JPH0680852B2 - レ−ザ装置 - Google Patents
レ−ザ装置Info
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- JPH0680852B2 JPH0680852B2 JP10078387A JP10078387A JPH0680852B2 JP H0680852 B2 JPH0680852 B2 JP H0680852B2 JP 10078387 A JP10078387 A JP 10078387A JP 10078387 A JP10078387 A JP 10078387A JP H0680852 B2 JPH0680852 B2 JP H0680852B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mirror
- laser
- coating film
- laser device
- laser beam
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
- H01S3/08063—Graded reflectivity, e.g. variable reflectivity mirror
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/034—Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08081—Unstable resonators
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はレーザ装置，とくに大出力レーザ装置におけ
るビーム品質の改良に関するものである。
るビーム品質の改良に関するものである。
第５図は例えばレーザハンドブック（Laser Handbook 1
979.North−Holland Publishing Campany）に記載され
た従来の不安定型共振器を有するレーザ装置を示す断面
側面図である。図において（１）は凹面鏡よりなるコリ
メートミラー，（２）はこのコリメートミラーに対向配
置された凸面鏡よりなる拡大ミラーであり，両ミラー
（１）（２）は全反射ミラーをなす。（３）はレーザ媒
質でCO2レーザ等のガスレーザを例にとれば放電などに
より励起されたガス媒質,YAGレーザなどの固体レーザを
例にとればフラッシュランプ等により励起されたガラス
媒質であり，（４）はウィンドミラーで,ZnSe,GaAs,Ge,
KCl石英などよりなる。（５）はウィンドミラー面上に
施された無反射コーティング膜，（６）は周囲を覆う箱
体，（７）はミラー（１）（２）により構成される光共
振器内に発生するレーザビーム，（８）は拡大ミラー周
辺部より外部に取出されたレーザビームである。
979.North−Holland Publishing Campany）に記載され
た従来の不安定型共振器を有するレーザ装置を示す断面
側面図である。図において（１）は凹面鏡よりなるコリ
メートミラー，（２）はこのコリメートミラーに対向配
置された凸面鏡よりなる拡大ミラーであり，両ミラー
（１）（２）は全反射ミラーをなす。（３）はレーザ媒
質でCO2レーザ等のガスレーザを例にとれば放電などに
より励起されたガス媒質,YAGレーザなどの固体レーザを
例にとればフラッシュランプ等により励起されたガラス
媒質であり，（４）はウィンドミラーで,ZnSe,GaAs,Ge,
KCl石英などよりなる。（５）はウィンドミラー面上に
施された無反射コーティング膜，（６）は周囲を覆う箱
体，（７）はミラー（１）（２）により構成される光共
振器内に発生するレーザビーム，（８）は拡大ミラー周
辺部より外部に取出されたレーザビームである。
次に動作について説明する。ミラー（１），（２）はい
わゆる不安定型共振器を構成しており、拡大ミラー
（２）により反射拡大されたレーザビームはレーザ媒質
（３）により増幅されると共に、コリメートミラー
（１）により平行ビームにコリメートされ，拡大ミラー
（２）及びミラー周辺部上に反射させ，リング状のビー
ムとしてウィンドミラー（４）より外部にとり出され
る。取出されるリング状のレーザビーム（８）はほとん
ど等位相で得られるため，レンス等により集光すること
により中高のビームとなり、鉄板などの切断，溶接等を
効率よくおこなうことができる。
わゆる不安定型共振器を構成しており、拡大ミラー
（２）により反射拡大されたレーザビームはレーザ媒質
（３）により増幅されると共に、コリメートミラー
（１）により平行ビームにコリメートされ，拡大ミラー
（２）及びミラー周辺部上に反射させ，リング状のビー
ムとしてウィンドミラー（４）より外部にとり出され
る。取出されるリング状のレーザビーム（８）はほとん
ど等位相で得られるため，レンス等により集光すること
により中高のビームとなり、鉄板などの切断，溶接等を
効率よくおこなうことができる。
また，その集光の度合いは取出されるリング状ビームの
内径と外径との比（Ｍ値（Magnification facter））で
きまり、Ｍ値が大きいほど，すなわち，より中づまりで
取出されたビームほどよく集光される。しかしＭ値を大
きくすると発振効率が著しく悪化するため，工業的に現
実にもちいられるＭ値の上限は２程度である。
内径と外径との比（Ｍ値（Magnification facter））で
きまり、Ｍ値が大きいほど，すなわち，より中づまりで
取出されたビームほどよく集光される。しかしＭ値を大
きくすると発振効率が著しく悪化するため，工業的に現
実にもちいられるＭ値の上限は２程度である。
従来のレーザ装置は以上のように構成されているので，
集光特性を向上させるためにＭ値を大きくすると発振効
率が悪化するので，実用的にはＭ値を最高集光性能の得
られる無限大近くまであげられないという問題点があっ
た。また，ウィンドミラー（４）がリング状のレーザビ
ームにより不均一に加熱されるため，不均一な内部応力
が発生し，通過するレーザビームの位相分布をくずし，
集光性能を悪化させる等の問題点があった。
集光特性を向上させるためにＭ値を大きくすると発振効
率が悪化するので，実用的にはＭ値を最高集光性能の得
られる無限大近くまであげられないという問題点があっ
た。また，ウィンドミラー（４）がリング状のレーザビ
ームにより不均一に加熱されるため，不均一な内部応力
が発生し，通過するレーザビームの位相分布をくずし，
集光性能を悪化させる等の問題点があった。
こ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,M値が無限大に近く，大出力かつ高品質のレー
ザビームを安定に取出すことができるレーザ装置を得る
ことを目的とする。
たもので,M値が無限大に近く，大出力かつ高品質のレー
ザビームを安定に取出すことができるレーザ装置を得る
ことを目的とする。
この発明に係るレーザ装置は，拡大ミラーが，透明光学
体よりなる凹または凸面鏡であり，コリメートミラーと
の対向面の中央部にはコーティング膜が施されていず，
中央部を除いて無反射コーティング膜が施されたもので
ある。
体よりなる凹または凸面鏡であり，コリメートミラーと
の対向面の中央部にはコーティング膜が施されていず，
中央部を除いて無反射コーティング膜が施されたもので
ある。
この発明における拡大ミラーは，中央部のコーティング
膜が施されていない部分がレーザビームを部分透過さ
せ，外部に取出されるビーム形状を従来のリング状から
中づまり状に変化させる。
膜が施されていない部分がレーザビームを部分透過さ
せ，外部に取出されるビーム形状を従来のリング状から
中づまり状に変化させる。
以下，この発明の一実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ装置を示す断
面側面図であり，図において，（４）はウィンドミラー
を兼ねる凸面鏡であり，その内側，即ちコリメートミラ
ー（１）に対向する面には中央部をのぞいてリング状
に，また外側の面には全面に無反射コーティング膜
（５）が施されている。
面側面図であり，図において，（４）はウィンドミラー
を兼ねる凸面鏡であり，その内側，即ちコリメートミラ
ー（１）に対向する面には中央部をのぞいてリング状
に，また外側の面には全面に無反射コーティング膜
（５）が施されている。
上記実施例では，CO2レーザ装置用のミラーにおいて，
無反射コーティング膜（５）は例えばZnSe（屈折率2.
4）とThF4（屈折率1.35）との２層で構成し，凸面鏡
（４）が透明光学体，例えばZnSeで構成される。但し，
透明光学体とは，無反射コーティング膜を施さない場合
は100％の透過率はなく，数％〜数十％の反射率を有す
るものである。
無反射コーティング膜（５）は例えばZnSe（屈折率2.
4）とThF4（屈折率1.35）との２層で構成し，凸面鏡
（４）が透明光学体，例えばZnSeで構成される。但し，
透明光学体とは，無反射コーティング膜を施さない場合
は100％の透過率はなく，数％〜数十％の反射率を有す
るものである。
次に動作について説明する。
コリメートミラー（１）及び凸面鏡（４）の中央部（2
0）はいわゆる不安定型共振器を構成しており，凸面鏡
（４）の中央部（20）で反射拡大されたレーザビーム
（７）は，レーザ媒質（３）により増幅されると共に，
コリメートミラー（１）により平行ビームにコリメート
され，凸面鏡（４）より外部へレーザビーム（８）とし
て取出される。このレーザビーム（８）は無反射コーテ
ィング膜（５）が施されていない中央部（20）を通過す
る部分と，無反射コーティング膜（５）を通過する部分
とでできており、中央部（20）を通過する部分は部分透
過性をもつので，レーザビーム（８）は中づまりであ
り，従来の不安定型共振器で定義されたＭ値は無限大に
相当する。
0）はいわゆる不安定型共振器を構成しており，凸面鏡
（４）の中央部（20）で反射拡大されたレーザビーム
（７）は，レーザ媒質（３）により増幅されると共に，
コリメートミラー（１）により平行ビームにコリメート
され，凸面鏡（４）より外部へレーザビーム（８）とし
て取出される。このレーザビーム（８）は無反射コーテ
ィング膜（５）が施されていない中央部（20）を通過す
る部分と，無反射コーティング膜（５）を通過する部分
とでできており、中央部（20）を通過する部分は部分透
過性をもつので，レーザビーム（８）は中づまりであ
り，従来の不安定型共振器で定義されたＭ値は無限大に
相当する。
第２図（ａ），（ｂ）は各々従来及びこの発明の一実施
例による不安定型共振器で発生したレーザビームをレン
ズで集光させた場合のパターン形状を膜式的に示す特性
図であり、横軸は光軸からの距離，縦軸はビーム強度で
ある。
例による不安定型共振器で発生したレーザビームをレン
ズで集光させた場合のパターン形状を膜式的に示す特性
図であり、横軸は光軸からの距離，縦軸はビーム強度で
ある。
この実験では凸面鏡（４）はZnSeであり，従って中央部
（20）の透過率は83％となる。また，中央部（20）の径
とビーム外径との比は1.5とした。
（20）の透過率は83％となる。また，中央部（20）の径
とビーム外径との比は1.5とした。
また，凸面鏡（４）の両面の曲率は同一とし（厚みを一
定とし），レーザビーム（８）が凸面鏡（４）を通過後
も平行ビームであるようにした。第２図（ａ），（ｂ）
を比較するとこの発明による実施例ではレーザビームは
より細く軸中心にしぼられているばかりでなく，軸上の
強度も著しく上昇していることがわかる。またビーム形
状もこの発明による実施例ではレーザ加工にもっとも適
しているといわれるガウス状（強度が軸のまわりに正規
分布しているもの）にきわめて近いものになっているこ
とがわかる。
定とし），レーザビーム（８）が凸面鏡（４）を通過後
も平行ビームであるようにした。第２図（ａ），（ｂ）
を比較するとこの発明による実施例ではレーザビームは
より細く軸中心にしぼられているばかりでなく，軸上の
強度も著しく上昇していることがわかる。またビーム形
状もこの発明による実施例ではレーザ加工にもっとも適
しているといわれるガウス状（強度が軸のまわりに正規
分布しているもの）にきわめて近いものになっているこ
とがわかる。
次にこの発明の基本要件である無反射コーティング膜
（５）のない中央部（20）について説明する。レーザビ
ームによるミラーの吸収を考えた場合，そのほとんどは
コーティング膜によりおこなわれる。これはコーティン
グ膜が蒸着により微粒子の結合体として形成されるた
め，その吸収率が母材に比較してきわめて大きいためで
ある。したがってこの発明におけるようにコーティング
膜のない部分を通して大部分レーザビームをとり出せ
ば，レーザビームの凸面鏡（４）への吸収が最小におさ
えられ，同時にミラーの変形も最小におさえられ大出力
のレーザビームが安定にとり出せることになる。また中
央部（20）と無反射コーティング膜（５）とを通るそれ
ぞれのビーム間の位相に位相差があるとレーザビームが
細くしぼれなくなるという問題があるが，この発明の実
施例のように，コーティング膜を施していない部分と無
反射コーティング膜を通過するビームとを合成する場合
には，その位相差は一般に小さく，例えば上記実施例の
ものでは無反射コーティング膜（５）を通ったビームが
中央部（20）を通ったビームよりも17°位相が進んでい
ると計算された。第３図は無反射コーティング膜（５）
と中央部（20）とを通るレーザビーム間の位相差と，レ
ーザビームをレンズで絞った場合のパワー集中度（光強
度が中心軸の1/e2倍になる直径内に含まれるレーザパワ
ーの全体に対する場合）との関係を示す特性図であり，
この図より位相差が±50°以内であればほとんどパワー
集中度には影響しないことがわかる。
（５）のない中央部（20）について説明する。レーザビ
ームによるミラーの吸収を考えた場合，そのほとんどは
コーティング膜によりおこなわれる。これはコーティン
グ膜が蒸着により微粒子の結合体として形成されるた
め，その吸収率が母材に比較してきわめて大きいためで
ある。したがってこの発明におけるようにコーティング
膜のない部分を通して大部分レーザビームをとり出せ
ば，レーザビームの凸面鏡（４）への吸収が最小におさ
えられ，同時にミラーの変形も最小におさえられ大出力
のレーザビームが安定にとり出せることになる。また中
央部（20）と無反射コーティング膜（５）とを通るそれ
ぞれのビーム間の位相に位相差があるとレーザビームが
細くしぼれなくなるという問題があるが，この発明の実
施例のように，コーティング膜を施していない部分と無
反射コーティング膜を通過するビームとを合成する場合
には，その位相差は一般に小さく，例えば上記実施例の
ものでは無反射コーティング膜（５）を通ったビームが
中央部（20）を通ったビームよりも17°位相が進んでい
ると計算された。第３図は無反射コーティング膜（５）
と中央部（20）とを通るレーザビーム間の位相差と，レ
ーザビームをレンズで絞った場合のパワー集中度（光強
度が中心軸の1/e2倍になる直径内に含まれるレーザパワ
ーの全体に対する場合）との関係を示す特性図であり，
この図より位相差が±50°以内であればほとんどパワー
集中度には影響しないことがわかる。
なお，上記実施例では凸面鏡を拡大ミラーとして用いた
が，第４図に示すように凹面鏡を拡大ミラーとして用い
てもよい。
が，第４図に示すように凹面鏡を拡大ミラーとして用い
てもよい。
〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば拡大ミラーを透明光学体
よりなる凹または凸面鏡で構成し，コリメートミラーと
の対向面の中央部にはコーティング膜を施さず，中央部
を除いて無反射コーティング膜を施すようにしたので，
ビーム形状が中づまりであるため，レンズ等で細くしぼ
られ，また，大出力のレーザビームが，ミラーの変形を
招かず安定に取出ば，高精度，高効率のレーザ加工が実
現できるという効果がある。
よりなる凹または凸面鏡で構成し，コリメートミラーと
の対向面の中央部にはコーティング膜を施さず，中央部
を除いて無反射コーティング膜を施すようにしたので，
ビーム形状が中づまりであるため，レンズ等で細くしぼ
られ，また，大出力のレーザビームが，ミラーの変形を
招かず安定に取出ば，高精度，高効率のレーザ加工が実
現できるという効果がある。
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ装置を示す断
面側面図，第２図（ａ），（ｂ）は各々従来及びこの発
明の一実施例によるレーザ装置の集光特性を示す特性
図，第３図はこの発明の一実施例によるレーザ装置の集
光特性を示す特性図，第４図はこの発明の他の実施例に
よるレーザ装置を示す断面側面図，及び第５図は従来の
レーザ装置を示す断面側面図である。 （１）……コリメートミラー，（４）……凸面鏡，
（５）……無反射コーティング膜，（７）（８）……レ
ーザビーム，（20）……中央部，（41）……凹面鏡。 なお，図中，同一符号は同一または相当部分を示す。
面側面図，第２図（ａ），（ｂ）は各々従来及びこの発
明の一実施例によるレーザ装置の集光特性を示す特性
図，第３図はこの発明の一実施例によるレーザ装置の集
光特性を示す特性図，第４図はこの発明の他の実施例に
よるレーザ装置を示す断面側面図，及び第５図は従来の
レーザ装置を示す断面側面図である。 （１）……コリメートミラー，（４）……凸面鏡，
（５）……無反射コーティング膜，（７）（８）……レ
ーザビーム，（20）……中央部，（41）……凹面鏡。 なお，図中，同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】互いに対向配置する拡大ミラーとコリメー
トミラーより不安定型共振器を構成し，レーザビームを
取出すものにおいて，上記拡大ミラーは透明光学体より
なる凹または凸面鏡であり，上記コリメートミラーとの
対向面の中央部にはコーティング膜が施されていず，中
央部を除いて無反射コーティング膜が施されたものであ
ることを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】凹または凸面鏡中央部とその周辺部を通過
するレーザビームの位相差は50°以内である特許請求の
範囲第１項記載のレーザ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10078387A JPH0680852B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | レ−ザ装置 |
| EP87118176A EP0271809B1 (en) | 1986-12-08 | 1987-12-08 | Laser apparatus |
| DE8787118176T DE3764783D1 (de) | 1986-12-08 | 1987-12-08 | Laserapparat. |
| US07/432,357 US5058123A (en) | 1986-12-08 | 1989-11-08 | Laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10078387A JPH0680852B2 (ja) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63265478A JPS63265478A (ja) | 1988-11-01 |
| JPH0680852B2 true JPH0680852B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=14283059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10078387A Expired - Lifetime JPH0680852B2 (ja) | 1986-12-08 | 1987-04-23 | レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680852B2 (ja) |
-
1987
- 1987-04-23 JP JP10078387A patent/JPH0680852B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63265478A (ja) | 1988-11-01 |
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