特許ウォッチ

公開番号2024172262
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023089853
出願日2023-05-31
発明の名称波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B23K 26/064 20140101AFI20241205BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を更に高める。
【解決手段】波長ビーム結合装置は、ピーク波長が互いに異なり、かつ、第1の方向に出射されるビームの中心軸が第1の方向に対して交差する第2の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、第1および第2回折格子であって、第1回折格子は、光学素子から出射される複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して第2回折格子に入射させ、第2回折格子は、第1回折格子で回折された複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、波長結合ビームを出射する、第1および第2回折格子と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が前記第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、
前記複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、
第１および第２回折格子であって、前記第１回折格子は、前記光学素子から出射される前記複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、前記複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子に入射させ、前記第２回折格子は、前記第１回折格子で回折された前記複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、前記波長結合ビームを出射する、第１および第２回折格子と、
を備える、波長ビーム結合装置。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記光学素子は、前記複数のコリメートビームを、前記第１の方向と前記第２の方向とを含む第１の平面内で集光する少なくとも１つのレンズを含む、請求項１に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのレンズは、正の焦点距離を有するレンズと、負の焦点距離を有するレンズとを含む、請求項２に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのレンズはシリンドリカルレンズを含む、請求項２または３に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのレンズは２個の軸対称レンズを含み、
前記２個の軸対称レンズのそれぞれの前記第２の方向におけるサイズが、前記第１の平面に垂直な第３の方向におけるサイズよりも大きい、請求項２に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え、
前記レンズ鏡筒は、少なくとも１つの貫通孔を有する、請求項２または３に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つのレンズを収納するレンズ鏡筒を備え、
前記少なくとも１つのレンズは、留め具によって前記レンズ鏡筒に固定される、請求項２または３に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項８】
前記レンズ鏡筒の内側面は黒色を呈する、請求項６に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項９】
前記光学素子はビームレデューサであり、
前記ビームレデューサの倍率が、５以上２０以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項１０】
前記波長結合ビームを収束する光収束器を備える、請求項１に記載の波長ビーム結合装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
高出力高輝度のレーザビームを用いて多様な種類の材料に切断、穴あけ、マーキングなどの加工を行ったり、金属材料を溶接したりすることが行われている。従来、このようなレーザ加工に使用されてきた炭酸ガスレーザ装置およびＹＡＧ固体レーザ装置の一部は、エネルギー変換効率の高いファイバレーザ装置に置き換わりつつある。ファイバレーザ装置のポンプ光源には、レーザダイオード（以下、単にＬＤと記載する。）が使用されている。近年、ＬＤの高出力化に伴い、ＬＤをポンプ光源としてではなく、材料を直接に照射して加工するレーザビームの光源として用いる技術が開発されつつある。このような技術は、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ）技術と称されている。
【０００３】
特許文献１は、それぞれが固有波長を有する光ビームを出射する複数のレーザアレイを有するレーザスタックと、シリンドリカル望遠鏡と、複数のレーザアレイのそれぞれからの光ビームを遮り、レーザスタックの積層次元に沿って光ビームを結合して多波長光ビームを形成する変換レンズと、光ビームの重なり領域に位置する回折素子とを備える多波長ビームコンバイナを記載している。互いに波長が異なる複数のレーザビームを同軸に結合することは、「波長ビーム結合（ＷＢＣ）」または「スペクトルビーム結合（ＳＢＣ）」と称され、例えばＤＤＬ装置などの光出力および輝度を高めるために用いられ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０１２－５０８４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を更に高めることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の波長ビーム結合装置は、ある実施形態において、ピーク波長が互いに異なり、かつ、第１の方向に出射されるビームの中心軸が前記第１の方向に対して交差する第２の方向に並んだ複数のコリメートビームを結合する波長ビーム結合装置であって、前記複数のコリメートビームのビーム中心軸間の距離を縮小して出射させるように構成された光学素子と、第１および第２回折格子であって、前記第１回折格子は、前記光学素子から出射される前記複数のコリメートビームを受ける位置に配置され、かつ、前記複数のコリメートビームを波長に応じて異なる方向に回折して前記第２回折格子に入射させ、前記第２回折格子は、前記第１回折格子で回折された前記複数のコリメートビームを更に回折して波長結合ビームを形成し、前記波長結合ビームを出射する、第１および第２回折格子と、を備える。
【０００７】
本開示のダイレクトダイオードレーザ装置は、ある実施形態において、上記の波長ビーム結合装置と、それぞれが互いに異なるピーク波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ装置と、前記複数の半導体レーザ装置から出射された前記レーザ光から、前記波長ビーム結合装置の前記コリメータに入射する前記複数のレーザビームを形成する光ファイバアレイと、を備える。
【０００８】
本開示のレーザ加工機は、ある実施形態において、上記の少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置と、前記少なくとも１つのダイレクトダイオードレーザ装置から出射される前記波長結合ビームに結合される光伝送ファイバと、前記光伝送ファイバに接続される加工ヘッドと、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の実施形態によれば、波長ビーム結合によって結合されたレーザビームの出力およびパワー密度を更に高めることが可能な波長ビーム結合装置、ダイレクトダイオードレーザ装置、およびレーザ加工機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図２は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図３は、ガリレオ式のレンズ構成を備えるビームレデューサの他の構成例を模式的に示す図である。
図４は、ガリレオ式のレンズ構成を備えるビームレデューサの更なる他の構成例を模式的に示す図である。
図５Ａは、ＸＺ面内におけるレーザビームの発散角を説明するための模式図である。
図５Ｂは、ＹＺ面内におけるレーザビームの発散角を説明するための模式図である。
図６は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図７は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における他の構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図８は、本開示による波長ビーム結合装置の第１実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図９は、光学素子を備えない波長ビーム結合装置の構成を模式的に示す平面図である。
図１０は、平行配置された一対の回折格子におけるレーザビームの入射角と回折角との幾何学的な関係を説明するための模式図である。
図１１は、レンズ鏡筒の構成の一例を模式的に示す断面図である。
図１２は、レンズ鏡筒の構成の他の一例を模式的に示す断面図である。
図１３は、ビーム中心軸が互いに平行でない複数のコリメートビームが光学素子に入射する様子を模式的に示す図である。
図１４は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図１５は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図１６は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図１７は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態における更なる他の構成を模式的に示す、ＹＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図１８は、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態における構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図１９は、本開示によるダイレクトダイオードレーザ装置の実施形態における他の構成を模式的に示す、ＸＺ面に垂直な方向から見た平面図である。
図２０は、本開示による加工機の実施形態における構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許