WO2021192730A1 - 光学装置、レーザ光出力システム、及びレーザ加工機 - Google Patents

光学装置、レーザ光出力システム、及びレーザ加工機 Download PDF

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WO2021192730A1
WO2021192730A1 PCT/JP2021/005597 JP2021005597W WO2021192730A1 WO 2021192730 A1 WO2021192730 A1 WO 2021192730A1 JP 2021005597 W JP2021005597 W JP 2021005597W WO 2021192730 A1 WO2021192730 A1 WO 2021192730A1
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laser beam
laser
core
optical device
incident
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PCT/JP2021/005597
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English (en)
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優顕 鈴木
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present disclosure generally relates to an optical device, a laser light output system, and a laser processing machine, and more specifically, an optical device for incidenting laser light into an optical fiber, a laser light output system including the optical device, and a laser light output system.
  • the present invention relates to a laser processing machine equipped with.
  • Patent Document 1 discloses a laser processing apparatus.
  • This laser processing apparatus includes a first laser light generating means for generating a first laser beam, a second laser light generating means for generating a second laser beam different from the first laser beam, and a first laser processing apparatus. It is provided with an optical transmission means for transmitting both the laser beam of the above and the second laser beam. The wavelengths of the first laser beam and the second laser beam are different.
  • the optical transmission means is an optical fiber.
  • the first laser beam is incident on the optical fiber incident end face through the dichroic mirror.
  • the second laser beam is reflected by the dichroic mirror and incident on the optical fiber incident end face.
  • the first laser beam and the second laser beam propagate in the optical fiber and are emitted from the fiber exit end face.
  • the emitted laser light emitted from the fiber emitting end face is a laser beam in which a first laser beam and a second laser beam are mixed.
  • the emitted laser light is focused by the focusing optical system and radiated onto the component held on the moving stage.
  • the emitted laser light which is a mixture of the first laser beam and the second laser beam having different wavelengths
  • chromatic aberration occurs due to the focusing optical system, so that the first laser beam
  • the present disclosure has been made in view of the above reasons, and is an optical device that makes it easy to adjust the positional relationship of the condensing positions of a plurality of laser beams having different wavelengths that are incident on the optical fiber and emitted from the optical fiber. It is an object of the present invention to provide a laser light output system and a laser processing machine provided.
  • the optical device is an optical device in which a first laser beam having a first wavelength and a second laser beam having a second wavelength different from the first wavelength are incident on an incident end surface of an optical fiber.
  • the optical fiber includes a first core and a second core. Each of the first core and the second core includes the incident end face.
  • the optical device includes an optical element to which both the first laser beam and the second laser beam are incident. The optical device emits the first laser beam and the second laser beam that have passed through the optical element toward the first core and the second core, respectively.
  • the laser light output system includes the optical device, a first laser oscillator that outputs the first laser light, and a second laser oscillator that outputs the second laser light.
  • the laser processing machine is for irradiating the processing object with the laser light output system, the optical fiber, the first laser light propagating through the optical fiber, and the second laser light. It is equipped with a head.
  • an optical device capable of easily adjusting the positional relationship of each of a plurality of laser beams having different wavelengths incident on the optical fiber and emitted from the optical fiber, and a laser light output system and a laser provided with the optical device.
  • FIG. 1 is a side view showing an outline of an optical device and an optical fiber according to an embodiment on the incident side to the optical fiber.
  • FIG. 2 is a side view showing an outline of an optical fiber used together with the above-mentioned optical device on the emission side from the optical fiber.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical fiber used together with the above optical device.
  • FIG. 4 is a schematic view of a laser processing machine equipped with the same optical device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical fiber used together with the optical device of Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a side view showing an outline of the incident side of the optical device and the optical fiber of Comparative Example 1 on the optical fiber.
  • FIG. 7 is a side view showing an outline of an optical fiber used together with the optical device of Comparative Example 2 on the emission side from the optical fiber.
  • the optical device 100, the laser light output system 200, and the laser processing machine 300 according to the embodiment will be described with reference to the attached drawings.
  • the following embodiments are only one of the various embodiments of the present disclosure.
  • the following embodiments can be variously modified according to the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved.
  • each figure described in the following embodiment is a schematic view, and the ratio of the size and the thickness of each component in the figure does not necessarily reflect the actual dimensional ratio. ..
  • the optical device 100 causes the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 to be incident on the incident end surface 501 (incident side end surface) of the optical fiber 50.
  • the first laser beam LB1 has a first wavelength.
  • the second laser beam LB2 has a second wavelength different from the first wavelength.
  • the optical fiber 50 includes a plurality of cores.
  • the plurality of cores include a first core 51 and a second core 52.
  • Each of the plurality of cores (first core 51 and second core 52) includes an incident end surface 501, and more specifically, a part of the incident end surface 501.
  • the optical device 100 includes an optical element 10. Both the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are incident on the optical element 10.
  • the optical element 10 is a convex lens 11 here.
  • the first laser beam LB1 that has passed through the optical element 10 is emitted toward the first core 51 of the optical fiber 50, and the second laser beam LB2 that has also passed through the optical element 10 is the second laser beam LB2 of the optical fiber 50. It is emitted toward the core 52.
  • the first laser beam LB1 is incident on the first core 51 and the second laser beam LB2 is incident on the second core 52.
  • the first laser beam LB1 is emitted from the first core 51
  • the second laser beam LB2 is emitted from the second core 52.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted from different positions at different angles on the emission end surface 502 of the optical fiber 50.
  • the first laser light LB1 and the second laser light LB2 after being emitted from the optical fiber 50 It becomes easy to correct the chromatic aberration of. Therefore, in the optical device 100 of the present embodiment, the positional relationship between the condensing position of the first laser light LB1 incident on the optical fiber 50 and emitted from the optical fiber 50 and the condensing position of the second laser light LB2 is adjusted. There is an advantage that it is easy (for example, both the first laser light LB1 and the second laser light LB2 are easily focused on the point P10 shown in FIG. 2).
  • the laser light output system 200 includes an optical device 100, a first laser oscillator 211, and a second laser oscillator 212.
  • the first laser oscillator 211 outputs the first laser light LB1.
  • the second laser oscillator 212 outputs the second laser light LB2. Since the laser light output system 200 of the present embodiment includes the optical device 100, the condensing position of the first laser light LB1 incident on the optical fiber 50 and emitted from the optical fiber 50 and the collection of the second laser light LB2. It has the advantage that it is easy to adjust the positional relationship with the light position.
  • the laser processing machine 300 includes a laser light output system 200, an optical fiber 50, and a head 40.
  • the head 40 irradiates the work 400 with the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 propagating through the optical fiber 50.
  • the optical included in the head 40 shows the positional relationship between the condensing position of the first laser light LB1 emitted from the optical fiber 50 and the condensing position of the second laser light LB2. Easy to adjust in the system.
  • the laser processing machine 300 employs a method of correcting chromatic aberration by using a plurality of optical elements made of glass materials having different Abbe numbers in an optical system for laser light having different wavelengths passing through the same path (optical path). Is difficult.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted from different positions at different angles from the emission end surface 502 of the optical fiber 50.
  • the position through which the first laser beam LB1 passes and the position through which the second laser beam LB2 passes are adjusted, respectively. It is also possible to individually correct the chromatic aberration of the 1st laser beam LB1 and the 2nd laser beam LB2.
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser light LB1 incident on the optical fiber 50 and emitted from the optical fiber 50 and the condensing position of the second laser light LB2 is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the laser processing machine 300 includes a laser light output system 200, a head 40 (laser light emitting head), an optical fiber 50 (transmission fiber), a control unit 60, and a power supply 70. ing.
  • the laser light output system 200 includes a plurality of (four in this case) laser oscillators 210, an optical coupler 220, a condensing unit 230, and a housing 240.
  • the end where the laser light is emitted from the laser light output system 200 and the end where the laser light is incident on the optical fiber 50 from the laser light output system 200 Is housed in the housing 240.
  • At least one of the plurality of laser oscillators 210 is the first laser oscillator 211 that outputs the first laser beam LB1. At least one of the plurality of laser oscillators 210 is a second laser oscillator 212 that outputs the second laser beam LB2. That is, the laser light output system 200 includes a first laser oscillator 211 and a second laser oscillator 212. Here, two of the four laser oscillators 210 are the first laser oscillators 211, and the remaining two of the four laser oscillators 210 are the second laser oscillators 212.
  • the first laser beam LB1 is an ultraviolet to blue laser beam here.
  • the first wavelength is a wavelength included in the first wavelength band of, for example, 350 to 450 nm.
  • the lower limit of the first wavelength band is not limited to 350 nm, and may be, for example, any of 360 nm, 370 nm, 380 nm, 390 nm, 400 nm, 410 nm, and 420 nm.
  • the second laser beam LB2 is a red to infrared laser beam here.
  • the second wavelength is a wavelength included in the second wavelength band of, for example, 800 to 1000 nm.
  • the lower limit of the second wavelength band is not limited to 800 nm, and may be, for example, any of 810 nm, 820 nm, 830 nm, 840 nm, 850 nm, 860 nm, 870 nm, and 880 nm.
  • the upper limit of the second wavelength band is not limited to 1000 nm, and may be, for example, 990 nm. That is, the first wavelength (wavelength of the first laser light LB1) is shorter than the second wavelength (wavelength of the second laser light LB2).
  • a single wavelength laser beam (either the first laser beam LB1 or the second laser beam LB2) is output from each laser oscillator 210.
  • Each laser oscillator 210 includes, for example, one or more laser modules that output laser light of the same wavelength.
  • the laser module an arbitrary configuration capable of outputting laser light can be used.
  • the laser module may be, for example, a semiconductor laser, a fiber laser, or another laser module.
  • the "laser beam" in the present disclosure means an electromagnetic wave caused by stimulated emission and having coherence.
  • the optical coupler 220 combines the laser beams emitted from the plurality of laser oscillators 210 and emits them to the condensing unit 230 (optical device 100) as the laser beam LB40 (see FIG. 1).
  • the laser light emitted from the plurality of laser oscillators 210 includes a plurality of laser lights having different wavelengths (here, the first laser light LB1 and the second laser light LB2). Therefore, the laser light LB40 emitted from the optical coupler 220 also includes a plurality of laser lights having different wavelengths (first laser light LB1 and second laser light LB2).
  • the laser light LB40 is emitted from the optical coupler 220 so that the first laser light LB1 and the second laser light LB2 pass through (that is, do not intersect) spatial regions that are parallel to each other and different from each other.
  • the condensing unit 230 includes an optical device 100 and a housing 231 (see FIG. 4).
  • the optical device 100 includes a condensing lens (convex lens 11) that collects the laser beam LB40 incident from the optical coupler 220.
  • the laser beam LB40 (first laser beam LB1 and second laser beam LB2) focused by the condenser lens is incident on the optical fiber 50. Details of the optical device 100 will be described later.
  • the housing 231 of the condensing unit 230 has a connector, and the end of the optical fiber 50 on the incident side is connected to the connector.
  • the laser light output system 200 By configuring the laser light output system 200 in such a configuration, it is possible to obtain a high-power laser processing machine 300 having a laser light output exceeding several kW.
  • the laser light output system 200 includes four laser oscillators 210 as a plurality of laser oscillators 210, but the present invention is not particularly limited to this.
  • the laser light output system 200 may include only two laser oscillators 210 (one first laser oscillator 211 and one second laser oscillator 212).
  • the laser light output system 200 may include one laser oscillator 210 including a laser module that outputs the first laser light LB1 and a laser module that outputs the second laser light LB2.
  • the number of laser oscillators 210 can be appropriately changed depending on the output specifications required for the laser processing machine 300 and the output specifications of the individual laser oscillators 210.
  • the optical fiber 50 is optically coupled to the condensing lens of the condensing unit 230 (optical device 100).
  • the optical fiber 50 guides the laser light LB 40 received from the laser light output system 200 via the condenser lens to the head 40.
  • the optical fiber 50 includes a plurality of cores.
  • Each of the plurality of cores includes an incident end face 501 of the optical fiber 50.
  • the plurality of cores include a first core 51 and a second core 52 here.
  • the first core 51 and the second core 52 are formed in different regions. In the optical fiber 50, the first core 51 is closer to the center than the second core 52.
  • the first core 51 is a center core having a circular cross section located at the center in the radial direction of the optical fiber 50.
  • the first core 51 extends in the length direction of the optical fiber 50.
  • the material of the first core 51 is, for example, quartz.
  • a dopant for increasing the refractive index such as germanium and phosphorus may be added to the quartz.
  • the second core 52 is a ring core having a ring-shaped cross section concentric with the first core 51.
  • the second core 52 extends in the length direction of the optical fiber 50.
  • the material of the second core 52 is, for example, quartz.
  • a dopant for increasing the refractive index such as germanium and phosphorus may be added to the quartz.
  • the optical fiber 50 further includes a first fluorine-doped layer 53, a second fluorine-doped layer 54, and a clad 55.
  • the first fluorine-doped layer 53 has a ring-shaped cross section located between the first core 51 and the second core 52.
  • the first fluorine-doped layer 53 extends in the length direction of the optical fiber 50.
  • the material of the first fluorine-doped layer 53 is, for example, quartz to which fluorine has been added.
  • the refractive index of the first fluorine-doped layer 53 is smaller than the refractive index of the first core 51.
  • the refractive index of the first fluorine-doped layer 53 is smaller than the refractive index of the second core 52.
  • the second fluorine-doped layer 54 has a ring-shaped cross section located outside the second core 52.
  • the second fluorine-doped layer 54 extends in the length direction of the optical fiber 50.
  • the material of the second fluorine-doped layer 54 is, for example, quartz to which fluorine has been added.
  • the refractive index of the second fluorine-doped layer 54 is smaller than the refractive index of the second core 52.
  • the clad 55 has a ring-shaped cross section located outside the second fluorine-doped layer 54.
  • the clad 55 extends in the length direction of the optical fiber 50.
  • the material of the clad 55 is, for example, quartz to which fluorine or boron has been added.
  • the refractive index of the clad 55 is smaller than that of the second core 52. Further, the periphery of the clad 55 is coated with the protective resin 56.
  • the first laser beam LB1 incident on the first core 51 at the incident end surface 501 propagates in the first core 51 while being confined in the first core 51, and the emission end surface 502. (See FIG. 2).
  • the second laser beam LB2 incident on the second core 52 on the incident end surface 501 propagates in the second core 52 while being confined in the second core 52, and is emitted from the emission end surface 502. NS.
  • the optical fiber 50 is provided with a coreless end cap 503 in front of the incident end surface 501 so as to cover the incident end surface 501.
  • the end cap 503 is provided for, for example, to reduce the reflection of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 incident on the incident end surface 501, and to protect the incident end surface 501.
  • the optical fiber 50 is provided with a coreless end cap 504 behind the emission end surface 502 so as to cover the emission end surface 502.
  • the end cap 504 is provided, for example, for reducing the reflection of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 emitted from the emission end face 502, and for protecting the emission end face 502 and the like.
  • the optical fiber 50 does not have to include end caps 503 and 504.
  • the head 40 irradiates the laser beam LB50 after being guided by the optical fiber 50 toward the outside.
  • the laser beam LB50 is emitted by the head 40 toward the work 400, which is a processing object arranged at a predetermined position.
  • the laser processing machine 300 includes a moving mechanism for changing the relative position between the head 40 and the work 400.
  • the work 400 is laser-machined by irradiating the work 400 with the laser beam LB50 while moving the head 40 and / or the work 400 by the moving mechanism.
  • the control unit 60 controls the laser oscillation of the laser light output system 200. Specifically, the control unit 60 controls the laser oscillation of each laser oscillator 210 by supplying a plurality of types of control signals to the power source 70 connected to the laser light output system 200. Specifically, the control signal includes a command voltage value. Then, the control unit 60 outputs to the power supply 70 based on the output signal of the photodiode 25 so that the laser output of the laser light LB1 or the laser light LB2 emitted by the laser oscillator 210 to be controlled becomes a predetermined target value. Feedback control is performed to generate the command voltage value. The value of the supply current supplied to the laser oscillator 210 by the power supply 70 becomes a value corresponding to the command voltage value.
  • the optical device 100 is included in the condensing unit 230.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are incident on the condensing unit 230 from the optical coupler 220.
  • the condensing unit 230 including the optical device 100 emits the incident first laser beam LB1 and second laser beam LB2 to the optical fiber 50.
  • the optical device 100 includes a convex lens 11 as an optical element 10 (first optical element). Further, the optical device 100 further includes a concave lens 12 as a second optical element.
  • the convex lens 11 (optical element 10) is a biconvex lens here.
  • the convex lens 11 has a positive power.
  • the material of the convex lens 11 is, for example, quartz.
  • the refractive index of the convex lens 11 is less than 1.5.
  • the refractive index of the convex lens 11 is uniform in the element (inside the convex lens 11).
  • the convex lens 11 is arranged between the optical coupler 220 and the incident end surface 501 of the optical fiber 50. That is, the convex lens 11 is arranged in front of the optical fiber 50.
  • the convex lens 11 is arranged parallel to the incident end surface 501 (so that the rear main plane H11 of the convex lens 11 is parallel to the incident end surface 501) with a distance D1 from the incident end surface 501 of the optical fiber 50.
  • the distance D1 here is the distance between the rear main plane H11 of the convex lens 11 and the incident end surface 501.
  • the concave lens 12 (second optical element) is a plano-concave lens here.
  • the concave lens 12 has a negative power.
  • the surface of the concave lens 12 on the optical fiber 50 side (the surface on the convex lens 11 side: the rear surface) is a concave surface.
  • the concave lens 12 has a flat surface (front surface) opposite to the optical fiber 50.
  • the material of the concave lens 12 is, for example, quartz.
  • the refractive index of the concave lens 12 is less than 1.5.
  • the refractive index of the concave lens 12 is uniform in the element (inside the concave lens 12).
  • the concave lens 12 is arranged between the optical coupler 220 and the convex lens 11.
  • the concave lens 12 is arranged in front of the convex lens 11.
  • the concave lens 12 is arranged parallel to the convex lens 11 (so that the rear main plane H21 of the concave lens 12 is parallel to the front main plane H12 of the convex lens 11) with a distance D2 from the convex lens 11.
  • the distance D2 here is the distance between the rear main plane H21 of the concave lens 12 and the front main plane H12 of the convex lens 11.
  • the front main plane H12 and the rear main plane H11 of the convex lens 11 are shown so as to coincide with each other.
  • the combined focal length of the convex lens 11 and the concave lens 12 is 50 mm or less.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 from the optical coupler 220 are incident on the front surface (incident surface) of the concave lens 12.
  • the first laser beam LB1 is incident on the concave lens 12 at a position deviated from the center (a position around the center) near the center of the concave lens 12.
  • the second laser beam LB2 is incident on the concave lens 12 at a position away from the center of the concave lens 12. That is, on the incident surface of the concave lens 12, the incident position of the first laser beam LB1 and the incident position of the second laser beam LB2 are different from each other. Further, as shown in FIG.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are parallel to each other on the incident surface of the concave lens 12.
  • the term "parallel” here is not limited to the case where the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are completely parallel, and may include an error within an allowable range.
  • the first laser beam LB1 incident on the front surface of the concave lens 12 passes through the concave lens 12 and is emitted from the rear surface (emission surface) of the concave lens 12.
  • the first laser beam LB1 is refracted by the concave lens 12 at an angle corresponding to the focal length (rear focal length) of the concave lens 12 and the beam diameter of the first laser beam LB1.
  • the first laser beam LB1 is refracted so as to gradually increase in diameter after being emitted from the concave lens 12.
  • the first laser beam LB1 is refracted outward by the concave lens 12 at an angle corresponding to the incident position and angle on the concave lens 12 and the focal length (rear focal length) of the concave lens 12.
  • the concave lens 12 converts the angle of the first laser beam LB1 (angle conversion function).
  • the first laser beam LB1 emitted from the concave lens 12 is incident on the front surface of the convex lens 11 near the center of the convex lens 11.
  • the second laser beam LB2 incident on the front surface of the concave lens 12 at a position away from the center passes through the concave lens 12 and is emitted from the rear surface of the concave lens 12.
  • the second laser beam LB2 is refracted by the concave lens 12 at an angle corresponding to the focal length (rear focal length) of the concave lens 12 and the beam diameter of the second laser beam LB2.
  • the second laser beam LB2 is refracted so as to gradually increase in diameter after being emitted from the concave lens 12.
  • the second laser beam LB2 is refracted outward by the concave lens 12 at an angle corresponding to the incident position and angle of incidence on the concave lens 12 and the focal length (rear focal length) of the concave lens 12. That is, the concave lens 12 converts the angle of the second laser beam LB2 (angle conversion function).
  • the second laser beam LB2 emitted from the concave lens 12 is incident on the front surface of the convex lens 11 at a position away from the center.
  • the incident position of the first laser beam LB1 and the incident position of the second laser beam LB2 are different from each other. Further, on the front surface of the convex lens 11, the incident angle of the first laser beam LB1 and the incident angle of the second laser beam LB2 are different from each other.
  • the first laser beam LB1 incident on the front surface of the convex lens 11 passes through the convex lens 11 and is emitted from the rear surface (emission surface) of the convex lens 11.
  • the first laser beam LB1 is refracted by the convex lens 11 at an angle corresponding to the focal length (front focal length, rear focal length) of the convex lens 11 and the beam diameter of the first laser beam LB1.
  • the first laser beam LB1 is refracted so as to gradually decrease in diameter after being emitted from the convex lens 11.
  • the first laser beam LB1 emitted from the convex lens 11 is incident on the center of the first core 51 of the incident end surface 501 of the optical fiber 50 arranged behind.
  • the first laser beam LB1 converges at one point (for example, the point P1 shown in FIG. 1) on the incident end surface 501 (the diameter becomes the smallest).
  • the second laser beam LB2 incident on the front surface of the convex lens 11 passes through the convex lens 11 and is emitted from the rear surface of the convex lens 11.
  • the second laser beam LB2 is refracted by the convex lens 11 at an angle corresponding to the focal length (front focal length, rear focal length) of the convex lens 11 and the beam diameter of the second laser beam LB2.
  • the second laser beam LB2 is refracted so as to gradually decrease in diameter after being emitted from the convex lens 11.
  • the second laser beam LB2 is inside or outside (here) by the convex lens 11 at an angle corresponding to the incident position and angle on the convex lens 11 and the focal length (front focal length and rear focal length) of the convex lens 11.
  • the second laser beam LB2 emitted from the convex lens 11 converges on the second core 52 of the optical fiber 50 arranged rearward at one point (for example, the point P2 shown in FIG. 1) at the incident end surface 501 (the smallest diameter). Will be incident.
  • the incident angle of the first laser beam LB1 and the incident angle of the second laser beam LB2 are different from each other. Further, on the incident end surface 501 of the optical fiber 50, the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are incident on each other at different positions (the first core 51 and the second core 52, respectively). If the incident angle of the first laser beam LB1 and the incident angle of the second laser beam LB2 are the same on the incident surface of the convex lens 11, even if the incident positions of the convex lens 11 on the incident surface are different, the first The laser light LB1 and the second laser light LB2 are focused on the optical axis of the convex lens 11.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are focused at the same height position in the vertical direction of FIG. Therefore, when the optical fiber 50 is arranged so that the incident end surface 501 is located at the condensing position of the first laser light LB1 and the second laser light LB2, the first laser light LB1 and the second laser light LB2 have the same core (for example,). It will be incident on the first core 51).
  • the concave lens 12 changes the angle of incidence of the first laser light LB1 and the second laser light LB2 on the convex lens 11, thereby changing the incident angles of the first laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1.
  • the light LB2 can be focused at a different height position.
  • the first laser beam LB1 can be focused on the first core 51
  • the second laser beam LB2 can be focused on the second core 52.
  • the optical device 100 emits the first laser beam LB1 that has passed through the optical element 10 (convex lens 11) toward the first core 51, and the second laser beam LB2 that has passed through the optical element 10 (convex lens 11). Is emitted toward the second core 52.
  • the optical element 10 (convex lens 11) has a condensing function of condensing the first laser beam LB1 on the first core 51 and condensing the second laser beam LB2 on the second core 52.
  • the optical device 100 has an angle conversion function for individually converting the angles of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 before the focusing function.
  • the angle conversion function is realized by the concave lens 12 having a negative power.
  • the laser light having a shorter wavelength is the first core 51 and the second core 52.
  • the light is incident on the core (here, the first core 51) near the center of the optical fiber 50.
  • the optical device 100 uses the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 as the first core 51 and the second core 52 so that the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 do not intersect with each other. Make each incident. This facilitates the separation of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 after being emitted from the optical fiber 50.
  • Condensing the parallel first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 incident on different positions on the incident surface of the concave lens 12 at different positions on the incident end surface 501 of the optical fiber 50 means that the convex lens 11 and the concave lens 12 It can be realized by the optical design of. Further, in the optical device 100 of the present embodiment, the optical design may be performed in consideration of only the first wavelength of the first laser beam LB1 and the second wavelength of the second laser beam LB2.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 incident on the first core 51 and the second core 52 of the optical fiber 50 on the incident end surface 501 pass through the first core 51 and the second core 52, respectively, and the emission end surface. Emitted from 502.
  • the emission angle of the first laser beam LB1 and the emission angle of the second laser beam LB2 are different from each other.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted from different positions (from the first core 51 and the second core 52, respectively). As shown in FIG.
  • the first laser beam LB1 is emitted from the region corresponding to the first core 51 on the emission end face 502, and the second laser beam LB2 is emitted from the region corresponding to the second core 52 on the emission end face 502. It is emitted.
  • the laser beam LB50 (including the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2) emitted from the emission end face 502 is irradiated toward the work 400 via the head 40. Both the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are focused on the work 400 at substantially one point (point P10 shown in FIG. 2) by the optical system (lens 41 or the like shown in FIG. 2) in the head 40. ..
  • the first laser light LB1 and the second laser light LB2 are emitted from the optical fiber 50 so that the condensing positions after propagating through the optical fiber 50 and being emitted from the optical fiber 50 coincide with each other.
  • the optical device 100 uses the first laser beam so that the focused positions of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 after propagating through the optical fiber 50 and being emitted from the optical fiber 50 coincide with each other.
  • the LB1 and the second laser beam LB2 are incident on the optical fiber 50.
  • the optical system in the head 40 may further include an appropriate optical element other than the lens 41.
  • the optical fiber 550 includes a single core (center core) 551.
  • the optical fiber 550 includes a first clad layer 552, a second clad layer 553, and a protective coating 554 around the core 551.
  • the optical device 600 of Comparative Example 1 includes only a convex lens 611 as an optical element. Then, the first laser light LB1 and the second laser light LB2 are combined by an optical coupler (combined in the same path), incident on the optical device 600 (convex lens 611), and condensed by the optical device 600. It is incident on the core 551 of the optical fiber 550. In Comparative Example 1, the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 pass through the center of the convex lens 611.
  • the laser light output system provided with the optical device 600, and the laser processing machine, the first laser light LB1 and the second laser light LB2 pass through the same path by the convex lens 611. It is focused on the optical fiber 550. Therefore, as shown in FIG.
  • chromatic aberration occurs in the first laser light LB1 and the second laser light LB2, and the first laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 and the second laser light LB1 on the incident end surface 5501 of the optical fiber 550. It is difficult to condense both light and LB2. Then, the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 emitted from the core 551 at the emission end surface of the optical fiber 550 have different spread angles.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 pass through the same path even after being emitted from the optical fiber 550. Therefore, in the optical device 600 of Comparative Example 1, the chromatic aberration of the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 after being emitted from the optical fiber 550 is individually corrected by the optical system behind the optical fiber 550. Is difficult. Therefore, in the laser processing machine of Comparative Example 1, the point where the first laser beam LB1 focuses and the point where the second laser beam LB2 focuses are shifted on the optical axis of the optical system behind the optical fiber 550. It will be.
  • the laser processing machine of Comparative Example 2 is provided with an optical fiber 550 having a single core (center core) 551, similar to the laser processing machine of Comparative Example 1.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted from the core 551 of the optical fiber 550.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 are emitted at the same spread angle on the emission end surface 5502 of the optical fiber 550.
  • the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 after being emitted from the optical fiber 550 pass through the same path.
  • the chromatic aberration between the first laser light LB1 and the second laser light LB2 after being emitted from the optical fiber 550 is individually measured in the optical system behind the optical fiber 550. Difficult to correct. Therefore, even in the laser processing machine of Comparative Example 2, as shown in FIG. 7, the focusing position P101 of the first laser beam LB1 and the focusing position P102 of the second laser beam LB2 are displaced on the optical axis. ..
  • the first laser light LB1 is incident on the first core 51
  • the second laser light LB2 is the second. It is incident on the two cores 52.
  • the first laser beam LB1 is emitted from the first core 51
  • the second laser beam LB2 is emitted from the second core 52. Therefore, as compared with the cases of Comparative Examples 1 and 2, it becomes easier to correct the chromatic aberration between the first laser beam LB1 and the second laser beam LB2 after being emitted from the optical fiber 50.
  • the laser light output system 200 provided with the optical device 100, and the laser processing machine 300, the condensing position of the first laser light LB1 incident on the optical fiber 50 and emitted from the optical fiber 50.
  • the advantage is that the positional relationship between the light and the second laser light LB2 and the light collection position of the second laser light LB2 can be easily adjusted (for example, both the first laser light LB1 and the second laser light LB2 can be easily focused on the point P10 shown in FIG. 2). There is.
  • the first laser beam LB1 is focused on the first core 51 at the incident end surface 501 of the optical fiber 50
  • the second laser beam LB2 is focused on the incident end surface 501 of the optical fiber 50. It is focused on the core 52. This makes it easier to further adjust the positional relationship between the condensing position of the first laser beam LB1 emitted from the optical fiber 50 and the condensing position of the second laser beam LB2.
  • the optical device 100 may include a single optical element 10 having both a condensing function and an angle conversion function.
  • the optical element 10 may be, for example, an aspherical lens.
  • the optical device 100 may include a mirror having an angle conversion function in place of or in addition to the concave lens 12.
  • the light on the short wavelength side may be incident on the outer core (second core 52) of the optical fiber 50, and the light on the long wavelength side may be incident on the inner core (first core 51).
  • the cross-sectional shape of the first core 51 is not limited to a circular shape, and may be another shape such as a polygonal shape.
  • the cross-sectional shape of the second core 52 is not limited to the ring shape, and may be another shape such as a polygonal frame shape.
  • the material of the first core 51 and the second core 52 is not limited to quartz, but may be resin or the like.
  • the optical fiber 50 may have an eccentric core in which the center of the first core 51 is deviated from the center of the optical fiber 50.
  • the second core 52 of the optical fiber 50 is not limited to the ring core, and may have a circular cross-sectional shape whose center position is different from that of the first core 51.
  • a plurality of second laser beams LB2 (and / or a plurality of first laser beams LB1) passing through different optical paths may be incident on the optical device 100.
  • the plurality of cores of the optical fiber 50 further include a third core including an incident end surface 501, and the optical device 100 emits a third laser beam that has passed through the optical element 10 toward the third core. It may be a configuration.
  • the third laser beam has a third wavelength different from the first wavelength and the second wavelength. In this case, for example, the second wavelength may be 800 nm and the third wavelength may be 900 nm.
  • a core that guides the first laser beam LB1 to the first core 51 and a core that guides the second laser beam LB2 to the second core 52 are provided between the optical element 10 and the optical fiber 50.
  • the provided optical coupler may be arranged.
  • the optical coupler may include, for example, the plurality of cores described above and a glass material (clad) surrounding the cores.
  • the optical device (100) of the first aspect transmits the first laser light (LB1) having a first wavelength and the second laser light (LB2) having a second wavelength different from the first wavelength to the optical fiber (50). It is an optical device that is incident on the incident end face (501) of the above.
  • the optical fiber (50) includes a first core (51) and a second core (52), each including an incident end face (501).
  • the optical device (100) includes an optical element (10) to which both the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) are incident.
  • the optical device (100) emits the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) that have passed through the optical element (10) toward the first core (51) and the second core (52), respectively. do.
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the optical element (10) concentrates the first laser beam (LB1) on the first core (51) and collects the second laser beam (LB2). Has a condensing function to condense light on the second core (52).
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the optical device individually changes the angle of the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) before the focusing function. It has an angle conversion function.
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the angle conversion function is realized by the concave lens (12) having a negative power.
  • the optical design is facilitated by realizing the angle conversion function with a concave lens (12) different from the optical element (10) having the condensing function.
  • the incident position of the first laser beam (LB1) and the incident position of the second laser beam (LB2) are set on the incident surface of the concave lens (12). , Different from each other.
  • the incident position of the first laser beam (LB1) and the incident position of the second laser beam (LB2) are the same on the incident surface of the concave lens (12), and the light is emitted from the optical fiber (50) as compared with the case where the incident position is the same. After this, the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) can be easily separated.
  • the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) are parallel to each other on the incident surface of the concave lens (12).
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the incident positions of (LB2) are different from each other.
  • the incident angle of the first laser beam (LB1) and the incident angle of the second laser beam (LB2) are different from each other.
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the optical device (100) of the eighth aspect in the third aspect, includes a single optical element having both a condensing function and an angle conversion function.
  • the first wavelength is a shorter wavelength than the second wavelength.
  • the first core (51) is closer to the center than the second core (52).
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the first core (51) has a circular cross section located at the center of the optical fiber (50).
  • the second core (52) has a ring-shaped cross section concentric with the first core (51).
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) are mutually aligned.
  • the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) are incident on the first core (51) and the second core (52) so as not to intersect with each other.
  • the first laser beam (LB1) and the second laser beam (LB2) after being emitted from the optical fiber (50) can be easily separated.
  • the first laser light (LB1) and the second laser light (LB2) propagate through the optical fiber (50).
  • the light is emitted from the optical fiber (50) so that the condensing positions after the light is emitted from the optical fiber (50) coincide with each other.
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the laser light output system (200) of the thirteenth aspect includes the optical device (100) of any one of the first to twelfth aspects and the first laser oscillator (211) that outputs the first laser light (LB1) light. ) And a second laser oscillator (212) that outputs the second laser beam (LB2).
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • the laser processing machine (300) of the fourteenth aspect includes the laser light output system (200) of the thirteenth aspect, the optical fiber (50), the first laser light (LB1) propagating through the optical fiber (50), and the laser light (LB1). It includes a head (40) that irradiates a second laser beam (LB2) on an object to be processed (work 400).
  • the positional relationship between the condensing position of the first laser beam (LB1) incident on the optical fiber (50) and emitted from the optical fiber (50) and the condensing position of the second laser beam (LB2) is determined. It has the advantage of being easy to adjust.
  • Optical element 12 Concave lens 40 Head 50, 550 Optical fiber 51 1st core 52 2nd core 100, 600 Optical device 200 Laser light output system 211 1st laser oscillator 212 2nd laser oscillator 300 Laser processing machine 400 Work (machined object) ) LB1 1st laser light LB2 2nd laser light

Abstract

光学装置（１００）は、第１波長を有する第１レーザ光（ＬＢ１）及び第１波長とは異なる第２波長を有する第２レーザ光（ＬＢ２）を、光ファイバ（５０）の入射端面（５０１）へ入射する光学装置である。光ファイバ（５０）は、それぞれが入射端面（５０１）を含む第１コア（５１）及び第２コア（５２）を備える。光学装置（１００）は、第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）の両方が入射される光学素子（１０）を備える。光学装置（１００）は、光学素子（１０）を通った第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）を、第１コア（５１）及び第２コア（５２）に向けてそれぞれ出射する。

Description

光学装置、レーザ光出力システム、及びレーザ加工機
　本開示は一般に光学装置、レーザ光出力システム、及びレーザ加工機に関し、より詳細には、レーザ光を光ファイバへ入射するための光学装置、光学装置を備えるレーザ光出力システム、及びレーザ光出力システムを備えるレーザ加工機に関する。
　特許文献１は、レーザ加工装置を開示する。このレーザ加工装置は、第１のレーザビームを発生する第１のレーザ光生成手段と、第１のレーザビームとは異なる第２のレーザビームを発生する第２のレーザ光生成手段と、第１のレーザビームと第２のレーザビームの双方を伝送する光伝送手段と、を備える。第１のレーザビームと第２のレーザビームとは、波長が異なる。光伝送手段は、光ファイバである。
　第１のレーザビームは、ダイクロイックミラーを通って光ファイバ入射端面に入射される。第２のレーザビームは、ダイクロイックミラーで反射されて光ファイバ入射端面に入射される。第１のレーザビーム及び第２のレーザビームは、光ファイバ内を伝搬し、ファイバ出射端面から出射される。ファイバ出射端面から出射される出射レーザ光は、第１のレーザビームと第２のレーザビームとが混合されたレーザ光となっている。出射レーザ光は、集光光学系により集光され、移動ステージ上に保持された部品上に照射される。
特開平１１－３０９５９４
　波長の異なる第１のレーザビームと第２のレーザビームとが混合された出射レーザ光を、集光光学系によって集光する場合、集光光学系により色収差が発生するため、第１のレーザビームの集光位置と第２のレーザビームの集光位置との間にずれが生じ得る。
　本開示は、上記事由に鑑みてなされており、光ファイバに入射され光ファイバから出射される波長の異なる複数のレーザ光それぞれの集光位置の位置関係を、調整しやすい光学装置、及びそれを備えたレーザ光出力システム及びレーザ加工機を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る光学装置は、第１波長を有する第１レーザ光及び前記第１波長とは異なる第２波長を有する第２レーザ光を、光ファイバの入射端面へ入射する光学装置である。前記光ファイバは、第１コア及び第２コアを備える。前記第１コア及び前記第２コアそれぞれは、前記入射端面を含む。前記光学装置は、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の両方が入射される光学素子を備える。前記光学装置は、前記光学素子を通った前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を、前記第１コア及び前記第２コアに向けてそれぞれ出射する。
　本開示の一態様に係るレーザ光出力システムは、前記光学装置と、前記第１レーザ光を出力する第１レーザ発振器と、前記第２レーザ光を出力する第２レーザ発振器と、を備える。
　本開示の一態様に係るレーザ加工機は、前記レーザ光出力システムと、前記光ファイバと、前記光ファイバを伝搬した前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を加工対象物へ照射するためのヘッドと、を備える。
　本開示によれば、光ファイバに入射され光ファイバから出射される波長の異なる複数のレーザ光それぞれの集光位置の位置関係を調整しやすい光学装置、及びそれを備えたレーザ光出力システム及びレーザ加工機を提供することが可能となる、という利点がある。
図１は、一実施形態に係る光学装置及び光ファイバの、光ファイバへの入射側の概略を示す側面図である。 図２は、同上の光学装置とともに用いられる光ファイバの、光ファイバからの出射側の概略を示す側面図である。 図３は、同上の光学装置とともに用いられる光ファイバの断面図である。 図４は、同上の光学装置を備えるレーザ加工機の概略図である。 図５は、比較例１の光学装置とともに用いられる光ファイバの断面図である。 図６は、比較例１の光学装置及び光ファイバの、光ファイバへの入射側の概略を示す側面図である。 図７は、比較例２の光学装置とともに用いられる光ファイバの、光ファイバからの出射側の概略を示す側面図である。
　以下、実施形態に係る光学装置１００、レーザ光出力システム２００、及びレーザ加工機３００について、添付の図面を参照して説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の１つに過ぎない。下記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
　（１）概要
　図１に示すように、本実施形態に係る光学装置１００は、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を光ファイバ５０の入射端面５０１（入射側の端面）へ入射するための光学装置である。第１レーザ光ＬＢ１は、第１波長を有する。第２レーザ光ＬＢ２は、第１波長とは異なる第２波長を有する。光ファイバ５０は、複数のコアを備える。複数のコアは、第１コア５１及び第２コア５２を含む。複数のコア（第１コア５１及び第２コア５２）は、それぞれ入射端面５０１、より詳細には入射端面５０１の一部を含む。
　光学装置１００は、光学素子１０を備えている。光学素子１０には、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の両方が入射される。光学素子１０は、ここでは凸レンズ１１である。
　光学装置１００では、光学素子１０を通った第１レーザ光ＬＢ１が光ファイバ５０の第１コア５１に向けて出射され、同じく光学素子１０を通った第２レーザ光ＬＢ２が光ファイバ５０の第２コア５２に向けて出射される。
　本実施形態の光学装置１００によれば、光ファイバ５０の入射端面５０１において、第１レーザ光ＬＢ１は第１コア５１に入射され、第２レーザ光ＬＢ２は第２コア５２に入射される。そして、光ファイバ５０の出射端面５０２（出射側の端面：図２参照）において、第１レーザ光ＬＢ１は第１コア５１から出射され、第２レーザ光ＬＢ２は第２コア５２から出射される。第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、光ファイバ５０の出射端面５０２において、異なる角度で異なる位置から出射される。そのため、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが同一のコアに入射される場合と比較して、光ファイバ５０から出射された後での第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との色収差の補正が容易になる。そのため、本実施形態の光学装置１００には、光ファイバ５０に入射され光ファイバ５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との位置関係を調整しやすい（例えば、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の両方を図２に示す点Ｐ１０に集光させやすい）、という利点がある。
　本実施形態に係るレーザ光出力システム２００は、図４に示すように、光学装置１００と、第１レーザ発振器２１１と、第２レーザ発振器２１２と、を備えている。第１レーザ発振器２１１は、第１レーザ光ＬＢ１を出力する。第２レーザ発振器２１２は、第２レーザ光ＬＢ２を出力する。本実施形態のレーザ光出力システム２００は、光学装置１００を備えているため、光ファイバ５０に入射され光ファイバ５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との位置関係を調整しやすい、という利点がある。
　本実施形態に係るレーザ加工機３００は、図４に示すように、レーザ光出力システム２００と、光ファイバ５０と、ヘッド４０と、を備えている。ヘッド４０は、光ファイバ５０を伝搬した第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を、ワーク４００へ照射する。本実施形態のレーザ加工機３００によれば、光ファイバ５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との位置関係を、ヘッド４０に含まれる光学系にて調整しやすい。
　特に、レーザ加工機３００のように高出力のレーザ光を用いる装置では、光学系の光学素子の材料として使用可能な硝材の種類が限られる。そのため、レーザ加工機３００では、同じ経路（光路）を通る波長の異なるレーザ光を、アッベ数の異なる硝材からなる複数の光学素子を光学系に用いて色収差を補正する、という方法を採用することは、難しい。本実施形態に係るレーザ加工機３００では、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、光ファイバ５０の出射端面５０２から異なる角度で異なる位置から出射される。そのため、例えば、光学素子において第１レーザ光ＬＢ１が通る位置と第２レーザ光ＬＢ２が通る位置とをそれぞれ調整する等のように、光ファイバ５０から出射された後にヘッド４０の光学系にて第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との色収差の補正を個別に行うこともできる。要するに、本実施形態に係るレーザ加工機３００では、光ファイバ５０に入射され光ファイバ５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との位置関係を調整しやすい、という利点がある。
　（２）詳細
　以下、本実施形態の光学装置１００、レーザ光出力システム２００及びレーザ加工機３００について、図面を参照してより詳細に説明する。
　（２．１）レーザ加工機
　まず、本実施形態の光学装置１００を備えたレーザ光出力システム２００及びレーザ加工機３００について、図４を参照して説明する。
　レーザ加工機３００は、図４に示すように、レーザ光出力システム２００と、ヘッド４０（レーザ光出射ヘッド）と、光ファイバ５０（伝送ファイバ）と、制御部６０と、電源７０と、を備えている。
　レーザ光出力システム２００は、複数（ここでは４つ）のレーザ発振器２１０と、光結合器２２０と、集光ユニット２３０と、筐体２４０と、を備えている。
　レーザ光出力システム２００と光ファイバ５０でのレーザ光の光路において、レーザ光出力システム２００よりレーザ光が出射される端部とレーザ光出力システム２００より光ファイバ５０にレーザ光が入射される端部とは、筐体２４０に収容されている。
　複数のレーザ発振器２１０のうちの少なくとも一つは、第１レーザ光ＬＢ１を出力する第１レーザ発振器２１１である。複数のレーザ発振器２１０のうちの少なくとも一つは、第２レーザ光ＬＢ２を出力する第２レーザ発振器２１２である。すなわち、レーザ光出力システム２００は、第１レーザ発振器２１１と第２レーザ発振器２１２とを備える。ここでは、４つのレーザ発振器２１０のうちの２つが第１レーザ発振器２１１であり、４つのレーザ発振器２１０のうちの残りの２つが第２レーザ発振器２１２である。
　第１レーザ光ＬＢ１は、ここでは紫外～青色のレーザ光である。第１波長は、例えば３５０～４５０ｎｍの第１波長帯に含まれる波長である。第１波長帯の下限は、３５０ｎｍに限られず、例えば、３６０ｎｍ、３７０ｎｍ、３８０ｎｍ、３９０ｎｍ、４００ｎｍ、４１０ｎｍ、４２０ｎｍのいずれかであってもよい。
　第２レーザ光ＬＢ２は、ここでは赤色～赤外のレーザ光である。第２波長は、例えば８００～１０００ｎｍの第２波長帯に含まれる波長である。第２波長帯の下限は、８００ｎｍに限られず、例えば、８１０ｎｍ、８２０ｎｍ、８３０ｎｍ、８４０ｎｍ、８５０ｎｍ、８６０ｎｍ、８７０ｎｍ、８８０ｎｍのいずれかであってもよい。第２波長帯の上限は、１０００ｎｍに限られず、例えば、９９０ｎｍであってもよい。すなわち、第１波長（第１レーザ光ＬＢ１の波長）は、第２波長（第２レーザ光ＬＢ２の波長）よりも短波長である。
　各レーザ発振器２１０からは、単一の波長のレーザ光（第１レーザ光ＬＢ１又は第２レーザ光ＬＢ２のいずれか）が出力される。各レーザ発振器２１０は、例えば、同一の波長のレーザ光を出力する一又は複数のレーザモジュールを備えている。
　各レーザモジュールとしては、レーザ光を出力可能な任意の構成が用いられ得る。レーザモジュールは、例えば半導体レーザであってもよいし、ファイバレーザであってもよいし、他のレーザモジュールであってもよい。なお、本開示での「レーザ光」とは、誘導放射に起因した電磁波であって、可干渉性（コヒーレンス）を有するものを意味する。
　光結合器２２０は、複数のレーザ発振器２１０からそれぞれ出射されたレーザ光を結合して、集光ユニット２３０（光学装置１００）にレーザ光ＬＢ４０（図１参照）として出射する。上記のように、複数のレーザ発振器２１０から出射されるレーザ光は、波長の異なる複数のレーザ光（ここでは、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２）を含んでいる。そのため、光結合器２２０から出射されるレーザ光ＬＢ４０も、波長の異なる複数のレーザ光（第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２）を含んでいる。光結合器２２０からは、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが互いに平行かつ互いに異なる空間領域を通るように（すなわち交差しないように）、レーザ光ＬＢ４０が出射される。
　集光ユニット２３０は、光学装置１００と、筐体２３１（図４参照）と、を備えている。光学装置１００は、光結合器２２０から入射されたレーザ光ＬＢ４０を集光する集光レンズ（凸レンズ１１）を備えている。集光レンズにより集光されたレーザ光ＬＢ４０（第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２）は、光ファイバ５０に入射される。光学装置１００の詳細については、後述する。
　また、集光ユニット２３０の筐体２３１はコネクタを有しており、コネクタには光ファイバ５０の入射側の端部が接続されている。
　レーザ光出力システム２００をこのような構成とすることで、レーザ光出力が数ｋＷを超える高出力のレーザ加工機３００を得ることができる。
　なお、本実施形態では、レーザ光出力システム２００は、複数のレーザ発振器２１０として４つのレーザ発振器２１０を備えているが、特にこれに限定されない。例えば、レーザ光出力システム２００は、レーザ発振器２１０を２つ（１つの第１レーザ発振器２１１及び１つの第２レーザ発振器２１２）のみ備えてもよい。或いは、レーザ光出力システム２００は、第１レーザ光ＬＢ１を出力するレーザモジュール及び第２レーザ光ＬＢ２を出力するレーザモジュールを含む一つのレーザ発振器２１０を備えていてもよい。レーザ発振器２１０の個数は、レーザ加工機３００に要求される出力仕様や、個々のレーザ発振器２１０の出力仕様によって適宜変更され得る。
　光ファイバ５０は、集光ユニット２３０（光学装置１００）の集光レンズに光学的に結合される。光ファイバ５０は、集光レンズを介してレーザ光出力システム２００から受け取ったレーザ光ＬＢ４０を、ヘッド４０に導光する。
　図３に示すように、光ファイバ５０は、複数のコアを備える。複数のコアそれぞれは、光ファイバ５０の入射端面５０１を含む。複数のコアは、ここでは第１コア５１と第２コア５２とを含む。第１コア５１と第２コア５２とは、異なる領域に形成されている。光ファイバ５０では、第１コア５１の方が、第２コア５２よりも中心側にある。
　第１コア５１は、光ファイバ５０の径方向の中心に位置する断面円形状のセンターコアである。第１コア５１は、光ファイバ５０の長さ方向に延在する。第１コア５１の材料は、例えば石英である。第１コア５１では、ゲルマニウム、リン等の屈折率を高めるためのドーパントが、石英に添加されていてもよい。第２コア５２は、第１コア５１と同心の断面リング状のリングコアである。第２コア５２は、光ファイバ５０の長さ方向に延在する。第２コア５２の材料は、例えば石英である。第２コア５２では、ゲルマニウム、リン等の屈折率を高めるためのドーパントが、石英に添加されていてもよい。
　また、光ファイバ５０は、第１フッ素ドープ層５３と、第２フッ素ドープ層５４と、クラッド５５と、を更に備えている。
　第１フッ素ドープ層５３は、第１コア５１と第２コア５２との間に位置する断面リング状である。第１フッ素ドープ層５３は、光ファイバ５０の長さ方向に延在する。第１フッ素ドープ層５３の材料は、例えばフッ素が添加された石英である。第１フッ素ドープ層５３の屈折率は、第１コア５１の屈折率よりも小さい。第１フッ素ドープ層５３の屈折率は、第２コア５２の屈折率よりも小さい。
　第２フッ素ドープ層５４は、第２コア５２の外側に位置する断面リング状である。第２フッ素ドープ層５４は、光ファイバ５０の長さ方向に延在する。第２フッ素ドープ層５４の材料は、例えばフッ素が添加された石英である。第２フッ素ドープ層５４の屈折率は、第２コア５２の屈折率よりも小さい。
　クラッド５５は、第２フッ素ドープ層５４の外側に位置する断面リング状である。クラッド５５は、光ファイバ５０の長さ方向に延在する。クラッド５５の材料は、例えば、フッ素又はホウ素が添加された石英である。クラッド５５の屈折率は、第２コア５２の屈折率よりも小さい。また、クラッド５５の周りは、保護樹脂５６で被覆されている。
　光ファイバ５０では、入射端面５０１（図１参照）において第１コア５１に入射された第１レーザ光ＬＢ１は、第１コア５１内に閉じ込められながら第１コア５１内を伝搬し、出射端面５０２（図２参照）から出射される。また、光ファイバ５０では、入射端面５０１において第２コア５２に入射された第２レーザ光ＬＢ２は、第２コア５２内に閉じ込められながら第２コア５２内を伝搬し、出射端面５０２から出射される。
　図１に示すように、光ファイバ５０は、入射端面５０１の前方に、入射端面５０１を覆うようにコアレスのエンドキャップ５０３を備えている。エンドキャップ５０３は、例えば、入射端面５０１に入射される第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の反射の低減、及び入射端面５０１の保護等のために設けられている。また、図２に示すように、光ファイバ５０は、出射端面５０２の後方に、出射端面５０２を覆うようにコアレスのエンドキャップ５０４を備えている。エンドキャップ５０４は、例えば、出射端面５０２から出射される第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の反射の低減、及び出射端面５０２の保護等のために設けられている。光ファイバ５０は、エンドキャップ５０３，５０４を備えていなくてもよい。
　ヘッド４０は、光ファイバ５０で導光された後のレーザ光ＬＢ５０を外部に向けて照射する。例えば、図４に示すレーザ加工機３００では、所定の位置に配置された加工対象物であるワーク４００に向けて、ヘッド４０によりレーザ光ＬＢ５０を出射する。またレーザ加工機３００は、ヘッド４０及びワーク４００の間の相対位置を変化させるための移動機構を備えている。移動機構によりヘッド４０及び／又はワーク４００を移動させながらレーザ光ＬＢ５０をヘッド４０からワーク４００に照射させることで、ワーク４００がレーザ加工される。
　制御部６０は、レーザ光出力システム２００のレーザ発振を制御する。具体的には、制御部６０は、レーザ光出力システム２００に接続された電源７０に対して複数種類の制御信号を供給することにより、各々のレーザ発振器２１０のレーザ発振制御を行う。具体的には、制御信号は指令電圧値を含む。そして制御部６０は、フォトダイオード２５の出力信号に基づいて、制御対象のレーザ発振器２１０により出射されるレーザ光ＬＢ１又はレーザ光ＬＢ２のレーザ出力が所定の目標値となるように、電源７０に出力する指令電圧値を生成するフィードバック制御を行う。電源７０によってレーザ発振器２１０に供給される供給電流の値は、当該指令電圧値に応じた値となる。
　（２．２）光学装置
　次に、光学装置１００について、図１を参照して説明する。
　上記のように、光学装置１００は、集光ユニット２３０に含まれる。集光ユニット２３０には、光結合器２２０から、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２が入射される。光学装置１００を含む集光ユニット２３０は、入射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を、光ファイバ５０へ出射する。
　図１に示すように、光学装置１００は、光学素子１０（第１光学素子）としての凸レンズ１１を備えている。また、光学装置１００は、第２光学素子として、凹レンズ１２を更に備えている。
　凸レンズ１１（光学素子１０）は、ここでは両凸レンズである。凸レンズ１１は、正のパワーを有する。凸レンズ１１の材料は、例えば石英である。凸レンズ１１の屈折率は１．５よりも小さい。凸レンズ１１は、その屈折率が素子内（凸レンズ１１内）で均一である。凸レンズ１１は、光結合器２２０と光ファイバ５０の入射端面５０１との間に配置される。すなわち凸レンズ１１は、光ファイバ５０の前方に配置される。凸レンズ１１は、光ファイバ５０の入射端面５０１と距離Ｄ１を空けて、入射端面５０１と平行に（凸レンズ１１の後側主平面Ｈ１１が入射端面５０１と平行となるように）配置される。ここでの距離Ｄ１は、凸レンズ１１の後側主平面Ｈ１１と入射端面５０１との間の距離である。
　凹レンズ１２（第２光学素子）は、ここでは平凹レンズである。凹レンズ１２は、負のパワーを有する。凹レンズ１２は、光ファイバ５０側の面（凸レンズ１１側の面：後面）が凹面である。また、凹レンズ１２は、光ファイバ５０と反対側の面（前面）が平面状である。凹レンズ１２の材料は、例えば石英である。凹レンズ１２の屈折率は１．５よりも小さい。凹レンズ１２は、その屈折率が素子内（凹レンズ１２内）で均一である。凹レンズ１２は、光結合器２２０と凸レンズ１１との間に配置される。すなわち凹レンズ１２は、凸レンズ１１の前方に配置される。凹レンズ１２は、凸レンズ１１と距離Ｄ２を空けて、凸レンズ１１と平行に（凹レンズ１２の後側主平面Ｈ２１が凸レンズ１１の前側主平面Ｈ１２と平行となるように）配置される。ここでの距離Ｄ２は、凹レンズ１２の後側主平面Ｈ２１と凸レンズ１１の前側主平面Ｈ１２との間の距離である。なお、図１では、凸レンズ１１の前側主平面Ｈ１２と後側主平面Ｈ１１とが一致するように図示してある。光学装置１００では、例えば、凸レンズ１１と凹レンズ１２との合成焦点距離が、５０ｍｍ以下である。
　光学装置１００では、光結合器２２０からの第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２が、凹レンズ１２の前面（入射面）に入射される。第１レーザ光ＬＢ１は、凹レンズ１２の中心付近であって中心からずれた位置（中心の周りの位置）において凹レンズ１２に入射される。第２レーザ光ＬＢ２は、凹レンズ１２の中心から離れた位置において凹レンズ１２に入射される。すなわち、凹レンズ１２の入射面において、第１レーザ光ＬＢ１の入射位置と第２レーザ光ＬＢ２の入射位置とは、互いに異なる。また、図１に示すように、凹レンズ１２の入射面において、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、互いに平行である。ここでの「平行」とは、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが完全に平行な場合に限られず、許容範囲内の誤差を含み得る。
　凹レンズ１２の前面に入射された第１レーザ光ＬＢ１は、凹レンズ１２内を通って凹レンズ１２の後面（出射面）から出射される。第１レーザ光ＬＢ１は、凹レンズ１２によって、凹レンズ１２の焦点距離（後側焦点距離）と第１レーザ光ＬＢ１のビーム径とに応じた角度で屈折される。ここでは、第１レーザ光ＬＢ１は、凹レンズ１２から出射された後に徐々に径が大きくなるように屈折される。また、第１レーザ光ＬＢ１は、凹レンズ１２によって、凹レンズ１２への入射位置及び入射角度と凹レンズ１２の焦点距離（後側焦点距離）とに応じた角度で、外側に屈折される。すなわち、凹レンズ１２は、第１レーザ光ＬＢ１の角度を変換する（角度変換機能）。凹レンズ１２から出射された第１レーザ光ＬＢ１は、凸レンズ１１の前面において凸レンズ１１の中心付近に入射される。
　また、凹レンズ１２の前面において中心から離れた位置に入射された第２レーザ光ＬＢ２は、凹レンズ１２内を通って凹レンズ１２の後面から出射される。第２レーザ光ＬＢ２は、凹レンズ１２によって、凹レンズ１２の焦点距離（後側焦点距離）と第２レーザ光ＬＢ２のビーム径とに応じた角度で屈折される。ここでは、第２レーザ光ＬＢ２は、凹レンズ１２から出射された後に徐々に径が大きくなるように屈折される。また、第２レーザ光ＬＢ２は、凹レンズ１２によって、凹レンズ１２への入射位置及び入射角度と凹レンズ１２の焦点距離（後側焦点距離）とに応じた角度で、外側に屈折される。すなわち、凹レンズ１２は、第２レーザ光ＬＢ２の角度を変換する（角度変換機能）。凹レンズ１２から出射された第２レーザ光ＬＢ２は、凸レンズ１１の前面において中心から離れた位置に入射される。
　図１に示すように、凸レンズ１１（光学素子１０）の前面（入射面）において、第１レーザ光ＬＢ１の入射位置と第２レーザ光ＬＢ２の入射位置とは、互いに異なっている。また、凸レンズ１１の前面において、第１レーザ光ＬＢ１の入射角度と第２レーザ光ＬＢ２の入射角度とは、互いに異なっている。
　凸レンズ１１の前面に入射された第１レーザ光ＬＢ１は、凸レンズ１１内を通って凸レンズ１１の後面（出射面）から出射される。第１レーザ光ＬＢ１は、凸レンズ１１によって、凸レンズ１１の焦点距離（前側焦点距離、後側焦点距離）と第１レーザ光ＬＢ１のビーム径とに応じた角度で屈折される。ここでは、第１レーザ光ＬＢ１は、凸レンズ１１から出射された後に徐々に径が小さくなるように屈折される。凸レンズ１１から出射された第１レーザ光ＬＢ１は、後方に配置された光ファイバ５０の入射端面５０１の第１コア５１の中心に入射される。第１レーザ光ＬＢ１は、例えば、入射端面５０１において一点（例えば図１に示す点Ｐ１）で収束する（最も径が小さくなる）。
　凸レンズ１１の前面に入射された第２レーザ光ＬＢ２は、凸レンズ１１内を通って凸レンズ１１の後面から出射される。第２レーザ光ＬＢ２は、凸レンズ１１によって、凸レンズ１１の焦点距離（前側焦点距離、後側焦点距離）と第２レーザ光ＬＢ２のビーム径とに応じた角度で屈折される。ここでは、第２レーザ光ＬＢ２は、凸レンズ１１から出射された後に徐々に径が小さくなるように屈折される。また、第２レーザ光ＬＢ２は、凸レンズ１１によって、凸レンズ１１への入射位置及び入射角度と凸レンズ１１の焦点距離（前側焦点距離及び後側焦点距離）とに応じた角度で、内側又は外側（ここでは内側）に屈折される。凸レンズ１１から出射された第２レーザ光ＬＢ２は、後方に配置された光ファイバ５０の第２コア５２に、入射端面５０１において一点（例えば図１に示す点Ｐ２）で収束する（最も径が小さくなる）よう入射される。
　図１に示すように、光ファイバ５０の入射端面５０１において、第１レーザ光ＬＢ１の入射角度と第２レーザ光ＬＢ２の入射角度とは、互いに異なっている。また、光ファイバ５０の入射端面５０１において、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、互いに異なる位置に（第１コア５１と第２コア５２とそれぞれに）入射される。仮に、凸レンズ１１の入射面において第１レーザ光ＬＢ１の入射角度と第２レーザ光ＬＢ２の入射角度とが同じである場合、凸レンズ１１の入射面での入射位置が異なっていたとしても、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、凸レンズ１１の光軸上で集光される。言い換えれば、この場合、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、図１の上下方向において同じ高さ位置で集光される。そのため、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の集光位置に入射端面５０１が位置するように光ファイバ５０を配置すると、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが同じコア（例えば第１コア５１）に入射することとなる。これに対し、本実施形態の光学装置１００では、凹レンズ１２によって、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との凸レンズ１１への入射角度を変えることで、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを異なる高さ位置で集光させることができる。これにより、第１レーザ光ＬＢ１を第１コア５１へ、第２レーザ光ＬＢ２を第２コア５２へ、それぞれ集光させることが可能となる。
　このように、光学装置１００は、光学素子１０（凸レンズ１１）を通った第１レーザ光ＬＢ１を第１コア５１に向けて出射し、光学素子１０（凸レンズ１１）を通った第２レーザ光ＬＢ２を第２コア５２に向けて出射する。光学素子１０（凸レンズ１１）は、第１レーザ光ＬＢ１を第１コア５１に集光し第２レーザ光ＬＢ２を第２コア５２に集光する集光機能を有している。また、光学装置１００は、集光機能の前に、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を個別に角度変換する角度変換機能を有する。角度変換機能は、負のパワーを有する凹レンズ１２で実現されている。
　さらに、光学装置１００では、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とのうちで波長の短いレーザ光（ここでは第１レーザ光ＬＢ１）の方が、第１コア５１と第２コア５２とのうちで光ファイバ５０の中心に近いコア（ここでは第１コア５１）に入射される。
　また、光学装置１００は、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが互いに交差しないように、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを第１コア５１と第２コア５２とにそれぞれ入射させる。これにより、光ファイバ５０から出射された後の第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との分離が容易となる。
　凹レンズ１２の入射面における異なる位置へ入射された平行な第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを、光ファイバ５０の入射端面５０１において異なる位置で集光させることは、凸レンズ１１及び凹レンズ１２の光学設計により実現可能である。また、本実施形態の光学装置１００では、第１レーザ光ＬＢ１の第１波長と第２レーザ光ＬＢ２の第２波長とのみを考慮して光学設計を行えばよい。
　入射端面５０１において光ファイバ５０の第１コア５１及び第２コア５２にそれぞれ入射された第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、第１コア５１及び第２コア５２をそれぞれ通り、出射端面５０２から出射される。図２に示すように、光ファイバ５０の出射端面５０２において、第１レーザ光ＬＢ１の出射角度と第２レーザ光ＬＢ２の出射角度とは、互いに異なっている。また、光ファイバ５０の出射端面５０２において、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、互いに異なる位置から（第１コア５１と第２コア５２とそれぞれから）出射される。図２に示すように、第１レーザ光ＬＢ１は、出射端面５０２において第１コア５１に対応する領域から出射され、第２レーザ光ＬＢ２は、出射端面５０２において第２コア５２に対応する領域から出射される。出射端面５０２から出射されるレーザ光ＬＢ５０（第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とを含む）は、ヘッド４０を介してワーク４００に向けて照射される。第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の両方は、ヘッド４０内の光学系（図２に示すレンズ４１等）によって、ワーク４００において略一点（図２に示す点Ｐ１０）に集光される。すなわち、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、光ファイバ５０を伝搬して光ファイバ５０から出射された後の集光位置が互いに一致するように、光ファイバ５０から出射される。言い換えれば、光学装置１００は、光ファイバ５０を伝搬して光ファイバ５０から出射された後の第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の集光位置が互いに一致するように、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２を光ファイバ５０へ入射する。なお、ヘッド４０内の光学系は、レンズ４１以外の適宜の光学素子を更に含み得る。
　（２．３）利点
　以下、本実施形態の光学装置１００及びそれを備えたレーザ光出力システム２００、レーザ加工機３００の利点について、比較例１，２との比較を交えて説明する。
　比較例１のレーザ光出力システム及びレーザ加工機では、図５に示すように、光ファイバ５５０が、単一のコア（センターコア）５５１を備えている。なお、光ファイバ５５０は、コア５５１の周りに、第１クラッド層５５２と、第２クラッド層５５３と、保護被覆５５４と、を備えている。また、図６に示すように、比較例１の光学装置６００は、光学素子として凸レンズ６１１のみを備えている。そして、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、光結合器によって結合されて（同一の経路に結合されて）光学装置６００（凸レンズ６１１）へ入射され、光学装置６００で集光されて光ファイバ５５０のコア５５１へ入射される。比較例１では、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２は、凸レンズ６１１の中心を通っている。
　このように、比較例１の光学装置６００及びそれを備えたレーザ光出力システム、レーザ加工機では、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが、同一の経路を通って、凸レンズ６１１により光ファイバ５５０へ集光される。そのため、図６に示すように、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とで色収差（軸上色収差）が発生し、光ファイバ５５０の入射端面５５０１において、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との両方を集光させることが難しい。そして、光ファイバ５５０の出射端面においてコア５５１から出射される第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、異なる広がり角を持つこととなる。また、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、光ファイバ５５０から出射された後においても同一の経路を通ることとなる。そのため、比較例１の光学装置６００では、光ファイバ５５０の後方の光学系で、光ファイバ５５０から出射された後の第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との色収差を個別に補正することが難しい。そのため、比較例１のレーザ加工機では、第１レーザ光ＬＢ１が集光する点と第２レーザ光ＬＢ２が集光する点とが、光ファイバ５５０の後方の光学系の光軸上において、ずれることとなる。
　比較例２のレーザ加工機は、比較例１のレーザ加工機と同様、単一のコア（センターコア）５５１を備えた光ファイバ５５０を備えている。比較例２のレーザ加工機では、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが、光ファイバ５５０のコア５５１から出射される。ただし、比較例２のレーザ加工機では、図７に示すように、光ファイバ５５０の出射端面５５０２において、第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とが同じ広がり角で出射されている。この比較例２のレーザ加工機であっても、光ファイバ５５０から出射された後の第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２とは、同一の経路を通る。そのため、比較例２のレーザ加工機であっても、光ファイバ５５０の後方の光学系で、光ファイバ５５０から出射された後の第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との色収差を個別に補正することが難しい。そのため、比較例２のレーザ加工機でも、図７に示すように、第１レーザ光ＬＢ１の集光位置Ｐ１０１と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置Ｐ１０２とが、光軸上でずれることとなる。
　一方、光学装置１００及びそれを備えたレーザ光出力システム２００、レーザ加工機３００では、図１に示すように、第１レーザ光ＬＢ１が第１コア５１に入射され、第２レーザ光ＬＢ２が第２コア５２に入射される。そして、図２に示すように、第１レーザ光ＬＢ１が第１コア５１から出射され、第２レーザ光ＬＢ２が第２コア５２から出射される。そのため、比較例１，２の場合と比較して、光ファイバ５０から出射された後での第１レーザ光ＬＢ１と第２レーザ光ＬＢ２との色収差の補正が容易になる。そのため、本実施形態の光学装置１００及びそれを備えたレーザ光出力システム２００、レーザ加工機３００によれば、光ファイバ５０に入射され光ファイバ５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との位置関係を調整しやすい（例えば、第１レーザ光ＬＢ１及び第２レーザ光ＬＢ２の両方を図２に示す点Ｐ１０に集光させやすい）、という利点がある。
　さらに、本実施形態の光学装置１００は、第１レーザ光ＬＢ１を光ファイバ５０の入射端面５０１において第１コア５１に集光し、第２レーザ光ＬＢ２を光ファイバ５０の入射端面５０１において第２コア５２に集光している。これにより、光ファイバ５０から出射される第１レーザ光ＬＢ１の集光位置と第２レーザ光ＬＢ２の集光位置との位置関係を更に調整しやすい。
　（３）変形例
　上述の実施形態は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。上述の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、上述の実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、上述の実施形態と適宜組み合わせて適用可能である。
　一変形例において、光学装置１００は、集光機能及び角度変換機能の両方を有する単体の光学素子１０を備えていてもよい。光学素子１０は、例えば非球面レンズであってもよい。
　一変形例において、光学装置１００は、凹レンズ１２に代えて或いは加えて、角度変換機能を有するミラーを備えていてもよい。
　一変形例において、光ファイバ５０の外側のコア（第２コア５２）に短波長側の光が入射され、内側のコア（第１コア５１）に長波長側の光が入射されてもよい。
　一変形例において、第１コア５１の断面形状は円形状に限られず、多角形状等他の形状であってもよい。また、第２コア５２の断面形状はリング（円環）状に限られず、多角の枠状等の他の形状であってもよい。
　一変形例において、第１コア５１及び第２コア５２の材料は、石英に限られず、樹脂等であってもよい。
　一変形例において、光ファイバ５０は、第１コア５１の中心が光ファイバ５０の中心からずれた偏心コアを有していてもよい。
　一変形例において、光ファイバ５０の第２コア５２は、リングコアに限られず、第１コア５１とは中心の位置が異なる断面円形状であってもよい。
　一変形例において、光学装置１００に、異なる光路を通る複数の第２レーザ光ＬＢ２（及び／又は複数の第１レーザ光ＬＢ１）が入射されてもよい。
　一変形例において、光ファイバ５０の複数のコアは、入射端面５０１を含む第３コアを更に備え、光学装置１００は、光学素子１０を通った第３レーザ光を第３コアに向けて出射する構成であってもよい。第３レーザ光は、第１波長及び第２波長とは異なる第３波長を有する。この場合、例えば、第２波長が８００ｎｍ、第３波長が９００ｎｍであってもよい。
　一変形例において、光学素子１０と光ファイバ５０との間に、第１レーザ光ＬＢ１を第１コア５１へ導光するコアと第２レーザ光ＬＢ２を第２コア５２へ導光するコアとを備える光結合器が、配置されていてもよい。光結合器は、例えば、上記の複数のコアと、コアを包囲するガラス材料（クラッド）と、を備えていてもよい。
　（４）態様
　以上説明した実施形態及び変形例等から以下の態様が開示されている。
　第１の態様の光学装置（１００）は、第１波長を有する第１レーザ光（ＬＢ１）及び第１波長とは異なる第２波長を有する第２レーザ光（ＬＢ２）を、光ファイバ（５０）の入射端面（５０１）へ入射する光学装置である。光ファイバ（５０）は、それぞれが入射端面（５０１）を含む第１コア（５１）及び第２コア（５２）を備える。光学装置（１００）は、第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）の両方が入射される光学素子（１０）を備える。光学装置（１００）は、光学素子（１０）を通った第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）を、第１コア（５１）及び第２コア（５２）に向けてそれぞれ出射する。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第２の態様の光学装置（１００）では、第１の態様において、光学素子（１０）は、第１レーザ光（ＬＢ１）を第１コア（５１）に集光し第２レーザ光（ＬＢ２）を第２コア（５２）に集光する集光機能を有する。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第３の態様の光学装置（１００）では、第２の態様において、光学装置は、集光機能の前に、第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）を個別に角度変換する角度変換機能を有する。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第４の態様の光学装置（１００）では、第３の態様において、角度変換機能は、負のパワーを有する凹レンズ（１２）で実現される。
　この態様によれば、集光機能を有する光学素子（１０）とは別の凹レンズ（１２）で角度変換機能を実現することで、光学設計が容易になる。
　第５の態様の光学装置（１００）では、第４の態様において、凹レンズ（１２）の入射面において、第１レーザ光（ＬＢ１）の入射位置と第２レーザ光（ＬＢ２）の入射位置とが、互いに異なる。
　この態様によれば、凹レンズ（１２）の入射面において第１レーザ光（ＬＢ１）の入射位置と第２レーザ光（ＬＢ２）の入射位置とが同じ場合に比べて、光ファイバ（５０）から出射された後の第１レーザ光（ＬＢ１）と第２レーザ光（ＬＢ２）とを分離させやすくなる。
　第６の態様の光学装置（１００）では、第５の態様において、凹レンズ（１２）の入射面において、第１レーザ光（ＬＢ１）と第２レーザ光（ＬＢ２）とは、互いに平行である。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第７の態様の光学装置（１００）では、第４～第６のいずれか１つの態様において、光学素子（１０）の入射面において、第１レーザ光（ＬＢ１）の入射位置と第２レーザ光（ＬＢ２）の入射位置とが互いに異なる。また、光学素子（１０）の入射面において、第１レーザ光（ＬＢ１）の入射角度と第２レーザ光（ＬＢ２）の入射角度とが互いに異なる。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第８の態様の光学装置（１００）では、第３の態様において、光学装置（１００）は、集光機能及び角度変換機能の両方を有する単体の光学素子を備える。
　この態様によれば、光学装置（１００）のコンパクト化を図ることが可能となる。
　第９の態様の光学装置（１００）では、第１～第８のいずれか１つの態様において、第１波長は、第２波長よりも短波長である。光ファイバ（５０）では、第１コア（５１）の方が第２コア（５２）よりも中心側にある。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第１０の態様の光学装置（１００）では、第１～第９のいずれか１つの態様において、第１コア（５１）は、光ファイバ（５０）の中心に位置する断面円形状である。第２コア（５２）は、第１コア（５１）と同心の断面リング状である。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第１１の態様の光学装置（１００）では、第１～第１０のいずれか１つの態様において、光学装置（１００）は、第１レーザ光（ＬＢ１）と第２レーザ光（ＬＢ２）とが互いに交差しないように第１レーザ光（ＬＢ１）と第２レーザ光（ＬＢ２）とを第１コア（５１）と第２コア（５２）とにそれぞれ入射させる。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）から出射された後の第１レーザ光（ＬＢ１）と第２レーザ光（ＬＢ２）との分離が容易となる。
　第１２の態様の光学装置（１００）では、第１～第１１のいずれか１つの態様において、第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）は、光ファイバ（５０）を伝搬して光ファイバ（５０）から出射された後の集光位置が互いに一致するように、光ファイバ（５０）から出射される。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第１３の態様のレーザ光出力システム（２００）は、第１～第１２のいずれか１つの態様の光学装置（１００）と、第１レーザ光（ＬＢ１）光を出力する第１レーザ発振器（２１１）と、第２レーザ光（ＬＢ２）を出力する第２レーザ発振器（２１２）と、を備える。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　第１４の態様のレーザ加工機（３００）は、第１３の態様のレーザ光出力システム（２００）と、光ファイバ（５０）と、光ファイバ（５０）を伝搬した第１レーザ光（ＬＢ１）及び第２レーザ光（ＬＢ２）を加工対象物（ワーク４００）へ照射するヘッド（４０）と、を備える。
　この態様によれば、光ファイバ（５０）に入射され光ファイバ（５０）から出射される第１レーザ光（ＬＢ１）の集光位置及び第２レーザ光（ＬＢ２）の集光位置の位置関係を、調整しやすい、という利点がある。
　１０　光学素子
　１２　凹レンズ
　４０　ヘッド
　５０、５５０　光ファイバ
　５１　第１コア
　５２　第２コア
　１００、６００　光学装置
　２００　レーザ光出力システム
　２１１　第１レーザ発振器
　２１２　第２レーザ発振器
　３００　レーザ加工機
　４００　ワーク（加工対象物）
　ＬＢ１　第１レーザ光
　ＬＢ２　第２レーザ光

Claims (14)

  1. 　第１波長を有する第１レーザ光及び前記第１波長とは異なる第２波長を有する第２レーザ光を、光ファイバの入射端面へ入射する光学装置であって、前記光ファイバは、それぞれが前記入射端面を含む第１コア及び第２コアを備え、
    　前記光学装置は、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光の両方が入射される光学素子を備え、
    　前記光学装置は、前記光学素子を通った前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を、前記第１コア及び前記第２コアに向けてそれぞれ出射する、
    　光学装置。
  2. 　前記光学素子は、前記第１レーザ光を前記第１コアに集光し前記第２レーザ光を前記第２コアに集光する集光機能を有する、
    　請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記光学装置は、前記集光機能の前に、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を個別に角度変換する角度変換機能を有する、
    　請求項２に記載の光学装置。
  4. 　前記角度変換機能は、負のパワーを有する凹レンズで実現される、
    　請求項３に記載の光学装置。
  5. 　前記凹レンズの入射面において、前記第１レーザ光の入射位置と前記第２レーザ光の入射位置とが、互いに異なる、
    　請求項４に記載の光学装置。
  6. 　前記凹レンズの前記入射面において、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とは、互いに平行である、
    　請求項５に記載の光学装置。
  7. 　前記光学素子の入射面において、前記第１レーザ光の入射位置と前記第２レーザ光の入射位置とが互いに異なり、前記第１レーザ光の入射角度と前記第２レーザ光の入射角度とが互いに異なる、
    　請求項４～６のいずれか１項に記載の光学装置。
  8. 　前記光学装置は、前記集光機能及び前記角度変換機能の両方を有する単体の前記光学素子を備える、
    　請求項３に記載の光学装置。
  9. 　前記第１波長は、前記第２波長よりも短波長であり、
    　前記光ファイバでは、前記第１コアの方が前記第２コアよりも中心側にある、
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の光学装置。
  10. 　前記第１コアは、前記光ファイバの中心に位置する断面円形状であり、
    　前記第２コアは、前記第１コアと同心の断面リング状である、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の光学装置。
  11. 　前記光学装置は、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とが互いに交差しないように前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを前記第１コアと前記第２コアとにそれぞれ入射させる、
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載の光学装置。
  12. 　前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光は、前記光ファイバを伝搬して前記光ファイバから出射された後の集光位置が互いに一致するように、前記光ファイバから出射される、
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の光学装置。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の光学装置と、
    　前記第１レーザ光を出力する第１レーザ発振器と、
    　前記第２レーザ光を出力する第２レーザ発振器と、
    を備える、
    　レーザ光出力システム。
  14. 　請求項１３に記載のレーザ光出力システムと、
    　前記光ファイバと、
    　前記光ファイバを伝搬した前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を加工対象物へ照射するためのヘッドと、
    を備える、
    　レーザ加工機。
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