JP2023020317A - Laser module, laser oscillator, and laser processing system - Google Patents

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Abstract

To provide a laser module capable of detecting deterioration of light emission characteristics and failure of laser module.SOLUTION: The laser module includes: a laser diode bar that has multiple emitters that emit laser light from the front side and leak light from the back side; and a collection lens into which leaked light is incident from the backside of all multiple emitters; and a detector that detects light passing through a focusing lens.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、レーザモジュール、レーザ発振器およびレーザ加工システムに関する。 The present disclosure relates to laser modules, laser oscillators, and laser processing systems.

特許文献1には、複数の発光点を有する半導体レーザバー、および、半導体レーザバーの一方側に取り付けられているヒートシンクを有する半導体レーザ装置が開示されている。ヒートシンクには、第1サブマウントおよびモリブデン補強体が取り付けられており、半導体レーザバーの他方側には、第2サブマウントが取り付けられている。第1サブマウント、モリブデン補強体、および、第2サブマウントは、半導体レーザバーの変形を抑制するように、線膨張係数が互いに異なるように設けられている。これにより、複数の発光点の劣化を抑制することができる。 Patent Document 1 discloses a semiconductor laser device having a semiconductor laser bar having a plurality of light emitting points and a heat sink attached to one side of the semiconductor laser bar. A first submount and a molybdenum stiffener are attached to the heat sink, and a second submount is attached to the other side of the semiconductor laser bar. The first submount, the molybdenum reinforcing body, and the second submount are provided with different coefficients of linear expansion so as to suppress deformation of the semiconductor laser bar. This makes it possible to suppress deterioration of the plurality of light emitting points.

特開2012-89585号公報JP 2012-89585 A

特許文献1の半導体レーザバーは、発光特性に劣化および半導体レーザバーの故障を検出することができない。発光特性の劣化および半導体レーザバーの故障は、半導体レーザバーを用いたシステムの特性に影響を及ぼす。 The semiconductor laser bar of Patent Literature 1 cannot detect deterioration in light emission characteristics and failure of the semiconductor laser bar. Degradation of light emission characteristics and failure of semiconductor laser bars affect performance of systems using semiconductor laser bars.

本開示は、レーザモジュールにおいて、発光特性の劣化およびレーザモジュールの故障を検出することを目的とする。 An object of the present disclosure is to detect deterioration of emission characteristics and failure of a laser module in a laser module.

前記目的を達成するために、本開示におけるレーザモジュールは、表面からレーザ光を出射し、裏面から光が漏出する複数のエミッタを有するレーザダイオードバーと、複数のエミッタ全ての裏面から漏出した光が入射する集光レンズと、集光レンズを通過した光を検出する検出器と、を備える。 In order to achieve the above object, the laser module in the present disclosure includes a laser diode bar having a plurality of emitters that emit laser light from the front surface and light leaks from the back surface, An incident condenser lens and a detector for detecting light passing through the condenser lens.

また、本開示のレーザ発振器およびレーザ加工システムは、上記のレーザモジュールを備えている。 A laser oscillator and a laser processing system of the present disclosure also include the laser module described above.

本開示のレーザモジュール、レーザ発振器およびレーザ加工システムによれば、発光特性の劣化およびレーザモジュールの故障を検出することができる。 According to the laser module, the laser oscillator, and the laser processing system of the present disclosure, it is possible to detect deterioration of light emission characteristics and failure of the laser module.

本開示の第1実施形態に係るレーザモジュールを示す断面図1 is a cross-sectional view showing a laser module according to a first embodiment of the present disclosure; FIG. 図1のII-II線に沿った断面図Cross-sectional view along the II-II line in Fig. 1 本開示の第2実施形態に係るレーザモジュールが有する導光部材の平面図FIG. 5 is a plan view of a light guide member included in a laser module according to a second embodiment of the present disclosure; 本開示の第3実施形態に係るレーザモジュールを示す部分拡大断面図FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a laser module according to a third embodiment of the present disclosure; 本開示の第4実施形態に係るレーザモジュールにおけるハウジングの断面図Sectional view of a housing in a laser module according to a fourth embodiment of the present disclosure 本開示の第4実施形態に係るレーザモジュールにおける検出器の位置を示す図FIG. 11 is a diagram showing the positions of detectors in the laser module according to the fourth embodiment of the present disclosure; 本開示のレーザ加工システムに用いられるレーザ発振器の構成を示す概要図Schematic diagram showing the configuration of a laser oscillator used in the laser processing system of the present disclosure

<レーザモジュール>
<第1実施形態>
以下、本開示の第1実施形態に係るレーザモジュールについて、図面を参照しながら説明する。図1および図2は、レーザモジュール1の構成を示す断面図である。レーザモジュール1は、レーザダイオードバー10、ハウジング20、集光レンズ30、および、検出器40を備えている。
<Laser module>
<First embodiment>
A laser module according to a first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are sectional views showing the configuration of the laser module 1. FIG. A laser module 1 comprises a laser diode bar 10 , a housing 20 , a condenser lens 30 and a detector 40 .

レーザダイオードバー10は、平面視矩形状を有している。レーザダイオードバー10は、複数の光導波路型のエミッタ11を有している。複数のエミッタ11は、レーザダイオードバー10の長手方向に並べて配置されている。 The laser diode bar 10 has a rectangular shape in plan view. The laser diode bar 10 has a plurality of optical waveguide emitters 11 . A plurality of emitters 11 are arranged side by side in the longitudinal direction of the laser diode bar 10 .

複数のエミッタ11は、電圧を印加し、電流を流すことで発光する発光層(不図示)を有している。光導波路型のエミッタ11の前端面11aおよび後端面11bは、レーザダイオードバー10の短手方向において互いに逆側に位置するように配置されている。エミッタ11の前端面11aおよび後端面11bは、光を反射するように設けられている。前端面11aの光の反射率は、後端面11bの光の反射率より低い。後端面11bの光の反射率は、90%以上100%未満であり、95%以上が好ましい。 The plurality of emitters 11 has a light-emitting layer (not shown) that emits light when voltage is applied and current is passed. The front end face 11a and the rear end face 11b of the optical waveguide emitter 11 are arranged so as to be opposite to each other in the lateral direction of the laser diode bar 10 . A front end surface 11a and a rear end surface 11b of the emitter 11 are provided so as to reflect light. The light reflectance of the front end surface 11a is lower than the light reflectance of the rear end surface 11b. The light reflectance of the rear end surface 11b is 90% or more and less than 100%, preferably 95% or more.

発光層にて生じた光は、前端面11aおよび後端面11bで反射されることで光導波路(不図示)内において繰り返し往復し、増幅される。増幅された光は、レーザ発振が起こることで、レーザ光として前端面11aから前端面11aに直交する方向に沿って出射する。 The light generated in the light-emitting layer is repeatedly reciprocated in the optical waveguide (not shown) by being reflected by the front facet 11a and the rear facet 11b, and is amplified. The amplified light is emitted as laser light from the front facet 11a along a direction orthogonal to the front facet 11a by laser oscillation.

一方、発光層にて生じた光が光導波路内で繰り返し往復する際に、発光層にて生じた光の一部は、後端面11bから、後端面11bに直交する方向に沿って漏出する。図1から図6において、実線の太矢印は、後端面11bから漏出した光を示している。 On the other hand, when the light generated in the light emitting layer repeatedly reciprocates within the optical waveguide, part of the light generated in the light emitting layer leaks from the rear facet 11b along the direction orthogonal to the rear facet 11b. In FIGS. 1 to 6, solid-line thick arrows indicate light leaked from the rear end surface 11b.

ハウジング20は、ハウジング20の表面20aから表面20aの反対側の反対面20bに貫通する空間Sを有している。空間Sには、複数のエミッタ11の前端面11aがハウジング20の表面20a側に露出するように、かつ、後端面11bが空間S内を向くように、レーザダイオードバー10が固定されている。これにより、複数のエミッタ11の後端面11bから空間Sに向けて光が漏出する。 The housing 20 has a space S penetrating from the surface 20a of the housing 20 to the opposite surface 20b on the opposite side of the surface 20a. The laser diode bar 10 is fixed in the space S so that the front end faces 11a of the plurality of emitters 11 are exposed on the surface 20a side of the housing 20 and the rear end faces 11b face the inside of the space S. As a result, light leaks toward the space S from the rear end surfaces 11 b of the emitters 11 .

空間Sは、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光が外部に導出される形状である。つまり、空間Sは、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光を通過させてハウジング20の外部に導出する通路を構成する。複数のエミッタ11の一部または全部の後端面11bから漏出した光は、空間Sを通過する際、空間Sを形成するハウジング20の内側面にて反射してもよい。 The space S has a shape through which the light leaked from the rear end surfaces 11b of all the emitters 11 is led out. In other words, the space S constitutes a passage through which the light leaked from the rear end surfaces 11b of all of the plurality of emitters 11 passes and is led out of the housing 20. As shown in FIG. Light leaking from a part or all of the rear end surfaces 11b of the plurality of emitters 11 may be reflected by the inner surface of the housing 20 forming the space S when passing through the space S.

空間Sは、具体的には、レーザダイオードバー10の短手方向に延びている。また、空間Sの厚みは、レーザダイオードバー10の厚みよりも厚い(図2)。レーザダイオードバー10は放熱性が比較的高いサブマウント部材(不図示)にAuSn半田層などを介して接続されている。さらに、空間Sは、表面20a側から反対面20b側に向かうにしたがって、空間Sの幅方向(レーザダイオードバー10の長手方向)の長さを狭くする傾斜面20cを有している。よって、空間Sの反対面20b側の開口が小さくなり、後に説明する集光レンズ30をコンパクトなものとすることができる。なお、空間Sは、傾斜面20cを有さずに、幅方向の長さを一定とする形状でもよい。 The space S specifically extends in the lateral direction of the laser diode bar 10 . Also, the thickness of the space S is thicker than the thickness of the laser diode bar 10 (FIG. 2). The laser diode bar 10 is connected via an AuSn solder layer or the like to a submount member (not shown) having relatively high heat dissipation. Furthermore, the space S has an inclined surface 20c that narrows the length of the space S in the width direction (longitudinal direction of the laser diode bar 10) from the surface 20a side toward the opposite surface 20b side. Therefore, the opening on the opposite surface 20b side of the space S becomes smaller, and the condenser lens 30, which will be described later, can be made compact. Note that the space S may have a shape in which the length in the width direction is constant without having the inclined surface 20c.

集光レンズ30は、複数のエミッタ11全ての後端面11bから導出した光が入射する。集光レンズ30は、ハウジング20の外部に配置されている。集光レンズ30には、空間Sから導出された光の全てが入射する。なお、集光レンズ30は、複数のレンズを組み合わせることで構成されてもよい。 Light derived from the rear end surfaces 11 b of all of the plurality of emitters 11 enters the condenser lens 30 . The condenser lens 30 is arranged outside the housing 20 . All of the light derived from the space S is incident on the condenser lens 30 . Note that the condenser lens 30 may be configured by combining a plurality of lenses.

検出器40は、集光レンズ30を通過した光が収束する位置(焦点の近傍)に配置されている。よって、検出器40には、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光が入射する。検出器40は、検出した光の強さに応じた検出信号を出力する。検出器40は、例えば、フォトダイオード(例えばPIN型フォトダイオード)である。 The detector 40 is arranged at a position (near the focal point) where the light passing through the condenser lens 30 converges. Therefore, the light leaked from the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 enters the detector 40 . The detector 40 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected light. The detector 40 is, for example, a photodiode (eg, PIN photodiode).

検出器40および集光レンズ30がハウジング20の外部に配置されているため、検出器40および集光レンズ30がハウジング20の内部に配置されている場合に比べて、検出器40および集光レンズ30のレイアウトの自由度を向上させることができる。また、ハウジング20の小型化を図ることもできる。 Since the detector 40 and the collecting lens 30 are located outside the housing 20, the detector 40 and the collecting lens 30 are arranged in the interior of the housing 20. 30 layout flexibility can be improved. Also, the size of the housing 20 can be reduced.

次に、上記のレーザモジュール1の動作について説明する。複数のエミッタ11に電圧が印加されると、前端面11aからレーザ光が出射され、後端面11bから空間Sに向けて光が漏出する。 Next, the operation of the laser module 1 will be described. When a voltage is applied to the plurality of emitters 11, laser light is emitted from the front facet 11a and light leaks toward the space S from the rear facet 11b.

複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光は、空間Sを通過してハウジング20の外部に導出される。ハウジング20から導出された光は、集光レンズ30を通過して、検出器40に入射する。つまり、検出器40には、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光が入射する。検出器40は、入射した光の強さに応じた検出信号を出力する。 Light leaked from the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 passes through the space S and is led out of the housing 20 . Light emitted from housing 20 passes through condenser lens 30 and enters detector 40 . In other words, the light leaked from the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 enters the detector 40 . The detector 40 outputs a detection signal corresponding to the intensity of incident light.

次に、複数のエミッタ11のうち少なくとも1つのエミッタ11の発光特性が劣化した場合について説明する。複数のエミッタ11のうち少なくとも1つのエミッタ11の発光特性が劣化した場合、1つのエミッタ11の後端面11bから漏出する光の強さが低下する。これにより、空間Sおよび集光レンズ30を介して検出器40に入射する光の強さが低下する。したがって、検出器40の検出信号が変化する。 Next, a case where the light emission characteristic of at least one emitter 11 among the plurality of emitters 11 is degraded will be described. When the emission characteristics of at least one emitter 11 among the plurality of emitters 11 deteriorate, the intensity of light leaking from the rear end face 11b of one emitter 11 decreases. This reduces the intensity of light incident on detector 40 via space S and condenser lens 30 . Therefore, the detection signal of the detector 40 changes.

つまり、検出信号をモニタリングすることで、検出信号の変化に基づいて、複数のエミッタ11のうち少なくとも1つのエミッタ11に発光特性の劣化が発生していることを検出することができる。このことは、レーザモジュール1の故障などによって、後端面11bから漏出する光の強さが低下した場合も同様である。よって、発光特性の劣化およびレーザモジュール1の故障を検出することができる。 In other words, by monitoring the detection signal, it is possible to detect deterioration of the emission characteristic of at least one of the plurality of emitters 11 based on the change in the detection signal. The same applies when the intensity of the light leaking from the rear facet 11b is reduced due to a failure of the laser module 1 or the like. Therefore, deterioration of light emission characteristics and failure of the laser module 1 can be detected.

<第2実施形態>
次に、本開示の第2実施形態の係るレーザモジュール1について、主として第1実施形態と異なる部分を、図3を用いて説明する。第2実施形態のレーザモジュール1は、導光部材150をさらに備えている。
<Second embodiment>
Next, with regard to the laser module 1 according to the second embodiment of the present disclosure, mainly different parts from the first embodiment will be described with reference to FIG. The laser module 1 of the second embodiment further includes a light guide member 150. As shown in FIG.

導光部材150は、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光を集光レンズ30に導くものである。導光部材150は、透明な樹脂材料を用いて板状に作られている。導光部材150は、導入面151および導入面151と反対側の面である導出面152を有している。導光部材150は、導入面151から導出面152に向かうにしたがって、幅方向の長さが短くなる形状である。なお、導光部材150の形状は、導入面151から入射した光の全てを導出面152から出射することができ、かつ、空間S(図1参照)内に配置することができれば、空間Sと同じ形状であっても良いし、異なる形状であっても良い。 The light guide member 150 guides the light leaked from the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 to the condenser lens 30 . The light guide member 150 is made in a plate shape using a transparent resin material. The light guide member 150 has an introduction surface 151 and a lead-out surface 152 opposite to the introduction surface 151 . The light guide member 150 has a shape in which the length in the width direction becomes shorter from the introduction surface 151 toward the extraction surface 152 . It should be noted that the shape of the light guide member 150 is such that all the light incident from the introduction surface 151 can be emitted from the extraction surface 152 and can be arranged in the space S (see FIG. 1). They may have the same shape or may have different shapes.

導光部材150は、空間S内に配置されている。導入面151は、複数のエミッタ11全ての後端面11bに対向し、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出する光を導入する。導出面152は、導入面151から導入した光の全部を導出する。導出面152は、集光レンズ30に対向している。よって、導出面152から導出した光は、ハウジング20の外部に導出されて、集光レンズ30に入射する。 The light guide member 150 is arranged in the space S. As shown in FIG. The introduction surface 151 faces the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 and introduces light leaking from the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 . The lead-out surface 152 guides out all of the light introduced from the lead-in surface 151 . The lead-out surface 152 faces the condensing lens 30 . Therefore, the light led out from the lead-out surface 152 is led out of the housing 20 and enters the condensing lens 30 .

導光部材150によって、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光を集光レンズ30に確実に入射させることができる。 The light guide member 150 allows the light leaked from the rear end faces 11b of all the emitters 11 to enter the condenser lens 30 without fail.

なお、導光部材150の内部には散乱体を含有していても良い。散乱体により、導光部材150の内部を導波する光は散乱される。よって、複数のエミッタ11の後端面11bから漏出した光は、導光部材150の内部を導波する際に強さが均一化され、強さが均一化された光を導出面152から導出することができる。 Note that the light guide member 150 may contain a scatterer inside. The light guided inside the light guide member 150 is scattered by the scatterer. Therefore, the light leaked from the rear end face 11b of the plurality of emitters 11 is homogenized in intensity when guided through the interior of the light guide member 150, and the light with the homogenized intensity is led out from the lead-out surface 152. be able to.

<第3実施形態>
次に、本開示の第3実施形態の係るレーザモジュール1について、主として第1実施形態と異なる部分を、図4を用いて説明する。第3実施形態のレーザモジュール1は、減光部材260をさらに備えている。
<Third Embodiment>
Next, with regard to the laser module 1 according to the third embodiment of the present disclosure, mainly different parts from the first embodiment will be described with reference to FIG. 4 . The laser module 1 of the third embodiment further includes a dimming member 260 .

減光部材260は、複数のエミッタ11の後端面11bから漏出した光を減衰させるものである。減光部材260は、減光フィルタ、散乱板および部分透過ミラーなどである。減光部材260は、集光レンズ30と検出器40との間に配置されている。減光部材260は、集光レンズ30を通過した光、すなわち、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光が入射する大きさを有している。すなわち、減光部材260は、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光を減光する。検出器40は、減光部材260を通過した光を検出する。 The dimming member 260 attenuates light leaking from the rear end faces 11b of the plurality of emitters 11. As shown in FIG. The dimming member 260 is a dimming filter, a scattering plate, a partial transmission mirror, and the like. Attenuating member 260 is positioned between condenser lens 30 and detector 40 . The dimming member 260 has a size that allows the light that has passed through the condenser lens 30, that is, the light leaked from the rear end surfaces 11b of all the emitters 11 to enter. That is, the dimming member 260 dims the light leaked from the rear end faces 11b of all of the multiple emitters 11 . Detector 40 detects light that has passed through dimming member 260 .

これにより、複数のエミッタ11の後端面11bから漏出した光の強さが比較的大きい場合においても、検出器40は、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光を、検出器40が検出可能な光量の範囲内で適切に検出することができる。なお、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光を減光できさえすれば、減光部材260の位置および大きさは上述のものには限られないことは言うまでも無い。減光部材260は、後端面11bと検出器40との間に配置されていればよく、例えば、ハウジング20と集光レンズ30との間に配置されていても良い。 As a result, even when the intensity of the light leaked from the rear end faces 11b of the plurality of emitters 11 is relatively high, the detector 40 detects the light leaked from all the rear end faces 11b of the plurality of emitters 11. It can be appropriately detected within the detectable light amount range. Needless to say, the position and size of the dimming member 260 are not limited to those described above as long as the light leaked from all the rear end faces 11b of the plurality of emitters 11 can be dimmed. The dimming member 260 may be arranged between the rear end surface 11b and the detector 40, and may be arranged between the housing 20 and the condenser lens 30, for example.

<第4実施形態>
次に、本開示の第4実施形態の係るレーザモジュール1について、主として第1実施形態と異なる部分を、図5および図6を用いて説明する。
<Fourth Embodiment>
Next, the laser module 1 according to the fourth embodiment of the present disclosure will be described mainly with reference to FIGS.

第4実施形態において、空間Sを形成するハウジング20の内側面は、反射面321によって構成されている。反射面321は、後端面11bから漏出した光を散乱するように反射する。 In the fourth embodiment, the inner surface of the housing 20 that forms the space S is composed of a reflecting surface 321 . The reflecting surface 321 reflects the light leaking from the rear end surface 11b so as to scatter the light.

反射面321は、ざらざらした表面を有している。反射面321は、細かな凹凸を有する梨子地面である。これにより、反射面321は、後端面11bから漏出した光を効率よく散乱させることができる。なお、反射面321は、硝酸バリウムおよび酸化チタンなどの散乱体を含むコーティング剤によってコーティングされてもよい。 Reflective surface 321 has a rough surface. The reflecting surface 321 is a satin surface having fine irregularities. Thereby, the reflecting surface 321 can efficiently scatter the light leaked from the rear end surface 11b. Note that the reflective surface 321 may be coated with a coating agent containing scatterers such as barium nitrate and titanium oxide.

また、反射面321における後端面11bから漏出した光の吸収率は、10%以下である。これにより、後端面11bから漏出した光が繰り返し反射しても、後端面11bから反射した光の強さが減衰することを抑制することができる。 Also, the absorption rate of the light leaked from the rear end surface 11b in the reflecting surface 321 is 10% or less. As a result, even if the light leaked from the rear end surface 11b is repeatedly reflected, the attenuation of the intensity of the light reflected from the rear end surface 11b can be suppressed.

空間Sは、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出して、反射面321によって反射した光がハウジング20の外部に導出するように設けられている。つまり、空間Sは、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光をハウジング20の外部に導出する通路を構成する。また、空間Sは、反射面321が後端面11bから漏出した光を繰り返し反射する形状である。空間Sは、例えば、断面がクランク状である。空間Sの形状は光の散乱を促進でき、光の強さを均一化できる構造であればよい。 The space S is provided so that the light leaked from the rear end surfaces 11 b of all the emitters 11 and reflected by the reflecting surface 321 is led out of the housing 20 . In other words, the space S constitutes a passage through which the light leaked from the rear end surfaces 11 b of all of the plurality of emitters 11 is guided to the outside of the housing 20 . Further, the space S has a shape in which the reflecting surface 321 repeatedly reflects the light leaked from the rear end surface 11b. The space S has, for example, a crank-shaped cross section. The shape of the space S may be any structure as long as it can promote the scattering of light and uniformize the intensity of the light.

複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光が反射面321によって繰り返し反射されることで、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光の強さは、空間S内で均一化される。そして、空間S内において強さを均一化された光は、ハウジング20の外部に導出され、集光レンズ30に入射する。 The light leaked from the rear end faces 11b of all the emitters 11 is repeatedly reflected by the reflecting surface 321, so that the intensity of the light leaked from the rear end faces 11b of all the emitters 11 is made uniform within the space S. be. The light whose intensity has been uniformized in the space S is led out of the housing 20 and enters the condensing lens 30 .

また、図6に示されるように、検出器40は、集光レンズ30を通過した光の一部を検出する。検出器40は、集光レンズ30の焦点より集光レンズ30の近くに配置されている。検出器40は、検出した光の強さに応じた検出信号を出力する。 Also, as shown in FIG. 6, detector 40 detects a portion of the light that has passed through condenser lens 30 . Detector 40 is positioned closer to condenser lens 30 than the focal point of condenser lens 30 . The detector 40 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected light.

上記のように、反射面321によって複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光の強さが均一化されている。複数のエミッタ11のうち少なくとも1つのエミッタ11の発光特性が劣化した場合、1つのエミッタ11の後端面11bから漏出する光の強さ、ひいては、反射面321によって均一化される光の強さが低下する。よって、集光レンズ30を介して検出器40に入射する光の一部の強さが低下する。これにより、検出器40の検出信号が変化する。 As described above, the reflection surface 321 equalizes the intensity of the light leaked from the rear end surfaces 11b of all the emitters 11 . When the light emission characteristics of at least one emitter 11 out of the plurality of emitters 11 deteriorate, the intensity of light leaking from the rear end face 11b of one emitter 11, and thus the intensity of light uniformized by the reflecting surface 321, decreases. descend. Thus, the intensity of a portion of the light incident on detector 40 via condenser lens 30 is reduced. Thereby, the detection signal of the detector 40 changes.

このように、集光レンズ30を通過した光の一部を検出器40が検出する場合においても、検出信号をモニタリングすることで、検出信号の変化に基づいて、複数のエミッタ11のうち少なくとも1つのエミッタ11の発光特性の劣化を検出することができる。また、検出器40は、集光レンズ30を通過した光の一部を検出するため、複数のエミッタ11の後端面11bから漏出した光の強さが比較的大きい場合においても、検出器40が検出可能な光量の範囲内で適切に検出することができる。空間S内で光の強さが均一化されているため、光の一部を検出する形態でも、全体の光量を推定することができる。 In this way, even when the detector 40 detects part of the light that has passed through the condenser lens 30, by monitoring the detection signal, at least one of the plurality of emitters 11 is detected based on changes in the detection signal. Degradation of the emission characteristics of the two emitters 11 can be detected. Further, since the detector 40 detects part of the light that has passed through the condenser lens 30, even if the intensity of the light leaked from the rear end face 11b of the plurality of emitters 11 is relatively high, the detector 40 It can be appropriately detected within the detectable light amount range. Since the intensity of the light is uniform within the space S, the overall light quantity can be estimated even in the form of detecting a part of the light.

<レーザ発振器およびレーザ加工システム>
レーザ加工システムは、高出力のレーザ光による金属加工などに用いられるシステムで100Wから数kW以上のレーザ光を出力する高出力レーザ発振器2、光ファイバー(不図示)、レーザ加工ヘッド(不図示)、および、ワーク設置用の可動ステージ(不図示)などからなる。レーザ加工システムに用いる高出力レーザ発振器2は、図7に示されるように、複数のレーザモジュール1、回折格子2a、および、外部共振ミラー2bを備えている。
<Laser oscillator and laser processing system>
The laser processing system is a system used for metal processing using high-power laser light, and includes a high-power laser oscillator 2 that outputs a laser light of 100 W to several kW or more, an optical fiber (not shown), a laser processing head (not shown), It also consists of a movable stage (not shown) for setting a workpiece. A high-power laser oscillator 2 used in a laser processing system includes a plurality of laser modules 1, a diffraction grating 2a, and an external resonance mirror 2b, as shown in FIG.

複数のレーザモジュール1は、一列に並べられている。回折格子2aは、透過型または反射型の回折格子である。外部共振ミラー2bは、部分透過ミラーである。 A plurality of laser modules 1 are arranged in a line. The diffraction grating 2a is a transmissive or reflective diffraction grating. The external resonant mirror 2b is a partially transmissive mirror.

複数のレーザモジュール1それぞれが有する複数のエミッタ11からレーザ光が出射される。複数のレーザモジュール1それぞれから出射されたレーザ光は、回折格子2aに入射する。 Laser light is emitted from the plurality of emitters 11 of each of the plurality of laser modules 1 . Laser light emitted from each of the plurality of laser modules 1 enters the diffraction grating 2a.

回折格子2aは、入射したレーザ光を、そのレーザ光の波長で決定される回折角で回折して出射する。回折格子2aから出射されたレーザ光は、外部共振ミラー2bに入射される。 The diffraction grating 2a diffracts and emits the incident laser light at a diffraction angle determined by the wavelength of the laser light. A laser beam emitted from the diffraction grating 2a is incident on the external resonance mirror 2b.

外部共振ミラー2bは、入射されるレーザ光の一部を回折格子2aの方向に垂直反射する。これにより、複数のレーザモジュール1の個々のエミッタ11と、回折格子2aと、外部共振ミラー2bの位置関係で回折格子2aの回折条件を満足する波長だけが、レーザモジュール1と外部共振ミラー2bとの間でフィードバックされ、外部共振発振することで、レーザ光が出力される。この場合、レーザモジュール1の前端面の反射率は0.5%以下、より好ましくは0.1%以下とし、外部共振ミラー2bでの外部共振発振のみが発生し、レーザモジュール1の光導波路の端面11a,11bでの内部共振発振は発生させないことが望ましい。なお、複数のレーザモジュール1と回折格子2aとの間に、レーザ光を光軸回りに90度回転させるビームツイスターユニット(不図示)を配置してもよい。 The external resonance mirror 2b vertically reflects part of the incident laser light in the direction of the diffraction grating 2a. As a result, only the wavelengths that satisfy the diffraction conditions of the diffraction grating 2a due to the positional relationship among the individual emitters 11 of the plurality of laser modules 1, the diffraction grating 2a, and the external resonance mirror 2b can be detected by the laser module 1 and the external resonance mirror 2b. Laser light is output by feedback between and external resonance oscillation. In this case, the reflectance of the front facet of the laser module 1 is set to 0.5% or less, more preferably 0.1% or less, so that only external resonance oscillation occurs at the external resonance mirror 2b, and the optical waveguide of the laser module 1 is It is desirable not to generate internal resonance oscillation at the end surfaces 11a and 11b. A beam twister unit (not shown) may be arranged between the plurality of laser modules 1 and the diffraction grating 2a to rotate the laser light by 90 degrees around the optical axis.

レーザ加工システムを用いて、金属加工などが行われているときに、高出力レーザ発振器2を構成する複数のレーザモジュール1の検出器40から出力される検出信号は、それぞれリアルタイムにモニタリングされている。よって、検出信号の変化は、リアルタイムに検出される。したがって、レーザモジュール1の発光特性の劣化および故障を個別に検出することができる。また、複数のレーザモジュール1のうちどのレーザモジュール1において発光特性の劣化等が発生したかを検出することができる。 When metal processing or the like is being performed using a laser processing system, the detection signals output from the detectors 40 of the plurality of laser modules 1 constituting the high-power laser oscillator 2 are monitored in real time. . Therefore, changes in the detection signal are detected in real time. Therefore, it is possible to individually detect the deterioration of the light emission characteristics and the failure of the laser module 1 . In addition, it is possible to detect in which laser module 1 among the plurality of laser modules 1 the deterioration of the light emission characteristic or the like has occurred.

本開示は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above. As long as they do not deviate from the gist of the present disclosure, various modifications to the present embodiment and forms constructed by combining components of different embodiments are also included within the scope of the present disclosure.

例えば、各実施形態において集光レンズ30および検出器40は、ハウジング20の外部に配置されている。これに代えて、集光レンズ30は、ハウジング20の空間S内に配置されてもよい。また、集光レンズ30および検出器40は、ハウジング20の空間S内に配置されてもよい。 For example, in each embodiment the collection lens 30 and the detector 40 are located outside the housing 20 . Alternatively, the condenser lens 30 may be arranged within the space S of the housing 20 . Also, the condenser lens 30 and the detector 40 may be arranged within the space S of the housing 20 .

また、各実施形態において、レーザモジュール1は、ハウジング20を有さなくてもよい。この場合、集光レンズ30は、複数のエミッタ全ての後端面11bから漏出した光が入射するように配置される。 Also, in each embodiment, the laser module 1 may not have the housing 20 . In this case, the condenser lens 30 is arranged so that light leaking from the rear end faces 11b of all of the plurality of emitters is incident thereon.

また、第2実施形態において、導光部材150は、1枚の板状部材であるが、これに代えて、複数の板状部材および複数の棒状部材などによって構成されてもよい。また、導光部材150は、一部または全部がハウジング20の外部に配置されてもよい。 Also, in the second embodiment, the light guide member 150 is a single plate-like member, but instead of this, it may be composed of a plurality of plate-like members, a plurality of rod-like members, and the like. Also, the light guide member 150 may be partially or wholly arranged outside the housing 20 .

また、第2実施形態において、導光部材150の外表面に、後端面11bから漏出した光を拡散させる溝を設けてもよい。これによれば、後端面11bから漏出した光が導光部材150内で拡散されることで、複数のエミッタ11全ての後端面11bから漏出した光の強さを均一化することができる。この場合、第4実施形態のように、検出器40が集光レンズ30を通過した光の一部を検出するようにしてもよい。 Further, in the second embodiment, the outer surface of the light guide member 150 may be provided with grooves for diffusing the light leaked from the rear end face 11b. According to this, the light leaked from the rear end surface 11b is diffused within the light guide member 150, so that the intensity of the light leaked from the rear end surfaces 11b of all of the plurality of emitters 11 can be made uniform. In this case, the detector 40 may detect part of the light that has passed through the condenser lens 30 as in the fourth embodiment.

また、上述した各実施形態において、エミッタ11の前端面11aからレーザ光が出射され、エミッタ11の後端面11bから光が漏出しているが、これに限定されないことは言うまでもない。つまり、エミッタ11においてハウジング20から外部に露出している面(すなわち表面)からレーザ光が出射されればよい。また、エミッタ11において空間Sに向いている面(すなわち裏面)から光が漏出すればよい。 In each of the above-described embodiments, laser light is emitted from the front facet 11a of the emitter 11 and light leaks from the rear facet 11b of the emitter 11, but the present invention is not limited to this. In other words, the laser light should be emitted from the surface (that is, the surface) of the emitter 11 that is exposed to the outside from the housing 20 . In addition, it is only necessary for light to leak from the surface of the emitter 11 facing the space S (that is, the back surface).

本発明は、レーザモジュール、高出力レーザ発振器、および、レーザ加工システムに広く利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is widely applicable to laser modules, high-power laser oscillators, and laser processing systems.

1 レーザモジュール
2 高出力レーザ発振器
10 レーザダイオードバー
11 エミッタ
11a 前端面
11b 後端面
20 ハウジング
30 集光レンズ
40 検出器
150 導光部材
260 減光部材
321 反射面
S 空間


REFERENCE SIGNS LIST 1 laser module 2 high output laser oscillator 10 laser diode bar 11 emitter 11a front end face 11b rear end face 20 housing 30 condenser lens 40 detector 150 light guide member 260 dimming member 321 reflecting surface S space


Claims (7)

表面からレーザ光を出射し、裏面から光が漏出する複数のエミッタを有するレーザダイオードバーと、
前記複数のエミッタ全ての裏面から漏出した光が入射する集光レンズと、
前記集光レンズを通過した光を検出する検出器と、を備える、
レーザモジュール。
a laser diode bar having a plurality of emitters that emit laser light from the front surface and leak light from the back surface;
a condensing lens into which light leaking from the rear surfaces of all of the plurality of emitters is incident;
a detector that detects light that has passed through the condenser lens;
laser module.
前記裏面から漏出した光を前記集光レンズに導く導光部材をさらに備えている、
請求項1に記載のレーザモジュール。
further comprising a light guide member that guides light leaked from the back surface to the condensing lens,
The laser module according to claim 1.
前記裏面から漏出した光を減衰させる減光部材をさらに備えている、
請求項1または2に記載のレーザモジュール。
It further comprises a dimming member that attenuates light leaked from the back surface,
The laser module according to claim 1 or 2.
前記裏面から漏出した光が通過して外部に導出する通路を有するハウジングをさらに備え、
前記集光レンズは、前記ハウジングの外部に配置され、前記通路を通過した光が入射する、
請求項1から3の何れか1項に記載のレーザモジュール。
further comprising a housing having a passage through which light leaking from the back surface passes and is led to the outside;
the condenser lens is arranged outside the housing, and the light passing through the passage is incident thereon;
The laser module according to any one of claims 1 to 3.
前記ハウジングは、前記通路を取り囲み、かつ、前記裏面から漏出した光を散乱するように反射する反射面をさらに有し、
前記通路は、前記反射面によって反射された光を外部に導出し、
前記検出器は、前記集光レンズを通過した光の一部を検出する、
請求項4に記載のレーザモジュール。
the housing further includes a reflective surface surrounding the passageway and reflecting to scatter light leaking from the back surface;
The passage guides the light reflected by the reflecting surface to the outside,
the detector detects a portion of the light that has passed through the collection lens;
The laser module according to claim 4.
請求項1から5の何れか1項のレーザモジュールを複数備えている、
レーザ発振器。
A plurality of laser modules according to any one of claims 1 to 5,
laser oscillator.
請求項1から5の何れか1項のレーザモジュールを複数備えている、
レーザ加工システム。


A plurality of laser modules according to any one of claims 1 to 5,
Laser processing system.


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