JPH03257979A - レーザ発振器 - 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］ 本発明は、レーザ発振器に係り、さらに詳しくは、共振
器を構成するミラーの冷却構造の改良に関するものであ
る。

［従来の技術］ 第５図は例えばレーザハンドブック（オーム社、昭和５
７年）に記載された従来の不安定型共振器を用いたレー
ザ発振器の一例を示す構成図である。

図において、（１）、（２）はそれぞれ凹面状の例えば
Ｃｕより成る全反射ミラー（曲率半径Ｒ１−１ｍ）及び
拡大ミラー（曲率半径Ｒ２−２ｍ）で、全反射ミラー（
１）及び拡大ミラー（２）は共振器長さ１．５　ｍで配
設され、負枝構成の共焦点構成（拡大率Ｍ−２）となっ
ている。（３）　、　（４）はそれぞれ全反射ミラー（
１）及び拡大ミラー（２〉が装着されたミラー押え、（
５）　、　（６）は全反射ミラー（１）及び拡大ミラー
（２〉に接触して両ミラー（１）、（２）を冷却する平
板で構成されたミラー冷却板である。〈７）は例えばＣ
ｕより成るスクレーパミラーで、不安定型共振器内から
リング状のレーザビーム出力を取り出すようになってい
る。（８〉は例えばＺｎ５ｅより成る透過ミラーで、レ
ーザビームは透過ミラー（８）を通過することによりレ
ーザ発振器外へ出射される。（９〉はレーザ媒質で、例
えばＣＯ２レーザ等のガスレーザの場合は放電などによ
り励起されたガラス媒質、ＹＡＧ等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固体媒質である
。（ｌＯ〉はレーザビーム径を制御するアパーチャ、（
１１）は不安定型共振器の周囲を覆う箱体、（１２）は
全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）により構成され
る不安定型共振器の内部に発生したレーザビーム、（１
３）は透過ミラー（８）により外部に取り出されたリン
グ状のレーザビームである。

第６図は第５図で示した拡大ミラー（２）の周辺のミラ
ー装着装置の断面図である。図において、（２ａ）　、
（２ｂ）はそれぞれ拡大ミラー（２〉の開口径、ミラー
径を示し、（２ｂ−２８）が熱接触部に相当している。

（１４）は拡大ミラー〈２）を装着したミラー押え（４
〉をミラー冷却板（６〉に固定するボルトである。（１
５〉は拡大ミラー（２）の背面に設けられた０リシグで
、このＯリング（１５）が拡大ミラー（２〉を押すこと
により、拡大ミラー〈２）はミラー冷却板（６）に圧着
され、拡大ミラー（２〉とミラー冷却板（６）の熱接触
が保証されるようになっている。

なお、第６図では拡大ミラー（２〉周辺のミラー装着装
置の構成を示したが、全反射ミラー（１）の周辺のミラ
ー装着装置の構成もこれと同様である。

次に、作用について説明する。レーザビーム（１２）は
全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）の間を往復し、
この往復の間にレーザ媒質（９）により増幅される。こ
のようにして増幅されたレーザビーム（１２）の一部は
スクレーバミラー（７）により反射され、透過ミラー（
８）を通ってレーザ発振器の外部に取り出される。取り
出されたレーザビーム（１３〉は、不安定型共振器の構
成が共焦点配置であるため、平行ビームとなる。

この場合、全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）はレ
ーザ光に対して若干の吸収率を有しているため、レーザ
ビーム（１２）が不安定型共振器内を往復している間に
、全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２〉に熱が吸収さ
れる。この熱は水冷されたミラー冷却板（５）　、　（
８）の表面の接触面から放熱され、ミラー温度の上昇を
防止する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように構成した従来の不安定型共振器を備えたレ
ーザ発振器においては、ミラー冷却板（５）　、　（６
）は平板で構成されているので、曲率を有する全反射ミ
ラー（１）及び拡大ミラー（２）とミラー冷却板（５）
、（［ｉ）との接触は、エツジ部のみに限定されている
。従って全反射ミラー（ｌ〉、拡大ミラー（２）とミラ
ー冷却板（５）　、　（８）との接触が不十分で必要な
熱量を奪いきれないため、ミラー温度が上昇してミラー
の熱吸収率が増大し、さらにミラー温時の上昇を招くと
いった悪循環を繰り返し、ミラーの破損を招くことがあ
る。また、全反射ミラー（１）、拡大ミラー（２〉と冷
却板（５）　、　（６）との接触が場所的に不均一な場
合は、ミラー温度分布の非対称性により、レーザビーム
の対称性が失われるおそれもある。

このことを、さらに第６図で考察すると次のようになる
。いま、曲率半径の小さな拡大ミラー（２〉を使用する
と、平面で構成されたミラー冷却板（６）と拡大ミラー
（２〉との間に空隙Δｄ（空気層）が介在し、効率的な
熱接触が得られないことになる。この空隙Δｄの大きさ
は拡大ミラー（２）の曲率半径Ｒと拡大ミラー（２）の
開口径２ｄ及びミラー径Ｒの関数となり、次式で表わさ
れる。

Δｄ−１了２３−π７１丁−］・・・［１］Ｅｌ］式よ
り、拡大ミラー（２〉の曲率半径Ｒが小さくなるほど、
また、ミラー径２ｂとミラーの開口径２ａの差が大きく
なるほど空隙Δｄは増大することがわかる。しかし、放
熱の観点から（ｂ−ａ）の大きさはある程度必要である
ため、拡大ミラー（２〉の曲率半径Ｒが小さくなる場合
には、空隙Δｄの介在にによる冷却能力の低下は不可避
のものとなる。

いま、実際に生じる空隙Δｄの値を［１１式により評価
してみる。第６図の例で、Ｒ−１ｍ、２ａ＝８０ｍｍ、
　、２ｂ−５ｈ＋ｅを［１コ式に代入すると、Δｄ−０
，２ｍｍを得る。このように０．２關の空隙Δｄが存在
し、拡大ミラー（２〉の放熱が十分ではなかった。

そこで、冷却能力を上げるため、無理に拡大ミラー（２
）の曲面を変形してミラー冷却板（６）に密着させたと
ころ、ミラー歪が発生して規定のレーザビームが得られ
なかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされた
もので、いかなる曲率半径のミラーを使用した場合にも
十分な熱接触面積が確保され、ミラー装着時のストレス
が集中せず、安定したレーザビームが得られるレーザ発
振器を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るレーザ発振器は、ミラーと接触するミラー
冷却板のミラー冷却面をミラーと同等の曲率半径で形成
し、かつこのミラー冷却面に鏡面加工を施したものであ
る。

［作用］ ミラー間を往復するレーザビームの一部はミラーに吸収
される。ミラーに吸収されたレーザビームの熱は冷却板
の表面の接触面全体から放熱され、ミラーの温度上昇を
防止する。この場合、ミラー冷却板のミラー接触面には
鏡面加工が施されているため、ミラーはミラー接触面の
全面に当るので、ミラー装着時のストレスが接触面全体
で分散されて１点に集中することが無く、また、ミラー
との熱接触も良好となる。

［発明の実施例コ 第１図は本発明実施例の要部拡大断面図である。

なお、第６図の従来例と同−又は相当部分には同じ符号
を付し、説明を省略する。（６ａ〉はミラー冷却板で、
拡大ミラー（２）との接触部表面がミラー曲率と同等の
曲率を持つように形成され、かつ鏡面加工されている。

なお、図示してないが、全反射ミラー（１〉のミラー冷
却板も上記と同様に構成されている。

上記のように構成した本発明においては、レーザビーム
（１２〉は第５図に示した場合と同様に、全反射ミラー
（１）と拡大ミラー（２〉との間を往復して、この間に
レーザ媒質（９）により増幅され、レーザビーム（１３
）となって外部に取り出される。

方、全反射ミラー（１）と拡大ミラー（２）はレーザ光
に対して若干の吸収率を有しているため、レーザビーム
（１２）が共振器内を往復している間に全反射ミラー（
１）及び拡大ミラー（２〉に熱が吸収される。この吸収
された熱は拡大ミラー（２〉側の水冷されたミラー冷却
槽（６ａ）及び全反射ミラー（１）側の水冷されたミラ
ー冷却板（図示せず）の表面の接触面全体から放熱され
、ミラー温度の上昇を防止する。その際ミラー冷却槽（
６ａ）及び全反射ミラー（１）側のミラー冷却板は、ミ
ラーの曲率と同じ形状に加工されているため、圧着時に
拡大ミラー（２）及び全反射ミラー（１〉の曲面が変化
することはない。また、ミラー冷却板（６ａ〉の拡大ミ
ラー（２）、全反射ミラー（１）との接触面は鏡面加工
が施されているため、空気層が形成されることはなく、
良好な冷却効果が得られる。

上記の実施例では、拡大ミラー（２）が凹面である場合
について示したが、全反射ミラー（１〉及び拡大ミラー
（２）は第２図に示すように凸面ミラー（２ａ）であっ
てもよく、この場合にも本発明を実施することができる
。また、第３図に示すようにミラーは透過型のミラー（
２ｂ）であってもよい。したがって、本実施例では、負
技構成の不安定型共振器について述べたが、正枝構成の
不安定型共振器でも、また、安定型共振器構成でも同様
の効果が発揮される。さらに第４図に示すように、中央
が部分反射部（２１）、周辺部が無反射部（２２）で構
成された反射率分布ミラー（２Ｃ〉を用いた場合にも本
発明を実施することができる。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように、本発明はミラー面と接
触するミラー冷却板の接触面をミラーと同等の曲率半径
で形成して鏡面加工を施したので、ミラー装着時に局所
的なストレスを発生することなく、効率的な冷却性能が
実現され、高品質のレーザビームが安定に得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の要部断面図、第２図〜第４図は
それぞれ本発明の他の実施例の要部断面図、第５図は従
来のレーザ発振器の一例を示す構成図、第６図は第５図
の要部拡大断面図である。 図において、（１）は全反射ミラー　（２）は拡大ミラ
ー　（２ａ〉は凸面ミラー　（２ｂ）は透過型のミラ（
２ｃ〉は反射率分布ミラー　（３）　、　（４）はミラ
ー押え板、（６ａ）はミラー冷却板、（７）はスクレー
バミラー　（８）は透過ミラー　（９）はレーザ媒質、
（ｌＯ〉はアパーチャ、（１１）は箱体、（１２）、（
１３）はレーザビームである。 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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 曲率を有するミラーを使用した共振器を有するレーザ発
   振器において、 前記ミラーと接触するミラー冷却板のミラー冷却面を前
   記ミラーと同等の曲率半径で形成し、かつ該ミラー冷却
   面に鏡面加工を施したことを特徴とするレーザ発振器。