JPH0418475B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0418475B2 JPH0418475B2 JP21452285A JP21452285A JPH0418475B2 JP H0418475 B2 JPH0418475 B2 JP H0418475B2 JP 21452285 A JP21452285 A JP 21452285A JP 21452285 A JP21452285 A JP 21452285A JP H0418475 B2 JPH0418475 B2 JP H0418475B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- curvature
- axis direction
- section
- gas laser
- laser oscillator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はガスレーザ発振器の改良に関する。
従来、２個のミラーにより構成される安定形共
振器を備えて成るガスレーザ発振器においては、
当該ガスレーザ発振器から射出されるレーザ出射
光の発振横モードは、縦・横とも同じ形状のもの
が良いとされている。このため、安定形共振器を
構成するミラーの形状は円形とし、その曲率は平
面または球面のものが使用されている。これによ
り、軸対象な発振モード（例えば、TEMooとい
うような中心を通るどの断面においても同一な形
状）を得ることができる。
振器を備えて成るガスレーザ発振器においては、
当該ガスレーザ発振器から射出されるレーザ出射
光の発振横モードは、縦・横とも同じ形状のもの
が良いとされている。このため、安定形共振器を
構成するミラーの形状は円形とし、その曲率は平
面または球面のものが使用されている。これによ
り、軸対象な発振モード（例えば、TEMooとい
うような中心を通るどの断面においても同一な形
状）を得ることができる。
しかしながら、このレーザ光を一般の集光レン
ズで集光した場合には真円形のスポツトとなり、
長円形のスポツトを得るためには、シリンドリカ
ルレンズ、あるいはシリンドリカルレンズと一般
の集光レンズとを組合わせたもの、一方向のみに
曲率を有した凹面ミラー等の特殊な集光光学系を
用いる必要があり、またこの種の手段では微細な
スポツト径が得られないという問題がある。
ズで集光した場合には真円形のスポツトとなり、
長円形のスポツトを得るためには、シリンドリカ
ルレンズ、あるいはシリンドリカルレンズと一般
の集光レンズとを組合わせたもの、一方向のみに
曲率を有した凹面ミラー等の特殊な集光光学系を
用いる必要があり、またこの種の手段では微細な
スポツト径が得られないという問題がある。
本発明は上記のような問題を解決するために成
されたもので、その目的は特殊な集光光学系を用
いることなく、縦と横の径の異なる微細な長円形
のスポツト径を得ることが可能なガスレーザ発振
器を提供することにある。
されたもので、その目的は特殊な集光光学系を用
いることなく、縦と横の径の異なる微細な長円形
のスポツト径を得ることが可能なガスレーザ発振
器を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明では、２個の
ミラーにより構成される安定形共振器を備えて成
るガスレーザ発振器において、上記ガスレーザ発
振器を構成する２個のミラーのうち少なくとも一
方のミラーの曲率を、Ｘ軸方向断面とＹ軸方向断
面とで曲率半径が異なるように選定し、発振する
横モードのビームウエスト径を変化させることに
より集光特性を変化させるようにしたことを特徴
とする。
ミラーにより構成される安定形共振器を備えて成
るガスレーザ発振器において、上記ガスレーザ発
振器を構成する２個のミラーのうち少なくとも一
方のミラーの曲率を、Ｘ軸方向断面とＹ軸方向断
面とで曲率半径が異なるように選定し、発振する
横モードのビームウエスト径を変化させることに
より集光特性を変化させるようにしたことを特徴
とする。
以下、本発明を図面に示す一実施例について説
明する。第１図ａ，ｂは、本発明によるガスレー
ザ発振器に適用する安定形共振器の構成例を断面
図にて示したものである。図において、本安定形
共振器は全反射ミラー１および出力ミラー２の２
個のミラーにより構成している。この場合本実施
例では、２個のミラー１，２のうち一方のミラー
２の曲率は平面とし、他方のミラー１の曲率はＸ
軸方向断面１′とＹ軸方向断面１とで曲率半径が
異なるように選定している。なお、図中３はＹ軸
方向出力モードTEMoo、４はＸ軸方向出力モー
ドTEMoo、５はレーザ出射光を示すものであ
る。
明する。第１図ａ，ｂは、本発明によるガスレー
ザ発振器に適用する安定形共振器の構成例を断面
図にて示したものである。図において、本安定形
共振器は全反射ミラー１および出力ミラー２の２
個のミラーにより構成している。この場合本実施
例では、２個のミラー１，２のうち一方のミラー
２の曲率は平面とし、他方のミラー１の曲率はＸ
軸方向断面１′とＹ軸方向断面１とで曲率半径が
異なるように選定している。なお、図中３はＹ軸
方向出力モードTEMoo、４はＸ軸方向出力モー
ドTEMoo、５はレーザ出射光を示すものであ
る。
かかる構成において、安定形共振器長をＬとす
ると本共振器から得られるレーザ光の性質を特徴
づけるパラメータとして、ビームウエストでのビ
ーム径Wo（TEMooモードにおけるパワー分布に
おけるそのパワーが中心の１／e2になる部分まで
の半径）は次式にて書き表わされる。
ると本共振器から得られるレーザ光の性質を特徴
づけるパラメータとして、ビームウエストでのビ
ーム径Wo（TEMooモードにおけるパワー分布に
おけるそのパワーが中心の１／e2になる部分まで
の半径）は次式にて書き表わされる。
Wp＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Ｒ−Ｌ）〕1/4 ……(1)
ここで、λはレーザの波長である。
この(1)式において、曲率半径ＲにＸ軸方向・Ｙ
軸方向について夫々異なつた値を代入すると、 Wpx＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Rx−Ｌ）〕1/4 ……(2) Wpy＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Ry−Ｌ）〕1/4 ……(3) かかる(2)、(3)式から、TEMooモードにおいて
これは明らかに異なつたビーム径を与えることが
わかる。そこで、このＸ軸方向・Ｙ軸方向のビー
ム径の比は、 Wpx／Wpy＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Rx−Ｌ）〕1/4／
（λ／π）1/2〔Ｌ（Ry−Ｌ）〕1/4 ＝〔（Rx−Ｌ）／（Ry−Ｌ）〕1/4
……(4) と与えられることがわかる。
軸方向について夫々異なつた値を代入すると、 Wpx＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Rx−Ｌ）〕1/4 ……(2) Wpy＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Ry−Ｌ）〕1/4 ……(3) かかる(2)、(3)式から、TEMooモードにおいて
これは明らかに異なつたビーム径を与えることが
わかる。そこで、このＸ軸方向・Ｙ軸方向のビー
ム径の比は、 Wpx／Wpy＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Rx−Ｌ）〕1/4／
（λ／π）1/2〔Ｌ（Ry−Ｌ）〕1/4 ＝〔（Rx−Ｌ）／（Ry−Ｌ）〕1/4
……(4) と与えられることがわかる。
ここで、一例としてＸ軸方向・Ｙ軸方向の各ビ
ーム径の比が１：２のものを得たいとすると、 1/2＝〔（Rx−Ｌ）／（Ry−Ｌ）〕1/4 （1/2）4＝（Rx−Ｌ）／（Ry−Ｌ） Ry＝16（Rx−Ｌ） ∴Ry−Ｌ＝16Rx−15L ここで、共振器長５ｍ、Ｘ軸方向の曲率半径６
ｍとして Ry＝16×６−15×５＝96−75＝21 と計算することができ、Ｘ軸方向の曲率半径６
ｍ、Ｙ軸方向の曲率は半径21ｍとすることができ
る。
ーム径の比が１：２のものを得たいとすると、 1/2＝〔（Rx−Ｌ）／（Ry−Ｌ）〕1/4 （1/2）4＝（Rx−Ｌ）／（Ry−Ｌ） Ry＝16（Rx−Ｌ） ∴Ry−Ｌ＝16Rx−15L ここで、共振器長５ｍ、Ｘ軸方向の曲率半径６
ｍとして Ry＝16×６−15×５＝96−75＝21 と計算することができ、Ｘ軸方向の曲率半径６
ｍ、Ｙ軸方向の曲率は半径21ｍとすることができ
る。
かかる安定形共振器を炭酸ガスレーザ発振器に
適用すれば、 λ＝10.6×10-6（ｍ）、π＝3.14159として Wpx＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Rx−Ｌ）〕1/4 ＝（10.6×10-6／3.14159）1/2・〔５（６−５）〕1/
4 ＝1.836×10-3・1.495 ＝2.74×10-3（ｍ） ……(5) Wpy＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Ry−Ｌ）〕1/4 ＝（10.6×10-6／3.14159）1/2・〔５（21−５）〕 ＝1.836×10-3・2.990 ＝5.49×10-3（ｍ） ……(6) と与えられる。
適用すれば、 λ＝10.6×10-6（ｍ）、π＝3.14159として Wpx＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Rx−Ｌ）〕1/4 ＝（10.6×10-6／3.14159）1/2・〔５（６−５）〕1/
4 ＝1.836×10-3・1.495 ＝2.74×10-3（ｍ） ……(5) Wpy＝（λ／π）1/2〔Ｌ（Ry−Ｌ）〕1/4 ＝（10.6×10-6／3.14159）1/2・〔５（21−５）〕 ＝1.836×10-3・2.990 ＝5.49×10-3（ｍ） ……(6) と与えられる。
この時、レーザ光の特性である広がり角（全
角）は、 θ＝2λ／πWp ……(7) で定義されており、この場合このレーザ光を集光
したときのスポツト直径ｄは、そのレンズの焦点
距離ｆとすると、 ｄ＝ｆ・θ ……(8) で与えられる。
角）は、 θ＝2λ／πWp ……(7) で定義されており、この場合このレーザ光を集光
したときのスポツト直径ｄは、そのレンズの焦点
距離ｆとすると、 ｄ＝ｆ・θ ……(8) で与えられる。
すると、上記(7)、(8)式より、
ｄ＝ｆ・（2λ／πWp）＝２・ｆ・λ／π・１／Wp
……(9) でスポツト直径ｄが与えられ、ビーム径Wpに反
比例することがわかる。そこで、Wpx：Wprb＝
１：２とすると、各方向のスポツト直径の比dx：
dyは２：１とすることができる。なおこの場合、
スポツト直径とビーム径の大きさの関係は反転す
ることに注意が必要である。
……(9) でスポツト直径ｄが与えられ、ビーム径Wpに反
比例することがわかる。そこで、Wpx：Wprb＝
１：２とすると、各方向のスポツト直径の比dx：
dyは２：１とすることができる。なおこの場合、
スポツト直径とビーム径の大きさの関係は反転す
ることに注意が必要である。
次に、前述の数値を用いてこのスポツト直径を
計算してみると、Wpx＝2.74（mm）、Wpr＝5.49
（mm）、焦点距離ｆ＝250（mm）として、 dx＝2.250×10-3・10.6×10-6／3.1
4159×１／2.74×10-3＝0.614×10-3 dy＝2.250×10-3・10.6×10-6／3.1
4159×１／5.49×10-3＝0.307×10-3 となり、dxが0.61mm、dyが0.31mmの直径に集光さ
れることがわかる。
計算してみると、Wpx＝2.74（mm）、Wpr＝5.49
（mm）、焦点距離ｆ＝250（mm）として、 dx＝2.250×10-3・10.6×10-6／3.1
4159×１／2.74×10-3＝0.614×10-3 dy＝2.250×10-3・10.6×10-6／3.1
4159×１／5.49×10-3＝0.307×10-3 となり、dxが0.61mm、dyが0.31mmの直径に集光さ
れることがわかる。
上述したように本実施例では、２個のミラー
１，２により構成される安定形共振器を備えて成
るガスレーザ発振器において、上記ガスレーザ発
振器を構成する２個のミラー１，２のうち一方の
ミラー１の曲率は平面とし、他方のミラー２の曲
率をＸ軸方向断面とＹ軸方向断面とで曲率半径
Rx、Ryが異なるように選定し、発振する横モー
ドのビームウエスト径Wpを変化させることによ
り集光特性を変化させるようにしたものである。
１，２により構成される安定形共振器を備えて成
るガスレーザ発振器において、上記ガスレーザ発
振器を構成する２個のミラー１，２のうち一方の
ミラー１の曲率は平面とし、他方のミラー２の曲
率をＸ軸方向断面とＹ軸方向断面とで曲率半径
Rx、Ryが異なるように選定し、発振する横モー
ドのビームウエスト径Wpを変化させることによ
り集光特性を変化させるようにしたものである。
従つて、従来のように特殊な集光光学系を用い
ることなく、縦と横の径の異なる微細な長円形の
スポツト径を得ることができる。また、シリンド
リカルレンズ等を使用した場合に比べて集光特性
が良く、微細なスポツト径に集光することができ
る。もつて、このような長円形のスポツトビーム
が得られるガスレーザ発振器は、長円形の穴あ
け、一方向のみへのスキヤニング、Ｘ軸、Ｙ軸方
向でのスキヤン速度の異なる加工等、種々の分野
に応用することができるものである。
ることなく、縦と横の径の異なる微細な長円形の
スポツト径を得ることができる。また、シリンド
リカルレンズ等を使用した場合に比べて集光特性
が良く、微細なスポツト径に集光することができ
る。もつて、このような長円形のスポツトビーム
が得られるガスレーザ発振器は、長円形の穴あ
け、一方向のみへのスキヤニング、Ｘ軸、Ｙ軸方
向でのスキヤン速度の異なる加工等、種々の分野
に応用することができるものである。
尚、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても実施することができ
るものである。
ではなく、次のようにしても実施することができ
るものである。
(a) 上記実施例では、一方のミラーの曲率は平面
とし、他方のミラーの曲率はＸ軸方向断面とＹ
軸方向断面とで曲率半径Rx、Ryが異なるもの
としたが、これに限らず双方のミラーともＸ軸
方向断面とＹ軸方向断面とで異なる曲率半径
Rx、Ryを有するものとすることも同様に考え
ることができる。
とし、他方のミラーの曲率はＸ軸方向断面とＹ
軸方向断面とで曲率半径Rx、Ryが異なるもの
としたが、これに限らず双方のミラーともＸ軸
方向断面とＹ軸方向断面とで異なる曲率半径
Rx、Ryを有するものとすることも同様に考え
ることができる。
(b) また、一方のミラーではＸ軸方向断面にのみ
曲率を有しＹ軸方向断面には平面とし、他方の
ミラーではＹ軸方向断面のみに曲率を有しＸ軸
方向断面には平面としたような共振器構成とす
ることも考えられるものである。
曲率を有しＹ軸方向断面には平面とし、他方の
ミラーではＹ軸方向断面のみに曲率を有しＸ軸
方向断面には平面としたような共振器構成とす
ることも考えられるものである。
その他、本発明はその要旨を変更しない範囲
で、種々に変形して実施することができるもので
ある。
で、種々に変形して実施することができるもので
ある。
以上説明したように本発明によれば、２個のミ
ラーにより構成される安定形共振器を備えて成る
ガスレーザ発振器において、上記ガスレーザ発振
器を構成する２個のミラーのうち少なくとも一方
のミラーの曲率を、Ｘ軸方向断面とＹ軸方向断面
とで曲率半径が異なるように選定し、発振する横
−ドのビームウエスト径を変化させることにより
集光特性を変化させるようにしたので、特殊な集
光光学系を用いることなく、縦と横の径の異なる
微細な長円形のスポツト径を得ることが可能な極
めて信頼性の高いガスレーザ発振器が提供でき
る。
ラーにより構成される安定形共振器を備えて成る
ガスレーザ発振器において、上記ガスレーザ発振
器を構成する２個のミラーのうち少なくとも一方
のミラーの曲率を、Ｘ軸方向断面とＹ軸方向断面
とで曲率半径が異なるように選定し、発振する横
−ドのビームウエスト径を変化させることにより
集光特性を変化させるようにしたので、特殊な集
光光学系を用いることなく、縦と横の径の異なる
微細な長円形のスポツト径を得ることが可能な極
めて信頼性の高いガスレーザ発振器が提供でき
る。
第１図ａ，ｂは本発明の一実施例を示す断面
図、第２図は同実施例を示す斜視図、第３図ａ，
ｂは同実施例における共振器構成から得られる
TEMooモードのＸ断面およびＹ断面図、第４図
は同実施例における共振器を構成するミラーの形
状を示す図、第５図ａ，ｂは同実施例により得ら
れるレーザ光の集光の変化を示す図である。 １……全反射ミラー、２……出力ミラー、３，
４……Ｙ軸、Ｘ軸方向の出力モード、５……レー
ザ出射光。
図、第２図は同実施例を示す斜視図、第３図ａ，
ｂは同実施例における共振器構成から得られる
TEMooモードのＸ断面およびＹ断面図、第４図
は同実施例における共振器を構成するミラーの形
状を示す図、第５図ａ，ｂは同実施例により得ら
れるレーザ光の集光の変化を示す図である。 １……全反射ミラー、２……出力ミラー、３，
４……Ｙ軸、Ｘ軸方向の出力モード、５……レー
ザ出射光。
Claims (1)
- １ ２個のミラーにより構成される安定形共振器
を備えて成るガスレーザ発振器において、前記ガ
スレーザ発振器を構成する２個のミラーのうち少
なくとも一方のミラーの曲率を、Ｘ軸方向断面と
Ｙ軸方向断面とで曲率半径が異なるように選定し
たことを特徴とするガスレーザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21452285A JPS6276581A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | ガスレ−ザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21452285A JPS6276581A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | ガスレ−ザ発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6276581A JPS6276581A (ja) | 1987-04-08 |
| JPH0418475B2 true JPH0418475B2 (ja) | 1992-03-27 |
Family
ID=16657114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21452285A Granted JPS6276581A (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | ガスレ−ザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6276581A (ja) |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21452285A patent/JPS6276581A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6276581A (ja) | 1987-04-08 |
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