JP2001189509A - Laser device, laser working device using it, and optical signal amplifier - Google Patents

Laser device, laser working device using it, and optical signal amplifier

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JP2001189509A
JP2001189509A JP37244599A JP37244599A JP2001189509A JP 2001189509 A JP2001189509 A JP 2001189509A JP 37244599 A JP37244599 A JP 37244599A JP 37244599 A JP37244599 A JP 37244599A JP 2001189509 A JP2001189509 A JP 2001189509A
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laser
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均 山浦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small laser device with high freedom in design which provides a high output laser beam, a laser working device using it, and optical signal amplifier. SOLUTION: An excitation light guide member 16 comprises facing surfaces, and the excitation light incident on the excitation light guide member advances in the circumferential direction of the excitation light guide member while repeatedly reflected on the facing surfaces. At least, a part of the excitation light advances while deflected inward of the excitation light guide member by an advancement control means which advances the light inward of the excitation light guide member, to form an excitation light distribution region. An optical fiber 12 is so arranged that at least a part of side surface contacts at least one of facing surfaces in the excitation light distribution region directly or indirectly through an optical medium, and a laser active material is excited with the excitation light incident from the side surface of optical fiber through the contact part.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザー装置並びに
これを用いたレーザー加工装置及び光信号増幅装置に係
り、特に、光ファイバー内部に含まれるレーザー活性物
質に励起光を供給することによりレーザー発振を行うレ
ーザー装置並びにこのようなレーザー装置を用いたレー
ザー加工装置及び光信号増幅装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device, a laser processing device and an optical signal amplifying device using the same, and more particularly, to a laser device which emits laser light by supplying excitation light to a laser active substance contained in an optical fiber. The present invention relates to a laser device, a laser processing device using such a laser device, and an optical signal amplifying device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、光通信、レーザー加工等の技
術分野においては、高出力で小型のレーザー装置の開発
が望まれている。この要請を満たせる可能性が高いもの
として、レーザー活性イオン、色素又はその他の発光中
心(以下、レーザー活性物質という)がドープされたコ
アの周りに励起光を導光するためのクラッドが形成され
た光ファイバーを用いたレーザー装置が知られている。
このようなレーザー装置において、レーザー光の高出力
化、高効率化を実現するためには、レーザー活性物質が
ドープされたコアに効率よく励起光を導入し、吸収させ
る必要がある。しかし、径の小さな光ファイバーの端部
から効率よく励起光を導入するのは困難である。
2. Description of the Related Art In the technical fields such as optical communication and laser processing, it has been desired to develop a high-power and small-sized laser device. A clad for guiding excitation light was formed around a core doped with laser-active ions, dyes, or other luminescent centers (hereinafter referred to as laser-active substance) as a possibility that this requirement is likely to be satisfied. A laser device using an optical fiber is known.
In such a laser device, in order to realize high output and high efficiency of laser light, it is necessary to efficiently introduce and absorb excitation light into a core doped with a laser active material. However, it is difficult to efficiently introduce the excitation light from the end of the small diameter optical fiber.

【0003】これを克服するものとして、特開平11−
284255号には、図22に示されるように、励起光
を閉じ込める円柱又は円筒形状の励起光導入部材82の
円周面に光ファイバー84が巻回されたレーザー装置8
0が開示されている。このようなレーザー装置80にお
いて、励起光導入部材82にその軸方向の一端面より導
入された励起光は、図23に示されるように、円周面で
全反射を繰り返しながら螺旋形状の光路を描いて軸方向
に進行し、閉じ込められる。そして、この励起光は、光
ファイバー84が巻回されている円周面に達すると、こ
の円柱面に巻回されている光ファイバー84の側面より
内部に導入される。このようなレーザー装置80によれ
ば、励起光は光ファイバー82の端面よりはるかに面積
の広い側面から導入されるので、励起光が端面から導入
される場合に比べ、励起光の導入の効率を高めることが
可能になる。
To overcome this problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
No. 284255 discloses a laser device 8 in which an optical fiber 84 is wound around a circumferential surface of a cylindrical or cylindrical excitation light introducing member 82 for confining excitation light, as shown in FIG.
0 is disclosed. In such a laser device 80, as shown in FIG. 23, the excitation light introduced into the excitation light introduction member 82 from one end surface in the axial direction passes through a spiral optical path while repeating total reflection on the circumferential surface. Draw and proceed in the axial direction and become confined. When the excitation light reaches the circumferential surface around which the optical fiber 84 is wound, it is introduced into the inside from the side surface of the optical fiber 84 wound around the cylindrical surface. According to such a laser device 80, since the excitation light is introduced from a side surface much larger in area than the end face of the optical fiber 82, the efficiency of introduction of the excitation light is increased as compared with the case where the excitation light is introduced from the end face. It becomes possible.

【0004】また、上記のような励起光導入部材を用い
たレーザー装置の出力、効率を維持しつつ装置の小型化
を図るため、図24(A)、(B)に示されるように、
励起光導入部材92として上下面が平面である薄円盤形
状のものを用い、この平面上に巻回された光ファイバー
94が配置されているレーザー装置90も提案されてい
る。
As shown in FIGS. 24 (A) and 24 (B), in order to reduce the size of the laser device using the excitation light introducing member as described above while maintaining the output and efficiency of the laser device.
A laser device 90 in which a thin disk-shaped one having upper and lower surfaces which are flat as the excitation light introducing member 92 and an optical fiber 94 wound on this flat surface is arranged has also been proposed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような薄円盤形状
の励起光導入部材92に励起光を閉じ込めようとする場
合、励起光導入部材92の上下面又は側面(円周面)に
反射膜を形成することが考えられる。しかし、反射膜を
用いると反射膜により励起光の一部が吸収され、反射に
伴う励起光の損失が避けられないといった問題がある。
特に、励起光導入部材92の上下面に反射膜を形成する
場合、上下面での反射回数が多くなるため、反射面での
吸収による励起光の損失が大きくなってしまう。また、
励起光導入部材92の側面にのみ反射膜を形成すれば、
反射に伴う励起光の損失は低減されるが、そもそも、薄
板形状の励起光導入部材92の側面にのみ反射膜を形成
することは困難である。
When the excitation light is to be confined in such a thin disk-shaped excitation light introducing member 92, reflection films are formed on the upper and lower surfaces or side surfaces (circumferential surfaces) of the excitation light introducing member 92. To form. However, when a reflection film is used, there is a problem that a part of the excitation light is absorbed by the reflection film, and a loss of the excitation light due to reflection is inevitable.
In particular, when the reflection films are formed on the upper and lower surfaces of the excitation light introducing member 92, the number of reflections on the upper and lower surfaces increases, so that the loss of the excitation light due to absorption on the reflection surface increases. Also,
If a reflection film is formed only on the side surface of the excitation light introducing member 92,
Although the loss of the excitation light due to the reflection is reduced, it is difficult to form a reflection film only on the side surface of the thin plate-shaped excitation light introduction member 92 in the first place.

【0006】そこで、励起光導入部材92を薄円盤形状
に形成する場合、励起光導入部材92と外界(空気)と
の境界面における全反射により励起光を励起光導入部材
92に閉じ込めることが考えられる。しかし、全反射に
より励起光の閉じ込めを行おうとする場合、励起光導入
部材92の屈折率が外界の空気の屈折率より高いという
条件に加え、励起光導入部材92内の励起光の光路全体
にわたって境界面に対する入射角を所定の臨界角以上に
保たなければならないという条件を満たさなければなら
ない。そして、薄板形状の励起光導入部材92でこのよ
うな条件を満たそうとする場合、励起光導入部材92内
で励起光が分布する範囲が制限され、また励起光の入射
位置や入射角度の調整が困難になるといった問題があ
る。
Therefore, when the excitation light introducing member 92 is formed in a thin disk shape, it is considered that the excitation light is confined in the excitation light introducing member 92 by total reflection at the boundary surface between the excitation light introducing member 92 and the outside (air). Can be However, when the excitation light is to be confined by total internal reflection, in addition to the condition that the refractive index of the excitation light introduction member 92 is higher than the refractive index of the air in the outside world, the excitation light in the excitation light introduction member 92 extends over the entire optical path. The condition that the angle of incidence with respect to the interface must be kept above a predetermined critical angle must be met. When the thin plate-shaped excitation light introducing member 92 is intended to satisfy such conditions, the range in which the excitation light is distributed in the excitation light introducing member 92 is limited, and the incident position and the incident angle of the excitation light are adjusted. There is a problem that it becomes difficult.

【0007】例えば、図24に示されるレーザー装置の
励起光導入部材に全反射により励起光を閉じ込めようと
する場合、励起光を平面の周縁部近傍の位置から側面に
沿った方向から入射する必要がある。そして、この励起
光は、図25(A)、(B)に示されるように、励起光
導入部材92の平面間で全反射を繰り返しながら直進
し、励起光導入部材92の側面で全反射されるというこ
とが繰り返される必要がある。図26(A)、(B)
は、直径110mm、厚さ3.5mm、上下面が平面で
ある円盤形状の石英ガラス製励起光導入部材92に導入
された励起光の光路を光線追跡法により解析した結果を
示す図である。励起光は平面の中心から50mmの位置
に設けられた三角プリズム96を介して、側面の接線方
向と平行方向から、平面と励起光のなす角度が45°と
なるように入射されている。光路上の黒点は上下面での
反射位置を示す。図26(A)、(B)に示されるよう
に、励起光導入部材92に導入された励起光は、励起光
導入部材92の周縁部近傍にのみ分布し、中心部近傍に
は分布していない。このため光ファイバーを配置する位
置が周縁部に限定されてしまい、設計上の自由度を減少
させる。
For example, when the excitation light is to be confined to the excitation light introducing member of the laser device shown in FIG. 24 by total reflection, the excitation light needs to be incident from a position near the periphery of the plane and along the side surface. There is. Then, as shown in FIGS. 25A and 25B, the excitation light travels straight while repeating total reflection between the planes of the excitation light introduction member 92, and is totally reflected on the side surface of the excitation light introduction member 92. Need to be repeated. FIG. 26 (A), (B)
FIG. 9 is a diagram showing a result of analyzing the optical path of the excitation light introduced into the disk-shaped excitation light introduction member 92 made of quartz disk having a diameter of 110 mm, a thickness of 3.5 mm, and upper and lower surfaces being flat by a ray tracing method. The excitation light is incident through a triangular prism 96 provided at a position 50 mm from the center of the plane such that the angle between the plane and the excitation light is 45 ° from the direction parallel to the tangential direction of the side surface. Black dots on the optical path indicate reflection positions on the upper and lower surfaces. As shown in FIGS. 26A and 26B, the excitation light introduced into the excitation light introduction member 92 is distributed only near the periphery of the excitation light introduction member 92, and is distributed near the center. Absent. For this reason, the position where the optical fiber is arranged is limited to the peripheral portion, and the degree of freedom in design is reduced.

【0008】また、励起光は平面の周縁部近傍の狭い領
域に配置されている光ファイバー94からしか導入され
ないので、励起光導入の効率が悪くなり、高出力のレー
ザー光を得ることができなくなる。このような場合、励
起光導入部材92の径を大きく設定することにより励起
光導入の効率を高めることが考えられるが、これではレ
ーザー装置90の小型化を図ることができない。さら
に、励起光は励起光導入部材92の平面及び側面で反射
されているが、励起光の一部は側面では全反射されず、
励起光導入部材92の外部に飛び出てしまっている。こ
の場合、側面での全反射条件を満たそうとすると、励起
光の入射位置や入射角度の調整が困難になると伴に、レ
ーザー装置の設計上の自由度を減少させる。
In addition, since the pumping light is introduced only from the optical fiber 94 disposed in a narrow area near the periphery of the plane, the efficiency of pumping light introduction deteriorates, and a high-power laser beam cannot be obtained. In such a case, it is conceivable to increase the efficiency of the excitation light introduction by setting the diameter of the excitation light introduction member 92 large, but this does not allow the laser device 90 to be downsized. Further, although the excitation light is reflected on the plane and the side surface of the excitation light introduction member 92, a part of the excitation light is not totally reflected on the side surface,
It has jumped out of the excitation light introducing member 92. In this case, in order to satisfy the condition of total reflection on the side surface, it is difficult to adjust the incident position and the incident angle of the excitation light, and the design freedom of the laser device is reduced.

【0009】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、小型で高出力のレーザー光を得る
ことが可能であり、しかも設計上の自由度の高いレーザ
ー装置並びにこのようなレーザー装置を用いたレーザー
加工装置及び光信号増幅装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to obtain a small and high-output laser beam, and furthermore, a laser device having a high degree of freedom in design and such a laser device. It is an object to provide a laser processing device and an optical signal amplifying device using a laser device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るレーザー装置は以下のような内容を有
する。まず、請求項1の発明は、レーザー活性物質を含
むコアを有し、レーザー活性物質が励起されることによ
り少なくとも一端からレーザー光を出力する光ファイバ
ーと、レーザー活性物質を励起するための励起光を発生
する励起光源と、励起光を光ファイバーに導入するため
の励起光導入部材とを備え、励起光導入部材は互いに対
向する対向面を有し、励起光導入部材に入射された励起
光は対向面で反射を繰り返しながら励起光導入部材の周
方向に進行すると共に、励起光の少なくとも一部はその
進路を励起光導入部材の内側方向に進行させるような進
行制御手段によって励起光導入部材の内側方向に屈曲さ
れながら進行して励起光分布領域を形成し、光ファイバ
ーはその側面の少なくとも一部が励起光分布領域におけ
る対向面の少なくとも一方と直接又は光学媒質を介して
間接的に接触するように配置されており、その接触した
部分を通じて光ファイバーの側面より入射される励起光
によりレーザー活性物質が励起されること特徴とするレ
ーザー装置である。
To achieve the above object, a laser device according to the present invention has the following contents. First, an invention according to claim 1 has an optical fiber having a core containing a laser active substance, outputting a laser beam from at least one end when the laser active substance is excited, and an excitation light for exciting the laser active substance. An excitation light source for generating the excitation light; and an excitation light introduction member for introducing the excitation light into the optical fiber. The excitation light introduction member has opposing surfaces facing each other, and the excitation light incident on the excitation light introduction member has an opposing surface. While traveling in the circumferential direction of the excitation light introducing member while repeating reflection at the same time, at least a part of the excitation light is directed inward of the excitation light introducing member by a traveling control means that causes the path of the excitation light to travel inward of the excitation light introducing member. The optical fiber forms an excitation light distribution region while being bent, and at least a part of the side surface of the optical fiber has at least one of opposing surfaces in the excitation light distribution region. And a laser device that is disposed so as to directly or indirectly contact through an optical medium, and the laser active substance is excited by excitation light incident from the side surface of the optical fiber through the contacted portion. .

【0011】本発明においては、励起光源で発生された
励起光は励起光導入部材に入射される。この励起光は励
起光導入部材の対向面の間で反射を繰り返しながら、励
起光導入部材の周方向に進行する。そして、この励起光
は進行制御手段により励起光導入部材の内側方向に屈曲
されながら進行して、励起光分布領域を形成する。従っ
て、本発明では、励起光分布領域を励起光導入部材の内
側方向にまで広く形成することが可能になる。この励起
光が励起光分布領域における対向面の光ファイバーが配
置された部分に達すると、励起光はその側面より光ファ
イバー内に導入される。そして、この励起光はコアにド
ープされたレーザー活性物質を励起し、誘導放出効果に
よりレーザー光を発生させる。このレーザー光は光ファ
イバー内を伝わって端部より出力される。
In the present invention, the excitation light generated by the excitation light source is incident on the excitation light introducing member. The excitation light travels in the circumferential direction of the excitation light introducing member while being repeatedly reflected between the opposing surfaces of the excitation light introducing member. Then, the excitation light travels while being bent inward of the excitation light introduction member by the progress control means to form an excitation light distribution region. Therefore, according to the present invention, it is possible to form the excitation light distribution region as wide as the inside of the excitation light introduction member. When the excitation light reaches the portion of the excitation light distribution region where the optical fiber is disposed on the opposing surface, the excitation light is introduced into the optical fiber from the side surface. The excitation light excites the laser active substance doped in the core, and generates laser light by the stimulated emission effect. This laser light propagates through the optical fiber and is output from the end.

【0012】このように、本発明によれば、励起光分布
領域をその励起光導入部材の内側方向にまで広く形成す
ることができるので、光ファイバーを対向面の広い領域
の任意の範囲に配置することが可能になり、光ファイバ
ーの配置に関する自由度を増大することが可能になる。
また、この広い領域に渡って配置された光ファイバーに
励起光を導入することが可能になるので、薄板状の励起
光導入部材を用いた場合でも高出力のレーザー装置を提
供することが可能になる。また、励起光導入部材に導入
された励起光は、励起光分布領域の内側に屈曲されてい
るので、全反射により励起光を閉じ込めるためには励起
光導入部材の側面で反射させることは必ずしも必要なく
なる。また、励起光が側面で反射される場合を想定して
も、励起光の光路を励起光分布領域の内側に屈曲させる
ことにより、側面に対する入射角を全反射条件である臨
界角より大きくすることが容易になる。従って、励起光
の入射位置や入射角度等の調整が容易になると伴に、レ
ーザー装置の設計上の自由度を増大させることが可能に
なる。さらに、本発明のレーザー装置によれば、光ファ
イバーは励起光分布領域における対向面に配置されてい
るので、光ファイバーが円柱形状の励起光導入部材の側
面に巻回されている従来のレーザー装置とは異なり、対
向面間の距離(厚さ)を小さくすることができる。従っ
て、レーザー光の出力を維持しつつ、装置の小型化を図
ることが可能になる。請求項2の発明は、前記進行制御
手段は前記対向面間の厚さの変化により形成されている
請求項1記載のレーザー装置である。本発明によれば、
対向面間の厚さを変化させることにより進行制御手段を
構成することができるので、励起光導入部材の製造が容
易になる。
As described above, according to the present invention, since the excitation light distribution region can be formed to be wide toward the inside of the excitation light introducing member, the optical fiber is arranged in an arbitrary range in the wide region of the opposing surface. It is possible to increase the degree of freedom regarding the arrangement of the optical fiber.
Further, since it becomes possible to introduce the excitation light into the optical fibers arranged over this wide area, it becomes possible to provide a high-output laser device even when a thin plate-like excitation light introduction member is used. . In addition, since the excitation light introduced into the excitation light introducing member is bent inside the excitation light distribution region, it is not always necessary to reflect the light on the side surface of the excitation light introducing member in order to confine the excitation light by total reflection. Disappears. In addition, even if it is assumed that the excitation light is reflected on the side surface, the incident angle with respect to the side surface should be larger than the critical angle, which is the condition of total reflection, by bending the optical path of the excitation light inside the excitation light distribution region. Becomes easier. Therefore, it is possible to easily adjust the incident position and the incident angle of the excitation light, and to increase the degree of freedom in designing the laser device. Furthermore, according to the laser device of the present invention, since the optical fiber is disposed on the opposing surface in the excitation light distribution region, it is different from the conventional laser device in which the optical fiber is wound around the side surface of the cylindrical excitation light introducing member. Differently, the distance (thickness) between the facing surfaces can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the device while maintaining the output of the laser light. The invention according to claim 2 is the laser device according to claim 1, wherein the progress control means is formed by a change in thickness between the facing surfaces. According to the present invention,
Since the progress control means can be configured by changing the thickness between the opposing surfaces, the manufacture of the excitation light introducing member is facilitated.

【0013】請求項3の発明は、レーザー活性物質を含
むコアを有し、レーザー活性物質が励起されることによ
り少なくとも一端からレーザー光を出力する光ファイバ
ーと、レーザー活性物質を励起するための励起光を発生
する励起光源と、励起光を前記光ファイバーに導入する
ための励起光導入部材とを備え、励起光導入部材は互い
に対向する対向面を有し、励起光導入部材に入射された
励起光は対向面で反射を繰り返しながら励起光導入部材
を周回して励起光分布領域を形成し、励起光分布領域に
は励起光を励起光導入部材の内側方向に屈曲させるため
対向面間の距離が励起光導入部材の内側に向かって拡大
する拡厚部が形成されており、光ファイバーはその側面
の少なくとも一部が励起光分布領域における対向面の少
なくとも一方と直接又は光学媒質を介して間接的に接触
するように配置されており、その接触した部分を通じて
光ファイバーの側面より入射される励起光によりレーザ
ー活性物質が励起されること特徴とするレーザー装置で
ある。本発明によれば、励起光は励起光導入部材の対向
面の間で反射を繰り返しながら、励起光導入部材を周回
して励起光分布領域を形成する。この励起光は、対向面
間の距離が励起光導入部材の内側に向かって拡大する拡
厚部により励起光導入部材の内側方向に屈曲されながら
進行する。従って、請求項1のレーザー装置と同一の効
果を得ることが可能になる。
[0013] According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical fiber having a core containing a laser active substance and outputting a laser beam from at least one end when the laser active substance is excited, and an excitation light for exciting the laser active substance. And an excitation light introduction member for introducing excitation light into the optical fiber, the excitation light introduction member has opposing surfaces facing each other, and the excitation light incident on the excitation light introduction member is The excitation light distribution member is circulated around the excitation light introducing member while being repeatedly reflected on the opposing surface to form an excitation light distribution region. In the excitation light distribution region, the distance between the opposing surfaces is excited because the excitation light is bent inward of the excitation light introduction member. A thickened portion expanding toward the inside of the light introducing member is formed, and at least a part of the side surface of the optical fiber is directly in contact with at least one of the opposing surfaces in the excitation light distribution region. Or it is arranged so as to indirect contact via an optical medium, a laser and wherein the laser active material is excited by excitation light incident from the side surface of the optical fiber through the contact portion. According to the present invention, the excitation light repeatedly circulates around the excitation light introduction member to form an excitation light distribution region while repeatedly reflecting between the opposing surfaces of the excitation light introduction member. The excitation light travels while being bent inward of the excitation light introducing member by the thickened portion in which the distance between the opposing surfaces increases toward the inside of the excitation light introducing member. Therefore, it is possible to obtain the same effect as the laser device of the first aspect.

【0014】請求項4の発明は、励起光導入部材は対向
面間の距離が励起光導入部材の中心に向かって連続的に
拡大する形状を有する請求項3記載のレーザー装置であ
る。本発明によれば、励起光導入部材を、平凸レンズ形
状、両凸レンズ形状、メニスカスレンズ形状、円錐形状
等の各種の形状に形成することが可能になる。請求項5
の発明は、励起光導入部材は対向面間の距離が励起光導
入部材の中心に向かって連続的に拡大する凸レンズ形状
を有する請求項4記載のレーザー装置である。本発明に
よれば、励起光導入部材として製造、配置、取扱の容易
な平凸レンズ形状や両凸レンズ形状を有するものを用い
ることが可能になる。請求項6の発明は、光ファイバー
は励起光分布領域における対向面の少なくとも一方に巻
回された状態で配置されている請求項1〜5のいずれか
1項に記載のレーザー装置である。本発明によれば、励
起光分布領域に光ファイバーを高密度で配置することが
可能になり、光ファイバーに対する励起光の導入を効率
的に行うことが可能になる。また、対向面間の距離が増
大する部分に光ファイバーを高密度かつ安定した状態で
巻回することが可能になる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the laser device according to the third aspect, wherein the excitation light introducing member has a shape in which the distance between the opposing surfaces continuously increases toward the center of the excitation light introducing member. According to the present invention, the excitation light introducing member can be formed into various shapes such as a plano-convex lens shape, a biconvex lens shape, a meniscus lens shape, and a conical shape. Claim 5
The invention according to claim 4 is the laser device according to claim 4, wherein the excitation light introducing member has a convex lens shape in which the distance between the opposing surfaces continuously increases toward the center of the excitation light introducing member. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to use what has a plano-convex lens shape or a biconvex lens shape which is easy to manufacture, arrange, and handle as the excitation light introducing member. The invention according to claim 6 is the laser device according to any one of claims 1 to 5, wherein the optical fiber is disposed so as to be wound around at least one of the opposing surfaces in the excitation light distribution region. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to arrange | position an optical fiber in the excitation light distribution area | region at high density, and it becomes possible to introduce | transduce an excitation light with respect to an optical fiber efficiently. In addition, it is possible to wind the optical fiber in a high-density and stable state around a portion where the distance between the facing surfaces increases.

【0015】請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれ
か1項に記載されたレーザー装置と、レーザー装置の光
ファイバーの少なくとも一端より出力されるレーザー光
を被加工対象に集光する集光光学系とを備えたレーザー
加工装置である。本発明によれば、小型で高出力のレー
ザー装置を用いてレーザー加工装置を構成することが可
能になる。請求項8の発明は、請求項1〜6のいずれか
1項に記載されたレーザー装置を備え、前記光ファイバ
ーの一端を信号光の入力端とし、他端を増幅光の出力端
とする光信号増幅装置である。本発明によれば、小型で
高出力のレーザー装置を用いて光信号増幅装置を構成す
ることが可能になる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a laser device according to any one of the first to sixth aspects, and a laser device for converging a laser beam output from at least one end of an optical fiber of the laser device onto an object to be processed. This is a laser processing apparatus provided with an optical optical system. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to comprise a laser processing apparatus using a small and high-power laser apparatus. According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an optical signal comprising the laser device according to any one of the first to sixth aspects, wherein one end of the optical fiber is an input end of a signal light and the other end is an output end of an amplified light. It is an amplification device. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to comprise an optical signal amplifying device using a small high-power laser device.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1は本発明に係るレーザ
ー装置を示す図である。このレーザー装置10は、レー
ザー活性物質の誘導放出効果を利用した光の発振装置又
は光の増幅装置であり、レーザー加工、光通信、レーザ
ー計測等で用いられる。このレーザー装置10は、レー
ザー活性物質を含むコアを有し、このレーザー活性物質
が励起されると端部よりレーザー光を発する光ファイバ
ー12と、レーザー活性物質を励起するための励起光を
発生する励起光源14と、励起光を光ファイバー12に
導入するための励起光導入部材16とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a laser device according to the present invention. The laser device 10 is a light oscillation device or a light amplification device utilizing the stimulated emission effect of a laser active substance, and is used in laser processing, optical communication, laser measurement, and the like. This laser device 10 has a core containing a laser active substance, an optical fiber 12 that emits a laser beam from an end when the laser active substance is excited, and an excitation fiber that generates an excitation light for exciting the laser active substance. A light source 14 and an excitation light introducing member 16 for introducing excitation light into the optical fiber 12 are provided.

【0017】励起光導入部材16としては、図1及び図
2に示されるように、一面が平面16bでこの平面16
bに対向する面が凸面16aであり、中心を通る回転軸
の周りに回転対象な形状を有する円盤状の平凸レンズ形
状の透明体が用いられる。励起光導入部材16として、
対向面の一面が平面16bとなっているものを用いるこ
とにより、励起光導入部材を安定して設置することが可
能になると伴に、放熱器等の付属品を設けることが容易
になる。また、励起光導入部材16を中心を通る回転軸
の周りに回転対称な形状とすることにより、設計や光フ
ァイバーの配置が容易となると伴に、装置の小型化を図
ることが可能になる。このような励起光導入部材16で
は、凸面16aが励起光を励起光導入部材の内側に屈曲
させる進行制御手段として作用することになる。この励
起光導入部材16は、石英ガラス等の光学ガラス、光学
樹脂、光学結晶等の光学材料で形成することができる。
通常、光ファイバー12との屈折率、熱膨張率のマッチ
ングを考慮し、光ファイバー12のクラッドと同一材料
で形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the excitation light introducing member 16 has a flat surface 16b and a flat surface 16b.
The surface facing b is a convex surface 16a, and a disc-shaped plano-convex lens-shaped transparent body having a shape to be rotated around a rotation axis passing through the center is used. As the excitation light introducing member 16,
By using one having a flat surface 16b on one side of the opposing surface, it becomes possible to stably install the excitation light introducing member and to easily provide accessories such as a radiator. Further, by forming the excitation light introducing member 16 into a rotationally symmetrical shape around a rotation axis passing through the center, it becomes easy to design and dispose the optical fiber, and it is possible to reduce the size of the apparatus. In such an excitation light introducing member 16, the convex surface 16a functions as a progress control means for bending the excitation light inside the excitation light introducing member. The excitation light introducing member 16 can be formed of an optical material such as optical glass such as quartz glass, an optical resin, or an optical crystal.
Usually, the cladding of the optical fiber 12 is formed of the same material in consideration of matching of the refractive index and the coefficient of thermal expansion with the optical fiber 12.

【0018】励起光導入部材16の凸面16aの形状
は、励起光導入部材16に導入された励起光を中心方向
に屈曲することができるものであれば特に限定されず、
球面の一部、放物面、双曲面等が用いられる。また、こ
の凸面16aと平面16bの間の間隔は、励起光導入部
材16内での光路を減少させ、励起光を高密度で閉じ込
めるため、必要な機械的強度を保てる範囲でできるだけ
小さく設定される。このような励起光導入部材16に
は、図3(A)、(B)に示されるように、製造に必要
な光学材料を低減し、熱放散性を向上させるため、光路
とならない中央部に空間部16cを形成してもよい。
The shape of the convex surface 16a of the excitation light introducing member 16 is not particularly limited as long as the excitation light introduced into the excitation light introducing member 16 can be bent toward the center.
A part of a spherical surface, a paraboloid, a hyperboloid, or the like is used. The distance between the convex surface 16a and the flat surface 16b is set as small as possible within a range where the required mechanical strength can be maintained because the optical path in the excitation light introducing member 16 is reduced and the excitation light is confined at high density. . As shown in FIGS. 3A and 3B, such an excitation light introducing member 16 has a central portion that does not form an optical path in order to reduce the amount of optical materials required for manufacturing and improve heat dissipation. The space 16c may be formed.

【0019】上記のような励起光導入部材16の周縁部
近傍より励起光を導入すると、励起光は、図10
(A)、(B)に示されるように、平面16bと凸面1
6aで反射を繰り返しながら励起光導入部材16の周方
向に進行する。そして、凸面で反射されるときに、励起
光導入部材の中心方向に屈曲される。その結果、励起光
は導入部材の周縁部近傍から中心部近傍の範囲でドーナ
ツ形状を有する励起光分布領域内に分布することにな
る。この励起光分布領域における凸面16aには、光フ
ァイバー12が、側面どうしが間隙なく密着する渦巻き
状に巻回されている。この光ファイバー12の巻回は、
例えば、図4(A)、(B)に示されるように、励起光
導入部材16の凸面16aの中心に仮立設された円筒1
8に光ファイバー12の巻き始めの一端を固定し、これ
を中心として光ファイバー12を側面どうしが密着する
よう順次外周方向に巻き付け、他端をレーザー光の出力
端12aとして外部に引き出すことにより行われる。円
筒18は、巻き付けが行われた後、励起光導入部材16
より取り外される。このように、光ファイバー12が間
隙なく巻回されることにより、励起光導入部材16上に
コアを高密度に配置させることができ、励起光を光ファ
イバー12に効率的に導入することが可能になる。上記
の方法で巻回された光ファイバー12は、励起光導入部
材16からの励起光の導入を妨げないよう、励起光導入
部材16と同一又は近い屈折率を有する光学樹脂や低融
点ガラス等の光学媒質による接着、炭酸ガスレーザー等
を用いた溶融等の方法で凸面16aに固定される。
When the excitation light is introduced from the vicinity of the periphery of the excitation light introduction member 16 as described above, the excitation light
As shown in (A) and (B), the flat surface 16b and the convex surface 1
The light travels in the circumferential direction of the excitation light introducing member 16 while repeating reflection at 6a. When the light is reflected by the convex surface, it is bent toward the center of the excitation light introducing member. As a result, the excitation light is distributed in the excitation light distribution region having a donut shape in a range from the vicinity of the periphery to the vicinity of the center of the introduction member. The optical fiber 12 is wound around the convex surface 16a in the excitation light distribution region in a spiral shape in which the side surfaces are in close contact with no gap. The winding of the optical fiber 12 is
For example, as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), the cylinder 1 temporarily erected at the center of the convex surface 16 a of the excitation light introducing member 16.
8, the optical fiber 12 is fixed at one end at the beginning of winding, and the optical fiber 12 is sequentially wound around the outer periphery in such a manner that the side surfaces are in close contact with each other, and the other end is drawn out as a laser light output end 12a. After the winding is performed, the cylinder 18 is
More removed. By winding the optical fiber 12 without gaps in this way, the core can be arranged on the excitation light introducing member 16 at high density, and the excitation light can be efficiently introduced into the optical fiber 12. . The optical fiber 12 wound by the above method is made of an optical resin such as an optical resin or a low melting point glass having a refractive index equal to or close to that of the excitation light introducing member 16 so as not to hinder the introduction of the excitation light from the excitation light introducing member 16. It is fixed to the convex surface 16a by a method such as adhesion with a medium, melting using a carbon dioxide laser or the like.

【0020】また、図5に示されるように、凸面16a
に巻回された光ファイバー12を覆うように光学媒質層
20を形成してもよい。このような光学媒質層20とし
て励起光導入部材16と同一又は近い屈折率を有するも
のを用いれば、光ファイバー12を固定するだけではな
く、この光学媒質層20を介して励起光を光ファイバー
12に導入することが可能になると共に、光ファイバー
12が外界の影響を受けにくくなり縦モードの周波数の
安定化も図れる。このような光ファイバー12として
は、レーザー活性物質がドープされているコアの周りに
励起光をコアに導くためのクラッドが形成されているレ
ーザーファイバーが用いられる。このレーザー活性物質
は励起光による誘導放出効果によりレーザー光を発生す
る物質であり、ネオジム(Nd)、イッテルビウム(Y
b)、エルビウム(Er)等の希土類元素等からレーザ
ー装置の用途等に応じて適宜選択される。例えば、1.
55μm帯の信号光の増幅を行う場合には、この波長帯
での光の増幅が可能なエルビウムが好適に用いられる。
As shown in FIG. 5, the convex surface 16a
The optical medium layer 20 may be formed so as to cover the optical fiber 12 wound around. If such an optical medium layer 20 having a refractive index equal to or close to that of the excitation light introducing member 16 is used, not only is the optical fiber 12 fixed, but also the excitation light is introduced into the optical fiber 12 through this optical medium layer 20. In addition, the optical fiber 12 is hardly affected by the outside world, and the frequency of the longitudinal mode can be stabilized. As such an optical fiber 12, a laser fiber in which a clad for guiding excitation light to a core around a core doped with a laser active substance is formed is used. This laser active substance is a substance that generates laser light by the stimulated emission effect of the excitation light, and includes neodymium (Nd), ytterbium (Y
b), a rare earth element such as erbium (Er) or the like is appropriately selected according to the use of the laser apparatus. For example, 1.
When amplifying signal light in the 55 μm band, erbium capable of amplifying light in this wavelength band is preferably used.

【0021】この光ファイバー12の材質は、石英ガラ
ス、リン酸塩系ガラス等のガラスや、プラスチック等の
光学材料からレーザー装置の用途に応じて選択される。
例えば、高輝度動作を行う場合、レーザー光耐性の高い
石英ガラスが用いられる。この光ファイバー12の断面
形状は、クラッドに入射された励起光をコアに効率的に
導入できるものであれば特に限定されず、円形、矩形、
多角形、楕円等から適宜選択される。励起光導入部材1
6の中心側に固定されている光ファイバー12の一端は
破断面でもよいが、通常、光の反射時における損失を低
減するため、レーザー光の反射率を高くするよう平面研
磨されているか、又はレーザー光の反射率が100%に
近い回折格子や反射膜等の反射手段が設けられている。
また、外部に引き出された出力端12aはレーザー光の
取り出しが可能な垂直な破断面とされている。また、励
起光導入部材16に巻回された光ファイバー12の一端
を信号入力端とし、他端を出力端とする場合や、両端を
出力端とする場合は、図6に示されるように、両端12
a、12bともに垂直破断した面とし、励起光導入部材
16に固定せず、外部に引き出される。
The material of the optical fiber 12 is selected from glass such as quartz glass and phosphate glass and optical material such as plastic according to the use of the laser device.
For example, when performing high-luminance operation, quartz glass having high laser light resistance is used. The cross-sectional shape of the optical fiber 12 is not particularly limited as long as the excitation light incident on the clad can be efficiently introduced into the core.
It is appropriately selected from a polygon, an ellipse, and the like. Excitation light introduction member 1
One end of the optical fiber 12 fixed to the center of the optical fiber 6 may have a fractured surface, but is usually polished or flat-polished to increase the reflectance of laser light in order to reduce loss at the time of light reflection. Reflection means such as a diffraction grating and a reflection film having a light reflectance close to 100% are provided.
The output end 12a drawn out has a vertical broken surface from which laser light can be extracted. When one end of the optical fiber 12 wound around the excitation light introducing member 16 is used as a signal input end and the other end is used as an output end, or when both ends are used as output ends, as shown in FIG. 12
Both a and 12b are vertically broken surfaces, and are drawn out without being fixed to the excitation light introducing member 16.

【0022】この光ファイバー12のコア径は、レーザ
ー装置の用途等に応じて適宜設定することが可能であ
り、例えば、コア径を小さく設定すれば、レーザー光密
度を上げることができる。また、光ファイバー12とし
ては、径が一定以上に設定されており、複数のモード光
を導くマルチモードファイバーを使用することもできる
が、微細な加工を行うレーザー加工装置や信号光の増幅
を行う信号増幅装置として用いる場合は、径が一定以下
に設定されており単一の基本モード光のみを導くシング
ルモードファイバーが用いられる。また、光ファイバー
12としては、レーザー活性物質がドープされたコアの
周りに励起光を導入するための第1クラッドが形成さ
れ、さらにこの第1クラッドの周りに励起光を第1クラ
ッドに閉じ込めるための第2クラッドが形成されている
二重クラッド構造の光ファイバーを用いることも可能で
ある。この場合、コアに対する励起光の吸収効率を向上
させるため第1クラッドの断面が矩形に形成されたもの
を用いることが好ましい。
The core diameter of the optical fiber 12 can be appropriately set according to the application of the laser device and the like. For example, if the core diameter is set small, the laser light density can be increased. Further, as the optical fiber 12, a multi-mode fiber that guides a plurality of mode lights can be used because the diameter is set to be equal to or greater than a certain value. However, a laser processing device that performs fine processing or a signal that amplifies the signal light When used as an amplifying device, a single mode fiber having a diameter set to be equal to or less than a certain value and guiding only a single fundamental mode light is used. Further, as the optical fiber 12, a first clad for introducing pumping light is formed around a core doped with a laser active substance, and further, around this first clad, for confining pumping light in the first clad. It is also possible to use an optical fiber having a double clad structure in which the second clad is formed. In this case, in order to improve the absorption efficiency of the excitation light with respect to the core, it is preferable to use a first clad having a rectangular cross section.

【0023】また、光ファイバー12は励起光導入部材
16の平面16b又は両面16a、16bに巻回されて
もよく、また、図7に示されるように、複数層に巻回さ
れていてもよい。さらに、必要に応じ1本の光ファイバ
ーのみでなく、複数本の光ファイバーが巻回されていて
もよい。また、励起光導入部材16に光ファイバー12
を配置する方法としては、光ファイバー12を巻回する
ことに限定されるものではなく、図8に示されるよう
に、光ファイバー12が繰り返し折り返された状態で配
置することも可能である。励起光導入部材16の平面1
6bの周縁部近傍には、励起光源14で発せられた励起
光を励起光導入部材16に導入するための三角柱状のプ
リズム22が設けられている。このプリズム22は互い
に平行な面である両側面を除く三面のうち、一面を入射
面とし、他の一面が励起光導入部材16の平面16bに
密着された状態で固定されている。
The optical fiber 12 may be wound on the flat surface 16b or both surfaces 16a, 16b of the excitation light introducing member 16, or may be wound on a plurality of layers as shown in FIG. Furthermore, not only one optical fiber but also a plurality of optical fibers may be wound as necessary. Further, the optical fiber 12 is
The method of arranging is not limited to winding the optical fiber 12, but as shown in FIG. 8, it is also possible to arrange the optical fiber 12 in a state where the optical fiber 12 is repeatedly folded. Plane 1 of excitation light introducing member 16
A triangular prism 22 for introducing the excitation light emitted from the excitation light source 14 to the excitation light introduction member 16 is provided near the periphery of 6b. The prism 22 is fixed in a state in which one of the three surfaces except the both side surfaces that are parallel to each other is an incident surface and the other surface is in close contact with the plane 16 b of the excitation light introducing member 16.

【0024】プリズム22が設けられる位置は平面16
bに限定されるものではなく、凸面16aや側面に設け
ることも可能である。また、励起光源14で発せられた
励起光を励起光導入部材16に導入するための手段とし
ては、上述のプリズム22の他に、励起光導入部材16
に形成された溝や、回折格子等を用いることができる。
また、励起光の漏れを低減するため、励起光源14で発
せられた励起光を導く光ファイバー14aを直接励起光
導入部材16に融着接合することも可能である。励起光
源14は、光ファイバー12のコアにドープされている
レーザー活性物質を励起させる波長の励起光を発するこ
とができるものであれば特に限定はされず、通常、発光
ダイオード(LED)、レーザーダイオード(LD)等
の半導体素子やフラッシュランプ等のランプ等が用いら
れる。特に、集光性や励起光の発生効率に優れた半導体
素子を用いることが好ましい。この励起光源14より発
生された励起光は光ファイバー14aを通じて励起光導
入部材16に設けられたプリズム22の入射面に導かれ
る。励起光導入部材16内での励起光密度を高くしよう
とする場合、励起光源14を複数設け、各々の励起光源
14からの励起光を複数の個所から励起光導入部材16
に導入するようにしてもよい。
The position where the prism 22 is provided is the plane 16
It is not limited to b, but may be provided on the convex surface 16a or the side surface. As means for introducing the excitation light emitted from the excitation light source 14 into the excitation light introduction member 16, in addition to the above-described prism 22, the excitation light introduction member 16
Groove, a diffraction grating, or the like can be used.
In order to reduce the leakage of the excitation light, the optical fiber 14a for guiding the excitation light emitted from the excitation light source 14 can be directly fusion-bonded to the excitation light introducing member 16. The excitation light source 14 is not particularly limited as long as it can emit excitation light having a wavelength that excites a laser active substance doped in the core of the optical fiber 12, and is usually a light emitting diode (LED) or a laser diode ( Semiconductor devices such as LD) and lamps such as flash lamps are used. In particular, it is preferable to use a semiconductor element having excellent light condensing properties and excitation light generation efficiency. The excitation light generated by the excitation light source 14 is guided to the incident surface of the prism 22 provided on the excitation light introducing member 16 through the optical fiber 14a. In order to increase the excitation light density in the excitation light introducing member 16, a plurality of excitation light sources 14 are provided, and the excitation light from each excitation light source 14 is supplied from a plurality of places to the excitation light introducing member 16.
May be introduced.

【0025】以下、上記のレーザー装置10の作用につ
いて説明する。励起光源14で発生された励起光は光フ
ァイバー14aを介して励起光導入部材16の平面16
bの周縁部近傍に設けられたプリズム22に導かれ、こ
のプリズム22により所定角度で励起光導入部材16内
に導入される。この励起光は、図9(B)に示されるよ
うに励起光導入部材16の凸面16aと平面16bで全
反射を繰り返しながら進行するが、凸面16aで全反射
される際には図9(A)に示されるようにその進路が対
向面の中心方向に屈曲される。
The operation of the above laser device 10 will be described below. The excitation light generated by the excitation light source 14 is transmitted to the plane 16 of the excitation light introduction member 16 through the optical fiber 14a.
The light is guided to a prism 22 provided in the vicinity of the periphery of b, and is introduced into the excitation light introducing member 16 at a predetermined angle by the prism 22. This excitation light travels while repeating total reflection on the convex surface 16a and the flat surface 16b of the excitation light introducing member 16 as shown in FIG. 9 (B). ), The course is bent toward the center of the facing surface.

【0026】図10(A)、(B)は、直径110m
m、周縁部の厚さ3.5mm、凸面の曲率半径500m
mである石英ガラス製の平凸レンズ形状の励起光導入部
材16に導入された励起光の光路を光線追跡法により解
析した結果を示す図である。励起光は平面の中心から5
0mmの位置に設けられた一辺3mmの三角プリズム2
2を介して、外周の接線方向と平行方向で、平面16b
と励起光のなす角度が45°となるように入射されてい
る。光路上の黒点は凸面16a及び平面16bでの反射
位置を示す。この場合、励起光は、図10(A)、
(B)に示されるように、平面16b及び凸面16aで
の反射を繰り返しながら、励起光導入部材16の中心方
向に屈曲されて進行している。その結果、励起光導入部
材16の励起光分布領域は周縁部近傍から中心部近傍の
広い範囲に渡って形成されたドーナツ形状を有してい
る。
FIGS. 10A and 10B show the case where the diameter is 110 m.
m, thickness of peripheral part 3.5 mm, radius of curvature of convex surface 500 m
FIG. 9 is a diagram showing a result of analyzing the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member 16 having a shape of m and a quartz glass plano-convex lens by a ray tracing method. The excitation light is 5 from the center of the plane.
Triangular prism 2 with a side of 3 mm provided at a position of 0 mm
2 through a plane 16b in a direction parallel to the tangential direction of the outer periphery.
And the excitation light are incident at an angle of 45 °. The black dots on the optical path indicate the reflection positions on the convex surface 16a and the plane 16b. In this case, the excitation light is as shown in FIG.
As shown in (B), the light is repeatedly bent at the center of the excitation light introducing member 16 and travels while being repeatedly reflected at the plane 16b and the convex surface 16a. As a result, the excitation light distribution region of the excitation light introducing member 16 has a donut shape formed over a wide range from near the periphery to near the center.

【0027】この励起光が、凸面16aの光ファイバー
12が巻回されている部分に達すると、励起光は光ファ
イバー12の側面よりクラッド内に導入される。このよ
うに、励起光を光ファイバー12の側面から導入するこ
とにより、励起光が端面から導入される場合に比べ、励
起光の導入の効率を高めることが可能になる。光ファイ
バー12に導入された励起光はコアにドープされたレー
ザー活性物質を励起し、誘導放出効果によりレーザー光
を発生させる。このレーザー光は光ファイバー12内を
伝わって出力端12aより放出される。
When the excitation light reaches the portion of the convex surface 16a where the optical fiber 12 is wound, the excitation light is introduced into the cladding from the side surface of the optical fiber 12. Thus, by introducing the excitation light from the side surface of the optical fiber 12, it is possible to increase the efficiency of the introduction of the excitation light as compared with the case where the excitation light is introduced from the end face. The excitation light introduced into the optical fiber 12 excites the laser active substance doped in the core, and generates laser light by the stimulated emission effect. This laser light propagates through the optical fiber 12 and is emitted from the output end 12a.

【0028】このように、本発明においては、励起光導
入部材16の励起光分布領域は周縁部近傍から中心部近
傍に渡って広い範囲で存在しているため、この広い領域
の任意の範囲で光ファイバーを巻回することができる。
その結果、光ファイバーの巻回可能な範囲が励起光導入
部材の周縁部に限定される従来のレーザー装置と比べ、
光ファイバー12の巻回可能な範囲を広げることが可能
になる。また、広い範囲に渡って巻回された光ファイバ
ー12に励起光を導入することが可能になるので、光フ
ァイバー12に対する励起光の導入を効率的に行うこと
ができ、その結果、薄板状の励起光導入部材16を用い
た場合でも高出力のレーザー装置を提供することが可能
になる。さらに、励起光導入部材16に導入された励起
光は、図10(A)、(B)に示されるように、励起光
導入部材16の中心方向に屈曲されているので、側面で
反射されることがない。仮に励起光が側面で反射される
場合を想定しても、励起光は励起光導入部材16の中心
方向に屈曲されているので、側面に対する励起光の入射
角を全反射条件である臨界角より大きくすることが容易
である。従って、励起光の入射位置や入射角度等の調整
が容易になると伴に、レーザー装置の設計上の自由度を
増大させることが可能になる。
As described above, in the present invention, since the excitation light distribution region of the excitation light introducing member 16 exists in a wide range from the vicinity of the peripheral portion to the vicinity of the center portion, the excitation light distribution region can be formed in any range of the wide region. Optical fiber can be wound.
As a result, compared to a conventional laser device in which the range in which the optical fiber can be wound is limited to the periphery of the excitation light introducing member,
The range in which the optical fiber 12 can be wound can be increased. In addition, since the excitation light can be introduced into the optical fiber 12 wound over a wide range, the excitation light can be efficiently introduced into the optical fiber 12, and as a result, the thin plate-like excitation light can be introduced. Even when the introduction member 16 is used, a high-power laser device can be provided. Further, the excitation light introduced into the excitation light introducing member 16 is bent toward the center of the excitation light introducing member 16 as shown in FIGS. Nothing. Even if it is assumed that the excitation light is reflected on the side surface, since the excitation light is bent toward the center of the excitation light introduction member 16, the incident angle of the excitation light on the side surface should be smaller than the critical angle that is a condition of total reflection. It is easy to increase the size. Therefore, it is possible to easily adjust the incident position and the incident angle of the excitation light, and to increase the degree of freedom in designing the laser device.

【0029】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。尚、以下の説明においては、上述した部材と同一の
ものについては同一の参照番号を付し、詳細な説明は省
略する。図11は、本発明の他の実施の形態で用いられ
る励起光導入部材30を示す断面図である。この励起光
導入部材30は、一面が平面30bで、この平面30b
に対向する面に2つの凸部30aが連続して形成されて
いる円盤形状を有している。このような励起光導入部材
30では凸面30aが進行制御手段として作用する。こ
のような励起光導入部材30の厚さδは、最大厚T,凹
凸高さH、直径D、中心からの距離rとすると下記の式
により表される。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same members as those described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. FIG. 11 is a sectional view showing an excitation light introducing member 30 used in another embodiment of the present invention. The excitation light introducing member 30 has a flat surface 30b,
Has a disk shape in which two convex portions 30a are continuously formed on the surface facing the surface. In such an excitation light introducing member 30, the convex surface 30a functions as a progress control unit. The thickness δ of the excitation light introducing member 30 is represented by the following equation, where the maximum thickness T, the height H of the unevenness, the diameter D, and the distance r from the center are as follows.

【数1】 図12(A)、(B)は、最大厚T4.5mm,凹凸高
さH4.0mm、直径D110mmである石英ガラス製
の励起光導入部材30に導入された励起光の光路を光線
追跡法により解析した結果を示す図である。励起光は平
面30bの中心から50mmの位置に設けられた一辺3
mmの三角プリズムを介して、側面の接線方向と平行方
向で、平面30bと励起光のなす角度が45°となるよ
うに入射されている。
(Equation 1) FIGS. 12A and 12B show, by a ray tracing method, the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member 30 made of quartz glass having a maximum thickness T of 4.5 mm, a height of irregularities of H 4.0 mm, and a diameter of D 110 mm. It is a figure showing the result of analysis. The excitation light is provided on one side 3 provided at a position 50 mm from the center of the plane 30b.
The light enters through a triangular prism of mm so that the angle between the plane 30b and the excitation light is 45 ° in a direction parallel to the tangential direction of the side surface.

【0030】図12(A)、(B)に示されるように、
励起光導入部材30に導入された励起光は平面30b及
び凸面30aでの反射を繰り返しながら、励起光導入部
材30の中心方向に屈曲されて進行している。その結
果、励起光導入部材30の励起光分布領域は周縁部近傍
から中心部近傍の広い範囲に渡って存在するドーナツ形
状を有している。従って、この広い領域の任意の範囲で
光ファイバーを巻回することができるので、光ファイバ
ー12の巻回位置の制限を緩和することが可能になる。
また、広い範囲に渡って巻回された光ファイバー12に
励起光を導入することが可能になるので、光ファイバー
12に対する励起光の導入を効率的に行うことができ、
その結果、薄板状の励起光導入部材30を用いた場合で
も高出力のレーザー装置を提供することが可能になる。
また、励起光導入部材30に導入された励起光は、図1
2(A)、(B)に示されるように、励起光導入部材3
0の中心方向に屈曲され、側面で反射されることがな
い。仮に励起光が側面で反射される場合を想定しても、
励起光の光路を中心方向に屈曲させることにより、側面
に対する入射角を全反射条件である臨界角より大きくす
ることが容易になる。従って、励起光の入射位置や入射
角度等のレーザー装置の設計上の自由度を増大させるこ
とが可能になる。
As shown in FIGS. 12A and 12B,
The excitation light introduced into the excitation light introduction member 30 is bent toward the center of the excitation light introduction member 30 and travels while repeating reflection on the plane 30b and the convex surface 30a. As a result, the excitation light distribution region of the excitation light introducing member 30 has a donut shape that exists over a wide range from near the periphery to near the center. Therefore, since the optical fiber can be wound in an arbitrary range in this wide area, it is possible to relax the restriction on the winding position of the optical fiber 12.
Further, since it becomes possible to introduce the excitation light into the optical fiber 12 wound over a wide range, it is possible to efficiently introduce the excitation light into the optical fiber 12.
As a result, a high-power laser device can be provided even when the thin plate-like excitation light introducing member 30 is used.
The excitation light introduced into the excitation light introduction member 30 is shown in FIG.
2 (A) and 2 (B), the excitation light introducing member 3
It is bent toward the center of 0 and is not reflected on the side. Even if it is assumed that the excitation light is reflected on the side,
By bending the optical path of the excitation light toward the center, it becomes easy to make the angle of incidence on the side surface larger than the critical angle that is the condition of total reflection. Therefore, it is possible to increase the degree of freedom in designing the laser device such as the incident position and the incident angle of the excitation light.

【0031】図13は本発明の他の実施の形態で用いら
れる励起光導入部材40を示す断面図である。この励起
光導入部材40は、一面が平面40bで、この平面40
bに対向する面が平面に向かって凸な略円錐面で形成さ
れた凸面40aである略円錐形状を有している。このよ
うな励起光導入部材40では、凸面40aが進行制御手
段として作用する。このような励起光導入部材の厚さδ
は、最大厚T,凹凸高さH、直径D、中心からの距離r
とすると下記の式により表される。
FIG. 13 is a sectional view showing an excitation light introducing member 40 used in another embodiment of the present invention. The excitation light introducing member 40 has a flat surface 40b on one side and a flat surface 40b.
b has a substantially conical shape that is a convex surface 40a formed by a substantially conical surface convex toward a plane. In such an excitation light introducing member 40, the convex surface 40a functions as a travel control unit. The thickness δ of such an excitation light introducing member
Is the maximum thickness T, the uneven height H, the diameter D, and the distance r from the center.
Then, it is represented by the following equation.

【数2】 図14(A)、(B)は、最大厚T6.0mm,凹凸高
さH5.5mm、直径D200mmである石英ガラス製
の励起光導入部材40に導入された励起光の光路を光線
追跡法により解析した結果を示す図である。励起光は平
面40bの中心から50mmの位置に設けられた一辺3
mmの三角プリズムを介して、側面の接線方向と平行方
向で、平面と励起光のなす角度が45°となるように入
射されている。図14(A)、(B)に示されるよう
に、上述の励起光導入部材40に導入された励起光は平
面40b及び凸面40aでの反射を繰り返しながら、励
起光導入部材40の中心方向に屈曲されて進行してい
る。その結果、励起光導入部材40の励起光分布領域は
中心部近傍の広い範囲において形成されたドーナツ形状
を有している。
(Equation 2) FIGS. 14A and 14B show, by a ray tracing method, the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member 40 made of quartz glass having a maximum thickness T of 6.0 mm, a height of irregularities of H 5.5 mm, and a diameter D of 200 mm. It is a figure showing the result of analysis. The excitation light is provided on a side 3 provided at a position 50 mm from the center of the plane 40b.
The light is incident through a triangular prism of mm such that the angle between the plane and the excitation light is 45 ° in the direction parallel to the tangential direction of the side surface. As shown in FIGS. 14A and 14B, the excitation light introduced into the above-described excitation light introduction member 40 repeats reflection on the flat surface 40b and the convex surface 40a while moving toward the center of the excitation light introduction member 40. It is bending and progressing. As a result, the excitation light distribution region of the excitation light introducing member 40 has a donut shape formed in a wide range near the center.

【0032】従って、この広い領域の任意の範囲で光フ
ァイバーを巻回することができ、光ファイバー12の巻
回位置の制限を緩和することが可能になる。また、広い
範囲に渡って巻回された光ファイバー12に励起光を導
入することが可能になるので、光ファイバー12に対す
る励起光の導入を効率的に行うことができ、その結果、
薄板状の励起光導入部材40を用いた場合でも高出力の
レーザー装置を提供することが可能になる また、励起光導入部材40に導入された励起光は、図1
4(A)、(B)に示されるように、側面で反射される
ことがない。また、仮に、励起光が側面で反射される場
合を想定しても、励起光は励起光導入部材40の中心方
向に屈曲されているので、側面に対する励起光の入射角
を全反射条件である臨界角より大きくするのが容易であ
る。従って、励起光の入射位置や入射角度等の調整が容
易になると伴に、レーザー装置の設計上の自由度を増大
させることが可能になる。
Therefore, the optical fiber can be wound in an arbitrary range in this wide area, and the restriction on the winding position of the optical fiber 12 can be eased. Further, since it becomes possible to introduce the excitation light into the optical fiber 12 wound over a wide range, it is possible to efficiently introduce the excitation light into the optical fiber 12, and as a result,
Even when the thin plate-like excitation light introducing member 40 is used, a high-power laser device can be provided. The excitation light introduced into the excitation light introducing member 40 is the same as that shown in FIG.
As shown in FIGS. 4A and 4B, there is no reflection on the side surface. Even if it is assumed that the excitation light is reflected on the side surface, since the excitation light is bent toward the center of the excitation light introduction member 40, the angle of incidence of the excitation light on the side surface is a condition of total reflection. It is easy to make it larger than the critical angle. Therefore, it is possible to easily adjust the incident position and the incident angle of the excitation light, and to increase the degree of freedom in designing the laser device.

【0033】以上の説明から明らかなように、励起光導
入部材としては、励起光導入部材の内側、即ち中心方向
に向かって厚さが拡大する部分を有し、励起光をその直
進方向より励起光導入部材の内側に屈曲させることが可
能なものであれば、特に限定されない。例えば、励起光
導入部材50として、図15に示されるような一面が凸
面でこの凸面に対向する面が凹面であるメニスカスレン
ズ形状を有するもの、図16に示されるような一面が平
面でこの平面に対向する凸面が円錐形状を有するもの、
図17に示されるような一面が平面でこの平面に対向す
る面が円錐面と曲面が混合する形状を有するもの、図1
8に示されるような対向する面が両方とも凸面となって
いる両凸レンズ形状を有するもの又は図19に示される
ような平板の一部に凸面が形成されたもの等を用いるこ
とが可能である。また、他の励起光導入部材60とし
て、図20に示されるように、一面が平面60bであ
り、対向する面60aに垂直面と曲面とからなる溝部6
0cが形成されているフレネルレンズ形状を有するもの
を用いることも可能である。この場合、光ファイバー1
2は平面60bに巻回されているが、溝部60cを渦巻
き状に形成し、光ファイバー12をこの溝部に巻回する
ようにしてもよい。尚、本発明は上述した実施の形態に
限定されるものではなく、適宜変更を加えることが可能
である。例えば、上述した実施の形態では、励起光導入
部材と外界(空気)との屈折率の差による全反射により
励起光を閉じ込める場合を説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、励起光導入部材に反射率の高
い反射コートを施し、この反射コートにより励起光の閉
じ込めを行なってもよい。また、上述した実施の形態で
は、励起光導入部材における対向面間の距離(厚さ)の
変化によって励起光の光路を制御する進行制御手段を構
成したが、対向面間の距離の変化に替え又はこれととも
に、励起光導入部材に屈折率分布を形成することにより
進行制御手段を構成することも可能である。このような
屈折率分布は、例えば、励起光導入部材の所定領域にド
ープ材を添加することにより形成することができる。
As is clear from the above description, the excitation light introducing member has a portion whose thickness increases toward the center of the excitation light introducing member, that is, toward the center, so that the excitation light is excited in the direction in which the excitation light travels straight. There is no particular limitation as long as it can be bent inside the light introducing member. For example, the excitation light introducing member 50 has a meniscus lens shape in which one surface as shown in FIG. 15 is convex and the surface opposite to the convex surface is concave, and one surface as shown in FIG. The convex surface facing to has a conical shape,
As shown in FIG. 17, one surface is a flat surface, and a surface facing the flat surface has a shape in which a conical surface and a curved surface are mixed.
It is possible to use one having a biconvex lens shape in which both facing surfaces as shown in FIG. 8 are convex, or one in which a convex surface is formed in a part of a flat plate as shown in FIG. . As another excitation light introducing member 60, as shown in FIG. 20, one surface is a flat surface 60b, and a groove 6 composed of a vertical surface and a curved surface is formed on the opposing surface 60a.
It is also possible to use one having a Fresnel lens shape where 0c is formed. In this case, the optical fiber 1
Although 2 is wound around the flat surface 60b, the groove 60c may be formed in a spiral shape, and the optical fiber 12 may be wound around this groove. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified. For example, in the above-described embodiment, a case has been described in which the excitation light is confined by total reflection due to a difference in refractive index between the excitation light introduction member and the outside world (air). However, the present invention is not limited to this. A reflection coat having high reflectance may be applied to the excitation light introducing member, and the excitation light may be confined by the reflection coat. Further, in the above-described embodiment, the progress control means for controlling the optical path of the excitation light by changing the distance (thickness) between the opposing surfaces in the excitation light introducing member is configured. Alternatively, it is also possible to configure the progress control means by forming a refractive index distribution on the excitation light introducing member. Such a refractive index distribution can be formed, for example, by adding a doping material to a predetermined region of the excitation light introducing member.

【0034】[0034]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明
する。実施例1 図1に示されるレーザー装置10を用いてレーザー光発
振及びレーザー加工を行った。励起光導入部材16とし
て、直径110mm、周縁部の厚さ3.5mm、凸部の
曲率半径500mmである石英ガラス製の円盤平凸レン
ズ形状のものが用いられた。この励起光導入部材16の
平面16bの中心から50mmの位置に一辺3mmの三
角プリズム22が設けられた。励起光導入部材16の凸
面16aの内半径32mm、外半径52mmの範囲に光
ファイバー12が側面どうしが間隙なく密着する渦巻き
状に巻回された。この巻回は、図4に示されるように、
励起光導入部材16の中心に仮立設された外半径32m
mのテフロン製の円筒18を用い、光ファイバー12の
巻き始めの一端を円筒18に固定し、これを中心として
順次外周方向に巻き付けるようにして行われた。光ファ
イバーが巻回された後、この円筒18は取り外された。
光ファイバー12の巻き終わり側の他端はレーザー光の
出力端12aとして外部に引き出された。このように巻
回された光ファイバー12は、硬化後の屈折率が1.4
2である紫外線硬化型接着材により励起光導入部材16
に固定された。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described using examples.
I do.Example 1  Laser light emission using the laser device 10 shown in FIG.
Shaking and laser processing were performed. As the excitation light introducing member 16
The diameter of 110 mm, the thickness of the peripheral edge 3.5 mm,
Disk-shaped plano-convex lens made of quartz glass with a radius of curvature of 500 mm
The shape used was small. This excitation light introduction member 16
3 mm on each side at 50 mm from the center of the plane 16 b
A square prism 22 was provided. Projection of excitation light introducing member 16
Light within a range of inner radius 32 mm and outer radius 52 mm of surface 16a
A whirlpool in which the fibers 12 adhere closely to each other without gaps
It was wound in a shape. This winding, as shown in FIG.
An outer radius of 32 m temporarily provided at the center of the excitation light introducing member 16
m Teflon cylinder 18 and the optical fiber 12
One end of the winding start is fixed to the cylinder 18 and around this
It was carried out in such a manner that it was sequentially wound in the outer circumferential direction. Light fa
After the river was wound, the cylinder 18 was removed.
The other end on the winding end side of the optical fiber 12 is
It was drawn out as the output end 12a. Like this
The turned optical fiber 12 has a refractive index after curing of 1.4.
The excitation light introducing member 16 is made of an ultraviolet-curable adhesive material 2
Fixed to.

【0035】光ファイバー12として、クラッド径12
5μm、コア径約50μmであり、コアには0.5at
%の濃度でネオジムイオン(Nd3+)がドープされて
いる石英ガラス製ファイバーが用いられた。この光ファ
イバー12の中心側に固定された一端は平面研磨された
後、レーザー発振波長1.06μmにおいて反射率が9
8%以上である多層膜コートが施され、外部に引き出さ
れた出力端12aはレーザー発振波長1.06μmにお
いて反射率が4%程度の破断面とされた。励起光源14
としては、発振波長0.8μm、出力30Wの励起光を
直径600μmの光ファイバー14aで出力するファイ
バーカップル型半導体レーザー装置が用いられた。この
光ファイバー14aを励起光導入部材に設けられたプリ
ズム22に近接させ、励起光を外周の接線方向と平行方
向で、平面16bと励起光のなす角度が45°となるよ
うに励起光導入部材16内に導入した。その結果、励起
光導入部材16に巻回された光ファイバー12の出力端
12aから波長1.06μm、レーザー出力11Wの良
好な出力レーザー光が得られた。また、図21に示され
るように、レーザー装置10にレーザー光を集光する焦
点距離25mmのメニスカスレンズ15を設けてレーザ
ー加工装置70を構成したところ、直径150μm以内
に90%以上のエネルギーを集光できた。この場合、出
力レーザー光の集光径はレーザー出力や熱の状態によら
ず常に安定であった。
The optical fiber 12 has a clad diameter 12
5 μm, core diameter about 50 μm, core has 0.5 at
Quartz glass fibers doped with neodymium ions (Nd 3+ ) at a concentration of% were used. One end fixed to the center side of the optical fiber 12 is polished flat, and then has a reflectance of 9 at a laser oscillation wavelength of 1.06 μm.
The output end 12a, which was coated with a multilayer film of 8% or more and was drawn out, had a fracture surface with a reflectivity of about 4% at a laser oscillation wavelength of 1.06 μm. Excitation light source 14
A fiber-coupled semiconductor laser device that outputs an excitation light having an oscillation wavelength of 0.8 μm and an output of 30 W through an optical fiber 14 a having a diameter of 600 μm was used. The optical fiber 14a is brought close to the prism 22 provided on the excitation light introducing member, and the excitation light introducing member 16 is set so that the angle between the plane 16b and the excitation light is 45 ° in a direction parallel to the tangential direction of the outer periphery. Introduced within. As a result, a good output laser light having a wavelength of 1.06 μm and a laser output of 11 W was obtained from the output end 12 a of the optical fiber 12 wound around the excitation light introducing member 16. Further, as shown in FIG. 21, when the laser processing apparatus 70 is configured by providing the laser apparatus 10 with the meniscus lens 15 having a focal length of 25 mm for condensing laser light, energy of 90% or more is collected within a diameter of 150 μm. I could light. In this case, the focused diameter of the output laser light was always stable irrespective of the laser output and the state of heat.

【0036】実施例2 図6に示されるレーザー装置を用いて光信号増幅を行っ
た。レーザー装置としては、光ファイバー12としてコ
ア径8μmのものが用いられ、励起光導入部材16に巻
回された光ファイバー12の両端部12a,12bが垂
直破断面とされた点を除き、実施例1と同一のものが用
いられた。この光ファイバーの巻き始め側の一端12b
から波長1.06μm、出力500μWの信号光を入射
したところ、巻き終わり側の他端12aから310mW
の増幅光が出射され、28dBの利得が得られた。
[0036]Example 2  Optical signal amplification is performed using the laser device shown in FIG.
Was. As the laser device, a core as the optical fiber 12 is used.
A diameter of 8 μm is used.
Both ends 12a and 12b of the turned optical fiber 12 are suspended.
The same one as in Example 1 is used, except that it has a straight section.
I was. One end 12b on the winding start side of this optical fiber
1.06μm wavelength and 500μW output signal light
After that, 310 mW from the other end 12a on the winding end side
, And a gain of 28 dB was obtained.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、励起光導入部材に導入された励起光を励起光
導入部材の内側方向に屈曲させることにより、励起光分
布領域を広く形成することができる。従って、光ファイ
バーを広い領域の任意の範囲に配置することができ、そ
の結果、光ファイバーの配置に関する自由度を増大する
ことが可能になる。また、広い領域に渡って配置された
光ファイバーに励起光を導入することができるので、薄
板状の励起光導入部材を用いた場合でも高出力のレーザ
ー装置を提供することが可能になる。また、励起光導入
部材に導入された励起光を励起光分布領域の内側に屈曲
させることにより、励起光を全反射により励起光導入部
材に閉じ込めるためには励起光を側面で反射させること
は必ずしも必要なくなる。また、仮に励起光が側面で反
射される場合でも、側面に対する入射角を全反射条件で
ある臨界角より大きくすることが容易になる。従って、
励起光の入射位置や入射角度等の調整が容易になると伴
に、レーザー装置の設計上の自由度を増大させることが
可能になる。さらに、光ファイバーは励起光分布領域に
おける対向面上に配置されているので、光ファイバーが
円柱形状の励起光導入部材の側面に巻回されている従来
のレーザー装置と比べた場合、対向面間の距離(厚さ)
を小さくすることができる。従って、レーザー光の出力
を維持しつつ、装置の小型化を図ることが可能になる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the excitation light introduced into the excitation light introduction member is bent inwardly of the excitation light introduction member, so that the excitation light distribution region can be widened. Can be formed. Therefore, the optical fiber can be arranged in an arbitrary range in a wide area, and as a result, the degree of freedom regarding the arrangement of the optical fiber can be increased. In addition, since the excitation light can be introduced into the optical fibers arranged over a wide area, a high-output laser device can be provided even when a thin plate-like excitation light introduction member is used. Also, by bending the excitation light introduced into the excitation light introduction member to the inside of the excitation light distribution region, the excitation light is not necessarily reflected on the side surface in order to confine the excitation light to the excitation light introduction member by total reflection. No longer needed. Further, even if the excitation light is reflected by the side surface, it becomes easy to make the incident angle with respect to the side surface larger than the critical angle which is a condition of total reflection. Therefore,
The adjustment of the incident position and the incident angle of the excitation light becomes easy, and the degree of freedom in designing the laser device can be increased. Furthermore, since the optical fiber is disposed on the opposing surface in the excitation light distribution region, the distance between the opposing surfaces is smaller than that of a conventional laser device in which the optical fiber is wound on the side surface of a cylindrical excitation light introducing member. (thickness)
Can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the device while maintaining the output of the laser light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るレーザー装置を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing a laser device according to the present invention.

【図2】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of an excitation light introducing member.

【図3】励起光導入部材の一例を示す図であり、(A)
は平面図、(B)は断面図である。
FIG. 3 is a view showing an example of an excitation light introducing member, and FIG.
Is a plan view, and (B) is a sectional view.

【図4】光ファイバーが巻回されている状態を示す図で
あり、(A)は平面図、(B)は断面図である。
4A and 4B are diagrams showing a state in which an optical fiber is wound, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view.

【図5】励起光導入部材に光ファイバーが配置された状
態の一例を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an example of a state where an optical fiber is arranged on an excitation light introducing member.

【図6】本発明に係るレーザー装置を示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing a laser device according to the present invention.

【図7】励起光導入部材に光ファイバーが配置された状
態の一例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a state where an optical fiber is arranged on an excitation light introducing member.

【図8】励起光導入部材に光ファイバーが配置された状
態の一例を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing an example of a state where an optical fiber is arranged on an excitation light introducing member.

【図9】励起光導入部材に導入された励起光の光路を説
明するための図であり、(A)は平面図、(B)は断面
図である。
9A and 9B are diagrams for explaining the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member, where FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a cross-sectional view.

【図10】励起光導入部材に導入された励起光の光路を
光線追跡法により解析した結果を示す図であり、(A)
は断面図、(B)は平面図である。
FIG. 10 is a diagram showing a result of analyzing the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member by a ray tracing method, and FIG.
Is a sectional view, and (B) is a plan view.

【図11】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing an example of an excitation light introducing member.

【図12】励起光導入部材に導入された励起光の光路を
光線追跡法により解析した結果を示す図であり、(A)
は断面図、(B)は平面図である。
FIG. 12 is a diagram showing a result of analyzing the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member by a ray tracing method, and FIG.
Is a sectional view, and (B) is a plan view.

【図13】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 13 is a sectional view showing an example of an excitation light introducing member.

【図14】励起光導入部材に導入された励起光の光路を
光線追跡法により解析した結果を示す図であり、(A)
は断面図、(B)は平面図である。
14A and 14B are diagrams showing the results of analyzing the optical path of the excitation light introduced into the excitation light introduction member by a ray tracing method, and FIG.
Is a sectional view, and (B) is a plan view.

【図15】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of an excitation light introducing member.

【図16】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing an example of an excitation light introducing member.

【図17】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating an example of an excitation light introducing member.

【図18】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating an example of an excitation light introducing member.

【図19】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 19 is a sectional view showing an example of an excitation light introducing member.

【図20】励起光導入部材の一例を示す断面図である。FIG. 20 is a sectional view showing an example of an excitation light introducing member.

【図21】本発明に係るレーザー加工装置の概略を示す
図である。
FIG. 21 is a view schematically showing a laser processing apparatus according to the present invention.

【図22】従来のレーザー装置の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 22 is a perspective view showing an example of a conventional laser device.

【図23】従来のレーザー装置の励起光導入部材に導入
された励起光の光路を示す斜視図である。
FIG. 23 is a perspective view showing an optical path of excitation light introduced into an excitation light introduction member of a conventional laser device.

【図24】従来のレーザー装置の一例を示す図であり、
(A)は斜視図、(B)は断面図である。
FIG. 24 is a diagram showing an example of a conventional laser device;
(A) is a perspective view, (B) is a sectional view.

【図25】従来のレーザー装置の励起光導入部材に導入
された励起光の光路を説明するための図であり、(A)
は平面図、(B)は断面図である。
FIG. 25 is a diagram for explaining an optical path of excitation light introduced into an excitation light introduction member of a conventional laser device, and FIG.
Is a plan view, and (B) is a sectional view.

【図26】従来のレーザー装置の励起光導入部材に導入
された励起光の光路を光線追跡法により解析した結果を
示す図であり、(A)は断面図、(B)は平面図であ
る。
26A and 26B are diagrams showing results of analyzing the optical path of excitation light introduced into an excitation light introduction member of a conventional laser device by a ray tracing method, where FIG. 26A is a cross-sectional view and FIG. 26B is a plan view. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザー装置 12 光ファイバー 14 励起光源 16 励起光導入部材 16a 凸面 16b 平面 30 励起光導入部材 40 励起光導入部材 50 励起光導入部材 60 励起光導入部材 70レーザー加工装置 REFERENCE SIGNS LIST 10 laser device 12 optical fiber 14 excitation light source 16 excitation light introduction member 16 a convex surface 16 b plane 30 excitation light introduction member 40 excitation light introduction member 50 excitation light introduction member 60 excitation light introduction member 70 laser processing device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4E068 CE08 5F072 AB08 AB09 AK06 FF09 JJ01 JJ04 KK02 KK30 PP01 PP07 RR01 YY06 YY11 YY17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4E068 CE08 5F072 AB08 AB09 AK06 FF09 JJ01 JJ04 KK02 KK30 PP01 PP07 RR01 YY06 YY11 YY17

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザー活性物質を含むコアを有し、前
記レーザー活性物質が励起されることにより少なくとも
一端からレーザー光を出力する光ファイバーと、 前記レーザー活性物質を励起するための励起光を発生す
る励起光源と、 前記励起光を前記光ファイバーに導入するための励起光
導入部材とを備えたレーザー装置において、 前記励起光導入部材は互いに対向する対向面を有し、前
記励起光導入部材に入射された前記励起光は前記対向面
で反射を繰り返しながら前記励起光導入部材の周方向に
進行すると共に、前記励起光の少なくとも一部はその進
路を前記励起光導入部材の内側方向に進行させるような
進行制御手段によって前記励起光導入部材の内側方向に
屈曲されながら進行して励起光分布領域を形成し、 前記光ファイバーはその側面の少なくとも一部が前記励
起光分布領域における前記対向面の少なくとも一方と直
接又は光学媒質を介して間接的に接触するように配置さ
れており、その接触した部分を通じて前記光ファイバー
の側面より入射される前記励起光により前記レーザー活
性物質が励起されること特徴とするレーザー装置。
1. An optical fiber having a core containing a laser active substance and outputting a laser beam from at least one end when the laser active substance is excited, and generating excitation light for exciting the laser active substance. In a laser device comprising: an excitation light source; and an excitation light introduction member for introducing the excitation light into the optical fiber, wherein the excitation light introduction member has opposing surfaces facing each other, and is incident on the excitation light introduction member. The excitation light travels in the circumferential direction of the excitation light introduction member while repeating reflection on the facing surface, and at least a portion of the excitation light travels its path inward of the excitation light introduction member. The optical fiber is bent by the progress control means while being bent inward of the excitation light introducing member to form an excitation light distribution region. At least a part of the side surface is disposed so as to be in direct contact with at least one of the opposed surfaces in the excitation light distribution region or indirectly via an optical medium, and is incident from the side surface of the optical fiber through the contacted portion. The laser active substance is excited by the excitation light.
【請求項2】 前記進行制御手段は前記対向面間の厚さ
の変化により形成されている請求項1記載のレーザー装
置。
2. The laser device according to claim 1, wherein said progress control means is formed by changing a thickness between said opposed surfaces.
【請求項3】 レーザー活性物質を含むコアを有し、前
記レーザー活性物質が励起されることにより少なくとも
一端からレーザー光を出力する光ファイバーと、 前記レーザー活性物質を励起するための励起光を発生す
る励起光源と、 前記励起光を前記光ファイバーに導入するための励起光
導入部材とを備えたレーザー装置において、 前記励起光導入部材は互いに対向する対向面を有し、前
記励起光導入部材に入射された前記励起光は前記対向面
で反射を繰り返しながら前記励起光導入部材を周回して
励起光分布領域を形成し、 前記励起光分布領域には励起光を前記励起光導入部材の
内側方向に屈曲させるため前記対向面間の距離が前記励
起光導入部材の内側に向かって拡大する拡厚部が形成さ
れており、 前記光ファイバーはその側面の少なくとも一部が前記励
起光分布領域における前記対向面の少なくとも一方と直
接又は光学媒質を介して間接的に接触するように配置さ
れており、その接触した部分を通じて前記光ファイバー
の側面より入射される前記励起光により前記レーザー活
性物質が励起されること特徴とするレーザー装置。
3. An optical fiber having a core containing a laser active substance and outputting a laser beam from at least one end when the laser active substance is excited, and generating excitation light for exciting the laser active substance. In a laser device comprising: an excitation light source; and an excitation light introduction member for introducing the excitation light into the optical fiber, wherein the excitation light introduction member has opposing surfaces facing each other, and is incident on the excitation light introduction member. The pumping light travels around the pumping light introducing member while repeatedly reflecting on the opposing surface to form a pumping light distribution region, and the pumping light is bent inward in the pumping light introducing member in the pumping light distribution region. A thickened portion is formed in which the distance between the opposing surfaces increases toward the inside of the excitation light introducing member, and the optical fiber has a small side surface. And a part thereof is disposed so as to be in direct contact with at least one of the opposed surfaces in the excitation light distribution region or indirectly via an optical medium, and is incident from a side surface of the optical fiber through the contacted part. A laser device wherein the laser active substance is excited by excitation light.
【請求項4】 前記励起光導入部材は前記対向面間の距
離が前記励起光導入部材の中心に向かって連続的に拡大
する形状を有する請求項3記載のレーザー装置。
4. The laser device according to claim 3, wherein the excitation light introducing member has a shape in which the distance between the opposing surfaces continuously increases toward the center of the excitation light introducing member.
【請求項5】 前記励起光導入部材は前記対向面間の距
離が前記励起光導入部材の中心に向かって連続的に拡大
する凸レンズ形状を有する請求項4記載のレーザー装
置。
5. The laser device according to claim 4, wherein the excitation light introducing member has a convex lens shape in which a distance between the opposing surfaces continuously increases toward a center of the excitation light introducing member.
【請求項6】 前記光ファイバーは前記励起光分布領域
における前記対向面の少なくとも一方に巻回された状態
で配置されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の
レーザー装置。
6. The laser device according to claim 1, wherein the optical fiber is arranged so as to be wound around at least one of the opposing surfaces in the excitation light distribution region.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載され
たレーザー装置と、前記レーザー装置の光ファイバーの
少なくとも一端より出力されるレーザー光を被加工対象
に集光する集光光学系とを備えたレーザー加工装置。
7. A laser device according to claim 1, further comprising: a condensing optical system for condensing a laser beam output from at least one end of an optical fiber of the laser device on a processing target. Laser processing equipment equipped with.
【請求項8】 請求項1〜6のいずれか1項に記載され
たレーザー装置を備え、前記光ファイバーの一端を信号
光の入力端とし、他端を増幅光の出力端とする光信号増
幅装置。
8. An optical signal amplifying device comprising the laser device according to claim 1, wherein one end of the optical fiber is an input end of a signal light and the other end is an output end of an amplified light. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007115968A (en) * 2005-10-21 2007-05-10 Omron Corp Optical amplifier, and laser apparatus
JP2007158016A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 Hamamatsu Photonics Kk Optical fiber structure and optical device

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