(57)【要約】【課題】安価な製造コストで、レーザ共振器の要素部品の相対位置関係の変化を抑制することを可能にする。【解決手段】レーザ共振器１０は、終端鏡１２を保持する終端鏡保持部１６と、出力鏡１４を保持する出力鏡保持部１８とを備え、終端鏡１２と出力鏡１４との間に設けられたレーザ励起部３４、３６内のレーザ媒体を励起させてレーザ発振を生じさせる。レーザ共振器１０は、互いに平行に延び終端鏡保持部１６と出力鏡保持部１８とを接続する複数の接続部材４６を備え、複数の接続部材４６のうちの少なくとも一つの接続部材４６ａが終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８に固定されている一方、複数の接続部材４６のうちの残余の接続部材４６ｂは終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８の少なくとも一方に対して摺動可能に接続されており、接続部材４６ｂが接続部材４６ａよりも高い熱膨張率の材料から形成されている。【選択図】図１
2010016293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
終端鏡保持部に保持された終端鏡と出力鏡保持部に保持された出力鏡との間に設けられたレーザ励起部内のレーザ媒体を励起させてレーザ発振を生じさせるレーザ共振器であって、
互いに平行に延び前記終端鏡保持部と前記出力鏡保持部とを接続する複数の接続部材を備え、前記複数の接続部材のうちの少なくとも一つが前記終端鏡保持部及び前記出力鏡保持部に固定されている一方、前記複数の接続部材のうちの残余のものは前記終端鏡保持部及び前記出力鏡保持部の少なくとも一方に対して前記複数の接続部材の長手方向に摺動可能に接続されており、前記複数の接続部材のうちの前記残余のものが前記複数の接続部材のうちの前記少なくとも一つよりも高い熱膨張率の材料から形成されていることを特徴とするレーザ共振器。
【請求項２】
前記複数の接続部材のうちの前記少なくとも一つがインバー又は繊維強化プラスチックから形成されている、請求項１に記載のレーザ共振器。
【請求項３】
前記複数の接続部材のうちの前記残余のものは軸受を介して前記終端鏡保持部及び前記出力鏡保持部の少なくとも一方に接続されている、請求項１又は請求項２に記載のレーザ共振器。
【請求項４】
前記レーザ励起部が、前記終端鏡と前記出力鏡との間に延び且つレーザ媒体としてレーザガスが内部を流通するガス通路に設けられており、前記レーザガスを励起することによってレーザ発振を生じさせるようになっている、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のレーザ共振器。
【請求項５】
前記レーザ共振器が、前記終端鏡保持部と前記出力鏡保持部との間に配置され且つ前記複数の接続部材によって支持される支持部をさらに備え、前記ガス通路が、前記終端鏡と前記支持部との間に延びる第１のガス通路と、前記出力鏡と前記支持部との間に延びる第２のガス通路とを含み、前記第１のガス通路と前記第２のガス通路とが前記支持部で接続されるようになっており、前記複数の接続部材のうちの前記少なくとも一つが前記支持部に固定されている一方、前記複数の接続部材のうちの前記残余のものが、前記終端鏡保持部、前記支持部及び前記出力鏡保持部のうちの少なくも二つに摺動可能に接続されている、請求項４に記載のレーザ共振器。
【請求項６】
前記複数の接続部材のうちの前記残余のものが前記支持部に固定されている、請求項５に記載のレーザ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ媒体を励起させてレーザ発振を生じさせるレーザ共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置で使用されるレーザ共振器は、終端鏡と出力鏡との間に設けられたレーザ励起部のレーザ媒体を励起させて光を出力鏡と終端鏡との間で増幅させることにより、レーザ発振を生じさせ、レーザ発振により得られたコヒーレントな光を部分透過鏡である出力鏡を通して取り出し、レーザ光として出力する。
【０００３】
このようなレーザ共振器では、終端鏡、出力鏡、レーザ励起部などの共振器要素部品間の相対位置関係が変化すると、レーザ出力値、レーザ出力安定性、レーザビームモード形状、レーザビーム品質が変化し、例えば加工にレーザを用いる場合、加工性能が低下するなどの悪影響を及ぼす。したがって、共振器要素部品間の相対位置関係の変化を抑制することが重要となる。一方、レーザ共振器では、レーザ励起部においてレーザ媒体の励起などのためにレーザ発振時に熱が発生し、時間の経過に伴ってレーザ共振器の温度が変化する。この結果、レーザ共振器の要素部品が熱膨張や熱収縮を起こして終端鏡、出力鏡、レーザ励起部などの相対位置関係が変化し得る。そこで、特許文献１に開示されているように、終端鏡保持部と出力鏡保持部とを複数の連結部材によって連結し、レーザ共振器の温度変化があっても終端鏡と出力鏡の相対位置関係の大きな変化を抑制することが一般的である。連結部材の材料としては、一般に、インバーや繊維強化プラスチックのような熱膨張率の低い材料が使用される。
【０００４】
【特許文献１】特公平５−８７０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、レーザ共振器では、要素部品間の相対位置関係の変化を抑制するために、終端鏡保持部と出力鏡保持部とを複数の連結部材で連結することが一般的である。しかしながら、連結部材の材料として使用されるインバーや繊維強化プラスチックなどの熱膨張率が低い材料は、一般に高価であり、複数の連結部材を全てインバーや繊維強化プラスチックから形成すると製造コストが高価になるという問題があった。
【０００６】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、安価な製造コストで、レーザ共振器の要素部品の相対位置関係の変化を抑制することを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、終端鏡保持部に保持された終端鏡と出力鏡保持部に保持された出力鏡との間に設けられたレーザ励起部内のレーザ媒体を励起させてレーザ発振を生じさせるレーザ共振器であって、互いに平行に延び前記終端鏡保持部とを前記出力鏡保持部と接続する複数の接続部材を備え、前記複数の接続部材のうちの少なくとも一つが前記終端鏡保持部及び前記出力鏡保持部に固定されている一方、前記複数の接続部材のうちの残余のものは前記終端鏡保持部及び前記出力鏡保持部の少なくとも一方に対して前記複数の接続部材の長手方向に摺動可能に接続されており、前記複数の接続部材のうちの前記残余のものが前記複数の接続部材のうちの前記少なくとも一つよりも高い熱膨張率の材料から形成されているレーザ共振器を提供する。
【０００８】
本発明のレーザ共振器では、終端鏡保持部と出力鏡保持部とが複数の接続部材によって接続されているので、両者が単に一つの接続部材で接続されている場合と異なり、終端鏡保持部と出力鏡保持部の向きが一定に保たれる。また、終端鏡保持部と出力鏡保持部とが相対的に低い熱膨張率の材料から形成される少なくとも一つの接続部材に固定されているので、レーザ共振器の温度が変化しても、終端鏡保持部に保持される終端鏡と出力鏡保持部に保持される出力鏡との間の位置関係はほぼ一定に保たれる。一方、相対的に高い熱膨張率の材料から形成される接続部材は、レーザ共振器の温度変化により長さが変動しやすいが、出力鏡保持部又は終端鏡保持部に対して接続部材の長手軸線方向に摺動可能に接続されているので、レーザ共振器の温度変化により接続部材の長さが変化しても終端鏡保持部と出力鏡保持部との相対位置関係に影響を与えることはない。
【０００９】
上記レーザ共振器では、前記複数の接続部材のうちの前記少なくとも一つがインバー又は繊維強化プラスチックから形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、前記複数の接続部材のうちの前記残余のものは軸受を介して前記終端鏡保持部及び前記出力鏡保持部の少なくとも一方に接続されていることが好ましい。
【００１１】
例えば、前記レーザ励起部が、前記終端鏡と前記出力鏡との間に延び且つレーザ媒体としてレーザガスが内部を流通するガス通路に設けられており、前記レーザガスを励起することによってレーザ発振を生じさせるようになっていてもよい。この場合、前記レーザ共振器が、前記終端鏡保持部と前記出力鏡保持部との間に配置され且つ前記複数の接続部材によって支持される支持部をさらに備え、前記ガス通路が、前記終端鏡と前記支持部との間に延びる第１のガス通路と、前記出力鏡と前記支持部との間に延びる第２のガス通路とを含み、前記第１のガス通路と前記第２のガス通路とが前記支持部で接続されるようになっており、前記複数の接続部材のうちの前記少なくとも一つが前記支持部に固定されている一方、前記複数の接続部材のうちの前記残余のものが、前記終端鏡保持部、前記支持部及び前記出力鏡保持部のうちの少なくも二つに摺動可能に接続されていることが好ましい。前記複数の接続部材のうちの前記残余のものが、前記支持部に固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレーザ共振器によれば、レーザ共振器の終端鏡保持部と出力鏡保持部とを接続する複数の接続部材の一部を相対的に高い熱膨張率の材料から形成することが可能になるので、インバーや繊維強化プラスチックのような低膨張率であるが高価な材料から複数の接続部材の全てを形成する必要がなくなり、レーザ共振器の製造コストを低減させることが可能になる。一方、終端鏡保持部と出力鏡保持部との間は低熱膨張率の材料から形成された少なくとも一つの接続部材によって接続されるので、終端鏡保持部と出力鏡保持部との相対位置関係の変化が抑制され、レーザ共振器の温度変化にかかわらず終端鏡、レーザ励起部及び出力鏡の相対位置をほぼ一定の関係に保つことができる。また、終端鏡保持部と出力鏡保持部は、複数の接続部材によって接続されているので、相対的な向きの変化が抑制され、終端鏡、レーザ励起部及び出力鏡の相対的な向きもほぼ一定に保たれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
最初に、図１及び図２を参照して、本発明のレーザ共振器の全体構成を説明する。図１及び図２には、本発明のレーザ共振器の一つの実施形態として、レーザガスをレーザ媒体として使用するガスレーザ共振器１０が示されている。レーザ共振器１０は、同一の光軸上に配置される終端鏡１２及び出力鏡１４と、終端鏡１２を保持する終端鏡保持部１６と、出力鏡１４を保持する出力鏡保持部１８と、終端鏡保持部１６と出力鏡保持部１８との間に配置された支持部２０と、終端鏡１２と出力鏡１４との間に支持部２０を貫通して延び且つ支持部２０によって支持されるガス通路２２と、レーザガスを循環させるためにガス通路２２に接続されたガス循環路２４とを備える。
【００１４】
ガス通路２２は、終端鏡１２と支持部２０との間に延びる第１のガス通路２２ａと、出力鏡１４と支持部２０との間に延びる第２のガス通路２２ｂとを含み、第１のガス通路２２ａと第２のガス通路２２ｂが支持部２０に設けられた合流部２６で合流してガス循環路２４に接続されている。また、ガス循環路２４は、合流部２６に接続されている主循環路２４ａと、主循環路２４ａから循環路分岐部において分岐しそれぞれ第１のガス通路２２ａの終端鏡１２側の端部及び第２のガス通路２２ｂの出力鏡１４側の端部に接続されている第１の分岐循環路２４ｂ及び第２の分岐循環路２４ｃとを含む。主循環路２４ａ上には、送風機２８と、第１の熱交換器３０と、第２の熱交換器３２とが設けられており、送風機２８によって送り出されたレーザガスを第１の熱交換器３０で冷却した後に、主循環路２４ａから第１の分岐循環路２４ｂ及び第２の分岐循環路２４ｃへそれぞれ導き、第１の分岐循環路２４ｂから第１のガス通路２２ａの終端鏡１２側端部へ及び第２の分岐循環路２４ｃから第２のガス通路２２ｂの出力鏡１４側端部へ供給する。そして、第１のガス通路２２ａ及び第２のガス通路２２ｂに供給されたレーザガスは、支持部２０に設けられた合流部２６において合流して主循環路２４ａに流入し、第２の熱交換器３２で冷却されたレーザガスが再び送風機２８へ戻される。
【００１５】
第１のガス通路２２ａ及び第２のガス通路２２ｂには、それぞれ、内部を流通するレーザガスにエネルギを付与することによりレーザガスを励起させてレーザ発振を生じさせる第１のレーザ励起部３４及び第２のレーザ励起部３６が設けられている。第１のレーザ励起部３４及び第２のレーザ励起部３６は、例えば、レーザ電源（図示せず）から電力供給を受けてレーザガスに放電する放電管とすることができるが、光や化学反応によってレーザガスを励起するタイプのものとしてもよい。レーザガスは、第１のガス通路２２ａの第１のレーザ励起部３４及び第２のガス通路２２ｂの第２のレーザ励起部３６において励起されてレーザ活性状態になり、第１のレーザ励起部３４及び第２のレーザ励起部３６で生じた光が終端鏡１２と出力鏡１４との間で増幅されて、レーザ発振し、レーザ光が発生する。また、出力鏡１４は部分透過鏡になっており、出力鏡１４を透過したレーザ光が出力レーザ光としてレーザ共振器１０から出力される。
【００１６】
上記レーザ共振器１０は、共振器摺動装置３８，４０を介して共振器設置台４２上に配置されている。詳細には、終端鏡保持部１６が第１の共振器摺動装置３８を介して共振器設置台４２上に設置されていると共に、出力鏡保持部１８が第２の共振器摺動装置４０を介して共振器設置台４２上に設置されている。第１の共振器摺動装置３８は、軸４４を中心として回転方向に終端鏡保持部１６を摺動させることができる一方、第２の共振器摺動装置４０は、ガス通路２２の長手軸線と平行な方向に出力鏡保持部１８を摺動させることができる。このように、レーザ共振器１０は、第１の共振器摺動装置３８及び第２の共振器摺動装置４０を介して共振器設置台４２上に設置されており、温度変化により共振器設置台４２が膨張又は収縮しても共振器設置台４２に対してレーザ共振器１０の終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８が摺動するので、終端鏡１２、出力鏡１４、第１のレーザ励起部３４及び第２のレーザ励起部３６の相対位置関係が共振器設置台４２の熱変形の影響を受けることはない。
【００１７】
さらに、レーザ共振器１０の終端鏡保持部１６と支持部２０と出力鏡保持部１８とは、終端鏡１２、第１のレーザ励起部３４、第２のレーザ励起部３６及び出力鏡１４の相対位置関係が変わることを抑制するために、複数の接続部材４６によって接続されている。図示される実施形態では、図３に示されているように、終端鏡保持部１６と支持部２０と出力鏡保持部１８とが二つの接続部材４６によって接続されているが、図４に示されているように、三つ以上の接続部材４６によって接続されていてもよい。複数の接続部材４６のうちの少なくとも一つの接続部材４６ａが終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８に固定されている一方、残余の接続部材４６ｂは終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８の全て又はそのうちの一つ以外の全てに対して摺動可能に接続されている。終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８に固定される接続部材４６ａは、熱膨張率が低いインバーや繊維強化プラスチックなどの材料から形成される一方、他の接続部材４６ｂはインバーや繊維強化プラスチックなどよりも相対的に熱膨張率が高い一般構造材から形成される。
【００１８】
図示される実施形態では、二つの接続部材４６のうちの一方の接続部材４６ａが固定具４８によって終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８に固定されている。また、他方の接続部材４６ｂは、固定具４８によって支持部２０に固定されている一方、終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８に対しては軸受などの摺動装置５０を介して接続部材４６の長手軸線方向に摺動可能に接続されている。
【００１９】
このように終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８が少なくとも一つの低熱膨張率の接続部材４６ａに固定され、互いと連結されているので、レーザ共振器１０の温度変化により接続部材４６以外の各要素部品が膨張又は収縮しても、終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８の相対位置関係の変化が抑制されて、終端鏡１２、第１のレーザ励起部３４、第２のレーザ励起部３４及び出力鏡１４の相対位置関係が大きく変化することを防止することができる。なお、終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８に固定されている接続部材４６ａ以外の接続部材４６ｂは、一般構造材から形成されており熱膨張率が大きいため、レーザ共振器１０の温度変化に伴って接続部材４６ａよりも相対的に大きく膨張又は収縮するが、摺動装置５０があるため終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８の相対位置関係に影響を与えず、終端鏡１２、第１のレーザ励起部３４、第２のレーザ励起部３６及び出力鏡１４の相対位置関係が大きく変化することはない。また、終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８が複数の接続部材４６によって接続されているので、一つの接続部材４６によって接続されている場合と異なり、終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８の向きが一定に保たれる。
【００２０】
さらに、複数の接続部材４６は、終端鏡保持部１６と出力鏡保持部１８との間に支持部２０を支持しその重量を支える役割を果たしている。したがって、終端鏡保持部１６、支持部２０及び出力鏡保持部１８に固定されている接続部材４６ａ以外の接続部材４６ｂがない場合に比べて、支持部２０を強固に支持することができ、例えばレーザ発振器１０の輸送時の振動に対する耐性を高め、接続部材４６が変形することを防止する効果が得られる。
【００２１】
次に、図５を参照して、本発明のレーザ共振器１０´の他の実施形態を説明する。図５では、図１及び図２に示されている実施形態と対応する部分には同じ参照符号が付されている。
【００２２】
図５に示されている実施形態のレーザ共振器１０´は、支持部２０を備えていない点において、図１及び図２に示されている実施形態のレーザ共振器１０と異なっている。したがって、図５に示されるレーザ共振器１０は、終端鏡保持部１６に保持される終端鏡１２と出力鏡保持部１８に保持される出力鏡１４との間に延びるガス通路２２に一つのレーザ励起部５２が設けられている構成を有する。このため、複数の接続部材４６のうちの少なくとも一つの接続部材４６ａが終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８に固定具４８によって固定されている一方、残余の接続部材４６ｂは固定具４８によって終端鏡保持部１６に固定されると共に摺動装置５０によって出力鏡保持部１８に摺動可能に接続されている。残余の接続部材４６ｂは終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８の少なくとも一方に対して摺動可能になっていればよく、図示されている実施形態と異なる構成をとることも可能である。例えば、摺動装置５０によって終端鏡保持部１６に摺動可能に接続されると共に固定具４８によって出力鏡保持部１８に固定されていてもよく、摺動装置５０によって終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８の両方に摺動可能に接続されていてもよい。また、図示される実施形態では、終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８は二つの接続部材４６によって接続されているが、三つ以上の接続部材４６によって接続されていてもよいことはもちろんである。
【００２３】
さらに、本実施形態でも、図１及び図２に示されている実施形態と同様に、終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８に固定されている接続部材４６ａはインバーや繊維強化プラスチックなどの熱膨張率が低い材料から形成されている一方、残余の接続部材４６ｂは熱膨張率が相対的に高い一般構造材から形成されている。他の構造については、図１及び図２に示されている実施形態と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２４】
このように、本実施形態のレーザ共振器１０´でも、終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８が少なくとも一つの低熱膨張率の接続部材４６ａに固定され、互いと連結されているので、レーザ共振器１０´の温度変化により接続部材４６以外の各要素部品が膨張又は収縮しても、終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８の相対位置関係の変化が抑制されて、終端鏡１２、レーザ励起部５２、及び出力鏡１４の相対位置関係が大きく変化することを防止することができる。なお、終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８に固定されている接続部材４６ａ以外の接続部材４６ｂは、一般構造材から形成されており熱膨張率が大きいため、レーザ共振器１０´の温度変化に伴って接続部材４６ａよりも相対的に大きく膨張又は収縮するが、摺動装置５０が存在するので終端鏡保持部１６及び出力鏡保持部１８の相対位置関係に影響を与えず、終端鏡１２、レーザ励起部５２、及び出力鏡１４の相対位置関係が大きく変化することはない。
【００２５】
以上、図示される実施形態に基づいて本発明のレーザ共振器１０、１０´について説明したが、本発明は図示される実施形態に限定されるものではない。例えば、図示される実施形態では、レーザ媒体としてレーザガスを使用しているが、本発明はレーザ媒体としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ガラス、ルビーなどの固体を使用した固体レーザ共振器、ダイレーザなどで使用される液体レーザ共振器、半導体レーザ共振器などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態のレーザ共振器の基本構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示されるレーザ共振器の基本構成を示す平面図である。
【図３】図１に示されるレーザ共振器の支持部の横断面図である。
【図４】図１に示されるレーザ共振器の支持部の他の実施形態の横断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のレーザ共振器の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０、１０´    レーザ共振器
１２    終端鏡
１４    出力鏡
１６    終端鏡保持部
１８    出力鏡保持部
２０    支持部
２２    ガス通路
２４    ガス循環路
２６    合流部
２８    送風機
３０    第１の熱交換器
３２    第２の熱交換器
３４    第１のレーザ励起部
３６    第２のレーザ励起部
３８    共振器摺動装置
４０    共振器摺動装置
４２    共振器設置台
４４    軸
４６    接続部材
４８    固定具
５０    摺動装置
５２    レーザ励起部
【図１】
2010016293.tif 000003
【図２】
2010016293.tif 000004
【図３】
2010016293.tif 000005
【図４】
2010016293.tif 000006
【図５】
2010016293.tif 000007