JPH10282363A - 光ファイバ導光器 - Google Patents

光ファイバ導光器

Info

Publication number
JPH10282363A
JPH10282363A JP9085325A JP8532597A JPH10282363A JP H10282363 A JPH10282363 A JP H10282363A JP 9085325 A JP9085325 A JP 9085325A JP 8532597 A JP8532597 A JP 8532597A JP H10282363 A JPH10282363 A JP H10282363A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
optical fiber
mode
binary optics
areas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP9085325A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoru Yamaguchi
哲 山口
Motoi Kido
基 城戸
Katsuhiro Minamida
勝宏 南田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP9085325A priority Critical patent/JPH10282363A/ja
Publication of JPH10282363A publication Critical patent/JPH10282363A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 TEMnmモードのレーザビームを可及的に
TEM00に近い強度分布、即ちきれいなガウシアン分布
のレーザビームに変換し、あるいは、TEMnmモードの
レーザビームの各領域の位相を備えて、光ファイバに導
光する光学系を提供する。 【解決手段】 ビームの各領域の位相をそのモード次
数に応じて反転させて該各領域の位相が一致するよう
に、その入射する領域の厚みをビームの各領域の元の位
相に応じた厚みのバイナリーオプティクスにより、溝は
あるもののビーム全体の電界振幅の符号が一致する。す
ると、ある程度出力位置から離間した位置では利用可能
な略ガウシアン分布のビームとなる。あるいは、モード
次数に応じて反転させて該各領域の位相が一致するよう
に、その入射する領域の厚みをビームの各領域の元の位
相に応じた厚みの位相シフト板により、位相の揃ったビ
ームとなる。このようなビームを集束させて光ファイバ
に導光する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高次横モードのレ
ーザビームを、強度がガウシアン分布をなすビームに変
換した後、或いは位相を揃えた後、光ファイバに導光す
るための光学系に関するものである。
【0002】
【従来の技術】レーザ発振器を用いたレーザ加工を行う
方法の1つとして、レーザ光を一旦光ファイバに導光し
た後、照射する方法がある。レーザ光がファイバに導入
されると、ファイバの持つ自由度の高いフレキシブルな
自在性により任意の場所に自由にファイバの出射端を持
っていくことができる。このとき、ビーム品質の高いレ
ーザ光は容易にファイバに導光でき、細いファイバを用
いることによりファイバから出射した後、高密度に集光
することができる。しかし、このような高ビーム品質を
与えるレーザはその出力が制限される。一般に、レーザ
が大出力になるほどビーム品質が悪くなり、光ファイバ
に導光しにくくなる。こうして、直径が大きいファイバ
を使用せざるを得なくなり、ファイバから出射した後の
集光性が悪くなる。
【0003】一方、回折光学素子であるバイナリーオプ
ティクスは、その断面構造が光の波長オーダの階段状と
なっており、進行する光の波面は階段の厚みの違いによ
りその進行方向が変えられる。即ち、光の透過長が隣の
階段と異なるために、光の位相がずれ、光の干渉効果に
より回折して光路が曲げられる。階段の繰り返しピッチ
は光路長を一波長だけ違える幅として与えられる。例え
ばYAGレーザ光を集光する目的のバイナリーオプティ
クスはその階段構造として幅が数μm、暑さが1μm程
度のものである。例えば同心円状のパターンからなるバ
イナリーオプティクスは凸レンズのような単レンズの機
能を有している。凸レンズ機能のバイナリーオプティク
スは、入射した平行光線を一点、即ち焦点に集めるよう
に働く(例えば、G. J. Swanson et al., US Patent 48
95790, (1990)参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したレ
ーザ発振器にあたっては、特にレーザ出力が大きくなる
と、高次のモードで発振しやすく、中心に2つに分割さ
れたTEM10モードや4つに分割されたTEM11モー
ド、更にマトリックス状の斑点模様の形状を有するTE
nmモードになり、ビーム品質が低下しがちである。こ
のようなモードのレーザ光はうまく集束させてファイバ
に導光することが困難であった。
【0005】本発明は、かかる状況に鑑みてなされたも
のであり、TEMnmモードのレーザビームを可及的にT
EM00に近い強度分布、即ちきれいなガウシアン分布の
レーザビームに変換し、あるいは、TEMnmモードのレ
ーザビームの各領域の位相を備えて、ファイバに導光す
る光学系を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、まず、高次モードのレーザビームを、強
度がガウシアン分布をなすビームに変換するべく、前記
ビームの光軸を中心として該光軸に直行する面に形成さ
れた回折格子よりなるバイナリーオプティクスに於て、
前記ビームの各領域の位相をそのモード次数に応じて反
転させて該各領域に位相が一致するように、前記ビーム
の前記各領域に応じて、対応する各領域の厚みを変え、
このバイナリーオプティクスを透過させたレーザ光を光
ファイバに導光するようにし、若しくは、位相シフト板
に於て、前記ビームの各領域の位相をそのモード次数に
応じて反転させて該各領域の位相が一致するように、前
記ビームの前記各領域に応じて、対応する各領域の厚み
を変え、該位相シフト板を透過させたレーザ光を光ファ
イバに導光するようにした光ファイバ導光器を提供す
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明を詳細に説明する。
【0008】図1に本発明が適用されたレーザ加工装置
の第1の実施形態に於ける要部構成を示す。例えば平均
出力100Wのレーザ加工のNd:YAGレーザの共振
器1から出力された光は焦点距離の異なる2枚のレンズ
の組み合わせで構成されるビーム拡大器2を介して拡大
され、平行光に変換された後、バイナリーオプティクス
3に入射するようになっている。このレーザ光はビーム
形状が円形をなし、その光軸がバイナリーオプティクス
3の中心Oと一致するように入射するものとする。そし
て、ビーム変形された光は平行光にするためのバイナリ
ーオプティクス4を介して光ファイバ7に導光される。
このとき、低質成分は光ファイバには入れないため除去
される。光ファイバに導光されたレーザ光は公知のレー
ザ加工に用いられることとなる。
【0009】ここで、共振器1内にはビームの横モード
を固定するためのアパチャー部材10が設けられてい
る。これは共振器1から出力されるビームの横モードを
リングモード等時間的に変化するモードではなく固定さ
れた1つのTEMnmモードとするべく、固定するべきモ
ードに応じた形状及び数の開口を設けた遮蔽部材であ
る。本形態ではTEM11モードに固定するべく、共振器
1のリヤミラー1aとアウトプットミラー1bとの間に
窓形の開口のアパチャー部材10を設けている。これ以
外に、各種形状の開口を有するアパチャー部材により任
意のTEMnmモードに固定できる。
【0010】図2に本発明が適用されたレーザ加工装置
の第2の実施形態に於ける要部構成を示す。Nd:YA
Gレーザの共振器1から出力された光はビーム拡大器2
を介して拡大され、平行光に変換された後、位相シフト
板5に入射するようになっている。そして、位相を揃え
られたレーザビームはレンズ6を介して光ファイバ7に
導光される。光ファイバに導光されたレーザ光は公知の
レーザ加工に用いられることとなる。
【0011】バイナリーオプティクス3、4は半導体微
細加工技術を利用し、石英基板(直径80mm)にマス
クをかけ露光した後、エッチングして図3(a)のV−
V線についてみた図3(b)、V′−V′線についてみ
た図3(c)に示すような断面形状に作製される。ここ
でバイナリーオプティクス3は光軸Oを中心として左右
の厚みが、一方の位相をπだけ遅らせる(または進ませ
る)分だけ異なっている。位相シフト板5についても同
様に、エッチングして図4(a)のV−V線について見
た図4(b)、V′−V′線について見た図4(c)に
示すような断面形状に作製される。
【0012】図5は本実施例におけるバイナリーオプテ
ィクス3による光路変換及び位相変換、バイナリーオプ
ティクス4による平行光への変換の模式図を示す。上記
したアパチャー部材10により共振器1内にてTEM11
モードに固定されたレーザビームは、バイナリーオプテ
ィクス3に入射する時点では左右前後4つのピークを有
するが、図では手前の左右2つのピークのみを示す。そ
して、その中央が暗い明暗パターンとなっている(A
部)。その電界振幅は左右、即ちOを原点としてx>0
とx<0とで符号が異なり、即ち位相がπだけずれてい
る(B部)。
【0013】このようなレーザビームがバイナリーオプ
ティクス3に入射すると中心付近に集光するように回折
を起こさせるばかりでなく、右半分または左半分のいず
れか一方の位相をπだけシフトさせ電界振幅が同符号と
なるようにしてバイナリーオプティクス4で平行光に戻
す。すると、その強度分布(C部)及び電界振幅(D
部)は中央部のキャップがあることを除くとガウシアン
分布に近いものになる。
【0014】ここで、図5のC部に示すような強度分布
はガウシアンビームが中央部のギャップの幅に相当する
幅Dの線上遮蔽物を通過する問題に帰着する(図6)。
これは幅Dのスリットによるフラウンホーファー回折と
相補的な関係にあるので、バイナリーオプティクス4の
中心から直線距離R0、光軸から距離x0の地点における
電界振幅E(x0)は、
【0015】
【数1】
【0016】となる。ここで、ωはビーム半径、kは波
数、iは虚数単位である。つまり、ガウシアン分布か
ら、幅Dのスリットから回折された成分を差し引いてや
れば良い。出射光の中心を遮蔽することによる回折成分
はバイナリーオプティクスから離れる(Rが大になる)
に従い左右に散らばる。
【0017】上記した回折成分はバイナリーオプティク
ス4によって平行光とすることができないことから、図
5のE部に示すようにファーフィールドではビームクォ
リティーの悪い成分が中心から離間した位置に発生す
る。この回折成分を除くには、バイナリーオプティクス
4から入射した光をレンズ6で絞ってその焦点位置近傍
にて光ファイバ7に通す(図7)。このようにすると左
右に散らばった回折成分は光ファイバ7を通ることがで
きない。
【0018】図2に記した実施例に於ける位相シフト板
による位相変換後についても、ビーム形状がガウシアン
には変換されないことを除いて、上記のように議論でき
る。
【0019】同様に最大出力が得られる高次モードTE
nmについてもそのモードに応じたバイナリーオプティ
クスを用いてガウシアンビームに近いビームに変換で
き、その後上記同様に、ビームクォリティーの悪い部分
を空間分離し、良い成分のみを光ファイバに導光するこ
とができる。また、モードに応じた位相シフト板を用い
て位相を揃えることができ、その後上記同様に、光ファ
イバに導光することができる。
【0020】
【発明の効果】かかる構成の集光光学系は、まず、ビー
ムの各領域の位相をそのモード次数に応じて反転させて
該各領域の位相が一致するように、その入射する領域の
厚みをビームの各領域の元の位相に応じた厚みとするこ
とで、溝はあるももののビーム全体の電界振幅の符号が
一致する。更に、略ガウシアン分布のビームにも変形で
き、容易に光ファイバに導光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたレーザ加工装置の第1の実
施形態を示す要部構成図。
【図2】本発明が適用されたレーザ加工装置の第2のの
実施形態を示す要部構成図。
【図3】(a)は本発明によるバイナリーオプティクス
の平面図、(b)は(a)のV−V線について見た断面
図、(c)は(a)のV′−V′線について見た断面
図。
【図4】(a)は本発明による位相シフト板の平面図、
(b)は(a)のV−V線についてみた断面図、(c)
は(a)のV′−V′線について見た断面図。
【図5】本発明によるバイナリーオプティクスによる光
路変換及び位相変換、及びこれらの返還後のビームの平
行光への変換を示す模式図。
【図6】本発明によるバイナリーオプティクスを通過し
たTEM11モードのレーザビームの強度分布を説明する
ために模式化した説明図。
【図7】本発明が適用されたレーザ加工装置の光ファイ
バ導光部の構成を示す図。
【符号の説明】
1 共振器 1a リヤミラー 1b アウトプットミラー 2 ビーム拡大器 3、4 バイナリーオプティクス 5 位相シフト板 6 レンズ 7 光ファイバ 10 アパチャー部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01S 3/18 G02B 27/00 E

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高次横モードのレーザビームを光ファ
    イバに導光するべく、前記レーザビームの各領域の位相
    をそのモード次数に応じて反転させて該各領域の位相が
    一致するように、前記レーザビームの前記各領域に応じ
    て、対応する各領域の厚みを変えたバイナリーオプティ
    クスにより強度がガウシアン分布をなすビームに変換し
    た後、レンズで集束させて光ファイバに導光することを
    特徴とする光ファイバ導光器。
  2. 【請求項2】 高次横モードのレーザビームを光ファ
    イバに導光するべく、前記レーザビームの各領域の位相
    をそのモード次数に応じて反転させて該各領域の位相が
    一致するように、前記レーザビームの前記各領域に応じ
    て、対応する各領域の厚みを変えた位相シフト板により
    変換した後、レンズで集束させて光ファイバに導光する
    ことを特徴とする光ファイバ導光器。
JP9085325A 1997-04-03 1997-04-03 光ファイバ導光器 Withdrawn JPH10282363A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9085325A JPH10282363A (ja) 1997-04-03 1997-04-03 光ファイバ導光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9085325A JPH10282363A (ja) 1997-04-03 1997-04-03 光ファイバ導光器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10282363A true JPH10282363A (ja) 1998-10-23

Family

ID=13855486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9085325A Withdrawn JPH10282363A (ja) 1997-04-03 1997-04-03 光ファイバ導光器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10282363A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019053277A (ja) * 2017-06-23 2019-04-04 アスフェリコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 交替ビーム密度プロファイルを有する近接場ビーム密度分布のための光学モジュールシステム
CN110658632A (zh) * 2019-09-29 2020-01-07 中国原子能科学研究院 匀化的非相干光源装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019053277A (ja) * 2017-06-23 2019-04-04 アスフェリコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 交替ビーム密度プロファイルを有する近接場ビーム密度分布のための光学モジュールシステム
CN110658632A (zh) * 2019-09-29 2020-01-07 中国原子能科学研究院 匀化的非相干光源装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3807374B2 (ja) 一括多点ホモジナイズ光学系
US7142741B2 (en) Laser cutting method and apparatus for optical fibres or waveguides
US7880117B2 (en) Method and apparatus of drilling high density submicron cavities using parallel laser beams
US4793680A (en) Induced grating devices and method of making same
KR100491558B1 (ko) 광 조사 장치와 광 조사 방법
CN112327397B (zh) 一种飞秒等离子体光栅直写制造大面积体光栅的方法
EP0476931B1 (en) Phase shift device and laser apparatus utilizing the same
KR100659438B1 (ko) 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
US5982806A (en) Laser beam converter for converting a laser beam with a single high-order transverse mode into a laser beam with a desired intensity distribution and laser resonator for producing a laser beam with a single high-order transverse mode
CN214623105U (zh) 一种光纤光栅刻写光路
JPH10282450A (ja) バイナリーオプティクス及びそれを用いたレーザ加工装置
JPH10282363A (ja) 光ファイバ導光器
WO2019176953A1 (ja) ビーム重ね機構を備えた光ファイババンドル
JP3549331B2 (ja) バイナリーオプティックス
JPH0961611A (ja) バイナリーオプティックス及びそれを用いたレーザ加工装置
JP2002519745A (ja) レーザ直接書き込みによる平面光波回路の製造方法
JP3656371B2 (ja) 光加工装置
Adolf et al. Final optics design for the megajoule laser
JPH10197709A (ja) バイナリーオプティクス及びそれを用いたレーザ加工装置
JPH08304732A (ja) スリット光照射光学系
JPH09307168A (ja) レーザ共振器
JP4022355B2 (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法およびこの加工方法による光導波路の製造方法
JP3429659B2 (ja) 光電子発生方法及び装置
JP2005257823A (ja) Doeホモジナイザ転写光学系およびレーザビーム照射方法
Song et al. A novel method for generating axial cosine structured light using spatial light modulator

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20040706