CN109716189A - 激光装置 - Google Patents

激光装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109716189A
CN109716189A CN201680089346.0A CN201680089346A CN109716189A CN 109716189 A CN109716189 A CN 109716189A CN 201680089346 A CN201680089346 A CN 201680089346A CN 109716189 A CN109716189 A CN 109716189A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light beam
laser
light
emitted
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201680089346.0A
Other languages
English (en)
Inventor
坂本隼规
齐川次郎
东條公资
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Publication of CN109716189A publication Critical patent/CN109716189A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005—Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056—Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0652—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/22—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4266—Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
    • G02B6/4268—Cooling
    • G02B6/4272—Cooling with mounting substrates of high thermal conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02253—Out-coupling of light using lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012—Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

多个光学元件与多个激光二极管相对应地设置，用于使从所述多个激光二极管出射的所述多个光束平行。多个选择透过元件与所述多个光学元件相对应地设置，用于选择从所述多个激光二极管出射的光束或从所述多个光学元件出射的光束的除了外周部之外的部分而使所选择的部分透过。1个以上的光行进方向控制构件对通过了所述多个光学元件和所述多个选择透过元件的所述多个光束的光行进方向进行控制，以便使所述多个光束向所述光纤的光轴附近移动。聚光部使从所述1个以上的光行进方向控制构件出射的所述多个光束向所述光纤聚光。

Description

激光装置
技术领域
本发明涉及一种激光加工、激光焊接、激光打标等所使用的激光装置。
背景技术
公知有如下激光装置，其使从多个激光二极管(LD)出射的光束与1根光纤芯耦合，从光纤获得高输出。
在专利文献1中记载有能够使来自多个光源的光与1个受光器效率良好地耦合而获得高输出的光功率合成用光学系统。根据该光功率合成用光学系统，使用变形光学元件而使垂直方向的光束和水平方向的光束成为同样的大小，从而能够缩小透镜系统的倍率，因此，能够缩小聚光径。因而，能够提高相对于受光器的耦合效率，能够获得高输出的激光束。
从激光二极管出射的光束能够视作高斯光束，束腰直径w0和束散角θ0之积恒定。若利用表示光束品质的因子M2(M平方)，则它们的关系使用波长λ而以式(1)表示。
M2＝(π·w0·θ0)/λ…(1)
激光二极管的发光面是沿着激光二极管芯片的层叠方向、即快轴方向变窄，沿着横向、即慢轴方向变宽的长方形。公知有如下内容：出射光束受到衍射的影响而呈沿着快轴方向变宽的椭圆形状。若设为快轴方向的束腰直径w0f、束散角θ0f、光束因子M2f、慢轴方向的束腰直径w0s、束散角θ0s、光束因子M2s，则以w0s＞w0f、θ0f＞θ0s、M2f＜M2s的关系表示。
在高输出的激光二极管中，激光二极管芯片的以(2×w0f)×(2×w0s)表示的发光面的面积较大，因此，与横向单模的激光二极管相比较，可知，M2的值较差，光束品质较差。
另外，即使以光纤NA(数值孔径)以上的入射角使光束向纤芯入射，也不在纤芯与包层间引起全反射，光束向包层和覆盖其周围的树脂层、保护层泄漏。另外，即使将具有光纤的纤芯直径以上的光束径的光束向纤芯入射，光束也向包层泄漏。另一方面，为了光纤出射后的光学系统的小型化、光纤出射后的光束聚光时的细径化，寻求NA较小、纤芯直径较小的光纤。
因此，在使光束与NA较小、纤芯直径较小的光纤耦合时，利用反射镜、棱镜等而使光束向光纤轴(光轴)附近会聚，使准直光束与光纤轴垂直地向耦合透镜入射。通过如此设置，能够使光束效率良好地与NA较小、纤芯直径较小的光纤耦合。
例如，能够使从多个激光二极管出射的光束与较小的纤芯、例如Φ25um、50um、100um的NA较小的光纤耦合，而获得高亮度、高输出的光束。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-114977号公报
非专利文献
非专利文献1：岛津评论vol.71，no.1·2(2014.9)
发明内容
发明要解决的问题
然而，在高输出的激光二极管中，与低输出(单模等)的激光二极管相比，发光面的光束品质较差，因此，难以使从多个激光二极管出射的光束以高效率与较小的纤芯耦合。
另外，在利用了专利文献1所记载的变形光学元件的情况下，光学元件的成本、组装调整工时增大。在从较小的纤芯的光纤获得高亮度、高输出的光束的情况下，由于损失，光纤入射部处的能量损失的比例较高，因此，存在光纤入射部由加热导致的可靠性的恶化、由于包层泄漏光而使光束品质进一步恶化的倾向。
本发明提供一种能够使光束与更小的光纤芯耦合、能够提高光束品质的高亮度且高输出的激光装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述的问题，本发明的激光装置是使多个光束与1根光纤耦合的激光装置，其具备：多个激光二极管，其用于出射所述多个光束；多个光学元件，其与所述多个激光二极管相对应地设置，用于使从所述多个激光二极管出射的所述多个光束平行；多个选择透过元件，其与所述多个光学元件相对应地设置，用于选择从所述多个激光二极管出射的光束或从所述多个光学元件出射的光束的除了外周部之外的部分而使所选择的部分透过；1个以上的光行进方向控制构件，其对通过了所述多个光学元件和所述多个选择透过元件的所述多个光束的光行进方向进行控制，以便使所述多个光束向所述光纤的光轴附近移动；以及聚光部，其用于使从所述1个以上的光行进方向控制构件出射的所述多个光束向所述光纤聚光。
另外，本发明是使多个光束与1根光纤耦合的激光装置，其具备：多个激光二极管，其用于出射所述多个光束；多个光学元件，其与所述多个激光二极管相对应地设置，用于使从所述多个激光二极管出射的所述多个光束平行；1个以上的第1光行进方向控制构件，其对从所述多个光学元件出射的所述多个光束的光行进方向进行控制；多个选择透过元件，其用于选择从所述1个以上的第1光行进方向控制构件出射的所述多个光束的除了外周部之外的部分而使所选择的光束透过；1个以上的第2光行进方向控制构件，其对从所述多个选择透过元件出射的所述多个光束的光行进方向进行控制，以便使所述多个光束向所述光纤的光轴附近移动；以及聚光部，其用于使从所述1个以上的第2光行进方向控制构件出射的所述多个光束向所述光纤聚光。
发明的效果
根据本发明，多个选择透过元件将激光二极管出射光束的外周部所包含的高M2成分阻断，仅使光束的除了外周部之外的部分所包含的低M2成分选择透过。高M2成分成为热损失，而通过仅取出低M2成分，能够缩小使多个光束聚光时的光斑直径和入射角。因此，能够使光束与比以往的光纤芯小的光纤芯耦合。
因而，通过缩窄由反射镜、棱镜等构成的1个以上的光行进方向控制构件彼此的间隔、即缩窄光束的间隔，能够使向配置于光纤的前段的耦合透镜(聚光部)上投影的光束的根数增多，能够使更多根数的光束与光纤芯耦合。
由于去除高M2成分，各激光二极管的功率产生损失，但能够与1根光纤耦合的光束填充率(耦合透镜上的光束截面积的总和/耦合透镜上的有助于光纤耦合的有效面积)增大，因此，能够总体上谋求高输出化。另外，提高光束填充率意味着使光束向耦合透镜的光轴附近会聚，能够降低光纤入射NA。即，能够使用能获得更高亮度的光束的低NA光纤。在前阶段中去除会成为包层泄漏的成分，因此，提高光纤出射光束品质。
另外，可实现激光二极管出射光束的细径化，能够使在后段中使用的透镜、反射镜、棱镜、波长板等光学构件小型化。
附图说明
图1是表示在本发明的实施方式的激光装置中由准直透镜保持件和LD保持件构成的单元的结构的图。
图2是本发明的实施方式的激光装置的整体结构图。
图3是表示本发明的实施方式的激光装置的激光二极管的快轴方向和慢轴方向的光束的发散的图。
图4是表示本发明的实施例1的激光装置的光圈构件的形状的图。
图5是表示在本发明的实施例1的激光装置中安装到准直透镜之前或准直透镜之后的光圈构件的图。
图6是表示在本发明的实施例1的激光装置中利用散热板使光圈构件散热的结构例的图。
图7是没有光圈构件的以往的激光装置的结构图。
图8是具备光圈构件的本发明的实施例1的激光装置的结构图。
图9是表示没有光圈构件的情况的光束填充率和具有光圈构件的情况的光束填充率的图。
图10是本发明的实施例2的使用了带衍射光栅的光圈构件的激光装置的结构图。
图11是本发明的实施例3的使用了针孔的激光装置的结构图。
图12是本发明的实施例4的使用了凹面镜和针孔的激光装置的结构图。
图13是表示在本发明的实施例4的激光装置中利用凹面镜使光束穿过针孔的情况的序列的图。
具体实施方式
(实施例1)
以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式的激光装置。
(本发明的基本的结构)
首先，对本发明的激光装置的基本的结构进行说明。图1是表示在本发明的实施方式的激光装置中由准直透镜保持件11-1和LD保持件10-1构成的单元12的结构的图。图2是本发明的实施方式的激光装置的整体结构图。
激光装置具备：多个激光二极管10；多个准直透镜11(与本发明的光学元件相对应)，其与多个激光二极管10相对应地设置；多个单元12，其与多个激光二极管10相对应地设置，是针对各激光二极管10分别固定激光二极管10和准直透镜11而制作的；耦合透镜15(与本发明的聚光部相对应)，其用于使从激光二极管10出射的光束向光纤16聚光；以及保持件20，其用于收纳多个单元12和耦合透镜15。
如图1所示，激光二极管10被固定于LD保持件10-1，准直透镜11被固定于准直透镜保持件11-1。一边以准直光束从LD保持件10-1和准直透镜保持件11-1向预先决定好的容许范围出射的方式进行确认，一边将LD保持件10-1和准直透镜保持件11-1焊接固定，从而能够制作单元12。通过反复进行以上的处理，制作多个单元12。
在图2中，是单元12为两个的例子。单元12的数量并不限定于两个，也可以是3个以上。如图2所示，单元12a、12b以相互分开预定距离的方式配置，被收纳固定于保持件20。保持件20还收纳有两个反射镜14、耦合透镜15。另外，在保持件20的外部以与耦合透镜15相对的方式配置有由纤芯17和包层18构成的光纤16。
如图2所示，从单元12a出射的光束13a的行进方向被反射镜14控制，以与光纤16的纤芯17耦合的方式向耦合透镜15行进。对单元12a和单元12b的位置进行调整以使来自单元12a的光束和来自单元12b的光束被耦合透镜15聚光且使光束与纤芯17耦合，对各单元12a、12b和保持件20间进行激光焊接固定。
图3的(a)是表示本发明的实施方式的激光装置的LD保持件10-1的构造的图，图3的(b)是表示快轴方向的光束的发散的图，图3的(c)是表示慢轴方向的光束的发散的图。针对从激光二极管10出射的光束，激光芯片的快轴方向(层叠方向)的束散比慢轴方向(水平方向)的束散宽。
(本发明的特征性的结构)
接着，对作为本发明的特征性的结构的光圈构件进行说明。图4的(a)～图4的(c)表示实施例1的激光装置的光圈构件21a～21c的形状，图4的(d)、图4的(e)是表示光圈构件的截面形状的图。光圈构件21a～21c与本发明的选择透过元件相对应，用于选择从激光二极管10出射的光束或从准直透镜11出射的光束的除了外周部之外的部分而使所选择的部分透过。即，光圈构件21a～21c阻断出射光束的外周部所包含的高M2成分，仅使光束的除了外周部之外的部分所包含的低M2成分选择透过。此外，高M2成分是指快轴方向和慢轴方向这两个方向上发散的光束的成分，并不限定于任一轴。
图4的(a)所示的光圈构件21a在圆形的铝棒材的中央部开设有圆状的孔22a。图4的(b)所示的光圈构件21b在圆形的铝棒材的中央部开设有椭圆状的孔22b。图4的(c)所示的光圈构件21c在圆形的铝棒材的中央部开设有四边形形状的孔22c。能够利用孔22a～22c仅使低M2成分透过。
另外，也可以在光圈构件21a～21c的表面形成对从激光二极管10出射的光束的波长具有预定的吸收系数的物质。例如，通过对光圈构件21a～21c的表面实施黑氧化铝膜处理，能够使反射光束减少而效率良好地吸收不需要的光束。此外，也可以对光圈构件21a～21c的表面实施电介质薄膜来替代实施黑氧化铝膜处理。
而且，作为光圈构件21a～21c的截面例，能够例示图4的(d)所示的孔部22d是四边形形状的光圈构件21d、图4的(e)所示的孔部22e是锥形状的光圈构件21e。通过将孔部22e的锥角设定成与目标的束散角相同的值，使锥角所构成的圆锥的顶点的位置和光束腰的位置相对应，能够更有效地仅取出低M2成分。也能够根据激光二极管10的束散角的波动来前后调整光圈构件的位置。
图5的(a)所示的光圈构件21A安装于准直透镜11之前、即激光二极管10与准直透镜11之间。光圈构件21A具有锥形状的孔部22A。来自激光二极管10的光束BM3中的在光圈构件21A的孔部22A透过的光束BM4被准直透镜11准直而获得准直光束BM5。
另外，图5的(b)所示的光圈构件21B安装于准直透镜11之后。光圈构件21B具有四边形形状的孔部22B。来自激光二极管10的光束BM6被准直透镜11准直而获得准直光束BM7。在准直光束BM7中，利用光圈构件21B仅使其透过孔部22B而获得光束BM8。此外，即使不另外准备光圈构件21，也能够使LD保持件10-1、准直透镜保持件11-1具有光圈构件21的作用。
图6是表示在本发明的实施例1的激光装置中利用散热板使光圈构件散热的结构例的图。若如上述那样对光圈构件21实施氧化铝膜处理，则能够去除高M2成分，但光圈构件21易于发热。因此，如图6所示，以与光圈构件21-1～21-3接触的方式设置有散热板23。在散热板23上以与光圈构件21-1～21-3相对应的方式形成有孔部24a～24c，在光圈构件21-1～21-3处所透过的光束在散热板23的孔部24a～24c通过。通过使散热板23与光圈构件21-1～21-3接触，能够抑制光圈构件21-1～21-3的发热。
另外，光圈构件21-1～21-3与散热板23间的距离有时由于LD保持件10-1、准直透镜保持件11-1的错位而变化。在该情况下，通过将传热件插入光圈构件21-1～21-3与散热板23之间，能够利用传热件高效地散热。
图7是没有光圈构件21的以往的激光装置的结构图。图8是具备光圈构件21的本发明的实施例1的激光装置的结构图。图7的(a)、图8的(a)是慢轴方向的激光装置的结构图。图7的(b)、图8的(b)是快轴方向的激光装置的结构图。
图7所示的以往的激光装置具备：多个激光二极管10；多个准直透镜11；棱镜31a、31b，其对通过了多个准直透镜11的多个光束的光行进方向进行控制，以便使多个光束向光纤16的光轴上移动；以及耦合透镜15，其用于使从棱镜31a、31b出射的多个光束向光纤16聚光。
如图7的(b)所示，在以往的激光装置中，产生来自准直透镜11的准直光束的一部分向棱镜31a、13b的外侧泄漏的渐晕部位32。因此，图8所示的实施例1的激光装置相对于图7所示的以往的激光装置还具备光圈构件21。将利用光圈构件21去除准直光束的外周部而细径化后的光束向棱镜31a、13b输出，从而防止了棱镜31a、13b中的渐晕部位32的产生。
图8所示的激光装置具备：多个激光二极管10；多个光圈构件21；多个准直透镜11；棱镜31a、31b，其对通过了多个准直透镜11的多个光束的光行进方向进行控制，以便使多个光束向光纤16的光轴上移动；以及耦合透镜15，其用于使从棱镜31a、31b出射的多个光束向光纤16聚光。
接着，例示说明通过使用光圈构件21来提高光束填充率的情况。假定为从激光二极管出射的光束的强度分布是完全的高斯分布。在设定了高斯光束的强度成为最大值I0的点时，与中心轴线分开与光束行进方向垂直的平面上的距离r的点处的强度I(r)以以下的式(2)表示。
I(r)＝I0exp(-2r2/w0 2)…(2)
将w0称为光束半径，在光束半径w0内，存在光束的全功率的1-1/e2＝86.5％。在此，考虑如下情况：将仅可透过快轴方向和慢轴方向的光束径的2.0、1.5、1.2、1.0、0.8倍的成分的光圈构件21配置于准直透镜的前方或后方。
此时，透过光圈构件21的光束的功率分别成为本来的99.97％、98.89％、94.39％、86.47％、72.2％。可知：若缩小光圈构件21的直径，则透过光圈构件21的光束的功率变小。
在此，在向耦合透镜15入射的光束中，将对光纤芯耦合有效的透镜上的直径设为D，如图7、图8所示那样考虑多个光束与光纤16的纤芯17耦合的情况。在利用棱镜31a、31b使光束位置偏移时，将各光束的偏移后的间隔的下限设为d。此时，将最大光束根数设为N，在利用了仅可透过光束径w0的M倍的成分的光圈构件时所获得的功率成为M×w0×N+d×(N-1)＜D。即，N＜(D+d)/(M×w0+d)。D是对光纤芯耦合有效的透镜上的直径。M是正数。在此，若设为D＝5w0、d＝0.2w0，则最大光束根数N是N＜5.2/(M+0.2)。其中，N以满足不等式的最大的正整数表示。使用了仅可透过光束径的2.0、1.5、1.2、1.0、0.8倍的成分的光圈构件时的最大光束根数N分别成为2、3、3、4、5根，将激光二极管1pc的光圈构件入射前的功率设为100％，则分别成为199.9％、296.7％、283.2％、345.9％、361.0％。因而，可知：在利用了光圈构件21之际使光束填充率提高，从而光纤入射功率能够成为最大。
在上述的例子中，表示快轴方向、慢轴方向都使用光圈构件21的例子，能够与所使用的光纤的纤芯直径、纤芯形状相应地使用快轴方向或慢轴方向的任意的大小的光圈构件。
图9的(a)表示没有光圈构件21的情况的光束填充率，图9的(b)表示具有透过率0.8的光圈构件21的情况的光束填充率。在图9的(a)中，6根投影像PI向纤芯的NA内填充。在图9的(b)中，9根投影像PI向纤芯的NA内填充。若将1光束的输出设为P、将光纤输出设为Po，则在图9的(a)中，Po＝6根×P＝6P。在图9的(b)中，Po＝透过率0.8×(9根×P)＝7.2P。即，使用了光圈构件21的情况成为高亮度·高输出。
这样，根据实施例1的激光装置，多个光圈构件21阻断激光二极管出射光束的外周部所包含的高M2成分，仅使光束的除了外周部之外的部分所包含的低M2成分选择透过。高M2成分成为热损失，而通过仅取出低M2成分，能够缩小对多个光束聚光时的光斑直径和入射角。因此，能够使光束与比以往的光纤芯小的光纤芯耦合。
因而，通过缩窄棱镜31a、31b彼此的间隔、即缩窄光束的间隔，能够使向配置于光纤16的前段的耦合透镜15上投影的光束的根数增大，能够使更多根数的光束与光纤16的纤芯17耦合。
通过去除高M2成分，各激光二极管10的功率产生损失，但可提高能够与1根光纤16耦合的光束填充率(耦合透镜上的光束截面积的总和/耦合透镜上的有助于光纤耦合的有效面积)，因此，总体上成为高输出。另外，提高光束填充率意味着使光束向耦合透镜光轴附近会聚，能够减少光纤入射NA。即，能够使用更高亮度的低NA光纤。在前阶段中去除会成为包层泄漏的成分，因此，对光纤16的损伤减少，光纤出射光束品质提高。
另外，可进行激光二极管出射光束的细径化，能够使在后段中使用的透镜、反射镜、棱镜、波长板等光学构件小型化。
(实施例2)
横向多模的激光二极管10的光谱线宽比横向单模的激光二极管10的光谱线宽宽。在荧光激励用光源等要求高强度·窄光谱线宽的应用中，需要改善光谱线宽。因此，本发明的实施例2的激光装置的特征在于，使用带衍射光栅的光圈构件而改善光谱线宽。
图10的(a)是在本发明的实施例2的激光装置中在准直透镜11之前设置有带衍射光栅的光圈构件21d的图。图10的(b)是在本发明的实施例2的激光装置中在准直透镜11之后设置有带衍射光栅的光圈构件33的图。
如图10的(a)所示，在将带衍射光栅的光圈构件21d配置于入射侧的情况下，激光二极管光束具有发散角，因此，向带衍射光栅的光圈构件21d入射的入射角具有不是零的值。因此，利用闪耀衍射光栅，设为光向入射光的方向返回的利特罗配置。
即，带衍射光栅的光圈构件21d与本发明的反射型衍射光栅相对应，在与激光二极管10相对的表面，使从激光二极管10出射的光束BM10的一部分返回激光二极管10的发光面，并且，利用孔部32a获得光束BM11。
如图10的(b)所示，在将带衍射光栅的光圈构件33配置于准直透镜11之后的情况下，光束向衍射光栅的入射角大致为零，因此，能够利用体积全息光栅(VHG)。在该情况下，也使从激光二极管10出射的光束BM10的一部分返回激光二极管10的发光面。
根据以上的结构，在激光二极管10与带衍射光栅的光圈构件21d、33之间构成外部谐振器。M2值较低的成分透过带衍射光栅的光圈构件21d、33，M2值较高的成分返回激光二极管10的发光面。因而，能够同时实现激光波长的窄线宽化、波长稳定化、高输出化。
(实施例3)
图11是本发明的实施例3的使用了针孔的激光装置的结构图。图11的特征在于，本发明的实施例3的激光装置在准直透镜11之后设置有聚光透镜34、针孔35、准直透镜36。
聚光透镜34使被准直透镜11准直后的光束向在针孔35开设的孔PH聚光。针孔35利用孔PH去除高M2成分，仅取出低M2成分而向准直透镜36出射。准直透镜36仅对由针孔35取出来的低M2成分的光束进行准直。
如此根据实施例3的使用了针孔的激光装置，也获得与实施例1的激光装置的效果同样的效果。
(实施例4)
图12是本发明的实施例4的使用了凹面镜和针孔的激光装置的结构图。图12所示的激光装置具备：多个激光二极管10a～10c；圆柱凹面镜37a、37b，其对从多个准直透镜11a～11c出射的多个光束的光行进方向进行控制；针孔38a、38b，其用于选择从圆柱凹面镜37a、37b出射的多个光束的除了外周部之外的部分而使所选择的部分透过；圆柱凹面镜39a、39b，其对从针孔38a、38b出射的多个光束的光行进方向进行控制，以便使多个光束向光纤16的光轴上移动；以及耦合透镜40，其用于使从圆柱凹面镜39a、39b出射的多个光束向光纤16聚光。此外，也可以使用狭缝来替代针孔38a、38b。
多个激光二极管10a～10c如图12所示那样沿着纵向配置有3个。而且，虽未图示，但多个激光二极管沿着横向配置有3个，在纵向和横向上合计配置有9个。圆柱凹面镜37a、37b与本发明的1个以上的第1光行进方向控制构件相对应。针孔38a、38b与本发明的多个选择透过元件相对应。圆柱凹面镜39a、39b与本发明的1个以上的第2光行进方向控制构件相对应，隔着针孔38a、38b而与圆柱凹面镜37a、37b相对配置。耦合透镜40与聚光部相对应。
根据这样的结构，从激光二极管10a～10c出射的光束利用配置于焦点位置的准直透镜11a～11c成为准直光束。准直光束被圆柱凹面镜37a、37b反射，垂直方向或水平方向的高M2成分被配置于圆柱凹面镜37a、37b的焦点位置的针孔38a、38b去除。
透过了针孔38a、38b的光束利用圆柱凹面镜39a、39b再次成为准直光束，沿着光轴方向(与光纤16垂直的轴线)前进。能够使各准直光束的位置向耦合透镜40的光轴的中心侧偏移，因此，能够使耦合透镜40中的像差的影响减少，同时缩小光纤NA。另外，可向耦合透镜40入射的光束根数增加，因此，能够高输出化。
另外，能够根据圆柱凹面镜37a、37b、39a、39b的位置、形状对圆柱凹面镜37a、37b、39a、39b反射后的准直光束的形状自由地进行控制。
图13是表示在本发明的实施例4的激光装置中利用圆柱凹面镜37a、37b使光束穿过针孔38a、38b的情况的序列的图。如在图12中进行了说明那样，多个激光二极管沿着纵向(行方向)和横向(列方向)以矩阵(1，1)～(3，3)配置有9个。
9个激光二极管10的光束利用9个准直透镜11成为9个圆状的准直光束CBM1。准直光束CBM1的圆的大小表示初始M2值。
接着，如以纵向箭头所示那样，若将针孔38沿着多个激光二极管的第1列(1，1)、(2，1)、(3，1)、第3列(1，3)、(2，3)、(3，3)的横向适用，则第1列(1，1)、(2，1)、(3，1)、第3列(1，3)、(2，3)、(3，3)的准直光束CBM1的横向变小，获得光束CBM2。因此，横向的高M2成分被去除。
接着，如以横向箭头所示那样，若将针孔38沿着多个激光二极管的第1行(1，1)、(1，2)、(1，3)和第3行(3，1)、(3，2)、(3，3)的纵向适用，则第1行(1，1)、(1，2)、(1，3)、第3行(3，1)、(3，2)、(3，3)的光束CBM2的纵向变小，获得光束CBM3。因此，纵向的高M2成分被去除。
如此，针对从9个激光二极管10发出来的光束，根据与光轴之间的位置关系，位于受到耦合透镜的像差的影响的位置的光束的高M2成分被去除而使准直光束的直径变细，能够使光束的填充率提高。
此外，针对矩阵(2，2)的中心的激光二极管，未透过针孔或狭缝，因此，高M2成分直接残留。不过，中心的激光二极管配置于光轴上，因此，最难以受到耦合透镜的像差的影响，即使包含高M2成分，也没有大的问题。
同样地，针对矩阵(1，2)、(2，1)、(2，3)、(3，2)中的光束CBM3，仅在单侧的轴未去除高M2成分，但若与由矩阵(1，21、(1，3)、(3，1)、(3，3)表示的四角的激光二极管相比，则影响较少。
此外，也可以是，如果需要，就构成为，为了去除高M2成分，在耦合透镜40之后追加在实施例3中进行了说明的针孔35和准直透镜36。
产业上的可利用性
本发明可适用于软钎焊、焊丝连接、电子零部件的基板焊接、用于微小点退火等的微细激光加工机。

Claims (6)

1.一种激光装置，其是使多个光束与1根光纤耦合的激光装置，其中，
该激光装置具备：
多个激光二极管，其用于出射所述多个光束；
多个光学元件，其与所述多个激光二极管相对应地设置，用于使从所述多个激光二极管出射的所述多个光束平行；
多个选择透过元件，其与所述多个光学元件相对应地设置，用于选择从所述多个激光二极管出射的光束或从所述多个光学元件出射的光束的除了外周部之外的部分而使所选择的部分透过；
1个以上的光行进方向控制构件，其对通过了所述多个光学元件和所述多个选择透过元件的所述多个光束的光行进方向进行控制，以便使所述多个光束向所述光纤的光轴附近移动；以及
聚光部，其用于使从所述1个以上的光行进方向控制构件出射的所述多个光束向所述光纤聚光。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述多个选择透过元件分别在表面形成有对从所述多个激光二极管出射的所述多个光束的波长具有预定的吸收系数的物质。
3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其中，
在所述多个选择透过元件分别安装有用于使所述多个选择透过元件的热散去的散热板。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
在所述多个选择透过元件各自的表面形成有使从所述多个激光二极管出射的所述多个光束的一部分返回所述多个激光二极管的发光面的反射型衍射光栅，从而在所述多个激光二极管与所述反射型衍射光栅之间构成外部谐振器。
5.一种激光装置，其是使多个光束与1根光纤耦合的激光装置，其中，
该激光装置具备：
多个激光二极管，其用于出射所述多个光束；
多个光学元件，其与所述多个激光二极管相对应地设置，用于使从所述多个激光二极管出射的所述多个光束平行；
1个以上的第1光行进方向控制构件，其对从所述多个光学元件出射的所述多个光束的光行进方向进行控制；
多个选择透过元件，其用于选择从所述1个以上的第1光行进方向控制构件出射的所述多个光束的除了外周部之外的部分而使所选择的部分透过；
1个以上的第2光行进方向控制构件，其对从所述多个选择透过元件出射的所述多个光束的光行进方向进行控制，以便使所述多个光束向所述光纤的光轴附近移动；以及
聚光部，其用于使从所述1个以上的第2光行进方向控制构件出射的所述多个光束向所述光纤聚光。
6.根据权利要求5所述的激光装置，其中，
所述1个以上的第1光行进方向控制构件和所述1个以上的第2光行进方向控制构件是凹面镜，所述多个选择透过元件是针孔或狭缝。
CN201680089346.0A 2016-09-15 2016-09-15 激光装置 Withdrawn CN109716189A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/077228 WO2018051450A1 (ja) 2016-09-15 2016-09-15 レーザ装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109716189A true CN109716189A (zh) 2019-05-03

Family

ID=61619922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680089346.0A Withdrawn CN109716189A (zh) 2016-09-15 2016-09-15 激光装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190341745A1 (zh)
JP (1) JPWO2018051450A1 (zh)
CN (1) CN109716189A (zh)
WO (1) WO2018051450A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7428140B2 (ja) * 2018-12-13 2024-02-06 ソニーグループ株式会社 光コネクタ、光ケーブルおよび電子機器
US11391904B2 (en) 2019-11-21 2022-07-19 Eotech, Llc Temperature stabilized holographic sight
CN114678774B (zh) * 2022-05-24 2022-08-09 江苏镭创高科光电科技有限公司 一种带光束校正的激光阵列耦合系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007017925A (ja) * 2005-06-07 2007-01-25 Fujifilm Holdings Corp 合波レーザ光源
JP2009529786A (ja) * 2006-03-09 2009-08-20 インフェイズ テクノロジーズ インコーポレイテッド 外部キャビティレーザ
WO2016080252A1 (ja) * 2014-11-20 2016-05-26 カナレ電気株式会社 外部共振器型半導体レーザ

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0651237A (ja) * 1992-07-30 1994-02-25 Hitachi Cable Ltd レーザ光伝送装置
JPH11284270A (ja) * 1998-03-31 1999-10-15 Nec Eng Ltd 半導体レーザユニット
JP2004014583A (ja) * 2002-06-03 2004-01-15 Ricoh Co Ltd 半導体レーザ装置、光書き込み装置および画像形成装置
JP4236435B2 (ja) * 2002-09-17 2009-03-11 オリンパス株式会社 顕微鏡
JP2005175049A (ja) * 2003-12-09 2005-06-30 Sony Corp 外部共振器型半導体レーザ
PL217893B1 (pl) * 2009-10-10 2014-08-29 Inst Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk Sposób i urządzenie do wprowadzania do jednego światłowodu światła laserowego pochodzącego z co najmniej dwóch źródeł laserowych

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007017925A (ja) * 2005-06-07 2007-01-25 Fujifilm Holdings Corp 合波レーザ光源
JP2009529786A (ja) * 2006-03-09 2009-08-20 インフェイズ テクノロジーズ インコーポレイテッド 外部キャビティレーザ
WO2016080252A1 (ja) * 2014-11-20 2016-05-26 カナレ電気株式会社 外部共振器型半導体レーザ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018051450A1 (ja) 2018-03-22
JPWO2018051450A1 (ja) 2019-06-27
US20190341745A1 (en) 2019-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9596034B2 (en) High brightness dense wavelength multiplexing laser
JP6178991B2 (ja) 光源ユニットおよびそれを用いた光源モジュール
US11784465B2 (en) Semiconductor laser beam combining device
US6680800B1 (en) Device for symmetrizing the radiation emitted by linear optical transmitters
US6763054B2 (en) Optical system for improving the brightness of a stack of lensed diode lasers
JP6547072B2 (ja) ビーム品質改良および帯域幅低減のためのプリズムを利用する波長ビーム組み合わせレーザシステム
US6888679B2 (en) Laser diode bar integrator/reimager
US9042423B2 (en) Brightness multi-emitter laser diode module and method
JP7272959B2 (ja) 最適化されたビーム寸法を有するダイオードを使用したファイバ結合式ダイオードレーザにおけるパワーおよび輝度スケーリング
CN105759411B (zh) 光纤耦合激光器、光纤耦合激光器系统及其优化方法
US10666015B2 (en) Laser array beam combination device
CN105071196B (zh) 一种窄线宽合束模块及具有该模块的多波长拉曼激光器
CN110160001B (zh) 照明装置以及车辆用灯具
CN109716189A (zh) 激光装置
WO2015145608A1 (ja) レーザ装置
KR20160002739A (ko) 선형 세기 분포를 갖는 레이저 방사선의 생성 장치
US20060203873A1 (en) Semiconductor laser diode
CN104393480A (zh) 一种基于透射型光栅的大功率光谱合成方法
US20170292679A1 (en) Light-emitting device
US20090168186A1 (en) Device and method for reducing etendue in a diode laser
EP0641116A1 (en) Multi-spot laser diode with microoptics for multiple beam scanning systems
CN117913664A (zh) 等光程半导体激光合束结构和多单管光谱合束结构
JPS63183A (ja) レ−ザ発光装置
CN116316076A (zh) 半导体激光器腔外光谱合束装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190503