JPH10107360A - Laser oscillation device - Google Patents

Laser oscillation device

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JPH10107360A
JPH10107360A JP26296796A JP26296796A JPH10107360A JP H10107360 A JPH10107360 A JP H10107360A JP 26296796 A JP26296796 A JP 26296796A JP 26296796 A JP26296796 A JP 26296796A JP H10107360 A JPH10107360 A JP H10107360A
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laser
temperature
laser head
cover
laser oscillation
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Yoshiharu Taga
吉春 多賀
Kenji Suzuki
健司 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize laser output by constituting a laser oscillation device with a laser head that is set, so that a light axis is directed vertically and a cover for shutting off the laser head from external air, and controlling a temperature so that the temperature inside the cover becomes higher at an upper part than at a lower part. SOLUTION: Laser beams are taken extracted out of a vertically installed laser head 11 vea, for example, mirrors 12 and 13, focusing lenses 14a and 14b, and a spectroscope 15a. A laser oscillation tube of the laser head 11 is covered with a water-cooling pipe and is arranged in a cover 18, thus preventing the effects due to external temperature fluctuations. Also, heaters 19a and 19b are installed near the upper and lower edges of the laser head 11, and the convection of air is suppressed by setting the temperature at an upper side to be higher than that at the lower side, thus stabilizing the temperature in the cover 18 and hence reducing the temperature fluctuations around the laser head 11, preventing distance fluctuation between resonator mirrors, and stabilizing the output for a long time.

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、ガスレーザの出力
が安定し、耐環境性のよいレーザ発振装置を提供する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention provides a laser oscillation device having a stable gas laser output and good environmental resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスレーザを用いて光ファイバの溶融接
続などの微細な加工を行う場合、ガスレーザの出力を安
定させることが重要である。従来のガスレーザによるレ
ーザ発振装置は、例えば図4に示すように、空冷または
水冷式のレーザヘッド1、レーザ光を集光させるための
複数のレンズ2a〜2c、レーザ光をon/offさせ
るためのシャッター3、レーザ光が漏れるのを防いで安
全性を確保するため設けた、レーザヘッド1と光学系を
覆うカバー4とからなる。また、必要に応じて、レーザ
出力を測定するためのパワーセンサーおよび出力可変装
置を取り付ける。ガスレーザによるレーザ発振装置にお
いては、レーザガスの温度が高くなると、発振効率が低
下するので、レーザヘッド1を構成するレーザ発振管
(図示せず)を空冷または水冷により冷却し、また、放
電により電極が発熱し、その熱で放電が不安定になりや
すいために、電極部分を冷却している。さらに、ガスレ
ーザの出力を安定化するために、レーザ発振装置を恒温
室内に設置し、周囲の温度が一定になるようにしてい
る。
2. Description of the Related Art When performing fine processing such as fusion splicing of an optical fiber using a gas laser, it is important to stabilize the output of the gas laser. As shown in FIG. 4, for example, a laser oscillation device using a conventional gas laser includes an air-cooled or water-cooled laser head 1, a plurality of lenses 2a to 2c for condensing laser light, and a laser light for turning on / off the laser light. The shutter 3 includes a laser head 1 and a cover 4 that covers an optical system and is provided to prevent leakage of laser light and to ensure safety. In addition, a power sensor for measuring laser output and an output variable device are attached as required. In a laser oscillation device using a gas laser, when the temperature of the laser gas increases, the oscillation efficiency decreases. Therefore, a laser oscillation tube (not shown) constituting the laser head 1 is cooled by air or water cooling, and the electrodes are discharged. The electrodes are cooled because they generate heat and the heat tends to cause unstable discharge. Further, in order to stabilize the output of the gas laser, a laser oscillation device is installed in a constant temperature chamber so that the ambient temperature is kept constant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにレーザヘッド1を恒温室内に設置しても、ガスレ
ーザの出力安定化には限界があり、出力を長時間にわた
って十分に一定に制御することが困難であるという問題
があった。また、恒温室内にレーザ発振装置を設置する
ために、その使用場所が制限されたり、恒温室の施設を
設置するために費用がかかるという問題もあった。
However, even if the laser head 1 is installed in a constant temperature chamber as described above, there is a limit in stabilizing the output of the gas laser, and it is necessary to control the output to be sufficiently constant for a long time. There was a problem that was difficult. In addition, there is a problem in that the use place of the laser oscillation device is limited because the laser oscillation device is installed in the constant temperature room, and that it is expensive to install facilities in the constant temperature room.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、光軸が上下方向になるように
設置されたレーザヘッドと、レーザヘッドを外気から遮
断するカバーとからなり、カバー内の温度が上部が下部
よりも高温となるように温度制御されていることを特徴
とするレーザ発振装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and comprises a laser head installed so that an optical axis is vertically oriented, and a cover for shielding the laser head from the outside air. The laser oscillation device is characterized in that the temperature inside the cover is controlled so that the temperature in the upper portion is higher than that in the lower portion.

【0005】本発明者は、鋭意検討の結果、レーザヘッ
ドを構成するレーザ発振管の両端に設けられた共振器ミ
ラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸
に対する角度のずれがガスレーザ出力の大きな不安定要
因となっていることを見出し、本発明に到達した。即
ち、上述のような構成のレーザ発振装置では、縦型のレ
ーザヘッドを構成するレーザ発振管の上端の共振器ミラ
ーは、ヒーターにより、または冷却装置により下端の共
振器ミラーよりも高温に制御されるため、レーザヘッド
に沿って空気の上昇気流が生じる。また、レーザヘッド
はカバーにより外気から遮断されているので、レーザヘ
ッド内の温度は恒温に制御でき、かつ周囲の空気の流れ
は、安定した自然対流であって、上昇する層流をなす。
ここで、「レーザヘッドを外気から遮断するカバー」と
いう意味は、カバーの外側の空気が内側のレーザヘッド
11の周囲の温度、空気の流れに影響を与えないように
するという意味であり、カバーは完全に気密性である必
要はない。なお、このカバーは安全性を確保するという
機能を有することは従来通りである。従って、本発明に
よれば、レーザヘッドの両端に設けられた共振器ミラー
は安定した温度の雰囲気の中に位置しているので、共振
器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、
光軸に対する角度のずれを防ぐことができ、出力が安定
する。また、従来はおおがかりでコストのかかる恒温室
内にレーザ発振装置を設置していたが、本発明によれ
ば、かかる恒温室を使用する必要はなくなる。
As a result of diligent studies, the present inventor has found that variations in the distance between the resonator mirrors provided at both ends of the laser oscillation tube constituting the laser head, distortion of each resonator mirror, and deviation of the angle with respect to the optical axis. The inventors have found that this is a major cause of unstable gas laser output, and have reached the present invention. That is, in the laser oscillation device having the above-described configuration, the resonator mirror at the upper end of the laser oscillation tube constituting the vertical laser head is controlled to have a higher temperature than the resonator mirror at the lower end by the heater or the cooling device. Therefore, an upward airflow of air is generated along the laser head. Further, since the laser head is shielded from the outside air by the cover, the temperature inside the laser head can be controlled at a constant temperature, and the flow of the surrounding air is a stable natural convection, forming a rising laminar flow.
Here, the meaning of “the cover that shields the laser head from the outside air” means that the air outside the cover does not affect the temperature around the inside laser head 11 and the flow of air. Need not be completely airtight. It should be noted that this cover has a function of ensuring safety as in the related art. Therefore, according to the present invention, since the resonator mirrors provided at both ends of the laser head are located in an atmosphere at a stable temperature, the distance fluctuation between the resonator mirrors and the distortion of each resonator mirror,
The deviation of the angle with respect to the optical axis can be prevented, and the output is stabilized. Further, conventionally, the laser oscillation device is installed in a large and costly constant temperature room. However, according to the present invention, it is not necessary to use such a constant temperature room.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明にかかるレ
ーザ発振装置の一実施形態の説明図である。図1におい
て、縦型に設置されたレーザヘッド11から上方に発振
されたレーザ光は、ミラー12、13によりそれぞれ9
0°方向を変えて、集光レンズ14a、14b、分光器
15a、出力可変器16、シャッター17、レンズ14
cを通って、下方に取り出される。なお、15bはパワ
ー測定センサーである。レーザヘッド11は図2に示す
構造をしており、レーザ発振管20の両端には共振器ミ
ラー21a、21bが取り付けられている。また、レー
ザ発振管20は放電電極22を冷却する水冷用冷却管2
3で覆われている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a laser oscillation device according to the present invention. In FIG. 1, laser light oscillated upward from a vertically installed laser head 11 is reflected by mirrors 12 and 13 respectively.
By changing the direction of 0 °, the condenser lenses 14a and 14b, the spectroscope 15a, the output variable device 16, the shutter 17, the lens 14
Through c, it is taken out downward. In addition, 15b is a power measurement sensor. The laser head 11 has a structure shown in FIG. 2, and resonator mirrors 21 a and 21 b are attached to both ends of a laser oscillation tube 20. The laser oscillation tube 20 is a water cooling cooling tube 2 for cooling the discharge electrode 22.
Covered with 3.

【0007】図1に示すように、レーザヘッド11とミ
ラー12は、安全性を確保するためのカバー18で覆わ
れている。このカバー18は外気を遮断して、外側の温
度変動がレーザヘッド11に影響しないようにしてい
る。従って、カバー18の密閉の程度は、外側から空気
が入りにくくすればよく、完全に気密にする必要はな
い。なお、カバー18は保温性の材質で構成すればより
好ましい。本実施形態では、光学系をコの字型に曲げて
あるが、このようにすることにより、装置全体を小型化
することができる。
As shown in FIG. 1, the laser head 11 and the mirror 12 are covered with a cover 18 for ensuring safety. The cover 18 blocks the outside air so that the temperature fluctuation on the outside does not affect the laser head 11. Accordingly, the degree of sealing of the cover 18 may be such that air does not easily enter from the outside, and it is not necessary to make the cover 18 completely airtight. It is more preferable that the cover 18 be made of a heat insulating material. In the present embodiment, the optical system is bent in a U-shape, but by doing so, the entire device can be downsized.

【0008】レーザヘッド11の上端および下端近傍に
は、ヒーター19a、19bが設置されている。ヒータ
ー19a、19bはシート状であって、カバー18の内
壁に張り付けられている。ヒーター19a、19bは温
度制御手段(図示されず)に接続されており、共振器ミ
ラー21a、21bの周辺を、上側の共振器ミラー21
aの温度が下側の共振器ミラー21bの温度よりも2〜
5℃程度高くなるように設定された一定の温度、例えば
35℃〜40℃に加熱する。また、カバー18内には上
下にファン24が取り付けられている。これらのファン
24はカバー18内部のヒーター19a、19bから発
生する熱の温度分布に偏りが生じるときに使用するため
のものである。
Heaters 19a and 19b are provided near the upper and lower ends of the laser head 11, respectively. The heaters 19a and 19b are sheet-shaped and are attached to the inner wall of the cover 18. The heaters 19a and 19b are connected to temperature control means (not shown), and the periphery of the resonator mirrors 21a and 21b is
a is lower than the temperature of the lower resonator mirror 21b by 2 to 3.
The heating is performed at a constant temperature set to be higher by about 5 ° C., for example, 35 ° C. to 40 ° C. Fans 24 are attached to the inside of the cover 18 vertically. These fans 24 are used when the temperature distribution of the heat generated from the heaters 19a and 19b inside the cover 18 is uneven.

【0009】このように、共振器ミラー21a、21b
の周辺を積極的に加熱して一定温度にすることにより、
共振器ミラー21a、21bの周辺の雰囲気温度の変動
を極めて小さくすることができるので、レーザ出力変動
の大きな要因である共振器ミラー21a、21b間の距
離変動、共振器ミラー21a、21bの変形を防止する
ことができる。また、レーザヘッド11を縦型にし、上
端の温度を下端の温度よりも高く保持するため、空気の
対流は起こらず、カバー18内の温度は上方向にいくほ
ど高くなるように安定した分布をする。
As described above, the resonator mirrors 21a, 21b
By actively heating the surrounding area to a constant temperature,
Since the fluctuation of the ambient temperature around the resonator mirrors 21a and 21b can be extremely reduced, the fluctuation of the distance between the resonator mirrors 21a and 21b and the deformation of the resonator mirrors 21a and 21b, which are the major factors of the laser output fluctuation, can be reduced. Can be prevented. In addition, since the laser head 11 is of a vertical type and the temperature at the upper end is kept higher than the temperature at the lower end, convection of air does not occur, and a stable distribution such that the temperature inside the cover 18 increases as it goes upward. I do.

【0010】本実施形態によれば、0.12Wの出力を
+/−3mWの変動範囲内に抑えることができた。
According to the present embodiment, the output of 0.12 W can be suppressed within the fluctuation range of +/− 3 mW.

【0011】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。即ち、 1)共振器ミラー21a、21bの周辺の設定温度は、
外気の最高温度よりも高く、カバー18内部の機器、部
品類を損なわない温度であれば、特に限定されるもので
はない。このような温度設定をすることにより、外気温
度の影響を回避することができる。 2)ヒーターの数は2個に限定されず、それ以上の複数
個でもよい。 3)ヒーター19a、19bは前記シート状のものに限
定されず、例えば、図3に示すようにリング状のものを
2個ないしそれ以上の個数を配置すれば、レーザヘッド
11の光軸を中心にして、対称な温度分布を実現でき
る。 3)ヒーター19a、19bはカバー18内部の温度を
外気温度よりも高く設定して、安定した温度分布を実現
しているが、ヒーター19a、19bのかわりに冷却装
置を用いて、カバー18内部の温度を外気温度よりも低
く設定し、安定した温度分布を実現してもよい。例え
ば、冷媒管をレーザヘッド11の両端の周囲に配置す
る。 4)光学系はコの字状である必要はなく、直線状、ある
いは必要に応じて曲折していてもよい。 5)レーザヘッド11の冷却方式は、水冷に限定される
ことはなく空冷、油冷でもよい。 6)ファン24は必ずしも必要ではない。
The present invention is not limited to the above embodiment. 1) The set temperature around the resonator mirrors 21a and 21b is:
The temperature is not particularly limited as long as it is higher than the maximum temperature of the outside air and does not impair the devices and components inside the cover 18. By setting such a temperature, the influence of the outside air temperature can be avoided. 2) The number of heaters is not limited to two, but may be more than two. 3) The heaters 19a and 19b are not limited to the above-mentioned sheet-shaped heaters. For example, if two or more ring-shaped heaters are arranged as shown in FIG. Thus, a symmetrical temperature distribution can be realized. 3) The heaters 19a and 19b set the temperature inside the cover 18 higher than the outside air temperature to realize a stable temperature distribution. However, instead of the heaters 19a and 19b, a cooling device is used to The temperature may be set lower than the outside air temperature to realize a stable temperature distribution. For example, refrigerant tubes are arranged around both ends of the laser head 11. 4) The optical system does not need to have a U-shape, but may be linear or bent if necessary. 5) The cooling method of the laser head 11 is not limited to water cooling, but may be air cooling or oil cooling. 6) The fan 24 is not always necessary.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザヘッドの両端に設けられた共振器ミラーは安定した
温度の雰囲気の中に位置しているので、共振器ミラー間
の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対す
る角度のずれを防ぐことができ、出力が安定するという
優れた効果がある。また、従来はおおがかりでコストの
かかる恒温室内にレーザ発振装置を設置していたが、本
発明によれば、かかる恒温室を使用する必要はなくな
る。
As described above, according to the present invention, since the resonator mirrors provided at both ends of the laser head are located in an atmosphere having a stable temperature, the distance between the resonator mirrors can be changed. In addition, distortion of each resonator mirror and deviation of the angle with respect to the optical axis can be prevented, and there is an excellent effect that the output is stabilized. Further, conventionally, the laser oscillation device is installed in a large and costly constant temperature room. However, according to the present invention, it is not necessary to use such a constant temperature room.

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

【図1】本発明に係るレーザ発振装置の一実施形態の説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of one embodiment of a laser oscillation device according to the present invention.

【図2】上記実施形態に用いたレーザヘッドの説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a laser head used in the embodiment.

【図3】本発明に係るレーザ発振装置の他の実施形態の
部分説明図である。
FIG. 3 is a partial explanatory view of another embodiment of the laser oscillation device according to the present invention.

【図4】従来のレーザ発振装置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional laser oscillation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 レーザヘッド 12、13 ミラー 14a、14b、14c レンズ 15a 分光器 15b パワー測定センサー 16 出力可変器 17 シャッター 18 カバー 19a、19b ヒーター 20 レーザ発振管 21a、21b 共振器ミラー 22 電極 23 冷却管 24 ファン Reference Signs List 11 laser head 12, 13 mirror 14a, 14b, 14c lens 15a spectroscope 15b power measurement sensor 16 output variable device 17 shutter 18 cover 19a, 19b heater 20 laser oscillation tube 21a, 21b resonator mirror 22 electrode 23 cooling tube 24 fan

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光軸が上下方向になるように設置された
レーザヘッドと、レーザヘッドを外気から遮断するカバ
ーとからなり、カバー内の温度が上部が下部よりも高温
となるように温度制御されていることを特徴とするレー
ザ発振装置。
1. A temperature control system comprising: a laser head provided so that an optical axis thereof is arranged in a vertical direction; and a cover for shielding the laser head from the outside air, wherein the temperature in the cover is higher at the upper portion than at the lower portion. A laser oscillation device characterized by being performed.
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