JPH0834325B2 - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JPH0834325B2 JPH0834325B2 JP29936987A JP29936987A JPH0834325B2 JP H0834325 B2 JPH0834325 B2 JP H0834325B2 JP 29936987 A JP29936987 A JP 29936987A JP 29936987 A JP29936987 A JP 29936987A JP H0834325 B2 JPH0834325 B2 JP H0834325B2
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- coating film
- laser
- laser beam
- central portion
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- 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
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- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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- H01S3/093—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium
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- H01S2301/20—Lasers with a special output beam profile or cross-section, e.g. non-Gaussian
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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。
けるビーム品質の改良に関するものである。
〔従来の技術〕 第８図は例えばレーザハンドブツク（Laser Handbook
1979.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
例にとればフラツシユランプ等により励起されたガラス
媒質であり，（４）はウインドミラー，（５）はウンン
ドミラー面上に施された無反射コーテイング膜，（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。
1979.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
例にとればフラツシユランプ等により励起されたガラス
媒質であり，（４）はウインドミラー，（５）はウンン
ドミラー面上に施された無反射コーテイング膜，（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
ムとしてウインドミラー（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，レンズ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。
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
ムとしてウインドミラー（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，レンズ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。
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。
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い問題点が
あつた。また，ウインドミラー（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つた。
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い問題点が
あつた。また，ウインドミラー（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つた。
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，発振効率の低下を招かずにＭ値が無限大に
近い高品質のレーザビームを取出すことができるレーザ
装置を容易に得ることを目的とする。
れたもので，発振効率の低下を招かずにＭ値が無限大に
近い高品質のレーザビームを取出すことができるレーザ
装置を容易に得ることを目的とする。
この発明に係るレーザ装置は，拡大ミラーを凹または
凸面鏡のコリメートミラーとの対向面中央部に部分反射
コーテイング膜を施して構成し，かつ上記対向面中央部
をとり囲む周辺部に無反射コーテイング膜を施し，この
無反射コーテイング膜の厚みを上記中央部と上記周辺部
を通過する各レーザビームを等位相化するように調整し
たものである。
凸面鏡のコリメートミラーとの対向面中央部に部分反射
コーテイング膜を施して構成し，かつ上記対向面中央部
をとり囲む周辺部に無反射コーテイング膜を施し，この
無反射コーテイング膜の厚みを上記中央部と上記周辺部
を通過する各レーザビームを等位相化するように調整し
たものである。
この発明における拡大ミラーは，レーザビームの一部
を透過させることにより，そのビーム形状を従来のリン
グ状から中づまり状のレーザビームとして取出す。さら
に厚みの調整された無反射コーテイング膜によりその中
づまり状のレーザビームは等位相化される。
を透過させることにより，そのビーム形状を従来のリン
グ状から中づまり状のレーザビームとして取出す。さら
に厚みの調整された無反射コーテイング膜によりその中
づまり状のレーザビームは等位相化される。
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）はウインドミラ
ーを兼ねる凸面鏡であり，コリメートミラー（１）との
対向面中央部に部分反射コーテイング膜（20）が，上記
対向面中央部をとり囲む周辺部に無反射コーテイング膜
（５）さらに厚み調整用の無反射コーテイング膜（22）
が施されている。
断面側面図であり，図において，（４）はウインドミラ
ーを兼ねる凸面鏡であり，コリメートミラー（１）との
対向面中央部に部分反射コーテイング膜（20）が，上記
対向面中央部をとり囲む周辺部に無反射コーテイング膜
（５）さらに厚み調整用の無反射コーテイング膜（22）
が施されている。
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）の部分反射
膜（20）部はいわゆる不安定型共振器を構成しており，
凸面鏡（４）の部分反射鏡（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）は部
分反射膜（20）を通過する部分と，無反射コーテイング
膜（５）および（22）を通過する部分とでできており，
部分反射膜（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。
膜（20）部はいわゆる不安定型共振器を構成しており，
凸面鏡（４）の部分反射鏡（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）は部
分反射膜（20）を通過する部分と，無反射コーテイング
膜（５）および（22）を通過する部分とでできており，
部分反射膜（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模式的に示す特
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。
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模式的に示す特
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。
この実験では両者の発振特性をほぼ同一にするため，
反射膜（20）の反射率は50％，また反射膜（20）の径と
ビーム外径との比は1.5とした。（即ち,M＝1.5の従来の
不安定型共振器の拡大ミラー（２）に50％の部分透過性
をもたせて，この発明の不安定型共振器とした。） 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）で示される各集光性能を比較すると，この発明に
よるもの（第２図（ｂ）は中央強度が高く，かつ光軸上
に集中したレーザビームが得られることがわかる。
反射膜（20）の反射率は50％，また反射膜（20）の径と
ビーム外径との比は1.5とした。（即ち,M＝1.5の従来の
不安定型共振器の拡大ミラー（２）に50％の部分透過性
をもたせて，この発明の不安定型共振器とした。） 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）で示される各集光性能を比較すると，この発明に
よるもの（第２図（ｂ）は中央強度が高く，かつ光軸上
に集中したレーザビームが得られることがわかる。
次にこの発明による拡大ミラーの設計について説明す
る。
る。
上記無反射コーテイング膜（22）の厚みは上記部分反
射膜（20）と上記無反射コーテイング膜（５）（22）を
通過するレーザビーム間の位相差が小さく，なおかつ上
記無反射コーテイング膜（５）（22）をレーザビームが
全透過するように決定される。
射膜（20）と上記無反射コーテイング膜（５）（22）を
通過するレーザビーム間の位相差が小さく，なおかつ上
記無反射コーテイング膜（５）（22）をレーザビームが
全透過するように決定される。
第３図は集光点での軸上強度の1/e2倍になる点の直径
（スポツト径）及びその径内に含まれるレーザパワーの
全体に対する割合（パワー集中度）と位相差との関係を
各々曲線Ａ及びＢにより示す特性図であり，この曲線は
流動計算により共振器内に発生するレーザビーム，及び
それを用いて集光点での強度分布を計算した結果にもと
づくものである。
（スポツト径）及びその径内に含まれるレーザパワーの
全体に対する割合（パワー集中度）と位相差との関係を
各々曲線Ａ及びＢにより示す特性図であり，この曲線は
流動計算により共振器内に発生するレーザビーム，及び
それを用いて集光点での強度分布を計算した結果にもと
づくものである。
スポツト径が小さく，パワー集中度が大きい程集光性
能がよいと判断できる。
能がよいと判断できる。
例えば位相差が０゜から45゜程度内に打消されていれ
ば，パワー集中度，スポツト径ともほぼ同一であるが,1
00゜以上の位相差が生じた場合にはとくにスポツト径が
著しく悪化し，集光性能が悪化することがわかる。
ば，パワー集中度，スポツト径ともほぼ同一であるが,1
00゜以上の位相差が生じた場合にはとくにスポツト径が
著しく悪化し，集光性能が悪化することがわかる。
この位相差とコーテイング膜（22）の膜厚との関係を
第４図に示す。この例はZnSeの基板周辺部にPbF2（屈折
率1.55）を1.7μｍ施して無反射コーテイング膜（５）
を形成し，中央部にPbF2を2.7μｍ施して反射率50％の
部分反射コーテイング膜（20）を形成したものにおい
て，コーテイング膜（22）（ZnSe）を無反射コーテイン
グ膜（５）上に何μｍ施したら，コーテイング膜（５）
（22）を通過するレーザビームの透過率（曲線Ｃ）及び
中央部と外周部を通る２つのレーザビーム内の位相差
（曲線Ｄ）がいかになるかを示すものである。
第４図に示す。この例はZnSeの基板周辺部にPbF2（屈折
率1.55）を1.7μｍ施して無反射コーテイング膜（５）
を形成し，中央部にPbF2を2.7μｍ施して反射率50％の
部分反射コーテイング膜（20）を形成したものにおい
て，コーテイング膜（22）（ZnSe）を無反射コーテイン
グ膜（５）上に何μｍ施したら，コーテイング膜（５）
（22）を通過するレーザビームの透過率（曲線Ｃ）及び
中央部と外周部を通る２つのレーザビーム内の位相差
（曲線Ｄ）がいかになるかを示すものである。
第４図から第２図（ｂ）に示すような特性を得るため
に位相差45゜以内かつ100％透過率となるにはコーテイ
ング膜（22）の厚さは約6.5μｍであることがわかる。
に位相差45゜以内かつ100％透過率となるにはコーテイ
ング膜（22）の厚さは約6.5μｍであることがわかる。
工業的製法を考えるとたとえばZnSeを6.5μｍ積層さ
せると表面が多少粗れるが，コーテイング膜（22）を通
過するレーザビームは共振に寄与しないため，上記粗れ
のレーザ発振に与える影響は小さく無視できる。
せると表面が多少粗れるが，コーテイング膜（22）を通
過するレーザビームは共振に寄与しないため，上記粗れ
のレーザ発振に与える影響は小さく無視できる。
なお上記実施例では無反射コーテイング膜（５）は単
一膜のものを示したが，第５図に示すように２膜または
それ以上の複膜よりなる無反射コーテイング膜（51）
（52）であつてもよい。
一膜のものを示したが，第５図に示すように２膜または
それ以上の複膜よりなる無反射コーテイング膜（51）
（52）であつてもよい。
また，無反射コーテイング膜（22）も第６図に示すよ
うに複数の膜（220）（221）により構成されていてもよ
い。
うに複数の膜（220）（221）により構成されていてもよ
い。
またコリメートミラー対向面上の無反射コーテイング
膜（５）を設けず無反射コーテイング膜（22）（例えば
PbF2）のみを設けて等位相化するようにしてもよい。
膜（５）を設けず無反射コーテイング膜（22）（例えば
PbF2）のみを設けて等位相化するようにしてもよい。
さらに拡大ミラーは第７図に示すように凹面鏡（41）
を用いて構成してもよい。
を用いて構成してもよい。
〔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凹また
は凸面鏡の上記コリメートミラーとの対向面中央部に部
分反射コーテイング膜を施して構成し，かつ上記対向面
中央部をとり囲む周辺部に無反射コーテイング膜を施
し，この無反射コーテイング膜の厚みを，上記中央部と
上記周辺部を通過する各レーザビームを等位相化するよ
うに調整したので，発振効率を犠牲にすることなく中づ
まりの集光特性のよいレーザビームが得られ，したがつ
てこのレーザビームを利用することにより高速で効率よ
く高精度のレーザ加工をおこなうことができるという効
果がある。また，レーザビームはウインドミラーを全体
に加熱するため，熱応力が発生しにくく安定して長期間
ビームを取出すことができるという効果もある。
は凸面鏡の上記コリメートミラーとの対向面中央部に部
分反射コーテイング膜を施して構成し，かつ上記対向面
中央部をとり囲む周辺部に無反射コーテイング膜を施
し，この無反射コーテイング膜の厚みを，上記中央部と
上記周辺部を通過する各レーザビームを等位相化するよ
うに調整したので，発振効率を犠牲にすることなく中づ
まりの集光特性のよいレーザビームが得られ，したがつ
てこのレーザビームを利用することにより高速で効率よ
く高精度のレーザ加工をおこなうことができるという効
果がある。また，レーザビームはウインドミラーを全体
に加熱するため，熱応力が発生しにくく安定して長期間
ビームを取出すことができるという効果もある。
さらに，共振に寄与しない無反射コーテイング膜部で
のその厚さを調整してレーザビームの等位相化を行つて
いるので，安定にレーザ発振が持続できるという効果が
ある。
のその厚さを調整してレーザビームの等位相化を行つて
いるので，安定にレーザ発振が持続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図は集光点でのスポツト径及びパワー集中度と
位相差との関係を示す特性図，第４図は無反射コーテイ
ング膜の膜厚と位相差及び透過率との関係を示す特性
図，第５図，第６図はこの発明の他の実施例に係る拡大
ミラーを示す断面側面図，第７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，並びに，第８図
は従来のレーザ装置を示す断面側面図である。 （１）はコリメートミラー，（３）はレーザ媒質，
（４）は凸面鏡，（５）（51）（52）（22）（220）（2
21）は無反射コーテイング膜，（７）（８）はレーザビ
ーム，（20）は部分反射鏡，（41）は凹面鏡。 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図は集光点でのスポツト径及びパワー集中度と
位相差との関係を示す特性図，第４図は無反射コーテイ
ング膜の膜厚と位相差及び透過率との関係を示す特性
図，第５図，第６図はこの発明の他の実施例に係る拡大
ミラーを示す断面側面図，第７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，並びに，第８図
は従来のレーザ装置を示す断面側面図である。 （１）はコリメートミラー，（３）はレーザ媒質，
（４）は凸面鏡，（５）（51）（52）（22）（220）（2
21）は無反射コーテイング膜，（７）（８）はレーザビ
ーム，（20）は部分反射鏡，（41）は凹面鏡。 なお，図中，同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【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，上記拡大ミラーは凹または凸面鏡
の，上記コリメートミラーとの対向面中央部に部分反射
コーテイング膜を施して構成され，上記対向面中央部を
とり囲む周辺部に無反射コーテイング膜を施し，この無
反射コーテイング膜の厚みが，上記中央部と上記周辺部
を通過する各レーザビームを等位相化するように調整さ
れていることを特徴とするレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29936987A JPH0834325B2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | レーザ装置 |
| KR1019880006600A KR910008990B1 (ko) | 1987-06-03 | 1988-06-02 | 레이저장치 |
| US07/201,999 US4903271A (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
| EP88108902A EP0293907B1 (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
| DE8888108902T DE3879547T2 (de) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser-apparat. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29936987A JPH0834325B2 (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01140784A JPH01140784A (ja) | 1989-06-01 |
| JPH0834325B2 true JPH0834325B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=17871670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29936987A Expired - Lifetime JPH0834325B2 (ja) | 1987-06-03 | 1987-11-27 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834325B2 (ja) |
-
1987
- 1987-11-27 JP JP29936987A patent/JPH0834325B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01140784A (ja) | 1989-06-01 |
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