JPH0475794A - レーザ加工装置の出力ビームモード安定化光ファイバ - Google Patents

レーザ加工装置の出力ビームモード安定化光ファイバ

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JPH0475794A
JPH0475794A JP2187697A JP18769790A JPH0475794A JP H0475794 A JPH0475794 A JP H0475794A JP 2187697 A JP2187697 A JP 2187697A JP 18769790 A JP18769790 A JP 18769790A JP H0475794 A JPH0475794 A JP H0475794A
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JP
Japan
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optical fiber
laser
laser processing
output beam
beam mode
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JP2187697A
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English (en)
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Shinya Okumura
信也 奥村
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工装置の出力ビームモード安定化光フ
ァイバに関(7、特にレーザ発振器から出力されるレー
ザ光を光ファイバで被加工装置まで誘導するレーザ加工
装置において光ファイバが短い場合に生じる出力ビーム
モードの不安定な変化を安定化さゼる出力ビームモード
安定化光ファイバに関するものである。
〔従来の技術〕
レーザ加工装置は、現在、被加工物の切断、穴開け、溶
接等に利用されている。!レーザ加工装置では、レーザ
発振器で励振され、出力された所定のエネルギーを有す
るレーザ光は、被加工物が配設された箇所まで誘導され
、被加工物の所要箇所にレーザ光を照射するように構成
される。被加工物に対してレーザ光でどのような処理を
施すかきいうことについては、レーザ光のモード、ビー
ム径、エネルギー密度などによって定められる。レーザ
発振器で発生したレーザ光を出力I1、被加工物まで誘
導する手段と17テは、従来、複数の反射鏡を用いて光
路を変更して導く方法や、光ファイバを用いて導く方法
が存在する。
〔発明が解決しようとする課題〕
レーザ発振器と被加工物との間に光コアイノくを配設し
、レーザ発振器で出力されるレーザ光を光ファイバで誘
導して被加工物まで導くように構成されたレーザ加工装
置では、次のような問題が起きる。光ファイバには、そ
の光伝送特性が異なる2種類のもの、すなわち8N型(
ステップインデックス型)とGl型(グレーデッドイン
デックス型)の光ファイバが存在する。SI型光ファイ
ノくはコア部の屈折率が一様となるように構成され、入
射された光は光ファイバの内部で様々な角度で反射17
て進むという特性を有している。GI型光ファイバはコ
ア部の屈折率が光軸からの距離のほぼ2乗に比例して減
少するように構成される。上記の各構成によれば、Sl
型の光コアイノ(で伝送されたレーザ光の光フアイバ出
射部でのエネルギー密度分布は、−様な屈折率が原因と
なって均な、すなわち平坦な分布特性を有する。これに
対してGl型の光ファイバで伝送されるレーザ光に関す
る光フアイバ出射部でのエネルギー分布の特性は、光軸
近傍の中央部のエネルギー密度が高くなる分布特性を有
する。
一方、レーザ発振器から出力されたlノーザ光のエネル
ギ・−密度分布には、単峰であるシングルモードと、複
数の峰を有するマルチモードの2種類のモードが存在す
る。前述;−た光ファイバの伝送特性に起因する伝送時
における光のエネルギー密度分布は上記2種類のいずれ
のレーザ光を入射しても同様な分布変化が生じる。
ところで、レーザ光を光ファイバで伝送するように構成
されたレーザ加工装置において、被加工物に対して均一
な、ずなわぢ平坦な分布特性を有するレーザ光を与えた
い場合が生じる。この場合に、レーザ発振器で出力され
且つ光ファイバに入射されるレーザ光のモードがシング
ルモード又はマルチモードであっても、Sl型の光ファ
イバが用いられているときには、光ファイバが十分の長
さを有するものであれば、所要の均一なエネルギー密度
分布を有するレーザ光をその出射部で得ることができる
。しかし、伝送手段として使用される光ファイバが短い
ものであり且つストレート状態で使用される場合には、
光ファイバの出射部で得られる1/−ザ光のエネルギー
密度分布特性は不均一な崩れたものとなり、均一の分布
特性を有する所要のレーザ光を得ることができない。レ
ーザ加工装置は通常狭いスペースに配設されて使用され
、その光ファイバは短くなる傾向にあるから、かかる不
具合が生じる可能性は高い。
本発明の目的は、被加工物へのレーザ光の伝送手段とし
て短形の光ファイバが用いられるレーザ加工装置におい
て、被加工物に対してエネルギー密度分布が平坦なレー
ザ光を安定して与えることのできるレーザ加工装置の出
力ビームモード安定化光ファイバを提供することにある
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る第1の1ノ−ザ加工装置の出力ビームモー
ド安定化光ファイバは、レーザ発振器から出力されたし
・−ザ光を光ファイバで被加工物まで伝送する■レーザ
加工装置において、前記レーザ光の途中に光散乱用伝送
部を設ifるように構成される。
本発明に係る第2の17−ザ加工装置の出力ビームモー
ド安定化光ファイバは、前記第1の構成において、前記
光散乱用伝送部が、光ファイバをリング状に巻いて設け
られることを特徴点と17で有する。
本発明に係る第3のレーザ加工装置の出力ビームモード
安定化光ファイバは、前記第2の構成において、前記リ
ング部は、リングの径が小さいときには−巻きとし、リ
ングの径が大きいときには複数巻きとしたことを特徴点
として有する。
本発明に係る第4のレーザ加工装置の出力ビームモード
安定化光ファイバは前記第1の構成において、前記光散
乱用伝送部が、光ファイバに複数の折曲げ部を形成して
設けられることを特徴点として有する。
本発明に係る第5のレーザ加工装置の出力ビームモード
安定化光ファイバは、前記第1.の構成において、前記
光散乱用伝送部が、光ファイバに螺旋部を形成して設け
られることを特徴点として有する。
前記第4又は第5のレーザ加工装置の出力ビームモード
安定化光ファイバでは、被覆部材で被覆することにより
、それぞれの形状を保持するようにすることが可能であ
る。
〔作用〕
本発明によるレーザ加工装置の出力ビームモード安定化
光ファイバでは、レーザ発振器で出力されるレーザ光を
短い光ファイバで被加工物まで誘導するように構成され
たレーザ加工装置に適用されるものであり、前記光ファ
イバの途中に所要の光散乱を発生させる光散乱用伝送部
を設けるように構成し、伝送されるレーザ光を十分に散
乱させ、エネルギー密度分布が平坦なレーザ光を得るも
のである。前記光散乱用伝送部は、所定の径を有するリ
ング部、所定の形状を有する折曲げ部あるいは螺旋形部
によっ−Cf調易1構成することができる。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
第1−図はレーザ加工装置の全体構成を概略的に示す。
本図において、1はレーザ発振器、2は光ファイバ、3
は光ファイバ2をレーザ発振器1の出力部に接続するた
めのコネクタである。光ファイバ2の他端にはレーザ光
を出射するための出射部4が設けられている。この構成
によりレーザ発振器1で出力されたレーザ光は、光ファ
イバ2で伝送され、出射部4から被加工物5に照射され
る。
当該構成を有するレーザ加工装置において、レーザ光伝
送手段と17での光ファイバ2は短形の形状を有17、
その途中に光散乱用伝送部6を備えている。本実施例で
使用されている光ファイバ2は、81型の光ファイバで
ある。またjレーザ発振器1で出力されるレーザ光のモ
ードはシングルモード又はマルチモ・−ドである。
上記のレーザ加工装置では、被加工物5に対してエネル
ギー密度分布が平坦な1ノ−ザ光を与える機能を有1.
ており、かかるエネルギー密度分布特性を有するレーザ
光は、光ファイバ2の光散乱用伝送部6によって作られ
る。
次に前記光散乱用伝送部6の具体的構成例を第2図〜第
5図に基づき説明する。
第2図に示される実施例では、光ファイバ2の途中を一
回巻いてリング部6Aを形成することにより光散乱用伝
送部6を形成するようにしている。
7はリング部6Aの根元を結合するクランプである。本
実施例ではコア径が400μmの光ファイバを使用(7
ており、この条件の下で、リング部6Aの径Rは50r
nynとなるように形成している。
すなわち、コア径が50mmであるときには、径が50
mmのリング部6Aを形成すると、−巻きで充分な光散
乱が生じ、必要とするエネルギー密度分布を有したレー
ザ光を得ることができる。またコア径が400mmより
大きい光ファイバの場合には、径Rを50mmより大き
くし、反対に400mmより小さい光ファイバの場合に
は、径Rを小さくすることができる。
次に、第6図及び第7図を参照して実験例に基づき具体
的な作用・効果を説明する。第6図は光ファイバ2に入
射されるレーザ光に関する2種類のビームモードを示し
、20はシングルモード、21はマルチモードである。
第6図において、紋軸はエネルギー密度、横軸はレーザ
ビームの径方向の位置を示し、横軸において0はレーザ
ビームの光軸位置を表1.ている。第6図に示されるよ
うなレーザ光2O,21を光ファイバに入射(、て伝送
する場合、矩形の光ファイバがスト1ノートであるとき
には、出射されるレーザ光のモードはそれぞれ第7図(
A)の2OA、21Aの如くなる。
いずれの場合にも、エネルギー密度分布特性は平坦でな
く、不均一な崩れたちのkなっている。また短形の光フ
ァイバの途中に半径Rが1.00mmである−巻きのリ
ング部を形成(7た場合の伝送特性は、第7図(B)の
20B、21 Bに示す如くなる。この光ファイバによ
っても、十分に平坦なエネルギー・密度分布特什を有す
るレーザ光を得ることができない。上記の各光ファイバ
に対し7て、第2図に示(7た本実施例によるリング部
6A$l−備えた光ファイバ2を、レーザ光伝送手段き
して使用しまた場合には、第7図(C)の20C,2I
Cに示される如く、十分に平坦なエネルギー密度分布特
性を有するレーザ光を得るこきができる。
第3図は、前記第2図に示した実施例において、リング
部の半径を2倍の2R占した場合である。
この場合にはリング部6Bの径が大きくなるので、リン
グ部を2巻きにして形成する。これによって、前記第J
実施例の場合と同様な効果を生じさせることができる。
第4図は本発明の他の変更実施例を示す。この実施例で
は、レーザ光伝送手段である光ファイバ2の途中に、複
数のくの字形の折曲げ部2aを形成17、かかる複数の
折曲げ部2aによって光散乱用伝送部6を形成するよう
にしている。この形状によっても、複数のくの字形の部
分で十分に散乱が発生し、第7図(C)で示されるよう
なレーザ光を出射部で得るこLができる。光ファイバ2
において上記形状を保持するため、通算゛、樹脂部材又
はゴム部材等の被デ部祠8で光ファイバ2における折曲
げ部2aが形成される部分を被覆j7、これによって散
乱用伝送部6とi−で要求される形状を保持している。
なお、樹脂部材等の被覆部材8は必ず必要とされるもの
ではなく、光ファイバ2そのものに安定して形態を付与
することができる場合には不要である。 ′ 第5図は本発明の他の実施例を示す。この実施料では、
光ファイバ2の途中に螺旋形を1−1た部分2bを少な
くとも1箇所形成するようにした。このように光ファイ
バ2の途中に螺旋部213を形成することにより所要の
散乱を発生さ)士でも、第7図(C)に示されるエネル
ギー密度分布特性を有するレーザ光を得ることができる
。まt′:第5図に示される光ファイバ2の螺旋部2b
は光ファイバそのものの形態として作ることもできるが
、前記実施例と同様に樹脂部材又はゴム部材等で作られ
る被覆部材9を設けることによって形状を保持するよう
にすることもできる。
上記の各実施例では、光ファイバ2の形状を部分的に変
更することによって光散乱用伝送部を設けるように(7
たが、光ファイバ2とは全く別部材の光散乱機能を有す
る部材を取付けるように構成することも可能である。
〔発明の効果〕
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、レーザ
発振器で発生(7た!ノーザ光を短い光ファイバを用い
て被加工物まで伝送するように構成されたレーザ加工装
置において、光ファイバの途中にレーザ光を散乱ざぜる
伝送部を設υるようにI7たため、レーザ加工で必要と
されるエネルギー密度分布が平坦な特性を有するレーザ
光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1−図は本発明に係る光ファイバが適用されるレーザ
加工装置のW、略構成図、第2図は光散乱用伝送部の第
1一実施例を示す図、第4図は光散乱用〔符号の説明〕 1・・eぐ・ 2・φe−− 5・・・・・ 6・・#φφ 6A・・・・ a11 2b・・・・ 8.9φ・・ ・レーザ発振器 ・光ファイバ ・被加工物 ・光散乱用伝送部 ・リング部 ・折曲げ部 ・螺旋形部分 ・被覆部材

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザ発振器から出力されたレーザ光を光ファイ
    バで被加工物まで伝送するレーザ加工装置において、前
    記レーザ光の途中に光散乱用伝送部を設けるようにした
    ことを特徴とするレーザ加工装置の出力ビームモード安
    定化光ファイバ。
  2. (2)請求項1記載のレーザ加工装置の出力ビームモー
    ド安定化光ファイバにおいて、前記光散乱用伝送部は、
    光ファイバをリング状に巻いて設けられることを特徴と
    するレーザ加工装置の出力ビームモード安定化光ファイ
    バ。
  3. (3)請求項2記載のレーザ加工装置の出力ビームモー
    ド安定化光ファイバにおいて、前記リング部は、リング
    の径が小さいときには一巻きとし、リングの径が大きい
    ときには複数巻きとしたことを特徴とするレーザ加工装
    置の出力ビームモード安定化光ファイバ。
  4. (4)請求項1記載のレーザ加工装置の出力ビームモー
    ド安定化光ファイバにおいて、前記光散乱用伝送部は、
    光ファイバに複数の折曲げ部を形成して設けられること
    を特徴とするレーザ加工装置の出力ビームモード安定化
    光ファイバ。
  5. (5)請求項4記載のレーザ加工装置の出力ビームモー
    ド安定化光ファイバにおいて、前記折曲げ部は被覆部材
    で被覆され、前記折曲げ部の折曲げ形状を保持するよう
    にしたことを特徴とするレーザ加工装置の出力ビームモ
    ード安定化光ファイバ。
  6. (6)請求項1記載のレーザ加工装置の出力ビームモー
    ド安定化光ファイバにおいて、前記光散乱用伝送部は、
    光ファイバに螺旋部を形成して設けられることを特徴と
    するレーザ加工装置の出力ビームモード安定化光ファイ
    バ。
  7. (7)請求項6記載のレーザ加工装置の出力ビームモー
    ド安定化光ファイバにおいて、前記螺旋部は被覆部材で
    被覆され、前記螺旋部の螺旋形状を保持するようにした
    ことを特徴とするレーザ加工装置の出力ビームモード安
    定化光ファイバ。
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