JPH08279636A - レーザ発振装置 - Google Patents
レーザ発振装置Info
- Publication number
- JPH08279636A JPH08279636A JP8098495A JP8098495A JPH08279636A JP H08279636 A JPH08279636 A JP H08279636A JP 8098495 A JP8098495 A JP 8098495A JP 8098495 A JP8098495 A JP 8098495A JP H08279636 A JPH08279636 A JP H08279636A
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- JP
- Japan
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- laser
- distribution
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- axis
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 出力ミラー１に改良を施すことにより、レー
ザ光の出力損失をせずにレーザ光８の強度分布の均一化
が可能なレーザ発振装置を提供する。 【構成】 出力ミラー１は、中心軸（ｙ軸）３から左右
対称にｙ軸３から離れるに従い反射率が増加し、かつｙ
軸方向３では一定の反射率を有する。
ザ光の出力損失をせずにレーザ光８の強度分布の均一化
が可能なレーザ発振装置を提供する。 【構成】 出力ミラー１は、中心軸（ｙ軸）３から左右
対称にｙ軸３から離れるに従い反射率が増加し、かつｙ
軸方向３では一定の反射率を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ発振装置に係
り、特にレーザ共振器の出力ミラーに改良を施したレー
ザ発振装置に関する。
り、特にレーザ共振器の出力ミラーに改良を施したレー
ザ発振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】放電電極間に電界を加えることによって
レーザガスが励起されてレーザ光が発生するが、レーザ
光は任意の方向に発生するため、これに一定の方向性す
なわち収束性（ビーム性）を与える必要がある。このた
め、ミラーによってレーザ光を複数回反射させることに
よりレーザ光に収束性を与えることを動作原理とする共
振器が従来から用いられていた。
レーザガスが励起されてレーザ光が発生するが、レーザ
光は任意の方向に発生するため、これに一定の方向性す
なわち収束性（ビーム性）を与える必要がある。このた
め、ミラーによってレーザ光を複数回反射させることに
よりレーザ光に収束性を与えることを動作原理とする共
振器が従来から用いられていた。
【０００３】以下、従来のエキシマレーザ発振器におけ
る放電電極部分及び出力ミラー11の概略構成について、
図６及び図４を参照して説明する。電源部５にそれぞれ
接続され、相互に対向配置された放電電極６間にはレー
ザガス７を充填したレーザ励起空間が形成されている。
このレーザ励起空間の両側には、共振器であるリアミラ
ー２と出力ミラー11がそれぞれ対向して配置されてい
る。ここでリアミラー２は全反射鏡であり、出力ミラー
11は均一な任意反射率を有する部分反射鏡である。
る放電電極部分及び出力ミラー11の概略構成について、
図６及び図４を参照して説明する。電源部５にそれぞれ
接続され、相互に対向配置された放電電極６間にはレー
ザガス７を充填したレーザ励起空間が形成されている。
このレーザ励起空間の両側には、共振器であるリアミラ
ー２と出力ミラー11がそれぞれ対向して配置されてい
る。ここでリアミラー２は全反射鏡であり、出力ミラー
11は均一な任意反射率を有する部分反射鏡である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
のもとでは以下の問題点があった。かかる問題点につい
て図５及び図７を参照して説明する。均一な任意反射率
を有する出力ミラー11から出射されるレーザ光８の強度
分布は一様ではなく、レーザ発振の利得係数（以下、ゲ
インと称する）は、放電中心部である中心軸方向３（以
下ｙ軸方向３とする）では均一となるが、これに垂直な
放電幅方向４（以下ｚ軸方向３とする）ではｙ軸３を対
称軸として、両サイドにゆくに従いゲインが減少する分
布をとるため、この分布とともに出力されるレーザ光の
強度も減少する。特に紫外線予備電離型のエキシマレー
ザにおいては、ガウシアン分布に従ってゲインが減少す
るため、エキシマレーザの出力光の強度分布もガウシア
ン分布に近い分布をもってｚ軸方向の強度が減少する。
のもとでは以下の問題点があった。かかる問題点につい
て図５及び図７を参照して説明する。均一な任意反射率
を有する出力ミラー11から出射されるレーザ光８の強度
分布は一様ではなく、レーザ発振の利得係数（以下、ゲ
インと称する）は、放電中心部である中心軸方向３（以
下ｙ軸方向３とする）では均一となるが、これに垂直な
放電幅方向４（以下ｚ軸方向３とする）ではｙ軸３を対
称軸として、両サイドにゆくに従いゲインが減少する分
布をとるため、この分布とともに出力されるレーザ光の
強度も減少する。特に紫外線予備電離型のエキシマレー
ザにおいては、ガウシアン分布に従ってゲインが減少す
るため、エキシマレーザの出力光の強度分布もガウシア
ン分布に近い分布をもってｚ軸方向の強度が減少する。
【０００５】エキシマレーザを利用した機械加工におい
てはその性質上被加工物に対して均一な強度分布を有す
るレーザ光８を照射する必要がある。従って従来ではビ
ームホモジナイザーを用いてレーザ光８の強度分布を均
一にしていた。以下、このシステム構成について図８を
参照して説明する。
てはその性質上被加工物に対して均一な強度分布を有す
るレーザ光８を照射する必要がある。従って従来ではビ
ームホモジナイザーを用いてレーザ光８の強度分布を均
一にしていた。以下、このシステム構成について図８を
参照して説明する。
【０００６】レーザ発振器15から出射されたレーザ光８
をビームホモジナイザー16を介し、レンズ系17で集光し
た後被加工物18に照射する。ここで、ビームホモジナイ
ザー16はレーザ光８の強度分布を均一にする役割を果た
すが、この光学機器は光の多重反射現象を利用している
ため、20〜30％の出力を損失してしまうものであった。
をビームホモジナイザー16を介し、レンズ系17で集光し
た後被加工物18に照射する。ここで、ビームホモジナイ
ザー16はレーザ光８の強度分布を均一にする役割を果た
すが、この光学機器は光の多重反射現象を利用している
ため、20〜30％の出力を損失してしまうものであった。
【０００７】そこで本発明は上記従来技術の課題を解決
するためになされたものであり、その目的は出力ミラー
に改良を施すことにより、レーザ光の出力損失をせずに
レーザ光の強度分布の均一化が可能なレーザ発振装置を
提供することである。
するためになされたものであり、その目的は出力ミラー
に改良を施すことにより、レーザ光の出力損失をせずに
レーザ光の強度分布の均一化が可能なレーザ発振装置を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明においては以上の
目的を達成するために請求項１記載の発明として、対向
して配設された２枚の放電電極と、前記放電電極間に介
在し放電電極間の放電によって励起されレーザ光を発生
するレーザガスと、前記レーザ光に複数回の反射によっ
て一定の方向性を与えるべく対向して配設された全反射
鏡及び部分反射鏡と、を備えて成るレーザ発振装置にお
いて、前記部分反射鏡は、中心軸から左右対称に中心軸
から離れるに従い反射率が増加し、かつ中心軸方向では
一定の反射率を有することを特徴とするレーザ発振装置
を提供する。
目的を達成するために請求項１記載の発明として、対向
して配設された２枚の放電電極と、前記放電電極間に介
在し放電電極間の放電によって励起されレーザ光を発生
するレーザガスと、前記レーザ光に複数回の反射によっ
て一定の方向性を与えるべく対向して配設された全反射
鏡及び部分反射鏡と、を備えて成るレーザ発振装置にお
いて、前記部分反射鏡は、中心軸から左右対称に中心軸
から離れるに従い反射率が増加し、かつ中心軸方向では
一定の反射率を有することを特徴とするレーザ発振装置
を提供する。
【０００９】また請求項２に記載の発明として、前記部
分反射鏡の反射率Ｒ（ｚ）は、中心軸を対称に以下の値
に従って増加することを特徴とする請求項１記載のレー
ザ発振装置を提供する。
分反射鏡の反射率Ｒ（ｚ）は、中心軸を対称に以下の値
に従って増加することを特徴とする請求項１記載のレー
ザ発振装置を提供する。
【００１０】
【数３】Ｒ（ｚ）＝１−Ｔ0 ・ｅｘｐ（−ｚ2 ／ａ2 ） ここで、Ｔ0 ：中心軸上の透過率 ｚ：中心軸からの
距離 ａ：透過率がＴ0 の１／ｅ倍になる距離 更に請求項３に記載の発明として、前記部分反射鏡の反
射率Ｒ（ｚ）は、中心軸を対称に以下の値に従って増加
することを特徴とする請求項１記載のレーザ発振装置を
提供する。
距離 ａ：透過率がＴ0 の１／ｅ倍になる距離 更に請求項３に記載の発明として、前記部分反射鏡の反
射率Ｒ（ｚ）は、中心軸を対称に以下の値に従って増加
することを特徴とする請求項１記載のレーザ発振装置を
提供する。
【００１１】
【数４】Ｒ（ｚ）＝１−Ｔ0 ［１−（−ｚ2 ／ｂ2 ）］ ここで、Ｔ0 ：中心軸上の透過率 ｚ：中心軸からの
距離 ｂ：透過率が０になる距離
距離 ｂ：透過率が０になる距離
【００１２】
【作用】本発明においては、かかる構成を採用したこと
により、出力ミラーから出力されるｚ軸方向のレーザ光
出力を均一にすることが可能となる。
により、出力ミラーから出力されるｚ軸方向のレーザ光
出力を均一にすることが可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図３を参照
して説明する。なお、従来技術として既述した図４、図
６、図７と同一部分には同一符号を付して説明は省略す
る。
して説明する。なお、従来技術として既述した図４、図
６、図７と同一部分には同一符号を付して説明は省略す
る。
【００１４】ゲイン分布が一定な軸として例えば中心軸
（以下ｙ軸とする）３について、部分反射鏡である出力
ミラー１の反射率がガウシアン分布を示すようにコーテ
ィングを施すと、出力されるレーザ光８の強度分布もほ
ぼガウシアン分布を示す。すなわち、反射率をＲとし、
ゲイン分布をｇ（ｙ）とすると、レーザ出力Ｐ（ｙ）と
の間で、以下の関係式が成立する。
（以下ｙ軸とする）３について、部分反射鏡である出力
ミラー１の反射率がガウシアン分布を示すようにコーテ
ィングを施すと、出力されるレーザ光８の強度分布もほ
ぼガウシアン分布を示す。すなわち、反射率をＲとし、
ゲイン分布をｇ（ｙ）とすると、レーザ出力Ｐ（ｙ）と
の間で、以下の関係式が成立する。
【００１５】
【数５】 従って、ｚ軸方向４にゲイン分布ｇ（ｚ）が存在する場
合、レーザ出力Ｐ（ｚ）の強度分布を均一にするために
は、出力ミラー１の反射率Ｒ（ｚ）はミラー中心を対称
軸とし、両サイドに向けて増加方向に変化する分布（こ
れを便宜上逆ガウシアン分布とする）をとるようにすれ
ば良い。具体的には、
合、レーザ出力Ｐ（ｚ）の強度分布を均一にするために
は、出力ミラー１の反射率Ｒ（ｚ）はミラー中心を対称
軸とし、両サイドに向けて増加方向に変化する分布（こ
れを便宜上逆ガウシアン分布とする）をとるようにすれ
ば良い。具体的には、
【００１６】
【数６】Ｒ（ｚ）・ｇ（ｚ）＝一定 の式を満たすようなＲ（ｚ）を得ればレーザ光８出力の
理想的な均一化が図れる。
理想的な均一化が図れる。
【００１７】もっとも、レーザ励起空間におけるゲイン
分布ｇ（ｚ）を正確に測定することは困難であるが、紫
外線予備電離型のエキシマレーザに関しては、透過率
（１−反射率）の分布がガウシアン分布を示すようにコ
ーティングを施せば良く、反射率分布の式で表すと、以
下の式になる。
分布ｇ（ｚ）を正確に測定することは困難であるが、紫
外線予備電離型のエキシマレーザに関しては、透過率
（１−反射率）の分布がガウシアン分布を示すようにコ
ーティングを施せば良く、反射率分布の式で表すと、以
下の式になる。
【００１８】
【数７】Ｒ（ｚ）＝１−Ｔ0 ・ｅｘｐ（−ｚ2 ／ａ2 ） ここで、Ｔ0 ：中心軸上の透過率 ｚ：中心軸からの
距離 ａ：透過率がＴ0 の１／ｅ倍になる距離 出力ミラー１の反射率分布を上述のように構成すること
で、ｚ軸方向４におけるレーザ光８の強度分布を均一に
することが可能となる。また、本願発明の他の実施例と
して、透過率分布をパラボリック状曲線（２ｎ次曲線）
にした場合について、反射率分布の式で表すと、以下の
式になる。
距離 ａ：透過率がＴ0 の１／ｅ倍になる距離 出力ミラー１の反射率分布を上述のように構成すること
で、ｚ軸方向４におけるレーザ光８の強度分布を均一に
することが可能となる。また、本願発明の他の実施例と
して、透過率分布をパラボリック状曲線（２ｎ次曲線）
にした場合について、反射率分布の式で表すと、以下の
式になる。
【００１９】
【数８】Ｒ（ｚ）＝１−Ｔ0 ［１−（−ｚ2 ／ｂ2 ）］ ここで、Ｔ0 ：中心軸上の透過率 ｚ：中心軸からの
距離 ｂ：透過率が０になる距離 上述の構成においては、ガウシアン分布にほぼ近似的な
パラボリック状の分布を採用するため、ｚ軸方向４にお
けるレーザ光８の強度分布をほぼ均一にすることがで
き、しすも、製造上の問題として、ガウシアン分布を採
用する場合に比べコーティングが容易になる。
距離 ｂ：透過率が０になる距離 上述の構成においては、ガウシアン分布にほぼ近似的な
パラボリック状の分布を採用するため、ｚ軸方向４にお
けるレーザ光８の強度分布をほぼ均一にすることがで
き、しすも、製造上の問題として、ガウシアン分布を採
用する場合に比べコーティングが容易になる。
【００２０】更に、Ｒ（ｚ）の分布は、必ずしも前述し
た構成に限定する必要はなく、ｙ軸３を中心として左右
対称に反射率が増加し、かつｙ軸方向３では一定の反射
率をとる分布であれば良い。要は、Ｒ（ｚ）・ｇ（ｚ）
＝一定に近い形状さえ示せば、ｚ軸方向４のレーザ光８
の強度分布を均一に近づけることが可能となる。製造コ
ストと精度との兼ね合いでＲ（ｚ）の分布を自由に決定
すれば良い。
た構成に限定する必要はなく、ｙ軸３を中心として左右
対称に反射率が増加し、かつｙ軸方向３では一定の反射
率をとる分布であれば良い。要は、Ｒ（ｚ）・ｇ（ｚ）
＝一定に近い形状さえ示せば、ｚ軸方向４のレーザ光８
の強度分布を均一に近づけることが可能となる。製造コ
ストと精度との兼ね合いでＲ（ｚ）の分布を自由に決定
すれば良い。
【００２１】なお、本発明はエキシマレーザのみならず
ＣＯ2 レーザ等他の気体レーザをはじめ、固体レーザ及
び液体レーザにも適用可能であり、ほぼ同様の効果を得
ることができる。
ＣＯ2 レーザ等他の気体レーザをはじめ、固体レーザ及
び液体レーザにも適用可能であり、ほぼ同様の効果を得
ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上本発明によれば、出力ミラーの反射
率分布に改良を施すことにより、レーザ光の強度分布が
均一で、しかも出力損失を少なくすることが可能なレー
ザ発振装置を得ることができる。
率分布に改良を施すことにより、レーザ光の強度分布が
均一で、しかも出力損失を少なくすることが可能なレー
ザ発振装置を得ることができる。
【図１】本発明における出力ミラー及び反射率分布を示
す構造図。
す構造図。
【図２】本発明のレーザ発振器における放電電極部分を
示す概略構成図。
示す概略構成図。
【図３】本発明のレーザ発振器によって出力されたレー
ザ光のｚ軸方向の強度分布を示す図。
ザ光のｚ軸方向の強度分布を示す図。
【図４】従来技術における出力ミラー及びその反射率分
布を示す構造図。
布を示す構造図。
【図５】出力ミラーのｚ軸方向に生ずるゲイン分布を示
す特性図。
す特性図。
【図６】従来のレーザ発振器における放電電極部分を示
す概略構成図。
す概略構成図。
【図７】従来のレーザ発振器によって出力されたレーザ
光のｚ軸方向の強度分布を示す図。
光のｚ軸方向の強度分布を示す図。
【図８】従来の、ビームホモジナイザーを用いてレーザ
光の強度分布を均一にした場合を示すシステム構成図。
光の強度分布を均一にした場合を示すシステム構成図。
１、11…出力ミラー、２…リアミラー、３…中心軸（ｙ
軸）、６…放電電極、７…レーザガス
軸）、６…放電電極、７…レーザガス
Claims (3)
- 【請求項１】 対向して配設された２枚の放電電極と、
前記放電電極間に介在し放電電極間の放電によって励起
されレーザ光を発生するレーザガスと、前記レーザ光に
複数回の反射によって一定の方向性を与えるべく対向し
て配設された全反射鏡及び部分反射鏡と、を備えて成る
レーザ発振装置において、前記部分反射鏡は、中心軸か
ら左右対称に中心軸から離れるに従い反射率が増加し、
かつ中心軸方向では一定の反射率を有することを特徴と
するレーザ発振装置。 - 【請求項２】 前記部分反射鏡の反射率Ｒ（ｚ）は、中
心軸を対称に以下の値に従って増加することを特徴とす
る請求項１記載のレーザ発振装置。 【数１】Ｒ（ｚ）＝１−Ｔ0 ・ｅｘｐ（−ｚ2 ／ａ2 ） ここで、Ｔ0 ：中心軸上の透過率 ｚ：中心軸からの
距離 ａ：透過率がＴ0 の１／ｅ倍になる距離 - 【請求項３】 前記部分反射鏡の反射率Ｒ（ｚ）は、中
心軸を対称に以下の値に従って増加することを特徴とす
る請求項１記載のレーザ発振装置。 【数２】Ｒ（ｚ）＝１−Ｔ0 ［１−（−ｚ2 ／ｂ2 ）］ ここで、Ｔ0 ：中心軸上の透過率 ｚ：中心軸からの
距離 ｂ：透過率が０になる距離
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8098495A JPH08279636A (ja) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | レーザ発振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8098495A JPH08279636A (ja) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | レーザ発振装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08279636A true JPH08279636A (ja) | 1996-10-22 |
Family
ID=13733772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8098495A Pending JPH08279636A (ja) | 1995-04-06 | 1995-04-06 | レーザ発振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08279636A (ja) |
-
1995
- 1995-04-06 JP JP8098495A patent/JPH08279636A/ja active Pending
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