JP2007266137A - Laser device and laser module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザー装置及びレーザーモジュールに係り、特に、半導体レーザー等のレーザー光源を備えたレーザーモジュールと光ファイバーの一端とを接続し、その光ファイバーの他端からレーザー光を出射するレーザー装置及びレーザーモジュールに関する。 The present invention relates to a laser device and a laser module, and in particular, a laser device and a laser module that connect a laser module having a laser light source such as a semiconductor laser and one end of an optical fiber and emit laser light from the other end of the optical fiber. About.
光ファイバーのレーザー光入射面のように強烈なレーザー光が照射される部位では、光ファイバーをフェルールに取り付ける際に使用する接着剤からのアウトガスがエネルギー密度の高いレーザー光によって光化学反応して表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバーへの結合効率を著しく低下させる現象があり問題となっていた。 In areas where intense laser light is irradiated, such as the laser light incident surface of an optical fiber, the outgas from the adhesive used to attach the optical fiber to the ferrule is photochemically reacted by the laser beam with high energy density and attached to the surface. However, it accumulates as a solid or liquid substance, causing a problem that the coupling efficiency to the optical fiber is remarkably reduced.
この問題を解決するため、特許文献1には、光ファイバーのレーザー光入射面を含むフェルール先端面に光透過性かつガスバリヤ性を有する部材(SiO2膜)を形成した半導体レーザーモジュールが開示されている。 In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses a semiconductor laser module in which a light transmissive and gas barrier member (SiO 2 film) is formed on the ferrule tip surface including the laser light incident surface of an optical fiber.
また、特許文献2には、半導体レーザーモジュールを構成する各々の光学部品、あるいは光ファイバーアレイの光出力端面に光集塵効果によって有機物が付着、吸着することで光利用効率が劣化するのを防止するために、半導体レーザー内部の内壁面や半導体レーザーモジュール内の光通過領域や光ファイバーの入出射面の少なくとも1つに、半導体レーザーから出されたレーザー光により活性化する光触媒層をコーティングした半導体レーザーモジュールが開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、接着剤からのアウトガスを防止することはできるものの、もともと空中に浮遊しているゴミや有機揮発物による汚れ等に対しては効果がない。 However, although the technique described in Patent Document 1 can prevent outgas from the adhesive, it has no effect on dirt or dirt caused by organic volatiles floating in the air.
また、特許文献2に記載された技術では、光触媒膜は低温でコートすると黒っぽく着色するため、吸収によりロスが大きくなる、コート膜が破壊する、などの問題があった。一方、吸収を抑制するために高温でコートすると、今度は光ファイバーが樹脂で被覆されているため、樹脂が溶けてしまうなどの問題があった。 Further, the technique described in Patent Document 2 has problems such as a loss of loss due to absorption and destruction of the coating film because the photocatalytic film is colored black when coated at a low temperature. On the other hand, if the coating is performed at a high temperature in order to suppress absorption, there is a problem that the resin melts because the optical fiber is coated with the resin.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができるレーザー装置及びレーザーモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can prevent the optical fiber from being contaminated by dust or the like due to the light dust collection effect, thereby reducing the light utilization efficiency, and can collect light with high light density. It is an object of the present invention to provide a laser device and a laser module that can prevent image sticking, damage, and the like from occurring at a position.
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明のレーザー装置は、光ファイバーと、前記光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールと、前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the laser device according to claim 1 is capable of connecting an optical fiber and the optical fiber, and contains a laser light source that emits laser light and a condensing lens that condenses the laser light. It is characterized by comprising: a laser module housed in a body; and fluctuating means that fluctuates the relative position between the condensing position of the laser light and the incident side end face of the optical fiber of the optical fiber.
この発明によれば、レーザー光の集光位置と光ファイバーのレーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段を備えた構成としたので、光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。 According to the present invention, the optical fiber is contaminated by dust or the like due to the light dust collection effect because the variation means for varying the relative position between the condensing position of the laser light and the incident side end face of the optical fiber is provided. Therefore, it is possible to prevent the light utilization efficiency from being lowered and to prevent the occurrence of image sticking or damage at a light condensing position with a high light density.
なお、請求項2に記載したように、前記変動手段は、前記光ファイバーを振動させる振動手段である構成とすることができる。 According to a second aspect of the present invention, the fluctuating unit may be a vibrating unit that vibrates the optical fiber.
この場合、請求項3に記載したように、前記振動手段は、前記光ファイバーを保持するフェルールを振動させる構成とすることができる。 In this case, as described in claim 3, the vibrating means may be configured to vibrate the ferrule that holds the optical fiber.
また、請求項4に記載したように、前記光ファイバーを保持するフェルールが前記収容体に固定されると共に、前記光ファイバーの一部が前記収容体内に延伸され、前記振動手段は、前記収容体内に延伸した光ファイバーを振動させる構成としてもよい。 According to a fourth aspect of the present invention, a ferrule that holds the optical fiber is fixed to the housing, a part of the optical fiber is stretched into the housing, and the vibration unit is stretched into the housing. The optical fiber may be configured to vibrate.
また、請求項5に記載したように、前記収容体内に、液体が充填された液体室をさらに備え、前記液体室内に前記光ファイバーの一部が延伸されると共に、前記振動手段は、前記液体を振動させることにより前記光ファイバーを振動させる構成としてもよい。 According to a fifth aspect of the present invention, the container further includes a liquid chamber filled with a liquid, and a part of the optical fiber is extended into the liquid chamber. It is good also as a structure which vibrates the said optical fiber by vibrating.
また、請求項6に記載したように、前記変動手段は、前記光ファイバーのコアに入射される前記レーザー光のスポット径が前記コア径内となるように、前記相対位置を変動させることが好ましい。 According to a sixth aspect of the present invention, the changing means preferably changes the relative position so that the spot diameter of the laser light incident on the core of the optical fiber is within the core diameter.
また、請求項7に記載したように、前記振動手段はピエゾ素子又は超音波振動素子である構成とすることができる。 According to a seventh aspect of the present invention, the vibration means may be a piezo element or an ultrasonic vibration element.
また、請求項8に記載したように、前記レーザー光源は、波長が350nmから500nmの範囲内の波長のレーザー光を出射する構成とすることができる。 In addition, as described in claim 8, the laser light source may be configured to emit laser light having a wavelength within a range of 350 nm to 500 nm.
請求項9記載の発明のレーザーモジュールは、光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールであって、前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、を備えたことを特徴とする。 The laser module of the invention according to claim 9 is a laser module in which an optical fiber can be connected, and a laser light source that emits laser light and a condensing lens that condenses the laser light are housed in a housing body, And fluctuating means for fluctuating the relative position between the condensing position of the laser light and the laser light incident side end surface of the optical fiber.
本発明によれば、光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる、という効果を有する。 According to the present invention, it is possible to prevent the optical fiber from being contaminated by dust or the like due to the light dust collection effect and to reduce the light utilization efficiency, and to prevent the occurrence of burn-in, damage, or the like at a high light density condensing position. Has the effect of being able to.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係るレーザー装置1の側面の概略断面図を示した。レーザー装置1は、レーザーモジュール10に光ファイバーケーブル24が接続されて構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a side surface of the laser device 1 according to this embodiment. The laser device 1 is configured by connecting an
レーザーモジュール10は、一例として外形が略円筒状である。そして、レーザーモジュール10は半導体レーザー12を備えており、ハウジング14内に収容されている。
As an example, the
半導体レーザー12は、例えば紫外光域の波長(例えば400nm)のレーザー光を出射する半導体レーザーを用いることができる。なお、本発明は、光集塵効果が発生しやすい波長、例えば350nm〜500nmの波長のレーザー光を出力する半導体レーザー12を用いる場合に特に効果がある。
As the
半導体レーザー12のレーザー光の出射側には、レンズ16が設けられている。このレンズ16は、レンズホルダ18によってハウジング14内に固定されている。
A
また、ハウジング14には、半導体レーザー12から出射され、レンズ16を透過したレーザー光をハウジング14の外部へ出射するための窓部(孔)19が設けられている。半導体レーザー12から出射されレンズ16を透過したレーザー光は、この窓部19を通過してレーザーモジュール10の外部へ出射される。
The
なお、レンズ16は、半導体レーザー12から出射されたレーザー光が、窓部19のレーザー光出射側の端部(図1に示すA点)付近に集光されるような開口率を有する。これにより、レンズ16を透過したレーザー光は、後述する光ファイバーケーブルの端部との接続位置である図1に示すA点付近に集光される。
The
また、ハウジング14のレーザー光の出力端側は、後述する光ファイバーケーブルのフェルールを保持するためのフェルール保持部14Aが設けられたレセプタクル構造となっており、略円筒状の凹部が形成されている。この凹部に後述する光ファイバーケーブルの一端が挿入される。
Further, the laser beam output end side of the
光ファイバーケーブル24は、コア26の周囲にクラッド28が形成され、これが被覆材29によって被覆された光ファイバー30を備え、被覆材29が除去された一端側にフェルール32が取り付けられた構成である。この光ファイバーケーブル24のフェルール32側がレーザーモジュール10のフェルール保持部14A内に挿入されることにより両者が接続される。
The
また、フェルール保持部14Aの内周部には、振動素子40が取り付けられており、この振動素子40には制御部42及び電源部44が接続されている。振動素子40は、例えばピエゾ素子や超音波振動素子等で構成されるが、これに限られるものではない。振動素子40は、電源部44によって電源供給され、制御部42によって振動制御される。
A
また、図1に示すように、フェルール保持部14Aは、挿入されたフェルール32との間にわずかな隙間46が生じた状態でフェルール32を保持している。従って、フェルール32によって保持された光ファイバー30を良好に振動させることができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
制御部42は、半導体レーザー12が発光中に振動素子40を常時振動させる。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー30のレーザー光の入射側端面との相対位置が常時変動するため、光集塵効果によって有機物が光ファイバー30に付着して光利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
The
なお、制御部42は、光ファイバー30の振動振幅が、次式で示す最大振動振幅値ΔX以下となるように振動素子40を制御することが好ましい。
Note that the
ΔX=d−ω0 ・・・(1)
ここで、dは光ファイバー30のコア26のコア径(直径)、ω0は光ファイバー30のレーザー光の入射面におけるレーザー光の強度が1/e2のビーム径である。例えばコア径dが60μm、レーザー光のビーム径が10μmの場合、最大振動振幅値ΔXは50μmとなる。
ΔX = d−ω0 (1)
Here, d is the core diameter (diameter) of the
このように、光ファイバー30の振動振幅が最大振動振幅値ΔX以下となるように制御することにより、光ファイバー30を振動させても損失を抑えつつ確実にレーザー光を光ファイバー30に入射させることができる。
As described above, by controlling the vibration amplitude of the
なお、制御部42は、半導体レーザー12が発光していない時に例えば定期的に振動素子40を振動させるように制御してもよい。これにより、光ファイバー30に付着したゴミ等を除去することができる。
Note that the
次にレーザー装置の変形例について説明する。なお、図1に示すレーザー装置1と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。 Next, a modified example of the laser device will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the laser apparatus 1 shown in FIG. 1, and the detailed description is abbreviate | omitted.
まず、図2に、第1の変形例に係るレーザー装置1Aを示した。レーザー装置1Aは、レーザーモジュール10Aと光ファイバーケーブル24Aとが接続されて成り、同図に示すように、光ファイバー30のフェルール32がフェルール保持部14Aによって保持されている。フェルール保持部14Aは、ハウジング14に例えば溶接等によって固定され、ハウジング14内が密閉されている。
First, FIG. 2 shows a laser device 1A according to a first modification. The laser apparatus 1A is configured by connecting a laser module 10A and an
そして、フェルール保持部14Aに保持されたフェルール32から光ファイバー30がハウジング14内に延伸されており、この延伸された光ファイバー30に振動素子40が取り付けられている。なお、半導体レーザー12から出射されたレーザー光は、ハウジング14内に延伸された光ファイバー30の端部(図中A点)付近に集光される。
The
制御部42の振動制御によって振動素子40が振動すると、ハウジング14内に延伸された光ファイバー30の先端が振動する。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー30のレーザー光の入射側端面との相対位置が変動するため、光集塵効果によって有機物が光ファイバー30に付着して光利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
When the
なお、図2では、光ファイバー30のみがハウジング14内に延伸した構成としているが、フェルール32と共にハウジング14内に延伸した構成とし、フェルール32ごと振動させる構成としてもよい。
In FIG. 2, only the
次に、図3に、第2の変形例に係るレーザー装置1Bを示した。レーザー装置1Aは、レーザーモジュール10Bと光ファイバーケーブル24Aとが接続されて成り、同図に示すように、レーザーモジュール10Bのハウジング14内に、液体50が充填された液体室52が設けられており、この液体室52内に光ファイバー30の先端側が延伸している。そして、液体室52の底面とハウジング14との間に振動素子40が取り付けられている。
Next, FIG. 3 shows a laser device 1B according to a second modification. The laser device 1A is formed by connecting a laser module 10B and an
このような構成の場合、制御部42の振動制御により振動素子40が振動すると、液体室52内に発生するキャビテーションにより液体室52内に延伸された光ファイバー30の先端が振動する。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー30のレーザー光の入射側端面との相対位置が変動するため、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。また、光ファイバー30の先端の周囲が液体50で満たされているため、ゴミ等が付着するのを防ぐことができる。
In such a configuration, when the
次に、図4に、第3の変形例に係るレーザー装置1Cを示した。レーザー装置1Cは、レーザーモジュール10Cと光ファイバーケーブル24とが接続されて成り、同図に示すように、レーザーモジュール10Cのハウジング14にレーザー光の出射窓部にガラススタブ54が設けられている。そして、このガラススタブ54とフェルール保持部14A内に挿入された光ファイバーケーブル24のレーザー光の入射側の端面とが当接した状態で、レーザーモジュール10Cと光ファイバーケーブル24とが接続されている。これにより、光集塵効果によって有機物が光ファイバー30に付着して光利用効率が低下するのを防ぐことができる。
Next, FIG. 4 shows a laser device 1C according to a third modification. The laser device 1C is formed by connecting a
また、フェルール保持部14Aの内周部に、ガラススタブ54及びフェルール保持部14Aを同時に振動させる振動素子40が設けられている。
In addition, a vibrating
制御部42の振動制御により振動素子40が振動すると、ガラススタブ54及びフェルール32が同時に振動し、光ファイバー30の先端が振動する。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー30のレーザー光の入射側端面との相対位置が変動するため、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
When the
なお、本実施形態では、光ファイバー30の先端側を振動させる場合について説明したが、これに限らず、半導体レーザー12やレンズ16を振動させる構成としてもよく、レーザー光の集光位置と光ファイバー30のレーザー光の入射側端面との相対位置を変動させることができるものであればよい。
In the present embodiment, the case where the tip end side of the
1、1A、1B、1C レーザー装置
10、10A、10B、10C レーザーモジュール
12 半導体レーザー
14 ハウジング(収容体)
14A フェルール保持部
16 レンズ
18 レンズホルダ
19 窓部
24A 光ファイバーケーブル
26 コア
28 クラッド
29 被覆材
30 光ファイバー
32 フェルール
40 振動素子(振動手段)
42 制御部
44 電源部
52 液体室
54 ガラススタブ
1, 1A, 1B,
14A
42
Claims (9)
前記光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールと、
前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、
を備えたことを特徴とするレーザー装置。 With optical fiber,
A laser module in which the optical fiber can be connected, and a laser light source for emitting laser light and a condenser lens for condensing the laser light are accommodated in a container;
Fluctuation means for varying the relative position between the condensing position of the laser light and the incident side end surface of the laser light of the optical fiber,
A laser apparatus comprising:
前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、
を備えたことを特徴とするレーザーモジュール。 An optical fiber is connectable, and a laser light source for emitting laser light and a condensing lens for condensing the laser light are housed in a housing body,
Fluctuation means for varying the relative position between the condensing position of the laser light and the incident side end surface of the laser light of the optical fiber,
A laser module characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006086579A JP2007266137A (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Laser device and laser module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006086579A JP2007266137A (en) | 2006-03-27 | 2006-03-27 | Laser device and laser module |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009246040A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Laser light source device |
-
2006
- 2006-03-27 JP JP2006086579A patent/JP2007266137A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009246040A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Laser light source device |
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