JPH1123878A - レーザ装置及びレーザ加工装置 - Google Patents
レーザ装置及びレーザ加工装置Info
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- JPH1123878A JPH1123878A JP9173411A JP17341197A JPH1123878A JP H1123878 A JPH1123878 A JP H1123878A JP 9173411 A JP9173411 A JP 9173411A JP 17341197 A JP17341197 A JP 17341197A JP H1123878 A JPH1123878 A JP H1123878A
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- Japan
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- fiber
- clad
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した単一横モードを維持したまま、高い
輝度で高出力のレーザ光を出力できるようにする。 【解決手段】 レーザ光を励起する媒体として２重クラ
ッド型ファイバレーザ用のファイバを束ねたファイババ
ンドル１００を用いている。束ねられた各ファイバは、
導波領域であるとともにレーザ活性物質を含むコアと、
コアの周囲に設けられ、コアよりも屈折率の低い第１ク
ラッド、第１クラッドの周りに設けられ、第１クラッド
よりも屈折率の低い第２クラッドとで構成されている。
バンドル部１０２は、出射端におけるコアの間隔が、互
いに横モードの影響を受けない範囲で微少となるように
束ねられている。ファイババンドル１００の励起光の入
射端に設けられた１６個のＬＤ２１は、電源装置２０に
よって駆動され、波長が０．８μｍの励起光１０を出力
する。この励起光１０がレーザ活性物質を励起し、レー
ザ光１０ａを発生させる。
輝度で高出力のレーザ光を出力できるようにする。 【解決手段】 レーザ光を励起する媒体として２重クラ
ッド型ファイバレーザ用のファイバを束ねたファイババ
ンドル１００を用いている。束ねられた各ファイバは、
導波領域であるとともにレーザ活性物質を含むコアと、
コアの周囲に設けられ、コアよりも屈折率の低い第１ク
ラッド、第１クラッドの周りに設けられ、第１クラッド
よりも屈折率の低い第２クラッドとで構成されている。
バンドル部１０２は、出射端におけるコアの間隔が、互
いに横モードの影響を受けない範囲で微少となるように
束ねられている。ファイババンドル１００の励起光の入
射端に設けられた１６個のＬＤ２１は、電源装置２０に
よって駆動され、波長が０．８μｍの励起光１０を出力
する。この励起光１０がレーザ活性物質を励起し、レー
ザ光１０ａを発生させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ光を出力する
レーザ装置及びレーザを用いてレーザ加工を行うレーザ
加工装置に関し、特に光ファイバでレーザを励起するレ
ーザ装置及び光ファイバレーザでレーザ加工を行うレー
ザ加工装置に関する。
レーザ装置及びレーザを用いてレーザ加工を行うレーザ
加工装置に関し、特に光ファイバでレーザを励起するレ
ーザ装置及び光ファイバレーザでレーザ加工を行うレー
ザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信またはレーザ加工分野では、より
高出力でより安価なレーザ装置の開発が望まれている。
この要請を満たせる可能性の高いものとして、光ファイ
バレーザ装置が知られている。
高出力でより安価なレーザ装置の開発が望まれている。
この要請を満たせる可能性の高いものとして、光ファイ
バレーザ装置が知られている。
【０００３】光ファイバレーザ装置は、コア径並びに、
コアとクラッドの屈折率差などを適切に選定することで
比較的簡単にレーザ発振の横モードを単一にすることが
できる。また、光を高密度に閉じ込めることで、レーザ
活性物質と光との相互作用を高められる。さらに、光フ
ァイバの長さを長くすることで相互作用を大きく取れる
ので、高い効率で高品質のレーザ光を発生させることが
できる。このような優れた性質を有するため、光ファイ
バレーザ装置を用いれば、レーザ出力の強弱や熱や振動
などに影響されない横モードをもった質の良いレーザ光
を比較的安価に得ることができる。
コアとクラッドの屈折率差などを適切に選定することで
比較的簡単にレーザ発振の横モードを単一にすることが
できる。また、光を高密度に閉じ込めることで、レーザ
活性物質と光との相互作用を高められる。さらに、光フ
ァイバの長さを長くすることで相互作用を大きく取れる
ので、高い効率で高品質のレーザ光を発生させることが
できる。このような優れた性質を有するため、光ファイ
バレーザ装置を用いれば、レーザ出力の強弱や熱や振動
などに影響されない横モードをもった質の良いレーザ光
を比較的安価に得ることができる。
【０００４】ここで、光ファイバレーザ装置のさらなる
高出力化または高効率化を実現するには、光ファイバの
レーザ活性イオンまたは色素、その他の発光中心（以
下、「レーザ活性物質」という）の添加領域（通常はコ
ア部）に効率よく励起光を導入する必要がある。ところ
が、通常、単一モードの導波条件を満たすようにコア径
を設定すると、そのコア径は十数μｍ以下に限定され
る。そのため、コア径内に効率よく励起光を導入するの
は一般的に困難である。これを克服する手段として、い
わゆる２重クラッド型ファイバレーザが提案されている
（例えば、「H.Zellmer,U.Willamowski,A.Tunnermann,a
nd H.Welling,Optics Letters. Vol.20,No.6,pp.578-58
0,March,1995. 」に記載されている）。
高出力化または高効率化を実現するには、光ファイバの
レーザ活性イオンまたは色素、その他の発光中心（以
下、「レーザ活性物質」という）の添加領域（通常はコ
ア部）に効率よく励起光を導入する必要がある。ところ
が、通常、単一モードの導波条件を満たすようにコア径
を設定すると、そのコア径は十数μｍ以下に限定され
る。そのため、コア径内に効率よく励起光を導入するの
は一般的に困難である。これを克服する手段として、い
わゆる２重クラッド型ファイバレーザが提案されている
（例えば、「H.Zellmer,U.Willamowski,A.Tunnermann,a
nd H.Welling,Optics Letters. Vol.20,No.6,pp.578-58
0,March,1995. 」に記載されている）。
【０００５】２重クラッド型ファイバレーザは、コア部
の周りに、コアより屈折率の低い第１クラッドを設け、
その外側にさらに屈折率の低い第２クラッドを設けたも
のである。これにより、第１クラッドに導入された励起
光は、第１クラッドと第２クラッドとの屈折率の差によ
る全反射により、第１クラッドに閉じ込められた状態を
保ちながら伝搬する。この伝搬の際に、励起光はコアを
繰り返し通過し、コアに含まれるレーザ活性物質を励起
することになる。この２重クラッド型ファイバレーザで
あれば、励起光は、第１のクラッド部に導入すればよ
い。しかも、第１クラッドは、コアよりも数百から千倍
程度の断面積を有する。そのため、より多くの励起光を
導入することが可能となり、高出力化が図れる。
の周りに、コアより屈折率の低い第１クラッドを設け、
その外側にさらに屈折率の低い第２クラッドを設けたも
のである。これにより、第１クラッドに導入された励起
光は、第１クラッドと第２クラッドとの屈折率の差によ
る全反射により、第１クラッドに閉じ込められた状態を
保ちながら伝搬する。この伝搬の際に、励起光はコアを
繰り返し通過し、コアに含まれるレーザ活性物質を励起
することになる。この２重クラッド型ファイバレーザで
あれば、励起光は、第１のクラッド部に導入すればよ
い。しかも、第１クラッドは、コアよりも数百から千倍
程度の断面積を有する。そのため、より多くの励起光を
導入することが可能となり、高出力化が図れる。
【０００６】このように、２重クラッド型ファイバレー
ザは、発振効率が高く、また発振横モードが単一でしか
も安定であるという利点を持つため、微細な切断や微細
な溶接等の加工用レーザとしての高い能力を有してい
る。
ザは、発振効率が高く、また発振横モードが単一でしか
も安定であるという利点を持つため、微細な切断や微細
な溶接等の加工用レーザとしての高い能力を有してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、２重クラッ
ド型ファイバレーザは、コア部でのブリリュアン散乱や
ラマン散乱といった非線型効果による損失の増大やコア
部の強力な光による損傷によって、そのレーザ出力が制
限されるという欠点がある。現在入手可能なコア材料で
は、２重クラッド型ファイバレーザの出力は数十Ｗから
百数十Ｗに制限されている。
ド型ファイバレーザは、コア部でのブリリュアン散乱や
ラマン散乱といった非線型効果による損失の増大やコア
部の強力な光による損傷によって、そのレーザ出力が制
限されるという欠点がある。現在入手可能なコア材料で
は、２重クラッド型ファイバレーザの出力は数十Ｗから
百数十Ｗに制限されている。
【０００８】この欠点を克服するために直感的に発想さ
れる手段として、「コア径の拡大」が挙げられるが、フ
ァイバレーザのコア径を拡大すると、レーザ発振の横モ
ードが多モード化するという問題が生じる。多モード化
すると、ファイバレーザの利点の１つである横モードの
安定性が失われることになる。すると、出力の強弱やフ
ァイバーのわずかな振動や形状の変化によって、そのレ
ーザ出力の横モードが変化してしまう。その結果、例え
ばレーザ加工では、集光点での光の強度分布が不安定に
なるという問題が生じる。
れる手段として、「コア径の拡大」が挙げられるが、フ
ァイバレーザのコア径を拡大すると、レーザ発振の横モ
ードが多モード化するという問題が生じる。多モード化
すると、ファイバレーザの利点の１つである横モードの
安定性が失われることになる。すると、出力の強弱やフ
ァイバーのわずかな振動や形状の変化によって、そのレ
ーザ出力の横モードが変化してしまう。その結果、例え
ばレーザ加工では、集光点での光の強度分布が不安定に
なるという問題が生じる。
【０００９】そこで、２重クラッド型ファイバレーザの
欠点を補う別の方法として、ファイババンドル（ファイ
バの束）を用いることが考えられる。単一横モードのフ
ァイバレーザを複数本束ねれば、束ねた本数分だけ出力
を増やすことができるからである。
欠点を補う別の方法として、ファイババンドル（ファイ
バの束）を用いることが考えられる。単一横モードのフ
ァイバレーザを複数本束ねれば、束ねた本数分だけ出力
を増やすことができるからである。
【００１０】しかし、単一横モードのファイバレーザを
単純に複数本束ねた場合、コアに比べて遥かに大きいク
ラッド部（直径で約１００倍）がそれぞれのコア部に付
いているため、このファイババンドルをレーザ装置に用
いたとしても、発光点であるコアが広い空間内に点在す
る形となって、輝度は低下してしまうという問題点があ
る。
単純に複数本束ねた場合、コアに比べて遥かに大きいク
ラッド部（直径で約１００倍）がそれぞれのコア部に付
いているため、このファイババンドルをレーザ装置に用
いたとしても、発光点であるコアが広い空間内に点在す
る形となって、輝度は低下してしまうという問題点があ
る。
【００１１】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、安定した単一横モードを維持したまま、高い
輝度で高出力のレーザ光を出力できるレーザ装置を提供
することを目的とする。
のであり、安定した単一横モードを維持したまま、高い
輝度で高出力のレーザ光を出力できるレーザ装置を提供
することを目的とする。
【００１２】また、本発明の他の目的は、安定した単一
横モードを維持したまま、高い輝度のレーザ光によりレ
ーザ加工を行うことのできるレーザ加工装置を提供する
ことである。
横モードを維持したまま、高い輝度のレーザ光によりレ
ーザ加工を行うことのできるレーザ加工装置を提供する
ことである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、レーザ光を出力するレーザ装置におい
て、レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質
を含み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横
モードが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接し
て配置された複数の導波領域と、前記複数の導波領域の
周囲に設けられ、前記複数の導波領域よりも低い屈折率
のクラッド領域と、前記レーザ活性物質を励起する励起
手段と、を有することを特徴とするレーザ装置が提供さ
れる。
決するために、レーザ光を出力するレーザ装置におい
て、レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質
を含み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横
モードが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接し
て配置された複数の導波領域と、前記複数の導波領域の
周囲に設けられ、前記複数の導波領域よりも低い屈折率
のクラッド領域と、前記レーザ活性物質を励起する励起
手段と、を有することを特徴とするレーザ装置が提供さ
れる。
【００１４】このレーザ装置によれば、励起手段により
導波領域内のレーザ活性物質が励起されると、単一横モ
ードのレーザ光が発生する。発生したレーザ光は導波領
域とクラッド領域との間で全反射され、複数の導波領域
の出射端から高密度のレーザ光の束となって出力され
る。
導波領域内のレーザ活性物質が励起されると、単一横モ
ードのレーザ光が発生する。発生したレーザ光は導波領
域とクラッド領域との間で全反射され、複数の導波領域
の出射端から高密度のレーザ光の束となって出力され
る。
【００１５】また、本発明では上記課題を解決するため
に、レーザ光によって加工を行うレーザ加工装置におい
て、レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質
を含み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横
モードが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接し
て配置された複数の導波領域と、前記複数の導波領域の
周囲に設けられ、前記複数の導波領域よりも低い屈折率
のクラッド領域と、前記レーザ活性物質を励起する励起
手段と、前記導波領域から出射されたレーザ光を集光す
る集光手段と、を有することを特徴とするレーザ加工装
置が提供される。
に、レーザ光によって加工を行うレーザ加工装置におい
て、レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質
を含み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横
モードが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接し
て配置された複数の導波領域と、前記複数の導波領域の
周囲に設けられ、前記複数の導波領域よりも低い屈折率
のクラッド領域と、前記レーザ活性物質を励起する励起
手段と、前記導波領域から出射されたレーザ光を集光す
る集光手段と、を有することを特徴とするレーザ加工装
置が提供される。
【００１６】このレーザ加工装置によれば、励起手段に
より導波領域内のレーザ活性物質が励起されると、単一
横モードの複数のレーザ光が発生する。発生したレーザ
光は導波領域とクラッド領域との間で全反射され、導波
領域の出射端から高密度のレーザ光の束となって出力さ
れる。出力されたレーザ光の束は、集光手段により集光
される。
より導波領域内のレーザ活性物質が励起されると、単一
横モードの複数のレーザ光が発生する。発生したレーザ
光は導波領域とクラッド領域との間で全反射され、導波
領域の出射端から高密度のレーザ光の束となって出力さ
れる。出力されたレーザ光の束は、集光手段により集光
される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明のレーザ装置の概
略構成を示す図である。このレーザ装置は、レーザ光を
励起する媒体として２重クラッド型ファイバレーザ用の
１６本のファイバを束ねたファイババンドル１００を用
いている。束ねられた各ファイバは、導波領域であるコ
アと、コアの周囲に設けられ、コアよりも屈折率の低い
第１クラッド、第１クラッドの周りに設けられ、第１ク
ラッドよりも屈折率の低い第２クラッドとで構成されて
いる。
を参照して説明する。図１は、本発明のレーザ装置の概
略構成を示す図である。このレーザ装置は、レーザ光を
励起する媒体として２重クラッド型ファイバレーザ用の
１６本のファイバを束ねたファイババンドル１００を用
いている。束ねられた各ファイバは、導波領域であるコ
アと、コアの周囲に設けられ、コアよりも屈折率の低い
第１クラッド、第１クラッドの周りに設けられ、第１ク
ラッドよりも屈折率の低い第２クラッドとで構成されて
いる。
【００１８】ファイババンドル１００のファイバが分離
されている分離部１０１側の入射端に励起光１０が入射
され、ファイバが束ねられているバンドル部１０２側の
出射端からレーザ光１０ａが出力される。バンドル部１
０２は、横モードの影響を互いに及ぼし合わない範囲
で、出射端におけるコアの間隔が微少となるように束ね
られている。なお、ファイバから出射される光線の方向
を揃える必要があるため、出射端から１ｃｍ以内の範囲
においては、各コアは平行である。
されている分離部１０１側の入射端に励起光１０が入射
され、ファイバが束ねられているバンドル部１０２側の
出射端からレーザ光１０ａが出力される。バンドル部１
０２は、横モードの影響を互いに及ぼし合わない範囲
で、出射端におけるコアの間隔が微少となるように束ね
られている。なお、ファイバから出射される光線の方向
を揃える必要があるため、出射端から１ｃｍ以内の範囲
においては、各コアは平行である。
【００１９】また、ファイババンドル１００の励起光の
入射端に、１６個のレーザダイオード（以下「ＬＤ」と
いう）２１が設けられている。ＬＤ２１は、電源装置２
０によって駆動され、波長が０．８μｍの励起光１０を
出力する。ＬＤ２１から出力された励起光１０は、ファ
イババンドル１００内の第１クラッドと第２クラッドの
境界部分で全反射を繰り返しながら、ファイバ内を伝搬
する。そして、励起光が伝搬の途中でコアを通過する
と、レーザ活性物質が励起され、レーザ光が発生する。
励起光のエネルギーは、出射端に達する前に全てレーザ
光に変換され、出射端からはレーザ光１０ａのみが出力
される。
入射端に、１６個のレーザダイオード（以下「ＬＤ」と
いう）２１が設けられている。ＬＤ２１は、電源装置２
０によって駆動され、波長が０．８μｍの励起光１０を
出力する。ＬＤ２１から出力された励起光１０は、ファ
イババンドル１００内の第１クラッドと第２クラッドの
境界部分で全反射を繰り返しながら、ファイバ内を伝搬
する。そして、励起光が伝搬の途中でコアを通過する
と、レーザ活性物質が励起され、レーザ光が発生する。
励起光のエネルギーは、出射端に達する前に全てレーザ
光に変換され、出射端からはレーザ光１０ａのみが出力
される。
【００２０】この装置から出力される１６本のレーザ光
１０ａは、レーザ出力の強弱や熱や振動あるいはファイ
バのわずかな変位などによってレーザ出力の横モードが
変化しない。つまり、極めて安定した横モードを有す
る。しかも、高密度に配置された複数のコアから出力さ
れているため、光ファイバレーザの上限と同程度の輝度
を有する。さらに、複数のレーザ光が束ねられて出射さ
れるため、１本の光ファイバレーザよりも格段に大きな
レーザ出力が可能である。
１０ａは、レーザ出力の強弱や熱や振動あるいはファイ
バのわずかな変位などによってレーザ出力の横モードが
変化しない。つまり、極めて安定した横モードを有す
る。しかも、高密度に配置された複数のコアから出力さ
れているため、光ファイバレーザの上限と同程度の輝度
を有する。さらに、複数のレーザ光が束ねられて出射さ
れるため、１本の光ファイバレーザよりも格段に大きな
レーザ出力が可能である。
【００２１】図２は、ファイババンドルの励起光の入射
端の拡大図である。１６本のファイバ１１０ａ〜１１０
ｐの中心には、導波領域であるコア１１１ａ〜１１１ｐ
がある。コア１１１ａ〜１１１ｐには、レーザ活性物質
がドープされている。コア１１１ａ〜１１１ｐの周囲に
は第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐが設けられている。
第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐは、コア１１１ａ〜１
１１ｐよりも屈折率が低い。第１クラッド１１２ａ〜１
１２ｐの周囲には、第２クラッド１１３ａ〜１１３ｐが
設けられている。第２クラッド１１３ａ〜１１３ｐは、
第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐよりも屈折率が低い。
端の拡大図である。１６本のファイバ１１０ａ〜１１０
ｐの中心には、導波領域であるコア１１１ａ〜１１１ｐ
がある。コア１１１ａ〜１１１ｐには、レーザ活性物質
がドープされている。コア１１１ａ〜１１１ｐの周囲に
は第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐが設けられている。
第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐは、コア１１１ａ〜１
１１ｐよりも屈折率が低い。第１クラッド１１２ａ〜１
１２ｐの周囲には、第２クラッド１１３ａ〜１１３ｐが
設けられている。第２クラッド１１３ａ〜１１３ｐは、
第１クラッド１１２ａ〜１１２ｐよりも屈折率が低い。
【００２２】そして、ファイバ１１０ａに含まれるレー
ザ活性物質を励起するための励起光１１は第１クラッド
１１２ａに対して入射される。同様に、他のファイバの
第１クラッドにも励起光が入射される。
ザ活性物質を励起するための励起光１１は第１クラッド
１１２ａに対して入射される。同様に、他のファイバの
第１クラッドにも励起光が入射される。
【００２３】図３は、ファイババンドルのレーザ光の出
射端の拡大図である。ファイババンドル１００の出射端
では、１６個のコア１１１ａ〜１１１ｐが、微少な間隔
で中央部に集中して配置されている。各コア１１１ａ〜
１１１ｐは、隣り合うコア同士のレーザ発振の横モード
が互いに影響しないような十分な間隔を確保し、かつ、
出来るだけ高密度に配置されている。
射端の拡大図である。ファイババンドル１００の出射端
では、１６個のコア１１１ａ〜１１１ｐが、微少な間隔
で中央部に集中して配置されている。各コア１１１ａ〜
１１１ｐは、隣り合うコア同士のレーザ発振の横モード
が互いに影響しないような十分な間隔を確保し、かつ、
出来るだけ高密度に配置されている。
【００２４】ここで、横モードが影響し合わない距離
は、レーザ発振波長のエバネッセント波によって定めら
れる。エバネッセント波とは、コアを伝播するレーザ光
が、コアと第１クラッドの間で全反射する際に、第１ク
ラッド側へ漏れ出す光のことである。エバネッセント波
の強度は、コアと第１クラッドとの境界から離れるに従
い減少する。高いエネルギーのエバネッセント波が、隣
り合った別のコアに進入すると、レーザ光が互いに影響
を及ぼし合い、単一横モードの状態が崩れてしまう。
は、レーザ発振波長のエバネッセント波によって定めら
れる。エバネッセント波とは、コアを伝播するレーザ光
が、コアと第１クラッドの間で全反射する際に、第１ク
ラッド側へ漏れ出す光のことである。エバネッセント波
の強度は、コアと第１クラッドとの境界から離れるに従
い減少する。高いエネルギーのエバネッセント波が、隣
り合った別のコアに進入すると、レーザ光が互いに影響
を及ぼし合い、単一横モードの状態が崩れてしまう。
【００２５】そこで、単一横モードの状態を崩さないた
めには、コアと第１クラッドとの境界におけるエバネッ
セント波の強度を基準値とし、原則として、エバネッセ
ント波の強度が基準値の０．９倍に減衰する距離よりも
長い間隔でコア同士を隣接させる必要がある。ただし、
コアが隣接している領域（バンドル部１０２）の長さが
レーザ波長の１００００倍以内であれば、エバネッセン
ト波が基準値の０．９倍に減衰する距離よりも短い間隔
でコア同士が隣接していても、横モードが影響し合うこ
とはない。したがって、バンドル部１０２の長さをレー
ザ波長の１００００倍以内にすれば、コアをより接近さ
せることができる。この場合には、コア同士が密着して
いてもよい。
めには、コアと第１クラッドとの境界におけるエバネッ
セント波の強度を基準値とし、原則として、エバネッセ
ント波の強度が基準値の０．９倍に減衰する距離よりも
長い間隔でコア同士を隣接させる必要がある。ただし、
コアが隣接している領域（バンドル部１０２）の長さが
レーザ波長の１００００倍以内であれば、エバネッセン
ト波が基準値の０．９倍に減衰する距離よりも短い間隔
でコア同士が隣接していても、横モードが影響し合うこ
とはない。したがって、バンドル部１０２の長さをレー
ザ波長の１００００倍以内にすれば、コアをより接近さ
せることができる。この場合には、コア同士が密着して
いてもよい。
【００２６】また、コアの間隔が離れすぎていると、単
にファイバを束ねた場合と同様に、出射光が広い範囲に
点在してしまい、出射光の単位面積当たりの強度を上げ
ることができなくなってしまう。したがって、エバネッ
セント波の強度が基準値の０．０１倍となる距離よりも
短い間隔でコア同士が隣接していることが望ましい。
にファイバを束ねた場合と同様に、出射光が広い範囲に
点在してしまい、出射光の単位面積当たりの強度を上げ
ることができなくなってしまう。したがって、エバネッ
セント波の強度が基準値の０．０１倍となる距離よりも
短い間隔でコア同士が隣接していることが望ましい。
【００２７】図４は、コア間隔とモードの変化率との関
係を示す図である。この図では、横軸にコア間隔（μ
ｍ）を取り、縦軸にモードの変化率を取っている。ここ
で、モードの変化率は、コアが密着した状態を１とした
場合の発振横モードの強度変化率を示している。この図
から分かるように、モードの変化率は、コア間隔が１μ
ｍ以内の範囲ではコア間隔が広がるに従い急激に減少
し、コア間隔が２μｍになると発振横モードの強度変化
は微少なものとなる。そして、コア間隔が１２μｍ以上
離れれば、発振横モードの強度はほとんど変化しなくな
る。
係を示す図である。この図では、横軸にコア間隔（μ
ｍ）を取り、縦軸にモードの変化率を取っている。ここ
で、モードの変化率は、コアが密着した状態を１とした
場合の発振横モードの強度変化率を示している。この図
から分かるように、モードの変化率は、コア間隔が１μ
ｍ以内の範囲ではコア間隔が広がるに従い急激に減少
し、コア間隔が２μｍになると発振横モードの強度変化
は微少なものとなる。そして、コア間隔が１２μｍ以上
離れれば、発振横モードの強度はほとんど変化しなくな
る。
【００２８】次に、本発明のレーザ装置に用いるファイ
ババンドルの製造方法について説明する。図５は、ファ
イババンドルの製造工程の前半を示す図である。なお、
この図では第１クラッドと第２クラッドとの境界部分は
図示していない。また、以下の説明では、第１クラッド
と第２クラッドとを合わせて、単に「クラッド」と呼ぶ
こととする。 〔Ｓ１〕ファイバ１１０ａを図示していないガラス製Ｖ
溝に接着剤を用いて固定し、ファイバのクラッド研削装
置であるダイシングソーに取り付ける。 〔Ｓ２〕ダイシングソーを用いて、コア１１１ａから５
μｍの距離を残してクラッドを削り取る。 〔Ｓ３〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｂを、接着剤によってファイバ１１
０ａと接着する。 〔Ｓ４〕コア１１１ｂから５μｍを残して、クラッドを
削り取る。 〔Ｓ５〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｃを、接着剤によってファイバ１１
０ｂと接着する。 〔Ｓ６〕コア１１１ｃから５μｍを残して、クラッドを
削り取る。 〔Ｓ７〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｄを、接着剤によってファイバ１１
０ｃと接着する。
ババンドルの製造方法について説明する。図５は、ファ
イババンドルの製造工程の前半を示す図である。なお、
この図では第１クラッドと第２クラッドとの境界部分は
図示していない。また、以下の説明では、第１クラッド
と第２クラッドとを合わせて、単に「クラッド」と呼ぶ
こととする。 〔Ｓ１〕ファイバ１１０ａを図示していないガラス製Ｖ
溝に接着剤を用いて固定し、ファイバのクラッド研削装
置であるダイシングソーに取り付ける。 〔Ｓ２〕ダイシングソーを用いて、コア１１１ａから５
μｍの距離を残してクラッドを削り取る。 〔Ｓ３〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｂを、接着剤によってファイバ１１
０ａと接着する。 〔Ｓ４〕コア１１１ｂから５μｍを残して、クラッドを
削り取る。 〔Ｓ５〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｃを、接着剤によってファイバ１１
０ｂと接着する。 〔Ｓ６〕コア１１１ｃから５μｍを残して、クラッドを
削り取る。 〔Ｓ７〕工程Ｓ１，Ｓ２と同様の手順でクラッドを研削
したファイバ１１０ｄを、接着剤によってファイバ１１
０ｃと接着する。
【００２９】これにより、１次元のファイバアレイを作
ることができる。そして、同様の１次元ファイバアレイ
を全部で４個作る。このように、クラッドの研削とファ
イバの接着とを交互に行うのは、クラッドを少しずつ研
削することにより、ファイバの機械的な強度を保ちなが
ら加工を進めるためである。
ることができる。そして、同様の１次元ファイバアレイ
を全部で４個作る。このように、クラッドの研削とファ
イバの接着とを交互に行うのは、クラッドを少しずつ研
削することにより、ファイバの機械的な強度を保ちなが
ら加工を進めるためである。
【００３０】図６は、ファイババンドルの製造工程の後
半を示す図である。この工程では、１次元ファイバアレ
イを基本として２次元ファイバアレイを作成する。 〔Ｓ１１〕ファイバアレイ１００ａを図示していないガ
ラス製Ｖ溝に接着剤を用いて固定し、ダイシングソーに
取り付ける。 〔Ｓ１２〕ダイシングソーを用いて、コア１１１ａ〜１
１１ｄから５μｍの距離を残してクラッドを削り取る。 〔Ｓ１３〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｂを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ａと接着する。 〔Ｓ１４〕コア１１１ｅ〜１１１ｈから５μｍを残し
て、クラッドを削り取る。 〔Ｓ１５〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｃを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ｂと接着する。 〔Ｓ１６〕コア１１１ｉ〜１１１ｌから５μｍを残し
て、クラッドを削り取る。 〔Ｓ１７〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｄを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ｃと接着する。
半を示す図である。この工程では、１次元ファイバアレ
イを基本として２次元ファイバアレイを作成する。 〔Ｓ１１〕ファイバアレイ１００ａを図示していないガ
ラス製Ｖ溝に接着剤を用いて固定し、ダイシングソーに
取り付ける。 〔Ｓ１２〕ダイシングソーを用いて、コア１１１ａ〜１
１１ｄから５μｍの距離を残してクラッドを削り取る。 〔Ｓ１３〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｂを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ａと接着する。 〔Ｓ１４〕コア１１１ｅ〜１１１ｈから５μｍを残し
て、クラッドを削り取る。 〔Ｓ１５〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｃを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ｂと接着する。 〔Ｓ１６〕コア１１１ｉ〜１１１ｌから５μｍを残し
て、クラッドを削り取る。 〔Ｓ１７〕工程Ｓ１１，Ｓ１２と同様の手順でクラッド
を研削したファイバアレイ１００ｄを、接着剤によって
ファイバアレイ１００ｃと接着する。
【００３１】これにより、２重クラッド型のファイバの
出力側が２次元のファイバアレイとして束ねられる。こ
のようにして作成されたファイババンドルをファイバレ
ーザ装置に利用することにより、高出力のレーザ装置が
得られる。
出力側が２次元のファイバアレイとして束ねられる。こ
のようにして作成されたファイババンドルをファイバレ
ーザ装置に利用することにより、高出力のレーザ装置が
得られる。
【００３２】なお、上記の説明では、ファイバを束ねる
際に、接着剤で接着するものとしているが、ファイバ同
士を融着して束ねることもできる。また、上記の説明で
は、ファイバを１本ずつ束ねることで１次元ファイバア
レイを作成し、その１次元ファイバアレイを束ねて本発
明のファイババンドルを作成しているが、加工時の機械
的強度が問題とならない場合には、全てのファイバを細
く切削した後、それらを一度に束ねても良い。
際に、接着剤で接着するものとしているが、ファイバ同
士を融着して束ねることもできる。また、上記の説明で
は、ファイバを１本ずつ束ねることで１次元ファイバア
レイを作成し、その１次元ファイバアレイを束ねて本発
明のファイババンドルを作成しているが、加工時の機械
的強度が問題とならない場合には、全てのファイバを細
く切削した後、それらを一度に束ねても良い。
【００３３】ところで、上記のファイババンドルは、コ
アが縦と横に一直線に並んでいるが、配列を変えること
により、さらに高密度に束ねることができる。そのよう
なファイババンドルの例を以下に説明する。
アが縦と横に一直線に並んでいるが、配列を変えること
により、さらに高密度に束ねることができる。そのよう
なファイババンドルの例を以下に説明する。
【００３４】図７は、より高密度に配列したファイババ
ンドルの例を示す図である。この図は、レーザ光の出射
端を示している。このファイババンドル３０は、図中の
左から１列目に、３つのコア３１ａ〜３１ｃが縦に並ん
でいる。その右側の２列目に、４つのコア３１ｄ〜３１
ｇが縦に並んでいる。２列目のコア３１ｄ〜３１ｇの間
隔は、１列目のコア３１ａ〜３１ｃの間隔と同じであ
り、２列目の最上部のコア３１ｄと最下部のコア３１ｇ
の中点が、１列目の中央のコア３１ｂと同じ高さにな
る。
ンドルの例を示す図である。この図は、レーザ光の出射
端を示している。このファイババンドル３０は、図中の
左から１列目に、３つのコア３１ａ〜３１ｃが縦に並ん
でいる。その右側の２列目に、４つのコア３１ｄ〜３１
ｇが縦に並んでいる。２列目のコア３１ｄ〜３１ｇの間
隔は、１列目のコア３１ａ〜３１ｃの間隔と同じであ
り、２列目の最上部のコア３１ｄと最下部のコア３１ｇ
の中点が、１列目の中央のコア３１ｂと同じ高さにな
る。
【００３５】同様に、３列目には５つのコア３１ｈ〜３
１ｌが配置され、４列目には４つのコア３１ｍ〜３１ｐ
が配置され、５列目には３つのコア３１ｑ〜３１ｓが配
置されている。
１ｌが配置され、４列目には４つのコア３１ｍ〜３１ｐ
が配置され、５列目には３つのコア３１ｑ〜３１ｓが配
置されている。
【００３６】このようなファイババンドル３０の製造方
法を以下に説明する。なお、１次元のファイバアレイを
作成するまでの工程（図５に示す）は、第１の実施の形
態と同様であるため説明を省略する。
法を以下に説明する。なお、１次元のファイバアレイを
作成するまでの工程（図５に示す）は、第１の実施の形
態と同様であるため説明を省略する。
【００３７】図８は、より高密度に配列したファイババ
ンドルの製造工程を示す図である。 〔Ｓ２１〕３つのファイバが束ねられた１次元のファイ
バアレイ３０ａを図示していないガラス製Ｖ溝に接着剤
を用いて固定し、ダイシングソーに取り付ける。 〔Ｓ２２〕ダイシングソーを用いて、所定の位置を頂点
とし、頂角１２０度でクラッドを削り取る。 〔Ｓ２３〕工程Ｓ２２と同様の手順で、クラッドの所定
の位置を削り取る。 〔Ｓ２４〕４本のファイバを束ね、工程Ｓ２２，Ｓ２３
と同様の方法でクラッドを削り取った１次元のファイバ
アレイ３０ｂを、ファイバアレイ３０ａに接着する。 〔Ｓ２５〕工程Ｓ２２，Ｓ２３と同様の手順で、クラッ
ドの所定の位置を削り取る。 〔Ｓ２６〕５本のファイバを束ね、工程Ｓ２２，Ｓ２３
と同様の方法でクラッドを削り取った１次元のファイバ
アレイ３０ｃを、ファイバアレイ３０ｂに接着する。 〔Ｓ２７〕以後同様に、４本のファイバを束ねたファイ
バアレイ３０ｄと、３本のファイバを束ねたファイバア
レイ３０ｅを順次接着する。
ンドルの製造工程を示す図である。 〔Ｓ２１〕３つのファイバが束ねられた１次元のファイ
バアレイ３０ａを図示していないガラス製Ｖ溝に接着剤
を用いて固定し、ダイシングソーに取り付ける。 〔Ｓ２２〕ダイシングソーを用いて、所定の位置を頂点
とし、頂角１２０度でクラッドを削り取る。 〔Ｓ２３〕工程Ｓ２２と同様の手順で、クラッドの所定
の位置を削り取る。 〔Ｓ２４〕４本のファイバを束ね、工程Ｓ２２，Ｓ２３
と同様の方法でクラッドを削り取った１次元のファイバ
アレイ３０ｂを、ファイバアレイ３０ａに接着する。 〔Ｓ２５〕工程Ｓ２２，Ｓ２３と同様の手順で、クラッ
ドの所定の位置を削り取る。 〔Ｓ２６〕５本のファイバを束ね、工程Ｓ２２，Ｓ２３
と同様の方法でクラッドを削り取った１次元のファイバ
アレイ３０ｃを、ファイバアレイ３０ｂに接着する。 〔Ｓ２７〕以後同様に、４本のファイバを束ねたファイ
バアレイ３０ｄと、３本のファイバを束ねたファイバア
レイ３０ｅを順次接着する。
【００３８】これにより、出射端のコアがより高密度に
配置されたファイババンドルを作成することができる。
なお、以上の説明では、ファイバレーザに用いるための
２重クラッド型ファイバを直接束ねる場合について説明
したが、コアを近接させる部分とレーザ光を励起する部
分とを個別に作成してもよい。この場合、線引きによっ
て、出射端のコアを高密度に配列させることができる。
そのようなファイババンドルの例を以下に説明する。
配置されたファイババンドルを作成することができる。
なお、以上の説明では、ファイバレーザに用いるための
２重クラッド型ファイバを直接束ねる場合について説明
したが、コアを近接させる部分とレーザ光を励起する部
分とを個別に作成してもよい。この場合、線引きによっ
て、出射端のコアを高密度に配列させることができる。
そのようなファイババンドルの例を以下に説明する。
【００３９】図９は、線引きによるファイババンドルの
製造工程の前半を示す図である。 〔Ｓ３１〕まず、複数のプリフォーム（線引きする前の
ガラス母材）を接着剤で接着（若しくは融着）すること
により単純に束ね、ファイババンドル４０を作る。な
お、このプリフォームは、２重クラッド型ではなく、レ
ーザ光を伝搬するコアとその周囲に設けられたクラッド
とからなる。また、コアには、レーザ励起用の材料はド
ープされていない。このファイババンドル４０の両側の
端面４１，４２は、同じ大きさである。 〔Ｓ３２〕ファイババンドル４０の一端を線引きする。
これにより、ファイババンドル４０が、端面４１から端
面４２にかけて徐々に細くなり、端面４２は縮小され
る。
製造工程の前半を示す図である。 〔Ｓ３１〕まず、複数のプリフォーム（線引きする前の
ガラス母材）を接着剤で接着（若しくは融着）すること
により単純に束ね、ファイババンドル４０を作る。な
お、このプリフォームは、２重クラッド型ではなく、レ
ーザ光を伝搬するコアとその周囲に設けられたクラッド
とからなる。また、コアには、レーザ励起用の材料はド
ープされていない。このファイババンドル４０の両側の
端面４１，４２は、同じ大きさである。 〔Ｓ３２〕ファイババンドル４０の一端を線引きする。
これにより、ファイババンドル４０が、端面４１から端
面４２にかけて徐々に細くなり、端面４２は縮小され
る。
【００４０】図１０は、線引きによるファイババンドル
の製造工程の後半を示す図である。 〔Ｓ３３〕コアにレーザ活性物質がドープされた２重ク
ラッド型のファイバを束ねたファイババンドル５０を用
意する。このファイババンドル５０の端面５１に、ファ
イババンドル４０の端面４１を合致させ、２つのファイ
ババンドルを接続する。接続は、接着、融着、突き合わ
せなど、既存の光ファイバ接続技術で行う。
の製造工程の後半を示す図である。 〔Ｓ３３〕コアにレーザ活性物質がドープされた２重ク
ラッド型のファイバを束ねたファイババンドル５０を用
意する。このファイババンドル５０の端面５１に、ファ
イババンドル４０の端面４１を合致させ、２つのファイ
ババンドルを接続する。接続は、接着、融着、突き合わ
せなど、既存の光ファイバ接続技術で行う。
【００４１】これにより、本発明のレーザ装置に用いる
ファイババンドルを、線引きによって作成できる。この
ように、線引きによってコア同士を近接させることによ
り、高出力で輝度の高い単一横モードのレーザ光を発生
させるためのファイババンドルを容易に作成することが
できる。
ファイババンドルを、線引きによって作成できる。この
ように、線引きによってコア同士を近接させることによ
り、高出力で輝度の高い単一横モードのレーザ光を発生
させるためのファイババンドルを容易に作成することが
できる。
【００４２】なお、上記の各ファイババンドルの製造方
法の説明では、ファイバの端部から一定の領域に対して
切削若しくは線引きを行うことで本発明に係るファイバ
バンドルを製造したが、これらの加工処理をファイバの
中間部分に対して行ってもよい。すなわち、ファイバの
中間部分を研削若しくは引き伸ばしにより束ねてバンド
ル化する。そして、束ねた部分の中央付近で切断すれ
ば、本発明のファイババンドルを２本同時に作成でき
る。
法の説明では、ファイバの端部から一定の領域に対して
切削若しくは線引きを行うことで本発明に係るファイバ
バンドルを製造したが、これらの加工処理をファイバの
中間部分に対して行ってもよい。すなわち、ファイバの
中間部分を研削若しくは引き伸ばしにより束ねてバンド
ル化する。そして、束ねた部分の中央付近で切断すれ
ば、本発明のファイババンドルを２本同時に作成でき
る。
【００４３】次に、単にファイバを束ねたファイババン
ドルをレーザ装置に用いた場合と、上記のようなコアが
近接して配置されたファイババンドルをレーザ装置に用
いた場合との輝度の違いについて考察する。
ドルをレーザ装置に用いた場合と、上記のようなコアが
近接して配置されたファイババンドルをレーザ装置に用
いた場合との輝度の違いについて考察する。
【００４４】いま、コア径１０μｍ（単一横モード）、
第１クラッド径９００μｍ、第２クラッド径１０００μ
ｍのレーザ媒体を用いた２重クラッド型ファイバレーザ
装置を考える。このファイバレーザ装置では、ＬＤで励
起したレーザ光を、励起光として２重クラッド型ファイ
バに入射する。ＬＤで励起して、非線形効果により損失
が顕著にならない上限の出力として１５０Ｗが得られて
いる場合、その輝度Ｐ１は、
第１クラッド径９００μｍ、第２クラッド径１０００μ
ｍのレーザ媒体を用いた２重クラッド型ファイバレーザ
装置を考える。このファイバレーザ装置では、ＬＤで励
起したレーザ光を、励起光として２重クラッド型ファイ
バに入射する。ＬＤで励起して、非線形効果により損失
が顕著にならない上限の出力として１５０Ｗが得られて
いる場合、その輝度Ｐ１は、
【００４５】
【数１】 Ｐ１＝１５０Ｗ／７．８５×１０-7＝約１９１ＭＷ／ｃｍ2 ・・・・（１） となる。
【００４６】このような単一横モードのファイバレーザ
を単純に複数本束ねたレーザ装置の輝度Ｐ２は、以下の
ようになる。図１１は、複数のファイバを単純に束ねた
レーザ装置のレーザ光の出射端を示す図である。この図
に示すファイババンドル６０は、１９本のファイバ６１
が束ねられている。各ファイバ６１は、中心にコアが設
けられている。コアの直径は１０μｍほどである。コア
の周りには、直径は９００μｍの第１クラッドが設けら
れている。第１クラッドの周りには、直径１ｍｍ（１０
００μｍ）の第２クラッドが設けられている。
を単純に複数本束ねたレーザ装置の輝度Ｐ２は、以下の
ようになる。図１１は、複数のファイバを単純に束ねた
レーザ装置のレーザ光の出射端を示す図である。この図
に示すファイババンドル６０は、１９本のファイバ６１
が束ねられている。各ファイバ６１は、中心にコアが設
けられている。コアの直径は１０μｍほどである。コア
の周りには、直径は９００μｍの第１クラッドが設けら
れている。第１クラッドの周りには、直径１ｍｍ（１０
００μｍ）の第２クラッドが設けられている。
【００４７】図のように１９本のファイバ６１を配置す
れば、レーザ出力はファイバ一本の場合の１９倍の２．
８５ｋＷ得られるが、発光領域６２の直径は約４ｍｍと
なる。したがって、その輝度Ｐ２は、
れば、レーザ出力はファイバ一本の場合の１９倍の２．
８５ｋＷ得られるが、発光領域６２の直径は約４ｍｍと
なる。したがって、その輝度Ｐ２は、
【００４８】
【数２】 Ｐ２＝出力／発光領域の面積 ＝１５０Ｗ×１９／１．２５６×１０-1＝約２２．７ｋＷ／ｃｍ2 ・・・・（２） である。
【００４９】この結果を、式（１）の結果と比べれば分
かるように、ファイバ一本の場合に比べて、輝度は著し
く低下してしまう。つまり、レーザ加工に重要な集光性
が大幅に低下したことを意味する。この理由は、単一横
モードのファイバレーザを単純に束ねた場合、平均出力
は束ねた本数分だけ増やすことができるが、コアに比べ
て遥かに大きいクラッド（直径で１００倍）がそれぞれ
のコアに付いているため、発光点であるコアが広い空間
に点在する形となるからである。
かるように、ファイバ一本の場合に比べて、輝度は著し
く低下してしまう。つまり、レーザ加工に重要な集光性
が大幅に低下したことを意味する。この理由は、単一横
モードのファイバレーザを単純に束ねた場合、平均出力
は束ねた本数分だけ増やすことができるが、コアに比べ
て遥かに大きいクラッド（直径で１００倍）がそれぞれ
のコアに付いているため、発光点であるコアが広い空間
に点在する形となるからである。
【００５０】そこで、本願発明のファイババンドルによ
り出力１５０Ｗのファイバを束ねた場合を考える。図１
２は、本発明のレーザ装置のレーザ光の出射端における
コアの配置を示す図である。この図に示すファイババン
ドル７０は、コア径１０μｍの１９本のコア７１が、１
０μｍ間隔で配置されている。すると、１９本のレーザ
光の発光領域７２の直径は、９０μｍとなる。
り出力１５０Ｗのファイバを束ねた場合を考える。図１
２は、本発明のレーザ装置のレーザ光の出射端における
コアの配置を示す図である。この図に示すファイババン
ドル７０は、コア径１０μｍの１９本のコア７１が、１
０μｍ間隔で配置されている。すると、１９本のレーザ
光の発光領域７２の直径は、９０μｍとなる。
【００５１】すると、レーザ出力はファイバ一本の場合
の１９倍の２．８５ｋＷ得られ、平均の輝度Ｐ３は、
の１９倍の２．８５ｋＷ得られ、平均の輝度Ｐ３は、
【００５２】
【数３】 Ｐ３＝出力／発光領域の面積 ＝１５０Ｗ×１９／６．３５８５×１０-5＝約４５ＭＷ／ｃｍ2 ・・・・（３） である。したがって、単純にファイバを束ねた場合に比
べ、平均の輝度が非常に高くなっている。
べ、平均の輝度が非常に高くなっている。
【００５３】このようなレーザ装置を、レーザ加工装置
に用いることにより、高精度の加工を高速に行うことが
可能となる。本発明のファイババンドルによる光ファイ
バレーザ装置をレーザ加工装置に用いる場合、ファイバ
バンドルのレーザ光の出力側には、加工ヘッドが設けら
れる。加工ヘッド内には集光レンズが設けられ、レーザ
光をワーク上で集光させることができる。また、加工ヘ
ッドには補助ガスが導入されており、加工ヘッドの先端
から補助ガスが噴出するように構成されている。補助ガ
スには、酸化を防止するシールドガスや、発生するプラ
ズマを除去するプラズマ処理ガスなどが用いられる。ま
た、レーザ加工装置には、ワークを載せる台とその台を
移動させるサーボモータが設けられている。そして、レ
ーザ出力やワークの位置などを数値制御装置などで制御
することにより、精密な加工を行うことができる。
に用いることにより、高精度の加工を高速に行うことが
可能となる。本発明のファイババンドルによる光ファイ
バレーザ装置をレーザ加工装置に用いる場合、ファイバ
バンドルのレーザ光の出力側には、加工ヘッドが設けら
れる。加工ヘッド内には集光レンズが設けられ、レーザ
光をワーク上で集光させることができる。また、加工ヘ
ッドには補助ガスが導入されており、加工ヘッドの先端
から補助ガスが噴出するように構成されている。補助ガ
スには、酸化を防止するシールドガスや、発生するプラ
ズマを除去するプラズマ処理ガスなどが用いられる。ま
た、レーザ加工装置には、ワークを載せる台とその台を
移動させるサーボモータが設けられている。そして、レ
ーザ出力やワークの位置などを数値制御装置などで制御
することにより、精密な加工を行うことができる。
【００５４】
【実施例】以下に、図１に示した第１の実施の形態を具
体化したレーザ装置の実施例について説明する。
体化したレーザ装置の実施例について説明する。
【００５５】ここでは、コア径１０μｍ、第１クラッド
径９００μｍ、第２クラッド径１０００μｍ、長さ５０
ｍの２重クラッド型ファイバを１６本用いて、ファイバ
バンドルを作成した。ファイバのコアには、０．５ａｔ
％の濃度でＮｄ3+イオンをドープした。ファイバの母材
には、石英系ガラスを用いた。
径９００μｍ、第２クラッド径１０００μｍ、長さ５０
ｍの２重クラッド型ファイバを１６本用いて、ファイバ
バンドルを作成した。ファイバのコアには、０．５ａｔ
％の濃度でＮｄ3+イオンをドープした。ファイバの母材
には、石英系ガラスを用いた。
【００５６】励起光の入射端は、励起光が効率よく入力
されるように平面研磨され、励起光０．８μｍにおいて
透過率９５％以上、レーザ発振波長１．０６μｍにおい
て反射率９８％以上の多層膜コートが施されている。レ
ーザ光の出射端ではファイバが束ねられ、コアが１０μ
ｍの間隔で配置されている。
されるように平面研磨され、励起光０．８μｍにおいて
透過率９５％以上、レーザ発振波長１．０６μｍにおい
て反射率９８％以上の多層膜コートが施されている。レ
ーザ光の出射端ではファイバが束ねられ、コアが１０μ
ｍの間隔で配置されている。
【００５７】なお、図１においては、便宜上ファイバの
全長を短く描いているが、実際には１本５０ｍの長さが
ある。そして、光ファイバは周知のように柔軟性に優れ
ているため、図示していない直径約２０ｃｍのボビンに
巻き付ける構造とした。
全長を短く描いているが、実際には１本５０ｍの長さが
ある。そして、光ファイバは周知のように柔軟性に優れ
ているため、図示していない直径約２０ｃｍのボビンに
巻き付ける構造とした。
【００５８】このレーザバンドルを用いた装置に、発振
波長０．８μｍ、出力２０ＷのＬＤを１６個用いて励起
させたところ、波長１．０６μｍで出力１２０Ｗという
レーザ光が得られた。
波長０．８μｍ、出力２０ＷのＬＤを１６個用いて励起
させたところ、波長１．０６μｍで出力１２０Ｗという
レーザ光が得られた。
【００５９】このレーザ装置の出力を焦点距離５０ｍｍ
のレンズ系で集光したところ、直径５０μｍ以内に出力
の９０％以上のエネルギーが集光できた。一般的な大出
力ＹＡＧ(Yttrium Alminium Garnet) レーザの集光径
が、同様の条件で５００μｍ以上であるから、集光径は
１／１０以下である。集光点でのエネルギー密度は、集
光点の面積に反比例するので、一般的な大出力ＹＡＧレ
ーザに比べて１００倍以上のエネルギー密度を発生させ
ることが出来る。しかも、このレーザ装置の集光径は、
レーザ出力や熱の状態によらず常に一定であるため、安
定したレーザ加工が可能である。
のレンズ系で集光したところ、直径５０μｍ以内に出力
の９０％以上のエネルギーが集光できた。一般的な大出
力ＹＡＧ(Yttrium Alminium Garnet) レーザの集光径
が、同様の条件で５００μｍ以上であるから、集光径は
１／１０以下である。集光点でのエネルギー密度は、集
光点の面積に反比例するので、一般的な大出力ＹＡＧレ
ーザに比べて１００倍以上のエネルギー密度を発生させ
ることが出来る。しかも、このレーザ装置の集光径は、
レーザ出力や熱の状態によらず常に一定であるため、安
定したレーザ加工が可能である。
【００６０】なお、この例では、励起用に用意したＬＤ
が少なかったために１２０Ｗの出力しか得られなかった
が、この出力値はこのレーザ装置の限界ではない。励起
光の出力を上げればレーザ装置の出力をさらに挙げるこ
とができ、その上限は２ｋＷ以上であると考えられる。
が少なかったために１２０Ｗの出力しか得られなかった
が、この出力値はこのレーザ装置の限界ではない。励起
光の出力を上げればレーザ装置の出力をさらに挙げるこ
とができ、その上限は２ｋＷ以上であると考えられる。
【００６１】
【発明の効果】以上説明したように本発明のレーザ装置
では、レーザ光の出射端のコアを、レーザ発振の横モー
ドが互いに影響しない間隔をおいて近接して配置したた
め、安定した横モードを有し、かつ高輝度で大出力のレ
ーザ光を得ることができる。
では、レーザ光の出射端のコアを、レーザ発振の横モー
ドが互いに影響しない間隔をおいて近接して配置したた
め、安定した横モードを有し、かつ高輝度で大出力のレ
ーザ光を得ることができる。
【００６２】また、本発明のレーザ加工装置では、レー
ザ光の出射端のコアを、レーザ発振の横モードが互いに
影響しない間隔をおいて近接して配置したことにより、
安定した横モードを有し、かつ高輝度で大出力のレーザ
光を用いたレーザ加工を可能としたため、高精度のレー
ザ加工を高速に行うことができる。
ザ光の出射端のコアを、レーザ発振の横モードが互いに
影響しない間隔をおいて近接して配置したことにより、
安定した横モードを有し、かつ高輝度で大出力のレーザ
光を用いたレーザ加工を可能としたため、高精度のレー
ザ加工を高速に行うことができる。
【図１】本発明のレーザ装置の概略構成を示す図であ
る。
る。
【図２】ファイババンドルの励起光の入射端の拡大図で
ある。
ある。
【図３】ファイババンドルのレーザ光の出射端の拡大図
である。
である。
【図４】コア間隔とモードの変化率との関係を示す図で
ある。
ある。
【図５】ファイババンドルの製造工程の前半を示す図で
ある。
ある。
【図６】ファイババンドルの製造工程の後半を示す図で
ある。
ある。
【図７】より高密度に配列したファイババンドルの例を
示す図である。
示す図である。
【図８】より高密度に配列したファイババンドルの製造
工程を示す図である。
工程を示す図である。
【図９】線引きによるファイババンドルの製造工程の前
半を示す図である。
半を示す図である。
【図１０】線引きによるファイババンドルの製造工程の
後半を示す図である。
後半を示す図である。
【図１１】複数のファイバを単純に束ねたレーザ装置の
レーザ光の出射端を示す図である。
レーザ光の出射端を示す図である。
【図１２】本発明のレーザ装置のレーザ光の出射端にお
けるコアの配置を示す図である。
けるコアの配置を示す図である。
１０ 励起光 １０ａ レーザ光 ２０ 電源装置 ２１ レーザダイオード（ＬＤ） １００ ファイババンドル １０１ 分離部 １０２ バンドル部
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザ光を出力するレーザ装置におい
て、 レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質を含
み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横モー
ドが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接して配
置された複数の導波領域と、 前記複数の導波領域の周囲に設けられ、前記複数の導波
領域よりも低い屈折率のクラッド領域と、 前記レーザ活性物質を励起する励起手段と、 を有することを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】 前記クラッド領域は、前記導波領域の入
射端から一定の範囲では、前記複数の導波領域の周囲に
設けられ、前記複数の導波領域よりも低い屈折率の第１
クラッド領域と、前記第１クラッド領域の周囲に設けら
れ、前記第１クラッド領域よりも低い屈折率の第２クラ
ッド領域とで構成されており、 前記励起手段は、入射端の前記第１クラッド領域に対し
て励起光を入射することにより、前記レーザ活性物質を
励起することを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項３】 レーザ光を出力するレーザ装置におい
て、 レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質を含
み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横モー
ドが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接して配
置された複数のコアと、前記複数のコアの周囲に設けら
れ、前記複数のコアよりも低い屈折率のクラッドとから
なるファイババンドルと、 前記ファイババンドルの入射端へ、前記レーザ活性物質
を励起するための励起光を入射する励起手段と、 を有することを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項４】 前記ファイババンドルは、入射端から一
定の範囲内におけるクラッドが、前記複数のコアの周囲
に設けられ、前記複数のコアよりも低い屈折率の第１ク
ラッドと、前記第１クラッドの周囲に設けられ、前記第
１クラッドよりも低い屈折率の第２クラッドとで構成さ
れており、 前記励起手段は、入射端における前記第１クラッドに対
して励起光を入射することを特徴とする請求項３記載の
レーザ装置。 - 【請求項５】 レーザ光によって加工を行うレーザ加工
装置において、 レーザ光の伝搬経路であるとともにレーザ活性物質を含
み、レーザ光の出射端では、伝搬するレーザ光の横モー
ドが互いに影響しない最低限の間隔をおいて近接して配
置された複数の導波領域と、 前記複数の導波領域の周囲に設けられ、前記複数の導波
領域よりも低い屈折率のクラッド領域と、 前記レーザ活性物質を励起する励起手段と、 前記導波領域から出射されたレーザ光を集光する集光手
段と、 を有することを特徴とするレーザ加工装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17341197A JP3939816B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | レーザ装置 |
| EP98305197A EP0889335B1 (en) | 1997-06-30 | 1998-06-30 | Fiber bundle and fiber laser apparatus using the fibre bundle |
| US09/107,130 US6272155B1 (en) | 1997-06-30 | 1998-06-30 | Fiber bundle and laser apparatus using the fiber bundle of manufacturing the same |
| DE69840860T DE69840860D1 (de) | 1997-06-30 | 1998-06-30 | Faserbündel und Faserlasergerät unter Verwendung des Faserbündels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17341197A JP3939816B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123878A true JPH1123878A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3939816B2 JP3939816B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=15959942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17341197A Expired - Fee Related JP3939816B2 (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3939816B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1997
- 1997-06-30 JP JP17341197A patent/JP3939816B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP3939816B2 (ja) | 2007-07-04 |
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