JPH01270372A - レーザ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は高品質なレーザビームを発生するし一ザ装置
に関するものである。

〔従来の技術］ 第８図はレーザハンドブック（Ｌａｓｅｒ　Ｈａｎｄｂ
ｏｏｋ１９７９、Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ　　Ｐｕ
ｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃａｍｐａｎｙ）　Ｐ、７に記載さ
れた従来の不安定型共振器を有するレーザ装置を示す断
面側面図である。図において（１）は凹面鏡よりなる全
反射ミラー、（２）はこの全反射ミラーに対向配置され
た６面鏡よりなる拡大ミラーであり、両ミラー（１）　
、　（２）は全反射ミラーをなす。（３）はレーザ媒質
でＣＯ。レーザ等のガスレーザの場合は放電などにより
励起されたガス媒質、ＹＡＧレーザなどの固体レーザの
場合はフラッシュランプ等により励起されたガラス媒質
であり、（４）はウィンドミラー、り５）はウィンドミ
ラー面上に施された無反射コーテイング膜、（６）は周
囲を覆う箱体、（７）はミラー（１）、（２）により構
成される光共振器内に発生するレーザビーム、（８）は
拡大ミラー周辺部より外部に取出されたレーザビームで
ある。

次に動作について説明する。ミラー（１）、（２）はい
わゆる不安定型共振器を構成しており、拡大ミラー（２
）により反射拡大されたレーザビームはレーザ媒質（３
）により増幅されると共に、コリメートミラー（１）に
より平行ビームにコリメートされ、拡大ミラー（２）及
びミラー周辺部上に反射させ、リング状のビームとして
ウィンドミラー（４）より外部にとり出される。取出さ
れるリング状のレーザビーム（８）はほとんど等位相で
得られるため、レンズ等により集光することにより中高
のビームとなり、鉄板などの切断、溶接等を効率よく行
なうことができる。

また、その集光の度合いは取出されるリング状ビームの
内径と外径との比であるＭ　Ｍ　（Ｍａｇｎ１ｆ’１ｃ
ａＬｉｏｎ　ｒａｃｔｅｒ）で決まり、Ｍ値が大きいほ
ど、すなわち、より中づまりで取出されたビームはどよ
く集光される。しかしＭ値を大きくすると発振効率が著
しく悪化するため、工業的に現実にもちいられるＭ値の
上限は２程度である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のレーザ装置は上記のように構成されており、集光
特性を向上させるためにＭ値を大きくすると発振効率が
悪化するので、実用的にはＮ１値を最高集光性能の得ら
れる無限大近くまであげられないのが問題で、予てより
その対策が要望されていた。

本発明は上記のような従来装置の問題点を解消するため
になされたもので、発振効率の低下を招かずにＭ値が無
限大に近い高品質のレーザビームを取出すことができる
レーザ装置を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明はレーザ装置において
、出口ミラーの全反射ミラーと対向する面の中央部に部
分反射膜をコーティングした部分反射部を設けるととも
に、その周辺部及び他面側は無反射膜をコーティングし
た無反射部とした。

なお上記部分反射部の形状はレーザ装置のレーザ媒質の
断面形状と相似とした。

また必要に応じ、上記部分反射部は段部とするか、また
はレーザ装置外のレーザビーム光路上に、光軸中心より
の距離に応じて厚みを変化させたミラーよりなる位相補
正ミラーを配置した。

［作　用］ 出口ミラーに部分反射部を設けることにより中づまりの
レーザビームを出射できるようになり、レーザビームは
この中づまりのビームと、無反射部より出射されるリン
グ状ビームとより形成されるので、Ｍ値は無限大に近く
レーザビームの品質は格段に高品質となる。

また部分反射部を段部とするかまたは上記位相補正ミラ
ーを配設することにより、レーザビーム断面の位相分布
は自由に補正することができる。

［発明の実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示すもので（ａ）は断面図
、（ｂ）は一部正面図で、図中（１）〜（８）は従来装
置と同一または相当部品、（１０）は出口ミラ＋、（１
１）はその内面に形成された部分反射膜である。図にお
いて、出口ミラー（１０）はウィンドミラーをかねる凸
面鏡で、全反射ミラー（１）に対向する面の中央部には
部分反射機能を有する部分反射膜（１１）がコーティン
グされ、拡大ミラーとして機能する。なお部分反射膜（
１１）の形状はレーザ媒質の断面形状と相似の矩形状と
する。また部分反射膜（１１）の周辺部、及び他面側に
は無反射コーテイング膜（５）がコーティングされてい
る。

次に動作について説明する。

全反射ミラー（１）と凸面鏡（１０）の部分反射膜（１
１）部とはいわゆる不安定型共振器を構成しており、凸
面鏡（１０）の部分反射膜（１１）で反射拡大されたレ
ーザビーム（７）は、レーザ媒質（３）により増幅され
ると共に、全反射ミラー（１）により平行ビームにコリ
メートされ、凸面鏡（１０）より外部ヘレーザビーム（
８）として取出される。このレーザビーム（８）は部分
反射膜（１１）を通過する部分と、無反射コーテイング
膜（５）を通過する部分とでできており、部分反射膜（
１１）を通過する部分は部分透過性をもつので、レーザ
ビーム（８）は中づまりであり、従来の不安定型共振器
で定義されたＭ値は無限大に相当する。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は夫々従来及びこの発明の−
実施例による不安定型共振器で発生したレーザビームを
レンズで集光させた場合のパターン形状を模式的に示す
特性図であり、横軸は光軸からの距離。

縦軸はビーム強度である。

この実験では両者の発振特性をほぼ同一にするため、部
分反射膜（１１）の反射率は５０％、また部分反射膜（
１１）の径とビーム外径との比は１，５とした。

（即ち、Ｍ−１，５の従来の不安定型共振器の拡大ミラ
ー（２）に５０％の部分透過性をもたせて、この発明の
不安定型共振器とした。） また、凸面鏡（１０）の両面の曲率は同一としく厚みを
一定とし）、レーザビーム（８）が凸面ｍ　（１０）を
通過後も平行ビームであるようにした。第２図（ａ）　
、　（ｂ）で示される各集光性能を比較すると、この発
明による第２図（ｂ）は中央強度が高く、かつ光軸上に
集中したレーザビームが得られることがわかる。

また中央の強度の山（メインローブ）には全パワーの約
８２０６のレーザパワーが含まれていることが確かめら
れ、これは従来の不安定型共振器でのＭ値が無限大での
理論値８０％にほぼ匹敵する値であり、理論限界に近い
集光性が得られていることがわかる。

さらに矩形の部分反射膜（１１）の作用について説明を
加える。レーザビームは矩形状の部分反射膜（１１）に
より部分反射されて共振器内を往復するため、その断面
は矩形となる。一方レーザ媒質（３）は特に大出力用の
ものを考えれば矩形断面であることが多く、したがって
レーザ媒質の矩形断面に相似の矩形断面を有するレーザ
ビームはレーザ媒質（３）の断面を完全にみたすことが
でき、効率よくレーザビームをとり出すことができる。

レーザビーム断面が円形の場合、ビームは１ノーザ媒質
の矩形断面に内接する円としてレーザ媒質内を通過する
のでレーザ媒質の全断面を利用できず、その分動率は落
ちる。第３図は矩形の放電により形成されたガスレーザ
媒質から矩形断面のレーザビームを取り出した場合（直
線Ａ）と円形断面レーザビームで取り出した場合（直線
Ｂ）の比較を示すものである。本発明のように矩形断面
レーザビームを発生させることにより著しく発振効率が
上がることがわかる。

さらに矩形断面ビームは第４図に示すようにランプ（２
０）により励起された断面矩形の固体素子（３）からレ
ーザビームをとり出す場合にはとくに効果を発揮し、加
えて第４図に示すジグザグ光路をとれば、固体素子内の
温度分布による影響が打消されて高品質なレーザビーム
を得ることができる。効 なお、出口ミラーには第５図に示すような凹面鏡（３０
）を用いてもよい。

また、上記実施例では無反射コーテイング膜（５）を通
過する場合の位相変化と部分反射Ｈ（２０）を通過する
場合の位相変化との差が小さいため集光性のよい位相の
よくそろったレーザビーム（８）が得られたが、部分反
射膜（１１）の反射率を上げて部分反射膜（１１）の膜
厚を大きくした場合には両者の間に生じる位相差により
集光性能が悪化する。

この場合にはこの位相差を打消す手段として例えば第６
図に示すように凸面ＩＡ　（１０）側に段部（４０）を
設け、拡大ミラ一部即ち部分反射膜（１１）をコーティ
ングした部分と、拡大ミラー周辺部、即ち無反射コーテ
イング膜（５）をコーティングした部分との間に段差を
設けても実現できる。

なお、上記位相差を打消す手段として、第７図に示すよ
うにレーザ共振器より取り出されたレーザビーム光路上
にその光軸中心からの距離に応じて厚みを変化させた位
相補正ミラー（５ｏ）を配設し、上記レーザビームを位
相補正ミラー（５ｏ）を通過させることによりビーム断
面の位相分布を消去させるようにしてもよい。

またレーザ媒質の形状によっては三角または楕円状の部
分反射膜（１１）を使用した方が効率の上ることもあり
、要は効率が上るようにレーザビームの断面形状をレー
ザ媒質の断面形状と相似になるようにすればよい。

［発明の効果］ 本発明はレーザ装置において、その出口ミラーの全反射
ミラーに対向する面の中央部に部分反射膜をコーティン
グし、その周辺部及び他面側には無反射膜をコーティン
グするとともに、部分反りＪ膜の形状をレーザ媒質の断
面形状と相似ならしめたので、出口ミラー周辺部の無反
射膜より出射するリング状のレーザビームと部分反射膜
を通過する中づまりのレーザビームとからなるビームが
取り出されることとなり、Ｍ値無限大に相当する高品質
のレーザビームが効率よく得られることとなった。

またレーザビームを厚みを変化させたミラーを透過させ
るようにしたので、ビーム断面の位相分布を補正できる
こととなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すレーザ装置の（ａ）は
側面断面図、（ｂ）はそのＡ部正面図、第２図はレーザ
ビームのパターンを示す特性図で（ａ）は従来装置によ
る特性図、（ｂ）は本発明に係る装置の特性図、ｊｆｉ
Ｂ図は発振効率を示す線図、第４図は断面矩形のレーザ
媒質を偏えたレーザ装置の断面図、第５図、第６図、第
７図は他の実施例を示す断面図、第８図は従来のレーザ
装置の断面図である・　図中（１）は全反射ミラー、（
３）はレーザ媒質、（５）は無反射膜、（７）は共振器
内のレーザビーム、（８）は取り出されたレーザビーム
、（１０）は出口ミラー、（１１）は部分反射膜、（３
０）は凹面鏡による出口ミラー、（４０）は段部、（５
０）は位相補正ミラーである。 なお図中同一符号は同一または相当部品を示すものとす
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ装置において、 出口ミラーの全反射ミラーに対向する面の中央部にレー
   ザ媒質の断面形状と相似な形状を有する部分反射部を設
   けるとともに、該部分反射部の周辺部及び他面側を無反
   射部とした ことを特徴とするレーザ装置。
2. （２）レーザ装置において レーザビームの光路上に厚さを変化させたミラーを配設
   し、 上記レーザビームを該ミラーを透過させることにより、
   レーザビーム断面の位相分布を補正しうるように構成し
   た ことを特徴とするレーザ装置。