WO2018070412A1 - レーザ装置 - Google Patents

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    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium

Definitions

  • the present invention relates to a laser device, and more particularly, to a laser device that can be easily processed with a laser beam after confirming the irradiation position of the laser beam.
  • a processing method using a laser beam is widespread because processing accuracy and processing speed are excellent.
  • fiber laser devices have attracted attention because of their high energy efficiency and small spot diameter of laser light.
  • a resonator having a reflection member such as a fiber Bragg grating (FBG) provided at both ends of an amplification optical fiber to which a rare earth element such as ytterbium (Yb) is added is provided.
  • FBG fiber Bragg grating
  • Yb ytterbium
  • a high-power fiber laser device has a structure in which excitation light from a plurality of light sources is combined by an optical combiner and then input to a resonator.
  • a wavelength conversion element used for adjusting the optical axis position of laser light a condensing lens that collects light input to the wavelength conversion element, and an output from the wavelength conversion element It is necessary to remove a collimating lens or the like that collimates the light to be processed when processing with laser light. That is, in the method disclosed in Patent Document 1, a dedicated member used only at that time is required in addition to the wavelength conversion element when adjusting the optical axis of the laser light, and wavelength conversion is performed when processing with the laser light is performed. Since it is necessary to move an element and these exclusive members, it takes time and effort.
  • an object of the present invention is to provide a laser device that can be easily processed by laser light after confirming the irradiation position of the laser light.
  • the laser apparatus includes a light source capable of outputting infrared light by switching between pulsed light and continuous light, the infrared light being input, and the infrared light having an intensity equal to or higher than a first threshold is converted into visible light.
  • a wavelength conversion element that performs wavelength conversion, wherein the light source outputs at least a part of the pulsed light with an intensity equal to or higher than the first threshold, and outputs the continuous light with an intensity lower than the first threshold. It is characterized by that.
  • the laser apparatus can convert the wavelength of pulsed light having an intensity equal to or higher than the first threshold into visible light by the wavelength conversion element, and suppress wavelength conversion of continuous light having an intensity lower than the first threshold to visible light. .
  • the pulsed light is output from the light source when confirming the irradiation position of the laser light, and the continuous light is output from the light source when processing with the laser light, thereby adjusting the irradiation position of the laser light.
  • the laser device there is no need to change the arrangement of the member between when the laser light irradiation position is confirmed with visible light and when the laser light is processed, and the laser light irradiation position can be easily set. Processing with a laser beam can be performed after confirmation. Note that when checking the irradiation position of the laser beam, a high-intensity laser beam is output, but since this laser beam is a pulsed beam, the irradiation time is short and the object to be processed is processed unintentionally. Can be suppressed.
  • the laser device includes a Raman conversion unit that generates Raman scattered light from light having an intensity equal to or higher than a second threshold value that is stronger than the first threshold value, and the light source generates at least a part of the pulsed light. It is preferable that the output is performed with an intensity equal to or higher than a second threshold, and the wavelength conversion element wavelength-converts the Raman scattered light generated from the pulsed light into visible light in the Raman conversion unit.
  • the wavelength conversion element generally has a wavelength that can be easily converted. Therefore, when a wavelength conversion element that converts the wavelength of Raman scattered light into visible light is used, it is possible to suppress continuous light having a wavelength different from that of Raman scattered light from being wavelength-converted by the wavelength conversion element. For this reason, the light of the intended wavelength required for a process at the time of the process by a laser beam can be output. In addition, since it is possible to suppress the wavelength conversion of the continuous light having a wavelength different from that of the Raman scattered light by the wavelength conversion element, it is possible to suppress the light loss in the wavelength conversion element during processing with the laser light.
  • the light source of the laser device includes an amplification optical fiber in which an active element excited by the excitation light is added to a core, and is provided on one side of the amplification optical fiber and is in an excited state.
  • a first mirror that reflects at least some wavelengths of light emitted by the active element; and at least some wavelengths of light that is provided on the other side of the amplification optical fiber and that is reflected by the first mirror.
  • a resonator having a second mirror that reflects light with a lower reflectance than the first mirror may be provided.
  • the intensity of the excitation light is higher when the pulsed light is output than when the continuous light is output.
  • the intensity of the light output from the light source can be easily increased by increasing the intensity of the excitation light. Therefore, when the intensity of the excitation light is made higher than when the continuous light is output when outputting the pulse light, it becomes easier to make a difference between the intensity of the pulse light and the intensity of the continuous light. For this reason, the wavelength conversion of the pulsed light into visible light by the wavelength conversion element and the wavelength conversion of continuous light into visible light can be further suppressed.
  • the pulsed light is output by repeating output and stop of the excitation light.
  • the output and stop of the light from the light source can be repeated.
  • light with high intensity is likely to be output first.
  • pulsed light having an intensity equal to or higher than the first threshold can be formed. Therefore, it is possible to easily output light having an intensity equal to or higher than the first threshold value compared to the case of using continuous light.
  • the peak value of pulsed light tends to be higher than that of continuous light as in the case of using a Q switch.
  • the Q value When a Q switch is used, the Q value is lowered until a very large number of active elements are in an excited state to suppress light oscillation, and the Q value is increased after the number of active elements in the excited state is sufficiently increased.
  • Light is oscillated.
  • the Q switch When the Q switch is used, the energy stored in the resonator is converted into light and emitted as light at a stroke as described above, so that the output light is likely to be pulsed light having a high peak value.
  • the pulsed light when light is output from a light source having a resonator as described above, when the pulsed light is formed by repeating the output and stop of the pumping light, the intensity of the pulsed light is not less than the first threshold value.
  • a laser device including the resonator includes a plurality of the excitation light sources, and a part of the excitation light sources and another part of the excitation light sources alternately output the excitation light.
  • the output interval of the pulsed light output from the light sources can be reduced. Therefore, flickering of visible light caused by wavelength conversion of pulsed light can be suppressed, and it becomes easier to confirm the irradiation position of laser light with visible light.
  • the laser device includes an optical fiber that propagates the infrared light, a quartz block connected to an output end of the optical fiber, and a condensing lens that collects the infrared light output from the quartz block. It is preferable that the wavelength conversion element is provided at a position overlapping the focal point of the condenser lens.
  • the wavelength conversion element By providing the wavelength conversion element at a position where infrared light is condensed, it becomes easy to input high-intensity pulsed light to the wavelength conversion element. For this reason, it becomes easy to wavelength-convert pulsed light into visible light by a wavelength conversion element. Therefore, it becomes easy to confirm the irradiation position of the laser beam with visible light.
  • the laser device includes: an optical fiber that propagates the infrared light; a quartz block that is connected to an output end of the optical fiber; and a housing that houses the output end of the optical fiber and the quartz block. It is preferable that the wavelength conversion element is provided outside the housing at a position where the infrared light is irradiated.
  • the wavelength conversion element is provided on the outside of the casing in this way, the wavelength conversion element can be easily removed, and thus maintenance and the like are facilitated.
  • the present invention it is possible to provide a laser device that can be easily processed by laser light after confirming the irradiation position of the laser light.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the relationship between the intensity of excitation light and time
  • FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the relationship between the intensity of pulsed light and continuous light and time.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example of the relationship between the intensity of excitation light and time
  • FIG. 7B is a diagram illustrating an example of the relationship between the intensity of pulsed light and continuous light and time.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a laser device 1 according to the present embodiment.
  • the laser apparatus 1 of the present embodiment includes a light source 10 and an optical device 40 to which light output from the light source 10 is input as main components.
  • the light source 10 shown in FIG. 1 includes excitation light sources 20a and 20b, optical combiners 25a and 25b, an amplification optical fiber 26, a first resonance fiber 16, a second resonance fiber 17, and a first FBG (Fiber Bragg). Grafting) 18, second FBG 19, and optical fiber 11 are provided as main components.
  • the pumping light sources 20 a and 20 b have a plurality of laser diodes 21 and a pumping light fiber 22 connected to each of these laser diodes 21.
  • Examples of the excitation light fiber 22 include a multimode fiber. In this case, the pumping light output from the laser diode 21 propagates through the pumping light fiber 22 as multimode light.
  • the amplification optical fiber 26 includes a core containing an active element such as ytterbium (Yb) that is excited by excitation light output from the excitation light sources 20a and 20b, a cladding that covers the core, an outer cladding that covers the cladding, And a coating layer covering the outer cladding.
  • the refractive index of the cladding is lower than the refractive index of the core, and the refractive index of the outer cladding is further lower than the refractive index of the cladding.
  • the first resonance fiber 16 has one end connected to the pumping light source 20a via the optical combiner 25a and the other end connected to one end of the amplification optical fiber 26.
  • Examples of the first resonance fiber 16 include a single mode fiber.
  • the first resonance fiber 16 is a double clad fiber having a core, a clad, and an outer clad.
  • the first resonance fiber 16 has a configuration similar to that of the amplification optical fiber 26 and does not include an active element added to the core.
  • the core of the first resonance fiber 16 is coupled to the core of the amplification optical fiber 26, and the cladding of the first resonance fiber 16 is coupled to the cladding of the amplification optical fiber 26.
  • a first FBG 18 as a first mirror is provided in the core of the first resonance fiber 16.
  • the first FBG 18 is configured to reflect light of at least a part of the light emitted in a state where the active element added to the core of the amplification optical fiber 26 is in an excited state.
  • the reflectivity of the first FBG 18 is higher than the reflectivity of the second FBG 19 which will be described later, and it is preferable to reflect light having a desired wavelength of 90% or more among the light emitted from the active element, and reflect it at 99% or more. Is more preferable.
  • the wavelength of light reflected by the first FBG 18 is in the infrared region, and when the active element is ytterbium, the wavelength of light reflected by the first FBG 18 is, for example, 1060 nm.
  • the optical combiner 25a connects the first resonance fiber 16 and the respective excitation light fibers 22 of the excitation light source 20a.
  • the core of the excitation light fiber 22 is coupled to the cladding of the first resonance fiber 16. For this reason, the excitation light output from the excitation light source 20a is input to the clad of the first resonance fiber 16 via the optical combiner 25a.
  • the second resonance fiber 17 has one end connected to the pumping light source 20b via the optical combiner 25b and the other end connected to the other end of the amplification optical fiber 26.
  • An example of the second resonance fiber 17 is a single mode fiber.
  • the second resonance fiber 17 is a double clad fiber having a core, a clad, and an outer clad.
  • the second resonance fiber 17 has the same configuration as the amplification optical fiber 26 except that no active element is added to the core.
  • the core of the second resonance fiber 17 is coupled to the core of the amplification optical fiber 26, and the cladding of the second resonance fiber 17 is coupled to the cladding of the amplification optical fiber 26.
  • a second FBG 19 as a second mirror is provided in the core of the second resonance fiber 17.
  • the second FBG 19 is configured to reflect light having at least some wavelengths out of the light reflected by the first FBG 18 with a lower reflectance than the first FBG 18.
  • the second FBG 19 reflects this light with a reflectance of, for example, about 10%.
  • the optical combiner 25b connects the second resonance fiber 17 and the respective excitation light fibers 22 of the excitation light source 20b.
  • the core of the excitation light fiber 22 is coupled to the clad of the second resonance fiber 17. For this reason, the excitation light output from the excitation light source 20b is input to the clad of the second resonance fiber 17 via the optical combiner 25b.
  • the optical fiber 11 is connected to the second resonance fiber 17 on the side opposite to the amplification optical fiber 26 side via an optical combiner 25b.
  • the optical fiber 11 includes, for example, a core, a clad that covers the core, and a coating layer that covers the clad.
  • the core has a diameter of about 20 ⁇ m, and light of the fundamental mode and, for example, about 1 to 5 high A fu-mode fiber capable of propagating the next mode of light is used.
  • the light source 10 includes the resonator having the excitation light sources 20a and 20b, the amplification optical fiber 26, the first FBG 18 and the second FBG 19.
  • the light source 10 is a Fabry-Perot type fiber laser device that performs both-pumping by inputting pumping light from both the front side and the rear side of the amplification optical fiber 26 and resonates between the first FBG 18 and the second FBG 19.
  • excitation light is output from the respective laser diodes 21 of the excitation light sources 20a and 20b.
  • the pumping light output from each laser diode 21 is transmitted from the front side of the amplification optical fiber 26 via the pumping light fiber 22 and the first resonance fiber 16 or from the pumping light fiber 22 and the second light.
  • the light is input to the cladding of the amplification optical fiber 26 from the rear side of the amplification optical fiber 26 through the resonance fiber 17.
  • the excitation light input to the cladding of the amplification optical fiber 26 mainly propagates through the cladding. Then, when passing through the core of the amplification optical fiber 26, it is absorbed by the active element added to the core to bring the active element into an excited state.
  • spontaneous emission light is emitted from the active element excited by the excitation light, and light resonance occurs between the first FBG 18 and the second FBG 19 based on the spontaneous emission light.
  • the resonating light has the same wavelength as the reflection wavelength of the first FBG 18 and the second FBG 19, and this resonating light is amplified by stimulated emission of the active element excited in the amplification optical fiber 26 as amplified light.
  • a part of the amplified light passes through the second FBG 19 and is input to the optical fiber 11.
  • the wavelength of the light reflected by the first FBG 18 and the second FBG 19 is, for example, an infrared light region of about 0.80 ⁇ m to 1.25 ⁇ m, and the light output from the light source 10 as described above is red. It is outside light.
  • the light source 10 can output infrared light by switching between pulsed light and continuous light. More specifically, the light source 10 is configured to output pulsed light with an intensity equal to or higher than a first threshold, which will be described later, and to output continuous light with an intensity lower than the first threshold.
  • the optical device 40 includes an optical fiber 41, a quartz block 43, a condenser lens 44, a wavelength conversion element 50, a collimator lens 45, a protective lens 46, a spacer 42, and a housing 47 as main components.
  • the optical device 40 includes an optical fiber 41, a quartz block 43, a condenser lens 44, a wavelength conversion element 50, a collimator lens 45, a protective lens 46, a spacer 42, and a housing 47 as main components.
  • the optical fiber 41 is a part of the optical fiber 11 or another optical fiber connected to the optical fiber 11.
  • the optical fiber 41 includes a core 41a, a clad 41b that surrounds the core 41a, and a coating layer 41c that covers the clad 41b. At one end of the optical fiber 41, the coating layer 41c is peeled off, and the cladding 41b is exposed.
  • One end face of the optical fiber 41 is fused to the quartz block 43 with an oxyhydrogen burner or the like.
  • Such an optical fiber 41 is, for example, an optical fiber having a core 41a having a diameter of about 100 ⁇ m and a clad 41b having an outer diameter of about 360 ⁇ m.
  • the quartz block 43 is a columnar body made of quartz having an outer diameter larger than the outer diameter of the optical fiber 41.
  • the quartz block 43 is a cylindrical body made of quartz having a diameter of about 8 mm and a length of about 23 mm, for example.
  • the quartz block 43 has an input surface 43a to which the end face of the optical fiber 41 is connected and an output surface 43b from which light input from the optical fiber 41 is output.
  • the input surface 43a is larger than the end surface of the optical fiber 41, and the end surface of the optical fiber 41 is fused to the central portion of the input surface 43a.
  • the condensing lens 44 is a lens that condenses the light output from the output surface 43 b of the quartz block 43.
  • the light output from the condenser lens 44 is collected at the focal point f.
  • the collimator lens 45 is a lens that converts the light transmitted through the condenser lens 44 into parallel light. Further, the light that is collimated by the collimator lens 45 is output via the protective lens 46.
  • the protective lens 46 is a member that protects the output end of the laser device 1.
  • the wavelength conversion element 50 is disposed at a position overlapping the focal point f.
  • the wavelength conversion element 50 converts infrared light having an intensity equal to or higher than the first threshold into visible light.
  • a wavelength conversion element 50 for example, LiNbO3 (LN), LiTaO3 (LT), KTiOPO4 (KTP), or the like is used.
  • the housing 47 is a member that houses the output end of the optical fiber 41, the quartz block 43, the condenser lens 44, the wavelength conversion element 50, the collimating lens 45, and the protective lens 46.
  • the housing 47 is formed in a cylindrical shape, and one end of the optical fiber 41 is inserted.
  • One end of the housing 47 is sealed with a protective lens 46.
  • the other end of the housing 47 is sealed with a spacer 42.
  • the spacer 42 has a through hole in the center, and the optical fiber 41 is inserted through the through hole.
  • the light source 10 outputs the pulsed light with an intensity equal to or higher than the first threshold value, and outputs the continuous light with an intensity lower than the first threshold value.
  • the wavelength conversion element 50 converts infrared light having an intensity equal to or higher than the first threshold into visible light. Therefore, when confirming the irradiation position of the laser beam, the pulsed light is output from the light source 10 with an intensity equal to or higher than the first threshold, so that the pulsed light is wavelength-converted into visible light by the wavelength conversion element 50, and visible light Is irradiated onto the workpiece, the irradiation position of the laser beam can be confirmed.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the relationship between the intensity of excitation light and time, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents light intensity.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the relationship between the intensity of pulsed light and continuous light output from the light source 10 and time, and the horizontal axis represents time and the vertical axis represents light intensity.
  • 3A and 3B are diagrams each showing a concept, and the waveforms of the light and excitation light output from the light source 10 and the output timing of these lights may differ from the actual ones. is there.
  • the output and stop of the light from the light source 10 are repeated as shown in FIG. 3 (B), and the pulsed light Lp is output.
  • the pulsed light Lp is output.
  • light with high intensity is likely to be output first as shown in FIG.
  • pulsed light Lp having an intensity equal to or higher than the first threshold can be formed. Since only the first part of the pulsed light thus formed has an intensity equal to or higher than the first threshold, it is possible to suppress the energy of light having an intensity equal to or higher than the first threshold from becoming too large. can do.
  • the energy of light input to the wavelength conversion element 50 can be suppressed, and the wavelength conversion element 50 can be suppressed. Damage can be suppressed.
  • 3 shows an example in which a plurality of pulsed light Lp exceeding the first threshold is output, the number of pulsed light Lp exceeding the first threshold is not particularly limited, and may be one.
  • the continuous light Lc is output from the light source 10 with an intensity less than the first threshold, so that the continuous light becomes visible light in the wavelength conversion element 50. Wavelength conversion can be suppressed. Therefore, the object to be processed is irradiated with light of an intended wavelength in which wavelength conversion to visible light is suppressed during processing with laser light.
  • the continuous light Lc is also likely to output light with high intensity first, as with the pulsed light Lp. In this case, it can be understood that this high intensity light is regarded as pulsed light Lp, and continuous light is output following the pulsed light Lp. However, since this high intensity light is output for a short time in the same manner as the pulsed light Lp, the influence of the high intensity light on processing by the laser light can be suppressed.
  • the laser device 1 there is no need to change the arrangement of the members between when the irradiation position of the laser light is confirmed with visible light and when the processing is performed with the laser light, and the irradiation position of the laser light is easily achieved. After confirming the above, processing with a laser beam can be performed.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes the condensing lens 44 that condenses infrared light as described above, and the wavelength conversion element 50 is provided at a position overlapping the focal point f of the condensing lens 44. Yes.
  • the wavelength conversion element 50 By providing the wavelength conversion element 50 at a position where infrared light is condensed in this way, it becomes easy to input high-intensity pulse light to the wavelength conversion element 50, so that the pulse light is made visible by the wavelength conversion element 50. It is easy to convert the wavelength. Therefore, it becomes easier to confirm the irradiation position of the laser beam with visible light.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the laser apparatus 2 according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the laser apparatus 2 of the present embodiment is different from the laser apparatus 1 according to the first embodiment in that a Raman conversion unit 35 is provided.
  • the light output from the optical fiber 11 is input to the Raman conversion unit 35.
  • the Raman conversion unit 35 is made of an optical fiber, and is configured to generate Raman scattered light when light having an intensity equal to or higher than the second threshold, which is stronger than the first threshold, is input.
  • the light output from the Raman conversion unit 35 is input to the optical device 40.
  • the light source 10 is configured to output pulsed light having an intensity equal to or higher than the second threshold value. Therefore, the pulsed light output from the light source 10 generates Raman scattered light in the Raman conversion unit 35.
  • the wavelength conversion element 50 of the present embodiment wavelength-converts the Raman scattered light generated from the pulsed light in this way into visible light. The relationship between the wavelength and intensity of these lights is shown in FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents light intensity, and the horizontal axis represents light frequency.
  • L1 shown in FIG. 5 is pulsed light output from the light source 10
  • L2 is Raman scattered light generated from the pulsed light L1 in the Raman conversion unit 35
  • L3 is visible light generated when the Raman scattered light L2 is converted by the wavelength conversion element 50
  • L4 is continuous light output from the light source 10.
  • the pulsed light L ⁇ b> 1 output from the light source 10 has an intensity higher than the second threshold value, and a part of the pulsed light L ⁇ b> 1 becomes Raman scattered light L ⁇ b> 2 in the Raman conversion unit 35.
  • the Raman scattered light L2 has an intensity higher than the first threshold value, and a part of the Raman scattered light L2 is wavelength-converted into visible light L3 by the wavelength conversion element 50.
  • the continuous light L4 output from the light source 10 has an intensity smaller than the first threshold value and the second threshold value, and the Raman converter 35 and the wavelength conversion element 50 generate light having different wavelengths from the continuous light L4. Is suppressed.
  • the wavelength conversion element 50 generally has a wavelength that allows easy wavelength conversion. Therefore, when using the wavelength conversion element 50 that converts the wavelength of Raman scattered light into visible light as described above, the wavelength conversion element 50 suppresses the wavelength conversion of pulsed light or continuous light having a wavelength different from that of the Raman scattered light. can do. For this reason, the light of the intended wavelength required for a process at the time of the process by a laser beam can be output. In addition, since the wavelength conversion element 50 can suppress the wavelength conversion of continuous light having a wavelength different from that of the Raman scattered light, it is possible to suppress light loss in the wavelength conversion element 50 during processing with laser light.
  • light having an intensity exceeding the first threshold among the pulsed light L ⁇ b> 1 may be wavelength-converted by the wavelength conversion element 50.
  • part of the pulsed light L1 is converted into visible light or ultraviolet light having a wavelength smaller than that of the visible light L3.
  • the wavelength conversion element 50 for example, the wavelength of infrared light output from the light source 10 is set to 1000 to 1100 nm, and the wavelength of Raman scattered light generated in the Raman conversion unit 35 from the pulsed light output from the light source 10.
  • Li is 1050 to 1150 nm
  • LiNbO 3 (LN), LiTaO 3 (LT), KTiOPO 4 (KTP), or the like is used.
  • the wavelength conversion element 50 may be arranged so that infrared light output from the laser device is irradiated to the object to be processed via the wavelength conversion element 50.
  • the wavelength conversion element 50 may be provided between the quartz block 43 and the condensing lens 44, and the wavelength conversion element 50 may be provided between the collimating lens 45 and the protective lens 46.
  • the wavelength conversion element 50 When the wavelength conversion element 50 is provided as described above, the energy density of light input to the wavelength conversion element 50 is lower than when the wavelength conversion element 50 is provided at a position overlapping the focal point f, so that damage to the wavelength conversion element 50 is suppressed. It becomes easy to do.
  • the wavelength conversion element 50 may be provided outside the housing 47 as shown in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the output end of the laser device according to the modification from the same viewpoint as FIG. In FIG. 6, the same or equivalent components as those in FIG.
  • the wavelength conversion element 50 is provided by the mounting mount 51 at a position where infrared light is irradiated outside the housing 47. Since the wavelength conversion element 50 is provided outside the housing 47 as described above, the wavelength conversion element 50 can be easily removed, and thus maintenance and the like are facilitated.
  • the method of outputting the pulsed light by repeating the output and stop of the excitation light from the excitation light sources 20a and 20b is exemplified, but the present invention is not limited to such a form.
  • the intensity of the excitation light output from the excitation light sources 20a and 20b is higher than that when the continuous light is output. Pulse light can be output. This will be described in detail below with reference to FIGS. 7A and 7B.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating another example of the relationship between the intensity of excitation light and time, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents light intensity.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating another example of the relationship between the intensity of excitation light and time, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents light intensity.
  • FIGS. 7A and 7B are diagrams each showing a concept, and the waveforms of the light and excitation light output from the light source 10 and the output timing of these lights may be different from the actual ones. is there.
  • the wavelength conversion element 50 converts the wavelength of the pulsed light Lp into visible light, and it is easy to suppress the wavelength conversion of the continuous light Lc into visible light.
  • the pulsed light may be output from the light source 10 so that the interval between the pulsed light is narrowed or the pulsed light is overlapped.
  • the output interval of the pulsed light output from the light source 10 is reduced by alternately outputting the excitation light from some of the plurality of excitation light sources 20a and 20b and the other part of the excitation light source. be able to.
  • the excitation light source 20a and the excitation light source 20b output excitation light alternately.
  • the embodiment including one light source 10 has been described as an example, but the number of light sources is not particularly limited, and a plurality of light sources may be provided.
  • the light source may be a solid laser or the like.
  • a laser apparatus that can be easily processed by laser light after confirming the irradiation position of the laser light, and can be used in the field of processing methods using a laser. There is expected.

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Abstract

赤外光をパルス光と連続光とに切り替えて出力可能な光源１０と、第１の閾値以上の強度の赤外光を可視光に波長変換する波長変換素子５０と、を備え、パルス光は第１の閾値以上の強度を有し、連続光は第１の閾値未満の強度を有し、赤外光からなるレーザ光が波長変換素子５０を介して出力されることにより、レーザ光の照射位置を確認する際にはパルス光を出力し、レーザ光による加工時には連続光を出力することによって、レーザ光の照射位置を確認する際には可視光が出力され、レーザ光による加工時には可視光への波長変換が抑制されたレーザ光が加工対象物に照射される。

Description

レーザ装置
　本発明は、レーザ装置に関し、具体的には、レーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことが容易なレーザ装置に関する。
　金属材料等の加工において、加工精度や加工速度が優れていることから、レーザ光を用いる加工方法が普及している。このような加工に用いられるレーザ装置の中でも、エネルギー効率が良くレーザ光のスポット径が小さいことから、ファイバレーザ装置が注目されている。ファイバレーザ装置として、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加された増幅用光ファイバの両端にファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）等の反射部材が設けられた共振器を備えており、当該共振器に励起光を入力させて信号光を発振させるものが知られている。また、高出力のファイバレーザ装置では、複数の光源からの励起光を光コンバイナによって合波させてから共振器に入力させる構造が一般的である。
　このようなファイバレーザ装置の中には、赤外光領域のレーザ光を用いるものがある。しかし、赤外光はそのままでは視認できないため、レーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことが難しい場合がある。このため、例えば下記特許文献１に開示されている光軸位置調整方法のような光軸位置を確認する方法が提案されている。下記特許文献１には、レーザ発振器から出力されるレーザ光の波長を波長変換素子によって可視波長領域に変換し、レーザ発振器とレーザ光入力対象物との間に配置されているミラーの反射角度を調整することによって不可視波長領域レーザ光の光軸位置を調整する方法が開示されている。
特開２００１－３５０１６６号公報
　上記特許文献１に開示されている方法では、レーザ光の光軸位置を調整する際に用いる波長変換素子、当該波長変換素子に入力する光を集光する集光レンズ、当該波長変換素子から出力する光をコリメートするコリメートレンズ等を、レーザ光による加工時には取り除く必要がある。すなわち、上記特許文献１に開示されている方法では、レーザ光の光軸を調整するときには波長変換素子以外にもそのときにだけ用いる専用部材が必要であり、レーザ光による加工を行うときには波長変換素子やこれらの専用部材を移動させる必要があるので、手間がかかる。
　そこで本発明は、レーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことが容易なレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明のレーザ装置は、赤外光をパルス光と連続光とに切り替えて出力可能な光源と、前記赤外光が入力し、第１の閾値以上の強度の前記赤外光を可視光に波長変換する波長変換素子と、を備え、前記光源は、前記パルス光の少なくとも一部を前記第１の閾値以上の強度で出力し、前記連続光を前記第１の閾値未満の強度で出力することを特徴とする。
　上記レーザ装置は、第１の閾値以上の強度のパルス光を波長変換素子によって可視光に波長変換し、第１の閾値未満の強度の連続光の可視光への波長変換を抑制することができる。このため、上記レーザ装置によれば、レーザ光の照射位置を確認する際には光源からパルス光を出力し、レーザ光による加工時には光源から連続光を出力することによって、レーザ光の照射位置を確認する際には可視光が出力され、レーザ光による加工時には可視光への波長変換が抑制された意図した波長の光が加工対象物に照射される。このように、上記レーザ装置によれば、可視光によってレーザ光の照射位置を確認する時とレーザ光による加工時とで部材の配置転換等を行う必要がなく、容易にレーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことができる。なお、レーザ光の照射位置を確認する際には高強度のレーザ光が出力されることになるが、このレーザ光はパルス光であるため照射時間が短く、加工対象物が意図せず加工されることを抑制することができる。
　また、上記レーザ装置は、前記第１の閾値よりも強い第２の閾値以上の強度の光からラマン散乱光を生じさせるラマン変換部を備え、前記光源は、前記パルス光の少なくとも一部を前記第２の閾値以上の強度で出力し、前記波長変換素子は、前記ラマン変換部において前記パルス光から生じる前記ラマン散乱光を可視光に波長変換することが好ましい。
　波長変換素子は、一般的に、波長変換し易い波長を有する。したがって、ラマン散乱光を可視光に波長変換する波長変換素子を用いる場合、ラマン散乱光とは波長が異なる連続光が波長変換素子によって波長変換されることを抑制することができる。このため、レーザ光による加工時には加工に必要な意図した波長の光を出力することができる。また、波長変換素子によってラマン散乱光とは波長が異なる連続光が波長変換されることを抑制できることによって、レーザ光による加工時に波長変換素子における光のロスを抑制することができる。
　また、上記レーザ装置の前記光源は、前記励起光により励起される活性元素がコアに添加されている増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、励起状態とされた前記活性元素が放出する光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ミラーと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ミラーより低い反射率で反射する第２ミラーと、を有する共振器を備えても良い。
　また、上記共振器を備えるレーザ装置では、前記パルス光を出力するときに前記連続光を出力するときよりも前記励起光の強度が高くされることが好ましい。
　励起光の強度が高くされることによって、光源から出力される光の強度を高めやすくなる。したがって、パルス光を出力するときに連続光を出力するときよりも励起光の強度が高くされることによって、パルス光の強度と連続光の強度とに差をつけやすくなる。このため、パルス光を波長変換素子によって可視光に波長変換すると共に連続光の可視光への波長変換をより抑制することができる。
　また、上記共振器を備えるレーザ装置では、前記励起光の出力と停止とを繰り返すことで前記パルス光を出力することが好ましい。
　励起光の出力と停止とを繰り返すことで光源からの光の出力と停止とを繰り返すことができる。また、共振器を有する光源から光を出力させる場合、最初に強度の高い光が出力され易い。この強度の高い光によって、第１の閾値以上の強度を有するパルス光を形成することができる。従って、連続光を用いる場合よりも第１の閾値以上の強度を有する光を出力し易くすることができる。ところで、共振器を有する光源から光を出力させる場合、パルス光の尖頭値が連続光よりも高くなる傾向があるのは、Ｑスイッチを用いる場合も同様である。Ｑスイッチが用いられる場合、非常に多数の活性元素が励起状態になるまでＱ値が低くされて光の発振が抑えられ、励起状態の活性元素が十分に多くなった後にＱ値が高くされて光が発振される。Ｑスイッチを用いる場合は、上記のように共振器内に貯まったエネルギーを光に変換して一気に光として放出されるため、出力される光は尖頭値が高いパルス光となり易い。一方、上記のように、共振器を有する光源から光を出力させる場合に、励起光の出力と停止とを繰り返すことでパルス光を形成する場合、パルス光のうち第１の閾値以上の強度を有するのは最初の一部となるため、第１の閾値以上の強度を有する光のエネルギーが大きくなり過ぎることを抑制することができる。したがって、ピーク強度が高すぎる光が波長変換素子に入力することが抑制することができ、波長変換素子の損傷を抑制することができる。
　また、上記共振器を備えるレーザ装置は、前記励起光源を複数備え、一部の前記励起光源と他の一部の前記励起光源とが交互に前記励起光を出力することが好ましい。
　このように複数の励起光源から交互に励起光を出力させることによって、光源から出力されるパルス光の出力間隔を小さくすることができる。よって、パルス光が波長変換されることによって生じる可視光のちらつきを抑制することができ、可視光によってレーザ光の照射位置を確認することがより容易になる。
　また、上記レーザ装置は、前記赤外光を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバの出力端に接続される石英ブロックと、前記石英ブロックから出力する前記赤外光を集光する集光レンズと、を備え、前記集光レンズの焦点と重なる位置に前記波長変換素子が設けられることが好ましい。
　赤外光が集光される位置に波長変換素子が設けられることによって、高強度のパルス光を波長変換素子に入力させ易くなる。このため、パルス光を波長変換素子によって可視光に波長変換させることが容易になる。したがって、可視光によってレーザ光の照射位置を確認することが容易になる。
　また、上記レーザ装置は、前記赤外光を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバの出力端に接続される石英ブロックと、前記光ファイバの出力端及び前記石英ブロックを収納する筐体と、を備え、前記筐体の外側において、前記赤外光が照射される位置に前記波長変換素子が設けられることが好ましい。
　このように筐体の外側に波長変換素子が設けられることによって、波長変換素子の取り外しが容易になるため、メンテナンス等が容易になる。
　以上のように本発明によれば、レーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことが容易なレーザ装置が提供される。
本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。 図１に示す光デバイスの構造を概略的に示す断面図である。 図３（Ａ）は励起光の強度と時間との関係の一例を示す図であり、図３（Ｂ）はパルス光及び連続光の強度と時間との関係の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。 パルス光及び連続光等の強度と周波数とを示す図である。 変形例に係る光デバイスの構造を概略的に示す断面図である。 図７（Ａ）は励起光の強度と時間との関係の一例を示す図であり、図７（Ｂ）はパルス光及び連続光の強度と時間との関係の一例を示す図である。
　以下、本発明に係るレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。
（第１実施形態）
　図１は、本実施形態に係るレーザ装置１を示す概念図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、光源１０と光源１０から出力する光が入力する光デバイス４０とを主な構成として備える。
　図１に示す光源１０は、励起光源２０ａ，２０ｂと、光コンバイナ２５ａ，２５ｂと、増幅用光ファイバ２６と、第１共振用ファイバ１６と、第２共振用ファイバ１７と、第１ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）１８と、第２ＦＢＧ１９と、光ファイバ１１と、を主な構成として備える。
　励起光源２０ａ，２０ｂは、複数のレーザダイオード２１とこれらのレーザダイオード２１のそれぞれに接続される励起光用ファイバ２２とを有する。励起光用ファイバ２２としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられる。この場合、レーザダイオード２１から出力される励起光は、励起光用ファイバ２２をマルチモード光として伝搬する。
　増幅用光ファイバ２６は、励起光源２０ａ，２０ｂから出力される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素を含むコアと、コアを被覆するクラッドと、クラッドを被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層と、から構成される。クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率はクラッドの屈折率よりもさらに低くされている。
　第１共振用ファイバ１６は、一方の端部が光コンバイナ２５ａを介して励起光源２０ａに接続されると共に他方の端部が増幅用光ファイバ２６の一方の端部に接続される。第１共振用ファイバ１６としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられる。また、第１共振用ファイバ１６は、コアとクラッドと外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバとされる。このような第１共振用ファイバ１６は、例えば、増幅用光ファイバ２６と同様の構成でコアに活性元素が添加されない構成とされる。第１共振用ファイバ１６のコアは増幅用光ファイバ２６のコアと結合し、第１共振用ファイバ１６のクラッドは増幅用光ファイバ２６のクラッドと結合している。
　また、第１共振用ファイバ１６のコアには、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ１８が設けられている。第１ＦＢＧ１８は、増幅用光ファイバ２６のコアに添加されている上記活性元素が励起状態とされた状態で放出する光のうち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ１８の反射率は、後述の第２ＦＢＧ１９の反射率よりも高く、上記活性元素が放出する光のうち所望の波長の光を９０％以上で反射することが好ましく、９９％以上で反射することがより好ましい。なお、第１ＦＢＧ１８が反射する光の波長は赤外光領域とされ、上記活性元素がイッテルビウムである場合、第１ＦＢＧ１８が反射する光の波長は、例えば１０６０ｎｍとされる。
　光コンバイナ２５ａは、第１共振用ファイバ１６と励起光源２０ａのそれぞれの励起光用ファイバ２２とを接続している。光コンバイナ２５ａにおいて、励起光用ファイバ２２のコアは第１共振用ファイバ１６のクラッドと結合している。このため、励起光源２０ａから出力される励起光は、光コンバイナ２５ａを介して第１共振用ファイバ１６のクラッドに入力される。
　第２共振用ファイバ１７は、一方の端部が光コンバイナ２５ｂを介して励起光源２０ｂに接続されると共に他方の端部が増幅用光ファイバ２６の他方の端部に接続される。第２共振用ファイバ１７としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられる。また、第２共振用ファイバ１７は、コアとクラッドと外側クラッドとを有するダブルクラッドファイバとされる。このような第２共振用ファイバ１７は、例えば、コアに活性元素が添加されない以外は増幅用光ファイバ２６と同様の構成とされる。第２共振用ファイバ１７のコアは、増幅用光ファイバ２６のコアと結合し、第２共振用ファイバ１７のクラッドは増幅用光ファイバ２６のクラッドと結合している。
　また、第２共振用ファイバ１７のコアには、第２ミラーとしての第２ＦＢＧ１９が設けられている。第２ＦＢＧ１９は、第１ＦＢＧ１８が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ１８より低い反射率で反射するように構成されている。第２ＦＢＧ１９は、第１ＦＢＧ１８が反射する光が入力する場合に、この光を例えば１０％程度の反射率で反射する。
　光コンバイナ２５ｂは、第２共振用ファイバ１７と励起光源２０ｂのそれぞれの励起光用ファイバ２２とを接続している。光コンバイナ２５ｂにおいて、励起光用ファイバ２２のコアは第２共振用ファイバ１７のクラッドと結合している。このため、励起光源２０ｂから出力される励起光は、光コンバイナ２５ｂを介して第２共振用ファイバ１７のクラッドに入力される。
　また、第２共振用ファイバ１７の増幅用光ファイバ２６側と反対側には、光コンバイナ２５ｂを介して光ファイバ１１が接続されている。光ファイバ１１は、例えば、コアとコアを被覆するクラッドとクラッドを被覆する被覆層とから構成され、コアの直径が２０μｍ程度であって、基本モードの光と例えば１個から５個程度の高次モードの光とを伝搬可能なフューモードファイバとされる。
　以上のように、光源１０は、励起光源２０ａ，２０ｂと増幅用光ファイバ２６と第１ＦＢＧ１８と第２ＦＢＧ１９とを有する共振器を備えている。この光源１０は、増幅用光ファイバ２６の前方側及び後方側の双方から励起光を入力する双方励起であって、第１ＦＢＧ１８と第２ＦＢＧ１９とで共振を行うファブリペロー型のファイバレーザ装置である。
　このような光源１０においては、まず、励起光源２０ａ，２０ｂのそれぞれのレーザダイオード２１から励起光が出力される。そして、それぞれのレーザダイオード２１から出力された励起光は、励起光用ファイバ２２及び第１共振用ファイバ１６を介して増幅用光ファイバ２６の前方側から、又は、励起光用ファイバ２２及び第２共振用ファイバ１７を介して増幅用光ファイバ２６の後方側から、増幅用光ファイバ２６のクラッドに入力する。増幅用光ファイバ２６のクラッドに入力した励起光は、当該クラッドを主に伝搬する。そして、増幅用光ファイバ２６のコアを通過するときに当該コアに添加されている活性元素に吸収されて、活性元素を励起状態にする。
　こうして励起光により励起状態とされた活性元素から自然放出光が放出され、この自然放出光を元にして第１ＦＢＧ１８と第２ＦＢＧ１９との間で光の共振が起こる。共振する光は、第１ＦＢＧ１８及び第２ＦＢＧ１９の反射波長と同じ波長であり、この共振する光が、被増幅光として増幅用光ファイバ２６において励起された活性元素の誘導放出により増幅される。そして、増幅された光の一部が、第２ＦＢＧ１９を透過して光ファイバ１１に入力される。なお、上記のように第１ＦＢＧ１８及び第２ＦＢＧ１９で反射される光の波長は例えば０．８０μｍ～１．２５μｍ程度の赤外光領域とされ、上記のようにして光源１０から出力される光は赤外光である。
　また、光源１０は、赤外光をパルス光と連続光とに切り替えて出力可能である。より具体的には、光源１０は、パルス光を後述する第１の閾値以上の強度で出力し、連続光を当該第１の閾値未満の強度で出力するように構成される。
　図２は、図１に示す光デバイス４０の一部を概略的に示す断面図であり、光ファイバ４１の中心軸に平行な断面図である。図２に示すように、光デバイス４０は、光ファイバ４１、石英ブロック４３、集光レンズ４４、波長変換素子５０、コリメートレンズ４５、保護レンズ４６、スペーサ４２、及び筐体４７を主な構成として備える。
　光ファイバ４１は、上記光ファイバ１１の一部または光ファイバ１１に接続される他の光ファイバとされる。光ファイバ４１は、コア４１ａ、コア４１ａを囲うクラッド４１ｂ、およびクラッド４１ｂを被覆する被覆層４１ｃを有する。光ファイバ４１の一方の端部では、被覆層４１ｃが剥がされており、クラッド４１ｂが露出している。また、光ファイバ４１の一方の端面は、酸水素バーナ等によって石英ブロック４３に融着されている。このような光ファイバ４１は、例えば、コア４１ａの直径が１００μｍ程度、クラッド４１ｂの外径が３６０μｍ程度の光ファイバとされる。
　石英ブロック４３は、光ファイバ４１の外径より大きな外径を有する石英から成る柱状体である。石英ブロック４３は、例えば、直径８ｍｍ程度、長さ２３ｍｍ程度の石英から成る円柱状体とされる。石英ブロック４３は、光ファイバ４１の端面が接続される入力面４３ａおよび光ファイバ４１から入力される光が出力される出力面４３ｂを有している。入力面４３ａは光ファイバ４１の端面より大きく、光ファイバ４１の端面は入力面４３ａの中央部に融着される。
　集光レンズ４４は、石英ブロック４３の出力面４３ｂから出力される光を集光するレンズである。集光レンズ４４から出力する光は焦点ｆにおいて集光される。また、コリメートレンズ４５は、集光レンズ４４を透過した光を平行光とするレンズである。さらに、コリメートレンズ４５で平行光とされた光は、保護レンズ４６を介して出力される。保護レンズ４６は、レーザ装置１の出力端を保護する部材である。
　本実施形態において、波長変換素子５０は、上記焦点ｆに重なる位置に配置される。波長変換素子５０は、第１の閾値以上の強度の赤外光を可視光に波長変換する。このような波長変換素子５０としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ３（ＬＴ）、ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）などが用いられる。
　筐体４７は、光ファイバ４１の出力端、石英ブロック４３、集光レンズ４４、波長変換素子５０、コリメートレンズ４５、及び保護レンズ４６を収容する部材である。筐体４７は筒状に形成されており、光ファイバ４１の一方の端部が挿入される。また、筐体４７の一方の端部は、保護レンズ４６によって封止されている。また、筐体４７の他方の端部は、スペーサ４２によって封止されている。スペーサ４２は、中心に貫通孔を有しており、当該貫通孔に光ファイバ４１が挿通される。
　次に、本実施形態のレーザ装置１の動作および作用について説明する。
＜レーザ光の照射位置確認時＞
　光源１０から赤外光が出力すると、当該赤外光は、光ファイバ１１を伝搬し、光ファイバ１１を介して光デバイス４０から出力する。光デバイス４０において、当該赤外光は波長変換素子５０に入力する。
　ここで、光源１０は、上記のように、パルス光を第１の閾値以上の強度で出力し、連続光を第１の閾値未満の強度で出力する。また、波長変換素子５０は、第１の閾値以上の強度の赤外光を可視光に波長変換する。したがって、レーザ光の照射位置を確認するときは、光源１０から第１の閾値以上の強度でパルス光を出力することによって、当該パルス光が波長変換素子５０によって可視光に波長変換され、可視光が加工対象物に照射されることによってレーザ光の照射位置を確認することができる。なお、レーザ光の照射位置を確認する際には高強度のレーザ光が出力されることになるが、これはパルス光であるため、照射時間が短く、加工対象物が意図せず加工されることを抑制することができる。
　本実施形態では、励起光源２０ａ，２０ｂからの励起光の出力と停止とを繰り返すことによって、上記のように第１の閾値以上のパルス光を光源１０から出力することができる。第１の閾値以上のパルス光を光源１０から出力する方法について、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して以下に詳細に説明する。図３（Ａ）は、励起光の強度と時間との関係の一例を示す図であり、横軸が時間、縦軸が光の強度である。図３（Ｂ）は、光源１０から出力されるパルス光及び連続光の強度と時間との関係の一例を示す図であり、横軸が時間、縦軸が光の強度である。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はそれぞれ概念を示す図であり、光源１０から出力される光及び励起光の波形とこれらの光の出力のタイミングとは、実際と異なる場合がある。
　図３（Ａ）に示すように励起光の出力と停止とを繰り返すことで、図３（Ｂ）に示すように光源１０からの光の出力と停止とが繰り返され、パルス光Ｌｐが出力される。また、共振器を有する光源１０から光を出力させる場合、図３（Ｂ）に示すように最初に強度の高い光が出力され易い。この強度の高い光によって、第１の閾値以上の強度を有するパルス光Ｌｐを形成することができる。このようにして形成されるパルス光のうち第１の閾値以上の強度を有するのは最初の一部のみであるため、第１の閾値以上の強度を有する光のエネルギーが大きくなり過ぎることを抑制することができる。したがって、第１の閾値以上の強度を有する連続光が波長変換素子に入力する場合に比べて、波長変換素子５０に入力する光のエネルギーを抑えることが抑制することができ、波長変換素子５０の損傷を抑制することができる。なお、図３には第１の閾値を超えるパルス光Ｌｐが複数出力される例が示されているが、第１の閾値を超えるパルス光Ｌｐの数は特に限定されず、１つでも良い。
＜レーザ光による加工時＞
　レーザ光による加工時は、図３（Ｂ）に示すように、光源１０から第１の閾値未満の強度で連続光Ｌｃを出力することによって、波長変換素子５０において、当該連続光が可視光に波長変換されることを抑制することができる。したがって、レーザ光による加工時には可視光への波長変換が抑制された意図した波長の光が加工対象物に照射される。なお、連続光Ｌｃもパルス光Ｌｐと同様に、最初に強度の高い光が出力され易い。この場合、この強度が高い光をパルス光Ｌｐと捉えて、パルス光Ｌｐに続けて連続光が出力していると理解することができる。ただし、この強度が高い光はパルス光Ｌｐと同様に出力される時間が短いため、この強度が高い光がレーザ光による加工に及ぼす影響を抑制することができる。
　以上のように、レーザ装置１によれば、可視光によってレーザ光の照射位置を確認する時とレーザ光による加工時とで部材の配置転換等を行う必要がなく、容易にレーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことができる。
　また、本実施形態のレーザ装置１は、上記のように赤外光を集光する集光レンズ４４を備えており、集光レンズ４４の焦点ｆと重なる位置に波長変換素子５０が設けられている。このように赤外光が集光される位置に波長変換素子５０が設けられることによって、高強度のパルス光を波長変換素子５０に入力させ易くなるので、パルス光を波長変換素子５０によって可視光に波長変換させることが容易になる。したがって、可視光によってレーザ光の照射位置を確認することがより容易になる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
　図４は、本実施形態に係るレーザ装置２を示す概念図である。図４に示すように、本実施形態のレーザ装置２は、ラマン変換部３５を備える点で、上記第１実施形態に係るレーザ装置１と異なる。
　ラマン変換部３５には、光ファイバ１１から出力する光が入力する。ラマン変換部３５は、光ファイバから成り、第１の閾値よりも強い第２の閾値以上の強度の光が入力する場合にラマン散乱光を生じるように構成される。また、ラマン変換部３５から出力する光は、光デバイス４０に入力する。
　本実施形態のレーザ装置２では、光源１０は、第２の閾値以上の強度を有するパルス光を出力するように構成される。したがって、光源１０から出力されるパルス光はラマン変換部３５においてラマン散乱光を生じる。一方、光源１０から出力される連続光は、第１の閾値未満の強度であるため、第２の閾値未満の強度となる。よって、光源１０から出力される連続光からラマン散乱光が生じることを抑制することができる。また、本実施形態の波長変換素子５０は、このようにしてパルス光から生じるラマン散乱光を可視光に波長変換する。これらの光の波長と強度との関係を図５に示す。図５は、縦軸が光の強度であり、横軸が光の周波数である。
　図５に示すＬ１は光源１０から出力されるパルス光、Ｌ２はラマン変換部３５においてパルス光Ｌ１から生じるラマン散乱光、Ｌ３は波長変換素子５０でラマン散乱光Ｌ２が変換されて生じる可視光、Ｌ４は光源１０から出力される連続光である。図５に示すように、光源１０から出力されるパルス光Ｌ１は第２の閾値より高い強度を有しており、パルス光Ｌ１の一部はラマン変換部３５においてラマン散乱光Ｌ２となる。また、ラマン散乱光Ｌ２は第１の閾値より高い強度を有しており、ラマン散乱光Ｌ２の一部は波長変換素子５０において可視光Ｌ３に波長変換される。光源１０から出力される連続光Ｌ４は第１の閾値及び第２の閾値より小さな強度を有しており、ラマン変換部３５及び波長変換素子５０において連続光Ｌ４からは波長の異なる光を生じることが抑制される。
　波長変換素子５０は、一般的に、波長変換し易い波長を有する。したがって、上記のようにラマン散乱光を可視光に波長変換する波長変換素子５０を用いる場合、ラマン散乱光とは波長が異なるパルス光や連続光が波長変換素子５０によって波長変換されることを抑制することができる。このため、レーザ光による加工時には加工に必要な意図した波長の光を出力することができる。また、波長変換素子５０によってラマン散乱光とは波長が異なる連続光が波長変換されることを抑制できることによって、レーザ光による加工時に波長変換素子５０における光のロスを抑制することができる。ただし、波長変換素子５０の種類によっては、上記パルス光Ｌ１のうち第１の閾値を超える強度を有する光が波長変換素子５０によって波長変換される場合がある。この場合、パルス光Ｌ１の一部が可視光Ｌ３よりも波長が小さな可視光もしくは紫外光に変換される。
　本実施形態の波長変換素子５０としては、例えば、光源１０から出力される赤外光の波長を１０００～１１００ｎｍとし、光源１０から出力されるパルス光からラマン変換部３５において生じるラマン散乱光の波長を１０５０～１１５０ｎｍとする場合、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）、ＬｉＴａＯ３（ＬＴ）、ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）などが用いられる。
　以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　上記実施形態では、集光レンズ４４の焦点ｆに重なる位置に波長変換素子５０が設けられる例を挙げて説明した。しかし、本発明は当該実施形態に限定されず、レーザ装置から出力される赤外光が波長変換素子５０を介して加工対象物に照射されるように、波長変換素子５０が配置されれば良い。例えば、石英ブロック４３と集光レンズ４４との間に波長変換素子５０が設けられても良く、コリメートレンズ４５と保護レンズ４６との間に波長変換素子５０が設けられても良い。これらのように波長変換素子５０が設けられる場合は、焦点ｆに重なる位置に設けられる場合に比べて波長変換素子５０に入力する光のエネルギー密度が低くなるため、波長変換素子５０の破損を抑制し易くなる。さらに、波長変換素子５０は、図６に示すように筐体４７の外側に設けられても良い。図６は変形例に係るレーザ装置の出力端を図２と同じ視点で示す断面図である。図６において、図２と同一又は同等の構成要素については同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図６に示す例では、筐体４７の外側において、赤外光が照射される位置に取付マウント５１によって波長変換素子５０が設けられる。このように波長変換素子５０が筐体４７の外側に設けられることによって、波長変換素子５０の取り外しが容易になるため、メンテナンス等が容易になる。
　また、上記実施形態では、励起光源２０ａ，２０ｂからの励起光の出力と停止とを繰り返すことでパルス光を出力する方法を例示したが、本発明は係る形態に限定されない。例えば、光源１０からパルス光を出力するときは連続光を出力するときよりも励起光源２０ａ，２０ｂから出力される励起光の強度が高くされることによっても、上記のように第１の閾値以上のパルス光を出力することができる。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して以下に詳細に説明する。図７（Ａ）は、励起光の強度と時間との関係の他の例を示す図であり、横軸が時間、縦軸が光の強度である。図７（Ｂ）は、光源１０から出力されるパルス光及び連続光の強度と時間との関係の他の例を示す図であり、横軸が時間、縦軸が光の強度である。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）はそれぞれ概念を示す図であり、光源１０から出力される光及び励起光の波形とこれらの光の出力のタイミングとは、実際と異なる場合がある。
　図７（Ａ）に示すように励起光源２０ａ，２０ｂから出力される励起光の強度が高くされることによって、図７（Ｂ）に示すように光源１０から出力される光の強度を高めやすくなる。したがって、パルス光Ｌｐを出力するときに連続光Ｌｃを出力するときよりも励起光の強度が高くされることによって、パルス光Ｌｐの強度と連続光Ｌｃの強度とに差をつけやすくなる。このため、パルス光Ｌｐを波長変換素子５０によって可視光に波長変換すると共に連続光Ｌｃの可視光への波長変換を抑制することが容易になる。
　また、Ｑスイッチを設け、当該Ｑスイッチによって第１の閾値以上のパルス光と第１の閾値未満の連続光とが出力されるようにすることもできる。
　また、これまでの説明では、パルス光が間隔を開けて出力される例を挙げて説明したが、パルス光の間隔が狭められる、またはパルス光が重なるように光源１０から出力されても良い。例えば、複数の励起光源２０ａ，２０ｂのうち一部の励起光源と他の一部の励起光源とが交互に励起光を出力することによって、光源１０から出力されるパルス光の出力間隔を小さくすることができる。この例として、励起光源２０ａと励起光源２０ｂとが交互に励起光を出力することが挙げられる。このように複数の励起光源から交互に励起光を出力させることによって、光源１０から出力されるパルス光が波長変換素子５０において波長変換されることによって生じる可視光のちらつきを抑制することができ、可視光によってレーザ光の照射位置を確認することがより容易になる。
　また、上記実施形態では、一つの光源１０を備える形態を例示して説明したが、光源の数は特に限定されず、光源は複数であっても良い。また、光源は固体レーザ等であっても良い。
　以上説明したように、本発明によれば、レーザ光の照射位置を確認してからレーザ光による加工を行うことが容易なレーザ装置が提供され、レーザを用いる加工方法等の分野で利用することが期待される。
　１，２・・・レーザ装置
　１０・・・光源
　１１・・・光ファイバ
　１８・・・第１ＦＢＧ
　１９・・・第２ＦＢＧ
　２０ａ，２０ｂ・・・励起光源
　２１・・・レーザダイオード
　２２・・・励起光用ファイバ
　２６・・・増幅用光ファイバ
　３５・・・ラマン変換部
　４４・・・集光レンズ
　４７・・・筐体
　５０・・・波長変換素子
　Ｌｐ・・・パルス光
　Ｌｃ・・・連続光

Claims (8)

  1. 　赤外光をパルス光と連続光とに切り替えて出力可能な光源と、
    　前記赤外光が入力し、第１の閾値以上の強度の前記赤外光を可視光に波長変換する波長変換素子と、
    を備え、
    　前記光源は、前記パルス光の少なくとも一部を前記第１の閾値以上の強度で出力し、前記連続光を前記第１の閾値未満の強度で出力する
    ことを特徴とするレーザ装置。
  2. 　前記第１の閾値よりも強い第２の閾値以上の強度の光からラマン散乱光を生じさせるラマン変換部を備え、
    　前記光源は、前記パルス光の少なくとも一部を前記第２の閾値以上の強度で出力し、
    　前記波長変換素子は、前記ラマン変換部において前記パルス光から生じる前記ラマン散乱光を可視光に波長変換する
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記光源は、
    　励起光を出力する励起光源と、
    　前記励起光により励起される活性元素がコアに添加されている増幅用光ファイバと、
    　前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ、励起状態とされた前記活性元素が放出する光の少なくとも一部の波長の光を反射する第１ミラーと、
    　前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ、前記第１ミラーが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第１ミラーより低い反射率で反射する第２ミラーと、
    を有する共振器を備える
    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。
  4. 　前記パルス光を出力するときに前記連続光を出力するときよりも前記励起光の強度が高くされる
    ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
  5. 　前記励起光の出力と停止とを繰り返すことで前記パルス光を出力する
    ことを特徴とする請求項３または４に記載のレーザ装置。
  6. 　前記励起光源を複数備え、
    　一部の前記励起光源と他の一部の前記励起光源とが交互に前記励起光を出力する
    ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  7. 　前記赤外光を伝搬する光ファイバと、
    　前記光ファイバの出力端に接続される石英ブロックと、
    　前記石英ブロックから出力する前記赤外光を集光する集光レンズと、
    を備え、
    　前記集光レンズの焦点と重なる位置に前記波長変換素子が設けられる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  8. 　前記赤外光を伝搬する光ファイバと、
    　前記光ファイバの出力端に接続される石英ブロックと、
    　前記光ファイバの出力端及び前記石英ブロックを収納する筐体と、
    を備え、
    　前記筐体の外側において、前記赤外光が照射される位置に前記波長変換素子が設けられる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
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