CN113439003A - 光谐振器以及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

光谐振器(1)具备：激光二极管阵列(11)，具有多个激光元件(11a)该多个激光元件(11a)沿着预先确定的X方向而排列，释放相互不同的波长的光束；衍射光栅(40)，使从各激光元件(11a)释放的光束以与其波长相应的衍射角衍射；输出耦合器(60)，将由衍射光栅(40)进行了衍射的光束的一部分反射，返回到各激光元件(11a)；和光学系统(30)，被设置于激光二极管阵列(11)与衍射光栅(40)之间，使从各激光元件(11a)释放的各光束彼此整齐。光学系统(30)从激光二极管阵列(11)起依次包含仅在X方向具有负的焦度的第1透镜元件(31)、以及仅在X方向具有正的焦度的第2透镜元件(32)。

Description

光谐振器以及激光加工装置
技术领域
本公开涉及光谐振器，特别是涉及波长合成型的光谐振器。此外，本公开涉及使用了这种光谐振器的激光加工装置。
背景技术
专利文献1公开了振荡波长可调节的准分子激光装置。以光束扩大器的入射光瞳面为中心，使载置有光束扩大器和衍射光栅这两者的旋转工作台旋转，从而进行振荡波长的调节。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-235453号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
本公开提供一种即使在使用了较宽间距的衍射光栅的情况下也可实现装置的小型化的光谐振器。此外，本公开提供一种使用了这种光谐振器的激光加工装置。
-解决课题的手段-
本公开涉及将波长不同的多个光束合成的波长合成型的光谐振器。所述光谐振器具备：激光二极管阵列，具有多个激光元件，所述多个激光元件沿着预先确定的方向而排列，释放相互不同的波长的光束。所述光谐振器还具备：衍射光栅，使从各激光元件释放的光束以与其波长相应的衍射角衍射。所述光谐振器还具备：输出耦合器，将由所述衍射光栅进行了衍射的光束的一部分反射，返回到各激光元件。所述光谐振器还具备：光学系统，被设置于所述激光二极管阵列与所述衍射光栅之间，使从各激光元件释放的各光束彼此整齐。所述光学系统从所述激光二极管阵列向所述衍射光栅依次包含仅在所述预先确定的方向具有负的焦度的第1透镜元件、以及仅在所述预先确定的方向具有正的焦度的第2透镜元件。
此外，本公开所涉及的激光加工装置具备：上述光谐振器、和将从所述光谐振器输出的光束向被加工物照射的加工头。
-发明效果-
根据本公开所涉及的光谐振器，即使在使用了较宽间距的衍射光栅的情况下也可实现装置的小型化。
附图说明
图1的(A)是表示实施方式1所涉及的光谐振器的概要结构的结构图，图1的(B)是衍射光栅的剖视图。
图2是表示实施方式1所涉及的光谐振器的具体结构的一个例子的结构图。
图3是表示光源单元的一个例子的立体图。
图4是表示光源单元的一个例子的局部侧视图。
图5是表示快轴准直器的一个例子的立体图。
图6是表示快轴准直器的一个例子的剖视图。
图7是表示光束旋转器的一个例子的立体图。
图8是光束旋转器的入射面。
图9是光束旋转器的出射面。
图10是表示光束旋转器的功能的立体图。
图11的(A)是表示采用了波长900nm波段且光栅根数N＝1600根的衍射光栅的光谐振器的一个例子的结构图，图11的(B)是表示采用了波长400nm波段且光栅根数N＝2220根的衍射光栅的光谐振器的一个例子的结构图，图11的(C)是表示采用了波长400nm波段且光栅根数N＝1600根的衍射光栅的光谐振器的一个例子的结构图。
图12是表示衍射光栅的α＝-β的情况下的Δλ/Δα的光栅根数特性的图表。
图13是表示本公开所涉及的激光加工装置的一个例子的框图。
具体实施方式
以下，适当地参照附图，对实施方式详细进行说明。但是，可能省略非必要详细的说明。例如，可能省略已知事项的详细说明或者针对实质相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗余，使本领域技术人员容易理解。
另外，申请人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下的说明，并不意图通过这些来限定权利要求书所述的主题。
(实施方式1)
以下，使用图1～图12来对本公开的实施方式1进行说明。
[1-1.结构]
图1的(A)是表示实施方式1所涉及的光谐振器1的概要结构的结构图。图1的(B)是衍射光栅的剖视图。
光谐振器1沿着光轴方向，具备激光二极管阵列11、光学系统30、衍射光栅40和输出耦合器60等。在此，为了容易理解，将来自激光二极管阵列11的光束的行进方向设定为Z方向，将与Z方向垂直并且与纸面平行的方向设定为X方向，将与Z方向垂直并且与纸面垂直的方向设定为Y方向。
激光二极管阵列11例如能够由直接二极管激光器(DDL)构成，具有沿着预先确定的方向、例如图1的(A)的X方向排列的多个激光元件11a。在激光二极管阵列11的后侧端面，例如实施反射率99.9％以上的高反射率涂敷。对激光二极管阵列11的前侧端面，例如实施透射率99.9％以上的反射防止涂敷。另外，在图1的(A)中，示例了3个激光元件11a，但也可以是2个或者4个以上的激光元件11a。各激光元件11a通过光谐振而释放相互不同的波长的光束。
光学系统30被设置于激光二极管阵列11与衍射光栅40之间，从激光二极管阵列11向衍射光栅40依次包含仅在X方向具有负的焦度的第1柱面透镜元件31和仅在X方向具有正的焦度的第2柱面透镜元件32。光学系统30具有使从各激光元件11a释放的各光束在X方向彼此整齐并准直的功能。光学系统30的焦点位置也可以设定于激光元件11a的光出射面附近。另外，所谓“准直”，是指将单一的光束转换为平行或者实质平行的光束、将多个光束的各主光线转换为相互平行或者实质平行等的用语。
衍射光栅40使从各激光元件11a释放的光束以与其波长相应的衍射角衍射。在此，作为衍射光栅40，示例将光束向入射侧反射的反射型的衍射光栅，但也同样能够用于透射光束并向与入射侧相反的一侧出射的透射型的衍射光栅。
如图1的(B)所示，衍射光栅40具备具有间距P的周期构造，其截面可以是矩形波形状，此外也可以是三角波形状、锯齿形状等。一般地，使用相对于衍射光栅的法线的入射角α以及衍射角β、衍射次数m、光栅根数N(＝1/间距P)、光的波长λ，在衍射条件sinα-sinβ＝Nmλ成立的方向出射衍射光。在此，入射角α以及衍射角β的符号以从光线向衍射光栅的法线顺时针为正。其中，反射型衍射光栅的衍射角β以从光线向衍射光栅的法线逆时针为正。
输出耦合器60例如能够由反射率2％的部分反射镜构成，将由衍射光栅40衍射的光束的一部分反射，返回到各激光元件11a。由此，提供激光振荡用的反馈光，能够在激光二极管阵列11的后侧端面与输出耦合器60之间产生光谐振。透射输出耦合器60的光束被利用于后段的过程、例如激光加工等。
在本公开所涉及的波长合成型的光谐振器中，向衍射光栅40的入射角α根据各光束的波长而不同，但衍射光栅40中的衍射角β被设定衍射条件以使得各光束中一致。由此，能够将波长不同的多个光束在相同的方向合成。因此，能够将激光二极管阵列11的各激光元件11a中的最大光输出相加，因此能够实现较高的输出的光束。
图2是表示实施方式1所涉及的光谐振器1的具体结构的一个例子的结构图。光谐振器1沿着光轴方向，具备包含图1的激光二极管阵列11的光源单元10、慢轴准直器(SAC：slow axis collimator)21、1/2波长板70、图1的光学系统30、图1的衍射光栅40、望远镜光学系统50、图1的输出耦合器60等。在此，为了容易理解，示例了衍射光栅40是透射型的情况，但也可以是反射型的衍射光栅。
图3是表示光源单元10的一个例子的立体图。图4是表示光源单元10的一个例子的局部侧视图。光源单元10具备：所述激光二极管阵列11、快轴准直器(FAC：fast axiscollimator)12、光束旋转器(BT：beam twister)13等。
激光二极管阵列11经由底座92而被搭载于下部块91上。在激光二极管阵列11的上方载置上部块93。下部块91以及上部块93也作为用于向激光二极管阵列11提供电流的电极，以及作为使从激光二极管阵列11产生的热量散发的散热器而发挥功能。在上部块93，固定对快轴准直器12以及光束旋转器13进行保持的保持架94。
图5是表示快轴准直器12的一个例子的立体图。图6是表示快轴准直器12的一个例子的剖视图。快轴准直器12例如截面形状是平凸，由在X方向具有母线的柱面透镜构成。
从激光二极管阵列11内的各激光元件11a出射的光束一般X方向的发散角Θx较小，Y方向的发散角Θy较大(Θx＜＜Θy)。由此，以光束的主光线为中心，将发散角较小的方向称为慢方向，将发散角较大的方向称为快方向。快轴准直器12仅在Y方向具有光学焦度，具有将光束针对快方向准直的功能。
图7是表示光束旋转器13的一个例子的立体图。图8表示光束旋转器13的入射面。图9表示光束旋转器13的出射面。图10是表示光束旋转器13的功能的立体图。
光束旋转器13是将两面为凸形状的多个柱面透镜13a以预先确定的角度、例如45度倾斜重叠并相对于XZ面平行地切断的棒状的光学元件。柱面透镜13a的X方向间距与激光二极管阵列11内的各激光元件11a的排列间距一致。
如图8所示，从各激光元件11a出射的光束通过快轴准直器12而仅在快方向被准直，因此在光束旋转器13的入射面为横长光束形状。
各柱面透镜13a使入射到入射面的光束围绕主光线旋转90度，使其从出射面出射。光束的形状如图9所示，在光束旋转器13的出射面为纵长光束形状。
这样，各柱面透镜13a具有将光束的快方向与慢方向更换的功能。因此，从光束旋转器13起，在光源侧，光束的快方向为Y方向，慢方向为X方向。另一方面，从光束旋转器13起，在衍射光栅侧，光束的快方向为X方向，慢方向为Y方向。另外，光束的快方向通过快轴准直器12而已经被准直，但慢方向扩散。另外，如本具体结构那样配置快轴准直器12以及光束旋转器13的情况下，光学系统30的焦点位置被设定于光束旋转器13的出射面附近。
返回到图2，慢轴准直器21将从光源单元10内的光束旋转器13出射的各光束在慢方向准直。慢轴准直器21例如可以具有与图5同样的形状，截面形状是平凸，包含在X方向具有母线的柱面透镜。
1/2波长板70具有使光束的偏振光旋转90度的功能，例如，在光束是与X方向平行的直线偏振光的情况下，转换为与Y方向平行的直线偏振光。
如图1所示，光学系统30包含负焦度的第1柱面透镜元件31、正焦度的第2柱面透镜元件32。
衍射光栅40使各光束以与其波长相应的衍射角衍射。
望远镜光学系统50包含在纸面平行方向具有正焦度的柱面透镜元件51、52、在纸面平行方向具有负焦度的柱面透镜元件53。望远镜光学系统50具有通过将从输出耦合器60反射的光束扩大，使光束的主光线相对于光轴的角度减少，从而减小沿着输出耦合器60的快方向的角度误差灵敏度的功能。
如图1所示，输出耦合器60将光束的一部分反射，提供激光振荡用的反馈光。
[1-2.动作]
接下来，对本实施方式所涉及的光谐振器1的动作进行说明。以下，作为一个例子，对在激光二极管阵列11形成3个激光元件11a的情况进行说明。
如图1的(A)所示，各激光元件11a在X方向以预先确定的间距而排列。在从位于中央的激光元件11a释放的光束相对于衍射光栅40的法线以入射角α2入射的情况下，在激光二极管阵列11的后侧端面与输出耦合器60之间产生光谐振。此时满足衍射条件的谐振波长为λ2。
在从位于+X侧的激光元件11a释放的光束相对于衍射光栅40的法线以入射角α1(＜α2)入射的情况下，在激光二极管阵列11的后侧端面与输出耦合器60之间产生光谐振。此时满足衍射条件的谐振波长为λ1(＜λ2)。
在从位于-X侧的激光元件11a释放的光束相对于衍射光栅40的法线以入射角α3(＞α2)入射的情况下，在激光二极管阵列11的后侧端面与输出耦合器60之间产生光谐振。此时满足衍射条件的谐振波长为λ3(＞λ2)。
因此，多个具有波长λ1、λ2、λ3的各光束通过满足不同的衍射条件，能够在相同的方向合成，能够实现较高的输出的光束。针对4个以上的光束也同样地，通过满足不同的衍射条件，能够在相同的方向合成。
接下来，对在变更了谐振波长的情况下，光谐振器的设计如何变更进行说明。作为光谐振器的规格，表示将激光元件11a的间距(Δx)与对应于其的波长变化(Δλ)的比例Δλ/Δx设为一定的情况下的3个设计例。图11的(A)是表示采用了波长900nm波段且光栅根数N＝1600根的衍射光栅的光谐振器的一个例子的结构图。图11的(B)是表示采用了波长400nm波段且光栅根数N＝2220根的衍射光栅的光谐振器的一个例子的结构图。图11的(C)是表示采用了波长400nm波段且光栅根数N＝1600根的衍射光栅的光谐振器的一个例子的结构图。另外，“波长400nm波段”是指400nm～499nm的波长。“波长900nm波段”是指900nm～999nm的波长。
图11的(A)所示的光谐振器具备：产生波长900nm波段的光束的光源单元110、慢轴准直器121、1/2波长板170、仅在X方向具有正的焦度的单一的柱面透镜130、光栅根数N＝1600根的衍射光栅140、包含柱面透镜元件151、152、153的望远镜光学系统150、输出耦合器160等。光源单元110如前所述，具备激光二极管阵列、快轴准直器、光束旋转器等。Δλ/Δx被设定为4×10-7。该情况下，从光源单元110到衍射光栅140的尺寸约为1m。
图11的(B)所示的光谐振器具备：产生比图11的(A)的例子短的波长400nm波段的光束的光源单元210、慢轴准直器221、1/2波长板270、仅在X方向具有正的焦度的单一的柱面透镜230、光栅根数N＝2220根的衍射光栅240、包含柱面透镜元件251、252、253的望远镜光学系统250、输出耦合器260等。光源单元210如前所述，具备激光二极管阵列、快轴准直器、光束旋转器等。该情况下，Δλ/Δx也被设定为4×10-7，从光源单元210到衍射光栅240的尺寸约为1m。但是，衍射光栅240的光栅根数为N＝2220根，这在当前技术中制造极为困难，成品率极低，成本显著增加。
图11的(C)所示的光谐振器具备：产生与图11的(B)的例子相同的波长400nm波段的光束的光源单元310、慢轴准直器321、1/2波长板370、仅在X方向具有正的焦度的单一的柱面透镜330、与图11的(A)的例子相同的光栅根数N＝1600根的衍射光栅340、包含柱面透镜元件351、352、353的望远镜光学系统350、输出耦合器360等。光源单元110如前所述，具备激光二极管阵列、快轴准直器、光束旋转器等。与图11的(A)、图11的(B)同样地，Δλ/Δx被设定为4×10-7。该情况下，从光源单元310到衍射光栅340的尺寸约为1.5m。即，在不改变衍射光栅的光栅根数N地减小谐振波长的情况下，为了满足规定的Δλ/Δx，需要增大从光源单元310到衍射光栅340的距离。因此不可避免光谐振器的大型化。
接下来，对衍射光栅的间距与装置尺寸的关系进行说明。关于激光元件11a的间距Δx、柱面透镜230的焦距f、向激光元件11a的位置所对应的衍射光栅140的入射角α的变化Δα，下述的式(A1)成立。
Δx＝f·tan(Δα)≈fΔα ...(A1)
关于衍射角β一定的情况下的角方差的倒数、即波长λ相对于入射角α的变化，使用衍射次数m、光栅根数N(＝1/间距P)，下述的式(A2)成立。
Δλ/Δα＝cos(α)/Nm ...(A2)
根据这些式(A1)、式(A2)，下述的式(A3)成立。
Δλ/Δα≈fΔλ/Δx
Δλ/Δx≈(1/f)Δλ/Δα ...(A3)
图12是表示衍射光栅满足α＝-β的情况下的Δλ/Δα的光栅根数特性的图表。上述条件一般被已知为容易实现衍射效率较高的衍射光栅的条件，在本实施方式中也在该条件附近设计衍射光栅。
根据该图表，若光栅根数变小，则Δλ/Δα增大。因此，在将Δλ/Δx保持一定的情况下，根据式(A3)，光栅根数越小，焦距f越长。即，认为若使用较宽间距的衍射光栅，则焦距f变长，谐振器尺寸、例如从激光二极管阵列11到柱面透镜230的距离越大。
作为其解决方案，通过本实施方式所涉及的光谐振器，如图1和图2所示，使各光束在X方向彼此整齐的光学系统30包含仅在X方向具有负的焦度的第1柱面透镜元件31、仅在X方向具有正的焦度的第2柱面透镜元件32。由此，能够减小光学系统30的尺寸，并且增加焦距。例如，光学系统30的焦距能够设定为大于从光学系统30到光源单元10的实际的距离。因此，能够以小型尺寸实现与图11的(C)所示的光谐振器等效的光谐振器。例如，与图11的(C)同样地，即使在对波长400nm波段的光束使用光栅根数N＝1600根的衍射光栅140的情况下，从光源单元310到衍射光栅340的尺寸也能够抑制为与图11的(a)同等的尺寸。
[1-3.效果等]
本实施方式涉及将波长不同的多个光束合成的波长合成型的光谐振器1。光谐振器1具备激光二极管阵列11，该激光二极管阵列11具有沿着预先确定的X方向排列并释放相互不同的波长的光束的多个激光元件11a。光谐振器1进一步具备使从各激光元件11a释放的光束以与其波长相应的衍射角衍射的衍射光栅40。光谐振器1进一步具备将由衍射光栅40衍射的光束的一部分反射并返回给各激光元件11a的输出耦合器60。光谐振器1进一步具备被设置于激光二极管阵列11与衍射光栅40之间并使从各激光元件11a释放的各光束彼此整齐的光学系统30。光学系统30从激光二极管阵列11向衍射光栅40依次包含仅在预先确定的X方向具有负的焦度的第1透镜元件31、仅在预先确定的X方向具有正的焦度的第2透镜元件32。
通过以上的结构，能够使光学系统30的焦距增加，即使在使用了较宽间距的衍射光栅的情况下也可实现装置的小型化。此外，能够在不使装置大型化的情况下加宽衍射光栅的间距，能够增加光谐振器1的设计自由度。
在本实施方式所涉及的光谐振器1中，光学系统30也可以具有比激光二极管阵列11与第2柱面透镜元件32之间的距离长的焦距f。
由此，可实现光谐振器1的小型化。
在本实施方式所涉及的光谐振器1中，从激光二极管阵列11向衍射光栅40依次设置将从各激光元件11a释放的各光束在快方向准直的快轴准直器12、使从快轴准直器12出射的各光束围绕主光线旋转90度的光束旋转器13、将从光束旋转器13出射的各光束在慢方向准直的慢轴准直器21，也可以将所述光学系统的焦点位置设为所述光束旋转器出射面附近。
由此，能够实现具有高品质的光束阵列。
(实施方式2)
以下，使用图1来对本公开的实施方式2进行说明。
本实施方式所涉及的光谐振器具有与图1所示的光谐振器1同样的结构。在此，对光学系统30的最优化进行说明。
最初，谐振波长λ的变化相对于入射角α的变化dλ/dα通过下述的式(1)来表示。在此，N是衍射光栅的光栅根数(间距P的倒数)，m是衍射次数。
[式1]
Figure BDA0003210858350000101
接下来，相对于激光元件11a的间距dx的谐振波长λ的变化dλ/dx通过下述的式(2)来表示。在此，f是光学系统30的合成焦距。
[式2]
Figure BDA0003210858350000102
光学系统30的望远比t通过下述的式(3)来表示。在此，D是从正焦度的第2柱面透镜元件32的像侧主平面到光学系统物体侧焦点面(对应于激光元件11a的光出射面)的距离，s是从负焦度的第1柱面透镜元件31的物体侧主平面到正焦度的第2柱面透镜元件32的像侧主平面的距离，f1是第2柱面透镜元件32的焦距。另外，在图1与图2的光学系统30中，像侧是+Z侧，物体侧是-Z侧。
[式3]
Figure BDA0003210858350000111
光学系统30的合成焦距f通过下述的式(4)来表示。f2是第1柱面透镜元件31的焦距。
[式4]
f＝(f1f2/(f1f2+f1s-s2))D
…(4)
若使用式(2)、式(3)来将式(4)变形，则可得到下述的式(5)。
[式5]
Figure BDA0003210858350000112
作为一个例子，采用λ＝970nm、f＝1128mm、N＝1600根、dx＝0.225mm。从当前技术所导致的制造极限的观点出发，衍射光栅的光栅根数N设为N＜4000根。从理想的尺寸感的观点出发，距离D设为D＜1500mm。从当前的制造技术的观点出发，相对于间距dx的谐振波长λ的变化dλ/dx设为dλ/dx＜5×10-/。
通过将这些数值代入到式(5)，可得到下述的式(6)。
[式6]
Figure BDA0003210858350000113
本实施方式所涉及的光谐振器通过满足式(6)，可实现光学系统30的最优化。其结果，即使在使用了较宽间距的衍射光栅的情况下也可实现装置的小型化。
接下来，对光谐振器的具体设计例进行说明。
(比较例1)
参照图11的(A)所示的光谐振器。
光源单元110：产生波长900nm波段的光束。激光元件的间距为4mm。设计为Δλ/Δx＝4×10-7。
慢轴准直器121：入射面为平面。出射面为仅在Y轴方向具有焦度的曲率半径25.4mm的凸面。厚度为5mm。材质为NBK7。
柱面透镜130：入射面为平面。出射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径508.15mm的凸面。厚度为3mm。材质为NBK7。
柱面透镜元件151：入射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径207.5mm的凸面。出射面为平面。厚度为5mm。材质为NBK7。
柱面透镜元件152：入射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径128.31的凸面。出射面为平面。厚度为4mm。材质为NBK7。
柱面透镜元件153：入射面为平面。出射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径5.75mm的凹面。厚度为4mm。材质为NBK7。
衍射光栅140：间距P＝1/1600根/mm。来自中央的激光元件的主光线的入射角＝49.818°。来自上侧4mm的激光元件的主光线的入射角＝50.047°。来自下侧4mm的激光元件的主光线的入射角＝49.589°。主光线的衍射角＝49.818°(不取决于激光元件的位置)。
谐振波长：中央的激光元件为955nm。上侧4mm的激光元件为953.4nm。下侧4mm的激光元件为956.6nm。
输出耦合器160：反射镜材质为NBK7。入射面为部分反射涂层(例如，反射率2％，透射率98％)。出射面为AR涂层(例如，100％透射)。
[距离]
光源单元110的光束旋转器出射面～慢轴准直器121入射面＝46.57mm。
慢轴准直器121出射面～柱面透镜130入射面＝948.0272mm。
柱面透镜130出射面～衍射光栅140＝30mm。
衍射光栅140～柱面透镜元件151入射面＝28.25mm。
柱面透镜元件151出射面～柱面透镜元件152入射面＝0.1mm。
柱面透镜元件152出射面～柱面透镜元件153入射面＝128.31mm。
柱面透镜元件153出射面～输出耦合器160入射面＝235.91mm。
特别说明：为了将主光线在衍射光栅上集中为一点，将快轴准直器以及光束旋转器围绕光轴旋转0.00892度。
通过该设计，从光源单元110到衍射光栅140的尺寸约为1m。
(实施例1)
参照图2所示的光谐振器。
光源单元10：产生波长900nm波段的光束。激光元件的间距为4mm。设计为Δλ/Δx＝4×10-7。
慢轴准直器21、衍射光栅40、柱面透镜元件51～53、输出耦合器60、激光元件的谐振波长与比较例1相同。
第1柱面透镜元件31：入射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径59.971mm的凹面。出射面为平面。厚度为4mm。材质为NBK7。
第2柱面透镜元件32：入射面为平面。出射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径205.3319的凸面。厚度为5mm。材质为NBK7。
[距离]
慢轴准直器21出射面～第1柱面透镜元件31入射面＝123.2384mm。
第1柱面透镜元件31出射面～第2柱面透镜元件32入射面＝329.23mm。
其他距离与比较例1相同。
特别说明：为了将主光线在衍射光栅上集中为一点，将快轴准直器以及光束旋转器围绕光轴旋转0.035度。
通过该设计，从光源单元10到衍射光栅40的尺寸约为0.5m。另外，f＝+970.86mm，f1＝404.10mm，f2＝-118.02mm，D＝513.04mm。
(比较例2)
参照图11的(C)所示的光谐振器。
光源单元210：产生波长400nm波段的光束。激光元件的间距为4mm。设计为Δλ/Δx＝4×10-7。
慢轴准直器221：入射面为平面。出射面为仅在Y轴方向具有焦度的曲率半径26.5mm的凸面。厚度为5mm。材质为NBK7。
柱面透镜230：入射面为平面。出射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径785.0mm的凸面。厚度为3mm。材质为NBK7。
柱面透镜元件251：入射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径207.5mm的凸面。出射面为平面。厚度为5mm。材质为NBK7。
柱面透镜元件252：入射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径114.7mm的凸面。出射面为平面。厚度为4mm。材质为NBK7。
柱面透镜元件253：入射面为平面。出射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径5.75mm的凹面。厚度为4mm。材质为NBK7。
衍射光栅140：间距P＝1/1600根/mm。来自中央的激光元件的主光线的入射角＝18.905°。来自上侧4mm的激光元件的主光线的入射角＝18.905°。来自下侧4mm的激光元件的主光线的入射角＝19.060°。主光线的衍射角＝18.750°(不取决于激光元件的位置)。
谐振波长：中央的激光元件为405nm。上侧4mm的激光元件为404.4nm。下侧4mm的激光元件为406.6nm。
输出耦合器260：反射镜材质为NBK7。入射面为部分反射涂层(例如，反射率2％，透射率98％)。出射面为AR涂层(例如，100％透射)。
[距离]
光源单元210的光束旋转器出射面～慢轴准直器221入射面＝46.714mm。
慢轴准直器221出射面～柱面透镜230入射面＝1428.6466mm。
柱面透镜230出射面～衍射光栅140＝30mm。
衍射光栅140～柱面透镜元件251入射面＝28.25mm。
柱面透镜元件251出射面～柱面透镜元件252入射面＝0.1mm。
柱面透镜元件252出射面～柱面透镜元件253入射面＝128.31mm。
柱面透镜元件253出射面～输出耦合器260入射面＝235.91mm。
特别说明：为了将主光线在衍射光栅上集中为一点，将快轴准直器以及光束旋转器围绕光轴旋转0.0061度。
通过该设计，从光源单元110到衍射光栅140的尺寸约为1.5m。
(实施例2)
参照图2所示的光谐振器。其中，衍射光栅40至输出耦合器60参照图11的(B)或者图11的(C)。
光源单元10：产生波长400nm波段的光束。激光元件的间距为4mm。设计为Δλ/Δx＝4×10-7。
慢轴准直器21、衍射光栅40、柱面透镜元件51～53、输出耦合器60、激光元件的谐振波长与比较例2相同。
第1柱面透镜元件31：入射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径92.504的凹面。出射面为平面。厚度为5mm。材质为NBK7。
第2柱面透镜元件32：入射面为平面。出射面为仅在X轴方向具有焦度的曲率半径308.5mm的凸面。厚度为5mm。材质为NBK7。
[距离]
慢轴准直器21出射面～第1柱面透镜元件31入射面＝219.502mm。
第1柱面透镜元件31出射面～第2柱面透镜元件32入射面＝469.42mm。
其他距离与比较例2相同。
特别说明：为了将主光线在衍射光栅上集中为一点，将快轴准直器以及光束旋转器围绕光轴旋转0.0229度。
通过该设计，从光源单元10到衍射光栅40的尺寸约为0.8m。另外，f＝1485.09mm，f1＝582.08mm，f2＝-174.54mm，D＝750.64mm。
在本实施方式所涉及的光谐振器1中，多个激光元件11a也可以产生波长400nm波段的光束。
由此，能够产生比波长900nm波段短波长的光束。
(实施方式3)
以下，使用图13来对本公开的实施方式3进行说明。图13是表示本公开所涉及的激光加工装置的一个例子的框图。激光加工装置LM具备：实施方式1～2中公开的光谐振器1、对从光谐振器1输出的光束进行传输的传输光学系统Q、将光束向被加工物W照射的加工头H、用于保持被加工物W并对光束的聚光点进行三维定位的工作台TB等。作为激光加工，能够实施激光切断、激光穿孔、激光焊接、激光标记、激光退火等。
本实施方式所涉及的激光加工装置LM通过采用实施方式1～2所涉及的光谐振器1可实现装置的小型化。
(其他实施方式)
如以上那样，作为本申请中公开的技术示例，说明了实施方式1～3。但是，本公开中的技术并不局限于此，也能够应用于适当地进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，也能够将上述各实施方式中说明的各结构要素组合并设为新的实施方式。因此，以下，示例其他实施方式。
在上述的各实施方式中，作为准直器、透镜、透镜元件，示例了单透镜，但也可以使用将多个透镜组合的透镜组或者复合透镜。
如以上那样，作为本公开中的技术的公开，说明了实施方式。为此提供了附图以及详细的说明。
因此，附图以及详细的说明中记载的结构要素中，不仅包含为了课题解决所必须的结构要素，也能够为了示例上述技术而包含并非为了课题解决所必须的结构要素。因此，这些非必须的结构要素记载于附图或者详细的说明，但不应直接将这些非必须的结构要素认定为必须。
此外，上述的实施方式用于示例本公开中的技术，因此在权利要求书或者其等同的范围内能够进行各种变更、置换、附加、省略等。
产业上的可利用性
本公开在产生光束的光源等中能够应用。特别地，本公开例如在激光切断、激光穿孔、激光焊接、激光标记、激光退火等的激光加工等中能够应用。

Claims (6)

1.一种光谐振器，是将波长不同的多个光束合成的波长合成型的光谐振器，所述光谐振器具备：
激光二极管阵列，具有多个激光元件，所述多个激光元件沿着预先确定的方向而排列，释放相互不同的波长的光束；
衍射光栅，使从各激光元件释放的光束以与其波长相应的衍射角衍射；
输出耦合器，将由所述衍射光栅进行了衍射的光束的一部分反射，返回到各激光元件；和
光学系统，被设置于所述激光二极管阵列与所述衍射光栅之间，使从各激光元件释放的各光束彼此整齐，
所述光学系统从所述激光二极管阵列向所述衍射光栅依次包含仅在所述预先确定的方向具有负的焦度的第1透镜元件、以及仅在所述预先确定的方向具有正的焦度的第2透镜元件。
2.根据权利要求1所述的光谐振器，其中，
所述光学系统具有比所述激光二极管阵列与所述第2透镜元件之间的距离长的焦距。
3.根据权利要求1所述的光谐振器，其中，
所述光学系统满足下述式子，
[式1]
Figure FDA0003210858340000011
在此，f1是所述第2透镜元件的焦距，f2是所述第1透镜元件的焦距，s是从所述第1透镜元件的物体侧主平面到所述第2透镜元件的像侧主平面的距离，m是所述衍射光栅中的衍射次数，λ是谐振波长。
4.根据权利要求1所述的光谐振器，其中，
从所述激光二极管阵列向所述衍射光栅依次设置：将从各激光元件释放的各光束在快方向准直的快轴准直器、使从所述快轴准直器出射的各光束围绕主光线旋转90度的光束旋转器、和将从所述光束旋转器出射的各光束在慢方向准直的慢轴准直器，将所述光学系统的焦点位置设为所述光束旋转器出射面附近。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的光谐振器，其中，
所述多个激光元件产生波长400nm波段的光束。
6.一种激光加工装置，具备：
权利要求1～5的任一项所述的光谐振器；和
将从所述光谐振器输出的光束向被加工物照射的加工头。
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