(57)【要約】【課題】レーザ発振効率の更なる改善と第２高調波レーザ光の高出力化を実現し、グリーンレーザの加工能力を向上させる。【解決手段】このレーザ加工装置のレーザ発振部１０は、一対の終端ミラー１２，１４の間の直線的な光路上に、１／４波長板１６、活性媒質１８、高調波分離出力ミラー２０、収束レンズ２２、非線形光学結晶（波長変換結晶）２４が所定の距離間隔を空けて一列に配置している。光学レンズ２２は、その焦点ｆが第１終端ミラー１４の反射面１４ａ付近に設定されており、第１終端ミラー１４の反射面１４ａから非線形光学結晶２４を挟んで焦点距離Ｄfにほぼ等しい距離を隔てて光共振器の光路上に配置されている。【選択図】  図１
2009253068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に相対向して配置された第１および第２の終端ミラーを有する光共振器と、
前記光共振器の光路上に配置された活性媒質と、
基本周波数の基本波レーザ光を生成するために前記活性媒体をポンピングする励起部と、
タイプIIの位相整合にカットされ、前記基本波レーザ光のＮ倍（Ｎは２以上の整数）の周波数を有する高調波のレーザ光を生成するために前記第１の終端ミラー寄りで前記光共振器の光路上に配置された非線形光学結晶と、
その焦点が前記第１の終端ミラーの反射面付近に位置するように、前記第１の終端ミラーから前記非線形光学結晶を間に挟んで焦点距離に略等しい距離を隔てて前記光共振器の光路上に配置された光学レンズと、
前記光共振器の光路上で前記活性媒質と前記第２の終端ミラーとの間に配置された１／４波長板と、
前記高調波レーザ光を前記光共振器の外に取り出すために前記光共振器の光路上に配置された高調波分離出力ミラーと
を有するレーザ発振器。
【請求項２】
前記光学レンズが、前記活性媒質側から略平行光で伝播してきた前記基本波レーザ光を収束させながら前記非線形光学結晶を通過させて前記焦点に集め、前記第１の終端ミラーで反射して放射状に広がりながら前記非線形光学結晶を通過して伝播してきた前記基本波レーザ光を平行光にコリメートする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記高調波分離出力ミラーが、前記活性媒質と前記光学レンズとの間に前記光共振器の光路に対して所定角度斜めに傾いて配置される請求項１または請求項２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記光学レンズの焦点が、前記第１の終端ミラーの反射面から前記光学レンズ側に向かって５ｍｍ以内の距離を隔てた位置に設定される請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記光学レンズの焦点が、前記第１の終端ミラーの反射面から前記光学レンズ側に向かって約２ｍｍの距離を隔てた位置に設定される請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ発振器と、
前記レーザ発振器の前記高調波分離出力ミラーより取り出された前記高調波レーザ光を被加工物に向けて収束照射するレーザ出射部と
を有するレーザ加工装置。
【請求項７】
前記高調波分離出力ミラーより取り出された前記高調波レーザ光の光路を所定の反射角で折り曲げる折り返しミラーと、
前記折り返しミラーからの前記高調波レーザ光を前記レーザ出射部まで伝送するための光ファイバと、
前記折り返しミラーと前記光ファイバとの間に配置され、前記折り返しミラーからの前記高調波レーザ光を前記光ファイバの入射端面に集光入射させる入射ユニットと、
前記折り返しミラーにおける前記高調波レーザ光の反射方向を調節するための折り返し角度調節機構と
を有する請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記励起部が、
前記活性媒質を光学的にポンピングするための励起光を発生する励起光発生部と、
前記励起光発生部に前記励起光を発生するための電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ電源部より前記励起光発生部に供給される電力を制御するための制御部と
を有する請求項６または請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記レーザ電源部が、直流電力を出力する直流電源部と、前記直流電源部と前記励起光発生部との間に接続されたスイッチング素子とを有し、所定のパルス期間中に前記スイッチング素子を高周波数でスイッチング動作させてパルス波形の電力を前記励起光発生部に供給する請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記高調波レーザ光のレーザ出力を測定する高調波レーザ出力測定部と、
前記高調波レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が所定の基準値または基準波形に倣うように前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御部と
を有する請求項９に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高調波レーザ光をレーザ加工に用いるレーザ加工装置に係り、特に光共振器内で基本波レーザ光から高調波レーザ光を生成するレーザ発振器およびこれを有するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＹＡＧ基本波に対してＮ倍（Ｎは２以上の整数）の周波数を有する高調波レーザを用いた加工が注目されている。例えば、ＹＡＧ基本波（１０６４ｎｍ）の波長を半分（５３２ｎｍ）にした第２高調波の可視光レーザ（グリーンレーザ）が、銅・金類の金属加工用途に普及してきている。ＹＡＧ第２高調波レーザ光は、銅や金に対して吸収率が良く、銅系あるいは金系の被加工物を基本波レーザ光の４．５倍〜２０倍の吸収率でレーザ加工することができる。
【０００３】
本出願人は、特許文献１において、光共振器内の光路上に活性媒質と非線形光学結晶（ＫＴＰ結晶）とを一列に配置して、活性媒質を光学的にポンピングして基本波レーザ光を生成し、この基本波レーザ光を非線形光学結晶に入射して（光学的に結合させて）レーザ光を生成するレーザ溶接装置を開示している。このレーザ溶接装置は、第２高調波レーザ光の出力を基準値または基準波形に倣わせるためのパワーフィードバック制御機構を有しており、光共振器内の各部に多少の経時劣化や光学的アライメントのずれが生じてもパワーフィードバック制御機構の働きにより、所期のレーザパワーで第２高調波レーザ光を被加工物に照射できるようにしている。
【０００４】
また、本出願人は、特許文献２において、基本波レーザ光を非線形光学結晶の一端面に収束入射させる光学レンズを光共振器内に配置した高調波レーザ装置を開示している。この高調波レーザ装置は、レーザビームの発散性を補償して基本波から第２高調波への変換効率を増大させるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２０９９６５
【特許文献２】特開２００４−２１４６７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したような特許文献１および特許文献２の技術を採用する従来のレーザ加工装置は、グリーンレーザによる銅・金類のレーザ加工アプリケーションを大いに拡大発展させているが、それでもレーザ出力の面で未だ課題があり、特に投入電力の低い単発発振を行った場合に発振効率が低くなり、精密溶接分野等で高出力化を求められていた。
【０００６】
また、活性媒質のＹＡＧロッドが、光学的に励起されている間（レーザ発振中）は熱膨張して、いわゆる熱レンズ効果によって凸レンズの作用を奏し、基本波レーザ光の出力を不安定にし、ひいては第２高調波レーザ光の出力も不安定にする。この種のレーザ出力変動は、レーザ出力の低下に対してレーザ出力を上げると、熱レンズ効果の影響が大きくなるため、パワーフィードバック制御機構によっても補償するのが難しかった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、レーザ発振効率の更なる改善と高調波レーザ光の高出力化を実現して加工能力を向上させるレーザ発振器およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のレーザ発振器は、光学的に相対向して配置された第１および第２の終端ミラーを有する光共振器と、前記光共振器の光路上に配置された活性媒質と、基本周波数の基本波レーザ光を生成するために前記活性媒体をポンピングする励起部と、タイプIIの位相整合にカットされ、前記基本波レーザ光のＮ倍（Ｎは２以上の整数）の周波数を有する高調波のレーザ光を生成するために前記第１の終端ミラー寄りで前記光共振器の光路上に配置された非線形光学結晶と、その焦点が前記第１の終端ミラーの反射面付近に位置するように、前記第１の終端ミラーから前記非線形光学結晶を間に挟んで焦点距離に略等しい距離を隔てて前記光共振器の光路上に配置された光学レンズと、前記光共振器の光路上で前記活性媒質と前記第２の終端ミラーとの間に配置された１／４波長板と、前記高調波レーザ光を前記光共振器の外に取り出すために前記光共振器の光路上に配置された高調波分離出力ミラーとを有する。
【０００９】
本発明において、高調波レーザ光とは、例えば第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長２６６ｎｍ）またはそれ以上の周波数を有したレーザ光のことである。
【００１０】
上記の装置構成においては、光共振器内に１／４波長板を設けることにより、タイプIIの位相整合にカットされた非線形光学結晶に対して常光・異常光のパワー比を安定化させることができる。さらに、光学レンズの焦点を第１終端ミラーの反射面付近に設定し、第１終端ミラーの反射面から非線形光学結晶を挟んで焦点距離にほぼ等しい距離を隔てて光学レンズを配置することにより、光共振器の基本モードに非線形光学結晶を光学的に結合させると同時に、第１終端ミラーの反射面における基本波長の光ビームの散乱損失を防止し、基本波長の光ビームを光共振器内により十全に閉じ込めて、基本波の増幅率を向上させ、ひいてはレーザ変換効率を向上させることができる。このように、光共振器内に１／４波長板を設けたことと、基本モードと非線形光学結晶との光学的な結合を強めるための光学レンズの焦点を第１の終端ミラーの反射面付近に設定したこととの相乗効果により、従来に比べて格段に高出力の高調波レーザ光を生成することができる。
【００１１】
本発明の好適な一態様においては、光学レンズが、活性媒質側から略平行光で伝播してきた基本波レーザ光を収束させながら非線形光学結晶を通過させて焦点に集め、第１の終端ミラーで反射して放射状に広がりながら非線形光学結晶を通過して伝播してきた基本波レーザ光を平行光にコリメートする。
【００１２】
好適な一態様においては、光学レンズの焦点が、第１の終端ミラーの反射面から光学レンズ側に向かって５ｍｍ以内（より好ましくは約２ｍｍ）の距離を隔てた位置に設定される。このように光学レンズの焦点位置を第１の終端ミラーの反射面から光学レンズ側に適度にずらすことによって、基本波レーザ光のエネルギーで光学レンズが焼損する不所望な現象を確実に防止することができる。
【００１３】
別の好適な一態様においては、高調波分離出力ミラーが、活性媒質と光学レンズとの間に光共振器の光路に対して所定角度斜めに傾いて配置される。本発明における光共振器は、高調波分離出力ミラーと両終端ミラーとを一直線上に配置する直線型配置構成はもちろん、それら３つのミラーを三角形の各頂点位置に配置する三角型配置構成も採り得る。なお、直線型配置構成における高調波分離出力ミラーは、高調波に対してＨＲ（High Reflectio：高反射）であり、基本波に対してＡＲ（Anti Reflection：透過）である。
【００１４】
本発明のレーザ加工装置は、本発明のレーザ発振器と、前記レーザ発振器の前記高調波分離出力ミラーより取り出された前記高調波レーザ光を被加工物に向けて収束照射するレーザ出射部とを有する。
【００１５】
本発明のレーザ加工装置は、本発明のレーザ発振器を有することにより、高出力の高調波レーザ光を用いるレーザ加工の能力を大きく向上させることができる。
【００１６】
好適な一態様においては、前記高調波分離出力ミラーより取り出された前記高調波レーザ光の光路を所定の反射角で折り曲げる折り返しミラーと、前記折り返しミラーからの前記高調波レーザ光を前記レーザ出射部まで伝送するための光ファイバと、前記折り返しミラーと前記光ファイバとの間に配置され、前記折り返しミラーからの前記高調波レーザ光を前記光ファイバの入射端面に集光入射させる入射ユニットと、前記折り返しミラーにおける前記高調波レーザ光の反射方向を調節するための折り返し角度調節機構とが更に備えられる。
【００１７】
別の好適な一態様においては、励起部が、活性媒質を光学的にポンピングするための励起光を発生する励起光発生部と、この励起光発生部に励起光を発生するための電力を供給するレーザ電源部と、このレーザ電源部より励起光発生部に供給される電力を制御するための制御部とを有する。この場合、パルスレーザを発振出力するときは、レーザ電源部が、直流電力を出力する直流電源部と、この直流電源部と励起光発生部との間に接続されたスイッチング素子とを有し、パルス期間中にスイッチング素子を高周波数でスイッチング動作させてパルス波形の電力を励起光発生部に供給してよい。
【００１８】
また、高調波レーザ光のレーザ出力を測定する高調波レーザ出力測定部と、レーザ出力測定値が基準値または基準波形に倣うように該スイッチング素子をスイッチング制御する制御部とを有するパワーフィードバック制御機構を備えることができる。この場合、上記のように１／４波長板の働きで基本波長の光ビームの固有偏光（Ｓ波／Ｐ波）間の位相差および常光・異常光のパワー比が安定化するので、リニアなパワーフィードバック制御を行え、高調波レーザ光の出力をより安定かつ精確に基準値または基準波形に倣わせることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザ発振器によれば、上記のような構成および作用により、レーザ発振効率の更なる改善と高調波レーザ光の高出力化を実現することができる。また、本発明のレーザ発振器によれば、上記のような構成および作用により、高調波レーザ光の加工能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２１】
図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す。このレーザ加工装置は、ロングパルス（１０μｓ以上、典型的には１〜３ｍｓ）のグリーンレーザ光（波長５３２ｎｍの第２高調波）によって主に銅・金の被加工物Ｗに所望のレーザ加工（たとえばレーザ溶接）を施すグリーンレーザ加工機として構成されている。
【００２２】
このレーザ加工装置のレーザ発振器１０においては、一対の終端ミラー１２，１４の間の直線的な光路上に、図の左から右に向かって１／４波長板１６、活性媒質１８、高調波分離出力ミラー２０、収束レンズ２２、非線形光学結晶（波長変換結晶）２４が所定の距離間隔を空けて一列に配置されている。なお、別のレイアウトとして、１／４波長板と活性媒質との間に折り返しミラーを配置し、光共振器内の光路を曲げた構成としてもよい。
【００２３】
両終端ミラー１２，１４は互いに向かい合って光共振器を構成している。図の左側の第２終端ミラー１２の反射面１２ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。図の右側の第１終端ミラー１４の反射面１４ａには、基本波長（１０６４ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされるとともに、第２高調波（５３２ｎｍ）に対して反射性の膜がコーティングされている。
【００２４】
なお、両終端ミラー１２，１４の反射面１２ａ，１４ａはそれぞれ適当な曲率半径を有する凹面に形成されている、一例として、第１終端ミラー１４の反射面１４ａは約９０００ｍｍの曲率半径を有し、第２終端ミラー１２の反射面１２ａは約５０００ｍｍの曲率半径を有している。
【００２５】
活性媒質１８は、たとえばＮｄ：ＹＡＧロッドからなり、第２終端ミラー１２寄りに配置され、電気光学励起部２６によって光学的にポンピングされる。電気光学励起部２６は、ＹＡＧロッド１６に向けて励起光を発生するための励起光源（たとえば励起ランプあるいはレーザダイオード）を有し、この励起光源をレーザ電源部２８からの励起電流で点灯駆動することにより、活性媒質１８を持続的または断続的にポンピングする。なお、レーザ電源部２８は制御部３０の下で電気光学励起部２６を発光駆動する。こうして活性媒質１８で生成される基本波長（１０６４ｎｍ）の光ビームＬＡは、両終端ミラー１２，１４の間に閉じ込められて増幅される。
【００２６】
第２終端ミラー１２と活性媒質１８との間に配置されている１／４波長板１６は、複屈折結晶素子からなり、基本波レーザ光ＬＡがこの結晶を通過する際に２つの固有偏光（Ｓ波／Ｐ波）の間に一定の位相差を与え、ひいては非線形光学結晶２４に対して常光・異常光のパワー比を一定に保つように作用する。
【００２７】
非線形光学結晶２４は、タイプIIの位相整合にカットされた、たとえばＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4 ）結晶あるいはＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）結晶等からなり、第１終端ミラー１４寄りに配置され、この光共振器で励起された基本モードに光学的に結合され、基本波長との非線形光学作用により第２高調波（５３２ｎｍ）の光ビームＳＨＧを光共振器の光路上に生成する。
【００２８】
光学レンズ２２は、非線形光学結晶２４に入射する基本波長の光ビームＬＡのパワー密度を増大させるためのものであり、その両面に基本波長および第２高調波のいずれに対しても高透過性の誘電体膜をコーティングした平凸レンズからなる。図２に示すように、光学レンズ２２の焦点ｆは第１終端ミラー１４の反射面１４ａ付近（後述するように、好ましくは反射面１４ａから光学レンズ２２側に一定距離以内でずれた位置に）設定されており、第１終端ミラー１４の反射面１４ａから非線形光学結晶２４を挟んで焦点距離Ｄfにほぼ等しい距離を隔てて光共振器の光路上に配置されている。
【００２９】
図１に戻って、第１終端ミラー１２あるいは活性媒質１８側から図の右方向に伝播してきた基本波長の光ビームＬＡは、図２に示すように、光学レンズ２２を透過した後は、収束しながら非線形光学結晶２４を通過し（これによって非線形光学結晶２４が基本モードに光学的に結合し）、焦点ｆの位置つまり第１終端ミラー１４の反射面１４ａ付近に集光するようになっている。そして、第１終端ミラー１４の反射面１４ａで反射した基本波長の光ビームＬＡは、放射状に広がりながら非線形光学結晶２４を通過し（これによって非線形光学結晶２４が基本モードに光学的に結合し）、収束レンズ２２で平行光にコリメートされて、活性媒質１８側に戻るようになっている。
【００３０】
また、図１において、非線形光学結晶２４より図の右側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、第１終端ミラー１４の反射面１４ａで反射して反対方向（図の左方向）に戻され、非線形光学結晶２４を通り抜ける。波長変換結晶４２より図の左側に出た第２高調波の光ビームＳＨＧは、光共振器の光路または光軸に対して所定の角度（たとえば４５°）で斜めに配置されている高調波分離出力ミラー２０に入射する。
【００３１】
高調波分離出力ミラー２０は、ガラス基板からなり、その主面２０ａに基本波長に対して透過性の膜をコーティングし、第２高調波に対して反射性の膜をコーティングしている。これにより、光共振器内で、基本波長の光ビームＬＡは高調波分離出力ミラー２０を双方向で透過する。また、第２高調波の光ビームＳＨＧは、非線形光学結晶２４側から高調波分離出力ミラー２０に入射し、そこで所定の方向（図の下方）に反射して、光共振器の光路から分離出力されるようになっている。高調波分離出力ミラー４６より光共振器の外に取り出された第２高調波の光ビームＳＨＧは、レーザ伝送系たとえばベントミラー（折り返しミラー）３２を介してレーザ出射部３４へ送られ、レーザ出射部３４より被加工物Ｗに向けて収束照射される。なお、レーザ伝送系は任意の構成を採ることが可能であり、たとえば光ファイバ伝送系を使用してもよい。
【００３２】
好ましい一態様として、この光ファイバ伝送系は、高調波分離出力ミラー２０より取り出された第２高調波レーザ光ＳＨＧの光路を所定の反射角で折り曲げる折り返しミラー３２と、この折り返しミラー３２からの第２高調波レーザ光ＳＨＧをレーザ出射部（図示せず）まで伝送するための光ファイバ（図示せず）と、折り返しミラー３２と該伝送用光ファイバとの間に配置され、折り返しミラー３２からの第２高調波レーザ光ＳＨＧを伝送用光ファイバの入射端面に集光入射させる入射ユニット（図示せず）と、折り返しミラー３２における第２高調波レーザ光ＳＨＧの反射方向を調節するための折り返し角度調節機構（図示せず）とで構成されてよい。
【００３３】
また、図示省略するが、多点同時加工またはマルチポジション加工を可能とするために、ビームスプリッタおよび複数の入射ユニット、複数の伝送用光ファイバおよび複数のレーザ出射ユニットを備えるレーザ多分岐システムの構成を採ることも可能である。
【００３４】
このレーザ加工装置では、第２高調波の光ビームＳＨＧについてパワーフィードバック制御を行うために、ベントミラー３２の背後に漏れたＹＡＧ第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧの漏れ光ＭSHG を受光する光電変換素子としてフォトセンサ３６が配置されている。レーザ出力測定回路３８は、フォトセンサ３６の出力信号を基に第２高調波パルスレーザ光ＳＨＧのレーザ出力測定値を表す電気信号（レーザ出力測定値信号）を生成する。制御部３０は、レーザ出力測定回路３８からのレーザ出力測定値信号を設定部４０からの基準値または基準波形と比較し、比較誤差に応じてたとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の制御信号を生成する。レーザ電源部２８は、制御部３０からの制御信号に応じてスイッチング素子をスイッチング動作させ、電気光学励起部２６に供給する励起電流のパルス幅および電流値を制御する。
【００３５】
このレーザ加工装置における主たる特徴は、レーザ発振器１０において、光共振器内に１／４波長板１６を設けるとともに、光共振器の基本モードに対する非線形光学結晶２４の光学的結合度を高めるための光学レンズ２２の焦点ｆを第１終端ミラー１４の反射面１４ａ付近に設定している構成にある。
【００３６】
上述したように、光共振器内に１／４波長板１６を設けることによって、非線形光学結晶２４に対して常光・異常光のパワー比を安定化させることができる。これにより、リニアなパワーフィードバック制御が可能になり、第２高調波の光ビームＳＨＧの出力をより安定かつ精確に基準値または基準波形に倣わせることができる。
【００３７】
また、光学レンズ２２の焦点ｆを第１終端ミラー１４の反射面１４ａ付近に設定し、第１終端ミラー１４の反射面１４ａから非線形光学結晶２４を挟んで焦点距離Ｄfにほぼ等しい距離を隔てて光学レンズ２２を配置することで、光共振器の基本モードに非線形光学結晶２４を光学的に結合させると同時に、第１終端ミラー１４の反射面１４ａにおける基本波長の光ビームＬＡの散乱損失を防止し、基本波長の光ビームＬＡを光共振器内により十全に閉じ込めて、増幅率ひいては変換効率を向上させることができる。
【００３８】
光学レンズ２２の焦点ｆは、第１終端ミラー１４の反射面１４ａから光学レンズ２２側に向かって５ｍｍ以内（より好ましく約２ｍｍ）の距離を隔てた位置に設定されるのが好ましい。このように光学レンズ２２の焦点ｆの位置を第１の終端ミラー１４の反射面１４ａから光学レンズ２２側に適度にずらすことによって、基本波レーザ光ＬＡのエネルギーで光学レンズ２２が焼損する不所望な現象を確実に防止することができる。
【００３９】
なお、この種の光共振器においては、概して、光学レンズ２２の焦点ｆは経時的に光学レンズ２２側に移動する傾向がある。このため、光学レンズ２２の焦点ｆを第１終端ミラー１４の反射面１４ａよりも遠くにずらすと、経時変化によって焦点ｆが反射面１４ａの位置に来た時に反射面１４ａが焼損してしまう虞がある。
【００４０】
参考例として、従来の技法にしたがえば、図３に示すように、光学レンズ２２'の焦点ｆ'が非線形光学結晶２４'の対向面（図の左側端面）付近に設定される。つまり、非線形光学結晶２４'の対向面から焦点距離Ｄf'に等しい距離を隔てた位置に光学レンズ２２'が配置される。かかる構成において、活性媒質（図示せず）側から図の右方向に伝播してきた基本波長の光ビームＬＡ'は、光学レンズ２２'を透過してから収束して非線形光学結晶２４の対向面付近の焦点ｆ'に集まる。そして、基本波長の光ビームＬＡ'は、この焦点ｆ'を通り過ぎると、放射状に広がりながら右方向に伝播して第１終端ミラー１４'の反射面１４ａ'に相当広い面積のスポットで入射する。ここで、反射面１４ａ'に入射してそこで反射した戻り光のうち、入射角または反射角が所定値を超えるものは、光共振器の光路から大きく外側に放射状に逸れてしまい、非線形光学結晶２４'を通らなかったり、あるいは光学レンズ２２'に入射しなかったりする。このため、変換効率ないし発振効率の低下を来たしていた。
【００４１】
図４および図５に、この実施形態のレーザ加工装置において得られる時間−レーザパワー特性および励起電流−発振効率特性を比較例と対比して示す。ここで、比較例は、図１のレーザ発振器１０において、光共振器から１／４波長板１６を取り除くとともに、光学レンズ２２の焦点ｆを従来（図３）のように非線形光学結晶２４の対向面付近に設定した場合である。
【００４２】
図４は、レーザ電源部２８より電気光学励起部２６に供給する励起電流の電流値を３００Ａに設定し、パルス幅１msecのロングパルスを８ｐｐｓの繰り返し周波数で繰り返し発振を行わせた実験で得られた第２高調波レーザ光ＳＨＧのレーザパワー特性を示す。図示のように、比較例では、発振開始時に４Ｗ付近まで上昇するものの直ぐに３Ｗ以下まで下がる。これに対して、実施例では、発振開始時に７Ｗ付近まで上昇してその後も同レベルに安定化し、比較例に比して２倍以上のレーザ出力を達成できている。
【００４３】
図５は、パルス幅１msecのロングパルスの単発発振を行わせた実験で得られた励起電流−発振効率の特性を棒グラフで示す。横軸の励起電流は投入電力に置き換えることができる。図示のように、発振効率においても、投入電力の全領域で実施例は比較例を大きく上回っており、特に低投入電力の領域で大幅な改善が得られた。この改善点は、精密加工のアプリケーションでは大なる利点になる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００４５】
たとえば、上記した実施形態における光共振器は、３つのミラー１２、２０，１４その他の光学部品を一直線上に配置する直線型であったが、３つのミラー１２、２０，１４を三角形の各頂点に配置する三角型または折り返し型の構成に変形することも可能である。
【００４６】
また、上記の実施形態では、レーザ発振器より出力する高調波レーザ光を第２高調波のグリーンレーザとしている。これに代えて、例えば第３高調波（波長２６６ｎｍ）またはそれ以上の高次の周波数を有したレーザ光を出力するレーザ発振器に本発明を適用することもできる。
【００４７】
また、本発明のレーザ加工装置は、レーザ溶接に限るものではなく、レーサマーキング、穴あけ、切断等の他のレーザ加工にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態における光共振器内の光学レンズの配置構成および作用を示す図である。
【図３】比較例における光共振器内の光学レンズの配置構成および作用を示す図である。
【図４】実施形態のレーザ加工装置において得られる時間−レーザパワー特性を示す図である。
【図５】実施形態のレーザ加工装置において得られる励起電流−発振効率特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    レーザ発振器
１２    第２終端ミラー
１４    第１終端ミラー
１６    １／４波長板
１８    活性媒体
２０    高周波分離出力ミラー
２２    光学レンズ
２４    非線形光学結晶
２６    電気光学励起部
２８    レーザ電源部
３０    制御部
３４    レーザ出射部
３６    光電変換素子
３８    レーザ出力測定回路
４０    設定部
【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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