JP2021132070A - パルスレーザ光生成伝送装置およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工装置等に用いる、小型、低コスト、高安定で、高出力なパルスレーザ光生成伝送装置を提供する。【解決手段】パルスレーザ光生成伝送装置は、パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器１０１と、前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮するパルス圧縮器１０２と、前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバ１０３とが、光の伝搬方向に従って順に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を用いて対象物を加工するレーザ加工装置等に用いる、パルス幅がピコ秒またはフェムト秒クラスである超短パルスレーザ光を生成および伝送する技術に関する。

食品、医薬品、工業製品などに賞味期限やバーコード等を非接触で印字する方法として、レーザ光をビームスキャナで走査し、対象物に照射することで表面を加工するレーザ印字方式が知られている。近年では、より多くの情報をより小さな領域に印字するために、高精細なレーザ印字技術が要求されている。また、印字機会の増加にともない、印字材料の多様化も進んでいる。高精細で多品種の材料に印字可能な技術として、パルス幅がピコ秒またはフェムト秒クラスである超短パルスレーザを用いた方法が知られている。パルス幅が短く、ピークパワーが非常に大きなレーザ光を材料に照射した場合、材料表面にプラズマが形成され、熱的に非平衡な状態で加工されることで、非常に高精細な加工が実現できる。また、材料の吸収による発熱を伴わない加工であるため、同一のレーザ波長で多種多様な材料の加工が可能である。

超短パルスの生成方法としては、固体レーザを用いたものが知られている。一般的に固体レーザでは、増幅媒体や、レンズやミラーなどの光学部品が高精度な位置決め精度で配置された自由空間光学系からなり、装置が大型、高価、安定性が低いという課題がある。それらは超短パルスレーザを上述したような製造ラインで用いられるレーザ印字装置に適用する場合は、特に大きな課題となる。

一方、別の超短パルス生成方法としては、ファイバレーザを用いたものが知られている。例えば下記特許文献１には、超短パルスファイバレーザ装置が開示されている。ファイバレーザでは各種光学部品を一体化できるため小型であり、製造性が高いため安価である。また、光軸ずれがないため、安定性が高い。また、レーザ光を光ファイバで低損失で伝送することも可能であり、製造ラインで用いられるレーザ印字装置に適用する場合、電源やレーザ本体を光走査用ヘッドから分離し、製造ラインと干渉しない離れた位置に配置することも可能である。

超短パルスを生成するファイバレーザの課題は、高出力化が困難なことである。ファイバレーザでは直径数〜数十μｍの非常に小さな領域に光が閉じ込められているためパワー密度が高い。さらに、パルス幅が短いほど、極短時間の間に非常に大きなパルスエネルギーが出力されるためピークパワー密度が高い。よって、パワーを大きくしすぎるとファイバが損傷してしまう課題がある。よって、超短パルスを生成するファイバレーザの高出力化は困難であり、レーザ印字装置に適用することは困難である。

損傷閾値が高いファイバとしては、光が導波するコア部が空気である中空コアファイバが知られている。特許文献２には、ピークパワー密度が高い超短パルスを中空コアファイバを用い伝送する方式が開示されている。

特開２００５−１７４９９３号公報 特表２０１８−５１８７０３号公報

本発明者は、レーザ加工装置、特にレーザ印字装置に適用される超短パルスレーザの小型、低コスト、高安定化に向け、超短パルスファイバレーザ、およびその高出力化を検討した。特に損傷閾値が高い中空コアファイバを用いた超短パルスファイバレーザについて検討した。

検討の結果、超短パルスファイバレーザを構成するファイバを中空コアファイバで置き換えようとした場合、新たな課題が生じることが判明した。中空コアファイバの損傷閾値が高い理由は、ファイバ母材とファイバ中の導波モードとの重なり合わせが小さく、ファイバ中を伝送する極わずかな光のみがファイバ母材中を透過するためである。光を伝搬させるなどパッシブ素子においては好都合な条件であるが、光増幅などアクティブ素子においては、重なり合わせが小さいことは実効的な利得が小さく、低効率であることを意味するため、不適な条件である。すなわち、中空コアファイバを超短パルスファイバレーザを構成するアクティブ素子に適用することは不可能であることが分かった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ加工装置等に用いる、小型、低コスト、高安定で、高出力なパルスレーザ光生成伝送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明の「パルスレーザ光生成伝送装置」の一例を挙げるならば、パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮するパルス圧縮器と、前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバと、を備えるパルスレーザ光生成伝送装置である。

本発明によれば、レーザ加工装置等に用いる、小型、低コスト、高安定で、高出力であるパルスレーザ光生成伝送装置を提供することができる。

本発明のパルスレーザ光生成伝送装置の基本構成を示すブロック図である。 実施例１に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。 実施例１に係るパルスレーザ光生成伝送装置におけるファイバレーザ発振器の別の形態を示す図である。 実施例１に係るパルスレーザ光生成伝送装置におけるパルス圧縮器の別の形態を示す図である。 実施例１に係るパルスレーザ光生成伝送装置における中空コアファイバの別の形態を示す図である。 実施例１に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。 実施例１に係るレーザ加工装置の適用例を示す図である。 実施例２に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。 実施例２に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成の別形態を示す図である。 実施例２に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成の別形態における要部断面図である。 実施例３に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。 実施例３に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成の別形態を示す図である。 実施例４に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。

本発明の実施形態に係るパルスレーザ光生成伝送装置およびレーザ加工装置について、以下に、詳細な説明をする。なお、以下に示す図は、あくまで、実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。また、同一の構成要素には同一の符号を付け、それらの説明については繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係るパルスレーザ光生成伝送装置の基本構成を示すブロック図である。パルスレーザ光生成伝送装置は、ファイバレーザ発振器１０１と、パルス圧縮器１０２と、伝送用中空コアファイバ１０３とが、レーザ光の伝播方向に従って順に配置されている。図において、符号１０４はファイバレーザ発振器１０１の出力パルスを、符号１０５はパルス圧縮器１０２の出力パルスを、符号１０６は中空コアファイバの伝送パルスを示す。

ファイバレーザ発振器１０１は、符号１０４に示すようなパルス幅が広く、ピークパワーを抑えたレーザパルス１０４を出力する。パルス圧縮器１０２は、ファイバレーザ発振器１０１から出力されたレーザパルス１０４のパルス幅を圧縮し、ピークパワーを増大したレーザパルス１０５を出力する。伝送用中空コアファイバ１０３は、短パルス幅で高ピークパワーのレーザパルス１０５を伝送し、短パルス幅で高ピークパワーのレーザパルス１０６を出力する。そして、例えばレーザ印字装置においては、印字対象物の近傍まで伝送され、印字対象物に照射することで印字が行われる。

ここで重要なことは、ファイバレーザ発振器１０１から出力されるレーザ光はピークパワーがファイバの損傷閾値よりも十分小さくなるように調整されていると同時に、１パルス当たりのエネルギーは加工に必要となるエネルギーよりも十分大きくなるようにパルス幅が十分長くなるように調整されていることである。例えば、ファイバレーザ発振器１０１が出力するレーザ光のパルス幅が１ｎｓ以上であり、パルス圧縮器が出力するレーザ光のパルス幅が１００ｐｓ以下、ピークパワーが１００ｋＷ以上である。パルス圧縮器１０２によりパルス幅が圧縮された光は、損傷閾値が大きな中空コアファイバ１０３で伝送されるため、ファイバが損傷することはない。

以上のように本発明の実施形態では、パルスレーザ光の発生、および伝送路としてファイバを用いているため、従来の固体レーザと比較し、小型、低コスト、高安定である。また、従来の短パルスファイバレーザ発振器では光の増幅と短パルスレーザ光の生成を同一のファイバ中で行うため、ファイバ損傷の影響により高出力化が困難であったのに対し、本発明の実施形態では、光の増幅と短パルスレーザ光の生成を独立の光学系で行うことで短パルスファイバレーザの高出力化が可能である。さらに、損傷閾値が高い中空コアファイバを用いることで高出力短パルスレーザ光の伝送が可能である。

以下の実施例では、ファイバレーザ発振器１０１、パルス圧縮器１０２、中空コアファイバ１０３の構成についてより詳しく説明する。

図２は、本発明の実施例１に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。ファイバレーザ発振器はＱスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１であり、パルス圧縮器は回折格子パルス圧縮器２０２である。

Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１は、希土類添加光ファイバ２０４、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）ミラー２０５ａ、ｂ、励起用半導体レーザ２０６、Ｑスイッチ２０７から構成される。励起用半導体レーザ２０６から出力されたレーザ光は、希土類添加光ファイバ２０４に導光され、２つのＦＢＧミラーで反射を繰り返す過程において希土類添加光ファイバ２０４で光が増幅されレーザ発振に至る。ここでＱスイッチ２０７は可飽和吸収体などからなり、ナノ秒クラスの短パルス光を生成する光学部品である。Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１は構成が簡易であり、比較的安価という利点がある。なお、図中では励起用半導体レーザ２０６は１つのみを図示しているが、それに限ったことではなく複数あってもよい。

回折格子パルス圧縮器２０２は、ビームスプリッタ２０９、回折格子対２１０ａ、ｂ、２枚の反射ミラー２１１、２１２から構成される。回折格子は波長により回折角が異なるように設計されており、光路長に差異が生じるため、入力光の分散の影響を補償して、パルス幅を圧縮することができる。回折格子パルス圧縮器２０２では光が透過する光学部品がなく、すべて反射型であるため、高強度な光を取り扱える利点がある。また、分散補償量が大きいため、パルス圧縮率が高い、もしくは同じ圧縮率ならば装置サイズが小型という利点もある。

中空コアファイバ２０３は、コア部が空孔であればよい。空孔中に光を閉じ込めるための構成としては、中空構造の光ファイバの内壁に金属膜と、誘電体保護膜とが形成された金属膜中空コアファイバであればよい。また、中空構造の光ファイバの内壁に屈折率が異なる少なくとも２つの誘電体からなる周期的多層膜が形成された中空コアブラッグファイバであってもよい。

Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１と回折格子パルス圧縮器２０２との光学的接続には、コリメートレンズ２０８を用いることができる。また、回折格子パルス圧縮器２０２と中空コアファイバ２０３との光学的接続には、集光レンズ２１３を用いることができる。レンズを用いた場合、より高い効率で光結合することができる。

なお、図２には図示していないが、コリメートレンズ２０８とビームスプリッタ２０９との光軸上には光アイソレータが挿入されていてもよい。光アイソレータが挿入された実施形態においては、パルス圧縮器２０２からファイバレーザ発振器２０１への戻り光がなく、安定性がより高いパルスレーザ光生成伝送装置が実現できる。

また、同じく図２には図示していないが、ビームスプリッタ２０９を偏波依存性を有するものとし、ビームスプリッタ２０９と回折格子対２１０ａとの光軸上に１/４波長版が挿入されていてもよい。その場合、ファイバレーザ発振器２０１からビームスプリッタ２０９に入力される光と、回折格子パルス圧縮器２０２でのパルス圧縮後のビームスプリッタ２０９に入力される光では偏波方向が直行しているため、光の入射方向により光路を変更することができる。

次に、図３を用いて、ファイバレーザ発振器の別の形態について説明する。ファイバレーザ発振器は、ＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）方式ファイバレーザ発振器３００である。ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器３００は、希土類添加光ファイバ３０１ａ、ｂ、励起用半導体レーザ３０２ａ、ｂ、ｃ、コンバイナ３０３ａ、ｂ、シード半導体レーザ３０４、光アイソレータ３０５ａ、ｂ、ｃから構成される。励起用半導体レーザ３０２から出力されたレーザ光は、コンバイナ３０３で合波され、希土類添加光ファイバ３０１に導光される。シード半導体レーザ３０４から希土類添加光ファイバ３０１ａに入力された光はプリアンプされた後、２つ目の希土類添加光ファイバ３０１ｂにてさらに増幅される。ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器３００はシード半導体レーザ３０４の出力光の繰り返し周波数やパルス幅、パルス形状などを調整することで、増幅後の波形を任意に変更することが可能である。また、シード半導体レーザ３０４でアクティブに波形を調整することができるため、安定性が高いという利点がある。なお、図３においては図２と同様に、励起用半導体レーザの数は図示したものに限ったことではない。

次に図４を用いて、パルス圧縮器の別の形態について説明する。プリズムパルス圧縮器４００は、ビームスプリッタ４０１、プリズム対４０２ａ、ｂ、２枚の反射ミラー４０３、４０４から構成される。プリズムは、材料分散により波長により屈折角が異なるため、プリズムの配置方法により光路長に差異が生じ、入力光の分散の影響を補償して、パルス幅を圧縮することができる。プリズムは回折格子と比較し構造が簡易であり、安価である利点がある。また、プリズムの配置により分散を正にも負にも補償することができる利点もある。

次に図５を用いて、中空コアファイバの別の形態について説明する。中空コアファイバは、中空構造の光ファイバの内壁近傍に空孔が周期的に配置された中空コアフォトニック結晶ファイバ５００であってもよい。中空コアフォトニック結晶ファイバ５００は、フォトニック結晶クラッド部５０２の中心部に中空コア部５０１を有している。最適に設計されたフォトニック結晶においては特定の波長において光が伝搬できないフォトニックバンドギャップが形成されることが知られており、フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶をクラッド部に形成すれば、コア部が中空であっても光はクラッド部に漏れ出すことなく、低損失でファイバ中を伝送することが可能である。上述した、金属膜中空コアファイバや中空コアブラッグファイバと比較し損失が低いことに加え、設計次第ではユニークな分散特性を発現させることも可能である。

図６は、実施例１に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器１０１を駆動するためのファイバレーザ発振器ドライバ６０４と、パルス圧縮器１０２を制御するためのパルス圧縮器制御ドライバ６０５と、パルス圧縮器１０２が出力する光の一部を分岐しパルス幅を測定するパルス幅モニタ６０６と、中空コアファイバ１０３を伝送した光の一部を分岐しパワーを測定するパワーモニタ６０７と、中空コアファイバ１０３を伝送した光を走査し走査レーザ光を出力するビームスキャナ６０３と、ビームスキャナ６０３を制御するためのビームスキャナ制御ドライバ６０８と、反射光６１１を入力しビームスキャナ６０３の位置を測定するビームスキャナ位置モニタ６０９と、ユーザ入力信号６０１を入力し、ファイバレーザ発振器ドライバ６０４、パルス圧縮器制御ドライバ６０５、ビームスキャナ制御ドライバ６０８に入力される信号を生成するレーザマーカコントローラ６１０から構成される。ファイバレーザ発振器ドライバ６０４に入力される信号は、パルス幅モニタ６０６、パワーモニタ６０７、ビームスキャナ位置モニタ６０９が出力する信号に基づき生成される。また、パルス圧縮器制御ドライバ６０５に入力される信号は、パルス幅モニタ６０６が出力する信号に基づき生成される。さらに、ビームスキャナ制御ドライバ６０８に入力される信号は、ビームスキャナ位置モニタ６０９が出力する信号に基づき生成される。このようにレーザ加工装置は各種モニタからの信号に基づきフォードバック制御されることで、高安定性で高精度な加工をすることが可能である。

図７は、実施例１に係るレーザ加工装置をレーザ印字装置に適用した例を示す図である。レーザ印字装置本体７０１と走査型レーザ印字ヘッド７０２は中空コアファイバを含む伝送ケーブル７０３で接続されており、走査型レーザ印字ヘッド７０２は搬送装置７０４上を移動する印字対象物７０５ａ、ｂ、ｃの近くに配置され、走査型レーザ印字ヘッド７０２よりも大型なレーザ印字装置本体７０１は、搬送装置７０４と物理的に干渉しない位置に配置されている。このように本発明の実施形態においては、中空コアファイバを用いている点において、レーザ印字装置本体７０１と走査型レーザ印字ヘッド７０２とを分離することが可能であり、生産ラインの種類に対し柔軟に対応できる利点がある。本実施例のレーザ印字装置では、走査レーザ光７０６を印字対象物７０５ａ、ｂ、ｃに照射することで各対象物に識別子７０７を印字することが可能である。

図８は、実施例２に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。実施例１において、図２を用いて説明したパルスレーザ光生成伝送装置の構成との違いは、パルス圧縮器が分散補償用中空コアファイバ８０１である点である。分散補償用中空コアファイバ８０１とは、中空コアフォトニック結晶ファイバなどからなり、ファイバ中を伝送する光の波長により、群速度に差異が生じるように設計されており、入力光の分散の影響を補償して、パルス幅を圧縮することができるファイバのことである。実施例１において説明した回折格子パルス圧縮器２０２やプリズムパルス圧縮器４００と比較し、部品点数が少ないことで、より小型で安価である利点がある。さらに光軸ずれの影響が小さいため、安定性が高いという利点もある。

Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１と分散補償用中空コアファイバ８０１との光学的接続、および分散補償用中空コアファイバ８０１と伝送用中空コアファイバ２０３との光学的接続には、レンズ８０２、８０３を用いることができる。光学的に接続する両者のファイバのＮＡやモードフィールド径に合わせてレンズを適切に設計すれば低損失で接続することが可能である。なお、図中ではレンズの枚数はそれぞれ１枚のときを図示したが、それに限ったことではなく複数枚からなる合成レンズを用いてもよい。

次に図９を用いて、分散補償用中空コアファイバ８０１の別の実装形態について説明する。本実施形態においては、分散補償用中空コアファイバ８０１の入出力端部が、それぞれＱスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１の出力端部、伝送用中空コアファイバ２０３の入力端部と直接突合せ接続されている。上述した実施形態と比較し、レンズ８０２、８０３が不要であり、より部品点数が少ないことで、より小型で安価である。さらに一度実装してしまえば光軸ずれが一切起きないため、安定性が非常に高いという利点がある。

次に図１０を用いて、異種ファイバの接続方法について詳しく説明する。中実コアファイバ１００１と中空コアファイバ１００２とを光学的に接続するとき、両者のファイバにおけるそれぞれの伝搬モードの等価屈折率が異なる場合は、端面で反射が生じる。そのような反射を抑制するには接続する界面に誘電体多層膜からなる反射防止膜１００５を形成すればよい。等価屈折率が異なる場合においても、進行波と後進波が互いに打ち消しあうことで反射が抑制される。図において、符号１００３は中実コア部を、符号１００４は中空コア部を示す。両者のファイバの界面に反射防止膜１００５を形成するには、初めに中実コアファイバ１００１の端面に反射防止膜１００５を形成したのち、両者のファイバ端面を突合せ、融着することで接続すればよい。さらに、ここで融着するための放電条件を最適に設計すれば、熱拡散技術により光ファイバのモードフィールド径を局所的に拡大させ、異種径ファイバを低損失に接続させることも可能である。

図１１は、実施例３に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。実施例１において、図２を用いて説明したパルスレーザ光生成伝送装置の構成との違いは、Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１と回折格子パルス圧縮器２０２との間に、スペクトル幅を拡大するスペクトル幅拡大器であるスペクトル幅拡大用高非線形ファイバ１１０１が挿入されている点である。スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ１１０１とは、中実コアフォトニック結晶ファイバなどからなり、ファイバの屈折率が伝送する光の強度に強く依存しており、自己位相変調の影響が大きいことで、スペクトル幅を拡大させることができるファイバのことである。レーザ発振器の出力光のチャーピング(波長揺らぎ)が無視できるとき、スペクトル幅とパルス幅はフーリエ変換の関係式が成立するため、スペクトル幅を広くすることで、パルス幅をより狭くすることができる。すなわち、本実施例ではより波形品質が高いレーザ光を生成できる利点がある。なお、スペクトル幅拡大器の非線形定数は５０Ｗ^−１ｋｍ^−１以上が好ましい。

Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器２０１とスペクトル幅拡大用高非線形ファイバ１１０１との光学的接続は、図示したように、両者をファイバ融着してもよく、また図示していないがレンズを用いて接続してもよい。また、スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ１１０１と回折格子パルス圧縮器２０２との光学的接続は、コリメートレンズ１１０２を用いることができる。

次に図１２を用いて、スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ１１０１を用いた別の形態について説明する。本実施形態においては、上述した実施形態における回折格子パルス圧縮器２０２が分散補償用中空コアファイバ８０１で代替され、またそれぞれのファイバがすべて融着で接続されている点が異なる。上述した実施形態と比較し部品点数が少ないことで、より小型で安価である。さらに一度実装してしまえば光軸ずれが一切起きないため、安定性が非常に高いという利点がある。

図１３は、実施例４に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。実施例１において、図２を用いて説明したパルスレーザ光生成伝送装置の構成との違いは、回折格子パルス圧縮器２０２と伝送用中空コアファイバ２０３との間に波長を変換する非線形光学結晶１３０１が配置されている点である。非線形光学結晶１３０１とは、結晶内の分極により入射光に対して非線形的に応答し、かつ複屈折が存在する結晶である。例えば、ＫＴｉＯＰＯ_４（ＫＴＰ）、ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０（ＣＬＢＯ）、ＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢＯ）、ＫＨ_２ＰＯ_４（ＫＤＰ）、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）などであればよい。また、ＬＮ結晶にＭｇＯを混ぜたＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ_３（ＭｇＬＮ）や、ＬＮ結晶やＭｇＬＮ結晶を周期的反転構造としたＰＰＬＮやＰＰＭｇＬＮなどであればよい。これらの結晶中に入射される光の波長、位相、偏光などがある整合条件を満足するとき短波長のレーザ光が生成される。例えば波長１０６４ｎｍの光をＬＢＯ結晶に入射することにより波長５３２ｎｍの光を生成し（第二次高調波発生）、さらに波長１０６４ｎｍと５３２ｎｍの光をＬＢＯ結晶に入射し和周波発生を実施することにより波長３５５ｎｍの光を生成（第三次高調波発生）することもできる。その他の例としては、波長１０６４ｎｍの光をＫＴＰ結晶に入射することにより波長５３２ｎｍの光を生成し（第二次高調波発生）、さらに波長５３２ｎｍの光をＣＬＢＯ結晶に入射することにより波長２６６ｎｍの光を生成（第四次高調波発生）することができる。

非線形光学結晶１３０１を用いて波長を変換することにより、加工対象物からの反射が少なく、吸収が大きい波長の光を加工対象物に照射することができる。これにより、小さなエネルギーで効率的に加工することができる。加工対象物の材料によっては不要な熱の発生を抑制することができ、より微細に高品質で加工することができる。また、同じレンズ系で集光したときのビーム径は波長に比例するので、レーザ光を短波長化することにより、ビーム径を小さくすることができ、より微細に高品質で加工することができる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１：ファイバレーザ発振器
１０２：パルス圧縮器
１０３：伝送用中空コアファイバ
１０４：ファイバレーザ発振器の出力パルス
１０５：パルス圧縮器の出力パルス
１０６：中空コアファイバの出力パルス
２０１：Ｑスイッチ方式ファイバレーザ発振器
２０２：回折格子パルス圧縮器
２０３：伝送用中空コアファイバ
２０４：希土類添加光ファイバ
２０５ａ，ｂ：ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）ミラー
２０６：励起用半導体レーザ
２０７：Ｑスイッチ
２０８：コリメートレンズ
２０９：ビームスプリッタ
２１０ａ，ｂ：回折格子対
２１１，２１２：反射ミラー
２１３：集光レンズ
３００：ＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器
３０１ａ，ｂ：希土類添加光ファイバ
３０２ａ，ｂ，ｃ：励起用半導体レーザ
３０３ａ，ｂ：コンバイナ
３０４：シード半導体レーザ
３０５ａ，ｂ，ｃ：光アイソレータ
４００：プリズムパルス圧縮器
４０１：ビームスプリッタ
４０２ａ，ｂ：プリズム対
４０３，４０４：反射ミラー
５００：中空コアフォトニック結晶ファイバ
５０１：中空コア部
５０２：フォトニック結晶クラッド部
６０１：ユーザ入力信号
６０２：走査レーザ光
６０３：ビームスキャナ
６０４：ファイバレーザ発振器ドライバ
６０５：パルス圧縮器制御ドライバ
６０６：パルス幅モニタ
６０７：パワーモニタ
６０８：ビームスキャナ制御ドライバ
６０９：ビームスキャナ位置モニタ
６１０：レーザマーカコントローラ
６１１：反射光
７０１：レーザ印字装置本体
７０２：走査型レーザ印字ヘッド
７０３：伝送ケーブル
７０４：搬送装置
７０５ａ，ｂ，ｃ：印字対象物
７０６：走査レーザ光
７０７：識別子
８０１：分散補償用中空コアファイバ
８０２、８０３：レンズ
１００１：中実コアファイバ
１００２：中空コアファイバ
１００３：中実コア部
１００４：中空コア部
１００５：反射防止膜
１１０１：スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ
１１０２：コリメートレンズ
１３０１：非線形光学結晶

Claims (15)

1. パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、
   前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮するパルス圧縮器と、
   前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバと、
   を備えるパルスレーザ光生成伝送装置。
2. 前記ファイバレーザ発振器が出力する光のパルス幅が１ｎｓ以上であり、
   前記パルス圧縮器が出力する光のパルス幅が１００ｐｓ以下である
   請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
3. 前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光のピークパワーが１００ｋＷ以上である
   請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
4. 前記ファイバレーザ発振器は、
   励起用の半導体レーザと、
   光増幅用の希土類添加光ファイバと、
   パルスレーザ光生成用のＱスイッチと、
   光反射用のファイバブラッググレーティングと、
   を備えたＱスイッチ方式ファイバレーザ発振器である請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
5. 前記ファイバレーザ発振器は、
   パルス光生成用の第１の半導体レーザと、
   励起用の第２の半導体レーザと、
   光増幅用の希土類添加光ファイバと、
   光整流用の光アイソレータと、
   を備えたＭＯＰＡ方式ファイバレーザ発振器である請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
6. 前記パルス圧縮器は、
   分散補償用の回折格子対を備えた、回折格子パルス圧縮器である請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
7. 前記パルス圧縮器は、
   分散補償用のプリズム対を備えた、プリズムパルス圧縮器である請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
8. 前記中空コアファイバは、
   中空構造の光ファイバの内壁に金属膜と、前記金属膜上に誘電体保護膜とが形成された金属膜中空コアファイバ、または、
   中空構造の光ファイバの内壁に屈折率が異なる少なくとも２つの誘電体からなる周期的多層膜が形成された中空コアブラッグファイバである請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
9. 前記中空コアファイバは、
   中空構造の光ファイバの内壁近傍に空孔が周期的に配置された中空コアフォトニック結晶ファイバである請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
10. 前記パルス圧縮器は、
    分散補償用の中空コアファイバである請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
11. 前記ファイバレーザ発振器は、
    中実コアファイバの端面からパルスレーザ光が出力されるレーザ発振器であり、
    前記中実コアファイバの端面には反射防止膜が形成されており、
    前記反射防止膜が形成された中実コアファイバの端面と、前記分散補償用の中空コアファイバの一方の端面とが、光軸をそろえ融着により接続されている請求項１０に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
12. 前記ファイバレーザ発振器と前記パルス圧縮器との間の光軸上に、
    スペクトル幅を拡大するスペクトル幅拡大器が配置されている請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
13. 前記パルス圧縮器と光伝送用の前記中空コアファイバとの間の光軸上に、
    光の波長を変換する非線形光学結晶が配置されている請求項１に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
14. パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、
    前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮するパルス圧縮器と、
    前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバと、
    前記ファイバレーザ発振器を駆動するためのファイバレーザ発振器ドライバと、
    前記パルス圧縮器を制御するためのパルス圧縮器制御ドライバと、
    前記パルス圧縮器が出力する光の一部を分岐しパルス幅を測定するパルス幅モニタと、
    前記中空コアファイバを伝送した光の一部を分岐しパワーを測定するパワーモニタと、
    前記中空コアファイバを伝送した光を走査するビームスキャナと、
    前記ビームスキャナを制御するためのビームスキャナ制御ドライバと、
    前記ビームスキャナの位置を測定するビームスキャナ位置モニタと、
    前記ファイバレーザ発振器ドライバ、前記パルス圧縮器制御ドライバ、前記ビームスキャナ制御ドライバに入力される信号を生成するレーザマーカコントローラと、
    を備え、
    前記ファイバレーザ発振器ドライバに入力される信号は、前記パルス幅モニタ、前記パワーモニタ、および前記ビームスキャナ位置モニタが出力する信号に基づき生成され、
    前記パルス圧縮器制御ドライバに入力される信号は、前記パルス幅モニタが出力する信号に基づき生成され、
    前記ビームスキャナ制御ドライバに入力される信号は、前記ビームスキャナ位置モニタが出力する信号に基づき生成される
    レーザ加工装置。
15. レーザ加工装置は、
    印字対象物に前記パルスレーザ光を用いて印字するレーザ印字装置である請求項１４に記載のレーザ加工装置。

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