(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを反射するためのミラー構造体であって、その表面にレーザービームを反射するための湾曲反射面が形成されたボディを備え、前記湾曲反射面が使用中にレーザービームによって加熱され、加熱による前記湾曲反射面の歪みを最小にするために、前記ボディの熱中立平面の位置が前記湾曲反射面の位置にほぼ一致するように前記ボディが構成される、ミラー構造体。
【請求項２】
前記ボディが、前記湾曲反射面が形成される中央部と、中央部の両側に位置するサイド部とを備え、前記サイド部が前記反射面の前後に延び出す、請求項１のミラー構造体。
【請求項３】
前記反射面が凹面である、請求項１のミラー構造体。
【請求項４】
前記熱中立平面が、前記反射面の両端部にほぼ一致する位置と、前記反射面の中心にほぼ接する位置との間に位置する、請求項３のミラー構造体。
【請求項５】
前記ミラーボディに冷媒流体を循環させるための流路が形成された、請求項１のミラー構造体。
【請求項６】
レーザービームを反射するためのミラー構造体において、
レーザービームを反射するための湾曲前面であって、使用中にレーザービームによって加熱される湾曲前面を有する長尺のミラー部材と；
前記ミラー部材の上面と底面に沿って取り付けられる一対の長尺の熱平衡化部材であって、各熱平衡化部材の前部が前記ミラー部材の湾曲前面よりも前方へ向けて延び出す一対の長尺の熱平衡化部材とを備え、
前記加熱による前記湾曲前面の変形を最小にするために、前記ミラー構造体の熱中立平面が前記湾曲前面に近接した位置になるように前記熱平衡化部材が構成される、ミラー構造体。
【請求項７】
前記熱平衡化部材の１つがその後面に、前記ミラー構造体をレーザーのミラーフランジに接続するための取付けボスを備える、請求項６のミラー構造体。
【請求項８】
前記ミラー構造体と前記フランジとの間の熱的接続を最小にするために、前記取付けボスの長さが前記熱平衡化部材の長さより顕著に短い、請求項７のミラー構造体。
【請求項９】
前記熱平衡化部材が流体で冷却される、請求項６のミラー構造体。
【請求項１０】
前記ミラー部材が矩形の断面形状を有し、前記熱平衡化部材が前部の厚みの方が後部の厚みより大きいＬ字型の断面形状を有するとともに、厚みの大きい前記前部が前記ミラー部材の反射面を超えて延び出す、請求項６のミラー構造体。
【請求項１１】
レーザービームを反射するためのミラー構造体において、
長尺で断面が矩形のセンター部材であって、レーザービームを反射するための長尺の凹面反射面を有し、前記反射面が予め決められた曲率を有し、前記反射面が使用中にレーザービームによって加熱されるセンター部材と；
前記センター部材の上面と下面に取り付けられる長尺の第１及び第２サイド部材であって、各サイド部材が長尺の薄肉部と長尺の厚肉部とからなるＬ字型断面を有する第１及び第２サイド部材とを備え、
各サイド部材の前記厚肉部が前記センター部材の凹面反射面を超えて前方へ延び出し、
加熱による前記反射面の曲率の変化を最小にするために、ミラー構造体の熱中立平面が前記凹面反射面に近接した位置となるように前記センター部材と各サイド部材が構成される、ミラー構造体。
【請求項１２】
前記熱中立平面が、前記凹面反射面の両端部にほぼ一致する位置と、前記凹面反射面の頂点にほぼ接する位置との間に位置する、請求項１１のミラー構造体。
【請求項１３】
前記サイド部材の１つがその後面に、前記ミラー構造体をレーザーのミラーフランジに接続するための取付けボスを備える、請求項１１のミラー構造体。
【請求項１４】
前記ミラー構造体と前記フランジとの間の熱的接続を最小にするために、前記取付けボスの長さが熱平衡化部材の長さより顕著に短い、請求項１３のミラー構造体。
【請求項１５】
熱平衡化部材が流体で冷却される、請求項１１のミラー構造体。
【請求項１６】
前記センター部材及び前記サイド部材が同じ材料から作られる、請求項１１のミラー構造体。
【請求項１７】
前記センター部材及び前記サイド部材の材料が銅である、請求項１６のミラー構造体。
【請求項１８】
さらに反射面の曲率半径の加熱による変化を小さくするために、サイド部材が第１材料から作られ、第１材料とは異なる第２材料のストリップが各サイド部材の前方表面に取り付けられる、請求項１１のミラー構造体。
【請求項１９】
サイド部材が銅から作られ、ストリップがステンレススチールから作られる、請求項１８のミラー構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はガス放電レーザーに関する。特にこの発明は、密閉された高出力の拡散冷却二酸化炭素（ＣＯ２）スラブレーザーのミラーの設計及び構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＯ２スラブレーザーは、ＣＯ２及び不活性ガスを含むレーザーガス混合物を保有する密閉された筐体内に設けられる、一対の矩形で平坦な金属性電極を備える。
【０００３】
電極は互いに平行で、互いに近接して配置されて、スラブ形状の放電領域を画成する。ＲＦ電源を用いてガス混合物を励起させ、レーザー光を発生させる。このようなレーザーの説明は、本願に参照として組み込む本願出願人の米国特許第５，１４０，６０６号に記載されている。
【０００４】
通常このタイプのレーザーはハイブリッド光学共振器を備える。この共振器は、平行で離間した電極の幅次元において不安定共振器であり、電極面に垂直な次元において導波路タイプ共振器である。不安定共振器の初期のモデルはポジティブブランチ不安定共振器であった。その後のモデルでは、ネガティブブランチ不安定共振器が好まれている。
【０００５】
ポジティブブランチ不安定共振器の設計は、ネガティブブランチ不安定共振器より一段と調整が困難であったが、共振器のミラーの曲率の変化により生じる出力ビーム指向性の変動は小さかった。共振器のミラーの曲率の変化は、ミラーの温度変化の結果生じる。ネガティブブランチ不安定共振器は、温度に起因するミラーの曲率の変化に対し敏感である。ビーム指向性の変動は、レーザービームを特定の場所又は被処理物の特定の場所に正確に向けるか又は導く必要がある殆どの用途において問題となる。
【０００６】
分析により、レーザービームの指向性変動はネガティブブランチ不安定共振器の幅に正比例し、共振器の長さの二乗に反比例することが示された。より短い工業用ＣＯ２レーザーの設計は、ビームの品質が低下しない限り、ＣＯ２レーザーの工業用途において望ましいと考えられる。放電の長さを短くするに従い、同じレーザー出力を得るために必要な同じ放電面積を維持するために、放電の幅を広げる必要がある。
【０００７】
ネガティブブランチ不安定共振器の出力結合ミラー及びリターンミラー（ｒｅｔｕｒｎ ｍｉｒｒｏｒ）は共に凹面反射面を有する。これらの反射面は、表面に多層の薄膜コーティングを被覆することにより、高反射率にされている。出力結合ミラーは、レーザービームがミラーを通過して出力できるようにするために、リターンミラーより短い。通常リターンミラーは、平行で対向する電極により生じる放電の幅よりも広い。出力結合ミラーは、共振器内を往復するレーザー光の一部が出力結合ミラーを出力レーザー光としてバイパスできるように、相対的に短くされている。
【０００８】
レーザービームが共振器内を往復しているとき、レーザーミラーは小さいが有限の光吸収を有するため、ミラーの反射面が加熱される。レーザーを急に起動して十分高い出力にしたとき、反射面の急激な加熱により、反射面が急に変形する。ミラーは急に凹面性が減少、すなわち急に曲率半径が増大する。この曲率半径の急な増大により、レーザービームが急に別の方向に向けられる。急速な過渡加熱はミラー本体により速やかに熱伝導されるため、曲率半径は速やかにほぼ元の半径に戻る。
【０００９】
反射面からの熱はその後ミラー本体の厚み方向に伝導し、ミラーの前面と背面の間に熱勾配が生じる。この熱勾配はさらに、所与のレーザー出力における安定的なミラーの曲率に達するまでミラーの凹面性を減少させる。通常、ミラーの背面は大きな金属板に取り付けられており、この金属板は共振器とレーザーガスが収容される密閉された筐体のエンドフランジである。このため、ミラーの背面は前面よりも低温になる。過渡状態及び安定状態におけるミラーの半径変化の時間応答の差は、二桁以上である。
【００１０】
低レーザーパルス繰返し周波数操作（ＰＲＦ）において、ミラーの半径変化はＰＲＦの変化に正比例する。ＰＲＦが増加するに従い、ミラーアセンブリの熱時定数はミラーのミラー半径における時間変化を平均化し始める。平均化が始まるＰＲＦは、ミラーの材質の熱時定数、及びミラーの質量に依存する。
【００１１】
安定状態での操作においてミラー曲率変化を最小にするための構成が、本願に参照として組み込む本願出願人の２００８年７月７日出願米国特許出願番号第１２／１６８，３７６号（米国公開番号第２００９００３４５７７号）に記載されている。この結果は、特定の形状のミラー本体に、ミラー本体とは異なる材質のストリップをミラー本体に取り付けて補償バイメタル効果が賦与されたミラーを設計することにより得られた。このような構成の例が図１及び図１Ａに示されている。
【００１２】
この米国出願では、ミラーアレンジメント１０は、頭部１４と柄部１６から成るＴ型断面形状を有する金属製ミラー本体１２を備える。柄部の底部に凹面を形成し、研磨、被覆して、曲率半径がＲの凹面反射面１８が提供される。通常、ターニングミラーの反射面の幅Ｌはスラブ放電の幅にほぼ等しく、出力結合ミラーの幅は、共振器の外に出力を結合して出力するために、放電幅より例えば約１２％から１７％程度狭い。通常、反射面の高さｈは放電の高さの約６倍、すなわち放電電極間の離間幅の約６倍である。
【００１３】
本体１２の材質とは異なる金属製のストリップ１７が、本体の頭部の下側にボルト止めされる。米国公開公報に開示された実施例では、本体１２は銅で作られ、ストリップ１７はステンレススチールで作られている。このストリップの目的は、安定状態での操作時にバイメタル応力を生じさせて、ミラーの前面と背面の間の熱勾配によりミラーの曲率半径が増加し易いミラー本体の膨張差を補償することである。
【００１４】
ミラーアレンジメント１０は、平均出力が約４００キロワット（ｋＷ）のスラブレーザーで用いるために設計された。このミラーアレンジメントは、米国公開番号第２００９００３４５７７号に記載されているように、上記の出力において長期の曲率変化を補償することができた。
【００１５】
次に、上記の構成のミラーを、平均出力１．５ｋＷ（元の設計出力の約４倍）のレーザーに適用した。この場合、レーザーを１．５ｋＷの出力で起動した直後に、非常に強いビーム指向性の過渡変化が認められた。
【００１６】
本願に添付の図１Ｂは、図１に示す構成で設計されたミラーを備え、平均出力１．５ｋＷのスラブレーザーの指向性安定性（遠距離場ビーム角度位置の経時変化）を模式的に表すグラフである。出力は１０ｋＨｚの（ＰＲＦ）で６０％負荷サイクルにおけるものであった。出力結合は１２％であった。レーザーを起動した後、直ちにビームが約０．７５秒以内に４００マイクロラジアン（μｒａｄ）偏位し、約１秒以内にグラフに示した時間範囲において約４５０μｒａｄのほぼ一定の偏位になったことが分かる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
大部分のレーザー加工操作において、被処理物はレーザーを起動する前にレーザービーム光路に配置され、材料加工が速やかに行われるため、たとえ１秒以内でもビーム指向性の不安定性は無視できず、加工操作に悪影響を及ぼす。従って、図１Ｂに示されるようなタイプの短期間の過渡的指向性変動を低下させるか除去することは有益である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一態様では、この発明のレーザービームを反射するためのミラー構造体は、その表面にレーザービームを反射するための反射面が形成されたボディを備える。反射面は、使用中にレーザービームによって加熱される。ボディは、加熱による湾曲反射面の歪みを最小にするために、ボディの熱中立平面の位置が反射面の位置にほぼ一致するように構成される。
【００１９】
この発明のミラー構造体の好ましい実施形態では、ミラーボディは長尺のミラー部材と、一対の熱平衡化部材とを備える。ミラー部材は矩形の断面形状を有し、反射面はミラー部材の前面にあって予め決められた曲率を有する凹面である。熱平衡化部材はミラー部材の上面と底面に取り付けられ、ミラー部材の反射面を超えて前方へ延び出している。
【００２０】
熱中立平面及び反射面の位置を合わせることにより、加熱によるミラーの曲率の変化が最小になる。このようなミラーを備えるレーザーの実験的評価から、この発明のミラーを用いることにより上記のビーム指向性の過渡的な振れが実質的に解消されることが明らかになった。
【００２１】
明細書の一部を構成し明細書に組み込まれる添付図面は、上記の一般的説明及び下記の好ましい実施形態に関する詳細な説明とともにこの発明の好ましい実施形態を模式的に表し、この発明の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】ＦＩＧ．１は反射面の熱による曲率変化を最小にするように構成された、従来技術のＣＯ２スラブレーザーのミラーを模式的に表す斜視図である。ＦＩＧ．１ＡはＦＩＧ．１の１Ａ−１Ａ方向から見た端面図であり、ＦＩＧ．１のミラーの詳細を模式的に表す図である。
【図１Ｂ】ＦＩＧ．１Ｂは、ＦＩＧ．１と同様のミラーを備える平均出力１．５ｋＷのＣＯ２スラブレーザーからのビームの遠距離場角度位置の経時変化を模式的に表すグラフである。
【図２】ＦＩＧ．２は反射面の熱による曲率変化を最小にするように構成された、この発明の好ましい実施形態に係るＣＯ２スラブレーザーのミラーを模式的に表す斜視図である。ＦＩＧ．２Ａは、ＦＩＧ．２のミラーの詳細を模式的に表す端面図である。ＦＩＧ．２ＢはＦＩＧ．２のミラーの別の好ましい構造の一例を模式的に表す端面図であり、このミラーは、反射面が形成されるセンター部材と、センター部材の両側に取り付けられ、反射面を超えて延び出すサイドバーを備える。ＦＩＧ．２ＣはＦＩＧ．２のミラーのさらに別の好ましい構造の例を模式的に表す端面図である。
【図３】図２のＦＩＧ．２Ｂに示した例に従い構成されたこの発明のミラーアセンブリの一部を切断して模式的に表す斜視図であり、このミラーアセンブリは、ＣＯ２スラブレーザーの筐体のエンドフランジの一例のミラー取付け部位に取り付けられる。
【図４】図３に示したミラーアセンブリを背後から見て、その詳細を模式的に表す斜視図である。
【図５】図３のミラー取付け部位の詳細を模式的に表す斜視図である。
【図６】図３に示すミラーを備えるレーザーの一例の遠距離場角度位置の経時変化を、図１のＦＩＧ．１Ｂの従来技術のミラーの遠距離場角度位置の経時変化との比較において模式的に表すグラフである。
【図７】図２のＦＩＧ．２Ｂの例と同様にして構成されたこの発明のミラーアセンブリの別の例を前方から見て模式的に表す斜視図であり、但し各サイドバーにストリップ材が取り付けられており、各ストリップ材の材質はサイドバーの材質とは異なる。
【図８】図２のＦＩＧ．２Ｂの例と同様にして構成されたこの発明のミラーアセンブリの別の例を後方から見て模式的に表す斜視図であり、但しセンター部材にストリップ材が取り付けられており、各ストリップ材の材質はセンター部材の材質とは異なる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
過渡挙動の原因を求めるために、図１Ｂのグラフに示した結果に関与するミラーアレンジメントに類似するミラーアレンジメントについて、有限要素熱分析（ＦＥＡ）を行った。この熱分析は特にミラーアレンジメントの「熱中立平面」（ＴＮＰ）の位置を求めることを目的としていた。
【００２４】
構造体のＴＮＰは周知の基本概念である。ＴＮＰとは、構造体において構造体の加熱が原因で形状が変化することはない平面と定義される。通常ＴＮＰは構造体の幾何学重心に相当し、構造体が均一な断面を有する場合、断面形状がどのようなものであっても平面になる。構造体がＴＮＰの一方の側から加熱されたとき、ＴＮＰ内の総応力はゼロになる。これは、ＴＮＰの一方の側では構成材料に引張応力が加わり、ＴＮＰの他方の側では構成材料が圧縮されるためである。ＴＮＰの両側における構成材料の質量は、ほぼ同じである。
【００２５】
スラブレーザーの共振器ミラーの場合、加熱は主として、共振器内を往復するレーザー光が僅かではあるが有限のパーセンテージでミラーの反射面により吸収される結果生じる。１２％出力結合で平均出力１．５ｋＷの場合、１１．０ｋＷが共振器内を往復し、０．５％の吸収面が約６２Ｗ吸収することに留意すべきである。
【００２６】
上記の分析により、ミラーの熱中性平面は、図１ＡのＦＩＧ．１Ａに図示したミラーの柄部のやや後方に位置することが分かった。ミラーの最も近い点（ここでは中心）からＴＮＰまでの距離は、反射面の両端と反射面の中心又は頂点の間の反射面の深さＤより大きいことが分かる。
【００２７】
図１ＡのＦＩＧ．１に示すミラー１０の過渡指向性効果を無くすか、少なくとも軽減するために、熱中立平面を前方へ移動させてミラーの反射面にほぼ一致させることにした。このようにすることは、従来技術のミラーアレンジメント１０のような断面形状を有するミラーボディでは、ストリップがあっても無くても、不可能である。
【００２８】
図２のＦＩＧ．２及びＦＩＧ．２Ａは、この発明のミラー２０を模式的に表しており、ミラー２０は凹面反射面１８を超えて延び出すサイド部２４を有し、断面形状がほぼＵ字状のミラーボディ２２を備える。別の観点から見ると、反射面１８はミラーボディ２２のチャネル２８の底部と言える。好ましくは、冷媒を通すために、サイド部２４を貫通する流路２６が設けられる。サイド部をミラーボディの反射面を超えて延び出させることにより、ミラーボディは反射面よりも前方に質量塊を有することになる。これは、熱中立平面が反射面の両端部、反射面の中心又は頂点、又はこれらの間にほぼ一致するようにミラーボディの寸法を設定する上で重要である。本願で「前方」というときは、反射面が正対する方向を意味する。
【００２９】
ＦＩＧ．２ＡではＴＮＰが反射面の両端部に一致している場合を図示しているが、ＴＮＰは反射面の両端部にほぼ一致する面と、反射面の中心又は頂点に対し接線方向に広がる面との間にあればよい。なおこの明細書では、凹面反射面を有するミラーアセンブリを参照しながら本願発明について説明するが、この発明の原理は、ポジティブブランチ不安定共振器を形成するために必要な凹面反射面を有するミラーアセンブリに適用することもできる。
【００３０】
特定の仮説によって制限されること無く、この発明の長尺ミラーアセンブリのＴＮＰの位置は実質的に反射面の熱負荷とは無関係であり、実質的に流路２６の冷媒流とは無関係であると考えられる。しかし、ＴＮＰは流路２６で占められる体積と、流路２６の位置とに多少依存する。
【００３１】
なお、サイド部２４の上面が反射面１８の曲率に合うように湾曲していると、反射面１８の全長にわたって熱中立平面と反射面１８とがほぼ同一平面になる。しかし分析では、このような微調整を行っても、熱中立平面が湾曲していないが上記の特定の領域に位置する場合と比較して、顕著な差は生じないことが示された。
【００３２】
当業者であれば、ＦＩＧ．２Ａに示した一体型のミラーボディは機械的分析には適しているが、チャネル２８の底部の反射面１８を研磨し工学的被覆することが非常に困難なため、製造の観点からは実用的ではないことを理解できよう。以下、２種の実用的なミラー２０のボディ形状について、図２のＦＩＧ．２Ａ及び２Ｃを参照しながら説明する。
【００３３】
ＦＩＧ．２Ｂに、この発明に係る３つの部材で作られるミラーボディアセンブリ２２Ｂを示す。このミラーの凹面反射面１８は、断面形状が矩形のセンターバー３０の端面を研磨し被覆して作られる。上記のように、ミラーの反射面は深さＤを有する。サイドバー３２の側壁はセンターバー３０の両側に複数本のボルト３４（ＦＩＧ．２Ｂには１本だけ図示した）で取り付けられる。冷媒流路２６はサイドバーを貫通している。
【００３４】
熱平衡化バーとも言えるサイドバー３２Ａ，３２Ｂは、センターバーのミラー反射面１８を研磨し被覆した後に取り付ける。好ましくは、センターバーとサイドバーは同じ材料から作られる。好ましい材料は銅である。
【００３５】
サイドバー３２の部位３１は反射面を超えて延び出し、ミラーアセンブリの熱中立平面を前方へ移動させる。これらの部位は反射面の後ろの部分より分厚く、サイドバーの断面形状をＬ字型または階段状にしている。厚みを持たせた部位３１は、２つの部位３１の間にない質量塊を補償する。この例では、前記のように熱中立平面が反射面の両端に一致しているが、上記の領域のどこかに存在していればよい。サイドバー３２Ａは、ミラーアセンブリをレーザーの筐体のエンドフランジに取り付けるために、サイドバーの後縁部に設けられた取付けボス３６を有する。下記にこの取付け構造の詳細を説明する。
【００３６】
ＦＩＧ．２Ｃに、同じく３つの部材で作られるこの発明のミラーボディアセンブリ２２Ｃを示す。このミラーボディは、アセンブリ２２Ｂの対応する部材と比較して３つの部材が異なる断面形状を有する点を除き、ミラーボディ２２Ｂと同様である。センター部材３８は、図１のＦＩＧ．１に示す従来技術のミラー１０と類似の寸法のＴ型の断面形状を有する。サイドバー４０Ａ，４０ＢはＬ字型で、センター部材にネジ４２で取り付けられたとき、センター部材の側面に熱的に接続するように構成されている。サードバー４０Ａは、ミラーボディ２２Ｂについて上記で説明したように、ミラーアセンブリをレーザーの筐体のエンドフランジに取り付けるために、サイドバーの後縁部に設けられた取付けボス３６を有する。
【００３７】
図３、図４、及び図５に、この発明の熱中立平面ミラーの取り付けの詳細を模式的に示す。ここでは図２のＦＩＧ．２Ｂミラーアセンブリ構造体２２Ｂがフランジ５０に取り付けられており、フランジ５０はスラブレーザー共振器、電極、及びレージングガス混合物を収納するための密閉筐体（図示せず）のエンドフランジの１つである。フランジの外周縁傍に溝５２が延在し、溝５２はシールを確実にするための金属製「Ｃリング」またはインジウム製「Ｏリング」をはめ込み可能に構成されている。同様のミラー及びフランジ構造体が筐体の反対側に密閉可能に設けられ、不安定共振器を形成する。
【００３８】
ミラーアセンブリ２２Ｂは、サイドバー３２Ａの取付けボス３６（図４参照）を、フランジ５０を裏側から機械加工して形成された組込フレキシブル膜５６を介してフランジ５０に一体に付随するポスト５４（図５参照）に取り付けることにより、フランジ５０に取り付けられる。これにより、取り付けられたミラーアセンブリを２本の主軸について調整して、共振器内のミラーアセンブリの反射面の位置を合わせることができる。この取付け方法は、ミラーの反射面の位置合わせをレーザーの筐体の外から行えることに加え、取付けプロセス中に反射面に変形が生じる可能性を低減する。又この方法では冷媒流路をセンター部材では無くサイドバーの長さ方向に設けることができるため、さらに反射面に変形が生じる可能性を低減することができる。位置合わせ機構の詳細な説明は、この発明の原理を理解するためには必要ではない。詳細な説明は上記の第２００９００３４５７７号広報に記載されている。
【００３９】
ミラーアセンブリの長さに対して取付けボス３６の長さが短いことにより、ミラーアセンブリ２２Ｂとフランジ５０との間の機械的及び熱的接続が最小になる。これにより、ＴＮＰの位置を決める観点からは、ミラーアセンブリが孤立した（実質的に隔離された）アセンブリと見なせる。
【００４０】
ミラーアセンブリ２２Ｂの冷却機構は次の通りである。フランジの裏側にあるメイン（外部）冷媒マニホールド（図示せず）が、冷媒流体を上部及び下部第２（内部）冷媒マニホールド６０へ分配して送り出す。上部及び下部第２冷媒マニホールド６０はフランジを貫通し、ガスケット６２によりフランジに対しシールされている。第２冷媒マニホールドは、いずれも金メッキされた銅製であることが好ましい。各内部冷媒マニホールドの出口は冷媒を導管６４へ送り出し、導管６４は冷媒の流れを上部及び下部ミラーサイドバー３２Ａ，３２Ｂのそれぞれの中央入口／出口ポート６６へ導く。冷媒はサイドバー内の流路２６をＵ字型の導管６８，７０を通して循環される。冷媒はポート６６へ戻り、導管７２によりポートから内部冷媒マニホールドへ送り返され、内部冷媒マニホールドは冷媒を外部マニホールドへ送り返す。
【００４１】
図６は、図３示す構成の高反射及び高出力結合ミラーアセンブリを備えるレーザーの一例の遠距離場角度位置の経時変化の測定値（実線）を、図１のＦＩＧ．１Ｂに示す構成の従来技術のミラーの遠距離場角度位置の経時変化の測定値（点線）との比較において模式的に表すグラフである。いずれの場合も、レーザーは密閉されたＣＯ２スラブレーザーで、ミラーはネガティブブランチ不安定共振器を形成する。いずれの場合も、６０％負荷サイクルで１０ｋＨｚの（ＰＲＦ）におけるレーザーの出力は平均約１．５ｋＷであった。各例における出力結合は１２％であった。この発明のミラー構成により、従来技術において見られる過渡偏位「振れ」を実質的に完全に消去できることが分かる。ミラーの熱時定数は１０ｋＨｚのＰＲＦにおけるパルスからパルスの間の偏位効果を平均化する。
【００４２】
金メッキされた銅から作られたこの発明のミラーの寸法は次の通りである。ミラーの長さは１５９ｍｍである。ミラーの曲率半径は１０４４．５５である。センター部材３０の厚みは８．０ｍｍである。サイドバー３２Ａ，３２それぞれの厚みは、前縁部が９．７ｍｍで、後縁部が７．６ｍｍである。各サイドバーの全幅は２５．４ｍｍで、前縁部の９．７ｍｍ厚の部分は１０ｍｍ幅である。上部サイドバー３６の取付けボス３６は幅が１０．２ｍｍで長さが２０．３ｍｍである。反射面の吸光度は約０．２％と推定される。冷媒流路２６の内径は０．１２５インチで、サイドバーの前面から０．１１８インチ及び０．１６０インチの場所にある。出力結合ミラーの長さは１３２ｍｍで曲率半径は８８７．８５ｍｍである。
【００４３】
偏位測定はＬｏｇａｎ， ＵｔａｈのＯｐｈｉｒ−Ｓｐｉｒｉｃｏｎ Ｉｎｃ社製のＰｙｒｏｃａｍ（登録商標）ＩＩＩ焦電式カメラを用いて行った。このカメラの撮影速度は１秒間に約２５コマであった。
【００４４】
図７は、この発明のミラーアセンブリ２２Ｄの別の例を前方から見て模式的に表す斜視図である。ミラーアセンブリ２２Ｄは、図３に例示したアセンブリ２Ｂと同様の構成であるが、サイドバー３２Ａ，３２Ｂの前方表面にそれぞれストリップ材３３Ａ，３３Ｂが取り付けられている点で異なり、各ストリップ材の材質（金属）はサイドバーの材質とは異なる。本願で前方表面というときは、反射面１８が片側のミラー（ｏｎｅ ｅｎｄ ｍｉｒｒｏｒ）である共振器（図示せず）の方に向いていること、すなわち反射面に正対する方向を向いていることを意味する。各ストリップ材はネジ３５でサイドバーに取り付けられている。ネジ３５の長さは、ネジがサイドバー内の冷媒流路の障害にならないよう、十分短いものを選択する。この実施形態では、ストリップ材はサイドバーの金属材より熱膨張係数が小さい材質で作られる。サイドバーが銅製のとき、ステンレススチールがストリップ材３３Ａ，３３Ｂに適した材料のひとつである。
【００４５】
２つの材料の膨張係数の違いにより、サイドバーとストリップ材はバイメタル効果を示す。この場合、バイメタル効果は凹面鏡の湾曲を大きくする傾向がある。これに対し、レーザーのエネルギーの一部の吸収により生じた不均一加熱は、凹面鏡の湾曲を小さくする傾向がある。スチール製のストリップ材の厚みとサイズを適切に選択することによりこれらの２つの効果をバランスさせて、変形を最小にすることができる。
【００４６】
図８は、この発明の別の例のミラーアセンブリ２２Ｅを後方から見て模式的に表す斜視図である。このミラーアセンブリはＦＩＧ．３のＦＩＧ．２Ｂのアセンブリと同様の構成であるが、アセンブリのセンター部材３０が、ネジ３５でセンター部材の背面に取り付けられたストリップ材３９を備え、各ストリップ材の材質はセンター部材３０の材質とは異なる。この実施形態では、ミラーの前面の加熱により生じた熱勾配効果に対抗するために、ストリップ材の熱膨張係数がセンター部材の熱膨張係数より大きくなるように設定する。センター部材３０が銅製のとき、ストリップ材３９に適した材料はアルミニウムである。
【００４７】
このようなストリップ材のサイドバーまたはセンター部材への配置により、この発明のミラーアセンブリの設計の自由度をさらに高めるバイメタル効果が生じる。このような自由度の向上は、例えば、図６に示した測定時間よりさらに長い時間レーザーを使い続けたとき反射面１８の曲率が徐々に変化することを最小にするか又は防止する設計を行う際に有用である。
【００４８】
この発明が属する分野の当業者であれば、図３，４，７及び８に開示されたこの発明のミラーアセンブリに基づき、アセンブリを構成する部材の寸法が実物に近いことを理解できるであろう。試験した実施形態に係るミラーの典型的寸法を上記に示した。このような相対的及び実際の寸法に基づき、この発明が属する分野の当業者であれば、対応する有限要素分析（ＦＥＡ）ソフトウエアの出発形状（ｓｔａｒｔｉｎｇ-ｓｈａｐｅ）を容易に決めて、異なる構成の共振器のミラーの実施形態の熱中立平面を決め、材質を選択することができるであろう。このようなソフトウエアを用いることにより、当業者であればこの発明の要旨と範囲から逸脱することなく、反射面にほぼ一致する熱中立平面が提供される別のミラーアセンブリの構造を決めることができるであろう。
【００４９】
好ましい実施形態に基づいて、上記にこの発明について説明した。しかし、この発明は本願に説明し図示した実施形態に限定されない。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載により決められる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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