JPH06204588A - 軸流形レーザ発振器 - Google Patents

軸流形レーザ発振器

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JPH06204588A
JPH06204588A JP4347989A JP34798992A JPH06204588A JP H06204588 A JPH06204588 A JP H06204588A JP 4347989 A JP4347989 A JP 4347989A JP 34798992 A JP34798992 A JP 34798992A JP H06204588 A JPH06204588 A JP H06204588A
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JP
Japan
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discharge
discharge tube
output
coil
laser oscillator
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Pending
Application number
JP4347989A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Sugiyama
勤 杉山
Masashi Onishi
正史 大西
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ加工機などに用いる軸流形レーザ発振
器において、出力光に含まれる回折光成分が小さくなる
ようにして出力光の集光性を高めて加工性能を向上さ
せ、レーザ加工装置を小型化することを目的とする。 【構成】 電極10〜13は、出力鏡2に近いほど電極
幅Wを放電管1の外形よりも大きいものから放電管内径
とほぼ等しい大きさまで小さくし、放電管表面に面して
いる電極の曲率を放電管1外面半径の約1.5倍から2
倍まで大きくする。また、放電電極にコイルを使用する
場合、コイルは出力鏡2に近いほど、コイル巻き付けピ
ッチを大きくし、コイル巻き付け半径も大きくする。以
上のような構成をとることによって、出力鏡2からの出
力光の強度分析をガウス分布などの主発振モード形状に
保つと同時に回折光成分の混入を排除でき、かつ出力光
の発散角を小さく保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ切断加工機などに
用いる炭酸ガスレーザ等の軸流形レーザ発振器におい
て、特に加工品質の向上を図るとともに小型化を図った
軸流形レーザ発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】以下に従来の軸流形レーザ発振器につい
て説明する。図4において、1a〜1dは放電管、2は
出力鏡、3は全反射鏡、4a,4bは共振器保持板、5
は共振器支持ロッド、6a,6bは排気ブロック、7は
給気ブロック、8a,8bは共振器保持板4に取付けら
れた給気ブロック、9a〜9cは排気ブロック6と給気
ブロック7を支えるブロック支持碍子、20a〜20d
は放電電極、21は高圧電源である。
【0003】上記各構成要素よりなる軸流形レーザ発振
器について、各構成要素の関係と動作を説明する。図4
(a)は軸流形レーザ発振器のレーザ光を励起発振させ
る共振器部分の構成を表わしたもので、図には示してい
ないが、気体レーザ媒質を循環冷却するための配管,送
風機,ガス冷却器等が軸流形レーザ発振器には含まれて
いる。以下の説明では、気体レーザ媒質を循環冷却する
構成要素の動作の説明は省略する。
【0004】図4(a)に示すように、共振器支持ロッ
ド5の両端に共振器保持板4a,4bを取付け、また出
力鏡2、全反射鏡3、複数の放電管1a〜1dが同軸上
に直列に配設されている。放電管1a〜1dは給気ブロ
ック8a,8bにより共振器保持板4a,4bに両端を
接続保持され、相互には、支持碍子9a〜9cで共振器
支持ロッド5に支持された給気ブロック7、排気ブロッ
ク6a,6bにて結合されている。気体レーザ媒質は給
気ブロック7,8a,8bから放電管1a〜1dに4等
分して供給され、高圧電源21が発生する高電圧を印加
した放電電極20a〜20dによる放電により励起され
てレーザ光を出力する。放電管1a〜1dを通過して放
電加熱された気体レーザ媒質は排気ブロック6a,6b
で集められて排気される。
【0005】このような構成の軸流形レーザ発振器で
は、図4(b)に示すように個々の放電管で同一の放電
入力により気体レーザ媒質を励起し、各放電管内のレー
ザゲインは放電管内で均一で一様となっている。共振器
内部を通過するレーザ光は、強度分布形状のどの部分に
おいても同一のレーザゲインにて増幅され、出力鏡2よ
り出力される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】一般に、この種の軸流
形レーザ発振器では、光軸上に同軸に配設された放電管
が共振器内部でレーザ光が伝搬する際にアパーチャとし
て作用することにより、出力鏡2と全反射鏡3の間隔即
ち共振器長や曲率半径で決まる主発振モードの他に回折
光を重畳したレーザ光を発振する。回折光成分の発散角
は主発振モードの発散角よりも大きいので、共振器長を
相当長く取れば回折光成分を除去できるが、発振器の大
型化につながるためおこなわれない。そのため、図4
(b)の共振器内のレーザゲインgo、主発振モード成
分と回折光成分の各強度のIo,Ilの変化、レーザ光強
度分布形状のI(r)の変化にて示されているように、重
畳された回折光成分の強度Ilと主発振モードの強度Io
は、均一で一様なレーザゲインgoによって同様に増幅
され、回折光成分が共振器内で発散減衰することなくそ
のまま出力鏡2より出力される。このため、集光特性が
低く、切断などの加工をすると加工面が荒らされて切断
精度が悪いという問題点があった。
【0007】また、回折光成分は主発振モード成分より
もレーザ光の発散角が大きく、レーザ光の外径寸法が大
きくなり易いために、加工装置においてより大きな寸法
のミラーやレンズを必要とするという問題点があった。
【0008】本発明は、このような従来の問題点を解決
するものであり、軸流形レーザ発振器の出力光に回折光
成分が重畳されないようにし、寸法のより小さなミラー
やレンズを使用して加工装置を小型化できる軸流形レー
ザ発振器を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の軸流形レーザ発振器は、高周波電源により放
電管に放電開始可能な強度の高周波電磁界を加えて放電
管内に放電を発生させ、かつ、全反射鏡から出力鏡に向
って、放電開始可能な強度の電磁界の広がり幅を漸減す
る。
【0010】そのために全反射鏡から出力鏡に向って、
幅を漸減した電極を放電管に沿って対向して設けて高周
波電界を印加させるか、又は、全反射鏡から出力鏡に向
って、放電管に面した電極面の曲率半径を大きくしてい
く。
【0011】あるいは放電管に同軸にコイルを配置し、
全反射鏡から出力鏡に向かってコイル巻き付けピッチを
大きくするか、又は、コイル巻き付け半径を大きくす
る。
【0012】
【作用】この構成により、全反射鏡から出力鏡に向って
伝搬する発振器内部のレーザ光に含まれる回折光成分が
増幅発振することを抑制することができるので、出力レ
ーザ光の集光性を高め、加工品質の低下を無くすことが
できる。また、出力されるレーザ光に含まれる回折光成
分の割合が低下するので出力光の発散角を小さくでき、
加工装置内でレーザ光を細いまま伝搬させることができ
ることから、寸法の小さなミラーやレンズを使用するこ
とにより、加工装置を小型化することができる。
【0013】
【実施例】(実施例1)以下本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。
【0014】図1(a)において、10a,10b〜1
3a,13bは放電管1a〜1dに沿って対向して設け
られた放電電極、14は放電電極10〜13に高周波電
界を印加する高周波電源であり、電極10a〜13aに
は高周波電源14がつながれ、電極10b〜13bは接
地されている。
【0015】図1(b)および(c)に示すように放電
電極10〜13は、全反射鏡3側の放電管1dに付ける
放電電極13から出力鏡2側の放電管1aに付ける放電
電極10まで、出力鏡2に近づくほど、電極幅Wを放電
管1の外形よりも大きいものから放電管内径とほぼ等し
い大きさまで小さくし、放電管表面に面する電極の曲率
を放電管1外面半径の約1.5倍から2倍まで大きくし
ている。
【0016】以上のような構成の軸流形レーザ発振器に
ついて、図3を参照しながらその動作を説明する。放電
管1a〜1d内へは、気体レーザ媒質が従来例で説明し
たと同様に4等分して供給され、高周波電源14の発生
する高周波電界を印加した放電電極間でグロー放電を起
こすことにより励起されてレーザ光を発振する。発振さ
れたレーザ光は、出力鏡2と全反射鏡3の間を増幅しな
がら往復し、最後は出力鏡2から外へ取り出される。
【0017】レーザ光は、出力鏡2と全反射鏡3の間を
往復する過程で、出力鏡2と全反射鏡3の間の距離と曲
率半径で決まる例えばガウス分布形状をしたレーザ光強
度分布形状を持った主発振モードの光に整えられる。一
方で、放電管1等により回折光が発生し、主発振モード
に重畳される。
【0018】発明者が行った電極幅,電極曲率に対する
高周波電界の広がりの測定によれば、高周波電界による
放電は、図1(b)のような形状の場合、図3(a)に
示すように電極幅Wが大きく、電極曲率Rが小さいと放
電管1内の放電を開始維持する高周波電界強度Eの広が
りが大きく、放電管1dでは断面内に一様に放電が広が
る。逆に幅Wが小さく、曲率Rが大きいほど電界広がり
が小さく、放電管1aでは断面内の中心軸付近に放電が
集まる。
【0019】放電入力Pinとレーザゲインgoは電界に
対応して分布するが、主発振モード成分は放電管1の中
心軸付近に強度分布が集中しており、放電管1a〜1d
の全てで増幅されていく。これに対し回折光成分は、発
散角が大きいために放電管1内の管壁付近に強度分布が
集中しており、出力鏡2に近い放電管1a,1bでは増
幅されず、発散減衰して増幅されることがない。この結
果、回折光成分は放電管1内の放電によってほとんど増
幅されないまま出力される。
【0020】以上の結果、出力鏡2からの出力光の強度
分布をガウス分布などの主発振モード形状に保つと同時
に回折光成分の混入を排除でき、かつ出力光の発散角を
小さく保つことができる。
【0021】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
【0022】図2(a)において、15〜18は高周波
電流を通電し、高周波磁界を発生させるコイルで、14
はコイル15〜18に高周波電界を印加する高周波電源
である。放電管1a〜1dと同軸にコイル18,17,
16および15を取付け、各コイルの一方の端子には高
周波電源14をつなぎ、他の端子は接地する。
【0023】コイル15〜18は、図2(b)に示すよ
うに、全反射鏡3側の放電管1dに付ける電極15から
出力鏡2側の放電管1aに付ける電極18まで、出力鏡
2に近いほど、コイル巻き付けピッチを大きくし、コイ
ル巻き付け半径も大きくしている。
【0024】このような構成の図2の軸流形レーザ発振
器について、図3を参照しながらその動作を説明する。
図1の実施例と共通する部分の説明は省略する。放電管
1a〜1d内へは、気体レーザ媒質が図1の実施例で説
明したと同様に4等分して供給され、高周波電源14の
発生する高周波電流を通電したコイル15〜18が発生
する高周波磁界でグロー放電を起こすことにより励起さ
れてレーザ光を発振する。
【0025】コイル巻き付けピッチや巻き付け半径を大
きくするとコイルインダクタンスが低下し、コイル内に
発生する高周波磁界強度が低下する。図2(b)のよう
な形状のコイルの場合、図3(a)に示すようにコイル
ピッチやコイル半径が小さいと放電管1内の放電を開始
維持する高周波磁界強度B(r)の広がりが大きく、放電管
1dでは断面内に一様に放電が広がる。逆にコイルピッ
チやコイル半径が大きいほど磁界強度B(r)が小さく、
放電管1aでは断面内の中心軸付近に放電が集まる。そ
の結果、図1の実施例と同様に回折光成分は放電管1内
の放電によってほとんど増幅されないまま出力される。
【0026】以上の結果、出力鏡2からの出力光の強度
分布をガウス分布などの主発振モード形状に保つと同時
に回折光成分の混入を排除でき、かつ出力光の発散角を
小さく保つことができる。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の軸流形レーザ発振器によれば、レーザ光の強度分布を
主発振モード形状のみとするとともに回折光成分の発生
を抑制することができるので、集光特性を維持して加工
品質の低下をなくすことができる。また、出力されるレ
ーザ光に回折光成分が含まれていないので出力光の発散
角を小さくでき、加工装置内でレーザ光を細いまま伝搬
させることができるので、寸法の小さなミラーやレンズ
を使用して加工装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例における軸流形
レーザ発振器の共振器の概略構成図 (b)は第1の実施例における複数の放電管の各々に取
付けた電極の幅と曲率の比較図 (c)は電極の幅と曲率を定義する図
【図2】(a)は本発明の第2の実施例における軸流形
レーザ発振器の共振器の概略構成図 (b)は第2の実施例における複数の放電管の各々に取
付けたコイルの巻き付けピッチと巻き付け半径の比較図
【図3】(a)は本発明のレーザ発振器の共振器内部各
位置での電磁界強度の分布形状を示す図 (b)は本発明のレーザ発振器の共振器内部各位置での
放電入力又はレーザゲインの分布形状を示す図 (c)は本発明のレーザ発振器の共振器内部各位置での
レーザ光強度の半径方向の分布形状を示す図 (d)は本発明のレーザ発振器の共振器内部各位置での
レーザ光の主成分と回折光成分の強度の分布を示す図
【図4】(a)は従来の軸流形レーザ発振器の一例の概
略図 (b)は従来の軸流形レーザ発振器の共振器内各位置で
の放電入力,レーザゲイン,レーザ光主成分と回折光成
分の強度,レーザ光強度分布形状を示す図
【符号の説明】
1a〜1d 放電管 2 出力鏡 3 全反射鏡 4a,4b 共振器保持板 5 共振器支持ロッド 6a,6b ガス排気ブロック 7,8a,8b ガス給気ブロック 9a,9b,9c ブロック支持碍子 10a,10b〜13a,13b,20a〜20d 放
電電極 14 高周波電源 15〜18 コイル 21 高圧電源

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の放電管と、その両端に出力鏡と全
    反射鏡を取付けたレーザ共振器と、気体レーザ媒質の送
    風機と、前記レーザ共振器と前記送風機を接続する給気
    配管および排気配管と、ガス冷却器と、放電電源を備
    え、前記放電管内の前記気体レーザ媒質を前記放電電源
    の起こす放電により励起してレーザ光を発生させる軸流
    形レーザ発振器において、前記放電電源を高周波電源と
    し、前記放電管に放電開始可能な強度の高周波電磁界を
    加えることにより前記放電管内に放電を発生させ、か
    つ、前記全反射鏡から前記出力鏡に向って、前記放電開
    始可能な強度の電磁界広がり幅を漸減したことを特徴と
    する軸流形レーザ発振器。
  2. 【請求項2】 前記複数の放電管に沿って対向する電極
    を設けて高周波電界を印加して放電励起させ、前記全反
    射鏡から前記出力鏡に向って、電極幅を小さくしていく
    ことを特徴とする請求項1記載の軸流形レーザ発振器。
  3. 【請求項3】 前記複数の放電管に沿って対向する電極
    を設けて高周波電界を印加して放電励起させ、前記全反
    射鏡から前記出力鏡に向って、前記放電管に面した電極
    面の曲率半径を大きくしていくことを特徴とする請求項
    1記載の軸流形レーザ発振器。
  4. 【請求項4】 前記複数の放電管に、同軸上にコイルを
    配置し、前記全反射鏡から前記出力鏡に向って、前記コ
    イルの巻き付けピッチを大きくすることを特徴とする請
    求項1記載の軸流形レーザ発振器。
  5. 【請求項5】 前記複数の放電管に、同軸上にコイルを
    配置し、前記全反射鏡から前記出力鏡に向って、前記コ
    イルの巻き付け半径を大きくすることを特徴とする請求
    項1記載の軸流形レーザ発振器。
JP4347989A 1992-12-28 1992-12-28 軸流形レーザ発振器 Pending JPH06204588A (ja)

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