KR20220004552A

KR20220004552A - Laser oscillator

Info

Publication number: KR20220004552A
Application number: KR1020210070528A
Authority: KR
Inventors: 조이치 카와무라; 켄타 타나카
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2022-01-11
Also published as: JP2022013224A; TW202203530A; CN113889826A; TWI823093B; CN113889826B; JP7572172B2

Abstract

Provided is a laser oscillator capable of suppressing an increase in the size and cost of a device and suppressing an optical axis shift of an optical resonator. A laser medium gas is accommodated in the chamber. A discharge electrode generates a discharge in the chamber. The optical resonator, which has an optical axis passing through a region in which discharge is generated by the discharge electrode, is supported on a resonator base disposed in the chamber. Among the surfaces of the resonator base, a temperature difference reducing structure for reducing the temperature difference between the first surface facing the discharge electrode and the second surface facing the opposite side to the discharge electrode is provided.

Description

Laser Oscillator {LASER OSCILLATOR}

본 출원은 2020년 7월 3일에 출원된 일본 특허출원 제2020-115641호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2020-115641 filed on July 3, 2020. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.

본 발명은, 레이저발진기에 관한 것이다.The present invention relates to a laser oscillator.

레이저발진기에 이용되는 광공진기는 한 쌍의 공진기미러를 갖고, 공진기미러의 사이에 광을 가두어 유도방출을 발생시킨다. 한 쌍의 공진기미러의 광축이 어긋나면 레이저광의 출력이 저하되어 버린다. 레이저광의 출력저하를 회피하기 위하여, 한 쌍의 공진기미러의 광축의 어긋남을 억제하는 것이 중요하다. 광축어긋남을 억제하기 위하여, 한 쌍의 공진기미러를 공진기베이스에 고정하는 구조가 채용되는 경우가 있다.An optical resonator used in a laser oscillator has a pair of resonator mirrors and confines light between the resonator mirrors to generate stimulated emission. When the optical axes of the pair of resonator mirrors are shifted, the output of the laser light is lowered. In order to avoid a decrease in the output of the laser light, it is important to suppress the deviation of the optical axis of the pair of resonator mirrors. In order to suppress the optical axis shift, a structure in which a pair of resonator mirrors are fixed to the resonator base may be employed.

하기의 특허문헌 1에, 레이저매질과 광공진기를 수용한 용기를 외측의 다른 용기 내에 배치하고, 외측의 용기와 내측의 용기의 사이를 진공으로 한 레이저발진기가 개시되어 있다. 이 구성에 의하여, 외부로부터의 열의 영향이 경감된다.Patent Document 1 below discloses a laser oscillator in which a container containing a laser medium and an optical resonator is placed in another container outside, and a vacuum is created between the outer container and the inner container. With this configuration, the influence of heat from the outside is reduced.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 소58-176985호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-176985

한 쌍의 공진기미러를 하나의 공진기베이스에 지지한 구성에 있어서 광축어긋남을 억제하기 위해서는, 공진기베이스를 변형하기 어려운 강성이 높은 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 그런데, 강성을 높이기 위하여, 공진기베이스로서 두껍고 큰 부재를 이용하면, 장치가 대형화되어, 비용상승으로 이어진다.In a configuration in which a pair of resonator mirrors are supported on a single resonator base, in order to suppress an optical axis shift, it is preferable to use a member with high rigidity that is difficult to deform the resonator base. However, if a thick and large member is used as the resonator base in order to increase the rigidity, the device becomes large, leading to an increase in cost.

본 발명의 목적은, 장치의 대형화 및 비용상승을 억제하고, 또한 광공진기의 광축어긋남을 억제하는 것이 가능한 레이저발진기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser oscillator capable of suppressing an increase in the size and cost of the device and suppressing the optical axis shift of the optical resonator.

본 발명의 일 관점에 의하면,According to one aspect of the present invention,

레이저매질가스를 수용하는 챔버 내에 방전을 발생시키는 방전전극과,A discharge electrode for generating a discharge in a chamber accommodating the laser medium gas;

상기 챔버 내에 배치되어, 상기 방전전극에서 방전이 발생하는 영역을 통과하는 광축을 갖는 광공진기를 지지하는 공진기베이스와,a resonator base disposed in the chamber and supporting an optical resonator having an optical axis passing through a region in which discharge is generated in the discharge electrode;

상기 공진기베이스의 표면 중, 상기 방전전극 쪽을 향하는 제1 표면과, 상기 방전전극과는 반대측을 향하는 제2 표면의 온도차를 저감시키는 온도차저감구조를 갖는 레이저발진기가 제공된다.There is provided a laser oscillator having a temperature difference reduction structure for reducing a temperature difference between a surface of the resonator base, a first surface facing the discharge electrode, and a second surface facing the opposite side to the discharge electrode.

온도차저감구조에 의하여, 공진기베이스의 제1 표면과 제2 표면의 온도가 저감된다. 이로써, 공진기베이스로서 두껍고 강성이 높은 부재를 이용하지 않고, 온도차에 기인하는 휨변형을 억제할 수 있다. 공진기베이스의 변형이 발생하기 어려워지기 때문에, 광공진기의 광축어긋남도 발생하기 어려워진다. 공진기베이스로서 두껍고 강성이 높은 부재를 이용할 필요가 없기 때문에, 장치의 대형화 및 비용상승을 억제할 수 있다.The temperature of the first surface and the second surface of the resonator base is reduced by the temperature difference reduction structure. Accordingly, it is possible to suppress the bending deformation caused by the temperature difference without using a thick and high rigidity member as the resonator base. Since deformation of the resonator base is less likely to occur, misalignment of the optical axis of the optical resonator is less likely to occur. Since it is not necessary to use a thick and highly rigid member as the resonator base, it is possible to suppress the increase in size and cost of the device.

도 1은, 실시예에 의한 레이저발진기를 탑재한 레이저장치, 및 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔으로 가공을 행하는 가공장치의 개략도이다.
도 2는, 실시예에 의한 레이저발진기의 광축을 포함하는 단면도이다.
도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기의 광축에 수직인 단면도이다.
도 4의 4A는, 실시예에 의한 레이저발진기에 이용되고 있는 공진기베이스의 평면도이며, 도 4의 4B 및 4C는, 각각 도 4의 4A의 일점쇄선 4B-4B 및 일점쇄선 4C-4C에 있어서의 단면도이다.
도 5는, 다른 실시예에 의한 레이저발진기의 광축을 포함하는 단면도이다.
도 6은, 또 다른 실시예에 의한 레이저발진기의 광축에 수직인 단면도이다.1 is a schematic diagram of a laser apparatus equipped with a laser oscillator according to an embodiment, and a processing apparatus that performs processing with a laser beam output from the laser oscillator.
2 is a cross-sectional view including an optical axis of the laser oscillator according to the embodiment.
3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the laser oscillator according to the embodiment.
4A is a plan view of a resonator base used in the laser oscillator according to the embodiment, and FIGS. 4B and 4C are dashed-dotted lines 4B-4B and dash-dotted lines 4C-4C in FIG. 4A, respectively. It is a cross section.
5 is a cross-sectional view including an optical axis of a laser oscillator according to another embodiment.
6 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the laser oscillator according to another embodiment.

도 1은, 실시예에 의한 레이저발진기(12)를 탑재한 레이저장치(10), 및 레이저장치(10)로부터 출력된 레이저빔으로 가공을 행하는 가공장치(80)의 개략도이다. 공통베이스(100)에, 레이저장치(10) 및 가공장치(80)가 고정되어 있다. 공통베이스(100)는, 예를 들면 바닥이다.1 is a schematic diagram of a laser device 10 having a laser oscillator 12 mounted thereon and a processing device 80 that performs processing with a laser beam output from the laser device 10 according to the embodiment. A laser device 10 and a processing device 80 are fixed to the common base 100 . The common base 100 is, for example, a floor.

레이저장치(10)는, 공통베이스(100)에 고정된 가대(架臺)(11)와, 가대(11)에 지지된 레이저발진기(12)를 포함한다. 가공장치(80)는, 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)를 포함한다. 스테이지(82) 위에 가공대상물(90)이 지지된다. 빔정형광학계(81) 및 스테이지(82)는, 공통베이스(100)에 고정되어 있다. 레이저발진기(12)로부터 출력된 레이저빔이, 빔정형광학계(81)에 의하여 빔프로파일이 정형되어, 가공대상물(90)에 입사한다.The laser device 10 includes a mount 11 fixed to a common base 100 , and a laser oscillator 12 supported by the mount 11 . The processing apparatus 80 includes a beam shaping optical system 81 and a stage 82 . A workpiece 90 is supported on the stage 82 . The beam shaping optical system 81 and the stage 82 are fixed to the common base 100 . The laser beam output from the laser oscillator 12 has a beam profile shaped by the beam shaping optical system 81 and is incident on the object 90 to be processed.

도 2는, 레이저발진기(12)의 광축을 포함하는 단면도이다. 레이저발진기(12)는, 레이저매질가스 및 광공진기(20) 등을 수용하는 챔버(15)를 포함한다. 챔버(15)에 레이저매질가스가 수용된다. 챔버(15)의 내부공간이, 상대적으로 상측에 위치하는 광학실(16)과, 상대적으로 하측에 위치하는 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16)과 블로어실(17)은, 상하구획판(18)으로 구획되어 있다. 다만, 상하구획판(18)에는, 레이저매질가스를 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 유통시키는 개구가 마련되어 있다. 블로어실(17)의 측벽으로부터 광학실(16)의 저판(底板)(19)이, 광공진기(20)의 광축(20A)의 방향으로 돌출되어 있어, 광학실(16)의 광축방향의 길이가, 블로어실(17)의 광축방향의 길이보다 길어져 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view including the optical axis of the laser oscillator 12 . The laser oscillator 12 includes a chamber 15 for accommodating the laser medium gas and the optical resonator 20 . A laser medium gas is accommodated in the chamber 15 . The inner space of the chamber 15 is divided into an optical chamber 16 positioned on the upper side and a blower chamber 17 positioned on the lower side. The optical chamber 16 and the blower chamber 17 are partitioned by an upper and lower partition plate 18 . However, the upper and lower partition plate 18 is provided with an opening through which the laser medium gas flows between the optical chamber 16 and the blower chamber 17 . A bottom plate 19 of the optical chamber 16 protrudes from the side wall of the blower chamber 17 in the direction of the optical axis 20A of the optical resonator 20, and the length of the optical chamber 16 in the optical axis direction is longer than the length of the blower chamber 17 in the optical axis direction.

챔버(15)의 저판(19)이, 4개의 지지개소(35)에서 가대(11)(도 1)에 지지되어 있다. 4개의 지지개소(35)는, 평면시(平面視)에 있어서 직사각형의 4개의 정점(頂點)에 상당하는 위치에 배치되어 있다.The bottom plate 19 of the chamber 15 is supported by the mount 11 (FIG. 1) at the four support points 35. As shown in FIG. The four support points 35 are arrange|positioned in the position corresponding to the four vertices of a rectangle in planar view.

광학실(16) 내에, 방전전극(21) 및 광공진기(20)가 배치되어 있다. 광공진기(20)는, 한 쌍의 공진기미러(25)를 포함한다. 방전전극(21)은 한 쌍의 도전부재(21A)를 포함하고, 한 쌍의 도전부재(21A)는, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 한 쌍의 전극박스(22)는 전극지지부재(23)를 개재하여 저판(19)에 지지되어 있다. 방전전극(21)을 구성하는 한 쌍의 도전부재(21A)는, 상하방향으로 간격을 두고 배치되며, 양자의 사이에 방전영역(24)이 획정(劃定)된다. 방전전극(21)은 방전영역(24)에 방전을 발생시킴으로써, 레이저매질가스를 여기시킨다. 광공진기(20)의 광축(20A)은 방전영역(24)을 통과한다. 이후에 도 3을 참조하여 설명하는 바와 같이, 방전영역(24)을 도 2의 지면(紙面)에 수직인 방향으로 레이저매질가스가 흐른다.In the optical chamber 16 , a discharge electrode 21 and an optical resonator 20 are arranged. The optical resonator 20 includes a pair of resonator mirrors 25 . The discharge electrode 21 includes a pair of conductive members 21A, and the pair of conductive members 21A are respectively fixed to the electrode box 22 . The pair of electrode boxes 22 are supported on the bottom plate 19 with an electrode support member 23 interposed therebetween. A pair of conductive members 21A constituting the discharge electrode 21 are arranged at intervals in the vertical direction, and a discharge region 24 is defined between them. The discharge electrode 21 generates a discharge in the discharge region 24 to excite the laser medium gas. The optical axis 20A of the optical resonator 20 passes through the discharge region 24 . As will be described later with reference to FIG. 3 , the laser medium gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2 .

한 쌍의 공진기미러(25)를 포함하는 광공진기(20)는, 광학실(16) 내에 배치된 하나의 공진기베이스(26)에 고정되어 있다. 공진기베이스(26)는, 광축(20A)의 방향으로 긴 판상의 단일의 부재이며, 4개의 광공진기지지부재(27)를 개재하여 저판(19)에 지지되어 있다. 공진기베이스(26)의 상면에, 열차폐부재(30)가, 광축(20A)의 방향으로 신축 가능하게 지지되어 있다. 열차폐부재(30)는, 공진기베이스(26)로부터 탈락하지 않도록 볼트(31)에 의하여 공진기베이스(26)에 지지되어 있다. 본 명세서에 있어서, 공진기베이스(26)의 상하의 표면 중, 방전전극(21)측을 향하는 표면(도 2에 있어서 상면)을 제1 표면(26A)이라고 하고, 반대측을 향하는 표면(도 2에 있어서 하면)을 제2 표면(26B)이라고 하는 것으로 한다.An optical resonator 20 including a pair of resonator mirrors 25 is fixed to a single resonator base 26 arranged in an optical chamber 16 . The resonator base 26 is a single plate-shaped member long in the direction of the optical axis 20A, and is supported by the bottom plate 19 via four optical resonator support members 27 interposed therebetween. On the upper surface of the resonator base 26, a heat shield member 30 is supported so as to be stretchable in the direction of the optical axis 20A. The heat shield member 30 is supported by the resonator base 26 by bolts 31 so as not to fall off from the resonator base 26 . In this specification, among the upper and lower surfaces of the resonator base 26, the surface facing the discharge electrode 21 side (top surface in FIG. 2) is referred to as the first surface 26A, and the surface facing the opposite side (in FIG. 2) The lower surface) is referred to as the second surface 26B.

광공진기(20)의 광축(20A)을 일 방향(도 1에 있어서 좌방향)으로 연신시킨 연장선과 광학실(16)의 벽면의 교차개소에, 레이저빔을 투과시키는 광투과창(28)이 장착되어 있다. 광공진기 내에서 여진(勵振)된 레이저빔이 광투과창(28)을 투과하여 외부로 방사된다.A light transmission window 28 for transmitting a laser beam is provided at the intersection of the extension line extending the optical axis 20A of the optical resonator 20 in one direction (left direction in FIG. 1) and the wall surface of the optical chamber 16. is fitted The laser beam excited in the optical resonator passes through the light transmission window 28 and is radiated to the outside.

블로어실(17)에 블로어(29)가 배치되어 있다. 블로어(29)는, 광학실(16)과 블로어실(17)의 사이에서 레이저매질가스를 순환시킨다.A blower 29 is arranged in the blower chamber 17 . The blower 29 circulates the laser medium gas between the optical chamber 16 and the blower chamber 17 .

도 3은, 실시예에 의한 레이저발진기(12)의 광축(20A)(도 2)에 수직인 단면도이다. 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 챔버(15)의 내부공간이 상하구획판(18)에 의하여, 상방의 광학실(16)과 하방의 블로어실(17)로 구분되어 있다. 광학실(16) 내에, 방전전극(21), 공진기베이스(26), 열차폐부재(30)가 배치되어 있다. 방전전극(21)을 구성하는 한 쌍의 도전부재(21A)가, 각각 전극박스(22)에 고정되어 있다. 전극박스(22)는, 전극지지부재(23)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 한 쌍의 도전부재(21A)의 사이에 방전영역(24)이 획정된다. 공진기베이스(26)는, 광공진기지지부재(27)에 의하여 챔버(15)의 저판(19)(도 2)에 지지되어 있다. 전극지지부재(23) 및 광공진기지지부재(27)는, 도 3에 나타낸 단면으로부터 어긋난 위치에 배치되어 있기 때문에, 도 3에 있어서 전극지지부재(23) 및 광공진기지지부재(27)를 파선으로 나타내고 있다.Fig. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis 20A (Fig. 2) of the laser oscillator 12 according to the embodiment. As described with reference to FIG. 2 , the inner space of the chamber 15 is divided into an upper optical chamber 16 and a lower blower chamber 17 by the upper and lower partition plates 18 . In the optical chamber 16 , a discharge electrode 21 , a resonator base 26 , and a heat shield member 30 are disposed. A pair of conductive members 21A constituting the discharge electrode 21 are respectively fixed to the electrode box 22 . The electrode box 22 is supported on the bottom plate 19 ( FIG. 2 ) of the chamber 15 by the electrode support member 23 . A discharge region 24 is defined between the pair of conductive members 21A. The resonator base 26 is supported by the optical resonator support member 27 on the bottom plate 19 (FIG. 2) of the chamber 15. Since the electrode supporting member 23 and the optical resonator supporting member 27 are disposed at positions deviated from the cross section shown in FIG. 3, the electrode supporting member 23 and the optical resonator supporting member 27 are indicated by broken lines in FIG. is indicated as

광학실(16) 내에 구획판(40)이 배치되어 있다. 구획판(40)은, 상하구획판(18)에 마련된 개구(18A)부터 방전영역(24)까지의 제1 가스유로(41), 방전영역(24)부터 상하구획판(18)에 마련된 다른 개구(18B)까지의 제2 가스유로(42)를 획정한다. 레이저매질가스는, 방전영역(24)을, 광축(20A)(도 2)에 대하여 직교하는 방향으로 흐른다. 방전방향은, 레이저매질가스가 흐르는 방향, 및 광축(20A)의 양방에 대하여 직교한다. 블로어실(17), 제1 가스유로(41), 방전영역(24), 및 제2 가스유로(42)에 의하여, 레이저매질가스가 순환하는 순환로가 형성된다. 블로어(29)는, 이 순환로를 레이저매질가스가 순환하도록, 화살표로 나타낸 레이저매질가스의 흐름을 발생시킨다.A partition plate 40 is arranged in the optical chamber 16 . The partition plate 40 includes a first gas flow path 41 from the opening 18A provided in the upper and lower partition plate 18 to the discharge region 24 , and another provided in the upper and lower partition plate 18 from the discharge region 24 . A second gas flow path 42 up to the opening 18B is defined. The laser medium gas flows through the discharge region 24 in a direction perpendicular to the optical axis 20A (FIG. 2). The discharge direction is orthogonal to both the direction in which the laser medium gas flows and the optical axis 20A. A circulation path in which the laser medium gas circulates is formed by the blower chamber 17 , the first gas flow path 41 , the discharge region 24 , and the second gas flow path 42 . The blower 29 generates a flow of laser medium gas indicated by an arrow so that the laser medium gas circulates through this circuit.

블로어실(17) 내의 순환로에, 열교환기(43)가 수용되어 있다. 방전영역(24)에서 가열된 레이저매질가스가 열교환기(43)를 통과함으로써 냉각되고, 냉각된 레이저매질가스가 방전영역(24)에 재공급된다.The heat exchanger 43 is accommodated in the circulation path in the blower chamber 17 . The laser medium gas heated in the discharge region 24 is cooled by passing through the heat exchanger 43 , and the cooled laser medium gas is re-supplied to the discharge region 24 .

다음으로, 도 4의 4A~4C를 참조하여, 공진기베이스(26) 및 열차폐부재(30)의 지지구조에 대하여 설명한다.Next, the support structure of the resonator base 26 and the heat shield member 30 will be described with reference to 4A to 4C of FIG. 4 .

도 4의 4A는, 공진기베이스(26) 및 열차폐부재(30)의 평면도이며, 도 4의 4B 및 4C는, 각각 도 4의 4A의 일점쇄선 4B-4B 및 일점쇄선 4C-4C에 있어서의 단면도이다. 공진기베이스(26) 위에, 열차폐부재(30)가 올려져, 광축(20A)의 방향으로 신축 가능하게 지지되어 있다. 공진기베이스(26)는, 광축(20A)의 방향으로 긴 평판이다. 공진기베이스(26)의 양단 근방의 제1 표면(26A) 위에 공진기미러(25)가 고정되어 있다.4A is a plan view of the resonator base 26 and the heat shield member 30, and FIGS. 4B and 4C are the dash-dotted lines 4B-4B and the dash-dotted line 4C-4C in FIG. 4A, respectively. It is a cross section. A heat shield member 30 is mounted on the resonator base 26 and is supported so as to be stretchable in the direction of the optical axis 20A. The resonator base 26 is a flat plate long in the direction of the optical axis 20A. A resonator mirror 25 is fixed on the first surface 26A in the vicinity of both ends of the resonator base 26 .

평면시에 있어서 공진기베이스(26)에 포함되는 위치에, 4개의 광공진기지지부재(27A, 27B, 27C, 27D)가 배치되어 있다. 광공진기지지부재(27A, 27B)의 각각은 단차를 가진 핀이며, 평면시에 있어서 광축(20A)에서 보아 동일한 측에 배치되어 있다. 평면시에 있어서 광공진기지지부재(27A, 27B)의 중심을 통과하는 직선은, 광축(20A)과 평행이다. 다른 2개의 광공진기지지부재(27C, 27D)는, 단차가 마련되어 있지 않은 핀이며, 각각 평면시에 있어서 광축(20A)에 관하여 광공진기지지부재(27A, 27B)의 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 즉, 4개의 광공진기지지부재(27A~27D)는, 직사각형의 4개의 정점에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 4개의 광공진기지지부재(27A~27D)의 하단은, 저판(19)에 매립되어 저판(19)에 고정되어 있다.Four optical resonator support members 27A, 27B, 27C, and 27D are arranged at positions included in the resonator base 26 in plan view. Each of the optical resonator support members 27A and 27B is a fin having a step difference, and is arranged on the same side as viewed from the optical axis 20A in plan view. A straight line passing through the centers of the optical resonator supporting members 27A and 27B in plan view is parallel to the optical axis 20A. The other two optical resonator support members 27C and 27D are fins having no step, respectively, and are disposed at positions of line symmetry of the optical resonator support members 27A and 27B with respect to the optical axis 20A in plan view, respectively. . That is, the four optical resonator supporting members 27A to 27D are arranged at positions corresponding to the four vertices of the rectangle. The lower ends of the four optical resonator support members 27A to 27D are embedded in the bottom plate 19 and fixed to the bottom plate 19 .

공진기베이스(26)에, 원형구멍(51) 및 긴 구멍(52)이 마련되어 있다. 원형구멍(51) 및 긴 구멍(52)은, 각각, 평면시에 있어서 광공진기지지부재(27A, 27B)에 대응하는 위치에 배치되어 있다. 긴 구멍(52)은, 평면시에 있어서 광축(20A)에 평행한 방향으로 긴 형상을 갖는다. 광공진기지지부재(27A, 27B)의 각각의 단차보다 상방의 부분이, 원형구멍(51) 및 긴 구멍(52)에 삽입되어 있다. 공진기베이스(26)는, 광공진기지지부재(27A, 27B)의 단차부분, 및 광공진기지지부재(27C, 27D)의 상단면에 의하여, 하중이 가해지는 방향으로 지지되어 있다.A circular hole 51 and an elongated hole 52 are provided in the resonator base 26 . The circular hole 51 and the long hole 52 are respectively arranged at positions corresponding to the optical resonator supporting members 27A and 27B in plan view. The elongated hole 52 has an elongated shape in a direction parallel to the optical axis 20A in plan view. A portion above each step of the optical resonator supporting members 27A and 27B is inserted into the circular hole 51 and the elongated hole 52 . The resonator base 26 is supported by the step portions of the optical resonator supporting members 27A and 27B and the upper end surfaces of the optical resonator supporting members 27C and 27D in the direction in which a load is applied.

공진기베이스(26) 중 원형구멍(51)의 주위의 부분은, 광공진기지지부재(27A)에 대하여 수평면 내의 위치가 구속되어 있다. 긴 구멍(52)에 삽입된 광공진기지지부재(27B)는, 공진기베이스(26)에 대하여 광축(20A)에 평행한 1차원방향으로 이동 가능하다. 광공진기지지부재(27C, 27D)는, 공진기베이스(26)에 대하여 수평면 내의 두 방향으로 이동 가능하다. 즉, 공진기베이스(26)는, 챔버(15)에 대하여 1개소에 있어서 수평방향의 위치가 구속되고, 다른 3개소에 있어서는 수평방향의 위치가 구속되어 있지 않다.The position of the part around the circular hole 51 of the resonator base 26 in the horizontal plane with respect to the optical resonator support member 27A is constrained. The optical resonator supporting member 27B inserted into the elongated hole 52 is movable with respect to the resonator base 26 in a one-dimensional direction parallel to the optical axis 20A. The optical resonator support members 27C and 27D are movable in two directions in a horizontal plane with respect to the resonator base 26 . That is, the position of the resonator base 26 in the horizontal direction with respect to the chamber 15 is constrained at one location, and the position in the horizontal direction is not constrained at the other three locations.

열차폐부재(30)는, 공진기베이스(26)로부터 탈락하지 않도록, 열차폐부재(30)를 관통하는 4개의 볼트(31)로 공진기베이스(26)에 지지되어 있다. 4개의 볼트(31) 중 2개의 볼트(31)가 통과하는 열차폐부재(30)의 구멍은 긴 구멍(32)으로 되어 있으며, 열차폐부재(30)는 공진기베이스(26)에 대하여 광축(20A)의 방향으로 신축 가능하다.The heat shield member 30 is supported by the resonator base 26 with four bolts 31 penetrating the heat shield member 30 so as not to fall off from the resonator base 26 . The hole of the heat shield member 30 through which two of the four bolts 31 passes is a long hole 32, and the heat shield member 30 has an optical axis ( It can be stretched and contracted in the direction of 20A).

다음으로, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.

열차폐부재(30)가 배치되어 있지 않은 구성에서는, 방전전극(21) 및 전극박스(22)에서 발생한 열이 공진기베이스(26)까지 전달되어, 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)의 온도가 제2 표면(26B)의 온도보다 높아진다. 공진기베이스(26)의 두께방향으로 온도차가 발생하면, 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)과 제2 표면(26B)에서 열팽창량이 달라, 공진기베이스(26)에 휨변형이 발생해 버린다. 공진기베이스(26)에 휨변형이 발생하면, 한 쌍의 공진기미러(25)의 평행도가 저하된다. 즉, 한 쌍의 공진기미러(25)의 광축이 어긋난다. 한 쌍의 공진기미러(25)의 광축이 어긋나면, 레이저출력이 저하되어 버린다. 공진기베이스(26)의 휨변형을 저감시키기 위해서는, 공진기베이스(26)를 두껍게 하여 강성을 높여야 한다. 또는, 공진기베이스(26)에, 고가의 저열팽창부재를 이용해야 한다.In the configuration in which the heat shield member 30 is not disposed, the heat generated by the discharge electrode 21 and the electrode box 22 is transmitted to the resonator base 26, and the first surface 26A of the resonator base 26 is The temperature of is higher than the temperature of the second surface 26B. When a temperature difference occurs in the thickness direction of the resonator base 26, the amount of thermal expansion is different between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26, and bending deformation occurs in the resonator base 26. . When bending deformation occurs in the resonator base 26, the parallelism of the pair of resonator mirrors 25 is reduced. That is, the optical axes of the pair of resonator mirrors 25 are shifted. When the optical axes of the pair of resonator mirrors 25 are shifted, the laser output is lowered. In order to reduce the bending deformation of the resonator base 26, the resonator base 26 should be thickened to increase rigidity. Alternatively, an expensive low thermal expansion member must be used for the resonator base 26 .

이에 대하여 상기 실시예에서는, 열차폐부재(30)가, 방전전극(21) 및 전극박스(22)로부터 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)으로의, 레이저매질가스를 통한 열의 전달을 억제한다. 열차폐부재(30)에는, 예를 들면 PTFE 등의 열전도율이 작은 재료가 이용된다. 열차폐부재(30)의 상면이 가열되어 온도가 상승해도, 하면의 온도상승은 억제된다. 그 결과, 열차폐부재(30)의 하면에 대향하는 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)의 온도상승도 억제된다. 이 때문에, 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)과 제2 표면(26B)의 사이에서 온도차가 발생하기 어려워져, 온도차에 기인하는 휨변형도 발생하기 어려워진다. 따라서, 공진기베이스(26)를 얇게 하는 것이 가능해져, 장치의 대형화를 억제할 수 있다. 또한, 공진기베이스(26)에 고특성의 저열팽창부재를 이용할 필요가 없어지기 때문에, 장치의 코스트다운을 도모하는 것이 가능해진다. 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)과 제2 표면(26B)의 사이에서 온도차가 발생하기 어려워진다는 충분한 효과를 얻기 위하여, 열차폐부재(30)로서, 공진기베이스(26)의 열전도율보다 작은 열전도율을 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직하다.In contrast, in the above embodiment, the heat shield member 30 prevents heat transfer from the discharge electrode 21 and the electrode box 22 to the first surface 26A of the resonator base 26 through the laser medium gas. restrain For the heat shield member 30, for example, a material having low thermal conductivity, such as PTFE, is used. Even if the upper surface of the heat shield member 30 is heated and the temperature rises, the temperature rise of the lower surface is suppressed. As a result, the temperature rise of the first surface 26A of the resonator base 26 opposite to the lower surface of the heat shield member 30 is also suppressed. For this reason, it becomes difficult to generate|occur|produce a temperature difference between the 1st surface 26A and the 2nd surface 26B of the resonator base 26, and it becomes difficult to generate|occur|produce the bending deformation resulting from a temperature difference. Therefore, it becomes possible to make the resonator base 26 thin, and it is possible to suppress the enlargement of the device. In addition, since it is not necessary to use a low thermal expansion member with high characteristics for the resonator base 26, it becomes possible to reduce the cost of the device. In order to obtain a sufficient effect that the temperature difference between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26 is less likely to occur, as the heat shield member 30, the thermal conductivity of the resonator base 26 is higher than that of the resonator base 26. It is preferable to use a material having a small thermal conductivity.

또한, 열차폐부재(30)는 공진기베이스(26)에 대하여 광축(20A)(도 2)의 방향으로 신축 가능하기 때문에, 열차폐부재(30) 자체가 열팽창해도, 공진기베이스(26)에 변형은 발생하지 않는다.In addition, since the heat shield member 30 can expand and contract in the direction of the optical axis 20A (FIG. 2) with respect to the resonator base 26, even if the heat shield member 30 itself thermally expands, it deforms to the resonator base 26. does not occur

다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.Next, a modified example of the above embodiment will be described.

상기 실시예에서는, 열차폐부재(30)(도 2, 도 3)에, PTFE 등의 열전도율이 작은 재료를 이용했지만, 그 외의 단열재료를 이용해도 된다. 또, 방전전극(21) 및 전극박스(22)로부터 공진기베이스(26)로의 방사열을 차폐하는 차열부재를 이용해도 된다. 상기 실시예에서는, 열차폐부재(30)가 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)에 올려져 있지만, 방전전극(21)과 공진기베이스(26)의 사이의 공간에, 열차폐부재(30)를 지지하는 구성으로 해도 된다.In the above embodiment, a material having low thermal conductivity, such as PTFE, is used for the heat shield member 30 (FIGS. 2 and 3), but other heat insulating materials may be used. In addition, a heat shield member for shielding radiated heat from the discharge electrode 21 and the electrode box 22 to the resonator base 26 may be used. In the above embodiment, although the heat shield member 30 is mounted on the first surface 26A of the resonator base 26, in the space between the discharge electrode 21 and the resonator base 26, the heat shield member ( 30) may be configured to support.

상기 실시예에서는, 한 쌍의 공진기미러(25)로 광공진기(20)를 구성하고 있지만, 1매 이상의 미러를 추가하여 폴드 광공진기를 구성해도 된다. 이 경우에는, 광공진기를 구성하는 한 쌍의 공진기미러(25)와, 광공진기에 포함되는 다른 미러를, 공진기베이스(26)에 지지하는 구성으로 하면 된다. 이 구성에 있어서도, 열차폐부재(30)를 배치함으로써, 한 쌍의 공진기미러(25) 및 다른 미러를 포함시킨 광학부품의 광축의 어긋남을 억제할 수 있다.In the above embodiment, the optical resonator 20 is constituted by a pair of resonator mirrors 25, however, a folded optical resonator may be constituted by adding one or more mirrors. In this case, the resonator base 26 may support a pair of resonator mirrors 25 constituting the optical resonator and another mirror included in the optical resonator. Also in this configuration, by disposing the heat shielding member 30, it is possible to suppress the deviation of the optical axis of the optical component including the pair of resonator mirrors 25 and the other mirrors.

다음으로, 도 5를 참조하여 다른 실시예에 의한 레이저발진기에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 4의 4C에 나타낸 실시예에 의한 레이저발진기와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, a laser oscillator according to another embodiment will be described with reference to FIG. 5 . Hereinafter, a description of the configuration common to the laser oscillator according to the embodiment shown in 4C of FIGS. 1 to 4 will be omitted.

도 5는, 본 실시예에 의한 레이저발진기의 광축(20A)을 포함하는 단면도이다. 본 실시예에 있어서는, 열차폐부재(30)(도 2, 도 3) 대신에, 공진기베이스(26)의 내부에 냉각유로(60)가 마련되어 있다. 챔버(15)의 벽면에 격벽이음매(62, 63)가 장착되어 있다. 냉각수공급회수장치(61)로부터 격벽이음매(62, 63)를 개재하여 챔버(15) 내에, 각각 관로(64, 65)가 도입되어 있다. 관로(64, 65)는, 각각 이음매(66, 67)를 개재하여 공진기베이스(26) 내의 냉각유로(60)에 접속되어 있다. 냉각수공급회수장치(61)는, 일방의 관로(64)를 통하여 냉각유로(60)에 냉각수를 공급하고, 타방의 관로(65)를 통하여 냉각유로(60)로부터 냉각수를 회수한다.5 is a cross-sectional view including the optical axis 20A of the laser oscillator according to the present embodiment. In the present embodiment, instead of the heat shield member 30 ( FIGS. 2 and 3 ), a cooling passage 60 is provided inside the resonator base 26 . Bulkhead joints 62 and 63 are mounted on the wall surface of the chamber 15 . Conduits 64 and 65 are introduced from the cooling water supply and recovery device 61 into the chamber 15 via partition joints 62 and 63, respectively. The pipelines 64 and 65 are connected to the cooling passage 60 in the resonator base 26 via the joints 66 and 67, respectively. The cooling water supply and recovery device (61) supplies cooling water to the cooling flow path (60) through one pipe line (64), and recovers the cooling water from the cooling flow path (60) through the other pipe line (65).

냉각유로(60)는, 제2 표면(26B)보다 제1 표면(26A)에 가까운 위치에 마련되어 있다. 즉, 두께방향에 관하여 중앙보다 방전전극(21)측에 배치되어 있다.The cooling passage 60 is provided at a position closer to the first surface 26A than the second surface 26B. That is, it is arranged on the discharge electrode 21 side rather than the center in the thickness direction.

다음으로, 도 5에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.Next, the excellent effect of the Example shown in FIG. 5 is demonstrated.

본 실시예에 있어서는, 공진기베이스(26)가, 냉각유로(60)를 흐르는 냉각수에 의하여 냉각된다. 냉각유로(60)가, 제1 표면(26A)측에 배치되어 있기 때문에, 제1 표면(26A)이 제2 표면(26B)보다 우선적으로 냉각된다. 상대적으로 고온이 되기 쉬운 제1 표면(26A)이 우선적으로 냉각되기 때문에, 공진기베이스(26)의 상하면의 온도차를 경감시킬 수 있다. 이 때문에, 도 1~도 4의 4C에 나타낸 실시예와 동일하게, 공진기베이스(26)에, 온도차에 기인하는 휨변형이 발생하기 어려워진다는 우수한 효과가 얻어진다.In this embodiment, the resonator base 26 is cooled by the cooling water flowing through the cooling passage 60 . Since the cooling passage 60 is disposed on the first surface 26A side, the first surface 26A is preferentially cooled over the second surface 26B. Since the first surface 26A, which tends to be relatively high, is preferentially cooled, the temperature difference between the upper and lower surfaces of the resonator base 26 can be reduced. For this reason, similarly to the embodiment shown in 4C of Figs. 1 to 4, an excellent effect is obtained in that the resonator base 26 is less prone to warp deformation due to a temperature difference.

다음으로, 본 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.Next, a modified example of the present embodiment will be described.

본 실시예에서는, 냉각유로(60)를 공진기베이스(26)의 내부에 마련하고 있지만, 제1 표면(26A) 위에 마련해도 된다. 본 실시예에서는, 냉각유로(60)에 냉각수를 흘려 보내고 있지만, 그 외의 냉각용 유체를 흘려 보내도 된다. 예를 들면, 냉각유로(60)에 흘려 보내는 유체로서 가스를 이용해도 된다.Although the cooling passage 60 is provided inside the resonator base 26 in this embodiment, it may be provided on the first surface 26A. In the present embodiment, cooling water is flowed through the cooling passage 60, but other cooling fluids may be flowed. For example, a gas may be used as the fluid flowing into the cooling passage 60 .

다음으로, 도 6을 참조하여 또 다른 실시예에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 4의 4C에 나타낸 실시예에 의한 레이저발진기와 공통의 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Next, another embodiment will be described with reference to FIG. 6 . Hereinafter, a description of the configuration common to the laser oscillator according to the embodiment shown in 4C of FIGS. 1 to 4 will be omitted.

도 6은, 본 실시예에 의한 레이저발진기의 광축(20A)에 수직인 단면도이다. 본 실시예에서는, 열차폐부재(30)(도 2, 도 3) 대신에, 가스순환기구(70)가 배치되어 있다. 가스순환기구(70)는, 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)에 접하는 공간과, 제2 표면(26B)에 접하는 공간의 사이에서 레이저매질가스를 순환시킨다. 가스순환기구(70)는, 예를 들면 송풍팬을 포함한다.6 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis 20A of the laser oscillator according to the present embodiment. In this embodiment, instead of the heat shield member 30 (FIGS. 2 and 3), a gas circulation mechanism 70 is disposed. The gas circulation mechanism 70 circulates the laser medium gas between the space in contact with the first surface 26A of the resonator base 26 and the space in contact with the second surface 26B. The gas circulation mechanism 70 includes, for example, a blowing fan.

가스순환기구(70)는, 제1 표면(26A)에 접하는 공간의 레이저매질가스를, 광축(20A)(도 2)에 대하여 교차하는 방향으로 흘려 보낸다. 제1 표면(26A)을 따라 흐른 레이저매질가스는, 구획판(40) 바로 앞에서 꺾여, 제2 표면(26B)에 접하는 공간으로 유입된다. 제2 표면(26B)을 따라 흐른 레이저매질가스는, 반대측의 구획판(40) 바로 앞에서 꺾여, 제1 표면(26A)에 접하는 공간으로 되돌아간다.The gas circulation mechanism 70 flows the laser medium gas in the space in contact with the first surface 26A in a direction intersecting with the optical axis 20A (FIG. 2). The laser medium gas flowing along the first surface 26A is bent right in front of the partition plate 40 and flows into the space in contact with the second surface 26B. The laser medium gas flowing along the second surface 26B bends right in front of the partition plate 40 on the opposite side, and returns to the space in contact with the first surface 26A.

다음으로, 도 6에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 제1 표면(26A)에 접하는 공간과, 제2 표면(26B)에 접하는 공간의 사이에서 순환하는 레이저매질가스를 개재하여, 제1 표면(26A)과 제2 표면(26B)의 사이에서 열의 전달이 행해진다. 그 결과, 제1 표면(26A)과 제2 표면(26B)의 사이의 온도차가 저감된다. 이 때문에, 도 1~도 4의 4C에 나타낸 실시예와 동일하게, 공진기베이스(26)에, 온도차에 기인하는 휨변형이 발생하기 어려워진다는 우수한 효과가 얻어진다.Next, the excellent effect of the Example shown in FIG. 6 is demonstrated. In the present embodiment, the first surface 26A and the second surface 26B are formed through a laser medium gas circulating between the space in contact with the first surface 26A and the space in contact with the second surface 26B. Heat is transferred between the As a result, the temperature difference between the first surface 26A and the second surface 26B is reduced. For this reason, similarly to the embodiment shown in 4C of FIGS.

상술한 3개의 실시예 중 어느 것에 있어서도, 레이저발진기는, 공진기베이스(26)의 제1 표면(26A)과 제2 표면(26B)의 온도차를 저감시키는 온도차저감구조를 갖고 있다. 도 1~도 4의 4C에 나타낸 실시예에서는, 온도차저감구조가 열차폐부재(30)(도 2, 도 3)를 포함한다. 도 5에 나타낸 실시예에서는, 온도차저감구조가 냉각유로(60)(도 5) 등을 포함한다. 도 6에 나타낸 실시예에서는, 온도차저감구조가 가스순환기구(70)(도 6)를 포함한다. 온도차저감구조가, 열차폐부재(30)(도 2, 도 3), 냉각유로(60)(도 5), 및 가스순환기구(70)(도 6)의 복수를 포함하도록 해도 된다. 또한, 온도차저감구조로서 그 외의 구조를 채용해도 된다.In any of the above three embodiments, the laser oscillator has a temperature difference reduction structure for reducing the temperature difference between the first surface 26A and the second surface 26B of the resonator base 26 . In the embodiment shown in 4C of Figs. 1 to 4, the temperature difference reducing structure includes the heat shield member 30 (Figs. 2 and 3). In the embodiment shown in Fig. 5, the temperature difference reduction structure includes a cooling passage 60 (Fig. 5) and the like. In the embodiment shown in Fig. 6, the temperature difference reduction structure includes a gas circulation mechanism 70 (Fig. 6). The temperature difference reduction structure may include a plurality of the heat shield member 30 ( FIGS. 2 and 3 ), the cooling passage 60 ( FIG. 5 ), and the gas circulation mechanism 70 ( FIG. 6 ). Moreover, you may employ|adopt other structures as a temperature difference reduction structure.

상술한 각 실시예는 예시이며, 다른 실시예에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 것도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.Each of the above-described embodiments is an example, and it goes without saying that partial substitutions or combinations of configurations shown in other embodiments are possible. The same operation and effect due to the same configuration of the plurality of embodiments will not be separately mentioned for each embodiment. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.

10 레이저장치
11 가대
12 레이저발진기
15 챔버
16 광학실
17 블로어실
18 상하구획판
18A, 18B 개구
19 저판
20 광공진기
20A 광축
21 방전전극
21A 방전전극을 구성하는 한 쌍의 도전부재
22 전극박스
23 전극지지부재
24 방전영역
25 광공진기미러
26 공진기베이스
26A 제1 표면
26B 제2 표면
27, 27A, 27B, 27C, 27D 광공진기지지부재
28 광투과창
29 블로어
30 열차폐부재
31 볼트
32 긴 구멍
35 챔버의 지지개소
40 구획판
41 제1 가스유로
42 제2 가스유로
43 열교환기
51 원형구멍
52 긴 구멍
60 냉각유로
61 냉각수공급회수장치
62, 63 격벽이음매
64, 65 관로
66, 67 이음매
70 가스순환기구
80 가공장치
81 빔정형광학계
82 스테이지
90 가공대상물
100 공통베이스10 laser device
11 trestle
12 laser oscillator
15 chamber
16 Optical Room
17 blower room
18 upper and lower partition plate
18A, 18B openings
19 base plate
20 optical resonators
20A optical axis
21 discharge electrode
A pair of conductive members constituting the 21A discharge electrode
22 electrode box
23 Electrode support member
24 discharge area
25 Optical Resonator Mirror
26 resonator base
26A first surface
26B second surface
27, 27A, 27B, 27C, 27D optical resonator support member
28 light transmission window
29 blower
30 Heat shield member
31 volts
32 long hole
35 chamber support
40 partition plate
41 first gas flow path
42 second gas flow path
43 heat exchanger
51 round hole
52 long hole
60 cooling oil
61 Cooling water supply and recovery device
62, 63 bulkhead joint
64, 65 pipeline
66, 67 seams
70 gas circulation device
80 processing equipment
81 beam shaping optical system
82 stage
90 Processing object
100 common base

Claims

A discharge electrode for generating a discharge in a chamber accommodating the laser medium gas;
a resonator base disposed in the chamber and supporting an optical resonator having an optical axis passing through a region in which discharge is generated in the discharge electrode;
A laser oscillator having a temperature difference reduction structure for reducing a temperature difference between a surface of the resonator base, a first surface facing the discharge electrode, and a second surface facing a side opposite to the discharge electrode.

The method of claim 1,
and the temperature difference reduction structure includes a heat shielding member disposed between the resonator base and the discharge electrode, and configured to insulate or block heat.

3. The method of claim 2,
The heat shielding member is supported by the resonator base so as to be stretchable in an optical axis direction of the optical resonator.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The temperature difference reduction structure is on the first surface or inside the resonator base, and the laser oscillator includes a cooling passage provided at a position closer to the first surface than to the second surface.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The temperature difference reduction structure includes a gas circulation mechanism for circulating a laser medium gas between a space in contact with the first surface and a space in contact with the second surface.