JPH06209137A - レーザ発振器 - Google Patents

レーザ発振器

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JPH06209137A
JPH06209137A JP5266117A JP26611793A JPH06209137A JP H06209137 A JPH06209137 A JP H06209137A JP 5266117 A JP5266117 A JP 5266117A JP 26611793 A JP26611793 A JP 26611793A JP H06209137 A JPH06209137 A JP H06209137A
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angle
diffraction grating
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秀彦 唐崎
Shigeki Yamane
茂樹 山根
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ出力検出制御機構の光軸調整が不要に
なり、その調整工数を削減し、光検出器の経時変化およ
び温度変化を無くし、レーザ出力検出器の精度の信頼性
を向上させるだけでなく、チューニングを非常に簡便に
行う機構を設け、レーザ発振器の安全性を向上する。 【構成】 光共振器の両端に配された終端鏡２４のどち
らか一方の片面に回折格子２４ａを設け、取り出したレ
ーザ光を直接光検出器３６で計測し、レーザ出力または
レーザ横モードを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属やセラミックなど
の硬質材料に対し切断・溶接などの加工を行うためのレ
ーザ光を発生する大出力レーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、金属やセラミックなど硬質材料の
切断や溶接に、エネルギー密度の高いレーザ光を利用し
た加工装置が普及している。
【０００３】このようなレーザ加工装置に用いる従来の
レーザ発振器の構成を図面を参照しながら説明する。
【０００４】図７に従来のレーザ発振器の構成を示す。
図において、４１はレーザ光を出射する出力鏡、４２は
レーザ光を反射する終端鏡で、出力鏡調整ベース４３と
終端鏡調整ベース４４により共振率を制御している。４
５はメインフランジ、４６は中央ブロック、４７は放電
管、４８は放電を起動する電極、４９は高周波電流を電
極に印加する導波路となる銅板、５０は高周波電流の整
合回路網、５１は同軸ケーブル、５２はＲＦ電源、５３
は配管、５４は熱交換器、５５は送風機、５６はフィル
ター、５７はオリフィス、５８はレギュレータ、５９は
ＰＦＡ配管、６０はガス圧調整ユニット、６１は真空ポ
ンプ（油回転）、６２は積分球、６３は光検出器であ
る。
【０００５】つぎに、上記の部材で構成された従来のレ
ーザ発振器の動作について説明する。１本または複数本
の放電管４７または放電管群の両端に出力鏡４１と終端
鏡４２を配し、それぞれのミラーを出力鏡調整ベース４
３と終端鏡調整ベース４４に保持して光軸が放電管４７
に平行になるように角度を調節して光共振器を形成して
いる。光共振器にはＲＦ電源５２から同軸ケーブル５１
を介して整合回路網５０で放電管４７のインピーダンス
の共役複素インピーダンスに変換され、銅板４９を通し
て電極４８にＲＦ電力が伝送され放電管４７は放電を開
始する。また、光共振器には配管５３が接続され、メイ
ンフランジ４５と中央ブロック４６とにより真空容器が
形成され、送風機５５によりレーザガスが真空容器内を
循環させる。送風機５５で発生した圧縮熱および放電管
４７の放電により発生した熱を除去するため配管５３の
途中に熱交換器５４が設けられている。放電により発生
したレーザ光はその一部が出力鏡４１から出射され、金
属やセラミック材料の切断加工に利用される。
【０００６】ところが、放電管４７内での放電によりレ
ーザガスの一部が分解するため、常に新しいレーザガス
を放電管４７に供給する必要がある。レーザガスの供給
はレギュレータ５８によりガス圧力を減圧した後、オリ
フィス５７でレーザガスの流量を制限し、フィルター５
６で汚染物質を除去したのちＰＦＡ配管５９を通して出
力鏡４１の近傍から光共振器に導入される。一方、排気
系は送風機５の吸入側に接続され、ガス圧調整ユニット
６０を介して真空ポンプ６１に接続され排気する。
【０００７】また、レーザ発振器から出力鏡４１を介し
て出力されるレーザ光とは別に、終端鏡４２から一部の
光が出射され、積分球６２によりレーザ光強度を減衰さ
せて、光検出器６３に導入し、光検出器６３の出力信号
を用いて出力モニター、出力フィードバック、出力診断
に利用される。
【０００８】また、レーザ発振器から出射されたレーザ
光の強度を測定し、レーザ出力をフィードバック制御す
る構成は特開平３−２３１４８２号公報にも開示されて
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなレ
ーザ発振器では、終端鏡４２から射出されるレーザ光を
モニターするため、積分球６２が必要となる。この積分
球６２は取り付け時に光軸調整が必要である上、積分球
６２の反射面は経時的変化および温度変化により反射率
が変化し、モニターの精度が低下するという課題があっ
た。
【００１０】また、従来レーザ光の横モードを調整する
ために、アクリル等を燃焼させてバーンパターンを採取
して調整する必要があり、発生したガス体は人体に有害
なため排ガス処理が必要であった。
【００１１】本発明は、このような課題を解決するもの
で、経時変化や温度変化の影響がない高精度のレーザ光
モニターが可能なレーザ発振装置を提供することを目的
とすると同時にバーンパターン採取による有害物質の発
生を避け横モードの調整方法を容易にするだけでなく従
来不可能であった横モードのフィードバック制御を行う
ことを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、１本または複数本の放電管を有し、前記放
電管または放電管群の両端に一対の反射鏡を配して光共
振器を形成し、前記光共振器にガス管を接続し、前記ガ
ス管に接続した送風機５５により放電管とガス管にレー
ザガスを循環させ、前記放電管を挟んで対向する電極に
電圧を印加して放電させレーザ光を発生するレーザ発振
器であって、前記放電管の両端に配設された一対の反射
鏡のいずれか一方の片面に回折格子を設け、前記回折格
子により反射鏡を通過したレーザ光の一部を定められた
角度で取り出し、前記レーザ光の強度を光検出器により
計測するものである。
【００１３】また、回折格子により定められた角度で取
り出したレーザ光を光検出器で計測し、前記光検出器の
出力信号によりレーザ光強度を制御するものである。
【００１４】また、反射鏡の片面に設けた回折格子によ
るレーザ光の取り出し角度が９０度を上限とするもので
ある。
【００１５】また、一対の反射鏡と放電管により光共振
器を形成するレーザ発振器にあって、前記光共振器を構
成する反射鏡の光共振器を形成しない面上に回折格子を
設けるものである。
【００１６】さらに、放電管の両端に配設された一対の
反射鏡のいずれか一方の片面に回折格子を設け、前記回
折格子により反射鏡を通過したレーザ光の一部を定めら
れた角度で取り出し、前記取り出し角度の円周上に設置
された複数の光検出器によりレーザ光の強度を計測し、
光検出器の出力信号が同じになるように反射鏡の周囲に
設けられた角度調整軸を調整または制御するものであ
る。
【００１７】また、前記反射鏡の外側の同一円周上に配
置された反射鏡角度調節軸に対応させて前記取り出し角
度の円周上に前記調節軸と同一方向に同数の光検出器を
設置し、前記光検出器によりレーザ光の強度を計測し
て、光検出器の出力信号が同じになるように反射鏡の角
度を調整または制御するものである。
【００１８】また、前記回折格子により反射鏡を通過し
たレーザ光の一部を定められた角度で取り出し、前記反
射鏡の外側に直角三角形に配置された反射鏡角度調節軸
に対応させて前記取り出し角度の円周と反射鏡の中心を
通りかつ前記直角三角形の２つの短辺と平行である線の
交点上に４つの光検出器を設置し、前記光検出器により
レーザ光の強度を計測して、光検出器の出力信号が同じ
になるように反射鏡の角度を調整または制御するもので
ある。
【００１９】
【作用】本発明によれば、出力鏡または終端鏡の光共振
器を形成していない外面に回折格子を設け、ミラーを透
過してきた光の一部を一定の角度で取り出し、その取り
出し角度上に光検出器を設置してレーザ光の強度を積分
球を介さず直接検出する。
【００２０】回折格子によるレーザ光の分配は回折格子
パターンによって決定され、取り出し角度および取り出
し強度が自由に設計できるため、光検出器のレイアウト
の制限が少なくなる。また、光検出器に入射するレーザ
光の強度が光検出器の許容入射エネルギーを越えること
はない。さらに、回折格子パターンの製作上の問題から
レーザ光強度が光検出器の許容入射エネルギーを越える
場合には検出光を２次回折光にすることにより、検出光
の強度を直接低減でき光検出器を破壊することはない。
【００２１】さらに、横モードはレーザ光の空間強度分
布のことで、前記横モードが同心状でないと前記取り出
し角度の円周上に設置された複数の光検出器に入射する
光の強度が異なるため、光検出器の出力信号に差が発生
する。従来、アクリル等にレーザ光を照射してバーンパ
ターンを採取してその形状から判断して反射鏡の角度を
調整していたが、本発明を用いると対向する光検出器の
出力信号の差がゼロになるように調整または制御するこ
とが可能である。
【００２２】また、前記反射鏡の外側の同一円周上に反
射鏡角度調節軸を配置した場合には前記取り出し角度の
円周上に前記調節軸と同一方向に同数の光検出器を設置
すると横モードのずれ方向と光検出器の信号が一致して
簡便に調整または制御可能である。
【００２３】また、前記反射鏡の外側に直角三角形に反
射鏡角度調節軸を配置した場合には前記取り出し角度の
円周と反射鏡の中心を通りかつ前記直角三角形の２つの
短辺と平行である線の交点上に４つの光検出器を設置す
ると横モードのずれ方向と光検出器の信号が一致して簡
便に調整または制御可能である。
【００２４】
【実施例】以下に本発明のレーザ発振器の一実施例を図
面を参照しながら説明する。
【００２５】図２に本発明である放電管の両端にある出
力鏡または終端鏡の外側に回折格子を設けたレーザ発振
器を示している。図２に示した本発明のレーザ発振器の
実施例の構成は、従来のレーザ発振器の構成とほぼ同じ
であって、積分球６２がなくなるだけである。従来の光
検出器６３は本実施例では調整ベース３または４と一体
構造となっている。
【００２６】図２にレーザ発振器の本実施例の構成を示
す。図において、１はレーザ光を出射する出力鏡、２は
レーザ光を反射する終端鏡で、出力鏡調整ベース３と終
端鏡調整ベース４により共振率を制御している。５はメ
インフランジ、６は中央ブロック、７は放電管、８は放
電を起動する電極、９は高周波電流を電極に印加する導
波路となる銅板、１０は高周波電流の整合回路網、１１
は同軸ケーブル、１２はＲＦ電源、１３は配管、１４は
熱交換器、１５は送風機、１６はフィルター、１７はオ
リフィス、１８はレギュレータ、１９はＰＦＡ配管、２
０はガス圧調整ユニット、２１は真空ポンプ（油回転）
である。
【００２７】つぎに、上記の部材で構成された本発明の
レーザ発振器の動作について説明をする。１本または複
数本の放電管７または放電管群の両端に出力鏡１と終端
鏡２を配し、それぞれのミラーを出力鏡調整ベース３と
終端鏡調整ベース４に保持して光軸が放電管に平行にな
るよう角度を調整して光共振器を形成している。光共振
器にはＲＦ電源１２から同軸ケーブル１１を介して整合
回路網１０で放電管７のインピーダンスの共役複素イン
ピーダンスに変換され、銅板９を通して電極８にＲＦ電
力が伝送され放電管７は放電を開始する。また、光共振
器には配管１３が接続され、メインフランジ５と中央ブ
ロック６とにより真空容器が形成され、送風機１５によ
りレーザガスが真空容器内を循環する。送風機１５で発
生した圧縮熱および放電管７の放電により発生した熱を
除去するため配管１３の途中に熱交換器１４が設けられ
ている。放電により発生したレーザ光はその一部が出力
鏡１から出射され、金属材料やセラミック材料の切断加
工に利用される。
【００２８】本実施例の出力鏡部または終端鏡部の構成
を図１に示す。図に示すように、２４は回折格子面をも
つ出力鏡または終端鏡、２５はミラー固定リング、２
６，２７はミラーホルダ、２８は調整板、２９は固定
板、３０はアジャストリング、３１は接続管、３２は水
冷管、３３は冷却板、３４は集光レンズ、３５は波長ウ
ィンド、３６は光検出器、３７はミラーホルダである。
出力鏡または終端鏡２４はミラーホルダ２６およびミラ
ーホルダ２７でグリップされ、調整板２８上に固定され
ミラーの光共振器を構成する内面に曲率を合わせたアジ
ャストリング３０に対して固定される。さらに、ミラー
固定リング２５により調整板２８側にＯリングを介して
ミラーを押し固定する。
【００２９】つぎに、ミラーホルダ３７を取り付けドラ
イエアーを吹きつける機構を取り付ける。このミラーホ
ルダ３７には、集光レンズ３４、ウィンド３５および光
検出器３６が取り付けられレーザ光強度を検出する。調
整板２８は固定板２９に対して角度を自由に変化させる
ことが可能で接続管３１により連結され、固定板２９は
図１に示すメインフランジ５に固定されている。また、
調整板２８は水冷管３２により冷却板３３を介して冷却
され常時一定の温度に保たれている。
【００３０】つぎに、図１で示した本実施例の出力鏡１
または終端鏡２の動作を説明する。出力鏡１または終端
鏡２の光共振器を形成していない外面に回折格子２４ａ
を設け、ミラーを透過してきた光の一部を一定の角度θ
の方向に取り出し、その取り出し角上に光検出器３６を
設置してレーザ光の強度を直接検出する。
【００３１】光検出器３６の前には受光素子に十分にレ
ーザ光が集まるように集光レンズ３４と、外乱光の影響
を防ぐための波長ウィンド３５が取り出し角の光軸上に
設けられている。この集光レンズ３４、波長ウィンド３
５および光検出器３６を一体化しミラー面に対して一定
の位置に固定する。この構成により、チューニングなど
光軸調整により光検出器３６の再調整は不要である。ま
た、回折格子２４ａによるレーザ光の分配角度および分
配強度は回折格子パターンによって決定され、取り出し
角度および取り出し強度が自由に設計できるため、光検
出器３６の受光特性に制限が少なく、通常はレーザ光の
強度が光検出器の許容入射エネルギーを越えることはな
い、さらに、万一、回折格子パターンの製作上の問題か
らレーザ光強度が光検出器３６の許容入射エネルギーを
越える場合には、回折格子の２次回折光を検出すること
により、検出光の強度を直接低減することができ光検出
器３６を破壊することはない。
【００３２】さらに、図３に放電管の両端にある出力鏡
または終端鏡の外側に回折格子を設け、複数の光検出器
を設けたレーザ発振器の実施例を示した。本構成は図１
に示したものに光検出器を複数に増やしただけである。
横モードはレーザ光の空間強度分布のことで、レーザ光
を加工に利用するには同心状のレーザ強度分布を得る必
要がある。もし、出力鏡または終端鏡を通過するレーザ
光の前記横モードが同心状でないと前記取り出し角度の
円周上に設置された複数の光検出器に入射する光の強度
が異なるため、各光検出器の出力信号に差が発生する。
そこで、対向する前記光検出器の出力信号の差がゼロに
なるように出力鏡または終端鏡の角度を調整または制御
する。なお、図３は光検出器の視野の中心がミラーセン
ターである実施例を示し、図４は光検出器の視野の中心
がミラーセンターでない実施例を示す。
【００３３】また、図５，６には本発明の光検出器のレ
イアウト例をそれぞれ示す。図５は前記反射鏡の外側の
同一円周上に反射鏡角度調節軸を配置した場合の例であ
り、前記取り出し角度の円周上に前記調節軸と同一方向
に同数の光検出器を設置すると横モードのずれ方向と光
検出器の信号が一致して簡便に調整または制御できる。
【００３４】また、図６は前記反射鏡の外側に直角三角
形に反射鏡角度調節軸を配置した場合の例であり、前記
取り出し角度の円周と反射鏡の中心を通りかつ前記直角
三角形の２つの短辺と平行である線の交点上に４つの光
検出器を設置すると横モードのずれ方向と光検出器の信
号が一致して簡便に調整または制御可能にできる。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
によれば、反射鏡のいずれか片面に回折格子を設け、こ
の回折格子によりレーザ光の一部を定められた角度で取
り出し、光検出器でレーザ光強度を計測し、レーザ出力
を制御する。また、取り出し角度の円周上に設置された
複数の光検出器によりレーザ光の強度を計測し、光検出
器の出力信号が同じになるように反射鏡の周囲に設けた
角度調整軸を調整または制御する。この構成により、レ
ーザ発振器の組立て調整工数を大幅に減少するととも
に、レーザ光の出力検出機構の信頼性と安全性が著しく
向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ発振器の出力鏡部および終端鏡
部の構成を示す断面図
【図２】本発明のレーザ発振器の一実施例の構成を示す
図
【図３】本発明のレーザ発振器の出力鏡部および終端鏡
部に複数の光検出器を設けた構成を示す断面図
【図４】本発明の光検出器の視野の中心がミラーセンタ
ーでない構成を示す断面図
【図５】本発明の光検出器のレイアウト例を示し、反射
鏡の外側の同一円周上に反射鏡角度調節軸を配置した図
【図６】本発明の光検出器のレイアウト例を示し、反射
鏡の外側に直角三角形に反射鏡角度調節軸を配置した図
【図７】従来のレーザ発振器の構成を示す図
【符号の説明】
１ 出力鏡 ２ 終端鏡 ７ 放電管 ８ 電極 ２４ 回折格子面を持つ出力鏡または終端鏡 ２４ａ 回折格子 ３４ 集光レンズ（ＺｎＳｅ等） ３５ ウィンド ３６ 光検出器

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １本または複数本の放電管を有し、前記
    放電管または放電管群の両端に一対の反射鏡を配して光
    共振器を形成し、前記光共振器にガス管を接続し、前記
    ガス管に接続した送風機により放電管とガス管にレーザ
    ガスを循環させ、前記放電管を挟んで対向する電極に電
    圧を印加して放電させレーザ光を発生するレーザ発振器
    にあって、前記放電管の両端に配設された一対の反射鏡
    のいずれか一方の片面に回折格子を設け、前記回折格子
    により反射鏡を通過したレーザ光の一部を定められた角
    度で取り出し、前記レーザ光の強度を光検出器により計
    測するレーザ発振器。
  2. 【請求項２】 放電管の両端に配設された一対の反射鏡
    のいずれか一方の片面に回折格子を設け、前記回折格子
    により反射鏡を通過したレーザ光の一部を定められた角
    度で取り出し、前記レーザ光の強度を光検出器により計
    測して、前記光検出器の出力信号によりレーザ光強度を
    制御するレーザ発振器。
  3. 【請求項３】 放電管の両端に配設された一対の反射鏡
    のいずれか一方の片面に回折格子を設け、前記回折格子
    により反射鏡を通過したレーザ光の一部を定められた角
    度で取り出し、前記取り出し角度の円周上に設置された
    複数の光検出器によりレーザ光の強度を計測し、光検出
    器の出力信号が同じになるように反射鏡の角度を調整す
    る機構を設けたレーザ発振器。
  4. 【請求項４】 放電管の両端に配設された一対の反射鏡
    のいずれか一方の片面に回折格子を設け、前記回折格子
    により反射鏡を通過したレーザ光の一部を定められた角
    度で取り出し、前記取り出し角度の円周上に設置された
    複数の光検出器によりレーザ光の強度を計測し、光検出
    器の出力信号が同じになるように反射鏡の周囲に設けら
    れた角度調整軸を制御する機構を設けたレーザ発振器。
  5. 【請求項５】 反射鏡の片面に設けた回折格子によるレ
    ーザ光の取り出し角度が９０度を上限とする請求項１ま
    たは２または３または４記載のレーザ発振器。
  6. 【請求項６】 一対の反射鏡と放電管により光共振器を
    形成するレーザ発振器であって、前記光共振器を構成す
    る反射鏡の光共振器を形成しない面上に回折格子を設け
    た請求項１または２または３または４記載のレーザ発振
    器。
  7. 【請求項７】 前記回折格子により反射鏡を通過したレ
    ーザ光の一部を定められた角度で取り出し、前記反射鏡
    の外側の同一円周上に配置された反射鏡角度調節軸に対
    応させて前記取り出し角度の円周上に前記調節軸と同一
    方向に同数の光検出器を設置し、前記光検出器によりレ
    ーザ光の強度を計測して、光検出器の出力信号が同じに
    なるように反射鏡の角度を調整または制御する機構を設
    けた請求項３または４記載のレーザ発振器。
  8. 【請求項８】 前記回折格子により反射鏡を通過したレ
    ーザ光の一部を定められた角度で取り出し、前記反射鏡
    の外側に直角三角形に配置された反射鏡角度調節軸に対
    応させて前記取り出し角度の円周と反射鏡の中心を通り
    かつ前記直角三角形の２つの短辺と平行である線の交点
    上に４つの光検出器を設置し、前記光検出器によりレー
    ザ光の強度を計測して、光検出器の出力信号が同じにな
    るように反射鏡の角度を調整または制御する機構を設け
    た請求項３または４記載のレーザ発振器。
  9. 【請求項９】 前記光検出器の視野の中心が反射鏡の中
    心からずれていることを特徴とする請求項３または４記
    載のレーザ発振器。
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