JP2001119101A - Laser device and laser beam machining device using the same - Google Patents

Laser device and laser beam machining device using the same

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JP2001119101A
JP2001119101A JP29817499A JP29817499A JP2001119101A JP 2001119101 A JP2001119101 A JP 2001119101A JP 29817499 A JP29817499 A JP 29817499A JP 29817499 A JP29817499 A JP 29817499A JP 2001119101 A JP2001119101 A JP 2001119101A
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JP
Japan
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laser
optical fiber
semiconductor laser
laser light
emitters
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JP29817499A
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Japanese (ja)
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Keisuke Furuta
啓介 古田
Yuji Takenaka
裕司 竹中
Tetsuo Kojima
哲夫 小島
Kimiharu Yasui
公治 安井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser device which can use relatively inexpensive general components, and at the same time, can realize a better transmission efficiency from a laser oscillation source to the outside and a laser beam machining device using the device. SOLUTION: A laser device makes anisotropic laser light emitted from a semiconductor laser made incident to one end side of an optical fiber, after condensing the laser light through a prescribed optical system. The laser light transmitted through the optical fiber is converted into an isotropic laser light. The optical fiber is a distributed refractive index type optical fiber.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振源によ
る出力ビームを光ファイバを介して外部へ伝送するレー
ザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device for transmitting an output beam from a laser oscillation source to the outside via an optical fiber, and a laser processing device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、レーザ発振源である半導体レーザ
による出力ビームを外部へ伝送するレーザ装置として、
外部への導光路に光ファイバを用いるものがよく知られ
ている。かかるレーザ装置では、レーザ発振源からの出
力ビームが異方性を有することから、通常、出力ビーム
を所定の光学系を介して等方的に変換,整形した上で、
光ファイバへ入射させる構成が採用され、レーザ発振源
と光ファイバとの間で結合効率の向上が図られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser device for transmitting an output beam from a semiconductor laser as a laser oscillation source to the outside has
It is well known that an optical fiber is used for a light guide path to the outside. In such a laser device, since the output beam from the laser oscillation source has anisotropy, usually, the output beam is isotropically converted and shaped via a predetermined optical system,
A configuration in which the light is incident on the optical fiber is employed, and the coupling efficiency between the laser oscillation source and the optical fiber is improved.

【0003】これに関連し、従来の半導体レーザ装置の
一例として、図15に、1997年,OSA TOPS vol.1
0,Advanced Solid State Lasersの391頁に開示され
た半導体レーザ装置を示す。このレーザ装置100で
は、レーザ発振源である半導体レーザアレイ101から
出力されるレーザビームが、マイクロレンズ102と、
一対のマイクロステップミラーからなる反射部103
と、円筒レンズ104と、色消レンズ105とを介し
て、光ファイバ106の一端側へ入射させられ外部へ伝
送される。
[0003] In this connection, FIG. 15 shows an example of a conventional semiconductor laser device, which is shown in OSA TOPS vol.
0 shows a semiconductor laser device disclosed on page 391 of Advanced Solid State Lasers. In this laser device 100, a laser beam output from a semiconductor laser array 101, which is a laser oscillation source, includes a micro lens 102,
Reflector 103 composed of a pair of micro-step mirrors
Then, the light is made incident on one end of the optical fiber 106 via the cylindrical lens 104 and the achromatic lens 105 and transmitted to the outside.

【0004】図16は、上記レーザ装置100に内蔵さ
れる半導体レーザアレイ101の斜視図である。この半
導体レーザアレイ101では、複数のエミッタ101a
がp-n接合面(不図示)を面一にして一列に配列され
ている。各エミッタ101aからの出力は1W程度であ
り、例えばレーザ加工装置への適用に必要な数十W以上
の出力を得るには、通常、このように、エミッタ101
aが複数配列されたものが用いられる。
FIG. 16 is a perspective view of a semiconductor laser array 101 built in the laser device 100. In this semiconductor laser array 101, a plurality of emitters 101a
Are arranged in a line with the pn junction surface (not shown) flush. The output from each of the emitters 101a is about 1 W. For example, in order to obtain an output of several tens of W or more required for application to a laser processing apparatus, the output of the
A having a plurality of a's is used.

【0005】かかる半導体レーザアレイ101から出力
されるレーザビームは、一般に、上記エミッタ101a
が配列される方向(図16中のX方向で、以下、遅軸方
向という)に沿って比較的小さく発散する一方、エミッ
タ101aのp-n接合面に垂直な方向(図16中のY
方向で、以下、速軸方向という)に沿って比較的大きく
発散し、発散の不均一性を有する惧れがあることが知ら
れている。このビーム品質の指標として、例えば、レー
ザビームの発散角が理論限界の何倍であるかをあらわす
2値が用いられる。図16に示す個々のエミッタ10
1aから出力されるレーザビームについては、速軸方向
(図中のY方向)におけるビーム品質が、M2=1であ
り、遅軸方向(図中のX方向)におけるビーム品質は、
2=20である。ところで、M2値が小さいほどビーム
品質が良く、同一ビーム径のビームで比較すると、M2
値が小さいほどビームの発散が小さいことが知られてい
るが、ここでは、遅軸方向において、ビーム品質が悪い
にもかかわらず、その発散は、速軸方向における発散よ
りも小さくなっている。これは、ビーム径が小さいほど
発散が大きくなるためで、これにより、ビーム品質は悪
いがエミッタ101aの幅が100μm程度と大きい遅
軸方向の発散が、ビーム品質は良いがエミッタの幅が1
μm程度と小さい速軸方向の発散よりも小さくなるので
ある。いずれにしても、このような半導体レーザから出
射されるビームは、以上のような大きな異方性を有して
いる。上記レーザ装置100では、ビーム品質の均一化
を図り、半導体レーザアレイ101からのレーザビーム
が、該レーザアレイ101の出力側近傍に配置されたマ
イクロレンズ102によりコリメートされた後に、反射
部103において90°回転させられるようになってい
る。
The laser beam output from the semiconductor laser array 101 generally emits light from the emitter 101a.
16 diverges relatively small along the direction in which are arranged (the X direction in FIG. 16, hereinafter referred to as the slow axis direction), while the direction perpendicular to the pn junction surface of the emitter 101 a (Y direction in FIG. 16).
(Hereinafter, referred to as the fast axis direction), it is known that there is a possibility that the divergence may be relatively large and the divergence may be non-uniform. As an index of the beam quality, for example, an M 2 value indicating how many times the divergence angle of the laser beam is the theoretical limit is used. The individual emitters 10 shown in FIG.
Regarding the laser beam output from 1a, the beam quality in the fast axis direction (Y direction in the figure) is M 2 = 1, and the beam quality in the slow axis direction (X direction in the figure) is:
M 2 = 20. Incidentally, the better the beam quality M 2 value is small, when compared with the beam of the same beam diameter, M 2
It is known that the smaller the value is, the smaller the divergence of the beam is. However, here, the beam divergence is smaller in the slow axis direction than in the fast axis direction despite the poor beam quality. This is because the smaller the beam diameter, the larger the divergence. As a result, the beam quality is poor, but the width of the emitter 101a is as large as about 100 μm in the slow axis direction.
The divergence in the direction of the fast axis, which is as small as about μm, is smaller. In any case, the beam emitted from such a semiconductor laser has a large anisotropy as described above. In the laser device 100, the beam quality is made uniform, and after the laser beam from the semiconductor laser array 101 is collimated by the microlens 102 disposed near the output side of the laser array 101, the laser beam is reflected by the reflecting unit 103 to 90 degrees. ° can be rotated.

【0006】図17に示されるように、上記反射部10
3は、互いに対向して配置された上側及び下側のマイク
ロステップミラー103A及び103Bから構成されて
いる。反射部103に水平方向から入射されるビーム
は、まず、下側のマイクロステップミラー103Bの反
射面103bにおいて垂直上方へ反射される。次に、反
射されたビームは、上側のマイクロステップミラー10
3Aの反射面103aにおいて反射され、水平方向に且
つ反射部103への入射方向に対して垂直方向に出射さ
れる。図17では、反射面103a,103bをこれら
にハッチングを入れて示す。このように、上記反射部1
03では、ビームが、上側及び下側のマイクロステップ
ミラー103A及び103Bにおける2度の反射により
90°回転させられ、その垂直成分と平行成分とが入れ
替えられる。
[0006] As shown in FIG.
Reference numeral 3 denotes upper and lower micro step mirrors 103A and 103B which are arranged to face each other. The beam incident on the reflecting unit 103 from the horizontal direction is first reflected vertically upward on the reflecting surface 103b of the lower microstep mirror 103B. Next, the reflected beam is applied to the upper micro-step mirror 10.
The light is reflected by the reflecting surface 103a of 3A, and is emitted in the horizontal direction and in the direction perpendicular to the direction of incidence on the reflecting portion 103. In FIG. 17, the reflecting surfaces 103a and 103b are shown with hatching. Thus, the reflection unit 1
At 03, the beam is rotated 90 ° by two reflections on the upper and lower microstep mirrors 103A and 103B, and their vertical and parallel components are swapped.

【0007】かかるビーム成分の入れ替え操作により、
垂直成分と平行成分との間に発散度の違いを有する半導
体レーザアレイ102からの出力ビームを各成分につい
て均一化することが可能となり、この後、シリンドリカ
ルレンズ104及び色消レンズ105を介してビームを
集光し光ファイバ106へ結合することができる。この
ようにして、上記半導体レーザ装置100では、半導体
レーザアレイ101と光ファイバ106との間で、良好
な結合効率を実現することができる。尚、図16に示す
ように、遅軸方向に沿って20個のエミッタ101aが
配列されてなる1次元半導体レーザアレイ101を用い
た場合、マイクロステップミラー103を介して得られ
るY方向についてのビーム品質はM2=1×20=20
となり、他方、X方向についてのビーム品質はM2=2
0のままである。この結果、X方向及びY方向のビーム
品質が等方的に変換されることになる。
[0007] By such a beam component exchange operation,
The output beam from the semiconductor laser array 102 having a difference in divergence between the vertical component and the parallel component can be made uniform for each component, and thereafter, the beam is output via the cylindrical lens 104 and the achromatic lens 105. Can be collected and coupled to the optical fiber 106. In this manner, in the semiconductor laser device 100, good coupling efficiency can be realized between the semiconductor laser array 101 and the optical fiber 106. As shown in FIG. 16, when a one-dimensional semiconductor laser array 101 in which 20 emitters 101a are arranged along the slow axis direction is used, a beam in the Y direction obtained through a microstep mirror 103 is used. The quality is M 2 = 1 × 20 = 20
On the other hand, the beam quality in the X direction is M 2 = 2
It remains at 0. As a result, the beam qualities in the X and Y directions are isotropically converted.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前述したような従来の
レーザ装置101においては、ビーム整形の光学系であ
るマイクロステップミラー103が形状について複雑
で、また、高価であった。更に、マイクロステップミラ
ー103の境界面において散乱ロスが発生し、1次元半
導体レーザアレイの1cmバーによる直径400μmの
光ファイバへのビーム出力の伝送効率は最大でも70%
程度となり、エネルギー利用効率の比較的悪いレーザ装
置となるなどの問題があった。
In the conventional laser apparatus 101 as described above, the micro-step mirror 103, which is an optical system for beam shaping, is complicated in shape and expensive. Further, scattering loss occurs at the boundary surface of the microstep mirror 103, and the transmission efficiency of the beam output to the optical fiber having a diameter of 400 μm by the 1 cm bar of the one-dimensional semiconductor laser array is at most 70%.
And the laser device has a relatively low energy use efficiency.

【0009】また、更に、上記レーザ装置101に内蔵
されるレーザ発振源としては、図18に示すような、1
次元的に配列されたエミッタ110aがY方向(速軸方
向)に沿って複数層積層されてなる2次元半導体レーザ
アレイ110を用いてもよいが、この場合には、更に、
マイクロステップミラーの構成が複雑なものとなり、コ
ストや散乱ロスの更なる増加を招来することとなる。
Further, as a laser oscillation source built in the laser device 101, as shown in FIG.
A two-dimensional semiconductor laser array 110 in which a plurality of dimensionally arranged emitters 110a are stacked along the Y direction (fast axis direction) may be used. In this case, furthermore,
The configuration of the micro step mirror becomes complicated, which leads to a further increase in cost and scattering loss.

【0010】本発明は、上記の技術的課題に鑑みてなさ
れたもので、比較的安価で且つ一般的な構成部品を使用
可能であるとともに、レーザ発振源から外部への一層良
好な伝送効率を実現し得るレーザ装置及びそれを用いた
レーザ加工装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above technical problems, and it is possible to use relatively inexpensive and general components and to improve transmission efficiency from a laser oscillation source to the outside. An object of the present invention is to provide a laser device that can be realized and a laser processing device using the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本願の第1の発明は、レ
ーザ発振源による出力ビームを光ファイバを介して外部
へ伝送するレーザ装置であって、複数のエミッタを備え
た半導体レーザと、上記半導体レーザから出射されたレ
ーザ光を集光する光学系と、上記光学系により集光され
たレーザ光を一端側で受光し外部へ伝送する光ファイバ
とを有していることを特徴としたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser device for transmitting an output beam from a laser oscillation source to the outside via an optical fiber, comprising: a semiconductor laser having a plurality of emitters; Characterized by having an optical system for condensing laser light emitted from a semiconductor laser, and an optical fiber for receiving the laser light condensed by the optical system at one end side and transmitting the laser light to the outside It is.

【0012】また、本願の第2の発明は、上記第1の発
明において、上記光ファイバが、屈折率分布型の光ファ
イバであることを特徴としたものである。
Further, a second invention of the present application is the invention according to the first invention, wherein the optical fiber is a refractive index distribution type optical fiber.

【0013】更に、本願の第3の発明は、上記第2の発
明において、上記半導体レーザ内の活性層に垂直な方向
及び平行な方向における該屈折率分布型光ファイバの入
射端面近傍のビームウエスト直径が、上記垂直方向及び
平行方向について、それぞれ、φ0 fast,φ0 slowと表
わされ、また、レーザ光のビーム拡がり全角が、上記垂
直方向及び平行方向について、それぞれ、2θfast、2
θslowと表わされ、更に、上記屈折率分布型光ファイバ
のコア部の直径がφcであり、該コア部の中央の屈折率
がn0であり、また、更に、該ファイバコア中央とコア
外周部の屈折率の差がΔnである場合に、上記屈折率分
布型光ファイバへ入射させられる際の上記垂直方向及び
平行な方向についてのビーム直径φin fast,φin slow
が、 と設定されることを特徴としたものである。
In a third aspect of the present invention, in the second aspect, the beam waist near the incident end face of the graded index optical fiber in a direction perpendicular to and parallel to the active layer in the semiconductor laser. The diameters are expressed as φ 0 · fast and φ 0 · slow in the vertical direction and the parallel direction, respectively, and the full angle of the beam spread of the laser beam is 2θ fast in the vertical direction and the parallel direction, respectively. 2
represented as theta slow, further, the diameter of the core portion of the graded-index optical fiber is the phi c, the refractive index of the center of the core portion is n 0, also further and the fiber core center When the difference between the refractive indices of the outer peripheral portion of the core is Δn, the beam diameters φ in · fast and φ in · slow in the vertical direction and the parallel direction when the light is incident on the refractive index distribution type optical fiber.
But, Is set.

【0014】また、更に、本願の第4の発明は、上記第
1〜第3の発明のいずれか一において、上記半導体レー
ザにおいて、複数のエミッタが1次元的に配列されてい
ることを特徴としたものである。
Furthermore, a fourth invention of the present application is the semiconductor laser according to any one of the first to third inventions, wherein a plurality of emitters are one-dimensionally arranged in the semiconductor laser. It was done.

【0015】また、更に、本願の第5の発明は、上記第
1〜第3の発明のいずれか一において、上記半導体レー
ザにおいて、複数のエミッタが2次元的に配列されてい
ることを特徴としたものである。
Furthermore, a fifth invention of the present application is the semiconductor laser according to any one of the first to third inventions, wherein a plurality of emitters are two-dimensionally arranged in the semiconductor laser. It was done.

【0016】また、更に、本願の第6の発明は、上記第
4又は第5の発明において、上記半導体レーザにおける
複数のエミッタが組分けされ、該エミッタの各組に対応
して、上記光学系及び光ファイバが複数設けられてお
り、上記半導体レーザから出射されるレーザ光を分離し
て伝送可能であることを特徴としたものである。
Further, according to a sixth invention of the present application, in the fourth or fifth invention, a plurality of emitters in the semiconductor laser are grouped, and the optical system corresponds to each group of the emitters. And a plurality of optical fibers, and the laser light emitted from the semiconductor laser can be separated and transmitted.

【0017】また、更に、本願の第7の発明は、所定の
レーザ装置から供給されるレーザ光を集光する光学系を
備え、集光されたレーザ光を用いてレーザ加工を行なう
ように構成されたレーザ加工装置において、上記請求項
1〜請求項6のいずれか一に記載のレーザ装置を装備し
ていることを特徴としたものである。
Further, the seventh invention of the present application is provided with an optical system for condensing laser light supplied from a predetermined laser device, and performing laser processing using the condensed laser light. A laser processing apparatus provided with the laser apparatus according to any one of the first to sixth aspects.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。 実施の形態1.図1に、この発明の実施の形態1に係る
レーザ加工装置の構成を概略的に示す。このレーザ加工
装置1は、レーザ発振源(図2参照)からのレーザ光を
光ファイバ2を介して外部へ伝送するレーザ装置10
と、上記光ファイバ2を介して伝送されたレーザ光を集
光し、被加工物9に対して照射する加工ヘッド3とを有
している。加工ヘッド3は、同一の光軸を有するように
配置されたビーム照準用のコリメートレンズ4と加工レ
ンズ5とを備え、これらのレンズにより集光されたレー
ザ光を被加工物9へ向けて出射する。また、この加工ヘ
ッド3には、作業に際して、アシストガス管8から送気
されるアシストガスを被加工物9に吹き付けるためのノ
ズル6が設けられている。かかる構成を備えたレーザ加
工装置1では、作業台上に保持される被加工物9の上方
で、所定の駆動部材(不図示)により加工ヘッド3が任
意に駆動させられるようになっており、所望の位置で、
レーザ装置10により生成されたレーザ光が光ファイバ
2を通じて加工ヘッド3に供給され、加工ヘッド3から
被加工物9へ出射されることにより、被加工物9が所定
の箇所について加工される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 schematically shows a configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The laser processing apparatus 1 includes a laser apparatus 10 for transmitting a laser beam from a laser oscillation source (see FIG. 2) to the outside via an optical fiber 2.
And a processing head 3 for condensing the laser beam transmitted via the optical fiber 2 and irradiating the laser beam to the workpiece 9. The processing head 3 includes a collimating lens 4 for beam aiming and a processing lens 5 arranged so as to have the same optical axis, and emits laser light condensed by these lenses toward the workpiece 9. I do. In addition, the processing head 3 is provided with a nozzle 6 for blowing an assist gas sent from an assist gas pipe 8 to the workpiece 9 during operation. In the laser processing apparatus 1 having such a configuration, the processing head 3 can be arbitrarily driven by a predetermined driving member (not shown) above the workpiece 9 held on the worktable. At the desired position,
The laser beam generated by the laser device 10 is supplied to the processing head 3 through the optical fiber 2 and is emitted from the processing head 3 to the workpiece 9, whereby the workpiece 9 is processed at a predetermined position.

【0019】図2は、上記レーザ加工装置1に装備され
たレーザ装置10の構成を概略的に示す斜視図である。
このレーザ装置10は、レーザ光出射面側で1次元的に
配列された複数の半導体レーザ発光部(以下、エミッタ
という)12を有する半導体レーザアレイ11と、該半
導体レーザアレイ11から出力されたレーザ光を集光す
る光学系13と、該光学系13により集光された光をそ
の一端側にて受光する光ファイバ2とを有している。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the laser device 10 provided in the laser processing device 1. As shown in FIG.
The laser device 10 includes a semiconductor laser array 11 having a plurality of semiconductor laser light emitting units (hereinafter, referred to as emitters) 12 arranged one-dimensionally on a laser light emitting surface side, and a laser output from the semiconductor laser array 11. It has an optical system 13 for condensing light, and an optical fiber 2 for receiving the light condensed by the optical system 13 at one end thereof.

【0020】上記半導体レーザアレイ11におけるエミ
ッタ12は、各活性層99におけるレーザの取出し口を
なしている。また、上記光学系13は、略蒲鉾形のレン
ズ13A,13B及び凸レンズ13Cから構成されるも
ので、上記半導体レーザアレイ11に近い側から上記の
順で、同一の光軸14を有するように配置されている。
更に、光ファイバ2の一端部が、これら3つのレンズの
光軸14上に位置決めされている。
The emitter 12 in the semiconductor laser array 11 forms a laser output port in each active layer 99. The optical system 13 is composed of substantially semi-cylindrical lenses 13A and 13B and a convex lens 13C. The optical system 13 is arranged so as to have the same optical axis 14 in the above order from the side closer to the semiconductor laser array 11. Have been.
Further, one end of the optical fiber 2 is positioned on the optical axis 14 of these three lenses.

【0021】なお、この実施の形態1では、加工ヘッド
3への導光路である光ファイバ2として、ビーム品質の
劣化の比較的少ない導波特性に基づき、屈折率分布型の
光ファイバを用いるようにした。しかしながら、これに
限定されるものでなく、例えばコアの半径に対してその
屈折率が一定であるステップインデックス型の光ファイ
バを用いてもよい。また、上記光学系13としては、一
般に市販されている安価なものを使用可能である。
In the first embodiment, an optical fiber of a refractive index distribution type is used as the optical fiber 2 serving as a light guide path to the processing head 3 based on the waveguide characteristic with relatively little deterioration in beam quality. I did it. However, the present invention is not limited to this. For example, a step index type optical fiber whose refractive index is constant with respect to the radius of the core may be used. In addition, as the optical system 13, an inexpensive one that is generally commercially available can be used.

【0022】かかる構成を備えたレーザ装置10による
レーザ光の伝送動作について説明する。まず、上記半導
体レーザアレイ11における複数のエミッタ12からレ
ーザ光が出力されると、そのほぼ全てが上記光学系13
へ入射する。詳しくは後述するが、このとき、エミッタ
12から出力されるレーザ光L0は異方性を有し、活性
層99に垂直な方向及び平行な方向において、それぞれ
異なる発散度で伝播しつつ、光学系13へ入射する。そ
の後、レーザ光は、光学系13のレンズ13A,13B
及び13Cを介して集光され、上記光学系13から出射
させられる。これにより、レーザ光L1は、異方性を有
した状態で、光ファイバ2の一端側より入射することに
なる。異方性を有するレーザ光L1は、上記光ファイバ
2内を通過することにより、等方性を有する品質のレー
ザ光L2に変換される。かかるレーザ光の伝送動作は、
図3に示すように、エミッタ単位で考慮した場合にも同
様である。
The operation of transmitting laser light by the laser device 10 having the above configuration will be described. First, when laser light is output from the plurality of emitters 12 in the semiconductor laser array 11, almost all of the
Incident on. As will be described in detail later, at this time, the laser light L 0 output from the emitter 12 has anisotropy, and propagates with different divergence in a direction perpendicular to the active layer 99 and in a direction parallel thereto. The light enters the system 13. Thereafter, the laser light is applied to the lenses 13A and 13B of the optical system 13.
And 13C, and is emitted from the optical system 13. As a result, the laser light L 1 enters from one end of the optical fiber 2 in a state having anisotropy. The laser light L 1 having anisotropy is converted into laser light L 2 having isotropic quality by passing through the optical fiber 2. The operation of transmitting the laser light is as follows.
As shown in FIG. 3, the same applies to the case where consideration is given for each emitter.

【0023】次に、上記半導体レーザアレイ11におけ
るエミッタ12のビーム発散特性について、単一のエミ
ッタを取り上げて説明する。尚、この説明では、上記光
ファイバ2として、屈折率分布型の光ファイバを用いる
ことを前提とする。前述したように、エミッタ12より
出力されるレーザ光は異方性を有し、上記活性層99に
垂直な方向及び平行な方向において、それぞれ異なる発
散度で伝播しつつ、光学系13へ入射する。図4及び図
5は、それぞれ、活性層99の垂直方向および平行方向
におけるビーム発散の状態をあらわす図である。これら
の図からよく分かるように、エミッタ12によるビーム
発散度は、通常、活性層99に対して垂直な方向におい
て比較的大きく、他方、平行方向において比較的小さ
い。尚、以下では、前者及び後者の方向を、それぞれ、
速軸方向,遅軸方向という。
Next, the beam divergence characteristics of the emitter 12 in the semiconductor laser array 11 will be described with reference to a single emitter. In this description, it is assumed that a refractive index distribution type optical fiber is used as the optical fiber 2. As described above, the laser light output from the emitter 12 has anisotropy, and is incident on the optical system 13 while propagating with different divergence in directions perpendicular and parallel to the active layer 99, respectively. . FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing the state of beam divergence in the vertical direction and the parallel direction of the active layer 99, respectively. As can be seen from these figures, the beam divergence due to the emitter 12 is typically relatively large in the direction perpendicular to the active layer 99, while relatively small in the parallel direction. In the following, the directions of the former and the latter, respectively,
They are called fast axis direction and slow axis direction.

【0024】上記エミッタ12より速軸方向及び遅軸方
向について異なる発散度で出力されたレーザ光L1は、
図4及び図5に示されるように、光学系13におけるレ
ンズ13A,13B及び13Cを介して集光され、光フ
ァイバ2の一端側へ入射させられる。図6に、光ファイ
バ2の一端面における入射レーザ光の形状を示す。この
図6から分かるように、屈折率分光型光ファイバ2のコ
ア部2aの直径はφcである。このとき、上記速軸方向
及び遅軸方向における入射レーザ光L1の直径
φin fast,φin slowは、それぞれ、 で表わされる範囲内にある。但し、ここでは、φ0 fast
及びφ0 slowが、それぞれ、速軸方向及び遅軸方向にお
ける屈折率分布型光ファイバ入射端面近傍のビームウエ
スト直径であり、2θfast,2θslowが、それぞれ、速
軸方向及び遅軸方向におけるレーザ光のビーム拡がり全
角である。また、n0はコア部2aの中央の屈折率であ
り、更に、Δnは、コア部2aの中央とコア外周部2b
(図6参照)との屈折率の差である。なお、上記屈折率
分布型光ファイバ2の一般的な屈折率分布として、図7
に、中心からの距離と屈折率との関係を示す。
The laser light L 1 output from the emitter 12 at different divergence in the fast axis direction and the slow axis direction is
As shown in FIGS. 4 and 5, the light is condensed through lenses 13A, 13B, and 13C in the optical system 13 and is incident on one end of the optical fiber 2. FIG. 6 shows the shape of the incident laser light on one end surface of the optical fiber 2. As can be seen from Figure 6, the diameter of the core part 2a of the refractive index spectral optical fiber 2 is phi c. At this time, the diameters φ in · fast and φ in · slow of the incident laser light L 1 in the fast axis direction and the slow axis direction are respectively Within the range represented by However, here, φ 0 · fast
And φ 0 · slow are the beam waist diameters near the incident end face of the gradient index optical fiber in the fast axis direction and the slow axis direction, respectively, and 2θ fast and 2θ slow are in the fast axis direction and the slow axis direction, respectively. The beam spread of the laser beam is full angle. Further, n 0 is the refractive index at the center of the core 2a, and Δn is the center of the core 2a and the outer periphery 2b of the core.
(See FIG. 6). FIG. 7 shows a general refractive index distribution of the gradient index optical fiber 2.
Shows the relationship between the distance from the center and the refractive index.

【0025】図6に示すように、ビーム形状に異方性の
あるレーザ光4を上記範囲内の条件で屈折率分布型光フ
ァイバ2の一端側に入射させた場合、屈折率分布型光フ
ァイバ2の他端側から出射するレーザ光L2は、図8に
示すように、等方性を有する直径φoutのレーザ光とな
る。このとき、屈折率分布型光ファイバ2に入射する前
の速軸方向についての品質をM2 fast、遅軸方向につい
ての品質をM2 slowとすると、屈折率分布型光ファイバ
7から出射するビームの品質M2 outは、図9に示す通り
である。この図9から分かるように、屈折率分布型光フ
ァイバ2への入射ビーム直径が0.5φs〜2.0φs
範囲において、 の範囲におけるビーム品質M2 outが得られる。
As shown in FIG. 6, when a laser beam 4 having an anisotropic beam shape is incident on one end side of the gradient index optical fiber 2 under the above-mentioned range, the gradient index optical fiber 2 the laser beam L 2 emitted from the second end side, as shown in FIG. 8, a laser beam of diameter phi out with isotropic. At this time, if the quality in the fast axis direction before entering the gradient index optical fiber 2 is M 2 fast and the quality in the slow axis direction is M 2 slow , the beam emitted from the gradient index optical fiber 7 is assumed. quality M 2 out of is as shown in FIG. As can be seen from FIG. 9, in the range incident beam diameter of 0.5φ s ~2.0φ s to the gradient index optical fiber 2, The beam quality M 2 out in the range is obtained.

【0026】上記の説明では、異方性を有するレーザ光
に光ファイバ2を介して等方性をもたせる伝送動作を単
一のエミッタ12について説明したが、図2に示すよう
な、半導体レーザアレイ11内で1次元的に配列された
複数のエミッタ12を1群としてとらえた場合、その伝
送動作は、前述した単一のエミッタ12の伝送動作と同
様であり、同様の効果が得られる。
In the above description, the transmission operation for making the laser light having anisotropy isotropic via the optical fiber 2 has been described for the single emitter 12. However, as shown in FIG. When a plurality of emitters 12 arranged one-dimensionally in 11 are considered as one group, the transmission operation is the same as the transmission operation of the single emitter 12 described above, and the same effect is obtained.

【0027】以上のように、レーザ装置10では、異方
性を有するレーザ光L0を集光した上で光ファイバ2に
入射させ、該光ファイバ2を介してレーザ光を等方性を
有するように変換することにより、半導体レーザアレイ
11と外部との間で良好なレーザ光伝送効率を実現する
ことができる。本願発明者が行った実験では、前述した
レーザ装置10を用いた場合、常時、90%以上の伝送
効率を得ることができた。また、このレーザ装置10で
は、光学系13として、一般に市販される比較的安価な
ものを使用することができるので、製造コストの削減を
図ることが可能である。
As described above, in the laser device 10, the laser beam L 0 having anisotropy is condensed and made incident on the optical fiber 2, and the laser beam is isotropic via the optical fiber 2. With such conversion, good laser light transmission efficiency between the semiconductor laser array 11 and the outside can be realized. In an experiment conducted by the inventor of the present application, when the above-described laser device 10 was used, a transmission efficiency of 90% or more could always be obtained. Further, in the laser device 10, a relatively inexpensive device that is generally commercially available can be used as the optical system 13, so that manufacturing costs can be reduced.

【0028】図1に示すレーザ加工装置1では、レーザ
装置10において、半導体レーザアレイ11から出射さ
れる異方性を有するレーザ光を集光して光ファイバ2へ
入射させ、光ファイバ2を介して等方性を有するように
変換した上で、上記加工ヘッド3へ供給することによ
り、半導体レーザアレイ11と加工ヘッド3との間で良
好な伝送効率を実現することができる。この結果、レー
ザ加工装置1のエネルギー利用効率を著しく向上させる
ことができる。また、本実施の形態1では、前述したよ
うに、加工ヘッド3にレーザ光を集光し被加工物9に指
向させる加工レンズ5が設けられており、上記光ファイ
バ2を介して等方性を有するように変換されたビーム
を、上記加工レンズ5により更に変換,整形することに
よって、一層等方性に富んだレーザ光が得られることに
なる。この結果として、高品質のレーザ加工を高速で行
なうことが可能となる。
In the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1, laser light having anisotropy emitted from the semiconductor laser array 11 is condensed and incident on the optical fiber 2 in the laser apparatus 10, By supplying the laser beam to the processing head 3 after converting the data to have isotropic properties, good transmission efficiency between the semiconductor laser array 11 and the processing head 3 can be realized. As a result, the energy use efficiency of the laser processing device 1 can be significantly improved. In the first embodiment, as described above, the processing head 5 is provided with the processing lens 5 for condensing the laser beam and directing the laser light to the workpiece 9. By further converting and shaping the beam converted so as to have the above by the processing lens 5, more isotropic laser light can be obtained. As a result, high-quality laser processing can be performed at high speed.

【0029】以下、本発明の他の実施の形態について、
添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に
おいては、前述した実施の形態1における場合と同じも
のには、同一の符号を付し、それ以上の説明は省略す
る。 実施の形態2.図10は、本発明の実施の形態2に係る
レーザ装置の構成を示す斜視図である。このレーザ装置
20は、基本的な構成は前述した実施の形態1と同じで
あるが、この実施の形態2では、半導体レーザアレイ2
1において、複数のエミッタ22が、例えば図2に示す
ような1次元的に配列されたエミッタが更に複数層をな
して積み重ねられることにより、2次元的に配列されて
いる。この場合には、前述した実施の形態1における場
合と同様に、半導体レーザアレイ21から出射されるレ
ーザ光L10及び光学系13により集光されたレーザ光L
11が異方性を有しており、光ファイバ2を介して等方性
を有するレーザ光L12が得られる。これにより、このレ
ーザ装置20を例えば図1に示すようなレーザ加工装置
1において採用した場合には、半導体レーザアレイ11
と加工ヘッド3との間で良好な伝送効率を実現すること
ができる。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and further description is omitted. Embodiment 2 FIG. FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of a laser device according to Embodiment 2 of the present invention. The basic configuration of this laser device 20 is the same as that of the above-described first embodiment.
In FIG. 1, a plurality of emitters 22 are two-dimensionally arranged by, for example, one-dimensionally arranged emitters as shown in FIG. In this case, as in the case of the first embodiment, the laser light L 10 emitted from the semiconductor laser array 21 and the laser light L
11 has anisotropy, the laser light L 12 having isotropic through the optical fiber 2 is obtained. Thus, when this laser device 20 is employed in, for example, the laser processing device 1 as shown in FIG.
Good transmission efficiency can be realized between the head and the processing head 3.

【0030】実施の形態3.図11は、本発明の実施の
形態3に係るレーザ装置の構成を示す斜視図である。こ
のレーザ装置30では、半導体レーザアレイ31におい
て1次元的に配列された複数のエミッタ32が3つの組
(この実施の形態では、それぞれ3つのエミッタを含
む)に組分けされ、エミッタ32の各組に対応して、複
数の光ファイバ2が設けられている。また、光学系33
では、各レンズ33A,33B及び33Cについて、エ
ミッタ32の各組に対応し得る設計がなされている。
Embodiment 3 FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a laser device according to Embodiment 3 of the present invention. In this laser device 30, a plurality of emitters 32 arranged one-dimensionally in a semiconductor laser array 31 are divided into three sets (in this embodiment, each including three emitters). , A plurality of optical fibers 2 are provided. Also, the optical system 33
Thus, each lens 33A, 33B and 33C is designed to be compatible with each set of the emitters 32.

【0031】かかるレーザ装置30によるレーザ光の伝
送動作は、エミッタ32の各組について、前述した実施
の形態1における場合と同様であり、まず、半導体レー
ザアレイ31におけるエミッタ32の各組から異方性を
有するレーザ光L30が出射されると、それぞれ、光学系
33において対応するレンズ33A,33B及び33C
により集光され、各光ファイバ2の一端側に入射させら
れる。入射レーザ光L 31は、それぞれ、光ファイバ2を
介して、等方性を有するレーザ光L32に変換され、光フ
ァイバ2の他端側より外部へ出射される。出射される複
数のレーザ光L 32は、それぞれ別々に利用可能である。
このように、半導体レーザアレイ31から出射される比
較的広い幅を備えたレーザ光を分離し、複数の光ファイ
バ2を介して等方性を有するように変換することによ
り、半導体レーザアレイ31から外部へのレーザ光伝送
効率を十分良好に維持することができる。
The transmission of laser light by the laser device 30 is described.
The sending operation is performed for each set of the emitters 32 as described above.
First, a semiconductor laser is used.
Anisotropy from each set of emitters 32 in the array 31
Having laser light L30Are emitted, the optical system
The corresponding lenses 33A, 33B and 33C at 33
And is incident on one end of each optical fiber 2.
It is. Incident laser light L 31Respectively connect the optical fiber 2
Laser beam L having isotropic properties32Is converted to
The light is emitted from the other end of the fiber 2 to the outside. Emitted
Number of laser light L 32Are available separately from each other.
Thus, the ratio emitted from the semiconductor laser array 31 is
Separates a laser beam with a relatively wide width and
By transforming it to be isotropic via
Laser light transmission from the semiconductor laser array 31 to the outside
The efficiency can be maintained sufficiently well.

【0032】実施の形態4.図12は、本発明の実施の
形態4に係るレーザ装置の構成を示す斜視図である。こ
のレーザ装置40は、基本的な構成は前述した実施の形
態3と同じであるが、この実施の形態4では、複数の光
ファイバ2をそのレーザ光出射側で束ねることにより、
出射されるレーザ光L42を単一のビームとして利用する
ようにしている。このレーザ装置40では、前述した実
施の形態3における場合と同様に、半導体レーザアレイ
31から外部へのレーザ光伝送効率を十分良好に維持す
ることができるとともに、更に、出射されるレーザ光L
42が単一にまとめられてなることにより、比較的強度の
大きいレーザ光が得られる。
Embodiment 4 FIG. FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a laser device according to Embodiment 4 of the present invention. The laser device 40 has the same basic configuration as that of the above-described third embodiment. However, in this fourth embodiment, by bundling a plurality of optical fibers 2 on the laser light emission side,
The laser light L 42 emitted is to be used as a single beam. In the laser device 40, similarly to the above-described third embodiment, the efficiency of transmitting the laser light from the semiconductor laser array 31 to the outside can be sufficiently maintained, and further, the emitted laser light L
The laser light having a relatively high intensity can be obtained by combining the 42 with one.

【0033】実施の形態5.図13は、本発明の実施の
形態5に係るレーザ装置の構成を示す斜視図である。こ
のレーザ装置50は、基本的な構成は前述した実施の形
態3と同じであるが、この実施の形態5では、半導体レ
ーザアレイ51において、複数のエミッタ52が、例え
ば図2に示すような1次元的に配列されたエミッタが更
に複数層をなして積み重ねられることにより、2次元的
に配列されている。
Embodiment 5 FIG. FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a laser device according to Embodiment 5 of the present invention. The basic configuration of this laser device 50 is the same as that of the above-described third embodiment. However, in the fifth embodiment, in the semiconductor laser array 51, a plurality of emitters 52 are arranged, for example, as shown in FIG. The two-dimensionally arranged emitters are further stacked in a plurality of layers to form a two-dimensionally arranged emitter.

【0034】このレーザ装置50による伝送動作は、前
述した実施の形態3における場合と同様であり、エミッ
タ52の各組から異方性を有するレーザ光L50が出射さ
れると、それぞれ、光学系53において対応するレンズ
53A,53B及び53Cにより集光され、各光ファイ
バ2の一端側に入射させられる。入射レーザ光L51は、
それぞれ、光ファイバ2を介して、等方性を有するレー
ザ光L52に変換され、光ファイバ2の他端側より外部へ
出射される。出射される複数のレーザ光L52は、それぞ
れ別々に利用可能である。半導体レーザアレイ51から
出射される比較的広い幅及び高さを備えたレーザ光を分
離し、複数の光ファイバ2を介して等方性を有するよう
に変換することにより、半導体レーザアレイ51から外
部へのレーザ光伝送効率を十分良好に維持することがで
きる。
The transmission operation by the laser device 50 is the same as that in the third embodiment described above. When the laser beam L 50 having anisotropy is emitted from each set of the emitters 52, the optical system At 53, the light is condensed by the corresponding lenses 53A, 53B and 53C, and made incident on one end of each optical fiber 2. The incident laser light L51 is
Respectively through the optical fiber 2 is converted into laser light L 52 having isotropic, being emitted from the other end of the optical fiber 2 to the outside. A plurality of laser light L 52 emitted is available separately from each other. By separating the laser light having a relatively wide width and height emitted from the semiconductor laser array 51 and converting the laser light to have isotropic properties through the plurality of optical fibers 2, the laser light is separated from the semiconductor laser array 51. Laser light transmission efficiency can be sufficiently maintained.

【0035】実施の形態6.図14は、本発明の実施の
形態6に係るレーザ装置の構成を示す斜視図である。こ
のレーザ装置60は、基本的な構成は前述した実施の形
態5と同じであるが、この実施の形態5では、複数の光
ファイバ2をそのレーザ光出射側で束ねることにより、
出射されるレーザ光L62を単一のビームとして利用する
ようにしている。このレーザ装置60では、前述した実
施の形態5における場合と同様に、半導体レーザアレイ
51から外部へのレーザ光伝送効率を十分良好に維持す
ることができるとともに、更に、出射されるレーザ光L
62が単一にまとめられてなることにより、比較的強度の
大きいレーザ光が得られる。
Embodiment 6 FIG. FIG. 14 is a perspective view showing a configuration of a laser device according to Embodiment 6 of the present invention. The laser device 60 has the same basic configuration as that of the above-described fifth embodiment. However, in the fifth embodiment, a plurality of optical fibers 2 are bundled on the laser light emission side,
The laser light L 62 emitted is to be used as a single beam. In the laser device 60, similarly to the case of the above-described fifth embodiment, the laser light transmission efficiency from the semiconductor laser array 51 to the outside can be maintained sufficiently high, and further, the emitted laser light L
By combining 62 in a single unit, a laser beam having relatively high intensity can be obtained.

【0036】なお、本発明は、例示された実施の形態に
限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々の改良及び設計上の変更が可能であるこ
とは言うまでもない。
The present invention is not limited to the illustrated embodiment, and it goes without saying that various improvements and design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】本願の請求項1の発明によれば、複数の
エミッタを備えた半導体レーザと、上記半導体レーザか
ら出射されたレーザ光を集光する光学系と、上記光学系
により集光されたレーザ光を一端側で受光し外部へ伝送
する光ファイバとを有しているおり、異方性を有するレ
ーザ光を集光した上で光ファイバに入射させ、該光ファ
イバを介してレーザ光を等方性を有するように変換する
ことにより、半導体レーザと外部との間で良好なレーザ
光伝送効率を実現することができる。また、上記光学系
としては、一般に市販される比較的安価なものを使用す
ることができるので、製造コストの削減を図ることが可
能である。
According to the first aspect of the present invention, a semiconductor laser having a plurality of emitters, an optical system for condensing laser light emitted from the semiconductor laser, and a laser beam condensed by the optical system And an optical fiber for receiving the laser light at one end and transmitting the laser light to the outside. The laser light having anisotropy is condensed and incident on the optical fiber, and the laser light is transmitted through the optical fiber. Is converted to have isotropic properties, so that good laser light transmission efficiency between the semiconductor laser and the outside can be realized. In addition, as the optical system, a relatively inexpensive optical system that is generally commercially available can be used, so that manufacturing costs can be reduced.

【0038】また、本願の請求項2の発明によれば、上
記光ファイバとして、屈折率分布型の光ファイバが用い
られるので、ビーム品質の劣化を抑制することができ
る。
Further, according to the invention of claim 2 of the present application, since a refractive index distribution type optical fiber is used as the optical fiber, deterioration of beam quality can be suppressed.

【0039】更に、本願の請求項3の発明によれば、上
記半導体レーザ内の活性層に垂直な方向及び平行な方向
における該屈折率分布型光ファイバの入射端面近傍のビ
ームウエスト直径が、上記垂直方向及び平行方向につい
て、それぞれ、φ0 fast,φ 0 slowと表わされ、また、
レーザ光のビーム拡がり全角が、上記垂直方向及び平行
方向について、それぞれ、2θfast、2θslowと表わさ
れ、更に、上記屈折率分布型光ファイバのコア部の直径
がφcであり、該コア部の中央の屈折率がn0であり、ま
た、更に、該ファイバコア中央とコア外周部の屈折率の
差がΔnである場合に、上記屈折率分布型光ファイバへ
入射させられる際の上記垂直方向及び平行な方向につい
てのビーム直径φin fast,φin slowが、 と設定されるので、半導体レーザから出射された異方性
を備えたレーザ光を、屈折率分布型の光ファイバにより
等方性を有するレーザ光に効率的に変換することができ
る。この結果、半導体レーザと外部との間で一層良好な
レーザ光伝送効率を実現することができる。
Further, according to the invention of claim 3 of the present application,
Direction perpendicular and parallel to the active layer in the semiconductor laser
Near the entrance end face of the graded index optical fiber at
The waist diameter in the vertical and parallel directions
And, respectively, φ0 fast, Φ 0 slowAnd
The full angle of the beam spread of the laser beam is
For each direction, 2θfast, 2θslowExpressed
And the diameter of the core of the gradient index optical fiber.
Is φcAnd the refractive index at the center of the core portion is n0And
Further, the refractive indices of the center of the fiber core and the outer periphery of the core are determined.
When the difference is Δn, the refractive index distribution type optical fiber
Regarding the above vertical and parallel directions when
Beam diameter φin fast, Φin slowBut, The anisotropy emitted from the semiconductor laser
Laser light with a refractive index distribution type optical fiber
Efficient conversion to isotropic laser light
You. As a result, a better connection between the semiconductor laser and the outside is obtained.
Laser light transmission efficiency can be realized.

【0040】また、更に、本願の請求項4の発明によれ
ば、上記半導体レーザにおいて、複数のエミッタが1次
元的に配列されており、より大きな半導体レーザからの
出力を利用することができる。
Further, according to the invention of claim 4 of the present application, in the semiconductor laser, a plurality of emitters are arranged one-dimensionally, so that the output from a larger semiconductor laser can be used.

【0041】また、更に、本願の請求項5の発明によれ
ば、上記半導体レーザにおいて、複数のエミッタが2次
元的に配列されているので、更に大きな半導体レーザか
らの出力を利用することができる。
Further, according to the invention of claim 5 of the present application, in the semiconductor laser, a plurality of emitters are two-dimensionally arranged, so that a larger output from the semiconductor laser can be used. .

【0042】また、更に、本願の請求項6の発明によれ
ば、上記半導体レーザにおける複数のエミッタが組分け
され、該エミッタの各組に対応して、上記光学系及び光
ファイバが複数設けられており、上記半導体レーザから
出射されるレーザ光を分離して、各レーザ光を複数の光
ファイバを介して等方性を有するように変換することに
より、半導体レーザから外部へのレーザ光伝送効率を十
分良好に維持することができる。
Further, according to the invention of claim 6 of the present application, a plurality of emitters in the semiconductor laser are grouped, and a plurality of optical systems and optical fibers are provided corresponding to each group of the emitters. By separating the laser light emitted from the semiconductor laser and converting each laser light to have isotropic properties through a plurality of optical fibers, the efficiency of laser light transmission from the semiconductor laser to the outside is improved. Can be maintained sufficiently satisfactorily.

【0043】また、更に、本願の請求項7の発明によれ
ば、所定のレーザ装置から供給されるレーザ光を集光す
る光学系を備え、集光されたレーザ光を用いてレーザ加
工を行なうように構成されたレーザ加工装置において、
本願の請求項1〜請求項6のいずれか一に記載のレーザ
装置を装備しており、レーザ装置において、半導体レー
ザから出射される異方性を有するレーザ光を集光して光
ファイバへ入射させ、光ファイバを介して等方性を有す
るように変換した上で、加工ヘッドへ供給することによ
り、半導体レーザと加工ヘッドとの間で良好な伝送効率
を実現することができる。この結果、レーザ加工装置の
エネルギー利用効率を著しく向上させることができる。
また、この発明によれば、加工ヘッドにレーザ光を集光
する光学系が設けられており、上記光ファイバを介して
等方性を有するように変換されたビームを、光学系によ
り更に変換,整形することによって、一層等方性に富ん
だレーザ光が得られることになる。この結果、高品質の
レーザ加工を高速で行なうことが可能となる。
Further, according to the invention of claim 7 of the present application, an optical system for condensing laser light supplied from a predetermined laser device is provided, and laser processing is performed using the condensed laser light. In the laser processing apparatus configured as described above,
The laser device according to any one of claims 1 to 6 of the present application is provided, and in the laser device, laser light having anisotropy emitted from a semiconductor laser is condensed and incident on an optical fiber. Then, after being converted to have isotropy via an optical fiber and then supplied to the processing head, good transmission efficiency can be realized between the semiconductor laser and the processing head. As a result, the energy utilization efficiency of the laser processing device can be significantly improved.
Further, according to the present invention, the processing head is provided with an optical system for condensing the laser beam, and the beam converted to have isotropic properties via the optical fiber is further converted by the optical system. By shaping, a more isotropic laser beam can be obtained. As a result, high-quality laser processing can be performed at high speed.

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

【図1】 本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ加
工装置の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 上記半導体レーザ加工装置に組み込まれるレ
ーザ装置を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a laser device incorporated in the semiconductor laser processing device.

【図3】 上記レーザ装置における半導体レーザの単一
のエミッタに関して、ビームの伝送の態様を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a mode of beam transmission with respect to a single emitter of a semiconductor laser in the laser device.

【図4】 上記半導体レーザからの出力ビームにおける
速軸方向についてのビーム伝播の態様を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a mode of beam propagation in a fast axis direction in an output beam from the semiconductor laser.

【図5】 上記半導体レーザからの出力ビームにおける
遅軸方向についてのビーム伝播の態様を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a mode of beam propagation in a slow axis direction in an output beam from the semiconductor laser.

【図6】 上記光ファイバの入射端面におけるビームの
態様を示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a mode of a beam at an incident end face of the optical fiber.

【図7】 上記光ファイバの屈折率分布を表すグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph showing a refractive index distribution of the optical fiber.

【図8】 上記光ファイバの出射端面におけるビームの
態様を示す拡大図である。
FIG. 8 is an enlarged view showing a mode of a beam at an emission end face of the optical fiber.

【図9】 上記光ファイバの入射ビームの直径と出射後
のビーム品質との相対関係を表すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relative relationship between a diameter of an incident beam of the optical fiber and a beam quality after exit.

【図10】 本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ
装置を概略的に示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の実施の形態3に係る半導体レーザ
装置を概略的に示す図である。
FIG. 11 schematically shows a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の実施の形態4に係る半導体レーザ
装置を概略的に示す図である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の実施の形態5に係る半導体レーザ
装置を概略的に示す図である。
FIG. 13 schematically shows a semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施の形態6に係る半導体レーザ
装置を概略的に示す図である。
FIG. 14 schematically shows a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】 従来のレーザ装置における半導体レーザア
レイ〜光ファイバ間のビームの伝送の態様を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a mode of beam transmission between a semiconductor laser array and an optical fiber in a conventional laser device.

【図16】 従来のレーザ装置に用いられる1次元半導
体レーザアレイを示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing a one-dimensional semiconductor laser array used in a conventional laser device.

【図17】 従来のレーザ装置に組み込まれるマイクロ
ステップミラーにおける光の反射の態様を示す図であ
る。
FIG. 17 is a diagram showing a mode of light reflection in a micro step mirror incorporated in a conventional laser device.

【図18】 従来のレーザ装置に用いられる2次元半導
体レーザアレイを示す斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view showing a two-dimensional semiconductor laser array used in a conventional laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ加工装置,2 光ファイバ,2a コア部,
2b コア外周部,3加工ヘッド,11 半導体レーザ
アレイ,12 エミッタ,13 光学系,99活性層,
1 出射レーザ光,L2 入射レーザ光
1 laser processing device, 2 optical fiber, 2a core,
2b core outer periphery, 3 processing head, 11 semiconductor laser array, 12 emitter, 13 optical system, 99 active layer,
L 1 emitted laser light, L 2 incident laser light

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 哲夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 安井 公治 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 2H037 AA04 BA04 CA16 CA17 DA03 DA04 DA05 4E068 CE08 CK01 5F073 AB04 AB27 AB28 BA09 EA24 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuo Kojima 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Koji Yasui 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 3 Rishi Electric Co., Ltd. F-term (reference) 2H037 AA04 BA04 CA16 CA17 DA03 DA04 DA05 4E068 CE08 CK01 5F073 AB04 AB27 AB28 BA09 EA24

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のエミッタを備えた半導体レーザ
と、 上記半導体レーザから出射されたレーザ光を集光する光
学系と、 上記光学系により集光されたレーザ光を一端側で受光し
外部へ伝送する光ファイバとを有していることを特徴と
するレーザ装置。
1. A semiconductor laser having a plurality of emitters, an optical system for condensing laser light emitted from the semiconductor laser, and a laser light condensed by the optical system received at one end side to the outside. A laser device having an optical fiber for transmission.
【請求項2】 上記光ファイバが、屈折率分布型の光フ
ァイバであることを特徴とする請求項1記載のレーザ装
置。
2. The laser device according to claim 1, wherein the optical fiber is a refractive index distribution type optical fiber.
【請求項3】 上記半導体レーザ内の活性層に垂直な方
向及び平行な方向における該屈折率分布型光ファイバの
入射端面近傍のビームウエスト直径が、上記垂直方向及
び平行方向について、それぞれ、φ0 fast,φ0 slow
表わされ、また、レーザ光のビーム拡がり全角が、上記
垂直方向及び平行方向について、それぞれ、2θfast
2θslowと表わされ、更に、上記屈折率分布型光ファイ
バのコア部の直径がφcであり、該コア部の中央の屈折
率がn0であり、また、更に、該ファイバコア中央とコ
ア外周部の屈折率の差がΔnである場合に、 上記屈折率分布型光ファイバへ入射させられる際の上記
垂直方向及び平行な方向についてのビーム直径φin
fast,φin slowが、 と設定されることを特徴とする請求項2記載のレーザ装
置。
3. A beam waist diameter near an incident end face of the gradient index optical fiber in a direction perpendicular to and parallel to an active layer in the semiconductor laser is φ 0 in the vertical direction and the parallel direction, respectively. · fast, represented as phi 0 · slow, the beam spread em of the laser beam, for the vertical and parallel directions, respectively, 2 [Theta] fast,
slow , the diameter of the core of the gradient index optical fiber is φ c , the refractive index at the center of the core is n 0 , and the center of the fiber core is When the difference in the refractive index of the core outer peripheral portion is Δn, the beam diameter φ in ·
fast , φ in slow 3. The laser device according to claim 2, wherein:
【請求項4】 上記半導体レーザにおいて、複数のエミ
ッタが1次元的に配列されていることを特徴とする請求
項1〜請求項3のいずれか一に記載のレーザ装置。
4. The laser device according to claim 1, wherein in the semiconductor laser, a plurality of emitters are arranged one-dimensionally.
【請求項5】 上記半導体レーザにおいて、複数のエミ
ッタが2次元的に配列されていることを特徴とする請求
項1〜請求項3のいずれか一に記載のレーザ装置。
5. The laser device according to claim 1, wherein in the semiconductor laser, a plurality of emitters are two-dimensionally arranged.
【請求項6】 上記半導体レーザにおける複数のエミッ
タが組分けされ、該エミッタの各組に対応して、上記光
学系及び光ファイバが複数設けられており、上記半導体
レーザから出射されるレーザ光を分離して伝送可能であ
ることを特徴とする請求項4又は5に記載のレーザ装
置。
6. A plurality of emitters in the semiconductor laser are grouped, and a plurality of optical systems and optical fibers are provided corresponding to each of the emitters. Laser light emitted from the semiconductor laser is provided. The laser device according to claim 4, wherein the laser device can be transmitted separately.
【請求項7】 所定のレーザ装置から供給されるレーザ
光を集光する光学系を備え、集光されたレーザ光を用い
てレーザ加工を行なうように構成されたレーザ加工装置
において、上記請求項1〜請求項6のいずれか一に記載
のレーザ装置を装備していることを特徴とするレーザ加
工装置。
7. A laser processing apparatus, comprising: an optical system for condensing laser light supplied from a predetermined laser device, wherein laser processing is performed using the condensed laser light. A laser processing apparatus comprising the laser apparatus according to claim 1.
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