JPH06350162A

JPH06350162A - Ｑスイッチｃｏ▲２▼レーザ装置

Info

Publication number: JPH06350162A
Application number: JP16622693A
Authority: JP
Inventors: Naoya Hamada; 直也浜田; Takamichi Kobayashi; 尊道小林; Tatsuhiko Sakai; 辰彦坂井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＱスイッチＣＯ₂レーザにおいて、実際の応
用で重要となるレーザ出力、空間モードの長時間にわた
る安定性を確保し、なおかつレーザ発振効率を従来例に
比べて大幅に改善できる簡便な共振器構成を提供する。【構成】一対の集光光学素子で構成されるテレスコー
プとその共焦点位置に配置された回転チョッパからなる
Ｑスイッチ装置を共振器内に配置したＱスイッチＣＯ₂
レーザ装置において、出力側の集光光学素子が共振器側
に凹面を持つメニスカス形状の部分透過鏡４からなるレ
ーザ出力鏡であり、該凹面と他方の集光光学素子によっ
てテレスコープを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームに対して
高反射率を示すか、もしくは熱伝導率が低い難加工性材
料などの特殊材料の加工や、レーザ同位体分離等のレー
ザ光化学での応用で要求される高尖頭出力、高パルス繰
り返し率、高平均出力のパルスＱスイッチＣＯ₂レーザ
光を高効率、かつ安定に得るためのＱスイッチＣＯ₂レ
ーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の連続波ＣＯ₂レーザの飛躍的な大
出力化ならびにレーザビーム空間モードの高品質化に伴
い、その応用分野は各種の材料加工を中心として大きな
展開を見せている。さらに昨今、ＣＯ₂レーザの発振形
態をパルス化することにより、新たな分野への展開も各
種報告がなされている。その代表的な例として、銅やア
ルミニウム等の従来ＣＯ₂レーザでは加工が困難であっ
た材料の切断・溶接加工や鋼材の超高速・精密加工、赤
外多光子励起を用いたレーザ同位体分離、遠赤外レーザ
の光励起などがある。ＣＯ₂レーザのこの様な分野への
適用には一般的には１０ｋＷを越える高尖頭出力、１０
ｋＨｚ以上の高パルス繰り返し率による高平均出力性が
要求される。

【０００３】このような用途に対応するＣＯ₂レーザと
して、従来から横方向励起大気圧動作のパルスＴＥＡレ
ーザがある。ＴＥＡレーザでは高電圧・高電流パルス放
電を大気圧のレーザガスに印加し急速な反転分布形成を
実現するので、ゲインスイッチング現象により１０ＭＷ
以上の高い尖頭出力を１００ｎｓｅｃ程度のパルス幅で
容易に取り出すことが出来るが、パルス繰り返し周波数
は実用的には１０〜１００Ｈｚ程度であり、平均出力と
して大きなものを取り出すことはできない。さらに短時
間に大電力パルス放電を行うためレーザ発振器の寿命が
短く、またそのオペレーションに要するコストも増大す
るという問題点があった。

【０００４】ＴＥＡレーザに対してＣＯ₂レーザ媒質か
らパルスレーザ光を取り出す方法として、低圧動作連続
波（以下ＣＷと呼ぶ）レーザの放電励起にパルス変調を
かける方法があるが、その尖頭出力はＣＷ定格出力レベ
ル程度に抑えられ最大でも数ｋＷ程度のものであった。

【０００５】このような問題点に対応するため、従来か
ら固体レーザによく用いられているＱスイッチング技術
をＣＯ₂レーザに適用する方法が各種提案されている。
IEEEJ. Quantum Electronics 誌 Vol. QE-4, p762, 19
68 にはＣＷ励起ＣＯ₂レーザの共振器内に損失を制御
する素子を挿入した各種のＱスイッチング方法がまとめ
られている。Ｑスイッチングの方法には、共振器内に可
飽和吸収体を挿入する受動的Ｑスイッチング、電気光学
素子を用いる方法、回転ミラーを共振器内に組み込む方
法、テレスコープと回転チョッパの組合せからなるＱス
イッチ装置を共振器内に挿入する方法、さらには特開昭
62-160783 号公報に開示されているファブリペロエタロ
ンを共振器内に挿入する方法などが提案されている。中
でも回転チョッパとテレスコープを用いる方法は、Ｑス
イッチング速度を速くする課題があるが、その他の制御
性・安定性からこの方法が主流となっいる。Gas Flow &
Chemical Lasers (GCL) Conference Proceedings, Vie
na 1988, Vol. 1031, SPIE, p48 にはＣＷ励起ＣＯ₂レ
ーザに回転チョッパ方式によるＱスイッチを組み込み、
パルスエネルギ２７ｍＪ、パルス尖頭出力１５０ｋＷ、
パルス繰り返し周波数１０ｋＨｚの性能を実現した例が
報告されており、さらに本願発明者らも各種の検討を進
め、パルス尖頭出力の改善を図るために回転チョッパと
同期したＲＦパルス放電を用いる方法について特開平04
-259278 号公報において出願してきた。以上のごとく、
回転チョッパとテレスコープの組合せを用いたＣＯ₂レ
ーザのＱスイッチング方法は、その制御性、出力スケー
リング性において秀でているが、現在までに報告されて
いる従来例は、全て図２(b) に示すような共振器構成を
用いていた。図２(a) は通常の連続波発振ＣＯ₂レーザ
の共振器構成であり、これをＱスイッチ化するために同
図(b) に示されるように共振器内に放電部筐体２と大気
とを遮断するための平板全透過ウインドウ８およびテレ
スコープを構成する２枚の集光レンズ５、５’の計３枚
の光学素子ならびに回転チョッパ６が挿入されている。
この方式ではＱスイッチ速度を極力速くするため、共振
器内で集光位置Ｆを設け、その位置で回転チョッパ６に
よってスイッチングを行っている。そのため２枚の集光
レンズ５、５’を共焦点条件で共振器内に導入している
が、この条件を達成するために図中で定義されるx, y,
z 方向でそれぞれ微調整をする必要がある。さらに出力
鏡７もθ, φ方向で調整する必要があり、この共振器形
態では非常に多岐にわたる調整機能を持たせることにな
る。ここで回転チョッパ６は高速で回転するため、僅か
ではあるが振動を発生しさらにチョッパ回転による空気
擾乱がある。調整機能の存在は外部擾乱に対する光学素
子の設定条件の不安定性を引き起こす要因であり、この
従来例の構成では長時間にわたる共振器アライメントの
安定性確保に大きな問題がある。共振器アライメントの
変動は、レーザ出力ならびに出力ビームの空間モードの
劣化に敏感に影響するため、極力避ける必要がある。さ
らに、一般にＣＯ₂レーザの透過型光学素子にはZnSeな
どの結晶が用いられ、レーザパワーの全透過のためには
その両面に減反射コーティングが施されるが、その透過
率は使用開始直後の最善の値でも、99.5% 程度である。
図２(b) のような構成では、３枚の付加的な光学素子が
共振器内に挿入されており、その損失が発振効率に及ぼ
す影響が大きく、レーザ発振効率が低い値に抑えられる
という問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、テレ
スコープと回転チョッパの組合せによるＱスイッチ装置
を用いたＱスイッチＣＯ₂レーザにおいて、実際の応用
で重要となるレーザ出力、空間モードの長時間にわたる
安定性を確保し、なおかつレーザ発振効率を従来例に比
べて大きく改善できるＱスイッチＣＯ₂レーザ装置を簡
便な構成で実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＣＯ₂レーザ
媒質を封入し放電励起するための筐体と、共振器を構成
する全反射鏡と部分透過出力鏡と、一対の集光光学素子
で構成されるテレスコープとその共焦点位置に配置され
た回転チョッパからなるＱスイッチ装置を共振器内に配
置したＱスイッチＣＯ₂レーザ装置において、出力側の
集光光学素子が共振器側に凹面を持つメニスカス形状の
部分透過鏡からなるレーザ出力鏡となる構成とすること
で、高尖頭出力、高平均出力パルスレーザ光を安定にか
つ高効率で取り出すＱスイッチＣＯ₂レーザ装置であ
る。

【０００８】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。図１は本発明
に係わるＱスイッチＣＯ₂レーザ共振器の構成を模式的
に示したものである。図において通常の連続波共振器は
放電部筐体２と大気とを遮断するために設置されたレン
ズ５の位置に部分透過鏡である出力鏡７が設置された構
成である。本発明による構成では図のごとく、先ず大気
と筐体内部との遮断位置にテレスコープレンズ５が設置
される。このレンズ５の焦点距離は、Ｑスイッチ速度が
回転チョッパ６の線速度とレーザビームの集光径から決
定されるので、所望のレーザビーム集光径から決められ
る。次に大気中のレーザ光軸上の位置に共振器側に凹面
を持ち反対面に凸面を持つメニスカス形状の部分透過鏡
からなる出力鏡４が設置される。レンズ５によって集光
されその後拡散したレーザビーム１は、部分反射コーテ
ィングがほどこされた出力鏡４の凹面で一部のパワーが
反射される。ここでこの凹面曲率ならびにレンズ５と出
力鏡４の間隙は、凹面で反射されたレーザビーム１が入
射ビームのプロフィルと一致するように、すなわちテレ
スコープを構成するように設定される。以上の系によっ
て構成されるテレスコープの共焦点位置Ｆには、回転チ
ョッパ６が設置され、Ｑスイッチングが実現される。つ
ぎに出力鏡４の凹面を透過した入射パワーの一部のレー
ザビーム１は、出力鏡４中を伝搬した後出力鏡４の凸面
で屈折を受けＱスイッチパルスレーザ出力として取り出
される。ここで出力鏡４の凸面の曲率は、取り出された
レーザビーム１がほぼ平行にコリメートされた状況にな
るように決められる。以上の構成において要求される光
学素子の調整機能は、出力鏡４のｚ，θ, φの３軸のみ
であり、通常共振器の出力鏡７の調整機能であるθ, φ
に比べて１軸方向の調整機能が付加されたのみであると
同時に、図２(b) の構成に比べると大幅に調整の自由度
が削減されている。したがって長時間にわたる共振器ア
ライメントの安定性、すなわちレーザ出力ならびに空間
モードの安定性が確保される。さらに図２(b) の構成に
比べるとＱスイッチオペレーションのために共振器内に
挿入される付加的な光学素子の数は３個から１個に減少
していることから発振効率の改善が可能となる。

【０００９】次に各種光学素子、特に出力鏡４の形状な
らびに設定条件の導出方法について図３を用いて説明す
る。まずレンズ５の焦点距離ｆは上述のごとく回転チョ
ッパ６の位置で要求されるレーザビーム１の集光径から
決定される。一般に集光レンズ５の球面収差を無視する
と集光ビーム径と焦点距離は比例するので、たとえば反
転分布蓄積の大きい媒質で速いＱスイッチングが要求さ
れるような場合には焦点距離を比較的短い値に設定す
る。次に出力鏡４の凹面曲率Ｒ₁は、基本的には任意に
決めて良いが通常の連続波発振モードのビーム径と同程
度の値にすることを基準に考えるとその絶対値は集光レ
ンズ５の焦点距離ｆと同じ値に設定することになる。次
に集光レンズ５と出力鏡４の凹面中心の間隙は、Ｑスイ
ッチレーザ発振効率を最大化するために利得領域でのレ
ーザビーム１の空間モードと利得領域とが一致するよう
に決められる。ここで、通常の連続波共振器の場合にこ
の最適化がなされていると仮定し、かつ図２(a) に示さ
れた連続波共振器の出力鏡７の共振器側形状が平面であ
る時には、上記の条件下における間隙は２ｆとなる。な
お、連続波共振器の出力鏡７の共振器側形状が凹面であ
る場合には、この間隙の値は２ｆよりも若干大きくな
る。次に出力鏡４の残るパラメータである厚みならびに
凸面曲率の決定方法について図３を用いて説明する。本
発明の構成においては、出力鏡４は本来の部分反射鏡と
しての出力鏡７の機能とテレスコープレンズ５の機能を
あわせて実現するものであり、共振器側の凹面でテレス
コープ機能と部分反射機能を持たせ、全体形状として凸
レンズ機能を持たせビームのコリメーションを行うため
特殊形状の光学素子となる。ここで各種の検討を行った
結果、凸レンズ機能として幾何光学的には図３のごとく
出力鏡４を凸レンズと考えその前側焦点位置とテレスコ
ープ共焦点位置Ｆとが一致すれば、共振器から取り出さ
れるレーザビーム１のコリメーションが実現されること
が判明した。図３のパラメータ設定において凸レンズで
ある出力鏡４の前側焦点距離αならびに出力鏡４の凹面
からその前側主点までの距離ｄ_Hはそれぞれ（１）〜
（３）式で与えられる。 α＝−ｎＲ₁Ｒ₂／Ｄ（１）ｄ_H＝（ｎ−１）Ｒ₁ｔ／Ｄ（２）Ｄ＝（ｎ−１）［ｎ（Ｒ₁−Ｒ₂）−（ｎ−１）ｔ］（３）ここで、ｎは出力鏡４の屈折率、ｔはその中心厚みであ
る。なお、（１）〜（３）式中のＲ₁、Ｒ₂の符号は図
３の形状においては共に負の値となる。ここで、上記の
議論でＲ₁およびｎは既知であり、またテレスコープ共
焦点位置Ｆと出力鏡４の凹面中心の距離（α−ｄ_H）も
既知であることから、中心厚みｔを与えると（１）〜
（３）式を用いて出力鏡４の凸面曲率Ｒ₂を導出するこ
とができる。以上の手順によって本発明の構成要件を満
たす出力鏡４の位置ならびに形状を導くことが可能とな
る。

【００１０】次に以上の手順をより具体的に説明するた
め、共振器条件を仮想的に定めてガウスビームに対する
光線追跡法を用いて共振器内外のレーザビームプロフィ
ルを計算した結果を以下に示す。通常の連続波共振器構
成として図２(a) のものを想定し、全反射鏡３の曲率を
２０ｍ凹面、出力鏡７の形状が共振器側が１０ｍ凹面、
出力側が１０ｍ凸面、共振器長が６ｍであるとした場合
の共振器内外でのガウスビームのプロフィルの計算結果
を図４(a) に示す。なおビーム半径の定義は中心強度の
1/e²の強度になる点でのビーム半径とした。この連続波
発振共振器系を変更してＱスイッチオペレーションを行
うために、図１の構成を考える。先ず、テレスコープ位
置でのレーザビーム直径が約２００μｍになるようにレ
ンズ５の焦点距離をｆ＝１５０ｍｍとした。次に、出力
鏡４の共振器側凹面曲率半径を前記の議論でＲ₁＝−１
５０ｍｍとした。ここで連続波共振器の出力鏡７の共振
器側形状は凹面であるため、レーザビーム１と利得領域
との空間整合をとるためには集光レンズ５と出力鏡４の
凹面との間隙は２ｆすなわち３００ｍｍより大きくな
り、３０２．２１ｍｍという値になる。次に出力鏡４の
中心部の厚みを５ｍｍとすると、出力鏡４の凹面からテ
レスコープ共焦点位置Ｆまでの距離１５２．２１ｍｍ、
出力鏡４の材質をＺｎＳｅとし波長１０．６μｍに対す
る屈折率ｎ＝２．４０２８、ならびに（１）〜（３）式
を用いて計算することによりＲ₂＝−９１．０２ｍｍと
いう値を得る。以上の条件を用いて図４(a) と同様な光
線追跡を行った結果を図４(b) に示す。両者を対比する
と、テレスコープ間でレーザビーム１が集光されている
ことを除いて、その他の部分すなわち共振器内外でのプ
ロフィルは完全に一致している状況が実現されているこ
とがわかる。したがって以上の手順で、通常の連続波発
振共振器に比べて１枚のみの光学素子の挿入で、かつ共
振器内外でのレーザビーム１のプロフィルを一定に保っ
たままＱスイッチオペレーションが可能となる。

【００１１】なお、ここまでの説明においては、回転チ
ョッパ６の位置で集光ビームを作るための集光光学素子
としては透過型球面レンズ５を例にとって示したが、集
光ビーム径をより小さくするため非球面集光レンズを用
いてもよい。また、図５に示すように反射型の球面鏡９
ないし放物面鏡を用いることも可能である。ここで図５
の例では平板全透過ウインドウ８を用いる例を示した
が、反射鏡９ならびに回転チョッパ６を放電部筐体２の
内部に入れ、出力鏡４を平板全透過ウインドウ８の位置
に設置することも可能である。

【００１２】さらに以上の例ではビーム集光は点状に集
光されることを想定した説明を行った。ここで一般にＱ
スイッチＣＯ₂レーザの発振パルス時間波形は図６に示
されるように固体レーザのＱスイッチパルスに相当する
初期スパイク部分が発振した後、比較的長いパルステー
ルを伴い、ＣＯ₂レーザのＱスイッチパルス波形の特徴
となっている。ＣＯ₂レーザにおいては、その反転分布
の形成は放電によって直接励起されるＣＯ₂分子以外
に、レーザ媒質であるガスに通常添加されるＮ₂分子が
放電によって励起されそれが基底状態にあるＣＯ₂分子
との衝突によってエネルギをＣＯ₂分子に移剰する成分
が存在する。一般に第一振動励起準位のＮ₂分子の寿命
は長いことから、連続波発振の場合にはＮ₂分子の影響
は定常的な反転分布の形成に寄与するが、Ｑスイッチ発
振のように過渡的な発振過程においては初期スパイク発
振後にその影響が出てくる。したがって、図６のパルス
テール部分は主として励起されたＮ₂分子のＣＯ₂分子
への衝突によるエネルギ移剰の効果によるものであり、
回転チョッパ６のスリット開放時間が長い場合には最終
的には連続波発振レベルにいたる。一般のＱスイッチＣ
Ｏ₂レーザにおいては、Ｑスイッチスリットを閉鎖する
ことによりこのテール部分を強制的に終了させている
が、その際に僅かではあるがチョッパスリットの端部に
発振レーザパルスのテール部分が当たることになる。こ
のテール部分のパワーは低いが、チョッパ部ではレーザ
ビームが集光されているために、特にパルス繰り返し周
波数が低い場合には、プラズマが発生しチョッパが破損
する場合もある。このような場合には前述の本発明の構
成においてチョッパ部で点状にレーザビーム１を集光し
ていたものを、共焦点位置Ｆでのレーザパワー密度を低
下させるために線状に集光することが可能である。この
場合、上記で球面集光レンズ５で点状に集光していたも
のを円柱レンズに変更し線状集光を実現し、それに対向
する出力鏡４の共振器側凹面形状を円柱レンズの曲率中
心線と平行な円柱形状とし、さらに出力側凸面形状も同
様な円柱面とすることによって、出力ビームのコリメー
ションも点状集光の場合と同様に実現できる。この際
の、レンズ５の焦点距離や出力鏡４の曲率の決定方法は
前記の方法と全く同一であり、またチョッパスリットは
その形状がレーザビーム１の線状集光形状と同一方向に
線状になることは言うまでもない。さらに線状集光のた
めの光学素子として円柱レンズ以外に反射型の円柱鏡や
放物面鏡を用いてもよい。

【００１３】

【実施例】作用欄で説明に用いた数値例に基づく実施例
を以下に示す。Ｑスイッチオペレーションのために用い
た連続波発振ＣＯ₂レーザは、図２(a) の構成で直交流
型放電励起レーザであり、連続波出力１．３ｋＷ、レー
ザビーム径２１ｍｍでほぼガウスモードを持つ出力を実
現する発振器であり、その共振器長は６ｍである。リア
ーミラーである全反射鏡３の曲率半径は２０ｍ凹面であ
り、その反射率は９９％である。出力鏡７は共振器側の
曲率半径が１０ｍ凹面でその反射率は１７％、出力側の
曲率半径は１０ｍ凸面であり表面に１０．６μｍの波長
に対する減反射コーティングが施されている。この共振
器を変更して、図１の構成でＱスイッチオペレーション
を行った。出力鏡７が設置されていた位置にはＺｎＳｅ
製で両面に減反射コーティングを施した焦点距離１５０
ｍｍのメニスカス凸レンズ５を設置し、それから３０
２．２１ｍｍの位置にＺｎＳｅ製の出力鏡４を設置し
た。出力鏡４の共振器側曲率半径はＲ₁＝−１５０ｍｍ
で反射率１７％、出力側曲率半径はＲ₂＝−９１ｍｍで
減反射コーティングをほどこしてあり、その中心部の厚
みは５ｍｍである。テレスコープ共焦点位置Ｆすなわち
凸レンズから１５０ｍｍの位置に設置される回転チョッ
パ６は直径１５３ｍｍ、厚み０．４ｍｍのステンレス製
の円板であり、直径１４５ｍｍの位置に０．６ｍｍの幅
を持つスリット開口を円周上に等間隔で４５０ケ導入し
てあり、２００ｒｐｓの回転速度で回転し、パルス繰り
返し周波数９０ｋＨｚのＱスイッチ発振を実現するもの
である。また従来例との比較のために図２(b) の構成と
して通常共振器の出力鏡７の位置に両面に減反射コーテ
ィングを施した平板ＺｎＳｅ全透過ウインドウ８を設置
し、さらに両面に減反射コーティングを施した焦点距離
１５０ｍｍのＺｎＳｅレンズ５、５’を３００ｍｍ間隙
で設置し、その中央部に前記回転チョッパ６を据え付
け、レンズ５’から５０ｍｍの位置に通常共振器の出力
鏡７を設置した構成についてもその出力特性を評価し
た。以上の構成でＱスイッチＣＯ₂レーザ発振特性を評
価した結果、本発明による構成では平均出力１０５０
Ｗ、パルスエネルギ１１．７ｍＪの性能が得られたのに
対し、従来例の構成では平均出力８５０Ｗ、パルスエネ
ルギ９．４ｍＪの性能で抑えられており、本発明によっ
てレーザ発振効率はおよそ２０％改善された。さらに８
時間にわたる発振出力の安定性を放電入力を一定に保っ
て評価した結果、レーザ平均出力の変動幅は本発明の構
成では＋２％／−４％であったのに対し、従来例の構成
では＋２％／−１２％と定常的に出力が低下した現象が
見受けられた。ここで、本発明での出力変動は冷却水温
の周期的な変動等によるものであり、レーザビームの空
間モードの変動は見られなかったが、従来例の構成では
空間モード変動が生じており、共振器アライメント状態
の経時変化が発生していたことが明かとなった。したが
って、本発明による構成では、共振器を構成する光学素
子の部品点数が大幅に削減された結果、発振効率が大き
く改善されたと共に、光学素子の調整自由度も減ったの
で共振器アライメントひいてはレーザ出力の長時間の安
定性が大幅に改善された。

【００１４】

【発明の効果】以上に説明したごとく本発明によるＱス
イッチＣＯ₂レーザの構成を用れば、従来からのＱスイ
ッチＣＯ₂レーザ共振器構成に比べて大幅な簡略化が実
現でき、その結果レーザ発振効率の改善、発振性能の長
時間にわたる安定性が確保できるという実用上の大きな
利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＱスイッチＣＯ₂レーザ装置の構成な
らびに実施例を示す共振器構成図である。

【図２】(a) は通常の連続波発振ＣＯ₂レーザの典型的
な共振器構成を示す模式図、(b) は従来のＱスイッチＣ
Ｏ₂レーザ共振器構成を示す模式図である。

【図３】本発明のＱスイッチＣＯ₂レーザに用いる出力
鏡の形状を説明するための詳細図である。

【図４】レーザ共振器内外のレーザビームプロフィルを
ガウスビームに対して光線追跡を行った結果を示したも
ので、(a) は通常の連続波発振共振器の場合、(b) は
(a) の発振器を用いてＱスイッチオペレーションするた
めに本発明によるＱスイッチ構成に変更した場合のプロ
フィルの計算結果である。

【図５】本発明のＱスイッチＣＯ₂レーザ装置の別の構
成を示す共振器構成図である。

【図６】ＱスイッチＣＯ₂レーザの典型的なパルス発振
時間波形である。

【符号の説明】

１レーザビーム２放電部筐体３全反射共振器鏡４メニスカス形状の集光光学素子である部分透過出
力鏡５テレスコープレンズ５’ テレスコープレンズ６回転チョッパ７部分透過出力鏡８平板全透過ウインドウ９テレスコープ球面反射鏡Ｆテレスコープ間の共焦点位置Ｈ本発明における出力鏡の前側主点位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂井辰彦神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＣＯ₂レーザ媒質を封入し放電励起する
ための筐体と、共振器を構成する全反射鏡と部分透過出
力鏡と、一対の集光光学素子で構成されるテレスコープ
とその共焦点位置に配置された回転チョッパからなるＱ
スイッチ装置を共振器内に配置したＱスイッチＣＯ₂レ
ーザ装置において、出力側の集光光学素子が共振器側に
凹面を持つメニスカス形状の部分透過鏡からなるレーザ
出力鏡であることを特徴とするＱスイッチＣＯ₂レーザ
装置。
【請求項２】前記メニスカス形状のレーザ出力鏡両面
の曲面形状が球面であり、それと対をなす集光光学素子
が透過型球面もしくは非球面の集光レンズであり、テレ
スコープの共焦点位置でのレーザビーム集光形状が点状
であることを特徴とする請求項１記載のＱスイッチＣＯ
₂レーザ装置。
【請求項３】前記メニスカス形状のレーザ出力鏡両面
の曲面形状が球面であり、それと対をなす集光光学素子
が反射型球面もしくは放物面集光鏡であり、テレスコー
プの共焦点位置でのレーザビーム集光形状が点状である
ことを特徴とする請求項１記載のＱスイッチＣＯ₂レー
ザ装置。
【請求項４】前記メニスカス形状のレーザ出力鏡両面
の曲面形状が曲率中心線が平行な円柱面であり、それと
対をなす集光光学素子がその曲率中心線が前記曲率中心
線と平行な透過型円柱集光レンズであり、テレスコープ
の共焦点位置でのレーザビーム集光形状が線状であり、
その位置に設置された回転チョッパのスリット形状がレ
ーザビーム集光形状と同一の方向の線状であることを特
徴とする請求項１記載のＱスイッチＣＯ₂レーザ装置。
【請求項５】前記メニスカス形状のレーザ出力鏡両面
の曲面形状が曲率中心線が平行な円柱面であり、それと
対をなす集光光学素子がその曲率中心線が前記曲率中心
線と平行な反射型円柱集光鏡もしくはその焦点軸が前記
曲率中心線と平行な反射型円柱状放物面鏡であり、テレ
スコープの共焦点位置でのレーザビーム集光形状が線状
であり、その位置に設置された回転チョッパのスリット
形状がレーザビーム集光形状と同一の方向の線状である
ことを特徴とする請求項１記載のＱスイッチＣＯ₂レー
ザ装置。