JP6130427B2 - Laser module - Google Patents
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Description
本発明はレーザモジュール、特に複数のLD(レーザダイオード)が発するレーザ光を合成することで、高出力のレーザ光を得る構成のレーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a laser module, and more particularly to a laser module configured to obtain high-power laser light by combining laser light emitted from a plurality of LDs (laser diodes).
レーザ光は、その高いエネルギー密度を利用して、金属に代表される材料加工分野、医療分野など、様々な分野において用いられている。特に材料加工分野においては、加工時間の短縮などを目的として、レーザ光の高出力化がなされている。 Laser light is used in various fields such as a material processing field represented by metal and a medical field by utilizing its high energy density. Particularly in the field of material processing, the output of laser light is increased for the purpose of shortening the processing time.
材料加工分野において頻繁に使用されるレーザには、大きく分けて、ファイバレーザ方式のものと、DDL(Direct Diode Laser)方式のものが存在する。
以下、両者を簡単に説明する。
Lasers that are frequently used in the material processing field are broadly classified into fiber laser systems and DDL (Direct Diode Laser) systems.
Hereinafter, both will be briefly described.
一般的なファイバレーザは特許文献1などに記載された構造を有する。
すなわち、信号光源から発生した信号光と、励起光源から発生する励起光を、光結合器を介して希土類元素を添加したコアを有する増幅用光ファイバへ入力し、励起光がコアに添加された希土類元素に作用することで、増幅用光ファイバのコアを伝搬する信号光を増幅し、高エネルギーを有するレーザ光を得る。
A general fiber laser has a structure described in Patent Document 1 and the like.
That is, the signal light generated from the signal light source and the pump light generated from the pump light source are input to an amplification optical fiber having a core doped with a rare earth element via an optical coupler, and the pump light is added to the core. By acting on the rare earth element, the signal light propagating through the core of the amplification optical fiber is amplified to obtain a laser beam having high energy.
ファイバレーザを高出力化する方法の1つとして、信号光、励起光の高出力化が挙げられ、信号光、励起光の高出力化の方法としては、光源として使用されるLDモジュールに使用されるLDの個数を増やせばよい。 One way to increase the output of a fiber laser is to increase the output of signal light and pumping light. The method of increasing the output of signal light and pumping light is used for LD modules used as light sources. The number of LDs to be increased may be increased.
DDLは特許文献2に記載されたような、複数のLDを組み合わせたモジュールを使用し、各LDから放出されたそれぞれのレーザ光をレンズ等の集光部材を使用して1つの光に合成し、加工対象に直接照射する方式である。DDLを高出力化するには、使用するLDの個数を増やせばよい。 The DDL uses a module in which a plurality of LDs are combined as described in Patent Document 2, and each laser beam emitted from each LD is combined into one light using a condensing member such as a lens. In this method, the object to be processed is directly irradiated. In order to increase the output of DDL, the number of LDs used should be increased.
以上の通り、レーザの高出力化には、LDを多数使用して高出力化したモジュールを使用することが重要であり、種々のモジュールが提案されている。LDの個数を増やしてモジュールの高出力化を図ったものとして、特許文献3、4が挙げられる。 As described above, in order to increase the output of a laser, it is important to use a module with a high output using a large number of LDs, and various modules have been proposed. Patent Documents 3 and 4 are examples of increasing the output of the module by increasing the number of LDs.
特許文献3では、互いに高さの異なるLD設置面を複数用意して各LD設置面にLDを配置すると共に、各LD設置面にミラーを配置し、ミラーで反射した各レーザ光をレンズで集光することで、モジュールの高出力化を行っている。 In Patent Document 3, a plurality of LD installation surfaces having different heights are prepared, LDs are arranged on each LD installation surface, a mirror is arranged on each LD installation surface, and each laser beam reflected by the mirror is collected by a lens. Increasing the output of the module by light.
特許文献4では、同一の基板上にLDと2連ミラーを配置し、2連ミラーで反射した各レーザ光をレンズで集光することで高出力化を行ったモジュールと、基板上に配置された階段状マウント上にLDを、基板上に直接高さが異なるミラーをそれぞれ配置し、ミラーで反射した各レーザ光をレンズで集光することで高出力化を行ったモジュールとが記載されている。 In Patent Document 4, an LD and a double mirror are arranged on the same substrate, and each laser beam reflected by the double mirror is condensed by a lens, and the module is arranged on the substrate. In this module, an LD is arranged on a stepped mount and mirrors having different heights are arranged directly on the substrate, and each laser beam reflected by the mirror is condensed by a lens to increase the output. Yes.
しかしながら、特許文献3に記載されたモジュールでは、後段のミラーで反射されたレーザ光に干渉しないよう、ミラーの高さを1000μm程度に抑える必要があるため、ミラー高さの寸法精度要求が厳しくなると共に、その取扱いも難しく、モジュール組立の作業性に難がある。 However, in the module described in Patent Document 3, it is necessary to suppress the mirror height to about 1000 μm so as not to interfere with the laser beam reflected by the subsequent mirror, and thus the dimensional accuracy requirement for the mirror height becomes severe. At the same time, the handling thereof is difficult, and the workability of the module assembly is difficult.
一方、特許文献4に記載されたモジュールでは、ミラーの取扱いは比較的容易であるものの、2連ミラーを使用する際は、2連ミラーのコストが高価であると共に、後段のミラーで反射されたレーザに干渉しないようにミラー位置を調整する手間がある。
また、階段状マウント上にLDを配置する場合は、LDの個数分だけ高さを変えたミラーを用意する必要があり、さらなる高出力化のためにLDの個数を増やす場合には、用意するミラーの種類が増えて、部品管理の点で難がある。
On the other hand, in the module described in Patent Document 4, the mirror is relatively easy to handle, but when using a double mirror, the cost of the double mirror is expensive and the mirror is reflected by the latter mirror. It takes time to adjust the mirror position so as not to interfere with the laser.
Also, when arranging LDs on a staircase mount, it is necessary to prepare mirrors whose height is changed by the number of LDs, and when increasing the number of LDs for higher output, they are prepared. The number of types of mirrors has increased and there are difficulties in terms of component management.
本発明の課題は、組立作業性に優れると共に、高出力化のためにLDの個数が増えても、必要な部品の種類の増加が最小限に抑えられる、LDモジュールを提供することである。 An object of the present invention is to provide an LD module that is excellent in assembling workability and can suppress an increase in the number of necessary parts even if the number of LDs is increased for high output.
発明者は、レーザモジュールの構成を鋭意検討した結果、LDを設置するための第1階段部と、反射体を設置するための第2階段部を使用する構成を採用することで、上記の課題を解決できることを見出した。 As a result of earnestly examining the configuration of the laser module, the inventor employs a configuration using the first step portion for installing the LD and the second step portion for installing the reflector. It was found that can be solved.
本発明のレーザモジュールは筐体と、複数のLDと、複数の反射体と、集光レンズと、第1階段部と、第2階段部とを有し、
該第1階段部と該第2階段部は、該筐体の底板上に設けられており、
該複数のLDのそれぞれは、該第1階段部に階段状に形成されたLD設置面に設けられ、
該複数の反射体のそれぞれは、該第2階段部に階段状に形成された反射体設置面に設けられ、
該複数のLDから放射されたレーザのそれぞれは、速軸方向コリメートレンズと遅軸方向コリメートレンズを透過した後、該複数の反射体によって進行方向が変化し、その後集光レンズによって合成されるとともに、
該第1階段部の各LD設置面の高低差は、該第2階段部の各反射体設置面の高低差に等しく、
該LD設置面の該底板からの高さは、該LD設置面に設けられたLDが放射するレーザに対応する反射体が設けられた該反射体設置面の該底板のからの高さよりも高く、
該第1階段部の最下段のLD設置面に設けられたLDが放射するレーザが透過する遅軸方向コリメートレンズは、該第1階段部に向かって該底板に対して傾斜しており、
該第1階段部の最上段のLD設置面に設けられたLDが放射するレーザが透過する遅軸方向コリメートレンズは、該第2階段部に向かって該底板に対して傾斜していること、
を特徴とするものである。
The laser module of the present invention has a housing, a plurality of LDs, a plurality of reflectors, a condenser lens, a first step portion, and a second step portion.
The first staircase portion and the second staircase portion are provided on the bottom plate of the housing,
Each of the plurality of LDs is provided on an LD installation surface formed in a step shape on the first step portion,
Each of the plurality of reflectors is provided on a reflector installation surface formed stepwise on the second stepped portion,
Each laser emitted from the plurality of LD, after passing through the fast axis direction collimating lens and the slow-axis direction collimating lens, the traveling direction changed by the reflector of the plurality of, with is then synthesized by the condenser lens ,
The height difference of each LD installation surface of the first step portion is equal to the height difference of each reflector installation surface of the second step portion,
The height of the LD installation surface from the bottom plate is higher than the height from the bottom plate of the reflector installation surface provided with the reflector corresponding to the laser emitted by the LD provided on the LD installation surface. ,
The slow axis collimating lens through which the laser emitted by the LD provided on the lowermost LD installation surface of the first stepped portion transmits is inclined with respect to the bottom plate toward the first stepped portion,
The slow axis collimating lens through which the laser emitted by the LD provided on the uppermost LD installation surface of the first staircase portion transmits is inclined with respect to the bottom plate toward the second staircase portion;
It is characterized by.
本発明のレーザモジュールは、以下に示す優れた効果を有する。
・LD設置用の階段部と、反射体設置用の階段部を分けることで、使用する反射体の寸法を統一することができる。
・その結果、高出力化のためにLDの個数を増やす場合でも、反射体の寸法を変更する必要が無く、部品管理が容易であるとともに、レーザモジュールの生産性も向上する。
The laser module of the present invention has the following excellent effects.
-By dividing the LD installation step and the reflector installation step, the dimensions of the reflectors used can be unified.
As a result, even when the number of LDs is increased to increase the output, it is not necessary to change the size of the reflector, the parts management is easy, and the productivity of the laser module is improved.
以下、本発明のレーザモジュールの態様について図1を参照しながら述べる。図1はLDの個数を5個とした場合の本発明である。LDの個数は5個に限定されず、所望する出力に応じて増減して良い。 Hereinafter, embodiments of the laser module of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the present invention when the number of LDs is five. The number of LDs is not limited to five, and may be increased or decreased according to the desired output.
図1において、1は本発明のレーザモジュール、2aは筐体の底板、3はLD、4は反射体、5は第1階段部、6は第2階段部、7は集光レンズ、8はレーザ光である。
本発明で特徴的なことは、第1階段部5と第2階段部6を筐体の底板2a上に設けると共に、複数のLD3のそれぞれを第1階段部5に階段状に形成されたLD設置面に設け、複数の反射体4のそれぞれを第2階段部6に階段状に形成された反射体設置面に設けることである。
In FIG. 1, 1 is a laser module of the present invention, 2a is a bottom plate of a housing, 3 is an LD, 4 is a reflector, 5 is a first step portion, 6 is a second step portion, 7 is a condenser lens, 8 is Laser light.
What is characteristic of the present invention is that the first staircase portion 5 and the second staircase portion 6 are provided on the
第1階段部5と第2階段部6を底板2a上に設け、複数のLD3のそれぞれを第1階段部5に形成されたLD設置面に設け、複数の反射体4のそれぞれを第2階段部6に形成された反射体設置面に設けることで、各LD3の設置面の高さと、対応する反射体4の設置面の高さの高低差を一定に保つことができるため、反射体4の寸法を統一することができる。
このためには、後述するように、各反射体設置面の高低差が、第1階段部5の各LD設置面の高低差と等しくなるよう形成するとともに、図1に示したように、LD設置面の底板からの高さが、LD設置面に設けられたLD3が放射するレーザに対応する反射体4が設けられた反射体設置面の底板からの高さよりも高くなるよう、第1階段部5と第2階段部6を形成する。
The first staircase portion 5 and the second staircase portion 6 are provided on the
For this purpose, as will be described later, the height difference of each reflector installation surface is formed to be equal to the height difference of each LD installation surface of the first staircase portion 5, and as shown in FIG. The first staircase is such that the height of the installation surface from the bottom plate is higher than the height of the reflector installation surface provided with the reflector 4 corresponding to the laser emitted by the LD 3 provided on the LD installation surface. The part 5 and the second staircase part 6 are formed.
本発明で用いるLD3の一例を図2に示す。LD3はサブマウント上にLD素子と、これを駆動する電流を供給する正極、負極を設けた構成を有する。この構成は一例であり、本発明に使用されるLD3は、本発明の技術的思想の範囲において他の構成を取っても良い。また、LD3は第1階段部5に対して絶縁されている。 An example of the LD 3 used in the present invention is shown in FIG. The LD 3 has a configuration in which an LD element, and a positive electrode and a negative electrode that supply current for driving the LD element are provided on a submount. This configuration is an example, and the LD 3 used in the present invention may take other configurations within the scope of the technical idea of the present invention. The LD 3 is insulated from the first staircase portion 5.
集光レンズ7で各レーザ光8を合成した後は、直接対象物にレーザ光8を照射しても良いし、後述する実施例のように、光ファイバに結合させて必要な場所へレーザ光8を導光しても良い。
以下、レーザ光8を光ファイバに結合させた場合について述べる。
After synthesizing each
Hereinafter, a case where the
反射体4は必ずしも、全てを第2階段部6に設ける必要は無く、後述する実施例(図4)のように、最下段の反射体4を底板2a上に直接設けても良い。
反射体4を底板2a上に設けた場合は、筐体の高さ方向の寸法を低くすることができるため、レーザモジュールの小型化の点で有利である。
この場合は、図4に示したように、第1階段部5の最下段のLD設置面は、底板の面よりも高くするとともに、第1階段部5の最下段のLD設置面を除くLD設置面の底板からの高さが、LD設置面に設けられたLD3が放射するレーザに対応する反射体4が設けられた反射体接設置面の底板からの高さよりも高くなるよう、第1階段部5と第2階段部6を形成する。
It is not always necessary to provide all of the reflectors 4 in the second staircase portion 6, and the lowermost reflector 4 may be provided directly on the
When the reflector 4 is provided on the
In this case, as shown in FIG. 4, the lowermost LD installation surface of the first staircase portion 5 is made higher than the surface of the bottom plate, and the LD except the lowermost LD installation surface of the first staircase portion 5 is used. The height of the installation surface from the bottom plate is higher than the height of the reflector contact installation surface provided with the reflector 4 corresponding to the laser emitted by the LD 3 provided on the LD installation surface from the bottom plate. A staircase portion 5 and a second staircase portion 6 are formed.
第1階段部5、第2階段部6は、底板2aと一体成型としても良いし、別部品として製作して、底板2a上に固定しても良い。
一体成型の場合は底板と階段部と間の熱抵抗が小さくなるため、放熱性に優れた態様となり、一方、別部品の場合は底板と階段部を異なる材料で構成することができるので、材料特性の違いを活かした設計が可能となる。
The first staircase portion 5 and the second staircase portion 6 may be integrally formed with the
In the case of integral molding, since the thermal resistance between the bottom plate and the staircase is reduced, it becomes an excellent aspect of heat dissipation, while in the case of separate parts, the bottom plate and the staircase can be made of different materials. Design that takes advantage of the difference in characteristics is possible.
第1階段部5と第2階段部6は両方とも底板2aと一体成型、もしくは別部品としても良いし、片方のみを別部品としても良い。
Both the first staircase portion 5 and the second staircase portion 6 may be integrally formed with the
底板2a、第1階段部5、第2階段部6の材料としては、熱伝導性に優れた銅、アルミニウムなどの材料を使用すれば良い。また、防食性を高めるために必要に応じてニッケルメッキ、ニッケル+金メッキなどを施しても良い。
As a material for the
底板2aなどにメッキを施すことの効果としては、材料表面の反射率が上がることも挙げられる。材料表面の反射率が上がることで、光路から不意に外れたレーザ光8が材料に吸収される量が減り、筐体などの発熱を抑制することができる。
ただし、必ずしも材料表面の反射率を上げる必要は無く、冷却手段によって筐体の冷却が十分に行われる状況などでは、材料表面がレーザ光8を吸収する構成を取っても良い。
As an effect of plating the
However, it is not always necessary to increase the reflectance of the material surface, and the material surface may absorb the
また、複数のLD3から放射されたレーザ光8が、速軸方向コリメートレンズ9と遅軸方向コリメートレンズ10を透過した後、反射体4に到達するように、レーザモジュール1を構成するのが好ましい。
速軸方向コリメートレンズ9と遅軸方向コリメートレンズ10を透過させることで、集光レンズ7で複数のレーザ光8を合成する際に、合成後のレーザ光の径が不用意に増大し、エネルギー密度が低減することを防止できる。
The laser module 1 is preferably configured so that the
By passing through the fast
加えて、遅軸方向コリメートレンズ10の一部が、図3に示したように底板2aに対して傾斜して設けられていることが好ましい。
遅軸方向コリメートレンズ10を傾斜して設けることで、遅軸方向コリメートレンズ10を透過したレーザ光8は、屈折によって底板2aに対する光路の高さが変化する。
これを利用することで、集光レンズ7に到達するレーザ光8の高さ方向の広がりを抑制することができ、集光レンズ7の径の増大を防ぐことができる共に、コア径の小さい光ファイバへのレーザ光8の結合が容易になる。
In addition, it is preferable that a part of the slow axis
By providing the slow
By utilizing this, the spread in the height direction of the
本発明に使用する集光レンズ7としては、非球面レンズを使用するのが好ましい。非球面レンズを使用することで、レーザ光8を集光する際に発生する収差が低減され、その結果レーザ光8を効率よく集光することができ、光ファイバへの結合効率が高くなる。
また、集光したレーザ光8を対象物へ直接照射する時は、照射部におけるレーザ光8のエネルギー密度を高めることができる。
As the
Moreover, when the
本発明のようなレーザモジュール1を使用して対象物にレーザ光8を照射する場合、対象物の表面で反射したレーザ光8が、レーザモジュール1内に戻ってレーザ光の光路を逆行し、LD3を破損してしまう場合が存在する。
これを防ぐための保護反射体16を、図4に示したように集光レンズ7と反射体4の間へ設けるのが好ましい。保護反射体16は、LD3から照射されたレーザ光8が進む方向を光路の下流側、その反対方向を光路の上流側と定義した場合、下流側に向かうレーザ光を透過し、上流側に向かうレーザ光をその表面で反射する機能を有し、ハーフミラーなどが利用できる。
When irradiating the target with the
The
保護反射体16は、その表面が集光レンズ7の中心軸に対して傾斜するように設けるのが好ましい。このように保護反射体16を設けることで、集光レンズ7の中心軸に沿って戻ってきた反射レーザ光を、集光レンズ7の中心軸に対して傾斜した方向に反射することができ、保護反射体16で反射された反射レーザ光を不用意に対象物へ照射することを防げる。
The
保護反射体16で反射された反射レーザ光を筐体の内壁面に照射されるように構成することで、レーザモジュール1の動作に致命的な影響を起こすことなく、反射レーザ光を処理することができる。この時、反射レーザ光が照射される筐体の内壁面は、反射レーザ光を吸収する処理を行うのが好ましい。
By processing the reflected laser light reflected by the
本発明の実施例として、図4に100W級のレーザ光を出力できるレーザモジュールを示す。以下、LD3から照射されたレーザ光8が進む方向を光路の下流側、その反対方向を光路の上流側と定義して述べる。
As an embodiment of the present invention, FIG. 4 shows a laser module capable of outputting 100 W class laser light. Hereinafter, the direction in which the
筐体2の底板2aとして、銅板に、ニッケルメッキを施したものを準備した。
As the
筐体2の側壁2bとして、ニッケルメッキを施したステンレス製フレームを準備し、ろう付けによって底板2aと接合した。
フレームには予め、LD3を駆動する電流を供給するための電極11と、光ファイバ12を挿通させるための挿通孔が設けられており、電極11がフレームに対して絶縁されて挿通される。
なお、図4では、手前側の側壁2bは省略して記載した。
As the
An
In FIG. 4, the
第1階段部5として、LD設置面が10面設けられた銅製ブロックを準備した。隣り合うLD設置面の高低差、各LD設置面の面積は均等になるよう形成されている。 As the first staircase portion 5, a copper block provided with 10 LD installation surfaces was prepared. The height difference between adjacent LD installation surfaces and the area of each LD installation surface are formed to be equal.
第1階段部5の各LD設置面には、市販されている波長915nm、出力12WのLD3を搭載し、LD3の正極と負極の間を、駆動電流を供給するためのリードフレーム(図示せず)で接続した。計算上、レーザモジュールの出力は120Wとなる。 A commercially available LD 3 having a wavelength of 915 nm and an output of 12 W is mounted on each LD installation surface of the first staircase portion 5, and a lead frame (not shown) for supplying a drive current between the positive electrode and the negative electrode of the LD 3. ). In calculation, the output of the laser module is 120W.
各LD3の前面に、速軸方向コリメートレンズ9として第1のシリンドリカルレンズを設けた。
A first cylindrical lens was provided as a fast axis
以上述べたように、第1階段部5とLD3に関する必要な部品組み立てを行った後、第1階段部5を底板2aの所定の場所にろう付けで接合した。
その後、第1階段部5と平行するように、底板2aに対して絶縁された導電板13を設け、電極11の正極と第1階段部5の最上段に設置されたLD3、第1階段部5の最下段に設置されたLD3と導電板13、導電板13と電極11の負極をそれぞれリードフレーム(図示せず)で接続した。
As described above, after assembling necessary parts for the first step portion 5 and the LD 3, the first step portion 5 is joined to a predetermined place of the
Thereafter, a
第2階段部6として、反射体設置面が9面設けられた銅製ブロックを準備した。隣り合う反射体設置面の高低差、各反射体設置面の面積は均等になるよう形成されていると共に、各反射体設置面の高低差は、第1階段部5の各LD設置面の高低差と等しくなるよう形成されている。 A copper block provided with nine reflector installation surfaces was prepared as the second staircase 6. The height difference of adjacent reflector installation surfaces and the area of each reflector installation surface are formed to be equal, and the height difference of each reflector installation surface is the height of each LD installation surface of the first staircase 5. It is formed to be equal to the difference.
第2階段部6の各反射体設置面に、反射体4としてミラーを設置した。ミラーは、第1階段部5と第2階段部6を平行に配置した際に、LD3から照射されたレーザ光8(図4では図示せず)を反射して、その進行方向を90°変更する向きに設置する。
ミラーの高さは、第2階段部6の上段に設置されたミラーで反射されたレーザ光8が、第2階段部6の下段に設置されたミラーと干渉しない高さに設定した。
On each reflector installation surface of the second staircase section 6, a mirror was installed as the reflector 4. When the first step portion 5 and the second step portion 6 are arranged in parallel, the mirror reflects the laser light 8 (not shown in FIG. 4) emitted from the LD 3 and changes its traveling direction by 90 °. Install in the direction you want.
The height of the mirror was set such that the
第2階段部6の最上段に設置されたミラーが、第1階段部5の最上段に設置されたLD3から照射されるレーザ光8を反射するように、第2階段部6を底板2aにろう付けで接合した。第2階段部6は第1階段部5に対して平行に配置した。
The second staircase section 6 is placed on the
第1階段部5の最下段に設置されたLD3から照射されるレーザ光8を反射する反射体4として、第2階段部6に設置したミラーと同じものを、底板2a上に固定した。
ミラーの位置は、第2階段部6の最下段の下に、第2階段部6の反射体設置面と同じ面積の仮想設置面が、第2階段部6から一続きで存在すると見なして、この仮想設置面に設置する。
第2階段部6に設置されたミラーと同様、仮想設置面に設置されるミラーは、第1階段部5の最下段に設置されたLD3から照射されるレーザ光8の進行方向を90°変更する向きに設置する。
ミラーの高さについては、第2階段部6に設置されたミラーと同様に設定した。
As the reflector 4 that reflects the
The position of the mirror is assumed that a virtual installation surface having the same area as the reflector installation surface of the second staircase unit 6 is continuously present from the second staircase unit 6 below the lowermost step of the second staircase unit 6. Install on this virtual installation surface.
Like the mirror installed on the second staircase 6, the mirror installed on the virtual installation surface changes the traveling direction of the
About the height of the mirror, it set similarly to the mirror installed in the 2nd step part 6. FIG.
続いて、遅軸方向コリメートレンズ10を設置する。遅軸方向コリメートレンズ10は、速軸方向コリメートレンズ9の下流側、反射体4の上流側に設けられる。
Subsequently, the slow
遅軸方向コリメートレンズ10を所定の場所に仮置きし、LD3を駆動させてレーザ光8を照射する。反射体4で進行方向が変化したレーザ光8をカメラで観察しながら、レーザ光8の高さ方向の広がりが所定の範囲に収まるよう、各遅軸方向コリメートレンズ10の底板2aに対する傾斜角度を調整する。
The slow
調整の結果、第1階段部5の上段側に設置されたLD3に対応する遅軸方向コリメートレンズ10は、下流側に向かって傾斜し、第1階段部5の中段に設置されたLD3に対応する遅軸方向コリメートレンズ10はほぼ傾斜がなく、第1階段部5の下段側に設置されたLD3に対応する遅軸方向コリメートレンズ10は、上流側に向かって傾斜する形となった。
As a result of the adjustment, the slow
遅軸方向コリメートレンズ10の傾斜調整を終えたら、接着剤を使用して遅軸方向コリメートレンズ10を底板2aに固定した。
When the tilt adjustment of the slow
集光レンズ7として、レンズホルダ14に非球面レンズを固定したものを使用した。
レンズホルダ14は、集光レンズ7の中心軸が、ミラーで反射したレーザ光8の光軸に沿うよう底板2aにろう付けで固定した。
As the
The
レンズホルダ14を底板2aに固定した後、直方体状のガラスブロック15を、その底面が底板2a、その側面の一面がレンズホルダ14に当接するよう、接着固定した。
このガラスブロック15は、LD3の駆動によってレーザモジュール1が発熱した際、レンズホルダ14の熱膨張によって集光レンズ7の中心軸がレーザ光8の光軸からずれてしまうのを抑制する効果を有する。
After fixing the
The
レンズホルダ14の上流側の底部は、レーザ光8の進行方向に対して傾斜した面を有する。この傾斜面には保護反射体16としてハーフミラーを設けた。
The bottom portion on the upstream side of the
ハーフミラーによって反射された戻りレーザ光が照射される側壁2bの領域は、ニッケルメッキを剥がして戻りレーザ光の吸収能を高めた。
The region of the
集光レンズ7の焦点に、光ファイバの入射端面が位置するよう光ファイバ12を配置し、集光されたレーザ光8が光ファイバ12に結合するよう構成する。
The
光ファイバ12は、底板2a上に固定した銅製の光ファイバ固定ブロック17の上に配置し、半田を用いて固定した。
The
光ファイバ12が側壁2bを貫通する部分では、光ファイバ12をフェルール18に挿入して固定を行い、フェルール18を側壁2bに固定した。
In the part where the
側壁2bの上に筐体天板をろう付けで固定し、レーザモジュール1が完成した。
The housing top plate was fixed on the
完成したレーザモジュール1を駆動し、光ファイバ12から出射されるレーザ光8の出力を測定した所、100Wの出力を確認した。
計算上は120Wの出力であるが、レンズ、光ファイバの透過時に出力の一部が吸収されるなど、実使用環境における出力のロスなどを考慮すると、100Wクラスのレーザ光を出力するレーザモジュールとして必要十分な出力を得ることができたと言える。
When the completed laser module 1 was driven and the output of the
The output is 120W in calculation, but considering the loss of output in the actual use environment, such as part of the output being absorbed when passing through the lens and optical fiber, it is a laser module that outputs 100W class laser light. It can be said that the necessary and sufficient output was obtained.
以上の通り、必要十分な性能を有するとともに、生産性に優れたレーザモジュールを得ることができた。 As described above, a laser module having necessary and sufficient performance and excellent productivity was obtained.
本発明のレーザモジュールは材料加工用のレーザ装置をはじめ、複数のLDを有するレーザモジュールが必要とされる様々な場面・用途に利用できる。 The laser module of the present invention can be used in various scenes and applications where a laser module having a plurality of LDs is required, including a laser device for material processing.
1 レーザモジュール
2 筐体
2a 筐体の底板
2b 筐体の側壁
3 レーザダイオード(LD)
4 反射体
5 第1階段部
6 第2階段部
7 集光レンズ
8 レーザ光
9 速軸方向コリメートレンズ
10 遅軸方向コリメートレンズ
11 電極
12 光ファイバ
13 導電板
14 レンズホルダ
15 ガラスブロック
16 保護反射体
17 光ファイバ固定ブロック
18 フェルール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser module 2
4 reflector 5 first step portion 6
Claims (4)
該第1階段部と該第2階段部は、該筐体の底板上に設けられており、
該複数のLDのそれぞれは、該第1階段部に階段状に形成されたLD設置面に設けられ、
該複数の反射体のそれぞれは、該第2階段部に階段状に形成された反射体設置面に設けられ、
該複数のLDから放射されたレーザのそれぞれは、速軸方向コリメートレンズと遅軸方向コリメートレンズを透過した後、該複数の反射体によって進行方向が変化し、その後集光レンズによって合成されるとともに、
該第1階段部の各LD設置面の高低差は、該第2階段部の各反射体設置面の高低差に等しく、
該LD設置面の該底板からの高さは、該LD設置面に設けられたLDが放射するレーザに対応する反射体が設けられた反射体設置面の該底板のからの高さよりも高く、
該第1階段部の最下段のLD設置面に設けられたLDが放射するレーザが透過する遅軸方向コリメートレンズは、該第1階段部に向かって該底板に対して傾斜しており、
該第1階段部の最上段のLD設置面に設けられたLDが放射するレーザが透過する遅軸方向コリメートレンズは、該第2階段部に向かって該底板に対して傾斜していることを特徴とする、レーザモジュール。 A laser module having a housing, a plurality of LDs (laser diodes), a plurality of reflectors, a condenser lens, a first step portion, and a second step portion,
The first staircase portion and the second staircase portion are provided on the bottom plate of the housing,
Each of the plurality of LDs is provided on an LD installation surface formed in a step shape on the first step portion,
Each of the plurality of reflectors is provided on a reflector installation surface formed stepwise on the second stepped portion,
Each laser emitted from the plurality of LD, after passing through the fast axis direction collimating lens and the slow-axis direction collimating lens, the traveling direction changed by the reflector of the plurality of, with is then synthesized by the condenser lens ,
The height difference of each LD installation surface of the first step portion is equal to the height difference of each reflector installation surface of the second step portion,
The height of the LD installation surface from the bottom plate is higher than the height of the reflector installation surface provided with the reflector corresponding to the laser emitted by the LD provided on the LD installation surface from the bottom plate,
The slow axis collimating lens through which the laser emitted by the LD provided on the lowermost LD installation surface of the first stepped portion transmits is inclined with respect to the bottom plate toward the first stepped portion,
The slow axis collimating lens through which the laser emitted by the LD provided on the uppermost LD installation surface of the first staircase portion transmits is inclined with respect to the bottom plate toward the second staircase portion. A feature of the laser module.
該第1階段部と該第2階段部は、該筐体の底板上に設けられており、
該複数のLDのそれぞれは、該第1階段部に階段状に形成されたLD設置面に設けられ、
該複数の反射体のうち1つは、該筐体の底板上に設けられると共に、残りの反射体のそれぞれは該第2階段部に階段状に形成された反射体設置面に設けられ、
該複数のLDから放射されたレーザのそれぞれは、速軸方向コリメートレンズと遅軸方向コリメートレンズを透過した後、該複数の反射体によって進行方向が変化し、その後集光レンズによって合成されるとともに、
該第1階段部の各LD設置面の高低差は、該第2階段部の各反射体設置面の高低差に等しく、
該第1階段部の最下段のLD設置面は、該底板の面よりも高く、
該第1階段部の最下段のLD設置面を除くLD設置面の該底板からの高さは、該LD設置面に設けられたLDが放射するレーザに対応する反射体が設けられた反射体設置面の底板からの高さよりも高く、
該第1階段部の最下段のLD設置面に設けられたLDが放射するレーザが透過する遅軸方向コリメートレンズは、該第1階段部に向かって該底板に対して傾斜しており、
該第1階段部の最上段のLD設置面に設けられたLDが放射するレーザが透過する遅軸方向コリメートレンズは、該第2階段部に向かって該底板に対して傾斜していることを特徴とする、レーザモジュール。 A laser module comprising a housing, a plurality of LDs, a plurality of reflectors, a condenser lens, a first staircase portion, and a second staircase portion, the first staircase portion and the second staircase portion The part is provided on the bottom plate of the housing,
Each of the plurality of LDs is provided on an LD installation surface formed in a step shape on the first step portion,
One of the plurality of reflectors is provided on the bottom plate of the housing, and each of the remaining reflectors is provided on a reflector installation surface formed in a step shape on the second stepped portion,
Each laser emitted from the plurality of LD, after passing through the fast axis direction collimating lens and the slow-axis direction collimating lens, the traveling direction changed by the reflector of the plurality of, with is then synthesized by the condenser lens ,
The height difference of each LD installation surface of the first step portion is equal to the height difference of each reflector installation surface of the second step portion,
The lowermost LD installation surface of the first staircase is higher than the surface of the bottom plate,
The height of the LD installation surface from the bottom plate excluding the lowermost LD installation surface of the first staircase portion is a reflector provided with a reflector corresponding to the laser emitted by the LD provided on the LD installation surface. Higher than the height of the installation surface from the bottom plate,
The slow axis collimating lens through which the laser emitted by the LD provided on the lowermost LD installation surface of the first stepped portion transmits is inclined with respect to the bottom plate toward the first stepped portion,
The slow axis collimating lens through which the laser emitted by the LD provided on the uppermost LD installation surface of the first staircase portion transmits is inclined with respect to the bottom plate toward the second staircase portion. A feature of the laser module.
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