JPS58154482A - レ−ザ加工機 - Google Patents

レ−ザ加工機

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JPS58154482A
JPS58154482A JP57038468A JP3846882A JPS58154482A JP S58154482 A JPS58154482 A JP S58154482A JP 57038468 A JP57038468 A JP 57038468A JP 3846882 A JP3846882 A JP 3846882A JP S58154482 A JPS58154482 A JP S58154482A
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JP
Japan
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optical fiber
laser
face
light guide
processing machine
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JP57038468A
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English (en)
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JPS6249152B2 (ja
Inventor
Norio Karube
規夫 軽部
Yukio Sakamoto
幸雄 坂本
Nobuaki Iehisa
信明 家久
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオプティカル・ファイバー与党dsf用いたレ
ーザ加工機に関するもので、炭酸ガスレーザ(以下co
2レーザと記す)出力ビームのオプティカル・ファイバ
ーへの紹合時件の同J二をはかったし〜ザ加圧戦葡提供
するものである。
オプティカル・ファイバー導光路ケもっC02し=→ツ
ノ−スは導光路の可撓性の同上による高い操作性と内視
鏡レーザメスへの展開なと将来性の高いレーザメスと云
える。近年CO2レーザ光を透過する赤外ファイバーの
研究成果が公表されてきたがそのなかでもKRS−5(
T7!I 、 TlBr混晶)は最も高い破壊閾値全示
し、定常使用に対しファイバーよりの射出ビーム強吸2
ovV、数秒以内の短時間使用に対しては100Wと¥
し告6れている。
−万KR8−5ファイバーの欠点は低い透過特性にある
と云える。伝播損失としてはファイバー入射端面と出射
端面ておけるフレネル反射損失とファイバー通過時の吸
収及び散乱損失の二種に大別てれ、特に前者が高い屈折
率の故に太きく(反射率16.ts96/’而)、総合
透過率が約60%と云う低い値になってしまいレーザエ
ネルキ−の利用効率ケ著るしく低下させてし捷う。
従来のファイバーレーザメスメ永本構成全第1図に示す
。図中、1はレーザ発振器、2はレーザ電源、3はレー
ザ光、4はファイバー結合用しンス、5はオプティカル
・ファイバー導光路、51はファイバー入射端面、52
は同出射端面、6は巣晃レンズ、7は手術対象、8は焦
点である。レーザ発振器1からのレーザ光3は直径約1
0mmφ。
拡がり角1〜2 mradであり、結合レンズ4により
ファイバー入射端面51上に0.3〜Oj4mmφの径
以下に集光しファイバー5に導入する。この入射端面6
1での反射損失は前記した様にKR8−5とCO2レー
ザ光の組合わせで16.596である。
この反射損失とファイバー射出端面62における同率の
反射損失は両面に反射防止膜を付することにより減少さ
せることができ、その時総合透過率は約9096まで高
めることが理論上可能である。
ところが−F記した様にファイバー入射端面61−Fで
し〜導光は直径約o、3mmφ捷で集光されるので入射
レーザ光強度が50 ’Wであるとすると反射防止膜上
でのエネルキニ密度は約70KW/caと云、°。
う高い値になってしまい、この程度の耐光強度を持つ反
射防止膜は残念ながら現在は入手できない。
レーザ光3ケ直線偏光にしておきファイバー入射端1m
51でブリ、−スター角入射を行わせれば入射端面61
での1ゾ射損失は除去することかて゛きる。ところが通
常のレーザメス用オプティカル・ファイバー5では光の
伝播に際して偏光面作持がなσ扛ないので射出端面52
では@線側光でなくなってし1い、この面をブリー−ス
ター角に研磨しておいてもフレネル反射損失は依然と1
〜て残存する。
本発明はオプティカル・ファイバーとレーザの組合ぜか
ら成るレーザ加工機においてファイバー入射及び出射端
部の双方をブ’J x−スター角入射の条件が成立する
様に研磨し、フレネル反射損失全入射端面と射出端面の
双方において防止し、総合透過率全豹9096にまで高
め、レーザ利・用効率を大幅に改善したレーザメス全提
供するものである。その基本構成ケ第2図に示す。
同図において、11は面一偏光し−サ発振器、2はレー
ザ用電源、13は直線偏光レーザ光であり、結合用レン
ズ4によってオプティカル・ファイバー15の入射端面
510上に集光芒れる。同人射端面510は入射角がブ
’J x−スター角になる様に斜めに研磨きれており、
フレネル反射損失がない。15は単−偏波光型のオプテ
ィカル・ファイバーでありその出射端面520も入射端
面610と同様にブ’J z−スター角研ばがなさ扛て
おりフレネル反射損失が除去されている。集光レンズ6
によってファイバー出射光が集光され手術対象T上の焦
点8に照射きれる。
さて単−偏波光オプティカル・ファイバー15としては
通信及び情報処理の分野で可視および近赤外オプティカ
ル・ファイバーとして近年発表されているものがある。
パワー伝送用の遠赤外ファイバーにおいては製品元表例
はないがその原理は共通であるので、現在のC02レー
→ノー用フアイバーの構造全修正することによって製作
することができる。その原理はファイバー41面」二の
直交x、y座標軸に関する偏光波Ex及びmyモードの
軸方向伝播定数βX及び〜ケ犬差ケもって異った値にし
て両モード間の変?A全防屯することにある。それには
二種の方法が提某されており、第一はx、y方向の屈折
率を異ったものにする複屈折現象全利用することであり
、第二はファイノ・−断面を真円でなくx、y方向に異
った拡がりケ持つ特殊な形状にすることである。後者に
おける二三の断面形状ケ第3図、第4図、第5図に示す
。第3図は楕円、第4図は矩形、第6図はひょうたん形
のものであり、これらは何れもx、y方向の伝播距離が
異なるのでβX及びβyが分離されるのである0第3図
の楕円断面のもので云えば、楕円率−b alb   、          [11の時にX軸
方向への偏光の程度を示す消光比ey12 が−28dB 程度のものになる。C02レー」)゛光
用遠赤外KR3−6フアイノ・−はダイスよりの加熱押
1fajl成l″1°1製1乍T b (D、、”t’
 門3 図〜第6 図に示す断面形状のオプティカル・
ファイバーはダイス形状全要望の断面積形状に等しくす
ることによって求めら扛る。
第2の実施例として上記の単一偏光板オプティカル・フ
ァイバーでなくとも通常の真円ファイバーであっても本
発明の目的に合致する使用方法がある。真円ファイバー
ではEx及びE7モードの光波はお互に相互変侠全しな
がら伝播して行くので第6図(al 、 (t)lに示
す如く@線偏光彼全入射きぜても、伝播定数差△β=β
X−βy(βX:)EXモードの軸方向伝播定数、βy
 : Eyモードの軸方向伝播定数)として (1)  直線偏光  △β2二〇      (3)
(5)  直線偏光  △β2−π       (7
)のザイクルで偏光状態が周期変動盆見−U(第6図t
llLl参照) △βZ = 2 mπ、・:111m::1,2.・・
・   (8)に相当するz = L毎に入射面に入射
した時の旧線偏光状態が再現δれる0このI4−ヒート
長と云い第6図(blの散乱光強度に示すように偏光方
向の座標軸上から見た散乱光全測定することにより(8
)式を満足するZi求めることができる。第2図に示す
本発明の構成のレーザメスにおいてオプティカル・ファ
イバー長ヲ(8)式から求められる2m π 6β         (9) 但しm=1.2.・・・ に選へは単−偏光波型でない通常のオプティカル・ファ
イバー5甲いても出射端■でのプリー−スター角の条件
が満足でれてフレネル反射損失を防止することができる
。この場合も総合透過率9096程度ケ達成することが
できる。
第3の実施例を第7図に示す。この実施例におけるオプ
ティカル・ファイバー5も単−偏波光型でない通常のフ
ァイバーである。Lノ−サは第2図の場合と同様直線偏
光レーザ11であり、オプティカル・ファイバー6の入
射端面510も、第2図と同様ブIJ、−スター角入射
の条件が満足さ扛るよう斜面研Mがなされている。従っ
て入射端面610でのフレネル反射損失はない。オプテ
ィカル・ファイバー5甲を伝播する時吸収及び散乱に0 よる損失約1096が発生し出射端面530に至る。
この出射端面530が素材表向の1捷の垂直研磨面であ
ればここでフレネル反射損失約15%が発生するので総
合透過率は約7596になる。こγLでも第1図に示し
た従来のレーザメスの総合透過率6o%よりは改善をれ
ている。捷た第7図に示した実施例ではオプティカル−
ファイバ出射端面530には反射防市膜530が設けら
扛ている。
この場合はフレネル反射損失は防11−できるので総合
透過率は9096 ’fr:達成することができる。W
射防止膜はファイバ一端面における高い光エネルキー密
度に耐え難いことを前記したが、出射端面630は入射
端面よりも約1096光強度が低ドしているので破壊の
確率は低いものになるので、たとえば誘電体多層膜等を
蒸着方法により形成すれば良い。
以上述べたように本発明によればC02レーザ光をオプ
ティカル・ファイバーに結合する時に宿命的に発生する
高いフレネル反射損失全防止しオプティカルファイバー
総合透過率を約り0%捷で高めることができるので、C
O2レーザ光會オプティカル・ファイバー導光路に組合
わせて用いる1ノ〜サメス或いは加工装置におけるI/
−ザエネルキー利用効率全改良することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術によるオプティカル・ファイバー導光
路方式し−サ加圧機の基本構成を示す概念図、第2図は
本発明の第一の実施例である単−偏波光型オプティカル
・ファイバー導光路レーザ加工機の基本構成全量す概念
図、第3図、第4図及び第5図は単−偏波光型オプティ
カル・ファイバーの断面形状図を示す図、第6図(2L
)は単−偏波光型でない通常オプティカル・ファイバー
K @i#偏光vを入射させた時の伝送に伴う偏光状態
の変化の様子を示す図、同(blはその時の散乱光強度
の変化の様子をそ扛ぞ扛示す図、第7図は本発明の第二
の実施例の基本構成を示¥佛念図である。 、・・・・・ルーサ共振器、2・・・−・商用電源、3
・−・・・レーザビーム、4・・・・・・結合用レンズ
、5・・・・オプティカル・ファイバー導光路、61・
・・ 垂直研磨のま\の入射端面、52・・・・・・同
出射端面、610・・・・・・ブ1.−スター角入射用
に研磨さnた入射端面、520−・・・・同出射端面、
53o・・・・・・反射防止膜付出射端面、6・・・・
集光用レンズ、7・・・・・被照射物、8・・・・・・
焦点、11・・・・・・@線側光レーザ、13・・・・
・・@線側光し−→)光、16・・・・・・単−偏波光
型オブティ力ルーファイノ1゜ 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名゛、 □ 第1図 第2図 // 第6図 イ之オ「す”シ((Δβ2ン 第7図 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +11  直線偏光波全出射するレーザ発振器からの出
    力ビームをオプティカル・ファイバ導光Eft介して被
    照射物に導くように構成σ扛、前記オプティカル・ファ
    イバ導光路の入射端面がブリュースタ角に設定きnでい
    ること全特徴とするレーザ加工機。 (2)  オプティカル・ファイバ導光路の出射面に反
    射防止膜が形成σれていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のレーザ加工機。 (3)  オプティカル・ファイバ導光路長が、出射端
    面において面1d偏光性が再現される長さ全■し、前記
    出射端面がブリュースタ角に設定されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工機。 (4)  オプティカル・ファイバ導光路が面線偏光保
    存型であり、出射端面がグリー−スタ角に設定されてい
    ること全特徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ
    加工機。 (5)  オプティカル・ファイバ導光路が直線偏光保
    存型であり、前記ファイバ纏光路断面が楕円。 矩形、ひょうたん形であること全特徴とする特許請求の
    範囲第4項記載のレーザ効ロエ機。 (6)レーザ元振器力)らの出力ビームを結合レンズケ
    用いてオプティカル・ファイバに導入させたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれかに記
    載のレー→ノ°加工機。 (7)  オプティカル−ファイバ出射端面からの射出
    ビームを集光レンズケ介して被照射物上に照射すること
    全特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5項のいずれ
    かに記載のレーザ加工機。
JP57038468A 1982-03-10 1982-03-10 レ−ザ加工機 Granted JPS58154482A (ja)

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JP57038468A JPS58154482A (ja) 1982-03-10 1982-03-10 レ−ザ加工機

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Publications (2)

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JPS58154482A true JPS58154482A (ja) 1983-09-13
JPS6249152B2 JPS6249152B2 (ja) 1987-10-17

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ID=12526070

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JP57038468A Granted JPS58154482A (ja) 1982-03-10 1982-03-10 レ−ザ加工機

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05261303A (ja) * 1992-03-23 1993-10-12 Hitachi Zosen Corp 加熱昇温脱離法
WO2011010330A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 Datalogic Automation S.R.L. Laser system for processing materials with means for focussing and anticipating said focussing of the laser beam; method of obtaining a laser beam at the exit of an optical fibre with predetermined variance

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05261303A (ja) * 1992-03-23 1993-10-12 Hitachi Zosen Corp 加熱昇温脱離法
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Publication number Publication date
JPS6249152B2 (ja) 1987-10-17

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