JPH01207983A - 固体レーザ装置 - Google Patents
固体レーザ装置Info
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- JPH01207983A JPH01207983A JP63031895A JP3189588A JPH01207983A JP H01207983 A JPH01207983 A JP H01207983A JP 63031895 A JP63031895 A JP 63031895A JP 3189588 A JP3189588 A JP 3189588A JP H01207983 A JPH01207983 A JP H01207983A
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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
- H01S3/05—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
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- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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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、大断面積、大出力で高品質のレーザビームを
得ることのできる固体レーザ装置に関するものである。
得ることのできる固体レーザ装置に関するものである。
第10図は、例えばレーザハンドブック (オーム社、
昭和57年発行)に開示された従来の固体レーザ装置の
一例を示す断面図である。図において、(1)は固体素
子で、たとえばYAGレーザを例にとればY3□、Nd
x、 A +2 So +2なる組成をもつロンドから
なっている。(2)は全反射ミラー、(3)は出口ミラ
ーで、これらによりいわゆる安定型共振器を構成してい
る。(4)、(5) はそれぞれ出口ミラー(3)の
外面及び固体素子(1)の両端面に設けられた5iOz
からなる無反射膜、(6)はアパーチャ、(7)は出口
ミラー(3)の内面に設けられたT i O2よりなる
部分反射膜、(8) 、 (9) はそれぞれ共振器の
内、外に発生したレーザビームである。
昭和57年発行)に開示された従来の固体レーザ装置の
一例を示す断面図である。図において、(1)は固体素
子で、たとえばYAGレーザを例にとればY3□、Nd
x、 A +2 So +2なる組成をもつロンドから
なっている。(2)は全反射ミラー、(3)は出口ミラ
ーで、これらによりいわゆる安定型共振器を構成してい
る。(4)、(5) はそれぞれ出口ミラー(3)の
外面及び固体素子(1)の両端面に設けられた5iOz
からなる無反射膜、(6)はアパーチャ、(7)は出口
ミラー(3)の内面に設けられたT i O2よりなる
部分反射膜、(8) 、 (9) はそれぞれ共振器の
内、外に発生したレーザビームである。
(10)は例えばフラッシュランプからなる固体素子(
1)励起用の光源、(11)は光源(10)の支持部、
(12)は光源(10)の光を反射させて固体素子(2
)に導く反射板、(13)は固体レーザ装置の外枠であ
る。
1)励起用の光源、(11)は光源(10)の支持部、
(12)は光源(10)の光を反射させて固体素子(2
)に導く反射板、(13)は固体レーザ装置の外枠であ
る。
次に動作について説明する。固体素子(1)は、光源(
10)からの直接光と反射板(12)による反射光とに
より励起され、レーザ媒質を形成する。そしてこのレー
ザ媒質内でレーザビーム(8)を共振させて増幅し、さ
らにレーザビーム(8)の一部を固体レーザ装置の外部
にレーザビーム(9)として取りだす。ところで、出口
ミラー(3)と全反射ミラー(2)との間を往復するレ
ーザビーム(8)には、レーザビーム(8)の断面方向
に種々の位相分布をもつものが存在する。このうちでレ
ーザ加工用に最も通ずるものは、断面方向に位相のそろ
ったいわゆるTEMooモードと呼ばれるレーザビーム
である。このレーザビームは発散角が小さく、従ってレ
ンズ等で細くしぼられて高パワー密度となり、効率的な
加工ができる。このTEMooビームは、種々のレーザ
ビームのうちもっとも断面積が小さいため、このレーザ
ビームのみを選択するには小さい開口をもつアパーチャ
(6)をレーザビーム(8)の通路上に挿入することが
必要である。YAGレーザの場合ば、波長は1.06μ
m、であるから、共振器を構成する全反射ミラー(2)
及び出口ミラー(3)の曲率を20m、両ミラー(2)
、 (3)間の光学長を1mとすると、共振器内部で
のTEM、。ビームの直径は約1.8 m mとなる。
10)からの直接光と反射板(12)による反射光とに
より励起され、レーザ媒質を形成する。そしてこのレー
ザ媒質内でレーザビーム(8)を共振させて増幅し、さ
らにレーザビーム(8)の一部を固体レーザ装置の外部
にレーザビーム(9)として取りだす。ところで、出口
ミラー(3)と全反射ミラー(2)との間を往復するレ
ーザビーム(8)には、レーザビーム(8)の断面方向
に種々の位相分布をもつものが存在する。このうちでレ
ーザ加工用に最も通ずるものは、断面方向に位相のそろ
ったいわゆるTEMooモードと呼ばれるレーザビーム
である。このレーザビームは発散角が小さく、従ってレ
ンズ等で細くしぼられて高パワー密度となり、効率的な
加工ができる。このTEMooビームは、種々のレーザ
ビームのうちもっとも断面積が小さいため、このレーザ
ビームのみを選択するには小さい開口をもつアパーチャ
(6)をレーザビーム(8)の通路上に挿入することが
必要である。YAGレーザの場合ば、波長は1.06μ
m、であるから、共振器を構成する全反射ミラー(2)
及び出口ミラー(3)の曲率を20m、両ミラー(2)
、 (3)間の光学長を1mとすると、共振器内部で
のTEM、。ビームの直径は約1.8 m mとなる。
従来はこのように小径のレーザビーl、によってレーザ
加工を行なっていた。
加工を行なっていた。
上記のように構成した従来の固体レーザ装置によれば、
高品質のレーザビームは数mmの小径でしか得ることが
出来ず、YAGロッドをはじめとする固体素子の直径は
10〜15mm程度まで製作可能であるが、従来の装置
ではこの固体素子から十分にレーザ出力がとり出せない
ことになる。また取り出したレーザビームは小径である
ため、出力を増大させると固体素子内での強度が強くな
り、固体素子そのものを歪ませるためビーム品質が損わ
れ、極端な場合は位相の乱れたいわゆるマルチモードが
発生ずることがある。従って、現在市販されている固体
レーザ装置のT E M o。ビームにおける最大出力
は、IOW〜20W程度が上限である。
高品質のレーザビームは数mmの小径でしか得ることが
出来ず、YAGロッドをはじめとする固体素子の直径は
10〜15mm程度まで製作可能であるが、従来の装置
ではこの固体素子から十分にレーザ出力がとり出せない
ことになる。また取り出したレーザビームは小径である
ため、出力を増大させると固体素子内での強度が強くな
り、固体素子そのものを歪ませるためビーム品質が損わ
れ、極端な場合は位相の乱れたいわゆるマルチモードが
発生ずることがある。従って、現在市販されている固体
レーザ装置のT E M o。ビームにおける最大出力
は、IOW〜20W程度が上限である。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされた
もので、高品質のレーザビームを大断面積、従って大出
力で得ることのできる固体レーザ装置を得ることを[1
的とする。
もので、高品質のレーザビームを大断面積、従って大出
力で得ることのできる固体レーザ装置を得ることを[1
的とする。
本発明は上記の目的を達成するためになされたもので、
光励起された固体素子から、部分反射性の拡大ミラーと
全反射性のコリメートミラーとからなる不安定型共振器
を用いてレーザビームを取り出すようにした固体レーザ
装置を折供するものである。
光励起された固体素子から、部分反射性の拡大ミラーと
全反射性のコリメートミラーとからなる不安定型共振器
を用いてレーザビームを取り出すようにした固体レーザ
装置を折供するものである。
固体素子を光励起し、拡大ミラーとコリメートミラーか
らなる不安定型共振器内で共振させて位相のそろった大
断面積のレーザビームを取り出す。
らなる不安定型共振器内で共振させて位相のそろった大
断面積のレーザビームを取り出す。
第1図は本発明の実施例を示す断面図である。
なお、第1O図の従来装置と同−又は相当部分乙こは同
し符号を付し、説明を省略する。図において、(2a)
は固体素子(1)の一方の端面に蒸着された全反射1莫
よりなる全反射コリメートミラーである。
し符号を付し、説明を省略する。図において、(2a)
は固体素子(1)の一方の端面に蒸着された全反射1莫
よりなる全反射コリメートミラーである。
(38)は凸状の出口ミラーで、(4)はこの出口ミラ
ー (3a)の内外面に設けられた例えばSingから
なる無反則膜、(5)は固体素子(1)の他方の端面に
設けられた例えばSingからなる無反射膜である。(
30)は出口ミラー(3a)の内面中央部に設けられた
例えばT i 02の如き部分反射膜よりなる拡大ミラ
ーで、全反射コリメートミラー(2a)とともに不安定
型共振器を構成している。(8a) 、 (9a)はそ
れぞれ共振器の内外に発生したレーザビーム、(10)
は例えばフラッシュランプ、半導体レーザ等からなる固
体素子(1)の励起用の光源である。
ー (3a)の内外面に設けられた例えばSingから
なる無反則膜、(5)は固体素子(1)の他方の端面に
設けられた例えばSingからなる無反射膜である。(
30)は出口ミラー(3a)の内面中央部に設けられた
例えばT i 02の如き部分反射膜よりなる拡大ミラ
ーで、全反射コリメートミラー(2a)とともに不安定
型共振器を構成している。(8a) 、 (9a)はそ
れぞれ共振器の内外に発生したレーザビーム、(10)
は例えばフラッシュランプ、半導体レーザ等からなる固
体素子(1)の励起用の光源である。
上記のように構成した本発明の詳細な説明すれば、次の
通りである。まず固体素子(1)は光源(10)からの
直接光および反射板(12)による反射光により励起さ
れ、レーザ媒質を形成する。一方、拡大ミラー(30)
により拡大反射されたレーザビーム(8a)はこのレー
ザ媒質内で増幅されるとともに、全反射コリメートミラ
ー(2a)により出口ミラー(3a)内面の無反射膜(
4)及び部分反射膜よりなる拡大ミラー(30)を通し
て中づまり状の平行レーザビーム(9a)となって59
体レーザ装置の外部にとり出される。この際レーザビー
ムは、拡大ミラー(30)と全反射コリメートミラー(
2a)よりなる共振器内でイσ往復ごとに拡大されるた
め、共振器内部に発生ずる位+Hのそろった従来例で示
したTEM、。
通りである。まず固体素子(1)は光源(10)からの
直接光および反射板(12)による反射光により励起さ
れ、レーザ媒質を形成する。一方、拡大ミラー(30)
により拡大反射されたレーザビーム(8a)はこのレー
ザ媒質内で増幅されるとともに、全反射コリメートミラ
ー(2a)により出口ミラー(3a)内面の無反射膜(
4)及び部分反射膜よりなる拡大ミラー(30)を通し
て中づまり状の平行レーザビーム(9a)となって59
体レーザ装置の外部にとり出される。この際レーザビー
ムは、拡大ミラー(30)と全反射コリメートミラー(
2a)よりなる共振器内でイσ往復ごとに拡大されるた
め、共振器内部に発生ずる位+Hのそろった従来例で示
したTEM、。
ビームに相当するレーザビームが極めて大断面積で得ら
れることになる。
れることになる。
第2図(a) 、 (b) はそれぞれ本発明によって
得られたレーザビームの一例の形状を示す線図で、拡大
率が3、拡大ミラー(30)の部分反射膜(4)の透過
率が50%であるときの、出口ミラー(3a)内面での
ビーム形状((a)図)及び出口でのビーム形状((b
)図)を示す。
得られたレーザビームの一例の形状を示す線図で、拡大
率が3、拡大ミラー(30)の部分反射膜(4)の透過
率が50%であるときの、出口ミラー(3a)内面での
ビーム形状((a)図)及び出口でのビーム形状((b
)図)を示す。
また、第3図は第2図で示した条件下におけるレーザビ
ームを、焦点距離f = 2.5 mのレンズで集光し
た場合の集光ビームパターンの一例を示す線図である。
ームを、焦点距離f = 2.5 mのレンズで集光し
た場合の集光ビームパターンの一例を示す線図である。
図に示すように、集光パターンはガウス状であることが
わかる。ところで、第3図において、中央の強度が1/
e2になる点で定義した全発散角は約0.2mradと
計算された。いまこの全発散値を重版されている本発明
と同じ出射ビーム径IQmmのYAGレーザの全発散角
と比較すると、本発明では従来の出射ビーム直径の約1
750であり、極めて集光性のよい高品質のレーザビー
ムが得られることがわかる。また本発明のビーム直径は
従来のビーム直径の約5倍であり、従って断面積は約2
5倍であるため、大出力にしても固体素子(1)の変形
を招くことがなく、従来の10倍の約100Wの出力が
容易に得られた。
わかる。ところで、第3図において、中央の強度が1/
e2になる点で定義した全発散角は約0.2mradと
計算された。いまこの全発散値を重版されている本発明
と同じ出射ビーム径IQmmのYAGレーザの全発散角
と比較すると、本発明では従来の出射ビーム直径の約1
750であり、極めて集光性のよい高品質のレーザビー
ムが得られることがわかる。また本発明のビーム直径は
従来のビーム直径の約5倍であり、従って断面積は約2
5倍であるため、大出力にしても固体素子(1)の変形
を招くことがなく、従来の10倍の約100Wの出力が
容易に得られた。
なお、上記の説明では、出口ミラー(3a)の内面に設
けられた無反射膜(4)、及び部分反射膜よりなる拡大
ミラー(30)を通過するそれぞれのレーザビー広間の
位相差は小さく、問題とならなかったが、膜の構成によ
っては大きい位相差が発生し、集光特性が悪化する場合
がある。このときは、例えば第4図に示すように前記2
つのレーザビーム間に光路差を与えるため、出口ミラー
(3a)の外面に断差(31)を設けて、発生した位相
差を打消すようにしてもよく、また共振器内でレーザビ
ームを拡大するには、例えば第5図に示すように凹状の
出口ミラー(3b)を設けることによりおこなってもよ
い。
けられた無反射膜(4)、及び部分反射膜よりなる拡大
ミラー(30)を通過するそれぞれのレーザビー広間の
位相差は小さく、問題とならなかったが、膜の構成によ
っては大きい位相差が発生し、集光特性が悪化する場合
がある。このときは、例えば第4図に示すように前記2
つのレーザビーム間に光路差を与えるため、出口ミラー
(3a)の外面に断差(31)を設けて、発生した位相
差を打消すようにしてもよく、また共振器内でレーザビ
ームを拡大するには、例えば第5図に示すように凹状の
出口ミラー(3b)を設けることによりおこなってもよ
い。
また、共振器ミラーの形成も、第6図に示すように出口
ミラー(3c) (すなわち無反射膜(4))を固体素
子(1)の出口側の端面に直接設けてもよく、あるいは
第7図に示すように両ミラー(3cL (2a)を固体
素子(1)の両端面にそれぞれ設けてもよい。
ミラー(3c) (すなわち無反射膜(4))を固体素
子(1)の出口側の端面に直接設けてもよく、あるいは
第7図に示すように両ミラー(3cL (2a)を固体
素子(1)の両端面にそれぞれ設けてもよい。
このように固体素子(1)の端面に共振器ミラーを形成
すると、装置の安定化、低価格化が実現できる。もちろ
ん通常のように、両共振器ミラーとも第8図に示すよう
に固体素子(1)の外側に設けても良い。
すると、装置の安定化、低価格化が実現できる。もちろ
ん通常のように、両共振器ミラーとも第8図に示すよう
に固体素子(1)の外側に設けても良い。
また、第9図に示すように、ポッケルス素子の如きQス
イッチ素子(50)を共振器内にも配設してQスイッチ
パルス発振をおこなえば、さらに大ピーク出力のレーザ
ビームが得られ、効率的加工ができる。また第9図に示
す素子(50)をKTP素子などの波長変換素子とすれ
ば、位相のそろったビームにより効率的な波長変換が実
現できる。なお素子(50)はQスイッチ素子と波長変
換素子とを組合わせたものでもよい。
イッチ素子(50)を共振器内にも配設してQスイッチ
パルス発振をおこなえば、さらに大ピーク出力のレーザ
ビームが得られ、効率的加工ができる。また第9図に示
す素子(50)をKTP素子などの波長変換素子とすれ
ば、位相のそろったビームにより効率的な波長変換が実
現できる。なお素子(50)はQスイッチ素子と波長変
換素子とを組合わせたものでもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、部分
反射性をもつ拡大ミラーと全反射性のコリメートミラー
とからなる不安定型共振器をもちいて固体素子からレー
ザビームとり出すように構成したので、大断面積、大出
力、高品質のレーザビームを得ることができる。
反射性をもつ拡大ミラーと全反射性のコリメートミラー
とからなる不安定型共振器をもちいて固体素子からレー
ザビームとり出すように構成したので、大断面積、大出
力、高品質のレーザビームを得ることができる。
第1図は本発明の実施例を示す断面図、第2図(a)、
(b)及び第3図はそれぞれ第1図の作用を示す線図、
第4図、第5図、第6図、第7図、第8図及び第9図は
それぞれ本発明の別の実施例を示す断面図、第10図は
従来の固体レーザ装置の一例を示す断面図である。 (1)・・・固体素子、 (2)、(2a)・・・全反
射コリメートミ ラー、 (3a)、(3b)、(3
c)−出ロミ、ラー、 (4)、(5)・・・無反射
膜、(8a) 、 (9a)・・・レーザビーム、(1
o)・・・光源、(12)・・・反射板、(30)・・
・拡大ミラー、(31)・・・段差。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。 駅語歓(照宸馴) +!法餌(是ま軛) コ 賛烟餡(狸凹頷) 第5図 第6図 第7図 +3 12IOII 第10図
(b)及び第3図はそれぞれ第1図の作用を示す線図、
第4図、第5図、第6図、第7図、第8図及び第9図は
それぞれ本発明の別の実施例を示す断面図、第10図は
従来の固体レーザ装置の一例を示す断面図である。 (1)・・・固体素子、 (2)、(2a)・・・全反
射コリメートミ ラー、 (3a)、(3b)、(3
c)−出ロミ、ラー、 (4)、(5)・・・無反射
膜、(8a) 、 (9a)・・・レーザビーム、(1
o)・・・光源、(12)・・・反射板、(30)・・
・拡大ミラー、(31)・・・段差。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。 駅語歓(照宸馴) +!法餌(是ま軛) コ 賛烟餡(狸凹頷) 第5図 第6図 第7図 +3 12IOII 第10図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 固体素子、この固体素子に光を照射する光源及びレー
ザビームを共振させる共振器等からなり、前記共振器に
形成されたレーザ媒質内でレーザビームを共振させ、そ
の一部を外部に取出すように構成した装置において、 前記共振器に、部分反射性の拡大ミラーと、全反射性の
コリメートミラーとによつて構成した不安定型共振器を
用いたことを特徴とする固体レーザ装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63031895A JP2673301B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 固体レーザ装置 |
KR1019880006600A KR910008990B1 (ko) | 1987-06-03 | 1988-06-02 | 레이저장치 |
US07/201,999 US4903271A (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
DE8888108902T DE3879547T2 (de) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser-apparat. |
EP88108902A EP0293907B1 (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63031895A JP2673301B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01207983A true JPH01207983A (ja) | 1989-08-21 |
JP2673301B2 JP2673301B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=12343751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63031895A Expired - Fee Related JP2673301B2 (ja) | 1987-06-03 | 1988-02-16 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2673301B2 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59145585A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レ−ザ発振器 |
JPS61234087A (ja) * | 1985-03-05 | 1986-10-18 | レーザー コーポレーション オブ アメリカ | レ−ザ装置の光共振器 |
JPS62123788A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-05 | Toshiba Corp | 波長可変形レ−ザ発振装置 |
-
1988
- 1988-02-16 JP JP63031895A patent/JP2673301B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59145585A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レ−ザ発振器 |
JPS61234087A (ja) * | 1985-03-05 | 1986-10-18 | レーザー コーポレーション オブ アメリカ | レ−ザ装置の光共振器 |
JPS62123788A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-05 | Toshiba Corp | 波長可変形レ−ザ発振装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2673301B2 (ja) | 1997-11-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |