JPS58191A - レ−ザ光学マウント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザに関し、さらに詳述すると、光学要素
をレーザ光学空洞の外側に適正に配置するための装置を
含むレーザ用共振器構造体に係るものである。

その基本的面において、イオンレーザバ一対ノ光学反射
器間に配置されたレーザ光放射媒質から構成され、光学
反射器は媒質によって放出された光学放射線を媒質を通
して前後に反射して光学放射線の誘発放出を引き起こす
。典型的には、光学反射器の一方は光学放射線がレーザ
光学空洞から逃出しうるようにするために部分透過性で
あり、これによって干渉性放射線の出力ビームを形成す
る。

レーザの光学反射器は相互に選択された、剛性のかつ離
間した関係に維持されることが、適切なレーザ光放射作
用を達成するために重要である。

そのような関係のわずかな変化でさえもパワー損失、出
力ビーム周波数変化等を生じうる。したがつて、光学反
射器用のマウントをそれらの離間した位置に支持する共
振器構造体を設けることが慣用手段になってきた。この
ような共振器構造体は、潜在的な熱ひずみ、制限された
振動等にかかわらず、光学反射器間の剛性位置関係を維
持するだめに注意深く設計かつ製作される。特に適当で
あることが見出されている設計に従った共振器構造体の
例は５米国特許第う、８６１４，０２９号、第う、９６
６３０９号、第１１．１１１ろ、５３９号および第４，
２０１，９５１号に記載されており、これらの特許にお
いては本発明者が単、独または共同発明者として指名さ
れている。これらの特許に記載されているように、共振
器構造体設計は、レーザの光学軸に平行に延在する複数
の金属合金ロンドによって所望の、所定関係に維持され
た、光学反射器用マウントヲ含む。

そのようなロンドは、それらがレーザの動作中さらされ
るべく予期されるところの周囲温度範囲にわたって、レ
ーザ光学軸の方向に低い熱膨張係数を持つ材料から作ら
れる。商品名アン−”　−（ＩＮＶＡＲ）で販売される
金属合金は、熱変化に寸法的に不感性であるように特に
調製されたものであり、きわめて適当である。

レーザーは、干渉性放射線源として、レーザ出力ビーム
ととれを受ける光学素子との間に設定されたまたは精密
に調整可能な関係を維持することが所望されるところの
製品にますます使用されつつある。

例えば、レーザの干渉性放射線を利用する目の光凝固器
においては、イオンレーザの出力が繊維光学ストランド
またはノ・ンドルのレセグタ端に典型的に集光される。

このような用途の多くにおいては、光学素子に対するレ
ーザビームの通路の関係がきわめてよく限定されかつ維
持可能であることが重要である。

本発明は、比較的に簡単で、しかもきわめて有効な方法
で、光学素子をレーザ放射線に対する所望関係にきわめ
て有効に維持するだめの装置を提供する。本質的には、
光学素子はレーザの共振器構造体内へ組み込まれるので
はあるが、該素子はレーザ光学空洞の外側（すなわち、
レーザ光学反射器およびそれらの間の空間の外部）に配
置される。この目的のために、レーザ共振器構造体は光
学空洞ｆｆ：毬えて突出する延長部を含む。共振器構造
体が前記特許に開示された設計のものであるところの好
適実施態様においては、延長部は単に反射器マウントの
一方を越える共振器ロッドの突出部およびこれによる光
学素子用第三マウントの支持体からなる。第三マウント
は最も望ましくは光学空洞反射器マウントに類似する。

すなわち、第三マウントは共振器構造体に強固に固着さ
れた基準プレート、光学素子用装着プレート、および前
記両プレートの相対的な角配向の調整のだめに両プレー
トに共に結合する機構を含む。かくして、本発明は、比
較的簡単な方法で、レーザ共振器構造体設計と関連する
、多年の研究開発、費用等をレーザとその外部環境との
関係へ導くものである。

本発明は好適実施態様の以下のさらに詳細な説明から明
らかになるところの他の特徴および利点を含む。

本発明を導入したガスイオンレーザの好適実施態様が第
１〜５図に示されて゛いる。レーザ１１はプラズマ管ア
センブリ１２を含む。図示されてはいないが、アセンブ
リ１２はガスレーザ光放射媒質を収容するエンベロープ
（プラズマボア管）のみでなく、また有効なレーザ光放
射動作を開始しかつ維持するために要求される、アノー
ドおよびカンード電極、磁石アセンブリおよび冷却剤構
造体も含むものである。通例であるようにレーザ光放射
媒質中で放電を開始するために電極および電力源のよう
な手段（図示されていない）が設けられている。

レーザ光放射媒質は、アルゴンおよびクリプトンのよう
なイオン化貴ガス中に存在するような、量子共振粒子を
含む。このようなガスは典型的には管内で約１　ｔｏｒ
ｒの圧力になっている。レーザ光放射作用は、レーザ光
放射作用を維持するのに十分な回数の、適切な周波数の
光学放射線の振動によって、レーザ光学放射媒質中に維
持される。

放射線の所要振動は、光学反射器アセンプＩＪ　Ｉ　Ｉ
Ｉで略示されているような対向光学反射器（ミラー）の
適正配置により、通常の手段に従って達成される。１６
で表わされているような反射器アセンブリの一方を通過
する光学放射線の伝送はレーザの干渉性光学放射線出力
を構成する。この点について、ここで使用される用語「
光学放射線（ｏｐｔｉｃａｌｒａｄｉａｔｉｏｎ）　Ｊ
は、レーザ光放射作用の原因となる光学および量子メカ
ニクスの法則に従う、可視波長のスペクトルおよび紫外
ならびに赤外範囲内のような、他の波長のスペクトルに
おける電磁放射＃！全包含することを意味するものであ
る。

光学放射線またはエネルギが振動させられるところのミ
ラーアセ７１９１１１間の空間は本文ならびに本技術分
野においてレーザの光学空洞と呼ばれるものである。こ
のような光学空洞はレーザ光放射媒質を収容する管アセ
ンブリ１２の内部を含み、他の点では除しん状態を維持
しかつ光学損失を低減するために周囲雰囲気から隔離さ
れるように密封されている。この点について、ミラーア
センプＩＪ　１１１に隣接して配置された管アセンブリ
１２の各窓端は、前記米国特許第３．８６１１．０２９
号に開示されているタイプの管状カバー・ボールジヨイ
ント装置によってミラーアセンブリと連通させられてい
る。光学空洞を通って延長させられるところのレーザの
出力通路１６はここではレーザの光学通路と呼ばれる。

ミラーアセンブリ１１１相互間の物理的関係がきわめて
強固かつ明確に維持されることは所望のレーザ光放射作
用を維持するうえ＋きわめて重要である。レーザ１１は
この目的のために共振器構造体をさらに含む。これは熱
的および機械的唖力に起因する寸法変化を阻止するよう
に設計されている。このような構造体は、この実施態様
では、ミラーアセンブリｌｌＩ用の一対のマウン）２１
，２２を支持するだめの複数（この場合にはうつ）のロ
ッド１７〜１９を含む。図示のように、ロッド１７〜１
９はレーザの光学軸に平行に延在し、端面図では相互に
三角形に関係づけられている。

ロッド１７〜１９の材料は、レーザの動作中さらされる
べく予期されるところの周囲温度範囲にわたって、レー
ザ光学軸の方向に低い熱膨張を持つように選択される。

このようなロッドに適した低熱膨張係数を持つ種々の材
料があるが、この材料としては前述したように商−品名
アンバー（ＩＮＶＡＲ）で販売されている金属合金が好
適であり、これは熱変化に対して寸法的に無感応である
ように特に調製されたものである。

ロッド１７〜１９は一対の支持構造体２３，２１１によ
ってそれらの相対的位置に維持されている。

第２．５図に示されているように、このような支持構造
体のおのおのはロッド１７〜１つのおのおのが貫通する
ところのアングル形支持ホルダ２６を含む。そしてロッ
ド１７〜１９のおのおのは止めねじ２７によってそれぞ
れのホルダ２６は強固に固着されている。この目的のだ
めに適切な接着剤を使用することもできる。支持ホルダ
は共振器構造体のロッド１７〜１９を寸法関係に維持す
るのみでなく、それらはまたひずみを引き起こしつる、
ねじり力のような、力に抵抗するために共振器構造体全
体に構造強度を付加する。

支持構造体２３．２１１はまたプラズマ管アセンブリを
レーザの光学空洞内の定位置に固着する。

図示のよちに、このような固着は前記米国特許第１４．
２０１，９５１号に記載されているものと基本的には同
一のクランプ装置を弁して行なわれ、このクランプ装置
は共振器構造体に相対的な管アセンブリの制限された軸
方向移動を可能にするものであり、本文では詳細に説明
されない。プラズマ管アセンブリ１２と支持構造体２５
の支持ホルダとの結合は、該特許の第６．７図に関連し
て図示かつ説明されたものと同一であり、図示のように
、簡単な、半円形ストラップ・キャップねじ装置がアセ
ンブリ全構造体２１１の支持ホルダに固着している。

支持構造体２３．２１１のおのおのは壕だ共振器−構造
体をプレート２８の形態のレーザ用ベース上に装着して
いる。この目的のための装着構造体は第１．２、う図に
示さ゛れており、米国特許第１４２０Ｘ、９５１号に記
載されているものと本質的に同一である。

支持構造体２３と共に使用される装着構造体は該特許の
第２．５図に関連して詳細に記載されており、支持構造
体２１１と共に使用されるものは該特許の第１１．５図
に示されている。装着構造体は協同して支持構造体２３
，２１１、したがって、共振器構造体を、ペースの熱膨
張または制限された機械的振動から隔離する。

共振器構造体の反射器マウント２１．２２のおのおのは
ロッド１７〜１つに対する定位置に強固に固着されてい
る。この点について、該マウントのおのおのはレーザの
光学空洞の内方にプレート２つの形態の長方形基準部材
を含む。ロッド１７〜１９はそれぞれの基準プレートの
ボア内へ延在しかつ各ロッドは止めねじ３１および適当
な接着剤を介してプレートに強固に固着されている。各
ミラーアセンブリはそれぞれのマウント２１．２２の装
着プレート５２に強固に固着され、プレートう２は前記
米国特許第５．８６１４．０２９号および第３、９６６
．３０９号に開示されたリーフスプリング・セパレータ
装置によってその関連する基準プレートに結合されてい
る。このような結合装置は、各装着プレー）３２．した
がって、これと関連するミラーの角配向がその対応する
基準プレート、したがって、共振器構造体および光学空
洞の残部に対して調整されることを可能にする。かくし
て、各光学反射器の配向はレーザを所望周波数およびパ
ワー出力を得るように適切に同調させるために調整する
ことができる。

本発明に従って、レーザの光学放射線と相互作用するこ
とが所望される光学素子の装着のための共振器構造体の
延長部を含む。この延長部は、第１図に参照数字５５で
示され、反射器マウント２２を越えて突出している。前
述したように、延長部５３で表わされるようなし一ザ共
振器構造体の突出は所要の剛性および熱不感性を生じ、
ミラーの機械的配置がまたレーザの外部の光学素子の配
置に有利に使用される。

延長部３３は単にロッド１７〜１９を光学マウント２２
を越えて突出させることによって最も簡単にレーザ共振
器構造体に組み込まれている。すなわち、従来の構成に
おいては共振器構造体はマウント２２で終わるが、この
発明においては、該ロッドの長さをレーザ光学空洞を画
定するために必要な長さを越えて増大し、かつ該ロッド
が装着構造体２２と関連する光学反射器アセンブリの適
正配置および調整を妨害しないことを保証するのに必要
な処置を取ることにより、共振器構造体はマウンｌ−２
２ｉ越えて突出させられる。後者の基準に関して、第４
図はマウント構造体２２の装着プレート５２の面を示す
。プレートう２はこれを貫通しかつロッド１７〜１９と
それぞれ整合してロッドを受入れているうつのボア３６
〜３８を備えている。図示のように、各ボアはその関連
するロッドの直径よりも十分に大きい直径を有し、該ロ
ッドの対によって画定される平面に直角の平面に対する
プレート３２の制限された角調整および位置調整全可能
にしている。キーパドッグ（ｋｅｅｐｅｒｄｏｇ）３９
は光学反射器アセンブＩＪ　１１１を装着プレート３２
に固着し、装着プレート３２を基準プレート２９に調整
可能に固着するリーフスプリングおよびセパレータボル
トが参照数字ヰ１および−２でそれぞれ示されている。

延長部３３はさらに支持されるべき光学素子用のマウン
トを含む。このマウントは、参照数字Ｕで示されており
、プレートＩＩＩＩの形態の基準部材およびプレー）１
１６（第５図）の形態の装着部材を含む。基準プレート
１ｌ１４はロッド１７〜１９の延長部に強固に固着され
ている。この強固な固着はプレートＬＩ１１に該ロッド
の端を受入れるボアを設けることによって達成される。

このようなロッド端は１１７で示されているような適当
な接着剤および止めねじでプレートＩＩＩ＋のボアに維
持されている。かくして、プレー）ｌｕｌｌは、レーザ
から放射される干渉性放射線の通路１６に対する所定位
置において、共振器構造体延長部の残部に強固に固着さ
れている。

装着グレートｌ１６は支持構造体２１．２２の光学反射
器ｉｌｌ用の装着プレーＩｆ結合するために使用される
ものと同一のリーフスプリング・セパレータ装＃を介し
てプレートｌ１１１に結合されている。かくして、プレ
ートＩＩＩ＋に対するプレート１１６の角配向は調整可
能である。

本発明の延長部によって配置されうる適切な光学素子の
一例として、図示のように集光レンズ１１８が基準プレ
ートｌＩＩ＋によって所定位置に強固に保持され、レー
ザによって放射されかつ通路１６上を移動する干渉性放
射線を適切にさえぎるようになっている。レンズ１１８
は、５１で示された、光管または繊維光学スモランドま
たはバンドルのような光伝搬装置のレセプタ端アセンブ
リ＋４９上ヘレーザ出力放射線全集光する。

本発明の共振器構造体はこの好適実施態様において、２
つの光学素子、すなわち、集光レンズ１１８とレセグタ
端アセンブリｌ１９’ｉ適切に配置するために使用され
ていることが認められるであろう。

レンズ１４８は延長部によって所定位置に強固に維持さ
れ、これに対しマウント４３の利用はレンズ４８で集光
された放射線に対するレセプタ端アセンブリキ９の角配
向が最適の放射線受容のために調整されることを可能に
する。かくして、延長部の一部としてのマウント４３の
利用は、レーザの光学空洞の外側の光学素子に付与され
る共振器構造体の構造利点を生ずるのみでなく、またレ
ーザ出力に対する光学素子の角配向を調整する能力も生
ずる。この点について、この実施例ではレーザ出力を直
接に受ける光学素子（レンズ１Ｉ８）は、基準プレー）
ｋｉｌｌに対するその固着の点から見て、該出力に対す
る剛性位置に維持されているが、放射線を直接に受ける
べく所望される光学素子は必要に応じてその角配向の調
整を可能にするために装着プレートｌ１６に適切に装着
することもできるが注目されるべきである。このような
構成においては、レーザ出力が装着プレートｌＩ６上に
装着された光学素子に到達できるようにするために、レ
ーザ出力ビーム用の適当な伝送通路が基準グレートｌｌ
１１ヲ禍して設けられる。

光学素子ｉ１８．１１９の両方は機械的に「受動素子」
である。すなわち、どちらも光学放射線との相互作用の
だめに機械的運動に直接に依存しないことがさらに注目
されるべきである。かくして、どちらも機械的振動から
のレーザ光学空洞の隔離を妨害しないことになる。しか
し、ある場合には、機械的振動を引き起こしうる光学素
子がレーザの出力放射線をさえぎることが望ましい。こ
のような光学素子の一例は第１図に５１で示されている
ようなソレノイド作動光シャッタである。このような装
置のシャッタブロックが引き外されるごとに、好適には
レーザの光学空洞から隔離されるところの機械的振動が
ありうることが認められるであろう。図示のように、シ
ャッタ５１は共振器構造体延長部５３ではなくベースプ
レート２８上に装着されている。かくして、共振器構造
体（延長部３３を含む）は、この構造体がベース上に支
持されるところの方法に起因して、そのような運動によ
って引き起こされる機械的振動から隔離されることにな
る。

本発明はその好適実施態様に関連して説明されたが、そ
の精神から離脱することなしに種々の変化や改変がなさ
れうろことが当業者には認識されるであろう。例えば、
好適実施態様における共振器の延長部はレーザの出″力
端全越えて突出してレーザ出力を受けるべき光学素子を
適切に配置しているが、本発明の原理は光学素子をレー
ザ１１の他端に配置するために同等に適用可能である。

したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載によ
ってのみ制限されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施態様の側面図である。 第２図は第１図の２−２線で示された平面上で取られた
断面図であって、第１図に示された実施態様のレーザ共
振器構造体・管アセンブリ用の１つの支持構造体を示し
ている。 第５図は第１図のウー５線で示された平面上で取られた
別の断面図であって、第１図の実施態様のレーザ共振器
構造体・管アセンブリ用の別の支持構造体を示している
。 第４図は第１図の１１−４線で示された平面上で取られ
た断面図であって、本発明の共振器構造体の光学反射器
マウントヲ示している。 第５図は本発明の共振器構造体延長部の一部として組み
込まれた光学マウントヲ示す端面図である。 １１−−レーザ、１２−−プラズマ管アセンブリ、１１
１−一光学反射器アセンブリ、１６−−レーザ出力通路
。 １７〜１つｍ−ロツド、２１．２２−−マウント、２５
．２１１−−支持構造体、２６−−アングルホルダ、２
８−−ベースプレート、２９−一基準プレート、５２−
一装着プレート、３５−一延長部、３６〜３８−一ボア
、う９−−キーパドッグ、１１１−−リーフスプリング
、１１２−−ゼパレータボルト、１１５−−マウント、
ｑｑ−−基準プレート、Ｉ４６一一装着プレート、４８
−一集光レンズ、１１９−−レセプタ端アセンブリ、５
１−一光伝送装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　光学反射器を選択された。剛性のかつ離間した関係
   にそれぞれに配置し、それらの間にレーザ光放射媒質が
   レーザ光放射作用を発生するために配置可能であるとこ
   ろの光学空洞を画定するための一対のマウントを、離間
   した関係に支持する共振器構造体を有するレーザにおい
   て、前記マウントの一方を越えて前記マウントの他方か
   ら遠ざかる方向に突出する前記共振器構造体の延長部を
   具備し、前記光学空洞の外側に前記レーザの光学放射線
   と相互作用することが所望されるところの光学素子を支
   持するようにしたことを特徴とする前記レーザ。 ２　ベースおよび前記ベースを前記共振器構造体に結合
   する装着構造体をさらに含む特許請求の範囲第１項記載
   のレーザ。 う　前記ベースを前記共振器構造体に結合する前記装着
   構造体が、前記ベースの熱膨張および制限された機械的
   振動から前記共振器構造体を隔離するのに適応している
   特許請求の範囲第２項記載のレーザ。 ４、　前記共振器構造体が、前記マウントを剛性のかつ
   相対的に離間した関係に維持するために前記光学空洞に
   隣接して前記マウント間を延在する複数のロッドを含み
   、前記ロッドが低熱膨張係数を持つ材料から作られてい
   る特許請求の範囲第１項記載のレーザ。 ５　前記マウントの一方を越える前記共振器構造体の前
   記延長部が、前記マウントの前記一方を越える前記複数
   のロッドの突出部からなる特許請求の範囲第４項記載の
   レーザ。 ６、　ガスレーザ光放射性媒質を密封するエンベロープ
   を有するプラズマ管アセンブリおよび前記プラズマ管ア
   センブリを前記レーザの光学空洞内に固着する支持構造
   体をさらに含む特許請求の範囲第１項記載のレーザ。 ７　前記支持構造体が、前記プラズマ管アセンブリと前
   記共振器構造体との間の熱膨張差を調節するのに適応し
   ている特許請求の範囲第６項記載のレーザ。 ８　前記共振器構造体延長部によって支持されるべき光
   学素子用の第三マウンＩｆさらに含み、前記マウントが
   、前記光学放射線の通路に対する所定位置において前記
   共振器構造体延長部に強固に固着された基準部材、前記
   光学素子用装着部材、および前記基準部材に対する前記
   装着部材の角配向の調整のために前記装着部材を前記基
   準部材に結合する機構からなる特許請求の範囲第１項記
   載のレーザ。 ９　前記共振器構造体の前記延長部が、前記レーザの光
   学空洞の端に部分透過性光学反射器を配置するために設
   計された前記マウントの一方を越えて突出し、これによ
   り前記延長部が前記レーザの干渉性放射線出力を受ける
   ことが所望されるところの光学素子を支持するように配
   置されている特許請求の範囲第１．４．５または６項記
   載のレーザ。