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公開番号2023066024
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-15
出願番号2021176503
出願日2021-10-28
発明の名称レーザ装置
出願人株式会社島津製作所
代理人個人,個人
主分類G02B 6/42 20060101AFI20230508BHJP(光学)
要約【課題】ファイバ結合効率の向上と小型化を実現することができるレーザ装置を提供すること。
【解決手段】複数の第1～第3レーザ光源R1,R2,R3からそれぞれ出射するレーザ光LB1,LB2,LB3を結合して1本の出力用光ファイバFに入射させるレーザ装置1は、第1～第3レーザ光源R1～R3の光源用光ファイバF1,F2,F3を三次元空間内に互いに平行に配置し、各光源用光ファイバF1,F2,F3から出射する互いに平行なレーザ光LB1,LB2,LB3の各光軸をコリメータ2,3,4、反射ミラー8,9、プリズムミラー5,6及び集光レンズ7によって出力用光ファイバFの軸心に一致させて構成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
レーザ装置であって、
それぞれレーザ光を出射させる第１、第２レーザ光源と、
軸心を有し、前記レーザ装置からレーザ光を外部に出力する出力用光ファイバと、
前記第１、第２レーザ光源から到来するレーザ光を合波して前記出力用光ファイバに入射させる合波光学系とを備え、
前記合波光学系は、
前記第１、第２レーザ光源から到来するレーザ光をそれぞれ平行光に変換する第１、第２コリメータと、
前記出力用光ファイバの軸心方向に沿って配置され、前記第２コリメータから到来するレーザ光を反射させ前記軸心方向に誘導する表面を有する第１誘導光学系と、
前記第１誘導光学系から到来するレーザ光と前記第２レーザ光源から到来するレーザ光とを前記出力用光ファイバに集光する集光光学系とを備え、
前記第１レーザ光源から到来するレーザ光が前記集光光学系に入射するときのビーム中心は、前記出力用光ファイバの軸心方向に対して垂直な平面において、前記第１誘導光学系から到来するレーザ光が前記集光光学系に入射するときのビーム中心からずれており、
前記第１、第２レーザ光源から出射するレーザ光の各光軸を前記第１、第２コリメータと前記第１誘導光学系及び前記集光光学系によって前記出力用光ファイバの軸心に一致させたことを特徴とするレーザ装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第１、第２レーザ光源はそれぞれ、複数のレーザ素子と、前記複数のレーザ素子から出射したレーザ光を整形する整形光学系と、前記整形光学系の後段に設けられた光源用光ファイバとを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第１レーザ光源は、前記出力用光ファイバの軸心方向にレーザ光を出射させ、
前記第１誘導光学系は、前記第１レーザ光源から出射するレーザ光の光軸方向に延びる平面を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記出力用光ファイバの軸心方向に沿って配置され、前記第２コリメータから到来するレーザ光を反射させて前記軸心方向に誘導する第２誘導光学系をさらに備え、
前記集光光学系は、前記第１誘導光学系から到来するレーザ光と前記第２誘導光学系から到来するレーザ光とを前記出力用光ファイバに集光することを特徴とする請求項１～３の何れかに記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第１コリメータから到来するレーザ光を反射させ、前記第１誘導光学系に誘導する反射光学系をさらに備えたことを特徴とする請求項１～４の何れかに記載のレーザ装置。
【請求項６】
第３レーザ光源をさらに備え、
前記第１レーザ光源は、幅方向中央に配置され、前記第２及び第３レーザ光源は、前記第１レーザ光源の幅方向両側に配置されており、
前記第１レーザ光源は、前記第２及び第３レーザ光源に対してレーザ光の出射方向に垂直な方向にオフセットした位置に配置されており、
前記第１、第２及び第３レーザ光源からそれぞれ出射する各レーザ光の光軸を結んだ直線は、正三角形を形成し、該正三角形の図心は、前記出力用光ファイバの軸心に一致していることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記第１及び第２誘導光学系に含まれるプリズムミラーの頂面は傾斜面をそれぞれ構成しており、両傾斜面によって挟まれる角度は、約１２０°であることを特徴とする請求項４～６の何れかに記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記各プリズムミラーの反射面の長さは、当該反射面で反射するレーザ光の直径の１．５倍よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記プリズムミラーは、ベースに取り付けられており、該プリズムミラーの前記ベースの基準面に対する垂直度と平行度は、０．０５以下に設定されていることを特徴とする請求項７～９の何れかに記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記プリズムミラーの頂面に反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項７～９の何れかに記載のレーザ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源からそれぞれ出射する各レーザ光を結合（合波）させて１本の出力用光ファイバに入射させるための合波光学系を備えるレーザ装置に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、製品の加工（レーザ加工）や回路基板上での部品のはんだ付けなどに用いられるハイパワーのレーザ装置には、複数のレーザ光源または複数の光ファイバからそれぞれ出射する各レーザビームを結合させて１本の光ファイバ（マルチモード光ファイバ）に入射させるレーザ合波装置（光パワー合成用光学系）が用いられている。このようなレーザ合波装置に関しては、今までに種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、同一平面上に配置された複数のレーザ光源と、各レーザ光源からそれぞれ出射するレーザビームを受ける光ファイバと、複数のレーザビームを集光させて１本の光ファイバの入射端面に結合させる複数のレンズを備えるレーザ合波装置が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、筐体に光源としての第１発光素子と第２発光素子とを互いに直交させて配置し、これらの第１発光素子と第２発光素子から出射するレーザビームをハーフミラーを介して１本の光ファイバに入射させるレーザ合波装置が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１において提案されたレーザ合波装置においては、光ファイバへの入射角度が大きな状態で光ファイバにレーザビームが斜めに入射するために光損失が大きく、ファイバ結合効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２において提案されたレーザ合波装置においては、ハーフミラーによる光損失によって結合効率が低下するとともに、光源を互いに９０°曲げた方向に配置するために装置が大型化するという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献３には、複数のレーザ光源を、該レーザ光源における出射光の光軸が光ファイバの入射面の法線に対してそれぞれ傾斜するように配置するとともに、レーザ光源と光ファイバとの間にプリズム（光学部材）を配置し、このプリズムの出射面からの出射光の光軸と光ファイバの入射面の法線とのなす角度（光ファイバへの入射角度）を、プリズムの入射面への各レーザ光源からの出射光の光軸と光ファイバの入射面の法線とのなす入射光傾斜角度よりも小さく設定したレーザ合波装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２００７－２４８５８１号公報
特開２０１３－０４５０９２号公報
特開２０１５－０６４５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３において提案されたレーザ合波装置においては、複数のレーザ光源が二次元平面内に光ファイバの入射面の法線に対して傾斜した角度で配置されているため、これらのレーザ光源の設置スペースが大きくなり、装置が大型化するという問題がある。
【００１０】
ところで、レーザ合波装置に用いられるレンズ等の光学素子の角度や位置を調整する調整機構を設けた場合、高出力時の発熱や輸送時の振動、調整機構の構造に由来する長期安定性の欠如などに起因してファイバ結合効率が低下するという問題が発生する。
（【００１１】以降は省略されています）

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