JP6188913B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
図示されている実施の形態において、ダイオードレーザ装置3は、Y軸の方向において相互にずらされている、平行な二つのレーザダイオードスタック5を有している。各レーザスタック5は、Z軸の方向においてスタック状に上下に重ねて配置されている複数のレーザバー6を有している。各レーザバー6には冷却エレメントが設けられており、また、各レーザバー6はレーザ光を送出する複数のエミッタを有している。それらのエミッタは、自身のslow軸(Y軸)の方向において、従って、スタック軸又はZ軸に対して垂直の方向において、各レーザバー6に連続的に設けられており、レーザ光を、エミッタのslow軸及びfast軸に対して垂直に整列されており、且つ、図示されている実施の形態においてはダイオードレーザ装置3の光軸であるX軸の方向に送出する。更に、一方のスタック5の各レーザバー6が他方のスタック5のレーザバー6と同じレベルに位置するように装置は設計されている。
ファイバレーザとして形成されている変換器2は、特に、変換器ファイバ14を有している。図示されている実施の形態において、この変換器ファイバ14は多層に形成されている。つまり、変換器ファイバ14は、導光材料、有利にはガラス又は石英ガラスから成る内部活性ファイバ15(活性コア)を有している。ファイバ15は、少なくとも、レーザ活性媒質又はレーザ活性物質、例えばエルビウム及び/又はイッテルビウム及び/又はネオジウムでもってドープされており、また、導光材料、有利にはガラス又は石英ガラスから成るクラッド16によって取り囲まれている。クラッド16は、変換器ファイバ14のポンプクラッドを形成し、ドープされていない導光材料、有利にはガラス又は石英ガラスから形成されている。クラッド16は、適切なプラスチック、例えば耐水性プラスチックから成る別のクラッド17によって取り囲まれている。変換器ファイバ14の外側の終端部として、例えば耐食性金属材料から成るアウタークラッド18が使用される。
−ミラー36は、ポンプビームに対して透過性であるが、しかしながら変換されたビームに対しては高反射性である、又は、
−ミラー36は、ポンプビームに対して高反射性であるが、しかしながら変換されたビームに対して透過性である。
2 変換器
3 ダイオードレーザ装置(ポンプ源)
4 集束光学系
5 スタック
6 レーザバー
7,7.1,7.2 個別ビーム
8,9 光学素子
8.1 プレート型の扇状スプレッダ
10,11 プレート
12 slow軸コリメータ
13 ビーム成形光学系
14 変換器ファイバ
15 内部活性ファイバ又は活性コア
16,17,18 クラッド
19,20 端部キャップ
21 被覆部
21.1,21.2 接続部
21.3 冷却チャネル
22,23 共振器ミラー
24 保持装置
25 ケーシング
26 ケーシング内部空間
27 ファイバホルダ
28 接続部
29 管状又はチューブ状の部材
30 導光ケーブル
31,31a 処理ヘッド
32,32a ビーム成形光学系
32.1 コリメータレンズ
32.2,32a.2 集束レンズ
33 集束された出力ビーム及び/又は処理ビーム
34 位置固定された部分
35 変換器ファイバ・冷却チューブ組合せ
36 ミラー
X,Y,Z 空間軸
Claims (14)
- ファイバレーザとして形成されており、且つ、変換されたレーザ出力ビームを生成する変換器(2)と、
ポンプビームを生成する複数のレーザダイオードを有しており、且つ、前記ポンプビームを前記変換器(2)に対して供給するポンプ源と、
を備えている、レーザ装置であって、
前記ポンプ源は、エミッタから供給されたレーザビーム(7)を前記ポンプビームへと成形するビーム成形光学系(13)を有している、レーザ装置において、
前記変換器(2)は、導光材料から成る内部活性ファイバ(15)を有している多層の変換器ファイバ(14)を有しており、
前記変換器(2)の変換器ファイバ(14)はフレキシブルな導光体(35)であり、該変換器ファイバ(14)は、当該変換器ファイバ(14)の全長にわたり延在しており、且つ、液体の冷媒を流すことができる管状又はチューブ状の被覆部(21)の内部空間(21.3)に収容されており、
前記変換器ファイバ(14)の両端部にはそれぞれ、導光材料から成る、端部キャップ(19,20)の形態の、前記ポンプビーム及び前記変換されたビームを入力結合及び/又は出力結合するための接続部(19,20)が設けられており、
前記接続部(19,20)は、部分的に、自身の冷却のために、前記被覆部(21)の内部空間(21.3)内にまで延在しており、
前記接続部(19,20)には、前記ポンプビーム及び前記変換されたレーザビームに対する反射防止層がコーティングされており、且つ、接合によって、活性ファイバ(15)に結合されている、
ことを特徴とする、レーザ装置。 - 前記ポンプ源の前記レーザダイオードはそれぞれ、少なくとも二つのレーザバー(6)におけるエミッタによって形成されており、
前記少なくとも二つのレーザバー(6)のエミッタは、該エミッタのslow軸に対応する第1の軸(Y軸)の方向において連続的に設けられており、前記少なくとも二つのレーザバー(6)の各活性層は、前記第1の軸(Y軸)並びに該第1の軸(Y軸)に垂直な第2の軸(X軸)を含む平面(XY平面)に配置されており、
前記少なくとも二つのレーザバー(6)は、前記第1の軸及び前記第2の軸に垂直な方向に向けられており、且つ、fast軸に対応する第3の軸(Z軸)において、少なくとも一つのダイオードレーザスタック(5)に上下に重なって配置されており、
前記ビーム成形光学系(13)は、前記ダイオードレーザスタック(5)の下流側におけるビームパス内に、各レーザバー(6)の前記エミッタから供給された前記レーザビーム(7)を、前記第3の軸において扇状に拡開するための第1の光学装置と、該第1の光学装置に続く第2の光学装置(9)と、を有しており、
該第2の光学装置(9)は、全てのレーザバー(6)の扇状に拡開された前記レーザビーム(7.1)を、前記第1の軸(Y軸)の方向にずらして相互に重なるようにまとめられることによって、一つのレーザビーム束(7.2)を形成する、請求項1に記載のレーザ装置。 - 前記被覆部(21)は、フレキシブルなチューブによって形成されている、請求項1又は2に記載のレーザ装置。
- 出力ビーム又は処理ビームを供給する作業ヘッド及び/又は処理ヘッド(31a)には、
ビーム成形光学系(32a)が設けられており、
コリメータレンズとして機能し、且つ、平行なビーム又は実質的に平行なビームを形成する光学素子(23)と、
ビームパス内で該光学素子(23)に続いて設けられており、集束レンズとして機能し、且つ、集束された出力ビーム及び/又は処理ビーム(33)を成形する第2の光学素子(32a.2)と、
を備えている、ビーム成形光学系が設けられている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記第1の光学装置(8)及び前記第2の光学装置(9)はそれぞれ、表面において相互に接して設けられている複数のプレート(10,11)を有している、少なくとも一つのプレート型の扇状スプレッダ(8.1,9)から形成されており、
前記第1の光学装置(8)のプレート(10)の表面は、前記第1の軸(Y軸)に垂直に整列されており、且つ、前記第2の光学装置(9)のプレート(11)の表面は、前記第3の軸(Z軸)に垂直に整列されている、請求項2、または、請求項2を引用する請求項3乃至4のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記第1の軸(Y軸)の方向において相互にずらされている、少なくとも二つの平行なダイオードレーザスタック(5)が設けられており、
一方のダイオードレーザスタックのレーザバー(6)の活性層は、他方のスタックのレーザバー(6)の活性層に平行に整列されている、請求項2、または、請求項2を引用する請求項3乃至5のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記変換器(2)は、周囲に冷媒が流れる変換器ファイバ(14)を有しており、該変換器ファイバ(14)は少なくとも、レーザ活性添加物がドープされており、導光材料から成る内部ファイバ(15)と、ドープされておらず、且つ、導光材料から成る、前記内部ファイバ(15)を包囲するポンプクラッド(16)と、から形成されている、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記変換器ファイバ(14)の各端部に、又は該各端部に対向して、共振器ミラーとして機能する光学素子(22,23)がそれぞれ一つずつ設けられており、
前記ポンプ源(3)と前記変換器ファイバ(14)との間のビームパス内に配置されており、且つ、前記ポンプ源の前記ポンプビームが通過する一方の光学素子(22)は、前記ポンプ源から前記変換器ファイバ(14)へと入力結合されるレーザビーム又はポンプビームに対する反射防止ミラーとして機能し、且つ、前記変換器ファイバ(14)から到来するビームに対する高反射ミラーとして機能する、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記変換されたビームが、共振器ミラーとして機能する第2の光学素子(23)において出力結合する際に、該第2の光学素子(23)は、前記ポンプビームに対する高反射ミラーとして機能し、且つ、前記変換器ファイバ(14)から出力結合される変換されたビームに対する反射防止ミラーとして機能する、請求項8に記載のレーザ装置。
- 前記光学素子は、それぞれ凹凸面共振器ミラー(22,23)であり、該凹凸面共振器ミラーの、前記変換器ファイバ(14)の端部と対向する側の面はそれぞれ凹面鏡のように凹状に湾曲されており、且つ、前記変換器ファイバ(14)側とは反対側の面はそれぞれ凸面鏡のように凸状に湾曲されている、請求項8又は9に記載のレーザ装置。
- 前記光学素子(22,23)は、光透過性材料から成り、
反射特性は、材料特性及び/又は表面コーティングによって達成されている、請求項8乃至10のいずれか一項に記載のレーザ装置。 - 前記ポンプビームの波長は、900nmから1050nmの間の範囲にある、及び/又は、前記変換されたビームの波長は、1050nm及び1100nmの範囲にある、及び/又は、内部活性ファイバは、10μmから200μmの間の範囲にある直径を有している、及び/又は、前記ポンプクラッド(16)は、400μmから2000μmの間の範囲にある直径を有している、請求項1乃至11のいずれか一項に記載のレーザ装置。
- 前記変換されたレーザビームが、前記変換器(2)の前記ポンプ源(3)と対向する側において、前記導光体(30)へと出力結合される場合には、前記ポンプビームのビームパス内に、前記ポンプ源から前記変換器へのビームと、反対方向へのビームとを分けるミラー(36)が配置されている、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のレーザ装置。
- 前記処理ヘッド(31a)は、移動可能及び/又は調整可能である、請求項4、または、請求項4を引用する請求項5乃至13のいずれか一項に記載のレーザ装置。
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