(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光した光が凸面鏡と凹面鏡との間で複数回反射して放射されたレーザ光の中心軸と直交する直交線の両側で、ビームの強度分布と発散角分布とが非対称な上記レーザ光を出射する発振器と、上記発振器から出射された上記レーザ光をハーフミラーで反射する一方の経路と上記ハーフミラーを透過する他方の経路との二つに分割する分割手段と、この分割手段と上記凹面鏡との間に配置されて上記レーザ光を所定の方向に偏光する偏光手段と、上記分割手段で分割した一方の経路の上記レーザ光を上記直交線の両側で上記ビームを反転させる反転手段と、上記分割手段で分割した他方の経路の上記レーザ光の偏光方向を９０度回転させる回転手段と、上記反転手段で反転させた一方の上記レーザ光及び上記回転手段で回転された他方の上記レーザ光を合成する偏光ビームスプリッターからなる合成手段とを備えたレーザ装置。
【請求項２】
回転手段はファラデーローテーターであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
反転手段は凸レンズペアであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項４】
反転手段は一対の全反射ミラーであることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
分割手段の入力側に自然放出光を除去する自然放出光除去手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
分割手段で分割したレーザ光の光路の短い方に光路調整手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
合成手段で合成されたレーザ光を増幅する増幅器を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、均一なビーム品質を得るようにしたレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発振器単独、あるいは発振器と複数の増幅器とで構成されるレーザ装置は、指向性のよいレーザ光により穴あけ、溶接、切断等の加工や、同位体分離等の光化学反応に用いることができる。特に炭酸ガスレーザ装置及び銅蒸気レーザ装置は、ｋｗ級の高出力で高い指向性を有するレーザ光を得ることができるので、加工分野及び同位体分離に適用されている。
図１８は、例えば「大口径ＣＶＬ発振器の開発」、平成８年レーザ学会学術講演会第１６回年次大会予稿集（井上勤他）、（１９７７）第６７頁に記載された従来のレーザ装置の構成図である。
図１８において、放電管１、凹面鏡２及び凸面鏡３で発振器４が構成されている。放電管１の両端に配置した電極（図示せず）間に急峻な立ち上がりのパルス電圧を印加して、急峻な立ち上がりの電流を流すことにより放電管１内に放電エネルギーを投入する。この放電エネルギーにより銅粒５が加熱されて蒸発し、銅原子が励起されて発光する。この光が凹面鏡２と凸面鏡３との間を反射して複数回往復するうちに、凸面鏡３で共焦点６を中心に放射される方向に反射する。そして、凹面鏡２では、放電管１の光軸方向に平行に反射して進行する光のみが、図１８のＡ−Ａ断面である図１９（ａ）に示すレーザ光として出射される。５ａは銅粒５の影、３ａは凸面鏡３の影である。図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＲ−Ｌ断面におけるレーザ光の強度分布の時間的変化を示したもので、ｔ１  〜ｔ６
は発振器１０の励起時間帯を示す。
共焦点６が放電管１の内壁面の延長線上近傍に設定されているので、光が放電の開始時から凹面鏡２と凸面鏡３との間を往復して往復回数を増すことができるため、指向性の高いレーザ発振が可能である。しかし、図１９に示すようにレーザ発振が共焦点６の反対側の内壁に拡大する時間（ｔ３  ）の直前までは指向性の悪い自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が含まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ装置は以上のように構成されているので、銅粒５及び凸面鏡３によってレーザ光が遮られるため、図１９に示すように強度分布が非対称となり、加工、照射等を均一に行うのが困難であるという問題点があった。
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、レーザ光の強度分布の対称性を向上させることができるレーザ装置を提供することを目的としたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるレーザ装置は、発光した光が凸面鏡と凹面鏡との間で複数回反射して放射されたレーザ光の中心軸と直交する直交線の両側で、ビームの強度分布と発散角分布とが非対称なレーザ光を出射する発振器と、発振器から出射されたレーザ光をハーフミラーで反射する一方の経路とハーフミラーを透過する他方の経路との二つに分割する分割手段と、この分割手段と凹面鏡との間に配置されてレーザ光を所定の方向に偏光する偏光手段と、分割手段で分割した一方の経路のレーザ光を直交線の両側でビームを反転させる反転手段と、分割手段で分割した他方の経路のレーザ光の偏光方向を９０度回転させる回転手段と、反転手段で反転させた一方のレーザ光及び回転手段で回転された他方のレーザ光を合成する偏光ビームスプリッターからなる合成手段とを備えたものである。
また、回転手段をファラデーローテーターとしたものである。
また、反転手段を一対の凸レンズとしたものである。
また、反転手段を一対の全反射ミラーとしたものである
また、分割手段の入力側に自然放出光を除去する自然放出光除去手段を設けたものである。
また、分割手段で分割したレーザ光の光路の短い方に光路調整手段を設けたものである。
さらに、合成手段で合成されたレーザ光を増幅する増幅器を設けたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
実施例１．
図１は実施例１を示す構成図である。図１において、７は放電管、８は放電管７の一端側に配置された凹面鏡、９は放電管７の他端側に配置された凸面鏡である。なお、７〜９で発振器１０が構成されている。さらに、凹面鏡８及び凸面鏡９の共焦点１１は放電管７の内壁面の延長上近傍に設定されている。１２は分割手段で、ハーフミラーである。１３は合成手段で、ハーフミラーである。１４はレーザ光の中心軸と直交する直交線の両側でレーザ光のビームの強度分布と発散角分布とを反転させる反転手段で、凸レンズ１４ａ，１４ｂからなる凸レンズペアである。なお、ビーム品質はレーザ光の強度分布及び発散角で評価される。１５，１６は全反射ミラーである。１７は合成手段で、全反射ミラーである。１８ａは放電管７の中央側である凸面鏡９の端面近傍から出射されるレーザ光の経路、１８ｂは経路１８ａとは反対側の放電管７の内壁近傍から出射されるレーザ光の経路、１９ａ，１９ｂは分割手段１２を透過した分のレーザ光の経路、２０ａ，２０ｂは分割手段１２で反射した分のレーザ光の経路、２１ａ，２１ｂは経路１９ａ，１９ｂのレーザ光が合成手段１３を透過した分のレーザ光の経路、２２ａ，２２ｂは経路１９ａ，１９ｂのレーザ光が合成手段１３で反射した分のレーザ光の経路、２３ａ，２３ｂは経路２０ａ，２０ｂのレーザ光が合成手段１３を透過した分のレーザ光の経路、２４ａ，２４ｂは経路２０ａ，２０ｂのレーザ光が合成手段１３で反射した分のレーザ光の経路である。２５は銅粒である。
【０００６】
次に動作について説明する。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＲ−Ｌ断面におけるレーザ光の強度分布の時間的変化を示したもので、ｔ１  〜ｔ６  は発振器１０の励起時間帯を示す。
図１及び図２において、放電管７内の放電エネルギーにより銅粒２５が加熱蒸発されると、銅原子が励起されて発光する。この発光した光が凹面鏡８と凸面鏡９の間を複数回往復するうちに、凸面鏡９で共焦点１１を中心に放射される方向に反射する。そして、凹面鏡８では放電管１の光軸方向に平行に反射して進行する光のみがレーザ光となって、発振器１０から経路１８ａ，１８ｂで出射される。経路１８ａ，１８ｂで出射されたレーザ光は、１／２が分割手段１２を透過し、経路１９ａ，１９ｂを経由して全反射ミラー１５で全反射する。さらに、全反射ミラー１５で全反射した経路１９ａ，１９ｂのレーザ光は、１／２が合成手段１３で反射して経路２２ａ，２２ｂで出力（出射）される。そして、経路１９ａ，１９ｂのレーザ光の残り１／２は、合成手段１３を透過して経路２１ａ，２１ｂを経由し、合成手段１７で反射して出力（出射）される。
【０００７】
一方、経路１８ａ，１８ｂで出射されたレーザ光の残り１／２は分割手段１２で反射される。そして、反射されたレーザ光は反転手段１４において、レーザ光と直交する直交線の両側でビームの強度分布と発散角分布とが軸対称に反転される。反転手段１４で像が反転されたレーザ光は、全反射ミラー１６で全反射され、レーザ光の１／２が合成手段１３を透過して、経路２３ａ，２３ｂで出力（出射）される。また、合成手段１３で反射された経路２０ａ，２０ｂのレーザ光の残り１／２は、合成手段１７で全反射されて出力（出射）される。
分割手段１２を透過して経路１９ａ，１９ｂを経由するレーザ光と、分割手段１２で反射して反転手段１４で像が軸対称に反転されて経路２０ａ，２０ｂを経由するレーザ光とは、全反射ミラー１６により光軸が一致するように調整して、合成手段１３，１７により合成される。このようにすることにより、図２（ａ）に示す銅粒２５の影２５ａ及び凸面鏡９の影９ａが、図３（ａ）に示すように強度分布が上下左右とも対称となる。
【０００８】
また、分割手段１２を透過したレーザ光の合成手段１３までの経路１９ａ，１９ｂの光路長と、分割手段１２で反射したレーザ光の合成手段１３までの経路２０ａ，２０ｂの光路長とを同じにすることにより、経路１９ａ，１９ｂ及び経路２０ａ，２０ｂを伝送されるレーザ光は殆ど同時に合成手段１３に到達する。従って、合成手段１３の出射口の断面におけるレーザ励起時間帯は、図３（ｂ）のｔ１  〜ｔ６  に示すように図１の図示で上下方向からほぼ同時に中心側に移動するので、強度分布が時間的に上下及び左右が対称になる。
同様に、分割手段１２を透過して全反射ミラー１５を経由し、さらに合成手段１３を透過して合成手段１７を経由して出射されるレーザ光と、分割手段１２で反射して反転手段１４で軸対称に像が反転されて全反射ミラー１６を経由し、さらに合成手段１３で反射して合成手段１７を経由して出射されるレーザ光とは、同軸かつ軸対称に合成されて出射されるので、強度分布が図３（ｂ）に示すように上下及び左右対称になり、図１の図示で上下方向からほぼ同時に中心側に移動する。
【０００９】
以上のように、分割手段１２で分割して反転手段１４でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた一方のレーザ光と、分割手段１２で分割した他方のレーザ光とを合成手段１３，１７で合成することにより軸対称のレーザ光を出射できるので、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。
実施例１において、反転手段１４として凸レンズペアを用いたものについて説明したが、図４に示すように一対の凹レンズ２６ａ，２６ｂで構成しても同様の効果を期待することができる。また、一方向にのみ非対称（例えば銅粒２５の影２５ａが凸面鏡９の軸対称位置に存在する場合）のときは、面対称に反転すればレーザ光の断面分布が左右上下が対称になる場合は、シリンドリカルレンズペア、又はシリンドリカル凹面鏡ペアを用いても同様の効果を期待することができる。
実施例１において、反転手段１４を経路２０ａ，２０ｂに配置したものについて説明したが、経路１９ａ，１９ｂに配置しても同様の効果を期待することができる。
【００１０】
実施の形態１．
図５は実施の形態１を示す構成図である。図５において、７〜１２，１４〜１６，２５は実施例１のものと同様のものである。２７は凹面鏡８と凸面鏡９との間に配置された偏光手段で、偏光子で構成されている。２８は分割手段１２と全反射ミラー１５との間に配置された回転手段で、ファラデーローテータで構成されている。２９は合成手段で、偏光ビームスプリッターで構成されている。３０ａは放電管７の中央側である凸面鏡９の端面近傍から出射されるレーザ光の経路、３０ｂは経路３０ａとは反対側の放電管７の内壁近傍から出射されるレーザ光の経路、なお、経路３０ａ，３０ｂのレーザ光は偏光手段２７により、偏光方向が所定の方向に特定されている。３１ａ，３１ｂは分割手段１２を透過した分のレーザ光の経路、３２ａ，３２ｂは回転手段２８で偏光方向が９０度回転されたレーザ光の経路、３３ａ，３３ｂは分割手段１２で反射した分のレーザ光の経路である。
次に動作について説明する。図６は図５のＶＩ−ＶＩ線側からみたレーザ光の断面及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布を示す説明図である。図５及び図６において、放電管７内の放電エネルギーにより銅粒２５が加熱蒸発されると、銅原子が励起されて発光する。この発光した光が凹面鏡８と凸面鏡９との間を複数回往復しているうちに、凸面鏡９で共焦点１１を中心に放射される方向に反射する。そして、凹面鏡８では放電管７の光軸方向に平行に反射して進行する光のみがレーザ光となって、発振器１０から経路３０ａ，３０ｂで出射される。この場合、発振器１０で生成されたレーザ光は偏光手段２７により、例えば紙面に平行な方向に偏光されている。
【００１１】
経路３０ａ，３０ｂで出射されたレーザ光は、１／２が分割手段１２を透過し、回転手段２８により偏向方向が９０度回転されて紙面に垂直になり経路３２ａ，３２ｂで全反射ミラー１５を経由して合成手段２９で全てが反射して出射される。一方、分割手段１２で反射した経路３３ａ，３３ｂのレーザ光は、反転手段１４において、レーザ光と直交する直交線の両側でビームの強度分布と発散角分布とが軸対称に反転される。しかし、反転手段１４で反転されたレーザ光の偏光方向は紙面に平行なままである。次いで、反転されたレーザ光は全反射ミラー１６を経由して、経路３２ａ，３２ｂのレーザ光と同軸に合成されるように調節されて、合成手段２９から出射される。
このようにすることにより、図６（ａ）に示す銅粒２５の影２５ａ及び凸面鏡９の影９ａが、図７（ａ）に示すように互いに軸対称の位置にできるので、図７（ｂ）に示すように強度分布が上下左右とも対称になる。
また、分割手段１２を透過したレーザ光が回転手段２８及び全反射ミラー１５を経由して合成手段２９に至るまでの光路長と、分割手段１２で反射したレーザ光が反転手段１４及び全反射ミラー１６を経由して合成手段２９に至るまでの光路長とを同じにすることにより、両レーザ光が殆ど同時に合成手段２９に到達する。従って、合成手段２９の出射光の断面におけるレーザ発振時間帯は、図７（ｂ）のｔ１  〜ｔ６  に示すように図５の図示で経路３０ａ，３０ｂの上下方向からほぼ同時に中心側に移動するので、強度分布が時間的に上下及び左右が対称になる。
【００１２】
以上のように、反転手段１４でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた一方のレーザ光及び回転手段２８で偏光方向を９０度回転させた他方のレーザ光を合成手段２９で合成することにより、軸対称のレーザ光を出射できるので、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。
実施の形態１において、反転手段１４として凸レンズペアを用いたものについて説明したが、図４に示すように凹レンズ２６ａ，２６ｂからなる凹面鏡ペアで構成しても同様の効果を期待することができる。また、一方向にのみ非対称（例えば銅粒２５の影２５ａが凸面鏡９の軸対称位置に存在する場合）のときは、面対称に反転すればレーザ光の断面分布が左右上下が対称になる場合は、シリンドリカルレンズペア、又はシリンドリカル凹面鏡ペアを用いても同様の効果を期待することができる。
実施の形態１において、経路３１ａ，３１ｂに回転手段２８を配置し、経路３３ａ，３３ｂに反転手段１４を配置したものについて説明したが、経路３１ａ，３１ｂに反転手段１４を配置し、経路３３ａ，３３ｂに回転手段２８を配置しても同様の効果を期待することができる。
実施の形態１において、経路３１ａ，３１ｂに回転手段２８を配置し、経路３３ａ，３３ｂに反転手段１４を配置したものについて説明したが、経路３３ａ，３３ｂに反転手段１４と回転手段２８とを配置しても同様の効果を期待することができる。
さらに、実施の形態１において偏向手段２７を凹面鏡８と凸面鏡９との間に配置したものについて説明したが、凸面鏡９と分割手段１２との間に配置しても同様の効果を期待することができる。
【００１３】
実施の形態２．
図８は実施の形態２を示す構成図である。図８において、７〜１１，１８ａ，１８ｂ，２５は実施例１のものと同様のものである。３４はＡＳＥ（自然放出光）除去手段で、一対の凸レンズ３５ａ，３５ｂとアパーチャー３６で構成されている。３７はハーフミラーの分割手段で、反射されたレーザ光が紙面より上方に向かうように配置されている。３８は合成手段で、ハーフミラーである。３９は反転手段で、後述の一対の全反射ミラー４０ａ，４０ｂにより構成されている。４０ａは全反射ミラーで、分割手段３７で反射されたレーザ光が再び紙面上の後述の全反射ミラー４０ｂへ伝送されるように配置されている。４０ｂは全反射ミラーで、全反射ミラー４０ａから反射されたレーザ光を紙面上の方向へ伝送する。４１は光路調整手段で、全反射ミラー４２ａ，４２ｂで構成されている。４３は全反射ミラーである。４４は合成手段で、全反射ミラーである。４５ａ，４５ｂは分割手段３７を透過した分のレーザ光の経路、４６ａ，４６ｂは分割手段３７で反射した分のレーザ光の経路、４７ａ，４７ｂは経路４５ａ，４５ｂのレーザ光が合成手段３８を透過した分のレーザ光の経路、４８ａ，４８ｂは経路４５ａ，４５ｂのレーザ光が合成手段３８で反射した分のレーザ光の経路、４９ａ，４９ｂは経路４６ａ，４６ｂのレーザ光が合成手段３８を透過した分のレーザ光の経路、５０ａ，５０ｂは経路４６ａ，４６ｂのレーザ光が合成手段３８で反射した分のレーザ光の経路である。
【００１４】
次に動作について説明する。図９は図８のＩＸ−ＩＸ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＲ−Ｌ断面におけるレーザ光の強度分布の時間的変化を示したもので、ｔ１  〜ｔ６  は発振器１０の励起時間帯を示す。
図８及び図９において、発振器１０からレーザ光が経路１８ａ，１８ｂで出射される。発振器１０から出射されたレーザ光はＡＳＥ除去手段３４内の凸レンズ３５ａで集光されてアパーチャー３６を透過して、凸レンズ３５ｂにより再び平行光に戻される。このとき、指向性の悪いＡＳＥ（自然放出光）成分は集光されないので、アパーチャー３６を透過できずに除去される。ＡＳＥ成分が除去された経路１８ａ，１８ｂのレーザ光は１／２が分割手段３７を透過し経路４５ａ，４５ｂにより、光路調整手段４１及び全反射ミラー４３を経由して合成手段３８に到達する。そして、経路４５ａ，４５ｂのレーザ光の１／２は合成手段３８で反射して経路４８ａ，４８ｂで出射される。また、経路４５ａ，４５ｂのレーザ光の残りの１／２は合成手段３８を透過して、合成手段４４で反射して出射される。
【００１５】
一方、ＡＳＥ成分が除去された経路１８ａ，１８ｂのレーザ光の残りの１／２は分割手段３７で反射し、経路４６ａ，４６ｂにおいて反転手段３９でビームの強度分布と発散角分布とが軸対称に反転されて合成手段３８に到達する。そして、経路４６ａ，４６ｂのレーザ光の１／２は合成手段３８を透過して経路４８ａ，４８ｂのレーザ光と合成されて経路４９ａ，４９ｂで出射される。また、経路４６ａ，４６ｂのレーザ光の残りの１／２は合成手段３８で反射され、さらに合成手段４４で反射されて、経路４７ａ，４７ｂのレーザ光と合成されて経路５０ａ，５０ｂで出射される。
経路４５ａ，４５ｂを経由するレーザ光と、経路４６ａ，４６ｂを経由するレーザ光とは、合成手段３８に同時に到達するように光路調整手段４１により光路長が調整されている。さらに、経路４５ａ，４５ｂを経由するレーザ光と、経路４６ａ，４６ｂを経由するレーザ光とは、反転手段３９により光軸が一致するように調整されている。
経路１８ａ，１８ｂから分割手段３７を透過した経路４５ａ，４５ｂのレーザ光は、ＡＳＥ除去手段３４を出て合成手段３８，４４から出射されるまでに、紙面に平行な方向に４回（偶数回）反射し、紙面に垂直な方向に０回（偶数回）反射するので、像の反転はない。一方、経路１８ａ，１８ｂから分割手段３７で反射した経路４６ａ，４６ｂのレーザ光は、ＡＳＥ除去手段３４を出てから合成手段３８，４４から出射されるまでに、紙面に平行な方向に３回又は５回（奇数回）反射し、紙面に垂直な方向に３回（奇数回）反射するので、像が軸対称に反転する。従って、ＡＳＥ除去手段３６を出たレーザ光は、図９（ａ）に示すように断面に凸面鏡９の影９ａ及び銅粒２５の影２５ａが非対称に現れる。このため、図９（ｂ）に示すようにレーザ光の強度分布は非対称となる。
【００１６】
しかし、合成手段３８，４４で合成されたレーザ光は、図１０（ａ）に示すように凸面鏡９の影９ａ及び銅粒２５の影２５ａが軸対称に現れる。また、経路４５ａ，４５ｂのレーザ光と経路４６ａ，４６ｂのレーザ光とが合成手段３８に同時に到達するように、光路調整手段４１により光路長が調整されている。このため、合成手段３８，４４で合成されたレーザ光は、図１０（ｂ）に示すようにレーザ発振時間帯が紙面の上下から同時に中心に移動し、時間的にも強度分布が上下左右が対称になる。なお、ＡＳＥ（自然放出光）はＡＳＥ除去手段３４により除去されるので、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）には現れない。
以上のように、分割手段３７で分割して反転手段３９でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた一方の経路４６ａ，４６ｂのレーザ光と、分割手段３７で分割した他方の経路４５ａ，４５ｂのレーザ光とを合成手段３８，４４で合成することにより軸対称のレーザ光を出射できるので、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。
【００１７】
また、反転手段３９を一対の全反射ミラー４０ａ，４０ｂで構成したことにより、経路４６ａ，４６ｂを経由するレーザ光の反転手段３９での反射回数が、全反射ミラー４０ａ，４０ｂにおける２回だけとなるので、反射時の損失を低減させることができる。さらに、曲面加工がないので製作が容易になる。
また、ＡＳＥ除去手段３４を設けたことにより指向性のよいレーザ光が得られるので、集光性の必要な加工及び長距離伝送が可能になる。
さらに、経路４５ａ，４５ｂを経由するレーザ光と、経路４６ａ，４６ｂを経由するレーザ光とは、合成手段３８に同時に到達するように光路調整手段４１により光路長が調整されているので、合成手段３８，４４で合成されたレーザ光はレーザ発振時間帯が紙面の上下から同時に中心に移動し、時間的にも強度分布が上下左右で対称になるため、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。
実施の形態２において、ＡＳＥ除去手段３４は一対の凸レンズ３５ａ，３５ｂとアパーチャー３６とで構成されたものについて説明したが、凸レンズ３５ａ，３５ｂを一対の凹面鏡にしても同様の効果を期待することができる。
さらに、実施の形態２において偏向手段２７を凹面鏡８と凸面鏡９との間に配置したものについて説明したが、凸面鏡９と分割手段３７との間に配置しても同様の効果を期待することができる。
【００１８】
実施の形態３．
図１１は実施の形態３を示す構成図である。図１１において、７〜１１，２５は実施例１のものと同様のものであり、２７，２９，３０ａ，３０は実施の形態１のものと同様のものであり、３４，３７，３９，４１，４３，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６は実施の形態２のものと同様のものである。５１は全反射ミラー４３と合成手段２９との間に配置された回転手段で、ファラデーロータで構成されている。５２ａ，５２ｂは回転手段５１で偏光方向が９０度回転されたレーザ光の経路である。
次に動作について説明する。図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＲ−Ｌ断面におけるレーザ光の強度分布の時間的変化を示したもので、ｔ１  〜ｔ６  は発振器１０の励起時間帯を示す。
図１１及び図１２において、発振器１０から出射されたレーザ光は、偏光手段２７により例えば紙面に平行な方向に偏光される。偏光手段２７で変更された経路３０ａ，３０ｂのレーザ光はＡＳＥ除去手段３４でＡＳＥ（自然放出光）が除去され、１／２が分割手段３７を透過する。そして、経路４５ａ，４５ｂのレーザ光は光路調整手段４１及び全反射ミラー４３を経由して回転手段５１に到達する。さらに、レーザ光は回転手段５１により偏光方向が９０度回転されて紙面に垂直となり、経路５２ａ，５２ｂを経由して合成手段２９で全反射して出射される。
一方、分割手段３７で反射された経路４６ａ，４６ｂのレーザ光は、反転手段３９でビームの強度分布と発散角分布とが軸対称に反転され、さらに合成手段２９を透過して経路５２ａ，５２ｂのレーザ光と合成されて出射される。
【００１９】
経路４５ａ，４５ｂのレーザ光はＡＳＥ除去手段３４を出てから出射されるまでに、紙面に平行な方向に４回（偶数回）、紙面に垂直方向には０回（偶数回）反射するので、像の反転はない。一方、経路４６ａ，４６ｂのレーザ光は紙面に平行な方向に３回（奇数回）、紙面に垂直方向にも３回（奇数回）反射するので、像が軸対称に反転する。従って、図１３（ａ）に示すように合成手段２９で合成されたレーザ光の断面には、凸面鏡９の影９ａ及び銅粒２５の影２５ａが軸対称に現れる。また、経路４５ａ，４５ｂのレーザ光と経路４６ａ，４６ｂのレーザ光とが合成手段２９に同時に到達するように、光路調整手段４１により光路長が調整されている。このため、合成手段２９で合成されたレーザ光は、図１３（ｂ）に示すようにレーザ発振時間帯が紙面の上下から同時に中心に移動し、時間的にも強度分布が上下左右が対称になる。なお、ＡＳＥ（自然放出光）はＡＳＥ除去手段３４により除去されるので、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）には現れない。
以上のように、分割手段３７で分割して反転手段３９でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた経路４６ａ，４６ｂのレーザ光と、分割手段３７を透過して回転手段５１で偏光方向を９０度回転した経路５２ａ，５２ｂのレーザ光とを、合成手段２９により合成することにより軸対称のレーザ光を出射できるので、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。さらに、合成手段２９により一本のレーザ光として出射するので、高出力を得ることができる。
さらに、実施の形態３において偏向手段２７を凹面鏡８と凸面鏡９との間に配置したものについて説明したが、凸面鏡９と分割手段３７との間に配置しても同様の効果を期待することができる。
【００２０】
実施の形態４．
図１４は実施の形態４を示す構成図である。図１４において、７〜１２，１４〜１６，２５は実施例１のものと同様のものである。２７〜２９，３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂは実施の形態１のものと同様のものである。５３は増幅器である。５４ａ，５４ｂは経路３２ａ，３２ｂのレーザ光が、増幅器５３で増幅されて出射された経路である。５５ａ，５５ｂは経路３３ａ，３３ｂのレーザ光が、増幅器５３で増幅されて出射された経路である。
次に動作について説明する。図１５（ａ）は増幅器５５から出射されたレーザ光の断面を示す説明図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＲ−Ｌ断面におけるレーザ光の強度分布の時間的変化を示す説明図で、ｔ３  〜ｔ６  は増幅器５３の励起時間帯である。
合成手段２９から出射されたレーザ光の断面は図１５（ａ）に示すように軸対称であり、周辺からレーザ光が中心に向かって立ち上がる。このため励起エネルギーが放電管（図示せず）の周辺から中心に向かって立ち上がる増幅器５３と全断面にわたって時間的にもほぼ一致して入射することができる。従って、図１５（ｂ）に示すように増幅器５３の励起時間帯ｔ３  〜ｔ６  ではＡＳＥ（自然放出光）の発生が抑制される。
【００２１】
以上のように、反転手段１４でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた一方のレーザ光及び回転手段２８で偏光方向を９０度回転させた他方のレーザ光を合成手段２９で合成したレーザ光を増幅器５３で増幅したことにより、ＡＳＥの発生が抑制された軸対称で指向性の良好なレーザ光を高出力で得られるので、高出力を必要とする加工や同位体分離に適用することができる。
実施の形態４において、実施の形態２の合成手段２９から出射されたレーザ光を増幅器５３により増幅するものについて説明したが、実施例１の合成手段１３，１７、実施の形態２の合成手段３８，４４及び実施の形態３の合成手段２９から出射されたレーザ光を増幅するようにしても同様の効果を期待することができる。
さらに、実施の形態４において偏向手段２７を凹面鏡８と凸面鏡９との間に配置したものについて説明したが、凸面鏡９と分割手段１２との間に配置しても同様の効果を期待することができる。
【００２２】
実施の形態５．
図１６は実施の形態５を示す構成図である。図１６において、７〜１１，２５は実施例１のものと同様のものであり、２９，３０ａ，３０ｂは実施の形態１のものと同様のものであり、３４，３７，３９，４１，４３，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂは実施の形態２のものと同様のものであり、５１，５２ａ，５２ｂは実施の形態３のものと同様のものである。
５６は増幅器である。５６ａ，５６ｂは経路５２ａ，５２ｂのレーザ光が、増幅器５６で増幅されて出射された経路である。５７ａ，５７ｂは経路４６ａ，４６ｂのレーザ光が、増幅器５６で増幅されて出射された経路である。
次に動作について説明する。図１６（ａ）は増幅器５６から出射されたレーザ光の断面を示す説明図である。図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＲ−Ｌ断面におけるレーザ光の強度分布の時間的変化を示す説明図で、ｔ３  〜ｔ６  は増幅器５６の励起時間帯である。
【００２３】
合成手段２９から出射されたレーザ光の断面は図１７（ａ）に示すように軸対称であり、周辺からレーザ光が中心に向かって立ち上がるこのため、励起エネルギーが放電管（図示せず）の周辺から中心に向かって立ち上がる増幅器５６と全断面にわたって時間的にもほぼ一致して入射することができる。また、発振器１０から出射されたレーザ光はＡＳＥ除去手段３４によりＡＳＥ（自然放出光）が除去されているので、増幅器５６へ入射されるレーザ光にＡＳＥが含まれていない。従って、図１７（ｂ）に示すように発振器１０により発信されたレーザ光が、経路３０ｂまで拡大して到達する時間ｔ３  以前の時間ｔ２
から増幅器５６を励起することによりＡＳＥの発生を抑制できる。
以上のように、分割手段３７で分割して反転手段３９でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた経路４６ａ，４６ｂのレーザ光と、分割手段３７で分割した経路４５ａ，４５ｂのレーザ光を回転手段５１で偏光方向を９０度回転し、合成手段２９で合成したレーザ光を増幅器５６で増幅したことにより、ＡＳＥの発生が抑制された軸対称で指向性の良好なレーザ光を高出力で得られるので、高出力を必要とする加工や同位体分離に適用することができる。
さらに、実施の形態５において偏向手段２７を凹面鏡８と凸面鏡９との間に配置したものについて説明したが、凸面鏡９と分割手段１２との間に配置しても同様の効果を期待することができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によれば、発振器から出射されたレーザ光をハーフミラーの分割手段で反射する一方の経路とハーフミラーを透過する他方の経路との二つに分割し、反転手段でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた一方の経路のレーザ光及び回転手段で偏光方向を９０度回転させた他方の経路のレーザ光を合成手段で合成することにより、軸対称のレーザ光を出射できるので、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。
また、回転手段をファラデーローターとしたことにより、簡単な構成にすることができる。
また、反転手段を一対の凸レンズとしたことにより、簡単な構成にすることができる。
また、反転手段を一対の全反射ミラーとしたことにより、分割手段で分割された一方のレーザ光が反転手段で反射する回数が２回だけとなるので、反射時の損失を低減させることができる。さらに、曲面加工がないので製作を容易することができる。
【００２５】
分割手段の入力側に自然放出光を除去する自然放出光除去手段を設けたことにより指向性のよいレーザ光が得られるので、集光性の必要な加工及び長距離伝送を可能にすることができる。
また、分割手段で分割したレーザ光の光路の短い方に光路調整手段を設けたことにより、分割手段で分割した一方の経路を経由するレーザ光と、分割手段で分割した他方の経路を経由するレーザ光とは、合成手段に同時に到達するように調整されているので、合成手段で合成されてレーザ発振時間帯が紙面の上下から同時に中心に移動し、時間的にも強度分布が上下左右が対称になるため、対象物の均一な加工及び対象物への均一な照射を行うことができる。
さらに、分割手段で分割して反転手段でビームの強度分布と発散角分布とを反転させた一方の経路のレーザ光と、分割手段で分割した他方の経路のレーザ光を回転手段で偏光方向を９０度回転し、合成手段で合成したレーザ光を増幅器で増幅したことにより、ＡＳＥの発生が抑制された軸対称で指向性の良好なレーザ光を高出力で得られるので、高出力を必要とする加工や同位体分離に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例１を示す構成図である。
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図３】  図１の合成手段から出射されるレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図４】  図１の反転手段を一対の凹レンズとした要部の構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態１を示す構成図である。
【図６】  図５のＶＩ−ＶＩ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図７】  図５の合成手段から出射されるレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図８】  この発明の実施の形態２を示す構成図である。
【図９】  図８のＩＸ−ＩＸ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図１０】  図８の合成手段から出射されるレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図１１】  この発明の実施の形態３を示す構成図である。
【図１２】  図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図１３】  図１１の合成手段から出射されるレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図１４】  この発明の実施の形態４を示す構成図である。
【図１５】  図１４の合成手段から出射されるレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図１６】  この発明の実施の形態５を示す構成図である。
【図１７】  図１４の合成手段から出射されるレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【図１８】  従来のレーザ装置の構成図である。
【図１９】  図１９のＸＩＸ−ＸＩＸ線側からみたレーザ光の断面（ａ）及びレーザ光のＲ−Ｌ断面の強度分布（ｂ）を示す説明図である。
【符号の説明】
８  凹レンズ、９  凸レンズ、１０  発振器、１２  分割手段、
１３，１７，２９，３８，４４  合成手段、１４，３９  反転手段、
２７  偏光手段、２８，５１  回転手段、３４  自然放出光除去手段、
４１  光路調整手段、５３，５６増幅器。
【図１】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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