【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高ピーク出力のパルスレーザ光を発生し伝送するパルスレーザ装置および光ファイババンドルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、原子力発電所の廃止措置に際しての建屋内部のコンクリート壁面等の除染を目的として、レーザクリーニング技術の開発が行われており、一部適用が検討されている。このレーザクリーニング技術では、ピーク出力が、例えば１０ＭＷ以上の、極めて大きいパルスレーザ光が使用される。また、このような高ピーク出力のパルスレーザ光を用いて、美術品等のクリーニング、あるいは、元素の微量分析等を行う技術も開発が進められている。
【０００３】
上記のような、例えば、レーザクリーニング装置等の高ピーク出力のパルスレーザ光を使用するパルスレーザ装置においては、パルスレーザ光の伝送手段として、一般的に、反射ミラーを用いた空間伝送が採用されている。しかしながら、例えば、伝送経路が複雑で長い場合や、あるいは、伝送経路に自由度が要求される場合等においては、多数の反射ミラーを使用し、それらの位置、および、角度を精密に管理、または、制御する必要があるため、装置が複雑化する問題が生じている。特に、天井面のような高所やＵ字形に屈曲した配管内部の除染を行うレーザクリーニング装置では装置が複雑化する。
【０００４】
上記の問題を解決するために、伝送経路の自由度の高い光伝送が容易に実現できる光ファイバを用いた伝送が要望されている。しかしながら光ファイバ伝送においては、高ピーク出力のパルスレーザ光を光ファイバの内部に導入する際、光ファイバ自身が損傷を受けてしまう恐れがある。これを回避する手段として、例えば、ビームホモジナイザを利用した光ファイバ導光装置、あるいは、光ファイバを多数束ねた光ファイババンドルの使用が近年検討されている。
【０００５】
ビームホモジナイザを利用した光ファイバ導光装置は下記の特許文献１で詳細に説明されている。これは、パルスレーザ発振器からのレーザ光をＦＯＰ（光ファイバプレート）、カライドスコープ、拡散板、マイクロアレイレンズ等のビームホモジナイザを介して集光し、光ファイバのコア端面に導光するものである。レーザ光はビームホモジナイザを通過することにより空間的なコヒーレンスが低くなり、光ファイバに導光してもレーザ光は細く集束しないため、光ファイバを損傷することなく高ピーク出力のパルスレーザ光を光ファイバにより伝送することができる。
【０００６】
しかしながら、この場合、伝送用の光ファイバはコア径がφ１ｍｍ以上の太いものとなるため、光ファイバの許容曲げ半径は通常３００ｍｍ以上となり、自由度の高い光伝送は困難である。
【０００７】
次いで、光ファイババンドルを使用した光伝送装置についていえば、光ファイババンドルは、通常、コア径５０〜２００μｍ程度の光ファイバ素線を数千本束ねて、直径数ｍｍ程度にし、その両端部のみを接着剤により固定したものが使用されている。パルスレーザ発振器からのレーザ光を集光し、光ファイババンドルの片方の端面に照射すると、レーザ光は各々の素線ファイバのコアを伝送して光ファイババンドルの反対側の端面から出射する。レーザ光を導入する端面において、レーザスポットを直径数ｍｍ程度に大きくすることが可能であるため，ピーク出力密度が低くなり、光ファイババンドルを損傷することなく高ピーク出力のパルスレーザ光を伝送することが可能となる。また、各々の素線ファイバは細径であるため、許容曲げ半径は１００ｍｍ程度となり、伝送経路の自由度の高い光伝送も可能である。
【０００８】
しかしながら、従来の光ファイババンドルはレーザ光導入端面におけるコア占有率（素線ファイバコア面積の総和を全面積で除した値）は０．５〜０．６程度であり、また、レーザ光は素線ファイバのコアに入射したものしか伝送できないため、伝送効率が極めて低い。また、端部で素線ファイバを結合している接着剤のレーザ強度耐性はコアやクラッド等に使用されているガラス素材と比較して低いため、あまり高出力のレーザ光を導入することもできない。したがって、レーザクリーニング装置に適用することは困難である。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１３８４０９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、最近、高ピーク出力のパルスレーザ光を光ファイバを用いて高い自由度の伝送経路で効率良く伝送することが要望されているが、かかる要望を実現するための手段は未だ知られていない。
【００１１】
本発明はかかる事情に対処してなされたものであり、その目的は高ピーク出力のパルスレーザ光を高い自由度の伝送経路で効率良く伝送することのできるパルスレーザ装置および光ファイババンドルを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明のパルスレーザ装置は、パルスレーザ光を発生するレーザ共振器と、前記パルスレーザ光を伝送する光ファイババンドルとを備え、前記光ファイババンドルは、前記パルスレーザ光を伝送するコアと前記コアを囲むクラッドとからなる素線ファイバの複数本が集束されてなり、前記パルスレーザ光の入射側の端部において前記素線ファイバは相互に融着され各素線ファイバのコアが六角形の断面形状を有する構成とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記光ファイババンドルの前記融着された端面が前記レーザ共振器の一端を構成している構成とする。
請求項３に記載の発明は、前記パルスレーザ光が加工対象物に照射されてレーザ加工部で発生するプラズマ光と前記パルスレーザ光を分離するダイクロイックミラーと、前記分離されたプラズマ光の光量を測定する光検出器とを備えている構成とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記光ファイババンドルは、両端面で素線ファイバの相互の位置関係が同じである構成とする。
請求項５に記載の発明の光ファイババンドルは、光を伝送するコアと前記コアを囲むクラッドとからなる素線ファイバの複数本が集束されてなり、前記光の入射側の端部において前記素線ファイバは相互に融着され各素線ファイバのコアが六角形の断面形状を有する構成とする。
【００１５】
【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て説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るパルスレーザ装置の構成図である。この実施の形態のパルスレーザ装置１ａは、パルスレーザ光２を発振するレーザ共振器３と、パルスレーザ光２を増幅する光増幅用アンプ４と、パルスレーザ光２を集光するレンズ５と、パルスレーザ光２を伝送する光ファイババンドル６から構成されている。レーザ共振器３としては、例えばフラッシュランプを励起光源とするＱスイッチやＮｄ：ＹＡＧレーザ等が使用される。
【００１６】
光ファイババンドル６は、図２に示すように、細径の素線ファイバ１３を複数束ねたものである。素線ファイバ１３はコア１１とそれを取り巻くクラッド１２から構成され、コア１１の材質には、例えば、溶融石英が使用される。光ファイババンドル６の一端１０ａは図２（ａ）に示すように、融着により複数の素線ファイバ１３が相互に結合されていて、その融着部７では、クラッド１２が一体化し、コア１１は断面が六角形の形状を有して隙間無く整列した状態となっている。光ファイババンドル６の他端１０ｂは、図２（ｂ）に示すように、素線ファイバ１３を任意に配列し接着剤１４で固定することにより、例えば、矩形、円形、線状、ドーナツ状などの所定の形状に整形されている。
【００１７】
次に、このパルスレーザ装置の作用を説明する。レーザ共振器３からは、時間幅が短く平均出力に対するピーク出力の比が大きいパルスレーザ光２が出射される。このパルスレーザ光２は光増幅用アンプ４に伝送されて、ピーク出力が非常に高いパルスレーザ光２に増幅される。この増幅されたパルスレーザ光２はレンズ５で集光されて、光ファイババンドル６の融着部７の端面１０ａに、ほぼ同径のスポットで照射される。
【００１８】
このパルスレーザ装置では照射スポット径が大きいのでピーク出力密度は低くなる。また、レーザ入射側の端部では素線ファイバ１３の結合に接着剤１４を使用していないためレーザ強度耐性は高く、したがって、パルスレーザ光２は、端部を損傷することなく、光ファイババンドル６の内部に導入される。パルスレーザ光２は各素線１３のコア１１内部を別々に伝送して他端１０ｂから出射する。
【００１９】
レーザ入射部である融着部７の端面１０ａではコア占有率（素線ファイバコア面積の総和を全面積で除した値）が高いため伝送効率も高くなる。また、各々の素線ファイバ１３は細径であるため、許容曲げ半径が小さい。また、光ファイババンドル６のレーザ出射端面１０ｂでは、所定の形状に整形されているため、イメージレンズ８を使用して、加工対象物９の表面に所定のスポット形状でレーザを照射することができ、レーザクリーニング等のレーザ加工を加工対象物９の形状に応じて効率的に施工することができる。
【００２０】
以上説明したように、本実施の形態によれは、光伝送系に入射端部１０ａを融着した光ファイババンドル６を使用するので、高ピーク出力のパルスレーザ光２を、光伝送系を損傷することなく、高い伝送効率で、しかも、許容曲げ半径の小さい高い自由度を有して、伝送することができる。また、光ファイババンドル６のレーザ出射端面１０ｂを所定の形状に整形するので、加工対象物９の形状に応じて、レーザ加工を効率的に施工することができる。
【００２１】
なお、上記においては、光増幅用アンプ４を使用した場合について説明したが、光増幅用アンプ４を使用しない場合であっても、同様の作用および効果を得ることができる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。すなわち、図３に示すように、この第２の実施の形態のパルスレーザ装置１ｂは、パルスレーザ光２を発振するレーザ共振器３と、光増幅用アンプ４と、パルスレーザ光２を集光するレンズ５と、光ファイババンドル６と、ダイクロイックミラー２３と、プラズマ光２０を集光するレンズ５ａと、光検出器２４から構成されている。
【００２３】
レーザ共振器３としては、例えばフラッシュランプを励起光源とするＱスイッチやＮｄ：ＹＡＧレーザ等が使用される。光ファイババンドル６およびその上端面１０ａと下端面１０ｂの構成は、図２に示した第１の実施の形態におけると同じである。
【００２４】
ダイクロイックミラー２３には、パルスレーザ光２とプラズマ光２０とが混合した光から、波長選択的にプラズマ光２０、あるいはプラズマ光２０の一部を抽出するミラーが使用される。例えば、レーザ共振器３としてＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する場合には、パルスレーザ光２の波長は１０６４ｎｍであるのに対し、プラズマ光２０は通常、可視光（波長４００〜８００ｎｍ）であるため、ダイクロイックミラー２３として、１０６４ｎｍの光は透過し、可視光は反射する特性を有するミラーを使用する。光検出器２４には、ダイクロイックミラー２３で反射して伝送されたプラズマ光２０の波長域に感度を持つセンサー、例えば可視波長域（４００〜８００ｎｍ）に感度を持つフォトダイオードなどを使用する。
【００２５】
次に、この第２の実施の形態のパルスレーザ装置の作用を説明する。前記第１の実施の形態で説明した作用に加えて以下の作用がある。加工対象物９上の加工部で発生したプラズマ光２０は、イメージレンズ８で集光されて、光ファイババンドル６の端面１０ｂから導入され、光ファイババンドル６を構成する素線ファイバ１３のコア１１を伝送して、端面１０ａから放出される。放出されたプラズマ光２０はレンズ５を介してダイクロイックミラー２３に至り、ダイクロイックミラー２３の波長選択特性により、パルスレーザ光２から分離された後、レンズ５ａで集光されて光検出器２４に導入され、プラズマ光２０の光量が測定される。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、前記の第１の実施の形態の効果に加えて、施工中に加工部で発生するプラズマ光２０の光量をリアルタイムでモニタすることができる。加工部で発生するプラズマ光２０の光量は、加工状態と密接な関係があるため、加工状態が正常か否かリアルタイムでモニタしながら施工することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。すなわち、図４に示すように、本実施の形態のパルスレーザ装置１ｃは、パルスレーザ光２を発振するレーザ共振器３と、光増幅用アンプ４と、パルスレーザ光２を集光するレンズ５と、光ファイババンドル６と、照明装置２９と、イメージレンズ８と、ダイクロイックミラー２３と、レンズ２７と、ＣＣＤカメラ２８から構成されている。レーザ共振器３としては、例えばフラッシュランプを励起光源とするＱスイッチやＮｄ：ＹＡＧレーザ等が使用される。
【００２８】
光ファイババンドル６は、図２に示したように、細径の素線ファイバ１３を複数束ねたものである。素線ファイバ１３はコア１１とそれを取り巻くクラッド１２から構成され、コア１１の材質には、例えば、溶融石英が使用される。光ファイババンドル６の両端は、融着により複数の素線ファイバ１３が相互に結合されていて、その融着端部では、図２（ａ）に示したように、クラッド１２が一体化し、コア１１は断面が六角形の形状を有して隙間無く整列した状態となっている。さらに、その両端部では、素線ファイバ１３が同じ相対位置に配置されており、端面１０ｂの像は端面１０ａに正確に伝送される。
【００２９】
照明装置２９は可視光の照明光３０を発する。ダイクロイックミラー２３には、パルスレーザ光２と可視光２５とを波長的に分離するミラーが使用される。例えば、レーザ共振器３としてＮｄ：ＹＡＧレーザを使用する場合には、パルスレーザ光２の波長は１０６４ｎｍであるのに対し、可視光２５の波長は４００〜８００ｎｍであるため、ダイクロイックミラー２３として、１０６４ｎｍの光は透過し、可視光２５は反射する特性を有するミラーを使用する。レンズ２６とレンズ２７は、この２組のレンズでイメージレンズを構成し、端面１０ａの像がＣＣＤカメラ２８の受光面上に結像される。
【００３０】
次に、この第３の実施の形態のパルスレーザ装置の作用を説明する。前記第１の実施の形態で説明した作用に加えて以下の作用がある。照明装置２９から発せられた照明光３０は加工対象物９上の加工部を照らす。加工部の像は、イメージレンズ８によって光ファイババンドル６の端面１０ｂに結像し、その像は細かく分解されて多数の素線ファイバ１３によって個別に伝送され、素線ファイバ１３が同じ位置関係に配列された反対側の端面１０ａに至る。この像は、イメージレンズを構成するレンズ２６とレンズ２７およびダイクロイックミラー２３を介してＣＣＤカメラ２８の受光面上に結像される。
【００３１】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、レーザ加工の前後において、加工部の画像を遠隔でモニタすることができる。したがって、加工前に加工位置を確認するとともに、加工後に加工が正常に行われたか否かを画像で確認することが可能となる。
【００３２】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。すなわち、図５に示すように、この実施の形態のパルスレーザ装置１ｄは、リアミラー１５とＱスイッチ１６とオシレータ１７と光ファイババンドル６から構成されている。オシレータ１７としては、例えばフラッシュランプを励起光源とするＹＡＧレーザロッド等が使用される。また、リアミラー１５には、例えば平面反射ミラー等が使用される。光ファイババンドル６の構成は、図２に示した第１、第２の実施の形態におけると同じであるが、融着部７の端面１０ａには部分反射コーティング部１８が設けられており、この部分反射コーティング部１８とリアミラー１５とによりレーザ共振器３ａが形成されている。
【００３３】
次に、この第４の実施の形態のパルスレーザ装置の作用を説明する。すなわち、光ファイババンドル６の融着部７の端面１０ａに設けられた部分反射コーティング部１８とリアミラー１５とから構成されるレーザ共振器３ａからは、Ｑスイッチ１６の作用により、時間幅が短くピーク出力が高いパルスレーザ光２が発振する。このようにして発振したパルスレーザ光２は直接、光ファイババンドル６に導入される。
【００３４】
光ファイババンドル６へ導入されるパルスレーザ光２の照射スポット径が大きいのでピーク出力密度は低くなる。また、融着部７においては素線ファイバ１３の結合に接着剤を使用していないためレーザ強度耐性は高く、したがって、パルスレーザ光２は、端部１０ａを損傷することなく、光ファイババンドル６の内部に導入される。
【００３５】
パルスレーザ光２は各素線ファイバ１３のコア１１内部を別々に伝送して他端１０ｂから出射する。レーザ入射部である融着端面１０ａではコア占有率（素線ファイバコア面積の総和を全面積で除した値）が高いため、光ファイババンドル６の他端１０ｂから取り出されるパルスレーザ光２の出力も高くなる。また、各々の素線ファイバ１３は細径であるため、許容曲げ半径が小さい。
【００３６】
また、光ファイババンドル６のレーザ出射端面１０ｂでは、所定の形状に整形されているため、イメージレンズ８を使用して、加工対象物９の表面に所定のスポット形状でレーザを照射することができ、レーザクリーニング等のレーザ加工を加工対象物９の形状に応じて効率的に施工することができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、端部７を融着した光ファイババンドル６の端面１０ａをレーザ共振器３ａの部分透過鏡として作用させ、この光ファイババンドル６を光伝送系としても使用するので、光伝送系を損傷することなく、高ピーク出力のパルスレーザ光２を、高出力で、しかも、許容曲げ半径の小さい高い自由度を有する光ファイババンドル６から取り出すことができる。また、光ファイババンドル６のレーザ出射面１０ｂを所定の形状に整形するので、加工対象物９の形状に応じて、レーザ加工を効率的に施工することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、高ピーク出力のパルスレーザ光を高い自由度の伝送経路で効率良く伝送することのできるパルスレーザ装置および光ファイババンドルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のパルスレーザ装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態の光ファイババンドルの構造を示し、（ａ）は入射端、（ｂ）は出射端を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態のパルスレーザ装置の構成図。
【図４】本発明の第３の実施の形態のパルスレーザ装置の構成図。
【図５】本発明の第４の実施の形態のパルスレーザ装置の構成図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…パルスレーザ装置、２…パルスレーザ光、３，３ａ…レーザ共振器、４…光増幅用アンプ、５，５ａ…レンズ、６…光ファイババンドル、７…融着部、８…イメージレンズ、９…加工対象物、１０ａ，１０ｂ…光ファイババンドルの端面、１１…コア、１２…クラッド、１３…素線ファイバ、１４…接着剤、１５…リアミラー、１６…Ｑスイッチ、１７…オシレータ、１８…部分反射コーティング部、１９…プラズマ、２０…プラズマ光、２３…ダイクロイックミラー、２４…光検出器、２５…可視光、２６，２７…レンズ、２８…ＣＣＤカメラ、２９…照明装置、３０…照明光。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse laser device and an optical fiber bundle for generating and transmitting a pulse laser beam having a high peak output.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for example, a laser cleaning technique has been developed for the purpose of decontamination of a concrete wall surface in a building at the time of decommissioning a nuclear power plant, and a part of the application is being studied. In this laser cleaning technique, an extremely large pulse laser beam having a peak output of, for example, 10 MW or more is used. In addition, a technique for cleaning fine arts or analyzing a trace amount of elements using such a high-peak output pulsed laser beam has been developed.
[0003]
In the above-described pulse laser apparatus using a high peak output pulse laser beam such as a laser cleaning apparatus, generally, spatial transmission using a reflection mirror is adopted as a pulse laser beam transmission means. ing. However, for example, when the transmission path is complicated and long, or when the transmission path requires a degree of freedom, a large number of reflecting mirrors are used, and their positions and angles are precisely controlled, or Therefore, there is a problem that the apparatus becomes complicated because it needs to be controlled. In particular, a laser cleaning device that performs decontamination inside a high place such as a ceiling surface or a pipe bent in a U shape is complicated.
[0004]
In order to solve the above problem, there is a demand for transmission using an optical fiber that can easily realize optical transmission with a high degree of freedom in the transmission path. However, in optical fiber transmission, there is a risk that the optical fiber itself may be damaged when high-peak output pulsed laser light is introduced into the optical fiber. As means for avoiding this, for example, the use of an optical fiber light guide device using a beam homogenizer or an optical fiber bundle in which a large number of optical fibers are bundled has recently been studied.
[0005]
An optical fiber light guide device using a beam homogenizer is described in detail in Patent Document 1 below. This condenses laser light from a pulse laser oscillator through a beam homogenizer such as an FOP (optical fiber plate), kaleidoscope, diffuser plate, microarray lens, etc., and guides it to the core end face of the optical fiber. . Since the laser beam passes through the beam homogenizer, the spatial coherence is lowered, and even if it is guided to the optical fiber, the laser beam does not converge finely. Therefore, the pulsed laser beam with high peak output can be emitted without damaging the optical fiber. It can be transmitted by fiber.
[0006]
However, in this case, since the optical fiber for transmission has a large core diameter of φ1 mm or more, the allowable bending radius of the optical fiber is usually 300 mm or more, and it is difficult to transmit light with a high degree of freedom.
[0007]
Next, regarding an optical transmission device using an optical fiber bundle, an optical fiber bundle is usually bundled with several thousand optical fiber strands having a core diameter of about 50 to 200 μm to have a diameter of about several millimeters, and only at both ends thereof. Is fixed with an adhesive. When the laser light from the pulse laser oscillator is condensed and irradiated on one end face of the optical fiber bundle, the laser light is transmitted through the core of each strand fiber and emitted from the opposite end face of the optical fiber bundle. Since the laser spot can be enlarged to a diameter of several millimeters at the end face where the laser beam is introduced, the peak output density is reduced, and the pulse laser beam having a high peak output is transmitted without damaging the optical fiber bundle. It becomes possible. Further, since each strand fiber has a small diameter, the allowable bending radius is about 100 mm, and optical transmission with a high degree of freedom in the transmission path is possible.
[0008]
However, the conventional optical fiber bundle has a core occupancy ratio (a value obtained by dividing the total area of the strand fiber cores by the total area) at the laser light introduction end face of about 0.5 to 0.6. Since only the light incident on the core of the fiber can be transmitted, the transmission efficiency is extremely low. In addition, since the laser strength resistance of the adhesive that joins the strand fibers at the end is lower than that of the glass material used for the core, the cladding, etc., it is not possible to introduce a high-power laser beam. . Therefore, it is difficult to apply to a laser cleaning device.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-138409
[Problems to be solved by the invention]
As described above, recently, there has been a demand for efficient transmission of high-peak-power pulsed laser light using an optical fiber through a transmission path with a high degree of freedom. However, means for realizing such a demand are still unknown. It is not done.
[0011]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a pulse laser device and an optical fiber bundle capable of efficiently transmitting a pulse laser beam having a high peak output through a transmission path with a high degree of freedom. There is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The pulse laser device according to claim 1 includes a laser resonator that generates a pulse laser beam and an optical fiber bundle that transmits the pulse laser beam, and the optical fiber bundle transmits the pulse laser beam. A plurality of strand fibers composed of a core and a clad surrounding the core are converged, and the strand fibers are fused to each other at an end portion on the incident side of the pulse laser beam, and the core of each strand fiber Has a hexagonal cross-sectional shape.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, the fused end surface of the optical fiber bundle constitutes one end of the laser resonator.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a dichroic mirror for separating the pulsed laser light from the plasma light generated by the laser processing unit when the pulsed laser light is irradiated on a workpiece, and the amount of the separated plasma light. It is set as the structure provided with the photodetector to measure.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, the optical fiber bundle is configured such that the mutual positional relationship of the strand fibers is the same at both end faces.
An optical fiber bundle according to a fifth aspect of the present invention is formed by converging a plurality of strand fibers composed of a core for transmitting light and a clad surrounding the core, and at the end of the light incident side, the element is bundled. The wire fibers are fused to each other, and the core of each strand fiber has a hexagonal cross-sectional shape.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse laser device according to a first embodiment of the present invention. The pulse laser device 1a of this embodiment includes a laser resonator 3 that oscillates pulse laser light 2, an optical amplification amplifier 4 that amplifies the pulse laser light 2, a lens 5 that condenses the pulse laser light 2, It is composed of an optical fiber bundle 6 that transmits the pulse laser beam 2. As the laser resonator 3, for example, a Q switch using a flash lamp as an excitation light source, an Nd: YAG laser, or the like is used.
[0016]
As shown in FIG. 2, the optical fiber bundle 6 is a bundle of a plurality of small-diameter strand fibers 13. The strand fiber 13 is comprised from the core 11 and the clad 12 surrounding it, and a fused silica is used for the material of the core 11, for example. As shown in FIG. 2A, one end 10a of the optical fiber bundle 6 has a plurality of strand fibers 13 coupled to each other by fusion. At the fusion part 7, the cladding 12 is integrated, and the core 11 Has a hexagonal cross section and is aligned without gaps. The other end 10b of the optical fiber bundle 6 is, for example, rectangular, circular, linear, donut-shaped, etc., as shown in FIG. It is shaped into a predetermined shape.
[0017]
Next, the operation of this pulse laser device will be described. The laser resonator 3 emits pulsed laser light 2 having a short time width and a large ratio of peak output to average output. This pulse laser beam 2 is transmitted to the optical amplification amplifier 4 and amplified to the pulse laser beam 2 having a very high peak output. The amplified pulsed laser light 2 is condensed by the lens 5 and applied to the end surface 10a of the fused portion 7 of the optical fiber bundle 6 with a spot having substantially the same diameter.
[0018]
In this pulse laser apparatus, since the irradiation spot diameter is large, the peak output density is low. Further, since the adhesive 14 is not used for bonding of the strand fibers 13 at the end on the laser incident side, the laser strength resistance is high. Therefore, the pulsed laser light 2 is not damaged at the end, and the optical fiber bundle is not damaged. 6 is introduced inside. The pulse laser beam 2 is separately transmitted through the core 11 of each strand 13 and emitted from the other end 10b.
[0019]
The end face 10a of the fused portion 7 that is a laser incident portion has a high core occupancy (a value obtained by dividing the total area of the strand fiber cores by the total area), so that the transmission efficiency is also increased. Moreover, since each strand fiber 13 is thin, the allowable bending radius is small. Further, since the laser emission end face 10b of the optical fiber bundle 6 is shaped into a predetermined shape, the image lens 8 can be used to irradiate the surface of the workpiece 9 with a predetermined spot shape. Laser processing such as laser cleaning can be efficiently performed according to the shape of the workpiece 9.
[0020]
As described above, according to the present embodiment, since the optical fiber bundle 6 in which the incident end 10a is fused is used in the optical transmission system, the pulse laser beam 2 having a high peak output is damaged and the optical transmission system is damaged. Therefore, transmission can be performed with high transmission efficiency and high flexibility with a small allowable bending radius. Moreover, since the laser emission end surface 10b of the optical fiber bundle 6 is shaped into a predetermined shape, laser processing can be efficiently performed according to the shape of the workpiece 9.
[0021]
In the above description, the case where the optical amplification amplifier 4 is used has been described. However, even when the optical amplification amplifier 4 is not used, the same operation and effect can be obtained.
[0022]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. That is, as shown in FIG. 3, the pulse laser device 1b according to the second embodiment condenses the laser beam 3 that oscillates the pulse laser beam 2, the amplifier 4 for amplification, and the pulse laser beam 2. Lens 5, optical fiber bundle 6, dichroic mirror 23, lens 5 a that collects plasma light 20, and photodetector 24.
[0023]
As the laser resonator 3, for example, a Q switch using a flash lamp as an excitation light source, an Nd: YAG laser, or the like is used. The configuration of the optical fiber bundle 6 and the upper end surface 10a and the lower end surface 10b thereof are the same as those in the first embodiment shown in FIG.
[0024]
As the dichroic mirror 23, a mirror that selectively extracts the plasma light 20 or a part of the plasma light 20 from the light obtained by mixing the pulse laser light 2 and the plasma light 20 is used. For example, when an Nd: YAG laser is used as the laser resonator 3, the pulsed laser light 2 has a wavelength of 1064 nm, whereas the plasma light 20 is normally visible light (wavelength 400 to 800 nm). As the dichroic mirror 23, a mirror having characteristics of transmitting 1064 nm light and reflecting visible light is used. As the photodetector 24, a sensor having sensitivity in the wavelength region of the plasma light 20 reflected and transmitted by the dichroic mirror 23, for example, a photodiode having sensitivity in the visible wavelength region (400 to 800 nm) is used.
[0025]
Next, the operation of the pulse laser device according to the second embodiment will be described. In addition to the operations described in the first embodiment, the following operations are provided. The plasma light 20 generated in the processing part on the processing object 9 is collected by the image lens 8 and introduced from the end face 10 b of the optical fiber bundle 6, and the core 11 of the strand fiber 13 constituting the optical fiber bundle 6. And is emitted from the end face 10a. The emitted plasma light 20 reaches the dichroic mirror 23 through the lens 5, and is separated from the pulsed laser light 2 by the wavelength selection characteristic of the dichroic mirror 23, and then condensed by the lens 5 a and introduced into the photodetector 24. Then, the amount of plasma light 20 is measured.
[0026]
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to monitor in real time the amount of plasma light 20 generated in the processing section during construction. Since the light quantity of the plasma light 20 generated in the processing portion is closely related to the processing state, it is possible to perform construction while monitoring whether the processing state is normal or not in real time.
[0027]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. That is, as shown in FIG. 4, the pulse laser device 1 c of the present embodiment includes a laser resonator 3 that oscillates the pulse laser beam 2, an optical amplification amplifier 4, and a lens 5 that focuses the pulse laser beam 2. And an optical fiber bundle 6, an illumination device 29, an image lens 8, a dichroic mirror 23, a lens 27, and a CCD camera 28. As the laser resonator 3, for example, a Q switch using a flash lamp as an excitation light source, an Nd: YAG laser, or the like is used.
[0028]
As shown in FIG. 2, the optical fiber bundle 6 is a bundle of a plurality of small-diameter strand fibers 13. The strand fiber 13 is comprised from the core 11 and the clad 12 surrounding it, and a fused silica is used for the material of the core 11, for example. At both ends of the optical fiber bundle 6, a plurality of strand fibers 13 are coupled to each other by fusion, and at the fusion end, as shown in FIG. 11 has a hexagonal cross section and is aligned without a gap. Further, at both ends, the strand fibers 13 are arranged at the same relative position, and the image of the end face 10b is accurately transmitted to the end face 10a.
[0029]
The illumination device 29 emits visible illumination light 30. As the dichroic mirror 23, a mirror that separates the pulsed laser light 2 and the visible light 25 in terms of wavelength is used. For example, when an Nd: YAG laser is used as the laser resonator 3, the wavelength of the pulsed laser beam 2 is 1064 nm, whereas the wavelength of the visible light 25 is 400 to 800 nm. Therefore, as the dichroic mirror 23, A mirror having a characteristic of transmitting 1064 nm light and reflecting visible light 25 is used. The lens 26 and the lens 27 constitute an image lens with these two sets of lenses, and an image of the end face 10 a is formed on the light receiving surface of the CCD camera 28.
[0030]
Next, the operation of the pulse laser device according to the third embodiment will be described. In addition to the operations described in the first embodiment, the following operations are provided. The illumination light 30 emitted from the illuminating device 29 illuminates the processing part on the processing target 9. The image of the processed portion is formed on the end face 10b of the optical fiber bundle 6 by the image lens 8, and the image is finely decomposed and individually transmitted by a number of strand fibers 13. The strand fibers 13 are in the same positional relationship. The opposite end face 10a is arranged. This image is formed on the light receiving surface of the CCD camera 28 via the lens 26 and lens 27 constituting the image lens and the dichroic mirror 23.
[0031]
According to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the image of the processing part can be remotely monitored before and after laser processing. Therefore, it is possible to check the processing position before processing and to check on the image whether the processing has been normally performed after processing.
[0032]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. That is, as shown in FIG. 5, the pulse laser device 1 d of this embodiment includes a rear mirror 15, a Q switch 16, an oscillator 17, and an optical fiber bundle 6. For example, a YAG laser rod using a flash lamp as an excitation light source is used as the oscillator 17. For the rear mirror 15, for example, a plane reflection mirror or the like is used. The configuration of the optical fiber bundle 6 is the same as in the first and second embodiments shown in FIG. 2, but the partial reflection coating portion 18 is provided on the end surface 10 a of the fused portion 7. The partially reflecting coating portion 18 and the rear mirror 15 form a laser resonator 3a.
[0033]
Next, the operation of the pulse laser device according to the fourth embodiment will be described. That is, the laser resonator 3a composed of the partial reflection coating portion 18 and the rear mirror 15 provided on the end surface 10a of the fused portion 7 of the optical fiber bundle 6 has a short time peak due to the action of the Q switch 16. The pulse laser beam 2 having a high output oscillates. The pulsed laser light 2 oscillated in this way is directly introduced into the optical fiber bundle 6.
[0034]
Since the irradiation spot diameter of the pulsed laser light 2 introduced into the optical fiber bundle 6 is large, the peak output density is low. Further, since no adhesive is used to bond the strand fibers 13 in the fused portion 7, the laser strength resistance is high. Therefore, the pulse laser beam 2 does not damage the end portion 10 a and the optical fiber bundle 6. Introduced inside.
[0035]
The pulse laser beam 2 is separately transmitted through the core 11 of each strand fiber 13 and emitted from the other end 10b. Since the core occupancy (the value obtained by dividing the total area of the strand fiber cores by the total area) is high at the fused end face 10a that is the laser incident portion, the output of the pulsed laser light 2 extracted from the other end 10b of the optical fiber bundle 6 Also gets higher. Further, since each strand fiber 13 has a small diameter, the allowable bending radius is small.
[0036]
Further, since the laser emission end face 10b of the optical fiber bundle 6 is shaped into a predetermined shape, the image lens 8 can be used to irradiate the surface of the workpiece 9 with a predetermined spot shape. Laser processing such as laser cleaning can be efficiently performed according to the shape of the workpiece 9.
[0037]
According to the present embodiment, the end face 10a of the optical fiber bundle 6 with the end 7 fused is caused to act as a partial transmission mirror of the laser resonator 3a, and this optical fiber bundle 6 is also used as an optical transmission system. Without damaging the optical transmission system, the pulse laser beam 2 having a high peak output can be extracted from the optical fiber bundle 6 having a high output and a high degree of freedom with a small allowable bending radius. Moreover, since the laser emission surface 10b of the optical fiber bundle 6 is shaped into a predetermined shape, laser processing can be efficiently performed according to the shape of the workpiece 9.
[0038]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pulse laser apparatus and optical fiber bundle which can transmit the pulse laser beam of a high peak output efficiently with a transmission path | route of a high freedom degree can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse laser device according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B show a structure of an optical fiber bundle according to an embodiment of the present invention, where FIG. 2A shows an incident end and FIG. 2B shows an outgoing end.
FIG. 3 is a configuration diagram of a pulse laser device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a pulse laser device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a pulse laser device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b, 1c, 1d ... Pulse laser apparatus, 2 ... Pulse laser beam, 3, 3a ... Laser resonator, 4 ... Optical amplification amplifier, 5, 5a ... Lens, 6 ... Optical fiber bundle, 7 ... Fusion part 8 ... Image lens, 9 ... Workpiece, 10a, 10b ... End face of optical fiber bundle, 11 ... Core, 12 ... Cladding, 13 ... Strand fiber, 14 ... Adhesive, 15 ... Rear mirror, 16 ... Q switch, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Oscillator, 18 ... Partial reflection coating part, 19 ... Plasma, 20 ... Plasma light, 23 ... Dichroic mirror, 24 ... Photodetector, 25 ... Visible light, 26, 27 ... Lens, 28 ... CCD camera, 29 ... Illumination Device, 30 ... illumination light.
