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    公开号:WO1990009690A1
    申请号:PCT/JP1990/000182
    申请日:1990-02-15
    公开日:1990-08-23
    发明作者:Shigenori Yagi；Kazuki Kuba；Junichi Nishimae；Takashi Yamamoto
    申请人:Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha；
    IPC主号:H01S3-00
    专利说明:
    [0001] I 明 細 書
    [0002] 発明の名称
    [0003] 固体レ ー ザ装置
    [0004] 技術分野
    [0005] こ の発明は， 固体レーザ装置に関する も のであ り ， 特 に平板状のレーザ媒質を用いた固体レーザ装置に関す る も ので あ る 。
    [0006] 背景技術
    [0007] 従来， 固体レ ー ザ装置 と しては， 楕円形状の反射箱の 各焦点にそれぞれ丸棒 （以下， ロ ッ ド と称す） 状の レ 一 ザ媒質 と 励起用 ラ ン プを配設し たも のが知 られて い るが， こ の構造では ， ロ タ ドの半径方向に溫度分布が発生し ， レ ー ザ ビ ー ム が熱レ ン ズ効果を受け， ビー ム品質の劣化 が生じ る と い う 問題があ っ た。 待に ， 大出力の レーザで は ， こ の問題は顕著と な る 。 上記問題を解決す る ため， レーザ媒質の形状を平板 （以下， ス ラ ブ と称す） 状と す る と と も に， レーザ媒質内の光路を ジ グザグ状と す る こ と に よ って ， レーザ媒質内で熱光学歪が相殺さ れる固体 レーザ搠 K装置が考え られて い る 。
    [0008] こ のよ う な固体レーザ装置は， 例えば特開昭 6 0 - 2 5 4 6 8 6 号公報に示さ れる 。 第 1 図は こ の固体レーザ 装置の光学的な構成を示す断面図であ る。 図において（1) は一組の平行な光学的平滑面 （l a )を有し ， こ の面に対し て傾斜角度を有し た皤面 （l b )を有したス ラ ブ型の レーザ 媒質， （2)は上記レーザ媒質（1)の一端面側に配さ れた全反 射 ミ ラ 一 ， ）は上記 レーザ媒質（1)他端面側に配された部 分反射 ミ ラ ーで， 上記全反射 ミ ラ 一（2)と 共に安定型共振 器を構成してい る 。 （4)は上記レ ー ザ媒質（1)に励起光を供 給する ラ ン プ， （5)は こ の ラ ン プ (4)と レーザ媒質（1)が収納 され， 反射鏡に よ り 構成される反射箱， （6)は こ の反射箱 (5)の中に導入さ れた水， （7)は レーザの光軸， （8)は上記部 分反射 ミ ラ ー（3)よ り 出力される レ ー ザ ビー ム であ る 。 ま た， 図中のべク ト ル P及びべク ト ル S は， 光軸（7) と レ 一 ザ媒質（1)へ の入射面 （l b )よ り 構成される面に対し定義さ れる も ので あ っ て ， 垂直方向をべク ト ル S ， 平行をべク ト ル P とする 。
    [0009] こ の よ う に構成さ れた固体レーザ装置は， 次のよ う に 動作する 。 ラ ン プ (4)の発光は， 反射箱 (5)内で反射さ れて レーザ媒質（1)に吸収さ れ， レーザ媒質（1)を励起し ， 光の 誘導放出を引き起こ す。 そ して， こ の光は全反射 ミ ラ ー (2)で反射され， レーザ媒質 (1)の端面 （l b )で屈折して， レ —ザ媒質（1)内に入 り ， こ のレーザ媒質（1)の下面 （l a)及び 上面 （1 « で内部全反射を繰 り 返して， 他端面 （l b )に到達 し， こ の他端面で再び屈折して， 部分反射 ミ ラ ー ）に向 かい， こ の部分反射 ミ ラ ー（3)で反射し た光は， 同一光軸 (7)に戻る 。 したがって， 安定型共振器内で こ の光軸 (7)上 を光が往復する問に增轜され， 一定以上の大き さ にな る と ， そ の一部が， 部分反射 ミ ラ ー（3)の作用に よ り ， 部分 反射 ミ ラ ー（3)を透過して， レーザ ビー ム （8) と し て安定型 共振器の外部に取 り 出 さ れる 。
    [0010] 上記のよ う な ス ラ ブ形状の レーザ媒質（1)を用いた固体 レーザ装置にお いては， レーザ媒質（1)の光学的平滑面が 常時冷却さ れて お り ， レーザ光の光路は ， レーザ媒質（1) の上下の光学的平滑面で全反射さ れ， ジ グザグに進行す る ので， レーザ ビー ム は冷却さ れた レーザ媒質（1)表面の 低温部分 と ， レーザ媒質（1)の中心部分の高温部分を交互 に通過す る こ と にな り 熱レ ン ズ効果を受けず， 大出力で も 安定し た レーザ出力を得る こ と がで き る 。
    [0011] しか し なが ら， こ のよ う に構成さ れた固体 レーザ装置 においては， 通常レーザ媒質（1)の形状がほぼ矩形であ り S方向の輻は P方向の厚みの約 2〜 5 倍と な っている 。 そ して， 共振器には， 安定型が用い られてい る ので， レ 一ザ ビ ー ム の モ ー ドは， レ ーザ媒質（1}の断面形状を反映 し て ， 矩形の高次モー ド と な る 。 例えば， 波長が 1. 0 6 〃 m iD Y A G ( Yi ttrium Aleinun Ganet) 結晶を レーザ 媒質（1)に用いた固体レーザ装置にお いては， P方向のモ ー ド次数は数十次， S方向では数百次と な り ， ビー ム発 散角は数 wad 〜数十 nrad と極めて大き く な り ， レ 一 ザビー ム （8)の集束性がよ く なかっ た。 し たがって ， 上記 のよ う な固体レーザ装置においては ， 大出力の レーザビ ー ム を安定して出力する こ と はで き て も ， レーザ ビー ム (8)の集束性が悪いために ， 微細なス ポッ ト に は集光する こ と がで き ず， 精細な レーザ加工に用い る のには限界が 生じていた。
    [0012] 本発明は， 上記述べた課題を解決す る ためにな さ れた も の で ， 高出力にて集束性のよ い レーザ ビー ム が出力で き ， 精細な レーザ加工に用い る こ と ので き る固体レーザ 装置を得る こ と を 目的とする 。
    [0013] 発明の開示
    [0014] こ の発明にかかる固体レーザ装置は， 光路を挾んで対 面する一組の光学的平滑面を有する平板状の レーザ媒質 と ， こ の レーザ媒質を挾んで上記光路上に対向配置さ れ た第 1 及び第 2 の ミ ラ ー と を有し ， 上記レーザ媒質の幅 方向には不安定型共振器を， 上記レーザ媒質の厚み方向 には低次安定型共振器を構成する共振手段， こ の共振手 段よ り レーザビー チ を取 り 出 して出射す る レーザビー ム 出射手段を備えた こ と ， 或いは光路を挾んで対面する一 組の光学的平滑面を有する平板状の レーザ媒質と ， こ の レーザ媒質を挾んで上記光路上に対向配置された第 1 及 び第 2 の ミ ラ ー と を有し ， 上記レーザ媒質の輻方向及び 厚み方向に不安定型共振器を構成す る共振手段， こ の共 振手段よ り レーザビー ム を取 り 出 して出射する レーザ ビ ー ム出射手段を備えた こ と に よ り ， 集束性のよ い髙出力 の レーザ ビー ム を得る こ とができ ， も って精細な レーザ 加工等の用途に も 活用でき る。
    [0015] 図面の簡単な説明 O 第 1 図は従来の固体レーザ装置の要部構成を示す垂直 断面図， 第 1 図の （a ) は本発明の第 1 の実施例で あ る固 体 レーザ装置の要部構成を示す垂直断面図で あ り ， （b ) は同 じ く 水平断面図， 第 3 図は本発明の第 2 の実施例で あ る 固体レーザ装置の要部構成を示す垂直断面図， 第 4 図の （a ) は本発明の第 3 の実施例であ る固体レーザ装置 の要部構成を示す垂直断面図であ り ， ） は同 じ く 水平 断面図， 第 5 図は本発明の第 4 の実施例であ る固体レ ー ザ装置の上面構成図， 第 6 図は本発明の第 4 の実施例で あ る固体レーザ装置の側面構成図， 第 7 図は I 一 I 断面 及び ]! 一 E断面におけ る レーザ ビー ム の外形及び近視野 像の強度分布及び遠視野像の強度分布を説明す る ための 図， 第 8 図は位相調整膜の構造を示す断面図及び上面図 : 第 9 図は本発明の第 5 の実施例を示す御面構成図， 第 1 0 図は本発明の第 6 の実施例を示す倒面構成図， 第 1 1図
    [0016] ( a ) 及び第 1 1図 （b ) は こ の発明の第 7 の実施例を示す側 面構成図及び I 一 I に おけ る断面図， 第 1 2図は こ の発明 の第 8 の実施例を示す倒面構成図であ る 。
    [0017] 発明を実施する ための最良の形態
    [0018] 以下， 本発明を図に基づき説明する 。
    [0019] 第 2 図の （a ) は こ の発明の第 1 の実施例であ る固体 レ 一ザ装置の要部構成を示す垂直断面図であ り ， （b ) は同 じ く 水平断面図であ る 。 図中， （1) , (4) , (7)及び（8)は上記 従来例の構成部分 と同一又は相当する構成部分であ る 。 G 図に おいて ， （9)は全反射 ミ ラ 一 よ り な る コ ヒ 一 レ ン ト ミ ラ 一 ， （1«は反 S方向に切欠部 （10a) を有す る凹面 ミ ラ —であ り ， 共振系の出力 ミ ラ ーの役割を担って いる 。
    [0020] ( 11)は P面に対 し て は 凸 レ ン ズで S 面に 対 し て は平 レ ン ズ と な っ て い る シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズで あ り ， 凹面 ミ ラ 一（1(8のレーザ媒質（1)側に位置してい る 。 そ して， 全反射 ミ ラ 一（9) と シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （11) と 凹面 ミ ラ 一 （10) と で， P面方向 （ レーザ媒質（1)の厚み方向） に は低次安 定型共振手段を ， s面方向 （ レーザ媒質（1)の輻方向） に は負枝 （ negative branch) 不安定型共振手段を構成し て い る 。 なお， 全反射 ミ ラ ー（9)及び凹面 ミ ラ ー （10)は共 に回転対称の球面曲率を有する ミ ラ ーであ り ， シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （ 11 ) は一次元レ ン ズであ る 。
    [0021] こ の第 1 の実施例の固体レーザ装置は上記のよ う に構 成されてい る 。 こ こ で ， レーザ媒質（1)の P面方向及び S 面方向の各共振手段について説明す る 。
    [0022] ま ず， P面方向の安定型共振手段について述べる （第 2 図 （a) 参照） 。 凹面 ミ ラ ー（《»の曲率は， そ の前面に配 設された シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （ 11)の存在に よ っ て全反 射 ミ ラ一（9)方向か ら見る と実質的には平面に近似してい る 。 こ のため， 基本モ ー ドの ビー ム径は大き く な り ， 0 次 （基本モ ー ド ） 等の次数の小さ な レーザビー ム （8)と な り ， P面方向の発散角の小さ な低次安定型共振手段と な つ て い る 。 つ ぎに ， s 面方向の不安定型共振手段について述べる (第 2 図 （b ) 参照） 。 S面方向に対し て シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （ 1 1 )は平面であ るか ら ， 波動光学的には その存在 を無視し得る 。 そ して， 図のよ う に ， レーザの光軸（7)の 片側に位置す る凹面 ミ ラ ー CIO)の切欠部 （1 0 a) か ら レ ー ザ ビー ム （8)が外部に出力さ れる 。 こ の レ ー ザ ビ ー ム （8)は S 面方向に は平面波に な る ので ， レーザ ビー ム （8)の S面方 向の発散角度は小さ い。
    [0023] 上記の よ う に， こ の実施例の固体 レ ー ザ装置では ， 光 路に対して一組の対面する光学的平滑面を有す る平板状 の レーザ媒質（1)の輻方向 （ S面方向） に形成し た負枝不 安定型共振手段と ， こ の レーザ媒質（1)の厚み方向 （ P面 方向） に形成し た低次安定型共振手段と を有して い る 。
    [0024] したがって ， レーザ媒質（1)の輻方向 （ S面方向） 及び 厚み方向 （ s面方向） のいずれの方向において も ， 発散 角の小さ い レーザビー ム （8)が出力さ れ， 極めて集束性の よ い高出力の レーザ ビー ム （8)を得る こ と がで き る。 こ の 結果， 微細な ス ポ ッ ト に集光する こ と がで き ， 精細な レ —ザ加工等の用途に も 活用で き ， 使用範囲が拡大する 。
    [0025] と こ ろ で ， 上記実旌例では共振系を構成す る各 ミ ラ ー の曲率を S面方向 と P面方向 と で各々相違させる ために 凹面 ミ ラ ー の前に シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （1 1 )を配す る 構造を採用 してい る 。 しかし ， 回転対称球面状の凹面 ミ ラ ーの代わ り に一次元曲率面の出力 ミ ラ ー を採用 して も よ く ， こ の場合には， 直交す る二方向に各々曲率の異な る球面を形成し得る力ゝ ら ， シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （ 1 1 )を 省 く こ と も で き ， 構成が簡素化で き る 。
    [0026] ま た， 上記実施例の凹面 ミ ラ 一 αο)は実用的には別の構 成に よ って実現し得る 。 その実施例を第 3 図に示す。 第 3 図は こ の発明の第 2 の実施例であ る固体レ ーザ装置の 要部構成を示す垂直断面図で あ る 。 図中， （1) , (8)及び（9) は上記従来例及び実施例の構成部分 と 同一ま たは相当す る構成部分であ るか ら， こ こ では重複する説明を省略す る ο
    [0027] 第 3 図において ， （1 2)は回転対称球面状の凹面 ミ ラ 一 であ り ， 上記実施例のよ う な切欠部を有していな い。 ( 1 3)は凹面 ミ ラ ー （1 2 ) と レーザ媒質（1) と の中間部の S方 向片倒に位置してい る結合 ミ ラ 一で あ る 。 そ し て ， こ の 凹面 ミ ラ 一 （1 2) と結合 ミ ラ 一 （1 3) と で上記実施例の凹面 ミ ラ ー（1(8に相当する機能を有す る 。 な お こ の実施例では シ リ ン ド リ カ ル レ ン ズ （1 1 )は図示 し て いな い。
    [0028] し たがっ て ， こ の実施例の固体レーザ装置も ， 上記実 施例と同様に平板状の レーザ媒質（1)の幅方向 （S面方向） に形成し た負枝不安定型共振手段と ， こ の レ ーザ媒質（1) の厚み方向 （ Ρ面方向） に形成し た低次安定型共振手段 と を有してい る 。 そ して， レーザ媒質（1)の幅方向 （ S面 方向） 及び厚み方向 （ S面方向） のいずれの方向におい ても ， 発散角の小さ い レーザビー ム （8)が出力され， 極め て集束性の よ い髙出力の レ ー ザ ビー ム （8)を得 る こ と がで き る 。 こ の結果， 微細な ス ポ ツ ト に集光す る こ と がで き ， 精細な レ ーザ加工等の用途に も 活用で き ， 使用範囲が拡 大す る 。
    [0029] 加え て ， こ の実施例に おいて は ， 凹面 ミ ラ 一 （1 2 )に切 欠部を設け る 必要がな い ので ， 凹面 ミ ラ 一 （1 2 )の製作性 力 よ い 。 ま た ， 結合 ミ ラ 一 （1 3 )の配設方向に応 じ て レ ー ザ ビー ム（8)の出力方向を任意に変更す る こ と も で き る 。
    [0030] つ ぎ に ， こ の発明の さ ら に他の実施例に つ いて説明す る 。 第 4 図の （a ) は こ の発明の第 3 の実施例で あ る 固体 レ ー ザ装置の要部構成を示す垂直断面図で あ り ， （b ) は 同 じ く 水平断面図で あ る 。 図中， （1)， （4) , (8) , (9)及び ¾)) は上記従来例及び各実施例の構成部分 と 同一又は相当す る構成部分で あ る 。
    [0031] 第 4 図に おいて ， （2 2 )は熱 レ ン ズ化補正 レ ン ズで あ り
    [0032] —次元の凹 レ ン ズで あ る 。 そ し て ， レ ー ザ ビー ム （8)は レ — ザ媒質（1)内を光学的平滑面 と 平行に通過す る よ う に設 定 さ れて い る 。 こ のた め ， 第 2 図で示 し た実施例 と は異 な り ， レーザ媒質 U)内の P面方向， すなわち厚み方向に は ラ ン プ（4)の出力の増大に と も な っ て強い熱 レ ン ズ化が 起 こ る 。 そ こ で ， こ の第 3 の実施例では熱 レ ン ズ化補正 レ ン ズ （2 2 ) に よ り ， そ の熱 レ ン ズ化を阻止 し て い る 。
    [0033] し た が っ て ， 熱 レ ン ズ化補正 レ ン ズ （2 2 ) の焦点钜離を 適当に調整す る こ と に よ り ， ラ ン プ (4)の所定の出力に お t 0 いて ， P面内で低次の安定型共振手段と な る 。 そ して ， s面内で負枝不安定型共振手段が形成さ れる 。 こ の結果 : P面方向及び S面方向の何れの面において も ， 発散角の 小さ い レーザ ビー ム （8)が出力さ れ， 集束性のよ い高出力 の レーザ ビー ム （8)を得る こ と がで き ， 上記両実施例 と 同 様の効果を奏する 。
    [0034] と こ ろで， 上記の各実施例では発散角の小さ い集束性 のよ い高出力のレーザ ビー ム （8)の出力手段について各々 独立で説明したが， こ れ ら を組み合わせて同様の効果を 奏する固体レーザ装置を構成して も よ い。
    [0035] 次に， こ の発明の第 4 の実施例を第 5 図及び第 6 図に 基づいて説明する 。 第 5 図及び第 6 図は固体レーザ装置 の上面構成図及び側面構成図を示す。 図において， （1)は 例えば Y A G結晶よ り な り ， 一組の平行な光学的平滑面 ( l a)を有し ， こ の光学的平滑面 （l a )で内部全反射さ れて 光路がジ グザグ状と な る ス ラ ブ型の レーザ媒質， （4)は こ の レーザ媒質（1)に励起光を供給する ラ ン プ， （9)は上記 レ 一ザ媒質（1)の一端面側 （l b )に配された第一の ミ ラ ー で ， こ の実施例では全反射 ミ ラ ー よ り な る コ リ メ 一 ト ミ ラ 一 であ る。 （12)は上記 レーザ媒質（1)の多端側 （l b )に配さ れ た第二の ミ ラ ーで， こ の実施例では全反射 ミ ラ ー よ り な る凹面の拡大 ミ ラ ーであ り ， コ リ メ 一 ト ミ ラ ー（9)と共に 負枝の不安定型共振器を構成してい る 。 （14)は第二の ミ ラ ー （12)と レーザ媒質（1)間に配され， 中心が光軸 (7)よ り ! 1 ずれた位置に あ る矩形の開口部 （15)を有す る結合 ミ ラ ー で， 光軸（7)に 対 し て略 4 5 ° 傾斜されて い る 。 （ 16)は こ の結合 ミ ラ ー （14)に よ り 不安定型共振器よ り 取 り 出 さ れ た レーザ ビ ー ム を整形する平面 ミ ラ ー で ， 上記結合 ミ ラ 一 (14) と平行に対向配置さ れてい る 。 （17)は上記結合 ミ ラ 一 （15)に よ り 不安定型共振器の外部に取 り 出 さ れた余 分な レーザ ビー ム を吸収する ダ ン パーで ， こ の実施例に お い て は ， 結合 ミ ラ ー （15)及び平面 ミ ラ 一 （16) と 共に ビ ー ム整形手段を構成す る 。 （18)は結合 ミ ラ 一 （16)上に形 成さ れた位相調整膜で ある 。
    [0036] こ の よ う に構成さ れた固体レ ー ザ装置にお い て は ， 次 の よ う に動作する 。 ラ ン プ (4)の発光は レ ー ザ媒質（1)に吸 収さ れ， レーザ媒質（1)を励起し ， 光の誘導放出を引 き 起 こす。 そ して， コ リ メ ー ト ミ ラ 一（9)と拡大 ミ ラ ー （12)に よ って負技の不安定型共振器を構成して い る ので ， こ の 間を往復す る レ ー ザ ビー ム は ， レ ー ザ媒質 ）に よ っ て増 幅さ れ， コ リ メ 一 ト ミ ラ ー（9)に よ り ほぼ平行な ビ ー ム と して ， 拡大 ミ ラ 一 （12)の近く に往復して い る 。 そ して ， 結合 ミ ラ ー （14)の開口部 （15)を通過し た光は， 再び拡大 ミ ラ 一 （12)に よ り 反射さ れ， 共振器内を往復する 。 ま た 結合 ミ ラ ー （14)の反射面に よ り ， 反射さ れた レーザ ビー ム は ， 平行な ビ ー ム と し て不安定型共振器の外部に取 り 出さ れる 。 そ して ， 取 り 出 された レーザ光の大部分は， 平面 ミ ラ ー （16)に よ って， 中詰ま り の レ ー ザビー ム （8)と して 出射さ れ， 結合 ミ ラ 一 （1 4) に お け る開口部 （1 5)の長 手方向の縁端部付近よ り 反射さ れた余分な レーザ光はダ ン パー （1 4) に よ り 吸収され， 中詰ま り の レ ー ザ ビ ー ム と な り ， レ ン ズ （図示せず） 等によ り 集束さ れ， 微細な レ —ザ加工等に用い られる こ と と な る 。
    [0037] 上記のよ う に構成された固体レーザ装置においては， ス ラ ブ型の レ ー ザ媒質（1)の特徵を生かして， 熱レ ン ズ効 果を受けず， 高出力の レーザビー ム を得る こ と がで き る と と も に ， 共振器が， P方向及び S方向 と も に不安定型 を構成して い る ので， ほぼ位相の揃っ た平面波のレーザ ビー ム と して取 り 出 さ れ， レーザビー ム の発散角は極め て小さ く な り ， 非常に集束性の良い レーザビー ム （8)が得 られる 。 第 7 図 （a) 〜 （c) は， I 一 I 断面及び I — I [断面に よ る レーザビー ム の外形 と 近視野像の強度分布 及び遠視野像の強度分布の関係を示すも のであ って ， 第 7 図 （a) に示される よ う に， 拡大 ミ ラ 一 CIO)と コ リ メ 一 ト ミ ラ 一（9)に よ って構成される不安定型共振器の光軸 (7)を 中心 と して， 矩形の開口部 （1 2 )を有する結合 ミ ラ 一 （1 4) を挿入する と ， 外周がレーザ媒質（1)の断面に， 内周が開 口部 （1 5)に相似し た中抜けの レーザ ビー ム が得 られる 。 この中抜けの レーザビー ム は， ほぼ位相の揃っ た レーザ ビー ム ではあ るが， このま ま用い る と遠視野像において は， 回折に よ る レーザ ビー ム の拡カ り が現われる 。 しか し ， こ の発明では， 第 7 図 （b ) に示される よ う に第 7 図 I 3
    [0038] (a) に用 い られた共振器及び結合 ミ ラ 一 （14) に よ つ て取 り だ さ れた中抜け の レ ー ザ ビー ム の一部， つ ま り 長手方 向に分かれた片側のみを用 い る こ と に よ つ て ， ほ ぼ位相 の揃 っ た レー ザ ビー ム が得 られ， こ の よ う な レ ーザ ビ一 ム で は ， 遠視野像に お いて も 回折に よ る レ ー ザ ビー ム の 拡が り は見 られず， レ ーザ ビー ム の集束性は良好で あ る c さ ら に ， 上記実施例に お いて は ， 第 7 図 （c) に示 さ れ る よ う に結合 ミ ラ ー （14) の開口部 （15)の中心を開口部 （15) の長手方向に光軸よ り ず ら す こ と に よ っ て ， 結合 ミ ラ 一 (14) よ り ， 長手方向の片側に ま と め レ ーザ ビー ム を取 り 出す こ と がで き る ので ， こ の光路上に平面 ミ ラ 一 （16) を 配置す る こ と に よ っ て ， 中詰ま り レーザ ビー ム と し て 出 力で き ， 第 7 図 （b) に示 し た も の と 比較し て ， レ ー ザ ビ — ム の出力は増大す る 。 ま た ， 遠視野像に お いて も ， 回 折に よ る レーザ ビ ー ム の拡が り も な く ， 集光性能を向上 さ せ る こ と 力 で き る 。
    [0039] ま た ， 一般に P軸方向 と S軸方向の共振器の フ レ ネ ル 数が異な る ため ， 両方向の ビー ム の発散角に多少のずれ が生じ る 。 よ っ て ， レーザ ビー ム （8)を伝搬さ せた り ， レ ン ズ で集光さ せ る場合に おいて は ， レ ーザ ビー ム ）に異 方向性が生じ ， レ ーザ加工性能が低下す る が， こ の実施 例に おいて は ， 第 8 図に示 さ れ る よ う に ， 例え ば レ ー ザ ビー ム の波長の約 1/4 の厚みの位相調整膜 （15)を平面 ミ ラ ー （13) (上に形成し ， レ ー ザ ビ ー ム （8)の S 軸方向 レ ー I 4 ザ ビー ム の発散角を適度にず らす こ と に よ っ て ， レーザ ビー ム の異方性を除去してい る 。 つ ま り ， 発散角の小さ い方向の波面を位相調整膜に よ り 適度にず ら さ れる こ と に よ って ， レーザ ビー ム （8)の異方性を除去す る こ と がで き ， レーザ加工性能が向上でき る 。
    [0040] 第 9 図及び第 10図は， それぞれ こ の発明の第 5 及び第
    [0041] 6 の実施例を示すも の で ， 第 9 図に示さ れ る固体レーザ 装置のよ う に， ビー ム整形手段を構成す る結合 ミ ラ 一
    [0042] (14)は開口部 （15)を有す る ミ ラ ー でな く と も 不安定型共 振器内の平行 ビー ム の一部を取 り 出せる位置に構成して おれば， 単な る平面 ミ ラ 一でも よ い。 こ の よ う に構成さ れた固体レーザ装置にお いて も ， 上記実施例の固体レ ー ザ装置と 同様の作用及び効果を示す。 ま た， 第 1 0 図に 示される固体レーザ装置のよ う に， 第 2 の ミ ラ ーが凸面 の拡大 ミ ラ ー （19)で あ り ， コ リ メ 一 ト ミ ラ 一（9) と 共に ， 正枝の不安定型共振器を構成して も ， 上記の実施例 と 同 様の作用及び効果が得 られる こ と は， 言 う ま でも ない。
    [0043] ま た， こ の発明の第 1 の実施例 と して， 第 11図 （a) 及 び （b) を示す。 こ の実施^!に お い て は ， 第 2 の ミ ラ 一が 透明なガ ラ ス等を基体と し ， こ の基体表面に光軸（7)よ り 中心がずれた矩形の反射膜 （20)と ， こ の反射膜 （20)の周 囲は無反射膜 （21)が形成された拡大 ミ ラ 一 で あ り ， こ の 拡大 ミ ラ ー（10)を挾み レーザ媒質（1)と対向 し た位置にタ ン パ― (17)が配された こ とが， 第 5 図及び第 6 図に示さ れ I 5
    [0044] た上記実施例 と異な る 点であ り ， 第 2 の ミ ラ ーは不安定 型共振器の一部を構成す る と 共に， ダ ン パー （ 14) と共に ビー ム整形手段を構成す る 。
    [0045] 上記のよ う に構成された固体レーザ装置においては， レーザ媒質（1)で增幅さ れた レーザ光が， コ リ メ — ト ミ ラ 一（9)に よ り 平行な ビ ー ム と し て ， 第 11図 ） の一点鎖線 で示さ れた矩形の レーザ光 と な り 拡大 ミ ラ ー （12)に到達 す る 。 こ の一部は， 拡大 ミ ラ ー （12)上の反射膜 （20)に よ つて ， 再び共振器内を往復し ， 他は無反射膜 （21)の部分 よ り 共振器の外部に取 り 出 さ れ， こ の取 り 出 さ れた レ 一 ザ ビー ム の反射膜 （20)の長手方向の縁端部よ り 出力 さ れ た余分な レ ー ザ ビー ム は ， ダ ン バ 一 （ 17)に よ り 吸収さ れ： 中詰ま り の レーザ ビー ム （8)に整形さ れ出射さ れる こ と と な り ， 結合 ミ ラ ー （14)を用いずと も ， 中詰ま り の レーザ ビー ム に整形す る こ と がで き る 。 よ っ て ， こ の構成の固 体レーザ装置にお い て も ， 上記実施例と 同様効果が得 ら れる と 共に ， さ らに装置を簡略化で き る ので ， 装置の生 産コ ス ト が低減で き る 。
    [0046] さ らに， こ の発明の第 8 の実旖例を ， 第 12図に示す。 こ の実施例にお い て ， 第 11図の第 7 の実施例 と は ， ビ一 ム整形手段を構成する第 2 の ミ ラ 一 で あ る拡大 ミ ラ 一 (12)の矩形の反射膜 （16)の中心が光軸 (7)に あ り ， ダ ン パ 一 （17)が上記実施例 と比較して， S軸方向に小さ く ， こ の矩形の反射膜 （16)背面倒に SB置さ れた こ と と ， 2 つの I 6
    [0047] 独立し た レーザ ビー ム を 2 方向に反射さ せる ミ ラ 一 （2 3) を備えた こ とが異な る点であ る 。 こ のよ う に構成された 固体レーザ装置においては， 拡大 ミ ラ 一 （1 2 )よ り 中抜け の レ ー ザ ビ ー ム が不安定共振器よ り 取 り 出 さ れ， ダ ン パ — ( 1 7 )に よ り 余分な レーザ ビー ム は吸収さ れ， 2 つの レ — ザ ビー ム と な る 。 こ の 2 つ の レ ー ザ ビ ー ム は ， 方向変 更用の ミ ラ 一 4)に よ って方向を変え られ， 2 つの独立 し た レーザ ビー ム （8)と して レーザ加工等に用い る こ と 力？ で き る 。 第 7 図 ) に こ の よ う に構成された固体レ ー ザ 装置の I ― I 断面及び Π— E断面に よ る レーザ ビ ー ム の 外形 と近視野像の強度分布及び遠視野像の強度分布を示 す。 図中に示される よ う に， 中詰ま り の レ ー ザビー ム （8) と して個々 に用い られる ので， 遠 野像において も 回折 に よ る レーザ ビー ム の拡が り も な く ， 上記と実施例と 同 様に集光性は良い。
    [0048] 産業上の利用可能性
    [0049] 以上説明し た と お り こ の発明は， 平板状の レーザ媒質 を用いた固体レーザ装置に関し ， 光路を挾んで対面する 1 組の光学的平滑面を有す る平板状の レーザ媒質と ， こ の レーザ媒質を挾んで上記光路上に対向配置された第 1 及び第 2 の ミ ラ 一 と を有し， 上記レーザ媒質の幅方向に は不安定型共振器を， 上記レーザ媒質の厚み方向には低 次安定型共振器を構成する共振手段， こ の共振手段よ り レーザ ビー ム を取 り 出して出射する レーザビー ム 出射手 I 7 段を備え ， 或いは光路を挾んで対面する一組の光学的平 滑面を有する平板上の レーザ媒質と ， こ の レ ーザ媒質を 挾んで上記光路上に対向配置さ れた第 1 及び第 2 の ミ ラ 一 と を有し ， 上記レーザ媒質の幅方向及び厚み方向に不 安定型共振器を構成する共振手段， こ の共振手段よ り レ 一ザ ビー ム を取 り 出 して出射す る レーザビー ム 出射手段 を備え たので ， 高出力にて集束性及び集光性の良い レ ー ザ ビ ー ム が出力でき ， そ の結果精細な レーザ加工に用い る こ と がで き る固体 レ ー ザ装置が得 られる と い う 効果を 有す る 。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    (1) 光路を挾んで対面する 1 組の光学的平滑面を有す る 平板状の レ一ザ媒質 と ，
    こ の レーザ媒質を挾んで上記光路上に対向配置さ れた 第 1 及び第 2 の ミ ラ ー と を有し ，
    上記レーザ媒質の幅方向には不安定型共振器を ， 上記 レーザ媒質の厚み方向には低次安定型共振器を構成する 共振手段，
    こ の共振手段よ り レーザ ビー ム を取 り 出 して出射する レーザビー ム 出射手段を備えた こ と を特徵と する固体レ —ザ装置。
    (2) 光路を挾んで対面する 1 組の光学的平滑面を有す る 平板状のレ一ザ媒質と ，
    こ の レーザ媒質を挾んで上記光路上に対向配置さ れた 第 1 及び第 2 の ミ ラ ー と を有し，
    上記レーザ媒質の輻方向及び厚み方向に不安定型共振 器を搆成する技術手段，
    この共振手段よ り レーザビー ム を取 り 出 して出射する レーザビー ム 出射手段
    を備えた こ と を特徵と する固体レーザ装置。
    (3) レーザビー ム 出射手段は， レーザビー ム を整形して 中詰ま り 状態のレーザ ビー ム と する ビー ム整形手段を有 する こ と を特徵と する請求の範囲第 2 項記載の固体レ ー ザ装置。
    类似技术:
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE4090197C2|1997-01-23|
    US5125001A|1992-06-23|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-08-23| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE US |
    1991-02-21| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 4090197 Country of ref document: DE Date of ref document: 19910221 |
    1991-02-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 4090197 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1/36917||1989-02-16||
    JP1036917A|JP2550693B2|1989-02-16|1989-02-16|固体レーザ装置|
    JP1327692A|JP2760116B2|1989-12-18|1989-12-18|固体レーザ装置|
    JP1/327692||1989-12-18||DE19904090197| DE4090197C2|1989-02-16|1990-02-15|Festkörperlaservorrichtung|
    DE19904090197| DE4090197T1|1989-02-16|1990-02-15|Festkoerperlaservorrichtung|
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