JPH01189972A - レーザ発振装置 - Google Patents
レーザ発振装置Info
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- JPH01189972A JPH01189972A JP63015197A JP1519788A JPH01189972A JP H01189972 A JPH01189972 A JP H01189972A JP 63015197 A JP63015197 A JP 63015197A JP 1519788 A JP1519788 A JP 1519788A JP H01189972 A JPH01189972 A JP H01189972A
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Classifications
-
- 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
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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〕
本発明は金属あるいは非金属の切断加工用に利用する高
出力レーザ発振装置に関し、特に円偏光出力ビームを射
出するレーザ発振装置に関する。
出力レーザ発振装置に関し、特に円偏光出力ビームを射
出するレーザ発振装置に関する。
レーザ切断加工においては、円偏光ビームを利用するこ
とが優位であることは良く知られている。
とが優位であることは良く知られている。
このため円偏光ビームを作る必要があるが、従来はレー
ザ共振器からの直接射出ビームは直線偏光であり、これ
を外部の光学部品を使用して円対称偏光に変換していた
。
ザ共振器からの直接射出ビームは直線偏光であり、これ
を外部の光学部品を使用して円対称偏光に変換していた
。
従来の直線偏光を円偏光に変換する構成例を第７図に示
す。図では放電管等のレーザ励起用部品は周知であるの
で省略してあり、光学系の部品のみを示しである。図に
おいて、１はリア鏡、２及び３は折り返し鏡、４は出力
結合鏡であり、これらでレーザ共振器を構成している。
す。図では放電管等のレーザ励起用部品は周知であるの
で省略してあり、光学系の部品のみを示しである。図に
おいて、１はリア鏡、２及び３は折り返し鏡、４は出力
結合鏡であり、これらでレーザ共振器を構成している。
これも周知の原理によって、共振器内のレーザ光は３本
の光軸７ａ、７ｂ、７ｃが決める平面に直交した直線偏
光になっている。しかも第７図ではこの平面は直線７ａ
の回りにπ／４だけ回転させである。従って、共振器よ
りの出射ビームは水平面に対してπ／４だけ傾いた直線
偏光であって、これが２枚組のフェーズリターダ５及び
６に導かれる。周知の原理によって、フェーズリターダ
よりの射出ビーム９は円偏光になっている。
の光軸７ａ、７ｂ、７ｃが決める平面に直交した直線偏
光になっている。しかも第７図ではこの平面は直線７ａ
の回りにπ／４だけ回転させである。従って、共振器よ
りの出射ビームは水平面に対してπ／４だけ傾いた直線
偏光であって、これが２枚組のフェーズリターダ５及び
６に導かれる。周知の原理によって、フェーズリターダ
よりの射出ビーム９は円偏光になっている。
しかし、第７図に示す従来の方式では以下のような問題
点が存在する。
点が存在する。
第１は光学部品数が多すぎて価格が高くなることである
。
。
第２は系が大型で複雑化することである。
第３は外部の光学系もレーザ共振器なみに精密構造にし
ないとレーザビームのポインテングスタビリテーが不足
して切断特性が低下することである。
ないとレーザビームのポインテングスタビリテーが不足
して切断特性が低下することである。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡
易な構成で円偏光出力ビームを射出するレーザ発振袋装
置を提供することを目的とする。
易な構成で円偏光出力ビームを射出するレーザ発振袋装
置を提供することを目的とする。
本発明はでは上記課題を解決するために、出力結合鏡、
リア鏡からなるレーザ共振器において、 該リア鏡が光軸を中心として同心円状に配列した条痕群
を有し、該条痕の深さがレーザ発振波長における該リア
鏡面材質の表皮効果深さとレーザ発振波長の中間にある
ことを特徴とするレーザ発振装置が、 提供される。
リア鏡からなるレーザ共振器において、 該リア鏡が光軸を中心として同心円状に配列した条痕群
を有し、該条痕の深さがレーザ発振波長における該リア
鏡面材質の表皮効果深さとレーザ発振波長の中間にある
ことを特徴とするレーザ発振装置が、 提供される。
リア鏡の条痕によって、偏光特性が円対称となり、出力
ビームは円偏光ではないが、円対称偏光ビームと同様な
特性を有し、切断加工等に円偏光ビームとして適用する
ことができる。
ビームは円偏光ではないが、円対称偏光ビームと同様な
特性を有し、切断加工等に円偏光ビームとして適用する
ことができる。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図に本発明のレーザ発振装置の一実施例の構成図を
示す。第１図は第７図の従来技術と異なり、出力結合鏡
４とリア鏡ｌが対向しただけの単段共振器から成立する
。ただし、リア鏡１は通常の全反射鏡ではなくて同心円
状の条痕を有する。
示す。第１図は第７図の従来技術と異なり、出力結合鏡
４とリア鏡ｌが対向しただけの単段共振器から成立する
。ただし、リア鏡１は通常の全反射鏡ではなくて同心円
状の条痕を有する。
すなわち、第２図に示す同心円状のＥベクトルの配列に
対して高い反射率を有するように作られている。こ゛の
リア鏡の詳細については後述する。
対して高い反射率を有するように作られている。こ゛の
リア鏡の詳細については後述する。
この時レーザビーム９も第２図にに示すものと同様の偏
光特性を示す。このようなレーザビームを集光して切断
加工に応用すると偏光方向は決して円偏光ではないが円
対称のものとなるので円偏光を用いた時と同様な特性を
示す。
光特性を示す。このようなレーザビームを集光して切断
加工に応用すると偏光方向は決して円偏光ではないが円
対称のものとなるので円偏光を用いた時と同様な特性を
示す。
次にこのような偏光方向選択性を有するリア鏡１の詳細
について説明する。第３図にリア鏡の表面の条痕を誇張
した外観図、第４図にリア鏡の断面図を示す、図では、
表面の同心円状の条痕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。
について説明する。第３図にリア鏡の表面の条痕を誇張
した外観図、第４図にリア鏡の断面図を示す、図では、
表面の同心円状の条痕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。
要はこのような鏡面上ではミクロ的には斜方向反射が起
きていることに由来する反射率異方性が存在するのであ
る。即ちＥベクトルが条痕に平行の場合の方が垂直な場
合よりも反射率が高いのである。
きていることに由来する反射率異方性が存在するのであ
る。即ちＥベクトルが条痕に平行の場合の方が垂直な場
合よりも反射率が高いのである。
リア鏡１の反射率に方向性がない場合は、ここで述べた
複合偏光状態を含めて、全ての偏光状態での発振は損失
が全部同一であるので、全ての方向に発振の可能性があ
り、レーザ光はランダム偏光になる。従って、同心円状
の条痕を有するリア鏡１の使用が不可欠である。
複合偏光状態を含めて、全ての偏光状態での発振は損失
が全部同一であるので、全ての方向に発振の可能性があ
り、レーザ光はランダム偏光になる。従って、同心円状
の条痕を有するリア鏡１の使用が不可欠である。
次にこのリア鏡の格子の作用を述べる。第５図にリア鏡
の断面図を示す。図において、１はリア鏡であり、７は
共振器内の定在波光軸である。リア鏡１０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５図に示すように、入射光波長に対する表皮
効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）ｄが格子深さＤに
比較して十分小さい場合には、反射はこの表皮効果深さ
内部における自由電子の振動に由来して発生するので、
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（知
られているように、異なった値、 Ｒｘ ＝ｔａｎｚ（θ−φ） ／ｌａｎ” （θ＋φ〕
Ｒ）’ ＝ｓｉｎ” （θ−φ） ／ｓｉｎ” （θ＋
φ〕（但し、 θ＝ｓｉｎ−’（Ｒｓｉｎ 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 ％ Ｒｙの値は會及び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Ｒｙの方が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
。
の断面図を示す。図において、１はリア鏡であり、７は
共振器内の定在波光軸である。リア鏡１０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５図に示すように、入射光波長に対する表皮
効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ）ｄが格子深さＤに
比較して十分小さい場合には、反射はこの表皮効果深さ
内部における自由電子の振動に由来して発生するので、
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（知
られているように、異なった値、 Ｒｘ ＝ｔａｎｚ（θ−φ） ／ｌａｎ” （θ＋φ〕
Ｒ）’ ＝ｓｉｎ” （θ−φ） ／ｓｉｎ” （θ＋
φ〕（但し、 θ＝ｓｉｎ−’（Ｒｓｉｎ 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 ％ Ｒｙの値は會及び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Ｒｙの方が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Ｄａｄの場合について検討する。第６図にこの場合
のリア鏡１の断面図を示す。図において、１はリア鏡で
あり、７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は表皮効果深さである。第６図の場合も自
由電子の振動は図の斜線で示す表皮効果深さ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ＲＸ
％ 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
る鏡面材質の表皮効果深さ（ｓ ｋ ｉ ｎｄｅｐｔｈ
）以上でなければならない。例えば、ＣＯｚレーザの１
０．６μｍの場合、ダイヤモンド旋盤で切削した銅ミラ
ーを使用すると表皮効果深さ（ｓｋｉｎ ｄｅｐｔｈ
）ｄは６２人になる。
のリア鏡１の断面図を示す。図において、１はリア鏡で
あり、７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は表皮効果深さである。第６図の場合も自
由電子の振動は図の斜線で示す表皮効果深さ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ＲＸ
％ 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
る鏡面材質の表皮効果深さ（ｓ ｋ ｉ ｎｄｅｐｔｈ
）以上でなければならない。例えば、ＣＯｚレーザの１
０．６μｍの場合、ダイヤモンド旋盤で切削した銅ミラ
ーを使用すると表皮効果深さ（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このよ
うな凸凹構造になっており、本発明の目的に叶っている
。
うな凸凹構造になっており、本発明の目的に叶っている
。
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、高次項にも分散され
るので、Ｏ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、Ｏ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５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、ＣＯ２レーザの場合、レーザ波長は１０゜６μｍ
である。
である。
以上説明したように本発明では、リア鏡に同心円状の条
痕を設けたので、レーザ発振器からの射出光が直接円対
称直線偏光になり、簡単な構成で金属や非金属などのレ
ーザ面断加工機において円偏光ビームを得ることができ
る。
痕を設けたので、レーザ発振器からの射出光が直接円対
称直線偏光になり、簡単な構成で金属や非金属などのレ
ーザ面断加工機において円偏光ビームを得ることができ
る。
第１図は本発明のレーザ発振装置の一実施例の構成図、
第２図は同心円状のＥベクトルの配列を示す図、第３図
はリア鏡の表面の条痕を誇張した外観図、第４図は第３
図のリア鏡の断面図、 第５図は格子の深いリア鏡の断面図、 第６図は格子の浅いリア鏡の断面図、 第７図は従来の円偏光を得るためのレーザ発振装置の例
を示す図である。 １−−一−−・−一−−−・−・−リア鏡２．３・−−
−−−・折り返し鏡 ４−・−−−−−・・・−出力結合鏡 ５．６−−−−−−−−−フエーズリターダ７、？ａ、
７ｂ、７ｃ −一一−−−−−−−−−−−−共振器内レーザビーム
８・−−一−−−−−−−−−〜・共振器外レーザビー
ム９−・・−一一一−−・−・〜・円偏光レーザビーム
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４図 第５図 第６図
はリア鏡の表面の条痕を誇張した外観図、第４図は第３
図のリア鏡の断面図、 第５図は格子の深いリア鏡の断面図、 第６図は格子の浅いリア鏡の断面図、 第７図は従来の円偏光を得るためのレーザ発振装置の例
を示す図である。 １−−一−−・−一−−−・−・−リア鏡２．３・−−
−−−・折り返し鏡 ４−・−−−−−・・・−出力結合鏡 ５．６−−−−−−−−−フエーズリターダ７、？ａ、
７ｂ、７ｃ −一一−−−−−−−−−−−−共振器内レーザビーム
８・−−一−−−−−−−−−〜・共振器外レーザビー
ム９−・・−一一一−−・−・〜・円偏光レーザビーム
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４図 第５図 第６図
Claims (2)
- （１）出力結合鏡、リア鏡からなるレーザ共振器にお
いて、 該リア鏡が光軸を中心として同心円状に配列した条痕群
を有し、該条痕の深さがレーザ発振波長における該リア
鏡面材質の表皮効果深さとレーザ発振波長の中間にある
ことを特徴とするレーザ発振装置。 - （２）前記条痕の深さが、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63015197A JPH01189972A (ja) | 1988-01-26 | 1988-01-26 | レーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63015197A JPH01189972A (ja) | 1988-01-26 | 1988-01-26 | レーザ発振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01189972A true JPH01189972A (ja) | 1989-07-31 |
Family
ID=11882138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63015197A Pending JPH01189972A (ja) | 1988-01-26 | 1988-01-26 | レーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01189972A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008117528A1 (ja) * | 2007-03-24 | 2008-10-02 | Photonic Lattice, Inc. | 一様でない偏光分布を有するレーザー共振器及びレーザー装置 |
| JP2009188361A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Chiba Univ | 軸対称偏向レーザー発振装置及び軸対称偏光レーザー発振方法。 |
| JP2009295838A (ja) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Tohoku Univ | レーザー共振器 |
| JP2011204942A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ発振器 |
| 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 |
| CN103904536A (zh) * | 2012-12-26 | 2014-07-02 | 清华大学 | 激光器 |
-
1988
- 1988-01-26 JP JP63015197A patent/JPH01189972A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008117528A1 (ja) * | 2007-03-24 | 2008-10-02 | Photonic Lattice, Inc. | 一様でない偏光分布を有するレーザー共振器及びレーザー装置 |
| JPWO2008117528A1 (ja) * | 2007-03-24 | 2010-07-15 | 株式会社フォトニックラティス | 一様でない偏光分布を有するレーザー共振器及びレーザー装置 |
| JP2009188361A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Chiba Univ | 軸対称偏向レーザー発振装置及び軸対称偏光レーザー発振方法。 |
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| JP2011204942A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ発振器 |
| 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 |
| CN103904536A (zh) * | 2012-12-26 | 2014-07-02 | 清华大学 | 激光器 |
| US20140294034A1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-10-02 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Laser |
| US9077145B2 (en) * | 2012-12-26 | 2015-07-07 | Tsinghua University | Laser |
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