JP6183544B2 - レーザダイオードの駆動回路及びレーザ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザダイオードの駆動回路及びレーザ装置に関する。
レーザ出力を安定化するためには、フォトダイオードなどの受光手段にレーザ出力の一部をフィードバックし、レーザ出力を一定に制御するＡＰＣ（オートパワーコントロール）方式がある。また、駆動電流をモニタすることにより駆動電流を一定に制御するＡＣＣ（オートカレントコントロール）方式がある。
従来、複数のレーザダイオードを用いてファイバ等により一本の安定したビーム出力を得るレーザ装置についてもＡＰＣ方式あるいはＡＣＣ方式が用いられて来た。
ＡＰＣ方式を用いた複数レーザの駆動方式としては、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１では、複数のレーザダイオードを並列に接続し、１つのレーザダイオードに対して１つの受光手段を設け、高輝度のレーザビーム出力を得ている。
しかしながら、加工用レーザ装置のように高出力を得るために複数のレーザダイオードを用いる場合において、特許文献１のように全てのレーザダイオードに対して出力をコントロールすると、レーザ駆動回路およびレーザ装置が複雑化し、高コストとなる。
本発明は、簡易な構造で安定した出力を得ることができるレーザダイオードの駆動回路及びレーザ装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るレーザダイオードの駆動回路は、複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードに対応して設けられ、各々に２つの反射面が形成され、前記複数のレーザダイオードから出射されるレーザ光を前記２つの反射面で反射させることによりガイドする複数のプリズムと、前記複数のプリズムのうちの少なくとも１つのプリズムの前記２つの反射面のうちの前記レーザダイオードに近い位置に配置される一方の反射面に形成され、前記プリズムにおいて全反射される前記レーザ光の一部のレーザ光を透過させる光透過手段と、前記光透過手段を透過したその一部のレーザ光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光したレーザ光強度に基づいて、前記複数のレーザダイオードの出力を所定の大きさにコントロールする制御手段とを備え、前記光透過手段は、前記プリズムの表面に、前記プリズムの屈折率とは異なる屈折率を持つ金属薄膜からなる単層膜がコーティングされている。
本発明によれば、簡易な構造で安定した出力を得ることができるレーザダイオードの駆動回路及びレーザ装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係るレーザダイオードの駆動回路及びレーザ装置が、レーザ加工装置に適用される場合について、図面を参照しながら詳細に説明される。
本発明の実施形態に係るレーザ装置は、レーザダイオードの駆動回路を含み、図１に示すように、励起光を出射する複数のレーザダイオード１１ａ〜１１ｃの各々から出力されるレーザ光を集光レンズ１８で合波して加工対象物２１に照射し該加工対象物２１を加工する。合波されたレーザ光は、光ファイバ１９を通り、収束レンズ２０（本発明の収束部に対応）で収束されて加工対象物２１に照射される。
レーザダイオードの駆動回路は、以下のように構成される。複数のレーザダイオード１１ａ〜１１ｃに対応して、複数のレンズ１２ａ〜１２ｃが設けられている。レンズ１２ａはレーザダイオード１１ａからのレーザ光をプリズム１３ａに導く。レンズ１２ｃはレーザダイオード１１ｃからのレーザ光をプリズム１３ｂに導く。レンズ１２ｂはレーザダイオード１１ｂからのレーザ光をレンズ１８に導く。
プリズム１３ａ，１３ｂは、レーザダイオード１１ａ，１１ｃに対応して設けられ、レーザダイオード１１ａ，１１ｃから出射されるレーザ光をガイドして、レンズ１８に導く。
プリズム１３ａの表面には光透過手段１４ａが形成され、この光透過手段１４ａは、プリズム１３ａにおいて全反射されるレーザ光の一部のレーザ光を透過させる。受光手段１５は、例えば、フォトダイオードからなり、光透過手段１４ａから透過したレーザ光の一部を受光する。
制御部１６は、本発明の制御手段に対応し、受光手段１５で受光したレーザ光強度に基づいて、複数のレーザダイオード１１ａ〜１１ｃの出力を所定の大きさにコントロールする。
なお、図１に示す例では、１つのプリズム１３ａに形成した光透過手段１４ａから透過したレーザ光の一部を受光手段１５で受光したが、２つ以上のプリズムにそれぞれ形成した光透過手段から透過したレーザ光の一部を各プリズムに対応して配置された受光手段１５で受光してもよい。
このように実施形態のレーザ装置によれば、複数のレーザダイオード１１ａ〜１１ｃから出射されたレーザ光の内、レーザダイオード１１ａ，１１ｃから出射されたレーザ光は、プリズム１３ａ，１３ｂに入射する。
プリズム１３ａ，１３ｂに入射した平行ビームは、プリズム内で複数回（例えば、２回）反射された後、集光レンズ１８を介してファイバ１９に入力される。
このとき、プリズム１３ａの斜面部に形成された光透過手段１４ａにおいて、入射したレーザ光の一部が散乱され透過するようになる。即ち、光透過手段１４ａは、入射したレーザ光の一部を取り出す。そして、受光手段１５は、光透過手段１４ａから透過したレーザ光の一部を受光する。
受光手段１５は、受光したレーザ光を図示しないオートパワーコントロール部（ＡＰＣ部）に出力する。ＡＰＣ部は、受光手段１５からのレーザ光が一定となるようにレーザダイオード１１ａあるいはレーザダイオード１１ａに直列接続された複数のレーザダイオードに流れる電流を制御する。即ち、安定した出力を得ることができる。
また、実施形態の受光手段を用いることにより、受光手段に入射するためのビームスプリッタ等の光学素子が不要となり、簡易な構造で安定した出力を得ることができる。
（光透過手段１４の実施例）
次に、光透過手段１４ａの具体的な実施例を例示する。図２は本発明の実施形態に係るレーザダイオードの駆動回路内の実施例１の光透過手段の詳細を示す図である。
次に、光透過手段１４ａの具体的な実施例を例示する。図２は本発明の実施形態に係るレーザダイオードの駆動回路内の実施例１の光透過手段の詳細を示す図である。
図２に示す光透過手段１４ａは、プリズム１３ａの表面に凹凸が形成され、全反射されるレーザ光の一部を散乱し透過させる。具体的には、プリズム１３ａの表面をすりガラス状に形成したり、あるいはプリズム１３ａの表面に細かいキズを形成したり、あるいは、プリズム１３ａの表面にグレーティングを形成する。このような処理を施すことで、プリズム１３ａにおいて全反射されるレーザ光の一部を透過させることができる。
図３は本発明の実施形態に係るレーザダイオードの駆動回路内の実施例２の光透過手段の詳細を示す図である。図３に示す光透過手段１４ａは、プリズム１３ｂの全反射における偏光特性を用いている。具体的には、偏光特性（偏光透過特性）を有するプリズムや透過率に偏光特性を備えたプリズムを用いてレーザ光の一部を透過させる。あるいは、プリズム１３ａへのレーザ光の入射角をブリュースタ角に設定して、レーザ光の一部を透過させるようにしても良い。
図４は本発明の実施形態に係るレーザダイオードの駆動回路内の実施例３の光透過手段の詳細を示す図である。図４に示す光透過手段１４ａは、プリズム１３ａの表面に、プリズム１３ａの屈折率とは異なる屈折率を持つ金属薄膜からなる単層膜又は誘電体多層膜２５がコーティングされている。即ち、単層膜又は誘電体多層膜２５によりプリズム表面の屈折率を変化させることによって、レーザ光の一部を透過させることができる。
図５は本発明の実施形態に係るレーザダイオードの駆動回路内の実施例４の光透過手段の詳細を示す図である。図５に示す光透過手段１４ａは、プリズム１３ａの表面に発光材料２６が形成され、プリズム１３ａでレーザ光が全反射される際に発生するエバネッセント波を用いて前記発光材料２６を励起して発光させ、受光手段１５に光を入射させる。
発光材料２６としては、蛍光分子薄膜が用いられる。プリズム１３ａの光透過手段１４ａを形成したい斜面部に、蒸着法等の手法を用いて銀薄膜２６ａ、蛍光分子薄膜２６ｂを形成する。レーザ光が全反射された際に発生するエバネッセント波によって、銀薄膜２６ａ、蛍光分子薄膜２６ｂ界面近傍に表面プラズモンを励起させ、励起された分子から放射される光を直接、受光手段１５にフィードバックする。これにより、レーザ光の一部を間接的に透過させることができる。
本発明は、レーザ装置、レーザ加工装置、レーザ照明装置に適用可能である。
Claims (2)
- 複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードに対応して設けられ、各々に２つの反射面が形成され、前記複数のレーザダイオードから出射されるレーザ光を前記２つの反射面で反射させることによりガイドする複数のプリズムと、
前記複数のプリズムのうちの少なくとも１つのプリズムの前記２つの反射面のうちの前記レーザダイオードに近い位置に配置される一方の反射面に形成され、前記プリズムにおいて全反射される前記レーザ光の一部のレーザ光を透過させる光透過手段と、
前記光透過手段を透過したその一部のレーザ光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光したレーザ光強度に基づいて、前記複数のレーザダイオードの出力を所定の大きさにコントロールする制御手段と、
を備え、
前記光透過手段は、前記プリズムの表面に、前記プリズムの屈折率とは異なる屈折率を持つ金属薄膜からなる単層膜がコーティングされているレーザダイオードの駆動回路。 - 請求項１記載のレーザダイオードの駆動回路と、
前記複数のレーザダイオードから出射されるレーザ光を合波する光ファイバと、
前記光ファイバで合成されたレーザ光を収束して加工対象物に照射し該加工対象物を加工する収束部と、
を備えるレーザ装置。
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