JPH04286174A - レーザ発振装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームのモード
形状（次数）を変化させるモード変更手段を備えたレー
ザ発振装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】レーザビームのモードは、一般的には図
３で示すように、ＴＥＭ００，ＴＥＭ０１，ＴＥＭ１０
，マルチモード等、様々な強度分布を持つものに分かれ
ている。このモードは、後述する発振器内の共振器構成
である出力ミラーの曲率と、反射ミラーからなるリヤミ
ラーの曲率と、これら両ミラー間の共振器長及びレーザ
発振を行うために励起されたレーザ媒体の大きさにより
決定される。

【０００４】レーザビームの基準モードは、図３中左側
に示すＴＥＭ００モードと呼ばれるもので、レーザの強
度分布がガウス分布をしたものである。ここで、図４に
示すように、反射ミラー１及び出力ミラー２の曲率構成
が同じで、両ミラー１，２間の距離、即ち、共振器長Ｒ
が同じものである場合に、レーザビームの径を制限する
小円形の開口部３を有したモード変更手段としてのアパ
ーチャ４を光軸内に配設することにより、図３中右側に
示すような高次モードのレーザビームの発振損失を大き
くし、ＴＥＭ００モードを得ることができる。つまり、
レーザ媒体５を光軸方向から見た場合のレーザ媒体の断
面積と、共振器長Ｒとの比が小さい方がＴＥＭ００モー
ドが発生し易くなる。逆に、図４において、アパーチャ
４等のレーザビーム径を制限するものが無い場合には、
レーザビームの発振損失も小さく、ＴＥＭ０１，ＴＥＭ
１０等の低次モードも発生し易くなり、それらが全て発
生すると、通常、マルチモードと呼ばれる比較的レーザ
ビームの強度分布が均一なモードが得られる。

【０００５】一般的に、マルチモードは、レーザ媒体を
有効に使用するため、大出力のレーザ発振器に多く用い
られ、低次モードは小出力のレーザ発振器に多く用いら
れている。

【０００６】工業用レーザ発振器においては、切断、溶
接、熱処理等の加工用途ごとに、レーザ出力やモード次
数が選定されており、溶接、熱処理を目的とした場合に
は、マルチモードを発振できる大出力レーザ発振器が使
用され、切断を目的とした場合には、ＴＥＭ００モード
を中心としたモードとなるように設計された小出力レー
ザ発振器が用いられる。

【０００７】一方、近年、大出力レーザ発振器では、マ
ルチモードにより溶接等の加工を行った後、レーザビー
ムの光軸内にアパーチャを挿入することにより、レーザ
出力は低下するが、モード次数の低いものが得られ、切
断加工にも対応させるようにしたものがある。このよう
なモードを変更する機能を備えた炭酸ガス軸流形レーザ
発振装置の従来構成について図５及び図６を参照して説
明する。

【０００８】図５において、レーザ媒体としてのレーザ
ガスが封入された２本の放電管１１，１１の両端部には
反射ミラー１２及び出力ミラー１３が配設されており、
これら両ミラー１，２，１３で共振器１４を構成してい
る。

【０００９】上記放電管１１，１１内には、熱交換器１
５，１６，１７によって冷却されたレーザガスがガス循
環用送風機１８によって供給されており、前記放電管１
１，１１内に設けられたアノード電極１９，１９及びカ
ソード電極２０，２０には、バラスト抵抗２１，２１を
介して高電圧電源２２から電力が供給されるようになっ
ている。

【００１０】一方、右側の放電管１１の右端には、その
放電管１１と連通してケース２３が設けられている。こ
のケース２３には、モード変更手段としてのアパーチャ
２４がレーザビームの光軸２５（図６参照）に対して直
交する方向に移動可能に取り付けられている。このアパ
ーチャ２４は、ケース２３から突出した部分に取手部２
６が設けられ、ケース２３内に挿入された部分にはレー
ザビームが通る小円形の開口部２７が形成されている。

【００１１】この構成において、取手部２６を引いて、
アパーチャ２４をケース２３の一方側へ寄せた場合には
、レーザビームはアパーチャ２４によって制限されない
ため、マルチモードが発生して大出力が得られる。逆に
、取手部２６を押して、アパーチャ２４の開口部２７の
中心と光軸２５とを一致させた場合には、レーザビーム
がアパーチャ２４により制限されるため、レーザビーム
の発振損失が生じ、出力は低下するが、高次のモードが
消えて低次のモードとなり、切断等の用途に用いること
ができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、アパーチャ２４を光軸２５に対して直交す
る方向（矢印Ａ方向）へスライドさせる構成であるから
、モードを変更する場合には、アパーチャ２４が光軸２
５を横切ることになる。このため、モードを変更するご
とに、レーザ発振を停止させる必要があり、加工を能率
良く行えないという欠点がある。

【００１３】低次モードを選択する場合には、光軸２５
と開口部２７の中心とが一致するようにアパーチャ２４
を固定する必要がある。しかし、上記構成では、アパー
チャ２４を光軸２５に対して直交する方向に移動させる
構成であるため、ストッパー等により、位置決めするに
しても比較的難しく、アパーチャ２４の操作を繰り返す
うちに、衝撃、振動等によりアパーチャ２４の開口部２
７の中心が、光軸２５に対してずれてしまい、レーザビ
ームが正常に発振しなくなってしまうことがある。即ち
、図６において、例えば、アパーチャ２４の開口部２７
の中心が同図に実線で示すように光軸２５に対してずれ
た場合（破線が正常な場合）、レーザビームが図中斜線
で示すような楕円形に変形したモードが発振し、また、
これに伴い、レーザ出力もより低下してしまうことにな
る。

【００１４】また、レーザ発振装置を鋼板の切断に使用
する場合、薄板鋼板の切断を行う際には、高速切断が要
求されるため、よりＴＥＭ００モードに近いモードによ
ってレーザビームの集光径を小さくする必要があり、こ
れに対して、厚板鋼板の切断を行う際には、集光径を少
し大きくし、レーザビームによる切断溝を少し広くする
などの工夫が必要なため、ＴＥＭ００モードより少し次
数の大きなモードが有効になる。しかしながら、上記従
来構成では、アパーチャ２４の開口部２７の径は決まっ
ており、モードはアパーチャ２４を有効化するか無効化
するかの２種類しか選択できず、加工用途にあったモー
ドを得るためにモード次数を連続的に変化させることが
できなかった。

【００１５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、光軸に対するモード変更手段の位
置決めが確実にでき、また、モードを連続的に変化させ
ることができるレーザ発振装置を提供することにある。

【００１６】［発明の構成］

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ発振装置
は、相対するように配置された反射ミラーと出力ミラー
との間でレーザビームを共振させて出力ミラーから出力
するよう構成したものにおいて、前記反射ミラーと出力
ミラーとの間で光軸方向に沿って移動することにより前
記出力ミラーから出力されるレーザビームのモードを変
化させるモード変更手段を備えたところに特徴を有する
。

【００１８】

【作用】上記手段によれば、モード変更手段を光軸方向
に沿って移動させることにより、レーザビームの径が連
続的に変化し、これに基づきレーザビームのモードが連
続的に変化する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を炭酸ガス軸流形レーザ発振器
に適用した第１実施例につき、図１を参照して説明する
。尚、従来構成を示した図５と同一の部分には、同一の
符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明す
る。

【００２０】右側の放電管１１の右端部にこれと連通す
るように設けられたケース３１の右端には、反射ミラー
１２が気密に取り付けられており、この反射ミラー１２
と前記出力ミラー１３との間でレーザビームが共振する
ようになっている。

【００２１】ケース３１内にはモード変更手段を構成す
るアパーチャ３３が配設されており、このアパーチャ３
３の中央部には、レーザビームが通る小円形の開口部３
４が形成されている。アパーチャ３３は、レーザビーム
の光軸３５と平行に配置されたボールネジ３６，３６に
よって支持されており、開口部３４の中心がレーザビー
ムの光軸３５と一致するようになっている。このボール
ネジ３６は、モータ３７により回転されるようになって
おり、このボールネジ３６の回転に伴い、アパーチャ３
３が光軸３５に沿って矢印Ｂ方向に移動するようになっ
ている。この場合、アパーチャ３３の開口部の直径を、
放電管１１を通った直後のビームの径と略同一となるよ
うに設定している。

【００２２】さて、上記構成において、例えば、アパー
チャ３３を、図１中最も左側へ移動させた場合には、レ
ーザビームは、アパーチャ３３によって制限されず、全
て反射ミラー１２により反射されるため、損失が殆どな
く、マルチモードのレーザビームが発振される。

【００２３】そして、モータ３７により、アパーチャ３
３を光軸３５に沿って図１の右方向へ移動させると、レ
ーザビームがアパーチャ３３によって制限されるために
、レーザビームの発振損失が大きくなる。そして、アパ
ーチャ３３が反射ミラー１２に近づくにつれて、高次の
モードから低次のモードへと連続的に変化する。

【００２４】このように本実施例においては、アパーチ
ャ３３を光軸３５に沿って移動させることでレーザビー
ムのモードを変更できるものであり、このとき、アパー
チャ３３が光軸３５を横切るものではないから、そのモ
ード変更をレーザ発振中にも行うことができるものであ
る。

【００２５】従って、例えば、薄板鋼板の高速切断にお
いては、アパーチャ３３を右側に移動させて、低次モー
ドにより行い、この後、アパーチャ３３を左側へ移動さ
せてマルチモードに変更することにより、溶接，熱処理
等の加工を続けて行うことが可能となる。

【００２６】また、アパーチャ３３は光軸３５方向に沿
って移動させるものであるから、アパーチャ３３を移動
させても、光軸３５に対するアパーチャ３３の位置ずれ
は生じにくく、従って、光軸３５に対するアパーチャ３
３の位置決めが確実であり、発振されるレーザビームが
変形するということもない。

【００２７】図２は本発明の第２実施例を示すものであ
り、上記第１実施例とは次の点が異なっている。即ち、
ケース３１内におけるアパーチャ３３の左側に、光軸３
５上に位置させて凹レンズからなるレンズ３８を固定配
置している。

【００２８】このように構成された第２実施例において
は、出力ミラー１２から反射されたレーザビームはレン
ズ３８により一点鎖線Ｃのように広がって反射ミラー１
２に到達する。つまり、レンズ３８により、レーザビー
ムの広がりが大きくなるので、アパーチャ３３の移動量
に対するレーザビームの発振損失が大きくなる。このた
め、レーザビームのモードをより幅広く変更することが
でき、また、ケース３１内の光軸３５方向の長さを小さ
くできる利点がある。

【００２９】尚、上記第２実施例では、レンズ３８を固
定配置し、アパーチャ３３を移動させる構成としたが、
これとは逆に、アパーチャ３３を固定配置し、レンズ３
８を光軸３５に沿って移動させる構成としても、同様な
効果を得ることができる。この場合には、レンズ３８が
モード変更手段を構成することになる。

【００３０】また、上記第２実施例では、レンズとして
凹レンズを用いた構成としたが、凸レンズを用いる構成
としても良い。

【００３１】更に、本発明は、レーザ媒体に対して内部
共振器を有するものに限らず、固体レーザ発振器のよう
に外部共振器を有するものについても適用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように本発明に
よれば、反射ミラーと出力ミラーとの間のモード変更手
段を光軸方向に沿って移動させることにより、レーザビ
ームのモードを変更する構成であるから、光軸に対する
モード変更手段の位置決めが確実にでき、また、レーザ
ビームのモードを連続的に変化させることができて、加
工能率の向上を図ることができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す要部の断面図

【図２
】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図３】レーザ
ビームのモード形状を示す図

【図４】共振器の構成を模
式的に示す図

【図５】従来構成を示す全体の断面図

【図６】アパーチャ部分を示す拡大縦断側面図

【符号の説明】

１２は反射ミラー、１３は出力ミラー、３１はケース、
３３はアパーチャ（モード変更手段）、３４は開口部、
３５は光軸、３８はレンズ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相対するように配置された反射ミラー
   と出力ミラーとの間でレーザビームを共振させて出力ミ
   ラーから出力するよう構成したレーザ発振装置において
   、前記反射ミラーと出力ミラーとの間で光軸方向に沿っ
   て移動することにより前記出力ミラーから出力されるレ
   ーザビームのモードを変化させるモード変更手段を具備
   したことを特徴とするレーザ発振装置。