JP2005228987A - Laser apparatus and laser working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ装置およびレーザ加工機に関するものである。 The present invention relates to a laser device and a laser beam machine.
レーザ装置は、一般に、反射面と出射面との間に光増幅媒体を有しており、この反射面と出射面との間でレーザ共振器を構成している。また、光増幅媒体で発生する光の帯域幅が広い場合には、レーザ装置は、反射面と出射面との間に光増幅媒体を有する光増幅部と、この光増幅部の出射面から出力される光のうち特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ残部を透過させる回折格子部とを備えて、光増幅部の反射面と回折格子部との間でレーザ共振器を構成する(特許文献1および特許文献2を参照)。このような回折格子部を備えるレーザ装置から出力されるレーザ光の帯域幅は、該回折格子部のブラッグ反射帯域幅の程度となる。
A laser device generally has an optical amplification medium between a reflection surface and an emission surface, and a laser resonator is configured between the reflection surface and the emission surface. When the bandwidth of light generated in the optical amplification medium is wide, the laser device outputs an optical amplification unit having the optical amplification medium between the reflection surface and the emission surface, and the output surface of the optical amplification unit. A diffraction grating part that selectively Bragg-reflects a part of the light of a specific wavelength among transmitted light and transmits the remaining part, and constitutes a laser resonator between the reflection surface of the optical amplification part and the diffraction grating part (See
また、出力レーザ光をハイパワー化するには、上記のような回折格子部を備える複数のレーザ装置を用い、各々の回折格子部のブラッグ反射波長を互いに異なるものとして、複数のレーザ装置それぞれの回折格子部から出力される多波長のレーザ光をAWG(Arrayed-Waveguide Grating)により合波することが行われる(特許文献3を参照)。
しかしながら、特許文献3に記載された構成のものは、多くの回折格子部とAWGとを含むことから、出力レーザ光の波長(すなわち、各々の回折格子部のブラッグ反射波長)について高精度の管理が必要となり、また、高価である。
However, since the configuration described in
さらに、特許文献3に記載された構成のものは、各々の回折格子部における光導波路の端面とAWGの入射端面との間の光結合を高めるために高精度な光軸調整が必要となることから、製造歩留まりが悪く、製造コストが高くなる。特に、波長が短い場合には、光導波路のモードフィールド径が小さいことから、更に高精度の光軸調整が要求される。
Furthermore, the configuration described in
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、安価であって製造が容易な高出力のレーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-power laser device that is inexpensive and easy to manufacture.
本発明に係るレーザ装置は、(1) 反射面と出射面との間に光増幅媒体を有するN個の光増幅部と、(2) N個の光増幅部それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる回折格子部と、(3) N個の光増幅部に対して1対1に対応して設けられ出射面と光学的に結合されているN個の入出射端と、回折格子部と光学的に結合されている共通入出射端とを有し、N個の入出射端に入力した光を共通入出射端から出力するとともに、共通入出射端に入力した光をN分岐してN個の入出射端から出力する光結合部と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係るレーザ装置は、光結合部のN個の入出射端それぞれにおける光導波路が特定波長においてマルチモード光導波路であり、回折格子部における光導波路が特定波長においてシングルモード光導波路であり、N個の光増幅部それぞれの反射面と回折格子部との間でレーザ共振器を構成していることを特徴とする。ただし、Nは2以上の整数である。また、「光導波路」は、基板に形成された光導波路および光ファイバの双方を含む。 The laser apparatus according to the present invention is generated by (1) N optical amplifying units each having an optical amplifying medium between a reflecting surface and an emitting surface, and (2) an optical amplifying medium of each of the N optical amplifying units. A diffraction grating part that selectively Bragg-reflects a part of light of a specific wavelength out of light and transmits the remainder of the light of the specific wavelength, and (3) one-to-one correspondence with N light amplification parts N input / output ends optically coupled to the output surface and a common input / output end optically coupled to the diffraction grating portion, and input to the N input / output ends. And an optical coupling unit that outputs the light input to the common input / output end in N branches and outputs it from N input / output ends. Furthermore, in the laser device according to the present invention, the optical waveguide at each of the N input / output ends of the optical coupling unit is a multimode optical waveguide at a specific wavelength, and the optical waveguide at the diffraction grating unit is a single mode optical waveguide at a specific wavelength. There is a feature that a laser resonator is formed between the reflection surface of each of the N optical amplification units and the diffraction grating unit. However, N is an integer of 2 or more. The “optical waveguide” includes both the optical waveguide and the optical fiber formed on the substrate.
本発明に係るレーザ装置は以下のように作用する。N個の光増幅部それぞれの光増幅媒体で発生した光のうち出射面から外部へ出射された光は、光結合部の対応する入出射端に入射する。光結合部のN個の入出射端それぞれに入射した光は、光結合部の共通入出射端から出力されて、回折格子部に入射する。回折格子部に入射した光のうち特定波長の光の一部は、この回折格子部により選択的に反射され、これまでと逆の光路を辿って、各光増幅部の光増幅媒体に帰還し、光増幅部の反射面で反射される。このように光増幅媒体に光が帰還することにより、光増幅媒体において誘導放射が生起されて、N個の光増幅部それぞれの反射面と回折格子部との間で構成されるレーザ共振器においてレーザ発振する。そして、発振したレーザ光の一部は、回折格子部を透過して外部へ出射される。 The laser device according to the present invention operates as follows. Of the light generated in the optical amplifying medium of each of the N optical amplifying units, the light emitted to the outside from the emission surface enters the corresponding incident / exit end of the optical coupling unit. The light incident on each of the N input / output ends of the optical coupling unit is output from the common input / output end of the optical coupling unit and enters the diffraction grating unit. A part of the light having a specific wavelength out of the light incident on the diffraction grating part is selectively reflected by the diffraction grating part, and returns to the optical amplifying medium of each optical amplifying part by following the reverse optical path. The light is reflected by the reflection surface of the light amplification unit. In this way, by returning light to the optical amplifying medium, stimulated radiation is generated in the optical amplifying medium, and in the laser resonator configured between the reflecting surface of each of the N optical amplifying parts and the diffraction grating part. Laser oscillation. A part of the oscillated laser beam is transmitted through the diffraction grating and emitted to the outside.
このレーザ装置では、並列的に配置された複数の光増幅部それぞれの光増幅媒体において誘導放射が生起されるので、出力レーザ光のハイパワー化が可能である。また、レーザ共振器の一方側に1個の回折格子部を設ければよいので、安価であり、また、出力レーザ光の波長(すなわち、回折格子部のブラッグ反射波長)の管理が容易である。また出力レーザ光波長において光結合部の各入出射端における光導波路がマルチモードであることから、光結合部の各入出射端と光増幅部との光結合を高めるための光軸調整が容易であり、製造歩留まりを向上させることができ、製造コストを安価にすることができる。また、出力レーザ光波長において回折格子部における光導波路がシングルモードであることから、この回折格子部において導波モードおよび反射率が安定して、動作も安定したものとなる。 In this laser apparatus, stimulated radiation is generated in the optical amplifying medium of each of the plurality of optical amplifying units arranged in parallel, so that it is possible to increase the power of the output laser light. In addition, since it is only necessary to provide one diffraction grating part on one side of the laser resonator, the cost is low, and the wavelength of the output laser light (that is, the Bragg reflection wavelength of the diffraction grating part) can be easily managed. . In addition, since the optical waveguide at each input / output end of the optical coupling portion is multimode at the output laser light wavelength, it is easy to adjust the optical axis to enhance optical coupling between each input / output end of the optical coupling portion and the optical amplification portion. Thus, the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the optical waveguide in the diffraction grating portion is single mode at the output laser light wavelength, the waveguide mode and the reflectance are stable in this diffraction grating portion, and the operation is also stable.
本発明に係るレーザ装置では、光結合部は、ツリー状に接続された(N−1)個の2入力2出力の3dB光カプラを含み、各々の3dB光カプラの非接続の1つの端子が無反射終端とされているのが好適である。或いは、光結合部は、N入力N出力の等分岐光カプラを含み、N出力のうち非接続の(N−1)個の端子が無反射終端とされているのが好適である。或いは、光結合部は、ツリー状に接続された複数個の等分岐光カプラを含み、各々の等分岐光カプラの非接続の端子が無反射終端とされているのが好適である。これら何れの場合にも、N個の光増幅部それぞれの反射面と回折格子部との間でレーザ共振器を構成する上で好都合である。
In the laser apparatus according to the present invention, the optical coupling unit includes (N−1) 2-input 2-
本発明に係るレーザ装置では、光結合部は、ツリー状に接続された(N−1)個の2入力1出力の分岐光カプラを含むのが好適である。或いは、光結合部は、1個のN入力1出力の分岐光カプラを含むのが好適である。或いは、光結合部は、ツリー状に接続された複数個の多入力1出力の分岐光カプラを含むのが好適である。これら何れの場合にも、N個の光増幅部それぞれの反射面と回折格子部との間でレーザ共振器を構成する上で好都合である。 In the laser apparatus according to the present invention, it is preferable that the optical coupling unit includes (N−1) two-input one-output branched optical couplers connected in a tree shape. Alternatively, the optical coupling unit preferably includes one N-input / one-output branching optical coupler. Alternatively, the optical coupling unit preferably includes a plurality of multi-input one-output branch optical couplers connected in a tree shape. In any of these cases, it is convenient to configure a laser resonator between the reflecting surface of each of the N optical amplification units and the diffraction grating unit.
本発明に係るレーザ装置では、光結合部のN個の入出射端それぞれにおけるマルチモード光導波路のコアサイズが特定波長の10倍以上であるのが好適であり、或いは、光結合部のN個の入出射端それぞれにおけるマルチモード光導波路のコアの比屈折率差が0.2%以上であるのが好適である。これら何れの場合にも、光結合部の各入出射端と光増幅部との間の光結合を高効率とすることができる。 In the laser device according to the present invention, it is preferable that the core size of the multimode optical waveguide at each of the N input / output ends of the optical coupling unit is 10 times or more of the specific wavelength, or N optical coupling units It is preferable that the relative refractive index difference of the core of the multi-mode optical waveguide at each of the light input and output ends is 0.2% or more. In any of these cases, the optical coupling between each input / output end of the optical coupling unit and the optical amplification unit can be made highly efficient.
本発明に係るレーザ装置では、マルチモード光導波路とシングルモード光導波路とが互いに融着接続されており、マルチモード光導波路のコアサイズをa1とし、シングルモード光導波路のコアサイズをa2としたときに、「0.9≦a1/a2≦1.0」または「0.9≦a2/a1≦1.0」なる関係式を満たすのが好適である。この場合には、マルチモード光導波路とシングルモード光導波路との接続位置における接続損失を低減することができる。 In laser apparatus according to the present invention, a multimode optical waveguide and a single mode optical waveguide are fusion spliced together, the core size of multimode optical waveguide and a 1, a core size of single mode optical waveguide and a 2 It is preferable that the relational expression of “0.9 ≦ a 1 / a 2 ≦ 1.0” or “0.9 ≦ a 2 / a 1 ≦ 1.0” is satisfied. In this case, the connection loss at the connection position between the multimode optical waveguide and the single mode optical waveguide can be reduced.
本発明に係るレーザ装置では、N個の光増幅部それぞれの出射面は、反射面に対して0度より大きく10度以下の角度で傾斜しているのが好適である。また、光結合部のN個の入出射端それぞれの端面は、該端面近傍における光結合部の光導波路の光軸に対して80度以上90度未満の角度で傾斜しているのも好適である。これらの場合には、レ−ザ共振器における共振効率を向上させる上で好都合である。 In the laser apparatus according to the present invention, it is preferable that the exit surface of each of the N optical amplifying units is inclined at an angle of greater than 0 degree and less than or equal to 10 degrees with respect to the reflection surface. Further, it is also preferable that the end faces of the N input / output ends of the optical coupling portion are inclined at an angle of 80 degrees or more and less than 90 degrees with respect to the optical axis of the optical waveguide of the optical coupling section in the vicinity of the end face. is there. In these cases, it is convenient to improve the resonance efficiency in the laser resonator.
本発明に係るレーザ装置は、N個の光増幅部それぞれの出射面と、光結合部のN個の入出射端との間に設けられ、出射面から出射した光を集光して入出射端に入射させるとともに、入出射端から出射した光を集光して出射面に入射させるN個の結合レンズを更に備えるのが好適である。N個の光増幅部それぞれの出射面に結合レンズが一体形成され、この結合レンズから出射した光を集光して入出射端に入射させるのも好適である。また、この結合レンズは表面に反射低減膜が形成されているのが好適である。また、光結合部のN個の入出射端それぞれは反射低減膜が形成されているのも好適である。また、光増幅部の出射面に反射低減膜が形成されているのも好適である。これらの場合にも、レ−ザ共振器における共振効率を向上させる上で好都合である。 The laser apparatus according to the present invention is provided between the exit surface of each of the N optical amplifiers and the N entrance / exit ends of the optical coupling unit, and condenses the light emitted from the exit surface to enter / exit the light. It is preferable to further include N coupling lenses that are incident on the end and collect the light emitted from the incident / exit end and make the light incident on the exit surface. It is also preferable that a coupling lens is integrally formed on the exit surface of each of the N optical amplification units, and the light emitted from the coupling lens is condensed and incident on the incident / exit end. In addition, it is preferable that a reflection reducing film is formed on the surface of the coupling lens. It is also preferable that a reflection reducing film is formed on each of the N input / output ends of the optical coupling portion. It is also preferable that a reflection reducing film is formed on the exit surface of the optical amplification unit. These cases are also advantageous for improving the resonance efficiency of the laser resonator.
本発明に係るレーザ装置では、N個の光増幅部それぞれの反射面から回折格子部までの光路長は、互いに異なり、光路長比が0.5〜2.0の範囲(ただし、1を除く)にあるのが好適である。この場合にも、レ−ザ共振器における共振効率を向上させる上で好都合である。 In the laser apparatus according to the present invention, the optical path lengths from the reflecting surface to the diffraction grating portion of each of the N optical amplifiers are different from each other, and the optical path length ratio is in the range of 0.5 to 2.0 (except for 1). ). This is also advantageous in improving the resonance efficiency of the laser resonator.
本発明に係るレーザ装置では、N個の光増幅部それぞれは半導体発光素子を含むのが好適である。また、N個の光増幅部は1次元状または2次元状にアレイ配置されて集積化されているのが好適である。さらに、本発明に係るレーザ装置は、N個の光増幅部それぞれの出射面と、光結合部のN個の入出射端との間に設けられ、出射面から出射した光を集光して入出射端に入射させるとともに、入出射端から出射した光を集光して出射面に入射させるN個の結合レンズを更に備え、これらN個の結合レンズが1次元状または2次元状にアレイ配置されて集積化されているのが好適である。これらの場合には、小型化・低価格化が可能であり、また、ペルチエ素子等で温度調整するのも容易である。 In the laser apparatus according to the present invention, it is preferable that each of the N optical amplifiers includes a semiconductor light emitting element. Further, it is preferable that the N optical amplifying units are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array and integrated. Further, the laser device according to the present invention is provided between the exit surface of each of the N optical amplification units and the N input / output ends of the optical coupling unit, and condenses the light emitted from the exit surface. The optical system further includes N coupling lenses that are incident on the incident / exit end and collect the light emitted from the incident / exit end and enter the exit surface, and the N coupled lenses are arrayed in a one-dimensional or two-dimensional array. It is preferred that they are arranged and integrated. In these cases, it is possible to reduce the size and price, and it is easy to adjust the temperature with a Peltier element or the like.
本発明に係るレーザ装置では、N個の光増幅部それぞれの光増幅媒体は、波長範囲200nm〜900nmに含まれる何れかの波長の光を発生するのが好適である。この場合には、出力レーザ光を金属に照射して加工する際に、加工効率が優れる。 In the laser apparatus according to the present invention, it is preferable that the optical amplifying medium of each of the N optical amplifying units generates light having any wavelength included in the wavelength range of 200 nm to 900 nm. In this case, the processing efficiency is excellent when the metal is processed by irradiating the output laser beam.
本発明に係るレーザ装置では、光結合部における分岐部は、特定波長においてシングルモードである光導波路から構成されているのが好適である。この場合には、導波モードが安定して、動作も安定したものとなる。 In the laser device according to the present invention, it is preferable that the branching portion in the optical coupling portion is composed of an optical waveguide that is single mode at a specific wavelength. In this case, the waveguide mode is stable and the operation is stable.
本発明に係るレーザ装置では、回折格子部は基板上に形成された光導波路から構成されているのが好適である。この場合には、可撓性がないため、モードが安定し、温度調整することで安定動作が可能となる。 In the laser apparatus according to the present invention, it is preferable that the diffraction grating portion is composed of an optical waveguide formed on the substrate. In this case, since there is no flexibility, the mode is stable, and stable operation is possible by adjusting the temperature.
本発明に係るレーザ装置では、回折格子部は光ファイバから形成されているのが好適である。この場合には、特性が良好で、安価である。 In the laser apparatus according to the present invention, it is preferable that the diffraction grating portion is formed of an optical fiber. In this case, the characteristics are good and inexpensive.
本発明に係るレーザ装置では、光結合部における分岐部は基板上に形成された光導波路から構成されているのが好適である。光結合部の温度を調整する温度調整手段を更に備えるのも好適である。また、光導波路はオーバクラッド型のものであるのも好適である。この場合には、心数が多い場合に低価格化が可能であり、小型化なども可能である。 In the laser device according to the present invention, it is preferable that the branching portion in the optical coupling portion is constituted by an optical waveguide formed on the substrate. It is also preferable to further include temperature adjusting means for adjusting the temperature of the optical coupling portion. It is also preferable that the optical waveguide is of an over clad type. In this case, when the number of cores is large, the price can be reduced and the size can be reduced.
本発明に係るレーザ加工機は、上記の本発明に係るレーザ装置と、このレーザ装置から出力されるレーザ光を加工対象物に照射する照射光学系と、を備えることを特徴とする。照射光学系は、レーザ装置から出力されるレーザ光を集光して加工対象物に照射するのが好適であり、また、レーザ装置から出力されるレーザ光をビーム径20μm以下に集光するのが更に好適である。 A laser processing machine according to the present invention includes the above-described laser device according to the present invention and an irradiation optical system that irradiates a processing object with laser light output from the laser device. The irradiation optical system preferably collects the laser beam output from the laser device and irradiates the object to be processed, and condenses the laser beam output from the laser device to a beam diameter of 20 μm or less. Is more preferred.
本発明に係るレーザ装置は、高出力のレーザ光を出力することができて、しかも、安価なものとすることができ、波長管理が容易である。 The laser device according to the present invention can output a high-power laser beam, can be made inexpensive, and wavelength management is easy.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1実施形態)
先ず、本発明に係るレーザ装置の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るレーザ装置1の構成図である。この図に示されるレーザ装置1は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部31および回折格子部40を備える。
(First embodiment)
First, a first embodiment of a laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a
各光増幅部10nは、同様の構成のものであって、反射面と出射面との間に光増幅媒体を有するものであり、この光増幅媒体において所定波長域の光を放出するとともに誘導放射を生起することができる。ここで、nは1以上8以下の任意の整数である。 Each optical amplifying unit 10 n has the same configuration, and has an optical amplifying medium between the reflecting surface and the emitting surface. The optical amplifying medium emits light in a predetermined wavelength region and is guided. Radiation can occur. Here, n is an arbitrary integer from 1 to 8.
光結合部31は、8個の入出射端3111〜3118および1個の共通入出射端312を有し、8個の入出射端3111〜3118に入力した光を共通入出射端312から出力するとともに、共通入出射端312に入力した光を8分岐して8個の入出射端3111〜3118から出力する。
The
光結合部31の入出射端311nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部31の入出射端311nに入射させるとともに、光結合部31の入出射端311nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。或いは、光増幅部10nの出射面に結合レンズが一体形成され、この結合レンズから出射した光を集光して入出射端311nに入射させるのも好適である。
The entrance / exit end 311 n of the
光結合部31の共通入出射端312は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部31の共通入出射端312から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部31の共通入出射端312に入射する。
The common input /
光結合部31は、ツリー状に接続された7個の2入力2出力の3dB光カプラ3131〜3137を含む。図示のとおり、4個の光カプラ3131〜3134それぞれの2個の入力端子は、8個の入出射端3111〜3118と1対1に接続されている。2個の光カプラ3135,3136それぞれの2個の入力端子は、4個の光カプラ3131〜3134それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3137の2個の入力端子は、2個の光カプラ3135,3136それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3137の1個の出力端子は、共通入出射端312に接続されている。7個の光カプラ3131〜3137は、このようにツリー状に接続された場合、非接続の1つの端子を各々有することになるが、この非接続の端子は無反射終端とされている。
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置1は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
In the
図2は、光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部31の入出射端311nの構成の詳細図である。光増幅部10nは、反射面101と出射面102との間に光増幅媒体103を有するものであり、この光増幅媒体103において所定波長域の光を放出するとともに誘導放射を生起することができる。光増幅媒体103で発生する光の波長において、反射面101の反射率は高く例えば99%以上であり、出射面102の反射率は低く例えば1%以下である。この光増幅部10nはレーザダイオード(半導体発光素子)であるのが好適であり、反射面101に高反射膜が形成されているのが好適であり、また、出射面102に反射低減膜が形成されているのが好適である。
FIG. 2 is a detailed view of the configuration of the light amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the incident / exit end 311 n of the
結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面102から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部31の入出射端311nに入射させるとともに、光結合部31の入出射端311nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面102に入射させる。この結合レンズ20nの表面にも反射低減膜が形成されているのが好適である。また、光結合部31の入出射端311nにも反射低減膜が形成されているのが好適である。このようにすることにより、レーザ共振器における共振効率が向上する。
The coupling lens 20 n receives the light emitted from the
光増幅部101〜108それぞれがレーザダイオードである場合には、小型化が容易であり、また、ペルチエ素子等で温度調整するのも容易である。また、光増幅部101〜108は1次元状または2次元状にアレイ配置されて集積化されているのが好適である。さらに、結合レンズ201〜208も1次元状または2次元状にアレイ配置されて集積化されているのが好適である。このように集積化することにより、装置の組み立てが容易となり、コストを低減することができる。 When each of the optical amplifying units 10 1 to 10 8 is a laser diode, it is easy to reduce the size, and it is also easy to adjust the temperature with a Peltier element or the like. In addition, it is preferable that the optical amplifying units 10 1 to 10 8 are integrated in a one-dimensional or two-dimensional array. Furthermore, it is preferable that the coupling lenses 20 1 to 20 8 are also integrated by being arranged in a one-dimensional or two-dimensional array. By integrating in this way, the assembly of the apparatus becomes easy and the cost can be reduced.
また、光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体103は、波長範囲200nm〜900nmに含まれる何れかの波長の光を発生するのが好適である。この場合には、出力レーザ光を金属に照射して加工する際に、加工効率が優れる。
Moreover, it is preferable that each of the
光増幅部101〜108それぞれの反射面から回折格子部40までの光路長は、互いに異なり、光路長比が0.5〜2.0の範囲(ただし、1を除く)にあるのが好適である。すなわち、光増幅部10nの反射面101から回折格子部40までの光路長をLnと表すと、「Ln1≠Ln2」であって、「1<Ln1/Ln2<2」または「1<Ln2/Ln1<2」である。ただし、添え字n1,n2は、1以上8以下の任意の整数であって、互いに異なる。このようにすることによっても、レーザ共振器における共振効率が向上する。
The optical path lengths from the respective reflecting surfaces of the optical amplification units 10 1 to 10 8 to the
図3は、光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部31の入出射端311nの他の構成の詳細図である。この図に示されるように、光増幅部10nの出射面101は、反射面102に対して0度より大きく10度以下の角度で傾斜しているのが好適である。また、入出射端311nの端面は、該端面近傍における光結合部31の光導波路の光軸に対して80度以上90度未満の角度で傾斜しているのが好適である。このようにすることによっても、レーザ共振器における共振効率が向上する。
FIG. 3 is a detailed view of another configuration of the light amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the incident / exit end 311 n of the
図4は、光結合部31の入出射端311nと回折格子部40との間の光導波路構造の説明図である。回折格子部40のブラッグ反射波長において、光結合部31の各入出射端311nにおける光導波路はマルチモードであり、回折格子部40における光導波路はシングルモードである。光結合部31の各入出射端311nと回折格子部40との間の光導波路の長手方向に沿った何れかの位置Cにおいて、マルチモード光導波路Aとシングルモード光導波路Bとの境界が存在する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical waveguide structure between the incident / exit end 311 n of the
この境界位置Cにおいてマルチモード光導波路Aとシングルモード光導波路Bとが融着接続されていてもよい。この場合には、その境界位置Cにおいて、マルチモード光導波路Aのコアサイズをa1とし、シングルモード光導波路Bのコアサイズをa2としたときに、「0.9≦a1/a2≦1.0」または「0.9≦a2/a1≦1.0」なる関係式を満たすのが好適である。ここで、光導波路が光ファイバである場合には、コアサイズはコア径であり、基板上に形成された光導波路である場合には、コアサイズはコア幅である。このようにすることにより、この接続位置Cにおける接続損失を低減することができる。 The multimode optical waveguide A and the single mode optical waveguide B may be fusion-connected at the boundary position C. In this case, when the core size of the multimode optical waveguide A is a 1 and the core size of the single mode optical waveguide B is a 2 at the boundary position C, “0.9 ≦ a 1 / a 2 It is preferable that the relational expression of “≦ 1.0” or “0.9 ≦ a 2 / a 1 ≦ 1.0” is satisfied. Here, when the optical waveguide is an optical fiber, the core size is the core diameter, and when the optical waveguide is an optical waveguide formed on the substrate, the core size is the core width. By doing in this way, the connection loss in this connection position C can be reduced.
或いは、光導波路のコアサイズが長手方向に沿って連続的に変化していて、そのコアサイズの連続的変化の途中の位置Cにおいてマルチモードとシングルモードとが切り替わるようになっていてもよい。 Alternatively, the core size of the optical waveguide may be continuously changed along the longitudinal direction, and the multimode and the single mode may be switched at a position C in the middle of the continuous change of the core size.
光結合部31の各入出射端311nにおけるマルチモード光導波路Aのコアサイズは、回折格子部40のブラッグ波長の10倍以上であるのが好適である。また、光結合部31の各入出射端311nにおけるマルチモード光導波路Aのコアの比屈折率差は0.2%以上であるのが好適である。このようにすることにより、光結合部31の各入出射端311nと光増幅部10nとの間の光結合を高効率とすることができる。
The core size of the multimode optical waveguide A at each input / output end 311 n of the
光結合部31において、光カプラ3131〜3137それぞれは、マルチモード光導波路Aおよびシングルモード光導波路Bの何れから構成されていてもよい。ただし、光カプラ3131〜3137それぞれは、シングルモード光導波路Bから構成されているのが好適であり、このようにすることにより、導波モードが安定して、動作も安定したものとなる。
In the
本実施形態に係るレーザ装置1は以下のように動作する。各光増幅部10nの光増幅媒体103で発生した光のうち出射面102から外部へ出射された光は、結合レンズ20nにより集光されて、光結合部31の入出射端311nに入射する。光結合部31の8個の入出射端3111〜3118それぞれに入射した光は、光カプラ3131〜3137を経て、光結合部31の共通入出射端312から出力されて、回折格子部40に入射する。回折格子部40に入射した光のうち特定波長の光の一部は、この回折格子部40により選択的に反射され、これまでと逆の光路を辿って、各光増幅部10nの光増幅媒体103に帰還し、光増幅部10nの反射面101で反射される。このように光増幅媒体103に光が帰還することにより、光増幅媒体103において誘導放射が生起されて、光増幅部201〜208それぞれの反射面101と回折格子部40との間で構成されるレーザ共振器においてレーザ発振する。そして、発振したレーザ光の一部は、回折格子部40を透過して外部へ出射される。
The
このレーザ装置1では、光カプラ3131〜3137それぞれの非接続の1つの端子が無反射終端とされており、これらの無反射終端とされている端子と光増幅部20nの反射面101との間では共振が起こらない。したがって、ハイパワーのレーザ光が回折格子部40を経て外部へ出力される。また、このレーザ装置1では、レーザ共振器の一方側に1個の回折格子部40を設ければよいので、安価であり、また、出力レーザ光の波長(すなわち、回折格子部40のブラッグ反射波長)の管理が容易である。
In this
また、このレーザ装置1は、出力レーザ光波長において光結合部31の各入出射端311nにおける光導波路がマルチモードであることから、光結合部31の各入出射端311nと光増幅部10nとの光結合を高めるための光軸調整が容易であり、製造歩留まりを向上させることができ、製造コストを安価にすることができる。また、このレーザ装置1は、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードであることから、この回折格子部40において導波モードおよび反射率が安定して、動作も安定したものとなる。
Further, the
特に、本実施形態では、光結合部31および回折格子部40それぞれは光ファイバから構成されている。この場合には、心数が比較的少ないとき(例えば2〜4心のとき)に、安価に作製することができる。また、この光ファイバは特定波長において単一モード動作するのが好適であり、これにより共振効率が向上する。また、光結合部31は偏波保持光ファイバから分岐部が構成されており、光結合部31の8個の入出射面3111〜3118それぞれにおける偏波保持方位は、その入出射面に入射する光の偏向方位と一致するよう調整されているのが好適である。入出射面3111〜3118それぞれと、偏波保持光ファイバからなる分岐部との間に、マルチモード導波路が介在する場合には、該マルチモード導波路を平面基板で構成する等により、導波モードを安定化すると、共振効率が向上する。
In particular, in this embodiment, each of the
(第2実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第2実施形態について説明する。図5は、第2実施形態に係るレーザ装置2の構成図である。この図に示されるレーザ装置2は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部32および回折格子部42を備える。8個の光増幅部101〜108および8個の結合レンズ201〜208は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of the
光結合部32は、8個の入出射端3211〜3218および1個の共通入出射端322を有し、8個の入出射端3211〜3218に入力した光を共通入出射端322から出力するとともに、共通入出射端322に入力した光を8分岐して8個の入出射端3211〜3218から出力する。
The
光結合部32の入出射端321nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部32の入出射端321nに入射させるとともに、光結合部32の入出射端321nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
The incident / exit end 321 n of the
光結合部32の共通入出射端322は、回折格子部42と光学的に結合されている。すなわち、光結合部32の共通入出射端322から出射された光は回折格子部42に入射し、回折格子部42で反射された光は光結合部32の共通入出射端322に入射する。
The common input /
光結合部32は、ツリー状に接続された7個の2入力2出力の3dB光カプラ3231〜3237を含む。図示のとおり、4個の光カプラ3231〜3234それぞれの2個の入力端子は、8個の入出射端3211〜3218と1対1に接続されている。2個の光カプラ3235,3236それぞれの2個の入力端子は、4個の光カプラ3231〜3234それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3237の2個の入力端子は、2個の光カプラ3235,3236それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3237の1個の出力端子は、共通入出射端322に接続されている。7個の光カプラ3231〜3237は、このようにツリー状に接続された場合、非接続の1つの端子を各々有することになるが、この非接続の端子は無反射終端とされている。
回折格子部42は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部42は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置2は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部42との間でレーザ共振器を構成している。
In the
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部32の入出射端321nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the optical amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n and the incident / exit end 321 n of the
また、光結合部32の入出射端321nと回折格子部42との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置2は、出力レーザ光波長において光結合部32の各入出射端321nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部42における光導波路がシングルモードである。
The optical waveguide structure between the input / output end 321 n of the
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置2は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The
特に、本実施形態では、光結合部32および回折格子部42それぞれは、共通の基板320上に形成された光導波路から構成されている。この場合には、心数が比較的多いとき(例えば5心以上のとき)には安価に作製することができる。また、回折格子部42を保護する上でも好都合である。
In particular, in the present embodiment, each of the
光結合部32および回折格子部42が形成された基板320の温度を調整する温度調整手段(例えばペルチエ素子)を更に備えるのが好適であり、また、この温度調整手段により基板320の温度を40℃以上の所定温度に維持するのが好適である。このように温度調整することにより、光結合部32および回折格子部42それぞれの特性が安定し、導波光の偏波状態を保持する上で好都合である。また、光結合部32における光導波路はオーバクラッド型のものであるのが好適であり、この場合には、導波光の偏波状態を保持することができる。
It is preferable to further include a temperature adjusting means (for example, a Peltier element) for adjusting the temperature of the
(第3実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第3実施形態について説明する。図6は、第3実施形態に係るレーザ装置3の構成図である。この図に示されるレーザ装置3は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部33および回折格子部40を備える。8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208および回折格子部40は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 6 is a configuration diagram of a
光結合部33は、8個の入出射端3311〜3318および1個の共通入出射端332を有し、8個の入出射端3311〜3318に入力した光を共通入出射端332から出力するとともに、共通入出射端332に入力した光を8分岐して8個の入出射端3311〜3318から出力する。
The
光結合部33の入出射端331nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部33の入出射端331nに入射させるとともに、光結合部33の入出射端331nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
The incident / exit end 331 n of the
光結合部33の共通入出射端332は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部33の共通入出射端332から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部33の共通入出射端332に入射する。
The common incident /
光結合部33は、ツリー状に接続された7個の2入力2出力の3dB光カプラ3331〜3337を含む。図示のとおり、4個の光カプラ3331〜3334それぞれの2個の入力端子は、8個の入出射端3311〜3318と1対1に接続されている。2個の光カプラ3335,3336それぞれの2個の入力端子は、4個の光カプラ3331〜3334それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3337の2個の入力端子は、2個の光カプラ3335,3336それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3337の1個の出力端子は、共通入出射端332に接続されている。7個の光カプラ3331〜3337は、このようにツリー状に接続された場合、非接続の1つの端子を各々有することになるが、この非接続の端子は無反射終端とされている。
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置3は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
The
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部33の入出射端331nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the light amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the light incident / exit end 331 n of the
また、光結合部33の入出射端331nと回折格子部40との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置3は、出力レーザ光波長において光結合部33の各入出射端331nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードである。
The optical waveguide structure between the input / output end 331 n of the
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置3は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The
特に、本実施形態では、光結合部33は基板上に形成された光導波路から構成されていて、回折格子部40は光ファイバから構成されている。この場合には、心数が比較的多いとき(例えば5心以上のとき)には光結合部33を安価に作製することができる。また、光ファイバから構成される回折格子部40をも安価に作製することができる。
In particular, in this embodiment, the
光結合部33が形成された基板の温度を調整する温度調整手段(例えばペルチエ素子)を更に備えるのが好適であり、また、この温度調整手段により基板の温度を40℃以上の所定温度に維持するのが好適である。このように温度調整することにより、光結合部33の特性が安定し、導波光の偏波状態を保持する上で好都合である。また、光結合部33における光導波路はオーバクラッド型のものであるのが好適であり、この場合には、導波光の偏波状態を保持することができる。
It is preferable to further include a temperature adjusting means (for example, a Peltier element) for adjusting the temperature of the substrate on which the
(第4実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第4実施形態について説明する。図7は、第4実施形態に係るレーザ装置4の構成図である。この図に示されるレーザ装置4は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部34および回折格子部40を備える。8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208および回折格子部40は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of a
光結合部34は、8個の入出射端3411〜3418および1個の共通入出射端342を有し、8個の入出射端3411〜3418に入力した光を共通入出射端342から出力するとともに、共通入出射端342に入力した光を8分岐して8個の入出射端3411〜3418から出力する。
The
光結合部34の入出射端341nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部34の入出射端341nに入射させるとともに、光結合部34の入出射端341nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
The incident / exit end 341 n of the
光結合部34の共通入出射端342は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部34の共通入出射端342から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部34の共通入出射端342に入射する。
The common input /
光結合部34は、1個の8入力8出力の等分岐光カプラ343を含む。図示のとおり、光カプラ343の8個の入力端子は、8個の入出射端3411〜3418と1対1に接続されている。光カプラ343の1個の出力端子は、共通入出射端342に接続されている。光カプラ343の他の7個の非接続の出力端子は、無反射終端とされている。
The
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置4は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
In the
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部34の入出射端341nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the optical amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the incident / exit end 341 n of the
また、光結合部34の入出射端341nと回折格子部40との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置4は、出力レーザ光波長において光結合部34の各入出射端341nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードである。
Further, the optical waveguide structure between the input and output end 341 n of the
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置4は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The
(第5実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第5実施形態について説明する。図8は、第5実施形態に係るレーザ装置5の構成図である。この図に示されるレーザ装置5は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部35および回折格子部40を備える。8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208および回折格子部40は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 8 is a configuration diagram of a
光結合部35は、8個の入出射端3511〜3518および1個の共通入出射端352を有し、8個の入出射端3511〜3518に入力した光を共通入出射端352から出力するとともに、共通入出射端352に入力した光を8分岐して8個の入出射端3511〜3518から出力する。
The
光結合部35の入出射端351nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部35の入出射端351nに入射させるとともに、光結合部35の入出射端351nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
The incident / exit end 351 n of the
光結合部35の共通入出射端352は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部35の共通入出射端352から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部35の共通入出射端352に入射する。
The common input /
光結合部35は、2個の4入力4出力の等分岐光カプラ3531,3532、および、1個の2入力2出力の等分岐光カプラ3533を含む。図示のとおり、光カプラ3531,3532それぞれの4個の入力端子は、8個の入出射端3511〜3518と1対1に接続されている。光カプラ3533の2個の入力端子は、光カプラ3531,3532それぞれの1個の出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3533の1個の出力端子は、共通入出射端352に接続されている。光カプラ3531〜3533それぞれの非接続の出力端子は、無反射終端とされている。
The
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置5は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
In the
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部35の入出射端351nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the light amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n and the light incident / exit end 351 n of the
また、光結合部35の入出射端351nと回折格子部40との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置5は、出力レーザ光波長において光結合部35の各入出射端351nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードである。
Further, the optical waveguide structure between the input and output end 351 n and the diffraction
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置5は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The
(第6実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第6実施形態について説明する。図9は、第6実施形態に係るレーザ装置6の構成図である。この図に示されるレーザ装置6は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部36および回折格子部40を備える。8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208および回折格子部40は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 9 is a configuration diagram of a
光結合部36は、8個の入出射端3611〜3618および1個の共通入出射端362を有し、8個の入出射端3611〜3618に入力した光を共通入出射端362から出力するとともに、共通入出射端362に入力した光を8分岐して8個の入出射端3611〜3618から出力する。
The
光結合部36の入出射端361nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部36の入出射端361nに入射させるとともに、光結合部36の入出射端361nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
The incident / exit end 361 n of the
光結合部36の共通入出射端362は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部36の共通入出射端362から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部36の共通入出射端362に入射する。
The common input /
光結合部36は、ツリー状に接続された7個の2入力1出力のY分岐光カプラ3631〜3637を含む。図示のとおり、4個の光カプラ3631〜3634それぞれの2個の入力端子は、8個の入出射端3611〜3618と1対1に接続されている。2個の光カプラ3635,3636それぞれの2個の入力端子は、4個の光カプラ3631〜3634それぞれの出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3637の2個の入力端子は、2個の光カプラ3635,3636それぞれの出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3637の出力端子は、共通入出射端362に接続されている。
The
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置6は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
In the
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部36の入出射端361nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the optical amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the incident / exit end 361 n of the
また、光結合部36の入出射端361nと回折格子部40との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置6は、出力レーザ光波長において光結合部36の各入出射端361nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードである。
The optical waveguide structure between the input / output end 361 n of the
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置6は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The
(第7実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第7実施形態について説明する。図10は、第7実施形態に係るレーザ装置7の構成図である。この図に示されるレーザ装置7は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部37および回折格子部40を備える。8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208および回折格子部40は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 10 is a configuration diagram of a
光結合部37は、8個の入出射端3711〜3718および1個の共通入出射端372を有し、8個の入出射端3711〜3718に入力した光を共通入出射端372から出力するとともに、共通入出射端372に入力した光を8分岐して8個の入出射端3711〜3718から出力する。
The
光結合部37の入出射端371nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部37の入出射端371nに入射させるとともに、光結合部37の入出射端371nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
The incident / exit end 371 n of the
光結合部37の共通入出射端372は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部37の共通入出射端372から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部37の共通入出射端372に入射する。
The common incident /
光結合部37は、1個の8入力1出力のY分岐光カプラ373を含む。図示のとおり、光カプラ373の8個の入力端子は、8個の入出射端3711〜3718と1対1に接続されている。光カプラ373の出力端子は、共通入出射端372に接続されている。
The
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置7は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
In the
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部37の入出射端371nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the optical amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the incident / exit end 371 n of the
また、光結合部37の入出射端371nと回折格子部40との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置7は、出力レーザ光波長において光結合部37の各入出射端371nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードである。
The optical waveguide structure between the input / output end 371 n of the
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置7は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The
(第8実施形態)
次に、本発明に係るレーザ装置の第8実施形態について説明する。図11は、第8実施形態に係るレーザ装置8の構成図である。この図に示されるレーザ装置8は、8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208、光結合部38および回折格子部40を備える。8個の光増幅部101〜108、8個の結合レンズ201〜208および回折格子部40は、第1実施形態におけるものと同様のものである。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the laser apparatus according to the present invention will be described. FIG. 11 is a configuration diagram of a laser device 8 according to the eighth embodiment. The laser apparatus 8 shown in this figure includes eight optical amplification units 10 1 to 10 8 , eight coupling lenses 20 1 to 20 8 , an
光結合部38は、8個の入出射端3811〜3818および1個の共通入出射端382を有し、8個の入出射端3811〜3818に入力した光を共通入出射端382から出力するとともに、共通入出射端382に入力した光を8分岐して8個の入出射端3811〜3818から出力する。
The
光結合部38の入出射端381nは、結合レンズ20nを介して光増幅部10nの出射面に光学的に結合されている。すなわち、結合レンズ20nは、光増幅部10nの出射面から出射した光を入力して、この光を集光して光結合部38の入出射端381nに入射させるとともに、光結合部38の入出射端381nから出射した光を入力して、この光を集光して光増幅部10nの出射面に入射させる。
Input and output end 381 n of the
光結合部38の共通入出射端382は、回折格子部40と光学的に結合されている。すなわち、光結合部38の共通入出射端382から出射された光は回折格子部40に入射し、回折格子部40で反射された光は光結合部38の共通入出射端382に入射する。
The common input /
光結合部38は、2個の4入力1出力のY分岐光カプラ3831,3832、および、1個の2入力1出力のY分岐光カプラ3833を含む。図示のとおり、光カプラ3831,3832それぞれの4個の入力端子は、8個の入出射端3811〜3818と1対1に接続されている。光カプラ3833の2個の入力端子は、光カプラ3831,3832それぞれの出力端子と1対1に接続されている。光カプラ3833の出力端子は、共通入出射端382に接続されている。
The
回折格子部40は、8個の光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体で発生する光のうち、特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる。より具体的には、回折格子部40は、光導波路において長手方向に周期的な屈折率変調による回折格子が形成されたもので、その光導波路を導波する光のうち該回折格子におけるブラッグ条件を満たす特定波長の光の一部を選択的に反射させる。
The
そして、このレーザ装置8は、8個の光増幅部201〜208それぞれの反射面と回折格子部40との間でレーザ共振器を構成している。
The laser device 8 constitutes a laser resonator between the reflecting surfaces of the eight optical amplification units 20 1 to 20 8 and the
光増幅部10n、結合レンズ20nおよび光結合部38の入出射端381nの構成の詳細については、第1実施形態において図2および図3を用いて説明したものと同様である。
The details of the configuration of the light amplifying unit 10 n , the coupling lens 20 n, and the light incident / exit end 381 n of the
また、光結合部38の入出射端381nと回折格子部40との間の光導波路構造については、第1実施形態において図4を用いて説明したものと同様である。すなわち、このレーザ装置8は、出力レーザ光波長において光結合部38の各入出射端381nにおける光導波路がマルチモードであり、出力レーザ光波長において回折格子部40における光導波路がシングルモードである。
Further, the optical waveguide structure between the input and output end 381 n of the
以上のように構成される本実施形態に係るレーザ装置8は、第1実施形態に係るレーザ装置1と同様に動作して同様の効果を奏することができる。
The laser apparatus 8 according to the present embodiment configured as described above can operate in the same manner as the
(レーザ加工機の実施形態)
次に、本発明に係るレーザ加工機の実施形態について説明する。図12は、本実施形態に係るレーザ加工機9の構成図である。この図に示されるレーザ加工機9は、上述したレーザ装置1および照射光学系50を備える。照射光学系50は、レーザ装置1から出力されるレーザ光を加工対象物に照射するものであり、光ファイバ51およびレンズ52を含む。
(Embodiment of laser processing machine)
Next, an embodiment of a laser beam machine according to the present invention will be described. FIG. 12 is a configuration diagram of the
光ファイバ51は、回折格子部40を透過してレーザ装置1から出力されたレーザ光を一端に入力し、このレーザ光を導光して他端から出力する。そして、レンズ52は、この光ファイバ51の他端から出力されたレーザ光を入力して、このレーザ光を加工対象物に集光照射する。このように加工対象物にレーサ光を集光照射することにより、この加工対象物に対して、穴開け加工、半田付け加工およびアニーリング処理などを施す。
The
このとき、レンズ52によるレーザ光の集光に際し、その集光されたレーザ光のビーム径が20μm以下であるのが好適であり、この場合には、加工対象物を微細加工する上で好都合である。
At this time, when condensing the laser beam by the
また、レーザ装置1において、光増幅部101〜108それぞれの光増幅媒体103は、波長範囲200nm〜900nmに含まれる何れかの波長の光を発生するのが好適である。この場合には、加工対象物が金属であるときに、加工対象物におけるレーザ光吸収効率が高く、加工効率が優れる。
Moreover, in the
また、レーザ装置1において、光増幅部101〜108それぞれはレーザダイオードであるのが好適であるのが好適であり、この場合には、レーザ加工機9は、小型化が容易であり、また、ペルチエ素子等で温度調整するのも容易である。
Further, in the
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記の各実施形態では、光増幅部、結合レンズおよび光結合部の入出射端それぞれの個数を8としたが、本発明では一般に、これらの個数を2以上とすることができる。
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. In each of the above-described embodiments, the number of each of the light amplifying unit, the coupling lens, and the light incident / exit end of the light coupling unit is eight. However, in general, the number can be two or more in the present invention.
また、第4〜第8の実施形態それぞれにおいて、光結合部は基板上に形成された光導波路から構成されていてもよいし、回折格子部も基板上に形成されていてもよい。 Further, in each of the fourth to eighth embodiments, the optical coupling portion may be constituted by an optical waveguide formed on the substrate, and the diffraction grating portion may also be formed on the substrate.
また、結合レンズは無くてもよく、光増幅部と光結合部の入出射端とは直接に結合されていてもよい。ただし、光増幅部と光結合部とが別体である場合には、結合レンズを用いることにより、光結合効率が優れ、また、光軸調整が容易となる。 Further, the coupling lens may not be provided, and the optical amplifying unit and the incident / exit end of the optical coupling unit may be directly coupled. However, when the optical amplifying unit and the optical coupling unit are separate, by using a coupling lens, the optical coupling efficiency is excellent and the optical axis adjustment becomes easy.
また、光結合部において、互いに光結合された2つの光カプラの間に光ファイバが設けられていてもよいし、光カプラと入出射端との間に光ファイバが設けられていてもよいし、また、光カプラと共通入出射端との間に光ファイバが設けられていてもよい。これらの場合には、光カプラおよび光ファイバを含めて光結合部と扱うことができる。光カプラと入出射端との間に設けられた光ファイバがマルチモード光ファイバであればよい。 Further, in the optical coupling unit, an optical fiber may be provided between two optical couplers optically coupled to each other, or an optical fiber may be provided between the optical coupler and the input / output end. Further, an optical fiber may be provided between the optical coupler and the common input / output end. In these cases, the optical coupling unit including the optical coupler and the optical fiber can be handled. The optical fiber provided between the optical coupler and the incident / exit end may be a multimode optical fiber.
また、実施形態のレーザ加工機9において、レーザ装置1に替えて、レーザ装置2〜8の何れかが用いられてもよい。
In the
1〜8…レーザ装置、9…レーザ加工機、10…光増幅部、20…結合レンズ、31〜38…光結合部、40,42…回折格子部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-8 ... Laser apparatus, 9 ... Laser processing machine, 10 ... Optical amplification part, 20 ... Coupling lens, 31-38 ... Optical coupling part, 40, 42 ... Diffraction grating part.
Claims (28)
前記N個の光増幅部それぞれの前記光増幅媒体で発生する光のうち特定波長の光の一部を選択的にブラッグ反射させ、該特定波長の光の残部を透過させる回折格子部と、
前記N個の光増幅部に対して1対1に対応して設けられ前記出射面と光学的に結合されているN個の入出射端と、前記回折格子部と光学的に結合されている共通入出射端とを有し、前記N個の入出射端に入力した光を前記共通入出射端から出力するとともに、前記共通入出射端に入力した光をN分岐して前記N個の入出射端から出力する光結合部と、
を備え、
前記光結合部の前記N個の入出射端それぞれにおける光導波路が前記特定波長においてマルチモード光導波路であり、
前記回折格子部における光導波路が前記特定波長においてシングルモード光導波路であり、
前記N個の光増幅部それぞれの前記反射面と前記回折格子部との間でレーザ共振器を構成している、
ことを特徴とするレーザ装置(ただし、Nは2以上の整数)。 N optical amplifying units having an optical amplifying medium between the reflecting surface and the emitting surface;
A diffraction grating part that selectively Bragg-reflects a part of light of a specific wavelength among light generated in the optical amplification medium of each of the N optical amplification parts, and transmits the remainder of the light of the specific wavelength;
N input / output ends that are provided in one-to-one correspondence with the N optical amplification units and are optically coupled to the output surface, and are optically coupled to the diffraction grating unit. A light that is input to the N input / output ends, is output from the common input / output end, and the light input to the common input / output ends is N-branched to generate the N input / output ends. An optical coupling portion that outputs from the output end;
With
The optical waveguide at each of the N input / output ends of the optical coupling portion is a multimode optical waveguide at the specific wavelength,
The optical waveguide in the diffraction grating portion is a single mode optical waveguide at the specific wavelength,
A laser resonator is configured between the reflection surface of each of the N optical amplification units and the diffraction grating unit.
A laser device (where N is an integer of 2 or more).
これらN個の結合レンズは1次元状または2次元状にアレイ配置されて集積化されている、
ことを特徴とする請求項17記載のレーザ装置。 Provided between the exit surface of each of the N light amplification units and the N entrance / exit ends of the optical coupling unit, and condenses the light exiting from the exit surface to the entrance / exit end. And further comprising N coupling lenses for condensing the light emitted from the incident / exit end and making it incident on the exit surface,
These N coupling lenses are arrayed and integrated in a one-dimensional or two-dimensional array.
The laser device according to claim 17.
このレーザ装置から出力されるレーザ光を加工対象物に照射する照射光学系と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。 A laser device according to any one of claims 1 to 25;
An irradiation optical system for irradiating a workpiece with laser light output from the laser device;
A laser processing machine comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004037323A JP2005228987A (en) | 2004-02-13 | 2004-02-13 | Laser apparatus and laser working machine |
Applications Claiming Priority (1)
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