JPS63199469A - ガスレ−ザ発振器 - 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） 本発明はレーザ光を出力するレーザ発振器に係り、特に
大出力ガスレーザにおいて、一般に用いられる３軸直交
タイプのレーザ発振器の構造に関するものである。

（従来の技術） 第３図は従来の３軸直交型のガスレーザ発振器を示す説
明図である。図において、１，２は対向する２枚の鏡で
あって、レーザ光の共振を行なわせる共振器ミラーてあ
り、通常１は全反射鏡、２はレーザ光の取り出し窓も兼
ねて部分反射鏡か用いられる。３は陽極板、４は陰極ピ
ンで図のようにレーザビームの方向に沿って配設した一
列の陰極ピンを用いる場合と、同じ方向に延びた１本の
陰極棒を用いる場合とかある。５は陰極支持板で陽極板
３と共にガス流路６を形成する。陽極についても常に図
のような板状ではなく、１木の陽極体を用いる場合もあ
り、その際は陰極と同様、陽極支持板か必要である。ガ
ス流路６の中には前記陽極板３と陰極ピンの間に、高圧
電源（図示せず）により高電圧を印加することによって
生ずるグロー放電域７か存在する。８はガス流路６中を
、矢印２１の方向にレーザガスを通過させるための送風
機であり、９はグロー放電域７を通ってきたレーザガス
を冷やずための熱交換器である。その後ガスは送風機８
を経て、ガス流路６から見て、陽極板３．陰極支持板５
の外側を矢印２２の方向に流れて、フィルター１０を経
て再びガス流路６へと強制循環されている。１１は」−
記構成品全体を収納する筐体で、レーザガスも内部に封
入するため、真空容器となっている。

上記のように構成されたレーザ発振器において、レーザ
ガスはグロー放電域７において、レーザ発振可能な状態
に励起され光を放出する（自然放出）。放出された光は
共振器ミラー１．２の間を反射往復してグロー放電域７
を通る際に励起されたレーザガスから同一波長、同一位
相、同一方向の光を放出させ（誘導放出）て強められ、
部分反射鏡２を透過する光の強さが十分強くなり、レー
ザ光として外部に取り出され種々の用途に供される。

以上１共振器ミラーが全反射鏡ｌと部分反射鏡２とから
成る安定型共振器の場合について説明したが、出力の極
めて大きい（１０ｋｗ以上）場合には部分反射鏡か容易
に得られないこともあり、共振器ミラーか２枚の全反射
鏡（凹面鏡と凸面鏡）から成る不安定型共振器か使われ
ることか多い。第４図にレーザ発振器の基本的構成の模
式図をａ）安定型共振器、ｂ）不安定型共振器に分けて
示す。不安定型共振器ては、図に示すように部分反射鏡
２の代わりに凸面鏡２−１と取り出し鏡１７、ベンドミ
ラー１Ｂ、出力窓１９を用いて外にビームを取り出す構
成になっているところのみ、前述の安定型共振器の場合
と異なっている。

第５図は共振器ミラーの光軸に垂直な断面で陽極と陰極
（以下放電電極部と称する）を見た図てあり、ａ）陽極
板３と陰極ピン４より成る場合、ｂ）陽極棒３−１と陰
極棒４−１より成る場合を示す。ａ）において陽極板３
は紙面と垂直な方向に長く延びており、陰極ピン４は紙
面と垂直な方向に複数個並んでいる。従ってグロー放電
域も紙面と垂直な方向に長く延びた形て形成される。こ
の長い放電電極部を１列の放電電極列と称する。同様に
ｂ）においても、紙面と垂直な方向に長く伸びた陽極棒
３−１と陰極棒４−１から長い放電電極部が形成されて
いるのて、これも１列の放電電極列と呼べる。

従ってａ）、ｂ）共に従来型の放電電極部は１列の放電
電極列より成っていると言える。

（発明か解決しようとする問題点） 上記のような従来の発振器では、陽陰極間の高電圧の及
ぶ範囲のガス流方向（第５図のＸ方向）の巾か狭いため
、グロー放電域を大きく取ることか難しく、従って出て
くるレーザビームの径も限られ、出力Ｓｋｗクラスのレ
ーザ発振器で約５０■φ、　ＩＯｋｗクラスのもので約
７０ｍｍφ程度である。

しかも集光性の良いビームを得るためには、第３図の部
分反射鏡２の近傍、全反射鏡１側に、共振器ミラー間を
往復するレーザ光のビーム径より小さい開口を設けてグ
ロー放電域の中でも、光軸に近い部分のみ通る光を選択
して増巾する必要があるため、ビーム径は更に小さくな
るのが通常である。

しかしながら、一般に、レーザ光を用いる加工には穴あ
けや切断のように、ビームを細く絞って用いる場合と、
熱処理のように比較的広い面に加工を行ないたい場合と
かあり、前者の場合には従来のビーム径の小さいレーザ
光で問題無いが、後者の場合には発振器から出てきたレ
ーザ光を外部の光学系を用いて広げる必要がある。この
ような目的に対してビーム径そのものを大きくしてしま
うと、エネルギー密度が低下してしまい、高密度エネル
ギービームであるという、レーザの特徴か消えてしまう
ので、通常、円柱ミラー（レンズ）を用いて線状ビーム
を作り、ビームと被加工材とを相対的に移動させて広い
面積の加工を行なうことが考えられる。しかし、この方
法でもエネルギー分布の均一性を得ることが難しく、ま
たビーム巾がもともとのビーム径で決まってしまうため
に、広巾ビームが得られない等の問題がある。

なお、エネルギー分布の均一性を得るために特開昭５５
−５０２０９．５６−５０７９５等で種々の外部光学系
か提案されているか、加工ヘッドの構造が非常に厄介に
なる。又、広巾ビームを得るために、振動ミラーポリゴ
ンミラー等が提案されているが（実開昭５８−１０７２
８９　、　＃開閉５９−３５８９３）　、集光レンズ１
３て絞られたビームを、途中で振動ミラー１４で振る場
合、第６図に示すように振る角度θが大きくなると、振
動ミラー１４から被加工材１５上のビーム照射点１６ま
での距離の違いが中央部１６−１と端部１６−２とで顕
著になり、均一な加工が出来ないという問題点かあった
。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
て、レーザ発振器から出る際のビームの形状か既に線状
に近い広巾ビームになし得るような、レーザ発振器を得
ることを目的とする。

（問題点を解決するだめの手段） この発明による発振器は放電電極列をガス流れ方向に複
数配置すると共に、該放電電極列の複数列の巾以上のｌ
Ｊを有する共振器ミラーを配設したことを特徴とする構
造のものである。

以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例、特に開口部を設けた例を示
す概略斜視図である。鎖国において、陰極支持板５のガ
ス流れ２２の方向に複数列の陰極ピン４．４−１．４−
２・・・を配置し、グロー放電７の放電域を１１広く構
成している。

この放電電極列４．４−１．４−２・・・の巾以上の巾
の全反射鏡１及び部分反射鏡２を陽極板３及び陰極支持
板５をはさんで相対する位置に配設する。」１記共振器
ミラーは従来技術と同様、Ｓｉミラー、化合物半導体ミ
ラー等が用いられる。開口部１２はビームの厚さ方向（
放電方向）の集光性を上げるために用いている。なお、
第１図において、上記以外の部品番号のものは従来装置
（第３図）と同一機能を有するものである。

上記放電部の断面を第２図で示す。４−１．４−２は新
たに加えた陰極ピンの列であり、これらによってできる
陽極板との間のグロー放電域か連らなって、ガス流れ方
向に長くなり、巾の広いレーザビームが紙面と垂直方向
に出射される。

なお、上記においては、共振器は全反射鏡ｌと部分反射
鏡２を有する安定型共振器の場合について説明したか、
第４図（ｂ）に示した不安定型共振器の場合についても
、同様の考え方を適用して、巾広ビームを取り出すこと
が可能である。

上記広い面の加工をより高いエネルギー密度のビームで
行ないたい場合は、外部光学系として円柱ミラー（又は
円柱レンズ）を、その対称軸がビームの巾方向と平行に
なるようにして用いれば、ビームの巾は大きいま＼て、
その垂直方向の断面（ビームの厚さと称する）の絞られ
た線状ビームとなり、エネルギー密度か高くなる。更に
、共振器ミラーの間、部分反射鏡の近傍に、ビームの厚
さより小さい短片を有する矩形の開口を設けて、共振器
内で発生したビームのうち、厚さ方向には、中心に近い
部分のみ部分反射鏡に到達せしめ、レーザ増巾を行なわ
せるようにすると、厚さ方向には極めて集光性の良いビ
ームとなる。従って、外部の円柱ミラー等により、ビー
ムの厚さ方向に更に小さく絞れるので、相当中の広い線
状ビームにしても、十分エネルギー密度を高くすること
か可能である。

このように１本発明は発振器から直接、巾の広い線状ビ
ームを取り出すことが出来るため、広い面積のレーザ加
工を行なう際、従来技術のように小さな面積のビームを
多数回往復させて全面を覆い尽くすという必要がないの
で、短時間に処理が完了するので極めて能率的である。

又多数回往復させる場合は相隣るバスの間て処理部の重
なり等の不連続部が生じて全面の均一な処理が極めて難
しいことおよび前のバスの照射の影響で温度が上昇する
等次のバスの照射時の初期条件が変わること、逆に後の
バスの照射の影響で前のバスの照射による効果が悪影響
を受ける等、広い面積の加工を行なう上で多くの問題点
があるが、本発明によりこれらを一挙に解決てきる。

更に、従来のレーザ発振器から出射されるレーザビーム
を上記線状ビームに変換させるためには、レーザ発振器
と被加工物の間に、複雑な光学系を設けねばならないが
、本発明によれば、それらは不要もしくは円柱ミラー（
又は円柱レンズ）のみのごく簡単な光学系て可能となる
ため、狭い場所でも適用可能、設備の簡素化、複雑な光
学系における反射損失等のエネルギーロスの減少、ビー
ム伝送距離の短縮等の多大の効果が得られる。

（発明の効果） 以上詳述した如く、本発明によるレーザ発振器は、従来
の放電電極列に比べ、グロー放電域が、ガス流れ方向に
長くなり、しかも共振器ミラーもその方向に巾の広いも
のを設けであるので、巾の広いレーザ光の発生、増巾が
可能となり、該巾広のビームを外部へ取り出すことがで
きるのて、このビームを用いることにより、比較的広い
面の加工を行なうことが出来、極めて工業的効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す一部切断概略図、第
２図は同じく放電部の断面を示す概略図、第３図及び第
４図は従来の発振器の概略図、第５図は従来発振器の放
電部の断面を示す概略図、第６図は従来発振器によるレ
ーザビームから広巾ビームを得るための従来光学系の一
実施例を示す説明図である。 ｌ・・・全反射鏡、２・・・部分反射鏡、３・・・陽極
板、４・・・陰極ピン、５・・・陰極支持板、６・・・
ガス流路、７・・・グロー放電域、８・・・送風機、９
・・・熱交換器、１０・・・フィルタ、１１・・・真空
容器、１２・・・開口、２１、２２・・・ガス流れ。 第３図 第４図 （゛　　　　　　　　（ゝ１、−１ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ３軸直交型のガスレーザ発振器において、放電電極列を
   ガス流れ方向に複数配置すると共に、該放電電極列の複
   数列の巾以上の巾を有する共振器ミラーを配設したこと
   を特徴とするガスレーザ発振器。