ファイバレーザ発振装置及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系
【課題】より小型化を可能とするファイバレーザ発振装置、及びファイバレーザ発振装置をより小型化するためのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系を提供する。
【解決手段】ファイバレーザ用光ファイバＦ２は、励起光Ｌ１を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されている。励起光源モジュール１０は、巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように励起光Ｌ１を出射する。ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、励起光Ｌ１を反射するとともにレーザ光Ｌ２を透過する選択反射ミラー３５と第１レンズ３１と第２レンズ３２とで構成され、選択反射ミラーは、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバに接する方向に励起光の進行方向がなるように所定角度で配置され、選択反射ミラーとファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、第１レンズと第２レンズとが配置されている。
【解決手段】ファイバレーザ用光ファイバＦ２は、励起光Ｌ１を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されている。励起光源モジュール１０は、巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように励起光Ｌ１を出射する。ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、励起光Ｌ１を反射するとともにレーザ光Ｌ２を透過する選択反射ミラー３５と第１レンズ３１と第２レンズ３２とで構成され、選択反射ミラーは、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバに接する方向に励起光の進行方向がなるように所定角度で配置され、選択反射ミラーとファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、第１レンズと第２レンズとが配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ用光ファイバに励起光を入射して、当該ファイバレーザ用光ファイバ内で励起されて発生したレーザ光を得るファイバレーザ発振装置及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファイバレーザ用光ファイバに、半導体レーザ等のレーザ光を励起光として入射し、ファイバレーザ用光ファイバ内で励起されて発生したレーザ光を取り出して加工等に利用する種々のファイバレーザ発振装置が提案されている。
例えば特許文献１に記載された従来技術では、図４に示すように、レーザ電源１０２によって動作する半導体レーザ１０１から出射されて図示しない集光手段にて平行光に変換された励起光Ｌ１を、ダイクロイックミラー３０１を透過させてレンズ３０２にて集光してファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面（コネクタＦ２Ａの側）から入射している。ファイバレーザ用光ファイバＦ２内で発生したレーザ光は、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面及び他方の端面から出射される。一方の端面（コネクタＦ２Ａの側）から出射されたレーザ光は、励起光Ｌ１を透過してレーザ光Ｌ２を反射するダイクロイックミラー３０１にて、ファイバレーザ用光ファイバＦ２内に戻される。なお、ファイバレーザ用光ファイバＦ２は、入射された励起光を外部に漏らさずに閉じ込めることが可能な所定の径で巻回されている。そして他方の端面（コネクタＦ２Ｃの側）から出射されたレーザ光は、レンズ３１１にて平行光に変換された後、レーザ光Ｌ２の一部を反射して残りを透過するダイクロイックミラー３１２を通過し、所定の分岐比でレーザ光の一部または全部を分岐させる分岐ミラー３２１、３２２、３２３（分岐ミラー３２３は反射率１００％）にて取り出される。取り出されたレーザ光Ｌ２の各々は、それぞれレンズ３２４、３２５、３２６にて集光され、伝送用光ファイバＦ３のそれぞれに入射され、ワークＷのレーザ加工等に用いられる。なお図４では、レーザ光Ｌ２を吸収するレーザ吸収体、及びダイクロイックミラー３１２と分岐ミラー３２１との間に配置されてレーザ光Ｌ２をレーザ吸収体の方向に反射する折り返しミラーの記載を省略している。
【特許文献１】特開２００７−１９０５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図４に示す特許文献１に記載されたシステムをファイバレーザ発振装置として図１（Ａ）の例に示すような筐体内に収めた場合、励起光源モジュール１００を収容する面積と、励起光Ｌ１をファイバレーザ用光ファイバＦ２に導光する励起光導光モジュール３００を収容する面積と、巻回したファイバレーザ用光ファイバＦ２を収容する面積と、発生したレーザ光Ｌ２を伝送用光ファイバＦ３に導光するレーザ光導光モジュール３１０を収容する面積と、が必要であり、ファイバレーザ発振装置が非常に大型化する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より小型化を可能とするファイバレーザ発振装置、及びファイバレーザ発振装置をより小型化するためのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項１に記載のファイバレーザ発振装置は、励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置である。
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、で構成されている。
そして、前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されている。
また、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第１レンズと前記第２レンズとが、前記選択反射ミラーに反射された励起光が前記第１レンズを透過して平行光に変換された後に前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記第１レンズと前記選択反射ミラーを透過して、前記第１レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される。
【０００５】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項２に記載のファイバレーザ発振装置は、励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置である。
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、で構成されている。
そして、前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されている。
また、前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に、前記第１レンズが、前記励起光源から出射された励起光を平行光に変換するように配置されており、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第２レンズが、前記選択反射ミラーに反射された平行光の励起光が前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ当該レーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に前記第３レンズが配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記選択反射ミラーと前記第３レンズを透過して、前記第３レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される。
【０００６】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項３に記載のファイバレーザ発振装置は、請求項１に記載のファイバレーザ発振装置であって、前記選択反射ミラーと前記レーザ集光位置との経路中に、前記レーザ集光位置を前記選択反射ミラーに近づける第３レンズを備えている。
【０００７】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項４に記載のファイバレーザ発振装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のファイバレーザ発振装置であって、更に、前記レーザ光を反射して前記レーザ集光位置を任意の方向に変換するレーザ反射ミラーを備え、前記レーザ反射ミラーが、前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されている。
【０００８】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
請求項５に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記選択反射ミラーにて反射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、前記第１レンズと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射する第２レンズと、を備え、前記第２レンズは、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換し、前記第１レンズは、前記平行光に変換されたレーザ光を、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に集光する。
【０００９】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
請求項６に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に配置されて、前記励起光源モジュールから出射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換する第２レンズと、前記第３方向の延長上、且つ前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されて、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に前記レーザ光を集光する第３レンズと、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のファイバレーザ発振装置によれば、励起光源モジュールと、巻回したファイバレーザ用光ファイバと、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を筐体内に収めてファイバレーザ発振装置を構成する場合に、励起光源モジュールを収容する面積と巻回したファイバレーザ用光ファイバを収容する面積とを重ね合わせることができるので、より小型化することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のファイバレーザ発振装置によれば、請求項１と同様に、励起光源モジュールと、巻回したファイバレーザ用光ファイバと、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を筐体内に収めてファイバレーザ発振装置を構成する場合に、励起光源モジュールを収容する面積と巻回したファイバレーザ用光ファイバを収容する面積とを重ね合わせることができるので、より小型化することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載のファイバレーザ発振装置によれば、例えばレーザ集光位置に、レーザ光が入射されてワークの加工個所までレーザ光を導光する伝送用光ファイバの入射端面を配置する場合、レーザ集光位置を選択反射ミラーに近づけるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載のファイバレーザ発振装置によれば、ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されるレーザ光の出射方向に制限されることなくレーザ集光位置を設定できるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化するために便利である。
【００１４】
また、請求項５に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系によれば、請求項１に記載した、より小型化が可能なファイバレーザ発振装置を実現することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系によれば、請求項２に記載した、より小型化が可能なファイバレーザ発振装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のファイバレーザ発振装置１の一実施の形態を示しており、図１（Ａ）は外観（斜視図）の例を示しており、図１（Ｂ）は内部構造（平面図）の例を示している。
【００１７】
●［第１の実施の形態（図１、図２）］
第１の実施の形態にて説明するファイバレーザ発振装置１は、図１（Ａ）の例に示すように、動作状態等表示手段Ｈ、各種の操作スイッチＳＷ等が正面パネルに設けられており、背面からは、発生したレーザ光が導光された伝送用光ファイバＦ３が取り付けられている。なお、伝送用光ファイバＦ３は後述するレーザ集光位置に着脱可能であり、ファイバレーザ発振装置１から省略されていてもよい。
なお、図１（Ａ）に示すファイバレーザ発振装置１は、以下に説明する構造を有することで、より小型化されており、一般的な規定サイズのラックに収めることが可能である。
【００１８】
次に、図１（Ｂ）を用いてファイバレーザ発振装置１の内部構造について説明する。
ファイバレーザ発振装置１の筐内には、ファイバレーザ用光ファイバＦ２に入射する励起光Ｌ１を出射する励起光源モジュール１０と、Ｙｂ（イッテルビウム）等の稀土類元素がドープされたコア部を有して入射された励起光で励起されるとレーザ光を発生するファイバレーザ用光ファイバＦ２と、ミラーやレンズ等で構成されたファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０と、電源４０、制御装置５０等が収容されている。
励起光源モジュール１０は、例えば半導体レーザアレイＬＤの各発光部から出射されたレーザ光の各々を励起光用光ファイバＦ１の一方の端面から導光し、励起光用光ファイバＦ１の他方の端面を束ねた結束部Ｆ１Ａから、励起光Ｌ１として利用するレーザ光を出射する。
【００１９】
ファイバレーザ用光ファイバＦ２は、一方の端面（図１（Ｂ）の例ではコネクタＦ２Ａの側の端面）から入射された励起光Ｌ１を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、当該一方の端面は、円状に巻回された円に接する接線の方向に向けられている。また、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の他方の端面には、励起されて当該他方の端面から出射されるレーザ光を反射して、ファイバレーザ用光ファイバＦ２に戻すレーザ反射手段Ｆ２Ｂが設けられている。これにより、ファイバレーザ用光ファイバＦ２内で励起されたレーザ光Ｌ２は、コネクタＦ２Ａの側の一方の端面から出射される。
そして、励起光源モジュール１０は、巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２の中央部近傍に配置されて（ファイバレーザ用光ファイバＦ２の中央部近傍の上または下等）、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２の円を横切るように励起光Ｌ１を出射する。
【００２０】
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、図２に示すように、励起光Ｌ１を反射するとともにファイバレーザ用光ファイバＦ２から出射されたレーザ光Ｌ２を透過する選択反射ミラー３５と、第１レンズ３１と、第２レンズ３２と、第３レンズ３３と、レーザ光Ｌ２をレーザ集光位置Ｐの方向に反射するレーザ反射ミラー３６とを備えている。なお、図１〜図２に示す第１の実施の形態では、第３レンズ３３とレーザ反射ミラー３６は省略してもよい。
選択反射ミラー３５は、例えば、励起光Ｌ１の波長の光を反射してレーザ光Ｌ２の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、励起光源モジュール１０の結束部Ｆ１Ａから出射される励起光Ｌ１の出射方向（第１方向に相当）の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２における前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されている。
ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面（コネクタＦ２Ａの側の端面）は、選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向（第２方向に相当）と向き合うように配置されている。
【００２１】
選択反射ミラー３５とファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面との間には、選択反射ミラー３５に反射された励起光Ｌ１が、第１レンズ３１を透過して平行光に変換された後に第２レンズを透過してファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面に集光されるように、第１レンズ３１と第２レンズ３２とが配置されている。つまり、第１レンズ３１の焦点距離は、第１レンズ３１から選択反射ミラー３５までの距離（光軸の距離）に、選択反射ミラー３５から励起光源モジュール１０の出射位置までの距離（光軸の距離）を加えた距離である。また、第２レンズ３２の焦点距離は、第２レンズ３２からファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面までの距離（光軸の距離）である。
【００２２】
そして、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面から出射されたレーザ光Ｌ２は、第２レンズ３２を透過して平行光に変換された後に第１レンズ３１と選択反射ミラー３５を透過して、レーザ光Ｌ２の出射方向（第３方向に相当）の延長上における第１レンズ３１の焦点距離の位置に集光される。なお、図１（Ｂ）及び図２の例では、レーザ光Ｌ２を反射するレーザ反射ミラー３６をレーザ光Ｌ２の出射方向の延長上に配置して、レーザ集光位置Ｐの方向にレーザ光Ｌ２の進行方向を変更している。また、選択反射ミラー３５とレーザ集光位置Ｐとの経路中（選択反射ミラー３５とレーザ反射ミラー３６との間、またはレーザ反射ミラー３６とレーザ集光位置Ｐとの間）に、レーザ集光位置Ｐを選択反射ミラー３５に近づける第３レンズ３３が配置されている。なお、レーザ集光位置Ｐには、伝送用光ファイバＦ３の一方の端面が配置される。また、Ｆ３Ａは伝送用光ファイバＦ３の端面の位置をレーザ集光位置Ｐに固定するためのコネクタである。
レーザ反射ミラー３６により、レーザ光Ｌ２の出射方向に制限されることなくレーザ集光位置Ｐの向き及び位置を設定できるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化するために便利である。
また、第３レンズ３３により、レーザ集光位置Ｐを選択反射ミラー３５に近づけるので、ファイバレーザ発振装置１をより小型化することができる。
【００２３】
●［第２の実施の形態（図３）］
次に図３を用いて、ファイバレーザ発振装置１及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態では、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の構成が第１の実施の形態と異なり、励起光源モジュール１０及びファイバレーザ用光ファイバＦ２の形態及び配置等、他は同じであるので、この相違点について説明する。
【００２４】
第２の実施の形態におけるファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、図３に示すように、励起光Ｌ１を反射するとともにファイバレーザ用光ファイバＦ２から出射されたレーザ光Ｌ２を透過する選択反射ミラー３５と、第１レンズ３１と、第２レンズ３２と、第３レンズ３３と、レーザ光Ｌ２をレーザ集光位置Ｐの方向に反射するレーザ反射ミラー３６とを備えている。なお、図３に示す第２の実施の形態では、レーザ反射ミラー３６は省略してもよい。
選択反射ミラー３５は、第１の実施の形態と同様に、例えば、励起光Ｌ１の波長の光を反射してレーザ光Ｌ２の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、励起光源モジュール１０の結束部Ｆ１Ａから出射される励起光Ｌ１の出射方向（第１方向に相当）の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２における前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されている。
ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面（コネクタＦ２Ａの側の端面）は、第１の実施の形態と同様に、選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向（第２方向に相当）と向き合うように配置されている。
【００２５】
励起光源モジュール１０の結束部Ｆ１Ａと選択反射ミラー３５との間には、結束部Ｆ１Ａ（出射部）から出射された励起光Ｌ１を平行光に変換する第１レンズ３１が配置されている。
選択反射ミラー３５とファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面との間には、選択反射ミラー３５にて反射された平行光の励起光Ｌ１が、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面に集光されるように第２レンズ３２が配置されている。つまり、第１レンズ３１の焦点距離は、結束部Ｆ１Ａから第１レンズ３１までの距離（光軸の距離）である。また、第２レンズ３２の焦点距離は、第２レンズ３２からファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面までの距離（光軸の距離）である。
【００２６】
そして、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面から出射されたレーザ光Ｌ２は、第２レンズ３２を透過して平行光に変換された後に選択反射ミラー３５を透過して、レーザ光Ｌ２の出射方向（第３方向に相当）の延長上、且つレーザ光Ｌ２が第２レンズ３２と選択反射ミラー３５を透過した後の位置に配置された第３レンズ３３を透過して、第３レンズ３３の焦点距離の位置に集光される。なお、図３の例では、レーザ光Ｌ２を反射するレーザ反射ミラー３６をレーザ光Ｌ２の出射方向の延長上に配置して、レーザ集光位置Ｐの方向にレーザ光Ｌ２の進行方向を変更している。また、選択反射ミラー３５とレーザ集光位置Ｐとの経路中（選択反射ミラー３５とレーザ反射ミラー３６との間、またはレーザ反射ミラー３６とレーザ集光位置Ｐとの間）に、第３レンズ３３が配置されていればよい。なお、レーザ集光位置Ｐには、伝送用光ファイバＦ３の一方の端面が配置される。また、Ｆ３Ａは伝送用光ファイバＦ３の端面の位置をレーザ集光位置Ｐに固定するためのコネクタである。
レーザ反射ミラー３６により、レーザ光Ｌ２の出射方向に制限されることなくレーザ集光位置Ｐの向き及び位置を設定できるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化するために便利である。
【００２７】
以上、本実施の形態にて説明したファイバレーザ発振装置１は、複数の機能を第１レンズ３１（第１の実施の形態）、第２レンズ３２（第１、第２の実施の形態）に持たせることで（励起光のコリメート、励起光の集光、レーザ光のコリメート、レーザ光の集光）、図４に示す従来の構成に対して、より少ない部品点数で、励起光のファイバレーザ用光ファイバＦ２への結合、レーザ光Ｌ２の伝送用光ファイバＦ３への結合が可能であり、よりコンパクトにファイバレーザ発振装置１を構成することができる。
また、巻回したファイバレーザ用光ファイバＦ２の中央近傍に励起光源モジュール１０を配置して上下に重ねるように配置することができるので、容積率が高く、ファイバレーザ発振装置１をよりコンパクトに構成することができる。
また、励起光源モジュール１０、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０をモジュール毎に交換できるため、保守性に優れている。
また、ファイバレーザ発振装置１を上下の２層で構成し、一方の層に励起光源モジュール１０とファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０を配置し、他方の層にファイバレーザ用光ファイバＦ２を配置することで、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の交換も容易となり、保守性に優れている。
【００２８】
本発明のファイバレーザ発振装置１、及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、本実施の形態で説明した外観、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のファイバレーザ発振装置１の一実施の形態における外観、及び内部構造を説明する図である。
【図２】ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の構成における第１の実施の形態を説明する図である。
【図３】ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の構成における第２の実施の形態を説明する図である。
【図４】従来のファイバレーザ発振装置の構造の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ ファイバレーザ発振装置
１０ 励起光源モジュール
３０ ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系
３１ 第１レンズ
３２ 第２レンズ
３３ 第３レンズ
３５ 選択反射ミラー
３６ レーザ反射ミラー
ＬＤ 半導体レーザアレイ
Ｆ１ 励起光用光ファイバ
Ｆ２ ファイバレーザ用光ファイバ
Ｆ３ 伝送用光ファイバ
Ｆ１Ａ 結束部
Ｆ２Ａ、Ｆ３Ａ コネクタ
Ｐ レーザ集光位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ用光ファイバに励起光を入射して、当該ファイバレーザ用光ファイバ内で励起されて発生したレーザ光を得るファイバレーザ発振装置及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファイバレーザ用光ファイバに、半導体レーザ等のレーザ光を励起光として入射し、ファイバレーザ用光ファイバ内で励起されて発生したレーザ光を取り出して加工等に利用する種々のファイバレーザ発振装置が提案されている。
例えば特許文献１に記載された従来技術では、図４に示すように、レーザ電源１０２によって動作する半導体レーザ１０１から出射されて図示しない集光手段にて平行光に変換された励起光Ｌ１を、ダイクロイックミラー３０１を透過させてレンズ３０２にて集光してファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面（コネクタＦ２Ａの側）から入射している。ファイバレーザ用光ファイバＦ２内で発生したレーザ光は、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面及び他方の端面から出射される。一方の端面（コネクタＦ２Ａの側）から出射されたレーザ光は、励起光Ｌ１を透過してレーザ光Ｌ２を反射するダイクロイックミラー３０１にて、ファイバレーザ用光ファイバＦ２内に戻される。なお、ファイバレーザ用光ファイバＦ２は、入射された励起光を外部に漏らさずに閉じ込めることが可能な所定の径で巻回されている。そして他方の端面（コネクタＦ２Ｃの側）から出射されたレーザ光は、レンズ３１１にて平行光に変換された後、レーザ光Ｌ２の一部を反射して残りを透過するダイクロイックミラー３１２を通過し、所定の分岐比でレーザ光の一部または全部を分岐させる分岐ミラー３２１、３２２、３２３（分岐ミラー３２３は反射率１００％）にて取り出される。取り出されたレーザ光Ｌ２の各々は、それぞれレンズ３２４、３２５、３２６にて集光され、伝送用光ファイバＦ３のそれぞれに入射され、ワークＷのレーザ加工等に用いられる。なお図４では、レーザ光Ｌ２を吸収するレーザ吸収体、及びダイクロイックミラー３１２と分岐ミラー３２１との間に配置されてレーザ光Ｌ２をレーザ吸収体の方向に反射する折り返しミラーの記載を省略している。
【特許文献１】特開２００７−１９０５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図４に示す特許文献１に記載されたシステムをファイバレーザ発振装置として図１（Ａ）の例に示すような筐体内に収めた場合、励起光源モジュール１００を収容する面積と、励起光Ｌ１をファイバレーザ用光ファイバＦ２に導光する励起光導光モジュール３００を収容する面積と、巻回したファイバレーザ用光ファイバＦ２を収容する面積と、発生したレーザ光Ｌ２を伝送用光ファイバＦ３に導光するレーザ光導光モジュール３１０を収容する面積と、が必要であり、ファイバレーザ発振装置が非常に大型化する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より小型化を可能とするファイバレーザ発振装置、及びファイバレーザ発振装置をより小型化するためのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項１に記載のファイバレーザ発振装置は、励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置である。
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、で構成されている。
そして、前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されている。
また、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第１レンズと前記第２レンズとが、前記選択反射ミラーに反射された励起光が前記第１レンズを透過して平行光に変換された後に前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記第１レンズと前記選択反射ミラーを透過して、前記第１レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される。
【０００５】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項２に記載のファイバレーザ発振装置は、励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置である。
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、で構成されている。
そして、前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されている。
また、前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に、前記第１レンズが、前記励起光源から出射された励起光を平行光に変換するように配置されており、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第２レンズが、前記選択反射ミラーに反射された平行光の励起光が前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ当該レーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に前記第３レンズが配置されており、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記選択反射ミラーと前記第３レンズを透過して、前記第３レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される。
【０００６】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項３に記載のファイバレーザ発振装置は、請求項１に記載のファイバレーザ発振装置であって、前記選択反射ミラーと前記レーザ集光位置との経路中に、前記レーザ集光位置を前記選択反射ミラーに近づける第３レンズを備えている。
【０００７】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのファイバレーザ発振装置である。
請求項４に記載のファイバレーザ発振装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のファイバレーザ発振装置であって、更に、前記レーザ光を反射して前記レーザ集光位置を任意の方向に変換するレーザ反射ミラーを備え、前記レーザ反射ミラーが、前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されている。
【０００８】
また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
請求項５に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記選択反射ミラーにて反射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、前記第１レンズと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射する第２レンズと、を備え、前記第２レンズは、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換し、前記第１レンズは、前記平行光に変換されたレーザ光を、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に集光する。
【０００９】
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりのファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
請求項６に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系である。
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に配置されて、前記励起光源モジュールから出射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換する第２レンズと、前記第３方向の延長上、且つ前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されて、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に前記レーザ光を集光する第３レンズと、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のファイバレーザ発振装置によれば、励起光源モジュールと、巻回したファイバレーザ用光ファイバと、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を筐体内に収めてファイバレーザ発振装置を構成する場合に、励起光源モジュールを収容する面積と巻回したファイバレーザ用光ファイバを収容する面積とを重ね合わせることができるので、より小型化することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載のファイバレーザ発振装置によれば、請求項１と同様に、励起光源モジュールと、巻回したファイバレーザ用光ファイバと、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を筐体内に収めてファイバレーザ発振装置を構成する場合に、励起光源モジュールを収容する面積と巻回したファイバレーザ用光ファイバを収容する面積とを重ね合わせることができるので、より小型化することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載のファイバレーザ発振装置によれば、例えばレーザ集光位置に、レーザ光が入射されてワークの加工個所までレーザ光を導光する伝送用光ファイバの入射端面を配置する場合、レーザ集光位置を選択反射ミラーに近づけるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化することができる。
【００１３】
また、請求項４に記載のファイバレーザ発振装置によれば、ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されるレーザ光の出射方向に制限されることなくレーザ集光位置を設定できるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化するために便利である。
【００１４】
また、請求項５に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系によれば、請求項１に記載した、より小型化が可能なファイバレーザ発振装置を実現することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載のファイバレーザ用ＮＡ変換光学系によれば、請求項２に記載した、より小型化が可能なファイバレーザ発振装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のファイバレーザ発振装置１の一実施の形態を示しており、図１（Ａ）は外観（斜視図）の例を示しており、図１（Ｂ）は内部構造（平面図）の例を示している。
【００１７】
●［第１の実施の形態（図１、図２）］
第１の実施の形態にて説明するファイバレーザ発振装置１は、図１（Ａ）の例に示すように、動作状態等表示手段Ｈ、各種の操作スイッチＳＷ等が正面パネルに設けられており、背面からは、発生したレーザ光が導光された伝送用光ファイバＦ３が取り付けられている。なお、伝送用光ファイバＦ３は後述するレーザ集光位置に着脱可能であり、ファイバレーザ発振装置１から省略されていてもよい。
なお、図１（Ａ）に示すファイバレーザ発振装置１は、以下に説明する構造を有することで、より小型化されており、一般的な規定サイズのラックに収めることが可能である。
【００１８】
次に、図１（Ｂ）を用いてファイバレーザ発振装置１の内部構造について説明する。
ファイバレーザ発振装置１の筐内には、ファイバレーザ用光ファイバＦ２に入射する励起光Ｌ１を出射する励起光源モジュール１０と、Ｙｂ（イッテルビウム）等の稀土類元素がドープされたコア部を有して入射された励起光で励起されるとレーザ光を発生するファイバレーザ用光ファイバＦ２と、ミラーやレンズ等で構成されたファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０と、電源４０、制御装置５０等が収容されている。
励起光源モジュール１０は、例えば半導体レーザアレイＬＤの各発光部から出射されたレーザ光の各々を励起光用光ファイバＦ１の一方の端面から導光し、励起光用光ファイバＦ１の他方の端面を束ねた結束部Ｆ１Ａから、励起光Ｌ１として利用するレーザ光を出射する。
【００１９】
ファイバレーザ用光ファイバＦ２は、一方の端面（図１（Ｂ）の例ではコネクタＦ２Ａの側の端面）から入射された励起光Ｌ１を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、当該一方の端面は、円状に巻回された円に接する接線の方向に向けられている。また、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の他方の端面には、励起されて当該他方の端面から出射されるレーザ光を反射して、ファイバレーザ用光ファイバＦ２に戻すレーザ反射手段Ｆ２Ｂが設けられている。これにより、ファイバレーザ用光ファイバＦ２内で励起されたレーザ光Ｌ２は、コネクタＦ２Ａの側の一方の端面から出射される。
そして、励起光源モジュール１０は、巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２の中央部近傍に配置されて（ファイバレーザ用光ファイバＦ２の中央部近傍の上または下等）、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２の円を横切るように励起光Ｌ１を出射する。
【００２０】
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、図２に示すように、励起光Ｌ１を反射するとともにファイバレーザ用光ファイバＦ２から出射されたレーザ光Ｌ２を透過する選択反射ミラー３５と、第１レンズ３１と、第２レンズ３２と、第３レンズ３３と、レーザ光Ｌ２をレーザ集光位置Ｐの方向に反射するレーザ反射ミラー３６とを備えている。なお、図１〜図２に示す第１の実施の形態では、第３レンズ３３とレーザ反射ミラー３６は省略してもよい。
選択反射ミラー３５は、例えば、励起光Ｌ１の波長の光を反射してレーザ光Ｌ２の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、励起光源モジュール１０の結束部Ｆ１Ａから出射される励起光Ｌ１の出射方向（第１方向に相当）の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２における前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されている。
ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面（コネクタＦ２Ａの側の端面）は、選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向（第２方向に相当）と向き合うように配置されている。
【００２１】
選択反射ミラー３５とファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面との間には、選択反射ミラー３５に反射された励起光Ｌ１が、第１レンズ３１を透過して平行光に変換された後に第２レンズを透過してファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面に集光されるように、第１レンズ３１と第２レンズ３２とが配置されている。つまり、第１レンズ３１の焦点距離は、第１レンズ３１から選択反射ミラー３５までの距離（光軸の距離）に、選択反射ミラー３５から励起光源モジュール１０の出射位置までの距離（光軸の距離）を加えた距離である。また、第２レンズ３２の焦点距離は、第２レンズ３２からファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面までの距離（光軸の距離）である。
【００２２】
そして、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面から出射されたレーザ光Ｌ２は、第２レンズ３２を透過して平行光に変換された後に第１レンズ３１と選択反射ミラー３５を透過して、レーザ光Ｌ２の出射方向（第３方向に相当）の延長上における第１レンズ３１の焦点距離の位置に集光される。なお、図１（Ｂ）及び図２の例では、レーザ光Ｌ２を反射するレーザ反射ミラー３６をレーザ光Ｌ２の出射方向の延長上に配置して、レーザ集光位置Ｐの方向にレーザ光Ｌ２の進行方向を変更している。また、選択反射ミラー３５とレーザ集光位置Ｐとの経路中（選択反射ミラー３５とレーザ反射ミラー３６との間、またはレーザ反射ミラー３６とレーザ集光位置Ｐとの間）に、レーザ集光位置Ｐを選択反射ミラー３５に近づける第３レンズ３３が配置されている。なお、レーザ集光位置Ｐには、伝送用光ファイバＦ３の一方の端面が配置される。また、Ｆ３Ａは伝送用光ファイバＦ３の端面の位置をレーザ集光位置Ｐに固定するためのコネクタである。
レーザ反射ミラー３６により、レーザ光Ｌ２の出射方向に制限されることなくレーザ集光位置Ｐの向き及び位置を設定できるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化するために便利である。
また、第３レンズ３３により、レーザ集光位置Ｐを選択反射ミラー３５に近づけるので、ファイバレーザ発振装置１をより小型化することができる。
【００２３】
●［第２の実施の形態（図３）］
次に図３を用いて、ファイバレーザ発振装置１及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態では、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の構成が第１の実施の形態と異なり、励起光源モジュール１０及びファイバレーザ用光ファイバＦ２の形態及び配置等、他は同じであるので、この相違点について説明する。
【００２４】
第２の実施の形態におけるファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、図３に示すように、励起光Ｌ１を反射するとともにファイバレーザ用光ファイバＦ２から出射されたレーザ光Ｌ２を透過する選択反射ミラー３５と、第１レンズ３１と、第２レンズ３２と、第３レンズ３３と、レーザ光Ｌ２をレーザ集光位置Ｐの方向に反射するレーザ反射ミラー３６とを備えている。なお、図３に示す第２の実施の形態では、レーザ反射ミラー３６は省略してもよい。
選択反射ミラー３５は、第１の実施の形態と同様に、例えば、励起光Ｌ１の波長の光を反射してレーザ光Ｌ２の波長の光を透過するダイクロイックミラーであり、励起光源モジュール１０の結束部Ｆ１Ａから出射される励起光Ｌ１の出射方向（第１方向に相当）の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバＦ２における前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されている。
ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面（コネクタＦ２Ａの側の端面）は、第１の実施の形態と同様に、選択反射ミラー３５が反射した励起光Ｌ１の進行方向（第２方向に相当）と向き合うように配置されている。
【００２５】
励起光源モジュール１０の結束部Ｆ１Ａと選択反射ミラー３５との間には、結束部Ｆ１Ａ（出射部）から出射された励起光Ｌ１を平行光に変換する第１レンズ３１が配置されている。
選択反射ミラー３５とファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面との間には、選択反射ミラー３５にて反射された平行光の励起光Ｌ１が、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面に集光されるように第２レンズ３２が配置されている。つまり、第１レンズ３１の焦点距離は、結束部Ｆ１Ａから第１レンズ３１までの距離（光軸の距離）である。また、第２レンズ３２の焦点距離は、第２レンズ３２からファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面までの距離（光軸の距離）である。
【００２６】
そして、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の一方の端面から出射されたレーザ光Ｌ２は、第２レンズ３２を透過して平行光に変換された後に選択反射ミラー３５を透過して、レーザ光Ｌ２の出射方向（第３方向に相当）の延長上、且つレーザ光Ｌ２が第２レンズ３２と選択反射ミラー３５を透過した後の位置に配置された第３レンズ３３を透過して、第３レンズ３３の焦点距離の位置に集光される。なお、図３の例では、レーザ光Ｌ２を反射するレーザ反射ミラー３６をレーザ光Ｌ２の出射方向の延長上に配置して、レーザ集光位置Ｐの方向にレーザ光Ｌ２の進行方向を変更している。また、選択反射ミラー３５とレーザ集光位置Ｐとの経路中（選択反射ミラー３５とレーザ反射ミラー３６との間、またはレーザ反射ミラー３６とレーザ集光位置Ｐとの間）に、第３レンズ３３が配置されていればよい。なお、レーザ集光位置Ｐには、伝送用光ファイバＦ３の一方の端面が配置される。また、Ｆ３Ａは伝送用光ファイバＦ３の端面の位置をレーザ集光位置Ｐに固定するためのコネクタである。
レーザ反射ミラー３６により、レーザ光Ｌ２の出射方向に制限されることなくレーザ集光位置Ｐの向き及び位置を設定できるので、ファイバレーザ発振装置をより小型化するために便利である。
【００２７】
以上、本実施の形態にて説明したファイバレーザ発振装置１は、複数の機能を第１レンズ３１（第１の実施の形態）、第２レンズ３２（第１、第２の実施の形態）に持たせることで（励起光のコリメート、励起光の集光、レーザ光のコリメート、レーザ光の集光）、図４に示す従来の構成に対して、より少ない部品点数で、励起光のファイバレーザ用光ファイバＦ２への結合、レーザ光Ｌ２の伝送用光ファイバＦ３への結合が可能であり、よりコンパクトにファイバレーザ発振装置１を構成することができる。
また、巻回したファイバレーザ用光ファイバＦ２の中央近傍に励起光源モジュール１０を配置して上下に重ねるように配置することができるので、容積率が高く、ファイバレーザ発振装置１をよりコンパクトに構成することができる。
また、励起光源モジュール１０、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０をモジュール毎に交換できるため、保守性に優れている。
また、ファイバレーザ発振装置１を上下の２層で構成し、一方の層に励起光源モジュール１０とファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０を配置し、他方の層にファイバレーザ用光ファイバＦ２を配置することで、ファイバレーザ用光ファイバＦ２の交換も容易となり、保守性に優れている。
【００２８】
本発明のファイバレーザ発振装置１、及びファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０は、本実施の形態で説明した外観、構成等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のファイバレーザ発振装置１の一実施の形態における外観、及び内部構造を説明する図である。
【図２】ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の構成における第１の実施の形態を説明する図である。
【図３】ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系３０の構成における第２の実施の形態を説明する図である。
【図４】従来のファイバレーザ発振装置の構造の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ ファイバレーザ発振装置
１０ 励起光源モジュール
３０ ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系
３１ 第１レンズ
３２ 第２レンズ
３３ 第３レンズ
３５ 選択反射ミラー
３６ レーザ反射ミラー
ＬＤ 半導体レーザアレイ
Ｆ１ 励起光用光ファイバ
Ｆ２ ファイバレーザ用光ファイバ
Ｆ３ 伝送用光ファイバ
Ｆ１Ａ 結束部
Ｆ２Ａ、Ｆ３Ａ コネクタ
Ｐ レーザ集光位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、
前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、
前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置において、
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、
前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、
前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、で構成されており、
前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されており、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第１レンズと前記第２レンズとが、前記選択反射ミラーに反射された励起光が前記第１レンズを透過して平行光に変換された後に前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記第１レンズと前記選択反射ミラーを透過して、前記第１レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項２】
励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、
前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、
前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置において、
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、
前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、
前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、で構成されており、
前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されており、
前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に、前記第１レンズが、前記励起光源から出射された励起光を平行光に変換するように配置されており、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第２レンズが、前記選択反射ミラーに反射された平行光の励起光が前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ当該レーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に前記第３レンズが配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記選択反射ミラーと前記第３レンズを透過して、前記第３レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項３】
請求項１に記載のファイバレーザ発振装置であって、
前記選択反射ミラーと前記レーザ集光位置との経路中に、前記レーザ集光位置を前記選択反射ミラーに近づける第３レンズを備えている、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のファイバレーザ発振装置であって、
更に、前記レーザ光を反射して前記レーザ集光位置を任意の方向に変換するレーザ反射ミラーを備え、
前記レーザ反射ミラーが、前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されている、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項５】
励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系であって、
前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記選択反射ミラーにて反射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、
前記第１レンズと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射する第２レンズと、を備え、
前記第２レンズは、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換し、
前記第１レンズは、前記平行光に変換されたレーザ光を、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に集光する、
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系。
【請求項６】
励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系であって、
前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、
前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に配置されて、前記励起光源モジュールから出射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換する第２レンズと、
前記第３方向の延長上、且つ前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されて、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に前記レーザ光を集光する第３レンズと、を備えている、
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系。
【請求項１】
励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、
前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、
前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置において、
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、
前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、
前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、で構成されており、
前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されており、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第１レンズと前記第２レンズとが、前記選択反射ミラーに反射された励起光が前記第１レンズを透過して平行光に変換された後に前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記第１レンズと前記選択反射ミラーを透過して、前記第１レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項２】
励起光が入射されると励起されたレーザ光を端面から出射するファイバレーザ用光ファイバと、
前記ファイバレーザ用光ファイバに入射する励起光を出射する励起光源モジュールと、
前記励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を予め設定したレーザ集光位置に集光するファイバレーザ用ＮＡ変換光学系と、を備えたファイバレーザ発振装置において、
前記ファイバレーザ用光ファイバは、入射された励起光を内部に閉じ込めることが可能な径で円状に巻回されて、端面は前記円に接する接線の方向に向けられており、
前記励起光源モジュールは、前記巻回されたファイバレーザ用光ファイバの中央部近傍に配置されて、前記ファイバレーザ用光ファイバの前記円を横切るように前記励起光を出射し、
前記ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系は、前記励起光を反射するとともに前記レーザ光を透過する選択反射ミラーと、第１レンズと、第２レンズと、第３レンズと、で構成されており、
前記選択反射ミラーは、前記励起光源モジュールから出射される励起光の出射方向の延長上に配置されているとともに、当該選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向が、円状に巻回されたファイバレーザ用光ファイバにおける前記円に接するように、所定角度に設定されて配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面は、前記選択反射ミラーが反射した励起光の進行方向と向き合うように配置されており、
前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に、前記第１レンズが、前記励起光源から出射された励起光を平行光に変換するように配置されており、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に、前記第２レンズが、前記選択反射ミラーに反射された平行光の励起光が前記第２レンズを透過して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に集光されるように配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ当該レーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に前記第３レンズが配置されており、
前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光が、前記第２レンズを透過して平行光に変換された後に前記選択反射ミラーと前記第３レンズを透過して、前記第３レンズの焦点距離となる位置に設定された前記レーザ集光位置に集光される、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項３】
請求項１に記載のファイバレーザ発振装置であって、
前記選択反射ミラーと前記レーザ集光位置との経路中に、前記レーザ集光位置を前記選択反射ミラーに近づける第３レンズを備えている、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のファイバレーザ発振装置であって、
更に、前記レーザ光を反射して前記レーザ集光位置を任意の方向に変換するレーザ反射ミラーを備え、
前記レーザ反射ミラーが、前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光の出射方向の延長上、且つ前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されている、
ファイバレーザ発振装置。
【請求項５】
励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系であって、
前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記選択反射ミラーにて反射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、
前記第１レンズと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射する第２レンズと、を備え、
前記第２レンズは、前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換し、
前記第１レンズは、前記平行光に変換されたレーザ光を、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に集光する、
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系。
【請求項６】
励起光源モジュールから出射された励起光を、ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射して、前記励起光にて励起された前記ファイバレーザ用光ファイバが出射したレーザ光を、予め設定したレーザ集光位置に集光する、ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系であって、
前記励起光源モジュールから出射されて第１方向に進行する励起光を反射して前記第１方向とは異なる第２方向に前記励起光の進行方向を変更するとともに、前記第２方向の延長上に配置された前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から前記第２方向と反対の第３方向に出射されたレーザ光を透過する選択反射ミラーと、
前記励起光源モジュールと前記選択反射ミラーとの間に配置されて、前記励起光源モジュールから出射された励起光を平行光に変換する第１レンズと、
前記選択反射ミラーと前記ファイバレーザ用光ファイバの端面との間に配置されて、前記平行光に変換された励起光を集光して前記ファイバレーザ用光ファイバの端面に入射するとともに前記ファイバレーザ用光ファイバの端面から出射されたレーザ光を平行光に変換する第２レンズと、
前記第３方向の延長上、且つ前記ファイバレーザ用光ファイバから出射されたレーザ光が前記第２レンズと前記選択反射ミラーを透過した後の位置に配置されて、前記第３方向の延長上に設定されたレーザ集光位置に前記レーザ光を集光する第３レンズと、を備えている、
ファイバレーザ用ＮＡ変換光学系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１０３１５９（Ｐ２０１０−１０３１５９Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０９２５（Ｐ２００８−２７０９２５）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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