JP2020088161A - Protective cap and laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置に関する。 The present invention relates to a protective cap and a laser device including the protective cap.
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。 A fiber laser device is used in various fields such as a laser processing field and a medical field because it is excellent in light condensing property, has a high power density, and can obtain a light having a small beam spot.
ファイバレーザ装置はコアに活性元素が添加された増幅用光ファイバを備える。例えば、励起光と信号光とが増幅用光ファイバを伝搬することによって、活性元素が励起光によって励起状態とされ、当該活性元素から自然放出される光によって信号光が増幅される。このような増幅用光ファイバにおいて信号光のパワーが高くなると、誘導ラマン散乱等の非線形光学効果が生じる場合がある。 The fiber laser device includes an amplification optical fiber in which an active element is added to a core. For example, the excitation light and the signal light propagate through the amplification optical fiber, whereby the active element is excited by the excitation light, and the signal light is amplified by the light spontaneously emitted from the active element. When the power of the signal light is increased in such an amplification optical fiber, a nonlinear optical effect such as stimulated Raman scattering may occur.
上記のようにして生じる誘導ラマン散乱光を含む光がレーザ装置から出射されると、誘導ラマン散乱光の一部が当該光の照射対象物に反射されてレーザ装置に戻る場合がある。そして、レーザ装置に戻った誘導ラマン散乱光がレーザ装置の光源まで伝搬すると、レーザ装置の出力が低下する等の特性劣化を生じる場合がある。 When the light including the stimulated Raman scattered light generated as described above is emitted from the laser device, a part of the stimulated Raman scattered light may be reflected by the irradiation target of the light and return to the laser device. Then, when the stimulated Raman scattered light returned to the laser device propagates to the light source of the laser device, the output of the laser device may be deteriorated or the characteristics may be deteriorated.
そこで、下記特許文献1には、非線形光学効果によって発生する光の透過損失を増加させるフィルタ機能部をコアに有する増幅用光ファイバが開示されている。この特許文献1に記載の増幅用光ファイバは、フィルタ機能部によって誘導ラマン散乱光を反射または散乱させることで誘導ラマン散乱光の伝搬を抑制する。
Therefore,
しかし、上記特許文献1に記載されているような増幅用光ファイバを備えるレーザ装置であっても誘導ラマン散乱光を含む光が出射される場合がある。この場合、誘導ラマン散乱光を含む反射光がレーザ装置に入射し、誘導ラマン散乱光がレーザ装置の光源まで伝搬してレーザ装置の特性が劣化する場合がある。
However, even the laser device including the amplification optical fiber as described in
そこで本発明は、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制し得る保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a protective cap capable of suppressing characteristic deterioration due to reflected light in the laser device, and a laser device including the protective cap.
上記課題を解決するため、本発明の保護キャップは、所定の波長の信号光を伝搬する光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置されるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと前記光透過柱状部材との相対的位置を固定する固定部材と、を備え、前記バンドパスフィルタは、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the protective cap of the present invention is such that the end face of an optical fiber that propagates a signal light of a predetermined wavelength is optically coupled to one end face, and the outer diameter is greater than the outer diameter of the core of the optical fiber. On the other end face side of the large light-transmitting columnar member, a bandpass filter arranged apart from the light-transmitting columnar member, and a fixing member for fixing the relative position of the bandpass filter and the light-transmitting columnar member. And the bandpass filter suppresses the transmission of the stimulated Raman scattered light generated from the signal light at a higher rate than that of the signal light.
光透過柱状部材側からバンドパスフィルタに入射する光は、信号光と信号光から生じる誘導ラマン散乱光とを含む場合がある。ここで、バンドパスフィルタは信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。そのため、信号光はバンドパスフィルタを透過しつつ、誘導ラマン散乱光がバンドパスフィルタを透過して出射することは抑制される。また、光透過柱状部材側からバンドパスフィルタを透過して再びバンドパスフィルタに戻ってくる反射光が誘導ラマン散乱光を含む場合であっても、当該誘導ラマン散乱光はバンドパスフィルタを透過することが抑制される。そのため、反射光に含まれる誘導ラマン散乱光がレーザ装置の光源まで伝播することが抑制され得る。したがって、上記バンドパスフィルタを備える保護キャップは、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる。 The light that enters the bandpass filter from the light transmitting columnar member side may include signal light and stimulated Raman scattered light generated from the signal light. Here, the bandpass filter suppresses the transmission of the stimulated Raman scattered light generated from the signal light at a higher rate than that of the signal light. Therefore, while the signal light is transmitted through the bandpass filter, the stimulated Raman scattered light is suppressed from being transmitted through the bandpass filter and emitted. Further, even when the reflected light that passes through the bandpass filter from the light transmitting columnar member side and returns to the bandpass filter again includes stimulated Raman scattered light, the stimulated Raman scattered light passes through the bandpass filter. Is suppressed. Therefore, the stimulated Raman scattered light included in the reflected light can be suppressed from propagating to the light source of the laser device. Therefore, the protective cap including the bandpass filter can suppress characteristic deterioration due to reflected light in the laser device.
また、前記バンドパスフィルタは、平面状であり、前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置されることが好ましい。 Further, it is preferable that the bandpass filter is planar and is arranged non-perpendicular to an optical axis of the signal light propagating through the light transmitting columnar member.
平面状のバンドパスフィルタが信号光の光軸に対して非垂直に配置されることにより、光透過柱状部材側からバンドパスフィルタに入射する誘導ラマン散乱光の一部は、バンドパスフィルタによって入射方向とは異なる方向に反射され易くなる。そのため、当該誘導ラマン散乱光は光ファイバに戻り難くなる。また、レーザ装置から出射する光の照射対象物に反射されてバンドパスフィルタに戻ってくる誘導ラマン散乱光は、バンドパスフィルタに対して非垂直に入射し、バンドパスフィルタによって反射され易くなる。したがって、誘導ラマン散乱光によってレーザ装置の特性が劣化することをより抑制することができる。 Since the planar bandpass filter is arranged non-perpendicularly to the optical axis of the signal light, part of the stimulated Raman scattered light that enters the bandpass filter from the light transmitting columnar member side is incident by the bandpass filter. It tends to be reflected in a direction different from the direction. Therefore, it becomes difficult for the stimulated Raman scattered light to return to the optical fiber. Further, the stimulated Raman scattered light reflected by the irradiation target of the light emitted from the laser device and returning to the bandpass filter is incident non-perpendicular to the bandpass filter and is easily reflected by the bandpass filter. Therefore, it is possible to further prevent the characteristics of the laser device from being deteriorated by the stimulated Raman scattered light.
また、上記の保護キャップは、少なくとも一方の面上に前記バンドパスフィルタが配置され、前記信号光を透過する板状の基板と、前記信号光を透過する板状の光透過板と、を更に備え、前記基板及び前記光透過板はそれぞれ前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置され、前記信号光の光軸と重なる断面において、前記基板の傾斜方向と前記光透過板の傾斜方向とは互いに反対側であることが好ましい。 Further, the protective cap further includes a plate-shaped substrate on which the bandpass filter is disposed on at least one surface, the plate-shaped substrate transmitting the signal light, and a plate-shaped light transmitting plate transmitting the signal light. The substrate and the light transmission plate are respectively arranged non-perpendicular to the optical axis of the signal light propagating in the light transmission columnar member, and the inclination direction of the substrate in a cross section overlapping the optical axis of the signal light. And the inclination directions of the light transmitting plate are preferably opposite to each other.
光透過柱状部材を伝搬する信号光の光軸に対して非垂直に基板が配置されることによって、信号光は基板に入射するとき及び基板を透過して基板から出射するときに屈折する。そのため、基板を透過した信号光の光軸は、基板に入射する前の信号光の光軸に対してずれる。また、光透過板も信号光の光軸に対して非垂直に配置されるため、信号光は光透過板に入射するとき及び光透過板を透過して光透過板から出射するときに屈折する。ただし、信号光の光軸と重なる断面において、基板の傾斜方向と光透過板の傾斜方向とは互いに反対側である。そのため、信号光の光軸と重なる断面において、基板を透過する前後において光軸がずれる方向と光透過板を透過する前後において光軸がずれる方向とは、互いに反対側である。そのため、基板を透過することによる信号光の光軸のずれが光透過板によって緩和され得る。 By disposing the substrate non-perpendicular to the optical axis of the signal light propagating through the light transmitting columnar member, the signal light is refracted when entering the substrate and when passing through the substrate and exiting from the substrate. Therefore, the optical axis of the signal light transmitted through the substrate deviates from the optical axis of the signal light before entering the substrate. Further, since the light transmitting plate is also arranged non-perpendicular to the optical axis of the signal light, the signal light is refracted when entering the light transmitting plate and when passing through the light transmitting plate and exiting from the light transmitting plate. .. However, in the cross section that overlaps the optical axis of the signal light, the tilt direction of the substrate and the tilt direction of the light transmission plate are opposite sides. Therefore, in the cross section that overlaps the optical axis of the signal light, the direction in which the optical axis deviates before and after passing through the substrate and the direction in which the optical axis deviates before and after passing through the light transmitting plate are opposite sides. Therefore, the shift of the optical axis of the signal light due to transmission through the substrate can be alleviated by the light transmitting plate.
また、前記基板および前記バンドパスフィルタからなる保護フィルタ及び前記光透過板のうち前記光透過柱状部材側に配置される方を第1光透過板とするとともに他方を第2光透過板とし、前記第1光透過板の厚さをd1、前記第1光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθi、前記第1光透過板の屈折率をn1、前記第1光透過板の前記光透過柱状部材側の媒質の屈折率をni、前記第2光透過板の厚さをd2、前記第2光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθm、前記第2光透過板の屈折率をn2、前記第2光透過板と前記第1光透過板との間の媒質の屈折率をnmとするとき、下記式(1)が成り立つことが好ましい。
Further, one of the protection filter including the substrate and the bandpass filter and the light transmission plate, which is arranged on the light transmission columnar member side, is a first light transmission plate, and the other is a second light transmission plate, and The thickness of the first light transmitting plate is d 1 , the acute angle of inclination of the first light transmitting plate with respect to the plane perpendicular to the optical axis is θ i , the refractive index of the first light transmitting plate is n 1 , and the first light transmitting plate is the light transmitting columnar member side of the refractive index n i of the
上記式(1)の左辺は、第1光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第1光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量S1の2倍である。また、上記式(1)の右辺は、第2光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第2光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量S2と等しい。よって、上記式(1)が成り立つように第1光透過板及び第2光透過板が配置されることによって、第2光透過板による信号光の光軸のずれ量S2は、第1光透過板による信号光の光軸のずれ量S1の2倍未満となる。ところで、第2光透過板によって信号光の光軸がずれる方向と、第1光透過板によって信号光の光軸ずれる方向とは互いに反対側である。よって、上記式(1)が満たされる範囲では、ずれ量S2がずれ量S1より大きい場合であっても、光透過柱状部材を伝搬する信号光の光軸に対する第2光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量|S2−S1|は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸に対する第1光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量S1に対して小さくなる。よって、第1光透過板を透過することによる信号光の光軸のずれが第2光透過板によって緩和され得る。
The left side of the above equation (1) is twice the shift amount S 1 of the optical axis of the signal light after passing through the first light transmitting plate with respect to the optical axis of the signal light before passing through the first light transmitting plate. .. Further, the right side of the above formula (1) is equal to the shift amount S 2 of the optical axis of the signal light after passing through the second light transmitting plate with respect to the optical axis of the signal light before passing through the second light transmitting plate. Therefore, by arranging the first light transmitting plate and the second light transmitting plate so as to satisfy the above formula (1), the shift amount S 2 of the optical axis of the signal light by the second light transmitting plate is equal to the first light transmitting plate. The shift amount of the optical axis of the signal light due to the transmission plate is less than twice the shift amount S 1 . By the way, the direction in which the optical axis of the signal light is displaced by the second light transmitting plate and the direction in which the optical axis of the signal light is displaced by the first light transmitting plate are opposite to each other. Therefore, in the range where the above expression (1) is satisfied, even when the shift amount S 2 is larger than the shift amount S 1 , the second light transmitting plate is transmitted with respect to the optical axis of the signal light propagating through the light transmitting columnar member. The deviation amount |S 2 −S 1 | of the optical axis of the subsequent signal light is the deviation amount of the optical axis of the signal light after passing through the first light transmitting plate with respect to the optical axis of the signal light propagating in the light transmitting
また、前記光透過板は、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制することが好ましい。 Further, it is preferable that the light transmitting plate suppresses transmission of stimulated Raman scattered light generated from the signal light at a higher rate than that of the signal light.
光透過板が上記バンドパスフィルタと同様に機能することによって、誘導ラマン散乱光が保護キャップを透過することがより抑制され、レーザ装置において誘導ラマン散乱光による特性劣化がより抑制され得る。 When the light transmission plate functions in the same manner as the bandpass filter, the stimulated Raman scattered light can be further suppressed from passing through the protective cap, and the characteristic deterioration due to the stimulated Raman scattered light can be further suppressed in the laser device.
また、上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、前記信号光を出射する少なくとも1つの光源と、前記信号光を伝搬する前記光ファイバと、前記光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな前記光透過柱状部材と、前記光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置される前記バンドパスフィルタを有する上記のいずれかの保護キャップと、を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the laser device of the present invention has at least one light source that emits the signal light, the optical fiber that propagates the signal light, and an end face of the optical fiber is an optical face on one end face. And the light transmitting columnar member having an outer diameter larger than the outer diameter of the core of the optical fiber and the other end face side of the light transmitting columnar member, the light transmitting columnar member being arranged apart from the light transmitting columnar member. Any one of the above protective caps having a bandpass filter.
上記の保護キャップが反射光によるレーザ装置の特性劣化を抑制し得るため、上記のいずれかの保護キャップを備える本発明のレーザ装置は、反射光による特性劣化が抑制され得る。 Since the protective cap described above can suppress characteristic deterioration of the laser device due to reflected light, the laser device of the present invention including any one of the above protective caps can suppress characteristic deterioration due to reflected light.
以上のように本発明によれば、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置が提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a protective cap capable of suppressing characteristic deterioration due to reflected light in the laser device, and a laser device including the protective cap.
以下、本発明に係る保護キャップ及びレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a protective cap and a laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本実施形態のレーザ装置の構成について説明する。
(First embodiment)
First, the configuration of the laser device of this embodiment will be described.
図1は、本発明の実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。図1に示すように、本実施形態のレーザ装置1は、複数の光源10と、光コンバイナ20と、光ファイバ21と、光デバイス30とを主な構成として備える。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a laser device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
それぞれの光源10は、所定の波長の信号光を出射するレーザ装置とされ、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置とされる。光源10がファイバレーザ装置とされる場合、共振器型のファイバレーザ装置であったり、MO−PA(Master Oscillator Power Amplifier)型のファイバレーザ装置であったりする。それぞれの光源10から出射する信号光は、例えば、1070nmの波長の光とされる。なお、信号光とは、信号を含む光に限定されない。
Each
それぞれの光源10には、光源10から出射する信号光を伝搬する光ファイバ11が接続されている。それぞれの光ファイバ11は、例えば、コアの直径が20μm程度のフューモードファイバとされる。従って、それぞれの光源10から出射する信号光は、2から4程度のLPモードで、それぞれの光ファイバ11を伝搬する。
An
光コンバイナ20は、それぞれの光ファイバ11のコアと光ファイバ21のコアとを接続する部材であり、例えば、それぞれの光ファイバ11と、光ファイバ11よりも直径の大きい光ファイバ21とが端面接続されてなる。
The
図2は、図1に示す光デバイス30の一部を拡大して示す断面図である。図2に示す光デバイス30は、光ファイバ21の一部、光透過柱状部材32、筐体33、及び保護キャップ40を主な構成として備える。
FIG. 2 is a sectional view showing a part of the
光デバイス30に含まれる光ファイバ21は、上記光ファイバ21の一部である。ただし、光デバイス30に含まれる光ファイバ21は、上記光ファイバ21に光学的に結合される光ファイバ21と同様の構成の他の光ファイバとされてもよい。図2に示すように、光ファイバ21は、コア21a、コア21aを囲うクラッド21bを有する。光ファイバ21の光源10側とは反対側である出射端側の端部では、端面21fから20mm程度の範囲で図示していない被覆層が剥がされている。また、光ファイバ21の端面21fは、例えば酸水素バーナ等によって光透過柱状部材32の一方の端面の中央部に融着されることにより、光透過柱状部材32に光学的に結合される。このような光ファイバ21は、例えば、コア21aの直径が50μmから100μm程度、クラッド21bの外径が360μm程度とされるマルチモードファイバとされる。
The
光透過柱状部材32は、光ファイバ21を伝搬する信号光を透過する柱状体である。本実施形態の光透過柱状部材32は、石英から成る柱状体である。光透過柱状部材32は、例えば、直径8mm、長さ23mm程度の石英から成る円柱状体とされる。光透過柱状部材32は、上記のように光ファイバ21の端面21fが光学的に結合される入射面32b及び光ファイバ21から入射する光が出射する出射面32aを有している。光透過柱状部材32の入射面32bは、光ファイバ21のコア21aの外径より大きい。本実施形態の光透過柱状部材32の入射面32bは、光ファイバ21の端面21fより大きい。
The light transmitting
筐体33は、光透過柱状部材32及び光ファイバ21の一部を収容する部材である。筐体33は筒状に形成されており、光透過柱状部材32及び光ファイバ21が挿入される。筐体33内において、光透過柱状部材32は、外周面32cがシリコーン系樹脂等の接着剤によって筐体33の内周面に固定されることにより、位置が固定される。また、筐体33の内周面と光ファイバ21の外周面との間には空間34が形成されている。空間34には、空気が満たされてもよく、光ファイバ21、光透過柱状部材32及び筐体33を冷却する冷媒が満たされても良い。
The
筐体33は、例えば、熱伝導性に優れる銅等の金属によって構成されることが好ましい。また、筐体33の外周面は、レーザ装置1から出射される光のパワー等に応じて水冷されても良く、空冷されても良い。
The
次に、保護キャップ40について説明する。本実施形態の保護キャップ40は、固定部材41及び保護フィルタ42を有する。
Next, the
本実施形態の保護フィルタ42は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸に対して垂直に配置される。また、本実施形態の保護フィルタ42は、基板43、バンドパスフィルタ44、及び反射防止膜45を有する。
The
基板43は信号光を透過する透光性を有する板状体である。本実施形態の基板43は、厚さが一定のガラス板である。
The
本実施形態のバンドパスフィルタ44は、基板43の光透過柱状部材32側とは反対側の面に成膜される。したがって、本実施形態のバンドパスフィルタ44は平面状である。また、バンドパスフィルタ44は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制するフィルタである。よって、保護フィルタ42は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。このようなバンドパスフィルタ44は、例えば誘電体多層膜によって構成される。
The
図3は、保護フィルタ42の透過率スペクトル、光ファイバ21から出射する信号光のエネルギー、及び信号光から生じて光ファイバ21から出射する誘導ラマン散乱光のエネルギーを模式的に示す図である。図3の横軸は波長[nm]であり、保護フィルタ42の透過率[%]は実線で示され、信号光のエネルギー[a.u.]は一点鎖線で示され、誘導ラマン散乱光のエネルギー[a.u.]は破線で示されている。図3に示すように、本実施形態の保護フィルタ42は、1050nm以上1090nm以下の波長の光の透過率が95%以上であり、900nm以上1020nm以下の波長の光及び1110nm以上1140nm以下の波長の光の透過率が10%以下である。保護フィルタ42がこのような性質を有することによって、保護フィルタ42は信号光を透過すると共に信号光とは波長が異なる光を反射し得る。より具体的には、保護フィルタ42は、波長が1125nm程度の誘導ラマン散乱光よりも高い割合で波長が1070nm程度の信号光を透過する。このため、保護フィルタ42は、波長が1070nmの誘導ラマン散乱光を概ね反射する。また、光源10が上記のようにファイバレーザ装置である場合に、光源10から出射する波長915nmや970nm等の余剰の励起光が、光ファイバ11を介して光ファイバ21のクラッド21bを伝搬して、光透過柱状部材32から出射する場合であっても、保護フィルタ42は当該励起光を概ね反射する。このように励起光の保護フィルタ42の透過が抑制されることで、レーザ装置1から出射する光のビーム品質が劣化することが抑制される。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the transmittance spectrum of the
反射防止膜45は、基板43の光透過柱状部材32側の面に成膜され、保護フィルタ42の表面における光の反射を低減するため膜である。反射防止膜45は、例えば、誘電体コーティングによって形成される。反射防止膜45が設けられることによって、光透過柱状部材32側から保護フィルタ42に入射する信号光が保護フィルタ42を透過し易くなる。反射防止膜45は、例えば波長が1050nm以上1090nm以下の光の反射率が0.2%以下の膜とされる。
The
固定部材41は、バンドパスフィルタ44と光透過柱状部材32との相対的位置を固定する部材である。例えば、バンドパスフィルタ44が表面に形成された保護フィルタ42が固定部材41に固定され、固定部材41が光透過柱状部材32を固定する筐体33に固定されることによって、バンドパスフィルタ44と光透過柱状部材32との相対的位置が固定される。本実施形態の固定部材41は、内周面側に保護フィルタ42及び光透過柱状部材32の少なくとも一部が配置される円筒状体である。保護フィルタ42は、例えば、シリコーン系樹脂等の接着剤によって固定部材41に固定される。また、固定部材41は、固定部材41の内周面に形成される雌ネジと筐体33の外周面に形成される雄ネジとを螺合させることによって、筐体33に固定される。ただし、固定部材41の筐体33への固定方法はこれに限定されず、例えば、接着剤等によって固定部材41が筐体33に固定されてもよい。つまり、固定部材41は、筐体33に着脱可能に固定されてもよく、筐体33から取り外し不可能な状態で筐体33に固定されてもよい。また、保護フィルタ42は、固定部材41に着脱可能に固定されてもよく、上記のように固定部材41から取り外し不可能な状態で固定部材41に固定されてもよい。
The fixing
このような固定部材41は、ステンレス鋼、鉄、ニッケルでめっきされたアルミニウム等の金属からなることが好ましい。固定部材41が金属からなることによって、固定部材41の耐熱性が向上し得る。また、固定部材41がニッケルでめっきされたアルミニウムからなる場合、固定部材41の強度を高めることができる。また、固定部材41の内周面は、光の反射を抑制するために黒アルマイト加工処理などが施されていることが好ましい。
Such a fixing
次に、本実施形態のレーザ装置1の動作及び作用について説明する。
Next, the operation and action of the
それぞれの光源10から出射される所定の波長の信号光は、光ファイバ11を伝搬し、光コンバイナ20で合波され、光ファイバ21を介して光デバイス30に入射する。光デバイス30に入射した信号光は、主に光ファイバ21のコア21aを伝搬し、光透過柱状部材32に入射する。光透過柱状部材32に入射した信号光は、開口数に従って広がりながら光透過柱状部材32内を伝搬し、出射面32aから出射される。出射面32aから出射された信号光は、保護フィルタ42を透過し、光デバイス30から出射される。光デバイス30から出射された信号光は、図示されていない加工ヘッドによって集光され、照射対象物に照射される。照射対象物に照射された光は、照射対象物に吸収されることによって熱となり、加工に寄与する。
The signal light of a predetermined wavelength emitted from each
しかし、照射対象物に照射される光のうち一部の光は、照射対象物の表面で反射されて反射光となる。さらにその反射光のうち一部の光は、光デバイス30に再び入射することがある。このように光デバイス30に入射する反射光は、まず保護フィルタ42に入射する。保護フィルタ42は上記のように誘導ラマン散乱光の透過を抑制するため、反射光が誘導ラマン散乱光を含む場合であっても当該誘導ラマン散乱光がレーザ装置1の光源10まで伝播することが抑制され得る。
However, a part of the light emitted to the irradiation target object is reflected by the surface of the irradiation target object and becomes reflected light. Further, some of the reflected light may enter the
なお、光透過柱状部材32側から保護フィルタ42に入射する光も誘導ラマン散乱光を含む場合があり、保護フィルタ42が誘導ラマン散乱光を含む光を光透過柱状部材32側に反射すると、当該誘導ラマン散乱光の一部が光ファイバ21に入射する場合がある。しかし、このようにして保護フィルタ42によって反射される誘導ラマン散乱光は、以下に説明するように、レーザ装置1から出射する光の照射対象物に反射される光に含まれる誘導ラマン散乱光に比べてレーザ装置1の特性に与える影響が軽微であると考えられる。
The light that enters the
光ファイバ21のコア21aから光透過柱状部材32の入射面32bに入射する光は、上記のように、光透過柱状部材32内で広がりながら伝搬し、光透過柱状部材32の出射面32aから出射する。そして、光透過柱状部材32の出射面32a側に保護フィルタ42が配置されることによって、光透過柱状部材32の出射面32aから出射する光は概ね保護フィルタ42に入射する。よって、上記のように光透過柱状部材32側から保護フィルタ42に入射する光に含まれる誘導ラマン散乱光の一部は保護フィルタ42によって光透過柱状部材32側に反射される場合がある。ただし、当該誘導ラマン散乱光は、上記のように光透過柱状部材32内で広がりながら伝搬しているためエネルギー密度が低くなる傾向にあり、保護フィルタ42によって光透過柱状部材32側に反射されたとしても光ファイバ21まで戻り難い。一方、レーザ装置1から出射する光の照射対象物に反射されて保護フィルタ42に戻ってくる反射光は、平行光となる場合がある。よって、当該反射光に含まれる誘導ラマン散乱光は、上記のように保護フィルタ42によって光透過柱状部材32側に反射される光に比べてエネルギー密度が高くなる傾向にある。そのため、照射対象物に反射される反射光に含まれる誘導ラマン散乱光は、保護フィルタ42によって透過が抑制されなければ、保護フィルタ42によって光透過柱状部材32側に反射される光の含まれる誘導ラマン散乱光に比べて光ファイバ21まで戻り易い。
The light incident on the
以上に説明したように、本実施形態の保護キャップ40は、バンドパスフィルタ44、及び、バンドパスフィルタ44と光透過柱状部材32との相対的位置を固定する固定部材41、を備える。バンドパスフィルタ44は、所定の波長の信号光を伝搬する光ファイバ21の端面21fが一方の端面に光学的に結合され、外径が光ファイバ21のコア21aの外径より大きな光透過柱状部材32の他方の端面側において、光透過柱状部材32と離間して配置される。また、バンドパスフィルタ44は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制する。
As described above, the
ところで、光透過柱状部材32側からバンドパスフィルタ44に入射する光は、信号光と信号光から生じる誘導ラマン散乱光とを含む場合がある。ここで、バンドパスフィルタ44は信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。そのため、信号光はバンドパスフィルタ44を透過しつつ、誘導ラマン散乱光がバンドパスフィルタ44を透過して出射することは抑制される。また、光透過柱状部材32側からバンドパスフィルタ44を透過して再びバンドパスフィルタ44に戻ってくる反射光が誘導ラマン散乱光を含む場合であっても、当該誘導ラマン散乱光はバンドパスフィルタ44を透過することが抑制される。そのため、反射光に含まれる誘導ラマン散乱光がレーザ装置1の光源10まで伝播することが抑制され得る。したがって、バンドパスフィルタ44を備える保護キャップ40は、レーザ装置1において反射光による特性劣化を抑制することができる。
The light that enters the
また、保護キャップ40は取り外しが容易である。したがって、保護フィルタ42等に不具合が生じた場合に保護キャップ40を容易に交換することができる。
Further, the
さらに、保護キャップ40は、レーザ装置1の光の出射端に近い位置に設けられる。そのため、保護キャップ40は、照射対象物に反射される反射光に含まれる誘導ラマン散乱光が光ファイバ21に戻ることを効率良く抑制し得る。
Further, the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. The same or equivalent components as those of the first embodiment will be designated by the same reference numerals unless otherwise specified, and redundant description will be omitted.
図4は、本発明の第2実施形態に係るレーザ装置の一部を図2と同様に示す図である。図4に示すように、本実施形態の保護キャップ40は、保護フィルタ42の設置角度以外は上記第1実施形態の保護キャップ40と同様である。すなわち、本実施形態のバンドパスフィルタ44は、上記第1実施形態のバンドパスフィルタ44と設置角度が異なる。
FIG. 4 is a diagram showing a part of the laser device according to the second embodiment of the present invention similarly to FIG. As shown in FIG. 4, the
本実施形態の保護キャップ40の保護フィルタ42は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに対して非垂直に配置される。すなわち、本実施形態のバンドパスフィルタ44は、平面状に形成され、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに対して非垂直に配置される。
The
平面状のバンドパスフィルタ44が信号光の光軸OAに対して非垂直に配置されることにより、光透過柱状部材32側からバンドパスフィルタ44に入射する誘導ラマン散乱光の一部は、バンドパスフィルタ44によって入射方向とは異なる方向に反射され易くなる。そのため、当該誘導ラマン散乱光は光ファイバ21に戻り難くなる。また、レーザ装置1から出射する光の照射対象物に反射されてバンドパスフィルタ44に戻ってくる誘導ラマン散乱光は、バンドパスフィルタ44に対して非垂直に入射し、バンドパスフィルタ44によって反射され易くなる。したがって、本実施形態の保護キャップ40は、誘導ラマン散乱光によってレーザ装置1の特性が劣化することをより抑制することができる。
Since the planar band-
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5を参照して詳細に説明する。なお、第2実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. Note that the same or equivalent components as those of the second embodiment are designated by the same reference numerals unless otherwise specified, and redundant description will be omitted.
図5は、本発明の第3実施形態に係るレーザ装置の一部を図2と同様に示す図である。図5に示すように、本実施形態のレーザ装置に備えられる保護キャップ40は、保護フィルタ46を備える点において、第2実施形態の保護キャップ40と異なる。
FIG. 5: is a figure which shows a part of laser apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention similarly to FIG. As shown in FIG. 5, the
保護フィルタ42は、上記のように、信号光を透過する板状の基板43と、基板43上に形成されるバンドパスフィルタ44及び反射防止膜45とを有する。また、保護フィルタ46は、保護フィルタ42と同様に、基板43、バンドパスフィルタ44及び反射防止膜45を有する。保護フィルタ42及び保護フィルタ46は、それぞれ光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに対して非垂直に配置される。ただし、信号光の光軸OAと重なる断面において、保護フィルタ42の傾斜方向と保護フィルタ46の傾斜方向とは互いに反対側である。すなわち、信号光の光軸OAに重なる断面において、保護フィルタ42と保護フィルタ46とは、一方の端部から他方の端部に向かうにつれて、保護フィルタ42と保護フィルタ46との間の光軸OAに垂直な面に対して互いに反対側に離れるように傾斜している。
As described above, the
次に、本実施形態の保護キャップ40における信号光の伝搬経路を説明する。図6は、図5の一部を拡大し、信号光の伝搬経路を説明するための図である。図6において、信号光の伝搬経路は破線矢印で示されている。
Next, the propagation path of the signal light in the
光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに対して非垂直に保護フィルタ42が配置されることによって、光透過柱状部材32側から保護フィルタ42に入射する信号光は、保護フィルタ42に入射するとき及び保護フィルタ42を透過して保護フィルタ42から出射するときに屈折する。そのため、保護フィルタ42を透過した信号光の光軸は、保護フィルタ42に入射する前の信号光の光軸に対してずれる。また、保護フィルタ46も信号光の光軸に対して非垂直に配置されるため、信号光は保護フィルタ46に入射するとき及び保護フィルタ46を透過して光透過板から出射するときに屈折する。ただし、信号光の光軸と重なる断面において、保護フィルタ42の傾斜方向と保護フィルタ46の傾斜方向とは互いに反対側である。そのため、保護フィルタ42を透過する前後において光軸がずれる方向と保護フィルタ46を透過する前後において光軸がずれる方向とは、信号光の光軸と重なる断面において、互いに反対側である。よって、保護フィルタ42を透過することによる信号光の光軸のずれが保護フィルタ46によって緩和され得る。なお、基板43の厚さに対してバンドパスフィルタ44及び反射防止膜45の厚さは極めて小さいため、バンドパスフィルタ44及び反射防止膜45の厚さ及び屈折率は無視できる。したがって、光軸のずれの説明において、保護フィルタ42及び保護フィルタ46は、それぞれ保護フィルタ42が有する基板43及び保護フィルタ46が有する基板43と言い換えることができる。
Since the
保護フィルタ42と保護フィルタ46とが上記のように同様の構成である場合、保護フィルタ42及び保護フィルタ46は、保護フィルタ42及び保護フィルタ46の間における信号光の光軸OAに垂直な面対して対称に配置されることが好ましい。このように保護フィルタ42及び保護フィルタ46が配置されることによって、保護キャップ40に入射する前の信号光の光軸と保護キャップ40から出射した後の信号光の光軸とのずれが抑制され易くなる。
When the
次に、図6を参照しつつ、保護フィルタ42及び保護フィルタ46の厚さや材質が互いに異なる場合も含めて、信号光の光軸のずれを緩和する方法について一般化して説明する。
Next, with reference to FIG. 6, a method for alleviating the deviation of the optical axis of the signal light, including the case where the
保護フィルタ42及び保護フィルタ46のうち光透過柱状部材32側に配置される方を第1光透過板とするとともに他方を第2光透過板とする。したがって、図6に示す形態では、保護フィルタ42が第1光透過板であり、保護フィルタ46が第2光透過板である。そして、第1光透過板の厚さをd1、第1光透過板の光軸OAに垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθi、第1光透過板の屈折率をn1、第1光透過板の光透過柱状部材32側の媒質の屈折率をni、第2光透過板の厚さをd2、第2光透過板の光軸OAに垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθm、第2光透過板の屈折率をn2、第2光透過板と第1光透過板との間の媒質の屈折率をnmとするとき、下記(1)が成り立つように、保護フィルタ42及び保護フィルタ46が配置される。
One of the
上記式(1)の左辺は、第1光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第1光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量S1の2倍である。また、上記式(1)の右辺は、第2光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第2光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量S2と等しい。よって、上記式(1)が成り立つように第1光透過板及び第2光透過板が配置されることによって、第2光透過板による信号光の光軸のずれ量S2は、第1光透過板による信号光の光軸のずれ量S1の2倍未満となる。ところで、第2光透過板によって信号光の光軸がずれる方向と、第1光透過板によって信号光の光軸ずれる方向とは互いに異なる。よって、上記式(1)が満たされる範囲では、図6に示す断面において、ずれ量S2がずれ量S1より大きい場合であっても、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸に対する第2光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量|S2−S1|は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸に対する第1光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量S1に対して小さくなり得る。よって、第1光透過板を透過することによる信号光の光軸のずれが第2光透過板によって緩和される。
The left side of the above equation (1) is twice the shift amount S 1 of the optical axis of the signal light after passing through the first light transmitting plate with respect to the optical axis of the signal light before passing through the first light transmitting plate. .. Further, the right side of the above formula (1) is equal to the shift amount S 2 of the optical axis of the signal light after passing through the second light transmitting plate with respect to the optical axis of the signal light before passing through the second light transmitting plate. Therefore, by arranging the first light transmitting plate and the second light transmitting plate so as to satisfy the above formula (1), the shift amount S 2 of the optical axis of the signal light by the second light transmitting plate is equal to the first light transmitting plate. The shift amount of the optical axis of the signal light due to the transmission plate is less than twice the shift amount S 1 . By the way, the direction in which the optical axis of the signal light is displaced by the second light transmitting plate and the direction in which the optical axis of the signal light is displaced by the first light transmitting plate are different from each other. Therefore, in the range where the above expression (1) is satisfied, the optical axis of the signal light propagating through the light
上記式(1)は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAと重なる任意の断面において成り立つことが好ましい。
It is preferable that the above formula (1) holds in an arbitrary cross section that overlaps the optical axis OA of the signal light propagating through the light transmitting
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Although the present invention has been described above by taking the above embodiment as an example, the present invention is not limited to these.
例えば、保護フィルタ42の枚数及び配置角度は上記実施形態で例示した形態に限定されない。したがって、例えば、保護キャップ40は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに垂直な保護フィルタ42を複数有していてもよく、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに非垂直な保護フィルタ42を複数有していてもよい。
For example, the number and the arrangement angle of the protection filters 42 are not limited to the form illustrated in the above embodiment. Therefore, for example, the
また、上記第3実施形態では、保護キャップ40が2枚の保護フィルタ42,46を有する形態を例示して説明したが、保護キャップ40は少なくとも1枚の保護フィルタを有していればよい。したがって、例えば、第3実施形態において、保護フィルタ42及び保護フィルタ46の一方は、バンドパスフィルタ44を有しない光透過板に置き換えられてもよい。当該光透過板は、光透過柱状部材32を伝搬する信号光を透過する。すなわち、保護フィルタ42及び保護フィルタ46の一方は、基板43のみで構成されてもよく、基板43及び反射防止膜45によって構成されてもよい。
Further, in the third embodiment described above, the
また、保護フィルタ42が光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに非垂直に配置される場合において、光透過柱状部材32を伝搬する信号光の光軸OAに対する信号光の光軸のずれを緩和する目的で、保護キャップ40は上記光透過板を複数備えてもよい。ただし、上記第3実施形態の保護キャップ40のように複数のバンドパスフィルタ44が設けられることによって、誘導ラマン散乱光の透過がより抑制され、レーザ装置において誘導ラマン散乱光による特性劣化がより抑制され得る。
Further, when the
また、上記実施形態では保護フィルタ42,46が基板43及び反射防止膜45を有する形態を例示して説明したが、基板43反射防止膜45は必須の構成ではない。したがって、保護フィルタ42,46は、バンドパスフィルタ44のみで構成されてもよく、基板43の両面上にバンドパスフィルタ44が配置されて構成されてもよい。また、バンドパスフィルタ44の形状は平面状に限定されない。
Further, in the above embodiment, the
上記実施形態では、光源10が複数の場合について説明したが、光源10は1つでもよい。この場合、光源10に直接光ファイバ21が接続される。
In the above embodiment, the case where the number of the
また、上記実施形態では、保護フィルタ42,46は、筐体33に固定される固定部材41に固定されることで光透過柱状部材32の他方の端面である出射面32a側に配置された。しかし、筐体33と固定部材41とが一体とされてもよい。図7は、図2の保護キャップ40のこのような変形例を示す図である。なお、本変形例を説明するにあたり第1実施形態と同様の構成については特に言及する場合を除き説明を省略する。図7に示すように、本変形例では、固定部材41が第1実施形態における筐体33を兼ねている。このため本変形例では、光透過柱状部材32は、外周面32cが固定部材41の内周面に固定される。同様に図4を用いて説明した上記第2実施形態、及び、図5、図6を用いて説明した上記第3実施形態の保護キャップ40においても、筐体33と固定部材41とが一体とされ、固定部材41が筐体33を兼ねてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the protection filters 42 and 46 are fixed to the fixing
また、上記実施形態では、光ファイバ21の端面21fが光透過柱状部材32の一方の端面である入射面32bの中央部に融着されることにより、光ファイバ21が光透過柱状部材32と光学的に結合される例を示したが、。光ファイバ21が光透過柱状部材32と光学的に結合される限りにおいて、光ファイバ21と光透過柱状部材32とが融着されなくてもよい。
Further, in the above embodiment, the
以上説明したように、本発明によれば、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制できる保護キャップ、及び当該保護キャップを備えるレーザ装置が提供され、加工機や医療用レーザ装置等の分野で利用することが期待される。 As described above, according to the present invention, there is provided a protective cap capable of suppressing characteristic deterioration due to reflected light in a laser device, and a laser device including the protective cap, which is used in fields such as processing machines and medical laser devices. Expected to do.
1・・・レーザ装置
10・・・光源
20・・・光コンバイナ
30・・・光デバイス
21・・・光ファイバ
21a・・・コア
32・・・光透過柱状部材
33・・・筐体
40・・・保護キャップ
41・・・固定部材
42,46・・・保護フィルタ
43・・・基板
44・・・バンドパスフィルタ
45・・・反射防止膜
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記バンドパスフィルタと前記光透過柱状部材との相対的位置を固定する固定部材と、
を備え、
前記バンドパスフィルタは、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制する
ことを特徴とする保護キャップ。 The end face of an optical fiber that propagates a signal light of a predetermined wavelength is optically coupled to one end face, and the outer diameter is larger than the outer diameter of the core of the optical fiber on the other end face side of the light transmitting columnar member, the light A band-pass filter arranged apart from the transmissive columnar member,
A fixing member for fixing the relative position of the bandpass filter and the light transmitting columnar member,
Equipped with
The protective cap, wherein the bandpass filter suppresses transmission of stimulated Raman scattered light generated from the signal light at a higher rate than that of the signal light.
ことを特徴とする請求項1に記載の保護キャップ。 The protective cap according to claim 1, wherein the bandpass filter has a planar shape and is arranged non-perpendicularly to an optical axis of the signal light propagating through the light transmitting columnar member.
前記信号光を透過する板状の光透過板と、
を更に備え、
前記基板及び前記光透過板はそれぞれ前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置され、
前記信号光の光軸と重なる断面において、前記基板の傾斜方向と前記光透過板の傾斜方向とは互いに反対側である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の保護キャップ。 A plate-shaped substrate in which the bandpass filter is disposed on at least one surface and which transmits the signal light,
A plate-shaped light transmitting plate that transmits the signal light,
Further equipped with,
The substrate and the light transmitting plate are respectively arranged non-perpendicular to the optical axis of the signal light propagating in the light transmitting columnar member,
The protective cap according to claim 1, wherein, in a cross section that overlaps the optical axis of the signal light, the tilt direction of the substrate and the tilt direction of the light transmission plate are opposite to each other.
前記第1光透過板の厚さをd1、前記第1光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθi、前記第1光透過板の屈折率をn1、前記第1光透過板の前記光透過柱状部材側の媒質の屈折率をni、前記第2光透過板の厚さをd2、前記第2光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθm、前記第2光透過板の屈折率をn2、前記第2光透過板と前記第1光透過板との間の媒質の屈折率をnmとするとき、下記式(1)が成り立つ
ことを特徴とする請求項3に記載の保護キャップ。
Of the protection filter including the substrate and the bandpass filter and the light transmission plate, the one arranged on the light transmission columnar member side is the first light transmission plate and the other is the second light transmission plate,
The thickness of the first light transmitting plate is d 1 , the acute angle of inclination of the first light transmitting plate with respect to the plane perpendicular to the optical axis is θ i , the refractive index of the first light transmitting plate is n 1 , and the refractive index n i of the light transmitting columnar member side of the medium of the first light transmitting plate, the thickness d 2 of the second light transmitting plate, acute against a plane perpendicular to the optical axis of the second light transmitting plate Where θ m is the tilt angle, n 2 is the refractive index of the second light transmitting plate, and n m is the refractive index of the medium between the second light transmitting plate and the first light transmitting plate. The protective cap according to claim 3, wherein (1) is established.
ことを特徴とする請求項3または4に記載の保護キャップ。 The protective cap according to claim 3 or 4, wherein the light transmission plate suppresses the transmission of stimulated Raman scattered light generated from the signal light at a higher rate than the signal light.
前記信号光を伝搬する前記光ファイバと、
前記光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな前記光透過柱状部材と、
前記光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置される前記バンドパスフィルタを有する請求項1から5のいずれか1項に記載の保護キャップと、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。 At least one light source for emitting the signal light;
The optical fiber for propagating the signal light,
An end surface of the optical fiber is optically coupled to one end surface, the outer diameter of the light transmitting columnar member is larger than the outer diameter of the core of the optical fiber,
The protective cap according to any one of claims 1 to 5, further comprising: the band-pass filter disposed apart from the light-transmitting columnar member on the other end surface side of the light-transmitting columnar member.
A laser device comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2018220196A JP2020088161A (en) | 2018-11-26 | 2018-11-26 | Protective cap and laser device |
Applications Claiming Priority (1)
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