JPH11346025A - 固体レーザー装置におけるレーザー光発振方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミラーの光学コーティングを損傷させること
なく外部シャッターミラーを用いてレーザー光の放出を
制御して品質の高いレーザー光により加工開始初期から
加工終了時に亘って高品質なレーザー加工を行う。 【解決手段】 固体レーザー媒質と、固体レーザー媒質
を励起するための励起ランプと、固体レーザー媒質を挟
んでレーザー光の光路上に対向配置された全反射ミラー
及び出力ミラーとを備えた固体レーザー装置にしてレー
ザー光を発振させるに際し、前記励起ランプへの投入電
力を段階的に大きくして投入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体レーザー装置
におけるレーザー光発振方法に関し、特にレーザー発振
初期のレーザー光のエネルギー密度を低くすることので
きるレーザー光発振方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザー発振器から発振され集光したレ
ーザー光を、アシストガスと共に加工ヘッド先端からワ
ークに向けて照射し、そのレーザー光によってワークを
切断等するようにしたレーザー加工装置としては、例え
ば特開平５−２８５６８０号公報等に開示されたものが
知られている。

【０００３】この種のレーザー加工装置に使用されるレ
ーザー発振器としては、例えば図４に示すように、固体
レーザー媒質１と、一対の励起ランプ２、２と、出カミ
ラー３と、全反射ミラー４とから構成されている。この
他に、いずれも図示は省略するが、励起ランプ２、２に
電力を供給する電源、励起ランプ２、２及び固体レーザ
ー媒質１を冷却するための冷却装置が設けられている。

【０００４】そして、上記固体レーザー発振器では、図
４に示すように、励起ランプ２、２によって固体レーザ
媒質１を励起すると、２枚の共振器ミラーである出カミ
ラー３及び全反射ミラー４間で共振が起こり、レーザー
光Ｈが出力される。

【０００５】固体レーザー媒質１は、図５に示すよう
に、発振開始とともに電源から励起ランプ２、２に投入
電力Ｐなる電力が供給されて励起され、これら励起ラン
プ２、２からの励起光を吸収することにより熱負荷を負
う。かかる熱負荷は、安定するまでに有限の時間を必要
とする。すなわち、図６に示すように、熱負荷は発振開
始とともに増加して行き、ある時間Ｔで飽和に達する。
飽和までの時間Ｔは、発振器内部の構成、固体レーザー
媒質１の冷却条件などによって異なるが、おおよそ１０
秒程度である。また、この熱負荷によって固体レーザー
媒質１の中心部から周辺部にかけて温度分布が生じ、こ
れが屈折率分布となりレンズの作用をする、いわゆる熱
レンズが形成される。

【０００６】固体レーザー媒質１から生成されるレーザ
ー光自身も同様に、熱負荷（熱レンズ）の影響を受け、
レーザー媒質１の熱負荷増加とともに、レーザー光Ｈの
ビーム品質は悪化していく。つまり、図７に示すよう
に、レーザー発振初期のレーザー光Ｈは、熱レンズの影
響を受けないのでビーム品質は最良の状態で、レーザー
光Ｈのエネルギー密度も最大になるが、時間ととも熱レ
ンズが形成されてビーム品質が悪化しエネルギー密度は
低下して行く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このため、図４に示す
ように、固体レーザー媒質１の両側に出カミラー３及び
全反射ミラー４からなる２枚の共振器ミラーを配した構
成としてレーザー発振させた揚合、レーザー発振開始初
期のエネルギー密度の高いレーザー光Ｈが、前記出カミ
ラー３及び全反射ミラー４の光学コーティングを損傷さ
せることがある。

【０００８】また、レーザー光Ｈを集光レンズで集光し
光ファイバーに入射する場合、レーザー発振開始初期の
ビーム品質の良いレーザー光Ｈを入射すると、光ファイ
バーのレーザー光入射端面を損傷することがある。

【０００９】通常、このような損傷を防ぐために、図８
に示すように、駆動モータ５、５によって開閉自在とさ
れた一対の内部シャッター６、６を共振器内部に設け、
固体レーザー媒質１の熱負荷が安定するまで内部シャッ
ター６、６を閉じて共振を止め、熱負荷安定後（パワー
密度低下後）に内部シャッター６、６を開けてレーザー
光Ｈを出力すようにしている。

【００１０】しかし、このように内部シャッター６、６
を使用した場合、内部シャッター６、６を開けて外部に
レーザー光Ｈを出力した瞬間、固体レーザー媒質１の熱
負荷が変化してしまう（小さくなる）。したがって、こ
のような状況でレーザー光Ｈを使用してレーザー加工を
行うと加工初期とその後で加工状況が変化してしまうと
いう問題が発生する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】レーザー加工を安定に行
うためには、内部シャッター６、６を使用しないで、図
１に示すように共振器外部に設けた外部シャッター７を
使用し、固体レーザー媒質１の熱負荷が安定するまでは
外部シャッター７を閉じてレーザー光Ｈをビームダンパ
ー８に入射しておき、固体レーザー媒質１の熱負荷安定
後に駆動モータ９によって外部シャッター７を開ける必
要がある。

【００１２】しかし、外部シャッター７を使用した場
合、エネルギー密度の高いレーザー光Ｈに出カミラー
３、全反射ミラー４及び外部シャッターミラー１０が曝
されるため、やはりミラーの光学コーティングを損傷さ
せる虞れが出てくる。

【００１３】そこで本発明は、外部シャッター７を使用
した場合でも出カミラー３、全反射ミラー４及び外部シ
ャッターミラー１０の光学コーティングが損傷を受けな
いように、発振開始初期はレーザー光Ｈのエネルギー密
度が低くなるように、励起ランプ２、２への投入電力を
ある規定の値まで次第に大きくする（例えば段階的に大
きくする）ようにして、上記の課題を解決する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した具体的な
実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１５】＜固体レーザー発振器の構成＞先ず、固体
レーザー装置に使用される固体レーザー発振器の構成に
ついて図１を参照して説明する。固体レーザー発振器
は、図１に示すように、固体レーザー媒質１と、一対の
励起ランプ２、２と、出カミラー３と、全反射ミラー４
と、外部シャッター７と、ビームダンパー８とを主たる
構成とし、この他、励起ランプ２、２に電力を供給する
電源、励起ランプ２、２及び固体レーザー媒質１を冷却
するための冷却装置（いずれも図示は省略する）を有し
ている。

【００１６】一対の励起ランプ２、２は、固体レーザー
媒質１を挟んでその両側に設けられており、該固体レー
ザー媒質１を励起するようになっている。そして、二枚
の共振ミラーからなる出カミラー３及び全反射ミラー４
は、固体レーザー媒質１を挟んでレーザー光Ｈの光路上
に対向配置されている。

【００１７】外部シャッター７は、共振器の前方に設け
られており、出カミラー３より出力されたレーザー光Ｈ
をビームダンパー８に入射させるように構成されてい
る。かかる外部シャッター７は、駆動モータ９によって
開閉自在とされており、シャッタ部材に設けた外部シャ
ッターミラー１０にてレーザー光Ｈを加工ヘッドに出力
せずに遮ってビームダンパー８へと反射させて入射させ
るようになっている。

【００１８】上記構成のレーザー発振器においては、励
起ランプ２、２によって固体レーザー媒質１が励起され
ると、出カミラー３と全反射ミラー４間で共振すること
により、レーザー光Ｈが出カミラー３から共振器外へと
出射される。そして、出カミラー３より出射されたエネ
ルギー密度の高いレーザー光Ｈは、外部シャッターミラ
ー１０によってその向きが変えられて、ビームダンパー
８へと入射される。これにより、レーザー光Ｈの加工ヘ
ッドへの入射が遮られる。

【００１９】＜レーザー光発振方法＞次に、上記レーザ
ー発振器におけるレーザー光発振方法について図面を参
照して説明する。本実施形態では、固体レーザー媒質１
を励起するに際して、励起ランプ２、２に大きな電力を
急激に供給するのではなく、その投入電力を段階的に大
きくしながら投入して行く。以下、これについて詳しく
説明する。

【００２０】図２は励起ランプ２、２への投入電力のタ
イムチャートであり、横軸は時間を、縦軸は電源から励
起ランプ２、２へ供給する投入電力を示している。図３
はそのときのレーザー光のエネルギー密度の時間変化を
示した図であり、横軸は時間を、縦軸はレーザー光のエ
ネルギー密度を示している。

【００２１】本実施例では、レーザー光を発振させるに
際して、励起ランプ２、２にいきなりＰなる電力を投入
するのではなく、図２に示すようにＰ／３の投入電力を
Ｔ／３時間投入し、次に２Ｐ／３の投入電力をＴ／３時
間投入し、最後にＰなる投入電力（規定の値）を継続し
て励起ランプ２、２に供給する。以後は、投入電力をＰ
とする。なお、Ｔは熱負荷がほぼ安定するまでの時間を
表している。

【００２２】このときのエネルギー密度の時間変化を表
したのが図３である。この図３から判るように、発振初
期のレーザー光Ｈのエネルギー密度は、Ｐなる投入電力
を一度に供給したときの最大エネルギー密度Ｅ（図７参
照）の１／３となり、最も大きくなるところでもＥ／２
以下になる。このように、励起ランプ２、２への投入電
力を段階的に大きくして投入すれば、レーザー発振初期
のレーザー光のエネルギー密度を低く抑えることができ
る。

【００２３】したがって、レーザー発振開始初期のエネ
ルギー密度の高いレーザー光によって出カミラー３、全
反射ミラー４及び外部シャッターミラー１０の光学コー
ティングを損傷させることもなく、且つ光ファイバーの
レーザー光入力端面をも損傷させることはない。また、
光学コーティングを損傷させることがないため、外部シ
ャッター７を用いてレーザー光の放出を制御でき、時間
の変化による出力変動の少ない品質の高いレーザー光に
よって高品質なレーザー加工が行える。

【００２４】以上、本発明を適用した固体レーザー装置
におけるレーザー発振方法について説明したが、上述の
実施形態に制限されず種々の変更が可能である。

【００２５】例えば、本実施形態では、励起ランプ２、
２へ供給する投入電力を３段階に増加させたが、これは
２段階でもさらに４段階以上でもよく、要は投入電力を
段階的に大きくなるようにすれば、上述の実施形態と同
様の効果を実現することができる。

【００２６】また、上述の実施形態では、投入電力をあ
る規定の値まで段階的に大きくなるように投入したが、
投入電力を直線的または曲線的に連続して大きくなるよ
うに投入しても同様の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２８】本発明によれば、励起ランプへの投入電力
を段階的に大きくすることによって、レーザー発振初期
のレーザー光のエネルギー密度を大幅に低くできるた
め、ミラーなどの光学コーティングを損傷させることな
く外部シャッターを用いて、出力時間帯に左右されるこ
となくビーム品質の安定したレーザー光の放出制御が可
能となり、高品質なレーザー加工を加工開始初期から終
了時に亘って行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における固体レーザー装置の概略構
成図である。

【図２】本発明方法における励起ランプへの投入電力の
タイムチャートである。

【図３】本発明方法におけるレーザー光のエネルギー密
度の時間変化を示す図である。

【図４】従来の固体レーザー装置の概略構成図である。

【図５】従来法における励起ランプへの投入電力のタイ
ムチャートである。

【図６】従来法における固体レーザー媒質の熱負荷の時
間変化を示す図である。

【図７】従来法におけるレーザー光のエネルギー密度の
時間変化を示す図である。

【図８】内部シャッターを有した従来の固体レーザー装
置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ 固体レーザー媒質 ２ 励起ランプ ３ 出カミラー ４ 全反射ミラー ７ 外部シャッター ８ ビームダンパー １０ 外部シャッターミラー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体レーザー媒質と、該固体レーザー媒
   質を励起するための励起ランプと、該固体レーザー媒質
   を挟んでレーザー光の光路上に対向配置された全反射ミ
   ラー及び出力ミラーとを備えた固体レーザー装置にして
   レーザー光を発振させるに際し、 前記励起ランプへの投入電力を規定の値まで次第に大き
   くすることを特徴とする固体レーザー装置におけるレー
   ザー光発振方法。
2. 【請求項２】 前記投入電力の増大時間は、前記固体レ
   ーザー媒質の熱負荷がほぼ安定するまでであり、以後ほ
   ぼ一定の電力を供給することを特徴とする請求項１記載
   の固体レーザー装置におけるレーザー光発振方法。
3. 【請求項３】 前記出力ミラーの前方にレーザー光の出
   力を遮るシャッターミラーを配置してあることを特徴と
   する請求項１又は２記載の固体レーザー装置におけるレ
   ーザー光発振方法。