JPH09307168A - Laser oscillator - Google Patents

Laser oscillator

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JPH09307168A
JPH09307168A JP8140747A JP14074796A JPH09307168A JP H09307168 A JPH09307168 A JP H09307168A JP 8140747 A JP8140747 A JP 8140747A JP 14074796 A JP14074796 A JP 14074796A JP H09307168 A JPH09307168 A JP H09307168A
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JP
Japan
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mode
tem
laser beam
laser
binary optics
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Application number
JP8140747A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoru Yamaguchi
哲 山口
Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Priority to US08/854,096 priority patent/US5982806A/en
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser oscillator which enables laser beam of high dimensional transverse mode whose phase distribution changes with time to be converted to TEMnm mode which does not change with time and further to laser beam of strength distribution which is close to TEMoo mode as much as possible, that is, regular Gaussian distribution. SOLUTION: Laser beam of high dimensional transverse mode whose phase distribution changes as time passes by interposing an aperture member 10 with a window which is mutually divided of a shape and the number according to mode to be converted between a rear mirror 1a and an output mirror 1b is converted to TEMnm mode which does not changes as time with and laser beam can be stabilized and it can be also converted further to strength distribution which is close to TEMoo mode as much as possible, that is, laser beam of regular Gaussian distribution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ媒質と、リ
ヤミラーと、アウトプットミラーとを有するレーザ共振
器に関し、特に位相の分布が時間的に変化する高次横モ
ードのレーザビームが発生し易い高出力のレーザ共振器
の横モードを安定させるための構造に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser resonator having a laser medium, a rear mirror, and an output mirror, and particularly, a high-order transverse mode laser beam whose phase distribution changes with time is easily generated. The present invention relates to a structure for stabilizing the transverse mode of a high-power laser resonator.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、レーザ発振器を用いてレーザ加
工を行う方法としてはレーザ光を集束して照射する方法
が用いられている。このような用途に用いられるレーザ
ビームは、その光強度の空間分布を表す横モードがきれ
いなガウシアン分布を有するTEM00モードとなってい
ることが望ましく、このビームを例えばガラス基板の表
面に刻まれた回折格子により集光するバイナリーオプテ
ィックスにより集光させて照射することとなる。
2. Description of the Related Art Generally, as a method of performing laser processing using a laser oscillator, a method of focusing and irradiating laser light is used. It is desirable that the laser beam used for such an application has a TEM 00 mode in which the transverse mode representing the spatial distribution of the light intensity has a clean Gaussian distribution, and this beam is engraved on the surface of a glass substrate, for example. The binary optics, which is focused by the diffraction grating, is used for focusing and irradiation.

【0003】ここで、バイナリーオプティックスは、そ
の断面構造が光の波長オーダーの階段状となっており、
進行する光の波面は階段の厚みの違いによりその進行方
向が変えられる。即ち、光の透過長が隣の階段と異なる
ために、光の位相がずれ、光の干渉効果により回折して
光路が曲げられる。階段の繰り返しピッチは光路長を一
波長だけ違える幅として与えられる。例えばYAGレー
ザ光を集光する目的のバイナリーオプティックスはその
階段構造として幅が数μm、厚さが1μm程度のもので
ある。例えば同心円状のパターンからなるバイナリーオ
プティックス11は凸レンズのような単レンズの機能を
有している。凸レンズ機能のバイナリーオプティクス
は、入射した平行光線を一点につまり焦点に集めるよう
に働く(例えば、G. J. Swanson et al., US Patent 48
95790, (1990)参照)。
Here, the binary optics has a stepwise cross-sectional structure in the order of wavelengths of light,
The traveling wavefront can change its traveling direction due to the difference in the thickness of the stairs. That is, since the transmission length of the light is different from that of the adjacent steps, the phase of the light is shifted, and the light path is bent by diffraction due to the light interference effect. The repetition pitch of the stairs is given as a width that changes the optical path length by one wavelength. For example, the binary optics for converging the YAG laser light has a step structure having a width of several μm and a thickness of about 1 μm. For example, the binary optics 11 having a concentric pattern has a single lens function such as a convex lens. Binary optics with a convex lens function act to focus incident parallel rays at a point, that is, at a focal point (eg, GJ Swanson et al., US Patent 48).
95790, (1990)).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したレ
ーザ発振器にあっては、特にレーザ出力が大きくなる
と、高次のモードで発振し易く、TEM10モードや4つ
に分割されたTEM11モード、マトリックス状の斑点模
様の形状を有するTEMnmモード、更には例えばリング
モードなど位相の分布が時間的に変化する高次横モード
となる。
By the way, in the above-mentioned laser oscillator, especially when the laser output becomes large, it is easy to oscillate in a higher mode, and the TEM 10 mode or the TEM 11 mode divided into four modes, It becomes a TEM nm mode having a matrix-like spot pattern, and further a higher-order transverse mode such as a ring mode in which the phase distribution changes with time.

【0005】上記各モードのうちTEM10モードやTE
11モードを含むTEMnmモードであれば或る程度安定
していることから、その制御が比較的容易であり、ま
た、本願と同一出願人による特願平7−305090号
明細書に記載されているようなバイナリーオプティック
スを用いて或る程度集束可能であるが、位相の分布が時
間的に変化する高次横モードは、ビームクォリティーが
著しく低下し、うまく集束させることが困難であった。
Among the above modes, TEM 10 mode and TE
Since the TEM nm mode including the M 11 mode is stable to some extent, its control is relatively easy, and it is described in Japanese Patent Application No. 7-305090 filed by the same applicant as the present application. It is possible to focus to some extent using binary optics as described above, but the higher-order transverse mode with time-varying phase distribution has a significantly reduced beam quality and is difficult to focus successfully. .

【0006】本発明は、かかる状況に鑑みてなされたも
ので、位相の分布が時間的に変化する高次横モードのレ
ーザビームを時間的に変化しないTEMnmモードに変換
し、更に可及的にTEM00モードに近い強度分布、即ち
きれいなガウシアン分布のレーザビームに変換すること
を可能とするレーザ共振器を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and converts a laser beam of a higher-order transverse mode whose phase distribution changes with time into a TEM nm mode which does not change with time, and further It is an object of the present invention to provide a laser resonator capable of converting into a laser beam having an intensity distribution close to the TEM 00 mode, that is, a Gaussian distribution with a clear distribution.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザ媒質と、リヤミラーと、アウトプッ
トミラーとを有するレーザ共振器に於て、位相の分布が
時間的に変化する高次横モードのレーザビームを、固定
された横モードに変換するべく、前記リヤミラーとアウ
トプットミラーとの間に変換すべきモードに応じた形状
及び数の互いに区画された窓を有するアパチャー部材を
介在させたことを特徴とするレーザ共振器を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a laser resonator having a laser medium, a rear mirror, and an output mirror, in which the phase distribution changes with time. In order to convert the laser beam of the next transverse mode into a fixed transverse mode, an aperture member having a window having a shape and a number of partitions defined according to the mode to be transformed is interposed between the rear mirror and the output mirror. A laser resonator characterized by the above.

【0008】ここで、ビームクォリティーファクターM
2はニアフィールドとファーフィールドとのビーム幅
(ビームプロフィールの標準偏差σ0、σs)の積に比例
するものとして定義される。
Here, the beam quality factor M
2 is defined as being proportional to the product of the near-field and far-field beamwidths (standard deviation σ 0 , σ s of the beam profile).

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】ニアフィールドの電界振幅をE0(x)と
ファーフィールドの分布P(s)とから、
From the electric field amplitude of the near field E 0 (x) and the far field distribution P (s),

【0011】[0011]

【数2】 [Equation 2]

【数3】 (Equation 3)

【0012】ここで、伝播角θ(光軸とのなす角)、光
の波長λを使って、
Here, using the propagation angle θ (angle formed by the optical axis) and the wavelength λ of light,

【数4】 (Equation 4)

【0013】ところが、P(s)はE0(x/2π)の
フーリエ変換であると考えられるから、
However, since P (s) is considered to be the Fourier transform of E 0 (x / 2π),

【数5】 となる。(Equation 5) Becomes

【0014】具体的に例えばガウシアンビームの場合、
その電界振幅は、
Specifically, for example, in the case of Gaussian beam,
The electric field amplitude is

【数6】 となる。(Equation 6) Becomes

【0015】ニアフィールドでは、In the near field,

【数7】 となる。(Equation 7) Becomes

【0016】また、スポットサイズパラメータω(z)
は、
The spot size parameter ω (z)
Is

【数8】 (Equation 8)

【0017】として与えられるから、ファーフィールド
の分布P(s)は、
The far field distribution P (s) is given by

【数9】 [Equation 9]

【0018】となる。また、P(s)は、[0018] Also, P (s) is

【数10】 (Equation 10)

【0019】のフーリエ変換と考えられる。規格化定数
を考えて、
It is considered to be the Fourier transform of. Considering the normalization constant,

【数11】 [Equation 11]

【数12】 (Equation 12)

【0020】従って、Therefore,

【数13】 となる。(Equation 13) Becomes

【0021】一方、リングモードTEM01 *の強度分布
IはTEM01とTEM10モードの重ね合わせであると考
えられるので、
On the other hand, since the intensity distribution I of the ring mode TEM 01 * is considered to be the superposition of the TEM 01 and TEM 10 modes,

【0022】[0022]

【数14】 となり、どちらか一方の電界強度分布について議論でき
る。即ち、
[Equation 14] Therefore, it is possible to discuss either one of the electric field strength distributions. That is,

【0023】[0023]

【数15】 となる。これをガウシアンモードの場合と同様に議論す
るとM2=3となり、つまり、ビームクォリティーはガ
ウシアンビームに比べて3倍悪く、時間的に安定したT
EMnmモードのビームと比較しても悪いことがわかる。
(Equation 15) Becomes When this is discussed in the same way as in the Gaussian mode, M 2 = 3, that is, the beam quality is 3 times worse than that of the Gaussian beam, and T is stable in time.
It can be seen that it is worse than the EM nm mode beam.

【0024】リングモード(TEM01 *)はTEM01
TEM10モードのリニアコンビネーションであるので位
相の分布が時間的に変化していると考えられる。まず、
共振器内にセットする円形のアパチャーを、楕円形のア
パチャーに交換して、TEM01またはTEM10のどちら
か一方をモードのみが発振するようにする。
Since the ring mode (TEM 01 * ) is a linear combination of TEM 01 and TEM 10 modes, it is considered that the phase distribution changes with time. First,
The circular aperture set in the resonator is replaced with an elliptical aperture so that only one of TEM 01 and TEM 10 oscillates in mode.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明を詳細に説明する。図1に本発明が適用されたレーザ
加工装置の要部構成を示す。例えば平均出力100Wの
レーザ加工用のNd:YAGレーザの共振器1から出力
された光は焦点距離の異なる2枚のレンズの組合せで構
成されるビーム拡大器2を介して拡大され、平行光に変
換された後、本発明のバイナリーオプティックス3に入
射するようになっている。このレーザ光はビーム形状が
円形をなし、その光軸がバイナリーオプティックス3の
中心Oと一致するように入射するものとする。そして、
ビーム変形された光は平行光にするためのバイナリーオ
プティックス4を介してビーム改質装置5にて平行光に
し難い低質成分が除去され、公知のレーザ加工に用いら
れることとなる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a main configuration of a laser processing apparatus to which the present invention is applied. For example, the light output from the resonator 1 of the Nd: YAG laser for laser processing having an average output of 100 W is expanded through the beam expander 2 composed of a combination of two lenses having different focal lengths, and becomes parallel light. After the conversion, the light is incident on the binary optics 3 of the present invention. It is assumed that the laser light has a circular beam shape and is incident so that its optical axis coincides with the center O of the binary optics 3. And
The beam-deformed light is used for known laser processing by removing low-quality components that are difficult to be converted into parallel light by the beam reforming device 5 through the binary optics 4 for converting the light into parallel light.

【0026】ここで、共振器1内にはビームの横モード
を固定するためのアパチャー部材10が設けられてい
る。これは共振器1から出力されるビームの横モードを
リングモード等時間的に変化するモードではなく固定さ
れた1つのTEMnmモードとするべく、固定するべきモ
ードに応じた形状及び数の開口を設けた遮蔽部材であ
る。本形態ではTEM01モードに固定するべく図2に示
すように、共振器1のリヤミラー1aとアウトプットミ
ラー1bとの間に楕円形の開口のアパチャー部材10を
設けている。これ以外に、例えば図3に示すような光軸
を中心とする4つの開口を有するアパチャー部材20に
よりTEM11モードに固定したり、図4に示すような光
軸を中心とする12個の開口を有するアパチャー部材3
0によりTEM32モードに固定するなど、任意のTEM
nmモードに固定できる。
Here, an aperture member 10 for fixing the transverse mode of the beam is provided in the resonator 1. This is because the transverse mode of the beam output from the resonator 1 is not a time-changing mode such as a ring mode but a fixed TEM nm mode. It is a shielding member provided. In this embodiment, as shown in FIG. 2, an aperture member 10 having an elliptic opening is provided between the rear mirror 1a and the output mirror 1b of the resonator 1 so as to fix the TEM 01 mode. In addition to this, for example, the aperture member 20 having four openings centered on the optical axis as shown in FIG. 3 fixes the TEM 11 mode, or 12 openings centered on the optical axis as shown in FIG. Aperture member 3 having
Any TEM, such as fixing to TEM 32 mode by 0
Can be fixed to nm mode.

【0027】バイナリーオプティックス3、4は半導体
微細加工技術を利用し、石英基板(直径50mm)にマ
スクをかけ露光した後、エッチングして図5(a)のV
−V線について見た図5(b)に示すような断面形状に
作製される。ここで、バイナリーオプティクス3は光軸
Oを中心として左右の厚みが、一方の位相をπだけ遅ら
せる(または進ませる)分だけ異なっている。
The binary optics 3 and 4 are formed by using a semiconductor microfabrication technique, exposing a quartz substrate (diameter 50 mm) with a mask and exposing it, and then etching it to obtain V in FIG. 5 (a).
The cross-sectional shape as shown in FIG. Here, in the binary optics 3, the left and right thicknesses with respect to the optical axis O differ by the amount by which one phase is delayed (or advanced) by π.

【0028】図6は本実施形態に於けるバイナリーオプ
ティックス3による光路変換及び位相変換、バイナリー
オプティックス4による平行光への変換の模式図を示
す。上記したアパチャー部材10により共振器1内にて
TEM01モードに固定されたレーザビームは、バイナリ
ーオプティックス3に入射する時点では左右2つのピー
クを有し、その中心が暗い明暗パターンとなっている
(A部)。その電界振幅は左右、即ちOを原点としてx
>0とx<0とで符号が異なり、即ち位相がπだけずれ
ている(B部)。
FIG. 6 is a schematic diagram of optical path conversion and phase conversion by the binary optics 3 and conversion into parallel light by the binary optics 4 in this embodiment. The laser beam fixed in the TEM 01 mode in the resonator 1 by the aperture member 10 has two peaks on the left and right at the time of entering the binary optics 3, and the center thereof has a dark bright-dark pattern. (Part A). The electric field amplitude is left and right, that is, with O as the origin, x
The sign is different between> 0 and x <0, that is, the phase is shifted by π (section B).

【0029】このようなレーザビームがバイナリーオプ
ティックス3に入射すると中心付近に集光するように回
折を起こさせるばかりでなく、右半分または左半分のい
ずれか一方の位相をπだけシフトさせ電界振幅が同符号
となるようにしてバイナリーオプティクス4で平行光に
戻す。すると、その強度分布(C部)及び電界振幅(D
部)は中央部にギャップがあることを除くとガウシアン
分布に近いものになる。
When such a laser beam is incident on the binary optics 3, not only is it diffracted so that it is condensed near the center, but also the phase of either the right half or the left half is shifted by π, and the electric field amplitude is changed. Are made to have the same sign and are returned to parallel light by the binary optics 4. Then, the intensity distribution (part C) and the electric field amplitude (D
(Part) is close to the Gaussian distribution except that there is a gap in the central part.

【0030】ここで、図6のC部に示すような強度分布
はガウシアンビームが中央部のギャップの幅に相当する
幅Dの線状遮蔽物を通過する問題に帰着する(図7)。
これは幅Dのスリットによるフラウンホーファー回折と
相補的な関係にあるので、バイナリーオプティックス4
の中心から直線距離R0、光軸から距離x0の地点に於け
る電界振幅E(x0)は、
Here, the intensity distribution as shown in the C portion of FIG. 6 results in the problem that the Gaussian beam passes through the linear shield having the width D corresponding to the width of the gap in the central portion (FIG. 7).
This is complementary to Fraunhofer diffraction due to a slit of width D, so binary optics 4
Linear distance R 0 from the center of, at the field amplitude E (x 0) to a point of the distance x 0 from the optical axis,

【0031】[0031]

【数16】 (Equation 16)

【0032】となる。つまり、ガウシアン分布から、幅
Dのスリットから回折された成分を差し引いてやれば良
い。ω=15mmのガウシアンビームが幅Dの線状遮蔽物
を通過するとして計算し、任意のギャップの幅Dに対し
て、バイナリーオプティックス3からの距離Rの位置に
於けるビームブロフィール(|E(X0)|2;−30mm
≦x0≦30mm)を図8〜図12に示す。これにより、
出射光の中心を遮蔽することによる回折成分はバイナリ
ーオプティックスから離れる(Rが大になる)に従い左
右に散らばることがわかる。特にDが小さいほど早く散
らばってしまうことがわかる。実際にはDが30〜50
μm以下になるとガウシアン分布とほとんど違いのない
ビームプロフィールになる。
## EQU1 ## That is, the component diffracted from the slit having the width D may be subtracted from the Gaussian distribution. It is calculated that a Gaussian beam of ω = 15 mm passes through a linear block having a width D, and for any width D of the gap, a beam brofield (| E (X 0 ) | 2 -30 mm
≦ x 0 ≦ 30 mm) is shown in FIGS. This allows
It can be seen that the diffracted component due to blocking the center of the emitted light is scattered left and right as the distance from the binary optics increases (R becomes larger). In particular, it can be seen that the smaller D is, the more scattered the particles are. Actually D is 30-50
Below μm, the beam profile is almost the same as the Gaussian distribution.

【0033】上記した回折成分はバイナリーオプティッ
クス4によって平行光とすることができないことから、
図6のE部に示すようにファーフィールドではビームク
ォリティーの悪い成分が中心から離間した位置に発生す
る。この回折成分を除には、ビーム改質装置5を用い
る。まず、バイナリーオプティックス4から入射した光
をレンズ7で絞ってその焦点位置近傍にてアパチャー部
材8に設けられた小径の開口8aを通す(図13)。こ
のようにすると左右に散らばった回折成分は開口8aを
通ることができない。そして、レンズ9をもって再び平
行光に戻してやれば、ガウシアンモードに近いビームを
取り出すことができる。このように、ニアフィールドで
x=0において電界振幅は0なのでM2の定義から本来
のガウシアンモードに比べてビームクォリティーが劣っ
たビームでも、ビームクォリティーの悪い成分を空間に
分離し、良質部分のみを残すことができる。
Since the above-mentioned diffractive component cannot be converted into parallel light by the binary optics 4,
In the far field, a component having bad beam quality occurs at a position separated from the center as shown in the E portion of FIG. The beam reforming device 5 is used to remove this diffraction component. First, the light incident from the binary optics 4 is focused by the lens 7 and passed through the small-diameter opening 8a provided in the aperture member 8 in the vicinity of the focal position (FIG. 13). In this way, the diffracted components scattered left and right cannot pass through the opening 8a. Then, by returning the light to parallel light again with the lens 9, a beam close to the Gaussian mode can be extracted. In this way, since the electric field amplitude is 0 at x = 0 in the near field, even if the beam quality is inferior to the original Gaussian mode due to the definition of M 2 , the component with poor beam quality is separated into space, and only the good quality part is You can leave.

【0034】一方、上記したように図3に示すような光
軸を中心とする4つの開口を有するアパチャー部材20
により共振器1から出力されるレーザビームをTEM11
モードに固定した場合、バイナリーオプティックス3に
代えて光軸Oを中心として左上及び右下の厚みと右上及
び左下の厚みとが、一方の位相をπ/2だけ遅らせる
(または進ませる)分だけ異なっているバイナリーオプ
ティックス13を用いる。同様に最大出力が得られる高
次モードTEMnmについてもそのモードに応じたバイナ
リーオプティックスを用いてガウシアンビームに近いビ
ームに変換でき、その後上記同様に、ビームクォリティ
ーの悪い部分を空間分離し、良い部分のみを残すことが
できる。
On the other hand, as described above, the aperture member 20 having the four openings centered on the optical axis as shown in FIG.
The laser beam output from the resonator 1 by the TEM 11
When the mode is fixed, the upper left and lower right thicknesses and the upper right and lower left thicknesses with respect to the optical axis O instead of the binary optics 3 are delayed by (or advanced) one phase by π / 2. Use different binary optics 13. Similarly, with respect to the higher-order mode TEM nm that can also obtain the maximum output, it can be converted into a beam close to a Gaussian beam by using binary optics according to the mode, and then, similarly to the above, the portion with poor beam quality can be spatially separated and You can leave only the part.

【0035】尚、上記実施形態では各バイナリーオプテ
ィックスを透過型としたが、反射型とすることで軸線方
向のスペース効率を向上することができる。また、上記
実施形態では例えば位相の分布が時間的に変化する高次
横モードのレーザビームを、をTEMnmモードのビーム
に変換し、その後バイナリーオプティックスをもってガ
ウシアンビームに近いビームに変換したが、バイナリー
オプティックス3、13のピッチ及びパターンを変える
ことで所望の形状であり、かつ所望の強度分布のレーザ
ビームが得られる。
In the above embodiment, each binary optics is of the transmissive type, but the reflective type can improve the space efficiency in the axial direction. Further, in the above embodiment, for example, a laser beam of a higher-order transverse mode whose phase distribution changes with time is converted into a beam of TEM nm mode, and then converted into a beam close to a Gaussian beam with binary optics. A laser beam having a desired shape and a desired intensity distribution can be obtained by changing the pitch and pattern of the binary optics 3, 13.

【0036】[0036]

【発明の効果】かかる構造のレーザ共振器は、リヤミラ
ーとアウトプットミラーとの間に変換すべきモードに応
じた形状及び数の互いに区画された窓を有するアパチャ
ー部材を介在させたことで、位相の分布が時間的に変化
する高次横モードのレーザビームを、時間的に変化しな
いTEMnmモードに変換し、レーザビームを安定化する
ことができ、更に可及的にTEM00モードに近い強度分
布、即ちきれいなガウシアン分布のレーザビームに変換
することも可能となる。
According to the laser resonator having the above structure, the aperture member having the shape and the number of windows which are partitioned from each other is interposed between the rear mirror and the output mirror, so that the phase is changed. A high-order transverse mode laser beam whose time distribution changes with time can be converted into a TEM nm mode that does not change with time, and the laser beam can be stabilized. Furthermore, the intensity close to that of the TEM 00 mode is possible. It is also possible to convert the laser beam to a distribution, that is, a Gaussian distribution having a clear distribution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明が適用されたレーザ加工装置の要部構成
図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a laser processing apparatus to which the present invention is applied.

【図2】図1の共振器の簡略構成を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a simplified configuration of the resonator shown in FIG.

【図3】図1の共振器の別の実施形態に於ける簡略構成
を示す斜視図。
FIG. 3 is a perspective view showing a simplified structure of another embodiment of the resonator shown in FIG.

【図4】図1の共振器の別の実施形態に於ける簡略構成
を示す斜視図。
4 is a perspective view showing a simplified configuration of another embodiment of the resonator shown in FIG.

【図5】(a)は本発明によるバイナリーオプティック
スの平面図、(b)は(a)のV−V線について見た断
面図。
5A is a plan view of binary optics according to the present invention, and FIG. 5B is a sectional view taken along line VV of FIG.

【図6】本発明によるバイナリーオプティックスによる
光路変換及び位相変換、及びこれら変換後のビームの平
行光への変換を示す模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing optical path conversion and phase conversion by binary optics according to the present invention, and conversion of a beam after the conversion into parallel light.

【図7】本発明によるバイナリーオプティックスを通過
したTEM01モードのレーザビームの強度分布を説明す
るために模式化した説明図。
FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the intensity distribution of a TEM 01 mode laser beam that has passed through binary optics according to the present invention.

【図8】本発明によるバイナリーオプティックスを通過
したTEM01モードのレーザビームの中心のギャップD
を200μmとしたときのバイナリーオプティックスか
らの距離R=500(a)、300(b)、200
(c)、100(d)、50mm(e)の位置に於ける
ビームブロフィール。
FIG. 8: Center gap D of TEM 01 mode laser beam passed through binary optics according to the present invention
Is 200 μm, the distance from the binary optics is R = 500 (a), 300 (b), 200
Beam profile at positions (c), 100 (d) and 50 mm (e).

【図9】本発明によるバイナリーオプティックスを通過
したTEM01モードのレーザビームの中心のギャップD
を100μmとしたときのバイナリーオプティックスか
らの距離R=500(a)、300(b)、200
(c)、100(d)、50mm(e)の位置に於ける
ビームブロフィール。
FIG. 9 Gap in the center of a TEM 01 mode laser beam passed through binary optics according to the present invention.
Is 100 μm, the distance from the binary optics is R = 500 (a), 300 (b), 200
Beam profile at positions (c), 100 (d) and 50 mm (e).

【図10】本発明によるバイナリーオプティックスを通
過したTEM01モードのレーザビームの中心のギャップ
Dを50μmとしたときのバイナリーオプティックスか
らの距離R=500(a)、300(b)、200
(c)、100(d)、50mm(e)の位置に於ける
ビームブロフィール。
FIG. 10 shows the distance R from the binary optics R = 500 (a), 300 (b), 200 when the gap D at the center of the TEM 01 mode laser beam passing through the binary optics according to the present invention is 50 μm.
Beam profile at positions (c), 100 (d) and 50 mm (e).

【図11】本発明によるバイナリーオプティックスを通
過したTEM01モードのレーザビームの中心のギャップ
Dを30μmとしたときのバイナリーオプティックスか
らの距離R=500(a)、300(b)、200
(c)、100(d)、50mm(e)の位置に於ける
ビームブロフィール。
FIG. 11 shows a distance R from the binary optics R = 500 (a), 300 (b), 200 when the center gap D of the TEM 01 mode laser beam passing through the binary optics according to the present invention is 30 μm.
Beam profile at positions (c), 100 (d) and 50 mm (e).

【図12】本発明によるバイナリーオプティックスを通
過したTEM01モードのレーザビームの中心のギャップ
Dを20μmとしたときのバイナリーオプティックスか
らの距離R=500(a)、300(b)、200
(c)、100(d)、50mm(e)の位置に於ける
ビームブロフィール。
FIG. 12 is a distance R = 500 (a), 300 (b), 200 from the binary optics when the gap D at the center of the laser beam of the TEM 01 mode passing through the binary optics according to the present invention is 20 μm.
Beam profile at positions (c), 100 (d) and 50 mm (e).

【図13】本発明が適用されたレーザ加工装置のビーム
改質装置の構成を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a beam reforming apparatus of a laser processing apparatus to which the present invention is applied.

【図14】(a)は本発明による別の実施形態に於ける
バイナリーオプティックスの平面図、(b)は(a)の
B−B線について見た断面図、(c)は(a)のC−C
線について見た断面図。
14A is a plan view of binary optics according to another embodiment of the present invention, FIG. 14B is a sectional view taken along line BB of FIG. 14A, and FIG. C-C
Sectional drawing which looked at the line.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 共振器 1a リヤミラー 1b アウトプットミラー 2 ビーム拡大器 3、4 バイナリーオプティックス 5 ビーム改質装置 7 レンズ 8 アパチャー部材 8a 開口 9 レンズ 10 アパチャー部材 13 バイナリーオプティックス 20、30 アパチャー部材 1 Resonator 1a Rear mirror 1b Output mirror 2 Beam expander 3,4 Binary optics 5 Beam reforming device 7 Lens 8 Aperture member 8a Aperture 9 Lens 10 Aperture member 13 Binary optics 20, 30 Aperture member

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ媒質と、リヤミラーと、アウトプ
ットミラーとを有するレーザ共振器に於て、 位相の分布が時間的に変化する高次横モードのレーザビ
ームを、固定された横モードに変換するべく、前記リヤ
ミラーとアウトプットミラーとの間に変換すべきモード
に応じた形状及び数の互いに区画された窓を有するアパ
チャー部材を介在させたことを特徴とするレーザ共振
器。
1. A laser resonator having a laser medium, a rear mirror, and an output mirror, which converts a laser beam of a higher-order transverse mode whose phase distribution changes with time into a fixed transverse mode. In order to achieve this, a laser resonator comprising an aperture member having a window having a shape and a number of windows defined according to a mode to be converted, interposed between the rear mirror and the output mirror.
【請求項2】 前記アパチャー部材が、TEM01 *モー
ドをTEM01モードまたはTEM10モードに変換するも
のの場合には、楕円形をなす1つの窓を有し、 TEMnmモードに変換するものの場合には、n×m個の
窓を有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ共
振器。
2. In the case where the aperture member converts a TEM 01 * mode into a TEM 01 mode or a TEM 10 mode, the aperture member has one window having an elliptical shape, and in the case where the aperture member converts into a TEM nm mode. Has a window of nxm, The laser resonator according to claim 1 characterized by things.
JP8140747A 1996-05-10 1996-05-10 Laser oscillator Pending JPH09307168A (en)

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JP8140747A JPH09307168A (en) 1996-05-10 1996-05-10 Laser oscillator
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Applications Claiming Priority (1)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009295838A (en) * 2008-06-06 2009-12-17 Tohoku Univ Laser resonator

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