JPH05299726A

JPH05299726A - レーザ発振器

Info

Publication number: JPH05299726A
Application number: JP4096361A
Authority: JP
Inventors: Kiyohisa Terai; 清寿寺井; Shinji Kobayashi; 伸次小林; Takaaki Murata; 隆昭村田; Hirokatsu Suzuki; 博勝鈴木; Toru Tamagawa; 徹玉川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】アパーチャを廃止して簡単な構成でレーザ光
のモード次数を良好に改善する。【構成】放電管１乃至４は直線状に連結されており、
それらの内部にレーザガスが供給されるようになってい
る。各放電管１乃至４の外周部には電極対１１乃至１４
がレーザ光軸を１周するように配設されている。そし
て、各電極対１１乃至１４には１０ＭＨｚ以下の高周波
電力が供給される。このとき、レーザガスの放電周波数
が１０ＭＨｚ以下の場合には、電極対近傍にレーザガス
の励起に寄与しない電極層が形成される。従って、電極
層は環状に形成されるので、アパーチャを用いることな
くレーザ光のモード次数を改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光軸を中心とし
て対向する複数の電極対を備えたレーザ発振器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザ加工においては、使用
するレーザ光の断面の強度分布，或は集光度等は重要な
加工条件である。レーザ光の強度を示す特性としてモー
ド次数があり、ＴＥＭ00，ＴＥＭ01，ＴＥＭ10，マルチ
モード等がある。このようなモード次数は、発振器内の
共振器を構成する出力鏡及び全反射鏡の曲率、或は励起
されたレーザガスの分布の大きさにより決定される。

【０００３】ところで、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毎に、レーザ出
力，モード次数等が設定されている。つまり、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が設定された
小出力発振器が用いられている。

【０００４】一方、近年においては、大出力レーザ発振
器においても、切断加工に適するようにモード次数を低
く設定することが行われており、その構成の一例とし
て、共振器のレーザ光軸内にアパーチャを配設してレー
ザ光の出力範囲を絞るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の場合、アパーチャによりレーザ光の出力範囲を絞
る構成であるので、アパーチャを共振器内部に配設しな
ければならないと共に、アパーチャを冷却する必要があ
り、全体構成が複雑化しているという欠点がある。さら
に、アパーチャの端部でレーザ光が回析してしまうの
で、モード次数の改善に悪影響を及ぼしており、未解決
の課題として残されていた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、簡単な構成でレーザ光のモード次数を
良好に改善することができるレーザ発振器を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光軸を
中心として対向する複数の電極対を備えたレーザ発振器
において、前記各電極対を前記レーザ光軸に沿って列設
すると共に、その列設状態で各電極対の各レーザ光軸回
りの占有位置を夫々異ならせることにより当該レーザ光
軸を１周するように構成し、且つそれらの各電極対に１
０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給したものである。この
場合、複数の電極対をレーザ光軸に沿って螺旋状に列設
するようにしてもよい。

【０００８】

【作用】請求項１記載にレーザ発振器によれば、電極対
に高周波電力が供給されると、電極近傍に電極層が形成
される。このとき、電極対に供給された高周波電力の周
波数が１０ＭＨｚ以下の場合には、電極層に注入された
電力はレーザ媒質の励起に寄与しない。しかも、斯様な
電極層を形成する電極対がレーザ光軸に沿って列設され
た状態で当該レーザ光軸を１周するように構成されてい
るので、結果的に、レーザ光軸を包囲するようにレーザ
光を出力しない範囲を形成することができる。従って、
アパーチャを配設した構成と同等の機能を呈しながら、
回析現象を生じることはない。請求項２記載のレーザ発
振器によれば、電極対はレーザ光軸に沿って螺旋状に列
設されているので、電極間の配線を容易に実行できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を軸流形炭酸ガスレーザ発振器
に適用した第１実施例を図１乃至図５を参照して説明す
る。図１は軸流形のガスレーザ発振器の概略構成を示し
ている。この図１において、誘電体から成る第１の放電
管１，第２の放電管２，第３の放電管３，第４の放電管
４は直線状に連結されており、その両端に出力鏡５及び
全反射鏡６が配設されている。各放電管１乃至４にはガ
ス循環路７が接続されており、そのガス循環路７に熱交
換器８，９及び送風機９が配設されている。そして、ガ
ス循環路７にはレーザガスが充填されており、送風機１
０の送風によりレーザガスが図中に矢印で示すように各
放電管１乃至４に連続的に供給されると共に、レーザガ
スが熱交換器８，９を通過するときに冷却されるように
なっている。

【００１０】一方、各放電管１乃至４の外周部に対応し
て第１の電極対１１，第２の電極対１２，第３の電極対
１３，第４の電極対１４が列設されている。これらの電
極対１１乃至１４には高周波電源１５（図３参照）が接
続されており、その高周波電源１５から高周波電力が供
給されるようになっている。ここで、高周波電源１５は
１０ＭＨｚ以下の高周波を出力するように設定されてい
る。

【００１１】さて、上述のように各放電管１乃至４の外
周部に対応して列設された各電極対１１乃至１４は出力
鏡５と全反射鏡６とにより形成されるレーザ光軸を中心
として螺旋状に配置されている。つまり、図２に示すよ
うに第１の電極対１１は鉛直方向に配設されていると共
に、第２の電極対１２は鉛直方向から４５度，第３の電
極対１３は鉛直方向から９０度，第４の電極対１４は鉛
直方向から１３５度ずつレーザ光軸を中心として回転し
た位置に配設されている。以上の構成により、各電極対
１１乃至１４はレーザ光軸回りの占有位置を夫々異なら
せることにより当該レーザ光軸を１周するように構成さ
れている。尚、図１においては、略水平方向に配設され
た電極対も説明のために図示した。

【００１２】次に上記構成の作用について説明する。送
風機１０の運転状態で、高周波電源１５から１０ＭＨｚ
以下の高周波電力を各電極対１１乃至１４に供給する
と、各電極対１１乃至１４間に位置するレーザガスが放
電する。すると、図３に示すように、例えば電極対１１
間に位置するレーザガスにおいて、電極対１１に近接し
た部位に電極層１５が発生すると共に、中間部位に陽光
柱１６が発生する。

【００１３】ここで、図４に示すように、放電周波数が
１０ＭＨｚ以上では、電極層１５の内部に流れる電流は
変位電流が主成分であるので、電力損失は少なく、入力
電力のほとんどがレーザ励起に寄与するようになる。こ
れに対して、放電周波数が１０ＭＨｚ以下の場合には、
電極層１５の内部に流れる電流は変位電流成分に伝導電
流成分が加わり、電力損失が生じるようになる。そし
て、放電電流が７００ＫＨｚ以下となると、電極層１５
には伝導電流しか流れなくなるので、電力損失は極めて
大きくなる。

【００１４】従って、放電周波数が１０ＭＨｚ以下の場
合には、電極層１５に注入された電力はレーザガスの励
起には寄与しなくなるので、放電状態にあるレーザガス
において、電極層１５に相当する部位からはレーザ光が
出力されることはない。この結果、上述したように電極
対１１乃至１４がレーザ光軸を中心として螺旋状に配設
されている場合には、図５に示すようにレーザ光軸を包
囲するように電極層１５が形成されるので、レーザ光を
出力しない領域を形成することができる。

【００１５】上記構成のものによれば、レーザ光軸に沿
って電極対１１乃至１４を列設すると共に、各電極対１
１乃至１４をレーザ光軸に沿って螺旋状に配設し、且つ
各電極対１１乃至１４に１０ＭＨｚ以下の高周波電力を
供給するようにしたので、放電状態となったレーザガス
においてレーザ光軸を包囲するようにレーザ光を出力し
ない領域を形成することができる。従って、アパーチャ
と同一の機能を発揮することができるので、レーザ光の
発生領域を絞るために共振器内にアパーチャを設けてい
る従来例と違って、アパーチャを冷却する構成が必要で
なくなり、全体として構成の簡単化を図ることができ
る。しかも、アパーチャのようにレーザ光の回析現象を
生じないので、レーザ光のモード次数を良好に改善する
ことができる。また、レーザ光軸に沿って電極対１１乃
至１４を螺旋状に配設することにより、各電極対１１乃
至１４間の接続を容易に実行することができる。

【００１６】図６は本発明の第２実施例を示しており、
第１実施例と異なる点は、電極対１１乃至１４の配設位
置が異なるのみで他の構成は同一である。即ち、第１の
電極対１１は鉛直方向に配設され、第２の電極対１２は
鉛直方向から９０度，第３の電極対１３は鉛直方向から
４５度，第４の電極対１４は鉛直方向から１３５度ずつ
レーザ光軸を中心として回転した位置に配設されてい
る。以上の構成により、各電極対１１乃至１４はレーザ
光軸回りの占有位置を夫々異ならせることにより当該レ
ーザ光軸を１周するように構成されている。

【００１７】この第２実施例によれば、各電極対１１乃
至１４によるレーザガスの放電状態では、放電状態とな
ったレーザガスにおいてレーザ光軸を包囲するようにレ
ーザ光を出力しない環状領域を形成することができるの
で、第１実施例と同様に、アパーチャを省略することが
できる。尚、上記実施例では、４つの電極対１１乃至１
４の例を示したが、電極対の数としては２つ以上あれば
適用することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ発振器によれば、複数の電極対をレーザ光軸に
沿って列設すると共に、その列設状態で各電極対の各レ
ーザ光軸回りの占有位置を夫々異ならせることにより当
該レーザ光軸を１周するように構成し、且つそれらの各
電極対に１０ＭＨｚ以下の高周波電力を供給したので、
アパーチャを用いることなくアパーチャと同等の機能を
発揮し得、以て、簡単な構成でレーザ光のモードを良好
に改善す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実施例を示す全体の概略構成図

【図２】電極対の配置を示す模式図

【図３】放電状態を示す模式図

【図４】周波数と電極層領域での損失との関係を示す特
性図

【図５】電極層を示す模式図

【図６】本発明の第２実施例を示す図２相当図

【符号の説明】

１乃至４は放電管，７はガス循環路，１１乃至１４は電
極対である。

フロントページの続き (72)発明者鈴木博勝三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地株式会社東芝三重工場内 (72)発明者玉川徹神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光軸を中心として対向する複数の
電極対を備えたレーザ発振器において、前記各電極対を
前記レーザ光軸に沿って列設すると共に、その列設状態
で各電極対の各レーザ光軸回りの占有位置を夫々異なら
せることにより当該レーザ光軸を１周するように構成
し、且つそれらの各電極対に１０ＭＨｚ以下の高周波電
力を供給することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】複数の電極対はレーザ光軸に沿って螺旋
状に列設されていることを特徴とする請求項１記載のレ
ーザ発振器。