本發(fā)明涉及一種在配置于光軸上的輸出鏡與后鏡之間具備至少一個(gè)折返鏡的激光振蕩器。

背景技術(shù)：

在激光振蕩器中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生進(jìn)行振蕩的激光的階次瞬間發(fā)生變化的、被稱為跳模(Mode Hopping)的現(xiàn)象。當(dāng)在使用于金屬切割等加工用途的激光振蕩器中產(chǎn)生跳模時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生加工不良，如切割面產(chǎn)生凹凸或加工面粗糙等。

為了抑制跳模，以往是對(duì)構(gòu)成諧振器的輸出鏡和后鏡的曲率半徑、放電管的內(nèi)徑、以及配置于諧振器內(nèi)的孔構(gòu)件(aperture)的開(kāi)口直徑、個(gè)數(shù)及配置位置等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。另外，在僅調(diào)整上述參數(shù)無(wú)法抑制跳模的情況下，也有時(shí)將凹面鏡用作多數(shù)情況下使用平面鏡的折返鏡。這是由于，在折返鏡為平面的情況下，存在以下情況：折返鏡由于被照射高輸出的激光而膨脹，折返鏡變形為可能成為跳模產(chǎn)生的原因的凸形。

作為與此相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有技術(shù)，例如在日本特開(kāi)平02-201981號(hào)公報(bào)中記載有將凹面鏡(凹球面鏡和凹柱面鏡)用作折返鏡的高輸出激光裝置。

關(guān)于使用于金屬切割的激光，要求高的激光輸出以提高切割性能。關(guān)于具有二氧化碳激光等高的激光輸出的諧振器，已知的是，由于激光振蕩時(shí)的激光氣體的熱分布而在激光氣體中產(chǎn)生不均勻的折射率分布，由于熱的影響而諧振器變形從而產(chǎn)生機(jī)械性的扭曲、應(yīng)變。在這種情況下，將如復(fù)曲面形狀那樣的具有方向性的折返鏡安裝于諧振器以消除不均勻的折射率分布、機(jī)械性的扭曲和應(yīng)變，由此能夠抑制跳模。

作為與此相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有技術(shù)，例如在日本特開(kāi)平08-252683號(hào)公報(bào)中記載有如下的激光聚集裝置：具有兩個(gè)凹面反射鏡，使該反射鏡的一方為環(huán)形反射鏡，使另一方為球面、柱面以及環(huán)形的反射鏡中的任一個(gè)。

另外，日本特開(kāi)2011-066300號(hào)公報(bào)中記載有如下的激光諧振器：具備反射鏡、與該反射鏡的反射面之間形成光諧振器的輸出鏡以及介于反射鏡與輸出鏡之間的能夠改變激光方向的折返鏡，使該折返鏡為環(huán)形鏡。

并且，日本特開(kāi)2004-342681號(hào)公報(bào)中記載有如下的激光振蕩器：使用內(nèi)面曲率在X方向和Y方向上不同的反射鏡，來(lái)實(shí)現(xiàn)光束模式的正圓性的提高。

成為跳模的原因的激光氣體中的不均勻的折射率分布和機(jī)械性的扭曲、應(yīng)變是由于激光振蕩時(shí)的熱而產(chǎn)生的。而且，激光振蕩時(shí)的熱的產(chǎn)生量根據(jù)振蕩器的狀態(tài)而發(fā)生變化。而且，在剛組裝或制造出激光振蕩器后和長(zhǎng)時(shí)間使用該激光振蕩器后，由于因長(zhǎng)時(shí)間使用而產(chǎn)生的諧振器內(nèi)部的鏡面的臟污等，所產(chǎn)生的熱量大不相同。因此，有時(shí)折射率分布和機(jī)械性的扭曲、應(yīng)變?cè)趧傊圃旌蠛烷L(zhǎng)時(shí)間使用后是不同的。也就是說(shuō)，即使在制造時(shí)反射面所具有的方向性是對(duì)折射率分布、扭曲、應(yīng)變的方向來(lái)說(shuō)適當(dāng)?shù)姆较?，在長(zhǎng)時(shí)間使用后也有時(shí)會(huì)變得不適當(dāng)。在這種情況下，例如在日本特開(kāi)平08-252683號(hào)公報(bào)和日本特開(kāi)2011-066300號(hào)公報(bào)所記載的結(jié)構(gòu)中無(wú)法變更折返鏡的方向，因此無(wú)法抑制跳模。

另外，日本特開(kāi)2004-342681號(hào)公報(bào)中示出了如下的結(jié)構(gòu)：作為輸出鏡和后鏡，使用在正交的兩個(gè)方向上具有不同的曲率半徑的形狀的鏡。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，進(jìn)行振蕩的光束模式有時(shí)會(huì)橢圓化，但是在高輸出的激光振蕩器中，存在以下情況：存在多處用于得到高的激光輸出的放電區(qū)域，折射率分布的方向性按放電區(qū)域而不同。另外，還存在僅在一部分放電區(qū)域的周邊產(chǎn)生諧振器的應(yīng)變的情況。在日本特開(kāi)2004-342681號(hào)公報(bào)中，沒(méi)有記載在這種情況下按放電區(qū)域?qū)崿F(xiàn)光束模式的優(yōu)化的方法。

此外，在日本特開(kāi)平02-201981號(hào)公報(bào)中，示出了將柱面形狀的鏡用作折返鏡的結(jié)構(gòu)，但是柱面形狀的鏡為必須與球面鏡組合使用的結(jié)構(gòu)，并且為曲率半徑和方向被限定以消除相組合的球面鏡的像差的結(jié)構(gòu)。消除像差的柱面形狀的方向與跳模的產(chǎn)生是無(wú)關(guān)的，可知以該結(jié)構(gòu)是難以抑制跳模的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具備能夠長(zhǎng)期間地抑制跳模的結(jié)構(gòu)的激光振蕩器。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種激光振蕩器，該激光振蕩器具備在配置于光軸上的輸出鏡與后鏡之間具備至少一個(gè)折返鏡的光諧振器，所述折返鏡的至少一個(gè)是復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的鏡，所述復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的折返鏡中的至少一個(gè)構(gòu)成為能夠以穿過(guò)該折返鏡的反射面上的一個(gè)點(diǎn)且在該一個(gè)點(diǎn)處與該折返鏡的反射面垂直的直線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在所述折返鏡的反射面為凹面的截面中，所述復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑的最小值處于200m～700m的范圍。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述光諧振器具有至少兩個(gè)所述復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的折返鏡，所述至少兩個(gè)折返鏡配置成如下方式：以激光在所述光諧振器中的行進(jìn)方向?yàn)閆軸，以相對(duì)于所述Z軸形成右手坐標(biāo)系的方式定義X軸和Y軸，將所述X軸和Y軸轉(zhuǎn)印到在激光的中心與各所述折返鏡的交點(diǎn)處同各所述折返鏡相切的切平面，在各所述折返鏡中，所述折返鏡的反射面為凹面且所述復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑最小的截面與所述切平面的交線同轉(zhuǎn)印到所述切平面的所述X軸所形成的角度在所述至少兩個(gè)折返鏡之間是相等的。

在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述光諧振器具有至少兩個(gè)所述復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的折返鏡，所述至少兩個(gè)折返鏡配置成如下方式：以激光在所述光諧振器中的行進(jìn)方向?yàn)閆軸，以相對(duì)于所述Z軸形成右手坐標(biāo)系的方式定義X軸和Y軸，將所述X軸和Y軸轉(zhuǎn)印到在激光的中心與各所述折返鏡的交點(diǎn)處同各所述折返鏡相切的切平面，在各所述折返鏡中，所述折返鏡的反射面為凹面且所述復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑最小的截面與所述切平面的交線同轉(zhuǎn)印到所述切平面的所述X軸所形成的角度在所述至少兩個(gè)折返鏡之間相差90°。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參照附圖說(shuō)明以下的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的上述或其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更明確。

圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施例所涉及的氣體激光振蕩器的主要部分的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。

圖2是作為圖1的氣體激光振蕩器的折返鏡的形狀例而示出復(fù)曲面形狀的圖。

圖3是作為圖1的氣體激光振蕩器的折返鏡的形狀例而示出鞍型面形狀的圖。

圖4是作為圖1的氣體激光振蕩器的折返鏡的形狀例而示出柱面形狀的圖。

圖5是表示通過(guò)本發(fā)明所涉及的激光振蕩器進(jìn)行橢圓化的光束模式的一例的圖。

圖6是表示橢圓化后的光束模式的長(zhǎng)軸直徑及短軸直徑與跳模的產(chǎn)生頻度的關(guān)系的圖。

圖7a是表示具有旋轉(zhuǎn)軸的折返鏡的一例的圖。

圖7b是表示具有旋轉(zhuǎn)軸的折返鏡的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的一例的圖。

圖7c是表示具有旋轉(zhuǎn)軸的折返鏡的鎖定機(jī)構(gòu)的一例的圖。

圖7d是表示具有旋轉(zhuǎn)軸的折返鏡的鎖定機(jī)構(gòu)的另一例的圖。

圖7e是表示具有旋轉(zhuǎn)軸的折返鏡的鎖定機(jī)構(gòu)的又一例的圖。

圖8是表示不同的工作時(shí)間下的光束模式的橢圓的方向與跳模的產(chǎn)生頻度的關(guān)系的圖。

圖9是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的激光振蕩器的折返鏡周邊的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖10是例示與圖9的第一折返鏡相切的切平面的圖。

圖11是例示與圖9的第二折返鏡相切的切平面的圖。

圖12是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例所涉及的激光振蕩器的折返鏡周邊的結(jié)構(gòu)例的圖。

圖13是例示與圖12的第一折返鏡相切的切平面的圖。

圖14是例示與圖12的第二折返鏡相切的切平面的圖。

具體實(shí)施方式

(第一實(shí)施例)

圖1是表示本發(fā)明所涉及的激光振蕩器的主要部分的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的圖。激光振蕩器10是例如以二氧化碳等為介質(zhì)的氣體激光振蕩器，具有光諧振器22，該光諧振器22具備配置于光軸12上的輸出鏡14、后鏡16、配置于輸出鏡14與后鏡16之間且配置于光軸12上的至少一個(gè)(圖示例中為兩個(gè))折返鏡18以及配置于輸出鏡14與折返鏡18之間或后鏡16與折返鏡18之間的放電管20，折返鏡18的至少一個(gè)是復(fù)曲(環(huán)形)面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的鏡。另外，光諧振器22也可以具有截?cái)嗉す獾囊徊糠謥?lái)對(duì)該激光進(jìn)行整形的孔構(gòu)件24。

具有復(fù)曲(環(huán)形)面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的折返鏡的至少一個(gè)在設(shè)置該折返鏡的平面上能夠以穿過(guò)該折返鏡表面上的一個(gè)點(diǎn)且與該折返鏡的表面垂直的直線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，例如，激光振蕩器10具備使該折返鏡繞該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。由此，能夠長(zhǎng)期間地高效抑制以激光氣體中的不均勻的折射率分布、諧振器的扭曲為原因的跳模。該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在后面敘述。

圖2～圖4分別是能夠用作折返鏡18的復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀以及柱面形狀的鏡的示意圖。各個(gè)折返鏡具有方向性，以截面A-A’表示的位置的截面上的曲率半徑與以截面B-B’表示的位置的截面上的曲率半徑是不同的。

在圖2所示的復(fù)曲面形狀中，無(wú)論在哪個(gè)截面中其中心都必然是凹形狀，但是曲率半徑按截面而不同，截面A-A’上的曲率半徑為最小值，與截面A-A’正交的截面B-B’上的曲率半徑為最大值。也就是說(shuō)，在復(fù)曲面形狀中，必然能夠選擇曲率半徑分別為最大值和最小值的兩個(gè)截面的組合。

在圖3所示的鞍型曲面形狀中，在相互正交的兩個(gè)截面中，一方的截面為凸面，另一方的截面為凹面，在圖示例中在截面A-A’上為凸面，在與截面A-A’正交的截面B-B’上為凹面。另外，在為凸面的截面中，截面A-A’上的曲率半徑為最小值，在為凹面的截面中，截面B-B’上的曲率半徑為最小值。也就是說(shuō)，在鞍型面形狀中，必然能夠選擇凸面的曲率半徑為最小值的截面與凹面的曲率半徑為最小值的截面的組合。

在圖4所示的柱面形狀中，在截面B-B’上為凹面形狀，但是在截面A-A’上為平面。也就是說(shuō)，在柱面形狀中，必然能夠選擇凹面的曲率半徑為最小值的截面與為平面的截面的組合。

在本申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)中，將如上所述的3種面形狀中的截面A-A’同在激光的中心與折返鏡的交點(diǎn)處與折返鏡相切的切平面所形成的角度定義為“折返鏡所具有的方向”。另外，將能夠選擇滿足前述的條件的兩個(gè)截面的組合的折返鏡定義為“反射面具有方向性的折返鏡”。通過(guò)使用反射面具有方向性的折返鏡，進(jìn)行振蕩的光束模式變?yōu)闄E圓形狀，能夠使用以下的式(1)對(duì)橢圓形狀的橢圓系數(shù)(roundness)進(jìn)行定量化。

橢圓系數(shù)＝短軸直徑/長(zhǎng)軸直徑(1)

通過(guò)將如圖2～4所示的曲率半徑按截面而不同的鏡用作折返鏡18，進(jìn)行振蕩的光束模式變?yōu)榫哂虚L(zhǎng)軸和短軸的橢圓形狀。在此，已知的是，激光氣體在激光振蕩中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生具有方向性的折射率分布，當(dāng)將光束模式橢圓化以消除不均勻的折射率分布時(shí)，跳模受到抑制。另外，有時(shí)會(huì)由于在激光振蕩時(shí)產(chǎn)生的熱而使諧振器、鏡產(chǎn)生應(yīng)變，該應(yīng)變相對(duì)于激光的光軸是在某一個(gè)方向上產(chǎn)生的。因而，此時(shí)也使用如圖2～圖4所示的折返鏡18來(lái)使進(jìn)行振蕩的光束模式為長(zhǎng)軸半徑與短軸半徑不同的橢圓形狀，通過(guò)將光束模式橢圓化以消除應(yīng)變，能夠抑制跳模。

圖5和圖6是說(shuō)明通過(guò)光束模式的橢圓化來(lái)抑制跳模的例子的圖。例如，在圖2的復(fù)曲面形狀中，通過(guò)對(duì)截面A-A’上的曲率半徑和截面B-B’上的曲率半徑分別進(jìn)行優(yōu)化，能夠分別優(yōu)化光束模式26的長(zhǎng)軸方向的直徑a和短軸方向的直徑b以使跳模的產(chǎn)生頻度最小(極小)，從而能夠構(gòu)成不產(chǎn)生跳?；蛞种屏颂５闹C振器。關(guān)于這一點(diǎn)，在使用圖3的鞍型曲面形狀和圖4的柱面形狀的折返鏡的情況下也是同樣的。

并且，在本發(fā)明中，如圖7a所示，能夠使折返鏡在設(shè)置折返鏡18的平面上旋轉(zhuǎn)。具體地說(shuō)，當(dāng)將穿過(guò)折返鏡18的反射面上的一個(gè)點(diǎn)(優(yōu)選為與光軸12的交點(diǎn))28且在點(diǎn)28處與折返鏡18的反射面垂直的直線30用作旋轉(zhuǎn)軸來(lái)使折返鏡18旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖5所示，能夠改變表示光束模式26的橢圓的長(zhǎng)軸/短軸的角度θ。

在此，如圖8所示，跳模的產(chǎn)生頻度最小的橢圓的方向θ根據(jù)振蕩器的使用時(shí)間而發(fā)生變化。例如在圖8中示出了諧振器的工作時(shí)間為零小時(shí)的情況(曲線32)和為1000小時(shí)的情況(曲線34)，在曲線32中，在橢圓的方向θ為θa時(shí)跳模的產(chǎn)生頻度最小，在曲線34中，在橢圓的方向θ為θb時(shí)跳模的產(chǎn)生頻度最小。因此，使折返鏡18旋轉(zhuǎn)，根據(jù)工作時(shí)間來(lái)改變光束模式的橢圓的方向，由此能夠長(zhǎng)期間地適當(dāng)抑制跳模的產(chǎn)生。

此外，關(guān)于折返鏡18的旋轉(zhuǎn)，既可以使用設(shè)置于折返鏡18的周邊的致動(dòng)器等旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)自動(dòng)進(jìn)行，也可以由作業(yè)者手動(dòng)進(jìn)行。例如，如圖7b所示，能夠在保持折返鏡18的鏡保持部19上經(jīng)由動(dòng)力傳遞部21而連接致動(dòng)器23，通過(guò)使致動(dòng)器23動(dòng)作來(lái)使折返鏡18自動(dòng)繞旋轉(zhuǎn)軸30旋轉(zhuǎn)。

另外，優(yōu)選的是，如圖7c～圖7e所例示的那樣設(shè)置鎖定機(jī)構(gòu)，在使折返鏡18旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整角度之后，該鎖定機(jī)構(gòu)能夠?qū)⒄鄯电R18的旋轉(zhuǎn)角度固定。通過(guò)使用鎖定機(jī)構(gòu)等，能夠長(zhǎng)期間地高精度地維持折返鏡18的旋轉(zhuǎn)角度位置。

此外，關(guān)于折返鏡18，也有時(shí)在鎖定其旋轉(zhuǎn)角度位置之后再次使其旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整角度，因此上述鎖定機(jī)構(gòu)優(yōu)選為能夠簡(jiǎn)單地解除的機(jī)構(gòu)。具體地說(shuō)，可列舉出如下的鎖定機(jī)構(gòu)：如圖7c所示，在構(gòu)成旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的部件(在此為鏡保持部19)的側(cè)面附近設(shè)置環(huán)狀的螺紋保持部25，將固定用螺絲27從螺紋保持部25向鏡保持部19的側(cè)面擰緊，由此保持調(diào)整后的折返鏡的角度?；蛘?，可列舉出如圖7d所示那樣利用開(kāi)閉式的肘節(jié)夾(toggle clamp)29來(lái)固定與旋轉(zhuǎn)軸30垂直的部件(在此為鏡保持部19的凸緣部)的鎖定機(jī)構(gòu)、如圖7e所示那樣設(shè)置于該凸緣部的外周部附近、夾持該凸緣部來(lái)將其固定的一對(duì)鎖定機(jī)構(gòu)(制動(dòng)機(jī)構(gòu))31等。這些鎖定機(jī)構(gòu)都是能夠容易地解除的機(jī)構(gòu)。

(第二實(shí)施例)

第二實(shí)施例與折返鏡的曲率半徑有關(guān)。關(guān)于如圖2～圖4所示的曲率半徑按方向而不同的鏡，抑制跳模的效果與如截面A-A’那樣呈凹面形狀且曲率半徑最小的截面上的曲率半徑(以后簡(jiǎn)記為凹面最小曲率半徑)相關(guān)聯(lián)。具體地說(shuō)，折返鏡18的凹面最小曲率半徑越小，則產(chǎn)生跳模的概率越低。另一方面，當(dāng)凹面最小曲率半徑小于100m時(shí)，進(jìn)行振蕩的光束模式的橢圓系數(shù)降低，產(chǎn)生以下的不良狀況：金屬切割時(shí)的加工性能(切割速度、切割面的面粗糙度等、切割面的外觀等)在加工工件的縱向和橫向上不同。為了防止這種不良狀況，凹面最小曲率半徑優(yōu)選處于200m～700m的范圍。

在第二實(shí)施例中，只要凹面最小曲率半徑處于該范圍內(nèi)，就能夠抑制跳模的產(chǎn)生頻度，同時(shí)能夠?qū)⒐馐Ｊ降臋E圓系數(shù)維持在固定的范圍內(nèi)，從而能夠抑制加工性能(切割速度、切割面粗糙度、切割面的外觀等)在被加工物的縱向和橫向上不同等不良狀況。

(第三實(shí)施例)

圖9～圖11是說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例的圖。如圖9所示，光諧振器22具有至少兩個(gè)鞍型形狀的折返鏡18a及18b，折返鏡18a及18b的至少一方構(gòu)成為能夠如圖7a所示的折返鏡18那樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，圖10表示在激光的中心與折返鏡18a的交點(diǎn)36處同折返鏡18a相切的切平面38，圖11表示在激光的中心與折返鏡18b的交點(diǎn)40處同折返鏡18b相切的切平面42。此外，在第三實(shí)施例中，除圖示的結(jié)構(gòu)要素以外的結(jié)構(gòu)要素可以與第一實(shí)施例相同，因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。

在第三實(shí)施例中，在以激光在光諧振器22中(在此為去向第一折返鏡18a)的行進(jìn)方向?yàn)閆軸、以相對(duì)于該Z軸形成右手坐標(biāo)系的方式定義X軸和Y軸(X-Y平面44)時(shí)，將定義出的X軸和Y軸如圖10所示那樣轉(zhuǎn)印到切平面38上，并且如圖11所示那樣轉(zhuǎn)印到切平面42上。

另外，如圖10所示，在折返鏡18a中，反射面的截面為凹面、且復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑最小的截面與切平面38的交線為以點(diǎn)劃線48表示的直線，如圖11所示，在折返鏡18b中，反射面的截面為凹面、且復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑最小的截面與切平面42的交線為以點(diǎn)劃線50表示的直線。在此，在求出切平面38上直線48與X軸所形成的角度θ₁和切平面42上直線50與X軸所形成的角度θ₂時(shí)，在第三實(shí)施例中以使兩個(gè)角度在兩個(gè)折返鏡之間相等(θ₁＝θ₂)的方式配置/構(gòu)成第一折返鏡18a和第二折返鏡18b。此外，在圖10中，以X軸為基準(zhǔn)(0°)，將從X軸朝向Y軸的方向定義為正的角度。關(guān)于該定義，在后述的圖11、圖13以及圖14中也是同樣的。

在該情況下，當(dāng)將第一折返鏡18a的凹面最小曲率半徑設(shè)為R₁、將第二折返鏡18b的凹面最小曲率半徑設(shè)為R₂時(shí)，將兩個(gè)折返鏡的效果相加而得到的有效的凹面最小曲率半徑R以下面的式(2)來(lái)表示。

1/R＝1/R₁+1/R₂ (2)

當(dāng)使用式(2)來(lái)計(jì)算有效的凹面最小曲率半徑時(shí)，必然為R<R₁且R<R₂。因而，在第三實(shí)施例中，與第二實(shí)施例同樣地，凹面最小曲率半徑變小，因此能夠增加光束模式的橢圓傾向來(lái)高效地抑制跳模。而且，通過(guò)使折返鏡旋轉(zhuǎn)來(lái)改變光束模式的橢圓的方向，能夠長(zhǎng)期間地抑制跳模的產(chǎn)生。

(第四實(shí)施例)

除了第二實(shí)施例中示出的決定各折返鏡的曲率半徑的范圍以外，參照?qǐng)D12～圖14來(lái)說(shuō)明使光束模式為接近正圓的形狀的第四實(shí)施例。如圖12所示，光諧振器22至少具有兩個(gè)鞍型形狀的折返鏡18c及18d，折返鏡18c及18d的至少一方構(gòu)成為能夠如圖7a所示的折返鏡18那樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，圖13表示在激光的中心與折返鏡18c的交點(diǎn)52處同折返鏡18c相切的切平面54，圖14表示在激光的中心與折返鏡18d的交點(diǎn)56處同折返鏡18d相切的切平面58。此外，在第四實(shí)施例中，除圖示的結(jié)構(gòu)要素以外的結(jié)構(gòu)要素可以與第一實(shí)施例相同，因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。

在以激光在光諧振器22中(在此為去向第一折返鏡18c)的行進(jìn)方向?yàn)閆軸、以相對(duì)于該Z軸形成右手坐標(biāo)系的方式定義X軸和Y軸(X-Y平面60)時(shí)，將定義出的X軸和Y軸如圖13所示那樣轉(zhuǎn)印到切平面54上，并且如圖14所示那樣轉(zhuǎn)印到切平面58上。

另外，如圖13所示，在折返鏡18c中，反射面的截面為凹面、且復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑最小的截面與切平面54的交線為以點(diǎn)劃線64表示的直線，如圖14所示，在折返鏡18d中，反射面的截面為凹面、且復(fù)曲面形狀、鞍型曲面形狀或柱面形狀的曲率半徑最小的截面與切平面58的交線為以點(diǎn)劃線66表示的直線。在此，在求出切平面54上直線64與X軸所形成的角度θ₁和切平面58上直線66與X軸所形成的角度θ₂時(shí)，在第四實(shí)施例中能夠構(gòu)成至少一組使兩個(gè)角度之差在兩個(gè)折返鏡之間為90°(θ₂＝θ₁-90°)的第一折返鏡18c與第二折返鏡18d的組合。

在第四實(shí)施例中，與第三實(shí)施例不同，第二折返鏡18d的凸面?zhèn)鹊那拾霃綄?duì)跳模的產(chǎn)生頻度產(chǎn)生影響。將截面為凸面且曲率半徑最小的截面上的曲率半徑(以后簡(jiǎn)記為凸面最小曲率半徑)設(shè)為r₂。關(guān)于第一折返鏡18c，與第三實(shí)施例同樣地，凹面最小曲率半徑R₁對(duì)將兩個(gè)折返鏡的效果相加而得到的有效的凹面最小曲率半徑R有貢獻(xiàn)。在該情況下，R以下面的式(3)來(lái)表示。

1/R＝1/R₁-1/r₂ (3)

當(dāng)使用式(3)來(lái)計(jì)算有效的凹面最小曲率半徑時(shí)，必然為R>R₁。因而，在第四實(shí)施例中，能夠使光束模式接近正圓，從而能夠抑制加工性能(切割速度、切割面粗糙度、切割面的外觀等)在被加工物的縱向和橫向上不同等不良狀況。

此外，上述的第一實(shí)施例～第四實(shí)施例也能夠適當(dāng)組合使用。例如，能夠?qū)⒕哂腥绲诙?shí)施例中說(shuō)明那樣的曲率半徑的折返鏡用作第三實(shí)施例或第四實(shí)施例的折返鏡。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用具備具有方向性的反射面的折返鏡，進(jìn)行振蕩的光束模式變?yōu)殚L(zhǎng)軸半徑與短軸半徑不同的橢圓形狀。當(dāng)將模式橢圓化以消除因激光振蕩時(shí)的熱而產(chǎn)生的激光氣體的不均勻的折射率分布和機(jī)械性的扭曲、應(yīng)變時(shí)，跳模受到抑制。并且，由于長(zhǎng)期間的使用，折射率分布和機(jī)械性的扭曲、應(yīng)變的程度發(fā)生變化，因此使抑制跳模的橢圓的方向發(fā)生變化。通過(guò)使折返鏡旋轉(zhuǎn)，能夠調(diào)整橢圓的方向，從而能夠長(zhǎng)期間地抑制跳模。