特許ウォッチ

公開番号2025172183
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-20
出願番号2025154481,2021203147
出願日2025-09-17,2021-12-15
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
主分類H01S 5/02255 20210101AFI20251113BHJP(基本的電気素子)
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、複数のレーザビームを第1偏光方向に直線偏光した複数の第1偏光ビームと第2偏光方向に直線偏光した複数の第2偏光ビームとに分離する偏光ビームスプリッタと、第2偏光ビームを第1偏光方向に直線偏光した複数の第3偏光ビームに変換する第1偏光変換素子と、複数の第1偏光ビームを回折して同軸に重畳した第1波長結合ビームを形成し、複数の第3偏光ビームを回折して同軸に重畳した第2波長結合ビームを形成する回折格子と、第1波長結合ビームおよび第2波長結合ビームを同軸に重畳した第3波長結合ビームを形成して出射する偏光ビーム結合器と、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る複数のレーザビーム１を結合する波長ビーム結合装置であって、
前記複数のレーザビームを、それぞれ、第１偏光方向に直線偏光した複数の第１偏光ビームと、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向に直線偏光した複数の第２偏光ビームとに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記複数の第２偏光ビームを、前記第１偏光方向に直線偏光した複数の第３偏光ビームに変換する第１偏光変換素子と、
前記複数の第１偏光ビームを回折して前記複数の第１偏光ビームを同軸に重畳した第１波長結合ビームを形成し、前記複数の第３偏光ビームを回折して前記複数の第３偏光ビームを同軸に重畳した第２波長結合ビームを形成する、１または複数の回折格子と、
前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの少なくとも一方の偏光状態を変化させて、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの偏光方向を直交させる第２偏光変換素子と、
前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームを同軸に重畳した第３波長結合ビームを形成して出射する偏光ビーム結合器と、
を備える、波長ビーム結合装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記１または複数の回折格子は、前記第１偏光方向に平行な回折溝を有する、請求項１に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項３】
前記ピーク波長は、４３０ｎｍから４８０ｎｍの範囲に含まれる、請求項１または２に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項４】
前記複数のレーザビームの本数は、１０以上である、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５】
前記偏光ビームスプリッタは、前記複数のレーザビームが互いに平行に入射したとき、
前記複数の第１偏光ビームを第１進行方向に反射し、かつ、前記複数の第２偏光ビームを透過するように構成されており、
前記偏光ビームスプリッタを透過した前記複数の第２偏光ビームを前記第１進行方向に反射するミラーを更に備え、
前記第１偏光変換素子は、前記ミラーによって反射された前記複数の第２偏光ビームを前記複数の第３偏光ビームに変換して前記第１進行方向に出射する、請求項１から４のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項６】
前記複数の回折格子は、
前記偏光ビームスプリッタによって前記第１進行方向に反射された前記複数の第１偏光ビーム、および、前記第１偏光変換素子から前記第１進行方向に出射される前記複数の第３偏光ビームを受ける位置に配置された第１回折格子と、
前記第１回折格子に対して平行に配置された第２回折格子と、
を含み、
前記第２回折格子は、前記複数の第１偏光ビームの前記第１回折格子による反射回折光を受けて前記第１進行方向に前記第１波長結合ビームを出射する第１領域と、前記複数の第３偏光ビームの前記第１回折格子による反射回折光を受けて前記第１進行方向に前記第２波長結合ビームを出射する第２領域と、を含む、請求項５に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項７】
前記第１回折格子および前記第２回折格子のそれぞれは、透過型回折格子である、請求項６に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項８】
前記第２回折格子において、前記第１領域および前記第２領域は、隙間を置いて分離された２個の素子である、請求項６または７に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項９】
前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおける回折溝は、前記第１偏光方向に平行であり、
前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおける前記回折溝の格子ピッチは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記第１領域および前記第２領域のそれぞれにおける前記回折溝の本数は、２０００本以上５０００本以下である、請求項６から８のいずれか１項に記載の波長ビーム結合装置。
【請求項１０】
前記第１波長結合ビーム、前記第２波長結合ビーム、および前記第３波長結合ビームの少なくとも１つに対する絞りを更に備える、請求項１から９のいずれか１項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】
本願は、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 2,300 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、複数のＬＤからそれぞれ出射された互いに波長が異なる複数のレーザビームを結合（ｃｏｍｂｉｎｅ）して光出力を増大させる光源装置の一例を開示している。
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】
米国特許６１９２０６２号明細書
【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る複数のレーザビームを結合する波長ビーム結合装置であって、前記複数のレーザビームを、それぞれ、第１偏光方向に直線偏光した複数の第１偏光ビームと、前記第１偏光方向に直交する第２偏光方向に直線偏光した複数の第２偏光ビームとに分離する偏光ビームスプリッタと、前記複数の第２偏光ビームを、前記第１偏光方向に直線偏光した複数の第３偏光ビームに変換する第１偏光変換素子と、前記複数の第１偏光ビームを回折して前記複数の第１偏光ビームを同軸に重畳した第１波長結合ビームを形成し、前記複数の第３偏光ビームを回折して前記複数の第３偏光ビームを同軸に重畳した第２波長結合ビームを形成する、１または複数の回折格子と、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの少なくとも一方の偏光状態を変化させて、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームの偏光方向を直交させる第２偏光変換素子と、前記第１波長結合ビームおよび前記第２波長結合ビームを同軸に重畳した第３波長結合ビームを形成して出射する偏光ビーム結合器と、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偏光ビームスプリッ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装置と、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第３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実施形態の構成例を示す図である。
図２は、偏光ビームスプリッタの構成例と機能を模式的に示す斜視図である。
図３Ａは、ピーク波長λｎの光線が回折格子に入射して回折され、回折光線を形成する様子を模式的に示す斜視図である。
図３Ｂは、透過型の回折格子に光線が入射したときに形成される主要な回折光線を模式的に示す断面図である。
図４Ａは、ピーク波長がλ１、λ２、およびλ３である３本のレーザビームが波長結合された第１波長結合ビームのスペクトルを模式的に示すグラフである。
図４Ｂは、ピーク波長がλ１、λ２、およびλ３である３本のレーザビームが波長結合された第２波長結合ビームのスペクトルを模式的に示すグラフである。
図５は、結合するレーザビームの本数がＫ本の場合（Ｋは４以上の整数）における第３波長結合ビームのスペクトルを模式的に示すグラフである。
図６は、本開示による波長ビーム結合装置の第２実施形態の構成例を示す図である。
図７は、偏光ビームスプリッタの構成例を示す側面図である。
図８は、本開示による波長ビーム結合装置の第３実施形態の構成例を示す図である。
図９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の構成例を示す図である。
図１０は、本開示によるレーザ加工機の実施形態の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