JP7337726B2 - Pulsed laser light generation and transmission device and laser processing device - Google Patents

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本発明は、レーザ光を用いて対象物を加工するレーザ加工装置等に用いる、パルス幅がピコ秒またはフェムト秒クラスである超短パルスレーザ光を生成および伝送する技術に関する。 The present invention relates to a technique for generating and transmitting ultrashort pulse laser light with a pulse width of picosecond or femtosecond class, which is used in a laser processing apparatus or the like for processing an object using laser light.

食品、医薬品、工業製品などに賞味期限やバーコード等を非接触で印字する方法として、レーザ光をビームスキャナで走査し、対象物に照射することで表面を加工するレーザ印字方式が知られている。近年では、より多くの情報をより小さな領域に印字するために、高精細なレーザ印字技術が要求されている。また、印字機会の増加にともない、印字材料の多様化も進んでいる。高精細で多品種の材料に印字可能な技術として、パルス幅がピコ秒またはフェムト秒クラスである超短パルスレーザを用いた方法が知られている。パルス幅が短く、ピークパワーが非常に大きなレーザ光を材料に照射した場合、材料表面にプラズマが形成され、熱的に非平衡な状態で加工されることで、非常に高精細な加工が実現できる。また、材料の吸収による発熱を伴わない加工であるため、同一のレーザ波長で多種多様な材料の加工が可能である。 As a method for non-contact printing of best-before dates, bar codes, etc. on foods, pharmaceuticals, industrial products, etc., there is known a laser printing method that scans a laser beam with a beam scanner and irradiates the object to process the surface. there is In recent years, high-definition laser printing technology is required to print more information in a smaller area. In addition, along with the increase in printing opportunities, the diversification of printing materials is progressing. A method using an ultrashort pulse laser with a pulse width of the picosecond or femtosecond class is known as a technique capable of printing on a wide variety of materials with high definition. When a material is irradiated with a laser beam that has a short pulse width and extremely high peak power, plasma is formed on the material surface and the material is processed in a thermally non-equilibrium state, enabling extremely high-definition processing. can. Moreover, since the processing does not involve heat generation due to material absorption, it is possible to process a wide variety of materials with the same laser wavelength.

超短パルスの生成方法としては、固体レーザを用いたものが知られている。一般的に固体レーザでは、増幅媒体や、レンズやミラーなどの光学部品が高精度な位置決め精度で配置された自由空間光学系からなり、装置が大型、高価、安定性が低いという課題がある。それらは超短パルスレーザを上述したような製造ラインで用いられるレーザ印字装置に適用する場合は、特に大きな課題となる。 As a method for generating ultrashort pulses, a method using a solid-state laser is known. In general, solid-state lasers consist of a free-space optical system in which optical components such as an amplification medium and lenses and mirrors are arranged with high positioning accuracy. These problems are especially serious when the ultrashort pulse laser is applied to the laser printer used in the production line as described above.

一方、別の超短パルス生成方法としては、ファイバレーザを用いたものが知られている。例えば下記特許文献1には、超短パルスファイバレーザ装置が開示されている。ファイバレーザでは各種光学部品を一体化できるため小型であり、製造性が高いため安価である。また、光軸ずれがないため、安定性が高い。また、レーザ光を光ファイバで低損失で伝送することも可能であり、製造ラインで用いられるレーザ印字装置に適用する場合、電源やレーザ本体を光走査用ヘッドから分離し、製造ラインと干渉しない離れた位置に配置することも可能である。 On the other hand, as another ultrashort pulse generation method, a method using a fiber laser is known. For example, Patent Document 1 below discloses an ultrashort pulse fiber laser device. A fiber laser is compact because various optical components can be integrated, and is inexpensive because it is highly manufacturable. Moreover, since there is no optical axis deviation, the stability is high. In addition, it is also possible to transmit laser light with low loss through optical fiber. When applied to a laser printer used in a manufacturing line, the power source and laser body are separated from the optical scanning head so that they do not interfere with the manufacturing line. A remote location is also possible.

超短パルスを生成するファイバレーザの課題は、高出力化が困難なことである。ファイバレーザでは直径数~数十μmの非常に小さな領域に光が閉じ込められているためパワー密度が高い。さらに、パルス幅が短いほど、極短時間の間に非常に大きなパルスエネルギーが出力されるためピークパワー密度が高い。よって、パワーを大きくしすぎるとファイバが損傷してしまう課題がある。よって、超短パルスを生成するファイバレーザの高出力化は困難であり、レーザ印字装置に適用することは困難である。 A problem with fiber lasers that generate ultrashort pulses is that it is difficult to increase the output power. A fiber laser has a high power density because light is confined in a very small region with a diameter of several to several tens of μm. Furthermore, the shorter the pulse width is, the higher the peak power density is because a very large pulse energy is output in an extremely short time. Therefore, there is a problem that the fiber is damaged if the power is increased too much. Therefore, it is difficult to increase the output of a fiber laser that generates ultrashort pulses, and it is difficult to apply it to a laser printer.

損傷閾値が高いファイバとしては、光が導波するコア部が空気である中空コアファイバが知られている。特許文献2には、ピークパワー密度が高い超短パルスを中空コアファイバを用い伝送する方式が開示されている。 As a fiber with a high damage threshold, there is known a hollow-core fiber in which the core portion in which light is guided is air. Patent Document 2 discloses a method of transmitting ultrashort pulses with a high peak power density using a hollow core fiber.

特開2005-174993号公報JP-A-2005-174993 特表2018-518703号公報Japanese translation of PCT publication No. 2018-518703

本発明者は、レーザ加工装置、特にレーザ印字装置に適用される超短パルスレーザの小型、低コスト、高安定化に向け、超短パルスファイバレーザ、およびその高出力化を検討した。特に損傷閾値が高い中空コアファイバを用いた超短パルスファイバレーザについて検討した。 The present inventors have studied an ultrashort pulse fiber laser and its output power increase for miniaturization, low cost, and high stability of an ultrashort pulse laser applied to a laser processing apparatus, particularly a laser printing apparatus. In particular, an ultrashort-pulse fiber laser using a hollow-core fiber with a high damage threshold was investigated.

検討の結果、超短パルスファイバレーザを構成するファイバを中空コアファイバで置き換えようとした場合、新たな課題が生じることが判明した。中空コアファイバの損傷閾値が高い理由は、ファイバ母材とファイバ中の導波モードとの重なり合わせが小さく、ファイバ中を伝送する極わずかな光のみがファイバ母材中を透過するためである。光を伝搬させるなどパッシブ素子においては好都合な条件であるが、光増幅などアクティブ素子においては、重なり合わせが小さいことは実効的な利得が小さく、低効率であることを意味するため、不適な条件である。すなわち、中空コアファイバを超短パルスファイバレーザを構成するアクティブ素子に適用することは不可能であることが分かった。 As a result of the investigation, it was found that a new problem arises when trying to replace the fiber that constitutes the ultrashort pulse fiber laser with a hollow core fiber. The reason for the high damage threshold of hollow-core fibers is that the overlap between the fiber preform and guided modes in the fiber is so small that very little light traveling through the fiber is transmitted through the fiber preform. This is a favorable condition for passive devices such as those that propagate light, but it is an unsuitable condition for active devices such as optical amplifiers because a small overlap means a small effective gain and low efficiency. is. That is, it was found that it is impossible to apply the hollow core fiber to the active element constituting the ultrashort pulse fiber laser.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ加工装置等に用いる、小型、低コスト、高安定で、高出力なパルスレーザ光生成伝送装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact, low-cost, highly stable, and high-output pulsed laser beam generating and transmitting apparatus for use in a laser processing apparatus or the like. do.

上記課題を解決するための、本発明の「パルスレーザ光生成装置」の一例を挙げるならば、パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮し、ピークパワーを増大するパルス圧縮器と、前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバと、を備えるレーザ加工装置用のパルスレーザ光生成伝送装置である。
To give an example of the "pulsed laser light generating apparatus" of the present invention for solving the above problems, a fiber laser oscillator that outputs pulsed laser light and a pulse width of the pulsed laser light output from the fiber laser oscillator are A pulsed laser light generating and transmitting device for a laser processing device , comprising : a pulse compressor for compressing and increasing peak power; and a hollow core fiber for transmitting the pulsed laser light output from the pulse compressor.

本発明によれば、レーザ加工装置等に用いる、小型、低コスト、高安定で、高出力であるパルスレーザ光生成伝送装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a compact, low-cost, highly stable, and high-output pulsed laser beam generating and transmitting apparatus for use in a laser processing apparatus or the like.

本発明のパルスレーザ光生成伝送装置の基本構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the basic configuration of a pulsed laser light generating and transmitting device of the present invention; FIG. 実施例1に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a pulsed laser light generating and transmitting device according to Example 1; FIG. 実施例1に係るパルスレーザ光生成伝送装置におけるファイバレーザ発振器の別の形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another form of the fiber laser oscillator in the pulsed laser light generation and transmission device according to the first embodiment; 実施例1に係るパルスレーザ光生成伝送装置におけるパルス圧縮器の別の形態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another form of the pulse compressor in the pulsed laser light generating and transmitting device according to the first embodiment; 実施例1に係るパルスレーザ光生成伝送装置における中空コアファイバの別の形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another form of a hollow-core fiber in the pulsed laser light generating and transmitting device according to Example 1; 実施例1に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a laser processing apparatus according to Example 1; FIG. 実施例1に係るレーザ加工装置の適用例を示す図である。It is a figure which shows the application example of the laser processing apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting device according to Example 2; 実施例2に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成の別形態を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another configuration of the pulsed laser light generating and transmitting device according to the second embodiment; 実施例2に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成の別形態における要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part in another form of the configuration of the pulsed laser light generating and transmitting device according to the second embodiment; 実施例3に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting device according to Example 3; 実施例3に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成の別形態を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing another configuration of the pulsed laser light generating and transmitting device according to the third embodiment; 実施例4に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting device according to Example 4;

本発明の実施形態に係るパルスレーザ光生成伝送装置およびレーザ加工装置について、以下に、詳細な説明をする。なお、以下に示す図は、あくまで、実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。また、同一の構成要素には同一の符号を付け、それらの説明については繰り返さない。 A pulsed laser beam generating/transmitting device and a laser processing device according to embodiments of the present invention will be described in detail below. It should be noted that the drawings shown below are only for explaining the embodiments, and the sizes of the drawings and the reduced scales described in the embodiments do not necessarily match. Also, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施形態に係るパルスレーザ光生成伝送装置の基本構成を示すブロック図である。パルスレーザ光生成伝送装置は、ファイバレーザ発振器101と、パルス圧縮器102と、伝送用中空コアファイバ103とが、レーザ光の伝播方向に従って順に配置されている。図において、符号104はファイバレーザ発振器101の出力パルスを、符号105はパルス圧縮器102の出力パルスを、符号106は中空コアファイバの伝送パルスを示す。 FIG. 1 is a block diagram showing the basic configuration of a pulsed laser beam generating and transmitting apparatus according to an embodiment of the present invention. The pulsed laser beam generating and transmitting device comprises a fiber laser oscillator 101, a pulse compressor 102, and a transmission hollow core fiber 103 arranged in order along the direction of propagation of the laser beam. In the figure, reference numeral 104 indicates the output pulse of the fiber laser oscillator 101, reference numeral 105 indicates the output pulse of the pulse compressor 102, and reference numeral 106 indicates the transmission pulse of the hollow core fiber.

ファイバレーザ発振器101は、符号104に示すようなパルス幅が広く、ピークパワーを抑えたレーザパルス104を出力する。パルス圧縮器102は、ファイバレーザ発振器101から出力されたレーザパルス104のパルス幅を圧縮し、ピークパワーを増大したレーザパルス105を出力する。伝送用中空コアファイバ103は、短パルス幅で高ピークパワーのレーザパルス105を伝送し、短パルス幅で高ピークパワーのレーザパルス106を出力する。そして、例えばレーザ印字装置においては、印字対象物の近傍まで伝送され、印字対象物に照射することで印字が行われる。 The fiber laser oscillator 101 outputs a laser pulse 104 having a wide pulse width and suppressed peak power, as indicated by reference numeral 104 . The pulse compressor 102 compresses the pulse width of the laser pulse 104 output from the fiber laser oscillator 101 and outputs a laser pulse 105 with increased peak power. The transmission hollow-core fiber 103 transmits a laser pulse 105 with a short pulse width and high peak power, and outputs a laser pulse 106 with a short pulse width and high peak power. Then, for example, in a laser printer, the light is transmitted to the vicinity of the object to be printed, and the object to be printed is irradiated with light to perform printing.

ここで重要なことは、ファイバレーザ発振器101から出力されるレーザ光はピークパワーがファイバの損傷閾値よりも十分小さくなるように調整されていると同時に、1パルス当たりのエネルギーは加工に必要となるエネルギーよりも十分大きくなるようにパルス幅が十分長くなるように調整されていることである。例えば、ファイバレーザ発振器101が出力するレーザ光のパルス幅が1ns以上であり、パルス圧縮器が出力するレーザ光のパルス幅が100ps以下、ピークパワーが100kW以上である。パルス圧縮器102によりパルス幅が圧縮された光は、損傷閾値が大きな中空コアファイバ103で伝送されるため、ファイバが損傷することはない。 What is important here is that the laser light output from the fiber laser oscillator 101 is adjusted so that the peak power is sufficiently lower than the damage threshold of the fiber, and at the same time, the energy per pulse is required for processing. The pulse width is adjusted to be sufficiently long so as to be sufficiently larger than the energy. For example, the pulse width of the laser light output from the fiber laser oscillator 101 is 1 ns or more, the pulse width of the laser light output from the pulse compressor is 100 ps or less, and the peak power is 100 kW or more. The light whose pulse width has been compressed by the pulse compressor 102 is transmitted through the hollow core fiber 103 having a large damage threshold, so that the fiber is not damaged.

以上のように本発明の実施形態では、パルスレーザ光の発生、および伝送路としてファイバを用いているため、従来の固体レーザと比較し、小型、低コスト、高安定である。また、従来の短パルスファイバレーザ発振器では光の増幅と短パルスレーザ光の生成を同一のファイバ中で行うため、ファイバ損傷の影響により高出力化が困難であったのに対し、本発明の実施形態では、光の増幅と短パルスレーザ光の生成を独立の光学系で行うことで短パルスファイバレーザの高出力化が可能である。さらに、損傷閾値が高い中空コアファイバを用いることで高出力短パルスレーザ光の伝送が可能である。 As described above, the embodiment of the present invention uses a fiber as a pulsed laser beam generation and transmission line, and thus is smaller, less costly, and more stable than conventional solid-state lasers. In addition, in conventional short-pulse fiber laser oscillators, light amplification and short-pulse laser light generation are performed in the same fiber, so it was difficult to increase the output due to the influence of fiber damage. In terms of the mode, it is possible to increase the output of the short-pulse fiber laser by performing the amplification of the light and the generation of the short-pulse laser light in independent optical systems. Furthermore, by using a hollow-core fiber with a high damage threshold, it is possible to transmit high-power short-pulse laser light.

以下の実施例では、ファイバレーザ発振器101、パルス圧縮器102、中空コアファイバ103の構成についてより詳しく説明する。 The configurations of the fiber laser oscillator 101, the pulse compressor 102, and the hollow core fiber 103 will be described in more detail in the following examples.

図2は、本発明の実施例1に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。ファイバレーザ発振器はQスイッチ方式ファイバレーザ発振器201であり、パルス圧縮器は回折格子パルス圧縮器202である。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting apparatus according to Example 1 of the present invention. The fiber laser oscillator is a Q-switched fiber laser oscillator 201 and the pulse compressor is a diffraction grating pulse compressor 202 .

Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器201は、希土類添加光ファイバ204、FBG(Fiber Bragg Grating)ミラー205a、b、励起用半導体レーザ206、Qスイッチ207から構成される。励起用半導体レーザ206から出力されたレーザ光は、希土類添加光ファイバ204に導光され、2つのFBGミラーで反射を繰り返す過程において希土類添加光ファイバ204で光が増幅されレーザ発振に至る。ここでQスイッチ207は可飽和吸収体などからなり、ナノ秒クラスの短パルス光を生成する光学部品である。Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器201は構成が簡易であり、比較的安価という利点がある。なお、図中では励起用半導体レーザ206は1つのみを図示しているが、それに限ったことではなく複数あってもよい。 A Q-switched fiber laser oscillator 201 is composed of a rare-earth-doped optical fiber 204 , FBG (Fiber Bragg Grating) mirrors 205 a and 205 b , an excitation semiconductor laser 206 , and a Q switch 207 . A laser beam output from an excitation semiconductor laser 206 is guided to a rare earth-doped optical fiber 204, and in the process of being repeatedly reflected by two FBG mirrors, the light is amplified by the rare earth doped optical fiber 204, resulting in laser oscillation. Here, the Q switch 207 is made of a saturable absorber or the like, and is an optical component that generates nanosecond-class short-pulse light. The Q-switched fiber laser oscillator 201 has the advantage of being simple in configuration and relatively inexpensive. Although only one pumping semiconductor laser 206 is shown in the drawing, it is not limited to this, and a plurality of pumping semiconductor lasers 206 may be provided.

回折格子パルス圧縮器202は、ビームスプリッタ209、回折格子対210a、b、2枚の反射ミラー211、212から構成される。回折格子は波長により回折角が異なるように設計されており、光路長に差異が生じるため、入力光の分散の影響を補償して、パルス幅を圧縮することができる。回折格子パルス圧縮器202では光が透過する光学部品がなく、すべて反射型であるため、高強度な光を取り扱える利点がある。また、分散補償量が大きいため、パルス圧縮率が高い、もしくは同じ圧縮率ならば装置サイズが小型という利点もある。 The grating pulse compressor 202 comprises a beam splitter 209, a pair of gratings 210a and 210b, and two reflecting mirrors 211 and 212. FIG. The diffraction grating is designed so that the diffraction angle differs depending on the wavelength, which causes a difference in the optical path length, so that the influence of the dispersion of the input light can be compensated for and the pulse width can be compressed. The diffraction grating pulse compressor 202 has no optical parts through which light can pass, and is entirely of a reflective type, so it has the advantage of being able to handle high-intensity light. In addition, since the amount of dispersion compensation is large, there is also the advantage that the pulse compression rate is high, or if the compression rate is the same, the device size is small.

中空コアファイバ203は、コア部が空孔であればよい。空孔中に光を閉じ込めるための構成としては、中空構造の光ファイバの内壁に金属膜と、誘電体保護膜とが形成された金属膜中空コアファイバであればよい。また、中空構造の光ファイバの内壁に屈折率が異なる少なくとも2つの誘電体からなる周期的多層膜が形成された中空コアブラッグファイバであってもよい。 The hollow core fiber 203 may have a hollow core portion. As a structure for confining light in holes, a metal-film hollow core fiber having a metal film and a dielectric protective film formed on the inner wall of an optical fiber having a hollow structure may be used. Alternatively, it may be a hollow core Bragg fiber in which a periodic multilayer film made of at least two dielectrics with different refractive indices is formed on the inner wall of a hollow optical fiber.

Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器201と回折格子パルス圧縮器202との光学的接続には、コリメートレンズ208を用いることができる。また、回折格子パルス圧縮器202と中空コアファイバ203との光学的接続には、集光レンズ213を用いることができる。レンズを用いた場合、より高い効率で光結合することができる。 A collimator lens 208 can be used for optical connection between the Q-switched fiber laser oscillator 201 and the diffraction grating pulse compressor 202 . A condenser lens 213 can be used for optical connection between the diffraction grating pulse compressor 202 and the hollow core fiber 203 . When a lens is used, optical coupling can be performed with higher efficiency.

なお、図2には図示していないが、コリメートレンズ208とビームスプリッタ209との光軸上には光アイソレータが挿入されていてもよい。光アイソレータが挿入された実施形態においては、パルス圧縮器202からファイバレーザ発振器201への戻り光がなく、安定性がより高いパルスレーザ光生成伝送装置が実現できる。 Although not shown in FIG. 2, an optical isolator may be inserted on the optical axis between the collimator lens 208 and the beam splitter 209 . In the embodiment in which the optical isolator is inserted, there is no return light from the pulse compressor 202 to the fiber laser oscillator 201, and a pulsed laser light generation and transmission device with higher stability can be realized.

また、同じく図2には図示していないが、ビームスプリッタ209を偏波依存性を有するものとし、ビームスプリッタ209と回折格子対210aとの光軸上に1/4波長版が挿入されていてもよい。その場合、ファイバレーザ発振器201からビームスプリッタ209に入力される光と、回折格子パルス圧縮器202でのパルス圧縮後のビームスプリッタ209に入力される光では偏波方向が直行しているため、光の入射方向により光路を変更することができる。 Also, although not shown in FIG. 2, the beam splitter 209 has polarization dependence, and a 1/4 wavelength plate is inserted on the optical axis between the beam splitter 209 and the diffraction grating pair 210a. good too. In that case, the polarization directions of the light input from the fiber laser oscillator 201 to the beam splitter 209 and the light input to the beam splitter 209 after pulse compression by the diffraction grating pulse compressor 202 are orthogonal. The optical path can be changed depending on the direction of incidence of the light.

次に、図3を用いて、ファイバレーザ発振器の別の形態について説明する。ファイバレーザ発振器は、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式ファイバレーザ発振器300である。MOPA方式ファイバレーザ発振器300は、希土類添加光ファイバ301a、b、励起用半導体レーザ302a、b、c、コンバイナ303a、b、シード半導体レーザ304、光アイソレータ305a、b、cから構成される。励起用半導体レーザ302から出力されたレーザ光は、コンバイナ303で合波され、希土類添加光ファイバ301に導光される。シード半導体レーザ304から希土類添加光ファイバ301aに入力された光はプリアンプされた後、2つ目の希土類添加光ファイバ301bにてさらに増幅される。MOPA方式ファイバレーザ発振器300はシード半導体レーザ304の出力光の繰り返し周波数やパルス幅、パルス形状などを調整することで、増幅後の波形を任意に変更することが可能である。また、シード半導体レーザ304でアクティブに波形を調整することができるため、安定性が高いという利点がある。なお、図3においては図2と同様に、励起用半導体レーザの数は図示したものに限ったことではない。 Next, another form of the fiber laser oscillator will be described with reference to FIG. The fiber laser oscillator is a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type fiber laser oscillator 300 . The MOPA fiber laser oscillator 300 comprises rare earth-doped optical fibers 301a, b, pumping semiconductor lasers 302a, b, c, combiners 303a, b, a seed semiconductor laser 304, and optical isolators 305a, b, c. Laser light output from the excitation semiconductor laser 302 is combined by the combiner 303 and guided to the rare earth-doped optical fiber 301 . The light input from the seed semiconductor laser 304 to the rare-earth-doped optical fiber 301a is preamplified and then further amplified by the second rare-earth-doped optical fiber 301b. The MOPA fiber laser oscillator 300 can arbitrarily change the waveform after amplification by adjusting the repetition frequency, pulse width, pulse shape, etc. of the output light of the seed semiconductor laser 304 . Moreover, since the waveform can be actively adjusted by the seed semiconductor laser 304, there is an advantage of high stability. In FIG. 3, as in FIG. 2, the number of pumping semiconductor lasers is not limited to that shown.

次に図4を用いて、パルス圧縮器の別の形態について説明する。プリズムパルス圧縮器400は、ビームスプリッタ401、プリズム対402a、b、2枚の反射ミラー403、404から構成される。プリズムは、材料分散により波長により屈折角が異なるため、プリズムの配置方法により光路長に差異が生じ、入力光の分散の影響を補償して、パルス幅を圧縮することができる。プリズムは回折格子と比較し構造が簡易であり、安価である利点がある。また、プリズムの配置により分散を正にも負にも補償することができる利点もある。 Next, another form of the pulse compressor will be described with reference to FIG. The prism pulse compressor 400 comprises a beam splitter 401, a pair of prisms 402a and 402b, and two reflecting mirrors 403 and 404. FIG. Since the prism has a different angle of refraction depending on the wavelength due to material dispersion, the optical path length varies depending on the arrangement of the prism, and the influence of the dispersion of the input light can be compensated for and the pulse width can be compressed. Prisms have the advantage of being simpler in structure and less expensive than diffraction gratings. It also has the advantage of being able to compensate for both positive and negative dispersion by arranging the prisms.

次に図5を用いて、中空コアファイバの別の形態について説明する。中空コアファイバは、中空構造の光ファイバの内壁近傍に空孔が周期的に配置された中空コアフォトニック結晶ファイバ500であってもよい。中空コアフォトニック結晶ファイバ500は、フォトニック結晶クラッド部502の中心部に中空コア部501を有している。最適に設計されたフォトニック結晶においては特定の波長において光が伝搬できないフォトニックバンドギャップが形成されることが知られており、フォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶をクラッド部に形成すれば、コア部が中空であっても光はクラッド部に漏れ出すことなく、低損失でファイバ中を伝送することが可能である。上述した、金属膜中空コアファイバや中空コアブラッグファイバと比較し損失が低いことに加え、設計次第ではユニークな分散特性を発現させることも可能である。 Next, another form of the hollow core fiber will be described with reference to FIG. The hollow-core fiber may be a hollow-core photonic crystal fiber 500 in which holes are periodically arranged near the inner wall of the hollow-structured optical fiber. Hollow-core photonic crystal fiber 500 has hollow core portion 501 in the center of photonic crystal cladding portion 502 . It is known that an optimally designed photonic crystal forms a photonic bandgap in which light cannot propagate at a specific wavelength. Even if the core is hollow, light can be transmitted through the fiber with low loss without leaking into the clad. In addition to the low loss compared to the metal film hollow core fiber and hollow core Bragg fiber described above, it is also possible to express unique dispersion characteristics depending on the design.

図6は、実施例1に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器101を駆動するためのファイバレーザ発振器ドライバ604と、パルス圧縮器102を制御するためのパルス圧縮器制御ドライバ605と、パルス圧縮器102が出力する光の一部を分岐しパルス幅を測定するパルス幅モニタ606と、中空コアファイバ103を伝送した光の一部を分岐しパワーを測定するパワーモニタ607と、中空コアファイバ103を伝送した光を走査し走査レーザ光を出力するビームスキャナ603と、ビームスキャナ603を制御するためのビームスキャナ制御ドライバ608と、反射光611を入力しビームスキャナ603の位置を測定するビームスキャナ位置モニタ609と、ユーザ入力信号601を入力し、ファイバレーザ発振器ドライバ604、パルス圧縮器制御ドライバ605、ビームスキャナ制御ドライバ608に入力される信号を生成するレーザマーカコントローラ610から構成される。ファイバレーザ発振器ドライバ604に入力される信号は、パルス幅モニタ606、パワーモニタ607、ビームスキャナ位置モニタ609が出力する信号に基づき生成される。また、パルス圧縮器制御ドライバ605に入力される信号は、パルス幅モニタ606が出力する信号に基づき生成される。さらに、ビームスキャナ制御ドライバ608に入力される信号は、ビームスキャナ位置モニタ609が出力する信号に基づき生成される。このようにレーザ加工装置は各種モニタからの信号に基づきフォードバック制御されることで、高安定性で高精度な加工をすることが可能である。 FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the laser processing apparatus according to the first embodiment. The laser processing apparatus includes a fiber laser oscillator driver 604 for driving the fiber laser oscillator 101, a pulse compressor control driver 605 for controlling the pulse compressor 102, and part of the light output by the pulse compressor 102. A pulse width monitor 606 that measures the split pulse width, a power monitor 607 that splits a part of the light transmitted through the hollow core fiber 103 and measures the power, and a scanning laser beam that scans the light transmitted through the hollow core fiber 103. a beam scanner control driver 608 for controlling the beam scanner 603; a beam scanner position monitor 609 for inputting reflected light 611 and measuring the position of the beam scanner 603; and a laser marker controller 610 that generates signals to be input to a fiber laser oscillator driver 604 , a pulse compressor control driver 605 and a beam scanner control driver 608 . A signal input to the fiber laser oscillator driver 604 is generated based on signals output from the pulse width monitor 606 , power monitor 607 and beam scanner position monitor 609 . Also, the signal input to the pulse compressor control driver 605 is generated based on the signal output from the pulse width monitor 606 . Further, the signal input to beam scanner control driver 608 is generated based on the signal output from beam scanner position monitor 609 . In this way, the laser processing apparatus is feedback-controlled based on signals from various monitors, so that highly stable and highly accurate processing can be performed.

図7は、実施例1に係るレーザ加工装置をレーザ印字装置に適用した例を示す図である。レーザ印字装置本体701と走査型レーザ印字ヘッド702は中空コアファイバを含む伝送ケーブル703で接続されており、走査型レーザ印字ヘッド702は搬送装置704上を移動する印字対象物705a、b、cの近くに配置され、走査型レーザ印字ヘッド702よりも大型なレーザ印字装置本体701は、搬送装置704と物理的に干渉しない位置に配置されている。このように本発明の実施形態においては、中空コアファイバを用いている点において、レーザ印字装置本体701と走査型レーザ印字ヘッド702とを分離することが可能であり、生産ラインの種類に対し柔軟に対応できる利点がある。本実施例のレーザ印字装置では、走査レーザ光706を印字対象物705a、b、cに照射することで各対象物に識別子707を印字することが可能である。 FIG. 7 is a diagram showing an example in which the laser processing apparatus according to the first embodiment is applied to a laser printing apparatus. A laser printer main body 701 and a scanning laser print head 702 are connected by a transmission cable 703 containing a hollow core fiber. A laser printer main body 701 that is located nearby and is larger than the scanning laser print head 702 is located at a position that does not physically interfere with the conveying device 704 . In this way, in the embodiment of the present invention, the use of the hollow core fiber makes it possible to separate the laser printer main body 701 and the scanning laser print head 702, making it possible to flexibly adapt to the type of production line. There is an advantage that it can correspond to In the laser printer of this embodiment, by irradiating the scanning laser beam 706 onto the printing objects 705a, b, and c, it is possible to print the identifier 707 on each object.

図8は、実施例2に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。実施例1において、図2を用いて説明したパルスレーザ光生成伝送装置の構成との違いは、パルス圧縮器が分散補償用中空コアファイバ801である点である。分散補償用中空コアファイバ801とは、中空コアフォトニック結晶ファイバなどからなり、ファイバ中を伝送する光の波長により、群速度に差異が生じるように設計されており、入力光の分散の影響を補償して、パルス幅を圧縮することができるファイバのことである。実施例1において説明した回折格子パルス圧縮器202やプリズムパルス圧縮器400と比較し、部品点数が少ないことで、より小型で安価である利点がある。さらに光軸ずれの影響が小さいため、安定性が高いという利点もある。 FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting apparatus according to the second embodiment. In the first embodiment, the difference from the configuration of the pulsed laser light generating and transmitting apparatus described with reference to FIG. 2 is that the pulse compressor is a hollow core fiber 801 for dispersion compensation. The dispersion-compensating hollow-core fiber 801 is made of a hollow-core photonic crystal fiber or the like, and is designed so that the group velocity differs depending on the wavelength of the light transmitted through the fiber, and the influence of the dispersion of the input light is eliminated. A fiber that can be compensated to compress the pulse width. As compared with the diffraction grating pulse compressor 202 and the prism pulse compressor 400 described in the first embodiment, there is an advantage that the number of parts is smaller and the cost is smaller and the cost is lower. Furthermore, since the influence of optical axis deviation is small, there is also the advantage of high stability.

Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器201と分散補償用中空コアファイバ801との光学的接続、および分散補償用中空コアファイバ801と伝送用中空コアファイバ203との光学的接続には、レンズ802、803を用いることができる。光学的に接続する両者のファイバのNAやモードフィールド径に合わせてレンズを適切に設計すれば低損失で接続することが可能である。なお、図中ではレンズの枚数はそれぞれ1枚のときを図示したが、それに限ったことではなく複数枚からなる合成レンズを用いてもよい。 Lenses 802 and 803 are used for optical connection between the Q-switched fiber laser oscillator 201 and the dispersion-compensating hollow-core fiber 801 and for optical connection between the dispersion-compensating hollow-core fiber 801 and the transmission hollow-core fiber 203. be able to. If the lens is appropriately designed according to the NA and mode field diameter of both fibers to be optically connected, it is possible to connect them with low loss. In the drawing, the number of lenses is one, but the number of lenses is not limited to this, and a composite lens composed of a plurality of lenses may be used.

次に図9を用いて、分散補償用中空コアファイバ801の別の実装形態について説明する。本実施形態においては、分散補償用中空コアファイバ801の入出力端部が、それぞれQスイッチ方式ファイバレーザ発振器201の出力端部、伝送用中空コアファイバ203の入力端部と直接突合せ接続されている。上述した実施形態と比較し、レンズ802、803が不要であり、より部品点数が少ないことで、より小型で安価である。さらに一度実装してしまえば光軸ずれが一切起きないため、安定性が非常に高いという利点がある。 Next, another mounting form of the dispersion-compensating hollow-core fiber 801 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the input and output ends of the dispersion-compensating hollow-core fiber 801 are directly butt-connected to the output end of the Q-switching fiber laser oscillator 201 and the input end of the transmission hollow-core fiber 203, respectively. . Compared to the above-described embodiments, the lenses 802 and 803 are not required, and the number of parts is smaller, making it smaller and cheaper. Furthermore, once it is mounted, there is no optical axis deviation, so it has the advantage of extremely high stability.

次に図10を用いて、異種ファイバの接続方法について詳しく説明する。中実コアファイバ1001と中空コアファイバ1002とを光学的に接続するとき、両者のファイバにおけるそれぞれの伝搬モードの等価屈折率が異なる場合は、端面で反射が生じる。そのような反射を抑制するには接続する界面に誘電体多層膜からなる反射防止膜1005を形成すればよい。等価屈折率が異なる場合においても、進行波と後進波が互いに打ち消しあうことで反射が抑制される。図において、符号1003は中実コア部を、符号1004は中空コア部を示す。両者のファイバの界面に反射防止膜1005を形成するには、初めに中実コアファイバ1001の端面に反射防止膜1005を形成したのち、両者のファイバ端面を突合せ、融着することで接続すればよい。さらに、ここで融着するための放電条件を最適に設計すれば、熱拡散技術により光ファイバのモードフィールド径を局所的に拡大させ、異種径ファイバを低損失に接続させることも可能である。 Next, a method for connecting different types of fibers will be described in detail with reference to FIG. When the solid core fiber 1001 and the hollow core fiber 1002 are optically connected, if the equivalent refractive indices of the respective propagation modes in both fibers are different, reflection occurs at the end face. In order to suppress such reflection, an antireflection film 1005 made of a dielectric multilayer film may be formed on the connecting interface. Even when the equivalent refractive indices are different, reflection is suppressed by canceling out the traveling wave and the backward wave. In the figure, reference numeral 1003 denotes a solid core portion, and reference numeral 1004 denotes a hollow core portion. In order to form the antireflection film 1005 at the interface between the two fibers, first, the antireflection film 1005 is formed on the end face of the solid core fiber 1001, and then the two fiber end faces are brought into contact with each other and spliced together. good. Furthermore, if the discharge conditions for fusion splicing are optimally designed, the mode field diameter of the optical fiber can be locally enlarged by thermal diffusion technology, and fibers of different diameters can be spliced with low loss.

図11は、実施例3に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。実施例1において、図2を用いて説明したパルスレーザ光生成伝送装置の構成との違いは、Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器201と回折格子パルス圧縮器202との間に、スペクトル幅を拡大するスペクトル幅拡大器であるスペクトル幅拡大用高非線形ファイバ1101が挿入されている点である。スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ1101とは、中実コアフォトニック結晶ファイバなどからなり、ファイバの屈折率が伝送する光の強度に強く依存しており、自己位相変調の影響が大きいことで、スペクトル幅を拡大させることができるファイバのことである。レーザ発振器の出力光のチャーピング(波長揺らぎ)が無視できるとき、スペクトル幅とパルス幅はフーリエ変換の関係式が成立するため、スペクトル幅を広くすることで、パルス幅をより狭くすることができる。すなわち、本実施例ではより波形品質が高いレーザ光を生成できる利点がある。なお、スペクトル幅拡大器の非線形定数は50W-1km-1以上が好ましい。 FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting apparatus according to the third embodiment. In Embodiment 1, the difference from the configuration of the pulsed laser light generation and transmission device described with reference to FIG. The point is that a highly nonlinear fiber 1101 for spectral width expansion, which is a width expander, is inserted. The highly nonlinear fiber for spectral width expansion 1101 is made of a solid-core photonic crystal fiber or the like, and the refractive index of the fiber strongly depends on the intensity of the transmitted light. A fiber that can be expanded in width. When the chirping (wavelength fluctuation) of the output light of the laser oscillator can be ignored, the spectral width and the pulse width have a Fourier transform relational expression, so widening the spectral width can make the pulse width narrower. . That is, this embodiment has the advantage of being able to generate laser light with higher waveform quality. The nonlinear constant of the spectral width expander is preferably 50 W −1 km −1 or more.

Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器201とスペクトル幅拡大用高非線形ファイバ1101との光学的接続は、図示したように、両者をファイバ融着してもよく、また図示していないがレンズを用いて接続してもよい。また、スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ1101と回折格子パルス圧縮器202との光学的接続は、コリメートレンズ1102を用いることができる。 Optical connection between the Q-switched fiber laser oscillator 201 and the highly nonlinear fiber for spectral width expansion 1101 may be achieved by fiber fusion splicing as shown in the figure, or by using a lens (not shown). may Also, a collimator lens 1102 can be used for optical connection between the highly nonlinear fiber 1101 for spectral width expansion and the diffraction grating pulse compressor 202 .

次に図12を用いて、スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ1101を用いた別の形態について説明する。本実施形態においては、上述した実施形態における回折格子パルス圧縮器202が分散補償用中空コアファイバ801で代替され、またそれぞれのファイバがすべて融着で接続されている点が異なる。上述した実施形態と比較し部品点数が少ないことで、より小型で安価である。さらに一度実装してしまえば光軸ずれが一切起きないため、安定性が非常に高いという利点がある。 Next, another form using the highly nonlinear fiber 1101 for expanding the spectral width will be described with reference to FIG. This embodiment is different in that the diffraction grating pulse compressor 202 in the above-described embodiment is replaced with a dispersion compensating hollow core fiber 801, and all of the fibers are spliced together by fusion splicing. It is smaller and cheaper due to fewer parts compared to the above-described embodiments. Furthermore, once it is mounted, there is no optical axis deviation, so it has the advantage of extremely high stability.

図13は、実施例4に係るパルスレーザ光生成伝送装置の構成を示す図である。実施例1において、図2を用いて説明したパルスレーザ光生成伝送装置の構成との違いは、回折格子パルス圧縮器202と伝送用中空コアファイバ203との間に波長を変換する非線形光学結晶1301が配置されている点である。非線形光学結晶1301とは、結晶内の分極により入射光に対して非線形的に応答し、かつ複屈折が存在する結晶である。例えば、KTiOPO(KTP)、CsLiB10(CLBO)、LiB(LBO)、KHPO(KDP)、LiNbO(LN)などであればよい。また、LN結晶にMgOを混ぜたMgO:LiNbO(MgLN)や、LN結晶やMgLN結晶を周期的反転構造としたPPLNやPPMgLNなどであればよい。これらの結晶中に入射される光の波長、位相、偏光などがある整合条件を満足するとき短波長のレーザ光が生成される。例えば波長1064nmの光をLBO結晶に入射することにより波長532nmの光を生成し(第二次高調波発生)、さらに波長1064nmと532nmの光をLBO結晶に入射し和周波発生を実施することにより波長355nmの光を生成(第三次高調波発生)することもできる。その他の例としては、波長1064nmの光をKTP結晶に入射することにより波長532nmの光を生成し(第二次高調波発生)、さらに波長532nmの光をCLBO結晶に入射することにより波長266nmの光を生成(第四次高調波発生)することができる。 FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a pulsed laser light generating and transmitting apparatus according to the fourth embodiment. In Embodiment 1, the difference from the configuration of the pulsed laser beam generating and transmitting device described with reference to FIG. is placed. The nonlinear optical crystal 1301 is a crystal that responds nonlinearly to incident light due to polarization within the crystal and that has birefringence. For example, KTiOPO 4 (KTP), CsLiB 6 O 10 (CLBO), LiB 3 O 5 (LBO), KH 2 PO 4 (KDP), LiNbO 3 (LN) and the like may be used. Also, MgO:LiNbO 3 (MgLN) in which MgO is mixed with LN crystal, PPLN or PPMgLN in which LN crystal or MgLN crystal has a periodically inverted structure, or the like may be used. Short wavelength laser light is generated when the wavelength, phase, polarization, etc. of the light incident on these crystals satisfies certain matching conditions. For example, light with a wavelength of 1064 nm is incident on the LBO crystal to generate light with a wavelength of 532 nm (second harmonic generation), and light with wavelengths of 1064 nm and 532 nm is incident on the LBO crystal to perform sum frequency generation. It is also possible to generate light with a wavelength of 355 nm (third harmonic generation). As another example, light with a wavelength of 1064 nm is incident on a KTP crystal to generate light with a wavelength of 532 nm (second harmonic generation), and light with a wavelength of 532 nm is incident on a CLBO crystal to generate light with a wavelength of 266 nm. Light can be generated (fourth harmonic generation).

非線形光学結晶1301を用いて波長を変換することにより、加工対象物からの反射が少なく、吸収が大きい波長の光を加工対象物に照射することができる。これにより、小さなエネルギーで効率的に加工することができる。加工対象物の材料によっては不要な熱の発生を抑制することができ、より微細に高品質で加工することができる。また、同じレンズ系で集光したときのビーム径は波長に比例するので、レーザ光を短波長化することにより、ビーム径を小さくすることができ、より微細に高品質で加工することができる。 By converting the wavelength using the nonlinear optical crystal 1301, the object can be irradiated with light having a wavelength that is less reflected from the object and highly absorbed. This enables efficient processing with small energy. Depending on the material of the object to be processed, the generation of unnecessary heat can be suppressed, and the object can be processed more finely and with high quality. In addition, since the beam diameter when condensed by the same lens system is proportional to the wavelength, shortening the wavelength of the laser light can reduce the beam diameter, enabling finer and higher-quality processing. .

<本発明の変形例について>
本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
<Regarding Modifications of the Present Invention>
The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

101:ファイバレーザ発振器
102:パルス圧縮器
103:伝送用中空コアファイバ
104:ファイバレーザ発振器の出力パルス
105:パルス圧縮器の出力パルス
106:中空コアファイバの出力パルス
201:Qスイッチ方式ファイバレーザ発振器
202:回折格子パルス圧縮器
203:伝送用中空コアファイバ
204:希土類添加光ファイバ
205a,b:FBG(Fiber Bragg Grating)ミラー
206:励起用半導体レーザ
207:Qスイッチ
208:コリメートレンズ
209:ビームスプリッタ
210a,b:回折格子対
211,212:反射ミラー
213:集光レンズ
300:MOPA方式ファイバレーザ発振器
301a,b:希土類添加光ファイバ
302a,b,c:励起用半導体レーザ
303a,b:コンバイナ
304:シード半導体レーザ
305a,b,c:光アイソレータ
400:プリズムパルス圧縮器
401:ビームスプリッタ
402a,b:プリズム対
403,404:反射ミラー
500:中空コアフォトニック結晶ファイバ
501:中空コア部
502:フォトニック結晶クラッド部
601:ユーザ入力信号
602:走査レーザ光
603:ビームスキャナ
604:ファイバレーザ発振器ドライバ
605:パルス圧縮器制御ドライバ
606:パルス幅モニタ
607:パワーモニタ
608:ビームスキャナ制御ドライバ
609:ビームスキャナ位置モニタ
610:レーザマーカコントローラ
611:反射光
701:レーザ印字装置本体
702:走査型レーザ印字ヘッド
703:伝送ケーブル
704:搬送装置
705a,b,c:印字対象物
706:走査レーザ光
707:識別子
801:分散補償用中空コアファイバ
802、803:レンズ
1001:中実コアファイバ
1002:中空コアファイバ
1003:中実コア部
1004:中空コア部
1005:反射防止膜
1101:スペクトル幅拡大用高非線形ファイバ
1102:コリメートレンズ
1301:非線形光学結晶
101: Fiber laser oscillator 102: Pulse compressor 103: Hollow core fiber for transmission 104: Output pulse from fiber laser oscillator 105: Output pulse from pulse compressor 106: Output pulse from hollow core fiber 201: Q-switched fiber laser oscillator 202 : grating pulse compressor
203: Hollow core fiber for transmission
204: Rare earth-doped optical fiber 205a, b: FBG (Fiber Bragg Grating) mirror 206: Excitation semiconductor laser 207: Q switch 208: Collimating lens 209: Beam splitter 210a, b: Diffraction grating pair 211, 212: Reflecting mirror 213: Condensing lens 300: MOPA fiber laser oscillator 301a, b: Rare earth-doped optical fiber 302a, b, c: Pumping semiconductor laser 303a, b: Combiner 304: Seed semiconductor laser 305a, b, c: Optical isolator 400: Prism pulse compressor
401: beam splitter 402a, b: prism pair 403, 404: reflecting mirror 500: hollow core photonic crystal fiber 501: hollow core section 502: photonic crystal clad section 601: user input signal 602: scanning laser light 603: beam scanner 604: Fiber laser oscillator driver 605: Pulse compressor control driver 606: Pulse width monitor 607: Power monitor 608: Beam scanner control driver 609: Beam scanner position monitor 610: Laser marker controller 611: Reflected light 701: Laser printer main body 702: Scanning laser print head 703: Transmission cable 704: Conveying devices 705a, b, c: Printed object 706: Scanning laser light 707: Identifier 801: Hollow core fibers for dispersion compensation 802, 803: Lens 1001: Solid core fiber 1002 : Hollow core fiber 1003: Solid core part 1004: Hollow core part 1005: Anti-reflection film 1101: Highly nonlinear fiber for expanding spectrum width 1102: Collimating lens 1301: Nonlinear optical crystal

Claims (15)

パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、
前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮し、ピークパワーを増大するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバと、
を備えるレーザ加工装置用のパルスレーザ光生成伝送装置。
a fiber laser oscillator that outputs pulsed laser light;
a pulse compressor for compressing the pulse width of the pulsed laser light output from the fiber laser oscillator and increasing the peak power ;
a hollow core fiber that transmits the pulsed laser light output from the pulse compressor;
A pulsed laser light generation and transmission device for a laser processing device comprising:
前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光は、ピークパワーがファイバの損傷閾値よりも小さく、1パルス当たりのエネルギーが加工に必要となるエネルギーよりも大きくなるようにパルス幅の長さが調整されているThe pulsed laser light output from the fiber laser oscillator has a pulse width adjusted so that the peak power is lower than the damage threshold of the fiber and the energy per pulse is higher than the energy required for processing. there is
請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。2. The pulsed laser light generating and transmitting device according to claim 1.
前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅が1ns以上であり、
前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光のパルス幅が100ps以下、ピークパワーが100kW以上である
請求項に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The pulse width of the pulsed laser light output from the fiber laser oscillator is 1 ns or more,
3. The pulsed laser light generating and transmitting device according to claim 2 , wherein the pulsed laser light output from said pulse compressor has a pulse width of 100 ps or less and a peak power of 100 kW or more.
前記ファイバレーザ発振器は、
励起用の半導体レーザと、
光増幅用の希土類添加光ファイバと、
パルスレーザ光生成用のQスイッチと、
光反射用のファイバブラッググレーティングと、
を備えたQスイッチ方式ファイバレーザ発振器である請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The fiber laser oscillator is
a semiconductor laser for excitation;
a rare-earth-doped optical fiber for optical amplification;
a Q switch for generating pulsed laser light;
a fiber Bragg grating for light reflection;
2. The pulsed laser light generating and transmitting device according to claim 1, which is a Q-switched fiber laser oscillator comprising:
前記ファイバレーザ発振器は、
パルス光生成用の第1の半導体レーザと、
励起用の第2の半導体レーザと、
光増幅用の希土類添加光ファイバと、
光整流用の光アイソレータと、
を備えたMOPA方式ファイバレーザ発振器である請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The fiber laser oscillator is
a first semiconductor laser for generating pulsed light;
a second semiconductor laser for excitation;
a rare-earth-doped optical fiber for optical amplification;
an optical isolator for optical rectification;
2. The pulsed laser light generation and transmission device according to claim 1, which is a MOPA type fiber laser oscillator comprising:
前記パルス圧縮器は、
分散補償用の回折格子対を備えた、回折格子パルス圧縮器である請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The pulse compressor is
2. The pulsed laser light generating and transmitting apparatus according to claim 1, which is a diffraction grating pulse compressor having a diffraction grating pair for dispersion compensation.
前記パルス圧縮器は、
分散補償用のプリズム対を備えた、プリズムパルス圧縮器である請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The pulse compressor is
2. The pulsed laser light generating and transmitting device according to claim 1, which is a prism pulse compressor having a prism pair for dispersion compensation.
前記中空コアファイバは、
中空構造の光ファイバの内壁に金属膜と、前記金属膜上に誘電体保護膜とが形成された金属膜中空コアファイバ、または、
中空構造の光ファイバの内壁に屈折率が異なる少なくとも2つの誘電体からなる周期的多層膜が形成された中空コアブラッグファイバである請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The hollow core fiber is
A metal film hollow core fiber in which a metal film is formed on the inner wall of an optical fiber having a hollow structure and a dielectric protective film is formed on the metal film, or
2. A device for generating and transmitting pulsed laser light according to claim 1, which is a hollow-core Bragg fiber in which a periodic multilayer film composed of at least two dielectrics having different refractive indices is formed on the inner wall of the hollow-structured optical fiber.
前記中空コアファイバは、
中空構造の光ファイバの内壁近傍に空孔が周期的に配置された中空コアフォトニック結晶ファイバである請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The hollow core fiber is
2. The apparatus for generating and transmitting pulsed laser light according to claim 1, which is a hollow-core photonic crystal fiber in which holes are periodically arranged in the vicinity of the inner wall of the optical fiber having a hollow structure.
前記パルス圧縮器は、
分散補償用の中空コアファイバである請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The pulse compressor is
2. The pulsed laser light generation and transmission device according to claim 1, which is a hollow core fiber for dispersion compensation.
前記ファイバレーザ発振器は、
中実コアファイバの端面からパルスレーザ光が出力されるレーザ発振器であり、
前記中実コアファイバの端面には反射防止膜が形成されており、
前記反射防止膜が形成された中実コアファイバの端面と、前記分散補償用の中空コアファイバの一方の端面とが、光軸をそろえ融着により接続されている請求項10に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
The fiber laser oscillator is
A laser oscillator that outputs a pulsed laser beam from the end face of a solid core fiber,
An antireflection film is formed on an end surface of the solid core fiber,
11. The pulse laser according to claim 10, wherein the end face of the solid core fiber on which the antireflection coating is formed and one end face of the hollow core fiber for dispersion compensation are spliced together with their optical axes aligned. Light generation and transmission equipment.
前記ファイバレーザ発振器と前記パルス圧縮器との間の光軸上に、
スペクトル幅を拡大するスペクトル幅拡大器が配置されている請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
on the optical axis between the fiber laser oscillator and the pulse compressor,
2. The pulsed laser light generating and transmitting apparatus according to claim 1, further comprising a spectral width expander for expanding the spectral width.
前記パルス圧縮器と光伝送用の前記中空コアファイバとの間の光軸上に、
光の波長を変換する非線形光学結晶が配置されている請求項1に記載のパルスレーザ光生成伝送装置。
on the optical axis between the pulse compressor and the hollow core fiber for optical transmission,
2. A pulsed laser light generating and transmitting device according to claim 1, wherein a nonlinear optical crystal for converting the wavelength of light is arranged.
パルスレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、
前記ファイバレーザ発振器が出力するパルスレーザ光のパルス幅を圧縮するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器が出力するパルスレーザ光を伝送する中空コアファイバと、
前記ファイバレーザ発振器を駆動するためのファイバレーザ発振器ドライバと、
前記パルス圧縮器を制御するためのパルス圧縮器制御ドライバと、
前記パルス圧縮器が出力する光の一部を分岐しパルス幅を測定するパルス幅モニタと、
前記中空コアファイバを伝送した光の一部を分岐しパワーを測定するパワーモニタと、
前記中空コアファイバを伝送した光を走査するビームスキャナと、
前記ビームスキャナを制御するためのビームスキャナ制御ドライバと、
前記ビームスキャナの位置を測定するビームスキャナ位置モニタと、
前記ファイバレーザ発振器ドライバ、前記パルス圧縮器制御ドライバ、前記ビームスキャナ制御ドライバに入力される信号を生成するレーザマーカコントローラと、
を備え、
前記ファイバレーザ発振器ドライバに入力される信号は、前記パルス幅モニタ、前記パワーモニタ、および前記ビームスキャナ位置モニタが出力する信号に基づき生成され、
前記パルス圧縮器制御ドライバに入力される信号は、前記パルス幅モニタが出力する信号に基づき生成され、
前記ビームスキャナ制御ドライバに入力される信号は、前記ビームスキャナ位置モニタが出力する信号に基づき生成される
レーザ加工装置。
a fiber laser oscillator that outputs pulsed laser light;
a pulse compressor for compressing the pulse width of the pulsed laser light output from the fiber laser oscillator;
a hollow core fiber that transmits the pulsed laser light output from the pulse compressor;
a fiber laser oscillator driver for driving the fiber laser oscillator;
a pulse compressor control driver for controlling the pulse compressor;
a pulse width monitor for branching a portion of the light output from the pulse compressor and measuring the pulse width;
a power monitor for branching a part of the light transmitted through the hollow core fiber and measuring the power;
a beam scanner that scans the light transmitted through the hollow core fiber;
a beam scanner control driver for controlling the beam scanner;
a beam scanner position monitor for measuring the position of the beam scanner;
a laser marker controller that generates signals that are input to the fiber laser oscillator driver, the pulse compressor control driver, and the beam scanner control driver;
with
A signal input to the fiber laser oscillator driver is generated based on signals output from the pulse width monitor, the power monitor, and the beam scanner position monitor,
A signal input to the pulse compressor control driver is generated based on a signal output from the pulse width monitor,
A laser processing apparatus in which a signal input to the beam scanner control driver is generated based on a signal output from the beam scanner position monitor.
レーザ加工装置は、
印字対象物に前記パルスレーザ光を用いて印字するレーザ印字装置である請求項14に記載のレーザ加工装置。
Laser processing equipment
15. The laser processing apparatus according to claim 14, wherein the laser processing apparatus is a laser printing apparatus that prints on an object to be printed using the pulsed laser beam.
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