CN108292018A - 光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质量的调整方法 - Google Patents

Abstract

光设备(30)具有：GRIN透镜(35)、使光入射至GRIN透镜(35)的前段光纤(31)、以及供从GRIN透镜(35)射出的光入射的后段光纤(32)。在光束质量的调整的方法中，具备：测量工序(P2)，在该工序中，使光入射至前段光纤(31)，对经由GRIN透镜(35)而从后段光纤(32)射出的光的光束质量进行测量；和调整工序(P3)，在该工序中，基于测量工序(P2)的结果，对GRIN透镜(35)的长度进行调整。

Description

光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质 量的调整方法

技术领域

本发明涉及光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质量的调整方法。

背景技术

光纤激光装置可获得聚光性优秀、功率密度高、形成为较小的光束点的光，因此在激光加工领域、医疗领域等各种领域中使用。从光纤激光装置射出的光在BPP(BeamParameter Products)等示出的光束质量好的情况下聚光性优秀。在光束质量好的情况下，BPP的值变小。

下述专利文献1记载有聚光性优秀的光纤激光装置。在该光纤激光装置中，在对射出光进行导波的光纤的中途配置有GRIN透镜。

专利文献1:日本特开2009-271528号公报

然而，根据光纤激光装置的使用用途，有时适度地调整光束质量较好。

发明内容

因此，本发明欲提供能够使射出的光成为规定的光束质量的光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质量的调整方法。

本发明是具有GRIN透镜、使光入射至上述GRIN透镜的前段光纤、以及供从上述GRIN透镜射出的光入射的后段光纤的光设备的制造方法，该光设备的制造方法的特征在于，具备：测量工序，在该工序中，使光入射至上述前段光纤，对经由上述GRIN透镜从上述后段光纤射出的光的光束质量进行测量；和调整工序，在该工序中，基于上述测量工序的结果，对上述GRIN透镜的长度进行调整。

另外，本发明是具备：具有GRIN透镜、使光入射至上述GRIN透镜的前段光纤、以及供从上述GRIN透镜射出的光入射的后段光纤的光设备；和射出用于朝向上述前段光纤入射的光的光源的激光装置的制造方法，该激光装置的制造方法的特征在于，具备：测量工序，在该工序中，使光从上述光源入射至上述前段光纤，对经由上述GRIN透镜从上述后段光纤射出的光的光束质量进行测量；和调整工序，在该工序中，基于上述测量工序的结果，对上述GRIN透镜的长度进行调整。

另外，本发明是具备：具有GRIN透镜、使光入射至上述GRIN透镜的前段光纤、以及供从上述GRIN透镜射出的光入射的后段光纤的光设备；和射出用于朝向上述前段光纤入射的光的光源的激光装置的光束质量的调整方法，该激光装置的光束质量的调整方法的特征在于，具备：测量工序，在该工序中，使光从上述光源入射至上述前段光纤，对经由上述GRIN透镜从上述后段光纤射出的光的光束质量进行测量；和调整工序，在该工序中，基于上述测量工序的结果，对上述GRIN透镜的长度进行调整。

根据上述光设备的制造方法、激光装置的制造方法以及激光装置的光束质量的调整方法，基于测量光束质量的测量工序的结果来调整GRIN透镜的长度，因此能够适当地调整GRIN透镜的长度，以使得从后段光纤射出的光成为规定的光束质量。因此，能够使射出的光成为规定的光束质量。此外，在测量工序中测量的光可以是从后段光纤直接射出的光，也可以是经由连接于后段光纤的光学部件而射出的光。

另外，在上述的发明中，优选上述后段光纤的纤芯的直径大于从上述GRIN透镜射出的光的直径。

通过成为这样的结构，能够抑制从GRIN透镜射出的光从后段光纤的纤芯泄漏。此外，从GRIN透镜射出的光的直径在前段光纤的纤芯的直径以上，因此后段光纤的纤芯的直径在前段光纤的纤芯的直径以上。

另外，优选通过将上述GRIN透镜沿长度方向切削来进行上述调整工序。

通过切削GRIN透镜来调整长度，从而不需要准备多个GRIN透镜，能够廉价地进行调整工序。

或者，优选通过将上述GRIN透镜更换为长度不同的其他GRIN透镜来进行上述调整工序。

通过更换GRIN透镜，能够较快地调整GRIN透镜的长度。此外，在更换GRIN透镜时，能够在连接有前段光纤以及后段光纤的至少一方的一部分的状态下更换GRIN透镜。该情况下，优选在所更换的其他GRIN透镜也连接有前段光纤以及后段光纤的至少一方的一部分。

另外，优选上述GRIN透镜的长度小于1/2节距。

若GRIN透镜的长度超过1/2节距则有时射出的光的光束质量变差。因此，通过如上述那样使GRIN透镜的长度小于1/2节距，从而能够使射出的光的光束质量良好。

另外，优选上述GRIN透镜的长度为1/4节距以上。

通过使GRIN透镜的长度成为1/4节距以上，从而能够容易地将GRIN透镜与光纤熔合。

如以上那样，根据本发明，可提供能够使射出的光成为规定的光束质量的光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质量的调整方法。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的激光装置的概念图。

图2是表示图1的光设备的图。

图3是表示光束质量的调整方法的流程图。

图4是表示光束质量与GRIN透镜的长度的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质量的调整方法的优选的实施方式详细地进行说明。

＜激光装置＞

首先，对本实施方式的激光装置的结构进行说明。

图1是表示本发明的实施方式的激光装置的图。如图1所示，在本实施方式的激光装置1中，多个光源10、光合成器20、光设备30以及输出部40成为主要的结构。

各个光源10形成为射出规定的波长的光的激光装置，例如形成为光纤激光装置、固体激光装置。在光源10形成为光纤激光装置的情况下，为谐振器型的光纤激光装置，或为MO-PA(Master Oscillator Power Amplifier)型的光纤激光装置。从各个光源10射出的光例如形成为1050nm的波长的光。

在各个光源10连接有使从光源10射出的光传播的光纤11。各个光纤11例如形成为纤芯的直径为20μm左右的少模光纤。因此，从各个光源10射出的光为2～4左右的LP模，并在各个光纤11传播。

光合成器20是将各个光纤11的纤芯与光纤21的纤芯光学地连接的部件，例如是将各个光纤11、与比光纤11直径大的光纤21端面连接而成的。光纤21例如形成为纤芯的直径为50μm～100μm左右的多模光纤。

光设备30连接于光纤21。图2是表示图1的光设备的图。如图2所示，光设备30由前段光纤31、GRIN透镜35以及后段光纤32构成。

前段光纤31具有纤芯31a和包层31b，例如成为与光纤21相同的结构。前段光纤31的一端熔合于光纤21，另一端熔合于GRIN透镜35的一端。此外，前段光纤31和光纤21也可以形成为不具有熔合点的一体的光纤。

GRIN透镜35是在径向上折射率产生变化的部件，且越靠中心折射率越高。因此，对于在GRIN透镜35传播的光而言，光的直径以规定的周期变化。例如，对于从GRIN透镜的一端入射的光而言，光的直径变大，在扩张至规定的直径后，再次变小至入射至GRIN透镜35时的直径，其后直径再次变大。GRIN透镜的节距一般通过透镜的长度相对于在GRIN透镜传播的光的蜿蜒周期的比例来定义。因此，光入射而直径变为最大且再次变成与入射的光相同的直径为止的长度为1/2节距。另外，光入射而直径变为最大为止的长度为1/4节距，距入射端1/4节距的光成为成像无限远等的准直光。另外，在GRIN透镜内传播的光的直径成为入射的光的直径以上，在GRIN透镜内传播的光的扩散角成为入射的光的扩散角以下。在本实施方式中，GRIN透镜35的长度为从各个光源10射出而在GRIN透镜35传播的光的1/4节距以上且小于1/2节距。另外，GRIN透镜35的直径大于距入射端1/4节距的准直光的直径。在本实施方式中，GRIN透镜35的直径大于前段光纤31的纤芯31a的直径，且小于前段光纤31的包层31b的直径。在GRIN透镜35的另一端熔合有后段光纤32的一端。此外，在图2中，示出GRIN透镜35的外周面露出的状态，但也可以构成为GRIN透镜35的外周面被一定的折射率的包层围起。另外，也可以与图2不同，GRIN透镜35的直径大于前段光纤31的包层31b的直径。

后段光纤32具有纤芯32a和包层32b。后段光纤32的纤芯32a的直径大于从GRIN透镜35射出的光的直径。如上述那样在GRIN透镜35内传播的光的直径形成为从前段光纤31向GRIN透镜35入射的光的直径以上，在本实施方式中GRIN透镜35的长度为传播的光的1/4节距以上且小于1/2节距。因此，后段光纤32的纤芯32a的直径大于前段光纤31的纤芯31a的直径。

在光设备30的后段光纤32的另一端熔合有光纤22的一端。光纤22成为与后段光纤32相同的结构。因此，也可以形成为后段光纤32与光纤22不具有熔合点的一体的光纤。此外，也可以构成为光纤22的纤芯的直径相比后段光纤32大于纤芯32a的直径。在光纤22的另一端连接有输出部40。输出部40是具有比光纤22的纤芯直径大的玻璃杆的部件，且能够抑制光的功率密度而射出光。

接下来，对本实施方式的激光装置1的动作进行说明。

若规定的波长的光从各个光源10射出，则各个光在光纤11传播，而在光合成器20合波并在光纤21传播。而且，从光纤21入射至前段光纤31而从前段光纤31入射至GRIN透镜35。在本实施方式中如上述那样GRIN透镜35的长度为所传播的光的1/4节距以上且小于1/2节距，因此从GRIN透镜35向后段光纤32入射的光的扩散角小于从前段光纤31向GRIN透镜35入射的光的扩散角。该光在后段光纤32传播而经由光纤22从输出部40射出。

如上述那样，在本实施方式的激光装置1中，在光设备30内扩散角变小。因此，与不具有光设备30的激光装置相比，能够使射出的光的光束质量变好。

＜激光装置的制造方法＞

接着对激光装置的制造方法进行说明。此外，本实施方式的激光装置1的制造方法包括激光装置1的光束质量的调整方法，而且包括光设备30的制造方法。

(第一方法)

图3是表示制造本实施方式的激光装置1的第一方法的工序的流程图。如图3所示，本实施方式的激光装置1的制造方法具备：准备工序P1、测量工序P2以及调整工序P3。

＜准备工序P1＞

本工序是准备必要的部件的工序。在本工序中，准备各个光纤11连接于各个光源10以及光纤21而成的部件。另外，准备前段光纤31熔合于GRIN透镜35而成的部件，将光纤21与前段光纤31熔合。此时，在本方法中，使准备的GRIN透镜35的长度从获得规定的光束质量的长度稍变长。并且，准备后段光纤32、光纤22、输出部40，将后段光纤32熔合于光纤22，将光纤22熔合于输出部40。接下来，使GRIN透镜35与后段光纤32光学地结合。但是，在本工序中，不使GRIN透镜35与后段光纤32熔合，以使GRIN透镜35的端面与后段光纤32的端面相接的方式使GRIN透镜35与后段光纤32光学地结合。

＜测量工序P2＞

本工序是测量光束质量的工序。在本工序中，使光从各个光源10射出。该光如上述那样因GRIN透镜35而扩散角减少，并从输出部40射出。使来自该输出部40的射出光向光束质量测量器入射而测量光束质量。在本实施方式中，测量BPP。通过该测量，能够进行入射至前段光纤31并经由GRIN透镜35而从后段光纤32射出的光的光束质量是否进入规定的范围的判断。

＜调整工序P3＞

本工序是基于测量工序P2的结果来调整GRIN透镜35的长度的工序。

在本方法中，如以下那样进行。即，如上述那样准备工序P1所准备的GRIN透镜35是从可获得规定的光束质量的长度稍微变长的部件。因此，测量工序P2所测量的光束质量从规定的光束质量的范围偏离的可能性较高。因此，基于测量工序P2所获得的测量结果，在本方法中，使GRIN透镜35的长度变短。具体而言，通过研磨使与后段光纤32非熔合的GRIN透镜的端面变短。此时研磨的量基于测量结果来决定。这样来调整GRIN透镜35的长度。

另外，在本方法中，再次进行测量工序P2。若该测量工序P2的结果是光束质量进入规定的范围，则将GRIN透镜35与后段光纤32熔合，从而激光装置1的光束质量的调整结束，并且光设备30以及激光装置1完成。另一方面，若该测量工序P2的结果是光束质量未进入规定的范围，则再次进行调整工序P3，并进行测量工序P2。这样，直至光束质量成为规定的范围为止，反复进行测量工序P2与调整工序P3。而且，在光束质量进入了规定的范围后，将GRIN透镜35与后段光纤32熔合，从而激光装置1的光束质量的调整结束，并且光设备30以及激光装置1完成。

(第二方法)

表示本方法的工序的流程图与表示第一方法的工序的图3的流程图相同。

＜准备工序P1＞

在本方法的本工序中，在准备多个将前段光纤31的一部分与后段光纤32的一部分熔合而成的GRIN透镜35这点上，与第一方法不同。该准备的多个GRIN透镜35准备彼此长度不同的部件。另外，在本方法中，将前段光纤31的其他的一部分与光纤21熔合，将后段光纤32的其他的一部分与光纤22熔合。而且，选择被认为可获得规定的光束质量的长度的GRIN透镜35，将熔合于光纤21的前段光纤31的上述其他的一部分与熔合于GRIN透镜35的前段光纤31的一部分熔合，将熔合于光纤22的后段光纤32的上述其他的一部分与熔合于GRIN透镜35的后段光纤32的一部分熔合。

＜测量工序P2＞

本方法的测量工序P2与第一方法的测量工序P2同样地进行。

＜调整工序P3＞

在本方法的调整工序P3中，通过将GRIN透镜35更换为长度不同的其他的GRIN透镜35，来调整GRIN透镜的长度。该其他的GRIN透镜35基于测量工序P2的结果来选择。GRIN透镜的更换如以下那样进行。首先，将相互熔合的前段光纤31的一部分与其他的一部分切去，将相互熔合的后段光纤32的一部分与其他的一部分切去。而且，将连接于其他的GRIN透镜的前段光纤31的一部分与熔合于光纤21的前段光纤31的上述其他的一部分熔合，将连接于其他的GRIN透镜的后段光纤32的一部分与熔合于光纤22的后段光纤32的上述其他的一部分熔合。这样GRIN透镜的更换结束，调整GRIN透镜的长度。

其后，与第一方法同样，进行测量工序P2，反复进行本方法的测量工序P2和调整工序P3直至光束质量成为规定的范围为止。而且，通过光束质量进入规定的范围，从而激光装置1的光束质量的调整结束，并且光设备30以及激光装置1完成。

如以上说明的那样，根据本实施方式的光设备30的制造方法、激光装置1的制造方法、激光装置1的光束质量的调整方法，基于测量光束质量的测量工序P2的结果来调整GRIN透镜35的长度，因此能够适当地调整GRIN透镜35的长度，以使得从后段光纤32射出的光成为规定的光束质量。因此，能够使射出的光成为规定的光束质量。

另外，在本实施方式中，后段光纤32的纤芯32a的直径大于从GRIN透镜35射出的光的直径，因此能够抑制从GRIN透镜35射出的光从后段光纤32的纤芯32a泄漏。

另外，在本实施方式的第一方法中，调整工序P3通过将GRIN透镜35沿长度方向切削来进行，因此不需要准备多个GRIN透镜35，能够廉价地进行调整工序P3。

另外，在本实施方式的第二方法中，调整工序P3通过将GRIN透镜35更换为长度不同的其他的GRIN透镜来进行，因此能够较快地调整GRIN透镜的长度。此外，在上述第二方法中，前段光纤31的一部分以及后段光纤32的其他的一部分分别熔合于GRIN透镜35。但是，在第二方法中，调整工序P3将GRIN透镜35更换为长度不同的其他的GRIN透镜即可，因此更换的方法不局限于上述记载。例如，在准备工序P1中，将前段光纤不分割而熔合于光纤21，将后段光纤32不分割而熔合于光纤22。并且，不将前段光纤31以及后段光纤32熔合于GRIN透镜35，而使前段光纤31与GRIN透镜35光学地结合，使后段光纤32与GRIN透镜35光学地结合。该光学的结合与第一方法中的GRIN透镜35和后段光纤32的光学的结合同样地进行即可。而且，在调整工序P3中，仅将GRIN透镜更换为长度不同的其他的GRIN透镜即可。

另外，在上述实施方式中，GRIN透镜35的长度小于1/2节距，因此能够使射出的光的光束质量良好。另外，在上述实施方式中，GRIN透镜35的长度成为1/4节距以上，因此能够使GRIN透镜35容易地熔合于前段光纤31以及后段光纤32。

接下来，基于测量对通过使GRIN透镜35的长度小于1/2节距从而能够使射出的光的光束质量变良好的情况进行说明。

在本测量中，首先准备上述实施方式的光设备30。使本测量中准备的光设备30如以下那样。使前段光纤31的纤芯31a的直径为70μm，使包层31b的外径为360μm，使NA(开口数：numerical aperture)为0.24。另外，使GRIN透镜35的外周侧与中心的相对折射率差为0.055％，使透镜直径为119μm，使透镜长为10mm。另外，使后段光纤32的纤芯32a的直径为100μm，使包层31b的外径为360μm，使NA(开口数：numerical aperture)为0.24。使NA为0.07的光入射至该光设备，使GRIN透镜35的透镜长逐渐变短而测量了从后段光纤32射出的光的光束质量。其结果如图4所示。

图4是表示光束质量与GRIN透镜35的长度的关系的图。图4的GRIN透镜长大体为1mm、4mm、6.5mm以及9mm的各极小点是GRIN透镜长为1/4节距、3/4节距、5/4节距、7/4节距的点。如从图4明确的那样可知：随着GRIN透镜35的长度成为1/4节距、3/4节距、5/4节距、7/4节距，BPP的值变大，光束质量变差。可认为这是由于在GRIN透镜35传播的光的一部分在GRIN透镜35的侧面反射而引起的。可认为该反射主要于在GRIN透镜35传播的光的直径极大的各部位产生。因此，GRIN透镜35比在GRIN透镜35传播的光最初成为最大直径的1/2节距短，从而能够抑制光束质量的降低。

以上，以实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明未被解释为被上述实施方式限定。

例如，光设备30设置于供激光装置1的射出光传播的部位，但光设备30只要是供来自光源的光入射的部位就可以设置于任意位置。例如，也可以在上述实施方式的各个光纤11的中途设置有光设备30。

另外，在上述实施方式中，GRIN透镜35的长度小于1/2节距且为1/4节距以上，但GRIN透镜35的长度也可以大于1/2节距、或小于1/4节距。

另外，在上述实施方式中，后段光纤32的纤芯32a的直径大于从GRIN透镜35射出的光的直径，但纤芯32a的直径也可以与从GRIN透镜35射出的光的直径相同，若忽略激光装置1的效率，则纤芯32a的直径也可以为从GRIN透镜35射出的光的直径以下。

如以上说明的那样，根据本发明，可提供能够使射出的光成为规定的光束质量的光设备的制造方法、激光装置的制造方法、激光装置的光束质量的调整方法，可期待在加工机、医疗用激光装置等领域中加以利用。

附图标记的说明

1...激光装置；10...光源；20...光合成器；30...光设备；31...前段光纤；32...后段光纤；35...GRIN透镜；40...输出部；P1...准备工序；P2...测量工序；P3...调整工序。

Claims (13)

1.一种光设备的制造方法，该光设备具有GRIN透镜、使光入射至所述GRIN透镜的前段光纤、以及供从所述GRIN透镜射出的光入射的后段光纤，所述光设备的制造方法的特征在于，具备：

测量工序，在该工序中，使光入射至所述前段光纤，对经由所述GRIN透镜而从所述后段光纤射出的光的光束质量进行测量；和

调整工序，在该工序中，基于所述测量工序的结果，对所述GRIN透镜的长度进行调整。

2.根据权利要求1所述的光设备的制造方法，其特征在于，

所述后段光纤的纤芯的直径大于从所述GRIN透镜射出的光的直径。

3.根据权利要求1或2所述的光设备的制造方法，其特征在于，

通过将所述GRIN透镜沿长度方向切削来进行所述调整工序。

4.根据权利要求1或2所述的光设备的制造方法，其特征在于，

通过将所述GRIN透镜更换为长度不同的其他GRIN透镜来进行所述调整工序。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光设备的制造方法，其特征在于，

所述GRIN透镜的长度小于1/2节距。

6.根据权利要求5所述的光设备的制造方法，其特征在于，

所述GRIN透镜的长度在1/4节距以上。

7.一种激光装置的制造方法，该激光装置具备：

具有GRIN透镜、使光入射至所述GRIN透镜的前段光纤、以及供从所述GRIN透镜射出的光入射的后段光纤的光设备；和

射出用于朝向所述前段光纤入射的光的光源，

所述激光装置的制造方法的特征在于，具备：

测量工序，在该工序中，使光从所述光源入射至所述前段光纤，对经由所述GRIN透镜而从所述后段光纤射出的光的光束质量进行测量；和

调整工序，在该工序中，基于所述测量工序的结果来调整所述GRIN透镜的长度。

8.根据权利要求7所述的激光装置的制造方法，其特征在于，

所述后段光纤的纤芯的直径大于从所述GRIN透镜射出的光的直径。

9.根据权利要求7或8所述的激光装置的制造方法，其特征在于，

通过将所述GRIN透镜沿长度方向切削来进行所述调整工序。

10.根据权利要求7或8所述的激光装置的制造方法，其特征在于，

通过将所述GRIN透镜更换为长度不同的其他GRIN透镜来进行所述调整工序。

11.根据权利要求7～10中任一项所述的激光装置的制造方法，其特征在于，

所述GRIN透镜的长度小于1/2节距。

12.根据权利要求11所述的激光装置的制造方法，其特征在于，

所述GRIN透镜的长度在1/4节距以上。

13.一种激光装置的光束质量的调整方法，该激光装置具备：

具有GRIN透镜、使光入射至所述GRIN透镜的前段光纤、以及供从所述GRIN透镜射出的光入射的后段光纤的光设备；和

射出用于朝向所述前段光纤入射的光的光源，

所述激光装置的光束质量的调整方法的特征在于，具备：

测量工序，在该工序中，使光从所述光源入射至所述前段光纤，对经由所述GRIN透镜而从所述后段光纤射出的光的光束质量进行测量；和

调整工序，在该工序中，基于所述测量工序的结果，对所述GRIN透镜的长度进行调整。