JP2673301B2 - 固体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大断面積、大出力で高品質のレーザビーム
を得ることのできる固体レーザ装置に関するものであ
る。
を得ることのできる固体レーザ装置に関するものであ
る。
第10図は、例えばレーザハンドブック（オーム社、昭
和57年発行）に開示された従来の固体レーザ装置の一例
を示す断面図である。図において、（１）は固体素子
で、たとえばYAGレーザを例にとればY3-x、Ndx、Al5O12
なる組成をもつロッドからなっている。（２）は全反射
ミラー、（３）は出口ミラーで、これらによりいわゆる
安定型共振器を構成している。（４），（５）はそれぞ
れ出口ミラー（３）の外面及び固体素子（Ｌ）の両端面
に設けられたSiO2からなる無反射膜、（６）はアパーチ
ャ、（７）は出口ミラー（３）の内面に設けられたTiO2
よりなる部分反射膜、（８），（９）はそれぞれ共振器
の内，外に発生したレーザビームである。（10）は例え
ばフラッシュランプからなる固体素子（１）励起用の光
源、（11）は光源（10）の支持部、（12）は光源（10）
の光を反射させて固体素子（２）に導く反射板、（13）
は固体レーザ装置の外枠である。
和57年発行）に開示された従来の固体レーザ装置の一例
を示す断面図である。図において、（１）は固体素子
で、たとえばYAGレーザを例にとればY3-x、Ndx、Al5O12
なる組成をもつロッドからなっている。（２）は全反射
ミラー、（３）は出口ミラーで、これらによりいわゆる
安定型共振器を構成している。（４），（５）はそれぞ
れ出口ミラー（３）の外面及び固体素子（Ｌ）の両端面
に設けられたSiO2からなる無反射膜、（６）はアパーチ
ャ、（７）は出口ミラー（３）の内面に設けられたTiO2
よりなる部分反射膜、（８），（９）はそれぞれ共振器
の内，外に発生したレーザビームである。（10）は例え
ばフラッシュランプからなる固体素子（１）励起用の光
源、（11）は光源（10）の支持部、（12）は光源（10）
の光を反射させて固体素子（２）に導く反射板、（13）
は固体レーザ装置の外枠である。
次に動作について説明する。固体素子（１）は、光源
（10）からの直接光と反射板（12）による反射光とによ
り励起され、レーザ媒質を形成する。そしてこのレーザ
媒質内でレーザビーム（８）を共振させて増幅し、さら
にレーザビーム（８）の一部を固体レーザ装置の外部に
レーザビーム（９）として取りだす。ところで、出口ミ
ラー（３）と全反射ミラー（２）との間を往復するレー
ザビーム（８）には、レーザビーム（８）の断面方向に
種々の位相分布をもつものが存在する。このうちでレー
ザ加工用に最も適するものは、断面方向に位相のそろっ
たいわゆるTEM00モードと呼ばれるレーザビームであ
る。このレーザビームは発散角が小さく、従ってレンズ
等で細くしぼられて高パワー密度となり、効率的な加工
ができる。このTEM00ビームは、種々のレーザビームの
うちもっとも断面積が小さいため、このレーザビームの
みを選択するには小さい開口をもつアパーチャ（６）を
レーザビーム（８）の通路上に挿入することが必要であ
る。YAGレーザの場合は、波長は1.06μｍ、であるか
ら、共振器を構成する全反射ミラー（２）及び出口ミラ
ー（３）の曲率を20m、両ミラー（２），（３）間の光
学長長を1mとすると、共振器内部でのTEM00ビームの直
径は約1.8mmとなる。従来はこのように小径のレーザビ
ームによってレーザ加工を行なっていた。
（10）からの直接光と反射板（12）による反射光とによ
り励起され、レーザ媒質を形成する。そしてこのレーザ
媒質内でレーザビーム（８）を共振させて増幅し、さら
にレーザビーム（８）の一部を固体レーザ装置の外部に
レーザビーム（９）として取りだす。ところで、出口ミ
ラー（３）と全反射ミラー（２）との間を往復するレー
ザビーム（８）には、レーザビーム（８）の断面方向に
種々の位相分布をもつものが存在する。このうちでレー
ザ加工用に最も適するものは、断面方向に位相のそろっ
たいわゆるTEM00モードと呼ばれるレーザビームであ
る。このレーザビームは発散角が小さく、従ってレンズ
等で細くしぼられて高パワー密度となり、効率的な加工
ができる。このTEM00ビームは、種々のレーザビームの
うちもっとも断面積が小さいため、このレーザビームの
みを選択するには小さい開口をもつアパーチャ（６）を
レーザビーム（８）の通路上に挿入することが必要であ
る。YAGレーザの場合は、波長は1.06μｍ、であるか
ら、共振器を構成する全反射ミラー（２）及び出口ミラ
ー（３）の曲率を20m、両ミラー（２），（３）間の光
学長長を1mとすると、共振器内部でのTEM00ビームの直
径は約1.8mmとなる。従来はこのように小径のレーザビ
ームによってレーザ加工を行なっていた。
上記のように構成した従来の固体レーザ装置によれ
ば、高品質のレーザビームは数mmの小径でしか得ること
が出来ず、YAGロッドをはじめとする固体素子の直径は1
0〜15mm程度まで製作可能であるが、従来の装置ではこ
の固体素子から十分にレーザ出力がとり出せないことに
なる。また取り出したレーザビームは小径であるため、
出力を増大させると固体素子内での強度が強くなり、固
体素子そのものを歪ませるためビーム品質が損われ、極
端な場合は位相の乱れたいわゆるマルチモードが発生す
ることがある。従って、現在市販されている固体レーザ
装置のビームTEM00ビームにおける最大出力は、10W〜20
W程度が上限である。
ば、高品質のレーザビームは数mmの小径でしか得ること
が出来ず、YAGロッドをはじめとする固体素子の直径は1
0〜15mm程度まで製作可能であるが、従来の装置ではこ
の固体素子から十分にレーザ出力がとり出せないことに
なる。また取り出したレーザビームは小径であるため、
出力を増大させると固体素子内での強度が強くなり、固
体素子そのものを歪ませるためビーム品質が損われ、極
端な場合は位相の乱れたいわゆるマルチモードが発生す
ることがある。従って、現在市販されている固体レーザ
装置のビームTEM00ビームにおける最大出力は、10W〜20
W程度が上限である。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、高品質のレーザビームを大断面積、従って大
出力で得ることができる固体レーザ装置を得ることを目
的とする。
たもので、高品質のレーザビームを大断面積、従って大
出力で得ることができる固体レーザ装置を得ることを目
的とする。
本発明に係わる固体レーザ装置は、固体素子、この固
体素子に光を照射する光源及びレーザビームを共振させ
る共振器等からなり、前記共振器に形成されたレーザ媒
質内でレーザビームを共振させ、その一部を外部に取出
すように構成した固定レーザ装置において、前記共振器
に、出口ミラーの内面中央に設けられた部分反射部を有
する拡大ミラーと、この拡大ミラーに対向配置された全
反射コリメートミラーとによつて構成した不安定型共振
器を用いたものである。
体素子に光を照射する光源及びレーザビームを共振させ
る共振器等からなり、前記共振器に形成されたレーザ媒
質内でレーザビームを共振させ、その一部を外部に取出
すように構成した固定レーザ装置において、前記共振器
に、出口ミラーの内面中央に設けられた部分反射部を有
する拡大ミラーと、この拡大ミラーに対向配置された全
反射コリメートミラーとによつて構成した不安定型共振
器を用いたものである。
固体素子を光励起し、出口ミラーの内面中央に設けら
れた部分反射部を有する拡大ミラーと、全反射コリメー
トミラーからなる不安定型共振器で共振させて、中づま
り状で大断面積のレーザビームを取り出す。
れた部分反射部を有する拡大ミラーと、全反射コリメー
トミラーからなる不安定型共振器で共振させて、中づま
り状で大断面積のレーザビームを取り出す。
第１図は本発明の実施例を示す断面図である。なお、
第10図の従来装置と同一又は相当部分には同じ符号を付
し、説明を省略する。図において、（2a）は固体素子
（１）の一方の端面に蒸着された全反射膜よりなる全反
射コリメートミラーである。（3a）は凸状の出口ミラー
で、（４）はこの出口ミラー（3a）の内外面に設けられ
た例えばSiO2からなる無反射膜、（５）は固体素子
（１）の他方の端面に設けられた例えばSiO2からなる無
反射膜である。（30）は出口ミラー（3a）の内面中央部
に設けられた例えばSiO2の如き部分反射膜よりなる拡大
ミラーで、全反射コリメートミラー（2a）とともに不安
定型共振器を構成している。（8a），（9a）はそれぞれ
共振器の内外に発生したレーザビーム、（10）は例えば
フラッシュランプ、半導体レーザ等からなる固体素子
（１）の励起用の光源である。
第10図の従来装置と同一又は相当部分には同じ符号を付
し、説明を省略する。図において、（2a）は固体素子
（１）の一方の端面に蒸着された全反射膜よりなる全反
射コリメートミラーである。（3a）は凸状の出口ミラー
で、（４）はこの出口ミラー（3a）の内外面に設けられ
た例えばSiO2からなる無反射膜、（５）は固体素子
（１）の他方の端面に設けられた例えばSiO2からなる無
反射膜である。（30）は出口ミラー（3a）の内面中央部
に設けられた例えばSiO2の如き部分反射膜よりなる拡大
ミラーで、全反射コリメートミラー（2a）とともに不安
定型共振器を構成している。（8a），（9a）はそれぞれ
共振器の内外に発生したレーザビーム、（10）は例えば
フラッシュランプ、半導体レーザ等からなる固体素子
（１）の励起用の光源である。
上記のように構成した本発明の作用を説明すれば、次
の通りである。まず固体素子（１）は光源（10）からの
直接光および反射板（12）による反射光により励起さ
れ、レーザ媒質を形成する。一方、拡大ミラー（30）に
より拡大反射されたレーザビーム（8a）はこのレーザ媒
質内で増幅されるとともに、全反射コリメートミラー
（2a）により出口ミラー（3a）内面の無反射膜（４）及
び部分反射膜よりなる拡大ミラー（30）を通して中づま
り状の平行レーザビーム（9a）となって固体レーザ装置
の外部にとり出される。この際レーザビームは、拡大ミ
ラー（30）と全反射コリメートミラー（2a）よりなる共
振器内で毎往復ごとに拡大されるため、共振器内部に発
生する位相のそろった従来例で示したTEM00ビームに相
当するレーザビームが極めて大断面積で得られることに
なる。
の通りである。まず固体素子（１）は光源（10）からの
直接光および反射板（12）による反射光により励起さ
れ、レーザ媒質を形成する。一方、拡大ミラー（30）に
より拡大反射されたレーザビーム（8a）はこのレーザ媒
質内で増幅されるとともに、全反射コリメートミラー
（2a）により出口ミラー（3a）内面の無反射膜（４）及
び部分反射膜よりなる拡大ミラー（30）を通して中づま
り状の平行レーザビーム（9a）となって固体レーザ装置
の外部にとり出される。この際レーザビームは、拡大ミ
ラー（30）と全反射コリメートミラー（2a）よりなる共
振器内で毎往復ごとに拡大されるため、共振器内部に発
生する位相のそろった従来例で示したTEM00ビームに相
当するレーザビームが極めて大断面積で得られることに
なる。
第２図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明によって得ら
れたレーザビームの一例の形状を示す線図で、拡大率が
３、拡大ミラー（30）の透過率が50％であるときの、出
口ミラー（3a）内面でのビーム形状（（ａ）図）及び出
口でのビーム形状（（ｂ）図）を示す。
れたレーザビームの一例の形状を示す線図で、拡大率が
３、拡大ミラー（30）の透過率が50％であるときの、出
口ミラー（3a）内面でのビーム形状（（ａ）図）及び出
口でのビーム形状（（ｂ）図）を示す。
また、第３図は第２図で示した条件下におけるレーザ
ビームを、焦点距離ｆ＝2.5mのレンズで集光した場合の
集光ビームパターンの一例を示す線図である。図に示す
ように、集光パターンはガウス状であることがわかる。
ところで、第３図において、中央の強度が1/e2になる点
で定義した全発散角は約0.2mradと計算された。いまこ
の全発散値を市販されている本発明と同じ出射ビーム径
10mmのYAGレーザの全発散角と比較すると、本発明では
従来の出射ビーム直径の約1/50であり、極めて集光性の
よい高品質のレーザビームが得られることがわかる。ま
た本発明のビーム直径は従来のビーム直径の約５倍であ
り、従って断面積は約25倍であるため、大出力にしても
固体素子（１）の変形を招くことがなく、従来の10倍の
約100Wの出力が容易に得られた。
ビームを、焦点距離ｆ＝2.5mのレンズで集光した場合の
集光ビームパターンの一例を示す線図である。図に示す
ように、集光パターンはガウス状であることがわかる。
ところで、第３図において、中央の強度が1/e2になる点
で定義した全発散角は約0.2mradと計算された。いまこ
の全発散値を市販されている本発明と同じ出射ビーム径
10mmのYAGレーザの全発散角と比較すると、本発明では
従来の出射ビーム直径の約1/50であり、極めて集光性の
よい高品質のレーザビームが得られることがわかる。ま
た本発明のビーム直径は従来のビーム直径の約５倍であ
り、従って断面積は約25倍であるため、大出力にしても
固体素子（１）の変形を招くことがなく、従来の10倍の
約100Wの出力が容易に得られた。
なお、上記の説明では、出口ミラー（3a）の内面に設
けられた無反射膜（４）、及び部分反射膜よりなる拡大
ミラー（30）を通過するそれぞれのレーザビーム間の位
相差は小さく、問題とならなかったが、膜の構成によっ
ては大きい位相差が発生し、集光特性が悪化する場合が
ある。このときには、例えば第４図に示すように前記２
つのレーザビーム間に光路差を与えるため、出口ミラー
（3a）の外面に断差（31）を設けて、発生した位相差を
打消すようにしてもよく、また共振器内でレーザビーム
を拡大するには、例えば第５図に示すように凹状の出口
ミラー（3b）を設けることによりおこなってもよい。
けられた無反射膜（４）、及び部分反射膜よりなる拡大
ミラー（30）を通過するそれぞれのレーザビーム間の位
相差は小さく、問題とならなかったが、膜の構成によっ
ては大きい位相差が発生し、集光特性が悪化する場合が
ある。このときには、例えば第４図に示すように前記２
つのレーザビーム間に光路差を与えるため、出口ミラー
（3a）の外面に断差（31）を設けて、発生した位相差を
打消すようにしてもよく、また共振器内でレーザビーム
を拡大するには、例えば第５図に示すように凹状の出口
ミラー（3b）を設けることによりおこなってもよい。
また、共振器ミラーの形成も、第６図に示すように出
口ミラー（3c）（すなわち無反射膜（４））を固体素子
（１）の出口側の端面に直接設けてもよく、あるいは第
７図に示すように両ミラー（3c），（2a）を固体素子
（１）の両端面にそれぞれ設けてもよい。このように固
体素子（１）の端面に共振器ミラーを形成すると、装置
の安定化、低価格化が実現できる。もちろん通常のよう
に、両共振器ミラーとも第８図に示すように固体素子
（１）の外側に設けても良い。
口ミラー（3c）（すなわち無反射膜（４））を固体素子
（１）の出口側の端面に直接設けてもよく、あるいは第
７図に示すように両ミラー（3c），（2a）を固体素子
（１）の両端面にそれぞれ設けてもよい。このように固
体素子（１）の端面に共振器ミラーを形成すると、装置
の安定化、低価格化が実現できる。もちろん通常のよう
に、両共振器ミラーとも第８図に示すように固体素子
（１）の外側に設けても良い。
また、第９図に示すように、ポッケルス素子の如きＱ
スイッチ素子（50）を共振器内にも配設してＱスイッチ
パルス発振をおこなえば、さらに大ピーク出力のレーザ
ビームが得られ、効率的加工ができる。また第９図に示
す素子（50）をKTP素子などの波長変換素子とすれば、
位相のそろったビームにより効率的な波長変換が実現で
きる。なお素子（50）はＱスイッチ素子と波長変換素子
とを組合わせたものでもよい。
スイッチ素子（50）を共振器内にも配設してＱスイッチ
パルス発振をおこなえば、さらに大ピーク出力のレーザ
ビームが得られ、効率的加工ができる。また第９図に示
す素子（50）をKTP素子などの波長変換素子とすれば、
位相のそろったビームにより効率的な波長変換が実現で
きる。なお素子（50）はＱスイッチ素子と波長変換素子
とを組合わせたものでもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、共
振器に、出口ミラーの内面中央に設けられた部分反射部
を有する拡大ミラーと、この拡大ミラーに対向配置され
た全反射コリメートミラーとによつて構成した不安定型
共振器を用いたので、中づまりのレザービームとなり、
大断面積、大出力、高品質のレーザビームを得ることが
できる。
振器に、出口ミラーの内面中央に設けられた部分反射部
を有する拡大ミラーと、この拡大ミラーに対向配置され
た全反射コリメートミラーとによつて構成した不安定型
共振器を用いたので、中づまりのレザービームとなり、
大断面積、大出力、高品質のレーザビームを得ることが
できる。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図（ａ），
（ｂ）及び第３図はそれぞれ第１図の作用を示す線図、
第４図、第５図，第６図，第７図，第８図及び第９図は
それぞれ本発明の別の実施例を示す断面図、第10図は従
来の固体レーザ装置の一例を示す断面図である。 （１）……固体素子，（２），（2a）……全反射コリメ
ートミラー，（3a），（3b），（3c）……出口ミラー，
（４），（５）……無反射膜、（8a），（9a）……レー
ザビーム、（10）……光源、（12）……反射板、（30）
……拡大ミラー、（31）……段差。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
（ｂ）及び第３図はそれぞれ第１図の作用を示す線図、
第４図、第５図，第６図，第７図，第８図及び第９図は
それぞれ本発明の別の実施例を示す断面図、第10図は従
来の固体レーザ装置の一例を示す断面図である。 （１）……固体素子，（２），（2a）……全反射コリメ
ートミラー，（3a），（3b），（3c）……出口ミラー，
（４），（５）……無反射膜、（8a），（9a）……レー
ザビーム、（10）……光源、（12）……反射板、（30）
……拡大ミラー、（31）……段差。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする。
Claims (1)
- 【請求項１】固体素子、この固体素子に光を照射する光
瀕及びレーザビームを共振させる共振器等からなり、前
記共振器に形成されたレーザ媒質内でレーザビームを共
振させ、その一部を外部に取出すように構成した固定レ
ーザ装置において、 前記共振器に、出口ミラーの内面中央に設けられた部分
反射部を有する拡大ミラーと、この拡大ミラーに対向配
置された全反射コリメートミラーとによつて構成した不
安定型共振器を用いたことを特放とする固体レーザ装
置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031895A JP2673301B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 固体レーザ装置 |
| KR1019880006600A KR910008990B1 (ko) | 1987-06-03 | 1988-06-02 | 레이저장치 |
| DE8888108902T DE3879547T2 (de) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser-apparat. |
| US07/201,999 US4903271A (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
| EP88108902A EP0293907B1 (en) | 1987-06-03 | 1988-06-03 | Laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63031895A JP2673301B2 (ja) | 1988-02-16 | 1988-02-16 | 固体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01207983A JPH01207983A (ja) | 1989-08-21 |
| JP2673301B2 true JP2673301B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=12343751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63031895A Expired - Fee Related JP2673301B2 (ja) | 1987-06-03 | 1988-02-16 | 固体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2673301B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59145585A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レ−ザ発振器 |
| JPS61234087A (ja) * | 1985-03-05 | 1986-10-18 | レーザー コーポレーション オブ アメリカ | レ−ザ装置の光共振器 |
| JPS62123788A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-05 | Toshiba Corp | 波長可変形レ−ザ発振装置 |
-
1988
- 1988-02-16 JP JP63031895A patent/JP2673301B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59145585A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レ−ザ発振器 |
| JPS61234087A (ja) * | 1985-03-05 | 1986-10-18 | レーザー コーポレーション オブ アメリカ | レ−ザ装置の光共振器 |
| JPS62123788A (ja) * | 1985-11-22 | 1987-06-05 | Toshiba Corp | 波長可変形レ−ザ発振装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01207983A (ja) | 1989-08-21 |
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Legal Events
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