JP6007237B2 - ファイバレーザ装置およびレーザ光照射位置の位置決め方法 - Google Patents
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Description
このような構成によれば、正確な位置決めを行うことが可能となる。
このような構成によれば、正確に位置決めを行うとともに、戻り光によって可視レーザ光源の破損を防ぐことができる。
このような構成によれば、戻り光によって可視レーザ光源が損傷することを防止できるとともに、可視レーザ光を効率良くコアに導入することができる。
このような構成によれば、空間結合系を介しないで波長選択を行うことができるので、入出力端におけるパワー集中に起因する損傷を防ぐことができる。
このような構成によれば、光共振器から出力される不可視レーザ光の位置決めを正確に行うことができる。
このような構成によれば、不可視レーザ光の強度を高めるとともに、位置決めを正確に行うことができる。
このような構成によれば、戻り光の減衰率を高めることにより、可視レーザ光源が損傷することを防止できるとともに、可視レーザ光を効率良くコアに導入することができる。
このような構成によれば、増幅用光ファイバのコアに可視レーザ光を直接導入できるので、可視レーザ光と不可視レーザ光の光軸を一致させ、位置決めを正確に行うことができる。
このような構成によれば、可視レーザ光源への戻り光を少なくして、可視レーザ光源の長命化を図ることができる。
このような構成によれば、可視レーザ光源への戻り光を減衰することで、可視レーザ光源の長命化を図ることができる。
このような構成によれば、可視レーザ光源への戻り光のみを減衰し、可視レーザ光は透過させることで、可視レーザ光源の長命化とともに、可視レーザ光源の選択範囲を広げることが可能になる。
このような構成によれば、コアからクラッドに対して漏れた可視レーザ光を減衰させることができるので、ビーム品質を高め、スポット径を小さくすることができる。
このような構成によれば、複数の増幅用光ファイバから出力される高出力の不可視レーザ光の位置決めを容易に行うことができる。
このような構成によれば、不可視レーザ光が波長選択合分波器を通過しないので、波長選択合分波器に要求されるパワー耐性を軽減することができる。
このような構成によれば、視認性を高めることができるので、位置決めを容易に行うことができる。
このような方法によれば、正確な位置決めを行うことが可能となる。
図1は、本発明の第1実施形態の構成例を示す図である。この図に示すように、第1実施形態に係るファイバレーザ装置1は、可視光LD11(請求項中「可視レーザ光源」に対応)、減衰部12(請求項中「減衰部」に対応)、励起光合波器13、HR(High Reflector)14、増幅用光ファイバ15、OC(Output Coupler)16、クラッドモード除去部17、光出力部18、励起用LD(Laser Diode)19、励起用LD駆動電源20、光ファイバ30,31(請求項中「導入部」に対応)、光ファイバ32,33、光ファイバ34(請求項中「出力用光ファイバ」に対応)、および、制御部40(請求項中「駆動部」に対応)を主要な構成要素としている。なお、励起光合波器13、HR14、増幅用光ファイバ15、および、OC16は、レーザ発振装置10の主要な構成要素である。
図3は、本発明の第2実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図1と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明を省略する。図3に示す第2実施形態に係るファイバレーザ装置1Aでは、図1の場合と比較すると、レーザ発振装置10の後段にレーザ増幅装置50が追加されている。それ以外の構成は図1の場合と同様である。ここで、レーザ増幅装置50は、励起光合波器51、増幅用光ファイバ52、励起用LD55、および、励起用LD駆動電源56を有しており、レーザ発振装置10から出射されたレーザ光を信号光としてコアに入力するとともに、励起用LD55から出射された励起光をクラッドに入射し、増幅用光ファイバ52において信号光を増幅し、クラッドモード除去部17において励起光を除去した後、光出力部18を介して出力する。制御部40は、励起用LD駆動電源20,56を制御することで所望の強度の光出力を得る。
図4は、本発明の第3実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図1と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明を省略する。図4に示す第3実施形態に係るファイバレーザ装置1Bでは、図1の場合と比較すると、可視光LD11が終端部11Aに置換され、減衰部12が除外されている。また、可視光LD70が新たに追加され、可視光LD70の出力光が励起光合波器13の励起光導入用ファイバ71(請求項中「導入部」に対応)に入力されている。可視光LD70は、制御部40によって制御される。なお、これ以外の構成は、図1の場合と同様である。
図5は、本発明の第4実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図4と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明を省略する。図5に示す第4実施形態に係るファイバレーザ装置1Cでは、図4の場合と比較すると、可視光LD70が除外され、可視光LD75が新たに付加されている。また、レーザ発振装置10Bの後段に、レーザ増幅装置50Aが付加されている。これら以外の構成は、図4の場合と同様である。
図6は、本発明の第5実施形態の構成例を示す図である。図6に示す第5実施形態に係るファイバレーザ装置1Dは、制御部40、ファイバレーザ部80−1〜80−n、可視光LD81、ファイバレーザ合波部82、光ファイバ83,85、クラッドモード除去部84、および、光出力部86を主要な構成要素としている。
図9は、本発明の第6実施形態の構成例を示す図である。この図に示すように、第6実施形態に係るファイバレーザ装置1Gは、波長選択合分波素子112(請求項中「導入部」に対応)、励起光合波器13、HR(High Reflector)14、増幅用光ファイバ15、OC(Output Coupler)16、クラッドモード除去部17、光出力部18、フィルタ119、可視光LD11(請求項中「可視レーザ光源」に対応)、励起用LD(Laser Diode)19、励起用LD駆動電源20、光ファイバ30〜33、光ファイバ34(請求項中「出力用光ファイバ」に対応)、および、制御部40(請求項中「駆動部」に対応)を主要な構成要素としている。なお、励起光合波器13、HR14、増幅用光ファイバ15、および、OC16は、レーザ発振装置10の主要な構成要素である。
図11は、本発明の第7実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図9と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明は省略する。図11に示す第7実施形態に係るファイバレーザ装置1Hでは、図9の場合と比較すると、レーザ発振装置10の後段にレーザ増幅装置50が追加されている。それ以外の構成は図9の場合と同様である。ここで、レーザ増幅装置50は、励起光合波器51、増幅用光ファイバ52、励起用LD55、および、励起用LD駆動電源56を有しており、レーザ発振装置10から出射された不可視レーザ光を信号光としてコアに入力するとともに、励起用LD55から出射された励起光をクラッドに入射し、増幅用光ファイバ52において信号光を増幅し、クラッドモード除去部17において励起光を除去した後、光出力部18を介して出力する。制御部40は、励起用LD駆動電源20,56を制御することで所望の強度の光出力を得る。
図12は、本発明の第8実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図11と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明は省略する。図12に示す第8実施形態に係るファイバレーザ装置1Iでは、図11の場合と比較すると、波長選択合分波素子112が励起光合波器13の前段から、OC16と励起光合波器51の間に移動されている。それ以外の構成は、図11の場合と同様である。
図13は、本発明の第9実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図9と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明は省略する。図13に示す第9実施形態に係るファイバレーザ装置1Jでは、図9の場合と比較すると、波長選択合分波素子112が励起光合波器13の前段から、クラッドモード除去部17と光出力部18の間に移動されている。それ以外の構成は、図9の場合と同様である。
図14は、本発明の第10実施形態の構成例を示す図である。なお、この図において、図11と対応する部分には同一の符号を付してあるので、その説明は省略する。図14に示す第10実施形態に係るファイバレーザ装置1Kでは、図11の場合と比較すると、波長選択合分波素子112が励起光合波器13の前段から、クラッドモード除去部17と光出力部18の間に移動されている。それ以外の構成は、図11の場合と同様である。
なお、上記の各実施形態は、一例であって、これ以外にも各種の変形実施態様が存在する。例えば、第2および第4実施形態では、レーザ増幅装置は1段の構成としたが、これを2段以上設けるようにしてもよい。その場合、第2実施形態では、増幅装置の段数の増加に伴って損失(式(1)の第3項の値)が増加するので、それに伴って可視光LD11の出力を増加する必要がある。また、第4実施形態では、例えば、最終段のレーザ増幅装置の励起光合波器に対して可視光LDを接続するようにすればよい。
10,10A,10B レーザ発振装置
11 可視光LD(可視レーザ光源)
11A 終端部
12 減衰部(コア光源減衰部、光学フィルタ)
13 励起光合波器
14 HR
15 増幅用光ファイバ
16 OC
17 クラッドモード除去部(クラッド光減衰部)
18 光出力部
19 励起用LD
20 励起用LD駆動電源
30,31 光ファイバ(導入部)
34 光ファイバ(出力用光ファイバ)
40 制御部(駆動部)
50,50A レーザ増幅装置
52 増幅用光ファイバ
80−1〜80−n ファイバレーザ部
81 可視光LD
82 ファイバレーザ合波部(合波部)
83,85 光ファイバ(出力用光ファイバ)
84 クラッドモード除去部(クラッド光減衰部)
86 光出力部
112 波長選択合分波素子(導入部)
119 フィルタ
Claims (32)
- 基本モードと低次モードとを伝播するコアを有する増幅用光ファイバを用いて不可視レーザ光を発生し、出力用光ファイバを介して出力するファイバレーザ装置において、
可視レーザ光を発生する可視レーザ光源と、
前記可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を前記増幅用光ファイバのコアに導入する導入部と、
加工対象に対する前記不可視レーザ光の照射位置の位置決めを行う場合に、前記可視レーザ光源を駆動し、前記可視レーザ光を前記出力用光ファイバのコアを介して出射させる駆動部と、
を有することを特徴とするファイバレーザ装置。 - 基本モードと低次モードとを伝播するコアを有する増幅用光ファイバを用いて不可視レーザ光を発生し、出力用光ファイバを介して出力するファイバレーザ装置において、
可視レーザ光を発生する可視レーザ光源と、
前記可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を前記出力用光ファイバのコアに導入する導入部と、
加工対象に対する前記不可視レーザ光の照射位置の位置決めを行う場合に、前記可視レーザ光源を駆動し、前記可視レーザ光を前記出力用光ファイバのコアを介して出射させる駆動部と、を有し、
前記導入部は、前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播して前記可視レーザ光源に入射される戻り光を減衰し、
前記導入部は2の入力端子と1の出力端子を少なくとも有する波長選択合分波素子を有し、
一方の前記入力端子には前記可視レーザ光源からの可視レーザ光が入射され、前記出力端子から出射されるレーザ光は前記出力用光ファイバのコアに導入され、
前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播されて前記出力端子に入射される戻り光は他方の前記入力端子に伝播され、一方の前記入力端子に伝播される戻り光は減衰されることを特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記導入部は、前記可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を前記増幅用光ファイバのコアに導入するとともに、前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播して前記可視レーザ光源に入射される戻り光を減衰することを特徴とする請求項1記載のファイバレーザ装置。
- 前記戻り光は、不可視レーザ光波長を有するとともに、前記不可視レーザ光によってその長波側に発生するラマン散乱光または前記不可視レーザ光波長に近接して発生するブリユアン散乱光のうち少なくとも1つを含む不可視光からなることを特徴とする、請求項2または3に記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は2の入力端子と1の出力端子を少なくとも有する波長選択合分波素子を有し、
一方の前記入力端子には前記可視レーザ光源からの可視レーザ光が入射され、前記出力端子から出射されるレーザ光は前記増幅用光ファイバのコアに導入され、
前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播されて前記出力端子に入射される戻り光は他方の前記入力端子に伝播され、一方の前記入力端子に伝播される戻り光は減衰される、
ことを特徴とする請求項1記載のファイバレーザ装置。 - 前記波長選択合分波素子は、ファイバ溶融型または研磨型であることを特徴とする請求項2または5に記載のファイバレーザ装置。
- 前記不可視レーザ光を発生する光共振器を有し、
前記波長選択合分波素子は、前記光共振器の出力側に設けられていることを特徴とする請求項2記載のファイバレーザ装置。 - 前記不可視レーザ光を発生する光共振器を有し、
前記波長選択合分波素子は、前記光共振器の前段側に設けられていることを特徴とする請求項5または6に記載のファイバレーザ装置。 - 前記不可視レーザ光を発生する光共振器と、前記光共振器によって発生された前記不可視レーザ光を増幅する光増幅器とを有し、
前記波長選択合分波素子は、前記光共振器と前記光増幅器の間に設けられていることを特徴とする請求項5または6に記載のファイバレーザ装置。 - 前記可視レーザ光源と、前記波長選択合分波素子との間には、前記波長選択合分波素子から一方の前記入力端子に伝播される前記戻り光を減衰する、可視光を通過帯域としたフィルタが設けられていることを特徴とする請求項2、5乃至9のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は、前記可視レーザ光源の出射部と前記増幅用光ファイバのコアとを接続する光ファイバを有していることを特徴とする、請求項1または2に記載のファイバレーザ装置。
- 前記不可視レーザ光を発生する光共振器を有することを特徴とする請求項11記載のファイバレーザ装置。
- 前記光共振器は、前記増幅用光ファイバの両側にFBGを備えることを特徴とする請求項7乃至9、12のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は、前記可視レーザ光源の出射部と前記増幅用光ファイバのクラッドとを接続する励起光合波器を有していることを特徴とする請求項1記載のファイバレーザ装置。
- 前記可視レーザ光源と前記導入部との間にコア光を減衰するコア光減衰部が配置されていることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記可視レーザ光源と前記導入部との間に前記可視レーザ光を透過し、前記不可視レーザ光を減衰させる光学フィルタが配置されていることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記増幅用光ファイバのクラッドを伝播する光を減衰するクラッド光減衰部を有することを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 増幅用光ファイバを用いて不可視レーザ光を発生し、出力用光ファイバを介して出力するファイバレーザ装置において、
前記不可視レーザ光を発生する複数の前記増幅用光ファイバと、
前記複数の増幅用光ファイバから出力される不可視レーザ光を複数の入力端から入力して合波し、前記出力用光ファイバから出力する合波部と、
可視レーザ光源によって発生された可視レーザ光を導入する導入部と、
加工対象に対する前記不可視レーザ光の照射位置の位置決めを行う場合に、前記可視レーザ光を前記出力用光ファイバのコアを介して出射させる駆動部と、
を有し、
前記導入部は、前記合波部の複数の入力端のいずれかに前記可視レーザ光を導入することを特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記増幅用光ファイバは、基本モードと低次モードとを伝播するコアを有することを特徴とする、請求項18記載のファイバレーザ装置。
- 前記増幅用光ファイバは、シングルモードコアを有することを特徴とする、請求項18記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は、前記合波部の複数の入力端のうち、前記増幅用光ファイバからの不可視レーザ光が入力されていない入力端に前記可視レーザ光を導入することを特徴とする、請求項18記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は、前記増幅用光ファイバからの不可視レーザ光が入力されている入力端に前記可視レーザ光を導入することを特徴とする、請求項18記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は、前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播して前記可視レーザ光源に入射される戻り光を減衰することを特徴とする、請求項18記載のファイバレーザ装置。
- 前記導入部は、2の入力端子と1の出力端子を少なくとも有する波長選択合分波素子を有し、
一方の前記入力端子には前記可視レーザ光源からの可視レーザ光が入力され、前記出力端子から出射される可視レーザ光は、前記合波部の前記不可視レーザ光が入力されていない入力端に入力されることを特徴とする請求項18または23に記載のファイバレーザ装置。 - 前記波長選択合分波素子は、ファイバ溶融型または研磨型であることを特徴とする請求項24記載のファイバレーザ装置。
- 前記可視レーザ光の波長は赤色または緑色に対応する波長を有することを特徴とする請求項1乃至25のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 基本モードと低次モードとを伝播するコアを有する増幅用光ファイバを用いて不可視レーザ光を発生し、出力用光ファイバを介して出力するレーザ光照射位置の位置決め方法において、
可視レーザ光を発生する可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を前記増幅用光ファイバのコアに導入し、
前記出力用光ファイバのコアを介して出射された前記可視レーザ光によって加工対象に対する前記不可視レーザ光の照射位置を決定する、ことを特徴とするファイバ光照射位置の位置決め方法。 - 前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播して前記可視レーザ光源に入射される戻り光を減衰することを特徴とする、請求項27記載のファイバ光照射位置の位置決め方法。
- 前記可視レーザ光を前記増幅用光ファイバのコアに導入する位置に、2の入力端子と1の出力端子を少なくとも有する波長選択合分波素子を設け、
一方の前記入力端子には前記可視レーザ光源からの可視レーザ光が入射され、前記出力端子から出射されるレーザ光は前記増幅用光ファイバのコアに導入され、
前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播されて前記出力端子に入射される戻り光は他方の前記入力端子に伝播され、一方の前記入力端子に伝播される戻り光は減衰される、
ことを特徴とする、請求項28記載のファイバ光照射位置の位置決め方法。 - 前記波長選択合分波素子は、ファイバ溶融型または研磨型であることを特徴とする請求項29記載のファイバ光照射位置の位置決め方法。
- 基本モードと低次モードとを伝播するコアを有する増幅用光ファイバを用いて不可視レーザ光を発生し、出力用光ファイバを介して出力するレーザ光照射位置の位置決め方法において、
可視レーザ光を発生する可視レーザ光源によって発生された前記可視レーザ光を前記出力用光ファイバのコアに導入し、
前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播して前記可視レーザ光源に入射される戻り光を減衰し、
前記可視レーザ光を前記出力用光ファイバのコアに導入する位置に、2の入力端子と1の出力端子を少なくとも有する波長選択合分波素子を設け、
一方の前記入力端子には前記可視レーザ光源からの可視レーザ光が入射され、前記出力端子から出射されるレーザ光は前記出力用光ファイバのコアに導入され、
前記不可視レーザ光を発生中に前記コアを逆方向に伝播されて前記出力端子に入射される戻り光は他方の前記入力端子に伝播され、一方の前記入力端子に伝播される戻り光は減衰され、
前記出力用光ファイバのコアを介して出射された前記可視レーザ光によって加工対象に対する前記不可視レーザ光の照射位置を決定する、ことを特徴とするファイバ光照射位置の位置決め方法。 - 前記波長選択合分波素子は、ファイバ溶融型または研磨型であることを特徴とする請求項31記載のファイバ光照射位置の位置決め方法。
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