できる。
３）ヒーター１９ａ、１９ｂはカバー１８内部の温度を外気温度よりも高く設定して、安定した温度分布を実現しているが、ヒーター１９ａ、１９ｂのかわりに冷却装置を用いて、カバー１８内部の温度を外気温度よりも低く設定し、安定した温度分布を実現してもよい。例えば、冷媒管をレーザヘッド１１の両端の周囲に配置する。
４）光学系はコの字状である必要はなく、直線状、あるいは必要に応じて曲折していてもよい。
５）レーザヘッド１１の冷却方式は、水冷に限定されることはなく空冷、油冷でもよい。
６）ファン２４は必ずしも必要ではない。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザヘッドの両端に設けられた共振器ミラーは安定した温度の雰囲気の中に位置しているので、共振器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対する角度のずれを防ぐことができ、出力が安定するという優れた効果がある。また、従来はおおがかりでコストのかかる恒温室内にレーザ発振装置を設置していたが、本発明によれば、かかる恒温室を使用する必要はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ発振装置の一実施形態の説明図である。
【図２】上記実施形態に用いたレーザヘッドの説明図である。
【図３】本発明に係るレーザ発振装置の他の実施形態の部分説明図である。
【図４】従来のレーザ発振装置の説明図である。
【符号の説明】
１１ レーザヘッド
１２、１３ ミラー
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ レンズ
１５ａ 分光器
１５ｂ パワー測定センサー
１６ 出力可変器
１７ シャッター
１８ カバー
１９ａ、１９ｂ ヒーター
２０ レーザ発振管
２１ａ、２１ｂ 共振器ミラー
２２ 電極
２３ 冷却管
２４ ファン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a laser oscillation device with stable gas laser output and good environmental resistance.
[0002]
[Prior art]
When performing fine processing such as fusion splicing of an optical fiber using a gas laser, it is important to stabilize the output of the gas laser.
As shown in FIG. 4, for example, a conventional laser oscillation device using a gas laser includes an air-cooled or water-cooled laser head 1, a plurality of lenses 2a to 2c for condensing laser light, and a laser light for turning on / off the laser light. The shutter 3 includes a laser head 1 and a cover 4 that covers an optical system and is provided to prevent laser light from leaking and to ensure safety. In addition, a power sensor and an output variable device for measuring a laser output are attached as required.
In a laser oscillation device using a gas laser, when the temperature of the laser gas increases, the oscillation efficiency decreases. Therefore, the laser oscillation tube (not shown) constituting the laser head 1 is cooled by air or water cooling, and the electrodes are discharged. The electrodes are cooled because they generate heat and the heat tends to make the discharge unstable. Further, in order to stabilize the output of the gas laser, a laser oscillation device is installed in a constant temperature chamber so that the ambient temperature is kept constant.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the laser head 1 is installed in the constant temperature chamber as described above, there is a limit in stabilizing the output of the gas laser, and there is a problem that it is difficult to control the output to be sufficiently constant for a long time. . In addition, there is a problem that the use place of the laser oscillation device is restricted because the laser oscillation device is installed in the constant temperature room, and that it is costly to install facilities of the constant temperature room.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and comprises a laser head installed so that the optical axis is in the vertical direction, and a cover that shields the laser head from the outside air. A laser oscillation device characterized in that the temperature is controlled to be higher than the lower part.
[0005]
As a result of intensive studies, the present inventor has found that variations in the distance between resonator mirrors provided at both ends of a laser oscillation tube constituting a laser head, distortion of each resonator mirror, and deviation of the angle with respect to the optical axis of the gas laser output. The inventors have found that this is a major instability factor, and have reached the present invention.
That is, in the laser oscillation device having the above-described configuration, the resonator mirror at the upper end of the laser oscillation tube forming the vertical laser head is controlled to have a higher temperature than the resonator mirror at the lower end by the heater or the cooling device. Therefore, an upward airflow of air is generated along the laser head. Further, since the laser head is shielded from the outside air by the cover, the temperature inside the laser head can be controlled at a constant temperature, and the flow of the surrounding air is a stable natural convection, forming a rising laminar flow.
Here, the meaning of “the cover that shields the laser head from the outside air” means that the air outside the cover does not affect the temperature around the inside laser head 11 and the flow of air. Need not be completely airtight. It is to be noted that the cover has a function of ensuring safety as in the related art.
Therefore, according to the present invention, since the resonator mirrors provided at both ends of the laser head are located in an atmosphere at a stable temperature, the distance fluctuation between the resonator mirrors and the distortion of each resonator mirror, An angle shift with respect to the optical axis can be prevented, and the output is stabilized. Further, conventionally, the laser oscillation device is installed in a large and costly constant temperature room. However, according to the present invention, it is not necessary to use such a constant temperature room.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a laser oscillation device according to the present invention.
In FIG. 1, a laser beam oscillated upward from a vertically mounted laser head 11 is turned by 90 ° by mirrors 12 and 13, respectively, and condensed lenses 14a and 14b, a spectroscope 15a, an output variable device. 16, the shutter 17, and the lens 14c are taken out downward. In addition, 15b is a power measurement sensor.
The laser head 11 has a structure shown in FIG. 2, and resonator mirrors 21 a and 21 b are attached to both ends of a laser oscillation tube 20. Further, the laser oscillation tube 20 is covered with a water cooling cooling tube 23 for cooling the discharge electrode 22.
[0007]
As shown in FIG. 1, the laser head 11 and the mirror 12 are covered with a cover 18 for ensuring safety. The cover 18 blocks the outside air so that the temperature fluctuation on the outside does not affect the laser head 11. Therefore, the degree of sealing of the cover 18 may be such that air does not easily enter from the outside, and it is not necessary to make the cover 18 completely airtight. It is more preferable that the cover 18 be made of a heat insulating material.
In the present embodiment, the optical system is bent in a U-shape, but by doing so, the entire apparatus can be downsized.
[0008]
In the vicinity of the upper end and the lower end of the laser head 11, heaters 19a and 19b are provided. The heaters 19a and 19b are sheet-shaped and are attached to the inner wall of the cover 18. The heaters 19a and 19b are connected to temperature control means (not shown), and the temperature of the upper resonator mirror 21a is lower than the temperature of the lower resonator mirror 21b by two around the resonator mirrors 21a and 21b. The heating is performed at a constant temperature set to be higher by about 5C, for example, 35C to 40C.
Further, fans 24 are attached to the inside of the cover 18 vertically. These fans 24 are used when the temperature distribution of the heat generated from the heaters 19a and 19b inside the cover 18 is uneven.
[0009]
As described above, by actively heating the periphery of the resonator mirrors 21a and 21b to a constant temperature, the fluctuation of the ambient temperature around the resonator mirrors 21a and 21b can be made extremely small, so that the laser output Variation in the distance between the resonator mirrors 21a and 21b and deformation of the resonator mirrors 21a and 21b, which are major factors of the variation, can be prevented.
In addition, since the laser head 11 is made vertical and the temperature at the upper end is kept higher than the temperature at the lower end, convection of air does not occur, and a stable distribution such that the temperature inside the cover 18 becomes higher as it goes upward. I do.
[0010]
According to the present embodiment, the output of 0.12 W was able to be suppressed within the fluctuation range of +/− 3 mW.
[0011]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. That is,
1) The set temperature around the resonator mirrors 21a and 21b is not particularly limited as long as it is higher than the maximum temperature of the outside air and does not damage the devices and components inside the cover 18. By setting such a temperature, the influence of the outside air temperature can be avoided.
2) The number of heaters is not limited to two, and may be more than two.
3) The heaters 19a and 19b are not limited to the above-mentioned sheet-shaped heaters. For example, if two or more ring-shaped heaters are arranged as shown in FIG. Thus, a symmetrical temperature distribution can be realized.
3) The heaters 19a and 19b set the temperature inside the cover 18 higher than the outside air temperature to realize a stable temperature distribution. However, a cooling device is used instead of the heaters 19a and 19b, and the inside of the cover 18 is used. The temperature may be set lower than the outside air temperature to realize a stable temperature distribution. For example, refrigerant tubes are arranged around both ends of the laser head 11.
4) The optical system does not need to be U-shaped, but may be linear or bent as required.
5) The cooling method of the laser head 11 is not limited to water cooling, but may be air cooling or oil cooling.
6) The fan 24 is not always necessary.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the resonator mirrors provided at both ends of the laser head are located in an atmosphere having a stable temperature, the distance between resonator mirrors fluctuates, and And the deviation of the angle from the optical axis can be prevented, and there is an excellent effect that the output is stabilized. Further, conventionally, the laser oscillation device is installed in a large and costly constant temperature room. However, according to the present invention, it is not necessary to use such a constant temperature room.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a laser oscillation device according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a laser head used in the embodiment.
FIG. 3 is a partial explanatory view of another embodiment of the laser oscillation device according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional laser oscillation device.
[Explanation of symbols]
11 Laser Head 12, 13 Mirror 14a, 14b, 14c Lens 15a Spectroscope 15b Power Measurement Sensor 16 Output Variable 17 Shutter 18 Cover 19a, 19b Heater 20 Laser Oscillator Tube 21a, 21b Resonator Mirror 22 Electrode 23 Cooling Tube 24 Fan
