JP2020068351A - Laser processing device - Google Patents
Laser processing device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020068351A JP2020068351A JP2018201772A JP2018201772A JP2020068351A JP 2020068351 A JP2020068351 A JP 2020068351A JP 2018201772 A JP2018201772 A JP 2018201772A JP 2018201772 A JP2018201772 A JP 2018201772A JP 2020068351 A JP2020068351 A JP 2020068351A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- core
- laser light
- laser
- light sources
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、複数のレーザダイオードで構成されるファイバ結合型のレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a fiber-coupled laser processing device composed of a plurality of laser diodes.
特許文献1,2には、2つ以上の波長を持つレーザの光軸をダイクロイックミラー等により合せて波長を合波することにより、レーザを被照射体にザ照射して加工するレーザ加工方法が記載されている。
In
レーザ加工装置の場合、レーザ光をファイバに入力し、レーザ加工装置内で光の取り回しを行う。 In the case of a laser processing device, laser light is input to a fiber and the light is handled within the laser processing device.
しかしながら、レーザ加工装置では、光軸を合せるために、ダイクロイックミラー等の光学素子を設ける必要がある。また、光軸を合せるために、前記光学素子を微調整する必要がある。 However, in the laser processing apparatus, it is necessary to provide an optical element such as a dichroic mirror in order to align the optical axes. Further, it is necessary to finely adjust the optical element in order to align the optical axis.
ファイバにレーザ光を導光する場合、レーザ品質を表すパラメータBPP(Beam Parameter Products、ビームパラメータ積)が悪化する場合がある。パラメータBPPは、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積で定義される。例えば、エミッタサイズが数十umのレーザ出力を400umファイバに導光した場合には、パラメータBPPがかなり悪化する。 When the laser light is guided to the fiber, the parameter BPP (Beam Parameter Products, beam parameter product) representing the laser quality may deteriorate. The parameter BPP is defined by the product of the radius of the beam waist and the half width at half maximum of the divergence angle of the beam. For example, when a laser output having an emitter size of several tens of um is guided to a 400 um fiber, the parameter BPP deteriorates considerably.
本発明の課題は、ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することなく、パラメータBPPの悪化を抑えるレーザ加工装置を提供する。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that suppresses deterioration of the parameter BPP without providing an optical element such as a dichroic mirror and finely adjusting the optical element.
本発明に係るレーザ加工装置の請求項1は、互いに異なる波長を有する複数のレーザ光を出射するものであって、1以上の第1レーザ光源と前記1以上の第1レーザ光源を挟むように配置された複数の第2レーザ光源とを有する複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源に対応して設けられ、前記複数のレーザ光源からの複数波長のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、第1コアと第1コアを取り囲む第1クラッドと第1クラッドを取り囲む第2コアと第2コアを取り囲む第2クラッドとを有するダブルコアファイバと、前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数波長のレーザ光を前記ダブルコアファイバに集光する集光レンズとを備え、前記1以上の第1レーザ光源からのレーザ光を前記第1コアに入射させ、前記複数の第2レーザ光源からのレーザ光を前記第1コアと前記第2コアとの少なくとも一方のコアに入射させることを特徴とする。 According to a first aspect of the laser processing apparatus of the present invention, a plurality of laser beams having different wavelengths are emitted, and one or more first laser light sources and the one or more first laser light sources are sandwiched therebetween. A plurality of laser light sources having a plurality of second laser light sources arranged, and a plurality of collimator lenses provided corresponding to the plurality of laser light sources and collimating laser light of a plurality of wavelengths from the plurality of laser light sources, A double core fiber having a first core, a first clad surrounding the first core, a second core surrounding the first clad and a second clad surrounding the second core; and a plurality of wavelengths collimated by the plurality of collimating lenses. A condenser lens for condensing laser light on the double core fiber, and allowing the laser light from the one or more first laser light sources to enter the first core. Characterized in that for entering the laser light from the plurality of second laser light source to at least one of the core and the second core and the first core.
請求項2では、前記1以上の第1レーザ光源は、前記複数のレーザ光源の内のビームパラメータ積が最も良いレーザ光源であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the one or more first laser light sources are laser light sources having the best beam parameter product among the plurality of laser light sources.
請求項3では、前記1以上の第1レーザ光源は、ファイバレーザであり、前記複数の第2レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする。 In claim 3, the one or more first laser light sources are fiber lasers, and the plurality of second laser light sources are semiconductor lasers.
請求項4では、前記半導体レーザは、波長が600um以下であることを特徴とする。 In a fourth aspect of the present invention, the semiconductor laser has a wavelength of 600 μm or less.
請求項5では、前記集光レンズは、入力された制御信号に応じて焦点が可変する焦点可変レンズからなり、第1時刻に第1コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記1以上の第1レーザ光源からのレーザ光を前記第1コアに入射させ、第2時刻に第2コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記複数の第2レーザ光源からのレーザ光を第2コアに入射させるコントローラを備えることを特徴とする。 In claim 5, the condensing lens comprises a variable focus lens having a variable focus in accordance with an input control signal, and the first core control signal is applied to the variable focus lens at a first time to obtain the one or more. Laser light from the first laser light source is incident on the first core, and a second core control signal is applied to the focus variable lens at a second time to generate a second laser light from the plurality of second laser light sources. It is characterized by comprising a controller for making the core incident.
本発明によれば、複数のレーザ光源から複数波長のレーザ光をダブルコアファイバに集光レンズを用いて結合する場合に、1以上の第1レーザ光源からのレーザ光を第1コアに入射させ、1以上の第1レーザ光源を挟むように配置された複数の第2レーザ光源からのレーザ光を主に第2コアに入射させる。 According to the present invention, when laser beams of a plurality of wavelengths from a plurality of laser light sources are coupled to a double core fiber by using a condenser lens, laser beams from one or more first laser light sources are incident on the first core, Laser light from a plurality of second laser light sources arranged so as to sandwich one or more first laser light sources is mainly incident on the second core.
これにより、ダブルコアファイバの出力の光軸を揃えることができる。従って、ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することがなくなる。 As a result, the output optical axes of the double core fiber can be aligned. Therefore, the optical element such as a dichroic mirror is not provided and the optical element is not finely adjusted.
また、ビームパラメータ積BPPは、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積で定義されるため、ビームパラメータ積BPPの良いレーザ光源のレーザ光を、半径の小さい第1コアに入力することで、ビームパラメータ積BPPの悪化を抑えることができる。 Further, since the beam parameter product BPP is defined by the product of the radius of the beam waist and the half width at half maximum of the divergence angle of the beam, the laser light of the laser light source having a good beam parameter product BPP is input to the first core having a small radius. As a result, the deterioration of the beam parameter product BPP can be suppressed.
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1のレーザ加工装置に用いられるダブルコアファイバの構成図である。図2は、実施例1のレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置は、複数のレーザダイオード1a〜1c、複数のコリメートレンズ2a〜2c、集光レンズ3、ダブルコアファイバ4を備えている。
(Example 1)
1 is a block diagram of a double core fiber used in a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the laser processing apparatus according to the first embodiment. The laser processing apparatus includes a plurality of
複数のレーザダイオード1a〜1cは、本発明の複数のレーザ光源に対応し、各々が所定間隔に配置され、レーザ光を出射する。複数のレーザダイオード1a〜1cは、光軸上に配置されたレーザダイオード1c(第1レーザ光源に対応)と、レーザダイオード1cを挟むように光軸と直交する方向に配置されたレーザダイオード1a,1b(複数の第2レーザ光源に対応)とを有する。
The plurality of
レーザダイオード1cのレーザ光の波長は、λ2であり、レーザダイオード1a,1bのレーザ光の波長は、λ1であり、レーザダイオード1cのレーザ光の波長λ2とは異なる。
The wavelength of the laser light of the
複数のコリメートレンズ2a〜2cは、複数のレーザダイオード1a〜1cに対向して配置され、複数のレーザダイオード1a〜1cからのレーザ光を平行光にして、集光レンズ3に導光する。
The plurality of
なお、図1では、レーザダイオード1a〜1c及びコリメートレンズ2a〜2cの各々の数は、3個であるが、その個数は、3個に限定されることなく、その他の個数であってもよい。
In FIG. 1, the number of each of the
集光レンズ3は、複数のコリメートレンズ2a〜2cからの複数の波長λ1,λ2のレーザ光を集光してダブルコアファイバ4に結合する。
The condenser lens 3 condenses the laser light of the plurality of wavelengths λ1 and λ2 from the plurality of
ダブルコアファイバ4は、図1に示すように、円柱状からなり、第1コア41と第1コア41を取り囲む第1クラッド42と第1クラッド42を取り囲む第2コア43と第2コア43を取り囲む第2クラッド44と第2クラッド44を覆うコーティング45からなる。第1コア41と第1クラッド42と第2コア43と第2クラッド44とコーティング45とは、光軸40に対して同心円状に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
レーザダイオード1cからの波長λ2を持つレーザ光を第1コア41に入射させ、レーザダイオード1a,1bからの波長λ1を持つレーザ光を主に第2コア43に入射させる。
The laser light having the wavelength λ2 from the
また、レーザダイオード1a,1bからのレーザ光を第1コア41に入射させても良く、レーザダイオード1a,1bからのレーザ光を第1コア41と第2コア43との両方に入射させても良い。
Further, the laser light from the
このように実施例1のレーザ加工装置によれば、複数のレーザダイオード1a〜1cから複数波長のレーザ光をダブルコアファイバ4に集光レンズ3を用いて結合する場合に、中央部に配置されたレーザダイオード1cからの波長λ2のレーザ光を第1コア41に入射させ、レーザダイオード1cを挟むように配置されたレーザダイオード1a,1bからの波長λ1のレーザ光を主に第2コア43に入射させる。
As described above, according to the laser processing apparatus of the first embodiment, when the laser beams of a plurality of wavelengths from the plurality of
これにより、ダブルコアファイバ4の出力の光軸を揃えることができる。従って、ダイクロイックミラー等の光学素子を設けず、光学素子を微調整することがなくなる。
Thereby, the optical axes of the outputs of the
また、ビームパラメータ積BPPは、ビームウェストの半径とビームの発散角の半値半幅の積で定義されるため、ビームパラメータ積BPPの良いレーザダイオード1cのレーザ光を、半径の小さい第1コア41に入力することで、ビームパラメータ積BPPの悪化を抑えることができる。
Further, since the beam parameter product BPP is defined by the product of the radius of the beam waist and the half width at half maximum of the divergence angle of the beam, the laser light of the
(実施例2)
図3は、実施例2のレーザ加工装置の構成を示す図である。実施例2のレーザ加工装置は、レーザダイオード1a,1bが青色半導体レーザである。また、レーザダイオード1cの代わりに、ファイバレーザ5を用いることを特徴とする。
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the laser processing apparatus according to the second embodiment. In the laser processing apparatus according to the second embodiment, the
ファイバレーザ5は、半導体レーザよりもビームパラメータ積BPPが良く、ファイバレーザ5からのレーザ光を第1コア41に導くことで、ビームパラメータ積BPPの悪化を最小限に抑えることができる。 The fiber laser 5 has a better beam parameter product BPP than the semiconductor laser, and by guiding the laser light from the fiber laser 5 to the first core 41, the deterioration of the beam parameter product BPP can be minimized.
また、ファイバレーザ5は、青色半導体レーザと比較して輝度が大きく、中央部に1個又は複数個のファイバレーザ5を配置し、輝度を加算させていくことが好ましい。 Further, the fiber laser 5 has a higher brightness than the blue semiconductor laser, and it is preferable to arrange one or a plurality of fiber lasers 5 in the central portion and add the brightness.
金属のレーザ加工を考慮する場合、金や銅等の金属は、波長が1um(ファイバレーザ等のレーザ波長)では反射率が高いのに対して、波長が532nm、450nmでは50%以上の吸収率を持つ。 When considering laser processing of metals, metals such as gold and copper have a high reflectance at a wavelength of 1 μm (laser wavelength of a fiber laser), while absorptance of 50% or more at wavelengths of 532 nm and 450 nm. have.
このため、吸収係数が上昇する600nm以下の波長を持つ半導体レーザ(半導体レーザに限定される必要はない)と、輝度の高いファイバレーザとを組み合わせたレーザ光源にすることで、より加工効率の良いレーザ加工装置を得ることができる。 Therefore, by using a laser light source in which a semiconductor laser having a wavelength of 600 nm or less at which the absorption coefficient increases (not necessarily limited to the semiconductor laser) and a fiber laser having high brightness are combined, the processing efficiency is further improved. A laser processing device can be obtained.
また、ダブルコアファイバ4を用い、第1コア41を通るレーザ光の波長と第2コア43を通るレーザ光の波長を異なえることで、容易に光軸が一致したハイブリッドレーザ加工用光源を実現することができる。また、レーザ加工の被照射体に最適な波長の組み合わせを選択することで、効率の良いレーザ加工が行える。
Further, by using the
(実施例3)
図4は、実施例3のレーザ加工装置の構成を示す図である。図4に示す実施例3のレーザ加工装置は、図1に示す集光レンズ3に代えて、焦点可変レンズ6を配置し、さらに、コントローラ7を設けたことを特徴とする。
(Example 3)
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the laser processing apparatus according to the third embodiment. The laser processing apparatus of the third embodiment shown in FIG. 4 is characterized in that a variable focus lens 6 is arranged in place of the condenser lens 3 shown in FIG. 1, and a
焦点可変レンズ6は、入力された電圧からなる制御信号に応じて焦点を可変する。コントローラ7は、図5に示すように、時刻t0〜時刻t2において、電圧からなる第1コア制御信号を焦点可変レンズ6に印加してレーザダイオード1cからのレーザ光を第1コア41に入射させる。
The focus variable lens 6 changes the focus according to a control signal composed of an input voltage. As shown in FIG. 5, the
コントローラ7は、時刻t1〜時刻t2において、電圧からなる第2コア制御信号を焦点可変レンズ6に印加してレーザダイオード1a,1bからのレーザ光を第2コア43に入射させる。
From time t1 to time t2, the
時刻t1〜時刻t2においては、焦点可変レンズ6に第1コア制御信号と第2コア制御信号とが印加されるので、スポット径が大きくなる。即ち、第1コア41を通るレーザ光と第2コア43を通るレーザ光とを時間的に分割することで、ファイバ出力後のスポット径を変えてレーザ照射することができる。図6に、スポット径を変えてレーザを照射したときのレーザ照射域AR1,AR2,AR3を示す。レーザ照射域AR1,AR3は、第1コア41を通るレーザ光によるレーザ照射域である。レーザ照射域AR2は、第1コア41を通るレーザ光と第2コア43を通るレーザ光とによるレーザ照射域である。 From time t1 to time t2, since the first core control signal and the second core control signal are applied to the variable focus lens 6, the spot diameter becomes large. That is, by temporally dividing the laser light passing through the first core 41 and the laser light passing through the second core 43, laser irradiation can be performed by changing the spot diameter after the fiber output. FIG. 6 shows laser irradiation areas AR1, AR2, and AR3 when the laser irradiation is performed by changing the spot diameter. The laser irradiation areas AR1 and AR3 are laser irradiation areas by the laser light passing through the first core 41. The laser irradiation area AR2 is a laser irradiation area by the laser light passing through the first core 41 and the laser light passing through the second core 43.
本発明は、複数のレーザで構成されるファイバ結合型のレーザ加工装置に適用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a fiber coupling type laser processing apparatus including a plurality of lasers.
1a,1b,1c レーザダイオード
2a〜2c コリメートレンズ
3 集光レンズ
4 ダブルコアファイバ
5 ファイバレーザ
40 光軸
41 第1コア
42 第1クラッド
43 第2コア
44 第2クラッド
45 コーティング
1a, 1b,
Claims (5)
前記複数のレーザ光源に対応して設けられ、前記複数のレーザ光源からの複数波長のレーザ光をコリメートする複数のコリメートレンズと、
第1コアと第1コアを取り囲む第1クラッドと第1クラッドを取り囲む第2コアと第2コアを取り囲む第2クラッドとを有するダブルコアファイバと、
前記複数のコリメートレンズでコリメートされた複数波長のレーザ光を前記ダブルコアファイバに集光する集光レンズとを備え、
前記1以上の第1レーザ光源からのレーザ光を前記第1コアに入射させ、前記複数の第2レーザ光源からのレーザ光を前記第1コアと前記第2コアとの少なくとも一方のコアに入射させることを特徴とするレーザ加工装置。 A plurality of laser beams having different wavelengths, each of which has one or more first laser light sources and a plurality of second laser light sources arranged so as to sandwich the one or more first laser light sources. Laser light source,
A plurality of collimator lenses provided corresponding to the plurality of laser light sources, and collimating laser light of a plurality of wavelengths from the plurality of laser light sources,
A double-core fiber having a first core, a first clad surrounding the first core, a second core surrounding the first clad, and a second clad surrounding the second core;
A condenser lens for condensing the laser light of a plurality of wavelengths collimated by the plurality of collimator lenses on the double core fiber,
Laser light from the one or more first laser light sources is incident on the first core, and laser light from the plurality of second laser light sources is incident on at least one of the first core and the second core. A laser processing device characterized by:
第1時刻に第1コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記1以上の第1レーザ光源からのレーザ光を前記第1コアに入射させ、第2時刻に第2コア制御信号を前記焦点可変レンズに印加して前記複数の第2レーザ光源からのレーザ光を第2コアに入射させるコントローラを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか項1記載のレーザ加工装置。 The condensing lens comprises a focus variable lens whose focus is variable according to an input control signal,
A first core control signal is applied to the variable focus lens at a first time to cause laser light from the one or more first laser light sources to enter the first core, and a second core control signal is applied to the first core at a second time. 5. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a controller that applies a laser beam from the plurality of second laser light sources to the second core by applying the variable focus lens to the second core. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018201772A JP2020068351A (en) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | Laser processing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018201772A JP2020068351A (en) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | Laser processing device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020068351A true JP2020068351A (en) | 2020-04-30 |
Family
ID=70390587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018201772A Pending JP2020068351A (en) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | Laser processing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020068351A (en) |
-
2018
- 2018-10-26 JP JP2018201772A patent/JP2020068351A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220021183A1 (en) | Applications, Methods and Systems for a Laser Deliver Addressable Array | |
JP2011523723A (en) | Beam forming apparatus and beam forming method | |
US5586132A (en) | Method and apparatus for generating bright light sources | |
JP2020523793A (en) | Ultra-dense wavelength beam-coupled laser system | |
JP4964882B2 (en) | Optical beam shaping device | |
JP6412478B2 (en) | Wavelength synthesis laser system | |
JP2024020355A (en) | Use, method and system for laser transmission addressable array | |
US20070291373A1 (en) | Coupling devices and methods for laser emitters | |
KR20140104973A (en) | Multiple beam combiner for laser processing apparatus | |
JP5616824B2 (en) | Microscope equipment | |
JPWO2016117108A1 (en) | Multi-wavelength laser optical multiplexing module | |
WO2018051450A1 (en) | Laser device | |
JP7252198B2 (en) | Optical fiber bundle with beam stacking mechanism | |
JP2020068351A (en) | Laser processing device | |
US20180323567A1 (en) | Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method | |
JP7398649B2 (en) | Laser processing equipment and laser processing method | |
US20170292679A1 (en) | Light-emitting device | |
WO2017081858A1 (en) | Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method | |
JP2020507122A (en) | Apparatus for collimating a light beam, high power laser and focusing optics unit, and method for collimating a light beam | |
KR101569441B1 (en) | Laser diode module | |
JP5357790B2 (en) | Laser processing equipment | |
CN111799655A (en) | High power semiconductor laser | |
US10811834B2 (en) | Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method | |
US11387618B2 (en) | Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation system | |
KR101457516B1 (en) | Apparatus for beam splitting |