JPH10275950A - レーザ装置及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ媒質から高いピーク強度と短いパルス
幅を有するレーザビームを安定に取り出すことができる
レーザ装置を得ることを目的とし、レーザ加工機に用い
る。 【解決手段】 レーザ媒質１６を介して発生したレーザ
ビーム３を一対の全反射ミラー１,１１間で相互に反射
させるレーザ共振器内に、一方の全反射ミラー１により
反射されたレーザビームを受けて他方の全反射ミラー方
向に反射させる偏光分離ミラー１２と、偏光分離ミラー
１２により反射されたレーザビーム３を他方の全反射ミ
ラー１１に向けて反射する１/４波長板５と、１/４波長
板５によって反射されたレーザビーム３を光学的に振幅
変調して他方の全反射ミラー１１に出射させる電気光学
振幅変調器７とを配置し、且つ、電気光学振幅変調器１
１に対し、時間的な周期関数系に従い変化して一周期に
印加状態が少なくとも２回以上変化するパルス電圧を発
生して印加する可変パルス発生器１４を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ媒質から
高いピーク強度と短いパルス幅を有するレーザビームを
取り出すレーザ装置及びレーザ加工装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図２０は、例えばＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰ
ＴＩＣＳ,ＶＯＬ．３５,ＮＯ．２７,ＳＥＰＴＥＭＢＥ
Ｒ １９９６,ｐ．５３８３のＦｉｇ．４に示された従
来のＱスイッチＣＯ_２レーザ装置と等価的な作用を有す
るＱスイッチＣＯ_２レーザ装置の断面図である。

【０００３】図において、１は例えばＣｕよりなる凹面
形状の全反射ミラー、２は全反射ミラー１に対向配置さ
れた、例えばＺｎＳｅよりなる凹面形状の部分反射ミラ
ーであり、この部分反射ミラー２と全反射ミラー１が安
定型のレーザ共振器を構成する。３はレーザ共振器内に
発生するレーザビーム、４ａ,４ｂはレーザビーム３の
Ｐ偏光成分のみを透過させ、Ｓ偏光成分は反射させるブ
リュースター窓、５は４分の１波長板、６は放電管であ
る。７は例えばＣｄＴｅよりなる電気光学振幅変調器、
８は電気光学振幅変調器７に印加する２進数的にオン・
オフを繰り返すパルス電圧を発生するパルス発生器、９
は部分反射ミラー２より発振器外部に取り出されたレー
ザビームである。

【０００４】次に従来装置の動作について説明する。先
ず、パルス発生器８から電気光学振幅変調器７に電圧が
印加されない場合の動作を図２１を用いて説明する。こ
の場合、ブリュースター窓４ａ、ｂで囲まれた放電管６
を通過できるレーザビーム３はＰ偏光成分の直線偏光だ
けであるから、４分の１波長板５を通過するレーザビー
ム３は右回りの円偏光となる。

【０００５】電気光学振幅変調器７には電圧が加わって
いないため、レーザビーム３は右回りの円偏光のまま電
気光学振幅変調器７を通過し、全反射ミラー１で反射
し、その際に左回りの円偏光となる。左回りの円偏光の
まま再び電気光学振幅変調器７を通過したレーザビーム
３は、再度４分の１波長板５を通過する際にＳ偏光成分
の直線偏光になる。しかし、ブリュースター窓４ａ,ｂ
で囲まれた放電管６を通過することはできないので、こ
の場合レーザ発振は起こらない。

【０００６】次に、パルス発生器８から電気光学振幅変
調器７に４分の１波長電圧が印加される場合の動作につ
いて、図２２を用いて説明する。この場合、４分の１波
長板５を通過した右回りの円偏光のレーザビーム３は、
電気光学振幅変調器７を通過する際にＳ偏光成分の直線
偏光になる。

【０００７】全反射ミラー１で反射し、再び電気光学振
幅変調器７を通過したレーザビーム３は、左回りの円偏
光になり、さらに再度４分の１波長板５を通過する際に
Ｐ偏光成分の直線偏光になる。このレーザビーム３はブ
リュースター窓４ａ、ｂで囲まれた放電管６を通過する
ことができるので、レーザビーム３は部分反射ミラー２
に到達できるためレーザ発振が起こる。

【０００８】このように、パルス発生器８より電気光学
振幅変調器７に２進数的にオン・オフを繰り返すパルス
電圧を印加することで、図２３に示すような高いピーク
強度と短いパルス幅を有するレーザビーム９を取り出す
ことができる。このような手法をＱスイッチングと呼ん
でいる。取り出されたＱスイッチレーザビーム９をレン
ズ等により集光することで、効率良く被加工物に穴を空
けることができる。

【０００９】例えば図２３に示されたＱスイッチパルス
を見てみると、繰り返し周波数１ｋＨｚにおいて１．８
ＭＷのピークパワと半値全幅で３０ｎｓを有し、１サイ
クル当たりに取り出されるレーザエネルギーは約５０ｍ
Ｊとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のＱスイッチＣＯ
_２レーザ装置は以上のように構成されているので、Ｑス
イッチングにより取り出されたレーザビーム９のピーク
強度が高いため、レーザ加工への適用には不向きな場合
が多い。その理由は、レーザビーム９のピーク強度が高
すぎると被加工物に穴を空ける以外に不必要な損傷を与
えてしまうからである。

【００１１】また、適切なピーク強度に合わせるように
ピーク強度を抑えると、１パルス当たりに含まれるレー
ザエネルギーがピーク強度を抑えた分だけ減少する。そ
のため、今度は穴空け加工ができなくなるという問題点
があった。

【００１２】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、従来のＱスイッチングから取
り出されるレーザビームの強度よりも低いピーク強度で
レーザ発振を行い、かつ１パルスあたりに含まれるレー
ザエネルギーを従来のものよりも１．５倍程度高めるこ
とができると共に、発振されたレーザにより非常に効率
良くレーザ加工を行うことができるレーザ装置及びレー
ザ加工装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るレ
ーザ装置は、レーザ媒質を介して発生したレーザビーム
を一対の反射ミラー間で相互に反射させるレーザ共振器
内に、一方の反射ミラーにより反射されたレーザビーム
を受けて他方の反射ミラー方向に反射させる偏光分離ミ
ラーと、この偏光分離ミラーにより反射されたレーザビ
ームを前記他方の反射ミラーに向けて反射する１／４波
長板と、この１／４波長板によって反射されたレーザビ
ームを入射して光学的に振幅変調して前記他方の反射ミ
ラーに出射させる電気光学振幅変調器とを配置し、且
つ、この電気光学振幅変調器に対し、ー時間的な周期関
数系に従い変化して一周期に印加状態が少なくとも２回
以上変化するパルス電圧を発生して印加する可変パルス
発生器を備え、前記レーザ媒質を介して発生したレーザ
ビームを前記一対の全反射ミラー間で相互に反射させな
がら前記前記偏光分離ミラーから外部に出射するもので
ある。

【００１４】請求項２の発明に係るレーザ装置は、レー
ザ媒質を固体レーザ素子とし、この固体レーザ素子の励
起用の光源を備えたものである。

【００１５】請求項３の発明に係るレーザ装置は、他方
の反射ミラーに代えて電気光学振幅変調器のレーザビー
ム出射面に全反射膜を施し、全反射膜と一方の反射ミラ
ーとでレーザ共振器を構成したものである。

【００１６】請求項４の発明に係るレーザ装置は、レー
ザ共振器内におけるレーザビームの光路中に、ビーム径
を調整する開口部を形成した開口部材を配置し、前記レ
ーザビームの横モードを選択するものである。

【００１７】請求項５の発明に係るレーザ装置は、可変
パルス発生器から発生するパルス電圧を、時間的に周期
を持つ多段のステップ関数系に従って変化させるもので
ある。

【００１８】請求項６の発明に係るレーザ装置は、レー
ザ共振器の偏光分離ミラーから出射されたレーザビーム
を増幅するレーザビーム増幅手段を備えたものである。

【００１９】請求項７の発明に係るレーザ装置は、レー
ザビーム増幅手段を多段増幅器で構成するものである。

【００２０】請求項８の発明に係るレーザ加工装置は、
レーザ共振器より出射されたレーザビームを直接あるい
はレーザビーム増幅器で増幅した後に被加工物に誘導し
て照射するものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。ここでは、放電励起のガスレーザ、特に
ＣＯ_２レーザを本発明に係るレーザ装置に適用した場合
について説明する。図１は本実施の形態に係るレーザ装
置の断面図であり、図において、１１は全反射ミラー１
によって反射されて入射されたレーザビームを再び全反
射する、例えばＣｕよりなる平面状の全反射ミラーであ
り、全反射ミラー１と１１が安定型のレーザ共振器を構
成する。

【００２２】１２はレーザビーム３のＰ偏光成分のみを
透過させ、Ｓ偏光成分は反射させる偏光制御ミラー、１
３は透過窓である。１４は可変パルス発生器であり、こ
の可変パルス発生器１４は電気光学振幅変調器７に印加
する時間的な周期関数系に従って変化するパルス電圧を
発生する。１５ａ,ｂはレーザ共振器内において全反射
ミラー１の入出射面と透過窓１３の前面に配置された開
口部材であり、レーザビームの透過部分に開口部を形成
している。１６はレーザ媒質であり、例えばＣＯ_２レー
ザ等のガスレーザの場合、放電などにより励起されたガ
ス媒質、１７は上記構成のレーザ共振器を収納した箱体
である。

【００２３】尚、図中、１〜９は図２０に示す従来のレ
ーザ装置と同一部材なので同一符号を付して説明を省略
する。従来装置では部分反射ミラー２を通してレーザー
ビーム９を外部に取り出したが、本実施の形態では全反
射ミラー１と１１で反射を繰り返したレーザビー３を偏
光制御ミラー１２より外部に取り出す。

【００２４】次に本実施の形態の動作について説明す
る。まず、可変パルス発生器１４から電気光学振幅変調
器７に電圧が印加されない場合の動作を図２を用いて説
明する。

【００２５】本実施の形態におけるレーザ共振器の場
合、全反射ミラー１で反射され、偏光制御ミラー１２で
反射されて４分の１波長板５の方へ進むレーザビーム３
は、Ｓ偏光成分の直線偏光である。このレーザビーム３
は、４分の１波長板５で反射して左回りの円偏光とな
る。電気光学振幅変調器７には電圧が加わっていないた
め、レーザビーム３は左回りの円偏光のまま電気光学振
幅変調器７と透過窓１３を通過し、全反射ミラー１１で
反射し、その際右回りの円偏光となる。

【００２６】右回りの円偏光のレーザビーム３は再び透
過窓１３と電気光学振幅変調器７を通過する。そして、
再度４分の１波長板５で反射する際にＰ偏光成分の直線
偏光になる。しかし、レーザビーム３は偏光制御ミラー
１２を通過してしまうので、この場合、共振器損失は１
００％であるからレーザ発振は起こらない。共振器損失
が１００％であることは、従来のレーザ共振器と比較す
ると、従来装置における部分反射ミラー２の透過率が１
００％であることに相当する。

【００２７】次に、可変パルス発生器１４から電気光学
振幅変調器７に４分の１波長電圧が印加される場合につ
いての動作を図３により説明する。この場合、４分の１
波長板５で反射した左回りの円偏光のレーザビーム３
は、電気光学振幅変調器７と透過窓１３を通過する際、
Ｐ偏光成分の直線偏光になる。全反射ミラー１１で反射
し、再び透過窓１３と電気光学振幅変調器７を通過した
レーザビーム３は、右回りの円偏光になり、さらに再度
４分の１波長板５で反射する際にＳ偏光成分の直線偏光
になる。

【００２８】このレーザビーム３は偏光制御ミラー１２
を通過できず、すべて反射されるので、結果としてレー
ザビーム３はすべてレーザ共振器内に閉じ込められた形
となる。この場合、共振器損失は０％であるからレーザ
発振は起こらない。共振器損失が０％であることは、従
来のレーザ共振器に照らすと、部分反射ミラー２の透過
率が０％であることに相当する。

【００２９】このように、可変パルス発生器１４から電
気光学振幅変調器７に印加する電圧を０から４分の１波
長電圧までの範囲で制御すれば、従来のレーザ共振器の
部分反射ミラー２の透過率を１００から０％の範囲で制
御することと等価になる。この発明では、電気光学振幅
変調器７に時間的な周期関数系に従い変化し、かつその
一周期に印加状態が少なくとも２回以上変化するパルス
電圧を印加することで、周期的な電圧の１サイクル分の
電圧波形を制御し発生したレーザビームを偏光分離ミラ
ーから出射するようにした。

【００３０】従って、従来のＱスイッチングから取り出
されるレーザビームのピーク強度よりも低い強度で発振
し、かつ１パルスあたりに含まれるレーザエネルギーを
従来のものよりも１．５倍程度高めることが可能にな
る。

【００３１】以下、可変パルス発生器１４から電気光学
振幅変調器７に１サイクルの間に時間的な周期関数系に
従って変化するパルス電圧を印加した場合の、本実施の
形態に係るレーザ発振器のＱスイッチ動作を図を用いて
説明する。

【００３２】図４は可変パルス発生器１４から電気光学
振幅変調器７に印加するパルス電圧を制御することによ
って生じたレーザ共振器の１サイクル分における時間的
な反射率変化を示したものである。パルス電圧を１サイ
クルの間に２段階のステップ状に変化させることで、こ
の発明のレーザ共振器には図４に示すような反射率変化
が生じる。

【００３３】図５は図４に示された反射率変化が、図１
に示すレーザ共振器に生じたときの１サイクル分の時間
的なＱスイッチレーザ発振特性を示したものである。こ
の状態で、図４に示すような電気光学振幅変調器７に印
加するパルス電圧を、１ｋＨｚの周波数で繰り返し与え
る。この発振条件は、図２３で示された従来のＱスイッ
チパルスが得られるものと同一である。

【００３４】このとき、２本の急峻なＱスイッチパルス
が約１μｓの間隔で得られる。２本のＱスイッチパルス
は、それぞれ６６０ｋＷのピークパワと半値全幅で５０
ｎｓを有し、１サイクル当たりに取り出されるレーザエ
ネルギーは約６３ｍＪとなる。

【００３５】図４では、レーザ共振器の１サイクル分の
時間的な反射率変化が２段階のステップ状になるように
したが、例えば図６に示すように３段階にしてみる。図
７はそのときに得られる１サイクル分の時間的なレーザ
発振特性を示したものである。図より、３本の急峻なＱ
スイッチパルスが約１μｓの間隔で得られる。３本のＱ
スイッチパルスは、それぞれ４２０ｋＷのピークパワと
半値全幅で５０ｎｓを有し、１サイクル当たりに取り出
されるレーザエネルギーは約７４ｍＪとなる。

【００３６】図４と図６ではレーザ共振器の１サイクル
分の時間的な反射率変化が２段階もしくは３段階のステ
ップ状になるようにしたが、図８に示すように電圧値の
異なるパルス電圧を続けて印加しても同様の効果が得ら
れる。また、図９に示すように電圧値の同じパルス電圧
を続けて印加すると、図１０に示すようにピークパワー
の値は異なるが、複数本の急峻なＱスイッチパルスが得
られる。図９（ａ）は電圧値の同じパルス電圧を２回続
けて印加した場合であり、このとき得られるパルス特性
が図１０（ａ）に示されている。同様に、図９（ｂ）は
電圧値の同じパルス電圧を３回続けて印加した場合であ
り、このとき得られるパルス特性が図１０（ｂ）に示さ
れている。

【００３７】図１１は本発明によって得られたＱスイッ
チパルスの１サイクル分に含まれるレーザエネルギー
を、従来のＱスイッチパルスのエネルギーと比較したも
のである。図より、本発明のＱスイッチパルス発生技術
を使うことによって、レーザエネルギーは従来のものと
比較して１．５倍程度高められる。また、図５及び図７
と図２３を比較しても、ピーク強度は従来のものと比較
して４分の１程度抑えられる。

【００３８】このように、可変パルス発生器１４から電
気光学振幅変調器７に１サイクルの間に時間的な周期関
数系に従って変化するパルス電圧を印加することによ
り、レーザ共振器の１サイクル分の時間的な反射率変化
を引き起こし、その結果、１サイクルあたりに含まれる
レーザエネルギーを従来のＱスイッチングで得られるも
のよりも増加させることが可能になる。また、従来のＱ
スイッチングで得られるピーク強度は高すぎて、多くの
レーザ加工では不向きであったものが、この発明は、そ
のピーク強度を極端に小さく抑えることができるため微
細な穴空け加工等に多大な効果を発揮する。

【００３９】この実施の形態では、レーザ共振器の１サ
イクル分の時間的な反射率変化が２段階または３段階の
ステップ状である場合について説明したが、これに限る
ものではなく、要は反射率変化が時間的に変化すれば同
様の効果が得られる。また、この実施の形態では、レー
ザ共振器として安定型共振器を構成するものについて説
明したが、これに限るものではなく、不安定型共振器で
あっても同様の効果が得られる。

【００４０】また、この実施の形態では、レーザビーム
３が４５度で入射する偏光制御ミラー１２を用いてレー
ザ共振器を構成する場合に説明したが、これに限るもの
ではなく、レーザビーム３のＰ偏光成分のみを透過さ
せ、Ｓ偏光成分は反射させる特殊膜を施したブリュース
ターミラーを用いても同様の効果が得られる。さらに、
この実施の形態では、反射型の４分の１波長板５を用い
てレーザ共振器を構成する場合に説明したが、これに限
るものではなく、透過型の４分の１波長板を用いても同
様の効果が得られる。

【００４１】実施の形態２．上記実施の形態１では、全
反射ミラー１と１１が安定型のレーザ共振器を構成する
場合について説明したが、図１２に示すように、電気光
学振幅変調器７のレーザビーム出射面に全反射膜２１を
施して全反射鏡を形成し、全反射膜２１と全反射ミラー
１とでレーザ共振器を構成することで、レーザ共振器を
構成する光学部品点数を少なくすることができ、コンパ
クトかつ安価なＣＯ_２レーザ装置を提供できる。

【００４２】また、図１３に示すように、透過窓１３を
電気光学振幅変調器７のレーザビーム出射面に施された
無反射膜２２に置き換えても同様にレーザ共振器を構成
すると光学部品点数を少なくすることができ、コンパク
トかつ安価なＣＯ_２レーザ装置を提供できる。

【００４３】実施の形態３．上記実施の形態１では、レ
ーザ共振器内に挿入された開口部材１５ａ、ｂの動作つ
いては記述しなかったが、例えば、この開口部材１５
ａ,ｂの中央に形成した開口部の直径を調節して共振器
内で発振するレーザビームのモードをＴＥＭ００モード
に選択すると、更に高品質な穴空け加工を行うことがで
きる。

【００４４】図１４は開口部材１５ａ,ｂの開口部の直
径を調節してＴＥＭ００モード発振させたときの、Ｑス
イッチパルスの１サイクル分に含まれるレーザエネルギ
ーを、従来のＴＥＭ００モード発振のＱスイッチパルス
のエネルギーと比較したものである。図より明らかなよ
うに、本発明のＱスイッチパルス発生技術を使うとＴＥ
Ｍ００モード発振でのレーザエネルギーは従来のものと
比較して１．５倍程度高められることがわかる。

【００４５】実施の形態４．上記実施の形態１では、レ
ーザ共振器の１サイクル分の時間的な反射率変化が２段
階または３段階にした場合について説明したが、本実施
の形態は、図１５と図１６に示すように、電気光学振幅
変調器７に印加する可変パルス発生器１４から発生する
パルス電圧を、時間的に周期を持つ多段（４段階、もし
くはそれ以上）のステップ関数系に従って変化するよう
にした。

【００４６】この結果、簡単な電圧制御方法を用いて、
従来のＱスイッチングから取り出されるレーザビームの
強度よりも低いピーク強度で発振し、かつ１パルスあた
りに含まれるレーザエネルギーを従来のものよりも１．
５倍以上高めることができる。

【００４７】実施の形態５．図１７はこの発明における
レーザ装置をレーザビーム発振段とし、レーザビーム増
幅段と組み合わせて多段増幅レーザ装置として適用した
例である。図において、５１はレーザビーム発振段、５
２はレーザビーム発振段５１より発振されたレーザビー
ム強度を増幅するレーザビーム増幅段である。５３はレ
ーザ媒質で、ＣＯ_２レーザを例にとれば放電等により励
起されたガス媒質である。５４ａ,ｂは透過窓であり、
この透過窓５４ａ,ｂはレーザ媒質５３を封入した筺体
においてレーザビーム９の入射口と出射口に配置されて
いる。５５は透過窓５４ａより入射されレーザビーム増
幅段５２内に存在するレーザビーム、５６は透過窓５４
ｂより出射されレレーザビーム増幅段５２外に出射され
たレーザビームである。

【００４８】次に動作について説明する。レーザビーム
発振段５１の動作は実施の形態１で説明したレーザ共振
器の動作と同様である。レーザ発振段５１から出射され
たレーザビーム９は、レーザビーム増幅段５２に導かれ
る。透過窓５４ａを透過してレーザビーム増幅段５２内
に導かれたレーザビーム５５は、増幅段内のレーザ媒質
５３により強度が増幅され、透過窓５４ｂを透過した
後、大出力のレーザビーム５６となる。

【００４９】実施の形態６．実施の形態５では、レーザ
ビーム増幅段５２を一段用いた場合について説明した
が、レーザビーム増幅段５２を複数段用いても同様の効
果を得ることができる。このとき、最終のレーザビーム
増幅段から取り出されたレーザビームはさらに大出力と
なる。

【００５０】実施の形態７．図１８は上記各実施の形態
で説明したレーザ発振器を内蔵したレーザ装置を搭載し
たレーザ加工装置の一例を示すものである。図におい
て、７１は上記各実施の形態で説明したレーザ発振器を
内蔵したレーザ装置である。７２はビームダクト７３
ａ,ｂおよびベンドミラー７４ａ,ｂ,ｃ,ｄなどから構成
され、レーザ発振器７１から発生されるレーザビーム９
を加工ヘッドへ伝送するためのビーム伝送系、７５は加
工ヘッドであり、この加工ヘッド７５はビーム伝送系よ
り伝送されてきたレーザビーム９を被加工物７６上に集
光するための加工レンズ７７、アシストガス管７８より
送気されるアシストガスを被加工物７６に吹き付けるた
めのノズル７９などから構成される。

【００５１】８０は被加工物７６を動かすための加工テ
ーブルである。１８１ａ,ｂはレーザ発振器７１に冷却
水を循環させる水管である。このように構成されたレー
ザ加工装置にあっては、例えばピーク強度が適度に高
く、かつ１サイクル内に含まれるレーザエネルギーも大
きいので高品質な穴空け加工を高速に行うことができ
る。

【００５２】実施の形態８．上記実施の形態１から７で
は、放電励起のガスレーザ、特にＣＯ_２レーザにこの発
明を適用した場合について説明したが、この発明のレー
ザ装置はこれに限るものではなく、放電励起のガスレー
ザ、例えばエキシマレーザや金属蒸気レーザ、さらに固
体レーザ装置に適用しても同様の効果が得られる。

【００５３】図１９はこの発明におけるレーザ装置を固
体レーザ装置に適用した例である。図において、８１は
固体素子で、例えばＹＡＧレーザを例にとればＹ３−ｘ
ＮｄｘＡｌ５Ｏ１２なる組成を持つ。８２は例えばフラ
ッシュランプからなる固体素子８１の励起用の光源、８
３は光源８２の支持部、８４は固体レーザ装置の外枠で
ある。

【００５４】本実施の形態の動作は動作は実施の形態１
で示したものとほぼ同様であり、固体素子８１は光源８
２からの直接光により励起され、レーザ媒質を形成す
る。そして、レーザ媒質内でレーザビーム３を共振させ
て増幅し、さらにレーザビーム３の一部を固体レーザ装
置の外部にレーザビーム９として取り出す。レーザ共振
器内で発振するレーザビーム３の発振モードは、例えば
実施の形態３で説明したとおりで、開口部１５ａ,ｂの
直径により選択される。

【００５５】また、固体レーザ装置から出射されたレー
ザビームを、実施の形態５、６に示す様にレーザビーム
増幅段５２に導き、増幅段内のレーザ媒質５３によりレ
ーザビーム強度を増幅して大出力のレーザビーム５６と
して外部に出射することもできる。

【００５６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、レーザ媒質を
介して発生したレーザビームを一対の反射ミラー間で相
互に反射させるレーザ共振器内に、一方の全反射ミラー
により反射されたレーザビームを受けて他方の全反射ミ
ラー方向に反射させる偏光分離ミラーと、この偏光分離
ミラーにより反射されたレーザビームを前記他方の全反
射ミラーに向けて反射する１／４波長板と、この１／４
波長板によって反射されたレーザビームを入射して光学
的に振幅変調して前記他方の全反射ミラーに出射させる
電気光学振幅変調器とを配置し、且つ、前記電気光学振
幅変調器に対し、時間的な周期関数系に従い変化して且
つ、その一周期に印加状態が少なくとも２回以上変化す
るパルス電圧を発生して印加する可変パルス発生器を備
え、前記レーザ媒質を介して発生したレーザビームを一
対の全反射ミラー間で反射させながら前記偏光分離ミラ
ーから出射するようにしたので、従来のＱスイッチング
から取り出されるレーザビームの強度よりも低いピーク
強度で発振し、かつ１パルスあたりに含まれるレーザエ
ネルギーを従来のものよりも１．５倍程度高めることが
でき、更に、レーザ装置自体を非常にコンパクトにでき
るため、設置スペースを小さくすることができると共に
レーザ装置の大幅なコストダウンが可能になるという効
果がある。

【００５７】請求項２の発明によれば、レーザ媒質を固
体レーザ素子とし、この固体レーザ素子の励起用の光源
を備えたので、請求項１に係るレーザ装置より簡易な構
成で同様な効果を奏する。

【００５８】請求項３の発明によれば、他の反射ミラー
に代えて電気光学振幅変調器のレーザビーム出射面に全
反射膜を施し、全反射膜と一方の反射ミラーとでレーザ
共振器を構成したので、レーザ共振器を構成する光学部
品点数を少なくすることができ、コンパクトかつ安価な
レーザ装置を提供できるという効果がある。

【００５９】請求項４の発明に係るレーザ装置は、レー
ザ共振器内におけるレーザビームの光路中に、ビーム径
を調整する開口部を形成した開口部材を配置し、前記レ
ーザビームの横モードを選択するようにしたので、開口
の直径を調節することで、共振器内で発振するレーザビ
ームのモードを自由に選択することができる。さらに、
この発明のレーザ装置を使用したレーザ加工機では、高
品質なレーザビームを維持したままで長時間の連続運転
が可能となり、加工コストの低減や消費電力の低減を図
ることができるという効果がある。

【００６０】請求項５の発明によれば、可変パルス発生
器から発生するパルス電圧を、時間的に周期を持つ多段
のステップ関数系に従って変化させるようにしたので、
簡単な電圧制御方法を用いて、従来のＱスイッチングか
ら取り出されるレーザビームの強度よりも低いピーク強
度で発振し、かつ１パルスあたりに含まれるレーザエネ
ルギーを従来のものよりも１．５倍以上高めることがで
きる。さらには、レーザ装置自体を非常にコンパクトに
できるため、設置スペースを小さくすることができ、か
つレーザ装置の大幅なコストダウンが可能になるという
効果がある。

【００６１】請求項６の発明によれば、レーザ共振器の
偏光分離ミラーから出射されたレーザビームを増幅する
レーザビーム増幅手段を備えたので、レーザビーム増幅
段内に導かれたレーザビームは、増幅段内のレーザ媒質
により増幅され、大出力のＱスイッチレーザビームとな
る。品質の良いレーザビームが、増幅段内のレーザ媒質
から極めて効率良くエネルギーを取り出すことができた
め、レンズを用いて集光すると集光性の良いレーザビー
ムとなるので、例えばレーザ加工用の被加工物に当てる
と効率良くレーザ加工を行うことができるという効果が
ある。

【００６２】請求項７の発明によれば、レーザビーム増
幅手段を多段増幅器で構成したので、レーザビーム増幅
段内に導かれたレーザビームは、複数の増幅段内のレー
ザ媒質により増幅され、より大出力のＱスイッチレーザ
ビームとなる。また、品質の良いレーザビームが、増幅
段内のレーザ媒質から極めて効率良くエネルギーを取り
出すことができるため、このレーザビームをレンズを用
いて集光すると集光性の良いレーザビームとなるので、
例えばレーザ加工用の被加工物に当てると効率良くレー
ザ加工を行うことができるという効果がある。

【００６３】請求項８の発明によれば、レーザ共振器よ
り出射されたレーザビームを直接あるいはレーザビーム
増幅器で増幅した後に被加工物に誘導して照射するよう
にしたので、集光性の良いレーザビームにより被加工物
を加工でき、高速な加工が可能になる。さらには、レー
ザ装置自体を非常にコンパクトにできるためレーザ加工
装置の設置スペースを小さくすることができ、かつ大幅
なコストダウンが可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
動作を説明するレーザビームの状態図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
動作を説明するレーザビームの状態図である。

【図４】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
共振器全体の反射率変化を表す図である。

【図５】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
パルス特性を表す図である。

【図６】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
共振器全体の反射率変化を表す図である。

【図７】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
パルス特性を表す図である。

【図８】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
共振器全体の反射率変化を表す図である。

【図９】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置の
共振器全体の反射率変化を表す図である。

【図１０】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置
のパルス強度特性を表す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態１に係るレーザ装置
の出力特性を表す図である。

【図１２】 この発明の実施の形態２に係るレーザ装置
の構成を示す断面図である。

【図１３】 この発明の実施の形態２に係る他のレーザ
装置の構成を示す断面図である。

【図１４】 この発明の実施の形態３に係るレーザ装置
の出力特性を表す図である。

【図１５】 この発明の実施の形態４に係るレーザ装置
の共振器全体の反射率変化を表す図である。

【図１６】 この発明の実施の形態４に係るレーザ装置
の共振器全体の反射率変化を表す図である。

【図１７】 この発明の実施の形態５に係るレーザ装置
の構成を示す断面図である。

【図１８】 この発明の実施の形態７に係るレーザ加工
装置の構成を示す断面図である。

【図１９】 この発明の実施の形態８に係るレーザ装置
の構成をを示す断面図である。

【図２０】 従来のレーザ装置の構成を示す断面図であ
る。

【図２１】 従来のレーザ装置の動作を表す図である。

【図２２】 従来のレーザ装置の動作を表す図である。

【図２３】 従来のレーザ装置のパルス特性を表す図で
ある。

【符号の説明】

１，１１ 全反射ミラー、２ 部分反射ミラー、３，９
レーザビーム、５４分の１波長板、７ 電気光学振幅
変調器、８ パルス発生器、１７ 箱体、１２ 偏光制
御ミラー、１３，５４ａ，ｂ 透過窓、１４ 可変パル
ス発生器、１５ａ，ｂ 開口部材、１６，５３ レーザ
媒質、２１ 全反射膜、２２ 無反射膜、５１ レーザ
ビーム発振段、５２ レーザビーム増幅段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 正明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質を介して発生したレーザビー
   ムを一対の全反射ミラー間で相互に反射させるレーザ共
   振器内に、一方の全反射ミラーにより反射されたレーザ
   ビームを受けて他方の全反射ミラー方向に反射させる偏
   光分離ミラーと、この偏光分離ミラーにより反射された
   レーザビームを前記他方の全反射ミラーに向けて反射す
   る１／４波長板と、この１／４波長板によって反射され
   たレーザビームを入射して光学的に振幅変調して前記他
   方の全反射ミラーに出射させる電気光学振幅変調器とを
   配置し、且つ、この電気光学振幅変調器に対し、一時間
   的な周期関数系に従い変化して一周期に印加状態が少な
   くとも２回以上変化するパルス電圧を発生して印加する
   可変パルス発生器を備え、前記レーザ媒質を介して発生
   したレーザビームを前記一対の全反射ミラー間で相互に
   反射させながら前記偏光分離ミラーから外部に出射する
   ことを特徴とするレーザ装置。
2. 【請求項２】 レーザ媒質を固体レーザ素子とし、この
   固体レーザ素子の励起用の光源を備えたことを特徴とす
   る請求項第１項に記載のレーザ装置。
3. 【請求項３】 他方の反射ミラーに代えて電気光学振幅
   変調器のレーザビーム出射面に全反射膜を施し、全反射
   膜と一方の反射ミラーとでレーザ共振器を構成すること
   を特徴とする請求項第１項または第２項に記載のレーザ
   装置。
4. 【請求項４】 レーザ共振器内におけるレーザビームの
   光路中に、ビーム径を調整する開口部を形成した開口部
   材を配置し、前記開口部の径を調整して前記レーザビー
   ムの横モードを選択することを特徴とする請求項第１項
   また第３項に記載のレーザ装置。
5. 【請求項５】 可変パルス発生器から発生するパルス電
   圧は、時間的に周期を持つ多段のステップ関数系に従っ
   て変化することを特徴とする請求項第１項から第４項の
   いずれかに記載のレーザ装置。
6. 【請求項６】 レーザ共振器の偏光分離ミラーから出射
   されたレーザビームを増幅するレーザビーム増幅手段を
   備えたことを特徴とする請求項第１項から第５項のいず
   れかに記載のレーザ装置。
7. 【請求項７】 レーザビーム増幅手段は多段増幅器で構
   成することを特徴とする請求項第６項に記載のレーザ装
   置。
8. 【請求項８】 レーザ共振器より出射されたレーザビー
   ムを直接あるいはレーザビーム増幅器で増幅した後に被
   加工物に誘導して照射することを特徴とする請求項第１
   項から第７項のいずれかに記載のレーザ加工装置。