(57)【要約】  本発明の主題は、音響光学変調器（ＡＯＭ）を備えるＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムである。音響光学変調器（ＡＯＭ）は、一方では、ＱスイッチＣＯ２レーザ内で用いられ、他方では、外部でレーザと加工物との間の放射線フィードバックを非常に効率的に抑制するために用いられる。中心となる考えは、ＡＯＭで回析された放射線の周波数シフトを明確に考慮することである。周波数シフトは、活性媒質における放射線の増幅の態様において、ＡＯＭ結晶の音響波の励起周波数に正確に対応する。この周波数シフトは、大幅に放射線の増幅を低減するため、Ｑスイッチ加工では避けなければならないが、これは結晶の音響波の伝搬と反対方向に同一の励起周波数を有する２つのＡＯＭによって、本発明において達成される。これと反対に、本発明によって、ＡＯＭがレーザ出力と加工物との間に配置されるとき、周波数シフトはレーザと加工物との間の放射線フィードバックの抑制に有利である。ＡＯＭは音響波の励起周波数が非常に高いため、ＡＯＭで回析された光線を作動光線として用いるときに、レーザへ戻る波伝搬は現実的に活性媒質によって増幅されない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線整形のための音響光学変調器（ＡＯＭ）を備えるＱスイッチＣＯ２レーザシステム、具体的にはＣＯ２レーザ材料加工システムであって、
ａ）Ｑスイッチのために、２つのＡＯＭ（２、３）が互いの背後に配置され、好ましくは共振器端部ミラー（４６）またはレーザ出力連結プレート（４）に近接して配置され、前記ＡＯＭ（２、３）は同一な励起周波数を有し、結晶の音響波の伝搬とは反対方向であることを特徴とし、２つのＡＯＭ（２、３）は以下の条件で構成され、すなわち、前記第１のＡＯＭ（２）に入射する光線（８）が回析され、そこから発生する回折光（９）は前記第２のＡＯＭ（３）で一度ゲイン回折され、前記二重回析からの光線（１０）は、前記共振器端部ミラー（４６）または前記レーザ出力連結プレート（４）で反射後に、前記光線自体に反射して戻り、前記２つのＡＯＭ（２、３）でさらに回析されて光線（１１）、（１２）、および（１３）として活性媒質（１）にフィードバックされ、このようにして、対応するスイッチング電圧が前記２つのＡＯＭ（２、３）に印加されるときレーザ機能が実現され、前記電圧が切られるとき、前記レーザ機能は中断されることを特徴とし、
ｂ）このように生成されたレーザ光線（１６）は、好ましくはレーザによる材料加工用に、出力カップリング素子（４、３０）によって使用前に分離され、前記共振器外部であって、好ましくは前記出力カップリング素子（４、３０）直後に配置される第３のＡＯＭ（５）を通って伝送されることを特徴とし、前記意図する用途のために、対応するスイッチング電圧によって、前記第３のＡＯＭ（５）で回析される前記光線（１７）が使用され、前記第３のＡＯＭ（５）の前記結晶の前記音響波の前記励起周波数は、少なくとも前記活性媒質（１）の前記ゲインプロファイルの半値幅の前記全幅周波数の大きさであり、４０と１００ＭＨｚの間である、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムであって、前記第１（２）または前記第２（３）のＡＯＭのみを用いて、前記スイッチング電圧の対応する可変制御によって、前記レーザの出力変調またはＱスイッチを行い、前記それぞれ別のＡＯＭは一定のスイッチング電圧で動作することを特徴とする、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムであって、前記第１（２）または前記第２（３）のＡＯＭのみを用いて、前記スイッチング電圧の対応する可変制御によって、前記レーザのＱスイッチを行い、前記それぞれ別のＡＯＭは、自由に選択可能な個々のパルスまたはパルス群が選択されるように、および／または前記Ｑスイッチされた放射線の出力が変化するように制御されることを特徴とする、システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムであって、前記外部の第３のＡＯＭ（５）は、前記レーザによって生成される前記放射パルスがそれぞれの意図する使用に対する出力において調整され、具体的には前記パルス内の前記出力プロファイル、特に前記Ｑスイッチピークのピーク出力が実質的に自由に選択可能であるように制御されることを特徴とする、システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムであって、前記第３のＡＯＭ（５）と前記加工物（７）との間に、ＡＴＦＲミラー（２０）とλ／４位相器（２１）の組み合わせが配置されることを特徴とする、システム。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載のＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムであって、前記第３のＡＯＭ（５）と前記光線整形ユニット（６）の前記加工物（７）との間に、光学素子、好ましくは円筒形のレンズが、前記ＡＯＭ（５）による前記光線の歪みを補償するために配置されることを特徴とする、システム。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか一項に記載のＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムであって、前記外部の第３のＡＯＭ（５）は、２以上のＡＯＭ縦列によって交換され、前記分離されたレーザ光線（１６）は光線スプリッタおよび偏位ミラーによって２以上の部分光線に分割され、それによって、各ＡＯＭは前記部分光線のうちの１つを負荷されることを特徴とする、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム整形のための音響光学変調器（ＡＯＭ）を備えるＱスイッチＣＯ２レーザ材料加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの技術的に重要な材料加工タスクは、非常に多様な特定の設計のＣＯ２レーザを用いて非常に効率的に解決できる。ただし、これらのタスクは、パルス放射線、たとえば、高品質の要件があるせん孔に頼らねばならないことが多い。しかし、これこそが、既知の市販されているＣＯ２レーザの特定の弱点である。これらのパルス能力は、実質的に約１０μｍの赤外線範囲での放射線の波長範囲によって限定される。それによって、レーザによる材料加工に必要な高平均出力において、特にＱスイッチの変調に適切である光学的に透明な材料は限定される。既知の欠点を持つ機械的スイッチの他に、現実的に排他的なゲルマニウムに基づく音響光学変調器（ＡＯＭ）およびＣｄＴｅに基づく電子工学変調器（ＥＯＭ）を用いて、現在のＣＯ２レーザのＱスイッチを行う。ただし、共振器設計のために、実現可能な平均出力に関して比較的狭く限定することは、長期間にわたって共通であった。この矛盾を解決する１方法は、特許文献１に記載されるＱスイッチＣＯ２レーザシステムであり、基本的に、ＱスイッチＣＯ２レーザシステムの平均出力はキロワットの範囲までである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１１３３０６Ａ８号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、ＣＯ２レーザ材料加工システムを提供することである。本システムは、一方では、音響光学変調器（ＡＯＭ）によってＱスイッチされ、他方では、別のＡＯＭによって加工物から反射して戻る放射線から非常に効率的に分離される。別のＡＯＭはレーザ共振器の外部にある。
【０００５】
本技術的目的を達成するために、本発明は請求項１の主題を教示する。好ましい実施形態は下位請求項に記載する。
【０００６】
本発明の目的として、レーザによる加工に適した物として特に、また、レーザ共振器外部で発生する光線整形も含めて、具体的にはレーザを加工物から反射して戻る放射線から分離することも含め、できるだけ強力なＱスイッチＣＯ２レーザシステムにおいてＡＯＭの使用を排他的に考慮する。本発明の中心は、通常は無視される要因である。つまり、ＡＯＭで回折される光線の周波数シフトである。この周波数シフトの理由は、周波数に対応する伝搬格子で回析されるためであり、それによって、この移動格子が生成される。回折光線を用いるときは、以下の理由から正当であり、必要である場合も多い。この事実は、活性媒質を放射線で増幅する効果に、好影響および悪影響の両面で重大な影響を与える。
【０００７】
本発明による解決法をより理解するために、活性媒質の分光幅のゲインプロファイルとＡＯＭの回折光の放射周波数の影響との関係を詳細に論じる必要がある。下記で詳細に述べるように、実施例のみを表す図を参照して、詳細に説明する。
【０００８】
ＡＯＭの伝搬格子でのブラッグ回析では、周波数ｆＡＯＭによって格子が変換器で生成され、周波数ｆＡＯＭはＡＯＭに入射する光波の周波数ｆに格子の伝搬の方向によって、加算または除算されることは既知である。それによって、結果として生じる回折波の周波数ｆＢには以下が適用される。ｆＢ＝ｆ±ｆＡＯＭ
【０００９】
ここで、この周波数シフトされた波が活性媒質と相互作用する方法、つまり、シフトがゲインに影響する方法を説明する。ＣＯ２レーザでは、ゲインプロファイルｇ（ｆ−ｆ０）を決定する主に２つの線拡大機構、ドップラー拡大および圧力拡大がある。
【００１０】
ドップラー拡大は不均一な線拡大であり、その結果として、関数によるガウスプロファイルにおいて、ゲインプロファイルｇ（ｆ−ｆ０）は次式の通りである。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
式中、共振周波数はｆ０、半値幅の全幅はΔｆである。図１は、ｆ＝ｆ０で最大値に対してゲインが減少し、共振周波数に対して周波数シフトが増加する様子を例示する。ｆＡＯＭおよびΔｆが同じ大きさにまで達すると、この事実はレーザシステムの機能にとって非常に重要である。
【００１３】
均一な線拡大の圧力拡大の結果として、本機能によるローレンツプロファイルのゲインプロファイルｇ（ｆ−ｆ０）は以下の通りである。
【００１４】
【数２】
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【００１５】
図２に示すように、ゲインｆＡＯＭおよびΔｆが同じ大きさのとき、ゲイン減少はここではドップラー拡大と非常に似た挙動を示す。約３０ｍｂａｒまでの低圧ＣＯ２レーザの場合は、ドップラー拡大は顕著であり、１００ｍｂａｒを超える中圧から高圧レーザの場合は、圧力拡大が重要な役割を果たすことに留意されたい。ただし、いずれの場合においても、４０ＭＨｚ以上の一般的なＡＯＭ周波数では、結果として生じる回折された放射光線の周波数シフトによって、活性媒質における本光線の増幅が大幅に減少する。単純な考察によってこれが例示されるであろう。
【００１６】
長さｚの活性媒質における損失のない増幅を想定すると、出力Ｐ０をゲインｇで媒質に入力すると、小信号ゲインの場合は、出口での出力Ｐ（ｇ）は次のように算出できる。
【００１７】
【数３】
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【００１８】
相対増幅Ｐ（ｇ）／Ｐ０を図３に積ｇｚの関数として示す。高出力ＣＯ２レーザでは、小信号ゲインは一般に１０４から１０６の範囲なので、すでに比較的小さい減少（ｚを定数とする）が、たとえば、１０から５への係数２によって、１０４から１０２へ位数が２だけ増幅が減少することが明白に分かる。ただし、このような係数２によるｇの減少によって、共振周波数ｆ０の放射の周波数シフトがΔｆ／２だけすでに発生しており、活性媒質と相互作用する（図１および２参照）。
【００１９】
一般的な低圧ＣＯ２レーザでは、ドップラー拡大、したがってゲインプロファイルのΔｆは約６０ＭＨｚであり、つまり、３０ＭＨｚの周波数シフト（一般的なＡＯＭ周波数動作範囲は４０ＭＨｚ以上）によってｇは係数２によってすでに減少する。したがって、約１００の係数によって活性媒質の小信号ゲインは減少する。
【００２０】
以下、ＡＯＭをＣＯ２レーザ材料加工システムで用いる重要性を説明する。本発明の目的に続き、全く異なる要件を持つ２つの事例を区別しなければならない。例示用に、図５と９を参照する。
１．ＱスイッチＣＯ２レーザ用にＡＯＭを使用する
【００２１】
全体的に、単純な変形を用いる。Ｑスイッチ用のＡＯＭは活性媒質と共振器端部ミラーとの間に配置され、回折されていない伝送光線がフィードバックされる。ただし、第１に、ＡＯＭの回析効率が十分に高くない場合、および／または第２に、活性媒質のゲインが非常に高く、所望するパルスにおいてレーザ機能の完全な抑制は、ＡＯＭの起動によって停止する場合に、この変形は失敗する。つまり、回析の高損失が関与が不可能になる。前述の大きな小信号ゲインを考慮すると、本状況は迅速に達成される。小信号ゲインは、反転削減が生じなければ、数１０μｓ後に活性媒質の連続ポンピングを伴う。その結果として、実際のパルス停止（図４参照）において統計的な放射線ピークが発生し、制御されたＱスイッチは不可能となる。
【００２２】
フィードバックブランチの「オン」−「オフ」のコントラスト比を現実的に無限大にするために、ＡＯの回折された光線をフィードバックに用いることはすぐに分かる。なぜなら、光線はＡＯＭの動作停止と共に完全に消えるため、非常に高い占有反転を有していても、レーザの寄生振動を確実に抑制するからである。ただし、明らかに簡潔な解決法によって、大きな問題が生じる。つまり、前述の回折光の周波数シフトである。一般的な例として、伝搬格子で回析されると想定すると、４０ＭＨｚで生成されるため、放射周波数は、１つの回析加工で正確に４０ＭＨｚだけシフトする。格子は同様に２回通過され、フィードバックにおいて、８０ＭＨｚの周波数シフトさえ発生する。ただし、低圧ＣＯ２レーザのゲインプロファイルのドップラー幅は約６０ＭＨｚと小さい。つまり、回折され活性媒質に戻る回折光は、非常に低いゲインを伴い（図１参照）、したがってほとんど増幅されず（図３参照）、効率的なレーザ機能は可能ではない。本発明によるこの問題の解決法は、ＡＯＭ並列の利用である。つまり、第１のＡＯＭは入射光線を伝送および回折された部分に分割し、直後に配置される第２のＡＯＭは、まず、回折された部分が最適なブラッグ角度を伴い、２度回析されるように配置される。次に、２つのＡＯＭの格子伝搬の効果的な方向は正確に反対なため、前述の例の効果的な周波数シフトは、一度目は＋４０ＭＨｚであり、もう一度は−４０ＭＨｚであり、つまり合計して０である。戻り光線は同様な関係を有し、フィードバックされた光線は合計４度回析され、活性媒質に周波数シフト０で入り、最適なゲインを伴い、通常のレーザ機能が可能である。
【００２３】
この原則は、制御工程を単純化した場合にも機能する。１つのみのＡＯＭが出力を調節し、第２のＡＯＭは連続して動作する。つまり、第２のＡＯＭが第１のＡＯＭの周波数シフトを現実的に補償するために機能し、それによって実際のＱスイッチが実施される。本発明によるＡＯＭ並列を用いることによって、まず、レーザの寄生フィードバックの完全抑制、次に、ＡＯＭスイッチ回数のパルスパラメータを完全に自由に制御することが確実にできる。
２．加工物−レーザ間の放射線フィードバックを非常に効率的に抑制するためにＡＯＭを用いる
【００２４】
ＱスイッチＣＯ２レーザの第２の重大点は、いずれの事例においても、加工物からレーザへの放射線フィードバックである。これは、銅またはアルミニウムなどの高反射材料、および加工物の平坦な表面で主に起こり、加工物に入射する放射出力の１０％を超えるほどの高レベルになることもある。これによって起こる問題の一般的な解決法は、つまり、選択した共振器構成によって決定される「レーザ状」設計を持つ適切なレーザ機能の実現であり、ＡＴＦＲミラー（「吸収薄膜反射器」）およびλ／４位相器ミラーとの組み合わせをレーザ出力と加工物との間の光学経路に組み込むことである。これは、二重機能さえ有する。放射線分離に加えて、所望されることが多い加工物の放射線入射の円形偏光も生成される。この分離形状は完全に十分であり、たとえば、レーザのｃｗモードでは、反転は連続して減少され、比較的低いレベルに維持される。ただし、Ｑスイッチを用いると、占有反転、したがってゲインはパルス停止で大幅に増加し、小信号ゲインは前述のレベルに到達し、フィードバックされた放射線が最小量であっても、レーザの寄生振動につながり、Ｑスイッチ加工を損なうには十分である。ここで、最適な調整を施しても、前述のシステムが故障する場合、加工物まで移動する放射線の割合内の一定の放射線部分は、レーザに戻る。結果を、たとえば図４に示す。図４では、左側の図は、加工物がなく、放射線フィードバックがない場合のＱスイッチレーザの適切なパルス生成を示す。加工物がある場合は、ある程度の重要な放射線フィードバックが起こり、右側の図に示す状況が発生する。つまり、Ｑスイッチパルスおよび一定の停止後に、反転が危険レベルまで増加し、寄生振動が開始し、所望するレーザ機能が使えなくなる。
【００２５】
この問題に対する本発明による解決法は、ＡＯＭの回折光の周波数シフトに基づくゲインである。今回は本効果を用いて、以下の方法で良好な結果を得た。レーザ出力の直後に、線形偏光放射線が最適な方法で回折されるようにＡＯＭを配置する。この回折された放射線部分は再度前述の周波数シフトを示し、加工のために加工物に伝送される。非常に大きな周波数シフト自体は材料加工には何の影響を持たないことに留意されたい。戻りの放射線部分（反射または回折）がＡＯＭに２回目に当たり、周波数シフトは２倍になる。ここで、周波数を修正したこの光線が活性媒質に入るとき、実際には増幅されていないので占有反転に対する効果は実質的にゼロである。具体的には、前述のパラメータｆＡＯＭ＝４０ＭＨｚおよびΔｆ＝６０ＭＨｚを用いて、共振器に戻る放射線は、周波数ｆ０の共振放射線よりも４けた小さい程度まで増幅される。伝統的な分離との大きな違いを例示するために、ここで再度増幅出力Ｐ（ｇ）を取り上げる。
【００２６】
【数４】
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【００２７】
分離変形の「ＡＴＦＲ＋λ／４位相器」では、パラメータＰ０は影響を受け、Ｐ０、Ｐ（ｇ）の変化にも比例する。対照的に、本発明の解決法によれば、ｇの変化は指数関数で考慮される。それによって、ｇの比較的小さな減少は増幅において複数桁の大きさですでに考慮済みとなる。
【００２８】
本発明によるＣＯ２レーザ材料加工システムでＡＯＭを使用する仕様について、以下の図で概略的に示す２つの実施形態を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ガウスプロファイルの周波数シフトの関数としての相対ゲイン。
【図２】ローレンツプロファイルの周波数シフトの関数としての相対ゲイン。
【図３】ｇｚの関数としての活性媒質の相対増幅。
【図４】加工物−レーザの放射線フィードバック。左側は加工物なし、右側は加工物あり。
【図５】ＡＯＭＱスイッチを有するＣＯ２レーザ。
【図６】Ｑスイッチ用ＡＯＭ並列の機能。
【図７】ＡＯＭによる加工物−レーザ間の放射線フィードバックの抑制。
【図８】ＡＯＭ、ＡＴＦＲ、およびλ／４位相器による完全な分離。
【図９】特許文献、国際公開第２０１３／１１３３０６Ａ８号によるＣＯ２レーザで用いるＡＯＭ。
【図１０】４つの部分光線を有するＡＯＭによる、加工物−レーザ間の放射線フィードバックの抑制。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図５は概略的に、一般的なＱスイッチＣＯ２レーザの基本構造に基づく第１の実施形態を示す。この基本構造では、「１００％端部ミラー−活性媒質−Ｑスイッチ素子−出力連結プレート」からなる共振器の線形構成が典型的である。図は、活性媒質の一端に配置されるフィードバックＩのユニットを示し、それに続いて非常に概略的に示されるユニットＩＩはレーザから加工物までの光学経路を示す。前述したように、ＡＯＭをＱスイッチ素子として用いる際には２つの問題がある。まず、０次光である、単に伝送された光線がフィードバックされる。次に、高出力レーザでは、レーザ機能を最大占有反転で抑えることは不可能となる。これは、ＣＯ２レーザの一般的なＡＯＭの回折効率は９０％より高いため、最大に導入される損失は十分に高くないからである。または１次回折光である光がフィードバックされるが、周波数シフトの問題があるため、顕著にゲインは減少する。
【００３１】
本発明によれば、２つのＡＯＭをＱスイッチ素子として図５に示し、図６で詳細に説明するように直列配列することによって、問題は解決される。活性媒質１の方向から来る光線８は第１のＡＯＭ２に当たり、対応するスイッチング電圧が印加されると第１のＡＯＭ２はこの光線をブラッグ１次回折に回折する。この光線９は第２のＡＯＭ３に当たり、スイッチング電圧が印加されるとそこから回折光１０が生成される。調整された出力連結プレートで部分的に反射された後、光線は正確に光線内を戻って移動し（光線１１、１２、および１３）、レーザ機能に必要なフィードバックを提供する。このＡＯＭ並列の適切な機能に重要なことは、２つの要因である。まず、どちらのＡＯＭも回析格子のために正確に同一な励起周波数を有していなければならない。第２に、両方の格子の伝搬の方向は互いに反対でなければならない。正確に同一な励起周波数という用語は、具体的な周波数を指定し、その違いは最大１００ｐｐｍ（高周波という）であり、具体的には最大１０ｐｐｍ、好ましくは最大１ｐｐｍ、または０．１ｐｐｍである。次に、フィードバックされた光線の結果として起こる周波数シフトは、必要に応じて０である。前後それぞれの周波数のシフトδｆおよびＡＯＭでの回析によって光線８−１３の出力Ｐが連続して減少することを、ｆの関数として量的従属性ｇ（ｆ）およびＰをそれぞれの図で例示する。
【００３２】
前述したように、レーザで加工すべき加工物からの放射線フィードバックにおいて、該当するＣＯ２レーザのＱスイッチを適切に操作するという、別の潜在的な危険性がある。非常に効率的に危険性を抑えるには、本発明によれば、第３のＡＯＭ５をレーザ出力連結プレート４の直後に配置する。加工物までの光学経路において、任意に、さらに光線整形のためのユニット６を組み込んでもよい。具体的には、加工物７に放射する多くの適用のために所望する円偏光を生成するため、および（たとえば、円筒形のレンズによって）ＡＯＭにはよく起こる光線のわずかな楕円の歪みを補償するために、ユニット６を組み込んでもよい。
【００３３】
図７および８では、放射線フィードバックの抑制を再度詳細に例示する。図７は本発明による周波数シフトの効果を取り上げる。分離された光線１６は第３のＡＯＭ５に当たる。第３のＡＯＭ５は、スイッチング電圧が印加されると回折されδｆだけ周波数シフトされた光線１７を加工物まで送信する。加工物から戻ってきた（反射または回折された）放射線１８はＡＯＭ５で再度回折され、第２の周波数シフトを受ける。それによって、最終的には２δｆだけ周波数シフトされた光線１９はレーザの出力連結プレート４の方向に移動する。図５と同様の方法で、質的従属性ｇ（ｆ）およびＰをｆの関数として図６に示す。本発明によれば、二倍周波数シフト２δｆがゲインプロファイルの半値幅Δｆにおいて少なくとも全幅程度になるようにＡＯＭ５を選択すべきである。用語「大規模」とは割合２δｆ／Δｆが好ましくは１：１０から１００：１までの範囲、特に１：１および／または１０：１までにあることを意味する。
【００３４】
本発明による構成の基本的な要因は、線形に偏光したレーザの放射線を円形に偏光した放射線に、ＡＯＭ５の背後に配置したλ／４位相器によって一般的に変換することは、問題なく可能である。同様に、これを超える伝統的な分離を、「ＡＴＦＲミラー−λ／４位相器」と光学経路を組み合わせることによって、導入することが可能である。このような「完全版」を図８に例示する。垂直線形偏光２３を持つ第３のＡＯＭ５によって回折される光線２２は、実質的に損失なく偏光依存吸収装置２０（現実にはＡＴＦＲ）を貫通し、次にλ／４位相器２１で円偏光２５を有する光線２４に変換される。加工物７と相互作用後、円形偏光放射の特定の部分２６はレーザの方向に移動する。λ／４位相器２１を通過するとき、線形水平偏光２８を備える光線２７に変換され、偏光依存吸収装置との相互作用によって実質的に破壊される。残りの光線２９はここまでで、すでに非常に弱くなっているが、ＡＯＭ５に再度当たり、下記に要約する破壊される戻り光線の損失プロセスの結果として、非常に良好なこの放射線のレーザの分離が達成できる。
【００３５】
１．前述のように、ＡＯＭ５は回折光の周波数をδｆだけシフトするため、加工物から戻る放射線を２δｆだけシフトする。これは、ＱスイッチＡＯＭには不利であったが、本発明では大きな有利点であり、レーザに戻る放射線は最小程度にのみ増幅される。
【００３６】
２．「ＡＴＦＲミラー−λ／４位相器」の組み合わせの分離効果は十分に維持される。
【００３７】
３．第３の分離効果は、戻り放射線が位相器によって、前方放射に対して垂直に偏光され、したがってＡＯＭ５によって非効率的に回折されるのみであり、つまり、放射線がレーザの方向に移動することが少ないことによって達成される。
【００３８】
上記３つの効果の組み合わせは純粋に固定的に作用し、特に一時的なＡＯＭ５の制御を必要としないため、本発明による構成によって、戻り放射線を大幅に減らすことができるため、活性媒質における最大ゲインおよび（たとえば、銅などの反射の大きい金属による）最大フィードバックにおいても、寄生振動は発生しない。
【００３９】
本発明によるシステムの内在的な分離に関わらず、さらに、切替時間が１μｓより短い急動スイッチとしてのＡＯＭ機能スイッチを、対応する制御と共に完全に用いて、当然ながらレーザから来る実質的に個々の各パルスに、所望の影響を与えることができる。
【００４０】
前述の実施形態では、Ｑスイッチ用に２つのＡＯＭは共振器内放射野に直接露出している。その現出力は、分離されたレーザ出力に比べて常に増加する。このようなレーザシステムは、平均出力が数百ワットと比較的低いため、ゲルマニウムの放射ロード可能性が限定される。前述のように、ＷＯ２０１３／１１３３０６Ａ８によるレーザの原理は、このジレンマの解決法を提供し、キロワット範囲までの平均出力が可能となる。ただし、前述の特許に記載する問題はこの種類のレーザにもまったく当てはまり、そこから可能性を得るためには、本発明による解決法が特に有益である。
【００４１】
この状況を簡潔に第２の実施形態で論じる。図９は、第１の実施形態との基本的な違いを示す。違いは主に、薄膜偏光器（ＴＦＰ）３０によるレーザ光線の修正出力カップリングである。ＴＦＰ３０は、活性媒質から出るわずかに楕円の偏光放射を、分離される図の面に垂直に偏光した高出力光線と、フィードバックされた図の平面に偏光された比較的弱い光線に分割する。それによって、Ｑスイッチに関与するＡＯＭ並列２、３の放射線負荷はかなり高出力であっても、比較的低くなる。ユニットＩおよびＩＩの効果は前述したように、同一ではない。出力連結プレート４のみが、本図では１００％端部ミラー４６と交換されている。本図では、ＡＯＭ機能の偏光依存のため、第３のＡＯＭ５は実際には光軸の回りを９０°回転しなければならず、明確を期すために図９に示す。
【００４２】
第２の実施形態に関し、別の側面を論じる。前述のように、図９によるレーザは、一般には比較的高い平均出力を特徴とする。本図の外部ＡＯＭ５がレーザ出力に直接配置される場合は、利用可能な平均出力は、ゲルマニウム結晶の比較的低い放射線負荷可能性によって限定され、レーザの利点は完全には利用できない。そこで、現実によく用いられる変形を使用して、高出力レーザ、つまり光線スプリッティングをできるだけ効率的に利用することができる。ＺｎＳｅを用いる光線スプリッタはキロワット範囲まで使用することができる。したがって、たとえば、平均出力１．２キロワットの光線をスプリッタの縦列に、それぞれ３００ワットの４つの部分光線に分割することができ、ＡＯＭが容易に扱える（図１０参照）。これは、たとえば、図１０に示す変形では、好ましくはスプリッタの割合がそれぞれ５０：５０である、３つの光線スプリッタ３２、３３、および３４、および３つの偏位ミラー３５、３６、および３７が必要である。各部分光線３８から４１は次に、それぞれＡＯＭ４２から４５を受領する。本方法を用いる条件は、もちろん、それぞれ意図する用途に応じて、部分光線を用いて実施することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  活性媒質
２  第１のＡＯＭ
３  第２のＡＯＭ
４  出力連結プレート
５  第３のＡＯＭ
６  光線整形ユニット
７  加工物
８  フィードバック光線
９  第１のＡＯＭで回析後の光線
１０  第２のＡＯＭで回析後の光線
１１  出力連結プレートで反射した光線
１２  第２のＡＯＭで回析後の戻り光線
１３  第１のＡＯＭで回析後の戻り光線
１４  第１のＡＯＭの０次回析方向
１５  第２のＡＯＭの０次回析方向
１６  分離レーザ光線
１７  第１のＡＯＭで回析後のレーザ光線
１８  加工物から反射した放射線
１９  第３のＡＯＭで回析後、加工物から反射した放射線
２０  偏光依存吸収装置（ＡＴＦＲ）
２１  λ／４位相器
２２  第３のＡＯＭ第１のＡＯＭで回析した光線
２３  偏光の平行方向
２４  加工物に入射する光線
２５  円偏光
２６  加工物から反射した放射線
２７  λ／４位相器を通過後に加工物から反射した放射線
２８  偏光の垂直方向
２９  ＡＴＦＲによって大きく減衰される光線
３０  薄膜偏光器（ＴＦＰ）
３１  レーザ光線
３２、３３、３４  光線スプリッタ
３５、３６、３７  偏位ミラー
３８、３９、４０、４１  部分光線
４２、４３、４４、４５  音響光学変調器
ｆ  放射線周波数
ｆ０  活性媒質の共振周波数
ｆＢ  回折  波の周波数
ｆＡＯＭ  ゲルマニウム結晶の音波の周波数
ｇ  活性媒質のゲイン
Ｐ  放射線出力
Ｐ０  活性媒質入力の放射線出力
Ｐ（ｇ）  ゲインの関数としての放射線出力
ｚ  活性媒質の長さ
ＡＯＭ  音響光学変調器
ＡＴＦＲ  吸収薄膜反射器
ｃｗ  連続放射線（「連続波」）
ＥＯＭ  電子工学変調器
ＴＦＰ  薄膜偏光器
Δｆ  ゲインの半値幅における周波数全幅
δｆ  回折光の周波数シフト
λ  波長
【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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【国際調査報告】
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