JP2006310465A - Laser processing apparatus and laser resonance module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置及びその装置に使用するレーザ共振モジュールに関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser resonance module used in the apparatus.
従来、レーザ治療装置において、レーザ光源からのレーザ光を導光照射するための光学系を持つ出射ユニット(アクセサリ)を付け替え可能とするレーザ治療装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このような装置によれば、出射ユニットを付け替えることにより、レーザメスの他、アザ、シミ等の治療あるいは歯科治療等にも使用できるようにしたものである。
上述したレーザ治療装置等は、1種類のレーザ波長のレーザ光を微調整して使用するもので、レーザ波長をm倍または1/mに変更可能なものはあるが、選択できる波長が限られており、用途に最適な波長が得られず、多様なニーズのレーザ治療あるいはレーザ加工に応えることはできなかった。そのため、高価な複数台のレーザ治療装置あるいはレーザ加工装置を備える必要があった。また、可変レーザは出力が小さく、装置自体も高価であった。 The laser treatment devices described above use finely tuned laser light of one type of laser wavelength, and there are devices that can change the laser wavelength to m times or 1 / m, but the selectable wavelengths are limited. Therefore, the optimum wavelength for the application could not be obtained, and it was not possible to respond to laser treatment or laser processing for various needs. Therefore, it is necessary to provide a plurality of expensive laser treatment apparatuses or laser processing apparatuses. Further, the output of the variable laser was small, and the device itself was expensive.
そこで、幅広いレーザ波長範囲の選択が可能なレーザ加工装置あるいはレーザ共振モジュールが求められていた。 Therefore, a laser processing apparatus or a laser resonance module capable of selecting a wide laser wavelength range has been demanded.
上記した課題を解決するために、本願発明の一態様によれば、励起光源と、この励起光源からの光を導き、共振させて、レーザ光を出射するレーザ共振モジュールと、このレーザ共振モジュールから出射したレーザ光を被加工物に照射するプローブと、前記各部位を駆動させるための電源部と、少なくとも前記レーザ光の出射を制御するための制御部と、
を備え、前記レーザ共振モジュールは、被加工物に応じた波長の選択が、交換により可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置が提供される。
In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, an excitation light source, a laser resonance module that guides light from the excitation light source, resonates, and emits laser light, and the laser resonance module A probe for irradiating the workpiece with emitted laser light, a power supply unit for driving each part, and a control unit for controlling at least emission of the laser light,
The laser resonance module is configured such that the wavelength can be selected according to the workpiece by replacement.
レーザ加工装置は、前記レーザ共振モジュールのレーザ媒質の中心に焦点合わせを行うための光学ユニットを備えていることが好ましい。 The laser processing apparatus preferably includes an optical unit for performing focusing on the center of the laser medium of the laser resonance module.
また、レーザ加工装置は、前記レーザ共振モジュールの一端側もしくは側面側へ、光ファイバーにより、励起光が導入されることが好ましい。 In the laser processing apparatus, excitation light is preferably introduced to one end side or side surface side of the laser resonance module by an optical fiber.
また、前記レーザ共振モジュールには、出射するレーザ光の波長を識別するマークが付されており、該レーザ共振モジュールが装着されると、その情報が前記制御部へ伝達されることが好ましい。 In addition, it is preferable that a mark for identifying the wavelength of the emitted laser light is attached to the laser resonance module, and that information is transmitted to the control unit when the laser resonance module is attached.
また、本願発明の別の一態様によれば、レーザ加工装置に用いるレーザ共振モジュールであって、冷却機能を備えた基板と、該基板上に第1の共振ミラーを介して載置されたレーザ媒質と、該レーザ媒質と所定の距離離間した第2の共振ミラーと、少なくとも前記第1及び第2の共振ミラー間を保持する外囲器から成ることを特徴とするレーザ共振モジュールが提供される。前記外囲器は円筒体状であることが、より好ましい。 According to another aspect of the present invention, there is provided a laser resonance module used in a laser processing apparatus, a substrate having a cooling function, and a laser mounted on the substrate via a first resonance mirror. There is provided a laser resonance module comprising: a medium; a second resonance mirror spaced apart from the laser medium by a predetermined distance; and an envelope holding at least the first and second resonance mirrors. . More preferably, the envelope is cylindrical.
前記レーザ共振モジュールは、レーザ媒質が、Nd添加イットリウムアルミニウムガーネットであることが好ましい。 In the laser resonance module, the laser medium is preferably Nd-added yttrium aluminum garnet.
また、レーザ共振モジュールは、レーザ波長に対応して外囲器に識別用の色彩が施されていることが好ましい。 In the laser resonance module, it is preferable that an identification color is applied to the envelope corresponding to the laser wavelength.
さらに、レーザ共振モジュールの交換の際、位置合わせのため、前記外囲器の外形全体または外形の一部が、前記外囲器の受け機構と対応した構造であることが好ましい。さらに好ましくは、外囲器にガイド溝を形成するものである。 Further, when replacing the laser resonance module, it is preferable that the entire outer shape of the envelope or a part of the outer shape thereof corresponds to the receiving mechanism of the envelope for alignment. More preferably, a guide groove is formed in the envelope.
本発明によれば、幅広いレーザ波長範囲の選択が可能なレーザ加工装置及びその装置に用いるレーザ共振モジュールが提供される。 According to the present invention, a laser processing apparatus capable of selecting a wide laser wavelength range and a laser resonance module used for the apparatus are provided.
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。尚、ここでは、レーザ加工装置として説明するが、これに限られずレーザ治療装置でもよいことは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, although demonstrated here as a laser processing apparatus, of course, it is not restricted to this, A laser treatment apparatus may be sufficient.
図1に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置100は、レーザ媒質を備え、所望の波長のレーザ光を発振させるとともに交換可能なレーザ共振モジュール10と、被加工物にレーザ光を導くプローブ20と、レーザ共振モジュール10に導入されレーザ媒質に誘導放出を起こさせるための励起光源30と、励起光源30からの光をレーザ媒質の中心に焦点合わせを行うための光学ユニット40と、レーザ加工装置100の各部が動作するに必要な電源を供給する電源部50と、レーザ加工装置100の各部を制御するための制御部60から構成されている。
As shown in FIG. 1, a
レーザ共振モジュール10は、被加工物に合わせた所望の波長のレーザ光を発振させるように、交換可能に構成されている。したがって、レーザ共振モジュール10は、レーザ加工装置100において、例えば着脱を考慮した1つの円柱体もしくは直方体状のユニットとすることが好適である。
The
レーザ共振モジュール10は、光を導入し、ポンピングして反転分布が作られ誘導放出を起こさせるレーザ媒質と、フィードバックを行う共振器部、および外囲器で構成される。
The
レーザ媒質としては、例えばNd添加イットリウムアルミニウムガーネット(Nd:YAG)を使用する。レーザ媒質はこれに限られず、YAG、石英ガラス、多成分ガラス、フッ化カルシウムをホスト材料とし、Pr、Nd、Ho、Er、Tm、Ybのいずれか一種以上をゲスト(添加物)としたものでもよい。 As the laser medium, for example, Nd-added yttrium aluminum garnet (Nd: YAG) is used. The laser medium is not limited to this, and YAG, quartz glass, multi-component glass, calcium fluoride is used as a host material, and one or more of Pr, Nd, Ho, Er, Tm, and Yb are used as a guest (additive). But you can.
レーザ共振モジュールに導入する励起LDの波長808nmであるとき、1064nmの波長の、レーザ光が出射する。LD出力をレーザ媒質(ヘッド)へ伝送するには、光学ユニット40の先端側に光ファイバーを用い、光ファイバーには、例えばシングルコアタイプを用いることができる。励起光源30は、励起LDに限られず、ランプ光源であってもよい。
When the wavelength of the excitation LD introduced into the laser resonance module is 808 nm, laser light having a wavelength of 1064 nm is emitted. In order to transmit the LD output to the laser medium (head), an optical fiber is used on the tip side of the
光学ユニット40は、例えばコリメートレンズ等から構成することができる。
The
本発明の実施形態において、レーザ共振モジュール10は、被加工物に対応した波長選択性を有している限り、特定の構造に限られず、いわゆる端面励起型であっても、側面励起空間型、側面励起ファイバー型のいずれでもよい。
In the embodiment of the present invention, the
図2は、本発明の実施形態にかかるレーザ共振モジュールの構成を示す略断面図である。図2(A)、(B)に示すように、励起光を側面から導入する側面励起型あるいは横励起型のレーザ共振モジュールは、例えば、冷却機能を備えた基板11、この基板11上に第1の共振ミラー12を介して載置されたレーザ媒質13、レーザ媒質13と所定の距離離間した第2の共振ミラー14、第1及び第2の共振ミラー12,14間を保持する円筒体状の外囲器15から構成される。基板11は、高熱伝導性、低熱膨張性の材質であればよく、例えば、Cu(銅)、W(タングステン)、AlN(窒化アルミニウム)、Si(シリコン)、Al2O3(アルミナ)、真鍮等が好適である。第1及び第2の共振ミラー12,14は、それぞれ所定の反射率と所定の透過率とを備えている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the laser resonance module according to the embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 2A and 2B, a side-pumped or laterally-pumped laser resonance module that introduces pumping light from the side has, for example, a
図3は、励起光を一端面から導入する端面励起型のレーザ共振モジュールの構成を示す略断面図である。励起光導入側の一端部に位置する第1の共振ミラー12、支持部16で支持されたレーザ媒質13、レーザ媒質13と所定の距離だけ離間して配設された第2の共振ミラー14、支持部16と第1及び第2の共振ミラー12,14間を保持する円筒体状の外囲器15から構成される。支持部16は、レーザ媒質13の冷却機能を果たすため、例えば高熱伝導性のAlで形成し、この支持部16に図示しない冷却機構(水冷、ペルチェ、放熱フィンなど発熱量に応じた機構)を接続して構成することができる。また、外囲器15の内壁に突起を設けこの突起にレーザ媒質13を固定し、壁ごと冷却することも出来る。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an end face excitation type laser resonance module that introduces excitation light from one end face. A first
このような端面励起型のレーザ共振モジュールは、図4に示すように、例えば次のような工程で組み立てることができる。 Such an end face excitation type laser resonance module can be assembled in the following steps, for example, as shown in FIG.
まず、円筒体状の外囲器15を用意(図4(A))し、励起光を導入する円筒体状の外囲器15の一端側を基準面として、第1の共振ミラー12を固定する(図4(B))。次いで、外囲器内15の所定位置に、支持部16で支持されたレーザ媒質13を固定する(図4(C))。次に、外囲器内15に第2の共振ミラー14を挿入し、入射励起光に対する出力光を観察しながら第2の共振ミラー14の位置を調整後、固定する(図4(D))。
First, a
制御部60は、レーザ加工装置100の各部を制御するが、図示しない表示部及び操作部を備えることができる。また、オペレータのみならず加工装置の安全を期するため、所定のフェールセーフ機能を付加することも好適である。
The
例えば、レーザ共振モジュール10の交換時には、所定の安全回路を働かせ、レーザビ−ムの出射を抑止するだけでなく、所定の温度域まで冷却されているかチェックするとともに、さらには交換の手順を音声ガイドしたり、表示器に表示させることが好適である。また、レーザ共振モジュール10の設定位置を適切に行わしめるため、レーザ共振モジュール10の外囲器15にマーキングを付してもよい。また、レーザ共振モジュール10の波長域に応じて外囲器15にそれぞれ異なる色彩を付してもよい。レーザ共振モジュールの交換の際、位置合わせのため、外囲器の外形全体または外形の一部が、外囲器の受け機構と対応した構造とする。例えば、外囲器にガイド溝を形成すると好適である。
For example, when the
プローブ20は、手動で操作可能な形状とすることもできる。このような場合には、周知の構成により、ガイド光を利用するように構成してもよい。
上述したようにレーザ加工装置、さらには、レーザ共振モジュールを構成しているので、幅広いレーザ波長範囲の選択が可能となっている。また、種々のレーザ媒質に波長を変換する光学非線形結晶等を組み合わせることで、波長をさらに幅広く選択できるようになる。
The
As described above, since the laser processing apparatus and the laser resonance module are configured, a wide laser wavelength range can be selected. Further, by combining various laser media with an optical nonlinear crystal or the like that converts the wavelength, a wider range of wavelengths can be selected.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
100・・・レーザ加工装置、10・・・レーザ共振モジュール、20・・・プローブ、30・・・励起光源、40・・・光学ユニット、50・・・電源部、60・・・制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
この励起光源からの光を導き、共振させて、レーザ光を出射するレーザ共振モジュールと、
このレーザ共振モジュールから出射したレーザ光を被加工物に照射するプローブと、
前記各部位を駆動させるための電源部と、
少なくとも前記レーザ光の出射を制御するための制御部と、
を備え、
前記レーザ共振モジュールは、被加工物に応じた波長の選択が、交換により可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。 An excitation light source;
A laser resonance module that guides and resonates light from the excitation light source, and emits laser light;
A probe for irradiating a workpiece with laser light emitted from the laser resonance module;
A power supply unit for driving each part;
A control unit for controlling at least emission of the laser beam;
With
The laser resonance module is configured such that the wavelength can be selected according to the workpiece by replacement.
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