JPH0651237A - Laser beam transmission device - Google Patents
Laser beam transmission deviceInfo
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- JPH0651237A JPH0651237A JP4203595A JP20359592A JPH0651237A JP H0651237 A JPH0651237 A JP H0651237A JP 4203595 A JP4203595 A JP 4203595A JP 20359592 A JP20359592 A JP 20359592A JP H0651237 A JPH0651237 A JP H0651237A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光伝送装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser light transmission device.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ光は指向性や集光性がよく、パワ
ー密度が高いといった特長を有するため産業上の種々の
分野での応用が期待されており、特に炭酸ガスレーザ光
は高い効率で大出力が得られることから、既に工業界に
おける加工や医療等の分野で活用されている。2. Description of the Related Art Laser light is expected to be used in various industrial fields because it has good directivity and light converging property and high power density. In particular, carbon dioxide laser light is highly efficient and highly effective. Since the output can be obtained, it is already used in the fields of processing and medical care in the industrial field.
【0003】これまで炭酸ガスレーザ光を被照射物まで
導くレーザ光伝送装置としては、ミラーやレンズ等の光
学部品の組合せによってレーザ発振器から被照射物まで
のレーザ光の進路を設定する方式のものが知られてい
る。ところが、この方式の装置では光学部品相互間で光
軸のずれ等の不都合が生じないように、使用する光学部
品相互の位置関係を精密に調整する必要があり、そのた
めに光学部品相互の光軸ずれを修正する光軸制御機構が
煩雑化したり、あるいはレーザ光の出射端を移動自在に
することが困難なためにレーザ光による加工の自由度が
妨げられるという問題があった。Conventionally, as a laser light transmission device for guiding a carbon dioxide laser beam to an object to be irradiated, there is one that sets a path of the laser light from the laser oscillator to the object to be irradiated by a combination of optical parts such as a mirror and a lens. Are known. However, in this type of device, it is necessary to precisely adjust the positional relationship between the optical components used in order to prevent inconveniences such as displacement of the optical axes between the optical components. There has been a problem that the optical axis control mechanism for correcting the deviation is complicated, or it is difficult to make the emitting end of the laser light movable so that the degree of freedom of processing by the laser light is hindered.
【0004】そこで前述の光軸制御機構を簡素化し、さ
らにレーザ光による加工の自由度を高めるために光ファ
イバや中空導波路のようなフレキシブルなレーザ光の伝
送路を用いてレーザ発振器から出射したレーザ光を被照
射物へ導くようにしたレーザ光伝送装置が研究されてい
る。これらのレーザ光伝送路の中でも誘電体を内装した
金属中空導波路は、低損失で炭酸ガスレーザ光を伝送で
き、中空構造であることから入射端での端面反射がな
く、冷却も容易であることから大電力伝送用の伝送路と
して適している。現在このような誘電体内装金属中空導
波路としては、ゲルマニウムおよび銀の薄膜を内装した
中空導波路が製品化されている。Therefore, in order to simplify the above-mentioned optical axis control mechanism and increase the degree of freedom of processing by laser light, a flexible laser light transmission path such as an optical fiber or a hollow waveguide is used to emit light from a laser oscillator. A laser light transmission device that guides a laser light to an object to be irradiated has been studied. Among these laser light transmission lines, the metal hollow waveguide with a built-in dielectric can transmit carbon dioxide laser light with low loss, and because it has a hollow structure, there is no end face reflection at the incident end and easy cooling. Therefore, it is suitable as a transmission line for high power transmission. Currently, as such a dielectric-containing metal hollow waveguide, a hollow waveguide containing a germanium and silver thin film is commercialized.
【0005】図2はゲルマニウム内装銀中空導波路の構
造を示したものである。同図に示されているように、パ
イプ状のニッケル層1の内面にゲルマニウム層2および
銀層3が内装され、このゲルマニウム層2により炭酸ガ
スレーザ光を伝送する中空領域4が区画形成されてい
る。このゲルマニウム内装銀中空導波路は、現在までに
長さ2mで3kWの炭酸ガスレーザ光の伝送を実現して
いる。このような誘電体内装金属中空導波路を用いるこ
とにより、フレキシブルにレーザ光を伝送できるレーザ
光伝送装置が構成できる。FIG. 2 shows the structure of a germanium-containing silver hollow waveguide. As shown in the figure, a germanium layer 2 and a silver layer 3 are provided on the inner surface of a pipe-shaped nickel layer 1, and a hollow region 4 for transmitting carbon dioxide laser light is defined by the germanium layer 2. . Up to now, this germanium-containing silver hollow waveguide has realized transmission of 3 kW carbon dioxide laser light with a length of 2 m. By using such a dielectric-containing metal hollow waveguide, it is possible to configure a laser light transmission device that can flexibly transmit laser light.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の誘電体
内装金属中空導波路は、レーザ光の伝搬領域である中空
部分の径が大きく、伝搬モードの数が多いマルチモード
伝送路となっている。このため、導波路に入射するレー
ザ光に高次モード成分が多く含まれていると、導波路出
射ビームはさらに高次モードを多く含んだマルチモード
となる。The dielectric hollow metal waveguide of the prior art described above is a multimode transmission line in which the diameter of the hollow portion which is the propagation region of laser light is large and the number of propagation modes is large. . Therefore, when the laser light incident on the waveguide contains many higher-order mode components, the waveguide exit beam becomes a multimode including many higher-order modes.
【0007】また、導波路内面が粗かったり、導波路に
曲げを与えたりすると高次モードが発生する。高次モー
ドは、導波路の出射端から放射したときの発散角が大き
いため、レンズによって集光した場合の集光径が大きく
なることや高次モードが導波路出射ビームの強度分布を
非対称にしやすいことなど、導波路を加工に用いる場合
に悪影響を及ぼす。例えば、導波路を切断加工に適用し
た場合、(1)切断幅が大きくなる。(2)ドロスが発
生しやすくなる。(3)切断面が粗くなる。等の欠点が
生じる。このように中空導波路がマルチモード伝送路で
あることが加工分野での実用化を妨げている。Further, if the inner surface of the waveguide is rough or the waveguide is bent, a higher-order mode is generated. The higher-order mode has a large divergence angle when radiated from the exit end of the waveguide, and therefore the condensing diameter when converging with a lens becomes large, and the higher-order mode makes the intensity distribution of the waveguide exit beam asymmetric. It is easy to use and adversely affects the use of the waveguide for processing. For example, when the waveguide is applied to the cutting process, (1) the cutting width becomes large. (2) Dross is likely to occur. (3) The cut surface becomes rough. Such disadvantages occur. As described above, the fact that the hollow waveguide is a multimode transmission path hinders its practical application in the processing field.
【0008】すなわちレーザ光の伝送路に中空導波路を
用いた場合、導波路の内径がレーザ光の波長と比べて充
分大きいため、伝搬するモードの数は多い。従って導波
路から出射されるレーザ光は高次モード成分を含んだマ
ルチモードとなってしまう。一般に高次モードを含んだ
マルチモード光は、ビームの強度分布が非対称となりや
すく、集光した時のビーム径が大きくなる。このような
マルチモード光で切断加工を行うと、切断幅が大きくな
り、ドロスが生じ易くなる。また、切断面の粗さも大き
くなる。That is, when a hollow waveguide is used as the laser light transmission path, the number of modes to propagate is large because the inner diameter of the waveguide is sufficiently larger than the wavelength of the laser light. Therefore, the laser light emitted from the waveguide becomes a multimode including a higher-order mode component. In general, multi-mode light including higher-order modes tends to have an asymmetric beam intensity distribution, and has a large beam diameter when condensed. When cutting is performed with such multi-mode light, the cutting width becomes large and dross easily occurs. Also, the roughness of the cut surface becomes large.
【0009】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、切断等の加工性能を大幅に向上させることを可能と
したレーザ光伝送装置を提供することを目的とするもの
である。The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a laser light transmission device capable of greatly improving processing performance such as cutting.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的は、入力結合部
をレーザ発振器からのレーザ光を集束する第1レンズ、
集束光を平行にする第2レンズおよび平行光を集束して
光導波路に入射する第3レンズの3枚のレンズを設け、
かつ第1レンズと第2レンズとの間にアパーチャーを装
着して形成し、出力集光部を導波路出射ビームを平行光
にする第4レンズ、平行光を集束する第5レンズ、集束
光を平行光に戻す第6レンズおよび平行光を集束する第
7レンズの4枚のレンズを設け、かつ第5レンズと第6
レンズとの間にアパーチャーを装着して形成することに
より、達成される。The above object is to provide a first lens for focusing a laser beam from a laser oscillator at an input coupling section,
Three lenses are provided: a second lens that makes the focused light parallel and a third lens that focuses the parallel light and makes it enter the optical waveguide.
Further, an aperture is attached between the first lens and the second lens to form an output condensing unit, a fourth lens for collimating the waveguide output beam into parallel light, a fifth lens for converging parallel light, and converging light. A sixth lens for returning to parallel light and a seventh lens for focusing parallel light, that is, four lenses, are provided, and the fifth lens and the sixth lens are provided.
It is achieved by mounting an aperture between the lens and the lens.
【0011】[0011]
【作用】上記手段を設けたので、高次モード成分を除去
したビームで加工できるようになる。Since the above-mentioned means is provided, processing can be performed with a beam from which higher order mode components have been removed.
【0012】[0012]
【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described by way of examples.
【0013】〔実施例1〕図1には本発明の一実施例が
示されている。なお従来と同じ部品には同じ符号を付し
たので説明を省略する。炭酸ガスレーザ発振器5より出
射されたレーザ光を照射部まで導く中空導波路6にレー
ザ光を結合する入力結合部7と、中空導波路6から出射
されたレーザ光を集束して被加工物8に照射する出力集
光部9とからなるレーザ光伝送装置において、本実施例
では入力結合部7をレーザ発振器5からのレーザ光を集
束する第1レンズ10、集束光を平行にする第2レンズ
11および平行光を集束して中空導波路6に入射する第
3レンズ12の3枚のレンズ10、11、12を設け、
かつ第1レンズ10と第2レンズ11との間にアパーチ
ャー13を装着して形成した。そして出力集光部9を導
波路出射ビームを平行光にする第4レンズ14、平行光
を集束する第5レンズ15、集束光を平行光に戻す第6
レンズ16および平行光を集束する第7レンズ17の4
枚のレンズ14、15、16、17を設け、かつ第5レ
ンズ15と第6レンズ16との間にアパーチャー18を
装着して形成した。このようにすることにより高次モー
ド成分を除去したビームで加工できるようになって、切
断時には切断幅を小さくでき、かつ切断面粗さの小さい
切断ができるようになり、切断等の加工性能を大幅に向
上させることを可能としたレーザ光伝送装置を得ること
ができる。[Embodiment 1] FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. Since the same parts as those of the prior art are designated by the same reference numerals, the description thereof will be omitted. An input coupling section 7 for coupling laser light to a hollow waveguide 6 for guiding the laser light emitted from a carbon dioxide gas laser oscillator 5 to an irradiation section, and a laser light emitted from the hollow waveguide 6 are focused on a workpiece 8. In this embodiment, in the laser light transmission device including the output condensing unit 9 for irradiating, the input coupling unit 7 in the present embodiment is the first lens 10 for converging the laser light from the laser oscillator 5, and the second lens 11 for collimating the converging light. And three lenses 10, 11, 12 of a third lens 12 for focusing parallel light and making it enter the hollow waveguide 6,
In addition, the aperture 13 was attached between the first lens 10 and the second lens 11 to form it. Then, the output condensing unit 9 has a fourth lens 14 for converting the waveguide outgoing beam into parallel light, a fifth lens 15 for focusing the parallel light, and a sixth lens for returning the focused light into the parallel light.
4 of the lens 16 and the seventh lens 17 for focusing the parallel light
The lenses 14, 15, 16 and 17 are provided and the aperture 18 is mounted between the fifth lens 15 and the sixth lens 16. By doing so, it becomes possible to process with a beam from which higher-order mode components have been removed, the cutting width can be reduced during cutting, and cutting with a small cut surface roughness can be performed, and processing performance such as cutting can be improved. It is possible to obtain a laser light transmission device capable of being greatly improved.
【0014】すなわち同図(a)はレーザ光伝送装置の
入力結合部7を示す。炭酸ガスレーザ発振器5から出射
されたレーザビームには、一般に高次モード成分が含ま
れており、完全なガウス型の強度分布とはなっていな
い。このレーザビームを第1レンズ10で集光し、その
集光位置にアパーチャー13を設置する。レーザビーム
の高次モード成分はこのアパーチャー13によって除去
されるため、高次モードを含んだ発振器出力光の強度分
布19aは、ガウス状の強度分布19bに変換される。
このガウス型ビームはアパーチャー13を通過後、大き
く広がるため、第2レンズ11を適当な位置に置き、レ
ーザビームを平行光とする。平行光になったレーザビー
ムを第3レンズ12で集光して中空導波路6に結合す
る。このように、高次モード成分を除いたレーザビーム
を導波路6に結合することにより導波路6に励振される
モード数を低減できる。That is, FIG. 1A shows the input coupling section 7 of the laser light transmission device. The laser beam emitted from the carbon dioxide gas laser oscillator 5 generally contains higher-order mode components, and does not have a perfect Gaussian intensity distribution. This laser beam is condensed by the first lens 10, and the aperture 13 is installed at the condensing position. Since the higher-order mode component of the laser beam is removed by this aperture 13, the intensity distribution 19a of the oscillator output light including the higher-order mode is converted into a Gaussian intensity distribution 19b.
Since this Gaussian beam spreads greatly after passing through the aperture 13, the second lens 11 is placed at an appropriate position to collimate the laser beam. The collimated laser beam is condensed by the third lens 12 and coupled to the hollow waveguide 6. As described above, the number of modes excited in the waveguide 6 can be reduced by coupling the laser beam excluding the higher-order mode components to the waveguide 6.
【0015】しかし、導波路6を伝搬するレーザ光に
は、導波路内壁の表面粗さや導波路6の曲がり等が原因
となって高次モードが発生することが考えられる。導波
路内面が粗かったり、導波路6に厳しい曲げを加えた場
合には、導波路内を伝搬中に高次モードが発生するの
で、導波路出射端で高次モードを低減することが必要と
なる。However, it is conceivable that the laser light propagating through the waveguide 6 will have higher-order modes due to the surface roughness of the inner wall of the waveguide, the bending of the waveguide 6, and the like. When the inner surface of the waveguide is rough or when the waveguide 6 is severely bent, a higher-order mode is generated during propagation in the waveguide, so it is necessary to reduce the higher-order mode at the exit end of the waveguide. Becomes
【0016】同図(b)にはレーザ光伝送装置の出力集
光部9が示されている。導波路6から出射したレーザビ
ームは大きな広がり角を持つため、第4レンズ14で平
行光とする。平行光となったレーザビームを第5レンズ
15で集光し、その集光位置にアパーチャー18を設置
する。レーザビームの高次モード成分はこのアパーチャ
ー18によって除去されるため、高次モードを含んだ導
波路出力光の強度分布19cは、ガウス状の強度分布1
9dに変換される。このガウス型ビームはアパーチャー
18を通過後、大きく広がるため、第6レンズ16を適
当な位置に置き、レーザビームを平行光とする。平行光
になったレーザビームを第7レンズ17で集光して被加
工物8に照射する。このようにしてレーザビーム中の高
次モード成分を除去して切断加工を行うと、切断幅を小
さくでき、かつ切断面粗さの小さい切断ができる。ま
た、ドロスが発生しにくくなる。FIG. 1B shows the output condensing unit 9 of the laser light transmission device. Since the laser beam emitted from the waveguide 6 has a large divergence angle, it is collimated by the fourth lens 14. The laser beam that has become parallel light is condensed by the fifth lens 15, and the aperture 18 is installed at the condensing position. Since the higher-order mode component of the laser beam is removed by this aperture 18, the intensity distribution 19c of the waveguide output light including the higher-order mode is the Gaussian intensity distribution 1
Converted to 9d. Since this Gaussian beam spreads greatly after passing through the aperture 18, the sixth lens 16 is placed at an appropriate position to collimate the laser beam. The laser beam that has become parallel light is condensed by the seventh lens 17 and applied to the workpiece 8. When the cutting process is performed by removing the higher-order mode component in the laser beam in this manner, the cutting width can be reduced and the cutting surface roughness can be reduced. Also, dross is less likely to occur.
【0017】このように本実施例によれば、導波路出射
ビームの高次モード成分を除去してガウス型のビームと
して加工を行うことにより、加工性能を大幅に向上した
レーザ光伝送装置を得ることができる。例えば、切断加
工においては切断幅の低減、切断面粗さの向上、ドロス
発生の抑制を実現できる。As described above, according to the present embodiment, the laser light transmission device with greatly improved processing performance is obtained by removing the higher-order mode component of the waveguide exit beam and processing it as a Gaussian beam. be able to. For example, in the cutting process, it is possible to reduce the cutting width, improve the cut surface roughness, and suppress dross generation.
【0018】なお、本発明は入力結合部および出力集光
部の両方を同時に実施するのがより効果的であるが、ど
ちらか一方のみを実施しても効果がある。また、本実施
例では切断加工を対象として述べているが、例えば溶接
等他の用途においても性能向上が期待できる。In the present invention, it is more effective to implement both the input coupling section and the output condensing section at the same time, but it is effective to implement only one of them. Further, in the present embodiment, the cutting process is described, but the performance improvement can be expected in other applications such as welding.
【0019】[0019]
【発明の効果】上述のように本発明は、入力結合部をレ
ーザ発振器からのレーザ光を集束する第1レンズ、集束
光を平行にする第2レンズおよび平行光を集束して光導
波路に入射する第3レンズの3枚のレンズを設け、かつ
第1レンズと第2レンズとの間にアパーチャーを装着し
て形成し、出力集光部を導波路出射ビームを平行光にす
る第4レンズ、平行光を集束する第5レンズ、集束光を
平行光に戻す第6レンズおよび平行光を集束する第7レ
ンズの4枚のレンズを設け、かつ第5レンズと第6レン
ズとの間にアパーチャーを装着して形成したので、高次
モード成分を除去したビームで加工できるようになっ
て、切断時には切断幅を小さくでき、かつ切断面粗さの
小さい切断ができるようになり、切断等の加工性能を大
幅に向上させることを可能としたレーザ光伝送装置を得
ることができる。As described above, according to the present invention, the input coupling portion has the first lens for focusing the laser light from the laser oscillator, the second lens for collimating the focused light, and the parallel light for being incident on the optical waveguide. A fourth lens formed by providing three lenses of a third lens and mounting an aperture between the first lens and the second lens, and making the output condensing unit to make the waveguide output beam parallel light; A fifth lens for focusing the parallel light, a sixth lens for returning the focused light to the parallel light and a seventh lens for focusing the parallel light are provided, and an aperture is provided between the fifth lens and the sixth lens. Since it is mounted and formed, it becomes possible to process with a beam from which higher-order mode components have been removed, making it possible to reduce the cutting width when cutting and also to cut with a small cut surface roughness. To significantly improve It can be obtained capable and the laser light transmission device.
【図1】本発明のレーザ光伝送装置の一実施例を示すも
ので(a)は入力結合部の説明図、(b)は出力集光部
の説明図である。1A and 1B show an embodiment of a laser light transmission device of the present invention, FIG. 1A is an explanatory diagram of an input coupling portion, and FIG.
【図2】従来のレーザ光伝送装置の中空導波路の斜視図
である。FIG. 2 is a perspective view of a hollow waveguide of a conventional laser light transmission device.
5 炭酸ガスレーザ発振器 6 中空導波路 7 入力結合部 8 被加工物 9 出力集光部 10 第1レンズ 11 第2レンズ 12 第3レンズ 13 アパーチャー 14 第4レンズ 15 第5レンズ 16 第6レンズ 17 第7レンズ 18 アパーチャー 5 Carbon dioxide laser oscillator 6 Hollow waveguide 7 Input coupling part 8 Workpiece 9 Output condensing part 10 First lens 11 Second lens 12 Third lens 13 Aperture 14 Fourth lens 15 Fifth lens 16 Sixth lens 17 Seventh Lens 18 aperture
Claims (2)
射部まで導く光導波路にレーザ光を結合する入力結合部
と、前記光導波路から出射されたレーザ光を集束して被
加工物に照射する出力集光部とからなるレーザ光伝送装
置において、前記入力結合部が前記レーザ発振器からの
レーザ光を集束する第1レンズ、集束光を平行にする第
2レンズおよび平行光を集束して前記光導波路に入射す
る第3レンズの3枚のレンズが設けられ、かつ第1レン
ズと第2レンズとの間にアパーチャーが装着されている
ことを特徴とするレーザ光伝送装置。1. An input coupling section for coupling laser light to an optical waveguide that guides laser light emitted from a laser oscillator to an irradiation section, and a laser beam emitted from the optical waveguide is focused and applied to a workpiece. In a laser light transmission device including an output condensing unit, the input coupling unit focuses the laser light from the laser oscillator, a first lens, a second lens for collimating the focused light, and a parallel light for focusing the parallel light. A laser light transmission device comprising three lenses of a third lens that enter a waveguide, and an aperture is mounted between the first lens and the second lens.
行光にする第4レンズ、平行光を集束する第5レンズ、
集束光を平行光に戻す第6レンズおよび平行光を集束す
る第7レンズの4枚のレンズが設けられ、かつ前記第5
レンズと第6レンズとの間にアパーチャーが装着された
ものである請求項1記載のレーザ光伝送装置。2. The output condensing unit has a fourth lens for collimating the waveguide output beam into parallel light, and a fifth lens for converging parallel light.
There are provided four lenses, a sixth lens for returning the focused light to parallel light and a seventh lens for focusing the parallel light, and the fifth lens.
The laser light transmission device according to claim 1, wherein an aperture is mounted between the lens and the sixth lens.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4203595A JPH0651237A (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Laser beam transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4203595A JPH0651237A (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Laser beam transmission device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0651237A true JPH0651237A (en) | 1994-02-25 |
Family
ID=16476673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4203595A Pending JPH0651237A (en) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | Laser beam transmission device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0651237A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08248272A (en) * | 1995-03-13 | 1996-09-27 | Kyocera Corp | Peak position detecting device of optical transmitted power of light source, optical fiber connected to light source or light emitting element |
JP2007148288A (en) * | 2005-11-30 | 2007-06-14 | Research Foundation For Opto-Science & Technology | Exiting light condensing unit |
JPWO2018051450A1 (en) * | 2016-09-15 | 2019-06-27 | 株式会社島津製作所 | Laser device |
-
1992
- 1992-07-30 JP JP4203595A patent/JPH0651237A/en active Pending
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