JPH01125884A - レーザ発振装置 - Google Patents
レーザ発振装置Info
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- JPH01125884A JPH01125884A JP62283949A JP28394987A JPH01125884A JP H01125884 A JPH01125884 A JP H01125884A JP 62283949 A JP62283949 A JP 62283949A JP 28394987 A JP28394987 A JP 28394987A JP H01125884 A JPH01125884 A JP H01125884A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
- H01S3/08068—Holes; Stepped surface; Special cross-section
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は切断等の金属加工及び非金属の加工に使用され
るレーザ発振装置に関し、特に直線偏光を簡易な構造で
実現するレーザ発振装置に関する。
るレーザ発振装置に関し、特に直線偏光を簡易な構造で
実現するレーザ発振装置に関する。
一般的にレーザ出力光を直線偏光させるためには共振器
内に何等かの偏光素子を設置する必要がある。この偏光
素子の一例として、第７図に示すブリュウスター窓があ
る。図において、１は出力結合鏡、２は全反射鏡、３は
レーザ管であり、４ａ及び４ｂはブリュウスター窓であ
る。５は共振器内の定在波光軸、６はレーザ光である。
内に何等かの偏光素子を設置する必要がある。この偏光
素子の一例として、第７図に示すブリュウスター窓があ
る。図において、１は出力結合鏡、２は全反射鏡、３は
レーザ管であり、４ａ及び４ｂはブリュウスター窓であ
る。５は共振器内の定在波光軸、６はレーザ光である。
なお、放電のための電源等は省略しである。
この時、よく知られているように紙面に平行なＥベクト
ル光が得られる。第７図に示す構成はよく知られている
が、レーザ加工を可能ならしめる高出力領域では使用す
ることができない。
ル光が得られる。第７図に示す構成はよく知られている
が、レーザ加工を可能ならしめる高出力領域では使用す
ることができない。
第８図に直線偏光をさせるための他の例を示す。
図において、■は出力結合鏡、２は全反射鏡、５は共振
器内の定在波光軸、６はレーザ光であり、７は折り返し
鏡である。折り返し鏡７の反射率はＥベクトルが紙面に
対して垂直方向の方が、紙面に平行な反射率に比べ高い
。この結果、Ｅベクトルが紙面に対して垂直方向の偏光
状態でレーザ発振が行われる。
器内の定在波光軸、６はレーザ光であり、７は折り返し
鏡である。折り返し鏡７の反射率はＥベクトルが紙面に
対して垂直方向の方が、紙面に平行な反射率に比べ高い
。この結果、Ｅベクトルが紙面に対して垂直方向の偏光
状態でレーザ発振が行われる。
しかし、上記の例では下記のような応用上望ましくない
点が存在する。
点が存在する。
第７図に示す例では、高出力レーザに使用できないので
、一般の高出力を要求する加工用レーザ装置に使用する
ことはできない。これは、高出力に耐えるブリュウスタ
ー窓材が存在しないからである。レーザ加工では円偏光
を必要とすために、まずレーザ発振器からの出力ビーム
は直線偏光である必要があり、この点は致命的な欠点で
ある。
、一般の高出力を要求する加工用レーザ装置に使用する
ことはできない。これは、高出力に耐えるブリュウスタ
ー窓材が存在しないからである。レーザ加工では円偏光
を必要とすために、まずレーザ発振器からの出力ビーム
は直線偏光である必要があり、この点は致命的な欠点で
ある。
第８図の構成では、ミラーが３枚であるので、２枚の場
合よりも共振器損失が増大して、出力が低下する。出力
低下は装置の設計条件にもよるが、実際のＣＯ，レーザ
で実験した結果では、出力低下率は１５％にもなる。
合よりも共振器損失が増大して、出力が低下する。出力
低下は装置の設計条件にもよるが、実際のＣＯ，レーザ
で実験した結果では、出力低下率は１５％にもなる。
本発明の目的はこれらの問題点を除去し、直線偏光を簡
易な構造で実現するレーザ発振装置を提供することにあ
る。
易な構造で実現するレーザ発振装置を提供することにあ
る。
本発明では上記の問題点を解決するために、レーザ共振
器内の光軸が出力結合鏡及び全反射鏡のいずれにもほぼ
垂直入射する単管あるいは多重折り返し型レーザ発振装
置において、該出力結合鏡、該全反射鏡の少なくとも１
枚が表面上一方向に条痕がほぼ平行に配列した構造を有
することを特徴とするレーザ発振装置が、提供される。
器内の光軸が出力結合鏡及び全反射鏡のいずれにもほぼ
垂直入射する単管あるいは多重折り返し型レーザ発振装
置において、該出力結合鏡、該全反射鏡の少なくとも１
枚が表面上一方向に条痕がほぼ平行に配列した構造を有
することを特徴とするレーザ発振装置が、提供される。
例えば、条痕がＹ軸方向にあるとすれば、Ｙ軸方向のＥ
ベクトルの反射率の方がＸ軸方向の反射率より高くなり
、Ｙ軸方向の直線偏光が得られる。
ベクトルの反射率の方がＸ軸方向の反射率より高くなり
、Ｙ軸方向の直線偏光が得られる。
なお、詳細な作用については、実施例のなかで説明する
。
。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図に本発明の一実施例のレーザ発振装置の構成図を
示す。図において、１は出力結合鏡、８は全反射鏡、５
は共振器内の定在波光軸、６はし一ザ光である。なお、
放電のための電源等は省略しである。
示す。図において、１は出力結合鏡、８は全反射鏡、５
は共振器内の定在波光軸、６はし一ザ光である。なお、
放電のための電源等は省略しである。
ここで、全反射鏡８は下部に示すように、Ｙ軸方向に平
行な格子構造を有する。図では、格子の寸法は理解し易
いように、大きく表しているが、実際は後述するように
、１０μｍ以下の細かいものである。
行な格子構造を有する。図では、格子の寸法は理解し易
いように、大きく表しているが、実際は後述するように
、１０μｍ以下の細かいものである。
次に、この全反射鏡８の格子の作用を詳細に述べる。第
２図に全反射鏡の断面図を示す。図において、８は全反
射鏡であり、５は共振器内の定在波光軸である。全反射
鏡８の表面が図に示すように格子構造であると、マクロ
的には垂直入射光であっても、実際には図で示すように
斜方向入射になる。しかも第２図に示すように、入射光
波長に対する表波効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）
ｄが格子深さＤに比較して十分率さい場合には、反射は
この表波効果深さ内部における自由電子の振動に由来し
発生するので、反射率はＸ、Ｙ両偏光成分（Ｅベクトル
がそれぞれ、Ｘ軸及びＹ軸に平行であると定義する）に
対して、よく知られているように、異なった値、 Ｒｘ ＝ｔａｎ２ （θ −φ） ／ｊａｎ”
［θ ＋ φ］Ｒｙ ＝ｓｉｎ” （θ−φ） ／ｓｉ
ｎ” （θ＋φ〕（但し、 θ＝ｓｉｎ−’（會ｓｉ
ｎ φ））を取る。但し、ここで６は金属の複素屈折
率であり、φは入射角である。Ｒｘ、、ＲｙＯ値は６及
びφに依存するが、銅などの高反射率金属で、φ＝π／
４に対しては通常ＲｙＯ方がＲｘよりも１〜２％高い値
を示す。このときＹ偏光成分はＸ偏光成分に対して共振
器損失がそれだけ低いことになるので、レーザ光はこの
偏光成分に限ることになる。以上は、ｄ＜Ｄの場合につ
いて述べた。
２図に全反射鏡の断面図を示す。図において、８は全反
射鏡であり、５は共振器内の定在波光軸である。全反射
鏡８の表面が図に示すように格子構造であると、マクロ
的には垂直入射光であっても、実際には図で示すように
斜方向入射になる。しかも第２図に示すように、入射光
波長に対する表波効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）
ｄが格子深さＤに比較して十分率さい場合には、反射は
この表波効果深さ内部における自由電子の振動に由来し
発生するので、反射率はＸ、Ｙ両偏光成分（Ｅベクトル
がそれぞれ、Ｘ軸及びＹ軸に平行であると定義する）に
対して、よく知られているように、異なった値、 Ｒｘ ＝ｔａｎ２ （θ −φ） ／ｊａｎ”
［θ ＋ φ］Ｒｙ ＝ｓｉｎ” （θ−φ） ／ｓｉ
ｎ” （θ＋φ〕（但し、 θ＝ｓｉｎ−’（會ｓｉ
ｎ φ））を取る。但し、ここで６は金属の複素屈折
率であり、φは入射角である。Ｒｘ、、ＲｙＯ値は６及
びφに依存するが、銅などの高反射率金属で、φ＝π／
４に対しては通常ＲｙＯ方がＲｘよりも１〜２％高い値
を示す。このときＹ偏光成分はＸ偏光成分に対して共振
器損失がそれだけ低いことになるので、レーザ光はこの
偏光成分に限ることになる。以上は、ｄ＜Ｄの場合につ
いて述べた。
次にＤ＜ｄの場合について検討する。第３図にこの場合
の全反射鏡８の断面図を示す。図において、８は全反射
鏡であり、５は共振器内の定在波光軸である。Ｄは格子
の深さであり、ｄは表波効果深さである。第３図の場合
も自由電子の振動は図の斜線で示す表波効果深さｄの部
分で行われるので、鏡面平面の凸凹構造が大半の自由電
子の振動に影響を与えないことは自明であって、当然Ｒ
ｘ、Ｒｙは同一の値を取ることになる。この結果格子深
さＤは、 Ｄ≧ｄ の下限値を有することが明らかである。すなわち、全反
射鏡等の光学部品の表面の凸凹の深さは発振波長におけ
る鏡面材質の表波効果深さ（ｓｋｉｎｄｅｐｔｈ）以上
でなければならない。例えば、ＣＯｔレーザの１０．６
μｍの場合、ダイヤモンド旋盤で切削した銅ミラーを使
用すると表波効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）ｄは
６２人になる。
の全反射鏡８の断面図を示す。図において、８は全反射
鏡であり、５は共振器内の定在波光軸である。Ｄは格子
の深さであり、ｄは表波効果深さである。第３図の場合
も自由電子の振動は図の斜線で示す表波効果深さｄの部
分で行われるので、鏡面平面の凸凹構造が大半の自由電
子の振動に影響を与えないことは自明であって、当然Ｒ
ｘ、Ｒｙは同一の値を取ることになる。この結果格子深
さＤは、 Ｄ≧ｄ の下限値を有することが明らかである。すなわち、全反
射鏡等の光学部品の表面の凸凹の深さは発振波長におけ
る鏡面材質の表波効果深さ（ｓｋｉｎｄｅｐｔｈ）以上
でなければならない。例えば、ＣＯｔレーザの１０．６
μｍの場合、ダイヤモンド旋盤で切削した銅ミラーを使
用すると表波効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）ｄは
６２人になる。
幸いにダイヤモンド旋盤切削の銅鏡面の面精度は第４図
及び第５図に示すように凸凹構造になっており、本発明
の目的に叶っている。第４図は単結晶の銅ミラーをダイ
ヤモンド旋盤で切削した場合の鏡面を拡大した図であり
、第５図は多結晶の銅ミラーをダイヤモンド旋盤で切削
した場合の鏡面を拡大した図である。両図とも、平面方
向の単位はμｍであり、縦方向の単位はｎｍである。す
なわち、第４図では深さの最大は約４９ｎｍであり、第
５図では６１ｎｍである。本発明に使用するのは、第４
図に示す単結晶の方が格子の形状が規則的で好ましい。
及び第５図に示すように凸凹構造になっており、本発明
の目的に叶っている。第４図は単結晶の銅ミラーをダイ
ヤモンド旋盤で切削した場合の鏡面を拡大した図であり
、第５図は多結晶の銅ミラーをダイヤモンド旋盤で切削
した場合の鏡面を拡大した図である。両図とも、平面方
向の単位はμｍであり、縦方向の単位はｎｍである。す
なわち、第４図では深さの最大は約４９ｎｍであり、第
５図では６１ｎｍである。本発明に使用するのは、第４
図に示す単結晶の方が格子の形状が規則的で好ましい。
次に格子の深さＤの上限について考察する。格子の深さ
Ｄが、上記の説明の領域から増大していくと、やがて鏡
面は回折格子として動作し始める。
Ｄが、上記の説明の領域から増大していくと、やがて鏡
面は回折格子として動作し始める。
この時の反射光は０次だけでなく、高次項にも分散さ熟
るので、０次項のみを使用する本発明の装置のような場
合は実質反射率が低下することとなり、出力が低下し、
望ましくない。
るので、０次項のみを使用する本発明の装置のような場
合は実質反射率が低下することとなり、出力が低下し、
望ましくない。
さらに、格子の深さＤが増大すると、第２図に示す格子
構造の各凹みが正確なルーフプリズムになった時のみに
レーザ発振器は高効率で発振すると考えられる。この時
にもＹ方向偏光には十分になっている。その意味では、
本発明の目的に適しているが、以下のような問題がある
。
構造の各凹みが正確なルーフプリズムになった時のみに
レーザ発振器は高効率で発振すると考えられる。この時
にもＹ方向偏光には十分になっている。その意味では、
本発明の目的に適しているが、以下のような問題がある
。
第１にそのような精密にルーフプリズムの配列した鏡面
は非常に製作が困難であって、高価なものになる。
は非常に製作が困難であって、高価なものになる。
第２に頂点と谷に相当した領域が発振に寄与しないであ
ろうから、出力低下が発生し、本発明には適用できない
と考えられる。
ろうから、出力低下が発生し、本発明には適用できない
と考えられる。
従って、ここでは格子の深さＤの上限値はレーザ波長に
等しいとすることが妥当と考えられる。
等しいとすることが妥当と考えられる。
勿論、ＣＯ□レーザの場合、レーザ波長は１０゜６μｍ
である。
である。
なお、本発明では鏡面にＹ方向と平行な条痕があること
が必要条件であり、構造が必ずしも第２図に示すように
ルーフプリズムの配列になっている必要はない。
が必要条件であり、構造が必ずしも第２図に示すように
ルーフプリズムの配列になっている必要はない。
次に他の実施例を第６図に示す。本実施例では、共振器
は１枚の出力結合鏡１と複数枚の全反射鏡２１．２２．
２３．２４−・・−・−・・−２からなっている。この
構成ではレーザ出力を増大させるために、多段折り返し
構造になっているが、各光学部品にはほぼ垂直入射が行
われているので、通常は直線偏光は得られない。本構成
では光学部品の一枚か、あるいは複数枚を上記説明のよ
うな、条痕を有するミラーにすることにより、直線偏光
を得ることができる。勿論、複数個のミラーに条痕を設
ける場合は条痕の方向を、これら総てについて同一の方
向にとるべきことは当然である。
は１枚の出力結合鏡１と複数枚の全反射鏡２１．２２．
２３．２４−・・−・−・・−２からなっている。この
構成ではレーザ出力を増大させるために、多段折り返し
構造になっているが、各光学部品にはほぼ垂直入射が行
われているので、通常は直線偏光は得られない。本構成
では光学部品の一枚か、あるいは複数枚を上記説明のよ
うな、条痕を有するミラーにすることにより、直線偏光
を得ることができる。勿論、複数個のミラーに条痕を設
ける場合は条痕の方向を、これら総てについて同一の方
向にとるべきことは当然である。
以上説明したように本発明では、ミラーに平行な条痕を
設けたので、簡易な構成で直線偏光出力を得ることがで
き、金属等の切断加工等に有益である。
設けたので、簡易な構成で直線偏光出力を得ることがで
き、金属等の切断加工等に有益である。
第１図は本発明の一実施例のレーザ発振装置の構成図、
第２図は格子の深い全反射鏡の断面図、第３図は格子の
浅い全反射鏡の断面図、第４図は単結晶の銅ミラーをダ
イヤモンド旋盤で切削した場合の鏡面を拡大した図、 第５図は多結晶の銅ミラーをダイヤモンド旋盤で切削し
た場合の鏡面を拡大した図、 第６図は本発明の他の実施例のレーザ発振装置の構成を
示す図、 第７図は偏光素子の一例としてのブリュウスター窓を示
す図、 第８図は直線偏光をさせるための他の例を示す図である
。 １・−・−・−・・・・−出力結合鏡 ２−・−・−・・・−全反射鏡 ２１〜２４−全反射鏡 ３・−・−・−・・・−・・放電管 ４ａ、４ｂ−ブリュウスター窓 ５−−−−−・・−−−−−・−・共振器内の光軸６−
一−−−・・−−一−−−−・−レーザ出力光７・−・
−・−・−−−−一折り返し鏡８−−−−−−・−−−
−−−ｍ−全反射鏡特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第１図 。 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
浅い全反射鏡の断面図、第４図は単結晶の銅ミラーをダ
イヤモンド旋盤で切削した場合の鏡面を拡大した図、 第５図は多結晶の銅ミラーをダイヤモンド旋盤で切削し
た場合の鏡面を拡大した図、 第６図は本発明の他の実施例のレーザ発振装置の構成を
示す図、 第７図は偏光素子の一例としてのブリュウスター窓を示
す図、 第８図は直線偏光をさせるための他の例を示す図である
。 １・−・−・−・・・・−出力結合鏡 ２−・−・−・・・−全反射鏡 ２１〜２４−全反射鏡 ３・−・−・−・・・−・・放電管 ４ａ、４ｂ−ブリュウスター窓 ５−−−−−・・−−−−−・−・共振器内の光軸６−
一−−−・・−−一−−−−・−レーザ出力光７・−・
−・−・−−−−一折り返し鏡８−−−−−−・−−−
−−−ｍ−全反射鏡特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第１図 。 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図
Claims (5)
- （１） レーザ共振器内の光軸が出力結合鏡及び全反射
鏡のいずれにもほぼ垂直入射する単管あるいは多重折り
返し型レーザ発振装置において、該出力結合鏡、該全反
射鏡の少なくとも１枚が表面上一方向に条痕がほぼ平行
に配列した構造を有することを特徴とするレーザ発振装
置。 - （２） 前記条痕の深さが、レーザ発振波長における前
記出力結合鏡あるいは前記反射鏡の鏡面材質の表波効果
深さと、該レーザ発振波長の中間の値を有することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。 - （３） 前記条痕の深さが、６０Åと１０μｍの間にあ
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレーザ
発振装置。 - （４） 前記出力結合鏡、或いは前記全反射鏡の鏡面を
ダイヤモンド旋盤を使用して、切削加工したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振装置。 - （５） 前記出力結合鏡あるいは前記反射鏡のうち複数
に前記条痕を設け、前記条痕が同一方向を向いているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ発振
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283949A JP2634610B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | レーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283949A JP2634610B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | レーザ発振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01125884A true JPH01125884A (ja) | 1989-05-18 |
| JP2634610B2 JP2634610B2 (ja) | 1997-07-30 |
Family
ID=17672310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62283949A Expired - Fee Related JP2634610B2 (ja) | 1987-11-10 | 1987-11-10 | レーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2634610B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04124889A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-24 | Juki Corp | レーザー発振装置およびそのレーザー発振装置を備えた裁断装置 |
| JP2011204943A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ発振器および反射型回折光学素子 |
| JP2011204942A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ発振器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60154688A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-14 | Hitachi Ltd | レ−ザ装置 |
| JPS60211989A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ発振器 |
-
1987
- 1987-11-10 JP JP62283949A patent/JP2634610B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60154688A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-14 | Hitachi Ltd | レ−ザ装置 |
| JPS60211989A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-24 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザ発振器 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04124889A (ja) * | 1990-09-14 | 1992-04-24 | Juki Corp | レーザー発振装置およびそのレーザー発振装置を備えた裁断装置 |
| JP2011204943A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ発振器および反射型回折光学素子 |
| JP2011204942A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2634610B2 (ja) | 1997-07-30 |
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