JP2011221191A - Beam uniformizing device and optical processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビーム均一化装置および光加工装置に関するものである。 The present invention relates to a beam homogenizing apparatus and an optical processing apparatus.
近年、レーザ光などの光を用いて加工対象物(ワーク)を加工する光加工装置が研究されている。このような光加工装置においては、加工対象物の表面における光の強度を均一に近づけることが求められる。光の強度を均一にすることで、加工されるべき領域の加工度合いを均一にでき、加工精度を高めることができるからである。 In recent years, an optical processing apparatus that processes a workpiece (work) using light such as laser light has been studied. In such an optical processing apparatus, it is required to make the intensity of light on the surface of the processing object close to uniform. This is because by making the light intensity uniform, the processing degree of the region to be processed can be made uniform, and the processing accuracy can be increased.
非特許文献1には、加工対象物の表面における光の強度を均一にするための技術が記載されている。この文献に記載された技術は、横断面が矩形であるコアを有する光ファイバを用意し、その光ファイバの一端にレーザ光を入射することにより、均一化された強度を有する光(トップハットビーム)が光ファイバの他端から出射されるというものである。
Non-Patent
光の強度を均一化する技術としては、上述した非特許文献1に記載された技術の他にも、様々な技術がある。例えば、カライドスコープにおける多重反射を利用して、光強度を均一化することができる。カライドスコープには、矩形導波管を有するものと、互いに平行に配置された2枚のミラーの間で光を多重反射させるものがある。矩形導波管を有するものは、4枚の内面反射鏡によって光を多重反射させ、矩形の横断面形状を有する均一な強度の光を出射することができる。また、2枚のミラーの間で光を多重反射させるものは、S偏光ビームを多重反射させて一方向の光強度を均一化することができる。
In addition to the technique described in
また、一つの光を複数の光に分割したのち、複数の光を一箇所にて重畳することにより、光強度を均一化する技術(ビームインテグレーション)もある。このような技術には、等しい大きさの単レンズが縦横に配列されて成るフライアイレンズのような透過光学系を利用する技術と、多数の平面ミラーが縦横に配列されて成るセグメントミラーのような反射光学系を利用する技術とがある。例えばフライアイレンズを利用する技術では、複数の単レンズによって一つの光を分割したのち、分割された複数の光を一箇所に集めることにより、強度分布を均一化することができる。 There is also a technique (beam integration) for equalizing the light intensity by dividing one light into a plurality of lights and then superimposing the plurality of lights at one place. Such a technique uses a transmission optical system such as a fly-eye lens in which single lenses of equal size are arranged vertically and horizontally, and a segment mirror in which a large number of plane mirrors are arranged vertically and horizontally. And a technology that uses a simple reflection optical system. For example, in a technique using a fly-eye lens, after dividing one light by a plurality of single lenses, the intensity distribution can be made uniform by collecting the plurality of divided lights at one place.
しかしながら、上述した技術はいずれも、複雑な形状のレンズやミラー、或いは光ファイバを利用するため製造コストが高くなってしまう。また、カライドスコープを用いる技術では、カライドスコープ内部での光の反射角が大きくなると反射率が低下することから、光損失が比較的大きいという問題がある。また、フライアイレンズやセグメントミラー等を用いる技術では、得られる光の強度分布(ビームプロファイル)がレンズ又はミラーへの光の入射角に影響され易く、入射光の角度調整(ビームアライメント)が難しいという問題がある。 However, any of the above-described techniques uses a complicatedly shaped lens, mirror, or optical fiber, which increases the manufacturing cost. Further, the technique using the kaleidoscope has a problem that the light loss is relatively large because the reflectance decreases when the reflection angle of light inside the kaleidoscope increases. In addition, in the technique using a fly-eye lens, a segment mirror, or the like, the intensity distribution (beam profile) of the obtained light is easily influenced by the incident angle of the light to the lens or mirror, and the angle adjustment (beam alignment) of the incident light is difficult. There is a problem.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、製造コストを抑えつつ、光損失を低く抑えることができ、且つ容易に製造可能なビーム均一化装置および光加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a beam uniformizing apparatus and an optical processing apparatus that can suppress the optical loss while suppressing the manufacturing cost and can be easily manufactured. For the purpose.
上述した課題を解決するために、本発明によるビーム均一化装置は、複数のコア、及び該複数のコアを覆うクラッドを有し、一端において一つのコアに光を受ける第1の光ファイバと、第1の光ファイバの他端において複数のコアと光学的に結合され、複数のコアから入射する光を混合して出射する光学部材とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a beam homogenizing apparatus according to the present invention includes a plurality of cores and a clad covering the plurality of cores, and a first optical fiber that receives light at one end at one end; An optical member that is optically coupled to a plurality of cores at the other end of the first optical fiber and that mixes and emits light incident from the plurality of cores is provided.
このビーム均一化装置では、第1の光ファイバの一端において一つのコアに光が入射される。この光は、第1の光ファイバの内部を伝搬する際、複数のコア間のクロストークによって、他のコアに分配される。こうして複数のコアに分配された複数の光は、第1の光ファイバの他端から出射される。第1の光ファイバの他端では、光学部材が複数のコアと光学的に結合されているので、この光学部材によって複数の光が混合され、均一な強度を有する一つの光となる。 In this beam homogenizer, light is incident on one core at one end of the first optical fiber. When propagating through the first optical fiber, this light is distributed to other cores by crosstalk between the plurality of cores. Thus, the plurality of lights distributed to the plurality of cores are emitted from the other end of the first optical fiber. Since the optical member is optically coupled to the plurality of cores at the other end of the first optical fiber, the plurality of lights are mixed by this optical member to form one light having uniform intensity.
このビーム均一化装置によれば、複数のコアを有する第1の光ファイバ(いわゆるマルチコア光ファイバ)を用いて光を分割するので、前述したフライアイレンズやセグメントミラー等を用いる方式と比較して製造コストを格段に抑えることができる。更に、カライドスコープを用いる方式と比較して光損失を低く抑えることができる。更に、光ファイバへの入射光の角度調整に困難性はなく、ビーム均一化装置を容易に製造することができる。 According to this beam homogenizer, light is split using a first optical fiber (so-called multi-core optical fiber) having a plurality of cores, so that it is compared with the above-described method using a fly-eye lens, a segment mirror, or the like. Manufacturing costs can be significantly reduced. Furthermore, the optical loss can be kept low as compared with a method using a kaleidoscope. Furthermore, there is no difficulty in adjusting the angle of the incident light to the optical fiber, and the beam uniformizing device can be easily manufactured.
また、ビーム均一化装置は、光学部材が第2の光ファイバであり、第2の光ファイバが、複数のコアを全て包含する太さのコアを有することを特徴としてもよい。これにより、第1の光ファイバの複数のコアから入射する光を混合して出射する光学部材を好適に実現できる。 In the beam homogenizer, the optical member may be a second optical fiber, and the second optical fiber may include a core having a thickness that includes all of the plurality of cores. Thereby, the optical member which mixes and radiate | emits the light which injects from the several core of a 1st optical fiber is suitably realizable.
また、ビーム均一化装置は、第1の光ファイバが、該第1の光ファイバの中央部に配置された中心コアと、該中心コアの周辺に配置された二つ以上の周辺コアとを有し、上記一つのコアは中心コアであることを特徴としてもよい。これにより、第1の光ファイバの中心付近に光を入射し、他のコア(周辺コア)へ光を均一に分配することができるので、出射光の強度の均一性を高めることができる。 In the beam homogenizer, the first optical fiber has a central core disposed in the central portion of the first optical fiber and two or more peripheral cores disposed around the central core. The one core may be a central core. Thereby, light can be incident near the center of the first optical fiber and light can be uniformly distributed to other cores (peripheral cores), so that the uniformity of the intensity of the emitted light can be improved.
また、ビーム均一化装置は、第1の光ファイバにおいて、二つ以上の周辺コアが、該第1の光ファイバの中心軸線から一定以上の距離を隔てた領域に、互いに等しい間隔で配置されていることを特徴としてもよい。これにより、周辺コアへ光をより均一に分配することができるので、出射光の強度の均一性を更に高めることができる。 In the first optical fiber, the beam homogenizer includes two or more peripheral cores arranged at equal intervals in a region separated from the central axis of the first optical fiber by a certain distance or more. It may be characterized by being. Thereby, since light can be more uniformly distributed to the peripheral core, the uniformity of the intensity of the emitted light can be further improved.
また、ビーム均一化装置は、第1の光ファイバの少なくとも一部が曲げられていることにより、複数のコアを導波する光の強度が複数のコア同士で均一化されることを特徴としてもよい。これにより、複数のコアを導波する複数の光の強度をより均一にすることができるので、出射光の強度の均一性を更に高めることができる。 The beam homogenizer may be characterized in that the intensity of light guided through the plurality of cores is made uniform between the plurality of cores by bending at least a part of the first optical fiber. Good. Thereby, since the intensity | strength of the some light which guides a several core can be made more uniform, the uniformity of the intensity | strength of emitted light can further be improved.
また、ビーム均一化装置は、第1の光ファイバの一端において一つのコアと光学的に結合された端部を有し、光を一つのコアに導く第3の光ファイバを更に備えることを特徴としてもよい。これにより、第1の光ファイバの一端において、上記一つのコアに光を精度よく且つ容易に入射させることができる。この場合、ビーム均一化装置は、第1の光ファイバのクラッド径と、第3の光ファイバのクラッド径とが略等しく、第1の光ファイバの一つのコアのコア径と、第3の光ファイバのコア径とが略等しいことが好ましい。これにより、上記一つのコアに光を更に精度よく入射させることができる。 The beam homogenizer further includes a third optical fiber having an end optically coupled to one core at one end of the first optical fiber and guiding light to the one core. It is good. Thereby, light can be accurately and easily incident on the one core at one end of the first optical fiber. In this case, the beam homogenizer is configured such that the cladding diameter of the first optical fiber and the cladding diameter of the third optical fiber are substantially equal, the core diameter of one core of the first optical fiber, and the third light It is preferable that the core diameter of the fiber is substantially equal. Thereby, light can be incident on the one core with higher accuracy.
また、ビーム均一化装置は、複数のコアの屈折率が互いに異なることを特徴としてもよい。これにより、各コアを導波される光の速度にばらつきが生じ、第1の光ファイバの他端において複数のコアから出射される複数の光の位相が互いに異なることとなるので、複数の光が互いに干渉することを抑制し、光学部材からの出射光の強度の均一性を更に高めることができる。 The beam homogenizer may be characterized in that the refractive indexes of the plurality of cores are different from each other. As a result, the speed of light guided through each core varies, and the phases of the plurality of lights emitted from the plurality of cores at the other end of the first optical fiber are different from each other. Can be prevented from interfering with each other, and the uniformity of the intensity of the emitted light from the optical member can be further enhanced.
また、本発明による光加工装置は、加工対象物を光によって加工する光加工装置であって、上述したいずれかのビーム均一化装置と、第1の光ファイバの一端において一つのコアと光学的に結合された光源とを備え、ビーム均一化装置の光学部材から出射された光を加工対象物に照射することを特徴とする。この光加工装置によれば、上述したいずれかのビーム均一化装置を備えることによって、製造コストを抑えつつ、光損失を低く抑えることができ、且つ容易に製造可能な光加工装置を提供できる。 An optical processing apparatus according to the present invention is an optical processing apparatus that processes an object to be processed with light, and includes any one of the above-described beam homogenizers and one core at one end of the first optical fiber. A light source coupled to the light beam, and irradiating the workpiece with light emitted from the optical member of the beam homogenizer. According to this optical processing apparatus, it is possible to provide an optical processing apparatus that can suppress light loss while keeping manufacturing costs low and can be easily manufactured by providing any of the beam homogenization apparatuses described above.
本発明によるビーム均一化装置および光加工装置によれば、製造コストを抑えつつ、光損失を低く抑えることができ、且つ容易に製造することができる。 According to the beam homogenizing apparatus and the optical processing apparatus according to the present invention, the optical loss can be suppressed low while the manufacturing cost is suppressed, and the manufacturing can be easily performed.
以下、添付図面を参照しながら本発明によるビーム均一化装置および光加工装置の実施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。 Embodiments of a beam homogenizing apparatus and an optical processing apparatus according to 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.
(実施の形態)
図1は、本発明に係る光加工装置の構成を概略的に示す図である。図1に示される光加工装置1は、加工対象物(ワーク)Wを光によって加工するための装置であって、光源10と、集光レンズ20と、ビーム均一化装置30と、転写レンズ40とを備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical processing apparatus according to the present invention. An
光源10は、所定波長の光L1を生成する。光源10から出射される光L1は、レーザ光であることが好ましい。光源10は、例えばシングルモード又はマルチモードのレーザ光を生成する半導体レーザ素子である。光源10としては、加工対象物Wの加工に好適な波長の光を生成する他の様々な光源を適用できる。光源10から出射された光L1は、集光レンズ20によって集光され、ビーム均一化装置30のシングルモード光ファイバ31に入射する。なお、光源10としてファイバレーザーを使用する場合には、レーザー発振させる光ファイバをシングルモード光ファイバ31と光学的に接続すればよく、集光レンズ20は不要となる。
The
ビーム均一化装置30は、光源10から出射された光L1の光強度を均一化するための装置である。ビーム均一化装置30は、シングルモード光ファイバ31、マルチコア光ファイバ32、及び大口径光ファイバ33を備える。
The
シングルモード光ファイバ31は、本実施形態における第3の光ファイバである。シングルモード光ファイバ31は、シングルモードで光を伝搬し得るコア径を有する。シングルモード光ファイバ31の構成材料としては、石英や樹脂等が好適である。シングルモード光ファイバ31の一端は集光レンズ20を介して光源10と光学的に結合されており、他端はマルチコア光ファイバ32の一端と融着接続されている。シングルモード光ファイバ31は、光源10から集光レンズ20を介して光L1を受け、この光L1を導波してマルチコア光ファイバ32に与える。
The single mode
マルチコア光ファイバ32は、本実施形態における第1の光ファイバである。マルチコア光ファイバ32は、複数のコアと該複数のコアを覆うクラッドとを有する。マルチコア光ファイバ32の構成材料としては、石英や樹脂等が好適である。ここで、図2及び図3は、マルチコア光ファイバ32の長手方向に垂直な断面構造の例を示す図である。図2に示されるマルチコア光ファイバ32aは、マルチコア光ファイバ32aの中央部(好ましくはマルチコア光ファイバ32aの中心軸線Cを含む位置)に配置された一つの中心コア34と、この中心コア34の周辺に配置された6つの周辺コア35と、中心コア34及び周辺コア35を覆うクラッド38とを有する。そして、6つの周辺コア35は、マルチコア光ファイバ32aの中心軸線Cから一定以上の距離D1を隔てた領域に、互いに等しい間隔D2を保って配置されている。
The multi-core
また、図3に示されるマルチコア光ファイバ32bは、マルチコア光ファイバ32bの中央部(好ましくはマルチコア光ファイバ32bの中心軸線Cを含む位置)に配置された一つの中心コア36と、この中心コア36の周辺に配置された8つの周辺コア37と、中心コア36及び周辺コア37を覆うクラッド39とを有する。そして、8つの周辺コア37は、マルチコア光ファイバ32bの中心軸線Cから一定以上の距離D3を隔てた領域に、互いに等しい間隔D4を保って配置されている。
Also, the multi-core
図2及び図3に例として示したように、マルチコア光ファイバ32は、該マルチコア光ファイバ32の中央部に配置された中心コアと、中心コアの周辺に配置された二つ以上の周辺コアとを有することが好ましい。マルチコア光ファイバ32の一端は、シングルモード光ファイバ31の他端と融着接続されており、シングルモード光ファイバ31及び集光レンズ20を介して光源10と光学的に結合されている。この結合において、マルチコア光ファイバ32の一つのコア(好ましくは中心コア)の位置と、シングルモード光ファイバ31のコアの位置とが互いに一致することにより、シングルモード光ファイバ31の端部のコアと、マルチコア光ファイバ32の一つのコア(中心コア)とが光学的に結合される。すなわち、光源10が、マルチコア光ファイバ32の一端において一つのコア(中心コア)と光学的に結合される。
As shown in FIGS. 2 and 3 as an example, the multi-core
また、マルチコア光ファイバ32の他端は、大口径光ファイバ33の一端と融着接続されることによって、大口径光ファイバ33と光学的に結合されている。マルチコア光ファイバ32は、光源10から集光レンズ20及びシングルモード光ファイバ31を介して一つのコア(好ましくは中心コア)に光L1を受ける。光L1は、複数のコア相互のクロストークによって複数のコアそれぞれにほぼ均一に分配される。そして、分配された複数の光は複数のコアにより導波され、該複数のコアから大口径光ファイバ33に与えられる。
Further, the other end of the multi-core
また、マルチコア光ファイバ32は、図1に示されるように、曲部32cを有することが好ましい。曲部32cは、例えば所定の半径でもって巻回されたマルチコア光ファイバ32の一部分である。このように、マルチコア光ファイバ32の少なくとも一部が曲げられていることにより、マルチコア光ファイバ32の複数のコアを導波する光の強度が、複数のコア同士でより均一化される。なお、このような作用を奏するマルチコア光ファイバ32の曲げは、曲部32cのように所定半径でもって巻回する態様に限らず、曲げの径、向き、及び長さのうちいずれか一つ以上を変化させてもよく、捻りを加えてもよい。
The multi-core
また、マルチコア光ファイバ32の複数のコアの屈折率は互いに等しい。或いは、マルチコア光ファイバ32の複数のコアの屈折率は互いに異なってもよい。
Further, the refractive indexes of the plurality of cores of the multi-core
大口径光ファイバ33は、本実施形態における第2の光ファイバであり、マルチコア光ファイバ32の複数のコアから入射する複数の光を混合して出射する光学部材である。大口径光ファイバ33の一端は、マルチコア光ファイバ32の他端において複数のコアと光学的に結合される。具体的には、大口径光ファイバ33は、マルチコア光ファイバ32の複数のコアを全て包含する太さのコアを有し、大口径光ファイバ33の一端において、大口径光ファイバ33のコアはマルチコア光ファイバ32の複数のコアの全てと接する。大口径光ファイバ33の構成材料としては、石英や樹脂等が好適である。
The large-diameter
マルチコア光ファイバ32の他端から大口径光ファイバ33に入射した複数の光は、大口径光ファイバ33の大口径コアの内部で混合され、光導波方向と垂直な面内において均一な強度分布を有する光L2となる。光L2は、大口径光ファイバ33の他端から出射され、転写レンズ40を介して加工対象物Wの表面に照射される。
A plurality of lights incident on the large-diameter
ここで、図4(a)は、図1に示されたIVa−IVa線に沿った断面を示す縦断面図であり、シングルモード光ファイバ31とマルチコア光ファイバ32との接続部分の構造を拡大して示している。また、図4(b)は、図1に示されたIVb−IVb線に沿った断面を示す縦断面図であり、マルチコア光ファイバ32と大口径光ファイバ33との接続部分の構造を拡大して示している。
Here, FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view showing a cross section taken along the line IVa-IVa shown in FIG. 1, and the structure of the connection portion between the single mode
図4(a)に示されるように、シングルモード光ファイバ31は、一本のコア51と、コア51を覆うクラッド52とを有する。また、マルチコア光ファイバ32は、マルチコア光ファイバ32の中央部に配置された中心コア53と、中心コア53の周辺に配置された周辺コア54とを含む複数のコアを有し、中心コア53及び周辺コア54はクラッド55によって覆われている。シングルモード光ファイバ31のコア51は、マルチコア光ファイバ32の一つのコア(好ましくは中心コア53)と光学的に結合される。
As shown in FIG. 4A, the single mode
本実施形態では、シングルモード光ファイバ31のクラッド径(すなわちシングルモード光ファイバ31の外径)Daと、マルチコア光ファイバ32のクラッド径(すなわちマルチコア光ファイバ32の外径)Dbとが互いに略等しい。また、シングルモード光ファイバ31のコア径Dcと、該シングルモード光ファイバ31のコアと光結合されるマルチコア光ファイバ32のコア(本実施形態では中心コア53)のコア径Ddとが互いに略等しい。
In the present embodiment, the clad diameter of the single mode optical fiber 31 (ie, the outer diameter of the single mode optical fiber 31) Da and the clad diameter of the multicore optical fiber 32 (ie, the outer diameter of the multicore optical fiber 32) Db are substantially equal to each other. . The core diameter Dc of the single mode
また、図4(b)に示されるように、大口径光ファイバ33は、一本のコア56と、コア56を覆うクラッド57とを有する。前述したように、コア56のコア径Deは、マルチコア光ファイバ32の複数のコア(中心コア53及び周辺コア54)を全て包含し得る大きさである。換言すれば、コア56のコア径Deは、マルチコア光ファイバ32において互いに最も離れた二つの周辺コア54同士の外側面間の距離(図中のDf)より大きい。
As shown in FIG. 4B, the large-diameter
以上の構成を備える本実施形態の光加工装置1(特にビーム均一化装置30)が奏する作用および効果について説明する。本実施形態の光加工装置1(ビーム均一化装置30)では、マルチコア光ファイバ32の一端において一つのコア(中心コア53)に光L1が入射される。この光L1は、マルチコア光ファイバ32の内部を伝搬する際、複数のコア間のクロストークによって、他のコア(周辺コア54)に分配される。こうして複数のコアに分配された複数の光は、マルチコア光ファイバ32の他端から出射される。マルチコア光ファイバ32の他端では、光学部材(大口径光ファイバ33)が複数のコア(中心コア53及び周辺コア54)と光学的に結合されているので、この光学部材によって複数の光が混合され、均一な強度を有する一つの光L2となる。
Actions and effects exerted by the optical processing apparatus 1 (particularly the beam homogenizing apparatus 30) of the present embodiment having the above configuration will be described. In the optical processing apparatus 1 (beam uniformizing apparatus 30) of the present embodiment, the light L1 is incident on one core (central core 53) at one end of the multi-core
この光加工装置1(ビーム均一化装置30)によれば、複数のコア53及び54を有するマルチコア光ファイバ32を用いて光L1を分割するので、フライアイレンズやセグメントミラー等を用いる方式と比較して製造コストを格段に抑えることができる。更に、カライドスコープを用いる方式と比較して光損失を低く抑えることができる。更に、光ファイバへの入射光の角度調整に困難性はなく、光加工装置1及びビーム均一化装置30を容易に製造することができる。
According to this optical processing device 1 (beam uniformizing device 30), the light L1 is split using the multi-core
また、本実施形態のように、光学部材は大口径光ファイバ33であることが好ましく、大口径光ファイバ33が、マルチコア光ファイバ32の複数のコア53及び54を全て包含する太さのコア56を有することが好ましい。これにより、マルチコア光ファイバ32の複数のコア53及び54から入射する複数の光を混合して出射するための光学部材を好適に実現できる。なお、このように本実施形態では光学部材として大口径光ファイバを例示したが、光学部材はこれに限られず、マルチコア光ファイバ32の複数のコア53及び54から入射する複数の光を混合して出射できるものであれば良い。例えば、回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)のように、マルチコア光ファイバ32を出射した複数の光をまとめて一つの光とし得るような光学素子(レンズ)を光学部材として用いてもよい。
As in the present embodiment, the optical member is preferably a large-diameter
また、本実施形態のように、マルチコア光ファイバ32は、マルチコア光ファイバ32の中央部に配置された中心コア53と、中心コア53の周辺に配置された二つ以上の周辺コア54とを有することが好ましい。この場合、光L1が入射されるコアは中心コア53であることが好ましい。これにより、マルチコア光ファイバ32の中心付近に光L1を入射し、周辺コア54へ光L1を均一に分配することができるので、出射光L2の強度の均一性を高めることができる。また、中心コア53に光L1を入射する構成とすることで、シングルモード光ファイバ31とマルチコア光ファイバ32との光軸調整を容易にできる。
Further, as in the present embodiment, the multi-core
また、本実施形態のように、マルチコア光ファイバ32において、二つ以上の周辺コア54は、マルチコア光ファイバ32の中心軸線から一定以上の距離を隔てた領域に、互いに等しい間隔で配置されていることが好ましい。これにより、周辺コア54へ光L1をより均一に分配することができるので、出射光L2の強度の均一性を更に高めることができる。
Further, as in the present embodiment, in the multi-core
また、本実施形態のように、マルチコア光ファイバ32の少なくとも一部が曲げられていることにより、複数のコア53及び54を導波する複数の光の強度が均一化されることが好ましい。これにより、複数のコア53及び54を導波する複数の光の強度をより均一にすることができるので、出射光L2の強度の均一性を更に高めることができる。
In addition, as in the present embodiment, it is preferable that at least a part of the multi-core
また、本実施形態のように、光加工装置1(ビーム均一化装置30)は、光L1をマルチコア光ファイバ32の一つのコア(本実施形態では中心コア53)に導くシングルモード光ファイバ31を備えることが好ましい。これにより、マルチコア光ファイバ32の一つのコアに光L1を精度よく且つ容易に入射させることができる。この場合、前述したように、マルチコア光ファイバ32のクラッド径Dbと、シングルモード光ファイバ31のクラッド径Daとが略等しく、マルチコア光ファイバ32の一つのコアのコア径Ddと、シングルモード光ファイバ31のコア径Dcとが略等しいことが好ましい。これにより、マルチコア光ファイバ32の一つのコア(中心コア53)に光L1を更に精度よく入射させることができる。
Further, as in the present embodiment, the optical processing apparatus 1 (beam uniformizing apparatus 30) includes a single mode
また、本実施形態のように、マルチコア光ファイバ32の複数のコア53及び54の屈折率が互いに異なってもよい。これにより、複数のコア53及び54のそれぞれを導波される複数の光の速度にばらつきが生じ、マルチコア光ファイバ32の他端において複数のコア53及び54から出射される複数の光の位相が互いに異なることとなるので、複数の光が互いに干渉することを抑制し、光学部材(大口径光ファイバ33)からの出射光L2の強度の均一性を更に高めることができる。
Further, as in this embodiment, the refractive indexes of the plurality of
(実施例1)
まず、図2に示された断面構造を有するマルチコア光ファイバを準備する。このマルチコア光ファイバは、例えば各コアの直径が9μmであり、各コアの中心間隔が20μmであり、各コアの屈折率分布が比屈折率差0.30%のステップインデックス型であり、クラッドの直径が125μmである。なお、例えば直径245μmの被覆がクラッドの外側を覆っていてもよい。
(Example 1)
First, a multi-core optical fiber having the cross-sectional structure shown in FIG. 2 is prepared. In this multi-core optical fiber, for example, the diameter of each core is 9 μm, the center interval between each core is 20 μm, and the refractive index distribution of each core is a step index type with a relative refractive index difference of 0.30%. The diameter is 125 μm. For example, a coating having a diameter of 245 μm may cover the outside of the cladding.
このマルチコア光ファイバを、一周当たり一回転の捻れを与えながら直径30mmのリールに10周巻き付け、上記実施形態における曲部32cを形成する。そして、マルチコア光ファイバの一端にシングルモード光ファイバを融着接続することにより、シングルモード光ファイバのコアとマルチコア光ファイバの中心コアとを光学的に結合させる。また、マルチコア光ファイバの他端に大口径光ファイバ(コア径100μm)を融着接続することにより、マルチコア光ファイバの全てのコアと、大口径光ファイバのコアとを光学的に結合させる。このシングルモード光ファイバを介してマルチコア光ファイバの中心コアに光を入射させると、複数のコア間のクロストークによって周辺コアに光パワーが分配される。複数のコアを導波した複数の光を大口径光ファイバのコアに入射させると、大口径光ファイバからは均一化された光が出射される。更に、この実施例では、リールへの巻付けによるマルチコア光ファイバの曲げ方向が捻れのために長手方向に変化しており、その結果、複数のコア間のクロストークのばらつきが低減し、各コアへより均一に光パワーが分配される。
The multi-core optical fiber is wound 10 times around a reel having a diameter of 30 mm while giving a twist of one rotation per round, and the
なお、本実施例では、マルチコア光ファイバの複数のコアに光を均一に分配するためにマルチコア光ファイバに捻れを与えながらリールに巻き付けているが、各コアにおける光パワーを互いに異ならせたい場合には、捻れを与えずにマルチコア光ファイバをリールに巻き付けてもよい。これにより、特定コアへの光パワーを大きく(あるいは小さく)することも可能である。さらに、リールの径を変化させることで、各コア間の光パワー差を変化させることも可能である。 In this embodiment, the multi-core optical fiber is wound around the reel while being twisted to uniformly distribute the light to the plurality of cores of the multi-core optical fiber, but the optical power in each core is different from each other. May wind a multi-core optical fiber around a reel without twisting. As a result, it is possible to increase (or decrease) the optical power to the specific core. Furthermore, the optical power difference between the cores can be changed by changing the reel diameter.
また、本実施例では、マルチコア光ファイバをリールに巻き付けることにより曲部を形成している。しかし、このような曲部を形成しなくてもコア間のクロストークに応じて光パワーが各コアに分配されるので、マルチコア光ファイバの曲部は省略されてもよい。マルチコア光ファイバの収納形態等に応じて、マルチコア光ファイバをリールに巻き付けずに収納することも考えられる。 In the present embodiment, the bent portion is formed by winding a multi-core optical fiber around a reel. However, since the optical power is distributed to each core according to the crosstalk between the cores without forming such a bent portion, the bent portion of the multi-core optical fiber may be omitted. Depending on the storage form of the multi-core optical fiber, it may be possible to store the multi-core optical fiber without winding it around the reel.
(実施例2)
まず、図3に示された断面構造を有するマルチコア光ファイバを準備する。このマルチコア光ファイバは、例えば各コアの直径が8.5μmであり、各コアの比屈折率差がそれぞれ0.37%、0.36%、0.35%、0.34%、0.33%、0.32%、0.31%、及び0.30%のステップインデックス型であり、クラッドの直径が125μmである。また、中心コアと周辺コアとの中心間隔は20μmである。なお、本実施例においても、例えば直径245μmの被覆がクラッドの外側を覆っていてもよい。
(Example 2)
First, a multi-core optical fiber having the cross-sectional structure shown in FIG. 3 is prepared. In this multi-core optical fiber, for example, the diameter of each core is 8.5 μm, and the relative refractive index difference of each core is 0.37%, 0.36%, 0.35%, 0.34%, 0.33, respectively. %, 0.32%, 0.31%, and 0.30% step index type, and the clad diameter is 125 μm. The center distance between the central core and the peripheral core is 20 μm. Also in this embodiment, for example, a coating having a diameter of 245 μm may cover the outside of the cladding.
本実施例においても、上述した実施例1と同様に、マルチコア光ファイバの複数のコア間のクロストークによって各コアに光パワーが分配される。そして、分配された複数の光が大口径光ファイバのコアに入射し、大口径光ファイバからは均一化された光が出射される。本実施例ではマルチコア光ファイバの複数のコアの屈折率が相互に異なるので、マルチコア光ファイバの内部を伝搬する複数の光は、光路長差の違いによって位相にばらつきが生じる。従って、大口径光ファイバの出射端からは、干渉性が低下した(干渉ノイズ、スペックルが小さい)均一性の高い光が出射される。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment described above, optical power is distributed to each core by crosstalk between a plurality of cores of the multi-core optical fiber. Then, the plurality of distributed lights are incident on the core of the large-diameter optical fiber, and uniformed light is emitted from the large-diameter optical fiber. In this embodiment, since the refractive indexes of the plurality of cores of the multi-core optical fiber are different from each other, the phases of the plurality of lights propagating through the multi-core optical fiber vary due to the difference in optical path length. Accordingly, highly uniform light with reduced coherence (interference noise and speckle is small) is emitted from the exit end of the large-diameter optical fiber.
本発明によるビーム均一化装置および光加工装置は、上述した実施形態および実施例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、第3の光ファイバ(シングルモード光ファイバ31)を備える構成を例示したが、本発明に係るビーム均一化装置および光加工装置では、第3の光ファイバを省略し、第1の光ファイバの一端に直接(或いは別の光学系を介して)光を入射させてもよい。 The beam uniformizing apparatus and the optical processing apparatus according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and examples, and various other modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the configuration including the third optical fiber (single mode optical fiber 31) is exemplified. However, in the beam homogenizer and the optical processing device according to the present invention, the third optical fiber is omitted. Light may be incident directly on one end of the first optical fiber (or via another optical system).
1…光加工装置、10…光源、20…集光レンズ、30…ビーム均一化装置、31…シングルモード光ファイバ、32,32a,32b…マルチコア光ファイバ、32c…曲部、33…大口径光ファイバ、34,36,53…中心コア、35,37,54…周辺コア、38,39,52,55,57…クラッド、40…転写レンズ、51,56…コア、W…加工対象物。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第1の光ファイバの他端において前記複数のコアと光学的に結合され、前記複数のコアから入射する光を混合して出射する光学部材と
を備えることを特徴とする、ビーム均一化装置。 A first optical fiber having a plurality of cores and a clad covering the plurality of cores and receiving light at one core at one end;
An optical member optically coupled to the plurality of cores at the other end of the first optical fiber and mixing and emitting light incident from the plurality of cores. .
前記第2の光ファイバは、前記複数のコアを全て包含する太さのコアを有することを特徴とする、請求項1に記載のビーム均一化装置。 The optical member is a second optical fiber;
2. The beam uniformizing apparatus according to claim 1, wherein the second optical fiber has a core having a thickness including all of the plurality of cores.
前記一つのコアは前記中心コアであることを特徴とする、請求項1または2に記載のビーム均一化装置。 The first optical fiber has a central core disposed in a central portion of the first optical fiber, and two or more peripheral cores disposed around the central core;
The beam uniformizing device according to claim 1, wherein the one core is the central core.
前記第1の光ファイバの前記一つのコアのコア径と、前記第3の光ファイバのコア径とが略等しいことを特徴とする、請求項6に記載のビーム均一化装置。 The cladding diameter of the first optical fiber and the cladding diameter of the third optical fiber are substantially equal;
The beam uniformizing apparatus according to claim 6, wherein the core diameter of the one core of the first optical fiber and the core diameter of the third optical fiber are substantially equal.
請求項1〜8のいずれか一項に記載のビーム均一化装置と、
前記第1の光ファイバの一端において前記一つのコアと光学的に結合された光源と
を備え、
前記ビーム均一化装置の前記光学部材から出射された光を前記加工対象物に照射することを特徴とする、光加工装置。 An optical processing device that processes an object to be processed with light,
The beam homogenizer according to any one of claims 1 to 8,
A light source optically coupled to the one core at one end of the first optical fiber,
An optical processing apparatus, wherein the processing object is irradiated with light emitted from the optical member of the beam homogenizing apparatus.
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