JPS6028152B2 - ガスレ−ザ発振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスレーザ発振装置に関し、特に、レーザ共振
器を構成する各反射鏡の反射鏡支持枠に対する取り付け
構造の改良に関する。

一般に、ガスレーザ発振装置では、ガス状レ−ザ媒質を
グロー放電によって励起してレーザ光を得る。

特に、高出力型ガスレーザ発振装置では、グロー放電に
よる装置の温度上昇が顕著となるため、レーザ共振器を
構成するレーザ管を架台に対し伸縮自在に取り付けたり
、該ガスレーザ管の両端あるいは途中に接続された各反
射鏡を反射鏡支持枠に対しレーザ管軸方向に伸縮自在に
取り付けてその熱的影響を低減する方法が採用されてい
る。

まず、第１，２図を参照して従来のガスレーザ発振装置
について説明する。ガス状レーザ煤質を封入した複数個
のレーザ管（ガラス管）１の両端にはそれぞれ陰極２お
よび陽極３が配置され、これらレーザ管１を軸方向に接
続することによりレーザ管接続体が構成される。

各レーザ管１の陰極２には直流高圧電源４から高電圧が
印加され、それぞれのレーザ管内にグロ−放電が発生す
る。レーザ警抜続体の両端には全反射鏡５および出力鏡
８がそれぞれ取り付けられ、該レーザ管接続体の途中に
は一対の折返反射鏡を有する中空のブロック部材６が接
続され、これら全体でレーザ共振器が構成されている。

第１図に示したレーザ共振器は合計４個のレーザ管１を
備えている。レーザ共振器は保持部１２を介して架台１
３上にレーザ管軸心方向に伸縮可能に取り付けられてい
る。一方、架台１３上には保持部１２を介して前記レー
ザ管接続体とほゞ同一面内に位置する反射鏡支持枠１０
が取り付けられている。該反射鏡支持枠１０はしーザ管
に平行な縦枠１０Ａとこれに直角な横枠１０Ｂとによっ
て長方形枠形状に形成されている。反射鏡支持枠１０の
横枠１０Ｂには、反射鏡５および出力鏡８が直接取り付
けられている。

また池側の機枠１０８には前記ブロック部材６が直接取
り付けられている。なお、レーザ管接続体の途中には例
えば金属べローズ等が接続されその熱膨張による軸万向
榛みを吸収しうる構造になっている。各レーザ管１内に
グロ−放電が発生すると、ガス状レーザ煤質がグロー放
電によって励起されレーザ光が発生する。

このレーザ光は前記レーザ共振器を構成する全反射鏡５
、ブロック部材６内の一対の新返反射鏡１１、および出
力鏡（一部反射鏡）８の間をコの字形に往復反射する内
に増幅され、その一部が出力鏡８を透過しレ−ザ出力光
９としてレーザ共振器外に取り出される。ここで、全反
射鏡５、折返反射鏡１１，１ １、および出力鏡８は、
４本のレーザ管１内のグロー放電による温度上昇に起因
する各鏡の熱膨張歪（ずれ）を解消するため、前記レー
ザ管接続体の交軸方向に自由伸縮できるような態様で前
記反射鏡支持枠１川こ取り付けられるとともに、前記架
台１３上で支持されている。

また、レーザ管内のガス状レーザ媒質の圧力は、４ｋＰ
ａ（キロパスカル）程度で直空に近いため、大気（１０
０ｋＰａ程度）との隔壁として用いられている反射鏡（
全反射鏡５、一対の折返反射鏡１１，１１、出力鏡８）
には大きな真空力Ｆが働く。

例えば、支持枠１０の横枠１０Ｂに取り付けられている
直径１０肌の全反射鏡５および出力鏡８には、後軸方向
にそれぞれ８０ｋ９程度の直空力が働くことになる。第
２図および第３図は、前記真空力による第１図のガスレ
ーザ発振装置の反射鏡支持枠１０の榛みおよびこの操み
に基づく反射鏡の中心軸１４のずれを示す図である。

今、横枠１０Ｂを全長Ｌ＝１００弧、厚さｔ＝１伽、幅
Ｗ＝２０肌の鋼板とし、その両端からそれぞれ１，＝３
０肌の位置に全反射鏡５および出力鏡８を取り付ける場
合、これらの鏡に働く真空力Ｆこ８０ｋ９のため枠１０
Ｂは第２図および第３図中点線に示すように変形し、そ
の中心部の最大操み量Ｖは２０仏のにも達する。このよ
うな横枠１０Ｂの変形のため、該横枠に取り付けられる
全反射鏡５および出力鏡８の中心軸１４は第３図に示す
如くレーザ共振器の光軸×に対して８＝４×１０‐５ラ
デアン程度ずれることになる。

この結果、レーザ共振器の全長を６のとすると、レーザ
光が該共振器内を一往復する毎にその光軸が反射鏡面上
で２側程度ずつずれていくことになる。このように従来
の構造すなわち各反射鏡５，８，１１を支持枠１０１こ
直接取り付ける方法では、真空力Ｆによる支持枠の変形
のため各反射鏡の中心髄が共振器の光軸とずれるという
欠点が生じる。

特に精度の高い光軸調整が要求されるレーザ装置では、
このような欠点は致命的となりレーザ出力の低下を釆た
すことになる。更に高出力化のためしーザ管接続体すな
わち各反射鏡の径や共振器長さを大きくすると、前述の
支持枠変形量が更に大きくなりますます光軸×と反射鏡
の中心軸とのずれが大きくなりついにはしーザ発振が不
可能になってしまう。本発明の目的は、前述の如き従来
のガスレーザ発振装置の欠点を解消し、真空力による反
射鏡の中心軸と共振器の光軸とのずれをなくし安定した
レーザ出力を発生させ得るガスレーザ発振装置を提供す
ることである。

すなわち、本発明によればレーザ管接続体の両端に全反
射鏡および出力鏡をそれぞれ取り付けるとともに、議し
ーザ管接続体の途中を一対の折返反射鏡を有する中空の
ブロック部材で接続してレーザ共振器を構成し、議しー
ザ共振器を支持する架台上に前記レーザ管接続体とほゞ
同一面内に位置する反射鏡支持枠を取り付け、該支持枠
に前記全反射鏡、前記出力鏡およびブロック部村を装着
して構成したガスレーザ発振装置において、前記全反射
鏡および前記出力鏡を反射鏡保持板に取り付け、該反射
鏡保持板は前記全反射鏡の上下位置および前記出力鏡の
上下位置でスベーサ部材を介して前記反射鏡支持枠に取
り付けられることを特徴とするガスレーザ発振装置が提
供される。

このような構成によれば、全反射鏡および出力鏡に作用
する真空力は反射鏡保持板から、スベーサ部村へ直接的
にすなわちモーメントを形成することなく伝達されるの
で、該反射鏡保持板には曲げモーメントによる変形が生
じないことになる。なおスベーサ部材を介して伝達され
る真空力により反射鏡支持枠が曲げ変形を受けることは
従来の場合と同じであるが、本発明の構成によればこの
反射鏡支持枠の変形は反射鏡保持板に何ら影響を及ぼさ
ず従ってこれに取り付けられた全反射鏡および出力鏡の
中心軸はしーザ共振器の光軸に対してずれることがなく
安定したレーザ出力を発生させることができる。なお前
述の本発明の構成に加わえて、前記ブロック部材をブロ
ック部材保持板に取り付け、該ブロック部材保持板は前
記ブロック部材のはゞ中央部の上下位置でスベーサ部材
を介して前記反射鏡支持枠に取り付けられるようにする
ことが好ましい。こうすることにより、一対の折返反射
鏡が組み込まれたブロック部材（一般に曲げ鋼性は高く
曲げ変形は問題にならない）の前記真空力による傾きを
防止することができ、もって反射鏡の中心軸と共振器の
光軸とのずれを一層厳密になくすことができる。以下本
発明の実施例を第４図ないし第１０図を参照して説明す
る。

第４図は本発明の１実施例の要部を示す斜視図であり、
第５Ａ図はその平面図、第５図Ｂは第５Ａ図のＡ−Ａ断
面図である。

第４図および第５Ａ，５８図において、全反射鏡５、お
よび出力鏡８は、まず、反射鏡保持板１５に取り付けら
れる。

反射鏡保持板１５は図示の如く所定厚さの鋼板である。
反射鏡保持板１５は前記全反射鏡５の上下位置および前
記出力鏡８の上下位置の合計４箇所でスベーサ部村１７
を介して前記反射鏡支持枠１０の横枠１０８に取り付け
られている。これらの取り付けはボルト１６およびナッ
ト１８で締結することによって行われる。前記スベーサ
部材１７は中心にボルト挿入孔を有するスリーブ状の部
材である。べローズ１８′は一端を反射鏡保持板に池端
をレーザ管にそれぞれ接続している。各取り付箇所にお
けるボルト１６の位置は、第５Ｂ図に示す如く各鏡５，
８の上下位置にあり上下の各ボルト１６，１６を結ぶ線
がそれぞれ各鏡５，８のほ）、中心を通るようになって
いる。

また、反射鏡保持板１５と横枠１０Ｂとの間にはスベー
サ部村１７によって設けられた間隙１９があり、反射鏡
保持板１５と横枠１０Ｂとはこれらスベーサ部材１７の
部分を除いては接触しないようになつている。第６Ａ図
および第６Ｂ図は第４図および第５図の取り付け方法に
よる真空力Ｆおよびその反力の作用位置を示す図である
。

まず、反射鏡保持板１５には全反射鏡５および出力鏡８
側から真空力Ｆがそれぞれの中心部に働き、これらのＦ
に対向する反力はスベーサ１７からそれぞれ同一作用線
上で方向反対の反力Ｆ，として働く。

ここで、各一対のボルト１６を結ぶ線は各鏡５，８のほ
ゞ中心を通るため平面図として見たスベーサ１７からの
反力Ｆ．と真空力Ｆとは反対方向で作用線が一致する。
従って、反射鏡保持板１５には平面方向から見た曲げ応
力が作用せず、各鏡の中心軸をずらすような曲げ変形も
生じない。一方機枠１０Ｂにはスベーサ部材１７から図
中右方へ向かう力Ｆ，が働く。横枠１０Ｂの両端は縦枠
１０Ａに固定されているので、これら両端部にはそれぞ
れ縦枠１０Ａからの反力Ｆ２が働く。従って横枠１０Ｂ
は、前述の力Ｆ】およびＦ２によって第６図に示すよう
に曲げ応力を受けて曲げ変形する。この曲げ変形は中心
軸側で大きく縦枠側に近づくにつれて小さくなる。従っ
て、ボルト１６はスベーサ１７内の間隙１７を縦枠側に
微小形成して、曲げ変形を吸収するので、反射鏡保持板
は曲がらない。以上第４図ないし第６Ａ図および第６８
図を参照してガスレーザ発振装置の姿部について説明し
たが、その他の部分の構造は第１図ないし第３図につい
て説明した従来のものと実質上同じであり、対応部分を
それぞれ同一符号に表示することによりその詳細な説明
を省略する。

以上第４図および第５図について説明した本発明の１実
施例によれば、反射鏡保持板１５は真空力Ｆによっても
変形しないので、この反射鏡保持板１５に取り付けられ
た全反射鏡５および出力鏡８の中心軸がレーザ光振器の
光軸×とずれることはなく常に一致している。

このため安定したレーザ光出力を得ることができる。第
７図ないし第９図は本発明のガスレーザ発振装置の他の
実施例を示す図である。

このガスレーザ発振装置のレーザ管接続体は８本のレー
ザ管１を備えた高出力ガスレーザ発振装置である。

このため、レーザ管接続体の途中には合計３個のブロッ
ク部材６が接続されており、各フロック部材に一対の折
返反射鏡１１，１１が組み付けられている。しかして、
前側の横枠１０Ｂには、その両側に全反射鏡５および出
力鏡８が装着され中央位置には１個のブロック部材６が
装着される。また後側の横枠１０Ｂには２個のブロック
部材６，６が装着される。第８図は前側の横枠１０Ｂに
対する全反射鏡５、出力鏡８およびブロック部材６の取
り付け構造を示す平面図であり、第９図は後側の横枠１
０Ｂに対する２個のブロック部材６の取り付け構造を示
す平面図である。

第８図において、全反射鏡および出力鏡８は反射鏡保持
板１５に取り付けるれ、該反射鏡保持板１５はスベーサ
部材１７を介して横枠１０Ｂに対しボルト１６およびナ
ット１８により締結されている。

これら２個のスベーサ部材１７により、反射鏡保持板１
５と横枠１０Ｂとの間には間隙１９が設けられ、また反
射鏡保持板１５は各スベーサ部材１７以外の部分では横
枠１０Ｂに接触しないようになっている。一方、一対の
折返反射鏡１１，１１が取り付けられたブロック部村６
は、ブロック部材保持板２０に取り付けられ、該ブロッ
ク部材保持板はスベーサ部材１７を介してボルト１６お
よびナットＩ８により横枠１０Ｂに取り付けられている
。

このフロック部材保持板２０もスベーサ部材１７以外の
場所では藤枠１０Ｂに接触しないようになっている。前
記反射鏡保持板１５は、全反射鏡５の上下位置および出
力鏡８の上下位置の合計４箇所でスベーサ１７を介して
それぞれ前枠１０Ｂに取り付けられており、前記ブロッ
ク部材保持板２０はブロック部材の中央部の上下位置で
スべ−サ部材１７を介して横枠１０Ｂに取り付けられて
いる。

また反射鏡保持板１５の中央部には、ブロック部材６が
取り付けられたブロック部材保持板２０を横枠１０Ｂに
取り付けるための閉口部２１が形成されている。第８図
の構成によれば、第６Ａ図および第６Ｂ図について説明
した前述の実施例の場合と同様全反射鏡５および出力鏡
８に真空力が作用しても反射鏡保持板１５には何ら曲げ
応力は作用せず、曲げ変形が生じない。

このため前述の場合と同様の理由で安定したレーザ光出
力を得ることができる。一方、前記ブロック部材保持板
２川こは一対の折返反射鏡１ １，１ １からの４５度
方向の傾斜した真空力とスベーサ部材１７からの反力が
作用するがこれらの力によってブロック部材保持板２０
に生じる曲げモーメントが比較的４・さいという理由な
らびにブロック部材６が非常に鋼性の大きい中空部材で
あることの理由から、該ブロック部材保持板２０‘こも
曲げ変形が生じない。

このため、折返反射鏡１１，１１の中心軸もしーザ共振
器の光軸に対して常に４５度の角度に正確に保持され、
安定したレーザ出力光を得ることができる。第９図は後
側の横枠１０８に対する２個のブロック部材６，６の取
り付け構造を示す図である。

第９図において、それぞれが一対の折返反射鏡１１，１
１を備えた２個のブロック部材６，６はまずブロック部
材保持板２０に取り付けられ、該ブロック部材保持板２
０は各ブロック部材のほゞ中央部の上下位置の合計４箇
所でスベーサ部材１７を介してボルト１６およびナット
１８により接続されている。各スベーサ部材１７により
、フロック部材保持板２０と横枠１０Ｂとの間には間隙
１９が形成され、ブロック部材保持板２０‘まスベーサ
部材以外の場所では横枠１０Ｂに接触しないようになつ
ている。この第９図に示した構成によれば、第６Ａ図お
よび第６Ｂ図について説明した場合と実質上同じ理由で
、ブロック部材保持板２０には曲げ応力が作用せず曲げ
変形が生じない。

機枠１０Ｂには図示の如き曲げ変形が生じるが、この変
形はブロック部材保持板２０‘こ対して何ら影響を及ぼ
さない。従って、各ブロック部村６に取り付けられた新
返反射鏡１１の中心軸はし−ザ共振器の光軸に対して常
に４５度の角度に保持され、このため安定したレーザ光
出力を得ることができる。

第７図ないし第９図に示したガスレーザ発振装置は、以
上説明した以外の部分では、第１図ないし第３図につい
て説明したガスレーザ発振装置と実質上同じ構造を有し
ており、対応部分を同一符号で表示しその詳細な説明を
省略する。

なお、第１図、第４図および第７図中には、出力鏡８か
らのレーザ光出力がそれぞれ符号９で示されている。

第１０図は以上説明した反射鏡保持板１５またはブロッ
ク部材保持板２０の横枠１０Ｂに対する取り付け構造の
変更実施例を示す図である。

第１０図において、反射鏡保持板１５またはブロック部
材保持板２０は、前述のスベーサ部材１７の変わりに、
可榛性ボルト１６を使用して取り付けられている。各取
り付けボルト１６は曲げを受けた場合所定の弾性変形を
する材質で造られ、ナット２２によりその頭部が反射鏡
保持板１５（またはブロック部村保持板２０）に対し固
定されるとともに、その先端部ではナット１８およびナ
ット２３により横枠１０Ｂに固定されている。

しかして、反射鏡保持板１５（ブロック部材保持板２０
）側のナット２２と横枠１０Ｂ側のナット２３との間に
は隙間２４が設けられ、前述の真空力が作用する場合に
、機枠１０８の変形に応じて各ボルト１６が自由に操み
得るようになっている。このため穣枠１ＯＢが変形して
も、反射鏡保持板１５（またはブロック部材保持板２０
）が曲げ変形することはない。なお、第１０図の実施例
も以上説明した部分以外は前述の実施例と実質上同じ構
造を有し、対応する部分を同じ符号で示しその詳細な説
明は省略する。

以上説明したように、本発明のガスレーザ発振装置によ
れば、レーザ共振器を構成する全反射鏡、出力鏡および
折返反射鏡のいずれもが、真空力によって榛んだり傾斜
することがないので、強い真空力が発生する高出力型の
場合でも安定したレーザ出力光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆のガスレーザ発振装置の１例を示す斜視図
、第２図は第１図の全反射鏡および出力鏡の取り付け部
を示す斜視図、第３図は第２図の平面図、第４図は本発
明のガスレーザ発振装置の１実施例の要部を示す斜視図
、第５Ａ図は第４図の平面図、第５Ｂ図は第５Ａ図のＡ
−Ａ′側断面図、第６Ａ図は第４図および第５図の反射
鏡保持板に作用する力を示す説明図、第６Ｂ図は第４図
および第５図の反射鏡支持枠の横枠に作用する力を示す
説明図、第７図は本発明のガスレーザ発振装置の他の実
施例を示す斜視図、第８図は第７図の反射鏡支持枠の前
側部分すなわち全反射鏡および出力鏡と一対の折返反射
鏡を有するブロック部材とを横枠に取り付けるための構
造を示す平面図、第９図は第７図のガスレーザ発振装置
の反射鏡支持枠の後側部分すなわち２個のブロック部材
（それぞれに一対の折返反射鏡が固定されている）を横
枠に対し取り付けるための構造を示す平面図、第１０図
は本発明のガスレーザ発振装置の更に他の実施例の要部
を例示する平面図である。 １・・・…レーザ管、２・・・・・・陰極、３・・・・
・・陽極、５・・・・・・全反射鏡、６・・・・・・ブ
ロック部材、８・・・・・・出力鏡、９・・・・・・レ
ーザ出力光、１０・・・・・・反射鏡支持枠、１０Ａ・
・・・・・縦枠、１０Ｂ・・・・・・横枠、１１・・・
・・・折返反射鏡、１３・・…・架台、１４・・・・・
・反射鏡の中心藤、Ｘ・・・・・・レーザ共振器の光軸
、１５・・・・・・反射鏡保持板、１６…・・・ボルト
、１７・・・・・・スベーサ部材、１８……ナット、１
９・・…・間隙、２０……フロック部材保持板、２２，
２３・・・・・・ナット、２４……間隙（ナット間）。 努’図第２図 第３図 第４図 努ＳＡ図 第５８図 第５Ａ図 髪５３函 潔ヮ図 孫８図 第０図 毅／ｏ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ管接続体の両端に全反射鏡および出力鏡をそ
   れぞれ取付けるとともに、該レーザ管接続体の途中を一
   対の折返反射鏡を有する中空のブロツク部材で接続して
   レーザ共振器を構成し、該レーザ共振器を支持する架台
   上に前記レーザ管接続体ともゞ同一面内に位置する反射
   鏡支持枠を取付け、該支持枠に前記全反射鏡、前記出力
   鏡および前記ブロツク部材を装着して構成したガスレー
   ザ発振装置において、前記全反射鏡および前記出力鏡を
   反射鏡保持板に取付け、該反射鏡保持板は前記全反射鏡
   のほぼ中央部の上下位置および前記出力鏡のほぼ中央部
   の上下位置でスペーサ部材を介して前記反射鏡支持枠に
   取付けられることを特徴とするガスレーザ発振装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発振装置に
   おいて、前記ブロツク部材をブロツク部材保持板に取付
   け、該ブロツク部材保持板は前記ブロツク部材のほゞ中
   央部の上下位置でスペーサ部材を介して前記反射鏡支持
   枠に取付けられることを特徴とするガスレーザ発振装置
   。