JP6640094B2 - レーザ光照射装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係るレーザ光照射装置の概略構成を示す図である。図1に示されるように、レーザ光照射装置1000は、レーザ光源ユニット100と、ステップインデックス型マルチモード光ファイバ200と、モード外乱手段300と、対物光学系400とを備えている。
図5〜図7は、第2実施形態に係るレーザ光照射装置におけるレーザ光源ユニットの概略構成を示す図である。図5〜図7に示されるレーザ光源ユニット110は、第1実施形態におけるレーザ光源ユニット100の具体例となっている。図5は、レーザ光源ユニット110の平面構成図であり、図6は、レーザ光源ユニット110の垂直面視図であり、図7は、レーザ光の合波部分の拡大図である。
図8は、第3実施形態に係るレーザ光照射装置におけるレーザ光源ユニットの概略構成を示す図である。図8に示されるレーザ光源ユニット120は、第1実施形態におけるレーザ光源ユニット100の具体例となっている。
図9および図10は、第4実施形態に係るレーザ光照射装置におけるモード外乱手段の概略構成を示す図である。図9および図10に示されるモード外乱手段310は、第1実施形態におけるモード外乱手段300の具体例となっている。図9は、モード外乱手段310の部分透過図であり、図10は、モード外乱手段310の側面図である。
図11は、第5実施形態に係るレーザ光照射装置におけるモード外乱手段の概略構成を示す図である。図11に示されるモード外乱手段320は、第1実施形態におけるモード外乱手段300の具体例となっている。
図12は、第6実施形態に係るレーザ光照射装置における対物光学系の概略構成を示す図である。図12に示される対物光学系410は、第1実施形態における対物光学系400の具体例となっている。
以下、上記説明した本発明の実施形態に係るレーザ光照射装置における効果の検証例について説明する。まず、効果の測定に用いる平滑性の定義を行う。
検証例1は、図3に示したようにスペクトル幅が狭いレーザ光を用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動と側圧と曲げとを同時に与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.15であり、対物光学系の開口数は0.15である。
検証例2は、図3に示したようにスペクトル幅が狭いレーザ光を用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動と側圧と曲げとを同時に与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.22であり、対物光学系の開口数は0.22である。
検証例3は、図4に示したようにスペクトル幅が広い複数のレーザ光を合波したものを用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動のみを与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.22であり、対物光学系の開口数は0.22である。
検証例4は、図4に示したようにスペクトル幅が広い複数のレーザ光を合波したものを用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動と曲げのみを与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.22であり、対物光学系の開口数は0.22である。
検証例5は、図4に示したようにスペクトル幅が広い複数のレーザ光を合波したものを用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動と曲げと側圧とを同時に与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.22であり、対物光学系の開口数は0.22である。
検証例6は、図4に示したようにスペクトル幅が広い複数のレーザ光を合波したものを用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動と曲げと側圧とを同時に与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.22であり、対物光学系の開口数は0.18である。
検証例7は、図4に示したようにスペクトル幅が広い複数のレーザ光を合波したものを用いた場合の例である。なお、モード外乱手段では、振動と曲げと側圧とを同時に与えている。また、使用したステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.22であり、対物光学系の開口数は0.24である。
検証例3〜5を比較すると解るように、ステップインデックス型マルチモード光ファイバに側圧と曲げと振動とを同時に与えるモード外乱手段を備えるレーザ光照射装置は、ステップインデックス型マルチモード光ファイバに振動のみを与えるモード外乱手段、またはステップインデックス型マルチモード光ファイバに振動および曲げのみを与えるモード外乱手段を備えるレーザ光照射装置よりも、レーザ光の強度分布の平滑性を向上させる効果が大きい。
100,110,120 レーザ光源ユニット
111a,121a 第1のレーザ素子
111b,121b 第2のレーザ素子
111c,121c 第3のレーザ素子
112a,112b,112c 第1のシリンドリカルレンズ
113a,113b,113c 第2のシリンドリカルレンズ
114a,114b,114c ミラー
115 集光レンズ
122a,122b,122c,124 光ファイバ
123 光合波器
125 光接続部
200 ステップインデックス型マルチモード光ファイバ
300,310,320 モード外乱手段
311a,311b 挟持板
312 加圧手段
313,323 振動手段
321a,321b ボビン
322a,322b 張力手段
400,410 対物光学系
411 対物レンズ
Claims (9)
- レーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記レーザ光源ユニットから出射されたレーザ光をマルチモードで伝搬するステップインデックス型マルチモード光ファイバと、
前記ステップインデックス型マルチモード光ファイバに側圧と曲げと振動とを同時に与えるモード外乱手段と、
前記ステップインデックス型マルチモード光ファイバから出射されるレーザ光の強度分布が略相似形になるようにビーム径を拡大して対象物に照射する対物光学系と、
を備え、
前記ステップインデックス型光ファイバの外形は、略円形である
ことを特徴とするレーザ光照射装置。 - 前記モード外乱手段は、巻き束状に配置したステップインデックス型マルチモード光ファイバを2枚の挟持板によって挟持した構造であることを特徴とする請求項1記載のレーザ光照射装置。
- 前記レーザ光源ユニットは、一つのレーザ素子を備え、
前記レーザ素子が発振するレーザ光のスペクトル幅が3nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光照射装置。 - 前記レーザ光源ユニットは、複数のレーザ素子を備え、
前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光は、前記複数のレーザ素子が発振するレーザ光を合波したものであり、
前記複数のレーザ素子が発振するレーザ光を合波したもののスペクトル幅が3nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光照射装置。 - 前記レーザ素子が発振するレーザ光のスペクトル幅の各々が3nm以上50nm以下であることを特徴とする請求項4に記載のレーザ光照射装置。
- 前記複数のレーザ素子の中心発振波長が相互に異なり、前記複数のレーザ素子の中心発振波長における差の最大値が50nm以下であることを特徴とする請求項4または5に記載のレーザ光照射装置。
- 前記モード外乱手段が前記ステップインデックス型マルチモード光ファイバに側圧と曲げと振動とを同時に与える領域の長さが1m以上であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のレーザ光照射装置。
- 前記ステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数は0.15以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のレーザ光照射装置。
- 前記対物光学系の開口数が前記ステップインデックス型マルチモード光ファイバの開口数よりも小さいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のレーザ光照射装置。
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