氣體雷射器振蕩裝置的製作方法

2023-10-29 21:55:37 1

專利名稱：氣體雷射器振蕩裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及氣體雷射器振蕩裝置，特別涉及裝備具有集流部的氣體流道 的氣體雷射器振蕩裝置。
技術背景在使作為雷射介質的雷射氣體流入激勵部、通過》文電或者光、化學反應 使發生雷射的軸流型氣體雷射器振蕩裝置中，對於氣體流道正在進行各種鑽研或者改良。例如，在特開平6—326379號公報中，公開了為減低氣體流道的壓 力損失在雷射氣體的導入部以及排出部上設置錐形的結構。另外，在特開平9 —199772號公報中，公開了對激勵部的前段的氣體流道形狀作了種種考慮為 放電穩定將放電管內的雷射氣體流做成旋轉流的結構。進而，現正在採用例如如特開2003—283008號公開或者在特開2004— 235517號公報中表示那樣的、在同一雷射器光軸上配置兩個激勵部、在兩個 激勵部之間的氣體集流部使氣體流正面衝突來集流的結構。使來自兩個激勵部 的氣體流的集流，與分離兩個流的場合相比，具有能夠削減流道的部件數、或 者能夠縮短非激勵部分的長度的優點。能夠得到這樣的效果通過減少流道的 部件數能夠抑制雷射振蕩器的成本，另外通過縮短非激勵部分的長度能夠抑制 損失提高振蕩效率。圖5以及圖6是表示具有如在特開2003—283008號公報或者特開2004 —235517告公報中表示的軸流型氣體雷射器振蕩裝置的氣體集流部的結構的 斜-f見圖。在現有技術中，激勵部103a以及103b和集流部123之間相對的兩個 錐形氣體流道，亦即氣體流道161a以及161b，成為關於通過氣體集流部的中 央點151、與雷射器光軸104垂直的對稱軸152互相左右對稱，換言之是關於 包含對稱軸152、在與雷射器光軸104垂直的平面面對稱的結構。因此，兩個氣體流同樣(同流量、同線速度)流過各氣體流道內，在中 央點151附近正面衝突。在這一場合，集流部123處的氣體流的狀態不穩定亦
即容易轉移。例如，有時相對於在某時刻tl時的氣體流如圖5那樣，而在別 的時刻t2氣體流則變化成如圖6那樣。詳細說，對於在圖5中來自激勵部103a 的氣體流180a通過靠-X方向、來自激勵部103b的氣體流180b通過靠+X方 向進行集流，而在圖6中來自激勵部103a的氣體流180a通過靠+X方向、來 自激勵部103b的氣體流180b通過靠-X方向進行集流。此外，如圖5以及圖 6所示，X方向取與雷射器光軸平行的軸(Y軸)以及集流後的氣體流道162 的長軸(Z軸)雙方垂直的軸方向。在該例中，表示在從時刻tl到t2之間氣 體流的狀態在轉移，氣體流不穩定。如上所述，在相對的兩個氣體流道是互相 面對稱的結構的場合氣體流變得不穩定，這點從通過氣體流的有限元法的數值 解析也可以確認。因為通過激勵部被活性化了的雷射氣體具有吸收雷射的性質，所以當氣 體流變得不穩定時雷射輸出或者光束模式形狀有時會變動，例如引起雷射加工 中切斷時的切斷面質量的惡化或者在光源中使用的場合光量的變動，進而在物 質處理中使用的場合處理質量降低。如上述特開平6—326379號公報或者特開平9—199772號公報那樣，進 行過一些謀求氣體流道的改良的嘗試，但是哪一個都不涉及在具有像特開2003—283008號公報或者特開2004—235517告公報那樣的相對的氣體流道的氣體雷射器振蕩裝置中避免氣體流的正面衝突的技術。發明內容因此，本發明的目的是，提供一種氣體雷射器振蕩裝置，其在所述氣體 集流部中，使氣體流穩定，能夠得到更穩定的雷射輸出或者隨時間變化少的激 光光束模式。為實現上述目的，本發明提供一種氣體雷射器振蕩裝置，其具有用於 流過雷射器振蕩用的介質氣體的第一以及第二氣體流道；所述第一以及第二氣 體流道集流的集流部；在所述第一以及第二氣體流道上分別設置的、同時沿同 一雷射器光軸配置的、激勵所述介質氣體的第一激勵部以及第二激勵部；其特 徵在於，從所述第 一激勵部到所述氣體集流部的所述第 一氣體流道和從所述第 二激勵部到所述氣體集流部的所述第二氣體流道具有互相非面對稱的結構。具體說，從所述第 一激勵部到所述氣體集流部的所述第 一氣體流道和從 所述第二激勵部到所述氣體集流部的所述第二氣體流道，可以具有通過所述氣體集流部的中央點、以垂直於所述雷射器光軸的中央軸為中心、具有互相180 度的旋轉對稱性的結構。也可以在從所述第一激勵部到所述氣體集流部的所述第一氣體流道內以 及在從所述第二激勵部到所述氣體集流部的所述第二氣體流道內，分別配置改 變氣體流的方向的偏轉元件。所述偏轉元件的優選例子是板狀部件。或者從所述第一激勵部到所述氣體集流部的所述第一氣體流道的流道形 狀和從所述第二激勵部到所述氣體集流部的所述第二氣體流道的流道形狀，也 可以是互相非面對稱的。所述激勵部的一個具體的例子是通過放電使發生雷射的放電管。


本發明的上述或者其他的目的、特徵以及優點，通過參考附圖對於以下 的優選實施形態的說明會更加清楚。圖l是表示本發明的氣體雷射器振蕩裝置的基本結構的圖。圖2是本發明的第一實施形態的氣體雷射器振蕩裝置的氣體集流部附近 的放大斜視圖。圖3是從上方看圖2的氣體集流部附近的圖。圖4是從上方看本發明的第二實施形態的氣體雷射器振蕩裝置的氣體集 流部附近的圖。圖5是表示在現有技術的氣體雷射器振蕩裝置的氣體集流部中的某時刻 的氣體流的圖。圖6是表示在和圖5不同時刻的氣體流的圖。
具體實施方式
下面參照附圖詳細說明本發明。圖1是表示本發明的具有氣體集流部的 氣體雷射器振蕩裝置的概略結構的圖。包含碳酸氣、氮氣等雷射器介質的雷射 器振蕩用的介質氣體(以下稱為雷射氣體)，通過送風機ll送出，在第一熱交 換器lld中冷卻後在氣體分支點20分支成兩支。這裡，該第一熱交換器lld 以及後述的第二熱交換器10c例如是在雷射氣體和冷卻水之間進行熱交換的 熱交換器。分支成兩支的氣體的一方導入氣體流道60a通過第一激勵部3a， 另 一方導入氣體流道60b通過第二激勵部3b。在通過該第一激勵部3a以及第 二激勵部3b期間，雷射氣體被激勵而成為雷射活性狀態。這些激勵部，例如 是通過雷射器電源30供給電力在雷射氣體中放電的放電管，但是也可以是通 過光、化學反應的激勵方式的部件。第一激勵部3a以及第二激勵部3b，因為在輸出鏡1和後鏡2之間被夾持 配置，所以通過第一激勵部3a以及第二激勵部3b產生的光在輸出鏡1和後鏡 2之間被放大，雷射器振蕩，在振蕩器內雷射光路上產生雷射。輸出鏡l是部 分透過鏡，透過輸出鏡1的雷射成為輸出雷射40被輸出。通過第一激勵部3a 以及第二激勵部3b的雷射氣體，分別通過第一以及第二氣體流道60a以及60b 的錐狀部分61a以及61b,進而在氣體集流部23集流，成為一個流進入氣體 流道62內，其後用第二熱交換器10c冷卻，返回送風機ll。以上說明的雷射器振蕩裝置的基本結構，可以和現有技術相同。另外， 氣體流道中的送風機以及熱交換器不是必須的部件。再有，圖1的雷射器振蕩 裝置有兩個激勵部以及一個集流部，但是即使是有四個激勵部以及兩個集流部 的雷射器振蕩裝置本發明也可以適用。圖2是本發明的第一實施形態的氣體集流部23附近的放大斜視圖。如該 圖所示，本發明的特徵在於，包含第一激勵部3a和氣體集流部23之間的第一 偏轉元件70a的第一氣體流道61a、和包含第二激勵部和氣體集流部23之間 的第二偏轉元件70b的第二氣體流道61b,不是關於通過氣體集流部23的中 央點51在垂直於雷射器光軸4亦即在Z軸方向延伸的中央軸52左右對稱的，通過第一激勵部3a以及第二激勵部3b的雷射氣體，分別導入錐狀的第 一以及第二氣體流道61a以及61b內，在氣體集流部23的中央點51附近集流， 成為一個流、進入氣體流道62內。在這裡，來自第一激勵部3a的氣體流通過 第一氣體流道61a內的第一偏轉元件70a像箭頭80a那樣偏轉、在氣體集流部 23內的靠-X方向通過，另一方面，來自第二激勵部3b的氣體流通過第二氣 體流道61b內的第二偏轉元件70b像箭頭80b那樣偏轉、在氣體集流部23內 的靠+X方向通過。此外，如圖2所示，X方向取與雷射器光軸平行的軸(Y
軸)以及集流後的氣體流道62的長軸(Z軸)雙方垂直的軸方向。根據這樣 的結構，7A^目對的氣體流道流來的雷射氣體，因為不像現有技術那樣在集流部 的中央點附近正面沖突引起不穩定的轉移現象，所以作為結果能夠得到穩定的 雷射。圖3是從上(在Z軸方向上)看第一以及第二偏轉元件70a以及70b的 圖。偏轉元件70a以及70b，是改變雷射氣體的流的例如板狀的元件，用金屬、 陶瓷或者樹脂等製作。如圖2以及圖3所示，偏轉元件70a以及70b,在不幹 涉雷射光路4的位置、而且構成為互相關於通過中央點51在與雷射器光軸4各偏轉元件可以用公知的方法在氣體流道內安裝，但是第 一 以及第二偏轉元件 70a以及70b也可以是分別和第一以及第二氣體流道61a以及61b為一體的部 件。另外在本實施形態中，偏轉元件作被圖示為板狀部件，但是只要能夠實現 兩個氣體流道的非面對稱性的部件什麼樣的形狀都可以。如使用圖2以及圖3說明的實施形態那樣，具有包含偏轉元件的第一以 及第二氣體流道61a以及61b互相以對稱軸52作為中心具有180度的旋轉對 稱性的結構，這點關於雷射器振蕩器的製造在部件共同化等方面是有利的。但 是，顯然，即使相對的氣體流道不是旋轉對稱，只要是互相非面對稱的結構， 也可以得到本發明的主要的效果。圖4是從上看(在Z軸方向上)本發明的第二實施形態的氣體集流部23 的圖。在本實施形態中，不設置圖2以及圖3所示那樣的偏轉元件，代之為第 一以及第二氣體流道61a以及61b各個分別是稍微變形的錐形狀(亦即各氣體 流道關於雷射器光軸4某些非旋轉對稱)，而且以對稱軸52為中心具有180 度的旋轉對稱性。通過這樣的結構也能夠使相對的氣體流道61a以及61b形成 互相非面對稱的結構，由此，氣體流在氣體流道61a內稍微偏轉-X方向，反 之在氣體流道61b內稍微偏轉+X方向。因此，在該結構中也和實施形態同樣， 能夠得到在氣體集流部內的氣體流穩定的效果。如上所述，當相對的流道是互相非面對稱的結構時，與是面對稱的結構 的場合相比，氣體集流部處的氣體流狀態的轉移變少，氣體流穩定。這點通過 氣體流的有限元法的數值解析也可以確認。
根據本發明的雷射氣體振蕩裝置，通過使相對的兩個氣體流道構成互相 非面對稱，能夠使相對的兩個氣體流互相錯開避免正面沖突。因此，能夠消除 氣體集流部處的氣體流的不穩定性，能夠得到更穩定的雷射輸出或者隨時間變 化少的雷射光束^t式。另外，通過把從第一激勵部到氣體集流部的第一氣體流道、和從第二激 勵部到氣體集流部的第二氣體流道，做成具有通過氣體集流部的中央點以與雷射器光軸垂直的中央軸作為中心互相180度的旋轉對稱性的結構，能夠得到關 於雷射器振蕩器的製造能夠使部件共同化的優點，在管理以及成本方面有利。作為實現非面對稱性的具體的結構，可以是在第一以及第二氣體流道內 設置的板狀部件等的偏轉元件，或者是關於雷射器光軸非旋轉對稱形狀的第一 以及第二氣體流道等，兩者都可以以簡單的結構實現本申請的目的。參照為說明選定的特定的實施形態說明了本發明，但是，對於專業人員 來說，顯然，在不脫離本發明的基本概念以及範圍的情況下，能夠進行多種變 更。
權利要求
1.一種氣體雷射器振蕩裝置，具有用於流過雷射器振蕩用的介質氣體的第一以及第二氣體流道(60a，61a，60b，61b)；所述第一以及第二氣體流道(60a，61a，60b，61b)集流的集流部(23)；和在所述第一以及第二氣體流道(60a，61a，60b，61b)上分別設置的、同時沿同一雷射器光軸(4)配置來激勵所述介質氣體的第一激勵部以及第二激勵部(3a，3b)，其特徵在於，從所述第一激勵部(3a)到所述氣體集流部(23)的所述第一氣體流道(60a，61a)和從所述第二激勵部(3b)到所述氣體集流部(23)的所述第二氣體流道(60b，61b)，具有互相非面對稱的結構。
2. 根據權利要求1所述的氣體雷射器振蕩裝置，其特徵在於， 從所述第一激勵部(3a)到所述氣體集流部(23)的所述第一氣體流道(60a， 61a)和從所述第二激勵部(3b)到所述氣體集流部(23)的所述第二 氣體流道(60b， 61b)，具有通過所述氣體集流部(23)的中央點(51)、以垂 直於所述雷射器光軸(4)的中央軸(52)為中心、具有互相180度的旋轉對 稱性的結構。
3. 根據權利要求l所述的氣體雷射器振蕩裝置，其特徵在於， 在從所述第一激勵部(3a)到所述氣體集流部(23)的所述第一氣體流道(60a, 61a)內和在從所述第二激勵部(3b)到所述氣體集流部(23)的所 述第二氣體流道(60b, 61b)內，分別配置改變氣體流的方向的偏轉元件(70a, 70b )。
4. 根據權利要求3所述的氣體雷射器振蕩裝置，其特徵在於， 所述偏轉元件(70a， 70b)是板狀部件。
5. 根據權利要求1所述的氣體雷射器振蕩裝置，其特徵在於， 從所述第一激勵部(3a)到所述氣體集流部(23)的所述第一氣體流道(60a， 61a)的流道形狀和從所述第二激勵部(3b)到所述氣體集流部(23) 的所述第二氣體流道(60b， 61b)的流道形狀，為互相非面對稱。 6.根據權利要求1所述的氣體雷射器振蕩裝置，其特徵在於， 所述激勵部(3a， 3b)是通過放電使雷射發生的放電管。
全文摘要
一種氣體雷射器振蕩裝置，其在氣體集流部使氣體流穩定、可得到更穩定的雷射輸出或者隨時間變化少的雷射光束模式。通過第一激勵部以及第二激勵部的雷射氣體，分別導入錐狀的第一以及第二氣體流道內，在氣體集流部的中央點附近集流，成為一個流後進入氣體流道內。在這裡，來自激勵部的氣體流，通過氣體流道內的偏轉元件偏轉，通過氣體集流部內的靠-X方向，來自激勵部的氣體流通過氣體流道內的偏轉元件偏轉，通過氣體集流部內的靠+X方向。
文檔編號H01S3/104GK101106249SQ20071012820
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月4日 優先權日2006年7月13日
發明者村上孝文, 江川明, 西尾明彥 申請人:發那科株式會社