(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸が上下方向になるように設置されたレーザヘッドと、レーザヘッドを外気から遮断するカバーとからなり、カバー内の温度が上部が下部よりも高温となるように温度制御されていることを特徴とするレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスレーザの出力が安定し、耐環境性のよいレーザ発振装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスレーザを用いて光ファイバの溶融接続などの微細な加工を行う場合、ガスレーザの出力を安定させることが重要である。
従来のガスレーザによるレーザ発振装置は、例えば図４に示すように、空冷または水冷式のレーザヘッド１、レーザ光を集光させるための複数のレンズ２ａ〜２ｃ、レーザ光をｏｎ／ｏｆｆさせるためのシャッター３、レーザ光が漏れるのを防いで安全性を確保するため設けた、レーザヘッド１と光学系を覆うカバー４とからなる。また、必要に応じて、レーザ出力を測定するためのパワーセンサーおよび出力可変装置を取り付ける。
ガスレーザによるレーザ発振装置においては、レーザガスの温度が高くなると、発振効率が低下するので、レーザヘッド１を構成するレーザ発振管（図示せず）を空冷または水冷により冷却し、また、放電により電極が発熱し、その熱で放電が不安定になりやすいために、電極部分を冷却している。さらに、ガスレーザの出力を安定化するために、レーザ発振装置を恒温室内に設置し、周囲の温度が一定になるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにレーザヘッド１を恒温室内に設置しても、ガスレーザの出力安定化には限界があり、出力を長時間にわたって十分に一定に制御することが困難であるという問題があった。また、恒温室内にレーザ発振装置を設置するために、その使用場所が制限されたり、恒温室の施設を設置するために費用がかかるという問題もあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、光軸が上下方向になるように設置されたレーザヘッドと、レーザヘッドを外気から遮断するカバーとからなり、カバー内の温度が上部が下部よりも高温となるように温度制御されていることを特徴とするレーザ発振装置である。
【０００５】
本発明者は、鋭意検討の結果、レーザヘッドを構成するレーザ発振管の両端に設けられた共振器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対する角度のずれがガスレーザ出力の大きな不安定要因となっていることを見出し、本発明に到達した。
即ち、上述のような構成のレーザ発振装置では、縦型のレーザヘッドを構成するレーザ発振管の上端の共振器ミラーは、ヒーターにより、または冷却装置により下端の共振器ミラーよりも高温に制御されるため、レーザヘッドに沿って空気の上昇気流が生じる。また、レーザヘッドはカバーにより外気から遮断されているので、レーザヘッド内の温度は恒温に制御でき、かつ周囲の空気の流れは、安定した自然対流であって、上昇する層流をなす。
ここで、「レーザヘッドを外気から遮断するカバー」という意味は、カバーの外側の空気が内側のレーザヘッド１１の周囲の温度、空気の流れに影響を与えないようにするという意味であり、カバーは完全に気密性である必要はない。なお、このカバーは安全性を確保するという機能を有することは従来通りである。
従って、本発明によれば、レーザヘッドの両端に設けられた共振器ミラーは安定した温度の雰囲気の中に位置しているので、共振器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対する角度のずれを防ぐことができ、出力が安定する。また、従来はおおがかりでコストのかかる恒温室内にレーザ発振装置を設置していたが、本発明によれば、かかる恒温室を使用する必要はなくなる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明にかかるレーザ発振装置の一実施形態の説明図である。
図１において、縦型に設置されたレーザヘッド１１から上方に発振されたレーザ光は、ミラー１２、１３によりそれぞれ９０°方向を変えて、集光レンズ１４ａ、１４ｂ、分光器１５ａ、出力可変器１６、シャッター１７、レンズ１４ｃを通って、下方に取り出される。なお、１５ｂはパワー測定センサーである。
レーザヘッド１１は図２に示す構造をしており、レーザ発振管２０の両端には共振器ミラー２１ａ、２１ｂが取り付けられている。また、レーザ発振管２０は放電電極２２を冷却する水冷用冷却管２３で覆われている。
【０００７】
図１に示すように、レーザヘッド１１とミラー１２は、安全性を確保するためのカバー１８で覆われている。このカバー１８は外気を遮断して、外側の温度変動がレーザヘッド１１に影響しないようにしている。従って、カバー１８の密閉の程度は、外側から空気が入りにくくすればよく、完全に気密にする必要はない。なお、カバー１８は保温性の材質で構成すればより好ましい。
本実施形態では、光学系をコの字型に曲げてあるが、このようにすることにより、装置全体を小型化することができる。
【０００８】
レーザヘッド１１の上端および下端近傍には、ヒーター１９ａ、１９ｂが設置されている。ヒーター１９ａ、１９ｂはシート状であって、カバー１８の内壁に張り付けられている。ヒーター１９ａ、１９ｂは温度制御手段（図示されず）に接続されており、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺を、上側の共振器ミラー２１ａの温度が下側の共振器ミラー２１ｂの温度よりも２〜５℃程度高くなるように設定された一定の温度、例えば３５℃〜４０℃に加熱する。
また、カバー１８内には上下にファン２４が取り付けられている。これらのファン２４はカバー１８内部のヒーター１９ａ、１９ｂから発生する熱の温度分布に偏りが生じるときに使用するためのものである。
【０００９】
このように、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺を積極的に加熱して一定温度にすることにより、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺の雰囲気温度の変動を極めて小さくすることができるので、レーザ出力変動の大きな要因である共振器ミラー２１ａ、２１ｂ間の距離変動、共振器ミラー２１ａ、２１ｂの変形を防止することができる。
また、レーザヘッド１１を縦型にし、上端の温度を下端の温度よりも高く保持するため、空気の対流は起こらず、カバー１８内の温度は上方向にいくほど高くなるように安定した分布をする。
【００１０】
本実施形態によれば、０．１２Ｗの出力を＋／−３ｍＷの変動範囲内に抑えることができた。
【００１１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、
１）共振器ミラー２１ａ、２１ｂの周辺の設定温度は、外気の最高温度よりも高く、カバー１８内部の機器、部品類を損なわない温度であれば、特に限定されるものではない。このような温度設定をすることにより、外気温度の影響を回避することができる。
２）ヒーターの数は２個に限定されず、それ以上の複数個でもよい。
３）ヒーター１９ａ、１９ｂは前記シート状のものに限定されず、例えば、図３に示すようにリング状のものを２個ないしそれ以上の個数を配置すれば、レーザヘッド１１の光軸を中心にして、対称な温度分布を実現できる。
３）ヒーター１９ａ、１９ｂはカバー１８内部の温度を外気温度よりも高く設定して、安定した温度分布を実現しているが、ヒーター１９ａ、１９ｂのかわりに冷却装置を用いて、カバー１８内部の温度を外気温度よりも低く設定し、安定した温度分布を実現してもよい。例えば、冷媒管をレーザヘッド１１の両端の周囲に配置する。
４）光学系はコの字状である必要はなく、直線状、あるいは必要に応じて曲折していてもよい。
５）レーザヘッド１１の冷却方式は、水冷に限定されることはなく空冷、油冷でもよい。
６）ファン２４は必ずしも必要ではない。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、レーザヘッドの両端に設けられた共振器ミラーは安定した温度の雰囲気の中に位置しているので、共振器ミラー間の距離変動、および各共振器ミラーの歪み、光軸に対する角度のずれを防ぐことができ、出力が安定するという優れた効果がある。また、従来はおおがかりでコストのかかる恒温室内にレーザ発振装置を設置していたが、本発明によれば、かかる恒温室を使用する必要はなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ発振装置の一実施形態の説明図である。
【図２】上記実施形態に用いたレーザヘッドの説明図である。
【図３】本発明に係るレーザ発振装置の他の実施形態の部分説明図である。
【図４】従来のレーザ発振装置の説明図である。
【符号の説明】
１１                    レーザヘッド
１２、１３              ミラー
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  レンズ
１５ａ                  分光器
１５ｂ                  パワー測定センサー
１６                    出力可変器
１７                    シャッター
１８                    カバー
１９ａ、１９ｂ          ヒーター
２０                    レーザ発振管
２１ａ、２１ｂ          共振器ミラー
２２                    電極
２３                    冷却管
２４                    ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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