JPH1168212A - Ｑスイッチレーザ装置 - Google Patents
Ｑスイッチレーザ装置Info
- Publication number
- JPH1168212A JPH1168212A JP22946697A JP22946697A JPH1168212A JP H1168212 A JPH1168212 A JP H1168212A JP 22946697 A JP22946697 A JP 22946697A JP 22946697 A JP22946697 A JP 22946697A JP H1168212 A JPH1168212 A JP H1168212A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力Ｑスイッチレーザ装置において、耐久
性に優れ、高速チョッピングが可能なＱスイッチレーザ
装置を提供する。 【解決手段】 光共振器中に組み込まれたテレスコープ
と、テレスコープを構成する一対の集光素子の共焦点位
置またはその近傍をスリットが横切るように配置された
チョッパディスクとを備えたＱスイッチレーザ装置にお
いて、前記スリット３３の先端エッジ部３４の、ディス
ク周方向に沿う断面がくさび形となっており、後端エッ
ジ部３６のエッジ面３７がディスク面に対して実質的に
直角となっている。
性に優れ、高速チョッピングが可能なＱスイッチレーザ
装置を提供する。 【解決手段】 光共振器中に組み込まれたテレスコープ
と、テレスコープを構成する一対の集光素子の共焦点位
置またはその近傍をスリットが横切るように配置された
チョッパディスクとを備えたＱスイッチレーザ装置にお
いて、前記スリット３３の先端エッジ部３４の、ディス
ク周方向に沿う断面がくさび形となっており、後端エッ
ジ部３６のエッジ面３７がディスク面に対して実質的に
直角となっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＱスイッチレーザ
装置、特に高出力かつ高速のＱスイッチ発振を行うＱス
イッチレーザ装置に関する。この発明のＱスイッチレー
ザ装置は、溶接、切断、表面処理その他の加工に利用さ
れる。
装置、特に高出力かつ高速のＱスイッチ発振を行うＱス
イッチレーザ装置に関する。この発明のＱスイッチレー
ザ装置は、溶接、切断、表面処理その他の加工に利用さ
れる。
【０００２】
【従来の技術】高ピーク出力を持つパルスレーザは高速
加工、化学反応等の種々のレーザ応用において、連続波
レーザに比べ効果的である。工業応用可能なレーザは、
ＹＡＧレーザおよびＣＯ2 レーザがある。これらのレー
ザでパルス光を得る方法として励起をパルス化したノー
マルパルスがあるが、得られるピーク出力は小さい。
加工、化学反応等の種々のレーザ応用において、連続波
レーザに比べ効果的である。工業応用可能なレーザは、
ＹＡＧレーザおよびＣＯ2 レーザがある。これらのレー
ザでパルス光を得る方法として励起をパルス化したノー
マルパルスがあるが、得られるピーク出力は小さい。
【０００３】高ピークパルスを得る方法として連続波レ
ーザにＱスイッチを用いる方法がある。Ｑスイッチとし
ては、電気／音響光学素子を用いる方法がある。しか
し、素子の耐光強度、およびＹＡＧレーザ媒質のスケー
リングの問題からレーザ平均出力は数百Ｗ以下であり、
溶接などの加工応用には不適である。
ーザにＱスイッチを用いる方法がある。Ｑスイッチとし
ては、電気／音響光学素子を用いる方法がある。しか
し、素子の耐光強度、およびＹＡＧレーザ媒質のスケー
リングの問題からレーザ平均出力は数百Ｗ以下であり、
溶接などの加工応用には不適である。
【０００４】高出力ＱスイッチレーザのＱスイッチ方法
としては、光共振器内部に一対のレンズからなるテレス
コープを挿入して微小ビームスポットを形成して、そこ
で機械式チョッパディスクによりＱスイッチを行う方法
が知られている。この方法では、高出力動作時のＱスイ
ッチの耐久性、パルス繰返しの制御性、ランニングコス
ト等の点から最も適している。
としては、光共振器内部に一対のレンズからなるテレス
コープを挿入して微小ビームスポットを形成して、そこ
で機械式チョッパディスクによりＱスイッチを行う方法
が知られている。この方法では、高出力動作時のＱスイ
ッチの耐久性、パルス繰返しの制御性、ランニングコス
ト等の点から最も適している。
【０００５】しかし、光共振器内で高強度に集光された
レーザビームの開放・遮断を繰り返す必要があるため、
実用上チョッパディスクの耐久性に問題があった。耐久
性を確保するためチョッパディスクを厚くすると、チョ
ッピング速度（チョッパ開放速度）が低下する。すなわ
ち、図３に示すように、チョッピング位置の前後でレー
ザビームＬＢは広がる（短焦点テレスコープほど広がり
は大きい）。図３から明らかなように、ディスク厚ｔが
大きいと、それだけチョッピング位置で遮断されるビー
ム径が太くなる。この結果、ビーム開放開始から完全に
開放されるまでの時間が長くなる、つまりチョッピング
速度が低下する。チョッピング速度が低下すると、ビー
ム断面上の開放された所から部分的に発振が始まるの
で、まだ閉まっている部分は発振の妨げとなり、健全な
パルス成長ができない。このため、Ｑスイッチパルスの
立上り速度が低下し、鋭い立上りのＱスイッチパルスが
得られないという問題が発生する。また、チョッパディ
スク全体を薄くすることも可能であるが、高速回転では
空気抵抗によりチョッパディスクが変形する問題もあっ
た。
レーザビームの開放・遮断を繰り返す必要があるため、
実用上チョッパディスクの耐久性に問題があった。耐久
性を確保するためチョッパディスクを厚くすると、チョ
ッピング速度（チョッパ開放速度）が低下する。すなわ
ち、図３に示すように、チョッピング位置の前後でレー
ザビームＬＢは広がる（短焦点テレスコープほど広がり
は大きい）。図３から明らかなように、ディスク厚ｔが
大きいと、それだけチョッピング位置で遮断されるビー
ム径が太くなる。この結果、ビーム開放開始から完全に
開放されるまでの時間が長くなる、つまりチョッピング
速度が低下する。チョッピング速度が低下すると、ビー
ム断面上の開放された所から部分的に発振が始まるの
で、まだ閉まっている部分は発振の妨げとなり、健全な
パルス成長ができない。このため、Ｑスイッチパルスの
立上り速度が低下し、鋭い立上りのＱスイッチパルスが
得られないという問題が発生する。また、チョッパディ
スク全体を薄くすることも可能であるが、高速回転では
空気抵抗によりチョッパディスクが変形する問題もあっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、高出力Ｑ
スイッチレーザ装置において、耐久性に優れ、高速チョ
ッピングが可能なＱスイッチレーザ装置を提供すること
を課題としている。
スイッチレーザ装置において、耐久性に優れ、高速チョ
ッピングが可能なＱスイッチレーザ装置を提供すること
を課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明のＱスイッチレ
ーザ装置は、光共振器中に組み込まれたテレスコープ
と、テレスコープを構成する一対の集光素子の共焦点位
置またはその近傍をスリットが横切るように配置された
チョッパディスクとを備えている。前記スリットの先端
エッジ部のディスク周方向に沿う断面が、くさび形とな
っている。先端エッジは、各スリットにおいて、チョッ
パディスクの回転によりレーザビームが先に通過する側
のエッジである。また、後端エッジ部のエッジ面が、デ
ィスク面に対して実質的に直角となっている。後端エッ
ジは、各スリットにおいて、チョッパディスクの回転に
よりレーザビームが後に通過する側のエッジである。
ーザ装置は、光共振器中に組み込まれたテレスコープ
と、テレスコープを構成する一対の集光素子の共焦点位
置またはその近傍をスリットが横切るように配置された
チョッパディスクとを備えている。前記スリットの先端
エッジ部のディスク周方向に沿う断面が、くさび形とな
っている。先端エッジは、各スリットにおいて、チョッ
パディスクの回転によりレーザビームが先に通過する側
のエッジである。また、後端エッジ部のエッジ面が、デ
ィスク面に対して実質的に直角となっている。後端エッ
ジは、各スリットにおいて、チョッパディスクの回転に
よりレーザビームが後に通過する側のエッジである。
【０００８】上記Ｑスイッチレーザ装置において、チョ
ッパディスクの回転により、スリットの先端エッジでレ
ーザビームが開放され、ついで後端エッジで遮断され
る。レーザビームは、スリット通過によりパルス状とな
ってレーザ装置から出射される。
ッパディスクの回転により、スリットの先端エッジでレ
ーザビームが開放され、ついで後端エッジで遮断され
る。レーザビームは、スリット通過によりパルス状とな
ってレーザ装置から出射される。
【０００９】発明者達は、チョッパディスクの耐久性と
Ｑスイッチ速度の確保を両立するため、スリット開閉と
Ｑスイッチパルス発生の時間関係を詳細に検討した。そ
の結果、図４に示すように、チョッピング位置でのビー
ム径に対して、Ｑスイッチ開放時間が十分速ければパル
ス立上り時にはスリットに高強度のビームは照射されな
い。一方、ＱスイッチＣＯ2 レーザの特性として図中に
示すように初期スパイクＩＳの後に低ピークのテールＴ
Ｌが存在する。このテールＴＬはスリット閉鎖されるま
で持続するため、レーザビームが遮断される位置でレー
ザビームがスリットに当たり、損傷しやすいことが判明
した。したがって、チョッパディスクの先端エッジ部
（開放部）は特に損傷を考慮する必要はなく、チョッピ
ング速度を確保するためデイスク厚みはできるだけ薄く
し、後端エッジ部（遮断部）は耐ダメージ性を重視し
て、厚くすることが望ましい。また、先端エッジ部の厚
みを薄くすることにより、レーザパルス成長速度に比べ
てチョッピング速度が速くなり、レーザパルス成長が妨
げられることはなく、鋭い立上りのＱスイッチパルスが
得られる。この発明は、これら知見に基づいて、チョッ
パディスクのエッジ部の断面形状を上述の形状としたも
のである。
Ｑスイッチ速度の確保を両立するため、スリット開閉と
Ｑスイッチパルス発生の時間関係を詳細に検討した。そ
の結果、図４に示すように、チョッピング位置でのビー
ム径に対して、Ｑスイッチ開放時間が十分速ければパル
ス立上り時にはスリットに高強度のビームは照射されな
い。一方、ＱスイッチＣＯ2 レーザの特性として図中に
示すように初期スパイクＩＳの後に低ピークのテールＴ
Ｌが存在する。このテールＴＬはスリット閉鎖されるま
で持続するため、レーザビームが遮断される位置でレー
ザビームがスリットに当たり、損傷しやすいことが判明
した。したがって、チョッパディスクの先端エッジ部
（開放部）は特に損傷を考慮する必要はなく、チョッピ
ング速度を確保するためデイスク厚みはできるだけ薄く
し、後端エッジ部（遮断部）は耐ダメージ性を重視し
て、厚くすることが望ましい。また、先端エッジ部の厚
みを薄くすることにより、レーザパルス成長速度に比べ
てチョッピング速度が速くなり、レーザパルス成長が妨
げられることはなく、鋭い立上りのＱスイッチパルスが
得られる。この発明は、これら知見に基づいて、チョッ
パディスクのエッジ部の断面形状を上述の形状としたも
のである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、この発明のＱスイッチレ
ーザ装置の実施の形態を示しており、装置主要部の模式
的構成図である。ＱスイッチＣＯ2 レーザ装置は、主と
して放電励起部１１、光共振器２１、Ｑスイッチ装置３
１、およびケーシング４１とからなっている。なお、図
１では、放電励起部の電極、ＣＯ2 レーザガス供給装
置、レーザ電源などレーザ発振器に必要な装置や部材を
省略している。
ーザ装置の実施の形態を示しており、装置主要部の模式
的構成図である。ＱスイッチＣＯ2 レーザ装置は、主と
して放電励起部１１、光共振器２１、Ｑスイッチ装置３
１、およびケーシング４１とからなっている。なお、図
１では、放電励起部の電極、ＣＯ2 レーザガス供給装
置、レーザ電源などレーザ発振器に必要な装置や部材を
省略している。
【００１１】放電励起部１１は、ケーシング４１内に形
成されており、ＣＯ2 レーザガスが常時供給されてい
る。レーザガスは放電励起され、レーザ光が発生する。
成されており、ＣＯ2 レーザガスが常時供給されてい
る。レーザガスは放電励起され、レーザ光が発生する。
【００１２】光共振器２１は、半透鏡２２とテレスコー
プ２５とからなっている。半透鏡２２は、たとえばＺｎ
Ｓｅ製で表面多層コートが施されており、反射率は５０
％である。テレスコープ２５は全反射凹面鏡２６と集光
凸レンズ２７とからなっている。全反射凹面鏡２６は、
銅などで作られており、表面に金コートが施されてい
る。テレスコープ２５は、反射面が球面または放物面の
いずれであってもよく、光軸は半透鏡の光軸に一致して
いる。テレスコープは、全反射凹面鏡と集光凹面鏡とで
構成してもよい。この場合、テレスコープの光軸が半透
鏡の光軸に直交するようにして、テレスコープは配置さ
れる。
プ２５とからなっている。半透鏡２２は、たとえばＺｎ
Ｓｅ製で表面多層コートが施されており、反射率は５０
％である。テレスコープ２５は全反射凹面鏡２６と集光
凸レンズ２７とからなっている。全反射凹面鏡２６は、
銅などで作られており、表面に金コートが施されてい
る。テレスコープ２５は、反射面が球面または放物面の
いずれであってもよく、光軸は半透鏡の光軸に一致して
いる。テレスコープは、全反射凹面鏡と集光凹面鏡とで
構成してもよい。この場合、テレスコープの光軸が半透
鏡の光軸に直交するようにして、テレスコープは配置さ
れる。
【００１３】Ｑスイッチ装置３１は、円盤状のチョッパ
ディスク３２を備えている。チョッパディスク３２はス
テンレス鋼、銅などで作られており、直径は１００〜２
００mm 、厚みは０．５〜２ mm 程度である。図２に示
すように、チョッパディスク３２の外周寄りに多数のス
リット３３が円周方向に沿って設けられている。スリッ
ト３３の長さは５〜３０ mm 、平均幅は０．５〜２ mm
程度である。スリット数は、必要な繰返し周波数により
決められる。スリット３３の先端エッジ部３４の、ディ
スク周方向に沿う断面は、くさび形となっている。くさ
びの形状は、図３に示すような直角３角形に限られるも
のではなく、たとえば２等辺３角形であってもよい。く
さびは、長さがディスク厚みの１〜２倍、くさび角が１
０〜４５゜程度である。後端エッジ部３６のエッジ面３
７は、ディスク面に対して直角となっている。エッジ面
３７はディスク面に対して正確に直角である必要はな
く、後端エッジ部３６の強度が許される範囲、たとえば
ディスク面に対して８０〜９５゜程度であればよい。な
お、チョッパ径方向に沿ってチョッパ中心に向かうに従
い、スリット幅は狭くなっている。チョッパディスク３
２をチョッパ径方向に移動して、レーザビームＬＢが横
切るスリット３３の幅を変え、レーザパルス幅を調節す
ることができる。
ディスク３２を備えている。チョッパディスク３２はス
テンレス鋼、銅などで作られており、直径は１００〜２
００mm 、厚みは０．５〜２ mm 程度である。図２に示
すように、チョッパディスク３２の外周寄りに多数のス
リット３３が円周方向に沿って設けられている。スリッ
ト３３の長さは５〜３０ mm 、平均幅は０．５〜２ mm
程度である。スリット数は、必要な繰返し周波数により
決められる。スリット３３の先端エッジ部３４の、ディ
スク周方向に沿う断面は、くさび形となっている。くさ
びの形状は、図３に示すような直角３角形に限られるも
のではなく、たとえば２等辺３角形であってもよい。く
さびは、長さがディスク厚みの１〜２倍、くさび角が１
０〜４５゜程度である。後端エッジ部３６のエッジ面３
７は、ディスク面に対して直角となっている。エッジ面
３７はディスク面に対して正確に直角である必要はな
く、後端エッジ部３６の強度が許される範囲、たとえば
ディスク面に対して８０〜９５゜程度であればよい。な
お、チョッパ径方向に沿ってチョッパ中心に向かうに従
い、スリット幅は狭くなっている。チョッパディスク３
２をチョッパ径方向に移動して、レーザビームＬＢが横
切るスリット３３の幅を変え、レーザパルス幅を調節す
ることができる。
【００１４】チョッパディスク３２は、ディスク駆動モ
ータ３９により回転駆動される。回転速度は、１０，０
００〜１００，０００rpm である。
ータ３９により回転駆動される。回転速度は、１０，０
００〜１００，０００rpm である。
【００１５】
【実施例】図２および図３に示すチョッパディスク（直
径１６０mm、全面、および遮断部厚み１．０mm、開放部
断面を３角形）を使用して、回転速度２０，０００rpm
、パルス繰り返し周波数１０ kHz、パルスエネルギ２
００ mJ 、平均出力２kWのＱスイッチＣＯ2 レ−ザの長
時間発振実験を実施した。その結果、図４に示すような
鋭い立上りを持つＱスイッチパルスが２４時間以上安定
して得られた。
径１６０mm、全面、および遮断部厚み１．０mm、開放部
断面を３角形）を使用して、回転速度２０，０００rpm
、パルス繰り返し周波数１０ kHz、パルスエネルギ２
００ mJ 、平均出力２kWのＱスイッチＣＯ2 レ−ザの長
時間発振実験を実施した。その結果、図４に示すような
鋭い立上りを持つＱスイッチパルスが２４時間以上安定
して得られた。
【００１６】対比実験として、ディスク厚み０．３５mm
（全面）の薄型チョッパディスクを使用した。その結
果、チョッパディスクが薄いため空気抵抗により変形
し、チョッピング部が光軸方向に振動し、Ｑスイッチ発
振が安定して行えなかった。
（全面）の薄型チョッパディスクを使用した。その結
果、チョッパディスクが薄いため空気抵抗により変形
し、チョッピング部が光軸方向に振動し、Ｑスイッチ発
振が安定して行えなかった。
【００１７】また、ディスク全体の厚みが１．０mmであ
り、先端エッジ部および後端エッジ部のエッジ面がそれ
ぞれディスク面に対して直角なチョッパディスクを用い
て実験を行った。その結果、Ｑスイッチ開放時にチョッ
ピング速度（チョッパ開放速度）がこの発明の場合に比
べ遅くなり、Ｑスイッチパルスの立上りが鈍ることが分
かった。
り、先端エッジ部および後端エッジ部のエッジ面がそれ
ぞれディスク面に対して直角なチョッパディスクを用い
て実験を行った。その結果、Ｑスイッチ開放時にチョッ
ピング速度（チョッパ開放速度）がこの発明の場合に比
べ遅くなり、Ｑスイッチパルスの立上りが鈍ることが分
かった。
【００１８】
【発明の効果】この発明のＱスイッチレーザ装置は、ス
リットの先端エッジ部の断面がくさび形となっており、
後端エッジ部のエッジ面がディスク面に対して実質的に
直角となっている。したがって、チョッパディスクの耐
久性が向上するとともに、チョッピングが高速化され、
鋭い立上りのＱスイッチパルスが得られる。
リットの先端エッジ部の断面がくさび形となっており、
後端エッジ部のエッジ面がディスク面に対して実質的に
直角となっている。したがって、チョッパディスクの耐
久性が向上するとともに、チョッピングが高速化され、
鋭い立上りのＱスイッチパルスが得られる。
【図１】この発明のＱスイッチレーザ装置の主要部を模
式的に示す図面である。
式的に示す図面である。
【図２】図１に示す装置のチョッパディスクの一例を示
す正面図である。
す正面図である。
【図３】チョッパディスクのスリット部の拡大断面図で
ある。
ある。
【図４】この発明により得られた異なるパルス幅のレー
ザビームの波形を示すグラフである。
ザビームの波形を示すグラフである。
１１ 放電励起部 ２１ 光共振器 ２２ 半透鏡 ２５ テレスコープ ２６ 全反射凹面鏡 ２７ 集光凸レンズ ３１ Ｑスイッチ装置 ３２ チョッパディスク ３３ スリット ３４ 前端エッジ部 ３６ 後端エッジ部 ３７ エッジ面 ３９ ディスク駆動モータ ＬＢ レーザビーム ＩＳ パルスレーザの初期スパイク ＴＬ パルスレーザのテール
Claims (1)
- 【請求項１】光共振器中に組み込まれたテレスコープ
と、テレスコープを構成する一対の集光素子の共焦点位
置またはその近傍をスリットが横切るように配置された
チョッパディスクとを備えたＱスイッチレーザ装置にお
いて、前記スリットの先端エッジ部の、ディスク周方向
に沿う断面がくさび形となっており、後端エッジ部のエ
ッジ面がディスク面に対して実質的に直角となっている
ことを特徴とするＱスイッチレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22946697A JPH1168212A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Ｑスイッチレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22946697A JPH1168212A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Ｑスイッチレーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168212A true JPH1168212A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16892646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22946697A Withdrawn JPH1168212A (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Ｑスイッチレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1168212A (ja) |
-
1997
- 1997-08-26 JP JP22946697A patent/JPH1168212A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041102 |