JPS6156634B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザに係り、更に詳細には、外部源
よりの放射線ビームを用いてレーザ構成要素の整
合を行うことに係る。

最良の作動性能は得べくレーザの反射要素を整
合することは、各構成要素の正確な調整を必要と
する。特にレーザのレゾネータに於ける整合は最
も重要であり、ここに僅かの不整合があると出力
の著しい低減を生ずる。

可視スペクトルの外側に高い出力を有するレー
ザに於ては、生成されたビームが整合のために容
易に適用できないことから更に問題がある。その
一つは、かかるレーザを整合の目的で作動させる
と、ビームの出力が大きいことから必要な整合が
達成される前に周囲の構造が破壊される恐れがあ
ることである。しかし、より重大な問題は、この
期間中に近くにいる職員に危害が及ぼされること
である。かかる理由及びその他の理由から、レー
ザの取り扱い者は、特に高出力装置に於ける反射
面の整合を行うために、低出力放射線源からの整
合ビームを用いていた。

レーザレゾネータの整合を行うために二つの主
要な方法が用いられていた。第一の方法に於て
は、レゾネータキヤビテイを構成する端部鏡の一
つが除去され、外部源からの整合放射線ビームが
レージキヤビテイ内へ導入される。残りの全ての
鏡はかかる整合ビームによつて確立された参照軸
線に対しその方向付けを行われる。次いで、取り
外された端部鏡が元に戻され、キヤビテイ内にて
発生されたレーザ放射線を用いて整合が完成され
る。かかる方法の主要な欠点は、レーザ放射線の
振動が許される前に完全な整合が得られないこと
である。

第二の公知の整合法によれば、全ての反射面を
その取り付け位置に保つたままで不安定レゾネー
タの各構成要素の整合を行うことができる。この
方法によれば、一つの外部整合ビームが環状結合
鏡によつて不安定レゾネータのキヤビテイ内へ向
けて反射される。この方法の主たる欠点は、レゾ
ネータの軸線が結合鏡の中心孔を通ることであ
る。整合ビームはレゾネータ軸線に於ては結合鏡
によつて反射されないので、前記整合ビームは結
合鏡の反射面に対し中心よりそらせて導入されな
ければならず、このため整合ビームをレーゾネー
タ軸線に一致させることができない。更に、整合
ビームの源がレーザ出力通路内にあり、レーザ作
動中は除去されなければならないので、最初の整
合を行つた後、系を周期的にチエツクすることが
困難である。

商業的な高出力レーザは、系の整合を確保し周
期的に各構成要素の作動を正確にチエツクする外
部整合ビームを必要とする。

本発明の第一の目的は、レーザレゾネータに於
ける鏡を整合することである。

本発明によれば、レーザレゾネータの鏡は端部
鏡の一つの中央にある孔を通つて導入された外部
源からの密集放射線の参照ビームによつて整合さ
れる。反射面はある外部源からの整合放射線を小
さな孔を有する第一の端部鏡を経てレゾネータキ
ヤビテイ内へ導入し、前記整合ビームを前記第一
の端部鏡へ向けて再び導き、該ビームを前記孔の
周りに集め、これによつてレゾネータ軸線を確立
すべく第二の端部鏡を整合し、再び導かれた前記
整合ビームを前記第二の端部鏡の中心へ向けて反
射すべく前記第一の端部鏡を整合することによつ
て整合される。

本発明の一つの特徴は、レーザキヤビテイ内に
てレーザ作動により発生される出力ビームと一致
する整合ビームとして可視放射線を用いることで
ある。

本発明の他の一つの特徴は、前記端部鏡の一つ
の光学的中心に設けられた孔とレーザビームに対
し低い吸収性を有する整合放射線鏡にある。ヒー
トシンクや整合放射線鏡を通過したレーザエネル
ギを消散させる。

本発明の一つの主要な利点は、整合放射線とレ
ーザビームとを一致させることにより可能とされ
る正確な整合にある。本発明の他の利点は、鏡を
視覚的に整合し又レーザビームの外部通路を視覚
的に配置することができることである。又光学的
構成要素は表面の不完全さ及び整合放射線による
熱負荷効果について監視され得る。

本発明の以上の目的及びその他の目的、特徴及
び利点は以下に添付の図を参照して行われる実施
例についての説明から明らかとなるであろう。

添付の図には、複数個の軸流管を通る平行なガ
ス流路を維持する一つの曲型的なガスレーザ１０
の主要な光学要素が示されている。このレーザ
は、不安定レゾネータ領域１２と増幅領域１４と
を含んでいる。一対の端部タンク２０とそれをつ
なぐチヤンネル２２とからなるガス封体１８内に
はレーザ媒体１６が含まれている。レゾネータは
中央開口２６を有する凹面鏡２４と凸面鏡２８の
間に形成されている。レゾネータ領域はレゾネー
タ管３４内に含まれるレーザ媒体を通つてレーザ
放射線３２を導く折り曲げ鏡３０を含んでいる。

増幅器は前記ガス封体と一体に装着されたレー
ザ窓３６と中央孔４０を有する環状結合鏡３８の
間に配置されている。増幅器の変向鏡４２が前記
結合鏡からの結合された光線４４を増幅器管４６
内に含まれるレーザ媒体を通して導く。

ガス封体の外側には整合放射線５０の源４８及
び第一の整合鏡５２が配置されており、ガス封体
の内部には第二の整合鏡５４が配置されている。
前記第一及び第二の整合鏡の間にはガス封体と一
体に整合放射線窓５６が装着されている。凹面鏡
２４の中央孔２６の背後にはヒートシンク５８が
配置されている。

典型的な整合順序としては、まず折り曲げ鏡、
変向鏡、結合鏡、第一及び第二の整合鏡、凹面鏡
及び放射線源がレゾネータ管及び増幅器管に対し
ほぼ整合して配置される。次いで整合放射線を与
えるべく整合放射線源が作動され、整合鏡が該放
射線を凹面鏡の中央孔を通つて導くべく調整され
る。次いで変向鏡及び結合鏡が各鏡に対し放射線
を中央に位置せしめるべく調整される。次いで凹
面鏡が結合鏡の背後にしてガス封体内に装着さ
れ、結合鏡の中央孔を通る整合放射線が凸面鏡の
中央部に当たり、中央孔を有する凹面鏡の中央部
へ向けて末広状に反射されるように向けられる。
次いで、凹面鏡は整合放射線の中央部が凸面鏡の
中央部へ向けて反射されるように調整される。こ
こで放射線は共振し始める。

環状結合鏡は整合放射線の環状部に受け、それ
を変向鏡へ向けて中心を合わせて反射するように
調整される。変向鏡は環状放射線を増幅器管を通
つてその軸線に同心に導くよう調整される。各要
素の整合の精度は、レーザビーム窓を通つてガス
封体より出る整合放射線の通路内に置かれた目的
物上へ投射される整合放射線のパターンを見るこ
とによつてチエツクできる。整合が満足すべきも
のであるときには、放射線のパターンはその中心
部に黒点を有する鋭い同心円として現われる環状
回折線を含んでいる。もし回折線が明瞭な像を結
んでいない場合には、凹面鏡を調整することによ
り環状線を結像させることができる。

レーザの作動中は、発生されたビームは整合放
射線により確立された軸線と一致しており、整合
放射線源は非作動とされて良い。整合は周期的に
チエツクされるのが良く、又出力ビームは整合放
射線源を再び作動させることによりいつでも位置
合せされて良い。光学列より鏡を取り出したりあ
るいはこれに鏡を装入することが、整合をチエツ
クするためには必要とはされず、これによつて整
合操作の精度及び便宜が著しく増大される。

一つの好ましい実施例に於ては、約10万分の１
のビーム幅を有する放射線を放射することのでき
る任意の商業的に得られるヘリウム／ネオンレー
ザが適当に密集し且視準された可視ビームを与え
る。あるいは又、レンズと多孔板の組合わせによ
り平行化され且密集された通常の光源によつても
許容し得るビームが得られる。しかしヘリウム／
ネオンレーザが一般に通常の光源及びそれに関連
するビーム形成光学装置を用いるより低コストに
て優れたビームを与える。

一つの好ましい実施例に於ては、出力ビームは
レゾネータキヤビテイ内にて炭酸ガス、ヘリウム
及び窒素よりなる作動媒体によつて作られる。出
力ビームの僅かの部分は凹面鏡の孔を通つてレゾ
ネータキヤビテイより逃げ、第二の整合鏡に当た
る。第二の整合鏡はゲルマニウム、カリウムアー
シナイド、カドミウムテルライドあるいはジンク
セレナイドよりなつており、これらはヘリウム／
ネオン整合放射線ビームを反射し、出力レーザビ
ームをヒートシンクへ伝える。第二の整合鏡は同
じく炭酸ガス生成された出力ビームに対し非反射
性である材料にて被覆されている。この被覆は鏡
を通る出力ビームの割合を約50％から約90％まで
増大し、これによつて反射された出力ビームによ
り整合レーザが損傷されることを防ぐ。第二の整
合鏡の背後にはそれを通る放射エネルギを消散さ
せるためにヒートシンクが必要とされることがあ
る。

凹面鏡の孔は整合ビームより僅かに小さい直径
を有し、これによつてビームの平行化が良く行わ
れていない部分がレゾネータキヤビテイへいるこ
とを防ぐ。この孔はそれを通つてレゾネータキヤ
ビテイよりエネルギが失なわれることを低減すべ
く充分整合されたビームを与えることと調和して
できるだけ小さくされる。一つの実施例に於て
は、この孔は約８万分の１インチの直径とされ
る。

凸面鏡に当たる整合ビームは末広状態に反射さ
れ、折り曲げ鏡によりレゾネータ管を通つて凹面
鏡へ導かれ、ここでビームは平行化され、より大
きい外径にて凸面鏡へ向けて戻される。このプロ
セスは出力ビームの生成と全く同じものである
が、ビームの外径が結合鏡の中央孔の直径を超え
るまで続けられる。該直径を超えると、ビームの
外側部は結合鏡によつて変向鏡へ向けて反射さ
れ、これより増幅器管を通つてレーザ窓より出る
ように導かれる。可視ビームを用いることによ
り、レーザシステムが励動される前にレーザビー
ムに対し加工片を適当に配置することができる。

整合ビームはレーザ作動によつてキヤビテイ内
に生成された出力ビームを再現するので、系全体
は出力レーザ系を励動することなく視覚的に整合
され得る。

ヘリウム／ネオンレーザにより生成された整合
放射線は炭酸ガスレーザ系により生成されたもの
より短い波長を有する。炭酸ガスレーザに於て
は、出力レーザに影響する表面の不完全さは光学
要素がより短い波長の整合放射線に曝されるとき
より容易に明瞭となる。もし表面の不完全さが鏡
反射面のいずれかに含まれていると、整合ビーム
出力はそれに近い領域に於て不均一に照射された
パターンとして観察される。

可視ビームを用いることにより、折り曲げ鏡、
変向鏡及び結合鏡に於ける熱負荷の影響を見るこ
とができる。鏡面に当たる放射線の約１％は鏡に
よつて吸収され、これによつて鏡の温度を上昇さ
せる。鏡面が加熱されるにつれて、それは平らな
状態から撓んでくる。この影響は可視整合ビーム
をレーザ作動中にレゾネータキヤビテイへ導入す
ることによつて観察される。もしかかる熱効果が
生じていると、その近傍のパターンに見られる可
視整合ビームの環は最初の整合した冷温状態に於
て見られるものと寸法が異なつたものとなる。か
かる熱効果は個々の影響された鏡の冷却を必要と
する部分に供給される冷却媒体の量を調整するこ
とにより低減される。

この系は非可視整合ビームによつても整合され
得るが、整合ビームを鏡面に位置せしめるために
追加の感知装置を必要とする。

以上に於ては本発明を好ましい実施例について
説明したが、本発明の範囲内にて種々の変更及び
詳略等が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による整合系を含む軸流不安
定レゾネータの概略図である。 １０〜ガスレーザ、１２〜レゾネータ領域、１
４〜増幅領域、１６〜レーザ媒体、１８〜ガス封
体、２０〜端部タンク、２２〜チヤンネル、２４
〜凹面鏡、２６〜中央孔、２８〜凸面鏡、３０〜
折り曲げ鏡、３２〜レーザ放射線、３４〜レゾネ
ータ管、３６〜レーザ窓、３８〜結合鏡、４０〜
中央孔、４２〜変向鏡、４４〜結合ビーム、４６
〜増幅器管、４８〜整合放射線源、５０〜整合放
射線、５２，５４〜整合鏡、５６〜整合放射線
窓、５８〜ヒートシンク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １つの光学軸に沿つて互いに光学的に対向し
   て配置された凹面鏡と凸面鏡を含むレゾネータを
   有するレーザ装置に於ける反射面を可視放射線ビ
   ームにて整合する方法にして、 一つの外部光源より整合用の可視放射線ビーム
   を与えることと、 レゾネータの光学軸に沿つて前記凹面鏡に開け
   られた孔を通り前記可視放射線ビームをレゾネー
   タの光学軸に沿つてレゾネータ内へ導くことと、 前記可視放射線ビームの中心を前記凹面鏡の中
   心へ向けて反射するよう前記凸面鏡を整合するこ
   とと、 前記可視放射線ビームの中心を前記凸面鏡の中
   心へ向けて反射するよう前記凹面鏡を整合するこ
   とと、 を含むことを特徴とする方法。 ２ 一つの光学軸に沿つて互いに光学的に対向し
   て配置された凹面鏡と凸面鏡を含むレゾネータを
   有するレーザ装置に於ける反射面を可視放射線ビ
   ームにて整合する装置にして、 前記凹面鏡にレゾネータの光学軸に沿つて開け
   られた孔と、 整合用の可視放射線ビームを与える装置と、 レゾネータの外部にあつて前記可視放射線ビー
   ムをレゾネータの光学軸に沿い前記凹面鏡の孔を
   通つてレゾネータ内へ導く整合鏡と、 を有することを特徴とする装置。