JPS5940219A - レ−ザ光エネルギ−測定装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明はレーザ光エネルギーの測定または監視を行う装
置に関するもので、たとえばレーザ光通信、レーザ加工
およびレーザ手術装置などの分野において、レーザ光の
エネルギーを測定１だは監視シつつ、レーザ光通信、レ
ーザ加工およびレーザ手術を行うことができるものであ
る。

従来例の構成とその問題点 従来よりレーザ光エネルギーの測定はレーザ光の波長に
よって異なる構成の装置が使われる。可視光まだは波長
約１ミクロン以下の光の場合にはシリコンホトダイオー
ドや一シリコンホトトランジスタなどを用いた光エネル
ギー測定器が使われる、−実波長１ミクロン以上で高出
力の赤外線レーザのパワー測定は第１図に示す断面構造
の装置が使われる。以下、第１図を用いてそのような構
造の装置について説明する。

第１図において、１は円板状ディスクで、その表面はレ
ーザ光を良く吸収するように表面処理されている。、２
は円板状ティスフ１を支持する短い円筒状金属、３は熱
容量の大きなヒートシンクである。４は熱電対で、一つ
の接点は円板状ディスク１と円筒状金属２の接触面近く
に配設され、他の接点は円筒状金属２とヒートシンク３
の接触面近くに配設されて１固接点間の温度差に応じた
熱起電力を発生する。６け熱電対４からの出力をとり出
すリード線である。

上記のように構成された装置は矢印Ｅの方向から測定す
べきレーザ光 が入射されると一円板状ディスク１に入射してその表面
に吸収される。吸収された光エネルギーは熱に変換され
円板状ディスク１の温度を上昇させる。

円板状ディスク１は円筒状金属２によって支持されてい
るから、円板状ディスク１の熱は円筒状金属２を通って
ヒートシンク３に流れる。円板状ディスク１を支持する
円筒状金属２は熱流に対して適当な熱抵抗を有する材料
と形状が用いられるので、その両端部には温度勾配が生
じ、熱電対４のリード線５には入射レーザ光エネルギー
に対応する熱起電力が発生し、その熱起電力により赤外
線レーザのエネルギー測定を行々う。

第１図に示したこの方法はカロリメトリー法といわれる
方法であり、適当々較正を行うととによって円板状ディ
スク１に入射する光エネルギーの絶対値を測定する事が
できる。

を用いる方法やカロリメトリー法は測定しようとするレ
ーザ光の光軸上に配設し、しかも入射レーザ光を全て吸
収してパワーを測定するために、レーザ光通信中、レー
ザ加工中やレーザ手術中またはその他の各種レーザ実験
中にレーザ光エネルギーを測定することができない。

壕だ光ファイバーなどから一度空間に放射された拡がり
角の大きいレーザ光等のエネルギーを測定する場合、全
エネルギーを吸収するためには吸収体面積を大きぐする
必要があり、そのために空間感度のむらが生じ易く、ま
た熱容量が大きくなるため温度上昇分が小さく感度をあ
げにくい時間応答が遅いなどの欠点があった。

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、各種レーザ実験中やソノ他レ
ーザ照射中においても、レーザパワーの測定ができるレ
ーザ光エネルギー測定装置を提供することを目的とする
。゛ 発明の構成 本発明は上記目的を達成するだめに、密閉容器内の気体
の温度がレーザ光の吸収によって−１−昇し、その結果
生じる気体の圧力変化からレーザ光エネルギーの測定を
しようとするもので、レーザ光を透過させる材料からな
る入射窓と出射窓を有する密閉容器と、前記密閉容器内
に封入され、前記入射レーザ光を一部吸収する気体と、
前記気体の温度上昇によって生じる圧力変化を位置の変
化に変換する膜と、前記膜の変位を測定する測定手段と
から構成される。

前記入射窓に入射するレーザ光は入射窓を透過した後、
前記気体の中を伝播する。前記気体は前記レーザ光を吸
収するが、吸収の割合は入射光エネルギーの数条程度以
下となるように気体の種類と、圧力を調整する。しだが
って殆んどの入射光は前記気体中を透過し、出射窓から
外部へ出射され、出射される光の性質は入射レーザ光の
性質が保存されているという利点がある。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照し６・・−
・・ 々がら説明する。

第２図は本発明の一実施例におけるレーザ光エネルギー
測定装置の入射光の光軸に垂直な面での断面図を示すも
のである。７は円筒状の枠体、８はレーザ光透過材料か
らなる円板状の入射窓、９は入射窓８を枠体７に固定す
る押されリング、１０は入射窓８と同じ材料及び形状か
らなる出射窓、１１は出射窓１０を枠体７に固定する押
さえリング、１２は薄い弾性体からなる円形の検出膜、
１３は検出膜１２の周辺を枠体７に固定して枠体内部を
気密にする押さえリングである。１４は枠体７、入射窓
８、出射窓１ｏ、及び検出膜１２で形成される気密室で
、内部には入射されるレーザ光ヲ適当な割合で吸収する
気体と、内部の圧力を調整するとともに、前記レーザ光
を吸収しない気体とが封入されている。１５は光源、１
６は受光素子、１７は光路の一部をさえぎる遮蔽部材で
ある。矢印人は入射されるレーザ光の方向を示し、矢印
Ｂは光源１５から検出膜１２に投射される光の光路な示
している。以上、枠体７、入射窓８、出射窓７、−　　
・ １ｏ、検出膜１２および押さえリング９，１１゜１３に
より入射光変換部が形成され、光源１５゜受光素子１６
．遮蔽部材１７により変換量測定部が形成されている。

以」二のように構成されだレーザ光エネルギー測定装置
について、以下その動作を説明する。

々お、以下説明を具体的にするために−レーザ光はＣＯ
２レーザ光として説明を進める。

まず矢印人で示した方向からＣＯ２レーザ光が入射され
る。さて入射窓８ばＣＯ２レーザ光の波長１ｏ、ｅミク
ロンを良く透過する材料、たとえばＧｅ。

Ｚｎ５ｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓなどの表面に反射防止膜
を施しだものを用いているだめ、入射レーザ光は殆んど
減衰することなく入射窓８を透過し、気密室１４内を伝
播する。気密室１４内には波長１０．６ミクロンの光を
良く吸収する気体、たとえば六弗化硫黄、エチルエーテ
ル、ビニリデン・フロライド、ビニール・クロライド、
トリメチルアミンなどが封入されているが、レーザ光の
吸収量や気密室内の圧力を調整するために波長１０．６
ミクロンの光を吸収しにくい気体、例えばヘリウム、キ
セノンまだはチッソ々とと適当量混合されている。この
ような気密室１４内を伝播して出射窓１０に達するレー
ザ光のエネルギーは気密室内で数多以下の割合で吸収さ
れるが、殆んどのレーザ光は出射窓１０を通して外部に
出射される。出射窓１ｏから出射されるレーザ光の性質
、たとえば平行性１位相面、偏光面々とは入射光の性質
がそのまま保存されているので、本レーザ光エネルギー
測定装置をレーザ光の光路中に挿入することによる影響
は全く考えなくて良い、 次に気密室１４内の気体に吸収されだレーザ光のエネル
ギーは熱に変換され、気密室１４内の気体温度を上昇さ
せる。密閉容器内の気体の温度が変化すると、気体に関
するボイル・シャーシの法則によって、圧力が温度に比
例して変化するので、気密室１４内の圧力はレーザ光の
吸収によって増加する。そして気密室１４の上部は薄い
弾性膜である検出膜１２を介して大気に接しているので
、気密室１４内の圧力が増加すると検出膜１２は上７ 方向に凸となるよう々変形を受ける。即ち気密室１４内
で吸収されたレーザ光は検出膜１２の変位に変換される
ことになる。

検出膜１２の変位は、光源１５、受光素子１６、遮蔽部
材１７から成る変換量測定部で電気信号に変換される、 以下に変換量測定部の動作について説明する。

光源１５から出射した光を矢印Ｂで示す光路で検出膜１
２の上に照射する。検出膜１２の光照射を受ける面は、
光の反射を良好にするために金属たとえばアルミニウム
、銀、金などの蒸着がほどこされている。検出膜１２に
照射された光は反射されて遮蔽部材１７で一部の光が遮
ぎられたのち受光素子１６に入射して電気信号に変換さ
れる。検出膜１２の表面形状が、気密室１４内の圧力変
化によって変化すると、検出膜１２から反射する光の方
向が変化し、遮蔽部材１７で遮ぎられる光量が変化する
ので、受光素子１６に入射する光量も変化し、したがっ
て検出膜１２の変位量に比例しだ電気信号を得ることが
できる、 １ｏ　、　、 以上のように、レーザ光のエネルギーがわずか気体へ吸
収されることを利用して、レーザ光エネルギーを測定す
ることができ、がっ出射窓１ｏがら出射されるレーザ光
も利用することができるという大きな利点がある。

なお、本実施例ではレーザ光をＣＯ２レーザ光としたが
、レーザ光はＹＡＧレーザ光、Ａｒレーザ光あるいはそ
の他の可視レーザ光など他のどのようなレーザ光でも良
く、この場合には入射窓、出射窓の材料として、そわ、
らレーザ光に対応した材料によるものを使い、かつ気密
室内に封入する気体もそれらレーザ光を吸収する気体が
選ばれることは当然である。まだ検出膜１２の変位量を
測定する変換量測定部の測定方式も上記説明に限定され
ず、変位量測定の種々の方式が可能であることはいうま
でも々い、例えば上記説明のように光を用いる方式にお
いて、光の干渉を利用する方式、光のヘテロダイン検波
を利用する方式などがあり、光を用いない方式としては
、検出膜１２の表面にストレンゲージを貼って、検出膜
１２の変形をストレンゲージの歪量変化として測定する
方法などが考えられる。、まだ入射窓および出射窓は平
行平面の円板状の窓としだが、レンズとしても良い。

発明の効果 以上のように本発明はすくなくとも枠体、入射窓、出射
窓、検出膜で構成される密閉容器内にレーザ光吸収性の
気体を封入し、この中にレーザ光を導入し、透過させて
レーザ光を他の目的に使用しながら、密閉容器の気体中
をレーザ光が伝播中に吸収されるわずかなエネルギーを
熱に変換し、それによ−て生じる気体の圧力変化を検出
膜の変位という形で測定［２、前記気体中を透過するレ
ーザ光エネルギーを測定することにより、レーザ光エネ
ルギーを測定しながら、同時にとのレー・ザ光を他の目
的、例えばレーザ通信、レーザ加工捷たはレーザ手術な
どに使うことができるという大きな効果がある。即ち従
来の方式では例えばレーザ加工中に被加工面に照射され
ているレーザ光エネルギーを測定することはできなかっ
たが、本発明によれば、それが可能に々る。また従来の
方式ではレーザ光が円板状ティスフのどとに照射される
かによって感度むらが生じることがあるが、本発明では
、気体の圧力変化を利用するだめに上記の」：うな空間
感度のむらは生じない。さらに本発明では熱容量の大き
なヒートシンクを用いる必要がなく、時間応答を速くす
ることができる々どの利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ光エネルギー測定装置の断面図、
第２図は本発明の一実施例におけるレーザ光エネルギー
測定装置の断面図である、７・・・・・・枠体、８・・
・・・・入射窓、１ｏ・・・・・・出射窓、１２・・・
・・・検出膜、１６・・・・・・光源、１６・・・・・
・受光素子−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光を透過させる入射窓および出射窓と、前記レー
   ザ光の光路以外の位置に配設された弾性膜からなる検出
   膜と、前記入射窓、出射窓、検出膜を支持する枠体と、
   すくなくとも前記入射窓、出射窓、検出膜、枠体とから
   構成された密閉容器内に封入されて前記レーザ光を一部
   吸収する気体と、前記検出膜の変位を測定する測定手段
   とから構成されることを特徴とするレーザ光エネルギー
   測定装置。