JPH01293988A - レーザ加工装置 - Google Patents
レーザ加工装置Info
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- JPH01293988A JPH01293988A JP63122572A JP12257288A JPH01293988A JP H01293988 A JPH01293988 A JP H01293988A JP 63122572 A JP63122572 A JP 63122572A JP 12257288 A JP12257288 A JP 12257288A JP H01293988 A JPH01293988 A JP H01293988A
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- mirror
- prism
- laser
- resonator
- corner cube
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
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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〕
本発明は高出力レーザを用いたレーザ加工装置に関する
。更に詳細にはレーザを用いた金属及び非金属切断装置
の改良に関する。
。更に詳細にはレーザを用いた金属及び非金属切断装置
の改良に関する。
第4図に従来の高出力レーザを用いたレーザ加工装置の
原理図を示す。一般のプロファイル切断加工における円
偏光レーザビーム利用の有利さについては周知であるの
でここでは説明を省略する。
原理図を示す。一般のプロファイル切断加工における円
偏光レーザビーム利用の有利さについては周知であるの
でここでは説明を省略する。
第4図に示すのはかかる円偏光ビームの発生法の一種で
ある。第4図では、レーザの励起技術については省略し
、偏光を規定する共振器についてのみ示しである。共振
器は全反射鏡1、折り返し鏡2及び3ならびに出力結合
鏡4によって構成される2段折り返し共振器であって、
かかる共振器からの出力ビームは電気ベクトルが折り返
した光軸7a、7b、7Cの作る平面に垂直方向の直線
偏光ビームになっていることも周知である。
ある。第4図では、レーザの励起技術については省略し
、偏光を規定する共振器についてのみ示しである。共振
器は全反射鏡1、折り返し鏡2及び3ならびに出力結合
鏡4によって構成される2段折り返し共振器であって、
かかる共振器からの出力ビームは電気ベクトルが折り返
した光軸7a、7b、7Cの作る平面に垂直方向の直線
偏光ビームになっていることも周知である。
第4図に示す共振器ではこの平面が地表に対してπ/4
だけ傾斜させである。したがって共振器の外に射出され
るレーザビーム8aの電気ヘクトル方向は地表への垂線
からπ/4だけ傾斜している。この直線偏光ビームをπ
/2位相遅延鏡5によって直角に偏向させると、これも
よく知られた原理によって反射光8bは円偏光ビームに
なる。
だけ傾斜させである。したがって共振器の外に射出され
るレーザビーム8aの電気ヘクトル方向は地表への垂線
からπ/4だけ傾斜している。この直線偏光ビームをπ
/2位相遅延鏡5によって直角に偏向させると、これも
よく知られた原理によって反射光8bは円偏光ビームに
なる。
このレーザ加工装置ではこの円偏光ビームを集光レンズ
6によって焦点9aに集光する。9は焦点にいたるまで
のビームである。この焦点近傍には加工体10を設置す
るが通常加工体10は加工テーブルによって位置制御が
なされている。
6によって焦点9aに集光する。9は焦点にいたるまで
のビームである。この焦点近傍には加工体10を設置す
るが通常加工体10は加工テーブルによって位置制御が
なされている。
第4図の構成では共振器内には直線偏光を得るための折
り返し鏡2.3が必要である。また、共振器外には円偏
光を得るための位相遅延鎖5が必要である。これらはレ
ーザ加工に必要な特殊な偏光特性を得るために用いるの
であって偏光以外のレーザ特性からは却って不必要なも
のである。
り返し鏡2.3が必要である。また、共振器外には円偏
光を得るための位相遅延鎖5が必要である。これらはレ
ーザ加工に必要な特殊な偏光特性を得るために用いるの
であって偏光以外のレーザ特性からは却って不必要なも
のである。
すなわち、これらの構成要素によって、以下の問題が生
じる。第一にかかる鏡は高価格のものである。第二に必
要以上の鏡の存在はレーザ出力を低下させる。第三に鏡
が多い程汚染によるレーザ出力低下など信頼性が低下す
る。第四に必要以上の鏡は光学調整機構を複雑にする。
じる。第一にかかる鏡は高価格のものである。第二に必
要以上の鏡の存在はレーザ出力を低下させる。第三に鏡
が多い程汚染によるレーザ出力低下など信頼性が低下す
る。第四に必要以上の鏡は光学調整機構を複雑にする。
第5に数多い鏡の存在はレーザビームの振動やポインテ
ングスタビリテーの低下の原因になる。
ングスタビリテーの低下の原因になる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、折
り返し鏡及び位相遅延鎖等を必要としない簡単な構成の
レーザ加工装置を提供することを目的とする。
り返し鏡及び位相遅延鎖等を必要としない簡単な構成の
レーザ加工装置を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、出力結合鏡なら
びに全反射鏡からなるレーザ共振器からの出力ビームを
集光用光学系によって集光して加工体に照射するレーザ
加工装置において、該全反射鏡が3個の互いに直交する
反射面を有する光学部品からなることを特徴とするレー
ザ加工装置が、 提供される。
びに全反射鏡からなるレーザ共振器からの出力ビームを
集光用光学系によって集光して加工体に照射するレーザ
加工装置において、該全反射鏡が3個の互いに直交する
反射面を有する光学部品からなることを特徴とするレー
ザ加工装置が、 提供される。
すなわち、全反射鏡の代わりにコーナキューブプリズム
等の3個の互いに直交する反射面を用いた単段レーザ発
振器を用い、その射出ビームを集光レンズで加工体に焦
点を結ばせてレーザ加工を行わせる。
等の3個の互いに直交する反射面を用いた単段レーザ発
振器を用い、その射出ビームを集光レンズで加工体に焦
点を結ばせてレーザ加工を行わせる。
コーナキューブプリズム等の反射鏡を全反射鏡に用いた
レーザ発振器からは円対称性を有する偏光特性ビームが
射出されるので折り返し鏡は勿論のこと位相遅延鎖をも
使用しなくても良好なプロファイル切断特性が得られる
。
レーザ発振器からは円対称性を有する偏光特性ビームが
射出されるので折り返し鏡は勿論のこと位相遅延鎖をも
使用しなくても良好なプロファイル切断特性が得られる
。
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であるのレーザ加工装置の構
成図を示す。第4図の示す従来技術のものは共振器内が
4個、共振器外が2個の光学部品から構成される。これ
に対して本発明ではそれぞれ、共振器内が2個、共振器
外が1個の光学部品から構成される。
成図を示す。第4図の示す従来技術のものは共振器内が
4個、共振器外が2個の光学部品から構成される。これ
に対して本発明ではそれぞれ、共振器内が2個、共振器
外が1個の光学部品から構成される。
本発明によるレーザ共振器の特徴は出力結合鏡4は通常
のものであるが、全反射鏡に例えばセレン化砒素(Zn
Se)から出来ているコーナキューブプリズム11を用
いていることである。コーナキューブプリズム11は一
体のセレン化砒素(ZnSe)で作られ、円柱の底面1
5を通常の光学部品なみの面精度、即ちλ程度に光学研
摩し、CO□レーザの場合には10.6μmに対する反
射防止膜をつけている。今日の反射防止膜技術では吸収
損失0.05%程度の膜が入手可能である。
のものであるが、全反射鏡に例えばセレン化砒素(Zn
Se)から出来ているコーナキューブプリズム11を用
いていることである。コーナキューブプリズム11は一
体のセレン化砒素(ZnSe)で作られ、円柱の底面1
5を通常の光学部品なみの面精度、即ちλ程度に光学研
摩し、CO□レーザの場合には10.6μmに対する反
射防止膜をつけている。今日の反射防止膜技術では吸収
損失0.05%程度の膜が入手可能である。
コーナキューブプリズム11の側面16には図には示し
ていないが、水で冷却等などをするとより効果的である
。コーナキューブプリズム11には稜線が13a、13
b、13cと3本あり、その交点は頂点12である。2
本の稜線によって扇状にはさまれた反射面は14a、1
4b、14cと3面ありこれらも底面15と同一の面積
度に研摩されであるが表面膜は存在しない。
ていないが、水で冷却等などをするとより効果的である
。コーナキューブプリズム11には稜線が13a、13
b、13cと3本あり、その交点は頂点12である。2
本の稜線によって扇状にはさまれた反射面は14a、1
4b、14cと3面ありこれらも底面15と同一の面積
度に研摩されであるが表面膜は存在しない。
コーナキューブプリズム11への入射光線は入射面であ
る底面15を通過して入射すると3面の反射面14a、
14b、14cで都合3回の全反射を経て再度底面15
を通過してコーナキー−ブプリズム11の外にでる。こ
の時底面を通過する時に合計約0.1%の吸収損を生じ
るが3回の全反射では発生しない。また、プリズムを構
成するセレン化砒素(ZnSe)内部での吸収損と敗乱
損も今日の技術によると底面での吸収損に比較して十分
に小さい。
る底面15を通過して入射すると3面の反射面14a、
14b、14cで都合3回の全反射を経て再度底面15
を通過してコーナキー−ブプリズム11の外にでる。こ
の時底面を通過する時に合計約0.1%の吸収損を生じ
るが3回の全反射では発生しない。また、プリズムを構
成するセレン化砒素(ZnSe)内部での吸収損と敗乱
損も今日の技術によると底面での吸収損に比較して十分
に小さい。
3枚の反射面14a、14b、14cは今日の技術レベ
ルによると相互に0.5secの角度誤差で正直角に研
摩できるのでその時にはプリズムのアラインメント状態
に関係なく入射光と反射光は反平行になるのでレーザ共
振器は常によくアラインメントが取れた状態になり都合
がよい。
ルによると相互に0.5secの角度誤差で正直角に研
摩できるのでその時にはプリズムのアラインメント状態
に関係なく入射光と反射光は反平行になるのでレーザ共
振器は常によくアラインメントが取れた状態になり都合
がよい。
コーナキューブプリズム11への入射角は3回の反射が
全て全反射であることより制約が課せられるが、図に示
すように入射光線が完全対称線であるようにすればよい
。この時入射角θは、θ−arccos (1/(丁)
=54,7356゜になる。
全て全反射であることより制約が課せられるが、図に示
すように入射光線が完全対称線であるようにすればよい
。この時入射角θは、θ−arccos (1/(丁)
=54,7356゜になる。
第2図に第1図の構成の共振器を発振させた時のニアフ
ィールドパターンを示す。この図は実験的に得たもので
ある。これによるとコーナキューブプリズムを利用した
共振器では共振器断面が6個の要素領域からなることが
分かるが同一の領域においては同一の反射径路を取るの
である。
ィールドパターンを示す。この図は実験的に得たもので
ある。これによるとコーナキューブプリズムを利用した
共振器では共振器断面が6個の要素領域からなることが
分かるが同一の領域においては同一の反射径路を取るの
である。
本発明の特徴はコーナキューブプリズム共振器の有する
円対称偏光特性の利用にある。第1図に示す共振器は文
献 rA]ignment characteristic
s of an optical maser wit
h a corner prism、Norio Ka
rube and Eiso Yamada、 Jap
anese Journal of Applied
Physics 、 Volume 6.No 3.
pp 364−374.March 1967Jによる
と次に述べる性質を有することが分かっている。即ち、
第2図の6個の領域はそれぞれ対となって組み合わせら
れる3組のグループに分類することができる。それぞれ
のグループには直交する2組の直線固有偏光状態があっ
てレーザ共振器内で共振にあずかっている。一般の斜方
向入射では反射率に差が生じて有利な条件下のものだけ
が発振するが、本発明の場合は反射率100%の全反射
であるので合計6個の偏光状態のいずれの状態も平等に
発振することになる。
円対称偏光特性の利用にある。第1図に示す共振器は文
献 rA]ignment characteristic
s of an optical maser wit
h a corner prism、Norio Ka
rube and Eiso Yamada、 Jap
anese Journal of Applied
Physics 、 Volume 6.No 3.
pp 364−374.March 1967Jによる
と次に述べる性質を有することが分かっている。即ち、
第2図の6個の領域はそれぞれ対となって組み合わせら
れる3組のグループに分類することができる。それぞれ
のグループには直交する2組の直線固有偏光状態があっ
てレーザ共振器内で共振にあずかっている。一般の斜方
向入射では反射率に差が生じて有利な条件下のものだけ
が発振するが、本発明の場合は反射率100%の全反射
であるので合計6個の偏光状態のいずれの状態も平等に
発振することになる。
第3図に上記の文献の関係式を用いて計算した固有偏光
状態を示す。すなわち、 セレン化砒素(ZnSe)の屈折率n=2.4入射角θ
−54,7356゜ について上記文献にある関係式を用いてこの固有偏光状
態を算出する。これはコーナキューブプリズム11の底
面15を入射方向に覗いた図であり、実線は各領域の稜
線13a、13b、13cを、そして点線はその反射像
を示す。矢印で示したのが固有直線偏光状態の電気ヘク
トルの振動方向である。これらの2木は直交しており稜
線とそれぞれ18.338°、108.338°をなし
ている。
状態を示す。すなわち、 セレン化砒素(ZnSe)の屈折率n=2.4入射角θ
−54,7356゜ について上記文献にある関係式を用いてこの固有偏光状
態を算出する。これはコーナキューブプリズム11の底
面15を入射方向に覗いた図であり、実線は各領域の稜
線13a、13b、13cを、そして点線はその反射像
を示す。矢印で示したのが固有直線偏光状態の電気ヘク
トルの振動方向である。これらの2木は直交しており稜
線とそれぞれ18.338°、108.338°をなし
ている。
第1図に示したレーザ発振器からの出力ビーム8はこれ
ら6組の直線偏光が同じ強度で混じりあったものである
。このビームを集光レンズ6で集光ビーム9に集光する
と、焦点9aが得られる。
ら6組の直線偏光が同じ強度で混じりあったものである
。このビームを集光レンズ6で集光ビーム9に集光する
と、焦点9aが得られる。
加工体10がχ、Yテーブル上に乗せられてプロファイ
ル切断を行う。本発明のビームは円偏光を有するもので
はないが6回の回転対称を有し第1図の構成のレーザ切
断機では第4図に示す円偏光の場合と同等のプロファイ
ル切断特性が得られることを確認することができた。
ル切断を行う。本発明のビームは円偏光を有するもので
はないが6回の回転対称を有し第1図の構成のレーザ切
断機では第4図に示す円偏光の場合と同等のプロファイ
ル切断特性が得られることを確認することができた。
以上の説明はコーナキューブプリズムと通常の出力結合
鏡の組合せからなる共振器について説明を行ったが、こ
れ以外の構成によっても本発明を実施することができる
。例えば、コーナキューブプリズムを3枚の反射鏡をそ
れぞれの面が直角になるように配列したコーナキューブ
反射鏡で置換してもよい。また、通常の鏡面を使用しな
いコーナキューブ素子同士からなる共振器でもよい。こ
れらの共振器の場合には固有偏光状態はもはや直線偏光
ではなく一般に楕円偏光になる。しかしそれらは前記の
場合と同様6回の回転対称を持つ合計6組の偏光状態に
なるのでプロファイル切断加工においては円偏光同様の
良好な切断結果が得られるのである。
鏡の組合せからなる共振器について説明を行ったが、こ
れ以外の構成によっても本発明を実施することができる
。例えば、コーナキューブプリズムを3枚の反射鏡をそ
れぞれの面が直角になるように配列したコーナキューブ
反射鏡で置換してもよい。また、通常の鏡面を使用しな
いコーナキューブ素子同士からなる共振器でもよい。こ
れらの共振器の場合には固有偏光状態はもはや直線偏光
ではなく一般に楕円偏光になる。しかしそれらは前記の
場合と同様6回の回転対称を持つ合計6組の偏光状態に
なるのでプロファイル切断加工においては円偏光同様の
良好な切断結果が得られるのである。
以上説明したように本発明では、コーナキューブプリズ
ム等の反射鏡と出力結合鏡で共振器を構成したので、折
り返し鏡と位相遅延鎖を用いることなく、良好なプロフ
ァイル切断が可能となる。
ム等の反射鏡と出力結合鏡で共振器を構成したので、折
り返し鏡と位相遅延鎖を用いることなく、良好なプロフ
ァイル切断が可能となる。
従って、レーザ加工装置における、機構構成の簡素化、
低価格化、レーザ出力の低下防止、信頼性向上、レーザ
ビームの振動防止とポインテングスタビリテー向上によ
る切断特性の改良を実現することができる。
低価格化、レーザ出力の低下防止、信頼性向上、レーザ
ビームの振動防止とポインテングスタビリテー向上によ
る切断特性の改良を実現することができる。
またレーザ共振器において光学部品のアラインメント許
容値が大幅に増大し、略アラインメントを要さないレー
ザ加工装置を構成することもできる。
容値が大幅に増大し、略アラインメントを要さないレー
ザ加工装置を構成することもできる。
第1図は本発明の一実施例であるレーザ加工装置の構成
図、 第2図は本発明に用いたレーザのニアフィールドパター
ンを示す図、 第3図は本発明の一実施例に用いたレーザの固有直線状
態の電気ヘクトルの振動方向を示す図、第4図は従来技
術によるレーザ加工装置の構成を示す図である。 1−−−−−−−−−−−−−−全反射鏡2.3−−−
−−−−−−−−一−−−折り返し鏡4−−−一一一一
一−−−−−−−出力結合鏡5−一一−−−−−−−位
相遅延鏡 6−−−−−−−−−−−−−−一集光レンズ7a〜7
c−−−−−−−一共振器内レーザビーム8a、8
b−−−−−−−−−−−−−−一共振器外レーザビー
ム9−−−−−−−−−−−−−一集光ビーム9 a
−−−−−−−−−−−−−一焦点10−−−−−−−
−−−−−一加工体11−−−−−−−−−−−−−−
−コーナキューブプリズム12−−−−−−・−・−頂
点 13 a 〜13 c−−−−−−−−−−−−−−一
稜線14a〜14 c−−−−−−−−−−−−−−一
反射面15−−−−−−−−−−−−−一底面16−−
−−−−−−−−−−−−一側面特許出願人 ファナッ
ク株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 〕 第2図
図、 第2図は本発明に用いたレーザのニアフィールドパター
ンを示す図、 第3図は本発明の一実施例に用いたレーザの固有直線状
態の電気ヘクトルの振動方向を示す図、第4図は従来技
術によるレーザ加工装置の構成を示す図である。 1−−−−−−−−−−−−−−全反射鏡2.3−−−
−−−−−−−−一−−−折り返し鏡4−−−一一一一
一−−−−−−−出力結合鏡5−一一−−−−−−−位
相遅延鏡 6−−−−−−−−−−−−−−一集光レンズ7a〜7
c−−−−−−−一共振器内レーザビーム8a、8
b−−−−−−−−−−−−−−一共振器外レーザビー
ム9−−−−−−−−−−−−−一集光ビーム9 a
−−−−−−−−−−−−−一焦点10−−−−−−−
−−−−−一加工体11−−−−−−−−−−−−−−
−コーナキューブプリズム12−−−−−−・−・−頂
点 13 a 〜13 c−−−−−−−−−−−−−−一
稜線14a〜14 c−−−−−−−−−−−−−−一
反射面15−−−−−−−−−−−−−一底面16−−
−−−−−−−−−−−−一側面特許出願人 ファナッ
ク株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 〕 第2図
Claims (4)
- (1)出力結合鏡ならびに全反射鏡からなるレーザ共振
器からの出力ビームを集光用光学系によって集光して加
工体に照射するレーザ加工装置において、 該全反射鏡が3個の互いに直交する反射面を有する光学
部品からなることを特徴とするレーザ加工装置。 - (2)前記光学部品はコーナキューブプリズムであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工
装置。 - (3)前記光学部品はコーナキューブ反射鏡であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工装
置。 - (4)前記光学部品はコーナキューブ素子で構成されて
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
ザ加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63122572A JPH01293988A (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | レーザ加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63122572A JPH01293988A (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | レーザ加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01293988A true JPH01293988A (ja) | 1989-11-27 |
Family
ID=14839224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63122572A Pending JPH01293988A (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | レーザ加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01293988A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105589205A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-05-18 | 中国人民解放军63655部队 | 利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法 |
CN105629484A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-01 | 中国人民解放军63655部队 | 利用圆锥镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法 |
-
1988
- 1988-05-19 JP JP63122572A patent/JPH01293988A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105589205A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-05-18 | 中国人民解放军63655部队 | 利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法 |
CN105629484A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-01 | 中国人民解放军63655部队 | 利用圆锥镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法 |
CN105629484B (zh) * | 2016-03-24 | 2017-11-28 | 中国人民解放军63655部队 | 利用圆锥镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法 |
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