JPH06152018A - 固体レーザ装置ならびにレーザ加工装置 - Google Patents

固体レーザ装置ならびにレーザ加工装置

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JPH06152018A
JPH06152018A JP5191441A JP19144193A JPH06152018A JP H06152018 A JPH06152018 A JP H06152018A JP 5191441 A JP5191441 A JP 5191441A JP 19144193 A JP19144193 A JP 19144193A JP H06152018 A JPH06152018 A JP H06152018A
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Taku Yamamoto
卓 山本
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彰 石森
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、投入電力が変動する際固体素子
の熱レンズ作用を、ホコリ等を影響を避けながら補正し
て安定なレーザ動作を達成できる固体レーザ装置を得る
ことを目的とする。 【構成】 この発明に係る固体レーザ装置は、レーザ活
性物質を含む固体素子３とこの固体素子３の励起光源
４、ならびに反射ミラー１１と集光レンズ１２の組合せ
を含む像転写光学系を有するレーザ共振器と、前記反射
ミラー１１と集光レンズ１２をこのレーザ共振器の光軸
方向に移動させる移動手段１３ａおよび、像転写系を収
める容器６０を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、品質の良い高出力の
レーザビームを発生する固体レーザ装置およびレーザ加
工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４３は、例えばレーザ学会編，「レー
ザハンドブック」，第２２２頁，オーム社,(1982年）に
示された、従来の固体レーザ装置を示す断面図である。
この図において、１は全反射ミラー、２は部分反射ミラ
ーで、これら両者によりレーザ共振器が構成されてい
る。また、３は固体レーザのレーザ媒質となる固体素
子、４は固体素子３を励起するアークランプ等の励起光
源、５は励起光源４を点灯する電源、６は励起光源４の
集光器、７は固体素子３の周面と集光器６の接触部を封
止するＯリングなどのシール材、８は基台、１４はこの
レーザ共振器内で発生するレーザ光、１５はこのレーザ
装置から射出されるレーザビームである。
【０００３】固体素子３はレーザ活性物質を含み、ＹＡ
Ｇ(Yttrium Aluminum Garnet) 固体レーザの場合は、レ
ーザ活性物質としてＮｄ3+をドーピングしたＮｄ：ＹＡ
Ｇ結晶を用いる。集光器６は、例えば断面形状が楕円
で、その２つの焦点にそれぞれ固体素子３と励起光源４
を配置し、内面を光反射面とすることにより励起光源４
からの光を固体素子３に集光する。
【０００４】次に動作について説明する。固体素子３
は、励起光源４から所定波長の光を吸収すると、レーザ
遷移によりレーザ光１４を発生するが、このレーザ光１
４は、レーザ共振器内で２つのミラー１，２間を往復す
る間に増幅され、一定の強度に達すると、指向性のよい
レーザビーム１５として、部分反射ミラー２を通して外
部に放出される。
【０００５】また、図４４は例えば、米国特許第３，８
０３，５０９に示された従来のレーザ装置を示す断面図
である。図４４において、１，２，４，５，６，７，
８，１４，１５は、図４３のレーザ装置と同一のもので
ある。３は活性固体媒質を含む固体素子で、寄生発振を
防ぐために、その表面は５０μインチＲＭＳ程度にあら
されている。ここで、ＲＭＳ（Root Mean Square）はあ
らさの単位で、２乗平均値を表す。例えば、「５０μイ
ンチＲＭＳ」とは、「１インチの間のあらさの２乗平均
値が５０ミクロン」ということである。また、９、９０
０は光源４、活性媒質を含む固体素子３の周囲を冷却す
る媒体７０の流れを整える筒管で、９００については、
その表面があらされている。８１、８２は冷却媒体７０
の流入口、流出口である。
【０００６】次に動作について説明する。上記構成の固
体レーザ装置では、励起光源４と固体素子３は、断面形
状が楕円状の集光器６の焦点に配置され、電源５により
点灯された光源４から発せられた光は、その表面があら
された筒管９００を通過する段階で拡散され、固体媒質
中に周囲から均一に入射する。固体素子３は、この光に
より励起されレーザ媒質となる。レーザ媒質より発生さ
れた自然放出光は、ミラー１と２により構成される共振
器間を往復する間に増幅され、一定以上の大きさに達す
ると指向性の良いレーザビーム１５として外部に放出さ
れる。また光源５と固体素子３は、周囲から筒管９００
のなかを循環する冷却媒体７０により周囲より冷却され
ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の固体レーザ装置
は以上のように構成されているので、固体素子３に吸収
される励起光源４の光（エネルギー）は、特定の波長の
もののみがレーザ出力に利用されるのであり、他の波長
のものは固体素子３に吸収されて固体素子３を加熱す
る。このため、固体素子３は冷却の必要があるが、固体
レーザ装置の構造上、固体素子３はその周囲から冷却せ
ざるを得ない。その結果、固体素子３の断面には、中央
部が高温で、周辺部はそれより低温という温度分布が生
ずる。すると、固体素子３の屈折率は、断面内でこの温
度分布に対応した分布を有するようになり、固体素子３
を通過するレーザ光１４の波面には歪みが生ずる。この
ため、共振器内のレーザ光１４は一般には集光されるよ
うになる。このような固体素子３によるレーザビーム集
光作用は、「固体素子の熱レンズ作用」と呼ぶが、この
固体素子３の熱レンズ作用は、レーザ共振器の動作を不
安定にする。その結果、レーザ共振器内のレーザ光１４
の断面積は小さくなり、さらに射出レーザビーム１０
は、電源５における投入電力の変化に伴うこの熱レンズ
差容量の変化により、不規則に発散することになる。こ
のため、伝送ミラーを使ってレーザビームをこれを利用
する加工ステージ等へ導く際、レーザビーム１５が伝送
ミラーからはみ出したり、レーザビーム１５をレンズで
集光して加工に用いる際、熱レンズ作用が安定するまで
は、レーザビーム１５の焦点の位置を正確に定められず
安定な加工ができない等の問題点があった。
【０００８】また、上記のような従来のレーザ装置で
は、励起光源４からの光は、固体素子３をその周囲から
均一に照射、励起するが、固体素子３の中央付近が強く
励起され、従って励起に分布が発生し、発生するレーザ
媒質の品質が断面内で一定せず、集光性の良い高品質ビ
ームを得ることができないなどの問題点があった。
【０００９】図４５には光共振器を構成しないで固体素
子３の軸方向から自然放出光を観測した実験結果を示
す。この実験結果は、米国特許第３，８０３，５０９に
基づいて行われた実験結果の、アプライド オプティク
ス（Applied Optics）,vol．１４，No．５，pp．１１９
２に開示されたものである。同図は、自然放出光の強度
を等高線表示しており、中央部の光強度が高く、断面方
向の周囲部に向けて光強度が下がっている。表面にあら
しの入った筒管９００の作用により、光源からの光は固
体素子３を周囲から均一に照射するために、周囲方向に
均一な分布が得られているが、その断面方向には、特に
その周囲部で激しい分布が発生していることがわかる。
【００１０】請求項１〜９の発明は、上記のような問題
点を解消するためになされたもので、投入電力が変化す
る状況の下で固体素子３の熱レンズ作用を補正して安定
なレーザ動作を達成できる固体レーザ装置を得ること、
さらにポンピング条件一定の下では、共振器条件を変化
させてレーザ出力をパルス化する固定レーザ装置を提供
することを目的とする。
【００１１】請求項１０〜３１の発明は、固体素子中に
光を均一に導くと共に、均一なレーザ媒質を得て、高出
力かつ品質の良いレーザビームを発生することができる
固体レーザ装置を得ること、さらにこのレーザビームを
用いて効率良く、品質の良いレーザ加工を行うことがで
きるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る固
体レーザ装置は、レーザ活性物質を含む固体素子とこの
固体素子の励起光源、ならびに全反射ミラーと集光レン
ズの組合せを含む像転写光学系を有するレーザ共振器
と、前記全反射ミラーと集光レンズをこのレーザ共振器
の光軸方向に移動させる移動手段とを備えたものであ
る。
【００１３】請求項２の発明に係る固体レーザ装置は、
レーザ活性物質を含む固体素子とこの固体素子の励起光
源、ならびに全反射ミラーと集光レンズの組合せを含む
像転写光学系と部分反射ミラーを組合せた安定型レーザ
共振器と、前記全反射ミラーと集光レンズをこの安定型
レーザ共振器の光軸方向に移動させる移動手段とを備え
たものである。
【００１４】請求項３の発明に係る固体レーザ装置は、
レーザ活性物質を含む固体素子とこの固体素子の励起光
源、ならびに全反射ミラーと集光レンズの組合せを含む
像転写光学系と拡大全反射ミラーを組合せた不安定型レ
ーザ共振器と、前記全反射ミラーと集光レンズをこのレ
ーザ共振器の光軸方向に移動させる移動手段とを備えた
ものである。
【００１５】請求項４の発明に係る固体レーザ装置は、
レーザ活性物質を含む固体素子とこの固体素子の励起光
源、ならびに反射ミラーと集光レンズの組合せを含む像
転写光学系と、中央が拡大部分反射部でその周囲が無反
射部の拡大出口ミラーを組合せた不安定型レーザ共振器
と、前記全反射ミラーと集光レンズをこのレーザ共振器
の光軸方向に移動させる移動手段とを備えたものであ
る。
【００１６】請求項５の発明に係る固体レーザ装置は、
レーザ活性物質を含む固体素子とこの固体素子の励起光
源、ならびに反射ミラーと集光レンズの組合せを含む像
転写光学系と、中央が拡大部分反射部でその周囲が無反
射部の拡大出口ミラー、および前記拡大部分反射部と無
反射部をそれぞれ通過する光の位相差を打ち消す位相差
解消手段を組合せた不安定型レーザ共振器と、前記全反
射ミラーと集光レンズをこのレーザ共振器の光軸方向に
移動させる移動手段とを備えたものである。
【００１７】請求項６の発明に係る固体レーザ装置は、
請求項１ないし５の固体レーザ装置に加えて、さらに前
記像転写光学系を構成する集光レンズおよび全反射ミラ
ーの少なくとも一方に接触するピエゾ素子を備えたもの
である。
【００１８】請求項７の発明に係る固体レーザ装置は、
請求項６の固体レーザ装置に加えて、さらに前記固体素
子を通過する光ビームを発射する第２の光源と、この光
ビームを受光してこの光ビームの外径の変化を測定する
光検出素子を備えたものである。
【００１９】請求項８の発明に係る固体レーザ装置は、
請求項１ないし７の固体レーザ装置に加えて、さらに前
記全反射ミラーと集光レンズを収める容器を備えたもの
である。
【００２０】請求項９の発明に係る固体レーザ装置は、
請求項８の固体レーザ装置において、容器にさらに通気
口を設けたものである。
【００２１】請求項１０の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子を、その周囲から、固体素子の屈折率より
低い屈折率をもつ液体により冷却し、励起光源からの光
を光学系により構成される光励起装置により、この固体
素子に導いてこれを励起するとともに、固体素子表面の
あらさを調整して、固体素子断面内の励起分布を調整す
るようにしたものである。
【００２２】請求項１１の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子表面のあらさを１３０μインチＲＭＳ以上
に設定したものである。
【００２３】請求項１２の発明に係る固体レーザ装置
は、光励起装置として、光源の光を閉じ込める集光器を
用いたものである。
【００２４】請求項１３の発明に係る固体レーザ装置
は、光励起装置として、内部が拡散反射面よりなる集光
器を用いたものである。
【００２５】請求項１４の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子を複数、光軸方向に並べて配設したもので
ある。
【００２６】請求項１５の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子を複数、光軸方向に並べて配設するととも
に、各固体素子間の少なくとも一箇所に、少なくとも一
枚の光学レンズよりなる熱レンズ修正光学装置を挿入し
たものである。
【００２７】請求項１６の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子から、安定型共振器を用いてレーザビーム
を取り出すようにしたものである。
【００２８】請求項１７の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子から、不安定型共振器を用いてレーザビー
ムを取り出すようにしたものである。
【００２９】請求項１８の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子から、中央が部分反射部で、周囲が無反射
部となった出口ミラーと、一つの反射ミラーもしくは複
数のレーザ光学系から構成されるレーザ共振器を用いて
レーザビームを取り出すようにしたものである。
【００３０】請求項１９の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子から、中央が部分反射部で、周囲が無反射
部とされ、かつ両部を通過するレーザビームの位相差を
補償する位相差解消手段を備えた出口ミラーと、一つの
反射ミラーもしくは複数のレーザ光学系から構成される
レーザ共振器とを用いてレーザビームを取り出すように
したものである。
【００３１】請求項２０の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子に、別に用意した固体レーザ装置から発生
されたレーザビームを導入して、増幅されたレーザビー
ムを取り出すようにしたものである。
【００３２】請求項２１の発明に係る固体レーザ装置
は、レーザ光学系の一部として、複数の光学素子からな
り、その光学素子の間の距離の少なくとも一箇所を、上
記の光源の光出力に対応して変化させるように制御する
光学系を用いたものである。
【００３３】請求項２２の発明に係る固体レーザ装置
は、レーザ光学系の一部として、複数の光学素子からな
り、その光学素子の間の距離の少なくとも一箇所を、上
記の光源の光出力に対応して変化させるように制御す
る、反射型もしくは透過型の像転写光学系を用いたもの
である。
【００３４】請求項２３の発明に係る固体レーザ装置
は、上記光源として、半導体レーザを用いたものであ
る。
【００３５】請求項２４の発明に係る固体レーザ装置
は、半導体レーザの波長と固体素子の表面あらさを、固
体素子内の励起分布が均一となるように調整したもので
ある。
【００３６】請求項２５の発明に係る固体レーザ装置
は、固体素子の表面のあらさを固体素子の長手方向に変
化させることにより、固体素子断面の励起分布を調整し
たものである。
【００３７】請求項２６の発明に係るレーザ加工装置
は、上記固体素子から発生されたレーザビームを、光学
系により光ファイバーの端面に導き、反対の端面から出
射されたレーザビームを用いて、レーザ加工を行うよう
にしたものである。
【００３８】請求項２７の発明に係るレーザ加工装置
は、上記固体素子から発生されたレーザビームを、集光
光学系により集光して、レーザ加工を行うようにしたも
のである。
【００３９】請求項２８の発明に係るレーザ加工装置
は、レーザ装置から発生されたレーザビームを加工物近
傍まで光学系により伝送し、同光学系から出射されたレ
ーザビームを加工物上に像転写しながらレーザ加工を行
うようにしたものである。
【００４０】請求項２９の発明に係るレーザ加工装置
は、レーザ装置から発生されたレーザビームを加工物近
傍まで光学系により伝送し、同光学系から出射されたレ
ーザビームを第１集光光学系により集光するとともに、
集光ビームの外径を、集光ビームの集光点近傍に備えた
開口によりカットして整えると共に、さらに、上記第１
集光光学系により集光されたのち、再び伝送されて広が
ったレーザビームを再度第２集光光学系で集光して加工
物に導き、レーザ加工を行うようにしたものである。
【００４１】請求項３０の発明に係るレーザ加工装置
は、レーザ装置から発生されたレーザビームを加工物近
傍まで光学系により伝送し、同光学系から出射されたレ
ーザビームを第１集光光学系により集光するとともに、
集光ビームの外径を、集光ビームの集光点近傍に備えた
過飽和吸収体によりカットして整えると共に、さらに、
第１集光光学系により集光されたのち、再び伝送されて
広がったレーザビームを再度第２集光光学系で集光して
加工物に導き、レーザ加工を行うようにしたものであ
る。
【００４２】請求項３１の発明に係るレーザ加工装置
は、請求項２９または３０における固体レーザ装置とし
て、請求項１０〜２５のいずれかに記載の固体レーザ装
置を用いたものである。
【００４３】
【作用】請求項１の発明における固体レーザ装置は、レ
ーザ共振器内で像転写系を構成する全反射ミラーと集光
レンズを移動手段で、レーザ共振器の光軸方向に移動さ
せるため、レーザ共振器内でのレーザ光の進路を調整
し、レーザ光の断面積を広く保って、固体素子の熱レン
ズ作用によるレーザビームの収束作用を打ち消す。
【００４４】請求項２の発明における固体レーザ装置
は、全反射ミラーと集光レンズの組合せを含む像転写光
学系と部分反射ミラーを組合せた安定型レーザ共振器内
において、像転写系を構成する全反射ミラーと集光レン
ズを移動手段で、レーザ共振器の光軸方向に移動させる
ため、レーザ共振器内でのレーザ光の進路を調整し、固
体素子の断面内で釣り鐘状の強度分布を保ちながら、レ
ーザ光の断面積を広く保って、固体素子の熱レンズ作用
によるレーザビームの収束作用を打ち消す。
【００４５】請求項３の発明における固体レーザ装置
は、全反射ミラーと集光レンズの組合せを含む像転写光
学系と拡大全反射ミラーを組合せた不安定型レーザ共振
器において、像転写系を構成する全反射ミラーと集光レ
ンズを移動手段で、レーザ共振器の光軸方向に移動させ
るため、レーザ共振器内でのレーザ光の進路を調整し、
固体素子の断面内で均一な強度分布を保ちながら、レー
ザ光の断面積を広く保って、固体素子の熱レンズ作用に
よるレーザビームの収束作用を打ち消す。
【００４６】請求項４の発明における固体レーザ装置
は、請求項３の固体レーザ装置において、拡大全反射ミ
ラーに代えて、中央が拡大部分反射部でその周囲が無反
射部の拡大出口ミラーを用いるため、断面が中詰まり状
（非ドーナツ型）のレーザビームが得られる。
【００４７】請求項５の発明における固体レーザ装置
は、請求項４の固体レーザ装置において、さらに位相差
解消手段を有するため、位相の揃った中詰まり状のレー
ザビームが得られる。
【００４８】請求項６の発明における固体レーザ装置
は、請求項１ないし５の固体レーザ装置において、像転
写光学系を構成する集光レンズおよび全反射ミラーの少
なくとも一方に接触するピエゾ素子の伸縮によって、像
転写条件を安定なものと不安定なものとの間でスイッチ
することにより、共振器のＱ値を急激に変えて、急峻な
パルス発振を可能とする。
【００４９】請求項７の発明における固体レーザ装置
は、請求項６の固体レーザ装置に加えて、さらに固体素
子を通過する光ビームを発射する第２の光源と、この光
ビームを受光してこの光ビームの外径の変化を測定する
光検出素子とを備えるため、その検出結果に基づいてピ
エゾ素子を駆動するようにすれば、固体素子の熱レンズ
作用を、その短時間の変動に適宜追随しながら打ち消す
ことを可能にする。
【００５０】請求項８の発明における固体レーザ装置
は、請求項１ないし７の固体レーザ装置に加えて、さら
に像転写系を構成する全反射ミラーと集光レンズを収め
る容器とを備えるため、全反射ミラーと集光レンズの間
にあるレーザ光の集光点でホコリが加熱されてレーザビ
ームの品質を劣化させるのを防止する。
【００５１】請求項９の発明における固体レーザ装置
は、請求項８の固体レーザ装置において、容器に通気口
を有するため、この通気口に真空ポンプを接続すれば、
空気中の湿気によるレーザビームの吸収を防止したり、
また不活性ガスを逆に容器内に導入して集光点近くでの
気中破壊（プラズマの発生）を防ぐ。
【００５２】請求項１０の発明における固体レーザ装置
は、固体素子表面のあらさを調整することで断面内の励
起分布を調整したので、固体素子内を通過するレーザビ
ームの波面に収差を与えないように作用する。
【００５３】請求項１１の発明における固体レーザ装置
は、固体素子表面のあらさを１３０μＲＭＳ以上に設定
することにより、固体素子に入射する光源の光が、その
表面で散乱し、従って光源の光の固体素子表面での屈折
作用が抑制される。
【００５４】請求項１２の発明における固体レーザ装置
は、集光器により光源からの光を閉じ込めることによ
り、固体素子のあらされた表面により散乱された光を閉
じ込め、これを再び固体素子に導くように作用する。
【００５５】請求項１３の発明における固体レーザ装置
は、拡散反射内面から構成される集光器を用いて光源か
らの光を閉じ込めることにより、固体素子のあらされた
表面で散乱された光を閉じ込め、これを再び固体素子に
導くとともに、拡散反射内面が光源の光を集光器内部で
均一化するように作用する。
【００５６】請求項１４の発明における固体レーザ装置
は、複数個の固体素子を軸方向にならべることにより、
レーザ媒質の長さを増大させる。
【００５７】請求項１５の発明における固体レーザ装置
は、複数個の固体素子を軸方向にならべるとともに、そ
の固体素子間の少なくとも一箇所に熱レンズ修正光学系
を配することにより、熱レンズ修正光学系が、固体素子
の熱レンズを補償するように作用する。
【００５８】請求項１６の発明における固体レーザ装置
は、安定型共振器を用いることにより、断面内で均一な
レーザビームを発生させる。
【００５９】請求項１７の発明における固体レーザ装置
は、不安定型共振器を用いることにより、断面内で均一
なレーザビームを発生させる。
【００６０】請求項１８の発明における固体レーザ装置
は、中央が部分反射部で、周囲が無反射部を持つ出口ミ
ラーと、一つの反射ミラー、もしくは複数のレーザ光学
系から構成されるレーザ共振器とを用いることにより、
固体素子内に、断面内で均一なレーザビームを発生させ
るとともに、外部に中詰まり状のレーザビームを出射す
るように作用する。
【００６１】請求項１９の発明における固体レーザ装置
は、中央が部分反射部で、周囲が無反射部とされ、かつ
両部を通過するレーザビームの位相差を補償する手段を
備えた出口ミラーと、一つの反射ミラー、もしくは複数
のレーザ光学系から構成されるレーザ共振器とを用いる
ことにより、固体素子内に、断面内で均一なレーザビー
ムを発生させるとともに、外部に中詰まり状でかつ位相
の揃ったレーザビームを出射するように作用する。
【００６２】請求項２０の発明における固体レーザ装置
は、別に用意した固体レーザ装置から発生されたレーザ
ビームを導入し、増幅されたレーザビームを外部に取り
出すことにより、表面があらされた固体素子は、収差を
与えずにレーザビームの増幅を行うように作用する。
【００６３】請求項２１の発明における固体レーザ装置
は、複数の光学系よりなり、その光学系の距離を光源の
出力に対応して変化させる光学系を備えることにより、
光源の出力変化による固体素子の熱レンズ度合いの変化
を打ち消すように作用する。
【００６４】請求項２２の発明における固体レーザ装置
は、反射型もしくは透過型の像転写光学系よりなる光学
系を用いることにより、光学部品間の微小の距離の移動
で、固体素子の熱レンズ変化を打ち消すように作用す
る。
【００６５】請求項２３の発明における固体レーザ装置
は、光源に半導体レーザを用いることにより、固体素子
への光源の熱吸収量を減少させるとともに、励起分布を
固体素子の表面あらさに対応して調整するように作用す
る。
【００６６】請求項２４の発明における固体レーザ装置
は、半導体レーザの波長と、固体素子の表面あらさを、
固体素子内の励起分布が均一となるように調整すること
により、固体素子への光源の熱吸収量を減少させるとと
もに、励起分布を固体素子の表面あらさに対応して調整
するように作用する。
【００６７】請求項２５の発明における固体レーザ装置
は、固体素子の長手方向にあらしの度合いを変化させる
ことにより、長手方向の励起分布、発生レーザビームの
分布に対応して固体素子断面内の励起分布を均一に調整
可能にする。また、端部のあらし度合いを調整して冷却
液体の固体素子表面でのシール材の接触面積を増大させ
るように作用する。
【００６８】請求項２６の発明におけるレーザ加工装置
は、発生されたレーザビームを光ファイバーに導くこと
により、表面があらされた固体素子が、収差なく光ファ
イバー端面に小さいスポットで光を導くように作用す
る。
【００６９】請求項２７の発明におけるレーザ加工装置
は、発生されたレーザビームを集光することにより、表
面があらされた固体素子が、収差なく小さいスポットで
レーザ加工を行うレーザビームを発生させるように作用
する。
【００７０】請求項２８の発明におけるレーザ加工装置
は、レーザビームを加工物近傍まで光学系により伝送
し、上記光学系から出射されたレーザビームを集光光学
系により集光し、さらに、上記集光系により集光された
のち、ふたたび、伝送されてひろがったレーザビームを
再度集光して加工物に導くことにより、レーザビームの
出射形状を加工物状に転写し、エッヂの鋭いレーザビー
ムを得て、レーザ加工を行うように作用する。
【００７１】請求項２９の発明における固体レーザ装置
は、レーザビームを加工物近傍まで光学系により伝送
し、上記光学系から出射されたレーザビームを集光光学
系により集光するとともに、上記集光ビームの外径を、
上記集光ビームの集光点近傍に備えた開口によりカット
して整えると共に、さらに、上記集光系により集光され
たのち、ふたたび、伝送されて広がったレーザビームを
再度集光して加工物に導くことにより、レーザビームの
出射形状を加工物状に転写し、エッヂの鋭いレーザビー
ムを得て、レーザ加工を行うように作用する。
【００７２】請求項３０の発明におけるレーザ加工装置
は、レーザビームを加工物近傍まで光学系により伝送
し、上記光学系から出射されたレーザビームを集光光学
系により集光するとともに、上記集光ビームの外径を、
上記集光ビームの集光点近傍に備えた過飽和吸収体によ
りカットして整えると共に、さらに、上記集光系により
集光されたのち、ふたたび、伝送されて広がったレーザ
ビームを再度集光して加工物に導くことにより、レーザ
ビームの出射形状を加工物上に転写し、エッヂの鋭いレ
ーザビームを得て、レーザ加工を行うように作用する。
【００７３】請求項３１の発明におけるレーザ加工装置
は、請求項１０〜２５のいずれかに記載の固体レーザ装
置を用いてレーザ加工することにより、レーザビームの
出射形状を加工物上に転写し、エッヂの鋭いレーザビー
ムを得て、レーザ加工を行うように作用する。
【００７４】
【実施例】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図１〜図４につ
いて説明する。図１は、この実施例による固体レーザ装
置を示す断面図であり、２〜８は上記従来装置と同一の
ものである。１１は曲率半径Ｒの全反射ミラー、１２は
集光レンズ、１３ａ，１３ｂはそれぞれ全反射ミラー１
１と集光レンズ１２を部分反射ミラー２に対して前後に
移動させるための移動ステージ（移動手段）、１４はレ
ーザ共振器（全反射ミラー１１，部分反射ミラー２およ
び集光レンズ１２で構成される）内で発生するレーザ
光、１５はこのレーザ装置から射出されるレーザビーム
である。
【００７５】次に動作について説明する。本実施例の固
体レーザ装置も、先の従来の固体レーザ装置と同様、電
源５を入れると励起光源４が発光し、この光は集光器６
の作用により固体素子３に集光する。そして固体素子３
はこの励起光源４の光を受けて励起され、レーザ光１４
を発生するが、本実施例においては、このレーザ光１４
は全反射ミラー１１，部分反射ミラー２および集光レン
ズ１２で構成されるレーザ共振器内で増幅され、一定の
強度に達した後、レーザビーム１５として部分反射ミラ
ー２を通って外部に放出される。
【００７６】ここで、この発明の中心となる全反射ミラ
ー１１と集光レンズ１２からなる像転写光学系（「像転
写光学系」は英語で「Imaging Optics」と言われるもの
で、「結像光学系」とも訳されている。）について説明
する。像転写光学系とは、光学系の一点から射出された
光が光学系の通過により自己転写され、光の実質光学伝
搬距離がゼロとなる、いわゆる像転写の条件を満たす光
学系のことである。この発明の固体レーザ装置において
は、全反射ミラー１１と集光レンズ１２は、まず最初に
像転写条件を満たす位置に配置される。すなわち、集光
レンズ１２の焦点距離をｆ、全反射ミラー１１の曲率半
径をＲ（＝ｆ）、両者間の距離をＬ（＝Ｒ＋ｆ＝２ｆ）
とすると、集光レンズ１２の前面Ｌの位置にある像は、
集光レンズ１２を通過した後、全反射ミラー１１により
元の位置に転写されることになる。そして両者間の距離
を移動ステージ１３ａ，１３ｂにより微少量（＝２Δ
ｆ）だけ変化させると、この光学系全体は可変曲率半径
Ｒ（＝ｆ／２Δ）をもつ全反射ミラーと同等の作用をす
る。
【００７７】これを図２を参照して説明すると、図の左
方に示す集光レンズ１２（焦点距離ｆ）と全反射ミラー
１１（曲率半径Ｒ［＝ｆ］）を当初の距離Ｌ（＝２ｆ）
から２Δｆだけ広げ２ｆ（１＋Δ）を隔てて配置した像
転写光学系は，参照符号Ａの位置（集光レンズ１２の前
方Ｌの位置）に、図中の右方に示す曲率半径Ｒ1 （＝ｆ
／２Δ）の全反射ミラー１６Ａを配置したのと等価であ
る。そこで、この像転写光学系を以下では「像転写可変
曲率ミラー」または「反射可変曲率ミラー」とも呼ぶ。
像転写可変曲率ミラー１６Ａの曲率半径Ｒ1 は、先に示
したように、集光レンズ１２と全反射ミラー１１間の像
転写条件を満たす基本距離Ｌからのずれ２Δの逆数に比
例するため、微少なずれ量で従来のレーザ装置における
全反射ミラー１（曲率半径無限大の平面）とは大きく異
なるものになる。
【００７８】図３には、集光レンズ１２（焦点距離ｆ＝
５０mmとする）と全反射ミラー１１間の距離、およびこ
の像転写光学系と等価な像転写可変曲率ミラーの曲率半
径との関係を示す。像転写光学系を母体とするため、等
価ミラーの曲率半径は距離の微少変化に対して感度よく
変化し、例えばずれ量２Δｆが０．０００５mmの微少な
変化でも、曲率半径を無限大から２ｍ（２０００mm）程
度まで大きく変化させられることが分る。
【００７９】よって、図１において移動ステージ１３
ａ，１３ｂを備えた全反射ミラー１１と集光レンズ１２
からなる像転写光学系は、固体素子３の内部に反射可変
曲率ミラーを配置したのと同一の動作を行う。つまり、
電源５の投入電力が変化すると、励起光源４からの励起
光の強度が変化し、これに伴って固体素子３の熱レンズ
作用量が変化するが、移動ステージ１３ａ，１３ｂを移
動させれば、全反射ミラー１１と集光レンズ１２からな
る像転写光学系の等価曲率半径を微少変化させることが
できる。
【００８０】したがって、本実施例においては、電源５
の投入電力が変化しても、この曲率半径の変化により、
固体素子３のレーザ出力に応じた熱レンズ作用を補償し
てレーザ光１４の進路を正し、レーザ光１４の断面積を
広く保って、固体素子３の熱レンズ作用を共振器内で打
ち消すことができる。すなわち、本実施例によれば、実
質的光学伝搬距離がゼロの像転写系のおかげで、レーザ
光１４の熱レンズ変化を、その発生場所の近傍で、他の
共振器部分に影響を与えずに高い精度で補正することが
できるため、共振器の動作を一定に保つことができる
（レーザビームが発散しない）。
【００８１】図４は、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶を固体素子３に
用いた場合において、本実施例の像転写光学系により熱
レンズ作用を補償した場合のレーザビーム１５の発散角
の変化を、熱レンズ作用の補償を行わない比較例と対比
させながら、レーザ出力（光源の電源の投入電力に依存
する）の関数として示したグラフ図である。この図によ
れば、比較例の場合は、レーザ出力の上昇とともに、熱
レンズ作用が増大するため、発散角が際立って広がって
いくのに対し、本実施例においては、熱レンズ作用の補
償により、レーザビーム１５の発散角がレーザ出力に依
存せず、ほぼ一定になっていることが分る。
【００８２】実施例２．次に、この発明のもう一つの実
施例を図５と図６について説明する。図５は、この実施
例による固体レーザ装置を示す断面図であり、３〜８，
１１〜１３ｂは上記実施例１の装置と同一のものであ
る。１６は拡大全反射ミラー、１７は部分反射ミラー、
１８はレーザ共振器（全反射ミラー１１，集光レンズ１
２、拡大全反射ミラー１６および部分反射ミラー１７で
構成される）内で発生するレーザ光、１９はこのレーザ
装置から射出されるレーザビームである。
【００８３】本実施例の固体レーザ装置も、基本的には
先の実施例１の固体レーザ装置と同様の動作をする。た
だし、本実施例においては、図１の部分反射ミラー２の
代わりに、拡大全反射ミラー１６とメニスカス状の部分
反射ミラー１７を用い、これらと集光レンズ１２および
全反射ミラー１１からなる像転写可変曲率ミラーを含む
不安定型共振器を構成している。不安定型共振器を用い
るとレーザ光１８は共振器内で発散（拡大全反射ミラー
１６による）と集光（全反射ミラー１１による）を繰り
返し、固体素子３の断面内でほぼ均一な強度分布をもつ
ものにすることができる。
【００８４】図６（ａ）と図６（ｂ）は、それぞれ不安
定型の共振器（本実施例）と安定型の共振器を用いた場
合のビームパターン（レーザ光１８の断面方向における
強度分布）を示す。この図によれば、本実施例の固体レ
ーザ装置においては、安定型共振器による釣り鐘状の強
度分布に比べ、レーザ光１８の強度が断面方向に均一で
ある。 したがって、本実施例によれば、レーザ光１８
の一部が固体素子３に吸収されてこれを加熱するような
高出力域においても、固体素子３はその断面に沿って均
一に加熱される。よって、本実施例においては、固体素
子３の熱レンズ作用をレーザ媒質（固体素子）３内の断
面内で一定にできるため、像転写可変曲率ミラー（全反
射ミラー１１，集光レンズ１２および移動ステージ１３
ａ，１３ｂを組み合わせたもの）による熱レンズ作用の
補償を容易にし、熱レンズ作用を精度よく打ち消して安
定な高品質レーザビーム（発散しないレーザビーム）１
９を得ることができる。
【００８５】実施例３．この発明の他の実施例を図７に
ついて説明する。図７は、この実施例による固体レーザ
装置を示す断面図であり、３〜８，１１〜１３ｂと１７
は前記実施例２の装置と同一のものである。２５は拡大
出口ミラーで中央の部分反射ミラー（拡大部分反射部）
２６とその周囲の無反射部２７からなる。また２８はレ
ーザ共振器（全反射ミラー１１，集光レンズ１２、拡大
出口ミラー２５および部分反射ミラー１７で構成され
る）内で発生するレーザ光、２９はこのレーザ装置から
射出されるレーザビームである。
【００８６】本実施例の固体レーザ装置も、基本的には
先の実施例２の固体レーザ装置と同様の動作をする。た
だし、本実施例においては、図５の拡大全反射ミラー１
６の代わりに、拡大出口ミラー２５を用い、これらと集
光レンズ１２および全反射ミラー１１からなる像転写可
変曲率ミラーを含む不安定型共振器を構成している。こ
うすると、実施例２のような断面がドーナツ状でない、
中詰まり状のレーザビーム２９が得られ、実施例２と同
程度の集光性を得るために必要なレーザ光２８の強度を
下げることができる。
【００８７】よって、本実施例によれば、レーザ光２８
が固体素子３に吸収されて発生する熱量を少なくするこ
とができ、高出力域でも、像転写可変曲率ミラーによる
熱レンズの補償が容易になり、熱レンズ作用を精度よく
打ち消して安定な高品質レーザビーム２９を得ることが
できる。
【００８８】実施例４．ついで、この発明のさらに他の
実施例を図８について説明する。図８は、この実施例に
よる固体レーザ装置を示す断面図であり、３〜８，１１
〜１３ｂ，１７および２５〜２８は前記実施例３の装置
と同一のものである。３５は部分反射ミラー２６に対応
する部分反射ミラー１７外面の位置に設けた段差（位相
差解消手段）である。また３６はこのレーザ装置から射
出されるレーザビームである。
【００８９】本実施例の固体レーザ装置も、基本的には
先の実施例３の固体レーザ装置と同様の動作をする。た
だし、本実施例においては、部分反射ミラー２６を通過
するレーザビーム３６と無反射部２７を通過するレーザ
ビーム３６間の位相差が、部分反射ミラー１７の外面に
設けた段差３５により打ち消される。よって本実施例に
よれば、レーザビーム３６は位相の揃った中詰まり状と
なり、集光性が向上する（発散しないため、レンズ等で
集光しやすくなる）。
【００９０】実施例５．この発明のさらに他の実施例を
図９〜図１１について説明する。図９は、この実施例に
よる固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８および
１１〜１３ｂは先の実施例１の装置と同一のものであ
る。４０はピエゾ素子、４１はピエゾ素子４０の伸縮を
制御するコントローラ、４２はこの共振器内で発生する
レーザ光、４３はこのレーザ装置から射出されるレーザ
ビームである。
【００９１】本実施例の固体レーザ装置は、先の実施例
１の固体レーザ装置と同様の動作をするが、本実施例に
おいては、投入電力を一定（つまりポンピングの状態を
一定）にしておいて、全反射ミラー１１と集光レンズ１
２間の距離を、全反射ミラー１１の背面に設けたピエゾ
素子４０の伸縮により、移動ステージ１３ａを通して短
時間で変化させる。全反射ミラー１１と集光レンズ１２
間の距離を変化させると、実施例１で述べたようなレー
ザ共振器の像転写条件が変化し、幾何光学的に安定な条
件（安定型共振器の状態）と不安定な条件（不安定型共
振器の状態）をスイッチできる。
【００９２】図１０は、全反射ミラー１１および集光レ
ンズ１２間の距離とレーザ出力の関係例を示す。例えば
集光レンズ１２の焦点距離ｆを５０mmとして、Ｒ＝２ｆ
＝１００mmからＲ＞２ｆ（Ｒ＞１００mm）に変化させる
と、レーザ出力が急激に増加することが分る。
【００９３】そして、ピエゾ素子４０により短時間で
（高速に）共振器条件を繰り返し変化させると、共振器
が幾何光学的に安定なロスの少ない状態と幾何光学的に
不安定なロスの多い状態との間を短時間で行き来する
（共振器の損失が時間的［周期的］に変化する）ことに
なる。そうすると、共振器のＱ値が急激に変化し、急峻
なパルス発振をさせることができる。図１１は、このよ
うにして得た急峻なパルス波形の例を示す。
【００９４】実施例６．この発明のさらに他の実施例を
図１２〜図１４について説明する。図１２は、この実施
例による固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，
１１〜１３ｂおよび４０は先の実施例５の装置と同一の
ものである。５０は第２の光源、５１はこの光源５０か
ら発射された光ビーム、５２はＣＣＤなどの光検出素
子、５３は光検出素子の測定結果に基づいてピエゾ素子
４０の伸縮を制御するコントローラ、５４はこの共振器
内で発生するレーザ光、５５はこのレーザ装置から射出
されるレーザビームである。
【００９５】また図１３は本実施例の変形例に係る固体
レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，１１〜１３
ｂ，４０，５０〜５５はすべて図１２の装置と同じで、
さらに第２の光源からの光ビーム５１を全反射し、他方
レーザ光５４は全透過するミラー５６ａ，５６ｂを備え
る。
【００９６】図１２と図１３に示すレーザ装置において
は、第２の光源５０で発生させた光ビーム５１を、熱レ
ンズ作用を行っている固体素子３中を通過させる。そし
て、この固体素子３の通過に伴う光ビーム５１の外径の
変化を光検出素子５２により検出する。この場合、図１
２の装置においては、光ビーム５１はレーザ光５４に対
して斜めに進んで直接光検出素子５２に入射するのに対
し、図１３の装置においては、光ビーム５１はまずミラ
ー５６ａによりレーザ光５４内を平行に進み、ついでミ
ラー５６ｂによりレーザ光５４から外れて光検出素子５
２に入射する。そして、コントローラ５３では、その検
出値（光ビーム５１の外径変化の程度）から固体素子３
の熱レンズ作用の程度を算出し、その算出値に基づいて
ピエゾ素子４０を駆動し、全反射ミラー１１と集光レン
ズ１２間の距離を調節する。よって、本実施例によれ
ば、固体素子３の熱レンズ作用を、その短時間の変動に
追随しながら打ち消すことができ、発散角を一定に保つ
ことができる。
【００９７】図１４は、上記図１２と図１３のレーザ装
置におけるレーザビーム５５の発散角の変化を、熱レン
ズ作用の補償を行わない比較例と対比させながら、電源
５投入時からの経過時間の関数として示したものであ
る。比較例の場合は固体素子３の熱レンズ作用が安定す
るまでレーザビーム５５の発散角が変化するが、この実
施例においては発散角は電源の投入と同時に安定化して
いる。
【００９８】なお上記いずれの実施例においても、レー
ザビームは、像転写光学系と別の光学ミラー２、１７を
用意してレーザビームを取り出す構成を示したが、像転
写光学系を構成するミラーの一部に反射部を設けて、こ
こからレーザビームを外部に取り出すようにしてもよ
い。
【００９９】また、特に説明はしなかったが、上記各光
学素子のうち特に指示のない部分であっても、レーザビ
ームが通過する箇所には、通常の光学素子のように無反
射薄膜を施せば共振器内のロスが減少し、効率のよいレ
ーザ発振を実現することができる。
【０１００】実施例７．図１５はこの発明の実施例７に
係る固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，１１
〜１５はすべて図１の装置と同じで、６０は全反射ミラ
ー１１を覆う容器、６１は容器６０に設けられた通気口
である。なお、図中の破線Ｌは、全反射ミラー１１と集
光レンズ１２からなる像転写系と等価な可変曲率ミラー
の仮想の配置位置を示す。
【０１０１】この固体レーザ装置において、レーザ光１
４の集光点は全反射ミラー１１と集光レンズ１２の中間
に位置するが、容器６０は、この集光点に大気中のゴミ
などが紛れ込むのを防止する。よって、ゴミがレーザ光
１４により加熱されて、近くを通過するレーザ光１４の
品質を悪化させることはない。
【０１０２】また、通気口６１に真空ポンプを接続して
容器６０内を排気すれば、ゴミの問題は一層軽減され、
かつ集光点の強度増加による気中破壊（プラズマの発
生）、空気中の湿気によるレーザ光１４の吸収等、レー
ザビームの品質悪化を防ぐことができる。なお、通気口
６１から不活性ガスを吹き込むことにより、集光点近く
での気中破壊を防ぐこともできる。
【０１０３】さらに、全反射ミラー１１を移動ステージ
１３ａから外して容器６０の壁に取り付け、他方通気口
６１を通じて真空度を変えたり、容器６０内に流入させ
るガスの圧力を変化させて容器６０を変形させると、移
動ステージ１３ａによらなくても、全反射ミラー１１と
集光レンズ１２間の距離を変えて、可変曲率ミラーの等
価曲率を変化させることができる。可変曲率ミラーの等
価曲率の変化は、容器６０に接触してヒータを設置し、
ヒータの加熱によって容器６０の温度を変えることによ
っても達成することができる。
【０１０４】実施例８．図１６はこの発明の実施例８に
係る固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，１１
〜１５，６０，６１はすべて図１５の装置と同じであ
る。そして６３は波長変換素子であり、例えばＫＴＰ
（Potassium Titanyl Phosphate)結晶からなる。
【０１０５】この固体レーザ装置においては、波長変換
素子６３を配置したため、レーザ光１４の波長変換を行
い、集光性のよい短波長のレーザビーム１５を発生する
ことができるが、特に波長変換素子６３を全反射ミラー
１１と集光レンズ１２の中間点にある集光点に合わせて
配置したため、集光点で強度を高められたレーザ光１４
を利用して効率よく波長変換を行うことができる。
【０１０６】そして、本実施例においては、波長変換素
子６３が容器６０内に収められているため、その表面に
ゴミ等が付着することがなく、長期間安定に波長変換が
実現できる。
【０１０７】実施例９．図１７はこの発明の実施例９に
係る固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，１１
〜１５，６０，６１はすべて図１５の装置と同じであ
り、また１６，１７は図５の装置と同じである。
【０１０８】この固体レーザ装置においては、図５と同
じ不安定型レーザ共振器が達成され、レーザビーム１５
はドーナツ状のものが得られるが、容器６０のおかげで
像転写系へのほこりの付着が防止でき、全反射ミラー１
１や集光レンズ１２のクリーニングをしなくても、長期
間にわたり運転することができる。
【０１０９】実施例１０．図１８はこの発明の実施例１
０に係る固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，
１１〜１５，６０，６１はすべて図１５の装置と同じで
あり、また１７，２５〜２７は図７の装置と同じであ
る。
【０１１０】この固体レーザ装置においては、図７と同
じ不安定型レーザ共振器が達成され、レーザビーム１５
は中詰まり状のものが得られるが、容器６０のおかげで
像転写系へのほこりの付着が防止でき、全反射ミラー１
１や集光レンズ１２のクリーニングをしなくても、長期
間にわたり運転することができる。
【０１１１】実施例１１．図１９はこの発明の実施例１
１に係る固体レーザ装置を示す断面図であり、２〜８，
１１〜１５，６０，６１はすべて図１５の装置と同じで
あり、また１７，２５〜２７，３５，３６は図８の装置
と同じである。
【０１１２】この固体レーザ装置においては、図８と同
じ不安定型レーザ共振器が達成され、レーザビーム３６
は中詰まり状でかつ位相差のないものが得られるが、容
器６０のおかげで像転写系へのほこりの付着が防止で
き、全反射ミラー１１や集光レンズ１２のクリーニング
をしなくても、長期間にわたり運転することができる。
【０１１３】実施例１２．図２０（ａ）はこの発明の実
施例１２に係る固体レーザ装置を示す側断面図、（ｂ）
は同横断面図である。図において、２、４、５、６、
７、８、９、１４、１５、７０、８１、８２は、前述し
た図４４に示した従来装置と同一のものである。また、
１１、１２、１３ａ、１３ｂは、図１に示した前記実施
例１と同一のものである。また、３００は表面があらさ
れた固体素子、９は透明ガラス製の筒管である。
【０１１４】次に動作について説明する。このレーザ装
置においては、励起光源４と、表面をあらされた固体素
子３００は、断面形状が楕円状の集光器６の焦点に配置
され、電源５により点灯された励起光源４から発せられ
た光により固体素子３００に光が照射される。固体素子
３は、この照射された光により励起され、レーザ媒質と
なる。レーザ媒質より発生された自然放出光は、ミラー
２、１１、集光レンズ１２により構成される共振器間を
往復する間に増幅され、一定以上の大きさに達すると、
指向性の良いレーザビーム１５として外部に放出され
る。
【０１１５】ミラー２、１１と集光レンズ１２により構
成された安定型共振器は、固体素子３００の内部に、断
面内でほぼ均一な強度分布を持つレーザビーム１５を発
生させる。励起光源４と固体素子３００は、流入口８１
から導入され冷却媒体７０により、その周囲から冷却さ
れる。固体素子３００および励起光源４を冷却して温度
上昇した冷却媒体（冷却用の液体）７０は、流出口８２
から外部に排出される。また、固体素子３００はその端
部でシール材７により冷却媒体からシールされている。
【０１１６】次に、表面があらされた固体素子３００の
作用について説明する。固体素子３００の周囲に入射す
る励起光源４からの光は、実験結果として図４５におぴ
て既に示したように、断面内で励起分布、つまり断面内
での熱レンズ分布を発生させ、その結果、通過するレー
ザビーム１５に波面収差を与えてしまう。
【０１１７】発明者は、この原因として、固体素子３０
０の表面のあらさが十分でなく、光がその表面で図２１
に示すように屈折しているためであると推測し、固体素
子３００の表面をさらにあらし、光が固体素子３００表
面で屈折する成分に比較して、散乱する成分を増大さ
せ、従って屈折作用にもとづく断面の熱レンズ分布をな
くし、結果としてレーザビーム１５に波面収差を与える
ことなく、これを通過させることができる固体レーザ装
置を案出した。
【０１１８】図２２は、固体素子３００の表面あらさを
変化させて、熱レンズ分布による固体素子３００の透過
波面収差を測定した実験結果を示す。ここでは固体素子
３００として屈折率１．８２のＮｄ：ＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5
Ｏ12）ロッドを、屈折率１．３の水により周囲から冷却
する場合と、大気中においた場合を比較した実験結果を
示している。この実験においては、Ｎｄ：ＹＡＧロッド
を、水中でアークランプ光源により励起し、これに軸方
向からＨｅＮｅレーザビームを透過させ、その出射した
レーザビームの断面内収差の最大値を実測した。
【０１１９】固体素子３００を大気中においた場合に
は、表面のあらさを５０μインチＲＭＳ以上にすれば、
ほぼ励起分布による波面収差を、固体素子３００そのも
のが持っている限界の値まで減少させることがわかる。
【０１２０】実際、従来の固体素子は、その表面状態
を、研磨された透明状態から５０μインチＲＭＳのあら
さまでの範囲に設定してあるが、これは、固体素子側面
を光路とする寄生発振を防ぐ、もしくは周方向の光強度
分布の均一性を向上させるためであり、目視ですりガラ
ス状に見える２０〜５０μインチＲＭＳのあらし状態に
設定すれば、それらの目的が達成されることが知られて
いる。
【０１２１】しかしながら、高出力レーザビームを発生
させるためにその周囲を冷却する場合においては、表面
のあらさを、固体素子を大気中においた場合の数倍の例
えば１３０μインチＲＭＳ以上にして初めて、固体素子
の断面内の透過波面収差を、固体素子そのものが持つ収
差程度に減少させることができることがわかった。これ
は、水の屈折率が大気の屈折率よりも高く、従って固体
素子とその周囲媒体の屈折率差が減少し、これにより表
面での散乱効果が減少するためであると考えられる。
【０１２２】上記の、波面収差が表面の散乱効果の増大
効果により減少したとする考えの正しさを証明するため
に、さらに第２の実験を行った。この実験では、図２３
に示す構成により、光源による励起を行わない場合にお
いて、固体素子側面からコリメートされたＨｅＮｅレー
ザビーム７００を照射し、その断面内での光の伝ぱん状
態を観測した。Ｎｄ：ＹＡＧロッドは、円柱状であるか
ら、その表面で光が屈折すれば、ＨｅＮｅレーザビーム
７００は、図２４（ａ）に示すように、集光されながら
ロッド断面内を進行する。しかしながら、表面があらさ
れ、散乱が増大すると、図２４（ｂ）に示すように、集
光状のレーザビームの進行は観測されずに、断面内で拡
散状に進行するＨｅＮｅレーザビーム７００が観測され
るはずである。実験を行ったところ、大気中では、５０
μインチＲＭＳの表面あらし状態で図２４（ｂ）に示す
拡散状態が観測された。しかし、固体素子３００を水中
に配置した場合には、５０μインチＲＭＳの表面あらし
状態では図２４（ａ）の状態となり、さらにあらし度合
いを増大させて１００μインチＲＭＳ以上にして初め
て、ほぼ完全に図２４（ｂ）に示す発散状のレーザビー
ムの進行が観測できた。
【０１２３】この実験結果は、上記で説明した励起光源
４による励起実験の結果を説明するものとして提案した
「水の屈折率が大気の屈折率よりも高く、従って固体素
子とその周囲媒体の屈折率差が減少し、これにより表面
での散乱結果が減少するためであると考えられる」とす
る考えの正しさを証明したものであり、固体素子の表面
あらさを通常の倍以上である１００〜１３０μインチＲ
ＭＳ以上にして初めて、固体素子の断面内の透過波面収
差を、固体素子そのものが持つ収差程度に減少させるこ
とができることがわかった。
【０１２４】固体素子表面での散乱作用は、固体素子の
屈折率と周囲冷却媒体の屈折率の比で規定されると考え
られる。従って、ここでの実験結果は、水を主成分とす
る冷却媒体と、屈折率が１．８程度もしくはそれ以下の
固体素子、例えば、Ｌi ＹＦ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｂe Ａl2
Ｏ4 ，ガラス，Ｌi Ｓr Ａl Ｆ6 ，Ｌi Ｃa Ａl Ｆ6を
主成分とする固体素子に適用できるものである。
【０１２５】また、表面あらしは励起光源４の光が到達
する場所にのみ施されていればよい。例えば、端部のシ
ール材７の当たり部は、あらさない実施例も考えられ
る。こうすると、シール材７の固体素子への接触面積が
増大し、安定的に冷却媒体７０をシールできるようにな
る。
【０１２６】また、レーザビームの強度分布に対応し
て、表面あらしの度合いを固体素子の軸方向に変化させ
て、断面の強度分布の軸方向の積分値を均一化する方法
も考えられる。
【０１２７】さらに、図２０に示した、光源の光を固体
素子３００に導く光学系について説明を加える。固体素
子の表面あらさを増大させると、通常レーザ発振効率が
減少する。これは、固体素子３００の周囲に導かれた光
の一部が、そのあらされた表面で後方散乱され、損失と
なるからである。
【０１２８】それを防ぐために、実施例１２では、集光
器６を用いて励起光源４からの光を閉じ込める構成をと
っている。この構成によれば、固体素子３００の表面で
後方散乱された光は、集光器により再び反射され、再び
固体素子３００の表面に導かれ、これを励起する。従っ
て、従来問題となっていた固体素子表面をあらすことに
よるレーザ発振効率の減少を防ぐことができる。
【０１２９】また、実施例１２では、集光器６の内面が
拡散反射面から構成されるようにしている。従来例にお
ける反射型の集光器では、光源と固体素子は楕円型の集
光器の焦点に配置されている。この場合、固体素子３で
吸収されずに通過した励起光源４からの光は、楕円の焦
点位置を通過するために、集光器内で３〜４回反射を繰
り返せば、再び固体素子３に入射し、これを励起するこ
とができる。しかし、固体素子３の表面で散乱された励
起光源４からの光は、散乱により進行方向が変わり、楕
円の焦点位置を通過しないために、再び固体素子３に入
射するには、多数回の反射往復を繰り返す必要がある。
反射面の反射率は有限であるために、反射後とに光量が
失われ、結局散乱された光のほとんどが、固体素子３に
導かれる前に反射内面で吸収されることになる。
【０１３０】実施例１２では、内面を拡散反射面にして
いるので、固体素子３００の表面で散乱された光は、集
光器６の内面で拡散反射され、少なくとも毎回その一部
が固体素子３００に導かれ、これを励起する。また、集
光器６内部で光強度を均一化するため、固体素子３００
の表面をあらすことによる従来観測されたレーザ発振効
率の低下が緩和される。実際、Ｎｄ：ＹＡＧロッドとア
ークランプを用いた実験結果によると、固体素子３００
の表面あらさを５０〜２００μインチＲＭＳの間で変化
させても、実験精度内で発振特性の変化は全く観測され
なかった。
【０１３１】さらに、実施例１２では、従来の全反射ミ
ラー１に変えて、全反射ミラー１１と集光レンズ１２に
より構成された光学系を用いている。これについて説明
を加える。従来例と同様に全反射ミラー１を用いても、
波面収差の減少した固体素子３００の作用で、よりビー
ム品質の良いレーザビーム１５が得られる。しかし、励
起光源４の出力を変化させると、固体素子３００の熱レ
ンズの値が変化し、これによりレーザビーム１５の品質
が若干変化する。全反射ミラー１１と集光レンズ１２に
より構成された光学系は、この変化を打ち消す目的で挿
入されている。全反射ミラー１１と集光レンズ１２は、
まず像転写条件を満たす位置に配置される。例えば反射
ミラーの曲率＝Ｒ、レンズの焦点距離＝ｆ、両者間の距
離＝Ｌ＝Ｒ＋ｆとすると、レンズの前面Ｌの位置の像が
反射により転写されることになる。ここで両者間の距離
を、例えば移動ステージ１３ａまたは１３ｂにより微小
量変化させると、この光学系は曲率を持つ反射ミラーと
同等の作用をする。このことは実施例１の説明で述べ
た。
【０１３２】特に、本実施例では、固体素子３００の熱
レンズ量は、上記あらした表面の作用により断面内でほ
ぼ一定で、したがって収差がほとんどないために、この
像転写光学系により、断面内全体にわたり熱レンズを補
正することができ、従って固体素子の断面一杯から効率
良く、高出力の高品質レーザビーム１４を発生させるこ
とができる。
【０１３３】なお、像転写光学系は、反射ミラーとレン
ズの組み合わせに限られるものではなく、光学的に曲率
を持ち、固体素子近傍に配置されたと同じとみなせるよ
うに作用する光学系であれば良く、図２５、図２６のよ
うな変形例が考えられる。
【０１３４】図２５（ａ）〜（ｄ）においては、像転写
光学系を構成する集光レンズ１２を全反射ミラー１１等
で置き換えた変形例を示す。この変形例に見られるよう
に、図２０に示した反射ミラーとレンズの組み合わせに
限らずに、要は、像転写条件が満たされるように、複数
の光学系を組合わせて用いるようにすればよい。
【０１３５】図２６に示す例においては、全反射ミラー
１１と集光レンズ１２よりなる組み合わせの光学系を、
容器６０の中に入れている。これにより、光学系中に大
気中のゴミが混入すること、したがってゴミが光学系中
の集光点で加熱され、周囲の大気を局所加熱させ、これ
がレーザビーム１４の品質を悪化させることが防止され
る。
【０１３６】また、この例ではさらに容器６０が通気口
６１を備え、容器６０内を減圧することができるように
なっている。このようにすると、あらした固体素子３０
０の効果により、高品質化されたレーザビーム１４が、
反射ミラー１１とレンズ１２の間で小さいスポットに集
光されることにより気中破壊が発生するのを防ぐことが
できる。
【０１３７】実施例１３．図２７（ａ）はこの発明の実
施例１３に係る固体レーザ装置を示す側断面図、（ｂ）
は同横断面図である。この例においては、部分反射ミラ
ーのかわりに、拡大反射ミラー１６とメニカス状の部分
反射ミラー１７を用い、これらと全反射ミラー１１、集
光レンズ１２からなる像転写可変曲率ミラーを含む不安
定型共振器を構成している。
【０１３８】不安定型共振器を用いると、その回折作用
により、発生するレーザビーム１９を安定型共振器を用
いた場合よりもさらに均一な強度分布のレーザビームと
することができる。
【０１３９】図２８には、安定型共振器を用いた場合
と、不安定型共振器を用いた場合に得られる、固体素子
３００内のレーザビーム１９の強度分布を比較して示
す。（ａ）は前者の場合、（ｂ）は後者の場合を示す。
【０１４０】レーザビーム１９の断面形状が均一である
ため、レーザビーム１９の一部が固体素子３００に吸収
される。そして、固体素子３００を内部から加熱するよ
うな高出力域においても、均一なレーザビーム１９が固
体素子３００を均一に加熱することになり、従って表面
のあらしにより、その断面内が均一に励起されて、発生
したレーザ媒質の均一性を乱すことがなく、レーザビー
ムの品質を高出力領域においても保つことができる。
【０１４１】本実施例においても、全反射ミラー１１と
集光レンズ１２からなる像転写光学系が用いられてい
る。不安定型共振器を用いたレーザ装置では、共振器か
ら取り出されるレーザビーム１９の波面曲率が、共振器
中に配置された固体素子の熱レンズの作用により変化す
るため、このような像転写光学系を用いて、その波面曲
率の変化を安定させれば、外部での伝ぱん状態が安定し
たレーザビーム１９が得られる。
【０１４２】実施例１４．図２９（ａ）はこの発明の実
施例１４に係る固体レーザ装置を示す側断面図、（ｂ）
は同横断面図である。この実施例においては、実施例１
３の拡大反射ミラー１６のかわりに、中央が部分反射ミ
ラー２６であり、その周囲が無反射部２７から構成され
る拡大出口ミラー２５を用い、これらと全反射ミラー１
１、集光レンズ１２とからなる共振器を構成している。
【０１４３】このように構成されると、内部には図２７
に示したものとほぼ同じ形状の強度分布を持つレーザビ
ームが得られるのに加えて、外部に例えば図３０に示す
ような中づまり状、従って集光性の良いレーザビームが
得られる。このために、同一の集光性を得るために必要
なレーザビーム２９の強度を下げることができ、固体素
子３００にレーザビーム２９が吸収されて発生する熱量
を少なくすることができ、従って固体素子３００の発熱
を下げ、その結果、高出力域でも安定に高品質レーザビ
ーム２９が発生する。
【０１４４】実施例１５．図３１（ａ）はこの発明の実
施例１５に係る固体レーザ装置を示す側断面図、（ｂ）
は同横断面図である。この実施例１５においては、中央
の部分反射ミラー部２６を通過するレーザビーム２９
と、周囲無反射部２７を通過するレーザビーム２９間の
位相差を、例えば部分反射部２６の厚みを通常の数倍の
厚みにしたり、さらに図３２に示すように、ミラー外面
に段差（位相差解消手段）３５を設けたりして打ち消し
て、位相のそろった中づまり状のレーザビーム３６を得
るように構成している。
【０１４５】こうすると、さらにレーザビーム３６の集
光性が向上するために、同一の集光性を得るために必要
なレーザビーム３６の強度を実施例１４の場合よりも下
げることができ、固体素子３００にレーザビーム３６が
吸収されて発生する熱量を少なくすることができ、従っ
て固体素子３００の発熱を下げ、その結果、高出力域で
も安定に高品質レーザビーム３６が発生する。
【０１４６】実施例１６．図３３はこの発明の実施例１
６に係る固体レーザ装置を示す側断面図である。この実
施例１６においては、表面があらされた固体素子３００
を励起してレーザ媒質としたものを、レーザビーム１５
の増幅器として用いている。
【０１４７】図において、左側の発振器であるレーザ装
置は、図２０に示したものと同じであるが、右側の増幅
器であるレーザ装置は、共振器が組み合わされておら
ず、左側のレーザ装置から発生されたレーザビーム１５
を増幅してレーザビーム１５０として外部に発生させる
ようになっている。
【０１４８】このような発振器と増幅器の組み合わせに
よるレーザビームの高出力化は、特に励起光源４がパル
ス状に固体素子３００を励起する場合に有効である。表
面があらされた固体素子３００の効果により、レーザビ
ーム１５は断面内で収差なく増幅される。すなわちレー
ザビーム１５のビーム品質を保ったままで高出力化して
レーザビーム１５０として取り出される。
【０１４９】なお、本実施例においては、実施例１２に
示すレーザ共振器を用いた固体レーザ装置を例にして説
明したが、実施例１３、１４、１５のいずれかに記載の
固体レーザ装置を用いた場合にも同様の効果を有する。
【０１５０】実施例１７．図３４はこの発明の実施例１
６に係る固体レーザ装置を示す側断面図である。この実
施例１７においては、固体素子３００を複数本、光軸方
向にならべた構成を示す。このようにすればレーザ媒質
を長く構成でき、結果として高出力のレーザ出力が実現
できる。
【０１５１】各固体素子３００が収差を持つ場合には、
このように複数の固体素子３００を組み合わせることは
難しく、複数の固体素子収差の一部が互いに打ち消すよ
うに、固体素子３００の選別が通常必要であった。
【０１５２】本実施例においては、固体素子表面のあら
しにより、固体素子３００の断面内の収差が小さくなる
ために、固体素子３００を選別することなく、複数の固
体素子３００を組み合わせて長いレーザ媒質を実現でき
る。これを用いて、安価に高出力のレーザビーム１５が
発生させられる。
【０１５３】さらに本実施例１７では、複数の固体素子
３００の間に集光レンズ（熱レンズ修正光学系）１２
ａ，１２ｂを挿入して固体素子３００の熱レンズを修正
している構成を示している。この２つの集光レンズ１２
ａ，１２ｂの間隔を調整することにより、わずかな収束
あるいは発散の作用を持たせることができる。各固体素
子３００は収差がほとんどないために、各固体素子３０
０の間にレンズ１２を挿入することにより、固体素子３
００の熱レンズを容易に修正することができる。
【０１５４】さらに、本実施例のように集光レンズ１２
を移動ステージ１３ｂ上に配置すれば、集光レンズ１２
間の距離を励起光源４の出力に対応して、従って固体素
子３００の熱レンズの大きさに対応して変化させ、この
複数の固体素子３００を通過するレーザビームに与える
複数の固体素子３００の影響が、励起光源４の出力、し
たがって発生させられるレーザ出力にかかわらず一定に
なるように制御できる。
【０１５５】なお、本実施例においては、実施例１２に
示すレーザ共振器を用いた固体レーザ装置を例にして説
明したが、実施例１３、１４、１５のいずれかに記載の
固体レーザ装置を用いた場合にも同様の効果を有する。
【０１５６】実施例１８．図３５（ａ）はこの発明の実
施例１８に係る固体レーザ装置を示す側断面図、（ｂ）
は同横断面図である。この実施例１８においては、励起
光源４として半導体レーザ４００を用いている。励起光
源４に半導体レーザを４００用いた場合、レーザビーム
１５の波長に近く、より短波長の波長を持つ半導体レー
ザ４００を用いることにより、固体素子３００の熱吸収
を、励起光源４にランプを用いた場合に比較して小さく
できる。４１０は半導体の光を閉じ込めて集光器６０内
に導くガラス等でできた光学素子である。
【０１５７】この実施例の場合、固体素子３００の断面
内の熱レンズ分布を減少させることができ、表面をあら
したロッドの効果と合わせて、高出力で品質の良いレー
ザビーム１５が得られる。
【０１５８】さらに、半導体レーザ４００を用いた場合
には、波長を変化させて、固体素子３００への半導体レ
ーザ４００の吸収係数を変化させて、固体素子３００の
断面内の励起分布を調整することができる。
【０１５９】例えば、固体素子３００の吸収帯に近い波
長で励起すれば、固体素子３００の表面近くで励起光源
４の出力の多くが吸収され、表面近くに強い励起分布が
形成される。
【０１６０】逆に、固体素子３００の吸収帯から離れた
波長で励起すれば、固体素子３００の中に奥深く入って
吸収されるために、固体素子３００の中央近くに比較的
励起分布が形成される。
【０１６１】従って、励起光源４である半導体レーザ４
００の波長を、固体素子３００の表面のあらし状態に対
応して、調整すれば、固体素子３００の断面内で、より
均一性の高い強度分布を持つ励起分布、従って均一なレ
ーザ媒質、収差のないレーザ媒質を得ることができる。
【０１６２】なお、本実施例においては、実施例１２に
示すレーザ共振器を用いた固体レーザ装置を例にして説
明したが、実施例１３、１４、１５のいずれかに記載の
固体レーザ装置を用いた場合にも同様の効果を有する。
【０１６３】実施例１９．図３６（ａ）はこの発明の実
施例１９に係るレーザ加工装置を示す構成図、（ｂ）は
固体レーザ装置部分の横断面図である。この実施例１９
のレーザ加工装置は、固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５を、集光レンズ１２で集光して光ファイ
バー２００の端部に入射させ、これにより離れた場所ま
で伝送し、光ファイバー２００の反対側端部より出射し
たレーザビーム１５を、集光レンズ１２により再度集光
し、この集光されたレーザビーム１５を用いて加工物８
００のレーザ加工を行うものである。ここで、８２０は
加工ガスの導入口、８１０は加工ノズルである。
【０１６４】本実施例においては、固体素子表面のあら
しにより、固体素子の断面内の収差が小さいために、本
実施例の固体レーザ装置から発生されたレーザビーム１
５は、小さいスポットに集光される。この小さく集光さ
れたレーザビーム１５は、光ファイバー２００端部へ効
率良く入射し、レーザ出力を失うことなく、光ファイバ
ー２００の反対側端部から出射して、加工物８００のレ
ーザ加工を効率良く、品質良く行う。
【０１６５】なお、本実施例においては、実施例１２に
示すレーザ共振器を用いた固体レーザ装置を例にして説
明したが、実施例１３、１４、１５いずれかに記載の固
体レーザ装置を用いた場合にも同様の効果を有する。
【０１６６】実施例２０．図３７（ａ）はこの発明の実
施例２０に係るレーザ加工装置を示す構成図、（ｂ）は
固体レーザ装置部分の横断面図である。この実施例２０
のレーザ加工装置は、固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５を、大気中を離れた場所まで伝送し、全
反射ミラー１１により方向を変えた後、集光レンズ１２
により集光し、この集光されたレーザビームを用いて加
工物８００のレーザ加工を行うものである。
【０１６７】本実施例においては、固体素子３００表面
のあらしにより、固体素子３００の断面内の収差が小さ
いために、本実施例の固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５は、小さいスポットに集光され、この集
光されたレーザビーム１５は、加工物８００のレーザ加
工を効率良く、品質良く行う。
【０１６８】なお、本実施例においては、実施例１２に
示すレーザ共振器を用いた固体レーザ装置を例にして説
明したが、実施例１３、１４、１５のいずれかに記載の
固体レーザ装置を用いた場合にも同様の効果を有する。
【０１６９】実施例２１．図３８（ａ）はこの発明の実
施例２０に係るレーザ加工装置を示す構成図、（ｂ）は
固体レーザ装置部分の横断面図である。この実施例２１
のレーザ加工装置は、固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５を、大気中を離れた場所まで伝送し、全
反射ミラー１１により方向を変えた後、集光レンズ１２
により集光し、この集光されたレーザビーム１５を、さ
らに集光レンズ１２により集光し、この集光されたレー
ザビーム１５を用いて加工物８００のレーザ加工を行う
ものである。
【０１７０】本実施例においては、固体素子３００表面
のあらしにより、固体素子３００の断面内の収差が小さ
いために、本実施例の固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５は、小さいスポットに集光され、この小
さく集光されたレーザビーム１５は、加工物８００のレ
ーザ加工を行う。
【０１７１】本実施例において特徴的であるレンズを複
数枚用いた構成について説明を加える。固体レーザ装置
から発生されたレーザビーム１５は、レーザ共振器内に
配設された固体素子や、レーザミラーの端などにあたり
回折波を発生する。この回折波は、集光されるとレーザ
ビーム１５の周囲上に強度分布を持ち、図３９（ａ）の
ようにレーザビームが集光された場合の周辺ビームとな
る。このような周辺ビームのために、これを用いてレー
ザ加工を行う場合に、例えば切断加工に用いた場合に、
切断面がだれたり、溶け込み加工では、不要な入熱が加
工対象周辺部に発生するなど、効率良く、品質良いレー
ザ加工が行えない問題があった。
【０１７２】本実施例においては、レンズを複数枚用い
ることで、回折波を発生している場所近傍のレーザビー
ム１５を加工物８００上に像転写することにより、上記
の問題を解決している。上記したように、回折波はおも
にレーザ装置内の、固体素子３００の端や、ミラーの端
部で発生する。従ってこれらの場所近傍のレーザビーム
１５が、加工物８００の上に像転写されるように光学系
を設定すれば、この回折波の影響がない集光レーザビー
ムを得ることができる。
【０１７３】実施例２１では、２つの集光レンズ１２を
用いた構成例を示している。それぞれのレンズの焦点距
離を調整することにより、レーザ装置の任意の場所のレ
ーザビーム１５を転送して、例えば図３９（ｂ）に示す
ような周辺ビームのない、集光レーザビームを得ること
ができる。
【０１７４】本実施例においては、レンズを２枚用いる
構成を示したが、反射ミラーなどを組み合わせてもよ
く、要は周辺ビームが発生しないように、レーザ装置の
内部近傍に発生したレーザビームを像転写する光学系を
組めばよい。
【０１７５】実施例２２．図４０（ａ）はこの発明の実
施例２２に係るレーザ加工装置を示す構成図、（ｂ）は
固体レーザ装置部分の横断面図である。この実施例２２
のレーザ加工装置では、金属、セラミック、ガラスの
筒、光ファイバーなどからなる開口５００をレーザビー
ムの光路上に配置して、この開口５００により端切りさ
れたレーザビームを像転写するようにしている。
【０１７６】本実施例は、レーザ共振器内にミラーの端
部が存在する、実施例１３、１４、１５に示す固体レー
ザ装置を用いた場合に、特に有効に作用する。
【０１７７】実施例２３．図４１（ａ）はこの発明の実
施例２３に係るレーザ加工装置を示す構成図、（ｂ）は
固体レーザ装置部分の横断面図である。この実施例２３
のレーザ加工装置は、固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５を、大気中を離れた場所まで伝送し、全
反射ミラー１１により方向を変えた後、集光レンズ（第
１集光光学系）１２により集光し、この集光されたレー
ザビーム１５を、金属、セラミック、ガラスの筒、光フ
ァイバーなどからなる開口５００を通過させた後、さら
に集光レンズ（第２集光光学系）１２により集光し、こ
の集光されたレーザビームを用いて加工物８００のレー
ザ加工を行うものである。
【０１７８】本実施例においては、固体素子３００表面
のあらしにより、固体素子３００の断面内の収差が小さ
いために、本実施例の固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５は、小さいスポットに集光される。した
がって、この小さく集光されたレーザビーム１５によ
り、加工物８００のレーザ加工を行うことができる。ま
た、レーザビーム１５を光路上で集光すると同時に開口
５００に通過させ、この開口５００により回折波を切り
去るようにしているので、回折波のないレーザビーム１
５によりレーザ加工を行うことができる。
【０１７９】本実施例は、レーザ共振器内にミラーの端
部が存在する、実施例１３，１４，１５に示す固体レー
ザ装置を用いた場合に、特に有効に作用する。
【０１８０】実施例２４．図４２（ａ）はこの発明の実
施例２４に係るレーザ加工装置を示す構成図、（ｂ）は
固体レーザ装置部分の横断面図である。この実施例２４
のレーザ加工装置は、固体レーザ装置から発生されたレ
ーザビーム１５を、大気中を離れた場所まで伝送し、全
反射ミラー１１により方向を変えた後、集光レンズ（第
１集光光学系）１２により集光し、この集光されたレー
ザビーム１５を、過飽和吸収体３０００を通過させた
後、さらに集光レンズ（第２集光光学系）１２により集
光し、この集光されたレーザビーム１５を用いて加工物
８００のレーザ加工を行うものである。
【０１８１】本実施例においては、実施例２４と同様に
レーザ加工を行うことができる。また、レーザビーム１
５を光路上で集光すると同時に、過飽和吸収体３０００
に通過させている。ここで、ＹＡＧレーザビームを例に
取ると、過飽和吸収体３０００としては、例えばＣ
r4+：ＹＡＧ、もしくはＬiＦ：Ｆ2-から構成されるもの
を利用する。過飽和吸収体３０００は、通常反射体であ
るが、強いレーザビームが入射すると、これを吸収して
透過性を持つようになる。従って、図３９（ａ）のよう
なレーザビーム１５のうち、中心部の強度の強い部分の
みが通過し、これにより回折波の成分である、周囲部を
除去できる。
【０１８２】本実施例は、レーザ共振器内にミラーの端
部が存在する、実施例１３、１４、１５に示す固体レー
ザ装置を用いた場合に、特に有効に作用する。なお、実
施例２０〜２４に記されたレーザ加工装置により小さく
絞られたレーザビーム１５を、実施例１９で示した光フ
ァイバー２００の端部に導けば、効率良くファイバーに
レーザビーム１５を導入して、遠隔地へ安全にレーザビ
ーム１５を伝送することができる。
【０１８３】また、上記いずれの実施例においても、固
体素子は、その断面が円形のものについて説明したが、
円形に限るものでなく、矩形、楕円でもよい。
【０１８４】また、上記いずれの実施例においても、特
に説明しなかったが、光学素子のうち特に指示のない部
分にも、レーザビームが通過する部分には通常の光学素
子のように無反射薄膜を施せば、共振器内のロスが減少
し、効率の良いレーザ発振を実現することができる。
【０１８５】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、レーザ共振器内で像転写系を構成する全反射ミラー
と集光レンズを移動手段で、レーザ共振器の光軸方向に
移動させるように構成したので、レーザ共振器内でのレ
ーザ光の進路を調整し、レーザ光の断面積を広く保っ
て、固体素子の熱レンズ作用によるレーザビームの収束
作用を打ち消すことができる。よって、集光性のよいビ
ームを発振する動作の安定な固体レーザ装置が得られる
という効果がある。
【０１８６】請求項２の発明によれば、全反射ミラーと
集光レンズの組合せを含む像転写光学系と部分反射ミラ
ーを組合せた安定型レーザ共振器内において、像転写系
を構成する全反射ミラーと集光レンズを移動手段で、レ
ーザ共振器の光軸方向に移動させるように構成したの
で、レーザ共振器内でのレーザ光の進路を調整し、固体
素子の断面内で釣り鐘状の強度分布を保ちながら、レー
ザ光の断面積を広く保って、固体素子の熱レンズ作用に
よるレーザビームの収束作用を打ち消すことができると
いう効果がある。
【０１８７】請求項３の発明によれば、全反射ミラーと
集光レンズの組合せを含む像転写光学系と拡大全反射ミ
ラーを組合せた不安定型レーザ共振器において、像転写
系を構成する全反射ミラーと集光レンズを移動手段で、
レーザ共振器の光軸方向に移動させるように構成したの
で、レーザ共振器内でのレーザ光の進路を調整し、固体
素子の断面内で均一な強度分布を保つ。したがって、熱
レンズ作用の補償が容易になるという効果がある。
【０１８８】請求項４の発明によれば、請求項３の固体
レーザ装置において、拡大全反射ミラーに代えて、中央
が拡大部分反射部でその周囲が無反射部の拡大出口ミラ
ーを用いるように構成したので、断面が中詰まり状（非
ドーナツ型）のレーザビームを得ることができる。よっ
て、同程度の集光性を得る際、必要なレーザ光の強度を
下げることができ、装置の負担を軽減できるという効果
がある。
【０１８９】請求項５の発明によれば、請求項４の固体
レーザ装置において、さらに位相差解消手段を有するよ
うに構成したので、位相の揃った中詰まり状のレーザビ
ームを得ることができ、集光性がより向上するという効
果がある。
【０１９０】請求項６の発明によれば、請求項１ないし
５の固体レーザ装置において、像転写光学系を構成する
集光レンズおよび全反射ミラーの少なくとも一方に接触
するピエゾ素子の伸縮によって、像転写条件を安定なも
のと不安定なものとの間でスイッチすることができるよ
うに構成したので、共振器のＱ値を急激に変えて、急峻
なパルス発振をさせることができるという効果がある。
【０１９１】請求項７の発明によれば、請求項６の固体
レーザ装置に加えて、さらに固体素子を通過する光ビー
ムを発射する第２の光源と、この光ビームを受光してこ
の光ビームの外径の変化を測定する光検出素子を備える
ように構成したので、その検出結果に基づいてピエゾ素
子を駆動するようにすれば、固体素子の熱レンズ作用
を、その短時間の変動に適宜追随しながら打ち消すこと
ができる。また、熱レンズ作用の補償が容易になるとい
う効果がある。
【０１９２】請求項８の発明によれば、請求項１ないし
７の固体レーザ装置に加えて、さらに像転写系を構成す
る全反射ミラーと集光レンズを収める容器を備えるよう
に構成したので、全反射ミラーと集光レンズの間にある
レーザ光の集光点でホコリが加熱されて、気中破壊（プ
ラズマの発生）によりレーザビームの品質を劣化させる
のを防止できるという効果がある。
【０１９３】請求項９の発明によれば、請求項８の固体
レーザ装置において、容器に通気口を有するように構成
したので、この通気口に真空ポンプを接続すれば、空気
中の湿気によるレーザビームの吸収を防止したり、また
不活性ガスを逆に容器内に導入して集光点近くでの気中
破壊（プラズマの発生）を防ぐことができるという効果
がある。
【０１９４】請求項１０の発明によれば、液体中の固体
素子の表面のあらさを調整して、固体素子断面内の励起
分布を調整するように構成したので、断面内でほぼ均一
に発光する、収差のないレーザ媒質が得られ、これより
レーザ共振器を用いて大出力で高品質なレーザビームを
安定して得ることができるという効果がある。
【０１９５】請求項１１の発明によれば、固体素子の表
面のあらさを１３０μインチＲＭＳ以上に設定するよう
に構成したので、断面内でほぼ均一に発光する、収差の
ないレーザ媒質が得られ、これよりレーザ共振器を用い
て大出力で高品質なレーザビームを安定して得ることが
できるという効果がある。
【０１９６】請求項１２の発明によれば、光源の光を閉
じ込める集光器からなる光励起装置を用いて、光源の光
を固体素子へ導くように構成したので、固体素子表面で
散乱されたレーザビームを、集光器により再び反射さ
せ、集光器内での複数回の往復後に固体素子に導くよう
にすることができる。したがって、固体素子の表面をあ
らすことによる光源の光の固体素子への転送効率を下げ
ず、レーザ効率の減少を防ぐことができるという効果が
ある。
【０１９７】請求項１３の発明によれば、光源の光を閉
じ込める、内面が拡散反射面からなる集光器からなる光
励起系を用いて、光源の光を固体素子へ導くように構成
したので、固体素子表面で散乱されたレーザビームを、
集光器により再び拡散反射させることができる。したが
って、反射ごとにその一部を固体素子に導くことがで
き、固体素子の表面をあらすことによる光源の光の固体
素子への転送効率を下げず、レーザ効率の減少を防ぐこ
とができる。また、拡散反射面は、集光器内で光源の光
を均一化し、固体素子を周囲から均一に照射し、結果と
して断面内、周方向に均一なレーザ媒質を発生させるこ
とができ、これによりレーザ共振器を用いて大出力で、
高品質なレーザビームを安定して得ることができるとい
う効果がある。
【０１９８】請求項１４の発明によれば、表面をあらし
た固体素子を、複数個、光軸方向にならべて長い励起部
を生成するように構成したので、固体素子の選別を行う
ことなく、レーザ媒質の長さを増大させることができ、
従って安価に大出力のレーザビームを得ることができる
という効果がある。
【０１９９】請求項１５の発明によれば、各固体素子の
間に熱レンズ修正光学系を挿入するように構成したの
で、固体素子の熱レンズに影響されずに安定して大出力
のレーザビームを発生させることができるという効果が
ある。
【０２００】請求項１６の発明によれば、表面をあらし
た固体素子から、安定型共振器を用いてレーザ出力を取
り出すように構成したので、固体素子内には、ほぼ均一
な強度分布を持つレーザビームを発生させることがで
き、従って、レーザ出力が増大して、その一部が固体素
子に吸収され、これを加熱する場合においても、これを
均一に加熱し、断面内の均質性を乱さず、結果として安
定して大出力のレーザビームを発生させることができる
という効果がある。
【０２０１】請求項１７の発明によれば、表面をあらし
た固体素子から、不安定型共振器を用いてレーザビーム
を取り出すように構成したので、固体素子内には、安定
型共振器を用いた場合よりも、さらに均一な強度分布を
持つレーザビームを発生させることができ、従って、レ
ーザ出力が増大して、その一部が固体素子に吸収され、
これを加熱する場合においても、これを均一に加熱し、
断面内の均質性を乱さず、結果として安定して大出力の
レーザビームを発生させることができるという効果があ
る。
【０２０２】請求項１８の発明によれば、表面をあらし
た固体素子から、中央部が部分反射部で、周囲部が無反
射部を持つ出口ミラーと、一つの反射ミラー、もしくは
複数のレーザ光学系から構成されるレーザ共振器を用い
てレーザビームを取り出すように構成したので、固体素
子内には、安定型共振器を用いた場合よりも、さらに均
一な強度分布を持つレーザビームを発生させることがで
きるとともに、、不安定型共振器を用いた場合に比べて
集光性の良いレーザビームを発生させることができる。
その結果、レーザ出力が増大して、その一部が固体素子
に吸収され、これを加熱する場合においても、これを均
一に加熱し、断面内の均質性を乱さず、結果として安定
に大出力のレーザビームを発生させることができるとい
う効果がある。
【０２０３】請求項１９の発明によれば、表面をあらし
た固体素子から、中央部が部分反射部で、周囲が無反射
部を持ち、かつ両部を通過するレーザビームの位相差を
補償する手段を備えた出口ミラーと、一つの反射ミラ
ー、もしくは複数のレーザ光学系から構成されるレーザ
共振器を用いてレーザビームを取り出すように構成した
ので、固体素子内には、安定型共振器を用いた場合より
も、さらに均一な強度分布を持つレーザビームを発生さ
せることができるとともに、、不安定型共振器を用いた
場合に比べて集光性の良いレーザビームを発生させるこ
とができる。その結果、レーザ出力が増大して、その一
部が固体素子に吸収され、これを加熱する場合において
も、これを均一に加熱し、断面内の均質性を乱さず、安
定して大出力のレーザビームを発生させることができる
という効果がある。
【０２０４】請求項２０の発明によれば、表面をあらし
た固体素子に、別に用意した固体レーザ装置から発生さ
れたレーザビームを導入し、増幅されたレーザビームを
外部に取り出すように構成したので、収差を与えずにレ
ーザビームを増幅することができ、高品質で、大出力の
レーザビームを容易に得ることができるという効果があ
る。
【０２０５】請求項２１の発明によれば、表面をあらし
た固体素子からレーザ共振器を用いてレーザ出力を取り
出す構成において、共振器を構成する光学系の一つとし
て、複数の光学素子よりなり、その光学素子の間の距離
の少なくとも一箇所を、上記光源の出力に対応して変化
させるように制御する光学系を用いるように構成したの
で、光源の出力が変化して、固体素子の熱レンズが変化
する場合においても、この変化を、上記光学素子の間の
距離の少なくとも一箇所を変化させて打ち消すことがで
き、従って、光源の出力、発生されるレーザ出力に拘ら
ずに、安定なビーム品質を持つレーザビームを発生させ
ることができるという効果がある。
【０２０６】請求項２２の発明によれば、表面をあらし
た固体素子からレーザ共振器を用いてレーザ出力を取り
出す構成において、共振器を構成する光学系の一つとし
て、反射型、もしくは透過型の像転写光学系を用いるよ
うに構成したので、光源の出力が変化して、固体素子の
熱レンズが変化する場合においても、この変化を、上記
光学素子の間の距離の少なくとも一箇所を、微小距離の
み変化させて打ち消すことができ、従って、光源の出
力、発生されるレーザ出力に拘らずに、高速に制御し
て、安定なビーム品質を持つレーザビームを発生させる
ことができるという効果がある。
【０２０７】請求項２３の発明によれば、光源として半
導体レーザを用いるように構成したので、固体素子に発
生する熱レンズ量を小さくして、熱レンズ分布を小さす
ることができ、また、半導体レーザの波長を調整して、
固体素子断面内の強度分布、従って熱レンズ分布が均一
となるように調整することができ、これらにより均質な
レーザ媒質を得て、高品質のレーザビームを発生させる
ことができるという効果がある。
【０２０８】請求項２４の発明によれば、半導体レーザ
の波長と固体素子の表面あらさを調整して、固体素子内
の励起分布が均一となるように構成したので、固体素子
に発生する熱レンズ量をさらに小さくして、熱レンズ分
布を小さすることができ、より高品質のレーザビームを
発生させることができるという効果がある。
【０２０９】請求項２５の発明によれば、固体素子の表
面のあらさを長手方向に変化させることにより、固体素
子断面の励起分布を調整するように構成したので、例え
ば冷却媒体をシールする、シール材が当たる面のあらさ
を少なく調整して、確実にシールすることにより、装置
の安定性を向上させることができるという効果がある。
【０２１０】請求項２６の発明によれば、レーザビーム
を光ファイバーに導入して、遠隔地まで伝送し、遠隔地
でファイバーから出射したレーザビームを用いてレーザ
加工を行うように構成したので、ファイバーに効率良
く、安全に光を導入して、効率良く、安全なレーザ加工
を実現することができるという効果がある。
【０２１１】請求項２７の発明によれば、レーザビーム
を集光光学系により集光してレーザ加工を行うように構
成したので、小さいスポットに集光されたレーザビーム
を得ることができ、これを用いて効率良くレーザ加工を
実現することができるという効果がある。
【０２１２】請求項２８の発明によれば、レーザビーム
を加工物近傍まで伝送し、レーザビームを加工物上に像
転写しながらレーザ加工を行うように構成したので、レ
ーザビームの集光点での回折波の影響の周辺ビームを除
去して、効率良く、品質の高いレーザ加工を実現するこ
とができるという効果がある。
【０２１３】請求項２９の発明によれば、レーザ装置か
ら発生されたレーザビームを、加工物近傍まで伝送し、
集光するとともに、さらに、焦点近傍に配置された開口
により回折波を除去したのち、再び集光して加工物に導
き、レーザ加工を行うように構成したので、レーザビー
ムの集光点での回折波の影響である周辺ビームを除去し
て、効率良く、品質の高いレーザ加工を実現することが
できるという効果がある。
【０２１４】請求項３０の発明によれば、レーザ装置か
ら発生されたレーザビームを、加工物近傍まで伝送し、
集光するとともに、さらに、焦点近傍に配置された過飽
和吸収体により回折波を除去したのち、再び集光して加
工物に導き、レーザ加工を行うように構成したので、レ
ーザビームの集光点での回折波の影響の周辺ビームを除
去して、効率良く、品質の高いレーザ加工を実現するこ
とができるという効果がある。
【０２１５】請求項３１の発明によれば、請求項２９ま
たは３０の発明において、固体レーザ装置として、請求
項１０〜２５のレーザ装置を用いるように構成したの
で、請求項１０〜２５の効果を同時に奏することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１に係る固体レーザ装置の断
面図である。
【図２】図１の固体レーザ装置における像転写光学系を
説明する図である。
【図３】図２の像転写光学系における光学素子間の距離
とこの像転写光学系の曲率半径の関係を表すグラフ図で
ある。
【図４】図１の固体レーザ装置と熱レンズ作用を補償し
ないレーザ装置におけるレーザビーム発散角の違いを表
すグラフ図である。
【図５】この発明の実施例２に係る固体レーザ装置の断
面図である。
【図６】図６（ａ）と図６（ｂ）はそれぞれ図５の固体
レーザ装置と熱レンズ作用を補償しないレーザ装置にお
けるレーザビームのパターンを示すグラフ図である。
【図７】この発明の実施例３に係る固体レーザ装置の断
面図である。
【図８】この発明の実施例４に係る固体レーザ装置の断
面図である。
【図９】この発明の実施例５に係る固体レーザ装置の断
面図である。
【図１０】図５の固体レーザ装置の像転写光学系におけ
る光学素子間の距離とレーザ出力の関係を表すグラフ図
である。
【図１１】図５の固体レーザ装置でパルス発振を行った
ときのパルス波形を表すグラフ図である。
【図１２】この発明の実施例６に係る固体レーザ装置の
断面図である。
【図１３】この発明の実施例６の変形例に係る固体レー
ザ装置の断面図である。
【図１４】実施例６の固体レーザ装置と熱レンズ作用の
補償を行わないレーザ装置における、レーザ発振開始か
らの時間変化とレーザビーム発散角の関係を示すグラフ
図である。
【図１５】この発明の実施例７に係る固体レーザ装置の
断面図である。
【図１６】この発明の実施例８に係る固体レーザ装置の
断面図である。
【図１７】この発明の実施例９に係る固体レーザ装置の
断面図である。
【図１８】この発明の実施例１０に係る固体レーザ装置
の断面図である。
【図１９】この発明の実施例１１に係る固体レーザ装置
の断面図である。
【図２０】この発明の実施例１２に係る固体レーザ装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図
である。
【図２１】実施例１２の作用説明に用いるもので、表面
があらされていない固体素子の表面での光の屈折状況を
示す図である。
【図２２】実施例１２の作用説明に用いるもので、固体
素子の表面あらさを変化させた場合の大気中と水中での
透過波面収差の測定結果を示すグラフ図である。
【図２３】実施例１２の作用説明に用いるもので、固体
素子側面からコリメートされたレーザビームを照射した
場合の光の伝ぱん状態を示す図である。
【図２４】実施例１２の作用説明に用いるもので、
（ａ）は表面があらされていない固体素子におけるレー
ザビームの光の伝ぱん状況を示す図、（ｂ）は表面があ
らされている場合のレーザビームの光の伝ぱん状況を示
す図である。
【図２５】実施例１２の固体レーザ装置における像転写
光学系の他の例を示す図である。
【図２６】実施例１２の固体レーザ装置における像転写
光学系のさらに他の例を示す図である。
【図２７】この発明の実施例１３に係る固体レーザ装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図
である。
【図２８】この発明の実施例１３の作用説明に用いるも
ので、（ａ）は安定型共振器を用いた場合の固体素子内
のレーザビームの強度分布を示す図、（ｂ）は不安定型
共振器を用いた場合の固体素子内のレーザビームの強度
分布を示す図である。
【図２９】この発明の実施例１４に係る固体レーザ装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図
である。
【図３０】実施例１４の固体レーザ装置における固体素
子内のレーザビームの強度分布を示す図である。
【図３１】この発明の実施例１５に係る固体レーザ装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図
である。
【図３２】この発明の実施例１５の変形例を示す図、
（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図３３】この発明の実施例１６に係る固体レーザ装置
の側断面図である。
【図３４】この発明の実施例１７に係る固体レーザ装置
の側断面図である。
【図３５】この発明の実施例１８に係る固体レーザ装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図
である。
【図３６】この発明の実施例１９に係るレーザ加工装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は固体レー
ザ装置部分の横断面図である。
【図３７】この発明の実施例２０に係るレーザ加工装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は固体レー
ザ装置部分の横断面図である。
【図３８】この発明の実施例２１に係るレーザ加工装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は固体レー
ザ装置部分の横断面図である。
【図３９】実施例２１の作用説明に用いるもので、
（ａ）は回折波の影響が発生したレーザビームの強度分
布を示す図、（ｂ）は回折波の影響を排したレーザビー
ムの強度分布を示す図である。
【図４０】この発明の実施例２２に係るレーザ加工装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は固体レー
ザ装置部分の横断面図である。
【図４１】この発明の実施例２３に係るレーザ加工装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は固体レー
ザ装置部分の横断面図である。
【図４２】この発明の実施例２４に係るレーザ加工装置
の構成図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は固体レー
ザ装置部分の横断面図である。
【図４３】従来の固体レーザ装置の一例を示す側断面図
である。
【図４４】従来の固体レーザ装置の他の例を示す構成図
であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は横断面図である。
【図４５】従来の固体レーザ装置における固体素子内の
レーザビームの強度分布を示す図である。
【符号の説明】
２ 部分反射ミラー ３，３００ 固体素子 ４ 励起光源 １１ 全反射ミラー １２，１２ａ，１２ｂ 集光レンズ １３ａ，１３ｂ 移動ステージ（移動手段） １６ 拡大全反射ミラー ２５ 拡大出口ミラー ２６ 部分反射ミラー（拡大部分反射部） ２７ 無反射部 ３５ 段差（位相差解消手段） ４０ ピエゾ素子 ５０ 第２の光源 ５１ 光ビーム ５２ 光検出素子 ６０ 容器 ６１ 通気口 ７０ 冷却媒体（冷却用の液体） ２００ 光ファイバー ５００ 開口 ８００ 加工物 ３０００ 過飽和吸収体
【手続補正書】
【提出日】平成５年１１月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７８】図３には、集光レンズ１２（焦点距離ｆ＝
５０mmとする）と全反射ミラー１１間の距離、およびこ
の像転写光学系と等価な像転写可変曲率ミラーの曲率半
径との関係を示す。像転写光学系を母体とするため、等
価ミラーの曲率半径は距離の微少変化に対して感度よく
変化し、例えばずれ量２Δｆが０．５mmの微少な変化で
も、曲率半径を無限大から２ｍ（２０００mm）程度まで
大きく変化させられることが分る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/23 (72)発明者 石森 彰 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 小島 哲夫 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ活性物質を含む固体素子と、この
    固体素子の励起光源と、全反射ミラーおよび集光レンズ
    の組合せを含む像転写光学系からなるレーザ共振器と、
    前記全反射ミラーおよび集光レンズをこのレーザ共振器
    の光軸方向に移動させる移動手段とを具備した固体レー
    ザ装置。
  2. 【請求項２】 レーザ活性物質を含む固体素子と、この
    固体素子の励起光源と、全反射ミラーおよび集光レンズ
    の組合せを含む像転写光学系と部分反射ミラーとを組合
    せた安定型レーザ共振器と、前記全反射ミラーおよび集
    光レンズをこの安定型レーザ共振器の光軸方向に移動さ
    せる移動手段とを具備した固体レーザ装置。
  3. 【請求項３】 レーザ活性物質を含む固体素子と、この
    固体素子の励起光源と、全反射ミラーおよび集光レンズ
    の組合せを含む像転写光学系と拡大全反射ミラーとを組
    合せた不安定型レーザ共振器と、前記全反射ミラーと集
    光レンズをこの不安定型レーザ共振器の光軸方向に移動
    させる移動手段とを具備した固体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 レーザ活性物質を含む固体素子と、この
    固体素子の励起光源と、全反射ミラーおよび集光レンズ
    の組合せを含む像転写光学系と中央が拡大部分反射部で
    その周囲が無反射部となった拡大出口ミラーとを組合せ
    た不安定型レーザ共振器と、前記全反射ミラーおよび集
    光レンズをこのレーザ共振器の光軸方向に移動させる移
    動手段とを具備した固体レーザ装置。
  5. 【請求項５】 レーザ活性物質を含む固体素子と、この
    固体素子の励起光源と、全反射ミラーおよび集光レンズ
    の組合せを含む像転写光学系、中央が拡大部分反射部で
    その周囲が無反射部となった拡大出口ミラー、ならびに
    前記拡大部分反射部と無反射部をそれぞれ通過する光の
    位相差を打ち消す位相差解消手段を組合せた不安定型レ
    ーザ共振器と、前記全反射ミラーおよび集光レンズをこ
    のレーザ共振器の光軸方向に移動させる移動手段とを具
    備した固体レーザ装置。
  6. 【請求項６】 前記像転写光学系を構成する集光レンズ
    および全反射ミラーの少なくとも一方に接触するピエゾ
    素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５いず
    れか１項記載の固体レーザ装置。
  7. 【請求項７】 前記固体素子を通過する光ビームを発射
    する第２の光源と、この光ビームを受光してこの光ビー
    ムの外径の変化を測定する光検出素子とをさらに備えた
    ことを特徴とする請求項６記載の固体レーザ装置。
  8. 【請求項８】 前記全反射ミラーおよび集光レンズを収
    める容器をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５
    いずれか１項記載の固体レーザ装置。
  9. 【請求項９】 前記容器が通気口を有していることを特
    徴とする請求項８記載の固体レーザ装置。
  10. 【請求項１０】 冷却用の液体中に配されかつ同液体よ
    りも屈折率が大きい固体素子と、この固体素子の励起光
    源および同励起光源の光を固体素子へ伝送する光学系か
    らなる光励起装置とを備えた固体レーザ装置において、
    前記固体素子の表面のあらさを調整することにより、前
    記固体素子断面内の励起分布を調整したことを特徴とす
    る固体レーザ装置。
  11. 【請求項１１】 冷却用の液体中に配されかつ同液体よ
    りも屈折率が大きい固体素子と、この固体素子の励起光
    源および同励起光源の光を固体素子へ伝送する光学系か
    らなる光励起装置とを備えた固体レーザ装置において、
    前記固体素子の表面あらさを１３０μインチＲＭＳ以上
    に設定したことを特徴とする固体レーザ装置。
  12. 【請求項１２】 前記光励起装置の光学系は、前記励起
    光源の光を閉じ込める集光器であることを特徴とする請
    求項１０または１１記載の固体レーザ装置。
  13. 【請求項１３】 前記光励起装置の光学系は、前記励起
    光源の光を閉じ込める拡散反射型の集光器であることを
    特徴とする請求項１０または１１記載の固体レーザ装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記固体素子を複数個、光軸方向にな
    らべて配設したことを特徴とする請求項１０〜１３いず
    れか１項記載の固体レーザ装置。
  15. 【請求項１５】 前記複数の固体素子間に、少なくとも
    一枚の光学レンズからなる熱レンズ修正光学系を挿入し
    たことを特徴とする請求項１４記載の固体レ−ザ装置。
  16. 【請求項１６】 前記固体素子からレーザビームを取り
    出す安定型レーザ共振器を備えたことを特徴とする請求
    項１０〜１５いずれか１項記載の固体レーザ装置。
  17. 【請求項１７】 前記固体素子からレーザビームを取り
    出す不安定型レーザ共振器を備えたことを特徴とする請
    求項１０〜１５いずれか１項記載の固体レーザ装置。
  18. 【請求項１８】 前記固体素子からレーザビームを取り
    出すレーザ共振器を設け、このレーザ共振器として、中
    央が部分反射部でその周囲が無反射部となった出口ミラ
    ーと、一つの反射ミラーもしくは複数のレーザ光学系か
    ら構成されるレーザ共振器を用いたことを特徴とする請
    求項１０〜１５いずれか１項記載の固体レーザ装置。
  19. 【請求項１９】 前記固体素子からレーザビームを取り
    出すレーザ共振器を設け、このレーザ共振器として、中
    央が部分反射部で周囲が無反射部とされかつ両部を通過
    するレーザビームの位相差を補償する位相差解消手段を
    備えた出口ミラーと、一つの反射ミラーもしくは複数の
    レーザ光学系から構成されるレーザ共振器を用いたこと
    を特徴とする請求項１０〜１５いずれか１項記載の固体
    レーザ装置。
  20. 【請求項２０】 前記固体素子に、別に用意した固体素
    子から発生されたレーザビームを導入し、増幅されたレ
    ーザビームを外部に取り出すようにしたことを特徴とす
    る請求項１０〜１５いずれか１項記載の固体レーザ装
    置。
  21. 【請求項２１】 複数の光学素子よりなり、その光学素
    子の間の距離の少なくとも一箇所を、前記光源の出力に
    対応して変化させるように制御する光学系を備えた請求
    項１５〜２０いずれか１項記載の固体レーザ装置。
  22. 【請求項２２】 前記光学系は反射型、もしくは透過型
    の像転写光学系であることを特徴とする請求項２１記載
    の固体レーザ装置。
  23. 【請求項２３】 前記励起光源が半導体レーザである請
    求項１０〜２２いずれか１項記載の固体レーザ装置。
  24. 【請求項２４】 前記半導体レーザの波長と、前記固体
    素子の表面あらさを、前記固体素子内の励起分布が均一
    となるように調整したことを特徴とする請求項２３記載
    の固体レーザ装置。
  25. 【請求項２５】 前記固体素子の表面のあらさを固体素
    子の長手方向に変化させることにより、固体素子断面の
    励起分布を調整したことを特徴とする請求項１０記載の
    固体レーザ装置。
  26. 【請求項２６】 請求項１０〜２５のいずれかに記載の
    固体レーザ装置から発生されたレーザビームを伝送し出
    口端面から該レーザビームを加工物に対して出射する光
    ファイバーと、この光ファイバーの入口端面に前記レー
    ザビームを導入する光学系とを備えたレーザ加工装置。
  27. 【請求項２７】 請求項１０〜２５のいずれかに記載の
    固体レーザ装置から発生されたレーザビームを加工物上
    に集光する集光光学系を備えたレーザ加工装置。
  28. 【請求項２８】 請求項１０〜２５のいずれかに記載の
    固体レーザ装置から発生されたレーザビームを、加工物
    近傍まで伝送する光学系と、この光学系から出射された
    レーザビームを加工物上に像転写する像転写光学系とを
    備えたレーザ加工装置。
  29. 【請求項２９】 レーザ装置から発生されたレーザビー
    ムを、加工物近傍まで伝送する光学系と、この光学系か
    ら出射されたレーザビームを集光する第１集光光学系
    と、この第１集光光学系の焦点近傍に配置された開口
    と、この開口の後の再び広がったレーザビームを再度集
    光して加工物に導く第２集光光学系とを備えたレーザ加
    工装置。
  30. 【請求項３０】 レーザ装置から発生されたレーザビー
    ムを、加工物近傍まで伝送する光学系と、この光学系か
    ら出射されたレーザビームを集光する第１集光光学系
    と、この第１集光光学系の焦点近傍に配置されたレーザ
    ビーム過飽和吸収体と、このレーザビーム過飽和吸収体
    の後の再び広がったレーザビームを再度集光して加工物
    に導く第２集光光学系とを備えたレーザ加工装置。
  31. 【請求項３１】 前記レーザ加工装置が請求項１０〜２
    ５のいずれかに記載のレーザ装置であることを特徴とす
    る請求項２９または３０記載のレーザ加工装置。
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