激光振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種通過(guò)放電管激勵(lì)激光氣體來(lái)使激光振蕩的激光振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002]—般來(lái)講，模次數(shù)越低維化則從激光振蕩器輸出的激光光束的質(zhì)量(聚光性)越高。公知一種考慮這一點(diǎn)來(lái)抑制高次模的激光振蕩、以低次模進(jìn)行激光振蕩的激光振蕩器。例如在日本專(zhuān)利第3313623號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)2013-247260號(hào)公報(bào)以及日本特開(kāi)2009-94161號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了這樣的激光振蕩器。在這些專(zhuān)利文獻(xiàn)所記載的激光振蕩器中，在輸出鏡與后鏡之間配置有孔構(gòu)件(aperture)。激光振蕩器通過(guò)孔構(gòu)件來(lái)限制激光的直徑，由此抑制高次模的激光振蕩，并且抑制散射光的產(chǎn)生。
[0003]然而，上述的專(zhuān)利文獻(xiàn)所記載的激光振蕩器由于具有孔構(gòu)件，因此存在如下問(wèn)題:不僅結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且孔構(gòu)件吸收激光而導(dǎo)致激光輸出下降。
[0004]對(duì)此，在日本特開(kāi)平2-166778號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了在輸出鏡、后鏡的表面實(shí)施涂覆來(lái)只使低次模的激光進(jìn)行振蕩的激光振蕩器。在該激光振蕩器中，在輸出鏡的徑向中心部實(shí)施半透過(guò)膜的涂覆，在其周邊部實(shí)施無(wú)反射膜的涂覆。然而，在該激光振蕩器中，由于在輸出鏡的周邊部進(jìn)行無(wú)反射膜的涂覆，因此難以抑制散射光的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]作為本發(fā)明的一個(gè)方式的激光振蕩器具備:放電管，其具有激勵(lì)激光氣體的放電空間；以及分別配置在放電管的兩側(cè)的輸出鏡和后鏡。在輸出鏡的面對(duì)放電空間的表面上，在包括徑向的中央部的第一區(qū)域中涂布有具有第一反射率的第一涂覆材料，在第一區(qū)域的周?chē)牡诙^(qū)域中涂布有具有比第一反射率高的第二反射率的第二涂覆材料。
【附圖說(shuō)明】
[0006]本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)通過(guò)與附圖相關(guān)聯(lián)的以下的實(shí)施方式的說(shuō)明會(huì)變得更明確。在該附圖中，
[0007]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光振蕩器的整體結(jié)構(gòu)的圖，
[0008]圖2是圖1的輸出鏡的第一面的主視圖，
[0009]圖3是圖1的后鏡的第一面的主視圖，
[0010]圖4是表示后鏡與傳感器的位置關(guān)系的、圖1的主要部分截面圖，
[0011 ]圖5是表示圖3的變形例的圖，
[0012]圖6是表示圖3的其它變形例的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面，參照?qǐng)D1至圖6來(lái)說(shuō)明基于本發(fā)明的激光振蕩器100的實(shí)施方式。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光振蕩器100的整體結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式所涉及的激光振蕩器100是以激光氣體為介質(zhì)來(lái)通過(guò)放電管激勵(lì)激光氣體的高輸出二氧化碳?xì)怏w激光振蕩器。
[0014]如圖1所示，激光振蕩器100具有:供激光氣體循環(huán)的氣體流路1 ;與氣體流路1連通的放電管2 ;隔著放電管2配置在放電管2的兩側(cè)的輸出鏡3和后鏡4 ;對(duì)放電管2的電極5、6施加電壓(放電管電壓)的電源部7 ;檢測(cè)激光輸出的傳感器8 ;冷卻激光氣體的熱交換器9、10 ;以及使激光氣體沿氣體流路1如箭頭所示那樣循環(huán)的送風(fēng)機(jī)11。
[0015]放電管2具有截面形狀為圓形的圓筒形狀。放電管2的軸線(xiàn)CL穿過(guò)截面形狀的圓的中心。軸線(xiàn)CL沿放電管2的長(zhǎng)邊方向延伸。在放電管2的內(nèi)部形成有放電空間12。輸出鏡3的平面形狀為以軸線(xiàn)CL為中心的圓形。另外，后鏡4的平面形狀為以軸線(xiàn)CL為中心的圓形。輸出鏡3和后鏡4的平面形狀的圓的外徑比放電管2的內(nèi)徑D0大。輸出鏡3具有面對(duì)放電空間12的第一面31以及與該第一面31相反的一側(cè)的第二面32，后鏡4具有面對(duì)放電空間的第一面41以及與該第一面41相反的一側(cè)的第二面42。輸出鏡3的第一面31和后鏡4的第一面41分別形成為凹狀，分別具有規(guī)定的曲率半徑。輸出鏡3的第二面32為具有規(guī)定的曲率半徑的凸面或者平坦面，后鏡4的第二面42為平坦面。
[0016]在這樣的激光振蕩器100中，當(dāng)對(duì)放電管2的各電極5、6提供電力時(shí)，即當(dāng)施加放電管電壓時(shí)，在放電管2內(nèi)的放電空間12中開(kāi)始激光氣體的放電。通過(guò)該放電開(kāi)始，激光氣體被激勵(lì)而產(chǎn)生光。光在輸出鏡3與后鏡4之間發(fā)生諧振而通過(guò)受激發(fā)射被放大。被放大后的光的一部分作為激光13從輸出鏡3被取出。被取出的激光13例如被輸出到未圖示的激光加工機(jī)，來(lái)進(jìn)行工件的切斷等。
[0017]在該情況下，激光13的光束質(zhì)量(聚光性)的好壞、散射光的程度對(duì)工件的切斷能力和切斷質(zhì)量產(chǎn)生影響。在光束質(zhì)量差的情況下，在通過(guò)加工用聚光透鏡對(duì)激光進(jìn)行了聚光的情況下，由于因聚光徑?jīng)]有變得足夠小或者瑞利長(zhǎng)度短而無(wú)法進(jìn)行穩(wěn)定的加工等理由，招致切斷能力的惡化、不穩(wěn)定化。另一方面，在激光中包含較多散射光成分的情況下，當(dāng)通過(guò)加工用聚光透鏡對(duì)激光進(jìn)行聚光時(shí)，散射光成分被聚集到與主成分不同的距離處，在工件上擴(kuò)展。其結(jié)果，招致對(duì)工件的非預(yù)期的加熱，給工件的切斷面的質(zhì)量帶來(lái)壞影響。
[0018]為了使光束質(zhì)量提尚，構(gòu)成為抑制尚次t旲的激光振蕩、只以低次t旲進(jìn)彳丁激光振蕩是有效的。關(guān)于這一點(diǎn)，例如能夠構(gòu)成為在輸出鏡3與后鏡4之間配置孔構(gòu)件，通過(guò)孔構(gòu)件來(lái)限制激光的直徑。然而，在該結(jié)構(gòu)中，不僅部件個(gè)數(shù)增加使得結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，而且孔構(gòu)件吸收激光而導(dǎo)致激光輸出下降。另一方面，如果構(gòu)成為在輸出鏡3的第一面31的徑向中心部實(shí)施半透過(guò)膜的涂覆、并在其周邊部實(shí)施無(wú)反射膜的涂覆，則難以抑制散射光的產(chǎn)生。因此，在本實(shí)施方式中，為了使光束質(zhì)量提高并且抑制散射光的產(chǎn)生，如以下那樣在輸出鏡3的第一面31和后鏡4的第一面41實(shí)施涂覆。
[0019]圖2是本實(shí)施方式所涉及的輸出鏡3的第一面31的主視圖。第一面31被分割為以軸線(xiàn)CL為中心的圓形的第一區(qū)域33以及第一區(qū)域33的外側(cè)的環(huán)狀的第二區(qū)域34。第一區(qū)域33與第二區(qū)域34之間的圓形的邊界線(xiàn)35的直徑D1例如為放電管2的內(nèi)徑D0的90%以上且100%以下。在第一區(qū)域33和第二區(qū)域34中層疊具有彼此不同的反射率的涂覆材料來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。即，在第一區(qū)域33中層疊具有規(guī)定的反射率α 1的第一涂覆材料36來(lái)作為電介質(zhì)多層膜，在第二區(qū)域34中層疊具有比第一涂覆材料36的反射率α 1高的規(guī)定的反射率α 2的第二涂覆材料37來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。作為涂覆材料36、37，例如能夠使用砸化鋅和氟化釷(ZnSe、ThF)等的電介質(zhì)多層膜。
[0020]第一涂覆材料36具有適于激光振蕩的反射率α 1。根據(jù)激光振蕩器100的結(jié)構(gòu)而從20%以上且70%以下的范圍內(nèi)選定反射率α?。例如在放電管2的根數(shù)多、或者放電管2的全長(zhǎng)長(zhǎng)、或者介質(zhì)濃度高、或者諧振器長(zhǎng)度長(zhǎng)等的情況下，增益變大。因此，使用具有稍小的反射率α 1(例如20% )的第一涂覆材料36。另一方面，在放電管2的根數(shù)少、或者放電管2的全長(zhǎng)短、或者介質(zhì)濃度低、或者諧振器長(zhǎng)度短等的情況下，增益變小。因此，使用具有稍大的反射率α 1 (例如70% )的第一涂覆材料36。相對(duì)于此，第二涂覆材料37是全反射涂覆材料，具有高的反射率α 2 (例如90%以上、優(yōu)選99%以上的反射率)。
[0021]像這樣在輸出鏡3的第一面31上，在比放電管2的內(nèi)徑D0的90%以上且100%以下的直徑靠?jī)?nèi)側(cè)的區(qū)域中層疊具有20%以上且70%以下的反射率α 1的第一涂覆材料36作為電介質(zhì)多層膜，因此能夠抑制高次模的激光振蕩。而且，能夠以低次模進(jìn)行激光振蕩，從而能夠使光束質(zhì)量提高。另外，在第一涂覆材料36的周?chē)玫诙扛膊牧?7實(shí)施全反射涂覆，因此能夠防止散射光向外部透過(guò)，并且能夠使散射光通過(guò)第二涂覆材料37反射來(lái)導(dǎo)入到放電空間12，從而能夠抑制激光的輸出下降。
[0022]圖3是本實(shí)施方式所涉及的后鏡4的第一面41的主視圖。第一面41被分割為以軸線(xiàn)CL為中心的圓形的第一區(qū)域43以及第一區(qū)域43的外側(cè)的環(huán)狀的第二區(qū)域44。第一區(qū)域43與第二區(qū)域44之間的圓形的邊界線(xiàn)45的直徑D2例如為放電管2的內(nèi)徑D0的90%以上且100%以下。在第一區(qū)域43和第二區(qū)域44中層疊具有彼此不同的反射率的涂覆材料來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。即，在第一區(qū)域43中層疊具有規(guī)定的反射率α 3的第三涂覆材料46來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。在第二區(qū)域44中層疊具有比第三涂覆材料46的反射率α 3低的規(guī)定的反射率α 4的第四涂覆材料47來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。作為涂覆材料46、47，例如能夠使用砸化鋅和氟化釷(ZnSe、ThF)等的多層膜。
[0023]第三涂覆材料46例如是高反射涂覆材料，其反射率α 3例如為99.0%以上且99.9%以下。第四涂覆材料47例如是無(wú)反射涂覆材料，其反射率€(4幾乎為0。
[0024]像這樣在后鏡4的第一面41上，在比放電管2的內(nèi)徑D0的90%以上且100%以下的直徑靠?jī)?nèi)側(cè)的區(qū)域利用第三涂覆材料46實(shí)施高反射涂覆，在第三涂覆材料46的周?chē)玫谒耐扛膊牧?7實(shí)施無(wú)反射涂覆。通過(guò)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制高次模的激光振蕩，能夠使低次t旲的振蕩效率提尚。
[0025]圖4是表示后鏡4與傳感器8的位置關(guān)系的截面圖。如圖4所示，檢測(cè)激光的傳感器8具有受光部8a。受光部8a作為檢測(cè)部發(fā)揮功能。受光部8a被配置成與后鏡4的第二面42相對(duì)。受光部8a的最外徑比邊界線(xiàn)45的直徑D2小，受光部8a以不從與軸線(xiàn)CL平行的邊界線(xiàn)45的延長(zhǎng)線(xiàn)(雙點(diǎn)劃線(xiàn))突出的方式被配置成中央部位于軸線(xiàn)CL上。
[0026]像這樣將傳感器8的受光部8a面對(duì)后鏡4的第二面42地配置在比邊界線(xiàn)45靠徑向內(nèi)側(cè)的位置，因此能夠防止透過(guò)了第二區(qū)域44(無(wú)反射涂覆)的激光入射到受光部8a。其結(jié)果，能夠防止傳感器8的熱損傷，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的激光輸出的測(cè)量。
[0027]根據(jù)上述實(shí)施方式能夠起到如下的作用效果。
[0028](1)在激光振蕩器100的輸出鏡3的第一面31上，在包括徑向上的中央部的第一區(qū)域33中層疊具有反射率α 1的第一涂覆材料36來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。在第一區(qū)域33的周?chē)牡诙^(qū)域34中層疊具有比反射率α 1高的反射率α 2的第二涂覆材料37來(lái)作為電介質(zhì)多層膜。通過(guò)像這樣在輸出鏡3的中央部層疊低反射的第一涂覆材料36來(lái)作為電介質(zhì)多層膜，只以低次模進(jìn)行激光振蕩，能夠使光束質(zhì)量提高。另外，在外周側(cè)設(shè)置有