JPH05198868A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 不安定型共振器を構成する部分透過ミラーの
熱膨張による曲率変化が少なく、共振器ロスが小さいレ
ーザ装置を得ること。 【構成】 スラブ状のレーザ管３２と、２枚のミラーと
により不安定型共振器を構成し、２枚のミラーのうち少
なくとも一方は部分透過ミラー３３であるようなレーザ
装置において、部分透過ミラー３３の裏面３９のうち透
過光３５の透過域３８を除く大部分を、冷却の施された
ミラー保持部材３７に接触させて、部分透過ミラー３３
を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共振器によって生ずる
ロスが小さいレーザ装置に関し、より詳しくは一次元不
安定型共振器の部分透過ミラーを冷却するときにその曲
率変化を小さくしたレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はハイブリッド型共振器構造を有す
るレーザ装置の従来のレーザ発振装置の一例を示す斜視
図、図５はその縦断面図である。図において１はレーザ
発振装置２内に設けられ光軸方向に垂直な断面が長方形
をなすスラブ状のレーザ管で、断面の長辺方向で不安定
型となっている。３はレーザ管１の一方の側に配置され
た部分透過ミラーで、レーザ管１内で発生したレーザ光
４の一部をレーザ光５として透過させ、残部をレーザ光
６としてレーザ管１内に反射させる。７は熱伝導性の良
好な材質からなり部分透過ミラー３を保持するミラー保
持部材、８はミラー保持部材７に設けられたレーザ光５
の透過用窓、９はミラー保持部材７に設けられた冷却水
用ダクト、１０は部分透過ミラー３をミラー保持部材７
に固定するために部分透過ミラー３の裏面１１側に設け
られたＯリングである。

【０００３】１２はレーザ管１の他方の側に配置された
全反射ミラーで、上部が直線状に切除され、ここからレ
ーザ管１内で発生したレーザ光４を加工用レーザ光１３
としてレーザ発振装置２の外部に出射し、下部の全反射
ミラー１２の部分ではレーザ光４をレーザ光１４として
レーザ管１内に全反射させる。１５は全反射ミラー１２
を保持するミラー保持部材、１６はミラー保持部材１５
に設けられたレーザ光１３の透過用窓、１７はミラー保
持部材１５に設けられた冷却水用ダクト、１８は全反射
ミラー１２を保持部材１５に固定するために全反射ミラ
ー１２の裏面１９側に設けられたＯリングである。

【０００４】次に、上記の様に構成した従来のレーザ発
振器の作用を説明する。レーザ発振装置２の発振時に
は、レーザ管１内に満たされたレーザ媒質が励起され、
レーザ光４が発振される。このレーザ光４は、一方でレ
ーザ管１の内部を通って部分透過ミラー３に入射し、そ
の一部はレーザ管１の内方向、すなわち共振器方向に反
射される。さらに残りの部分は、部分透過ミラー３の表
面２０や内部で吸収されつつレーザ発振装置２の外部に
透過光５となって取り出され、例えばレーザ発振装置２
の出力モニター光として使用される。

【０００５】このとき、部分透過ミラー３の表面２０は
図６に示すようにレーザ光４を吸収してＴ１，Ｔ２，Ｔ
３，…等の温度分布で発熱し、発生した熱量ｑはミラー
端子２１を通ってミラー保持部材７に向けて伝導する。
すなわち、表面２０に沿い破線で示す経路を通って伝導
され、冷却水用ダクト９を流れる冷却水により冷却され
る。しかし、一般的に部分透過ミラー３は全反射ミラー
１２に比べて熱吸収を起こしやすく、熱膨張率が大きな
材質で作られているため、例えば代表的な部分透過ミラ
ーの材質であるＺｎＳｅの場合は、Ｓｉ製の全反射ミラ
ーと比べて３０倍近い熱膨張が起きる。このため、レー
ザ発振装置２が発振動作中は部分透過ミラー３の曲率Ｒ
１は部分透過ミラー３の熱膨張により大きく変化してい
る。

【０００６】なお、レーザ発振装置２から励起発振され
たレーザ光４や部分透過ミラー３で反射された反射光６
は全反射ミラー１２に照射されてここで反射し反射光１
４となるが、一部は全反射ミラー１２の上部切欠部から
レーザ光１３となってレーザ発振装置２の外部に出射さ
れ、被加工物を加工する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように構成した
従来のレーザ装置では上記のような方法で部分透過ミラ
ー３の冷却をおこなっているため、レーザ光の吸収に伴
う熱膨張により部分透過ミラー３の曲率Ｒ１が大きく変
化する。特に共振器内の回折損が大きい不安定型共振器
では、部分透過ミラー３の曲率変化に対して敏感に共振
器ロスが増大すると共にモードの変化等が生じるため、
ビーム品質が劣化する原因となっていた。

【０００８】図７は実開昭６０−１２０４０１号公報に
開示されたレーザ装置の反射ミラーの冷却構造の一例を
示す縦断面図である。図に示すように、レーザ光２２を
反射するための反射ミラー２３の裏面に焼結体２４を接
触させ、かつ焼結体２４内に冷却用の流体を通過させる
手段２５を設けたものである。しかしこの冷却構造は全
反射ミラーを冷却する場合に限定され、熱吸収を起こし
やすく熱膨張率も大きい部分透過ミラーの冷却には使用
できない。

【０００９】また、図８は特開昭６３−２２４３７８号
公報に開示されたレーザ用ミラー保持機構の一例を示す
縦断面図である。この考案は、容器内を機密に保持する
ミラーマウント２６に、容器側面のミラー２７が接する
部分を平坦にし、その面上にミラー２７周辺が接するよ
う取り付ける。また、ミラー２７の反対側、すなわち大
気側にはＯリング２８とＯリング溝２９がミラー２７周
辺部をシールするように配され、さらにその外周にもう
１つのＯリング２８ａとＯリング溝２９ａを設けて、押
え用マウント３０で外部との気密を保持するようにした
ものである。すなわち、ミラー２７端部の平面部位をミ
ラーマウント２６に固定して熱伝導を良くしたものであ
るが、この例は一次元不安定型共振器に係るものではな
く、ミラー２７へのレーザ光照射断面が長方形でもな
く、また熱膨張の際に半径方向での変化、すなわちミラ
ー２７の曲率変化を充分に減少させる機能を有するもの
でもない。

【００１０】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、部分透過ミラーの温度上昇を抑制し、部分
透過ミラーの温度分布を熱膨張による曲率変化が少なく
なるようにして、モード変化及び共振器ロスが小さいレ
ーザ装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるレーザ装
置は、部分透過ミラーの共振器外側に面した裏面のうち
レーザ光が透過する部分を除く全面を、冷却手段を有す
るミラー保持部材に接触するようにしたものである。

【００１２】

【作用】共振器内側に面した部分透過ミラーの表面でレ
ーザ光が吸収され、この吸収によって生じた発熱量のほ
とんどは部分透過ミラーの裏面から解放される。このた
め、部分透過ミラー内の温度分布が部分透過ミラーの半
径方向よりは厚さ方向に傾斜を持つようになり、熱膨張
による曲率変化を抑制する。

【００１３】

【実施例】図１は本発明実施例の要部を示す縦断面図、
図２は図１の平断面図である。３１はレーザ発振装置、
３２はレーザ発振装置３１内に設けられ、光軸方向に垂
直な断面が長方形をなすスラブ状のレーザ管で、断面の
長辺方向で不安定型となっている。３３はレーザ管３２
の一側に配置された部分透過ミラーで、レーザ管３２内
で発生したレーザ光３４の一部をレーザ光３５として透
過させ、残部をレーザ光３６としてレーザ管３２内に反
射させる。３７は熱伝導性の良好な材質からなり、部分
透過ミラー３３を保持するためのミラー保持部材、３８
はミラー保持部材３７に設けられたレーザ光３５の透過
用窓で、その大きさは透過光３５が通過するのに支障の
ない最小限の寸法にしてある。このため、レーザ管３２
の断面が形成する長方形の短辺方向には、部分透過ミラ
ー３３の裏面３９とミラー保持部材３７との接触部分で
十分広い面積が確保されている。４０は部分透過ミラー
３３の裏面３９をミラー保持部材３７側に押圧固定する
ため、部分透過ミラー３３の表面４１側に設けられたＯ
リングである。４２は部分透過ミラー３３とそのミラー
保持部材３７を冷却するための冷却水用ダクトである。
なお、レーザ管３２の他側には全反射ミラー（図示せ
ず）が配置され、ここから加工用レーザ光をレーザ発振
装置３１の外部に出射する。

【００１４】次に、上記のように構成した本実施例の作
用を説明する。レーザ発振装置３１の発振時には、レー
ザ管３２内に満たされたレーザ媒質が励起され、レーザ
光３４が発振される。このレーザ光３４の一部は、レー
ザ管３２の内部を通り部分透過ミラー３３に入射してこ
こでレーザ管３２内方向に反射され、レーザ光３６とな
る。反射しない残りの部分は部分透過ミラー３３の内
部、特に表面４１の付近で吸収されて共振器外部に取り
出され、透過光３５となって例えばレーザ発振装置３１
の出力モニター光等として使用される。

【００１５】ところで、部分透過ミラー３３の表面４１
で吸収されたレーザ光３４はここで発熱し、この熱は部
分透過ミラー３３の内部を伝わって熱伝導性の良好なミ
ラー保持部材３７に伝導し、ここで冷却水用ダクト４２
中を流れる冷却水によって冷却される。このとき、部分
透過ミラー３３の裏面３９のうちレーザ光透過窓３８部
分を除く全域がＯリング４０によりミラー保持部材３７
側に押圧され接触しているため、部分透過ミラー３３上
で発生した熱のほとんどがこの接触部分からミラー保持
部材３７側に放熱される。従って、図３に示すように部
分透過ミラー３３内の熱伝導経路は、破線で示すように
表面４１から裏面３９へほぼ直線的に抜けていき、Ｔ
１，Ｔ２，Ｔ３，…等の温度分布は部分透過ミラー３３
の厚さ方向へは勾配を持つが、半径方向に対しては温度
勾配が少ないものとなる。

【００１６】この結果、熱膨脹による部分透過ミラー３
３の厚さ増過分は半径方向に対してあまり変わらない量
となり、従って熱膨張の差によって起こる曲率半径への
影響を小さく抑えることができる。また熱伝導経路の長
さも部分透過ミラー３３の厚さに依存するものの、冷却
手段の方が短くなるため、部分透過ミラー３３内での温
度差の値自体も小さくなる。

【００１７】以上部分透過ミラー３３による反射、透
過、発熱等について述べたが、レーザ管３２内で励起さ
れたレーザ光３５の一部や部分透過ミラー３３で反射さ
れた反射光３６は、一方では全反射ミラー（図示せず）
に照射され、その一部がレーザ光となって発振装置外部
に出射され、被加工物を加工する。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は部分透過ミラーのうちレーザ光が透過する範囲を除く
ほとんどの部分を水冷されたミラー保持部材により冷却
しているため、部分透過ミラーの表面で発生した熱がそ
のまま部分透過ミラーの裏面より抜け、その結果部分透
過ミラーの温度分布が半径方向に対して余り変わらない
ものとなり、熱膨張による曲率変化が小さくなるので、
共振器ロスの少ない安定した発散角を有する出射レーザ
光が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の要部を示す縦断面図である。

【図２】図１の平断面図である。

【図３】図１の作用説明図である。

【図４】従来のレーザ発振装置の一例を示す斜視図であ
る。

【図５】図４の縦断面図である。

【図６】図５の作用説明図である。

【図７】従来のレーザ発振装置の他の一例を示す要部縦
断面図である。

【図８】従来のレーザ発振装置の別の一例を示す要部縦
断面図である。

【符号の説明】

３１ レーザ発振装置 ３２ レーザ管 ３３ 部分透過ミラー ３４，３５，３６ レーザ光 ３７ ミラー保持部材 ３９ 裏面 ４２ 冷却水用ダクト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光軸方向に垂直な断面が長方形を
   なすレーザ管と、該レーザ管の両側に配設された２枚の
   ミラーとが１次元不安定導波路ハイブリッドの共振器を
   形成し、前記ミラーの少なくとも一方を任意の透過率を
   持つ部分透過ミラーとして前記共振器内部のレーザ光の
   一部を前記共振器の外部に取り出すようにしたレーザ発
   振器を有するレーザ装置において、 前記部分透過ミラーの共振器外側に面した裏面のうちレ
   ーザ光が透過する部分を除く全面を、冷却手段を有する
   ミラー保持部材に接触するようにしたことを特徴とする
   レーザ装置。