(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生させて共振させる共振器と、該共振器に対し直列に配列され且つ共振器からのレーザ光を増幅するための増幅器とを備え、
共振器は、レーザ光の進行方向に対し所定の間隔を置いて配置された共振用の一対のレーザミラーと、該一対のレーザミラーの間に配設されると共に内部にレーザロッドが収納されたキャビティと、該キャビティの入口側及び出口側のうち少なくとも何れか一方に設けられた小孔を有する第一のレーザビームモード調整機構とを備え、
増幅器は、内部にレーザロッドが収納されたキャビティと、該キャビティの入口側及び出口側のうち少なくとも何れか一方に設けられた小孔を有する第二のレーザビームモード調整機構とを備え、
第二のレーザビームモード調整機構の小孔の直径を、共振器から出力されたレーザ光の増幅器側への伝送により生ずるレーザ光のずれ量と増幅器自体の位置ずれ量の予測量だけ、第一のレーザビームモード調整機構の小孔の直径よりも大きくした
ことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
共振器と増幅器を直列に配置するレーザ装置は、一般にパルス増幅等エネルギ効率をさほど重要視しない用途に使用されていることが多いため、レーザ光のビームモード（レーザビームモード）を増幅器側において制御するためには、増幅器側のアパーチャ（レーザビームモード調整機構）における小孔の直径に余裕を持たせるか、或はレーザ光から不要な成分を積極的に取り除くようにしている。
【０００３】
而して、上記のレーザ装置の場合、装置の製作精度や設置精度等の機械精度はさほど高くなくても良いが、出力されるレーザ光のエネルギ効率が悪く、大出力のレーザ装置としては不適当である。又、大出力のレーザ装置として用いる場合には、レーザ光の直径（成型量）がうまく管理されていないと、レーザ光の光軸が所定の位置からずれ、発熱が生じる等の問題が有る。
【０００４】
大出力のレーザ装置としては、多段ＹＡＧレーザを用いると共に共振器及び増幅器を直列に配置するものがある。この場合、出力光であるレーザ光のエネルギ効率を高くするために、レーザ光の断面形状を所望の形状にするには、レーザ光を所望の直径に絞る必要が有る。このため、従来から大出力のレーザ装置の共振器及び増幅器の何れにおいても、レーザ媒質であるＹＡＧロッドを収納したキャビティのレーザ光入側及び出側にレーザビームモード調整機構としてアパーチャを設け、レーザ光を絞るようにしている。
【０００５】
図３は共振器及び増幅器が直列に配設されていると共に各キャビティのレーザ光入側及び出側にレーザビームモード調整機構としてアパーチャが設られている従来の大出力のレーザ装置の一例を示す。図中、１はレーザ装置、２はレーザ光３を発生させて共振させるための共振器、４は共振器２のレーザ光３進行方向下流側に直列に配置された増幅器である。
【０００６】
共振器２は、例えば、光学定盤５と、寸法や水平度を高精度に加工されて光学定盤５上に設置されたベース６と、ベース６のレーザ光３進行方向入口側及び出口側端部上面に配置された共振用の一対のレーザミラー７，８と、レーザミラー７，８間にベース６の上面に対し直線的に連続して位置するよう配設されると共に内部にＹＡＧロッド９が位置決めされて収納された複数のキャビティ１０と、各キャビティ１０のレーザ光３入口側及び出口側に夫々設置されると共に中央にレーザ光３の通過出来るピンホールのごとき小孔１１が穿設された薄板状のアパーチャ１２を備えている（図４参照）。
【０００７】
又、増幅器４は、共振器２のようなレーザミラー７，８は備えていないが、他の部分の構成は共振器２と同様になっている。すなわち、増幅器４は、例えば、光学定盤１３と、寸法や水平度を高精度に加工されて光学定盤１３上に設置されたベース１４と、ベース１４上に直線的に連続して位置するよう配設されると共に内部にＹＡＧロッド１５が位置決めされて収納された複数のキャビティ１６と、各キャビティ１６のレーザ光３入口側及び出口側に夫々設置されると共に中央にレーザ光３の通過出来るピンホールのごとき小孔１７が穿設された薄板状のアパーチャ１８を備えている（図４参照）。
【０００８】
共振器２及び増幅器４においては、所定のキャビティ１０，１６におけるＹＡＧロッド９，１５等の光学素子の軸心と、このＹＡＧロッド９，１５に対し組をなすアパーチャ１２，１８における小孔１１，１７の軸心は、ベース６，１４にセットする前に、互いに一致するよう予め位置調整が行われており、キャビティ１０，１６及びアパーチャ１２，１８は、ベース６，１４へセットした状態でＸ−Ｙの二軸方向への位置調整を行い得るようになっている（ここで、Ｘは高さ方向、Ｙは平面視でＹＡＧロッド９，１５の径方向である）。なお、図示してないが、ＹＡＧロッド９，１５はロッドホルダに支持され、ロッドホルダ内周とＹＡＧロッド９，１５外周との間にはＯリングが介在している。
【０００９】
而して、上述のレーザ装置１の共振器２及び増幅器４におけるＹＡＧロッド９，１５等の光学素子の軸心はレーザ光３の光軸に一致するように予め調整されている。光学素子としては、ＹＡＧロッド９，１５の他にレンズや光ファイバ等がある。
【００１０】
レーザ装置１の運転時、共振器２の各キャビティ１０に設けられた励起光源（図示せず）によりＹＡＧロッド９が照射されることにより発生したレーザ光３はレーザミラー７，８間で共振され、高レベルとなりレーザミラー８を透過して共振器２から出力され、増幅器４へ導入される。
【００１１】
増幅器４へ導入されたレーザ光３は、キャビティ１６に設けられた励起光源（図示せず）により照射されているＹＡＧロッド１５を透過して増幅されたうえ出力され、下流側に設けられている光ファイバに導入され、加工対象部に伝送される。
【００１２】
レーザ光３が共振器２及び増幅器４における各キャビティ１０，１６に設けられているＹＡＧロッド９，１５に導入される際或は導出される際には、レーザ光３はアパーチャ１２，１８の小孔１１，１７を通過する。このため、図４に示すように、ＹＡＧロッド９，１５内を透過する際にレーザ光３はＹＡＧロッド９，１５の熱レンズ効果によりその径が変化するが、アパーチャ１２，１８の小孔１１，１７で所定の直径となると共に光軸が光学素子の軸心に対し所定の位置となるよう絞られる。
【００１３】
このため、共振器２ではレーザミラー８の透過率が最適となるよう、レーザ光３のレーザビームモードが制御され、増幅器４では、出力が最大となるよう、レーザ光３のビームモードが制御される。その結果、レーザ装置からは大出力でエネルギ効率の高いレーザ光３が出力される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のレーザ装置では、エネルギ効率を高めるためには、共振器２と増幅器４とのＹＡＧロッド９，１５における有効媒質断面積を同一にすれば良いが、そのためには、共振器２と増幅器４との軸線を高い機械精度で設定する必要がある。これは、かなり高い精度でなければならず、実用的な機械精度（例えば２／１０００ｍｍ）で装置を製作すると、共振器２と増幅器４のアパーチャ１２，１８における小孔１１，１７の有効径を同一とした場合、増幅器４においてはレーザ光３の光軸は増幅器４におけるＹＡＧロッド１５の軸線に対し若干ずれ、ＹＡＧロッド１５の熱レンズ効果に基づく異常発熱の問題は避けられない。
【００１５】
一方、逆に増幅器４側でアパーチャ１８を設けない場合には、レーザ光３の光軸の乱れが大きくなる危険性を回避することができず、このため、Ｏリング等の装置構成品を熱により損傷する虞れが高くなり、又光ファイバ等の伝送光学系にも異常発熱を生じさせる虞れがある。
【００１６】
本発明は、レーザビームモードは共振器内で決定され、増幅器側では、レーザビームモードをただ単に増幅するのみであるという特質に着目してなしたものであり、大出力のレーザ装置においてエネルギ効率を高くした場合に、レーザ光の光軸位置の管理を容易に行い得るようにして増幅器でのレーザ光の光軸の位置制御が精密でない場合でも、装置に異常な発熱が生じるのを防止し、又、増幅器で生じる虞れのあるビームモードの乱れを押え得るようにすることを目的としてなしたものである。
【００１７】
本発明のレーザ装置は、レーザ光を発生させて共振させる共振器と、該共振器に対し直列に配列され且つ共振器からのレーザ光を増幅するための増幅器とを備え、
共振器は、レーザ光の進行方向に対し所定の間隔を置いて配置された共振用の一対のレーザミラーと、該一対のレーザミラーの間に配設されると共に内部にレーザロッドが収納されたキャビティと、該キャビティの入口側及び出口側のうち少なくとも何れか一方に設けられた小孔を有する第一のレーザビームモード調整機構とを備え、
増幅器は、内部にレーザロッドが収納されたキャビティと、該キャビティの入口側及び出口側のうち少なくとも何れか一方に設けられた小孔を有する第二のレーザビームモード調整機構とを備え、
第二のレーザビームモード調整機構の小孔の直径を、共振器から出力されたレーザ光の増幅器側への伝送により生ずるレーザ光のずれ量と増幅器自体の位置ずれ量の予測量だけ、第一のレーザビームモード調整機構の小孔の直径よりも大きくした
ものである。
【００１９】
本発明においては、レーザ光は増幅器のレーザビームモード調整機構における小孔を通過する際に、レーザビームモード調整機構において余分に切取られることがなく、又増幅器での光軸制御がラフなため増幅器から出力された後にレーザ光の光軸位置が異常になる場合でも、増幅器内で発熱が生じることを防止でき、更には、増幅器におけるレーザ光の管理を無理なく行うことができると共に発熱を回避しつつ適切な精度で増幅器に対する光軸の位置を調整できるため、増幅器により引き起こされるレーザビームモードの乱れをも制御することができ、更に又、レーザ光の光軸の乱れを押えることで、レーザ光は共振器におけるビーム特性を維持したまま容易に増幅器内を通過することができ、従って、エネルギ効率も更に向上するという相乗効果が期待できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２１】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、レーザ装置１自体は図３に示すものと同一構成であるが、本図示例の特徴とするところは、図１及び図２に示すように、共振器２のアパーチャ１２における小孔１１の直径Ｄ１よりも、増幅器４のアパーチャ１８における小孔１７の直径Ｄ２を大きくした点にある。
【００２２】
すなわち、アパーチャ１２における小孔１１の直径Ｄ１は図４に示す従来の場合と同一径であるが、アパーチャ１８における小孔１７の直径Ｄ２は、小孔１１の直径Ｄ１よりも機械精度によるずれを許容する分だけ若干大きく形成されている。
【００２３】
具体的には、共振器２において、一つのキャビティ１０の下流側にあるアパーチャ１２と、隣り合う他のキャビティ１０の上流側にあるアパーチャ１２との間におけるレーザ光３の直径を３．０ｍｍとすると、レーザ光３は小孔１１の位置で若干拡がるため、小孔１１の直径Ｄ１は３．２ｍｍとする。
【００２４】
又、増幅器４においては、アパーチャ１８の小孔１７の直径Ｄ２は、小孔１１よりも若干大きく、３．４ｍｍ程度とする。このようにするのは、共振器２から出力されたレーザ光３の増幅器４側への伝送により生ずるレーザ光３のずれ量と増幅器４自体の位置ずれ量の予測量が±０．１ｍｍとなるためである。
【００２５】
上述のように、アパーチャ１８における小孔１７の直径Ｄ２をアパーチャ１２における小孔１１の直径Ｄ１よりも若干大きくすることにより、レーザ光３は増幅器４のアパーチャ１８における小孔１７を通過する際に、小孔１７の縁部に干渉することによりアパーチャ１８において余分に切取られることがなく、又、増幅器４での光軸制御がラフなため増幅器４から出力後にレーザ光３の光軸位置が異常になる場合でも、増幅器４内で発熱が生じることを防止できる。
【００２６】
更に、増幅器４におけるレーザ光３の管理を無理なく行うことができると共に発熱を回避しつつ適切な精度で増幅器４に対する光軸の位置を調整できるため、増幅器４により引き起こされるレーザビームモードの乱れをも制御することができ、このように、レーザ光３の光軸の乱れを押えることで、レーザ光３は共振器２におけるビーム特性を維持したまま容易に増幅器４内を通過することができ、従って、エネルギ効率も更に向上するという相乗効果が期待できる。
【００２７】
なお、本発明のレーザ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１に記載のレーザ装置においては、増幅器のレーザビームモード調整機構における小孔の直径を、共振器から出力されたレーザ光の増幅器側への伝送により生ずるレーザ光のずれ量と増幅器自体の位置ずれ量の予測量だけ、共振器のレーザビームモード調整機構における小孔の直径よりも大きくすることにより、
Ｉ）レーザ光は増幅器のレーザビームモード調整機構における小孔を通過する際に、レーザビームモード調整機構において余分に切取られることがない、
ＩＩ）増幅器での光軸制御がラフなため増幅器から出力後にレーザ光の光軸位置が異常になる場合でも、増幅器内で発熱が生じることを防止できる、
ＩＩＩ）増幅器におけるレーザ光の管理を無理なく行うことができると共に発熱を回避しつつ適切な精度で増幅器に対する光軸の位置を調整できるため、増幅器により引き起こされるビームモードの乱れをも制御することができる、
ＩＶ）レーザ光の光軸の乱れを押えることで、レーザ光は共振器におけるビーム特性を維持したまま容易に増幅器内を通過することができ、従って、エネルギ効率も更に向上するという相乗効果が期待できる、
等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ装置に使用する共振器におけるアパーチャの概要を示す断面図である。
【図２】本発明のレーザ装置に使用する増幅器におけるアパーチャの概要を示す断面図である。
【図３】レーザ装置の概要を説明するための配置図である。
【図４】共振器及び増幅器に使用するＹＡＧロッドとアパーチャとの部分の拡大図である。
【符号の説明】
１  レーザ発振装置
２  共振器
３  レーザ光
４  増幅器
７  レーザミラー
８  レーザミラー
９  ＹＡＧロッド（レーザロッド）
１０  キャビティ
１１  小孔
１２  アパーチャ（レーザビームモード調整機構）
１５  ＹＡＧロッド（レーザロッド）
１６  キャビティ
１７  小孔
１８  アパーチャ（レーザビームモード調整機構）
Ｄ１  直径
Ｄ２  直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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