JP6627159B2 - Manufacturing method of light output control device - Google Patents

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Description

本発明は、減衰量可変の光減衰器を用いた光出力制御装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical output control device using a variable attenuation optical attenuator.

レーザ光は、加工装置や医療機器などの分野で広く活用されており、技術の高度化や安全の確保のため、レーザの出力(パワー・エネルギー)を精密に制御することが求められている。
一般に、レーザ出力を制御するには、レーザ装置自身においてレーザ励起電流を調整することでレーザ発振の出力を制御したり、レーザ装置の外部に設置した光減衰器を調整することで所望の出力になるように制御することが知られている。
レーザ発振の出力制御では、電流の制御分解能の制限により得られるレーザ出力が階段状の変化を生じたり、レーザ装置自身の発熱が出力の不安定化の原因となるなど、高精度な制御を実現するのは困難である。
そこで、精密な出力調整を必要とする場合には、レーザ装置から出射した後の光路中に吸収フィルタ、反射板、偏光分離素子などの、光を減衰させる素子を設置し、素子を通過するレーザ光の出力を変化させ、所望の値へ調整するのが一般的である。
Laser light is widely used in fields such as processing equipment and medical equipment, and it is required to precisely control laser output (power and energy) in order to advance technology and ensure safety.
Generally, to control the laser output, the laser device itself controls the laser oscillation output by adjusting the laser excitation current or the optical attenuator installed outside the laser device to obtain the desired output. It is known to control so that
In laser oscillation output control, high-precision control is realized, such as the laser output obtained by limiting the control resolution of the current causes a step-like change, and the heat generated by the laser device itself causes the output to become unstable. It is difficult to do.
Therefore, when precise output adjustment is required, an element that attenuates light, such as an absorption filter, a reflection plate, or a polarization separation element, is installed in the optical path after emission from the laser device, and the laser that passes through the element is used. Generally, the output of light is changed and adjusted to a desired value.

また、これらの減光素子をアクチュエータ等と組み合わせ、外部信号によって光の減衰量を制御することで、素子を通過する光の強度を能動的に変化させるシステムも提案されている。
こうしたシステムでは、濃度に勾配をつけた吸収フィルタを動かしてレーザ光の入射位置を変化させたり、基板を回転させレーザ光の入射角度を変化させたり、光の偏光方位を回転させつつ偏光分離素子を透過させたりするなどして、光の量を変化させているが、いずれも、高強度なレーザ光への適用は困難であった。
In addition, there has been proposed a system in which these dimming elements are combined with an actuator or the like, and the intensity of light passing through the elements is actively changed by controlling the amount of light attenuation by an external signal.
In such a system, the absorption filter with a gradient in concentration is moved to change the incident position of laser light, the substrate is rotated to change the incident angle of laser light, or the polarization separation element is rotated while rotating the polarization direction of light. Although the amount of light is changed by, for example, transmitting light, it has been difficult to apply the method to high-intensity laser light.

すなわち、吸収フィルタ型は、レーザ光の吸収による発熱により容易に損傷するため、高強度なレーザ光の減衰装置としては適していない。
また、透明基板を回転させ、基板材料と周囲の屈折率差により生じる反射率の角度依存性を利用するタイプは、耐久性は高いものの、反射率に強い偏光依存性があるため、通常無偏光やランダム偏光が使用されている、高強度レーザに対しては特性が定まらず、減衰器として機能し得えない。
また光の偏光方位を回転させるタイプは、偏光素子の耐久性が低いうえ、制御対象の光は直線偏光に限られるという制約条件があるため、ファイバレーザに代表されるランダム偏光の産業用高出力レーザには適用できない。仮にレーザ耐力が高い偏光素子が存在したとしても、直線偏光成分のみを分離抽出することにより、制御対象のレーザ出力は必然的に元のレーザ出力の半分以下となる。このような出力の損失は、レーザ加工など、より高いレーザ出力が求められるアプリケーションではエネルギー効率の観点からも望ましくない。
That is, the absorption filter type is easily damaged by heat generated by absorption of laser light, and is not suitable as a high-intensity laser light attenuation device.
In addition, the type that rotates the transparent substrate and uses the angle dependence of the reflectance caused by the difference in the refractive index between the substrate material and the surroundings has high durability, but has a strong polarization dependence on the reflectance, so it is usually non-polarized. The characteristics are not determined for high-intensity lasers that use random or polarized light, and cannot function as an attenuator.
In addition, the type that rotates the polarization direction of the light has low durability of the polarization element and the restriction that the light to be controlled is limited to linearly polarized light. Not applicable to lasers. Even if a polarizing element having a high laser resistance exists, the laser output of the control object is necessarily less than half of the original laser output by separating and extracting only the linearly polarized light component. Such an output loss is not desirable from an energy efficiency point of view in an application requiring a higher laser output, such as laser processing.

このように、既存のレーザ出力の調整・制御技術は、いずれも耐久性の低さや制御対象が限定されるなどの技術的な課題があり、現時点では、高強度でかつ多種多様な偏光状態を持つ、産業用高出力レーザにおいては、高精度に出力を制御する有効な手段が存在していない。
このため、例えばレーザ加工の現場では、朝晩や季節による温度変化、装置の運転状況や余熱の具合によって時々刻々と起こるレーザ出力の変動を抑制することは困難とされていた。レーザ加工において、その出力が不安定になれば、加工状態も不安定になり、製品の品質や歩留まりの低下を招くことから、加工用等の高出力レーザ光を、高精度に安定化する技術や所望の値に自在かつ精密に制御する技術が強く求められていた。
As described above, all existing laser output adjustment and control technologies have technical issues such as low durability and limited control targets.At present, high intensity and various polarization states are required. As for the industrial high-power laser, there is no effective means for controlling the output with high accuracy.
For this reason, for example, at the site of laser processing, it has been difficult to suppress fluctuations in laser output that occur every moment due to temperature changes due to morning and evening and seasons, operating conditions of the apparatus, and the degree of residual heat. In laser processing, if the output becomes unstable, the processing state will also become unstable, leading to a reduction in product quality and yield. Therefore, technology to stabilize high-output laser light for processing and the like with high precision There has been a strong demand for a technique for freely and precisely controlling a desired value.

ところで、高強度なレーザ光に対し耐久性の高い光学素子を構築するには、光吸収の小さい材料を用いて素子自体の発熱を低減すればよい。すなわち、減光の原理を光吸収ではなく素子の反射・透過に基づくものとすればよく、このように光吸収の小さい材料を用いて光の減衰量を可変とする手段として、プリズムなどによる近接場光の結合特性を利用することが考えられる。   Incidentally, in order to construct an optical element having high durability against high-intensity laser light, heat generation of the element itself may be reduced by using a material having a small light absorption. That is, the principle of dimming may be based on reflection / transmission of the element rather than light absorption. As a means for varying the amount of light attenuation by using a material having a small light absorption, a proximity method using a prism or the like may be used. It is conceivable to use the coupling characteristics of field light.

特許文献1には、ビームスプリッタからモニタ光を光検出器で検出し、レーザ出力を安定化させることが記載されている。
特許文献2には、凸レンズと直角プリズムとの間でエバネッセント光を発生させ、凸レンズの凸面形状に応じたレーザ強度分布を得ることが記載されている。
非特許文献1には、波長が数センチメートルの電波を用い、エバネッセント波(光)の発生・結合により透過率と反射率を可変させることが記載されている。
Patent Literature 1 describes that monitor light is detected from a beam splitter by a photodetector and laser output is stabilized.
Patent Document 2 describes that evanescent light is generated between a convex lens and a right-angle prism to obtain a laser intensity distribution corresponding to the convex shape of the convex lens.
Non-Patent Document 1 describes that a radio wave having a wavelength of several centimeters is used, and that the transmittance and the reflectance are changed by generating and combining an evanescent wave (light).

特開平5−145163号公報JP-A-5-145163 特開2009−27325号公報JP 2009-27325 A

J.J. Brady, et al., “Penetration of Microwaves into the Rarer Medium in Toral Reflection”, J. Opt. Soc. Am, Vol.50, No.11, pp.1080-108 4, 1960.J.J.Brady, et al., “Penetration of Microwaves into the Rarer Medium in Toral Reflection”, J. Opt. Soc. Am, Vol. 50, No. 11, pp. 1080-108 4, 1960.

近接場光の結合特性を利用した光の減衰について、図1を用いて説明する。
プリズムAの内部から斜面に対し全反射となる角度で光を入射すると、斜面の外側には近接場光(エバネセント光)が発生する。この近接場光は、斜面(近接場光の発生面)近傍から波長程度の範囲に局在し、発生面の法線方向へは伝搬しない性質を持っている。近接場光の強度はプリズムAの発生面の表面で最も大きく、発生面からの距離に従って指数関数的に減衰する。ここで近接場光の到達距離(浸み出し長)dは、光の波長をλ、プリズムの屈折率をn、周囲の屈折率をn、プリズム斜面へのレーザ光の入射角をθinとすると、次式で与えられる。
=λ/2π/(n ・sinθin−n 1/2
Light attenuation using the coupling characteristic of near-field light will be described with reference to FIG.
When light is incident on the slope from the inside of the prism A at an angle that allows total reflection, near-field light (evanescent light) is generated outside the slope. The near-field light is localized in a range of about a wavelength from the vicinity of the slope (the near-field light generating surface) and does not propagate in the normal direction of the generating surface. The intensity of the near-field light is largest on the surface of the generation surface of the prism A, and attenuates exponentially with distance from the generation surface. Here, the reaching distance (leaching length) d p of the near-field light is λ, the refractive index of the prism n 1 , the refractive index of the surroundings n 2 , the incident angle of the laser light on the prism slope, and the wavelength of the light. If θ in is given by the following equation.
d p = λ / 2π / ( n 1 2 · sin 2 θ in -n 2 2) 1/2

ところで、近接場光の存在する領域に光を散乱させる物体を近づけると、近接場光は物体に結合し、局在性を失って空間を伝搬するようになる。この空間伝搬光の強度は、散乱体の位置に於ける近接場光の強度に依存する。このときプリズムA内に反射する光の出力は、入射光の出力から上記伝搬光の出力を差し引いた値となる。すなわち、プリズム材料の光吸収が無視できる場合、入射光の出力をPin、反射光の出力をP、散乱された伝搬光の出力をPとすると、次の関係が成り立つ。
in=P+P
散乱体としてプリズムBを導入し、その斜面を結合面とすると、プリズムAへの入射光Pinを、プリズムAへの反射光PとプリズムBへの透過光Pとに分岐する光分配器(ビームスプリッタ)が形成される。
By the way, when an object that scatters light is brought close to the area where the near-field light exists, the near-field light is coupled to the object, loses localization, and propagates in space. The intensity of the spatially propagating light depends on the intensity of the near-field light at the position of the scatterer. At this time, the output of the light reflected in the prism A is a value obtained by subtracting the output of the propagation light from the output of the incident light. That is, when the light absorption of the prism material is negligible, assuming that the output of the incident light is P in , the output of the reflected light is P r , and the output of the scattered propagation light is P t , the following relationship is established.
P in = P r + P t
Introducing prism B as scatterers, when the coupling surface that slopes incident light P in to prism A, the light distribution of which is branched into a transmitted light P t to the reflected light P r and the prism B of the prism A A beam splitter is formed.

近接場光を発生、結合させるプリズムA、Bの斜面を、一対の「対向面」と呼ぶこととすると、この対向面の間の距離を変化させることで、プリズムAへの反射率およびプリズムBへの透過率を、原理的にはそれぞれ、100%〜0%および0%〜100%の間で調整可能である。
また、プリズムA内部から斜面への光の入射角θinを変化させると、近接場光の浸み出し長が変化し、プリズムBの結合面に到達する光の強度が変化する。これによっても同様に、反射率および透過率の調整が可能である。
If the slopes of the prisms A and B that generate and combine the near-field light are referred to as a pair of “opposing surfaces”, by changing the distance between the opposing surfaces, the reflectance to the prism A and the prism B The transmission of the light into the substrate can in principle be adjusted between 100% and 0% and between 0% and 100%, respectively.
Further, when the incident angle θ in of the light from the inside of the prism A to the slope is changed, the leaching length of the near-field light changes, and the intensity of the light reaching the coupling surface of the prism B changes. This also allows adjustment of the reflectance and the transmittance.

図2は、プリズムA、Bを光学ガラスBK7からなる直角プリズムとし、レーザ波長1.1μmとした場合の、プリズムA、Bの対向面間の距離[nm]に対する反射率および透過率の変化を示すもので、線は理論値、プロットは実験値を示す。入射角は45°に設定している。
一方、図3は、プリズムAの斜面への入射角の調整によって近接場光の浸み出し長を変化させた場合の透過率の変化(線:理論値、プロット:実験値)を示す。
FIG. 2 shows changes in reflectance and transmittance with respect to the distance [nm] between the opposing surfaces of the prisms A and B when the prisms A and B are rectangular prisms made of optical glass BK7 and the laser wavelength is 1.1 μm. The line indicates the theoretical value, and the plot indicates the experimental value. The incident angle is set to 45 °.
On the other hand, FIG. 3 shows a change in transmittance (line: theoretical value, plot: experimental value) when the leaching length of near-field light is changed by adjusting the angle of incidence on the inclined surface of the prism A.

この原理に基づけば、光吸収の無い透明な材料で、透過率や反射率を調整する光減衰器を構築できることから、従来の課題であった高強度なレーザ光に対する耐久性が期待できる。すなわち、上記の間隔や角度を調整する機構を用い、レーザ光の出力を検出し減衰量の設定にフィードバックするシステムを構築すれば、レーザ光の出力を高い精度で一定値に維持したり、所望の値に迅速に変化させるなどの操作が可能となり、高強度なレーザ光にも適用可能なレーザ出力制御装置が実現できる。   Based on this principle, it is possible to construct an optical attenuator that adjusts the transmittance and the reflectance with a transparent material that does not absorb light, so that the durability against high intensity laser light, which has been a conventional problem, can be expected. That is, if a system that detects the output of the laser beam and feeds it back to the setting of the amount of attenuation by using the mechanism for adjusting the interval and the angle is constructed, the output of the laser beam can be maintained at a constant value with high accuracy, Can be quickly changed to a value, and a laser output control device applicable to high intensity laser light can be realized.

しかし、この原理に基づき反射・透過率の制御を行うには波長レベルのオーダで近接場光の発生面と結合面間をアライメントし、距離を設定することが求められることから、これまで、制御対象が波長の長い赤外線や電波などに限られていた。すなわち、産業需要の高い可視〜近赤外線レーザ光に適用するには、ナノメートルオーダの光学アライメントを必要とし、熟練者による高度な調整技能や、精密な多軸(並進、あおり)ステージや治具、アクチュエータ等の設備が不可欠で、小型化が難しいうえ時間やコストを要することから、これまで実用化の障壁となっていた。   However, to control the reflection and transmittance based on this principle, it is necessary to align the near-field light generating surface and the coupling surface on the order of the wavelength level and to set the distance. The target was limited to long wavelength infrared and radio waves. In other words, in order to apply to visible to near-infrared laser light, which has high industrial demand, optical alignment on the order of nanometers is required, and advanced adjustment skills by skilled personnel, precise multi-axis (translation, tilt) stages and jigs In addition, since equipment such as an actuator is indispensable, miniaturization is difficult, and time and cost are required, which has been a barrier to practical application.

そこで、本発明の目的は、可視〜近赤外波長域における近接場光結合型の光減衰器の構築に不可欠な光学アライメントの高精度化と低コスト化を両立させ、当該波長域の高強度レーザに適用可能な、耐久性の高い減衰量可変の光減衰器に基づくレーザ光出力制御装置を実現するとともに、この装置の小型化、低コスト化、高性能化を実現することにある。   Therefore, an object of the present invention is to achieve both high precision and low cost of optical alignment, which is indispensable for the construction of a near-field light coupling type optical attenuator in the visible to near-infrared wavelength range, and to achieve high intensity in the wavelength range. It is an object of the present invention to realize a laser light output control device based on a highly durable variable attenuation optical attenuator applicable to a laser, and to realize miniaturization, low cost, and high performance of this device.

この課題を解決するため、本発明の光出力制御装置の製造方法においては、2つのプリズムA、Bの対向面を互いに密着させた状態で、それぞれステージSA、SBに充填材を介して固定することで、対向面間の平行度初期設定する第一の工程プリズムA、Bを出射する光の出力値を光センサにより検出する第二の工程、ステージSA、SBの少なくとも一方を駆動し、第一の工程により初期設定された平行度を維持した状態で、プリズムA、Bの対向面間の距離を調節、近接場光の発生と結合によって、対向面における光の反射率および透過率を制御して、光センサの検出値が目標値となるよう、プリズムA、Bを出射する光出力の比率を調節する第三の工程とで構成した。
In order to solve this problem, in the method for manufacturing a light output control device of the present invention, two opposing surfaces of the prisms A and B are fixed to the stages SA and SB via a filler while the opposing surfaces are in close contact with each other. Thus, the first step of initially setting the degree of parallelism between the opposing surfaces, the second step of detecting the output value of light emitted from the prisms A and B by an optical sensor, and driving at least one of the stages SA and SB , while maintaining the initial set parallelism by the first step, prism a, and adjust the distance between the opposing surfaces of the B, by binding with the generation of near-field light, the reflectance of light at the opposing surface and transparent by controlling the rate, so that the detected value of the optical sensor becomes the target value, it was composed of the third step that to adjust the ratio of light output emitted prism a, and B.

本発明によれば、プリズムA、Bにおける近接場光の発生面と結合面を、高精度に、しかも、高度な熟練技術を要することなくアライメントすることができ、産業需要の高い可視〜近赤外波長の高強度レーザにも適用可能な、耐久性の高い減衰量可変の光減衰器、ならびにこれを用いたレーザ出力制御装置の小型化、低コスト化を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to align the near-field light generating surface and the coupling surface in the prisms A and B with high accuracy and without the need for advanced skill, and it is possible to align the visible to near-infrared light with high industrial demand. It is possible to realize a highly durable variable attenuation optical attenuator which can be applied to a high intensity laser having an external wavelength, and a laser output control device using the same, which can be reduced in size and cost.

図1は、近接場光の発生と結合による反射・透過率の制御の基本原理を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a basic principle of control of reflection and transmittance by generation and coupling of near-field light. 図2は、プリズムA、Bのアライメントにおける対向面間距離[nm]に対する系の反射・透過率の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a change in the reflection / transmittance of the system with respect to the distance [nm] between the opposing surfaces in the alignment of the prisms A and B. 図3は、プリズム対向面への入射角[°]に対する系の透過率の変化を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a change in the transmittance of the system with respect to the incident angle [°] on the prism facing surface. 図4は、実施例1によるプリズムA、Bのアライメントにおける平面図である。FIG. 4 is a plan view in alignment of the prisms A and B according to the first embodiment. 図5は、実施例1によるプリズムA、Bのアライメントにおける対向面に沿った方向からの側面図である。FIG. 5 is a side view of the alignment of the prisms A and B according to the first embodiment as viewed from the direction along the facing surface. 図6は、実施例1による減衰量可変の光減衰器を用いたレーザ光の出力制御システムの一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a laser light output control system using the variable attenuation optical attenuator according to the first embodiment. 図7は、プリズムA’、B’の対向面間距離を確定させることにより形成したビームサンプラの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a beam sampler formed by determining the distance between the opposing surfaces of the prisms A ′ and B ′. 図8は、意図的に±10%程度のステップ的およびドリフト的な擾乱を与えた際のレーザパワーの変動(制御システム入射前)と、実施例1を適用してこの擾乱を抑制した際のレーザパワー変動(制御システム出射後)の比較図である。FIG. 8 shows the variation of the laser power (before the control system is incident) when intentionally giving a stepwise and drift-like disturbance of about ± 10% and the case where this disturbance is suppressed by applying the first embodiment. FIG. 5 is a comparison diagram of laser power fluctuation (after emission from the control system). 図9は、プリズムA、Bを、外部信号により変形するアクチュエータ素子7を介して固定することで対向面間距離を調整し、透過(反射)率を可変とする実施例2の平面図である。FIG. 9 is a plan view of a second embodiment in which the prisms A and B are fixed via an actuator element 7 deformed by an external signal to adjust the distance between the opposing surfaces and change the transmittance (reflectance). . 図10は、ビームサンプラを一体化した実施例3の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a third embodiment in which a beam sampler is integrated. 図11は、近接場光発生面への光入射角を変化させる実施例4の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a fourth embodiment in which the light incident angle on the near-field light generating surface is changed. 図12は、直角プリズムAの脚面に垂直に入射する角度を基準に、回転ステージを±15°の範囲で稼働させた場合の、透過光強度の変化を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a change in transmitted light intensity when the rotary stage is operated within a range of ± 15 ° based on an angle perpendicularly incident on the leg surface of the right-angle prism A. 図13は、半円筒状のプリズムA、Bを、スペーサ6を介在させて円筒体とし、固定された透明軸受素子9の円環状空間に納めつつ、プリズムA、Bの円筒体を回転させることで対向面への入射角を可変とする、実施例4の減衰器構造を示す図である。FIG. 13 shows a case where the semi-cylindrical prisms A and B are formed into a cylindrical body with the spacer 6 interposed therebetween, and the cylindrical bodies of the prisms A and B are rotated while being accommodated in the annular space of the fixed transparent bearing element 9. FIG. 9 is a diagram illustrating an attenuator structure according to a fourth embodiment, in which the angle of incidence on the facing surface is variable. 図14は、実施例4による減衰量可変の光減衰器を用いたレーザ光出力制御システムの構成例を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a laser light output control system using a variable attenuation optical attenuator according to the fourth embodiment. 図15は、多角形プリズムを採用した例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example employing a polygonal prism. 図16は、プリズムA、Bの対向面間に、くさび形等の空間的な変化を与え、レーザ光の入射位置により減衰量を可変とした実施例5を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a fifth embodiment in which a spatial change such as a wedge is provided between the opposing surfaces of the prisms A and B, and the attenuation is variable depending on the incident position of the laser beam.

[実施例1]
実施例1は、プリズムA、Bの対向面間の距離を可変ステージにより変化させることでレーザ光の出力制御を行うものである。
まず、プリズムA、Bのアライメントについて、図面を用いて説明する。
図4、図5は、それぞれプリズムA、Bのアライメントにおける平面図および対向面に沿った方向からの側面図を示す。なお、この実施例では、プリズムA、Bとして、同形状の直角プリズムを用い、図4において斜辺を形成するプリズムA、Bの面(底面)を互いに対向させて配置し、それぞれ近接場光の発生面および結合面としている。
[Example 1]
In the first embodiment, the output of the laser beam is controlled by changing the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B using a variable stage.
First, the alignment of the prisms A and B will be described with reference to the drawings.
4 and 5 show a plan view and a side view from the direction along the opposing surface in the alignment of the prisms A and B, respectively. In this embodiment, right-angle prisms having the same shape are used as the prisms A and B, and the surfaces (bottom surfaces) of the prisms A and B forming the oblique sides in FIG. It is a generation surface and a bonding surface.

アライメントを行う際は、まず、プリズムA、Bの対向面同士を互いに密着させる。この状態は、プリズムAの近接場光発生面とプリズムBの近接場光結合面の間で各軸のアライメントが最適化され、対向面間の距離が最小で、かつ対向面間の平行度が最大の理想的な状態に相当する。
次いで、アライメントが最適化されたプリズムA、Bに対して、アライメント誤差が残存するステージSA、SBとの間に生じる空間を補完するため、図5に示すように充填層Sを形成する。この実施例では、充填層Sを形成する未硬化の接着剤をステージSA、SBの固定面に適量塗布したのち、プリズムA、Bの対向面の密着を維持したままプリズムAをステージSA上に、そして、プリズムBをステージSB上に保持する。この状態で接着剤を硬化させると、プリズムA、Bは、最適なアライメントを保った状態でそれぞれステージSA、SB上に固定される。
When performing alignment, first, the opposing surfaces of the prisms A and B are brought into close contact with each other. In this state, the alignment of each axis is optimized between the near-field light generating surface of the prism A and the near-field light coupling surface of the prism B, the distance between the opposing surfaces is minimized, and the parallelism between the opposing surfaces is reduced. This corresponds to the maximum ideal state.
Next, a filling layer S is formed on the prisms A and B for which the alignment has been optimized, as shown in FIG. 5, in order to supplement a space generated between the stages SA and SB where the alignment error remains. In this embodiment, after applying an appropriate amount of the uncured adhesive for forming the filling layer S to the fixed surface of the stages SA and SB, the prism A is placed on the stage SA while maintaining the close contact of the opposing surfaces of the prisms A and B. Then, the prism B is held on the stage SB. When the adhesive is cured in this state, the prisms A and B are fixed on the stages SA and SB, respectively, while maintaining the optimal alignment.

通常の手順では、ステージSA、SB上にそれぞれプリズムA、Bを固定したのち、ステージSA、SBのアライメントを調整・最適化していくが、この作業は、人が行う場合、熟練者による高度な技能や時間を要し、自動で行う場合も、多軸ステージやアクチュエータ、それらを制御する計算機や最適化プログラム等の高コストな設備が不可欠である。
これに対し、本実施例では、プリズムA、BをそれぞれステージSA、SBに固定する前段階で、プリズムA、Bの対向面を密着させた状態を保持し、アライメントを整えた状態を作り出しておく。そして、この状態のプリズムA、BとステージSA、SBとの間に残るミスアライメントは、充填層Sによって補完することで、前述したような煩雑で高コストなアライメント技術が不要となる。なおこの実施例では、厳密には、プリズムA、Bを通る光軸とステージの稼働軸の間にずれが生じるが、これは光減衰器としての性能に影響しないレベルである。
そして充填層としての接着剤が硬化した後、この状態を基準初期位置としてステージSBを一定方向に直進移動させることで、プリズムA、Bの対向面間の間隔を、高い平行度を維持したまま変化させることが可能である。特に、プリズムB側を稼働させることで、反射もしくは透過により出射するビームの光軸を維持した状態で、プリズムAへの反射率およびプリズムBへの透過率を制御することができる。
In a normal procedure, the prisms A and B are fixed on the stages SA and SB, respectively, and then the alignment of the stages SA and SB is adjusted and optimized. Even if it requires skills and time and is performed automatically, high-cost equipment such as a multi-axis stage and an actuator, a computer for controlling them, and an optimization program are indispensable.
On the other hand, in the present embodiment, before the prisms A and B are fixed to the stages SA and SB, respectively, the state where the opposing surfaces of the prisms A and B are in close contact with each other is maintained to create a state in which the alignment is adjusted. deep. The misalignment remaining between the prisms A and B and the stages SA and SB in this state is complemented by the filling layer S, so that the complicated and expensive alignment technique as described above becomes unnecessary. In this embodiment, strictly speaking, a deviation occurs between the optical axis passing through the prisms A and B and the operating axis of the stage, but this is a level that does not affect the performance as an optical attenuator.
Then, after the adhesive as the filling layer is cured, the stage SB is moved straight in a predetermined direction with this state as a reference initial position, so that the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B is maintained while maintaining high parallelism. It is possible to change. In particular, by operating the prism B side, the reflectance to the prism A and the transmittance to the prism B can be controlled while maintaining the optical axis of the beam emitted by reflection or transmission.

なお、この実施例では、プリズムA、Bとして同形状の直角プリズムを採用しているが、他の形態のプリズムや大小異なるプリズムを採用してもよいし、さらに各プリズムの対向面を種々選択してもよい。
また、充填層の材料としては、上記未硬化の液状接着材の他、プリズムA、BとステージSA、SBの隙間の形状に沿うように塑性変形する粘土状の材料を充填層として用い、それらを介して治具により外力を加えて固定する方式でもよい。
In this embodiment, right-angle prisms having the same shape are employed as the prisms A and B. However, other types of prisms or prisms having different sizes may be employed, and the opposing surfaces of the prisms may be variously selected. May be.
As the material of the filling layer, in addition to the uncured liquid adhesive, a clay-like material that plastically deforms along the shape of the gap between the prisms A and B and the stages SA and SB is used as the filling layer. Alternatively, a method may be used in which external force is applied by a jig via the fixing means.

図6は、本実施例による減衰量可変の光減衰器を用いたレーザ光の出力制御システムの一例を示している。上記のようにアライメントがなされた光減衰器1では、レーザ光をプリズムAの脚面に入射し、斜面で全反射し、もう一方の脚面から出射するレーザ光の出力を制御対象としている。出射光の光出力を、ビームサンプラ2等を用いて、一部(数%以下)抽出し、光電型あるいは熱型等の光センサ3を用いて検出する。検出された光出力の信号は、演算制御装置4に入力され、目標値との差に応じてステージSBのアクチュエータ駆動回路5に制御命令を送る。なお、アクチュエータ駆動回路5により制御されるアクチュエータとしては、高速で高精度な位置制御を可能とするピエゾアクアチュエータ等が好適である。
ここで、反射光のモニタ信号が目標値を上回るときは、近接場光の結合量を増大させるように、すなわち、プリズムA、Bの対向面間距離を狭める方向に、ステージSBを稼働させる。一方で、目標値を下回るときは、近接場光の結合量を減少させるように、すなわち、対向面間距離を広げる方向に、ステージBを稼働させる。
FIG. 6 shows an example of a laser light output control system using a variable attenuation optical attenuator according to the present embodiment. In the optical attenuator 1 aligned as described above, the laser light is incident on the leg surface of the prism A, totally reflected on the slope, and the output of the laser light emitted from the other leg surface is to be controlled. The light output of the emitted light is partially extracted (several percent or less) using the beam sampler 2 or the like, and detected using the photoelectric sensor 3 or the like. The detected light output signal is input to the arithmetic and control unit 4 and sends a control command to the actuator drive circuit 5 of the stage SB according to the difference from the target value. As the actuator controlled by the actuator drive circuit 5, a piezo actuator or the like that enables high-speed and high-precision position control is suitable.
Here, when the monitor signal of the reflected light exceeds the target value, the stage SB is operated so as to increase the coupling amount of the near-field light, that is, to reduce the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B. On the other hand, when the value is lower than the target value, the stage B is operated so as to reduce the coupling amount of the near-field light, that is, to increase the distance between the opposing surfaces.

ここで、制御システムを構成するビームサンプラ2や光センサ3は、制御対象のレーザ光の特徴や目的に応じて仕様を選択する。例えば、制御対象のレーザ光が無偏光もしくはランダム偏光の場合、ビームサンプラ2や光センサ3には、特性に偏光依存性のないものを用いることが望ましい。また、より高速な制御を目的とする場合、光センサ3には、応答特性が高速で高感度な光電型を用いることが望ましい。さらに、制御システムの効率を考慮すれば、不必要に多くのモニタ光を抽出することによって制御後の光出力が減少するのを防止するため、ビームサンプラ2には、モニタ用の光センサ3のS/Nを考慮しつつ最大限の分岐比を与えることが望ましい。   Here, the specifications of the beam sampler 2 and the optical sensor 3 constituting the control system are selected according to the characteristics and purpose of the laser light to be controlled. For example, when the laser light to be controlled is non-polarized light or random polarized light, it is desirable to use a beam sampler 2 or an optical sensor 3 whose characteristics do not have polarization dependence. In the case where the control is to be performed at a higher speed, it is desirable to use a photoelectric type having a high response speed and a high sensitivity as the optical sensor 3. Furthermore, in consideration of the efficiency of the control system, the beam sampler 2 includes a monitoring optical sensor 3 in order to prevent an unnecessarily large amount of monitor light from being extracted and thereby reducing the light output after control. It is desirable to give the maximum branching ratio while considering S / N.

ところで、光電型の光センサは応答が速く高い感度を有するので、高精度なモニタ性能が得られる一方で、耐久性や感度レベルの点で高強度なレーザ光の検出には適していない。したがって、光電型センサを、高出力レーザを制御するためのモニタ用の光センサ3として用いる際には、このセンサに入射する光を、適切な強度レベルまで十分に減衰させて抽出する必要がある。このため、ビームサンプラ2としては、高強度なレーザ光に対して耐久性が高く、かつ高い分岐比を持つ、堅牢なビームサンプラが必要となる。
通常、ビームサンプラとして、空気とガラスの屈折率差により、おおよその分岐比が得られるガラス基板や、反射率と透過率を制御した誘電体多層膜が用いられている。しかし、これらで得られる分岐比は、それぞれ高々数%や0.01%程度であり、制御対象のレーザ出力レベルによっては、分岐比が十分でない。例えば、1kWのレーザ光を0.01%のビームサンプラで抽出するとモニタ光の出力は100mWとなるが、それでも光電型センサで受光するには出力が高すぎるため、さらなる減衰(高い分岐比)が求められる。
上記のガラス基板や誘電体多層膜を複数設置して、モニタ用のセンサに入射する光を段階的に弱めることでトータルの減衰率を増大させることも考えられるが、光学系が大型化、複雑化することによって実用性が低下したり、迷光の発生原因となるため、高度なモニタ性能を得ることができない。
By the way, since the photoelectric type optical sensor has a high response and a high sensitivity, a high-precision monitoring performance can be obtained, but it is not suitable for detecting a high-intensity laser beam in terms of durability and a sensitivity level. Therefore, when the photoelectric sensor is used as the monitoring optical sensor 3 for controlling a high-power laser, it is necessary to sufficiently attenuate the light incident on this sensor to an appropriate intensity level and extract the light. . Therefore, as the beam sampler 2, a robust beam sampler that has high durability against high-intensity laser light and has a high branching ratio is required.
In general, a glass substrate that can obtain an approximate branching ratio based on a difference in refractive index between air and glass, and a dielectric multilayer film whose reflectance and transmittance are controlled are used as a beam sampler. However, the branching ratios obtained by these methods are at most several percent and 0.01%, respectively, and the branching ratio is not sufficient depending on the laser output level of the control target. For example, when a 1 kW laser beam is extracted by a 0.01% beam sampler, the output of the monitor light becomes 100 mW, but the output is still too high to be received by the photoelectric sensor, so that further attenuation (high branching ratio) occurs. Desired.
It is conceivable that the total attenuation rate may be increased by installing a plurality of the above glass substrates or dielectric multilayer films and gradually reducing the light incident on the monitor sensor, but the optical system becomes large and complicated. As a result, the practicality is lowered or stray light is generated, so that it is impossible to obtain a high monitoring performance.

このように、演算制御装置4によるフィードバック制御系を高精度に機能させるためには、制御対象のレーザ出力によらず減衰率(分岐比)を安定に維持することができる耐久性と同時に、制御対象のレーザ出力の低下を最小限に留めつつモニタ光を抽出できる高い分岐比を備えた、ビームサンプラが求められる。
そこで、本発明の近接場光結合型光減衰器の原理を利用して、ビームサンプラとして利用するのが好適である。
すなわち、図7に示すように、プリズムA’、B’の対向面間の隅部などレーザ光路を遮らない位置に、特定の厚さの堅牢なスペーサ6を介在させ、プリズムA’、B’の対向面をこのスペーサ6に密着させた状態で治具や接着剤により機械的に固定することで、対向面間の距離を確定させる。なお、プリズムA’、B’の対向面間距離は、低強度の計測用レーザ光を用いて、所望の減衰率となるよう調整してもよいし、使用した接着剤が硬化した後、得られる減衰率を予め計測しておいてもよい。
これにより、コンパクトで耐久性が高く、堅牢で安定性に優れたビームサンプラを構築可能である。
As described above, in order for the feedback control system of the arithmetic and control unit 4 to function with high accuracy, the durability can be stably maintained irrespective of the laser output of the control target, and the control is performed simultaneously with the durability. There is a need for a beam sampler that has a high branching ratio that allows monitor light to be extracted while minimizing the reduction in target laser output.
Thus, it is preferable to use the optical attenuator of the present invention as a beam sampler by utilizing the principle of the optical attenuator.
That is, as shown in FIG. 7, a rigid spacer 6 having a specific thickness is interposed at a position that does not block the laser light path, such as a corner between the opposing surfaces of the prisms A ′ and B ′, and the prisms A ′ and B ′ The distance between the opposing surfaces is determined by mechanically fixing the opposing surfaces with a jig or an adhesive in a state where the opposing surfaces are in close contact with the spacers 6. The distance between the opposing surfaces of the prisms A ′ and B ′ may be adjusted to have a desired attenuation rate using a low-intensity measuring laser beam, or may be obtained after the used adhesive is cured. The damping rate may be measured in advance.
This makes it possible to construct a compact, highly durable, robust, and stable beam sampler.

図8は、高強度ビーム(およそ2kW/cm)のランダム偏光のレーザに、意図的に±10%程度のステップ的およびドリフト的な擾乱を与えた際の、レーザパワーの変動(制御システム入射前)と、当該レーザ光に本実施例を適用してこの擾乱を抑制した際のレーザパワー変動(制御システム出射後)を、時間軸を揃えて比較した結果を示している。FIG. 8 shows the fluctuation of the laser power (control system injection) when a randomly polarized laser of a high intensity beam (approximately 2 kW / cm 2 ) is intentionally subjected to a stepwise and drifting disturbance of about ± 10%. FIG. 6 shows the results of comparison of the laser power fluctuation (after emission from the control system) when the present embodiment is applied to the laser light and the disturbance is suppressed by applying this embodiment to the laser light, with the time axis aligned.

本実施例によれば、制御対象のレーザパワーの瞬発的なステップ状の擾乱に対し、短時間同レベルの変動が生じるが、演算制御装置4によるフィードバック制御により、瞬時に目標値に収束することができ、なだらかなドリフト的擾乱の影響は受けずに、レーザ出力の変動量を標準偏差で0.1%未満まで大幅に低減できることが確認できた。   According to the present embodiment, the same level of fluctuation occurs for a short time with respect to the instantaneous step-like disturbance of the laser power to be controlled, but the operation control device 4 immediately converges to the target value by the feedback control. It was confirmed that the fluctuation amount of the laser output can be significantly reduced to less than 0.1% in standard deviation without being affected by the gentle drift disturbance.

この実施例では、ランダム偏光に対応するため、モニタ用のビームサンプラ2と光センサ3の偏光依存性が最小限となる仕様に設定した。
また、プリズムA、Bの対向面間距離を可変する並進機構の構築においては、対向面と並進ステージの稼働軸との間に角度δを与えることで、ステージBの移動量Xに対して、対向面間の距離は、X・sinδとなり、減速される。これによりステージの位置決め精度や速度に応じて、光減衰量制御の精度や速度の最適化が可能である。
なお、この実験では、ステージの移動命令に対する実移動距離の直線性を確認するため、全反射しない入射角度でプリズムA、Bの対向面間にHe−Neレーザ光を導入し、得られた干渉波形を元に対向面間の距離を評価した。
In this embodiment, in order to cope with random polarization, the specifications are set so that the polarization dependence of the monitoring beam sampler 2 and the optical sensor 3 is minimized.
Further, in the construction of the translation mechanism for varying the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B, by providing an angle δ between the opposing surface and the operating axis of the translation stage, The distance between the opposing surfaces is X · sin δ, and the speed is reduced. This makes it possible to optimize the accuracy and speed of the optical attenuation control according to the positioning accuracy and speed of the stage.
In this experiment, in order to confirm the linearity of the actual movement distance with respect to the stage movement command, He-Ne laser light was introduced between the opposing surfaces of the prisms A and B at an incident angle that did not cause total reflection, and the obtained interference The distance between the facing surfaces was evaluated based on the waveform.

本実施例によれば、加工用等の高強度なレーザ光やランダム偏光のレーザであっても、図6に示されるような制御システムをその光路中に設置するだけで、レーザ出力を高精度に制御したり、変動を効果的に抑制し所望の値に維持することが可能となる。
なお、高出力レーザへの適用を想定した検証では、波長1.1μm、出力100W、TEM00モードのφ1mmのビームを用い、およそ20kW/cmという高強度ビームに対しても減衰量の調整が可能であることが確認できた。
According to the present embodiment, even if a high-intensity laser beam for processing or the like or a random-polarized laser beam is used, the laser output can be adjusted with high accuracy only by installing a control system as shown in FIG. , And fluctuations can be effectively suppressed and maintained at a desired value.
In the verification assuming application to a high-power laser, a beam with a wavelength of 1.1 μm, an output of 100 W, and a TEM00 mode φ1 mm beam can be used to adjust the attenuation even for a high-intensity beam of about 20 kW / cm 2. Was confirmed.

なお、予め実験によりビームサンプラ2の透過・反射率ならびにセンサ3の感度を校正しておけば、制御出力後のレーザパワーを高精度に測定することもできる。すなわち、所望のレーザパワーの値を演算部に入力すると、その通りのレーザパワーを高精度に出力する、トレーサブルなレーザ照射装置を構築することが可能となる。   If the transmission / reflectance of the beam sampler 2 and the sensitivity of the sensor 3 are calibrated in advance by an experiment, the laser power after the control output can be measured with high accuracy. That is, when a desired laser power value is input to the calculation unit, it is possible to construct a traceable laser irradiation device that outputs the laser power as it is with high accuracy.

また、この実施例では、一定の目標値を定め、フィードバック制御により入射するレーザ光の出力変動を吸収させ、一定のレーザ出力を出射させているが、目標値を時間的に変化させて出射するレーザ出力を様々に変化させるように制御してもよい。
例えば、レーザ加工装置であれば、ワーク(加工物)が搭載されたステージの位置と、必要なレーザの照射量を対応させたマップをプログラムしておき、ステージの動作と連動させ、場所によってレーザ出力を変化させるといった高度なレーザ照射技術が可能となる。
このように制御することで、部品の寸法に応じて切断スピードを制御したり、加工が及ぶ範囲を限定したり、部位によって選択的にレーザ加熱温度を変化させることで加熱炉を用いて幾度もの工程で行っていた熱処理を一台のレーザ装置に置き換えて工程を短縮するなど、といったレーザ加工技術の高度化が期待できる。
また、生産ラインの始業時にレーザ装置の出力が安定化するまでの暖機時間が短縮されることで、工場の省エネルギー化や生産効率の向上にも貢献できる。
Further, in this embodiment, a constant target value is determined, the output fluctuation of the incident laser light is absorbed by feedback control, and a constant laser output is emitted. The laser output may be controlled to be changed variously.
For example, in the case of a laser processing device, a map that maps the position of the stage on which the work (workpiece) is mounted and the required amount of laser irradiation is programmed, and linked with the operation of the stage. Advanced laser irradiation technology, such as changing the output, becomes possible.
By controlling in this way, it is possible to control the cutting speed according to the dimensions of the parts, limit the range of processing, and selectively change the laser heating temperature depending on the part, using a heating furnace many times It is expected that laser processing techniques will be advanced, such as replacing the heat treatment performed in the process with a single laser device to shorten the process.
In addition, the warm-up time required for the output of the laser device to stabilize at the start of the production line is reduced, thereby contributing to energy saving at the factory and improvement of production efficiency.

また、上記の実施例では、プリズムAで全反射し出射する光を出力制御の対象としたが、プリズムBへの透過光を制御対象としてもよい。その場合、アクチュエータ駆動回路5によるプリズムA、B間の対向面間距離の調節は逆方向となり、プリズムA、B間の対向面間距離を縮小することで透過光の出力を増大させ、プリズムA、B間の対向面間距離を増大することで透過光の出力を減少させることになる。
特に、反射側を制御対象とするケースは、高強度なレーザ光の出力を高い分解能で高精度に制御したい場合などに適する。一方、透過光を制御対象とするケースは、元々高強度なレーザの光から、その一部を微弱なレベルで高精度に取り出したい場合などに適する。
また、図2に示すように、対向面間距離によって得られる反射・透過率の特性曲線の勾配が変化する特性を利用することで、制御対象に合わせた制御システムの動作の最適化が可能である。すなわち、制御対象のレーザ光の出力が大きくばらつく場合は、制御幅を優先して特性曲線の勾配の大きい領域で減衰量を制御し、また制御対象が比較的安定であって更に高い精度の出力制御が必要な場合は、制御分解能を優先して、特性曲線の勾配の緩やかな領域で減衰量を制御する、などが可能である。
In the above embodiment, the light that is totally reflected and emitted by the prism A is the object of the output control, but the light transmitted to the prism B may be the object of the control. In this case, the adjustment of the distance between the opposing surfaces between the prisms A and B by the actuator drive circuit 5 is in the opposite direction, and the output of the transmitted light is increased by reducing the distance between the opposing surfaces between the prisms A and B, thereby increasing the prism A , B, the output of transmitted light is reduced by increasing the distance between the opposing surfaces.
In particular, the case where the reflection side is to be controlled is suitable for a case where it is desired to control the output of high-intensity laser light with high resolution and high accuracy. On the other hand, the case where the transmitted light is to be controlled is suitable for a case in which a part of the originally high-intensity laser light is to be extracted with high accuracy at a weak level.
In addition, as shown in FIG. 2, by utilizing the characteristic in which the gradient of the reflection / transmission characteristic curve obtained by the distance between the facing surfaces changes, the operation of the control system can be optimized according to the control target. is there. In other words, when the output of the laser light to be controlled greatly varies, the attenuation is controlled in a region where the gradient of the characteristic curve is large, giving priority to the control width. When control is necessary, it is possible to prioritize the control resolution and control the amount of attenuation in a region where the gradient of the characteristic curve is gentle.

[実施例2]
本実施例は、プリズムA、B同士を、外部信号により変形するアクチュエータ素子を介して直接固定することで、機械ステージ等を用いずに対向面間の距離を調整し、透過(反射)率を可変とするものである。
図9に、対向面に沿った方向から見た側面図を示す。アクチュエータ素子7には電圧の印加によって伸縮する棒状のピエゾ素子を用い、その一端をプリズムAに、もう一端をプリズムBに固定した状態でピエゾ素子を伸縮させる。これにより、プリズムA、Bの対向面間の距離を調整し、透過および反射減衰量を可変としている。
[Example 2]
In this embodiment, the distance between the opposing surfaces is adjusted without using a mechanical stage or the like by directly fixing the prisms A and B via an actuator element that is deformed by an external signal, and the transmission (reflection) rate is increased. It is variable.
FIG. 9 shows a side view as seen from the direction along the facing surface. A rod-shaped piezo element that expands and contracts by applying a voltage is used as the actuator element 7, and the piezo element is expanded and contracted with one end fixed to the prism A and the other end fixed to the prism B. Thereby, the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B is adjusted, and the transmission and reflection attenuation amounts are made variable.

実施例1と同様に、プリズムA、Bを密着させアライメントが最適化された状態とし、その状態を維持したまま、両プリズムのレーザ光の光路を遮らない位置に、ピエゾ素子を対向面間に配置し、その両端をそれぞれプリズムA、Bの対向面に直交する側面に接着剤で固定する。接着剤は、十分な機械強度が得られるエポキシ系等が好適である。
プリズムAをホルダー等で固定すると、プリズムBは、プリズムAにピエゾ素子を介して担持された状態となる。この状態で、ピエゾ素子を伸縮させることで、プリズムA、Bの対向面間の距離を調節することができる。
As in the first embodiment, the prisms A and B are brought into close contact with each other to optimize the alignment, and the piezo element is placed between the opposing surfaces at a position where the optical path of the laser light of both prisms is not blocked while maintaining the state. The prisms A and B are fixed to the side surfaces orthogonal to the opposing surfaces of the prisms A and B with an adhesive. As the adhesive, an epoxy-based material or the like that can provide sufficient mechanical strength is preferable.
When the prism A is fixed by a holder or the like, the prism B is held on the prism A via the piezo element. In this state, by expanding and contracting the piezo element, the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B can be adjusted.

このとき、プリズムA、B間を複数のピエゾ素子で担持すれば、素子の数に応じて作動力が増大し、より高速で安定なプリズムBの位置制御が可能である。
なお、プリズムA、Bの対向面間の平行度を維持しつつ対向面間距離を変化させるには、複数のピエゾ素子の変位量の整合が不可欠であるが、これはプリズムA、Bの対向面の場所ごとの透過率とアクチュエータ素子7への命令信号(ピエゾ素子であれば印加電圧)の関係を別途把握しておくことで可能である。
さらに、複数のアクチュエータに別々の変位を与えることで、対向面間の平行度を意図的に崩し、対向面内の位置によって透過・反射光の透過率を変化させることも可能で、これはレーザビームの断面強度プロファイル(光軸に直交する平面におけるレーザ光の強度分布)の制御装置などにも応用可能である。
At this time, if a plurality of piezo elements are supported between the prisms A and B, the operating force increases in accordance with the number of elements, and higher-speed and more stable position control of the prism B is possible.
In order to change the distance between the opposing surfaces while maintaining the parallelism between the opposing surfaces of the prisms A and B, it is indispensable to match the displacement amounts of a plurality of piezo elements. It is possible to separately grasp the relationship between the transmittance of each surface location and the command signal (applied voltage in the case of a piezo element) to the actuator element 7.
Furthermore, by applying different displacements to multiple actuators, it is possible to intentionally break the parallelism between the opposing surfaces and change the transmittance of transmitted / reflected light depending on the position in the opposing surfaces. The present invention is also applicable to a control device for a beam cross-sectional intensity profile (intensity distribution of laser light in a plane perpendicular to the optical axis).

アクチュエータ素子7としては、上記のような電圧制御型のピエゾ素子等の圧電材料のほか、線膨張係数を利用して底面間距離を温度制御によりに可変するもの、ハイドロゲルのような感湿性材料の厚さを湿度により可変とするもの、電磁波(光)照射(制御対象のレーザ波長の以外の電磁波(光)を吸収する素材)によって変位を生じるものなどの利用が可能である。また、アクチュエータの設置方法としては、当該実施例のようにプリズム側面に設置する方法のほか、プリズムA、Bの対向面内のレーザ光の光路を遮らない位置に、薄膜状のアクチュエータ材料をスペーサのように介在させる形態でもよい。   Examples of the actuator element 7 include a piezoelectric material such as a voltage-controlled piezo element as described above, an element that changes the distance between bottom surfaces by temperature control using a linear expansion coefficient, and a moisture-sensitive material such as a hydrogel. It is possible to use a material whose thickness is made variable by humidity, a material whose displacement is caused by electromagnetic wave (light) irradiation (a material absorbing electromagnetic waves (light) other than the laser wavelength to be controlled), and the like. As a method of installing the actuator, in addition to the method of installing the actuator on the side surface of the prism as in the present embodiment, a thin film-shaped actuator material is placed at a position in the opposing surface of the prisms A and B so as not to block the optical path of the laser beam. May be interposed as shown in FIG.

本実施例によれば、高精度なステージ類を用いることなくプリズムA、Bの対向面間距離を制御することができ、稼働部が大幅に軽量化されるため、減衰量の制御速度(応答性)が向上する。同時に、稼働部が小型軽量となれば、落下や衝撃などの機械的な外力に対するシステムの堅牢性が向上するため、現場での高い実用性が期待できる。さらに、組み立ての際、実施例1と同様、緻密なアライメント作業も必要なく、シンプルかつ高精度にコンパクトな減衰量可変の光減衰器を構築できる。   According to this embodiment, the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B can be controlled without using high-precision stages, and the operating portion is significantly reduced in weight. ) Is improved. At the same time, if the working unit is small and light, the system is more robust against mechanical external forces such as dropping and impact, so that high practicality in the field can be expected. Further, at the time of assembling, as in the first embodiment, a precise alignment work is not required, and a simple, highly accurate, and compact optical attenuator with variable attenuation can be constructed.

[実施例3]
実施例3は、反射・透過率を可変とするプリズムA、Bと、反射・透過率を固定としたプリズムA’、B’を組み合わせることで、レーザ光出力制御装置をコンパクト化するものであり、図10に平面図を示す。
対向面間のアライメントを最適化した、直角プリズムA、Bで構成した減衰量可変の光減衰器と、直角プリズムA’、B’で構成した減衰量固定の光減衰器の二組を用意し、対向面の間隔を変化させて光出力を調整する部分と、対向面の間隔を維持して一定の分岐比のビームサンプラとして機能する部分を組み合わせる。
[Example 3]
The third embodiment is to reduce the size of the laser light output control device by combining prisms A and B with variable reflection and transmittance and prisms A ′ and B ′ with fixed reflection and transmittance. FIG. 10 shows a plan view.
Two sets of optical attenuators, each of which is composed of right-angle prisms A and B and have a variable attenuation, and each of which has a fixed attenuation composed of right-angle prisms A 'and B' are prepared. A part that changes the distance between the opposing surfaces to adjust the light output and a part that maintains the distance between the opposing surfaces and functions as a beam sampler having a constant branching ratio are combined.

ここで、一つ目の減衰器のプリズムAの光出射側の脚面と二つ目の減衰器のプリズムA’の光入射側の脚面を光学的に接続することで、二組の光減衰器を一体化させた形態とする。
なおプリズムの接続部は屈折率差による光の反射を抑制するため、双方の脚面を高精度に研磨し光学接触状態としてもよいし、透明度の高い光学接着剤で固定してもよい。さらに、屈折率整合油を介在させ外部から治具等で固定したり、接続面の双方に誘電体多層膜等の無反射膜を構築しておくのも有効である。
Here, two sets of optical attenuators are formed by optically connecting the light emitting side leg of the prism A of the first attenuator and the light incident side leg of the prism A ′ of the second attenuator. Are integrated.
In addition, in order to suppress the reflection of light due to the difference in the refractive index, the connecting portions of the prisms may be configured such that both leg surfaces are polished with high precision and brought into an optical contact state, or may be fixed with a highly transparent optical adhesive. Further, it is also effective to fix with a jig or the like from the outside by interposing a refractive index matching oil, or to construct a non-reflection film such as a dielectric multilayer film on both connection surfaces.

この実施例では、光出力制御装置に入る光の入射方向と出射方向が平行となるように減衰器を配置しているが、出射側の減衰器の向きを変えることで、例えば、入射した光の出力を所望の値に制御した後、やって来た方向へ戻す「コーナーキューブ型」や、制御後任意の方向へ折り曲げて出射する「ビームステアリング型」の光出力制御装置を構築することも可能である。
また、この実施例では、二組の減衰器のプリズムA(近接場光発生側)同士を近接もしくは密着させて配置する形態としているが、初めからこれらを一体化した形態としてもよい。すなわち、二つのプリズム、AおよびA’の代わりに、一つ平行四辺形型プリズムを用い、二つの斜面で減衰量の制御とモニタ光の抽出を行う形態となる。
In this embodiment, the attenuator is arranged so that the incident direction and the outgoing direction of the light entering the light output control device are parallel. However, by changing the direction of the attenuator on the outgoing side, for example, It is also possible to construct a "corner cube type" light output control device that controls the output of the light to a desired value and then returns to the direction in which it came, or a "beam steering type" that folds and emits light in any direction after control. is there.
Further, in this embodiment, the prisms A (near-field light generating side) of the two sets of attenuators are arranged close to or close to each other, but they may be integrated from the beginning. That is, instead of the two prisms, A and A ', one parallelogram prism is used, and the attenuation amount is controlled and the monitor light is extracted on the two slopes.

このように、光出力を調整する可変減衰器(プリズムA、B)およびモニタ光を抽出する固定減衰器(プリズムA’、B’)をコンパクト化し、モニタ用のセンサ3はわずかな光を分岐し透過させるビームサンプラとして機能するプリズムB’のごく近傍に設置する形態とすることで、制御システムの要素を手のひらに乗る程度の小さなサイズに集約できる。制御を行う稼働部の小型・軽量化するとともに、モニタ光検出器に高速・高感度な光電型を採用し得ることは、フィードバック制御の高速化に寄与し、制御性能が向上する。同時に、システムの部品点数の削減による低コスト化、ならびに小型・軽量化による機械的な堅牢性も確保され、実用性が向上する。
なお、図10は、可変減衰器(プリズムA、B)として実施例2を採用した例を示しているが、実施例1を採用して、一体化したプリズムA、プリズムA’プリズムB’をステージSAに載置し、プリズムBをステージSBに載置するようにしてもよい。
As described above, the variable attenuators (prisms A and B) for adjusting the optical output and the fixed attenuators (prisms A ′ and B ′) for extracting the monitor light are made compact, and the monitor sensor 3 splits a small amount of light. By installing the control system in the vicinity of the prism B ′ functioning as a beam sampler that transmits light, the components of the control system can be reduced to a size small enough to fit in the palm of a hand. The ability to reduce the size and weight of the operating section that performs the control and to adopt a high-speed and high-sensitivity photoelectric type for the monitor photodetector contributes to speeding up the feedback control and improving the control performance. At the same time, cost reduction by reducing the number of parts of the system, and mechanical robustness due to reduction in size and weight are ensured, and practicality is improved.
FIG. 10 shows an example in which the second embodiment is employed as the variable attenuator (prisms A and B). However, the first embodiment employs the integrated prism A and the prism A'Prism B '. The prism B may be mounted on the stage SB and the prism B may be mounted on the stage SB.

[実施例4]
実施例4は、プリズムA、Bにおける対向面間の距離を一定に保持した状態で、プリズムAの近接場光発生面への光の入射角を変化させ、プリズムBの結合面に到達する近接場光の強度を調整することで減衰量を調整するものである。
図11に構成例を示す。回転ステージ8上に、厚さdのスペーサ6により対向面間距離を保持し、両隅部の固定具等により一体化したプリズムA、Bを設置し、回転ステージ8のアクチュエータ機構(マイクロメータ、モータ、減速機構等)を、手動もしくは駆動回路5により稼働することで、所定の回転角度範囲でプリズムAの近接場発生面への光の入射角θinを変化させる。
このとき、回転軸は、入射側プリズムAの近接場光発生位置の近傍に設定する。この軸周りに回転するよう、一体化したプリズムA、Bを回転ステージ8上に接着等により設置する。
[Example 4]
In the fourth embodiment, the angle of incidence of light on the near-field light generating surface of the prism A is changed while the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B is kept constant. The attenuation is adjusted by adjusting the intensity of the field light.
FIG. 11 shows a configuration example. On the rotary stage 8, the prisms A and B integrated with the fixtures at both corners are installed while maintaining the distance between the opposing surfaces by the spacer 6 having the thickness d, and the actuator mechanism of the rotary stage 8 (micrometer, By operating a motor, a deceleration mechanism, etc.) manually or by the drive circuit 5, the incident angle θ in of the light to the near-field generating surface of the prism A is changed within a predetermined rotation angle range.
At this time, the rotation axis is set in the vicinity of the near-field light generating position of the incident side prism A. The integrated prisms A and B are mounted on the rotary stage 8 by bonding or the like so as to rotate around this axis.

具体的には、BK7の直角プリズムA、Bを、厚さ0.8μmのアルミニウム箔スペーサ6を介在させて密着させ、両者を固定治具や接着剤により機械的に固定している。
このように底面間距離を確定させた状態としたうえで、これを回転ステージ8上に設置し、プリズムAの脚面に垂直に入射する角度を基準に、回転ステージを±15°の範囲で稼働させた場合の、透過光強度の変化を図12に示す。ここで、レーザ光が入射および出射するプリズムA、Bの脚面には±30°の入射角の範囲で反射率を抑制したコーティングを施している。
Specifically, the right-angle prisms A and B of BK7 are closely adhered to each other with an aluminum foil spacer 6 having a thickness of 0.8 μm interposed therebetween, and both are mechanically fixed by a fixing jig or an adhesive.
With the bottom-to-bottom distance determined as described above, this is set on the rotary stage 8 and the rotary stage is operated within a range of ± 15 ° based on the angle of perpendicular incidence on the leg surface of the prism A. FIG. 12 shows the change in the transmitted light intensity in this case. Here, the leg surfaces of the prisms A and B from which the laser light enters and exits are coated with a coating that suppresses the reflectance within a range of an incident angle of ± 30 °.

なお、回転角Φが約−5°未満の領域ではプリズムA斜面で全反射条件を満たさず近接場光が発生しないため、減衰は生じず、プリズムAへの入射光は、ほぼ強度を保ったままプリズムBから透過する。
この例では、約10°の角度変化で、透過光強度は約30dB(1/1000)変化し、これは、1°あたり3dB(50%)の減衰量に相当する。なお現在、自動回転ステージの角度分解能は、最も高性能のもので1秒(=1°/3600)未満のものが入手可能であり、減衰器への入射角度を可変させることで、広い範囲で高精度なレーザ光出力の制御システムを実現することが可能となる。
In a region where the rotation angle Φ is less than about −5 °, since the near-field light is not generated because the total reflection condition is not satisfied on the slope of the prism A, the attenuation does not occur, and the light incident on the prism A maintains almost the intensity. The light passes through the prism B as it is.
In this example, for an angle change of about 10 °, the transmitted light intensity changes by about 30 dB (1/1000), which corresponds to an attenuation of 3 dB (50%) per degree. At present, the angular resolution of the automatic rotary stage is the highest performance and the one with less than 1 second (= 1 ° / 3600) is available, and by changing the incident angle to the attenuator, it can be wide range. A highly accurate laser light output control system can be realized.

対向面間に所望の間隔を設定するためには、スペーサ6を介在させる以外に、一方もしくは双方のプリズム対向面に蒸着等により所定の厚さの成膜を行ったうえで対向面を密着させてもよい。また、一方もしくは双方のプリズム対向面に、化学エッチングや機械研磨等により凹形状に整形してもよい。
また、減衰量の安定性を確保するためには、回転ステージ8の位置決め精度を向上させる必要があり、マイクロメータ等を用いた手動回転式の場合には、回転機構に戻りバネを組み込むことで、バックラッシュを排除することが好適である。
一方、ピエゾやモータ等を利用した自動回転式とする場合は、アクチュエータ駆動回路5を、ロータリエンコーダ等の角度検知センサを組み合わせて、フィードバック制御することで、高精度に回転角の制御が可能である。
In order to set a desired interval between the opposing surfaces, in addition to interposing the spacer 6, a film having a predetermined thickness is formed on one or both prism opposing surfaces by vapor deposition or the like, and then the opposing surfaces are brought into close contact. May be. Alternatively, one or both of the prism facing surfaces may be formed into a concave shape by chemical etching, mechanical polishing, or the like.
In addition, in order to secure the stability of the attenuation, it is necessary to improve the positioning accuracy of the rotary stage 8. In the case of a manual rotary type using a micrometer or the like, a return spring is incorporated in the rotary mechanism. It is preferable to eliminate backlash.
On the other hand, in the case of an automatic rotation type using a piezo or a motor, the rotation angle can be controlled with high accuracy by feedback-controlling the actuator drive circuit 5 in combination with an angle detection sensor such as a rotary encoder. is there.

ただし、この実施例のように、直角プリズムA、Bを用いる場合、回転角がある範囲を超えると、プリズムA、Bと周囲との屈折率境界面(脚面)で生じる屈折により出射光の光軸ずれが無視できなくなる。
例えば、波長1064nmのレーザ光を、一辺25mmのBK7ガラスの直角プリズムで構成した減衰器に入射させる場合、入射角を±5°の範囲で変化させると、透過光軸は、±0.7mmシフトする。
このような光軸ずれは、これより後段に設置されたすべて光学系のアライメントに悪影響を与え、光学システムの性能低下に直結する。例えば、レーザ加工装置では、集光スポットの変形や照射位置ずれの原因となり、加工精度の低下につながる。
つまり、光減衰器は、理想的には、減衰の前後において、レーザ光の出力以外のパラメータには一切の変化を生じさせないことが求められる。
However, when the right-angle prisms A and B are used as in this embodiment, when the rotation angle exceeds a certain range, the light of the emitted light is refracted due to the refraction generated at the refractive index boundary surface (leg surface) between the prisms A and B and the surroundings. The axis deviation cannot be ignored.
For example, when a laser beam having a wavelength of 1064 nm is incident on an attenuator constituted by a right-angle prism made of BK7 glass having a side of 25 mm, if the incident angle is changed in a range of ± 5 °, the transmitted optical axis shifts by ± 0.7 mm. I do.
Such an optical axis shift adversely affects the alignment of all the optical systems installed at a stage subsequent to the optical axis shift, and directly leads to a reduction in the performance of the optical system. For example, in a laser processing apparatus, this causes deformation of a focused spot and deviation of an irradiation position, leading to a reduction in processing accuracy.
That is, the optical attenuator is ideally required not to cause any change in parameters other than the output of the laser light before and after the attenuation.

このような減衰の前後における光軸シフトやビーム形状の歪を回避するためには、プリズムA、Bの対向面以外の屈折率境界面における光の入射・出射角を常に0°に維持する構造とすればよい。
そこで、一例として、図13に示すように、プリズムA、Bを半円筒状としつつ、スペーサ6を介在させて固定・一体化し円筒体としたうえで、中央部にプリズムA、Bを収容する円筒状の空間を備える透明軸受素子9との間に、わずかな間隙10の円環状の空間を形成した構造とする。なお、透明軸受素子9は、プリズムA、Bの回転とは独立して不動であり、円筒状のプリズムA、Bの外面と透明軸受素子9の内面との間に形成された間隙には、光学オイルが充填されている。
In order to avoid the optical axis shift and the distortion of the beam shape before and after such attenuation, a structure in which the incidence and emission angles of light at the refractive index boundary surfaces other than the opposing surfaces of the prisms A and B are always maintained at 0 °. And it is sufficient.
Therefore, as an example, as shown in FIG. 13, the prisms A and B are fixed and integrated with the spacers 6 interposed therebetween to form a cylindrical body while the prisms A and B are formed in a semi-cylindrical shape, and the prisms A and B are housed in the central portion. An annular space with a slight gap 10 is formed between the transparent bearing element 9 and the transparent bearing element 9 having a cylindrical space. The transparent bearing element 9 is immobile independently of the rotation of the prisms A and B, and a gap formed between the outer surface of the cylindrical prisms A and B and the inner surface of the transparent bearing element 9 includes: Optical oil is filled.

このように、プリズムA、Bと透明軸受素子9の材料、および光学オイルの屈折率を整合させつつ、レーザ光の入・出射部を平面状の透明軸受素子9の外側面とし、入射・出射角を0°とするように配置することで、光軸シフトおよび半円筒状プリズムA、Bの側面における光の集束を抑制できる。
なお、光学オイルとしては、屈折率を調整した顕微鏡用油浸オイル等を利用し、機械的な潤滑と屈折率の整合を両立させ、光軸シフトやビーム形状歪のない、入射角制御による近接場光結合型の可変光減衰器を構築することが可能となる。
図14は、本実施例による減衰量可変の光減衰器を用いたレーザ光出力制御装置の一例を示している。
As described above, the input and output portions of the laser beam are set to the outer surfaces of the flat transparent bearing element 9 while the materials of the prisms A and B and the material of the transparent bearing element 9 and the refractive index of the optical oil are matched. By arranging the angle to be 0 °, it is possible to suppress the optical axis shift and the convergence of light on the side surfaces of the semicylindrical prisms A and B.
In addition, as the optical oil, an oil immersion oil for microscopes whose refractive index is adjusted is used to achieve both mechanical lubrication and matching of the refractive index. It is possible to construct a field light coupling type variable optical attenuator.
FIG. 14 shows an example of a laser light output control device using a variable attenuation optical attenuator according to the present embodiment.

さらに、光軸シフトやビーム形状補正用の素子を用いずに透過率を変化させるものとして、図15では、多角形プリズムを採用している。この例では、プリズムA、Bとして、正12角柱を対角線で2分したものを使用している。プリズムA、Bの光入射・出射部の屈折率境界面におけるレーザ光の入射角、出射角は、ステージ回転角30°毎にリセットされて0°に戻るので、原理的に光軸のずれやビーム形状の変化は生じない。
一方、プリズムAの対向面からの反射光を出射光として利用するようにしてもよく、この場合、反射率の調整のために対向面が回転することで、出射光の方向を変化させることができる。
Further, a polygonal prism is used in FIG. 15 to change the transmittance without using an element for optical axis shift or beam shape correction. In this example, as the prisms A and B, those obtained by dividing a regular dodecagonal prism into two diagonal lines are used. Since the incident angle and the emission angle of the laser light at the refractive index boundary surface of the light entrance / exit sections of the prisms A and B are reset every 30 ° of the stage rotation angle and return to 0 °, in principle, the deviation of the optical axis and No change in beam shape occurs.
On the other hand, the reflected light from the opposing surface of the prism A may be used as the outgoing light. In this case, the direction of the outgoing light may be changed by rotating the opposing surface for adjusting the reflectance. it can.

[実施例5]
本実施例では、プリズムA、Bの対向面間に、くさび形等の空間的な変化を与え、レーザ光の入射位置により減衰量を可変としている。
図16において、底面を互いに対向させたプリズムA、Bの左上端側の角部で両者を接触した状態に保持し、例えば台形状のように対向面右下側に、斜め左方に向けて厚さが増大するスペーサ6を介在させることにより、両対向面間の距離を、左上端側から右下端に向けてd1からd2のように連続的に増大するようにしている。
[Example 5]
In this embodiment, a spatial change such as a wedge is provided between the opposing surfaces of the prisms A and B, and the amount of attenuation is made variable depending on the incident position of the laser beam.
In FIG. 16, the prisms A and B, whose bottom surfaces are opposed to each other, are kept in contact with each other at the upper left corners. By interposing the spacer 6 having an increased thickness, the distance between both opposing surfaces is continuously increased from d1 to d2 from the upper left end to the lower right end.

このように構成することで、プリズムAに対するレーザ光の入射位置により、光減衰量が変化する。
すなわち、小さな反射率(大きな透過率)を得たい場合には、図15において、プリズムAの上方に、一方で大きな反射率(小さな透過率)を得たい場合には、プリズムAの下方に、レーザ光を入射させる。
With such a configuration, the amount of light attenuation changes depending on the incident position of the laser beam on the prism A.
That is, in order to obtain a small reflectance (large transmittance), the prism A is located above the prism A in FIG. Laser light is incident.

このためには、プリズムAに対するレーザ光の入射位置を正確に調整する必要があり、入射角を一定に維持した上で、プリズムA、Bに対するレーザ光の入射位置、あるいは、レーザ光に対するプリズムA、Bの位置を調整できる位置決め機構11を設ける。このとき、プリズムAの対向面と並行に位置決め機構を稼働することで、プリズムAへの反射光の光軸を維持した状態で減衰量を可変とすることができる。   For this purpose, it is necessary to precisely adjust the incident position of the laser beam on the prism A. After keeping the incident angle constant, the incident position of the laser beam on the prisms A and B, or the prism A on the laser beam , B can be adjusted. At this time, by operating the positioning mechanism in parallel with the opposing surface of the prism A, the amount of attenuation can be made variable while maintaining the optical axis of the light reflected on the prism A.

ところで、図2に示したように、プリズムA、Bの対向面間距離に対する反射率あるいは透過率の変化は線形ではなく、対向面間が密着した状態から光の波長程度の距離までは急峻に変化するが、それ以上の距離になると、反射率あるいは透過率の変化は、徐々に緩慢となり、反射率は100%に、透過率は0%に漸近する。
このような非直線的な特性では、適切に所望の反射・透過率を得るための位置調整が難しい。そこで、プリズムA、Bの一方もしくは双方の対向面の形状を、なだらかな凸(凹)面状の曲面とするような加工を施す。
これにより、底面間距離の変化を緩やかなものとして、プリズムA、B間の底面間距離の変化に対する反射率あるいは透過率の変化を直線的な特性とすることも可能である。
なお、プリズム対向面を曲面に加工した場合、透過(反射)率の変化はレーザ入射位置に対して連続的に変化する特性が得られるが、プリズムA、Bの対向面上に、蒸着等によりナノメートルオーダの薄膜を、厚さを変えて階段状に成膜することにより、レーザ光の入射位置に対してステップ的な透過(反射)率の変化を与えることも可能である。
By the way, as shown in FIG. 2, the change of the reflectance or the transmittance with respect to the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B is not linear, but is steep from the state where the opposing surfaces are in close contact to the distance of about the wavelength of light. It changes, but at longer distances, the change in reflectance or transmittance gradually becomes slower, with the reflectance approaching 100% and the transmittance approaching 0%.
With such non-linear characteristics, it is difficult to adjust the position to appropriately obtain the desired reflectance and transmittance. Therefore, processing is performed so that the shape of one or both of the opposing surfaces of the prisms A and B is a gentle convex (concave) curved surface.
Accordingly, it is possible to make the change in the distance between the bottom surfaces gradual and make the change in the reflectance or transmittance with respect to the change in the distance between the bottom surfaces between the prisms A and B into a linear characteristic.
When the prism-opposing surface is processed into a curved surface, a change in the transmittance (reflection) continuously changes with respect to the laser incident position, but the characteristic is obtained. By forming a thin film of the order of nanometers in a stepwise manner while changing the thickness, it is possible to give a stepwise change in the transmittance (reflection) to the incident position of the laser beam.

以上説明したように、本発明によれば、近接場光を利用した可変光減衰器を、高精度かつ低コストに構築することができ、これを用いてレーザ出力制御装置を構築することで、従来の課題であった制御装置の高レーザ耐力化に加え、小型軽量化、低コスト化が達成される。これによれば、高強度レーザの出力を精密に制御する、実用性の高いレーザ出力制御システムを実現でき、これを用いた各種レーザ応用技術の展開が期待される。   As described above, according to the present invention, a variable optical attenuator using near-field light can be constructed with high accuracy and low cost, and by using this, a laser output control device is constructed. In addition to increasing the laser resistance of the control device, which has been a conventional problem, reduction in size, weight, and cost can be achieved. According to this, a highly practical laser output control system that precisely controls the output of a high-intensity laser can be realized, and development of various laser application technologies using the laser output control system is expected.

A、B プリズム
SA、SB ステージ
A’、B’ ビームサンプラ用プリズム
1 光減衰器
2 ビームサンプラ
3 光センサ
4 演算制御装置
5 アクチュエータ駆動回路
6 スペーサ
7 アクチュエータ素子
8 回転ステージ
9 透明軸受素子
10 間隙
11 位置決め機構

A, B Prism SA, SB Stage A ′, B ′ Beam Sampler Prism 1 Optical Attenuator 2 Beam Sampler 3 Optical Sensor 4 Operation Controller 5 Actuator Drive Circuit 6 Spacer 7 Actuator Element 8 Rotary Stage 9 Transparent Bearing Element 10 Gap 11 Positioning mechanism

Claims (3)

2つのプリズムA、Bの対向面を互いに密着させた状態で、それぞれステージSA、SBに充填材を介して固定することで、対向面間の平行度初期設定する第一の工程
前記プリズムA、Bを出射する光の出力値を光センサにより検出する第二の工程
前記ステージSA、SBの少なくとも一方を駆動し、前記第一の工程により初期設定された平行度を維持した状態で、前記プリズムA、Bの対向面間の距離を調節、近接場光の発生と結合によって、前記対向面における光の反射率および透過率を制御して、前記光センサの検出値が目標値となるよう、前記プリズムA、Bを出射する光出力の比率を調節する第三の工程とからなることを特徴とする、光出力制御装置の製造方法
A first step of initially setting the degree of parallelism between the opposing surfaces by fixing the opposing surfaces of the two prisms A and B to each other in a state where the opposing surfaces are in close contact with each other via a filler material,
A second step of detecting an output value of light emitted from the prisms A and B by an optical sensor ;
By driving at least one of the stages SA and SB and maintaining the parallelism initially set in the first step , the distance between the opposing surfaces of the prisms A and B is adjusted to generate near-field light. by binding to, and controls the reflectance and the transmittance of light at the facing surface, so that the detected value of the light sensor becomes a target value, the you adjust the ratio of light output for emitting the prism a, B A method for manufacturing a light output control device, comprising three steps .
前記プリズムA、Bを出射する光を、予め定めた減衰率となるよう対向面間距離が確定された第2のプリズムA’、B’を用いて減衰させ、前記光センサに出射するようにしたことを特徴とする請求項1に記載された光出力制御装置の製造方法The light emitted from the prisms A and B is attenuated using the second prisms A ′ and B ′ whose distance between the facing surfaces is determined so as to have a predetermined attenuation rate, and is emitted to the optical sensor. The method for manufacturing an optical output control device according to claim 1, wherein: 前記プリズムA、Bと前記第2のプリズムA’、B’が一体化されていることを特徴とする請求項2に記載された光出力制御装置の製造方法The prism A, method for producing a B and the second prism A ', B' light output control device according to claim 2, characterized in that is integrated.
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