JPH1168214A - Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置 - Google Patents
Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置Info
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- JPH1168214A JPH1168214A JP22946497A JP22946497A JPH1168214A JP H1168214 A JPH1168214 A JP H1168214A JP 22946497 A JP22946497 A JP 22946497A JP 22946497 A JP22946497 A JP 22946497A JP H1168214 A JPH1168214 A JP H1168214A
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Abstract
ッチＣＯ2 レーザ装置を提供する。 【解決手段】 ＣＯ2 レーザガスを放電励起する放電励
起部１８、半透鏡２２と全反射凹面鏡２５とからなる光
共振器２１、および回転チョッパ３３を有するＱスイッ
チ装置３１を備えたＱスイッチＣＯ2 レーザ装置におい
て、レーザガス流および放電方向がレーザ発振光軸と同
軸方向であり、かつレーザガス流速が５０〜２００m/s
であり、前記全反射凹面鏡２５と集光凹面鏡２６とによ
りテレスコープ２４が構成されており、全反射凹面鏡２
５と集光凹面鏡２６と間に前記回転チョッパ３３が位置
し、前記テレスコープ２４および回転チョッパ３１がレ
ーザガス雰囲気のケーシング４２内に配置されている。
Description
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ＣＯ2 レーザ装置に関する。この発明のＱ
スイッチＣＯ2 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。
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とし
て、ＹＡＧ、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。
ーザにＱスイッチを用いる方法がある。Ｑスイッチレー
ザとしては、ＹＡＧレーザに電気／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ＱスイッチＹＡＧ
レーザの平均出力は数百Ｗ以下であり、溶接などの加工
応用には不適である。
るＣＯ2 レーザが有利である。ＣＯ2 レーザで高ピーク
パルスを得る方法は、たとえばＴＥＡレーザがある。Ｔ
ＥＡレーザは、大型の高圧パルス電源を使用するためラ
ンニングコストが高く、またパルス繰返し周波数も１kH
z 程度が限界である。
も可能である。連続波ＣＯ2 レーザは工業的に確立され
た装置であり、大出力化が比較的容易である。したがっ
て、それをベースにしたＱスイッチＣＯ2 レーザは上記
の出力特性に関する問題点を解決し、原理的にパルス繰
返し周波数１０kHz 以上、平均出力も１ kW 以上が得ら
れ、工業応用可能なパルスレーザとなり得る。
ッチ方法として、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、そこで機械回転チョッパ等によりＱスイッチを行う
方法が知られている。この方法は、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。
文献ＤＬＲ (Proceedings of 11thInternational Sympo
sium on Gas Flow and Chemical Lasers and High Powe
rLasers Conference.P231,SPIE Vol.3029,1996)または
文献ＭＰＩ (Proceedingsof 7th International Sympos
ium on Gas Flow and Chemical Lasers Confer-ence.P4
8,SPIE Vol.1031,1988)に開示されている。これらの装
置は、どちらもレーザ利得媒質が２つ以上に分割されて
いるため、その途中の折り曲げミラーをテレスコミラー
として用いている。
向、およびレーザガス流方向がすべて直交する、いわゆ
る３軸直交高速軸流タイプのＣＯ2 レーザを用いてい
る。このタイプのレーザ媒質では、レーザ光軸と直交す
る面上での利得の空間分布、およびガスの温度分布が不
均一になる。その結果、光共振器内でのビーム集光性が
劣化しやすい。光共振器内に集光点を持つＱスイッチレ
ーザでは、集光性劣化はＱスイッチ性能を劣化させる大
きな原因となる。つまり、チョッピング位置での集光性
が悪いとチョッパスリット部でビームがスリットに当た
り、回折が発生し、出力ビームモードが大きく劣化する
ことになる。特に、高出力のＱスイッチ発振では光共振
器内部のビーム強度は非常に高いため、チョッピング位
置でのビーム回折はモードを劣化させるだけでなく、チ
ョッパにダメージを与えるという問題があった。
る低速軸流タイプをＱスイッチレーザに用いているの
で、光共振器内のテレスコープでのビーム集光性は優れ
ている。低速軸流・拡散冷却タイプは冷却能力に限界が
あることから、放電密度を高くできず、かつレーザガス
圧力も一般に５０Torr以下と低い。そのため、高出力化
には不適である。この発明が目的とするような数 kW か
ら１０ kW 以上の大型化は不可能である。また、文献Ｍ
ＰＩの装置では、レーザ透過ミラーを使用してレーザビ
ームを一旦、大気中に取り出し、Ｑスイッチを行うた
め、その透過窓材の熱的不安定性のため高出力発振には
不適である。さらに、テレスコープミラーとして、線状
集光する円錐ミラーを用いている。この方法はチョッパ
位置でのビーム空間強度を低下させ、チョッパの耐久性
の面では優れているが、線状ビームの両端でチョッパ速
度が異なるため、部分的にビームの回折が発生し、ビー
ム品質が劣化する問題もある。
光性をもった高出力、高速のＱスイッチＣＯ2 レーザ装
置を提供することを課題としている。
ＣＯ2 レーザ装置は、ＣＯ2 レーザガスが励起されてレ
ーザ光を発生する放電励起部、半透鏡と全反射凹面鏡と
からなる光共振器、および前記半透鏡と全反射凹面鏡と
の間に配置された回転チョッパを備えたＱスイッチＣＯ
2 レーザ装置において、レーザガス流および放電方向が
レーザ発振光軸と同軸方向であり、前記全反射凹面鏡と
集光凹面鏡とによりテレスコープが構成されており、全
反射凹面鏡と集光凹面鏡と間に前記回転チョッパが位置
し、前記テレスコープおよび回転チョッパがレーザガス
雰囲気のケーシング内に配置されていることを特徴とし
ている。
向がレーザ発振光軸と同軸方向であので、レーザ光軸に
垂直な面上のレーザ利得、レーザガス温度分布が均一
か、あるいは光軸を中心に同心円上に対称になる。した
がって、得られるレーザビーム品質として集光性がもっ
とも優れるＴＥＭ00モードが得られやすい。その結果、
発振器内で集光点を持ち、ビームの高速チョッピングを
行うＱスイッチ発振には最適である。集光ビーム径を小
さくできるので、チョッピングによるビームの回折、モ
ードの劣化、およびチョッパーのダメージが極力少な
く、特に高出力のＱスイッチレーザ発振には有効であ
る。高速軸流タイプであるため、レーザガスの冷却能力
に優れ、高電力での励起が可能である。また、１００To
rr程度の高圧動作が可能なことから高出力レーザ発振に
適している。さらに、テレスコープ、およびＱスイッチ
チョッパをレーザガス雰囲気のケーシング内に配置して
いる。したがって、放電励起部を大気から遮断するため
に、放電励起部とテレスコープとの間の窓にレーザ透過
ガラスを使用しなくて済む。この結果、光共振器内の損
失、レーザ光透過ガラスの熱レンズ効果による出力の不
安定が発生しないという利点がある。
は、ＣＯ2 レーザガスを放電励起する放電励起部、半透
鏡と全反射鏡とからなる光共振器、および回転チョッパ
を有するＱスイッチ装置を備えたＱスイッチＣＯ2 レー
ザ装置において、先端部に前記半透鏡が固定された第１
放電励起室、後端部に前記全反射鏡が固定された第２放
電励起室、および第１放電励起室の後端部と第２放電励
起室の先端部とを連結するテレスコープ室により全体と
してほぼＵ字形に形成されたレーザガス雰囲気のケーシ
ングを備え、前記放電励起部が第１放電励起室に収納さ
れた第１放電励起部、および第２放電励起部に収納され
た第２放電励起部からなり、各放電励起部におけるレー
ザガス流および放電方向がレーザ発振光軸と同軸方向で
あり、かつレーザガス流速が５０〜２００m/s であり、
１対の集光凹面鏡によりテレスコープが構成され、対と
なった前記集光凹面鏡の間に前記回転チョッパが位置
し、前記テレスコープおよび回転チョッパが前記テレス
コープ室に収納されていることを特徴としている。
いるので、高出力のレーザ発振を得ることができるとい
う利点もある。
て、回転チョッパ周辺のレーザガス圧力を放電励起部よ
りも低く保持するようにしてもよい。これにより、レー
ザビームチョッピング時に発生するプラズマからの金属
粉が放電励起部に到達しないので、長時間安定した発振
が得られる。
であり、ＱスイッチＣＯ2 レーザ装置の主要部を模式的
に示している。ＱスイッチＣＯ2 レーザ装置は、主とし
て放電励起装置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。
源１４、熱交換器１６および強制循環ポンプ１７を備え
ている。電極１３は、レーザ光軸方向に沿って間隔をお
いて対となっており、ケーシング４１の放電部室４２に
配置されている。レーザガス循環装置１６により、ＣＯ
2 レーザガスが放電部室内に常時供給される。レーザガ
スは放電励起され、レーザ光を発生する。
プ２４とからなっている。半透鏡２２は、たとえばＺｎ
Ｓｅ製で表面に多層コートが施されており、反射率は５
０％である。半透鏡２２は、放電部室４２の先端部に固
定されている。半透鏡２２は冷却装置（図示しない）に
より外周部から水冷されている。半透鏡２２と放電部室
４２との間は、ガスケット（図示しない）により気密が
保たれている。
光凹面鏡２６とからなっており、テレスコープ室４３に
収納されている。全反射凹面鏡２５および集光凹面鏡２
６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２４は、光軸が半透鏡２２の光軸
に対し直角となるように配置されている。全反射凹面鏡
２５および集光凹面鏡２６は、冷却装置（図示しない）
より冷却されている。全反射凹面鏡２５と集光凹面鏡２
６とは、焦点位置が一致するように配置されている。
パ３３を備えており、回転チョッパ３３の外周寄りに多
数のスリット（図示しない）が円周方向に沿って設けら
れている。回転チョッパ３３は、スリットが全反射凹面
鏡２５と集光凹面鏡２６の共焦点位置を通過するように
配置されている。回転チョッパ３３は、モータ３５によ
り回転駆動される。レーザ光はスリット通過の有無によ
り、スイッチングされる。
コープ室４３とに分かれている。吸引ポンプ５１が、テ
レスコープ室４３に吸引管５３を介して接続されてい
る。吸引ポンプ５１は、テレスコープ室４３のレーザガ
スの一部を吸引し、放電励起部１８との間にわずかな圧
力勾配をもたせ、回転チョッパ周りのレーザガス圧力を
放電励起部１８の圧力よりも低く目に保つ。このため
に、レーザビームチョッピング時に発生するプラズマか
らの金属粉が放電励起部１８に到達することはなく、長
時間安定したレーザ発振が得られる。
を調整することにより、レーザ光の出力、発振ビームモ
ード、ビーム伝搬方向または発散角を調整することがで
きる。この結果、半透鏡および反射鏡凹面鏡の熱レンズ
効果、曲率製作誤差、取付け誤差などを、解消または実
用上影響ない程度まで減少することができる。なお、全
反射凹面鏡２５の光軸の位置または傾きの調整には、市
販のＸＹ軸精密ステージやミラーホルダなどを用いる。
いる。以下の説明では、図１に示す装置または部材と同
様のものには、同一の参照符号を付け、その説明は省略
する。この実施の態様では、放電励起部が第１放電励起
部１８ａと第２放電励起部１８ｂとからなっている。光
共振器２１が半透鏡２２と全反射平面鏡２３とからなっ
ている。半透鏡２２はケーシング４５の第１放電励起室
４６ａの先端部に固定されており、全反射平面鏡２３は
第２放電励起室４６ｂの後端部に固定されている。第１
放電励起室４６ａと第２放電励起室４６ｂは平行となっ
ている。第１放電励起室４６ａの後端部と第２放電励起
室４６ｂの先端部とは、テレスコープ室４７により連結
されている。したがって、ケーシング４５は全体として
ほぼＵ字形をしている。第１放電励起部１８ａが第１放
電励起室４６ａに、また第２放電励起部１８ｂが第２放
電励起室４６ｂにそれぞれ収納されている。テレスコー
プ室内に、テレスコープ２７が配置されている。テレス
コープ２７は、全反射平面鏡側の第１凹面鏡２８と半透
鏡側の第２凹面鏡２９とからなっている。テレスコープ
２７の光軸は半透鏡２２または全反射平面鏡２３の光軸
に対し直角となっている。
８ａ、１８ｂを備えているので、高出力のレーザ発振を
得ることができる。なお、全反射平面鏡２３は凹面鏡で
あってもよい。
出力、高速のＱスイッチＣＯ2 レーザ装置を提供するこ
とができ、レーザによる溶接、切断その他の加工の能率
向上を図ることができる。
ッチＣＯ2 レーザ装置を模式的に示す装置構成図であ
る。
ッチＣＯ2 レーザ装置を模式的に示す装置構成図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＣＯ2 レーザガスを放電励起する放電励
起部、半透鏡と全反射凹面鏡とからなる光共振器、およ
び回転チョッパを有するＱスイッチ装置を備えたＱスイ
ッチＣＯ2 レーザ装置において、レーザガス流および放
電方向がレーザ発振光軸と同軸方向であり、かつレーザ
ガス流速が５０〜２００m/s であり、前記全反射凹面鏡
と集光凹面鏡とによりテレスコープが構成されており、
全反射凹面鏡と集光凹面鏡と間に前記回転チョッパが位
置し、前記テレスコープおよび回転チョッパがレーザガ
ス雰囲気のケーシング内に配置されていることを特徴と
するＱスイッチＣＯ2 レーザ装置。 - 【請求項２】 ＣＯ2 レーザガスを放電励起する放電励
起部、半透鏡と全反射鏡とからなる光共振器、および回
転チョッパを有するＱスイッチ装置を備えたＱスイッチ
ＣＯ2 レーザ装置において、先端部に前記半透鏡が固定
された第１放電励起室、後端部に前記全反射鏡が固定さ
れた第２放電励起室、および第１放電励起室の後端部と
第２放電励起室の先端部とを連結するテレスコープ室に
より全体としてほぼＵ字形に形成されたレーザガス雰囲
気のケーシングを備え、前記放電励起部が第１放電励起
室に収納された第１放電励起部、および第２放電励起室
に収納された第２放電励起部からなり、各放電励起部に
おけるレーザガス流および放電方向がレーザ発振光軸と
同軸方向であり、かつレーザガス流速が５０〜２００m/
s であり、１対の集光凹面鏡によりテレスコープが構成
され、対となった前記集光凹面鏡の間に前記回転チョッ
パが位置し、前記テレスコープおよび回転チョッパが前
記テレスコープ室に収納されていることを特徴とするＱ
スイッチＣＯ2 レーザ装置。 - 【請求項３】 前記回転チョッパ周辺のレーザガス圧力
が放電励起部よりも低く保持された請求項１または２記
載のＱスイッチＣＯ2 レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22946497A JP3766515B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22946497A JP3766515B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168214A true JPH1168214A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3766515B2 JP3766515B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=16892616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22946497A Expired - Fee Related JP3766515B2 (ja) | 1997-08-26 | 1997-08-26 | Ｑスイッチｃｏ２レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3766515B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015059731A1 (ja) * | 2013-10-21 | 2015-04-30 | 究 武久 | 酸素分子レーザ発振器 |
| CN105144510A (zh) * | 2013-01-16 | 2015-12-09 | 海珀迈莫公司 | 强脉冲自注入式co2激光器 |
| US10973183B2 (en) | 2016-04-08 | 2021-04-13 | Husqvarna Ab | Intelligent watering pump |
-
1997
- 1997-08-26 JP JP22946497A patent/JP3766515B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105144510A (zh) * | 2013-01-16 | 2015-12-09 | 海珀迈莫公司 | 强脉冲自注入式co2激光器 |
| EP2984713A4 (en) * | 2013-01-16 | 2016-07-13 | Hypermemo Oy | STRONG PULSED SELF SEEDING CO2 LASER |
| CN105144510B (zh) * | 2013-01-16 | 2018-09-28 | 海珀迈莫公司 | 强脉冲自注入式co2激光器 |
| WO2015059731A1 (ja) * | 2013-10-21 | 2015-04-30 | 究 武久 | 酸素分子レーザ発振器 |
| US10973183B2 (en) | 2016-04-08 | 2021-04-13 | Husqvarna Ab | Intelligent watering pump |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3766515B2 (ja) | 2006-04-12 |
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