(57)【要約】【課題】本体部とレーザヘッド部とが分離された構成を有するレーザ照射装置、およびそのレーザ照射装置を備えるレーザ加工装置において、レーザヘッド部の構造の複雑化を回避しつつ、所望のパワーを有するレーザ光を本体部からレーザヘッド部に伝送可能な技術を提供する。【解決手段】レーザ照射装置を含むレーザ加工装置１００は、レーザ光を出射するレーザ制御部１１０と、レーザヘッド部１２０と、レーザ制御部１１０から出射されたレーザ光をレーザヘッド部１２０に伝送するための光ファイバを含むレーザ伝送部１３０とを備える。レーザ伝送部１３０は、レーザ光を実質的に増幅することなく伝送させる光ファイバ１１Ａと、レーザ光を増幅させる光ファイバ１１Ｂとを含む。光ファイバ１１Ｂの終端からレーザヘッド部１２０までのレーザ光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる。【選択図】図２
2010167433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生させて出射するレーザ制御部と、
前記レーザ制御部から出射された前記レーザ光を伝送するための光ファイバを含むレーザ伝送部と、
前記光ファイバにより伝送された前記レーザ光を照射対象に向けて照射するための光学系を含むレーザヘッド部とを備え、
前記光ファイバは、
前記レーザ光を実質的に増幅することなく伝送させる光伝送部と、
前記レーザ光を増幅させる光増幅部とを含み、
前記光増幅部の終端から前記レーザヘッド部までの前記レーザ光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる、レーザ照射装置。
【請求項２】
レーザ光を発生させて出射するレーザ制御部と、
前記レーザ制御部から出射された前記レーザ光を伝送するための光ファイバを含むレーザ伝送部と、
前記レーザ伝送部により伝送された前記レーザ光を照射対象に向けて照射するための光学系を含むレーザヘッド部とを備え、
前記光ファイバは、
前記レーザ光を実質的に増幅することなく伝送させる光伝送部と、
前記レーザ光を増幅させる光増幅部とを含み、
前記光増幅部は、前記レーザ伝送部において前記レーザヘッド部の側に偏って配置される、レーザ照射装置。
【請求項３】
前記光増幅部は、前記レーザ制御部から前記レーザヘッド部までの前記レーザ光の伝送路において、前記レーザヘッド部の直前に配置される、請求項１または２に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記光増幅部は、前記光伝送部に接続される中継増幅器である、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記光ファイバは、
コアと、
前記コアの外側に設けられた少なくとも１つのクラッドとを有し、
前記コアのうち前記光伝送部に対応する部分は、希土類元素を実質的に含まない部分であり、
前記コアのうち前記光増幅部に対応する部分は、前記希土類元素を含む部分であり、
前記レーザ制御部は、前記コアを伝播するように前記レーザ光を出射するとともに、前記希土類元素を励起するための励起光を出射する、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記光ファイバは、ダブルクラッドファイバであり、
前記少なくとも１つのクラッドは、
前記コアの周囲に設けられ、かつ前記コアよりも屈折率の低い第１のクラッドと、
前記第１のクラッドの周囲に設けられ、かつ前記第１のクラッドよりも屈折率の低い第２のクラッドとを有し、
前記レーザ制御部は、前記励起光が前記第１のクラッドを伝播するように、前記励起光を出射する、請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記光ファイバは、シングルクラッドファイバであり、
前記少なくとも１つのクラッドは、前記コアの周囲に一重に設けられるクラッドであり、
前記レーザ制御部は、前記励起光が前記コアを伝播するように、前記励起光を出射する、請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記レーザ制御部は、
各々が前記励起光を発する複数の励起光源を含み、
前記レーザ伝送部は、
複数の励起光源の各々から発せられた前記励起光を、前記光ファイバの前記光伝送部に結合させる結合器をさらに備える、請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記レーザ制御部は、
前記励起光を発する第１の励起光源と、
前記レーザ光を発するレーザ共振器とを含み、
前記レーザ共振器は、
コアに希土類元素が添加された希土類添加ファイバを含むファイバ増幅器と、
前記希土類添加ファイバのコアに入射される種光を発する種光源と、
前記希土類添加ファイバのコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する第２の励起光源とを含む、請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記レーザ制御部は、
前記励起光を発する第１の励起光源と、
前記レーザ光を発するレーザ共振器とを含み、
前記レーザ共振器は、
コアに希土類元素が添加された希土類添加ファイバを含むファイバ共振器と、
前記希土類添加ファイバのコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する第２の励起光源とを含む、請求項５に記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
前記光伝送部は、複数の伝送部を含み、
前記光増幅部は、複数の増幅部を含み、
前記複数の増幅部は、その分布の中心が前記レーザヘッド部側に偏るように配置される、請求項１または２に記載のレーザ照射装置。
【請求項１２】
前記光伝送部は、前記光増幅部を挟むように配置された第１および第２の伝送部を有し、
前記第１の伝送部は、前記レーザ制御部と前記光増幅部との間に配置され、
前記第２の伝送部は、前記光増幅部と前記レーザヘッド部との間に配置され、
前記第２の伝送部は、前記第１の伝送部に比較して短い、請求項１または２に記載のレーザ照射装置。
【請求項１３】
前記光増幅部は、希土類元素の濃度が前記レーザ制御部からレーザヘッド部に向かうにつれて高くなるように前記希土類元素が添加されたコアを有する希土類添加ファイバを含み、
前記レーザ制御部は、前記レーザ光が、前記コアを伝播するように前記レーザ光を出射するとともに、前記希土類元素を励起するための励起光を出射する、請求項１または２に記載のレーザ照射装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載のレーザ照射装置と、
前記レーザ照射装置から出射された光を加工対象物体に向けて照射するための光学系とを備える、レーザ加工装置。
【請求項１５】
前記レーザ加工装置は、レーザマーキング装置である、請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記レーザ加工装置は、レーザトリミング装置である、請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１７】
前記レーザ加工装置は、レーザリペア装置である、請求項１４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射装置およびレーザ加工装置に関し、特に、本体部とヘッド部と伝送部とを備えるレーザ照射装置、および、そのレーザ照射装置を備えるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザマーキング装置、溶接装置およびトリミング装置に代表されるレーザ加工装置は、一般的に、レーザ発振装置、レーザ発振装置を駆動させるドライバ、ドライバ用の電源およびレーザを制御する制御基板等により構成される。しかしながら、これらを一体化した装置にすると、装置全体の体積および重量が大きくなる。このため工場の製造ライン等にレーザ加工装置を導入する際、装置の設置の自由度に制限が生じる。
【０００３】
近年では、このような問題を解決するために、レーザ発振器を含むレーザ制御部と、そのレーザ制御部から出力されるレーザ光を走査するための走査機構を含むレーザヘッド部とが分離された構成を採用したレーザ加工装置が提案されている（たとえば特許第３４１１８５２号公報（特許文献１）を参照）。
【０００４】
特許第３４１１８５２号公報（特許文献１）は、本体ユニットと、ヘッドユニットとを備えるレーザマーキング装置を開示する。被マーキング対象物へのマーキングに必要なパワーを有するレーザ光は、本体ユニット内のレーザ発生手段によって発生される。レーザ発生手段により発生したレーザ光は、光ファイバを介してヘッドユニット部に伝送される。ヘッドユニットに入射したレーザ光は、ヘッドユニット内に設置された光走査機構により走査されて被マーキング対象物に照射される。これにより被マーキング対象物の表面にマーキングが行なわれる。光走査機構は、走査装置（たとえばガルバノミラー）および被マーキング対象物にレーザ光を集光するためのレンズ等を含む。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示された構成によれば、高ピークパワーを有するレーザ光を光ファイバに入射して、光ファイバ内部を伝送させる。このため、光ファイバ内において非線形光学効果が生じる可能性がある。なお、非線形光学効果とは、たとえば非線形散乱である。非線形散乱としては、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ；Stimulated Raman Scattering）あるいは誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ；Stimulated Brillouin Scattering）がある。
【０００６】
ラマン散乱光はストークスシフトを有しているので、光ファイバに入射するレーザ光の波長よりも長波長側に発生する。要するに、光ファイバから出射するレーザ光は、入射レーザ光と、その入射レーザ光よりも長波長にシフトした散乱光とを含む。このようなレーザ光が走査機構に入射した場合、ミラーの反射率および集光レンズの焦点距離が波長により異なるために、レーザ光の伝播損失の増加、あるいはレンズの色収差による集光スポット径の拡大（これによる加工品質の劣化）など多くの課題が発生する。また、レーザ光を伝送するためのレーザ伝送部にファイバ増幅器を用いた場合には、散乱光が放出されることによって、光ファイバ内に蓄積されたエネルギーの一部が失われるため、増幅効率が低下するという問題が生じる。
【０００７】
一方、誘導ブリルアン散乱は後方散乱である。誘導ブリルアン散乱が発生した場合、誘導ラマン散乱で直面する問題に加えて他の問題が発生する。例えば、レーザ増幅器において、レーザ光の進行方向とは逆方向に進む散乱光が発生する。これにより、上流側の構成部品の損傷を引き起こす可能性が考えられる。
【０００８】
なお、特許文献１では、希土類添加ファイバをレーザ光の伝送用の光ファイバとして使うことが提案されている。特許文献１に開示されるレーザ増幅器は、ファイバ増幅器であり、希土類添加ファイバを備えている。すなわち、レーザ増幅器用の光ファイバの一部が伝送ファイバとして使用される。これにより伝送ファイバの接続損失を低減させることができる。
【０００９】
ここで、伝送ファイバが短い場合には、非線形効果の発生閾値を下げることができるので、非線形効果を生じにくくすることができる。しかしながら、ヘッド部の配置によっては、伝送ファイバが長くなることが起こる。伝送ファイバが長くなるにつれて、非線形効果の発生閾値が低下する。したがって、伝送ファイバを伝播するレーザ光のパワーが同じであっても伝送ファイバが長いために、非線形光学効果が発生する可能性が高くなる。
【００１０】
一方、特開２００５−３４７３３８号公報（特許文献２）では、ファイバ制御部において非線形光学効果が生じない程度の低い強度のレーザ光を発生させるとともに、伝送ファイバにより、そのレーザ光をレーザヘッド部に伝送させるという構成が開示されている。この構成によれば、レーザヘッド部内でレーザ光が増幅される。レーザヘッド部内でレーザ光を増幅するために、加工を行なうためのレーザ光（信号光）を伝送するための光ファイバと、信号光を増幅するために用いられるレーザ光（励起光）を伝送するための光ファイバとが設けられる。
【００１１】
しかしながら、特許文献２に開示された構成によれば、レーザヘッド部に増幅部が配置されるため、励起光を伝送するための複数の励起用ファイバがヘッド部に集約される。この結果、ヘッド部のサイズが大きくなる。また、ヘッド部において励起用ファイバおよび増幅ファイバが発熱することによって、ヘッド部の温度上昇が生じることが考えられる。この場合には、光学部品が熱の影響を受ける。たとえばミラーが熱によって歪むためにミラーの光軸ずれが生じる可能性がある。放熱フィン、放熱ファン等をヘッド部に取り付けることによってヘッド部の温度上昇を抑制可能であるものの、ヘッド部のサイズが大きくなるという問題が新たに発生する。
【００１２】
さらに、高出力な増幅を行なう場合には、励起光のパワーを高くしなければならない。このため複数本のファイバにより励起光を並列的に伝送する必要がある。しかしながら伝送部に数多くの光ファイバが存在するため、レーザ伝送部の構造が複雑になる。レーザ伝送部の構造が複雑化すると、レーザ加工装置を設置する際の組立工数が増加する。また、ヘッド部に複数本のファイバが存在するために、ヘッド部の構造が複雑化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３４１１８５２号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、特許文献１では、非線形光学効果（非線形散乱）については具体的に説明されていない。特許文献２では、非線形散乱を回避するための構成が開示されるものの、レーザヘッド部の構造の複雑化を回避する構成については説明されていない。
【００１５】
本発明は、このような課題を解決するものであって、その目的は、本体部とレーザヘッド部とが分離された構成を有するレーザ照射装置、およびそのレーザ照射装置を備えるレーザ加工装置において、レーザヘッド部の構造の複雑化を回避しつつ、所望のパワーを有するレーザ光を本体部からレーザヘッド部に伝送可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は要約すれば、レーザ照射装置であって、レーザ光を発生させて出射するレーザ制御部と、レーザ制御部から出射されたレーザ光を伝送するための光ファイバを含むレーザ伝送部と、光ファイバにより伝送されたレーザ光を照射対象に向けて照射するための光学系を含むレーザヘッド部とを備える。光ファイバは、レーザ光を実質的に増幅することなく伝送させる光伝送部と、レーザ光を増幅させる光増幅部とを含む。光増幅部の終端からレーザヘッド部までのレーザ光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる。
【００１７】
本発明の他の局面に従うと、レーザ照射装置であって、レーザ光を発生させて出射するレーザ制御部と、レーザ制御部から出射されたレーザ光を伝送するための光ファイバを含むレーザ伝送部と、レーザ伝送部により伝送されたレーザ光を照射対象に向けて照射するための光学系を含むレーザヘッド部とを備える。光ファイバは、レーザ光を実質的に増幅することなく伝送させる光伝送部と、レーザ光を増幅させる光増幅部とを含む。光増幅部は、レーザ伝送部においてレーザヘッド部の側に偏って配置される。
【００１８】
好ましくは、光増幅部は、レーザ制御部からレーザヘッド部までのレーザ光の伝送路において、レーザヘッド部の直前に配置される。
【００１９】
好ましくは、光増幅部は、光伝送部に接続される中継増幅器である。
好ましくは、光ファイバは、コアと、コアの外側に設けられた少なくとも１つのクラッドとを有する。コアのうち光伝送部に対応する部分は、希土類元素を実質的に含まない部分であり、コアのうち光増幅部に対応する部分は、希土類元素を含む部分である。レーザ制御部は、コアを伝播するようにレーザ光を出射するとともに、希土類元素を励起するための励起光を出射する。
【００２０】
好ましくは、光ファイバは、ダブルクラッドファイバである。少なくとも１つのクラッドは、コアの周囲に設けられ、かつコアよりも屈折率の低い第１のクラッドと、第１のクラッドの周囲に設けられ、かつ第１のクラッドよりも屈折率の低い第２のクラッドとを有する。レーザ制御部は、励起光が第１のクラッドを伝播するように、励起光を出射する。
【００２１】
好ましくは、光ファイバは、シングルクラッドファイバである。少なくとも１つのクラッドは、コアの周囲に一重に設けられるクラッドである。レーザ制御部は、励起光がコアを伝播するように、励起光を出射する。
【００２２】
好ましくは、レーザ制御部は、各々が励起光を発する複数の励起光源を含む。レーザ伝送部は、複数の励起光源の各々から発せられた励起光を、光ファイバの光伝送部に結合させる結合器をさらに備える。
【００２３】
好ましくは、レーザ制御部は、励起光を発する第１の励起光源と、レーザ光を発するレーザ共振器とを含む。レーザ共振器は、コアに希土類元素が添加された希土類添加ファイバを含むファイバ増幅器と、希土類添加ファイバのコアに入射される種光を発する種光源と、希土類添加ファイバのコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する第２の励起光源とを含む。
【００２４】
好ましくは、レーザ制御部は、励起光を発する第１の励起光源と、レーザ光を発するレーザ共振器とを含む。レーザ共振器は、コアに希土類元素が添加された希土類添加ファイバを含むファイバ共振器と、希土類添加ファイバのコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する第２の励起光源とを含む。
【００２５】
好ましくは、光伝送部は、複数の伝送部を含む。光増幅部は、複数の増幅部を含む。複数の増幅部は、その分布の中心がレーザヘッド部側に偏るように配置される。
【００２６】
好ましくは、光伝送部は、光増幅部を挟むように配置された第１および第２の伝送部を有する。第１の伝送部は、レーザ制御部と光増幅部との間に配置される。第２の伝送部は、光増幅部とレーザヘッド部との間に配置される。第２の伝送部は、第１の伝送部に比較して短い。
【００２７】
好ましくは、光増幅部は、希土類元素の濃度がレーザ制御部からレーザヘッド部に向かうにつれて高くなるように希土類元素が添加されたコアを有する希土類添加ファイバを含む。レーザ制御部は、レーザ光が、コアを伝播するようにレーザ光を出射するとともに、希土類元素を励起するための励起光を出射する。
【００２８】
本発明のさらに他の局面に従うと、レーザ加工装置であって、上記のいずれかに記載のレーザ照射装置と、レーザ照射装置から出射された光を加工対象物体に向けて照射するための光学系とを備える。
【００２９】
好ましくは、レーザ加工装置は、レーザマーキング装置である。
好ましくは、レーザ加工装置は、レーザトリミング装置である。
【００３０】
好ましくは、レーザ加工装置は、レーザリペア装置である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、レーザヘッド部の構造の複雑化を回避しつつ、所望のパワーを有するレーザ光を、本体部からレーザヘッド部に伝送できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置１００の構成をより詳細に示す構成図である。
【図３】光ファイバ１１Ａ，１１Ｂの構造、および、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂを伝播する光を説明する図である。
【図４】ファイバ長およびコア径に対する誘導ラマン散乱の発生閾値の関係を示す図である。
【図５】図５は、ファイバ長およびコア径に対する誘導ブリルアン散乱の発生閾値の関係を示す図である。
【図６】シングルクラッドファイバの構造を示す断面図である。
【図７】実施の形態２に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図８】実施の形態３に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図９】実施の形態４に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図１０】実施の形態５に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図１１】実施の形態６に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図１２】実施の形態７に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図１３】実施の形態８に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。
【図１４】光ファイバ１１Ｄにおける励起光の吸収量の分布を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図１を参照して、レーザ加工装置１００は、本体部に対応するレーザ制御部１１０と、レーザヘッド部１２０と、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０にレーザ光を伝送するためのレーザ伝送部１３０とを備える。
【００３５】
レーザ制御部１１０は、レーザ光を発生させるとともに、その発生したレーザ光を出射する。レーザ制御部１１０は、レーザ発振装置１５０と、制御基板２０と、ドライバ３２と、ドライバ用電源３０とを含む。レーザ発振装置１５０は、ドライバ３２により駆動されてレーザ発振を行なう。これによりレーザ光がレーザ発振装置１５０から出力される。レーザ発振の条件、レーザ光の出力および出力停止は制御基板２０によって制御される。
【００３６】
ドライバ用電源３０は、ドライバ３２に電力を供給することによってドライバ３２を動作させる。これによりドライバ３２はレーザ発振装置１５０をレーザ発振させる。
【００３７】
制御基板２０は、レーザ発振装置１５０によるレーザ光の出力および出力停止を制御する。なお、制御基板２０は、ドライバ３２に対して、ドライバ３２の動作および停止を制御してもよい。
【００３８】
レーザヘッド部１２０は、レーザ光を照射対象物に向けて照射する。レーザヘッド部１２０は、コリメータレンズ１３と、ガルバノスキャナ１４と、集光レンズ１５とを含む。
【００３９】
コリメータレンズ１３は、レーザ制御部１１０からレーザ伝送部１３０を介して伝送されたレーザ光のビーム径を拡大し平行光にする。ガルバノスキャナ１４は、ミラー１４Ａ，１４Ｂを含み、コリメータレンズ１３からのレーザ光を二次元方向に走査する。なお、ミラー１４Ａおよび１４Ｂは、図示しないモータにより駆動される。
【００４０】
また、本実施形態では、レーザ光を走査するための走査装置としてガルバノミラーを採用するが、このような走査装置はガルバノミラーに限定されず、たとえばポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）スキャナ等を用いることができる。
【００４１】
また、走査装置は、レーザ光を二次元方向に走査するものと限定されず、たとえば一次元方向にのみレーザ光を走査可能なものであってもよい。
【００４２】
集光レンズ１５は、ガルバノスキャナ１４からのレーザ光を、加工対象物５０の表面に集光させる。
【００４３】
レーザ伝送部１３０は、レーザ制御部１１０からのレーザ光をレーザヘッド部１２０に伝送するとともに、そのレーザ光を増幅する。レーザ制御部１１０からのレーザ光が増幅されることにより、加工に必要なパワーを有するレーザ光を得ることができる。
【００４４】
増幅されたレーザ光をガルバノスキャナ１４によって二次元方向に走査するとともに、集光レンズ１５によって集光することで、加工対象物５０の表面では、たとえばアブレーションが起こる。ポリマー、セラミックス、ガラス、金属材料等の物体の表面に高いエネルギー密度でレーザ光を照射すると，材料を構成している分子・原子間の結合が瞬時に切れることによる分解、気化、蒸散を経て材料表面が爆発的に除去され、周囲に熱ダメージを与えない極めてシャープな除去が起こる。これがアブレーションと呼ばれる現象である。アブレーションを利用することによって、様々な加工が可能となる。
【００４５】
本実施の形態では、レーザ照射装置からの光は物体の加工に用いられる。すなわち本実施の形態では、レーザ照射装置はレーザ加工装置として使用される。したがって本実施の形態に係るレーザ加工装置１００はレーザ照射装置を含む。
【００４６】
また、本実施の形態ではレーザ加工装置１００は、レーザマーキング装置である（以下に説明する他の実施形態においても同様である）。ただし、レーザ光による加工は、マーキングのみに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザマーキング装置に限定されるものではない。たとえばレーザ光を、ドリリング、溶接、切断、熱処理、形状加工、トリミング等に用いることも可能である。したがって、本発明に係るレーザ加工装置を、これらの用途向けのレーザ加工装置にも適用可能である。たとえば、本発明に係るレーザ加工装置として、レーザトリミング装置、フォトマスク等の欠陥修正（リペア）を行なうレーザリペア装置を含めることができる。
【００４７】
次に、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００の具体的な構成について説明する。
［実施の形態１］
図２は、図１に示すレーザ加工装置１００の構成をより詳細に示す構成図である。図２を参照して、レーザ制御部１１０は、レーザ発振装置１５０と、制御基板２０と、ドライバ３２と、ドライバ用電源３０とを含む。レーザ発振装置１５０は、光ファイバ１と、半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄと、アイソレータ４，６と、結合器５，１０と、バンドパスフィルタ７とを備える。
【００４８】
光ファイバ１は、具体的には希土類添加ファイバであり、光増幅成分である希土類元素が添加されたコアを有する。希土類元素の種類は特に限定されず、たとえばＥｒ（エルビウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）などがある。実施の形態１では、コアに添加された希土類元素はＹｂ（イッテルビウム）である。
【００４９】
半導体レーザ２は、種光を発する種光源である。種光の波長はたとえば１０６２±２ｎｍである。半導体レーザ２は、ドライバ３２により駆動されて、パルス状の種光を発する。
【００５０】
アイソレータ４は一方向の光のみを透過し、その光と逆方向に入射する光を遮断する。具体的には、アイソレータ４は、半導体レーザ２から発せられる種光を通過させるとともに、光ファイバ１からの戻り光を遮断する。これによって半導体レーザ２の損傷を防ぐことができる。
【００５１】
半導体レーザ３は、光ファイバ１のコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を発する励起光源である。励起光の波長は、光ファイバのコアに添加される希土類元素の種類に基づいて定められる。たとえば希土類元素がＹｂである場合、励起光の波長はたとえば９４０±１０ｎｍである。
【００５２】
結合器５は、半導体レーザ２からの種光および半導体レーザ３からの励起光を結合させて、光ファイバ１に入射させる。結合器５は、たとえばＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）結合器やコンバイナ等を適用できる。
【００５３】
半導体レーザ３から結合器５を介して光ファイバ１に入射した励起光は、光ファイバ１のコアに含まれる希土類元素に吸収される。これにより希土類元素が励起され（基底準位から上位準位に遷移され）、反転分布状態が得られる。この状態において、半導体レーザ２からの種光が光ファイバ１のコアに入射すると、誘導放出が生じる。この誘導放出によって種光（パルス光）が増幅される。すなわち光ファイバ１によって構成されたファイバ増幅器に種光および励起光が入射されることによって、種光が増幅される。
【００５４】
アイソレータ６は、光ファイバ１から出力されたパルス光を通過させるとともに光ファイバ１に戻る光を遮断する。
【００５５】
バンドパスフィルタ７は、所定の波長帯の光を通過させるよう構成される。「所定の波長帯」とは、具体的には、光ファイバ１から出力されるパルス光のピーク波長を含む波長帯である。光ファイバ１から自然放出光が放出された場合、その自然放出光はバンドパスフィルタ７により除去される。
【００５６】
バンドパスフィルタ７を通過したレーザ光は、結合器１０を介してレーザ伝送部１３０に入射する。半導体レーザ９Ａ〜９Ｄは、バンドパスフィルタ７を通過したレーザ光をレーザ伝送部１３０において増幅するために、励起光を発する。実施の形態１では４個の励起光源が設けられているが、励起光源としての半導体レーザの個数は４個に限定されるものではない。レーザ伝送部１３０において求められるパルス光の増幅率に基づいて、励起光のパワーおよび励起光源の個数を定めることができる。
【００５７】
結合器１０は、バンドパスフィルタ７を通過したパルス光と、半導体レーザ９Ａ〜９Ｄからの光とを結合してレーザ伝送部１３０に入射させる。
【００５８】
制御基板２０は、制御部２１と、パルス発生部２２とを含む。制御部２１は、パルス発生部２２およびドライバ３２を制御することによって、レーザ制御部１１０の全体の動作を制御する。パルス発生部２２は、所定の繰り返し周波数、および、所定のパルス幅を有する電気信号を発生させる。パルス発生部２２は、制御部２１の制御により、電気信号を出力したり、電気信号の出力を停止したりする。パルス発生部２２からの電気信号は半導体レーザ２に供給される。
【００５９】
ドライバ用電源３０は、ドライバ３２に電力を供給する。これによりドライバ３２は半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄに駆動電流を供給する。半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄの各々は駆動電流が供給されることによってレーザ発振する。半導体レーザ２に供給される駆動電流は、パルス発生部２２からの電気信号により変調される。これにより半導体レーザ２はパルス発振して、所定の繰り返し周波数および所定のパルス幅（上述）を有するパルス光を種光として出力する。一方、半導体レーザ３，９Ａ〜９Ｄの各々にはドライバ３２により連続的な駆動電流が供給される。これにより半導体レーザ３，９Ａ〜９Ｄの各々は連続発振して、連続光を励起光として出力する。
【００６０】
なお、図２には示していないが、半導体レーザの温度を制御するための温度コントローラが各半導体レーザに対応して設けられていてもよい。温度コントローラを用いて半導体レーザの温度を安定させることにより半導体レーザの出力を安定させることができる。さらに、バンドパスフィルタ７および／またはアイソレータ６に対応して温度コントローラが設けられていてもよい。
【００６１】
レーザ伝送部１３０は、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂを備える。光ファイバ１１Ａ，１１Ｂは、たとえば融着によって接続される。ただし、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ固定するための２つのフェルール、およびそれら２つのフェルールを接続するスリーブといった接続装置を用いることにより、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂを光学的に接続してもよい。光ファイバ１１Ａ，１１Ｂを融着あるいは接続装置により接続することにより、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂは実質的に１本の光ファイバとなる。
【００６２】
実施の形態１では、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂの各々には、コアの周囲にクラッドが二重に設けられたダブルクラッドファイバが適用される。
【００６３】
図３は、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂの構造、および、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂを伝播する光を説明する図である。図３を参照して、光ファイバ１１Ａは、コア４１Ａと、コア４１Ａの周囲に設けられ、かつコア４１Ａよりも屈折率が低い第１クラッド４２Ａと、第１クラッド４２Ａの周囲に設けられ、かつ第１クラッド４２Ａよりも屈折率が低い第２クラッド４３Ａと、被覆４４Ａとを含む。
【００６４】
光ファイバ１１Ｂは、光ファイバ１１Ａと同様の構成を有する。具体的に説明すると、光ファイバ１１Ｂは、コア４１Ｂと、コア４１Ｂの周囲に設けられ、かつコア４１Ｂよりも屈折率が低い第１クラッド４２Ｂと、第１クラッド４２Ｂの周囲に設けられ、かつ第１クラッド４２Ｂよりも屈折率が低い第２クラッド４３Ｂと、被覆４４Ｂとを含む。
【００６５】
光ファイバ１１Ａの端面と光ファイバ１１Ｂの端面とは、融着されている。バンドパスフィルタ７を通過したパルス光Ａは結合器１０を介して光ファイバ１１Ａのコア４１Ａに入射する。光ファイバ１１Ａのコア４１Ａに入射したパルス光Ａは、コア４１Ａおよび、光ファイバ１１Ｂのコア４１Ｂを伝播して、レーザヘッド部１２０へ出射される。
【００６６】
半導体レーザ９Ａ〜９Ｄからの励起光Ｂは、結合器１０を介して光ファイバ１１Ａの第１クラッド４２Ａに入射する。励起光Ｂは、第１クラッド４２Ａと第２クラッド４３Ａとの境界で反射しながら光ファイバ１１Ａを伝播する。光ファイバ１１Ａを伝播した励起光Ｂは、光ファイバ１１Ｂの第１クラッド４２Ｂに入射して、第１クラッド４２Ｂと第２クラッド４３Ｂとの境界で反射しながら光ファイバ１１Ｂを伝播する。
【００６７】
光ファイバ１１Ａのコア４１Ａには希土類元素（具体的にはＹｂ）が実質的に添加されていないため、励起光Ｂがコア４１Ａを通過しても、コア４１Ａによる励起光Ｂの吸収は実質的に生じない。このため、光ファイバ１１Ａでは、パルス光Ａは実質的に増幅されない。
【００６８】
これに対し、光ファイバ１１Ｂのコア４１Ｂには希土類元素（具体的にはＹｂ）が添加されているため、励起光Ｂがコア４１Ｂを通過した場合、励起光Ｂの一部がコア４１Ｂに含まれる希土類元素に吸収される。これにより希土類元素が励起されるため、パルス光Ａがコア４１Ｂに入射すると、希土類元素の誘導放出によってパルス光Ａが増幅される。
【００６９】
なお、バンドパスフィルタ７が設けられていない場合、光ファイバ１から放出される自然放出光が光ファイバ１１Ａ，１１Ｂに入射する。その自然放出光が光ファイバ１１Ｂにより増幅された場合、パルス光Ａの増幅率が低下する。光ファイバ１から放出される自然放出光をバンドパスフィルタ７により除去することによって、光ファイバ１１Ｂにおいて高効率の光増幅が可能になる。
【００７０】
図２に戻り、レーザヘッド部１２０は、アイソレータ１２と、コリメータレンズ１３と、ガルバノスキャナ１４と、集光レンズ１５とを備える。アイソレータ１２は光ファイバ１１Ｂから出力されるパルス光を通過させるとともに、光ファイバ１１Ｂに戻る光を遮断する。アイソレータ１２を通過したパルス光は、アイソレータ１２に付随するコリメータレンズ１３から大気中に出力されてガルバノスキャナ１４に入射する。ガルバノスキャナはＸ軸、およびＸ軸と直交するＹ軸方向の少なくとも一方の方向にレーザ光を走査する。集光レンズ１５は、ガルバノスキャナ１４により走査されたレーザ光Ｌを集光する。
【００７１】
図２に示すように、レーザ制御部１１０には本実施の形態に係るレーザ照射装置のうち、レーザ発振装置１５０が実装される。つまり、レーザ照射装置において上流側の要素（半導体レーザ２等）から結合器１０までの部分がレーザ制御部１１０に実装される。
【００７２】
結合器１０に結合される光ファイバ１１Ａは、光ファイバ１からのパルス光を実質的に増幅しない非増幅ファイバである。したがって、光ファイバ１１Ａでは、低パワーのパルス光と光ファイバ１１Ｂのコアに含まれる希土類添加ファイバを励起するための励起光が共存した状態で伝播する。光ファイバ１１Ａを長くすることにより、レーザ伝送部１３０が長くてもパルス光のパワーを低くしたままパルス光を伝送させることができる。これにより非線形光学効果を抑制できる。
【００７３】
ここで、光ファイバの非線形光学効果について説明する。非線形光学効果とは、たとえば非線形散乱である。非線形散乱としては、誘導ラマン散乱および誘導ブリルアン散乱が挙げられる。非線形散乱は、光ファイバ中の光の強度が、ある閾値より大きくなると発生する散乱であり、光ファイバ中のフォノンと光との相互作用によって発生する。誘導ラマン散乱は、光学フォノンによる散乱であり、誘導ブリルアン散乱は、音響フォノンによる散乱である。
【００７４】
ラマン散乱光はストークスシフトを有しているので、光ファイバに入射するレーザ光の波長よりも長波長側に発生する。要するに、光ファイバから出射するレーザ光は、入射レーザ光と、その入射レーザ光よりも長波長にシフトした散乱光とを含む。一方、誘導ブリルアン散乱は後方散乱であり、入射したレーザ光の進行方向とは逆方向に進む散乱光が発生する。
【００７５】
誘導ラマン散乱を発生させる閾値Ｐｃｒは以下の式（１）により表わされる。
【００７６】
【数１】
2010167433.tif 000003
【００７７】
誘導ブリルアン散乱を発生させる閾値Ｐｃｒは以下の式（２）により表わされる。
【００７８】
【数２】
2010167433.tif 000004
【００７９】
ｇｒはラマン利得係数、ｇＢはブリルアン利得係数、Ａｃは光ファイバのコア径、およびＬｅｆｆは実効ファイバ長である。
【００８０】
式（１）および式（２）から分かるように、誘導ラマン散乱および誘導ブリルアン散乱の発生を抑制するには、光ファイバのコア径を拡大する、またはファイバ長を短くすることが有効である。
【００８１】
図４は、ファイバ長およびコア径に対する誘導ラマン散乱の発生閾値の関係を示す図である。図５は、ファイバ長およびコア径に対する誘導ブリルアン散乱の発生閾値の関係を示す図である。
【００８２】
図４および図５を参照して、誘導ラマン散乱の発生閾値（ＳＲＳ発振閾値）および誘導ブリルアン散乱の発生閾値（ＳＢＳ発振閾値）のいずれとも、ファイバ長が短いほど大きくなるとともに、光ファイバのコア径が大きいほど大きくなる。閾値が大きいことは非線形散乱が生じにくくなることを意味する。
【００８３】
したがってコア径が大きい光ファイバをレーザ伝送部１３０に用いることにより、非線形散乱を抑制できると考えられる。しかしながら、光ファイバのコア径が大きくなると、高次モードで伝播される成分が多く生じる。このことはビーム品質の劣化につながる可能性がある。
【００８４】
また、非線形散乱を抑制する他の方法として、レーザ伝送部１３０に含まれる光ファイバを短くすることが考えられる。しかしながら、その光ファイバ内での励起光の吸収量が減少するため、パルス光の増幅率が小さくなる。このためレーザ伝送部１３０から出射される増幅光のパワーが十分な大きさでない（たとえば増幅光のパワーが加工に必要な大きさに達していない）ことが起こりうる。さらに、レーザ伝送部１３０が短い場合には、レーザヘッド部１２０をレーザ制御部１１０の近傍にしか配置できないといった、レーザヘッド部１２０の配置の自由度が狭められるという問題も起こりうる。
【００８５】
本実施の形態では、レーザ伝送部１３０に含まれる光ファイバは、レーザ制御部１１０からのレーザ光を実質的に増幅することなく伝送させる光伝送部（光ファイバ１１Ａ）と、レーザ制御部１１０からのレーザ光を増幅させる光増幅部（光ファイバ１１Ｂ）とを含む。光ファイバ１１Ａでは比較的小さなパワーのパルス光が伝播される。非線形光学効果（非線形散乱）を生じさせないファイバ長の上限値は、式（１）あるいは式（２）により定めることが可能であるが、その上限値をより大きくすることができる。すなわち光ファイバ１１Ａでの非線形散乱を抑制しつつ、光ファイバ１１Ａを長くすることができる。よってレーザヘッド部１２０の配置の自由度を高めることができる。
【００８６】
さらに、光ファイバ１１Ｂでは、レーザ制御部１１０から出射され、かつ光ファイバ１１Ａを伝播したパルス光が増幅されるので、そのパルス光のパワーを所望のパワー（たとえば物体の加工が可能なパワー）まで増幅することが可能となる。
【００８７】
さらに本実施の形態では、光増幅部（光ファイバ１１Ｂ）の終端からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる。これにより、光増幅部（光ファイバ１１Ｂ）によって増幅されたパルス光が、光増幅部からレーザヘッド部１２０までを伝送する間に、その光によって誘導散乱光が生じることを回避できる。たとえば光増幅部の終端からからレーザヘッド部１２０までの間に光ファイバが設けられており、その光ファイバをレーザ光が伝送する場合であっても、その光ファイバの長さは、誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる。
【００８８】
当該伝送路の長さは、上記式（１）および式（２）を用いて導き出すことが可能である。また、「誘導散乱光を実質的に生じさせない長さ」とは、誘導散乱（誘導ラマン散乱および誘導ブリルアン散乱）を実際に生じさせなくする長さを含む。また、誘導ラマン散乱が生じたとしても、レーザヘッド部１２０に入射するパルス光のピークパワーが予め定められた制御目標範囲（たとえば加工に必要なピークパワーの範囲として、実験などによって予め設定される範囲）に入ることを可能にする長さを含む。また、誘導ブリルアン散乱が生じたとしても、上流の部品（たとえば半導体レーザ２，３，９Ａ〜９Ｄ）への損傷が回避される長さを含む。
【００８９】
実施の形態１では、光ファイバ１１Ｂは、レーザ伝送部１３０においてレーザヘッド部１２０の側に偏って配置される。すなわち、レーザ制御部１１０からのパルス光は、まず光ファイバ１１Ａ（光伝送部）を伝播し、次に光ファイバ１１Ｂ（光増幅部）を伝播する。光ファイバ１１Ｂの終端から出射されたパルス光（増幅光）は、アイソレータ１２に入射する。すなわち光ファイバ１１Ｂはレーザヘッド部１２０の直前に配置されて、光ファイバ１１Ｂの終端から出射されたパルス光は他のファイバを経由せずにレーザヘッド部１２０に直接的に入射する。このため光増幅部（光ファイバ１１Ｂ）の終端からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路の長さは、実質的にその部分において誘導散乱光を生じさせない長さとなる。
【００９０】
これにより、レーザ伝送部１３０の長さにかかわらず、非線形光学効果を抑制しつつ、レーザ制御部１１０からの光のパワーを所望のパワーまで増幅することが可能となる。
【００９１】
さらに、レーザ伝送部１３０で光増幅を行なうため、レーザヘッド部１２０には、励起光を導入するための複数の光ファイバが不要になる。これにより、レーザヘッド部１２０を小型化できる。さらに、複数の光ファイバをレーザヘッド部１２０に導入する必要がないため、レーザ加工装置の組立工数の削減が可能となる。
【００９２】
さらに、レーザ伝送部１３０で光増幅を行なうため、レーザヘッド部１２０での発熱量を少なくできる。これにより、レーザヘッド部１２０に含まれる光学部品（たとえばガルバノスキャナに含まれるミラー）の光軸ずれが生じる可能性を小さくできる。また、放熱フィン、ファン等の放熱部材が不要となるため、レーザヘッド部１２０を小型化できる。
【００９３】
なお、光ファイバ１１Ａは、光ファイバ１から出力されたパルス光を実質的に増幅させず、かつ、そのパルス光と、励起光とを伝送可能なファイバであればよい。たとえば、光ファイバ１１Ａにシングルクラッドファイバを適用できる。
【００９４】
図６は、シングルクラッドファイバの構造を示す断面図である。図６（Ａ）は、シングルクラッドファイバの延在方向に対して垂直方向の断面図である。図６（Ｂ）は、シングルクラッドファイバの延在方向に対して水平方向の断面図である。
【００９５】
図６を参照して、シングルクラッドファイバは、コア４１Ｃと、コア４１Ｃの周囲に一重に設けられたクラッド４２Ｃと、被覆４４Ｃとを含む。クラッド４２Ｃの屈折率はコア４１Ｃの屈折率より低い。
【００９６】
光ファイバ１１Ａにシングルクラッドファイバを用いる場合には、希土類元素がコアに実質的に添加されていないシングルクラッドファイバが必要である。光ファイバ１から出力されたパルス光および、そのパルス光を光ファイバ１１Ｂにより増幅するために必要な励起光は、コア４１Ｃを伝播する。
【００９７】
また、光ファイバ１１Ｂにシングルクラッドファイバを用いることもできる。この場合には、コア４１Ｃには希土類元素が添加される必要がある。光ファイバ１１Ａを伝播したパルス光および励起光はコア４１Ｃに入射される。
【００９８】
なお、光ファイバ１１Ａ，１１Ｂは同種（シングルクラッドファイバまたはダブルクラッドファイバ）の光ファイバであると限定する必要はなく、シングルクラッドファイバとダブルクラッドファイバとを組み合わせてもよい。
【００９９】
以上のように実施の形態１によれば、本体部とレーザヘッド部とが分離された構成を有するレーザ照射装置、およびそのレーザ照射装置を備えるレーザ加工装置において、所望のパワーを有するレーザ光を本体部からレーザヘッド部に伝送することができる。
【０１００】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図７および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ａは、レーザ伝送部１３０に代えてレーザ伝送部１３０Ａを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。
【０１０１】
レーザ伝送部１３０Ａは、光ファイバ１１Ｂに代えて、光ファイバ１１Ａに接続される中継増幅器６０を含む点においてレーザ伝送部１３０と異なる。中継増幅器６０は、光ファイバ１１Ｃを含む。光ファイバ１１Ｃは、希土類元素が添加されたコアを含む希土類添加ファイバである。光ファイバ１１Ｃは光ファイバ１１Ｂと同様に、レーザ制御部１１０からのパルス光および励起光を受けて、そのパルス光を増幅する。なお、光ファイバ１１Ｃは、上記のダブルクラッドファイバおよびシングルクラッドファイバのいずれでもよい。
【０１０２】
中継増幅器６０の内部の光ファイバ１１Ｃは、曲げ損失が無い程度に周回させる（たとえば光ファイバ１１Ｃはボビンに巻きつけられる）。これにより、光ファイバ１１Ｃのファイバ長が大きくなった場合に、中継増幅器６０の占有スペースが著しく増大するのを回避できる。
【０１０３】
実施の形態１と同様に、中継増幅器６０の終端から出射されたパルス光（増幅光）は、他のファイバを経由せずに、レーザヘッド部１２０に直接的に入射する。したがって、中継増幅器６０の終端からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる。具体的には、中継増幅器６０（光ファイバ１１Ｂ）は、レーザ伝送部１３０Ａにおいてレーザヘッド部１２０の側に偏って配置される。すなわち中継増幅器６０は、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路において、レーザヘッド部１２０の直前に配置される。
【０１０４】
実施の形態２によれば、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
［実施の形態３］
図８は、実施の形態３に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図８および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ｂは、レーザ伝送部１３０に代えてレーザ伝送部１３０Ｂを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。
【０１０６】
レーザ伝送部１３０Ｂは、複数の非増幅ファイバと複数の希土類添加ファイバとの組み合わせにより構成される。具体的にはレーザ伝送部１３０Ｂは、非増幅ファイバである光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２と、希土類添加ファイバである光ファイバ１１Ｂ１，１１Ｂ２とを含む。光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２は光伝送部を構成し、光ファイバ１１Ｂ１，１１Ｂ２は光増幅部を構成する。なお光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２はたとえば融着により接続されて、実質的に１本の光ファイバとなる。
【０１０７】
結合器１０からはパルス光および励起光が出射される。このパルス光は、光ファイバ１１Ｂ１（希土類添加ファイバ）により、所定の強度値まで増幅される。「所定の強度値」とはレーザ伝送部１３０Ｂの長さに依存する、誘導散乱光の発生閾値（式（１）および式（２）を参照）以下である。
【０１０８】
所定の強度値まで増幅されたパルス光は、励起光と共に光ファイバ１１Ａ２（非増幅ファイバ）を介して光ファイバ１１Ｂ２（希土類添加ファイバ）に伝送される。光ファイバ１１Ａ２は非増幅ファイバであるので、光ファイバ１１Ａ２はパルス光を実質的に増幅しない。したがって、パルス光が光ファイバ１１Ａ２を伝送する間、そのピークパワーはほぼ一定に保たれる。光ファイバ１１Ａ２を伝送したパルス光は光ファイバ１１Ｂ２により増幅される。これにより加工に必要なパワーを有するパルス光をレーザ伝送部１３０Ｂから出射することができる。
【０１０９】
実施の形態１と同様に、光ファイバ１１Ｂ２の終端から出射されたパルス光（増幅光）は、他の光ファイバを経由せずにレーザヘッド部１２０に直接的に入射する。したがって、光ファイバ１１Ｂ２の終端からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとされる。具体的には、光ファイバ１１Ｂ２は、レーザ伝送部１３０Ｂにおいてレーザヘッド部１２０の側に偏って配置される。すなわち光増幅部を構成する光ファイバ１１Ｂ２は、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路において、レーザヘッド部１２０の直前に配置される。
【０１１０】
実施の形態３によれば、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
［実施の形態４］
図９は、実施の形態４に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図９および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ｃは、レーザ発振装置１５０に代えてレーザ発振装置１５０Ｃを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。さらにパルス発生部２２が不要である点において、レーザ加工装置１００Ｃはレーザ加工装置１００と異なる。
【０１１２】
レーザ発振装置１５０Ｃは、Ｑスイッチを用いたレーザ発振器であり、具体的にはファイバレーザ発振器である。レーザ発振装置１５０の構成と比較しながらレーザ発振装置１５０Ｃの構成を説明すると、レーザ発振装置１５０Ｃは、半導体レーザ２、アイソレータ４およびバンドパスフィルタ７を備えていない点、および、ファイバブラッググレーティング８Ａ，８ＢおよびＱスイッチ８Ｃを備える点においてレーザ発振装置１５０と異なる。
【０１１３】
半導体レーザ３は、光ファイバ１（希土類添加ファイバ）のコアに添加された希土類元素を励起するための励起光を出力する。励起光は、結合器５およびファイバブラッググレーティング８Ａを介して光ファイバ１に入射する。
【０１１４】
ファイバブラッググレーティング８Ａは、励起光を透過させるとともに、光ファイバ１から出力される誘導放出光を反射させる。一方、ファイバブラッググレーティング８Ｂは、光ファイバ１から出力される誘導放出光の一部を透過させる。Ｑスイッチ８Ｃは、制御部２１によりオンオフ制御される。Ｑスイッチ８Ｃには、たとえば高速でオンオフの動作が可能な電気光学素子（Ｅ／Ｏ素子）や音響光学素子（Ａ／Ｏ素子）が用いられる。光ファイバ１の励起によって光ファイバ１にエネルギーが蓄積された状態において、Ｑスイッチ８Ｃがオンされる。これにより光ファイバ１の誘導放出が生じてパルス光が出射される。なお、Ｑスイッチ８Ｃは、ファイバレーザ発振器で発振したレーザ光を増幅する際にも有効である。
【０１１５】
実施の形態１と実施の形態４とではレーザ発振装置の構成の点のみが異なる。したがって実施の形態４によれば、実施の形態１と同様に、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
なお、図９では、Ｑスイッチを用いたレーザ発振装置としてファイバレーザ発振器を例示したが、レーザ媒体に固体（たとえばＮｄ：ＹＡＧあるいはＹＶＯ４等など）、あるいは気体（たとえばＣＯ２等）、あるいは液体の媒体を用いたＱスイッチレーザも実施の形態４に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置に適用可能である。
【０１１７】
［実施の形態５］
図１０は、実施の形態５に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図１０および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ｄは、レーザ伝送部１３０に代えてレーザ伝送部１３０Ｄを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。レーザ伝送部１３０Ｄは、結合器１０を含む点においてレーザ伝送部１３０と異なる。すなわち、実施の形態５では、レーザ伝送部側に結合器１０が配置される点において、実施の形態１と異なる。このように、結合器１０をレーザ伝送部側に移動させた構成においても、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
［実施の形態６］
図１１は、実施の形態６に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図１１および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ｅは、レーザ伝送部１３０に代えてレーザ伝送部１３０Ｅを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。
【０１１９】
実施の形態３に係るレーザ伝送部１３０Ｂと同様に、レーザ伝送部１３０Ｅは、複数の非増幅ファイバと複数の希土類添加ファイバとの組み合わせにより構成される。図１１に示した構成によれば、レーザ伝送部１３０Ｅは、非増幅ファイバである光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ａ３と、希土類添加ファイバである光ファイバ１１Ｂ１，１１Ｂ２，１１Ｂ３とを含む。光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ａ３は光伝送部を構成する複数の伝送部であり、光ファイバ１１Ｂ１，１１Ｂ２，１１Ｂ３は光増幅部を構成する複数の増幅部である。光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ａ３，１１Ｂ１，１１Ｂ２，１１Ｂ３はたとえば融着により接続されることにより、実質的に１本の光ファイバとなる。
【０１２０】
実施の形態６では、複数の増幅部の分布の中心がレーザヘッド部１２０側に偏るように複数の伝送部（非増幅ファイバ）と複数の増幅部（希土類添加ファイバ）とを配置する。たとえば複数の希土類添加ファイバの長さがいずれも同じであれば、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０に近づくほど希土類添加ファイバが多く並ぶように、複数の非増幅ファイバと複数の希土類添加ファイバとが配置される。これにより複数の増幅部の分布の中心がレーザヘッド部１２０側に偏る。
【０１２１】
また、複数の希土類添加ファイバの長さが異なる場合には、単位伝送長あたりのレーザ伝送部１３０Ｅに対する希土類添加ファイバの長さを示す割合が、レーザヘッド部１２０に近いほど大きくなるように、複数の非増幅ファイバと複数の希土類添加ファイバとを配置する。これは、レーザヘッド部１２０に近いほど希土類添加ファイバが多く分布することと等価である。よって、この場合にも複数の増幅部の分布の中心がレーザヘッド部１２０側に偏る。
【０１２２】
なお光増幅部（光ファイバ１１Ｂ１〜１１Ｂ３）は、レーザ伝送部１３０Ｅにおいてレーザヘッド部１２０の側に偏って配置される。さらに、光ファイバ１１Ｂ３の終端から出射されたパルス光（増幅光）は、他のファイバを経由することなくレーザヘッド部１２０に直接的に入射する。光増幅部を構成する光ファイバ１１Ｂ３は、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路において、レーザヘッド部１２０の直前に配置される。したがって、光ファイバ１１Ｂ３の終端からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路の長さは、誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとなる。このため非線形光学効果を抑制できる。
【０１２３】
実施の形態６によれば、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１２４】
［実施の形態７］
図１２は、実施の形態７に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図１２および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ｆは、レーザ伝送部１３０に代えてレーザ伝送部１３０Ｆを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。
【０１２５】
レーザ伝送部１３０Ｆは、非増幅ファイバである光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２と、希土類添加ファイバである光ファイバ１１Ｂとを含む。光ファイバ１１Ａ２は光ファイバ１１Ｂとレーザヘッド部１２０との間に設けられる。光ファイバ１１Ａ１，１１Ａ２は光伝送部を構成する。
【０１２６】
光ファイバ１１Ｂによって増幅された光パルス（増幅光）は、光ファイバ１１Ｂの終端から出射されて、光ファイバ１１Ａ２を経由してアイソレータ１２に入射する。光ファイバ１１Ａ２の長さは、光ファイバ１１Ｂの終端から光パルスが光ファイバ１１Ａ２に入射しても誘導散乱光が実質的に発生しない長さに設定される。すなわち光ファイバ１１Ａ２は極めて短い。
【０１２７】
なお光ファイバ１１Ａ２は光ファイバ１１Ａ１に比べて短い。さらに、光ファイバ１１Ａ２が極めて短いため、光ファイバ１１Ｂは、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路において、レーザヘッド部１２０の直前に配置される。
【０１２８】
以上のように実施の形態７によれば、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
［実施の形態８］
図１３は、実施の形態８に係るレーザ照射装置およびレーザ加工装置の構成図である。図１３および図２を参照して、レーザ加工装置１００Ｇは、レーザ伝送部１３０に代えてレーザ伝送部１３０Ｇを備える点において、レーザ加工装置１００と異なる。レーザ伝送部１３０Ｇは光ファイバ１１Ｂに代えて光ファイバ１１Ｄを含む点においてレーザ伝送部１３０と異なる。なお、光ファイバ１１Ｂ，１１Ｄは、たとえば融着により、実質的に１本の光ファイバとなる。
【０１３０】
光ファイバ１１Ｄは光ファイバ１１Ｂと同様に、コアに希土類元素が添加された光ファイバ（希土類添加ファイバ）である。ただし光ファイバ１１Ｄは、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０に向かうにつれて励起光の吸収量が多くなるよう構成される。たとえば希土類元素のコア中の濃度分布に偏りを持たせる（レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０に向かうにつれて希土類元素の濃度を高くする）よう光ファイバ１１Ｄは構成される。
【０１３１】
図１４は、光ファイバ１１Ｄにおける励起光の吸収量の分布を模式的に示す図である。図１４を参照して、グラフの横軸は、光ファイバ１１Ａと光ファイバ１１Ｄとの接続点を基準とした光ファイバ１１Ｄの位置を示す。横軸上の値Ｘは光ファイバ１１Ｄの終端の位置を表わす。つまりグラフの横軸上の値が０からＸに近づくにつれて、その値が示す位置はレーザヘッド部１２０に近くなる。グラフの横軸の値が大きくなるにつれて励起光の吸収量は大きくなる。
【０１３２】
光ファイバ１１Ｄのうち励起光の吸収量の低い部分（レーザ制御部１１０に近い側）ではパルス光の増幅率が小さい、あるいはパルス光がほとんど増幅されない。したがって、光ファイバ１１Ａだけでなく、光ファイバ１１Ｄのうち励起光の吸収量の低い部分において、パルス光の増幅を抑制することができる。これにより、レーザ伝送部１３０Ｇにおいて、非増幅ファイバとして機能する部分を長くすることができる。また、光増幅部として実質的に機能する部分は、レーザヘッド部１２０側に偏って配置されることになる。
【０１３３】
非増幅ファイバとして機能する部分が長くなることによって、レーザ伝送部のうち光増幅部として機能する部分を短くすることができる。これにより、非線形光学効果の閾値に関連するパラメータである、実効ファイバ長Ｌｅｆｆを小さくできる。この結果、レーザヘッド部１２０付近でレーザ光を大きく増幅させるとともに、レーザヘッド部１２０付近に達するまで非線形光学効果を発生させないようにレーザ光を伝送することが可能となる。
【０１３４】
なお、光ファイバ１１Ｄから出射したパルス光は、他のファイバを経由せずにアイソレータ１２に直接的に入射する。したがって光ファイバ１１Ｄの終端からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路の長さは、当該伝送路において誘導散乱光を実質的に生じさせない長さとなる。よって非線形光学効果が生じる可能性をより低下させることができる。さらに、光ファイバ１１Ｄは、レーザ制御部１１０からレーザヘッド部１２０までのパルス光の伝送路において、レーザヘッド部１２０の直前に配置される。
【０１３５】
以上のように実施の形態８によれば、レーザ伝送部において非線形光学効果を抑制しつつパルス光を増幅できるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
なお、実施の形態２，３，５〜８に係るレーザ照射装置において、レーザ発振装置１５０をレーザ発振装置１５０Ｃに置き換えたり、レーザ媒体に固体、あるいは気体、あるいは液体の媒体を用いたＱスイッチレーザに置き換えたりすることが可能である。
【０１３７】
また、本実施の形態では、レーザヘッド部１１０から照射されるレーザ光Ｌを加工対象物５０の加工に用いた。しかし、本発明に係るレーザ照射装置を加工以外の目的で使用することも可能である。たとえばレーザ顕微鏡、あるいはレーザ医療装置等に本発明に係るレーザ照射装置を用いることもできる。したがって本発明に係るレーザ照射装置はレーザ加工装置に限定されず、様々な分野への適用が可能である。
【０１３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３９】
１  光ファイバ、２，３，９Ａ〜９Ｄ  半導体レーザ、４，６  アイソレータ、５，１０  結合器、６，１２  アイソレータ、７  バンドパスフィルタ、８Ａ，８Ｂ  ファイバブラッググレーティング、８Ｃ  Ｑスイッチ、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ａ１〜１１Ａ３，１１Ｂ１〜１１Ｂ３，１１Ｃ，１１Ｄ  光ファイバ、１３  コリメータレンズ、１４  ガルバノスキャナ、１４Ａ，１４Ｂ  ミラー、１５  集光レンズ、２０  制御基板、２１  制御部、２２  パルス発生部、３０  ドライバ用電源、３２  ドライバ、４１Ａ〜４１Ｃ  コア、４２Ａ，４２Ｂ  第１クラッド、４２Ｃ  クラッド、４３Ａ，４３Ｂ  第２クラッド、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ  被覆、５０  加工対象物、６０  中継増幅器、１００，１００Ａ〜１００Ｇ  レーザ加工装置、１１０  レーザ制御部、１２０  レーザヘッド部、１３０，１３０Ａ〜１３０Ｇ  レーザ伝送部、１５０，１５０Ｃ  レーザ発振装置、Ａ  パルス光、Ｂ  励起光、Ｌ  レーザ光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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