HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der Erfindung:Field of the invention:
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlbündelsammelvorrichtung
und auf eine Laseremissionsvorrichtung zum Sammeln von Laserstrahlbündeln zu
einer Zielposition an einem zu behandelnden Gegenstand.The
The present invention relates to a beam collection device
and to a laser emission device for collecting laser beams
a target position on an object to be treated.
Erörterung
des Standes der Technik:discussion
of the prior art:
12 zeigt
einen allgemeinen Aufbau von einer Halbleiterlaserstrahlbündelsammelvorrichtung,
die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Halbleiterlaserstrahlbündel (nachstehend
ist dieses einfach als „Strahlbündel" bezeichnet) 2 wird
von einem Strahlbündelausgabeteil
oder Strahlbündelemittierteil 12 an
einer aktiven Lage des Halbleiterlasers (wie beispielsweise eine
Laserdiode oder dergleichen) emittiert oder abgegeben und nimmt
die Form einer Ellipse im Querschnitt normal zu der Richtung ein,
in der das Laserstrahlbündel 2 läuft. Das
Laserstrahlbündel 2 der
elliptischen Form hat eine Richtung einer schnellen Achse und eine Richtung
einer langsamen Achse. Je länger
die elliptische Form von dem Strahlbündelemittierteil 12 beabstandet
ist, desto größer wird
sie. Es ist eine Halbleiterlaserstrahlbündelsammelvorrichtung von der
Art bekannt, bei der Laserstrahlbündel, die von einer Vielzahl
an Strahlbündelemittierteilen
emittiert werden, die in einer Matrix der zweiten Ordnung angeordnet
sind, die sich in der Richtung der schnellen Achse und in der Richtung
in der langsamen Achse erstreckt, durch optische Fasern in einer
kleineren Anzahl gesammelt werden, um die Leistung der Laserstrahlbündel zu
verstärken. 12 Fig. 10 shows a general construction of a semiconductor laser beam collection apparatus known in the prior art. The semiconductor laser beam (hereinafter simply referred to as a "beam") 2 is emitted from a beam output part or beam emitting part 12 is emitted or emitted at an active position of the semiconductor laser (such as a laser diode or the like), and takes the shape of an ellipse in cross section normal to the direction in which the laser beam 2 running. The laser beam 2 The elliptical shape has a direction of a fast axis and a direction of a slow axis. The longer the elliptical shape of the beam emitter part 12 the bigger it gets, the bigger it is. There is known a semiconductor laser beam collection device of the type in which laser beams emitted from a plurality of beam bundle emitting parts arranged in a second order matrix extending in the fast axis direction and in the slow axis direction, are collected by optical fibers in a smaller number to enhance the power of the laser beam.
Beispielsweise
wenn die Halbleiterlaser als eine Antriebsquelle für ein Laserbearbeitungsgerät oder ein
Lasermaterialbehandlungsgerät
angewendet werden sollen, müssen
diese eine hohe Leistung haben. Das Laserstrahlbündel, das von einem einzelnen
Laserstrahlbündelemittierteil
abgegeben wird, hat eine geringe Leistungsstärke. Somit wird eine Gruppe
an Linsen angewendet, um die von einer Vielzahl an Strahlbündelemittierteilen
abgegebenen Laserstrahlbündel
zu sammeln, um dadurch die Leistung der Laserstrahlbündel zu verstärken.For example
when the semiconductor laser as a drive source for a laser processing device or a
Laser material handling equipment
should be applied
these have a high performance. The laser beam coming from a single
Laserstrahlbündelemittierteil
is delivered, has a low performance. Thus, a group
applied to lenses to emit those of a plurality of beam bundles
emitted laser beam
to thereby increase the power of the laser beam bundles.
Die
Druckschrift JP 2000-98
191 A offenbart eine Halbleiterlaserstrahlbündelsammelvorrichtung,
die in 12 gezeigt ist. In dieser Druckschrift
wird vorgeschlagen, Laserstrahlbündel
an optischen Fasern zu sammeln, um dadurch die Strahlbündelabgabeleistung
zu verstärken,
indem eine Gruppe an Linsen und die optischen Fasern 30 genutzt
werden und eine Sammellinsenaufreihung 70 für die Richtung
der schnellen Achse, eine Sammellinse 80 für die Richtung
der schnellen Achse und eine Sammellinse 90 für die Richtung
der langsamen Achse angeordnet werden wiederum innerhalb eines sehr
kurzen Raumes von den Strahlbündelemittierteilen 12 zu
den optischen Fasern 30.The publication JP 2000-98191 A discloses a semiconductor laser beam collection device disclosed in US Pat 12 is shown. In this document, it is proposed to collect laser beams on optical fibers to thereby enhance the beam output by having a group of lenses and the optical fibers 30 be used and a collection lens array 70 for the direction of the fast axis, a condenser lens 80 for the direction of the fast axis and a condenser lens 90 for the direction of the slow axis are again arranged within a very short space of the beam bundle emitting parts 12 to the optical fibers 30 ,
Damit
die Laserstrahlbündel,
die von den Halbleiterlaseremittierteilen ausgegeben werden, effizient
an den optischen Fasern gesammelt werden, um dadurch die Abgabeleistung
der Laserstrahlbündel
zu verstärken,
ist es erforderlich, die Dichte der Strahlbündel zu verstärken, indem
die Strahlbündel
von einer hohen Anzahl der Emittierteile in viel kleinere optische
Fasern eintreten, und dass die Strahlbündel effizient in die optischen
Fasern eintreten, indem die Strahlbündel in die Einfallflächen oder
Oberflächen
der optischen Fasern bei einem kleineren oder sanft geneigten Winkel
eintreten, das heißt
bei einem Winkel, der so nahe zu dem rechten Winkel zu den Einfallflächen ist,
ohne die eingetretenen Laserstrahlbündel nach außen zu reflektieren.In order to
the laser beams,
which are output from the semiconductor laser emitting parts, efficiently
be collected on the optical fibers, thereby the output power
the laser beam
to reinforce
it is necessary to increase the density of the beam by
the ray bundles
from a high number of emitting parts into much smaller optical ones
Fibers occur, and that the beam efficiently into the optical
Fibers enter by the beams in the incident surfaces or
surfaces
the optical fibers at a smaller or gently inclined angle
to enter, that is
at an angle that is so close to the right angle to the incident surfaces,
without reflecting the incoming laser beam to the outside.
Die
Laserstrahlbündel,
die von den Emittierteilen 12 kommen, gehen weiter, indem
sie sich in der Richtung der schnellen Achse und auch in der Richtung
der langsamen Achse verteilen. Zum Sammeln der Laserstrahlbündel, die
sich verteilend sich weiterbewegen, müssen die dabei angewendeten
Linsen und die Anordnung derselben außerordentlich hochgenau sein.The laser beam coming from the emitting parts 12 come on, moving in the direction of the fast axis and also in the direction of the slow axis. In order to collect the laser beams that propagate, the lenses used and their arrangement must be extremely accurate.
Die
bislang bekannte Halbleiterlasersammelvorrichtung (siehe beispielsweise
diejenige aus der vorstehend erwähnten
Druckschrift JP 2000-98
191 A ) ist dergestalt, dass die Emittierteile mit einem
relativ breiten Raum in der Richtung der schnellen Achse angeordnet
sind und das Korrigieren der Strahlbündel in jener Richtung mit
der Sammellinse 80 für
die Richtung der schnellen Achse ausgeführt wird, wenn sie erst einmal mit
der Sammellinsenaufreihung 70 für die Richtung der schnellen
Achse zu parallelen Strahlbündeln
umgewandelt worden sind. Andererseits sind die Emittierteile 12 mit
einem relativ schmalen Raum in der Richtung der langsamen Achse
angeordnet, was erforderlich macht, dass die angewendeten Linsen
einen sehr kleinen Durchmesser haben und schwierig anzuordnen sind.
Somit wird das Sammeln der Strahlbündel in der Richtung der langsamen
Achse mit der Sammellinsenaufreihung 90 für die Richtung
der langsamen Achse ausgeführt,
ohne dass die Strahlbündel
zu parallelen Strahlbündeln
umgewandelt werden.The hitherto known semiconductor laser collection device (see, for example, that of the aforementioned publication JP 2000-98191 A ) is such that the emitter portions are arranged with a relatively wide space in the direction of the fast axis, and the correction of the beams in that direction with the condenser lens 80 for the direction of the fast axis, once it is aligned with the convergent lens array 70 for the direction of the fast axis have been converted to parallel beams. On the other hand, the issuing parts 12 arranged with a relatively narrow space in the direction of the slow axis, which requires that the applied lenses a very small Have diameters and are difficult to arrange. Thus, the collection of the beams becomes in the direction of the slow axis with the collection lens array 90 for the direction of the slow axis, without converting the beams into parallel beams.
Das
heißt
bei der vorstehend erwähnten
Vorrichtung des Standes der Technik ist der Raum zwischen der Sammellinsenaufreihung 90 für die Richtung
der langsamen Achse und den Emittierteilen 12 kurz, beispielsweise
maximal einige Millimeter. Es ist daher schwierig, die Sammellinsenaufreihung 70 für die Richtung der
schnellen Achse und die Sammellinsenaufreihung 90 für die Richtung
der langsamen Achse angemessen innerhalb des kurzen Raumes anzuordnen.
Die optischen Fasern 30 werden dazu gebracht, dass sie
innerhalb eines kurzen Abstandes von den Emittierteilen 12 angeordnet
werden. Somit wird, wenn der Einfallwinkel (θoutx) in
der Richtung der schnellen Achse klein eingestellt wird, die Anzahl
der Laserstrahlbündel,
die in der Richtung der schnellen Achse gesammelt werden können, klein
gestaltet, so dass sie in der Praxis nicht so ausgeführt werden
kann, dass Laserstrahlbündel
mit einer hohen Leistung aus einer großen Anzahl an optischen Fasern für eine Verwendung
bei dem Laserbearbeiten erzielt werden.That is, in the above-mentioned prior art device, the space between the collection lens array is 90 for the direction of the slow axis and the emitting parts 12 short, for example a maximum of a few millimeters. It is therefore difficult to align the collection lens 70 for the direction of the fast axis and the convergent lens array 90 appropriate for the direction of the slow axis within the short space. The optical fibers 30 are made to be within a short distance of the issuing parts 12 to be ordered. Thus, when the incident angle (θ outx ) in the direction of the fast axis is set small, the number of laser beams that can be collected in the direction of the fast axis is made small, so that it can not be so practiced in that laser beams of high power are obtained from a large number of optical fibers for use in laser machining.
Eine
Strahlbündelsammelvorrichtung
mit den Merkmalen, die in dem Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefasst
sind, ist aus der Druckschrift JP
2000-141 073 bekannt. Bei dieser bekannten Strahlbündelsammelvorrichtung
sind die Emissionsoberfläche
von der optischen Wellenführung
und die Einfallfläche
von der optischen Faser ebene Flächen, die
miteinander in Kontakt stehen. Das Ende von der optischen Faser,
die benachbart zu der Wellenführung
ist, ist so geneigt, dass die Einfallfläche von dem optischen Faser
einen größeren Durchmesser
als die Emissionsoberfläche
von der optischen Wellenführung
hat, und als eine Folge davon wird das Vignettieren aufgrund der
Differenz der numerischen Aperturen der beiden Oberflächen verringert.A beam collecting apparatus having the features summarized in the preamble of claim 1 is known from the document JP 2000-141 073 known. In this known beam collecting apparatus, the emission surface of the optical waveguide and the incident surface of the optical fiber are flat surfaces which are in contact with each other. The end of the optical fiber which is adjacent to the waveguide is inclined so that the incident surface of the optical fiber has a larger diameter than the emission surface of the optical waveguide, and as a result, the vignetting due to the difference of the numerical Apertures of the two surfaces reduced.
Eine
Laseremissionsvorrichtung mit den Merkmalen, die in dem Oberbegriff
von Anspruch 4 zusammengefasst sind, ist aus der vorstehend erwähnten Druckschrift JP 2000-98 191 A bekannt.A laser emission device having the features summarized in the preamble of claim 4 is known from the aforementioned document JP 2000-98191 A known.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es
ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlbündelsammelvorrichtung
und eine Laseremissionsvorrichtung zu schaffen, die zu einem Sammeln
einer großen
Anzahl an Laserstrahlbündeln
für eine
Abgabe mit höherer
Leistung in der Lage sind.It
It is a main object of the present invention to provide a beam collection device
and to provide a laser emission device capable of collecting
a big one
Number of laser beams
for one
Levy with higher
Performance are able.
Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Strahlbündelsammelvorrichtung
und eine Laseremissionsvorrichtung zu schaffen, die dazu in der
Lage sind, Laserstrahlbündel
davor zu bewahren, dass sie durch diese hindurch scheinen, wodurch
die Lasersammeleffizienz verbessert wird.A
Another object of the present invention is to provide a beam collection device
and to provide a laser emission device, which in the
Are able, laser beam
to prevent them from shining through them
the laser collection efficiency is improved.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind diese Aufgaben durch die in Anspruch 1 definierte
Strahlbündelsammelvorrichtung
und durch die in Anspruch 4 definierte Laseremissionsvorrichtung
gelöst.According to the present
Invention, these objects are defined by the in claim 1
Beam collector
and by the laser emission device defined in claim 4
solved.
Durch
den Aufbau der vorliegenden Erfindung vermindert die Brechungseinrichtung
einen spitzen Winkel oder einen größeren Winkel von einem Laserstrahlbündel relativ
zu der Längsrichtung
oder der Achse der optischen Faser, so dass das Laserstrahlbündel in
die optische Faser bei einem sanften oder kleineren Winkel eintritt.
Somit kann eine größere Anzahl
an Laserstrahlbündeln
durch die optische Wellenführung
bei einem klein gestalteten System gesammelt werden, wobei aber
die Einfallwinkel von den gesammelten Laserstrahlbündeln zu
der Einfallfläche
der optischen Faser verkleinert sind. Dies verhindert in vorteilhafter
Weise, dass die Laserstrahlbündel,
die innerhalb der optischen Faser laufen, durch selbige hindurch
gehen, so dass nicht nur die kleine Gestaltung des Systems verwirklicht
werden kann, sondern auch die Stahlbündelsammeleffizienz verbessert
werden kann.By
The structure of the present invention reduces the refraction means
an acute angle or a larger angle of a laser beam relative
to the longitudinal direction
or the axis of the optical fiber, so that the laser beam in
the optical fiber enters at a gentle or smaller angle.
Thus, a larger number
on laser beams
through the optical waveguide
be collected in a small-scale system, but
the angles of incidence of the collected laser beams to
the area of incidence
the optical fiber are reduced. This prevents in an advantageous manner
Way that the laser beam,
that run inside the optical fiber, through it
go so that not only the small design of the system is realized
but also improves the steel bundle collection efficiency
can be.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE ATTACHED DRAWINGS
Die
vorstehend dargelegten und andere Aufgaben und viele der sich ergebenden
Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen ohne weiteres unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
deutlich hervor, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder
entsprechenden Teile in sämtlichen
verschiedenen Ansichten bezeichnen.The
set out above and other tasks and many of the resulting ones
Advantages of the present invention will be readily appreciated by reference
on the attached
embodiments
of the present invention in conjunction with the accompanying drawings
clearly in which the same reference numerals the same or
corresponding parts in all
denote different views.
1 zeigt
eine perspektivische Ansicht von dem Ausführungsbeispiel einer Strahlbündelsammelvorrichtung
und einer Laseremissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows a perspective view of the embodiment of a beam collection device and a laser emission device according to the present invention.
2 zeigt
eine perspektivische Ansicht von dem allgemeinen Aufbau von einer
optischen Wellenführung,
die einen Teil von einer laminierten optischen Wellenführungsaufreihung
bildet. 2 FIG. 12 shows a perspective view of the general structure of an optical waveguide forming part of a laminated optical waveguide array. FIG.
Die 3(A) und 3(B) zeigen
erläuternde
Ansichten zur Erläuterung
der Positionen bei einem Aufbau von Laserstrahlbündelemittierteilen 12,
einer laminierten optischen Wellenführungsaufreihung 200 und optischen
Fasern 30, wobei der Zustand der Laserstrahlbündel derart
ist, dass diese zu den optischen Fasern gesammelt werden.The 3 (A) and 3 (B) show explanatory views for explaining the positions in a configuration of laser beam emitting parts 12 , a laminated optical waveguide array 200 and optical fibers 30 wherein the state of the laser beams is such that they are collected to the optical fibers.
4 zeigt
eine erläuternde
Ansicht von dem allgemeinen Aufbau von der laminierten optischen
Wellenführungsaufreihung 200. 4 Fig. 12 is an explanatory view of the general structure of the laminated optical waveguide array 200 ,
Die 5(A) bis 5(D) zeigen
erläuternde
Ansichten von dem Zustand, bei dem die Laserstrahlbündel, die
von den optischen Fasern emittiert werden, durch die Sammellinse 100 bei
einer vorbestimmten Position gesammelt werden.The 5 (A) to 5 (D) Fig. 12 shows explanatory views of the state in which the laser beams emitted from the optical fibers are passed through the condensing lens 100 collected at a predetermined position.
Die 6(A) und 6(B) zeigen
erläuternde
Ansichten von dem Aufbau und der Anordnung der ersten Linsen in
der laminierten optischen Wellenführungsaufreihung 200.The 6 (A) and 6 (B) Fig. 12 shows explanatory views of the structure and arrangement of the first lenses in the laminated optical waveguide array 200 ,
Die 7(A) und 7(B) zeigen
vergrößerte ausschnittartige
Ansichten von dem Zustand von Laserstrahlbündeln, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel
einer Brechungseinrichtung gebrochen werden, um zu begrenzen, dass
die Laserstrahlbündel
durch eine optische Faser hindurch scheinen, wobei außerdem der gleiche
Zustand bei einer herkömmlichen
Vorrichtung gezeigt ist, die nicht mit der Brechungseinrichtung
versehen ist.The 7 (A) and 7 (B) 11 show enlarged partial sectional views of the state of laser beams that are refracted in the first embodiment of a refracting device to limit the laser beams to shine through an optical fiber, and also show the same state in a conventional device that does not interfere with FIG Refraction device is provided.
Die 8(A) bis 8(C) zeigen
vergrößerte Ansichten
von einem Teil „a" in 7(A), wobei jeweils detailliert der Zustand der
Laserstrahlbündel,
die gebrochen werden, die Art und Weise der Berechnung einer konkaven
gekrümmten
Fläche,
die eine Emissionsfläche
von jeder optischen Wellenführung 20 ausbildet,
und das Strahlbündelparameterprodukt
gezeigt sind.The 8 (A) to 8 (C) show enlarged views of a part "a" in FIG 7 (A) , each detailing the state of the laser beam being refracted, the way of calculating a concave curved surface containing an emitting surface of each optical waveguide 20 and the beam parameter product is shown.
Die 9(A) bis 9(C) zeigen
vergrößerte ausschnittartige
Ansichten von jeweils dem Zustand von Laserstrahlbündeln, die
bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung gebrochen werden, und den gleichen Zustand
bei der herkömmlichen
Vorrichtung, die nicht mit der Brechungseinrichtung versehen ist,
wobei des Weiteren eine vergrößerte Ansicht
von einem Teil „b" in 9(A) gezeigt ist, in der detailliert der Zustand
von einem Laserstrahlbündel
dargestellt ist, das in 9(A) gebrochen
wird.The 9 (A) to 9 (C) 11 are enlarged fragmentary views respectively showing the state of laser beams which are broken in the second embodiment of the refracting device and the same state in the conventional device not provided with the refracting device, further showing an enlarged view of a part "b". in 9 (A) 3, in which the state of a laser beam is shown in detail in FIG 9 (A) is broken.
Die 10(A) bis 10(C) zeigen
vergrößerte ausschnittartige
Ansichten von jeweils den Zuständen
von Laserstrahlbündeln,
die bei dem dritten, dem vierten und dem fünften Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung
gebrochen werden.The 10 (A) to 10 (C) 11 are enlarged fragmentary views respectively showing the states of laser beams which are refracted in the third, fourth and fifth embodiments of the refracting device.
Die 11(A) bis 11(C) zeigen
vergrößerte Ansichten
von Teilen „c", „d" und „e" in den 10(A), 10(B) und 10(C), wobei jeweils die Zustände der Laserstrahlbündel gezeigt
sind, die in den Teilen „c", „d" und „e" gebrochen werden.The 11 (A) to 11 (C) show enlarged views of parts "c", "d" and "e" in the 10 (A) . 10 (B) and 10 (C) , respectively showing the states of the laser beams which are refracted in the parts "c", "d" and "e".
12 zeigt
eine perspektivische Ansicht von dem allgemeinen Aufbau einer Halbleiterlasersammelvorrichtung
des Standes der Technik. 12 shows a perspective view of the general structure of a semiconductor laser collection device of the prior art.
Die 13(A) und 13(B) zeigen
erläuternde
Ansichten von den Positionen bei dem Aufbau der jeweiligen Linsen
und den Zuständen
der Laserstrahlbündel,
die durch die Linsen korrigiert werden, unter Betrachtung jeweils
in der Richtung der schnellen Achse und der Richtung der langsamen
Achse bei der Vorrichtung des Standes der Technik, die in 12 gezeigt
ist.The 13 (A) and 13 (B) FIG. 14 shows explanatory views of the positions in the structure of the respective lenses and the states of the laser beams corrected by the lenses, as viewed in the direction of the fast axis and the direction of the slow axis in the prior art device shown in FIG 12 is shown.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEMBODIMENTS
Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.The
embodiments
The present invention will be described below in detail with reference to FIG
the attached
Drawings described.
1 zeigt
den allgemeinen Aufbau einer Laserstrahlbündelsammelvorrichtung und einer Laserstrahlbündelemissionsvorrichtung
bei diesem Ausführungsbeispiel.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
kann der Abstand zwischen einer Halbleiterlaseraufreihung 10 und
optischen Fasern 30 länger als
der entsprechende Abstand bei der Laserstrahlbündelsammelvorrichtung des Standes
der Technik gestaltet werden, die in 12 gezeigt
ist. Genauer gesagt kann im Vergleich zu dem Abstand von ungefähr 3,2 mm bei
dem Stand der Technik der Abstand bei diesem Ausführungsbeispiel
auf einige Zentimeter (cm) oder viel länger, genauer gesagt bis zu
ungefähr
20 cm bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel,
in Abhängigkeit
von der Länge
der optischen Wellenführungsbaugruppe
oder -aufreihung 200 eingestellt werden. Somit kann der Einfallwinkel
der Strahlbündel
in die optischen Fasern 30 kleiner eingestellt werden,
so dass das Sammeln der Laserstrahlbündel effizienter ausgeführt werden
kann. 1 shows the general structure of a laser beam collection device and a laser beam emission device in this embodiment. At the in 1 shown Ausfüh For example, the distance between a semiconductor laser array 10 and optical fibers 30 be formed longer than the corresponding distance in the laser beam collection device of the prior art, which in 12 is shown. More specifically, as compared with the distance of about 3.2 mm in the prior art, the distance in this embodiment may be a few centimeters (cm) or much longer, more specifically up to about 20 cm in this particular embodiment, depending on the Length of optical waveguide assembly or string 200 be set. Thus, the angle of incidence of the beam into the optical fibers 30 be set smaller, so that the collection of the laser beam can be performed more efficiently.
Des
Weiteren ist bei der in 1 gezeigten Vorrichtung eine
Sammellinsenaufreihung 70 für die Richtung der schnellen
Achse, eine Sammellinse 80 für die Richtung der schnellen
Achse und eine Sammellinsenaufreihung 90 für die Richtung
der langsamen Achse weggelassen worden, die bei der Laserstrahlbündelsammelvorrichtung
des Standes der Technik angewendet werden, die in 12 gezeigt
ist, und stattdessen wird eine optische Wellenführungsaufreihung 200 angewendet.
Daher ist die Vorrichtung von diesem Ausführungsbeispiel, das in 1 gezeigt
ist, nicht nur im Hinblick auf den Aufbau vereinfacht, sondern es
ist außerdem sehr
leicht gemacht worden, eine Einstellung beim Zusammenbau (Feineinstellung
der Positionen der Linsen oder dergleichen) im Vergleich zu der
Laserstrahlbündelsammelvorrichtung
des Standes der Technik auszuführen.Furthermore, at the in 1 shown device a Sammellinsenaufreihung 70 for the direction of the fast axis, a condenser lens 80 for the direction of the fast axis and a convergent lens array 90 have been omitted for the direction of the slow axis, which are applied to the laser beam collection device of the prior art, which in 12 is shown, and instead becomes an optical waveguide array 200 applied. Therefore, the device of this embodiment, which is in 1 is not only simplified in terms of construction, but also has been made very easy to perform adjustment in assembly (fine adjustment of the positions of the lenses or the like) as compared with the prior art laser beam collection device.
(Allgemeiner Aufbau)(General structure)
Bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in einer
Vielzahl vorhandene Strahlbündelemittierteile 12(m,
n) an m-Zeilen und n-Spalten in viele erste Gruppen geteilt,
wobei jede Gruppe jene umfasst, die in der Richtung der schnellen
Achse ausgerichtet sind. Laserstrahlbündel, die von jeder ersten
Gruppe ausgegeben werden, werden in einer oder in mehreren optischen
Wellenführungen 20(s,
t) in der gleichen Ebene gesammelt, die sich in der Richtung
der schnellen Achse erstreckt, und dann treten sie in einer oder
in mehrere optische Fasern 30(s, t) auch in der gleichen
Ebene zu dieser ein. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel hat die Laserstrahlbündelaufreihung 10 achtzig
(5 × 16)
Strahlbündelemittierteile,
und sechzehn (1 × 16)
optische Wellenführungen
und sechzehn optische Fasern (1 × 16) sind angeordnet, so dass
fünf Laserstrahlbündel an
jeder Spalte an einer optischen Wellenführung in der gleichen Ebene
mit der Spalte gesammelt werden und in eine optische Faser hinein
gelangen, die ebenfalls in der gleichen Ebene zu dieser ist.At the in 1 shown embodiment are available in a variety Strahlbündelemittierteile 12 (m, n) at m-rows and n-columns are divided into many first groups, each group comprising those aligned in the direction of the fast axis. Laser beams emitted from each first group are received in one or more optical waveguides 20 (s, t) collected in the same plane extending in the direction of the fast axis, and then they enter one or more optical fibers 30 (s, t) also in the same plane to this one. In this particular embodiment, the laser beam array has 10 eighty (5 x 16) beam emitter parts, and sixteen (1 x 16) optical waveguides and sixteen optical fibers (1 x 16) are arranged so that five laser beams are collected at each column on an optical waveguide in the same plane with the column and into an optical fiber, which is also in the same plane to this.
Die
Halbleiterlaseraufreihung 10 hat eine Vielzahl an Strahlbündelemittierteilen 12 und
ist so aufgebaut, dass in einem zweidimensionalen Raum Halbleiterlaser
jeweils mit einem einzelnen Emittierteil angeordnet sind oder in
einer Reihe Halbleiterlaser einer Aufreihungsart gestapelt sind,
die eine Vielzahl an Emittierteilen haben, oder ein Halbleiterlaserstapel
angewendet wird, bei dem eine Vielzahl an Strahlbündelemittierteilen
in einer zweidimensionalen Art und Weise angeordnet sind. Für die Aufreihung 10 wird
ein Halbleiterlaserstapel bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel
angewendet.The semiconductor laser array 10 has a variety of beam bundle emitting parts 12 and is so constructed that in a two-dimensional space, semiconductor lasers are each arranged with a single emitting part or stacked in a row semiconductor lasers of a line-up type having a plurality of emitting parts, or a semiconductor laser stack is applied in which a plurality of beam emitting parts in a two-dimensional Way are arranged. For the string 10 For example, a semiconductor laser stack is used in this particular embodiment.
Die
optische Wellenführungsaufreihung 200 besteht
aus einer Vielzahl an optischen Wellenführungen 20, die in
der Richtung der langsamen Achse entsprechend jeweils der Vielzahl
an ersten Gruppen oder Spalten der Laseremittierteile 12(m,
n), geteilt in der Richtung der langsamen Achse, angeordnet
sind. Die Laserstrahlbündel,
die in jede optische Wellenführung 20 hinein
gelangen, gehen innerhalb derselben weiter, wobei sie annähernd vollständig reflektiert
werden, was nachstehend detailliert beschrieben ist.The optical waveguide array 200 consists of a variety of optical waveguides 20 in the direction of the slow axis corresponding to each of the plurality of first groups or columns of the laser emitting parts 12 (m, n) , divided in the direction of the slow axis, are arranged. The laser beams in each optical waveguide 20 get inside, continue to be reflected almost completely, which is described in detail below.
Die
optische Wellenführungsaufreihung 200 sammelt
(genauer gesagt bündelt
oder kondensiert) eine Vielzahl an Laserstrahlbündel, die von den Strahlbündelemittierteilen 12 der
Halbleiterlaseraufreihung 10 eintreten, in der Richtung der
schnellen Achse so, dass die Laserstrahlbündel, die von jeder Spalte
ausgegeben werden, zu jeder optischen Faser in der gleichen Ebene
mit der Spalte gesammelt werden.The optical waveguide array 200 collects (more specifically, bundles or condenses) a plurality of laser beam bundles emitted from the beam bundles 12 the semiconductor laser array 10 occur in the direction of the fast axis so that the laser beams emitted from each column are collected to each optical fiber in the same plane with the column.
Hierbei
ist mit dem Ausdruck „Bündeln" ein Sammeln von
einer Vielzahl an Laserstrahlbündeln
gemeint, ohne dass ein wesentliches Schrumpfen des Durchmessers
von jedem Strahlbündel
bewirkt wird, und mit dem Ausdruck „Kondensieren" ist ein Schrumpfen
der Durchmesser der Laserstrahlbündel
gemeint oder ein Sammeln der Laserstrahlbündel während eines Schrumpfens des
Durchmessers gemeint. Außerdem
ist mit dem Ausdruck „Sammeln" ein Verstärken der
Leistung oder der Energie der Laserstrahlbündel anhand eines „Bündelns" oder „Kondensierens" der Strahlbündel gemeint.in this connection
is a collection of the term "bundle"
a plurality of laser beam bundles
meant without causing a substantial shrinkage of the diameter
from each beam
is caused, and the term "condensing" is a shrinkage
the diameter of the laser beam
or collecting the laser beam during a shrinkage of the
Diameter meant. Furthermore
is to reinforce with the term "collecting"
Power or the energy of the laser beam bundles meant by "bundling" or "condensing" the beam.
Die
Laserstrahlbündel,
die zumindest in der Richtung der schnellen Achse gesammelt werden,
gelangen von der Emissionsoberfläche
von jeder optischen Wellenführung 20 in
die Einfallfläche
von jeder optischen Faser 30. Dann sammelt eine Sammellinse 100 die
Laserstrahlbündel,
die von den Emissionsoberflächen
der optischen Fasern 30 gebündelt zu einer erwünschten
Form ausgegeben werden, zu einer vorbestimmten oder erwünschten
Zielposition. Demgemäß werden
die Laserstrahlbündel,
die von den vielen Emissionsteilen 12 der Halbleiterlaseraufreihung 10 ausgegeben
werden, zu der Zielposition gesammelt, und die Abgabeleistung der
gesammelten Strahlbündel
wird verstärkt
für die
Anwendung bei dem Bearbeiten oder dergleichen.The laser beams, which are collected at least in the direction of the fast axis, pass from the emission surface of each optical waveguide 20 in the incident surface of each optical fiber 30 , Then collect a condenser lens 100 the laser beam coming from the emission surfaces of the optical fibers 30 bundled to a desired shape, to a predetermined or desired target position. Accordingly, the laser beam bundles coming from the many emission parts 12 the semiconductor laser array 10 are outputted to the target position, and the output of the collected beams is increased for use in processing or the like.
(Allgemeiner Aufbau der optischen Wellenführung)(General Construction of Optical Waveguide)
Nachstehend
ist der allgemeine Aufbau der optischen Wellenführungen 20 unter Bezugnahme
auf 2 beschrieben. Jede der optischen Wellenführungen 20 ist
so aufgebaut, dass an ihrer Einfallfläche als eine Strahlbündelsammeleinrichtung
eine Vielzahl an zylindrischen Linsen 22a–22e (erste
Linsen) ausgebildet sind, deren Mittelachsen sich in der Richtung
der langsamen Achse erstrecken und die bei einem regelmäßigen Abstand
in der Richtung der schnellen Achse beabstandet sind.Below is the general structure of the optical waveguides 20 with reference to 2 described. Each of the optical waveguides 20 is so constructed that at its incident surface as a beam collecting device, a plurality of cylindrical lenses 22a - 22e (First lenses) are formed, whose central axes extend in the direction of the slow axis and which are spaced at a regular distance in the direction of the fast axis.
Bei
der Wellenführung,
die beispielartig in 2 dargestellt ist, wird eine
Oberfläche,
an der die ersten Linsen 22a–22e angeordnet sind,
als eine Einfallfläche
für das
Eintreten der Laserstrahlbündel
genommen, während
eine andere Oberfläche,
die zu der Einfallfläche
entgegengesetzt ist, als eine Emissionsfläche für die Laserstrahlbündel genommen
werden, damit diese von dieser emittiert werden. Damit die Laserstrahlbündel gesammelt
werden, um von der Emissionsfläche
abgegeben zu werden, wird die Größe der Emissionsfläche in der
Richtung der schnellen Achse (in der Richtung der Achse X) kleiner
gestaltet als bei der Einfallfläche. Das
heißt
die Wellenführung
nimmt die Form einer Abschrägung
unter Betrachtung von ihrer Seite ein. Die Wellenführung 20 bei
diesem speziellen Ausführungsbeispiel
hat eine Einfallfläche
und eine Emissionsfläche, deren
Größe in der
Richtung der langsamen Achse (in der Richtung der Achse Y) gleich
sind. Jedoch kann die Wellenführung 20 so
abgewandelt werden, dass sie eine Emissionsfläche hat, deren Größe in der
Richtung der langsamen Achse kleiner als die Einfallfläche ist.
Wenn die ersten Linsen 22a–22e genau aufgebaut
sind, ist die Wellenführung 20,
ohne dass sie in der Laufrichtung (in der Richtung der Achse Z)
der Laserstrahlbündel abgeschrägt ist,
dazu in die Lage gesetzt worden, dass sie die Laserstrahlbündel in
der Richtung der schnellen Achse sammelt. Die Wellenführung 20 kann
aus verschiedenen Arten an Materialien gestaltet sein, wie beispielsweise
aus Glas oder dergleichen.In the waveguide, the example in 2 is shown, a surface on which the first lenses 22a - 22e are disposed as an incident surface for the entrance of the laser beams, while another surface opposite to the incident surface is taken as an emitting surface for the laser beams to be emitted therefrom. In order for the laser beams to be collected to be emitted from the emission surface, the size of the emission surface in the direction of the fast axis (in the direction of the axis X) is made smaller than that at the incident surface. That is, the waveguide takes the form of a bevel under consideration of its side. The wave guide 20 In this particular embodiment, an incident surface and an emission surface whose size in the direction of the slow axis (in the direction of the axis Y) are equal. However, the wave guide can 20 be modified so that it has an emission surface whose size in the direction of the slow axis is smaller than the incident surface. When the first lenses 22a - 22e are exactly built, is the waveguide 20 without being chamfered in the running direction (in the direction of the axis Z) of the laser beams, it has been enabled to collect the laser beams in the direction of the fast axis. The wave guide 20 can be made of various types of materials, such as glass or the like.
(Aufbau der Komponenten und Zustand der
Laserstrahlbündel,
die gesammelt werden)(Structure of components and condition of
Laser beam,
which are collected)
Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf die 3(A) und 3(B) der Aufbau der Emittierteile 12,
der optischen Wellenführungsaufreihung 200 und
der optischen Fasern 30 und der Zustand der Laserstrahlbündel, die
bei den optischen Fasern 30 gesammelt werden, beschrieben. 3(A) veranschaulicht die Komponenten unter Betrachtung
in der Richtung der schnellen Achse. Die Laserstrahlbündel, die
von jeder ersten Gruppe der Emittierteile 12 ausgegeben
werden, gelangen in die entsprechende Wellenführung der optischen Wellenführungen 20 in
der gleichen Ebene, die sich in der Richtung der schnellen Achse
erstreckt, und sie laufen, ohne dass sie aus der entsprechenden
Wellenführung 20 heraustreten,
während
sie wiederholt innerhalb derselben reflektiert werden. Die Strahlbündel erreichen
dann die Emissionsfläche
von der Wellenführung 20 und gelangen
in die Einfallfläche
von einer entsprechenden optischen Faser der optischen Fasern 30.The following is with reference to the 3 (A) and 3 (B) the structure of the issuing units 12 , the optical waveguide array 200 and the optical fibers 30 and the state of the laser beams that are at the optical fibers 30 be collected described. 3 (A) illustrates the components viewed in the direction of the fast axis. The laser beams coming from each first group of emitters 12 are issued, get into the corresponding waveguide of the optical waveguides 20 in the same plane, which extends in the direction of the fast axis, and they run without them from the corresponding waveguide 20 emerge as they are repeatedly reflected within it. The beams then reach the emission surface of the waveguide 20 and enter the incident surface of a corresponding optical fiber of the optical fibers 30 ,
3(B) veranschaulicht die Wellenführung 20(1,
1) unter Betrachtung in der Richtung der langsamen Achse, wobei
der Zustand abgebildet ist, bei dem die Laserstrahlbündel gebrochen
werden und in der Richtung der schnellen Achse gesammelt werden.
In 3(B) ist die Fokussierlänge oder
die Brennweite von den ersten Linsen 22a–22e der
Wellenführungen 20 als „f" bezeichnet. 3 (B) illustrates the waveguide 20 (1, 1) when viewed in the direction of the slow axis, showing the state where the laser beams are refracted and collected in the direction of the fast axis. In 3 (B) is the focal length or the focal length of the first lenses 22a - 22e the waveguides 20 referred to as "f".
Die
optischen Wellenführungen 20(s,
t) sind so angeordnet, dass sie jeweils mit den ersten Gruppen der
Emittierteile in der Richtung der Achse Z senkrecht zu den Achsen
X und Y ausgerichtet sind. Jede der optischen Wellenführungen 20(s,
t) ist außerdem
an einer derartigen Position in der Richtung der Achse Z angeordnet,
dass die Fokussierpunkte der ersten Linsen 22a–22e von
ihnen mit den Emittierteilen 12 einer entsprechenden ersten
Gruppe übereinstimmen,
das heißt,
dass die ersten Linsen 22a–22e um die Fokussierlänge oder
Brennweite „f" von den Emittierteilen 12 der
entsprechenden ersten Gruppe beabstandet sind. Indem die Wellenführungen 20 so
angeordnet sind, werden die Laserstrahlbündel, die durch die Wellenführungen 20 treten,
im Hinblick auf ihre Breite gleichförmig gestaltet und sie werden
so gesammelt (in diesem Fall gebündelt),
wie dies bei 2a in 3(B) dargestellt
ist.The optical waveguides 20 (s, t) are arranged so that they are respectively aligned with the first groups of the Emittierteile in the direction of the axis Z perpendicular to the axes X and Y. Each of the optical waveguides 20 (s, t) is also arranged at such a position in the direction of the axis Z, that the focusing points of the first lenses 22a - 22e of them with the issuing parts 12 corresponding to a corresponding first group, that is, that the first lenses 22a - 22e by the focal length or focal length "f" of the emitting parts 12 the corresponding first group are spaced. By the wave guides 20 arranged so are the laser beams passing through the waveguides 20 They are uniform in their width, and they are collected (bundled in this case) as they are 2a in 3 (B) is shown.
Wie
dies mit 2c–2e in 3(B) dargestellt ist, kann jede der optischen
Wellenführungen 20(s,
t) so angeordnet sein, dass die ersten Linsen 22a–22e an
einer derartigen Position S6 geringfügig weiter entfernt als die
Fokussierlänge
oder Brennweite „f" von den Emittierteilen 12 der
entsprechenden ersten Gruppe angeordnet sind. Die Parameter S und
T können
so bestimmt werden, dass die Gleichung (1/S6 + 1/T6 = 1/f) gilt, und
die optischen Fasern 30(s, t) können so angeordnet sein, dass
ihre Einfallflächen
bei einem Abstand (S6 + T6) von den Emittierteilen 12 sind.
Bei diesem abgewandelten Aufbau werden die Laserstrahlbündel, die durch
die Wellenführungen 20(s,
t) treten, so gesammelt (in diesem Fall kondensiert), wie dies
bei 2c–2e in 3(B) dargestellt ist.Like this with 2c - 2e in 3 (B) can be any of the optical waveguides 20 (s, t) be arranged so that the first lenses 22a - 22e at such a position S6 slightly farther than the focusing length or focal length "f" of the emitting parts 12 the corresponding first group are arranged. The parameters S and T can be determined so that the equation (1 / S6 + 1 / T6 = 1 / f) holds, and the optical fibers 30 (s, t) may be arranged such that their incident surfaces at a distance (S6 + T6) from the emitting parts 12 are. In this modified structure, the laser beam bundles passing through the waveguides 20 (s, t) so collected (condensed in this case), as in 2c - 2e in 3 (B) is shown.
(Allgemeiner Aufbau der laminierten optischen
Wellenführungsaufreihung)(General Structure of Laminated Optical
Wellenführungsaufreihung)
Eine
laminierte optische Wellenführungsbaugruppe
oder – aufreihung,
die so aufgebaut ist, dass jene Wellenführungen 20, die in 3(A) gezeigt sind, einstückig aufgebaut sind, ist unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 zeigt
die Aufreihung 200 unter Betrachtung in der Richtung der
schnellen Achse, und zum Zwecke eines besseren Verständnisses
ist die Aufreihung 200 in einem Maßstab abgebildet, der sich
von demjenigen von 3(A) unterscheidet.A laminated optical waveguide assembly, or array, constructed to accommodate those waveguides 20 , in the 3 (A) are shown are integrally constructed, with reference to 4 described. 4 shows the alignment 200 looking in the direction of the fast axis, and for the purpose of better understanding, the alignment is 200 mapped on a scale different from that of 3 (A) different.
Bei
der in 4 gezeigten Aufreihung 200 ist das Maßstab in
der Richtung der schnellen Achse von jeder optischen Wellenführung 20(s,
t) annähernd
das gleiche wie das Maß von
jedem Strahlbündelemittierteil 12(m,
n). Somit gelangen die Laserstrahlbündel, die von jedem einzelnen
der Emittierteile 12(m, n) abgegeben werden, genau in eine
entsprechende optische Wellenführung
der optischen Wellenführungen 20(s,
t), wobei keine Interferenz zwischen den Laserstrahlbündeln, die
innerhalb einer Wellenführung
laufen, und jenen, die innerhalb der nächsten zu dieser in der Richtung
der langsamen Achse laufen, auf.At the in 4 shown sequencing 200 is the yardstick in the direction of the fast axis of each optical waveguide 20 (s, t) approximately the same as the dimension of each beam emitting part 12 (m, n) , Thus, the laser beams arrive from each one of the emitting parts 12 (m, n) are delivered, exactly in a corresponding optical waveguide of the optical waveguides 20 (s, t) where no interference occurs between the laser beams traveling within one waveguide and those running within the next in the direction of the slow axis.
Des
Weiteren ist ein Abstandselement 25 aus einer dünnen Platte,
die einen kleineren Brechungsindex als die Wellenführungen 20(s,
t) hat, zwischen beliebigen zwei benachbarten oder angrenzenden
Wellenführungen 20(s,
t) angeordnet. Die Wellenführungen 20(s,
t) und die Abstandselemente 25, die in der Richtung der
langsamen Achse angeordnet sind, sind körperlich vereinigt, um die
optische Wellenführungsaufreihung 200 zu
bilden. Dadurch wird in vorteilhafter Weise das Maß der laminierten optischen
Wellenführungsaufreihung 200 in
der Richtung der langsamen Achse groß gestaltet, so dass das Stützen der
Aufreihung 200 bei dem Bearbeiten der ersten Linsen 22a–22e erleichtert
werden kann, womit das Bearbeiten leichter gestaltet wird. Indem
die Wellenführungsaufreihung 200 so
aufgebaut ist, kann selbige als eine Laserstrahlbündelsammelvorrichtung
bei einer vorbestimmten Position angeordnet werden, und die Feineinstellung
der Orte der Wellenführungen
kann als eine Einheit ohne aufwändige
unabhängige
Einstellungen ausgeführt
werden, die einzeln für
die jeweiligen Wellenführungen
erforderlich sind, wodurch die Einstellung der Wellenführungsaufreihung
bequem ausgeführt
werden kann.Furthermore, a spacer element 25 made of a thin plate, which has a smaller refractive index than the waveguides 20 (s, t) has, between any two adjacent or adjacent waveguides 20 (s, t) arranged. The wave guides 20 (s, t) and the spacers 25 , which are arranged in the direction of the slow axis, are physically united to the optical waveguide array 200 to build. As a result, the extent of the laminated optical waveguide arrangement becomes advantageous 200 designed in the direction of the slow axis large, so supporting the string 200 when editing the first lenses 22a - 22e can be facilitated, making editing easier. By the waveguide string 200 thus constructed, it can be arranged as a laser beam collecting device at a predetermined position, and the fine adjustment of the locations of the waveguides can be carried out as one unit without complex independent adjustments individually required for the respective waveguides, thereby conveniently performing adjustment of the waveguide array can be.
Wenn
beispielsweise in 3(A) die Länge Dw von jedem Strahlbündelemittierteil 12 in
der Richtung der langsamen Achse 200 μm beträgt und der Abstand Dp zwischen
jedem Strahlbündelemittierteil 12 und
dem Nächsten
zu diesem 200 μm
beträgt,
wird die Dicke von der optischen Wellenführung 20(s, t) in
der Richtung der langsamen Achse auf 200 μm eingestellt und wird die Dicke
des plattenartigen Abstandselements 25 auf 200 μm eingestellt,
wodurch eine laminierte optische Wellenführungsaufreihung 200 aufgebaut
werden kann, die zu einem effizienten Sammeln der Laserstrahlbündel zu
einer kleineren optischen Faser 30(s, t) in der Lage ist.For example, if in 3 (A) the length Dw of each beam bundle emitting part 12 in the direction of the slow axis is 200 μm, and the distance Dp between each beam bundle emitting part 12 and the nearest to this is 200 μm, the thickness of the optical waveguide becomes 20 (s, t) is set to 200 μm in the direction of the slow axis and becomes the thickness of the plate-like spacer 25 set to 200 μm, resulting in a laminated optical waveguide array 200 can be constructed, resulting in efficient collection of the laser beam to a smaller optical fiber 30 (s, t) be able to.
(Sammeln der Laserstrahlbündel, die
von den optischen Fasern ausgegeben werden)(Collecting the laser beam, the
output from the optical fibers)
Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf die 5(A) und 5(B) der Zustand beschrieben, bei dem die Laserstrahlbündel die
von den optischen Fasern 30(s, t) in 1 ausgegeben
werden, durch eine Sammellinse 100 zu einer vorbestimmten
oder erwünschten
Zielposition SM gesammelt werden, die in 5 gezeigt
ist.The following is with reference to the 5 (A) and 5 (B) the state described in which the laser beam bundles that of the optical fibers 30 (s, t) in 1 be issued by a condenser lens 100 are collected to a predetermined or desired target position SM, which in 5 is shown.
Die
optischen Fasern 30(s, t) werden gebündelt, um die Emissionsflächen von
ihnen so zu gestalten, dass sie eine erwünschte Form in derartiger Weise
repräsentieren,
wie dies in den 5(C) und 5(D) gezeigt
ist. Indem die Emissionsflächen
zu der erwünschten
Form gestaltet werden, kann ein Werkstück zu einer erwünschten
Form bei beispielsweise einem Laserbearbeiten bearbeitet werden.
Die Form, zu der die optischen Fasern 30(s, t) gebündelt werden,
ist nicht auf eine kreisartige Form (siehe 5(C)),
eine viereckige oder rechtwinklige Form (siehe 5(D)) oder dergleichen beschränkt und kann eine beliebige
Form von verschiedenen anderen Formen sein. Die Anzahl der optischen
Fasern 30(s, t), die zu bündeln sind, kann wunschgemäß oder nach
Bedarf gewählt
werden.The optical fibers 30 (s, t) are bundled to shape the emission surfaces of them so that they represent a desired shape in such a way as in the 5 (C) and 5 (D) is shown. By designing the emission surfaces to the desired shape, a workpiece can be machined to a desired shape in, for example, laser machining. The form to which the optical fibers 30 (s, t) be bundled is not on a circular shape (see 5 (C) ), a quadrangular or rectangular shape (see 5 (D) ) or the like, and may be any of various other shapes. The number of optical fibers 30 (s, t) which are to be bundled can be chosen as desired or as needed.
In
den 5(A) und 5(B) sind
verschiedene Symbole oder Parameter wie folgt gezeigt:
- SM:
- Die vorbestimmte Position,
an der die Laserstrahlbündel
zu sammeln sind
- f100:
- Die Fokussierlänge oder
Brennweite der Sammellinse 100
- T2, T3:
- Der Abstand zwischen
der Position SM und der Mitte der Sammellinse 100 in der
Richtung der optischen Achse der Sammellinse 100
- S2, S3:
- Der Abstand zwischen
der Mitte der Sammellinse 100 und den Emissionsflächen der
optischen Fasern 30(s, t) in der Richtung der optischen
Achse der Sammellinse 100
In the 5 (A) and 5 (B) different symbols or parameters are shown as follows: - SM:
- The predetermined position at which the laser beams are to be collected
- f100:
- The focal length or focal length of the condenser lens 100
- T2, T3:
- The distance between the position SM and the center of the condenser lens 100 in the direction of the optical axis of the condenser lens 100
- S2, S3:
- The distance between the center of the condenser lens 100 and the emission surfaces of the optical fibers 30 (s, t) in the direction of the optical axis of the condenser lens 100
Des
Weiteren sind die Parameter S2, T2 und S3, T3 wie folgt eingestellt: 1/S2 + 1/T2 = 1/f100 1/S3
+ 1/T3 = 1/f100 und S3 > S2 Furthermore, the parameters S2, T2 and S3, T3 are set as follows: 1 / S2 + 1 / T2 = 1 / f100 1 / S3 + 1 / T3 = 1 / f100 and S3> S2
Wie
dies im Vergleich der 5(A) mit
der 5(B) in Abhängigkeit im Hinblick auf die
vorstehend erwähnten
Gleichungen deutlich wird, ist es so, dass je länger der Abstand Sx von dem
Emissionsflächen
der optischen Fasern 30(s, t) zu der Mitte der Sammellinse 100 wird,
desto kürzer
wird der Abstand Tx von der Mitte der Sammellinse 100 zu
der Position SM. Des Weiteren ist es so, dass, je kürzer der
Abstand Tx wird, desto kleiner wird der Sammelstrahlbündelpunktdurchmesser
Sout. Wenn der Sammelstrahlbündelpunktdurchmesser
Sout kleiner gestaltet wird, wird die Laserleistung
pro Einheitsfläche
verbessert, und die verbesserte Laserleistung ist effektiv für ein Laserbearbeiten
oder dergleichen. Obwohl die Position SM, die um den Abstand Tx
von der Sammellinse 100 beabstandet ist, als ein Strahlbündelsammelpunkt
bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel
eingestellt ist, kann die Position von dem Abstand f100 von der
Sammellinse 100, das heißt die Position, bei der der
Fokussierpunkt der Sammellinse 100 angeordnet ist, als
der Strahlbündelsammelpunkt eingestellt
werden.As compared with the 5 (A) with the 5 (B) is clear depending on the above-mentioned equations, the longer the distance Sx from the emission surfaces of the optical fibers 30 (s, t) to the center of the condenser lens 100 becomes, the shorter the distance Tx from the center of the converging lens 100 to the position SM. Further, the shorter the distance Tx, the smaller the collection beam spot diameter S out becomes. As the collecting beam spot diameter S out is made smaller, the laser power per unit area is improved, and the improved laser power is effective for laser machining or the like. Although the position SM, by the distance Tx from the convergent lens 100 is spaced as a beam collection point is set in this particular embodiment, the position of the distance f100 from the converging lens 100 that is, the position at which the focusing point of the condenser lens 100 is arranged to be set as the beam collection point.
(Aufbau und Anordnung der ersten Linsen
der optischen Wellenführung)(Structure and arrangement of the first lenses
the optical wave guide)
Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf die 6(A) und 6(B) der Aufbau und die Anordnung der ersten Linsen
(das heißt
der ersten Linsen 22b, 22c) der optischen Wellenführung 20 beschrieben.The following is with reference to the 6 (A) and 6 (B) the structure and the arrangement of the first lenses (that is, the first lenses 22b . 22c ) of the optical waveguide 20 described.
Bei
dem in den 6(A) und 6(B) gezeigten
Aufbau ist jede Linse so angeordnet, dass die Fokussierachse so
geneigt ist, dass sie zu der Emissionsfläche der Wellenführung gerichtet
ist, und die Linse ist so positioniert, dass sie in der Richtung
des Strahlbündellaufens
(in der Richtung der Achse Z) und in der Richtung der schnellen
Achse (in der Richtung der Achse X) versetzt ist, um die Linse bei
einem ersten vorbestimmten Abstand von dem entsprechenden Emissionsteil
anzuordnen.In the in the 6 (A) and 6 (B) As shown, each lens is arranged such that the focusing axis is inclined to face the emitting surface of the waveguide, and the lens is positioned to be in the direction of beam traveling (in the direction of the axis Z) and in the direction of the beam traveling Direction of the fast axis (in the direction of the axis X) is offset in order to arrange the lens at a first predetermined distance from the corresponding emission part.
Bei
dem Aufbau der ersten Linse 22b, die einem Emissionsteil 12(2,
1) in dem Fall der optischen Achse der ersten Linse 22b entspricht,
die geneigt ist, ist unter Bezugnahme auf die 6(A) und 6(B) beschrieben. 6(A) stellt ein Beispiel von einem Aufbau dar
zum Praktizieren des Verfahrens zum „Bündeln" von Laserstrahlbündeln, während 6(B) ein
Beispiel von einem Aufbau darstellt zum Praktizieren des Verfahrens
zum „Kondensieren" von Laserstrahlbündeln.In the construction of the first lens 22b that is an emission part 12 (2, 1) in the case of the optical axis of the first lens 22b which is inclined, is referring to the 6 (A) and 6 (B) described. 6 (A) FIG. 10 illustrates an example of a structure for practicing the method of "bundling" laser beams while 6 (B) an example of a structure for practicing the method of "condensing" laser beams.
(Aufbau zum Bündeln von Laserstrahlbündeln, wobei
die optische Achse geneigt ist)(Structure for bundling laser beam bundles, wherein
the optical axis is inclined)
Unter
Bezugnahme auf 6(A) ist die erste Linse 22c so
angeordnet, dass ihre optische Achse Kc in Ausrichtung mit der Linie
ist, die ein Emittierteil 12(3, 1) mit der Lasersammelposition
F0 verbindet (das heißt im
Inneren einer optischen Faser 30(1, 1) und außerhalb
der optischen Wellenführung 20(1,
1) bei diesem speziellen Beispiel). Des Weiteren ist die erste
Linse 22c so positioniert, dass ihr Hauptpunkt Cc um ihre
Fokussierlänge „f" von einem entsprechenden
Emittierteil 12(3, 1) entfernt ist.With reference to 6 (A) is the first lens 22c arranged so that its optical axis Kc is in alignment with the line which is an emitting part 12 (3, 1) with the laser collecting position F0 (that is, inside an optical fiber 30 (1, 1) and outside the optical wave guide 20 (1, 1) in this particular example). Furthermore, the first lens 22c positioned so that its principal point Cc is about its focal length "f" from a corresponding emitting part 12 (3, 1) is removed.
Durch
diesen Aufbau tritt das Laserstrahlbündel, das von dem Emittierteil 12(3,
1) ausgegeben wird, durch die erste Linse 22c und
wird zu einem solchen umgewandelt, dessen Breite annähernd gleichförmig über die
Länge ist.
Die Fokussierlänge
oder Brennweite „f" von der ersten Linse 22c wird
so gewählt,
dass der Durchmesser von der optischen Faser 30(1, 1) aus
dem Grund berücksichtigt
wird, dass ein Verlängern
der Fokussierlänge „f" bewirkt, dass das
Laserstrahlbündel
breiter wird, nachdem es durch die erste Linse 22c getreten
ist.By this structure, the laser beam coming out from the emitting part 12 (3, 1) is output through the first lens 22c and is converted to one whose width is approximately uniform along the length. The focal length or focal length "f" of the first lens 22c is chosen so that the diameter of the optical fiber 30 (1, 1) for the reason that lengthening the focusing length "f" causes the laser beam to become wider after passing through the first lens 22c has entered.
Für den Aufbau
der ersten Linse 22b wird zu allererst auf der Grundlage
der numerischen Apertur NA, die durch den Sinus eines maximalen
Akzeptanzwinkels repräsentiert
wird, bei dem das Laserstrahlbündel
eintritt, der Einfallwinkel θ zu
der optischen Faser 30 wie folgt bestimmt: θ < arcsin NA For the construction of the first lens 22b First of all, on the basis of the numerical aperture NA, which is represented by the sine of a maximum acceptance angle at which the laser beam enters, the angle of incidence θ to the optical fiber 30 determined as follows: θ <arcsin NA
Des
Weiteren werden die Abstände
Lx1 und Lz1, durch die der Hauptpunkt Cb der ersten Linse 22b in
der Richtung der schnellen Achse und in der Strahlbündellaufrichtung
von dem entsprechenden Emissionsteil 12(2, 1) versetzt
werden soll, durch die folgenden Gleichungen bestimmt: Lx1 = f·sinθ Lz1 = f·cosθ Further, the distances Lx1 and Lz1 become the main point Cb of the first lens 22b in the direction of the fast axis and in the beam traveling direction of the corresponding emission part 12 (2, 1) is to be offset, determined by the following equations: Lx1 = f · sinθ Lz1 = f · cosθ
Dann
wird der Abstand in der Richtung der schnellen Achse zwischen den
Emissionsteilen 12(2, 1) und 12(3, 1) als „d" genommen, und die
Hälfte
der Breite von dem Laserstrahlbündel,
dessen Breite über
seine Länge
annähernd
gleichförmig
ist, wird als „b" genommen, wobei der
Abstand (Mz1 + Nz1) in der Richtung der Achse Z zwischen dem Emissionsteil 12(2,
1) und der Lasersammelposition F0 wie folgt bestimmt wird: Mz1 = d/tanθ Nz1 = b/sinθ Then, the distance becomes in the direction of the fast axis between the emission parts 12 (2, 1) and 12 (3, 1) is taken as "d" and half the width of the laser beam whose width is approximately uniform along its length is taken as "b", the distance (Mz1 + Nz1) in the direction of the axis Z between the emission part 12 (2, 1) and the laser collection position F0 is determined as follows: Mz1 = d / tanθ Nz1 = b / sinθ
Wie
dies in 6(A) gezeigt ist, ist der Abstand
L zwischen dem Emissionsteil 12(3, 1) und der Lasersammelposition
F0 annähernd
die Länge
der optischen Wellenführung 20 in
der Laserlaufrichtung. Daher wird die Länge von der optischen Wellenführung 20 so
gewählt,
dass die folgende Gleichung gilt: d/tanθ + b/sinθ = (annähernd die
Länge der
optischen Wellenführung
in der Richtung der Achse Z) Like this in 6 (A) is shown, the distance L is between the emission part 12 (3, 1) and the laser collecting position F0 approximately the length of the optical waveguide 20 in the laser running direction. Therefore, the length of the optical waveguide 20 chosen so that the following equation holds: d / tanθ + b / sinθ = (approximately the length of the optical waveguide in the direction of the axis Z)
Die
gleiche Behandlung kann für
andere Emittierteile ausgeführt
werden, so dass die Laserstrahlbündel
von sämtlichen
Emittierteilen 12(m, n) an der gleichen Position in der
Richtung der langsamen Achse effizient zu einer entsprechenden der
optischen Fasern 30 gesammelt werden.The same treatment can be carried out for other emitting parts so that the laser beams of all the emitting parts 12 (m, n) at the same position in the direction of the slow axis efficiently to a corresponding one of the optical fibers 30 to be collected.
Wenn
der Einfallwinkel θ von
dem Laserstrahlbündel
zu der optischen Faser 30(1, 1) (das heißt der Winkel,
den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels innerhalb der optischen
Faser im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser ausführt)
auf einen kleinen Wert eingestellt ist, wird die optische Wellenführung 20(1,
1) im Hinblick auf die Länge
in der Richtung der Achse Z vergrößert, das heißt verlängert. Jedoch
kann bei dem ersten bis fünften
Ausführungsbeispiel
die Brechungseinrichtung, auf die nachstehend Bezug genommen wird,
nicht nur die Länge
der optischen Wellenführung 30(1,
1) in der Richtung der Achse Z verkürzen, sondern auch den Einfallwinkel θ von dem
Laserstrahlbündel
zu der optischen Faser 30(1, 1) vermindern. Somit ist es
möglich,
eine Verbesserung bei der Effizienz zum Sammeln der Laserstrahlbündel und
Klein-Gestaltung der Lasersammelvorrichtung, die miteinander kompatibel
sind, zu bewirken.When the incident angle θ of the laser beam to the optical fiber 30 (1, 1) (That is, the angle that the running direction of the laser beam inside the optical fiber with respect to the longitudinal direction of the optical fiber performs) is set to a small value, the optical waveguide becomes 20 (1, 1) in view of the length in the direction of the axis Z increases, that is extended. However, in the first to fifth embodiments, the refracting means referred to below may not only be the length of the optical waveguide 30 (1, 1) in the direction of the axis Z, but also the angle of incidence θ from the laser beam to the optical fiber 30 (1, 1) Reduce. Thus, it is possible to bring about an improvement in the efficiency of collecting the laser beams and miniaturization of the laser collecting device which are compatible with each other.
(Anordnung zum Kondensieren der Laserstrahlbündel bei
geneigter optischer Achse)(Arrangement for condensing the laser beam at
inclined optical axis)
6(B) zeigt den Aufbau zu diesem Zweck, bei dem
die erste Linse 22c so angeordnet ist, dass ihre optische
Achse Kc mit der Linie ausgerichtet ist, die ein Emittierteil 12(3,
1) mit der Lasersammelposition verbindet (das heißt im Inneren
der optischen Faser 30(1, 1) und außerhalb der optischen Wellenführung 20(1,
1) bei diesem speziellen Beispiel). Des Weiteren ist die erste
Linse 22c so positioniert, dass ihr Hauptpunkt Cc einen
weiteren Abstand „S" als ihre Fokussierlänge oder
Brennweite „f" von einem entsprechenden
Emittierteil 12(3, 1) entfernt ist. Dann wird der Abstand
zwischen dem Hauptpunkt Cc und der Einfallfläche der optischen Faser 30(1,
1) als „T" genommen, und die
Parameter „f", „S" und „T" werden so bestimmt,
dass die folgende Gleichung gilt: 1/f = 1/S +
1/T 6 (B) shows the construction for this purpose, in which the first lens 22c is arranged so that its optical axis Kc is aligned with the line which is an emitting part 12 (3, 1) connects to the laser collection position (that is, inside the optical fiber 30 (1, 1) and outside the optical wave guide 20 (1, 1) in this particular example). Furthermore, the first lens 22c is positioned so that its principal point Cc is a further distance "S" than its focal length or focal length "f" from a corresponding emitting part 12 (3, 1) is removed. Then, the distance between the principal point Cc and the incident surface of the optical fiber becomes 30 (1, 1) are taken as "T", and the parameters "f", "S" and "T" are determined so that the following equation holds: 1 / f = 1 / S + 1 / T
Aufgrund
von S + T = L können
die Parameter „S" und „T" wie folgt erhalten
werden: Due to S + T = L, the parameters "S" and "T" can be obtained as follows:
Bei
diesem Aufbau wird das Laserstrahlbündel, das von dem Emittierteil 12(3,
1) ausgegeben wird, so kondensiert, dass seine Breite allmählich schmaler
wird, nachdem es die erste Linse 22c passiert hat.In this structure, the laser beam that is emitted from the Emittierteil 12 (3, 1) is discharged, condensed so that its width gradually becomes narrower after it becomes the first lens 22c happened.
Für den Aufbau
der ersten Linse 22b wird zu allererst der Einfallwinkel θ von dem
Strahlbündel
von der Linse 22b zu der optischen Faser 30 wie
folgt bestimmt: θ < arcsin (NA) For the construction of the first lens 22b First of all, the angle of incidence θ of the beam from the lens becomes 22b to the optical fiber 30 determined as follows: θ <arcsin (NA)
Des
Weiteren wird der Abstand von dem Emittierteil 12(2, 1) zu
der Einfallfläche
der optischen Faser 30(1, 1) als „L1" genommen, wird der Abstand von dem
Emittierteil 12(2, 1) zu dem Hauptpunkt Cb der ersten Linse 22b als „S1" genommen und wird
der Abstand von dem Hauptpunkt Cb der ersten Linse 22b zu
der Einfallfläche
der optischen Faser 30(1, 1) als „T1" genommen, wobei die folgenden Gleichungen
gelten: Furthermore, the distance from the issuing part 12 (2, 1) to the incident surface of the optical fiber 30 (1, 1) taken as "L1", the distance becomes from the emitting part 12 (2, 1) to the main point Cb of the first lens 22b is taken as "S1" and becomes the distance from the main point Cb of the first lens 22b to the incident surface of the optical fiber 30 (1, 1) taken as "T1", with the following equations:
Des
Weiteren werden die Abstände
Lx2 und Lz2, um die der Hauptpunkt Cb der ersten Linse 22b in der
Richtung der schnellen Achse und in der Strahlbündellaufrichtung von dem entsprechenden
Emittierteil 12(2, 1) versetzt sein soll, durch die folgenden
Gleichungen bestimmt: Lx2 = S1·sinθ Lz2 = S1·cosθ Furthermore, the distances Lx2 and Lz2 become the main point Cb of the first lens 22b in the direction of the fast axis and in the beam traveling direction from the corresponding emitting part 12 (2, 1) should be offset, determined by the following equations: Lx2 = S1 · sinθ Lz2 = S1 · cosθ
Der
Abstand "L" in der Richtung
der Achse Z zwischen dem Emittierteil 12(3, 1) und der
Einfallfläche der
optischen Faser 30(1, 1) wird wie folgt bestimmt: L = d/tanθ The distance "L" in the direction of the axis Z between the Emittierteil 12 (3, 1) and the incident surface of the optical fiber 30 (1, 1) is determined as follows: L = d / tan
Der
Abstand „L" zwischen dem Emittierteil 12(3,
1) und der optischen Faser 30(1, 1) ist annähernd so groß wie die
Länge der
optischen Wellenführungen 20 in
der Richtung des Strahlbündellaufens,
wie dies in 3(A) gezeigt ist. Daher wird
die Länge
der optischen Wellenführungen 20 so
gewählt,
dass die folgende Gleichung gilt: d/tanθ = (annähernd die
Länge der
Wellenführungen
20 in der Richtung der Achse Z) The distance "L" between the emitting part 12 (3, 1) and the optical fiber 30 (1, 1) is nearly as long as the length of the optical waveguides 20 in the direction of beam traveling, as in 3 (A) is shown. Therefore, the length of the optical waveguides becomes 20 chosen so that the following equation holds: d / tanθ = (approximately the length of the waveguides 20 in the direction of the axis Z)
Die
gleiche Behandlung kann für
die anderen Emissionsteile ausgeführt werden, so dass die Laserstrahlbündel von
sämtlichen
Emissionsteilen 12(m, n) an der gleichen Position in der
Richtung der langsamen Achse effizient zu einer entsprechenden optischen
Faser der optischen Fasern 30 gesammelt werden.The same treatment can be carried out for the other emission parts, so that the laser beam from all emission parts 12 (m, n) at the same position in the direction of the slow axis efficiently to a corresponding optical fiber of the optical fibers 30 to be collected.
Hierbei
wird, wenn der Einfallwinkel θ von
dem Laserstrahlbündel
zu der optischen Faser 30(1, 1) auf einen kleinen Wert
eingestellt wird (das heißt
der Winkel, den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels innerhalb
der optischen Faser vollführt,
wobei die Längsrichtung
der optischen Faser kurz gestaltet ist), die Länge der optischen Wellenführung 20(1,
1) in der Richtung der Achse Z vergrößert. Jedoch kann bei dem ersten
bis fünften
Ausführungsbeispiel
die Brechungseinrichtung, auf die später Bezug genommen wird, nicht
nur die Länge
der optischen Wellenführung 30(1,
1) in der Richtung der Achse Z verkürzt werden, sondern auch der Einfallwinkel θ von dem
Laserstrahlbündel
zu der optischen Faser 30(1, 1) kann vermindert werden.
Somit ist es möglich,
eine Verbesserung bei der Effizienz zum Sammeln der Laserstrahlbündel und
bei der Klein-Gestaltung
der Lasersammelvorrichtung, die miteinander kompatibel sind, auszuführen.Here, when the incident angle θ of the laser beam becomes the optical fiber 30 (1, 1) is set to a small value (that is, the angle that the running direction of the laser beam inside the optical fiber makes, with the longitudinal direction of the optical fiber being made short), the length of the optical waveguide 20 (1, 1) in the direction of the axis Z increases. However, in the first to fifth embodiments, the refracting means to be referred to later may not only be the length of the optical waveguide 30 (1, 1) in the direction of the axis Z, but also the angle of incidence θ from the laser beam to the optical fiber 30 (1, 1) can be reduced. Thus, it is possible to carry out an improvement in the efficiency of collecting the laser beams and in the small-sized design of the laser collection device which are compatible with each other.
Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Fokussierlängen „f" von den ersten Linsen 22a–22e konstant
gehalten, um die Abstände „S1" für die jeweiligen
ersten Linsen unterschiedlich einzustellen. Jedoch können, wenn
die Abstände „S" konstant gehalten
werden, die Fokussierlängen
oder Brennweiten „f" der ersten Linsen 22a–22e so
eingestellt werden, dass sie unterschiedliche Werte auf einer Basis
von Linse zu Linse haben. In diesem Fall werden die Abstände „S1" konstant gehalten,
und die Fokussierlängen „f" und der Abstand „T1" für jede erste
Linse werden wie folgt bestimmt: f = S1 – S12/L1 T1 = L1 – S1 In the embodiment described above, the focus lengths become "f" of the first lenses 22a - 22e is kept constant to set the distances "S1" differently for the respective first lenses, however, if the distances "S" are kept constant, the focal lengths or focal lengths "f" of the first lenses can be set 22a - 22e be set to have different values on a lens-by-lens basis. In this case, the distances "S1" are kept constant, and the focal lengths "f" and the distance "T1" for each first lens are determined as follows: f = S1 - S1 2 / L1 T1 = L1 - S1
Bei
diesem abgewandelten Fall haben die ersten Linsen verschiedene Fokussierlängen oder
Brennweiten „f", und folglich unterschiedliche
Krümmungen.
Je weiter das Emittierteil von der Mitte der optischen Faser in
der Richtung der schnellen Achse weggeht (anders ausgedrückt, je
größer der
Einfallwinkel von dem Strahlbündel
zu der optischen Faser wird), desto länger wird der Abstand „L1" und desto größer wird
die Fokussierlänge
oder Brennweite „f" der ersten Linse,
wodurch die Linsenkrümmung
vergrößert wird.
Daher können,
indem die Abstände „S1" konstant gestaltet
werden, die effektiven Durchmesser von den ersten Linsen annähernd konstant
gestaltet werden.In this modified case, the first lenses have different focal lengths or focal lengths As the emitting part goes away from the center of the optical fiber in the direction of the fast axis (in other words, the larger the angle of incidence from the beam to the optical fiber becomes), the longer the distance becomes "L1" and the longer the focal length or focal length "f" of the first lens, thereby increasing the lens curvature Therefore, by making the distances "S1" constant, the effective diameters of the first lenses can be made approximately constant.
Dies
führt in
vorteilhafter Weise zu einer Zunahme bei der Freiheit bei der Gestaltung
der ersten Linsen unter den Umständen,
dass der Raum zwischen den ersten Linsen strikt eingeschränkt ist.This
leads in
Advantageously, an increase in the freedom of design
the first lenses under the circumstances,
that the space between the first lenses is strictly limited.
In
dem Fall, bei dem es sich bei dem Querschnitt der ersten Linsen
um wahre Kreise handelt, ändert sich
ihre Eigenschaft sogar dann nicht, wenn die Linsenoberflächen von
den ersten Linsen um die Mittelachse (Pb, Pc in den 6(A) und 6(B))
der wahren Kreise geneigt sind. Somit kann, wenn die erste Linse,
die in 6(A) gezeigt ist, gedreht wird,
um ihre Fokussierachse annähernd
parallel zu der Laufrichtung des Laserstrahlbündels zu gestalten, das in
sie hineintritt, der gleiche Effekt, der in 6(A) verwirklicht
worden ist, realisiert werden, ohne die Fokussierachse der ersten
Linse zu neigen. Das gleiche gilt in Bezug auf den Aufbau von 6(B).In the case where the cross section of the first lenses are true circles, their property does not change even if the lens surfaces of the first lenses are rotated about the central axis (Pb, Pc in the 6 (A) and 6 (B) ) of the true circles are inclined. Thus, if the first lens, the in 6 (A) is rotated to make its focusing axis approximately parallel to the running direction of the laser beam entering it, the same effect as shown in FIG 6 (A) has been realized without tilting the focusing axis of the first lens. The same applies to the structure of 6 (B) ,
(Ausführungsbeispiele
der Brechungseinrichtung)(Embodiments
the refraction device)
Nachstehend
ist das erste bis fünfte
Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtungen beschrieben, die dazu in der Lage sind,
die Länge
von den optischen Wellenführungen 20 in
der Richtung der Achse Z zu verkürzen,
und außerdem
dazu in der Lage sind, den Winkel kleiner zu gestalten, den die
Laufrichtung des Laserstrahlbündels
innerhalb der optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser 30 vollführt, so dass die Verbesserung
der Effizienz beim Strahlbündelsammeln
der Laserstrahlbündel
mit der Klein-Gestaltung der Laserstrahlbündelsammelvorrichtung kompatibel
gestaltet werden kann.Next, the first to fifth embodiments of the refracting devices capable of determining the length of the optical waveguides will be described 20 in the direction of the axis Z, and also capable of making the angle smaller that the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 30 so that the improvement in the efficiency of beam collecting the laser beam can be made compatible with the small size of the laser beam collecting device.
(Erstes Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung)(First embodiment of the refraction device)
7(A) zeigt den allgemeinen Aufbau von dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede optische
Wellenführung 20 an
ihrer Emissionsfläche
mit einer konkaven gekrümmten
Fläche
ausgebildet, die in der Richtung der schnellen Achse (in der Richtung
der Achse X) gekrümmt
ist. Die Laserstrahlbündel 2a, 2e,
die in die optische Wellenführung 20 eintreten,
werden an einer Sammelposition Fα gesammelt,
die sich außerhalb
der Emissionsfläche
der optischen Wellenführung 20 befindet. 7 (A) shows the general construction of the first embodiment of the refraction device. In this embodiment, each optical waveguide is 20 is formed on its emission surface with a concave curved surface which is curved in the direction of the fast axis (in the direction of the axis X). The laser beam 2a . 2e in the optical wave guide 20 occur are collected at a collection position Fα, which is outside the emission surface of the optical waveguide 20 located.
Bei
diesem Aufbau ist die Strahlbündelsammelposition
an der Position Fα (wie
dies in 7(A)) gezeigt ist, weit entfernt
von einer Strahlbündelsammelposition
F0 angeordnet, die in dem Fall gestaltet wird, bei dem die flache
Emissionsfläche
der optischen Wellenführung 20 und
die flache Einfallfläche
der optischen Faser 30 in einer Beziehung von Seite zu
Seite angeordnet sind, wie dies in 7(B) gezeigt
ist. Als eine Folge kann der Winkel, den die Laufrichtung der Laserstrahlbündel innerhalb
der optischen Faser 30 vollführt im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser 30, kleiner gestaltet werden, und folglich
kann der Verlust, den die Laserstrahlbündel, die in die optische Faser 30 eintreten,
bewirken, indem sie durch diese hindurch scheinen, eingeschränkt werden,
so dass die Strahlbündelsammeleffizienz
verbessert werden kann.In this structure, the beam collecting position is at the position Fα (as shown in FIG 7 (A) ) is disposed far from a beam collecting position F0 which is designed in the case where the flat emitting surface of the optical waveguide 20 and the flat incident surface of the optical fiber 30 are arranged in a side-to-side relationship, as in 7 (B) is shown. As a result, the angle that the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 performed with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 30 , can be made smaller, and therefore, the loss that the laser beam enters into the optical fiber 30 can be limited by being shined therethrough, so that the beam collection efficiency can be improved.
In
den 7(A) und 7(B) repräsentiert
das Laserstrahlbündel 2a das
Laserstrahlbündel,
das die erste Linse 22a passiert hat (siehe 2),
während
das Laserstrahlbündel 2e das
Laserstrahlbündel
repräsentiert,
das die erste Linse 22e passiert hat (siehe 2).
Des Weiteren ist die allgemeine Form von der konkaven gekrümmten Fläche, die
an der Emissionsfläche
von jeder optischen Wellenführung 20 ausgebildet
ist, bei diesem Beispiel asphärisch,
wie dies in einer perspektivischen Ansicht direkt unterhalb von 7(A) dargestellt ist, und sie bildet keine beliebige
gekrümmte
Fläche
in der Richtung der langsamen Achse (in der Richtung der Achse Y).In the 7 (A) and 7 (B) represents the laser beam 2a the laser beam, which is the first lens 22a happened (see 2 ) while the laser beam 2e the laser beam represents the first lens 22e happened (see 2 ). Furthermore, the general shape of the concave curved surface is at the emission surface of each optical waveguide 20 is formed, aspherical in this example, as in a perspective view directly below 7 (A) and does not form any curved surface in the direction of the slow axis (in the direction of the axis Y).
Der
Zustand von dem Laserstrahlbündel 2a,
das gebrochen wird, ist unter Bezugnahme auf die 7(A) und 7(B) beschrieben.
Bei dem dargestellten Beispiel wird der Brechungsindex von der optischen
Wellenführung 20 als „n1" genommen und jene
Brechungsindizes von dem Leerraum (das heißt die Umgebungsluft) und der
optischen Faser 30 werden als „n0" bzw. „n2" genommen. Des Weiteren sind die Beziehungen
n0 < n1 und n0 < n2 bei dem Beispiel
der 8(A) und 8(B) wirksam.The state of the laser beam 2a Being broken is referring to the 7 (A) and 7 (B) described. In the illustrated example, the refractive index of the optical waveguide becomes 20 taken as "n1" and those refractive indices from the void (ie, the ambient air) and the optical fiber 30 are taken as "n0" or "n2". Furthermore, the relationships n0 <n1 and n0 <n2 in the example of FIG 8 (A) and 8 (W) effective.
8(A) zeigt den Teil „a" in 7(A) in
einem vergrößerten Maßstab. Das
Laserstrahlbündel 2a geht innerhalb
der optischen Wellenführung 20 weiter
und erreicht die gekrümmte
Emissionsfläche
derselben bei einem Winkel von θ1.
Aufgrund der Beziehung n0 < n1
wird das Laserstrahlbündel 2a bei
einem Winkel θ0
von der gekrümmten
Emissionsfläche
der optischen Wellenführung 20 emittiert
bzw. abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt gilt die folgende Beziehung: n1·sinθ1 = n0·sinθ0 8 (A) shows the part "a" in 7 (A) on an enlarged scale. The laser beam 2a going within the optical wave guide 20 and reaches the curved emission surface thereof at an angle of θ1. Due to the relationship n0 <n1, the laser beam becomes 2a at an angle θ0 from the curved emission surface of the optical waveguide 20 issued or surrendered. At this time, the following relationship applies: n1 · sinθ1 = n0 · sinθ0
Außerdem gilt
aufgrund von n0 < n1
die folgende Beziehung: θ1 < θ0 Also, due to n0 <n1, the following relationship holds: θ1 <θ0
Somit
gestaltet die Brechung bei dem Winkel θ0 den Einfallwinkel θout von dem Laserstrahlbündel (der hierbei als 2a' genommen wird)
zu der Einfallfläche
der optischen Faser 30 kleiner. Dieses Laserstrahlbündel 2a' geht innerhalb
des Leerraums mit dem Brechungsindex „n0" weiter und erreicht die Einfallfläche von
der optischen Faser 30 bei dem Einfallwinkel θout. Aufgrund der Beziehung von den Brechungsindizes
zwischen ihnen ist n0 < n2,
wobei das Laserstrahlbündel 2a' bei einem Winkel θz weitergeht,
nachdem es in die Einfallfläche
der optischen Faser 30 eingetreten ist. Zu diesem Zeitpunkt
gilt die folgende Beziehung: n0·sinθout = n2·sinθz Thus, the refraction at the angle θ0 makes the incident angle θ out of the laser beam (referred to as 2a ' is taken) to the incident surface of the optical fiber 30 smaller. This laser beam 2a ' continues within the space of refractive index "n0" and reaches the incident surface of the optical fiber 30 at the angle of incidence θ out . Due to the relationship of the refractive indices between them, n0 <n2, where the laser beam is 2a ' at an angle θz, after entering the incident surface of the optical fiber 30 occurred. At this time, the following relationship applies: n0 · sinθ out = n2 · sinθz
Außerdem gilt
aufgrund von n0 < n2
die folgende Beziehung: θz < θout Also, due to n0 <n2, the following relationship holds: θz <θ out
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird der Winkel „θz", den die Laufrichtung
des Laserstrahlbündels 2a' innerhalb der
optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
(die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt, kleiner
als der Winkel θin, den die Laufrichtung von dem Laserstrahlbündel 2a innerhalb
der optischen Wellenführung 20 im
Hinblick auf die Längsrichtung
(die Richtung der Achse Z) von der optischen Faser 30 vollführt. Demgemäß kann das
Laserstrahlbündel,
das in die optische Faser 30 eingetreten ist, davor bewahrt
werden, dass es durch diese hindurch gelangt, so dass die Effizienz
beim Strahlbündelsammeln
verbessert werden kann.As described above, the angle "θz" becomes the running direction of the laser beam 2a ' within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction (the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 less than the angle θ in which the running direction of the laser beam 2a within the optical wave guide 20 with respect to the longitudinal direction (the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 performs. Accordingly, the laser beam that enters the optical fiber 30 has been prevented from passing therethrough, so that the efficiency of collecting beams can be improved.
Nachstehend
ist unter Bezugnahme auf 8(B) beschrieben,
wie die konkave gekrümmte
Fläche
an der Emissionsoberfläche
von der optischen Wellenführung 20 erhalten
wird. Eine Vielzahl an Laserstrahlbündel, die in jede optische
Wellenführung 20 eintreten,
gehen jeweils durch die ersten Linsen 22a–22e (siehe 2),
die an der Einfallfläche
von jeder optischen Wellenführung 20 ausgebildet
sind, um dadurch gebrochen zu werden, und sämtliche Laserstrahlbündel gehen
zu einem imaginären
Brennpunkt F0 weiter, um zu diesem gesammelt
zu werden. Die Form von der konkaven gekrümmten Fläche an der Emissionsfläche der
optischen Wellenführung 20 ist
von Bedeutung beim Umwandeln des Strahlbündelsammelpunktes von dem imaginären Fokussierpunkt
F0 zu dem Fokussierpunkt Fα.Below is with reference to 8 (W) described as the concave curved surface on the emission surface of the optical waveguide 20 is obtained. A variety of laser beams, in every optical waveguide 20 enter, go through each of the first lenses 22a - 22e (please refer 2 ), which are at the incident surface of each optical waveguide 20 are formed to be refracted thereby, and all the laser beams go on to an imaginary focus F 0 to be collected thereto. The shape of the concave curved surface on the emitting surface of the optical waveguide 20 is important in converting the beam collection point from the imaginary focus point F0 to the focus point Fα.
Zunächst ist
ein imaginärer
Kreis mit einem Radius R, wobei der Kreis durch die gestrichelte
Linie mit zwei Punkten in 8(B) dargestellt
ist, so gezeichnet, dass die Mitte an dem imaginären Fokussierpunkt F0 gesetzt
ist. Sämtliche
Laserstrahlbündel
werden somit dazu gebracht, dass sie den imaginären Fokussierpunkt F0 erreichen,
nachdem sie über
den imaginären
Kreis getreten sind. In diesem Fall ist der Abstand von dem imaginären Kreis
zu dem imaginären
Fokussierpunkt F0 durch „R" repräsentiert.
Nunmehr wird angenommen, dass der Brechungsindex von der optischen
Wellenführung „n1" beträgt und dass
keine Grenze zwischen dem imaginären
Fokussierpunkt F0 und dem imaginären
Kreis vorhanden ist, die innerhalb der optischen Wellenführung 20 sind,
wobei nunmehr die Länge
der optischen Bahn durch die folgende Gleichung berechnet wird: n1·R und
in Bezug auf sämtliche
Laserstrahlbündel
konstant ist.First, an imaginary circle with a radius R, where the circle through the dashed line with two points in 8 (W) is shown drawn so that the center is set at the imaginary focusing point F0. All the laser beams are thus made to reach the imaginary focus point F0 after passing over the imaginary circle. In this case, the distance from the imaginary circle to the imaginary focusing point F0 is represented by "R." Now, it is assumed that the refractive index of the optical waveguide is "n1" and there is no boundary between the imaginary focusing point F0 and the imaginary circle is that within the optical wave guide 20 Now, the length of the optical path is calculated by the following equation: n1 · R and constant with respect to all laser beams.
Nunmehr
soll berücksichtigt
werden, dass die Emissionsfläche,
die die gekrümmte
Emissionsfläche hat,
zwischen dem imaginären
Kreis und dem imaginären
Fokussierpunkt F0 vorhanden ist. Des Weiteren wird angenommen, dass
die Symbole „La" und „Lb" jeweils den Abstand
von dem imaginären
Kreis zu der gekrümmten
Emissionsfläche
an einer Mitteloptikbahn repräsentieren,
die durch eine gestrichelte Linie mit einem Punkt gezeigt ist, die
sich in der Richtung der Achse Z in 8(B) erstreckt,
und den Abstand von der gekrümmten
Emissionsfläche
zu dem Fokussierpunkt Fα an
der Mitteloptikbahn repräsentieren.
Es wird außerdem
angenommen, dass die Symbole „La'" und „Lb'" jeweils
den Abstand von dem imaginären
Kreis zu der gekrümmten
Emissionsfläche
an einem beliebigen Laserstrahlbündel
(beispielsweise das Laserstrahlbündel 2a in 8(B) in diesem Fall) und den Abstand von der gekrümmten Emissionsfläche zu dem
Fokussierpunkt Fα an
dem gleichen Laserstrahlbündel
repräsentieren.
Um sämtliche
Laserstrahlbündel
an dem Fokussierpunkt Fα zu
sammeln, muss die Länge
der optischen Bahn konstant sein gleich wie in dem Fall, bei dem
die konkave gekrümmte
Emissionsfläche
nicht vorhanden ist. Daher muss, wenn das Symbol „n0" als der Brechungsindex
von dem Leerraum genommen wird, der sich vor der Emissionsfläche der
optischen Wellenführung 20 befindet,
die folgende Gleichung (1) erfüllt
sein: n1·La + no·Lb = n1·La' + n0·Lb' (1) Now, let it be considered that the emission surface having the curved emission surface exists between the imaginary circle and the imaginary focusing point F0. Further, it is assumed that the symbols "La" and "Lb" respectively represent the distance from the imaginary circle to the curved emission surface on a center optical path shown by a broken line having a point extending in the direction of the axis Z in 8 (W) and represent the distance from the curved emission surface to the focussing point Fα at the center optical path. It will be except Assuming that the symbols "La '" and "Lb'" each represent the distance from the imaginary circle to the curved emission surface on any laser beam (for example, the laser beam 2a in 8 (W) in this case) and the distance from the curved emitting surface to the focusing point Fα on the same laser beam. In order to collect all the laser beams at the focussing point Fα, the length of the optical path must be constant, as in the case where the concave curved emitting surface is absent. Therefore, when the symbol "n0" is taken as the refractive index from the blank space, the front surface of the emission of the optical waveguide 20 satisfies the following equation (1): n1 * La + no * Lb = n1 * La '+ n0 * Lb' (1)
Die
Form der konkav gekrümmten
Emissionsfläche,
das heißt
die asphärische
Oberfläche,
wird erhalten, indem derartige Emissionspunkte (das heißt Durchtrittspunkte
an der konkaven gekrümmten
Emissionsoberfläche)
berechnet werden, die die vorstehend erwähnte Gleichung (1) für sämtliche
der Laserstrahlbündel erfüllen, die
innerhalb der optischen Wellenführung 20 sich
vorwärts
bewegen, und indem derartige Emissionspunkte einer nach dem anderen
verbunden werden.The shape of the concavely curved emission surface, that is, the aspherical surface, is obtained by calculating such emission points (that is, passing points on the concave curved emission surface) that satisfy the aforementioned equation (1) for all of the laser beams within the optical beam wave guide 20 moving forward and connecting such emission points one after the other.
Nachstehend
ist das Strahlbündelparameterprodukt
der Laserstrahlbündel
unter Bezugnahme auf 8(C) beschrieben.
Mit den Symbolen „λ" und „θ" sind die Wellenlänge von
den Laserstrahlbündeln
bzw. der Gesamtwinkel oder Ausbreitungswinkel bezeichnet, wie dies
in 8(C) gezeigt ist, wobei die
Strahlbündeltaille
(beam waist) „bw", die durch die Beugungsbegrenzung
der Strahlbündel,
wie beispielsweise der Laserstrahlbündel erzeugt wird, durch die
folgende Gleichung (2) dargelegt ist: bw
= 4·λ/(π·θ) (2) The following is the beam parameter product of the laser beam with reference to FIG 8 (C) described. The symbols "λ" and "θ" denote the wavelength of the laser beams or the total angles or propagation angles, as shown in FIG 8 (C) wherein the beam waist "bw" generated by the diffraction limitation of the beams, such as the laser beam, is given by the following equation (2): bw = 4 · λ / (π · θ) (2)
Somit
ist, je größer der
gesamte Winkel θ ist,
die Strahlbündeltaille „bw" umso kleiner, so
dass die Laserstrahlbündel
zu einem Punkt einer kleineren Größe gesammelt werden können.Consequently
is, the bigger the
total angle θ is,
the beam waist "bw" the smaller, so
that the laser beam
can be collected to a point of a smaller size.
Des
Weiteren ist das Strahlbündelparameterprodukt
(BPP) durch die folgende Gleichung angegeben: BPP = (bw/2)·(θ/2) (3) Furthermore, the beam bundle parameter product (BPP) is given by the following equation: BPP = (bw / 2) · (θ / 2) (3)
Indem
die Gleichung (2) in die Gleichung (3) eingesetzt wird, kann die
folgende Gleichung (4) erhalten werden: BPP
= λ/π (4) By substituting the equation (2) into the equation (3), the following equation (4) can be obtained. BPP = λ / π (4)
Gemäß der vorstehend
dargelegten Gleichung (4) kann geschlussfolgert werden, dass das
Strahlbündelparameterprodukt
(BPP) nicht von dem gesamten Winkel θ abhängig ist, und dass folglich
das Strahlbündelsammeln
ausgeführt
werden kann ohne eine Verschlechterung des Strahlbündelparameterproduktes
(BPP) selbst dann, wenn der gesamte Winkel θ vergrößert wird. Aus diesem Grund
wird, wenn jede optische Wellenführung 20 in
der Länge
in der Richtung der Achse Z verkürzt
wird, wodurch der gesamte Winkel θ vergrößert wird, der Einfallwinkel
zu der optischen Faser 30 vergrößert, aber er kann ausreichend
klein gestaltet werden, indem die konkave gekrümmte Fläche, die in den 8(A) und 8(B) gezeigt
ist, an der Emissionsfläche von
jeder optischen Wellenführung 20 umfasst
oder ausgebildet ist.According to Equation (4) set forth above, it can be concluded that the beam bundle parameter product (BPP) is not dependent on the total angle θ, and consequently beam collection can be performed without deterioration of the beam parameter product (BPP) even if the total angle θ is increased. Because of this, if every optical wave guide 20 is shortened in length in the direction of the axis Z, whereby the total angle θ is increased, the angle of incidence to the optical fiber 30 enlarged, but it can be made sufficiently small by the concave curved surface, which in the 8 (A) and 8 (W) is shown at the emission surface of each optical waveguide 20 includes or is formed.
Folglich
kann nicht nur verwirklicht werden, dass die Größe der optischen Wellenführungsaufreihung 20 kleiner
gestaltet wird (das heißt
um die Länge
von dieser in der Richtung der Achse Z kleiner zu gestalten), sondern
es kann auch verwirklicht werden, dass der Einfallwinkel von dem
Strahlbündel
bei der optischen Faser 30 kleiner gestaltet wird, so dass
eine Verbesserung bei der Effizienz zum Strahlbündelsammeln und bei der Klein-Gestaltung der Laseremissionsvorrichtung
verwirklicht werden kann.Consequently, not only can the size of the optical waveguide array be realized 20 is made smaller (that is, to make smaller the length thereof in the direction of the axis Z), but it can also be realized that the angle of incidence of the beam at the optical fiber 30 is made smaller, so that an improvement in the efficiency for beam collection and in the small-sized design of the laser emission device can be realized.
(Zweites Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung)Second Embodiment of Refraction Device
9(A) zeigt den allgemeinen Aufbau von dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung. Dieses zweites Ausführungsbeispiel ist dadurch
gekennzeichnet, dass eine konkave gekrümmte Fläche, die nicht nur in der Richtung
der Achse X gekrümmt
ist, nicht an der Emissionsoberfläche jeder optischen Wellenführung 20,
sondern an der Einfalloberfläche
der optischen Faser 30 umfasst ist. Bei diesem Beispiel
werden die Laserstrahlbündel
(Strahlbündel 2a, 2e in
diesem Fall), die in jede optische Wellenführung 20 hinein gelangen,
zu einer Strahlbündelsammelposition
Fβ gesammelt,
die sich außerhalb
der Emissionsoberfläche der
Wellenführung 20 befindet,
in ähnlicher
Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung. 9 (A) shows the general structure of the second embodiment of the refraction device. This second embodiment is characterized in that a concave curved surface which is curved not only in the direction of the axis X does not exist on the emission surface of each optical waveguide 20 but at the incident surface of the optical fiber 30 is included. In this example, the laser beam (beams 2a . 2e in this case) in every optical wave guide 20 get into, collected to a beam collecting position Fβ, which is outside the emission surface the wave guide 20 is in a similar manner as in the first embodiment of the refraction device.
Bei
diesem Aufbau wird die Strahlbündelsammelposition
zu der Position Fβ (wie
dies in 9(A) gezeigt ist) weit weg von
der Strahlbündelsammelposition
F0 versetzt, die in diesem Fall so gestaltet ist, dass die flache
Emissionsfläche
von der optischen Wellenführung 20 und
die flache Einfallfläche
von der optischen Faser 30 in einer Beziehung von Seite
zu Seite angeordnet sind, wie dies in 9(B) dargestellt
ist. Als eine Folge kann der Winkel, den die Laufrichtung der Laserstrahlbündel innerhalb
der optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser 30 vollführt, kleiner gestaltet werden,
wodurch der Verlust verringert wird oder begrenzt wird, den die
Laserstrahlbündel,
die in die optische Faser 30 hinein gelangt sind, bewirken, indem
sie durch diese hindurch scheinen, so dass die Effizienz des Strahlbündelsammelns
verbessert werden kann.In this construction, the beam collecting position becomes the position Fβ (as shown in FIG 9 (A) shown) far away from the beam collection position F0, which in this case is designed so that the flat emission surface of the optical waveguide 20 and the flat incident surface of the optical fiber 30 are arranged in a side-to-side relationship, as in 9 (B) is shown. As a result, the angle that the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 30 be made smaller, whereby the loss is reduced or limited by the laser beam entering the optical fiber 30 into effect, by shining through them, so that the efficiency of beam collection can be improved.
Des
Weiteren ist die allgemeine Form von einer konkaven gekrümmten Oberfläche, die
an der Einfallfläche
von jeder optischen Faser 30 ausgebildet ist, bei diesem
Beispiel asphärisch,
wie dies in einer perspektivischen Ansicht direkt unterhalb von 9(A) dargestellt ist, und sie bildet nicht irgendeine
gekrümmte
Oberfläche
in der Richtung der langsamen Achse (in der Richtung der Achse Y).Furthermore, the general shape of a concave curved surface is at the incident surface of each optical fiber 30 is formed, aspherical in this example, as in a perspective view directly below 9 (A) and does not form any curved surface in the direction of the slow axis (in the direction of the axis Y).
Nachstehend
ist der Zustand von dem Laserstrahlbündel 2a, das gebrochen
wird, unter Bezugnahme auf 9(C) beschrieben.
Bei diesem Beispiel wird ein Symbol „n1" als der Brechungsindex der optischen Wellenführung 20 genommen,
und die Symbole „n3" und „n2" werden jeweils als
die Brechungsindizes von dem Leerraum (beispielsweise ein Füllstoff
oder dergleichen mit einem vorbestimmten Brechungsindex) bzw. die
optische Faser 30 genommen. Des Weiteren gilt die Beziehung
n1 < n3 < n2 bei dem Beispiel
der 9(A) und 9(C).The following is the state of the laser beam 2a , which is broken, referring to 9 (C) described. In this example, a symbol "n1" becomes the refractive index of the optical waveguide 20 and the symbols "n3" and "n2" are respectively referred to as the refractive indices of the void (for example, a filler or the like having a predetermined refractive index) and the optical fiber 30 taken. Furthermore, the relation n1 <n3 <n2 in the example of FIG 9 (A) and 9 (C) ,
9(C) zeigt den Teil „b" in 9(A) in
einem vergrößerten Maßstab. Das
Laserstrahlbündel 2a bewegt
sich innerhalb der optischen Wellenführung 20 nach vorn
und erreicht die Emissionsoberfläche
derselben bei einem Winkel θin. Aufgrund der Beziehung n1 < n3 wird das Laserstrahlbündel 2a bei
einem Winkel θout von der Emissionsfläche der optischen Wellenführung 20 ausgegeben.
Zu diesem Zeitpunkt gilt die folgende Gleichung: n1·sinθi n = n3·sinθout 9 (C) shows the part "b" in 9 (A) on an enlarged scale. The laser beam 2a moves within the optical waveguide 20 forward and reaches the emission surface thereof at an angle θ in . Due to the relationship n1 <n3, the laser beam becomes 2a at an angle θ out from the emission surface of the optical waveguide 20 output. At this time, the following equation holds: n1 · sinθ i n = n3 · sinθ out
Außerdem gilt
aufgrund von n1 < n3
die folgende Beziehung: θout < θin Also, due to n1 <n3, the following relationship holds: θ out <θ in
Somit
gestaltet die Brechung bei dem Winkel θout den
Einfallwinkel θout von dem Laserstrahlbündel (der hierbei als 2a' genommen wird)
zu der Einfallfläche
der optischen Faser 30 kleiner. Dieser Laserstrahlbündel 2a' bewegt sich
innerhalb des Füllstoffes
mit dem Brechungsindex „n3" weiter und erreicht
die Einfallfläche, die
die konkave gekrümmte
Fläche
der optischen Faser 30 hat, bei dem Einfallwinkel θ3. Aufgrund
der Beziehung der Brechungsindizes zwischen ihnen ist n3 < n2, wobei das Laserstrahlbündel 2a' bei einem Winkel θ2 weitergeht,
nachdem es in die Einfallfläche
der optischen Faser 30 hinein gelangt ist. Zu diesem Zeitpunkt
gilt folgende Gleichung: n3·sinθ3 = n2·sinθ2 Thus, the refraction at the angle θ out makes the incident angle θ out of the laser beam (referred to herein as 2a ' is taken) to the incident surface of the optical fiber 30 smaller. This laser beam 2a ' moves within the filler of refractive index "n3" and reaches the incident surface containing the concave curved surface of the optical fiber 30 has, at the angle of incidence θ3. Due to the relationship of refractive indices between them, n3 <n2, where the laser beam is 2a ' at an angle θ2 after entering the incident surface of the optical fiber 30 got into it. At this time, the following equation holds: n3 · sinθ3 = n2 · sinθ2
Außerdem gilt
aufgrund von n3 < n2
die folgende Beziehung ebenfalls: θ2 < θ3 In addition, due to n3 <n2, the following relationship holds as well: θ2 <θ3
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird ein Winkel „θz", den die Laufrichtung
des Laserstrahlbündels 2a' innerhalb der
optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt, kleiner
als der Winkel θin, den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels 2a innerhalb
der optischen Wellenführung 20 im
Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt. Demgemäß kann verhindert
werden, dass das Laserstrahlbündel,
das in die optische Faser 30 hinein gelangt, durch diese
hindurch geht, so dass die Strahlbündelsammeleffizienz verbessert
werden kann.As described above, an angle "θz" becomes the running direction of the laser beam 2a ' within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 performs, smaller than the angle θ in , the running direction of the laser beam 2a within the optical wave guide 20 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 performs. Accordingly, it is possible to prevent the laser beam entering the optical fiber 30 enters, passes through them, so that the bundle collection efficiency can be improved.
Die
Form der konkaven gekrümmten
Oberfläche
von der optischen Faser 30 kann in der gleichen Art und
Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung erhalten werden, und daher wird aus Gründen der Übersichtlichkeit
die diesbezügliche
Beschreibung weggelassen.The shape of the concave curved surface of the optical fiber 30 can in the same style and the manner in which the above-described first embodiment of the refracting device is obtained, and therefore the description thereof will be omitted for the sake of clarity.
(Drittes Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung)(Third Embodiment of Refraction Device)
10(A) zeigt den allgemeinen Aufbau von dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung. Dieses dritte Ausführungsbeispiel ist so gekennzeichnet,
dass es eine gekrümmte
Fläche,
die nicht konkav sondern konvex ist, wobei sie lediglich in der
Richtung der Achse X gekrümmt
ist, an der Emissionsfläche von
jeder optischen Wellenführung 20 hat.
Bei diesem Beispiel werden Laserstrahlbündel (in diesem Fall die Strahlbündel 2a, 2e),
die in jede optische Wellenführung 20 hinein
gelangen, an einer Strahlbündelsammelposition
F0 gesammelt, die sich innerhalb der Emissionsfläche der Wellenführung 20 befindet. 10 (A) shows the general structure of the third embodiment of the refraction device. This third embodiment is characterized as having a curved surface which is not concave but convex, being curved only in the direction of the axis X, on the emission surface of each optical waveguide 20 Has. In this example, laser beams (in this case the beams 2a . 2e ) in every optical wave guide 20 enter, collected at a beam collection position F0, which is within the emission surface of the waveguide 20 located.
Durch
diesen Aufbau kann der Winkel, den die Laufrichtung der Laserstrahlbündel innerhalb
der optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser 30 vollführt, kleiner gestaltet werden, wodurch
der Verlust, der bewirkt wird, indem die in die optische Faser 30 hinein
gelangenden Laserstrahlbündel
durch diese hindurch scheinen, vermindert oder verhindert werden,
so dass die Strahlbündelsammeleffizienz
verbessert werden kann.By this construction, the angle that the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 30 Performs smaller, thereby reducing the loss that is brought about by the optical fiber 30 laser beams appearing through them, appearing to be reduced, or prevented, so that the beam collection efficiency can be improved.
Des
Weiteren ist die allgemeine Form einer konvexen gekrümmten Fläche, die
an der Emissionsfläche von
jeder optischen Wellenführung 20 ausgebildet
ist, bei diesem Beispiel asphärisch
wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung,
und sie bildet keinerlei gekrümmte Oberfläche in der
Richtung der langsamen Achse (in der Richtung der Achse Y).Furthermore, the general shape of a convex curved surface is at the emitting surface of each optical waveguide 20 is formed aspherical in this example as in the above-described first embodiment of the refracting means, and does not form any curved surface in the direction of the slow axis (in the direction of the axis Y).
Nachstehend
ist der Zustand des Laserstrahlbündels 2e,
das gebrochen wird, unter Bezugnahme auf 11(A) beschrieben.
Bei diesem Beispiel bezeichnet ein Symbol „n1" den Brechungsindex von der optischen
Wellenführung 20,
und die Symbole „n0" und „n2" bezeichnen jeweils
die Brechungseindizes von dem Leerraum (das heißt die Umgebungsluft) und der
optischen Faser 30. Des Weiteren existieren die Beziehungen
n0 < n1 und n0 < n2 bei dem Beispiel,
das in den 10(A) und 11(A) dargestellt
ist.The following is the state of the laser beam 2e , which is broken, referring to 11 (A) described. In this example, a symbol "n1" denotes the refractive index of the optical waveguide 20 , and the symbols "n0" and "n2" respectively denote the refractive indices of the void (that is, the ambient air) and the optical fiber 30 , Furthermore, the relationships n0 <n1 and n0 <n2 exist in the example which is incorporated in the 10 (A) and 11 (A) is shown.
11(A) zeigt den Teil „c" in 10(A) in
einem vergrößerten Maßstab. Das
Laserstrahlbündel 2e geht
innerhalb der optischen Wellenführung 20 weiter
und erreicht die Emissionsfläche
von dieser bei einem Winkel von θ1.
Aufgrund der Beziehung n0 < n1
wird das Laserstrahlbündel 2e bei
einem Winkel θ0
von der Emissionsfläche
der optischen Wellenführung 20 abgegeben.
Zu diesem Zeitpunkt gilt die folgende Gleichung: n1·sinθ1 = n0·sjnθ0 11 (A) shows the part "c" in 10 (A) on an enlarged scale. The laser beam 2e goes inside the optical waveguide 20 and reaches the emission surface of this at an angle of θ1. Due to the relationship n0 <n1, the laser beam becomes 2e at an angle θ0 from the emission surface of the optical waveguide 20 issued. At this time, the following equation holds: n1 · sinθ1 = n0 · sjnθ0
Außerdem gilt
aufgrund von n0 < n1
die folgende Beziehung: θ1 < θ0 Also, due to n0 <n1, the following relationship holds: θ1 <θ0
Somit
gestaltet die Brechung bei dem Winkel θ0 den Einfallwinkel θout von dem Laserstrahlbündel 2e zu der Einfallfläche der
optischen Faser 30 kleiner. Dieser Laserstrahlbündel (der
hierbei als 2e' bezeichnet ist)
geht innerhalb des Leerraums mit dem Brechungsindex „n0" weiter und erreicht
die Einfallfläche
von der optischen Faser 30 bei dem Einfallwinkel θout. Da die Beziehung der Brechungsindizes
zwischen ihnen n0 < n2 lautet,
geht das Laserstrahlbündel 2e' bei einem Winkel θz weiter,
nachdem es in die Einfallfläche
der optischen Faser 30 hinein gelangt ist. Zu diesem Zeitpunkt
gilt die folgende Beziehung: n0·sinθou t = n2·sinθz Thus, the refraction at the angle θ0 makes the incident angle θ out of the laser beam 2e to the incident surface of the optical fiber 30 smaller. This laser beam (here as 2e ' is referred to) continues within the space with the refractive index "n0" and reaches the incident surface of the optical fiber 30 at the angle of incidence θ out . Since the relationship of refractive indices between them is n0 <n2, the laser beam goes 2e ' at an angle θz after it enters the incident surface of the optical fiber 30 got into it. At this time, the following relationship applies: n0 · sinθ ou t = n2 · sinθz
Außerdem gilt
aufgrund von n0 < n2
die folgende Beziehung: θz < θout Also, due to n0 <n2, the following relationship holds: θ z <θ out
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird der Winkel „θz",
den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels 2e' innerhalb der
optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt, kleiner
als der Winkel θin, den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels 2e innerhalb
der optischen Wellenführung 20 im
Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt. Demgemäß kann verhindert
werden, dass das Laserstrahlbündel, das
in die optische Faser 30 eingetreten ist, durch diese hindurch
gelangt, so dass die Strahlbündelsammeleffizienz
verbessert werden kann.As described above, the angle "θ z " which is the running direction of the laser beam 2e ' within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 performs, smaller than the angle θ in , the running direction of the laser beam 2e within the optical wave guide 20 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 performs. Accordingly, it is possible to prevent the laser beam entering the optical fiber 30 has passed through, so that the Strahlbündelsammelef efficiency can be improved.
Die
Form von der konvexen gekrümmten
Fläche
der optischen Wellenführung 20 kann
in der gleichen Art und Weise erhalten werden, wie dies bei dem
vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung
erläutert
ist, und daher unterbleibt die diesbezügliche Beschreibung aus Gründen der Übersichtlichkeit.The shape of the convex curved surface of the optical waveguide 20 can be obtained in the same manner as explained in the first embodiment of the refracting device described above, and therefore the description thereof is omitted for the sake of clarity.
(Viertes Ausführungsbeispiel der Brechungseinrichtung)Fourth Embodiment of the Refraction Apparatus
10(B) zeigt den allgemeinen Aufbau von dem vierten
Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung. Dieses vierte Ausführungsbeispiel ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Emissionsfläche von jeder optischen Wellenführung 20 und
die Einfallfläche
von jeder optischen Faser 30 jeweils flach gestaltet sind
und zwischen den flachen Flächen
ein Füllstoff
vorgesehen ist, der einen vorbestimmten Brechungsindex hat. Bei
diesem Beispiel kann eine Strahlbündelsammelposition F0, zu der
Laserstrahlbündel
(das heißt
in diesem Fall Strahlbündel 2a, 2e),
die in jede optische Wellenführung 20 hinein
gelangt sind, gesammelt werden, entweder innerhalb oder außerhalb
der Emissionsfläche
der Wellenführung 20 sein.
Bei diesem speziellen Beispiel ist die Strahlbündelsammelposition F0 im Inneren
der optischen Wellenführung 20.
Durch diesen Aufbau kann der Winkel, den die Laufrichtung der Laserstrahlbündel innerhalb
der optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser 30 vollführt, kleiner gestaltet werden,
wodurch der Verlust, den die in die optische Faser 30 hinein
gelangenden Laserstrahlbündel
bewirken, indem sie durch diese hindurch scheinen, verringert oder
verhindert werden, so dass die Strahlbündelsammeleffizienz verbessert
werden kann. 10 (B) shows the general construction of the fourth embodiment of the refraction device. This fourth embodiment is characterized in that the emission area of each optical waveguide 20 and the incident surface of each optical fiber 30 are each made flat and between the flat surfaces a filler is provided which has a predetermined refractive index. In this example, a beam collection position F0, to the laser beam (that is, in this case, beam 2a . 2e ) in every optical wave guide 20 into, be collected, either inside or outside the emission surface of the waveguide 20 be. In this particular example, the beam collection position F0 is inside the optical waveguide 20 , By this construction, the angle that the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 30 Performs smaller, thereby reducing the loss in the optical fiber 30 cause laser beams to shine through, be reduced or prevented, so that the beam collection efficiency can be improved.
Nachstehend
ist der Zustand von dem Laserstrahlbündel 2a, das gebrochen
wird, unter Bezugnahme auf 11(B) beschrieben.
Bei diesem Beispiel ist mit einem Symbol „n1" der Brechungsindex von der optischen
Wellenführung 20 bezeichnet,
und sind mit den Symbolen „n3" bzw. „n2" die Brechungsindizes
von dem Leerraum (beispielsweise ein Füllstoff oder dergleichen, der
einen vorbestimmten Brechungsindex hat) bzw. die optische Faser 30 bezeichnet.
Des Weiteren existiert die Beziehung n1 < n3 < n2
bei dem Beispiel der 10(B) und 11(B).The following is the state of the laser beam 2a , which is broken, referring to 11 (B) described. In this example, with a symbol "n1", the refractive index of the optical waveguide is 20 and the symbols "n3" and "n2", respectively, are the refractive indices of the vacant space (for example, a filler or the like having a predetermined refractive index) and the optical fiber, respectively 30 designated. Furthermore, the relationship n1 <n3 <n2 exists in the example of FIG 10 (B) and 11 (B) ,
11(B) zeigt den Teil „d" in 10(B) in
einem vergrößerten Maßstab. Das
Laserstrahlbündel 2e geht
innerhalb der optischen Wellenführung 20 weiter
und erreicht die Emissionsfläche
derselben bei einem Winkel von θin. Aufgrund der Beziehung n1 < n3 wird das Laserstrahlbündel 2e bei
einem Winkel θout von der Emissionsfläche der optischen Wellenführung 20 emittiert.
Zu diesem Zeitpunkt gilt die folgende Beziehung: n1·sinθi n = n3·sinθout 11 (B) shows the part "d" in 10 (B) on an enlarged scale. The laser beam 2e goes inside the optical waveguide 20 and reaches the emission surface thereof at an angle of θ in . Due to the relationship n1 <n3, the laser beam becomes 2e at an angle θ out from the emission surface of the optical waveguide 20 emitted. At this time, the following relationship applies: n1 · sinθ i n = n3 · sinθ out
Außerdem gilt
aufgrund von n1 < n3
auch die folgende Beziehung: θout < θin In addition, due to n1 <n3, the following relation holds: θ out <θ in
Somit
gestaltet die Brechung bei dem Winkel θout den
Einfallwinkel θout von dem Laserstrahlbündel 2e zu der Einfallfläche der
optischen Faser 30 kleiner. Dieses Laserstrahlbündel (das
hier mit 2e' bezeichnet
ist) geht innerhalb des Füllstoffes
mit dem Brechungsindex „n3" weiter und erreicht
die Einfallfläche
von der optischen Faser 30 bei dem Einfallwinkel θout. Da die Beziehung der Brechungsindizes
zwischen ihnen n3 < n2 lautet,
geht das Laserstrahlbündel 2e' bei einem Winkel θz weiter, nachdem es in die Einfallfläche der
optischen Faser 30 hinein gelangt ist. Zu diesem Zeitpunkt
gilt die folgende Beziehung: n3·sinθout = n2·sinθz Thus, the refraction at the angle θ out makes the incident angle θ out of the laser beam 2e to the incident surface of the optical fiber 30 smaller. This laser beam (here with 2e ' is referred to) continues within the filler with the refractive index "n3" and reaches the incident surface of the optical fiber 30 at the angle of incidence θ out . Since the relationship of refractive indices between them is n3 <n2, the laser beam goes 2e ' at an angle θ z after entering the incident surface of the optical fiber 30 got into it. At this time, the following relationship applies: n3 · sinθ out = n2 · sinθ z
Außerdem gilt
aufgrund von n3 < n2
die folgende Beziehung ebenfalls: θz < θout In addition, due to n3 <n2, the following relationship holds as well: θ z <θ out
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, wird der Winkel „θz",
den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels 2e' innerhalb der
optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt, kleiner
als der Winkel θin, den die Laufrichtung von dem Laserstrahlbündel 2e innerhalb
der optischen Wellenführung 20 im
Hinblick auf die Längsrichtung
(die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt. Demgemäß kann das
Laserstrahlbündel,
das in die optische Faser 30 eintritt, davor bewahrt werden,
dass es durch diese hindurch dringt, so dass die Strahlbündelsammeleffizienz
verbessert werden kann.As described above, the angle "θ z " which is the running direction of the laser beam 2e ' within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 less than the angle θ in which the running direction of the laser beam 2e within the optical wave guide 20 with respect to the longitudinal direction (the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 performs. Accordingly, the laser beam that enters the optical fiber 30 occurs to be prevented from penetrating therethrough, so that the beam collection efficiency can be improved.
(Fünftes
Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung)(Fifth
embodiment
the refraction device)
10(C) zeigt den allgemeinen Aufbau von dem fünften Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung. Zusätzlich
zu den Merkmalen des vierten Ausführungsbeispiels ist dieses
fünfte
Ausführungsbeispiel
dadurch gekennzeichnet, dass es eine konvexe gekrümmte Fläche, die
in der Richtung der schnellen Achse gekrümmt ist, an der Einfallfläche von
jeder optischen Faser 30 hat. Bei diesem Beispiel ist eine
Strahlbündelsammelposition
F0, an der die Laserstrahlbündel
(das heißt
in diesem Fall die Strahlbündel 2a, 2e),
die in jede optische Wellenführung 20 hinein
gelangen, gesammelt werden, im Inneren der Wellenführung 20.
Durch diesen Aufbau kann der Winkel, den die Laufrichtung der Laserstrahlbündel innerhalb
der optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
der optischen Faser 30 vollführt, kleiner gestaltet werden,
wodurch der Verlust, den die in die optische Faser 30 hinein
gelangenden Laserstrahlbündel
bewirken, indem sie durch diese hindurch scheinen, verringert oder
verhindert wird, so dass die Strahlbündelsammeleffizienz verbessert
werden kann. 10 (C) shows the general structure of the fifth embodiment of the refraction device. In addition to the features of the fourth embodiment, this fifth embodiment is characterized in that it has a convex curved surface curved in the direction of the fast axis at the incident surface of each optical fiber 30 Has. In this example, a beam collection position F0 at which the laser beams (that is, in this case, the beams 2a . 2e ) in every optical wave guide 20 get into, be collected, inside the waveguide 20 , By this construction, the angle that the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction of the optical fiber 30 Performs smaller, thereby reducing the loss in the optical fiber 30 cause laser beams to shine through, be reduced or prevented, so that the beam collection efficiency can be improved.
Nachstehend
ist der Zustand von dem Laserstrahlbündel 2a, das gebrochen
wird, unter Bezugnahme auf 11(C) beschrieben.
Wie bei dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung existiert die Beziehung n1 < n3 < n2 bei dem Beispiel
der 10(C) und 11(C).
Nachstehend sind die Unterschiede gegenüber dem vierten Ausführungsbeispiel
der Brechungseinrichtung beschrieben.The following is the state of the laser beam 2a , which is broken, referring to 11 (C) described. Like the fourth embodiment of the refracting device described above, the relationship n1 <n3 <n2 exists in the example of FIG 10 (C) and 11 (C) , The differences from the fourth embodiment of the refracting device will be described below.
Das
Laserstrahlbündel
läuft in
der gleichen Art und Weise wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel, bis
es zu dem Laserstrahlbündel 2e' wird. Das Laserstrahlbündel 2e' läuft innerhalb
eines Füllstoffes,
der den Brechungsindex „n3" hat, und erreicht
die Einfallfläche
von der optischen Faser bei einem Winkel θ3. Aufgrund der Beziehung n3 < n2 läuft das
Laserstrahlbündel 2e' bei einem Winkel θ2, nachdem
es in die Einfallfläche der
optischen Faser eingetreten ist. Zu diesem Zeitpunkt gilt die folgende
Beziehung. n3·sinθ3 = n2·sinθ2 The laser beam travels in the same manner as in the fourth embodiment until it reaches the laser beam 2e ' becomes. The laser beam 2e ' passes within a filler having the refractive index "n3" and reaches the incident surface of the optical fiber at an angle θ3. Due to the relationship n3 <n2, the laser beam is traveling 2e ' at an angle θ2 after entering the incident surface of the optical fiber. At this time, the following relationship holds. n3 · sinθ3 = n2 · sinθ2
Außerdem gilt
aufgrund von n3 < n2
auch die folgende Beziehung: θ2 < θ3 Also, due to n3 <n2, the following relationship holds: θ2 <θ3
Somit
wird der Winkel θz, den die Laufrichtung des Laserstrahlbündels innerhalb
der optischen Faser 30 im Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) der optischen Faser 30 vollführt, kleiner
als der Winkel „θin",
den die Laufrichtung von dem Laserstrahlbündel innerhalb der optischen
Wellenführung 20 im
Hinblick auf die Längsrichtung
(im Hinblick auf die Richtung der Achse Z) des Laserstrahlbündels vollführt. Demgemäß kann verhindert
werden, dass das in die optische Faser 30 eintretende Laserstrahlbündel durch
dieses hindurch gelangt, so dass die Strahlbündelsammeleffizienz verbessert
werden kann.Thus, the angle θ z , which is the running direction of the laser beam within the optical fiber 30 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the optical fiber 30 less than the angle "θ in " which the direction of travel of the laser beam within the optical waveguide 20 with respect to the longitudinal direction (with respect to the direction of the axis Z) of the laser beam performs. Accordingly, it can be prevented that in the optical fiber 30 entering laser beam passes through it, so that the beam collection efficiency can be improved.
Es
sollte hierbei beachtet werden, dass die Strahlbündelsammelvorrichtung und die
Laseremissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf jenen Aufbau, jene Formen, jene Anordnung und
dergleichen beschränkt
sind, wie sie bei den vorstehend dargelegten Ausführungsbeispielen
beschrieben sind, und viele Abwandlungen, Anpassungen und Weglassungen
sind möglich,
ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die in den Ansprüchen definiert
ist.It
It should be noted that the beam collection device and the
Laser emission device according to the present invention
Invention not on those construction, those forms, those arrangement and
the like limited
are, as in the embodiments set forth above
and many modifications, adjustments and omissions
are possible,
without departing from the present invention as defined in the claims
is.
Die
Strahlbündelsammelvorrichtung
und die Laseremissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
sind bei verschiedenen Arten an Geräten anwendbar, die Laserstrahlbündel nutzen,
wie beispielsweise ein Laserbearbeitungsgerät und dergleichen. Die numerischen
Definitionen der verschiedenen Parameter, die in der vorstehend
dargelegten Beschreibung Anwendung finden, sind lediglich beispielhaft
und bilden keine Beschränkung
auf diese numerischen Definitionen.The
Beam collector
and the laser emission device according to the present invention
are applicable to various types of devices that use laser beams,
such as a laser processing apparatus and the like. The numerical
Definitions of the different parameters used in the above
are used as examples only
and do not constitute a restriction
to these numerical definitions.
Die
Formen, Dimensionen und dergleichen von der optischen Wellenführung 20 und
der optischen Faser 30 bilden keine Einschränkung auf
jene Formen, Dimensionen und dergleichen, die in den Ausführungsbeispielen
beschrieben sind und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
sind. Des Weiteren hat die optische Wellenführung 20, die bei
jedem der vorstehend dargelegten Ausführungsbeispielen angewendet
wird, an ihr die ersten Linsen 22a–22e, die genau bearbeitet
sind, wie dies in 2 gezeigt ist, bei dem Einbau
in die Strahlbündelsammelvorrichtung
(Laseremissionsvorrichtung), wie dies in 1 gezeigt
ist, und die allgemeine Form der optischen Wellenführung 20 ist
nicht auf eine in 2 gezeigte dreieckige Form beschränkt.The shapes, dimensions and the like of the optical waveguide 20 and the optical fiber 30 are not limited to those shapes, dimensions, and the like described in the embodiments and illustrated in the accompanying drawings. Furthermore, the optical wave guide 20 applied to each of the embodiments set forth above, to it the first lenses 22a - 22e that are worked exactly like this in 2 is shown when installed in the beam collection device (laser emission device), as shown in FIG 1 is shown, and the general shape of the optical waveguide 20 is not on an in 2 limited shown triangular shape.
Wenn
ein Füllstoff
zwischen die Emissionsfläche
von jeder optischen Wellenführung 20 und
die Einfallfläche
von jeder optischen Faser 30 gesetzt wird, kann die Emissionsfläche der
optischen Wellenführung 20 mit
einer konkaven gekrümmten
Fläche
oder einer konvexen gekrümmten
Fläche
ausgebildet sein.If a filler between the emission surface of each optical waveguide 20 and the one surface of each optical fiber 30 is set, the emission area of the optical waveguide 20 be formed with a concave curved surface or a convex curved surface.
Darüber hinaus
kann die Linse, die bei der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
jene Linse sein, solange eine Oberfläche von ihr eine Krümmung hat,
wobei die andere Oberfläche
entweder flach sein kann oder eine Krümmung haben kann.Furthermore
For example, the lens used in the present invention can
be that lens, as long as a surface of it has a curvature,
the other surface
can either be flat or have a curvature.
Obwohl
die Wellenführung,
die bei den Ausführungsbeispielen
beschrieben ist, so aufgebaut ist, dass sie Laserstrahlbündel von
einer Vielzahl an Emissionsteilen, die in der Richtung der schnellen
Achse angeordnet sind, sammelt, kann sie einen Aufbau einnehmen,
der dem Sammeln von Laserstrahlbündeln
von jenen Emissionsteilen dient, die in der Richtung der langsamen
Achse angeordnet sind.Even though
the waveguide,
in the embodiments
is described, is constructed so that they laser beam from
a variety of emission parts, which are in the direction of fast
Axis, collects, it can take a construction,
the collecting of laser beams
of those emission parts serving in the direction of the slow ones
Axis are arranged.
Offensichtlich
sind viele Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung
im Lichte der vorstehend dargelegten Lehren möglich. Es sollte daher verständlich sein,
dass innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche die vorliegende Erfindung
auch anderweitig in der Praxis ausgeführt werden kann, als dies hierbei
spezifisch beschrieben ist.Obviously
are many variations and variations of the present invention
in the light of the teachings set forth above. It should therefore be understandable
that within the scope of the appended claims, the present invention
can also be carried out in practice elsewhere than this
is specifically described.
