JPH06252474A - レーザー装置 - Google Patents
レーザー装置Info
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- JPH06252474A JPH06252474A JP5931793A JP5931793A JPH06252474A JP H06252474 A JPH06252474 A JP H06252474A JP 5931793 A JP5931793 A JP 5931793A JP 5931793 A JP5931793 A JP 5931793A JP H06252474 A JPH06252474 A JP H06252474A
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- laser beam
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザービームの品質劣化やビームトラッピ
ングによる効率の低下を防止して、伝播特性や集光特性
の優れたレーザービームを得ると共にレーザービームの
発振効率の向上を図る。 【構成】 レーザー装置の不安定共振器は、レーザー活
性媒質６０で増幅されると共に取出ミラー１０及びリア
ミラー１２で拡径されたリング状のレーザービームを取
り出す。また、この不安定共振器は、取出ミラー１０及
びリアミラー１２の各々の曲率半径と取出ミラー、リア
ミラー間の距離Ｌとを、取り出されたレーザービーム６
４，７０が平行なリング状のレーザービームとなるよう
に共焦点条件を満足させて設定した。さらに、不安定共
振器は補正光学系として取出ミラー５４及びリアミラー
５６、凹レンズ６６等を有し、この補正光学系はレーザ
ー活性媒質６０で屈折されたレーザービームを拡散する
方向に補正する。従って、レーザービームがレーザー活
性媒質６０で屈折された場合でも、平行なリング状のレ
ーザービームを取り出すことができる。
ングによる効率の低下を防止して、伝播特性や集光特性
の優れたレーザービームを得ると共にレーザービームの
発振効率の向上を図る。 【構成】 レーザー装置の不安定共振器は、レーザー活
性媒質６０で増幅されると共に取出ミラー１０及びリア
ミラー１２で拡径されたリング状のレーザービームを取
り出す。また、この不安定共振器は、取出ミラー１０及
びリアミラー１２の各々の曲率半径と取出ミラー、リア
ミラー間の距離Ｌとを、取り出されたレーザービーム６
４，７０が平行なリング状のレーザービームとなるよう
に共焦点条件を満足させて設定した。さらに、不安定共
振器は補正光学系として取出ミラー５４及びリアミラー
５６、凹レンズ６６等を有し、この補正光学系はレーザ
ー活性媒質６０で屈折されたレーザービームを拡散する
方向に補正する。従って、レーザービームがレーザー活
性媒質６０で屈折された場合でも、平行なリング状のレ
ーザービームを取り出すことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はレーザー装置に係り、
特に取出ミラー及びリアミラー間のレーザー活性媒質で
増幅されると共に、取出ミラー及びリアミラーで拡径さ
れたリング状のレーザービームを取り出す不安定共振器
を備えたレーザー装置に関する。
特に取出ミラー及びリアミラー間のレーザー活性媒質で
増幅されると共に、取出ミラー及びリアミラーで拡径さ
れたリング状のレーザービームを取り出す不安定共振器
を備えたレーザー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、被加工物の切断、溶接、表面処理
等のレーザー加工、薄膜や微粉末の生成及びエネルギー
伝送等に高出力（５ｋＷ以上）のＣＯ2 レーザー装置や
ＣＯレーザー装置が使用されている。これらのレーザー
装置はレーザー加工、材料生成及びエネルギー伝送に使
用するために、出力されたレーザービームの品質が良い
ことや、レーザービームの発振効率が高いことが要求さ
れている。
等のレーザー加工、薄膜や微粉末の生成及びエネルギー
伝送等に高出力（５ｋＷ以上）のＣＯ2 レーザー装置や
ＣＯレーザー装置が使用されている。これらのレーザー
装置はレーザー加工、材料生成及びエネルギー伝送に使
用するために、出力されたレーザービームの品質が良い
ことや、レーザービームの発振効率が高いことが要求さ
れている。
【０００３】これらのレーザー装置に使用されているレ
ーザー共振器は、一般に安定共振器と不安定共振器とが
知られている。そして、高出力のレーザービームを必要
とする場合には不安定共振器が使用される場合が多い。
不安定共振器は図６（Ａ）に示すように、取出ミラー１
０及びリアミラー１２を備えている。この場合、取出ミ
ラー１０及びリアミラー１２の曲率半径をそれぞれＲ
1 ，Ｒ2 とし、さらに取出ミラー１０とリアミラー１２
間の間隔（すなわち共振器長）をＬとすると、一般に不
安定共振器は次式（１）の条件下で使用される。
ーザー共振器は、一般に安定共振器と不安定共振器とが
知られている。そして、高出力のレーザービームを必要
とする場合には不安定共振器が使用される場合が多い。
不安定共振器は図６（Ａ）に示すように、取出ミラー１
０及びリアミラー１２を備えている。この場合、取出ミ
ラー１０及びリアミラー１２の曲率半径をそれぞれＲ
1 ，Ｒ2 とし、さらに取出ミラー１０とリアミラー１２
間の間隔（すなわち共振器長）をＬとすると、一般に不
安定共振器は次式（１）の条件下で使用される。
【０００４】Ｒ2 −Ｒ1 ＝２Ｌ ・・・・・（１）
【０００５】このように構成されている不安定共振器で
ＣＯ2 レーザービームを出力させる場合、ＣＯ2 混合ガ
ス流中に放電を発生させてレーザー活性媒質１４を得
る。レーザー活性媒質１４のＣＯ2 分子は、放電により
励起されて誘導放出を起こす。従って、レーザービーム
はミラー１０，１２で反射を繰り返しながら増幅される
ので、ビーム径が拡大されてリング状のレーザービーム
１６として出力される。
ＣＯ2 レーザービームを出力させる場合、ＣＯ2 混合ガ
ス流中に放電を発生させてレーザー活性媒質１４を得
る。レーザー活性媒質１４のＣＯ2 分子は、放電により
励起されて誘導放出を起こす。従って、レーザービーム
はミラー１０，１２で反射を繰り返しながら増幅される
ので、ビーム径が拡大されてリング状のレーザービーム
１６として出力される。
【０００６】ここで、レーザービーム１６の内径は取出
ミラー１０の外径２Ａで設定され、レーザービーム１６
の外径はＭ×２Ａになる（図６（Ａ），（Ｂ）参照）。
なお、Ｍは拡大率であり、次式（２）で表わされる。
ミラー１０の外径２Ａで設定され、レーザービーム１６
の外径はＭ×２Ａになる（図６（Ａ），（Ｂ）参照）。
なお、Ｍは拡大率であり、次式（２）で表わされる。
【０００７】Ｍ＝Ｒ2 ／Ｒ1 ・・・・・（２） ただし、Ｒ2 ：リアミラー１２の曲率半径 Ｒ1 ：取出ミラー１０の曲率半径
【０００８】そして、不安定共振器が（１）式の条件を
満たしている場合、レーザービーム１６は平行なリング
状のレーザービームとして出力される。レーザービーム
１６を平行に出力することは、レーザービーム１６をレ
ーザー加工、材料生成及びエネルギー伝送に使用する上
で重要である。すなわち、平行なリング状のレーザービ
ーム１６を、自由空間中を長距離伝播させるか、レンズ
等の集光光学系で集光させることにより、中心部に鋭い
ピークを有する実用的な強度分布のレーザービームを得
ることができる。
満たしている場合、レーザービーム１６は平行なリング
状のレーザービームとして出力される。レーザービーム
１６を平行に出力することは、レーザービーム１６をレ
ーザー加工、材料生成及びエネルギー伝送に使用する上
で重要である。すなわち、平行なリング状のレーザービ
ーム１６を、自由空間中を長距離伝播させるか、レンズ
等の集光光学系で集光させることにより、中心部に鋭い
ピークを有する実用的な強度分布のレーザービームを得
ることができる。
【０００９】以上、図６（Ａ），（Ｂ）に基づいて説明
した不安定共振器は正枝共焦点型として知られている。
さらに、不安定共振器には負枝共焦点型があり、負枝共
焦点型は図７（Ａ）に示されている。同図に示すように
負枝共焦点型の不安定共振器は、取出ミラー２０に凹型
ミラーを使用した点で図６（Ａ）に示す正枝共焦点型の
不安定共振器と異なる。従って、図７（Ａ）上で取出ミ
ラー２０及びリアミラー１２の曲率半径をそれぞれＲ
1 ，Ｒ2 とし、さらに取出ミラー２０とリアミラー１２
間の間隔をＬとすると、負枝共焦点型の不安定共振器は
（３）式の条件下で使用される。
した不安定共振器は正枝共焦点型として知られている。
さらに、不安定共振器には負枝共焦点型があり、負枝共
焦点型は図７（Ａ）に示されている。同図に示すように
負枝共焦点型の不安定共振器は、取出ミラー２０に凹型
ミラーを使用した点で図６（Ａ）に示す正枝共焦点型の
不安定共振器と異なる。従って、図７（Ａ）上で取出ミ
ラー２０及びリアミラー１２の曲率半径をそれぞれＲ
1 ，Ｒ2 とし、さらに取出ミラー２０とリアミラー１２
間の間隔をＬとすると、負枝共焦点型の不安定共振器は
（３）式の条件下で使用される。
【００１０】Ｒ1 ＋Ｒ2 ＝２Ｌ ・・・・・（３）
【００１１】この場合、負枝共焦点型の不安定共振器は
正枝共焦点型と同様にリング状の略平行なレーザービー
ム１６を出力する（図７（Ｂ）参照）。
正枝共焦点型と同様にリング状の略平行なレーザービー
ム１６を出力する（図７（Ｂ）参照）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように不安定
共振器は、理論上同心円状で軸対称の平行なリング状の
レーザービーム１６が得られるはずであるが、実際はレ
ーザー活性媒質１４が空間内で光学的に均一でないため
に以下の問題が発生する。すなわち、図８に示すよう
に、ＣＯ2 混合ガス流２２が光軸２４に対して直交する
方向に発生している横方向流気体レーザー装置２７の場
合、レーザー活性媒質１４の気体温度分布２５は上下の
電極部材等２６からの熱侵入により、中心部で低くな
る。これに伴いレーザー活性媒質１４の屈折率分布２８
は、中心部で高くなる。従って、レーザー活性媒質１４
中を光軸２４の方向にレーザービームが進行すると、レ
ーザービームは光軸２４の方向に曲げられる（すなわち
屈折する）ので、図９に示すように取出ビーム３０が光
軸２４の方向に偏ったり、レーザービーム３２が取出ミ
ラー１０とリアミラー１２間で捕捉（トラッピング）さ
れる。
共振器は、理論上同心円状で軸対称の平行なリング状の
レーザービーム１６が得られるはずであるが、実際はレ
ーザー活性媒質１４が空間内で光学的に均一でないため
に以下の問題が発生する。すなわち、図８に示すよう
に、ＣＯ2 混合ガス流２２が光軸２４に対して直交する
方向に発生している横方向流気体レーザー装置２７の場
合、レーザー活性媒質１４の気体温度分布２５は上下の
電極部材等２６からの熱侵入により、中心部で低くな
る。これに伴いレーザー活性媒質１４の屈折率分布２８
は、中心部で高くなる。従って、レーザー活性媒質１４
中を光軸２４の方向にレーザービームが進行すると、レ
ーザービームは光軸２４の方向に曲げられる（すなわち
屈折する）ので、図９に示すように取出ビーム３０が光
軸２４の方向に偏ったり、レーザービーム３２が取出ミ
ラー１０とリアミラー１２間で捕捉（トラッピング）さ
れる。
【００１３】そして、取出ビーム３０が光軸２４の方向
に偏ると、出力されるレーザービームが同心円状のリン
グビームではなくなるので、レーザービームの伝播特性
や集光特性が劣化するという問題がある。また、レーザ
ービーム３２にトラッピングが発生するとレーザービー
ムの取出効率が低下するという問題がある。そして、こ
の問題は低温の混合ガス流を使用するＣＯレーザー等に
おいて特に顕著に表われる。なお、図９上で３４はレー
ザー活性媒質１４に屈折率分布を考慮しない場合の理論
上のレーザービームである。
に偏ると、出力されるレーザービームが同心円状のリン
グビームではなくなるので、レーザービームの伝播特性
や集光特性が劣化するという問題がある。また、レーザ
ービーム３２にトラッピングが発生するとレーザービー
ムの取出効率が低下するという問題がある。そして、こ
の問題は低温の混合ガス流を使用するＣＯレーザー等に
おいて特に顕著に表われる。なお、図９上で３４はレー
ザー活性媒質１４に屈折率分布を考慮しない場合の理論
上のレーザービームである。
【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、レーザービームの伝播特性や集光特性の劣化を
防止して高品質のレーザービームを取出すことができ、
かつレーザービームの取出効率の低下を防止することが
できるレーザー装置を提供することを目的とする。
もので、レーザービームの伝播特性や集光特性の劣化を
防止して高品質のレーザービームを取出すことができ、
かつレーザービームの取出効率の低下を防止することが
できるレーザー装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、前
記目的を達成するために、取出ミラー及びリアミラー間
のレーザー活性媒質で増幅されると共に、取出ミラー及
びリアミラーで拡径されたリング状のレーザービームを
取り出す不安定共振器であって、取出ミラー及びリアミ
ラーの各々の曲率半径と取出ミラー、リアミラー間の距
離とは前記取り出されたレーザービームが平行なリング
状のレーザービームとなる共焦点条件を満足するように
設定された不安定共振器を備えたレーザー装置におい
て、前記平行なリング状のレーザービームを取り出すた
めに、前記レーザー活性媒質で取出ミラー及びリアミラ
ーの光軸方向に屈折されたレーザービームを拡散する方
向に補正する補正光学系を備えたことを特徴とする。
記目的を達成するために、取出ミラー及びリアミラー間
のレーザー活性媒質で増幅されると共に、取出ミラー及
びリアミラーで拡径されたリング状のレーザービームを
取り出す不安定共振器であって、取出ミラー及びリアミ
ラーの各々の曲率半径と取出ミラー、リアミラー間の距
離とは前記取り出されたレーザービームが平行なリング
状のレーザービームとなる共焦点条件を満足するように
設定された不安定共振器を備えたレーザー装置におい
て、前記平行なリング状のレーザービームを取り出すた
めに、前記レーザー活性媒質で取出ミラー及びリアミラ
ーの光軸方向に屈折されたレーザービームを拡散する方
向に補正する補正光学系を備えたことを特徴とする。
【００１６】また、本発明の請求項２は、前記目的を達
成するために、前記補正光学系は、前記共焦点条件を満
足する取出ミラー及びリアミラーの各々の曲率半径をレ
ーザービームの拡散性が大きくなるように変更したこと
を特徴とする。
成するために、前記補正光学系は、前記共焦点条件を満
足する取出ミラー及びリアミラーの各々の曲率半径をレ
ーザービームの拡散性が大きくなるように変更したこと
を特徴とする。
【００１７】さらに、本発明の請求項３は、前記目的を
達成するために、前記補正光学系は、前記共焦点条件を
満足する取出ミラー又はリアミラーの各々の曲率半径の
いずれか一方をレーザービームの拡散性が大きくなるよ
うに変更したことを特徴とする。
達成するために、前記補正光学系は、前記共焦点条件を
満足する取出ミラー又はリアミラーの各々の曲率半径の
いずれか一方をレーザービームの拡散性が大きくなるよ
うに変更したことを特徴とする。
【００１８】そして、本発明の請求項４は、前記目的を
達成するために、前記補正光学系は、前記取出ミラーと
リアミラー間の光軸上に配設された凹レンズであること
を特徴とする。
達成するために、前記補正光学系は、前記取出ミラーと
リアミラー間の光軸上に配設された凹レンズであること
を特徴とする。
【００１９】また、本発明の請求項５は、前記目的を達
成するために、前記補正光学系は、前記取出ミラーとリ
アミラー間の光軸上に配設された一対の凸状の折返しミ
ラーであることを特徴とする。
成するために、前記補正光学系は、前記取出ミラーとリ
アミラー間の光軸上に配設された一対の凸状の折返しミ
ラーであることを特徴とする。
【００２０】さらに、本発明の請求項６は、前記目的を
達成するために、前記補正光学系は、前記レーザー活性
媒質でレーザービームが屈折される方向に対応させて、
レーザービームの拡散方向に異方性を持たせたことを特
徴とする。
達成するために、前記補正光学系は、前記レーザー活性
媒質でレーザービームが屈折される方向に対応させて、
レーザービームの拡散方向に異方性を持たせたことを特
徴とする。
【００２１】
【作用】本発明の請求項１によれば、レーザー装置の不
安定共振器は、取出ミラー及びリアミラー間のレーザー
活性媒質で増幅されると共に取出ミラー及びリアミラー
で拡径されたリング状のレーザービームを取り出す。ま
た、レーザー装置の不安定共振器は、取出ミラー及びリ
アミラーの各々の曲率半径と取出ミラー、リアミラー間
の距離とを、取り出されたレーザービームが平行なリン
グ状のレーザービームとなる共焦点条件を満足するよう
に設定した。そして、レーザー活性媒質で取出ミラー及
びリアミラーの光軸方向に屈折されたレーザービームを
補正光学系で拡散する方向に補正する。従って、レーザ
ー装置の不安定共振器は、レーザービームがレーザー活
性媒質で取出ミラー及びリアミラーの光軸方向に屈折さ
れた場合でも、平行なリング状のレーザービームを取り
出すことができる。
安定共振器は、取出ミラー及びリアミラー間のレーザー
活性媒質で増幅されると共に取出ミラー及びリアミラー
で拡径されたリング状のレーザービームを取り出す。ま
た、レーザー装置の不安定共振器は、取出ミラー及びリ
アミラーの各々の曲率半径と取出ミラー、リアミラー間
の距離とを、取り出されたレーザービームが平行なリン
グ状のレーザービームとなる共焦点条件を満足するよう
に設定した。そして、レーザー活性媒質で取出ミラー及
びリアミラーの光軸方向に屈折されたレーザービームを
補正光学系で拡散する方向に補正する。従って、レーザ
ー装置の不安定共振器は、レーザービームがレーザー活
性媒質で取出ミラー及びリアミラーの光軸方向に屈折さ
れた場合でも、平行なリング状のレーザービームを取り
出すことができる。
【００２２】また、本発明の請求項２によれば、補正光
学系として、共焦点条件を満足する曲率半径を備えた取
出ミラー及びリアミラーに代えて、レーザービームの拡
散性が大きくなるように変更した曲率半径の取出ミラー
及びリアミラーを使用した。これにより、レーザー活性
媒質で屈折されたレーザービームを補正して、平行なリ
ング状のレーザービームを取り出すことができる。
学系として、共焦点条件を満足する曲率半径を備えた取
出ミラー及びリアミラーに代えて、レーザービームの拡
散性が大きくなるように変更した曲率半径の取出ミラー
及びリアミラーを使用した。これにより、レーザー活性
媒質で屈折されたレーザービームを補正して、平行なリ
ング状のレーザービームを取り出すことができる。
【００２３】さらに、本発明の請求項３によれば、請求
項２で使用した取出ミラー又はリアミラーのいずれか一
方を使用した。この場合も請求項２と同様にレーザー活
性媒質で屈折されたレーザービームを補正して、平行な
リング状のレーザービームを取り出すことができる。
項２で使用した取出ミラー又はリアミラーのいずれか一
方を使用した。この場合も請求項２と同様にレーザー活
性媒質で屈折されたレーザービームを補正して、平行な
リング状のレーザービームを取り出すことができる。
【００２４】そして、本発明の請求項４によれば、補正
光学系として、凹レンズを取出ミラーとリアミラー間の
光軸上に配設した。これにより、レーザー活性媒質で屈
折されたレーザービームを拡散する方向に補正して、平
行なリング状のレーザービームを取り出すことができ
る。
光学系として、凹レンズを取出ミラーとリアミラー間の
光軸上に配設した。これにより、レーザー活性媒質で屈
折されたレーザービームを拡散する方向に補正して、平
行なリング状のレーザービームを取り出すことができ
る。
【００２５】また、本発明の請求項５によれば、補正光
学系として、一対の凸状の折返しミラーを取出ミラーと
リアミラー間の光軸上に配設した。この場合も一対の凸
状の折返しミラーがレーザービームを拡散する方向に補
正するので、平行なリング状のレーザービームを取り出
すことができる。
学系として、一対の凸状の折返しミラーを取出ミラーと
リアミラー間の光軸上に配設した。この場合も一対の凸
状の折返しミラーがレーザービームを拡散する方向に補
正するので、平行なリング状のレーザービームを取り出
すことができる。
【００２６】さらに、本発明の請求項６によれば、レー
ザー活性媒質でレーザービームが屈折される方向のみに
レーザービームを拡散する方向を限定するように、補正
光学系に異方性を持たせた。従って、レーザー活性媒質
でレーザービームが屈折される方向のみを拡散する方向
に補正して、平行なリング状のレーザービームを取り出
す。
ザー活性媒質でレーザービームが屈折される方向のみに
レーザービームを拡散する方向を限定するように、補正
光学系に異方性を持たせた。従って、レーザー活性媒質
でレーザービームが屈折される方向のみを拡散する方向
に補正して、平行なリング状のレーザービームを取り出
す。
【００２７】
【実施例】第１実施例．以下、添付図面に従って本発明
に係るレーザー装置について詳述する。図１は本発明に
係るレーザー装置５０の第１実施例の正面図であり、同
図に示すようにレーザー装置５０は正枝共焦点型の不安
定共振器５２を備えている。不安定共振器５２は取出ミ
ラー５４及びリアミラー５６を備えていて、これらのミ
ラー５４，５６は光軸５８に同軸上に配設されている。
取出ミラー５４は凸面状に形成されていて、その曲率半
径Ｒ3 は、図１に示す従来の不安定共振器の取出ミラー
１０の曲率半径Ｒ1 より小さく設定されている（破線５
４Ａは従来の取出ミラーの凸面を示す）。
に係るレーザー装置について詳述する。図１は本発明に
係るレーザー装置５０の第１実施例の正面図であり、同
図に示すようにレーザー装置５０は正枝共焦点型の不安
定共振器５２を備えている。不安定共振器５２は取出ミ
ラー５４及びリアミラー５６を備えていて、これらのミ
ラー５４，５６は光軸５８に同軸上に配設されている。
取出ミラー５４は凸面状に形成されていて、その曲率半
径Ｒ3 は、図１に示す従来の不安定共振器の取出ミラー
１０の曲率半径Ｒ1 より小さく設定されている（破線５
４Ａは従来の取出ミラーの凸面を示す）。
【００２８】また、取出ミラー５４の右側にはリアミラ
ー５６が配設されていて、取出ミラー５４の凸面とリア
ミラー５６の凹面とは互いに対向して配置されている。
リアミラー５６の凹面の曲率半径Ｒ4 は、図１に示す従
来の不安定共振器のリアミラー１２の曲率半径Ｒ2 より
大きく設定されている（破線５６Ａは従来のリアミラー
１２の凹面を示す）。この場合、取出ミラー５４とリア
ミラー５６間の間隔（すなわち共振器長）をＬとする
と、Ｌは次式（４）で表わされる。
ー５６が配設されていて、取出ミラー５４の凸面とリア
ミラー５６の凹面とは互いに対向して配置されている。
リアミラー５６の凹面の曲率半径Ｒ4 は、図１に示す従
来の不安定共振器のリアミラー１２の曲率半径Ｒ2 より
大きく設定されている（破線５６Ａは従来のリアミラー
１２の凹面を示す）。この場合、取出ミラー５４とリア
ミラー５６間の間隔（すなわち共振器長）をＬとする
と、Ｌは次式（４）で表わされる。
【００２９】 ２Ｌ＝Ｒ2 −Ｒ1 ・・・・・（４） ただし、Ｒ1 ：従来の取出ミラー１０の曲率半径 Ｒ2 ：従来のリアミラー１２の曲率半径
【００３０】すなわち、本発明に係る不安定共振器５２
は、従来の不安定共振器の共振器長Ｌを変化させずに、
取出ミラー５４の曲率半径Ｒ3 を小さくしてリアミラー
５６の曲率半径Ｒ4 を大きく設定したものである。な
お、図上で６５はＣＯ2 混合ガス等の気体流である。
は、従来の不安定共振器の共振器長Ｌを変化させずに、
取出ミラー５４の曲率半径Ｒ3 を小さくしてリアミラー
５６の曲率半径Ｒ4 を大きく設定したものである。な
お、図上で６５はＣＯ2 混合ガス等の気体流である。
【００３１】前記の如く構成された本発明に係るレーザ
ー装置の作用について説明する。まず、気体流６５中に
放電を発生させてレーザー活性媒質６０を得る。これに
より放電で励起されたＣＯ2 分子が誘導放出を起こして
レーザービーム径が拡大される。この場合、レーザー活
性媒質６０の屈折率分布は中心部で高くなっているの
で、レーザービームは光軸５８の方向に偏る。従って、
取出ミラーとリアミラーが従来の曲率半径の場合、レー
ザービームは破線６２で示すように進行する。
ー装置の作用について説明する。まず、気体流６５中に
放電を発生させてレーザー活性媒質６０を得る。これに
より放電で励起されたＣＯ2 分子が誘導放出を起こして
レーザービーム径が拡大される。この場合、レーザー活
性媒質６０の屈折率分布は中心部で高くなっているの
で、レーザービームは光軸５８の方向に偏る。従って、
取出ミラーとリアミラーが従来の曲率半径の場合、レー
ザービームは破線６２で示すように進行する。
【００３２】しかしながら、本発明の不安定共振器５２
の取出ミラー５４は曲率半径Ｒ3 を小さく、リアミラー
５６は曲率半径Ｒ4 を大きく設定しているので、これら
のミラー５４，５６はレーザービームを拡散する方向に
反射する。従って、これらのミラー５４，５６で反射さ
れたレーザービーム６４は、レーザー活性媒質６０の屈
折率分布による偏りが補正されて、平行なレーザービー
ム６４として出力される。これにより同心円状で軸対称
の平行なリング状のレーザービームを得ることができ
る。
の取出ミラー５４は曲率半径Ｒ3 を小さく、リアミラー
５６は曲率半径Ｒ4 を大きく設定しているので、これら
のミラー５４，５６はレーザービームを拡散する方向に
反射する。従って、これらのミラー５４，５６で反射さ
れたレーザービーム６４は、レーザー活性媒質６０の屈
折率分布による偏りが補正されて、平行なレーザービー
ム６４として出力される。これにより同心円状で軸対称
の平行なリング状のレーザービームを得ることができ
る。
【００３３】また、レーザー活性媒質６０の屈折率分布
によるレーザービームのトラッピングも、同様に取出ミ
ラー５４及びリアミラー５６による補正で低減を図るこ
とができる。なお、図１においては取出ミラー５４の曲
率半径Ｒ3 及びリアミラー５６の曲率半径Ｒ4 を変更し
た場合について説明したが、これに限らず、取出ミラー
５４またはリアミラー５６の一方の曲率半径を変更して
も同様の効果を得ることができる。
によるレーザービームのトラッピングも、同様に取出ミ
ラー５４及びリアミラー５６による補正で低減を図るこ
とができる。なお、図１においては取出ミラー５４の曲
率半径Ｒ3 及びリアミラー５６の曲率半径Ｒ4 を変更し
た場合について説明したが、これに限らず、取出ミラー
５４またはリアミラー５６の一方の曲率半径を変更して
も同様の効果を得ることができる。
【００３４】第２実施例．前記本発明に係る第１実施例
のレーザー装置５０においては、取出ミラー５４、リア
ミラー５６の曲率半径を変更してレーザービームの進行
方向を補正したが、これに限らず、図２に示す第２実施
例のように取出ミラーとリアミラー間に同軸上に凹レン
ズ６６を配設してもよい。以下、図２に基づいて第２実
施例のレーザー装置６８について説明する。なお、第１
実施例と同一類似部材については同一符号を付して説明
を省略する。レーザー装置６８の取出ミラー１０及びリ
アミラー１２には従来のレーザー装置のものが使用さ
れ、これらのミラー１０，１２間の間隔Ｌは式（４）で
表わされる。
のレーザー装置５０においては、取出ミラー５４、リア
ミラー５６の曲率半径を変更してレーザービームの進行
方向を補正したが、これに限らず、図２に示す第２実施
例のように取出ミラーとリアミラー間に同軸上に凹レン
ズ６６を配設してもよい。以下、図２に基づいて第２実
施例のレーザー装置６８について説明する。なお、第１
実施例と同一類似部材については同一符号を付して説明
を省略する。レーザー装置６８の取出ミラー１０及びリ
アミラー１２には従来のレーザー装置のものが使用さ
れ、これらのミラー１０，１２間の間隔Ｌは式（４）で
表わされる。
【００３５】第２実施例の場合、レーザービーム７０は
凹レンズを透過する際に拡散される方向に屈折される。
従って、レーザービーム７０は第１実施例と同様に、レ
ーザー活性媒質６０の屈折率分布による偏りが補正され
て、平行なリング状のレーザービーム７０として出力さ
れる。
凹レンズを透過する際に拡散される方向に屈折される。
従って、レーザービーム７０は第１実施例と同様に、レ
ーザー活性媒質６０の屈折率分布による偏りが補正され
て、平行なリング状のレーザービーム７０として出力さ
れる。
【００３６】第３実施例．前記第２実施例では取出ミラ
ー１０とリアミラー１２間の同軸上に凹レンズ６６を配
設したが、これに限らず、図３に示す第３の実施例のレ
ーザー装置７２のように取出ミラー１０とリアミラー１
２間の光軸７４上に一対の折返し凸面ミラーを配設して
光軸を折返し多光路としてもよい。以下、図３に基づい
て第３実施例のレーザー装置７２について説明する。な
お、第１，第２実施例と同一類似部材については同一符
号を付し説明を省略する。
ー１０とリアミラー１２間の同軸上に凹レンズ６６を配
設したが、これに限らず、図３に示す第３の実施例のレ
ーザー装置７２のように取出ミラー１０とリアミラー１
２間の光軸７４上に一対の折返し凸面ミラーを配設して
光軸を折返し多光路としてもよい。以下、図３に基づい
て第３実施例のレーザー装置７２について説明する。な
お、第１，第２実施例と同一類似部材については同一符
号を付し説明を省略する。
【００３７】第３実施例のレーザー装置７２の一方の折
返し凸面ミラー７６Ａは凸面を図で下向きにして傾斜し
た状態で、取出ミラー１０の右側に同軸上に配設されて
いる。また、他方の折返し凸面ミラー７６Ｂは凸面を図
で上向きにして傾斜した状態で、リアミラー１２の右側
に同軸上に配設されている。この場合、一方の折返し凸
面ミラー７６Ａは他方の折返し凸面ミラー７６Ｂの図で
上方に配置される。従って、レーザービームは一対の折
返し凸面ミラー７６Ａ，７６Ｂで反射される時に拡散さ
れるので、第１，第２実施例と同様にレーザー活性媒質
６０の屈折率分布による偏りが補正されて、平行なリン
グ状のレーザービームとして取り出される。
返し凸面ミラー７６Ａは凸面を図で下向きにして傾斜し
た状態で、取出ミラー１０の右側に同軸上に配設されて
いる。また、他方の折返し凸面ミラー７６Ｂは凸面を図
で上向きにして傾斜した状態で、リアミラー１２の右側
に同軸上に配設されている。この場合、一方の折返し凸
面ミラー７６Ａは他方の折返し凸面ミラー７６Ｂの図で
上方に配置される。従って、レーザービームは一対の折
返し凸面ミラー７６Ａ，７６Ｂで反射される時に拡散さ
れるので、第１，第２実施例と同様にレーザー活性媒質
６０の屈折率分布による偏りが補正されて、平行なリン
グ状のレーザービームとして取り出される。
【００３８】ところで、図８に示すように屈折率分布２
８は、例えば横方向流気体レーザー装置２７の場合、放
電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）と気体流方向（Ｘ−Ｘ方
向）で異なる。従って、屈折率分布２８を考慮して第１
乃至第３実施例のレーザー装置５０，６８，７２に使用
されている補正光学手段のレーザービーム拡散機能に異
方性を持たせることが可能である。すなわち、図１に示
す第１実施例のリアミラー５６の場合、例えば気体流方
向（Ｘ−Ｘ方向）の曲率半径を共焦点条件（１）式を満
たすＲ2 と設定し、放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）の
曲率半径を共焦点条件（１）式を満たすＲ2 の値より大
きなＲ4 と設定する。これにより、リアミラー５６はレ
ーザービームを放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）のみ補
正して、第１実施例と同様に同心円状で軸対称のレーザ
ービームを取り出すことができる。
８は、例えば横方向流気体レーザー装置２７の場合、放
電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）と気体流方向（Ｘ−Ｘ方
向）で異なる。従って、屈折率分布２８を考慮して第１
乃至第３実施例のレーザー装置５０，６８，７２に使用
されている補正光学手段のレーザービーム拡散機能に異
方性を持たせることが可能である。すなわち、図１に示
す第１実施例のリアミラー５６の場合、例えば気体流方
向（Ｘ−Ｘ方向）の曲率半径を共焦点条件（１）式を満
たすＲ2 と設定し、放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）の
曲率半径を共焦点条件（１）式を満たすＲ2 の値より大
きなＲ4 と設定する。これにより、リアミラー５６はレ
ーザービームを放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）のみ補
正して、第１実施例と同様に同心円状で軸対称のレーザ
ービームを取り出すことができる。
【００３９】なお、前記実施例ではリアミラー５６に異
方性を持たせて曲率半径を変更させたが、これに限ら
ず、取出ミラー５４に異方性を持たせて曲率半径を変更
させてもよく、さらにリアミラー５６及び取出ミラー５
４の各々の曲率半径を対で異方性を持たせて変更させて
もよい。
方性を持たせて曲率半径を変更させたが、これに限ら
ず、取出ミラー５４に異方性を持たせて曲率半径を変更
させてもよく、さらにリアミラー５６及び取出ミラー５
４の各々の曲率半径を対で異方性を持たせて変更させて
もよい。
【００４０】また、図４には第２実施例（図２参照）の
凹レンズ６６を、放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）のみ
に補正機能を有するシリンドリカル凹レンズ８０に変え
た場合が示されている。この場合も前記実施例と同様
に、レーザービームを放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）
のみ補正することができる。
凹レンズ６６を、放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）のみ
に補正機能を有するシリンドリカル凹レンズ８０に変え
た場合が示されている。この場合も前記実施例と同様
に、レーザービームを放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）
のみ補正することができる。
【００４１】第４実施例．さらに、図５には第３実施例
（図３参照）の一対の折返し凸面ミラー７６Ａ，７６Ｂ
を、放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）のみに補正機能を
有するシリンドリカル折返しミラー８２Ａ，８２Ｂに変
えた場合が示されている。この場合も前記実施例と同様
に、レーザービームを放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）
のみ補正することができる。
（図３参照）の一対の折返し凸面ミラー７６Ａ，７６Ｂ
を、放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）のみに補正機能を
有するシリンドリカル折返しミラー８２Ａ，８２Ｂに変
えた場合が示されている。この場合も前記実施例と同様
に、レーザービームを放電ギャップ方向（Ｙ−Ｙ方向）
のみ補正することができる。
【００４２】前記実施例においては正枝共焦点型のレー
ザー共振器を備えたレーザー装置について述べたが、本
発明に係るレーザー装置はこれに限らず、負枝共焦点型
のレーザー共振器にも適用することができる。
ザー共振器を備えたレーザー装置について述べたが、本
発明に係るレーザー装置はこれに限らず、負枝共焦点型
のレーザー共振器にも適用することができる。
【００４３】第５実施例．また、前記実施例ではＣＯ2
レーザー装置について説明したが、これに限らず、ＣＯ
レーザーや同様の屈折率分布を有する活性特性を使用し
たエキシマレーザー及び化学レーザー等の他の気体レー
ザー装置にも適用することができる。
レーザー装置について説明したが、これに限らず、ＣＯ
レーザーや同様の屈折率分布を有する活性特性を使用し
たエキシマレーザー及び化学レーザー等の他の気体レー
ザー装置にも適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
に係るレーザー装置によれば、レーザー活性媒質で取出
ミラー及びリアミラーの光軸方向に屈折されたレーザー
ビームを補正光学系で拡散する方向に補正するので、平
行なリング状のレーザービームを取り出すことができ
る。従って、補正光学系を使用することにより、レーザ
ー活性媒質中に発生する屈折率分布に起因するレーザー
ビームの品質劣化や、ビームトラッピングによる効率の
低下を防止することができる。これにより、伝播特性や
集光特性の優れたレーザービームを得ることができ、被
加工物の加工や材料生成、エネルギー伝播等の応用をよ
り効率的に実施することができる。また、レーザービー
ムの発振効率の向上を図ることができるので、レーザー
の運転コストの低減を図ると共に、レーザー装置の経済
性、実用性の向上を図ることができる。
に係るレーザー装置によれば、レーザー活性媒質で取出
ミラー及びリアミラーの光軸方向に屈折されたレーザー
ビームを補正光学系で拡散する方向に補正するので、平
行なリング状のレーザービームを取り出すことができ
る。従って、補正光学系を使用することにより、レーザ
ー活性媒質中に発生する屈折率分布に起因するレーザー
ビームの品質劣化や、ビームトラッピングによる効率の
低下を防止することができる。これにより、伝播特性や
集光特性の優れたレーザービームを得ることができ、被
加工物の加工や材料生成、エネルギー伝播等の応用をよ
り効率的に実施することができる。また、レーザービー
ムの発振効率の向上を図ることができるので、レーザー
の運転コストの低減を図ると共に、レーザー装置の経済
性、実用性の向上を図ることができる。
【００４５】また、本発明の請求項２に係るレーザー装
置によれば、補正光学系として、共焦点条件を満足する
曲率半径を備えた取出ミラー及びリアミラーに代えて、
レーザービームの拡散性が大きくなるように変更した曲
率半径の取出ミラー及びリアミラーを使用した。これに
より、部材数を増加することなくレーザー活性媒質で屈
折されたレーザービームを補正して、平行なリング状の
レーザービームを取り出すことができる。
置によれば、補正光学系として、共焦点条件を満足する
曲率半径を備えた取出ミラー及びリアミラーに代えて、
レーザービームの拡散性が大きくなるように変更した曲
率半径の取出ミラー及びリアミラーを使用した。これに
より、部材数を増加することなくレーザー活性媒質で屈
折されたレーザービームを補正して、平行なリング状の
レーザービームを取り出すことができる。
【００４６】さらに、本発明の請求項３に係るレーザー
装置によれば、請求項２で使用した取出ミラー又はリア
ミラーのいずれか一方を使用し、平行なリング状のレー
ザービームを取り出すことができる。従って、コスト低
減を図ることができる。
装置によれば、請求項２で使用した取出ミラー又はリア
ミラーのいずれか一方を使用し、平行なリング状のレー
ザービームを取り出すことができる。従って、コスト低
減を図ることができる。
【００４７】さらに、本発明の請求項４に係るレーザー
装置によれば、補正光学系として、凹レンズを取出ミラ
ーとリアミラー間の光軸上に配設した。これにより、従
来のレーザー装置の不安定共振器に凹レンズを追加する
だけで、平行なリング状のレーザービームを取り出すこ
とができる。
装置によれば、補正光学系として、凹レンズを取出ミラ
ーとリアミラー間の光軸上に配設した。これにより、従
来のレーザー装置の不安定共振器に凹レンズを追加する
だけで、平行なリング状のレーザービームを取り出すこ
とができる。
【００４８】また、本発明の請求項５に係るレーザー装
置によれば、補正光学系として、一対の凸状の折返しミ
ラーを取出ミラーとリアミラー間の光軸上に配設した。
これにより、レーザー装置の不安定共振器の光軸を折返
し多光路とすることができる。
置によれば、補正光学系として、一対の凸状の折返しミ
ラーを取出ミラーとリアミラー間の光軸上に配設した。
これにより、レーザー装置の不安定共振器の光軸を折返
し多光路とすることができる。
【００４９】さらに、本発明の請求項６に係るレーザー
装置によれば、レーザー活性媒質でレーザービームが屈
折される方向のみにレーザービームを拡散する方向を限
定するように、補正光学系に異方性を持たせた。これに
より、特定方向のみにビームの屈折が起きるレーザー媒
質より平行なリング状のレーザービームを取り出すこと
ができる。
装置によれば、レーザー活性媒質でレーザービームが屈
折される方向のみにレーザービームを拡散する方向を限
定するように、補正光学系に異方性を持たせた。これに
より、特定方向のみにビームの屈折が起きるレーザー媒
質より平行なリング状のレーザービームを取り出すこと
ができる。
【図１】本発明に係るレーザー装置の不安定共振器の第
１実施例の断面図である。
１実施例の断面図である。
【図２】本発明に係るレーザー装置の不安定共振器の第
２実施例の断面図である。
２実施例の断面図である。
【図３】本発明に係るレーザー装置の不安定共振器の第
３実施例の断面図である。
３実施例の断面図である。
【図４】本発明に係るレーザー装置の不安定共振器の第
２実施例に異方性の凹レンズを使用した状態を示す断面
図である。
２実施例に異方性の凹レンズを使用した状態を示す断面
図である。
【図５】本発明に係るレーザー装置の不安定共振器の第
３実施例に異方性の一対の凸状の折返しミラーを使用し
た状態を示す断面図である。
３実施例に異方性の一対の凸状の折返しミラーを使用し
た状態を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）は従来のレーザー装置の不安定共振
器の正枝共焦点型を示した断面図、図６（Ｂ）はレーザ
ー装置の不安定共振器から取り出されたリング状のレー
ザービームを示す図である。
器の正枝共焦点型を示した断面図、図６（Ｂ）はレーザ
ー装置の不安定共振器から取り出されたリング状のレー
ザービームを示す図である。
【図７】図７（Ａ）は従来のレーザー装置の不安定共振
器の負枝共焦点型を示した断面図、図７（Ｂ）はレーザ
ー装置の不安定共振器から取り出されたリング状のレー
ザービームを示す図である。
器の負枝共焦点型を示した断面図、図７（Ｂ）はレーザ
ー装置の不安定共振器から取り出されたリング状のレー
ザービームを示す図である。
【図８】レーザー装置の不安定共振器のレーザー活性媒
質中の屈折率分布の説明図である。
質中の屈折率分布の説明図である。
【図９】レーザー装置の不安定共振器のレーザービーム
の品質劣化及びビームトラッピングの説明図である。
の品質劣化及びビームトラッピングの説明図である。
１０，５４ 取出ミラー １２，５６ リアミラー １６ リング状のレーザービーム ５０，６８，７２ レーザー装置 ５２ 不安定共振器 ６０ レーザー活性媒質 ６４，７０ レーザービーム ６６ 凹レンズ ７６Ａ，７６Ｂ 凸状の折返しミラー ８０ シリンドリカル凹レンズ ８２Ａ，８２Ｂ シリンドリカル凸状の折返しミラー Ｌ 取出ミラー、リアミラー間の距離 Ｒ1 ，Ｒ3 取出ミラーの曲率半径 Ｒ2 ，Ｒ4 リアミラーの曲率半径
フロントページの続き (72)発明者 今竹 滋典 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (6)
- 【請求項１】 取出ミラー及びリアミラー間のレーザー
活性媒質で増幅されると共に、取出ミラー及びリアミラ
ーで拡径されたリング状のレーザービームを取り出す不
安定共振器であって、取出ミラー及びリアミラーの各々
の曲率半径と取出ミラー、リアミラー間の距離とは前記
取り出されたレーザービームが平行なリング状のレーザ
ービームとなる共焦点条件を満足するように設定された
不安定共振器を備えたレーザー装置において、前記平行
なリング状のレーザービームを取り出すために、前記レ
ーザー活性媒質で取出ミラー及びリアミラーの光軸方向
に屈折されたレーザービームを拡散する方向に補正する
補正光学系を備えたことを特徴とするレーザー装置。 - 【請求項２】 前記補正光学系は、前記共焦点条件を満
足する取出ミラー及びリアミラーの各々の曲率半径をレ
ーザービームの拡散性が大きくなるように変更したこと
を特徴とする請求項１記載のレーザー装置。 - 【請求項３】 前記補正光学系は、前記共焦点条件を満
足する取出ミラー又はリアミラーの各々の曲率半径のい
ずれか一方をレーザービームの拡散性が大きくなるよう
に変更したことを特徴とする請求項１記載のレーザー装
置。 - 【請求項４】 前記補正光学系は、前記取出ミラーとリ
アミラー間の光軸上に配設された凹レンズであることを
特徴とする請求項１記載のレーザー装置。 - 【請求項５】 前記補正光学系は、前記取出ミラーとリ
アミラー間の光軸上に配設された一対の凸状の折返しミ
ラーであることを特徴とする請求項１記載のレーザー装
置。 - 【請求項６】 前記補正光学系は、前記レーザー活性媒
質でレーザービームが屈折される方向に対応させて、レ
ーザービームの拡散方向に異方性を持たせたことを特徴
とする請求項１〜５いずれか１項記載のレーザー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5931793A JPH06252474A (ja) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | レーザー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5931793A JPH06252474A (ja) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | レーザー装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252474A true JPH06252474A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=13109870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5931793A Withdrawn JPH06252474A (ja) | 1993-02-25 | 1993-02-25 | レーザー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06252474A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7847213B1 (en) * | 2007-09-11 | 2010-12-07 | Ultratech, Inc. | Method and apparatus for modifying an intensity profile of a coherent photonic beam |
-
1993
- 1993-02-25 JP JP5931793A patent/JPH06252474A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7847213B1 (en) * | 2007-09-11 | 2010-12-07 | Ultratech, Inc. | Method and apparatus for modifying an intensity profile of a coherent photonic beam |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |