(57)【要約】【課題】簡単な構成で強度分布が均一な矩形状のレーザ光を得る。【解決手段】この光ファイバは、レーザ光源からのレーザ光を伝送するための光ファイバであって、円形コアを有する第１ファイバと、第１ファイバの端面に接続され矩形コアを有する第２ファイバと、を有している。【選択図】図３Ａ
2014048447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光を伝送するための光ファイバであって、
円形コアを有する第１ファイバと、
前記第１ファイバの端面に接続され、矩形コアを有する第２ファイバと、
を有する光ファイバ。
【請求項２】
前記第１ファイバは前記レーザ光源からのレーザ光が入射されるものであり、
前記第２ファイバは前記第１ファイバから入射されたレーザ光を伝送する、
請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記第１ファイバと前記第２ファイバとは互いの端面が融着されている、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
レーザ光源からのレーザ光を伝送するための光ファイバ装置であって、
円形コアを有する第１ファイバと、
矩形コアを有する複数の第２ファイバと、
入力側に前記第１ファイバが接続され、出力側に前記複数の第２ファイバが接続されたファイバスプリッタと、
を備えた光ファイバ装置。
【請求項５】
レーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工装置であって、
ワークが載置されるテーブルと、
レーザ光を出力するレーザヘッドと、
前記レーザ光を集光する第１集光レンズと、
前記集光レンズによって集光されたレーザ光が入射される円形コアを有する第１ファイバと、
前記第１ファイバの端面に接続され、矩形コアを有する第２ファイバと、
前記第２ファイバから出力された矩形形状のレーザ光を前記テーブル上のワークに対して集光する第２集光レンズと、
前記ワークをレーザ光に対して相対的に移動させる移動機構と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工装置であって、
ワークが載置されるテーブルと、
レーザ光を出力するレーザヘッドと、
前記レーザ光を集光する第１集光レンズと、
前記集光レンズによって集光されたレーザ光が入射される円形コアを有する第１ファイバと、
入力側に前記第１ファイバが接続されたファイバスプリッタと、
前記ファイバスプリッタの出力側に接続され、矩形コアを有する複数の第２ファイバと、
前記第２ファイバから出力された矩形形状のレーザ光を前記テーブル上のワークに対して集光する複数の第２集光レンズと、
前記ワークをレーザ光に対して相対的に移動させる移動機構と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項７】
前記レーザヘッドはシングルモードのレーザ光を出力する、請求項５又は６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、光ファイバ、特に、レーザ光源からのレーザ光を伝送するための光ファイバ、及びこの光ファイバを含む光ファイバ装置に関する。
【０００２】
また本発明は、以上の光ファイバ又は光ファイバ装置を有し、ワークを加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば薄膜太陽電池を製造する場合は、まず、ガラス等の基板上にモリブデン（Ｍｏ）膜からなる下部電極膜が形成され、その後、下部電極膜が短冊状に分割される。次に、下部電極膜上にＣＩＧＳ膜等のカルコパイライト構造化合物半導体膜を含む化合物半導体膜が形成される。そしてさらに、これらの半導体膜の一部がストライプ状に除去されて短冊状に分割され、これらを覆うように上部電極膜が形成される。そして最後に、上部電極膜の一部がストライプ状に剥離されて短冊状に分割される。
【０００４】
以上のように、薄膜太陽電池を製造する際には、基板上に形成された金属膜を絶縁分離する必要があり、この絶縁用の溝を形成するためにレーザ加工装置が用いられている。
【０００５】
例えば特許文献１では、矩形状のレーザ光をワークに照射するとともに、このレーザ光を一定の方向に所定の重なり率で走査し、スクライブ加工を行うことによって絶縁用の溝が形成される。
【０００６】
また、以上のようなレーザ加工において、高い加工効率を得るための装置が特許文献２に示されている。この装置では、ワークに照射されるレーザ光の強度分布を均一にするために、光ファイバのコアの断面形状を、円形の一部が切り欠かれたＤ型形状、長方形形状、星型形状にすることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１６８６８８号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の装置では、矩形状のレーザ光をワークに照射するので、円形のレーザ光を照射する場合に比較して、効率良く溝を加工することができ、また短絡等の可能性が低い絶縁用の溝を形成することができる。
【０００９】
しかし、特許文献１の装置において、レーザ光の強度分布を均一にするためには、マルチモードのレーザ光を用いる必要があり、汎用性に乏しい。
【００１０】
また、特許文献２の装置では、光ファイバのコアの断面形状を特殊な形状にする必要がある。
【００１１】
本発明の課題は、簡単な構成で強度分布が均一な矩形状のレーザ光を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１側面に係る光ファイバは、レーザ光源からのレーザ光を伝送するための光ファイバであって、円形コアを有する第１ファイバと、第１ファイバの端面に接続され矩形コアを有する第２ファイバと、を有している。
【００１３】
本件発明者は、円形コアの光ファイバと矩形コアの光ファイバとを融着等によって接続することにより、矩形状でかつ均一な強度分布のレーザ光が得られることを見出した。このような光ファイバは、シングルモードのレーザ光を用いた場合でも、矩形コアのファイバから出射されたレーザ光は、強度分布が均一になる。
【００１４】
本発明の第２側面に係る光ファイバは、第１ファイバはレーザ光源からのレーザ光が入射されるものであり、第２ファイバは第１ファイバから入射されたレーザ光を伝送する。
【００１５】
ここでは、前記同様に、強度分布が均一な矩形状のレーザ光を得ることができ、この光ファイバを用いてレーザ加工装置を構成することにより、加工効率が向上し、また精度の高い溝を形成することができる。
【００１６】
本発明の第３側面に係る光ファイバは、第１ファイバと第２ファイバとは互いの端面が融着されている。
【００１７】
本発明の第４側面に係る光ファイバ装置は、レーザ光源からのレーザ光を伝送するための装置であって、円形コアを有する第１ファイバと、矩形コアを有する複数の第２ファイバと、ファイバスプリッタと、を備えている。ファイバスプリッタは、入力側に第１ファイバが接続され、出力側に複数の第２ファイバが接続されている。
【００１８】
ここでは、前記同様に、それぞれの第２ファイバの出力側に、強度分布が均一な矩形状のレーザ光を得ることができる。なお、ファイバスプリッタは円形コアのファイバを有している。
【００１９】
ファイバスプリッタを用いることによって、１つのレーザ光から複数の矩形状のレーザ光を得ることができる。したがって、この光ファイバ装置をレーザ加工装置に用いることによって、加工効率を上げることができる。
【００２０】
本発明の第５側面に係るレーザ加工装置は、レーザ光を照射してワークを加工する装置であって、ワークが載置されるテーブルと、レーザ光を出力するレーザヘッドと、レーザ光を集光する第１集光レンズと、集光レンズによって集光されたレーザ光が入射される円形コアを有する第１ファイバと、第１ファイバの端面に接続され矩形コアを有する第２ファイバと、第２ファイバから出力された矩形形状のレーザ光をテーブル上のワークに対して集光する第２集光レンズと、ワークをレーザ光に対して相対的に移動させる移動機構と、を備えている。
【００２１】
この装置では、レーザヘッドから出力されたレーザ光は第１集光レンズで集光されて円形コアの第１ファイバに導かれ、さらに矩形コアの第２ファイバに導かれる。そして、第２ファイバからは矩形状のレーザ光が出力される。この矩形状のレーザ光は第２集光レンズを介してテーブル上のワークに照射される。
【００２２】
ここでは、強度分布が均一な矩形状のレーザ光をワークに照射でき、加工効率が向上するとともに加工品質の良好な溝をワークに形成することができる。
【００２３】
本発明の第６側面に係るレーザ加工装置は、レーザ光を照射してワークを加工する装置であって、ワークが載置されるテーブルと、レーザ光を出力するレーザヘッドと、レーザ光を集光する第１集光レンズと、集光レンズによって集光されたレーザ光が入射される円形コアを有する第１ファイバと、入力側に第１ファイバが接続されたファイバスプリッタと、ファイバスプリッタの出力側に接続され矩形コアを有する複数の第２ファイバと、第２ファイバから出力された矩形形状のレーザ光をテーブル上のワークに対して集光する複数の第２集光レンズと、ワークをレーザ光に対して相対的に移動させる移動機構と、を備えている。
【００２４】
この装置では、レーザヘッドから出力されたレーザ光は第１集光レンズで集光されて円形コアの第１ファイバに導かれる。その後、レーザ光はファイバスプリッタによって分岐されて矩形コアの複数の第２ファイバに導かれる。そして、複数の第２ファイバからは矩形状のレーザ光が出力される。この矩形状のレーザ光は第２集光レンズを介してテーブル上のワークに照射される。
【００２５】
ここでは、強度分布が均一な矩形状の複数のレーザ光をワークに照射でき、加工効率が向上するとともに加工品質の良好な溝をワークに形成することができる。
【００２６】
本発明の第７側面に係るレーザ加工装置は、第５又は第６側面の装置において、レーザヘッドはシングルモードのレーザ光を出力する。
【００２７】
円形コアの第１ファイバに矩形コアの第２ファイバを接続し、レーザ光を伝送することによって、シングルモードのレーザ光を用いた場合であっても、強度分布が均一な矩形状のレーザ光をワークに照射することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のような本発明では、簡単な構成で強度分布が均一な矩形状のレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施形態によるレーザ加工装置に用いられる光ファイバ装置の概略構成図。
【図３Ａ】第２実施形態の装置の矩形コアファイバから出射されたレーザ光の強度分布を示す図。
【図３Ｂ】１００μm×１００μmの矩形コアファイバにレーザ光を入射した場合の出射レーザ光の強度分布を示す図。
【図４Ａ】円形コアファイバを有するファイバスプリッタの出射レーザ光の強度分布を測定するための装置構成を示す図。
【図４Ｂ】図４Ａにおいてファイバスプリッタを設けない場合の（円形コアファイバのみによる）ファイバの出射レーザ光の強度分布を測定するための装置構成を示す図。
【図５Ａ】図４Ａのレーザ光の強度分布を示す図。
【図５Ｂ】図４Ｂのレーザ光の強度分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置を図１に示す。このレーザ加工装置は、一例として、Ｍｏ薄膜付きのガラス基板にレーザ光を照射するとともに、溝予定ラインに沿ってレーザ光を照射し、溝予定ラインのＭｏ薄膜を除去するものである。レーザ加工装置は、レーザ発振器等を含むレーザヘッド１と、光学系２と、走査機構３と、を備えている。
【００３１】
レーザヘッド１はシングルモードのパルスレーザ光を出射する。レーザヘッド１に設けられたレーザ発振器は、ＹＡＧレーザ、ＩＲレーザ等の周知のパルスレーザ光の発振器であれば、特に限定されるものではない。
【００３２】
光学系２は、第１レンズ（第１集光レンズ）５、第２レンズ６、第３レンズ（第２集光レンズ）７、及び光ファイバ８を有している。光ファイバ８は、レーザヘッド１側に配置された第１レンズ５と走査機構３側に配置された第２レンズ６との間に配置されている。また、この光ファイバ８は、直径が例えば１０５μmの円形コアの第１ファイバ８ａと、１辺が例えば１００μmの矩形コアの第２ファイバ８ｂとを、互いの端面を融着することによって形成されている。
【００３３】
この光学系２においては、第１レンズ５を通過したレーザ光は、円形コアの第１ファイバ（以下、「円形コアファイバ」と記す）８ａに導入され、矩形コアの第２ファイバ（以下、「矩形コアファイバ」と記す）８ｂから出射される。この矩形コアファイバ８ｂから出射された矩形状のレーザ光は、第２レンズ６で平行光にされ、さらに第３レンズ７で集光されて基板Ｇに照射される。もちろん、１つのレンズによって直接ガラス基板Ｇ上にレーザ光を集光するようにしてもよい。
【００３４】
走査機構３は、Ｘ方向に移動可能な走査ステージ１０と、Ｘ方向と直交するＹ方向に所定のピッチ毎に移動可能なピッチ送りステージ１１と、を有している。そして、ピッチ送りステージ１１にガラス基板Ｇを載置し、各ステージ１０，１１を移動させることにより、ガラス基板Ｇとレーザ光との相対位置を自在に変更することができる。加工時の走査ステージ１０の移動速度は、図示しない制御部により制御され、これによりレーザ光が所定の重なり率でガラス基板Ｇ上に照射されることになる。
【００３５】
以上のレーザ加工装置を用いてガラス基板ＧのＭｏ膜を剥離する場合は、レーザヘッド１からパルスレーザ光が出射され、このレーザ光は、光学系２によって、ビーム形状が矩形にされ、さらに集光されてガラス基板Ｇの溝予定ライン上に照射される。次に、このレーザ光は、走査ステージ１０を移動することによって溝予定ラインに沿って走査される。そして、１つの溝加工が終了すれば、ピッチ送りステージ１１が１ピッチだけ送られ、同様の処理によって別の溝が加工される。このようにして、溝予定ラインのＭｏ膜が溶融除去される。
【００３６】
［第２実施形態］
図２に本発明の第２実施形態に用いられる光ファイバ装置２０を示している。なお、この光ファイバ装置２０は、第１実施形態の光ファイバ８に代えて用いられるものである。
【００３７】
この光ファイバ装置２０は、１つの円形コアのファイバ（以下、「円形コアファイバ」と記す）２１と、第１〜第３ファイバスプリッタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、４つの矩形コアの第１〜第４ファイバ（以下、「第１〜第４矩形コアファイバ」と記す）２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、を有している。各ファイバスプリッタ２２ａ〜２２ｃは円形コアのファイバによって形成されている。なお、ここでは、入力側及び出力側に、それぞれ２つのカプラを備えたファイバスプリッタを用いているが、入力側に１つのカプラを有するファイバスプリッタを用いてもよいことはもちろんである。
【００３８】
円形コアファイバ２１は、第１ファイバスプリッタ２２ａの一方の入力側に接続されており、第１レンズ５からのレーザ光が導入される。第１ファイバスプリッタ２２ａの出力側には、第２ファイバスプリッタ２２ｂ及び第３ファイバスプリッタ２２ｃのそれぞれの入力側の一方が接続されている。そして、第２ファイバスプリッタ２２ｂの出力側には、第１矩形コアファイバ２３ａ及び第２矩形コアファイバ２３ｂが接続されている。また、第３ファイバスプリッタ２２ｃの出力側には、第３矩形コアファイバ２３ｃ及び第４矩形コアファイバ２３ｄが接続されている。
【００３９】
なお、図２において、「×」は各ファイバの接続部を示している。これらの接続部は、各ファイバの端面を融着することによって接続されている。また、この第２実施形態では、一例として、円形コアファイバ２１はコア直径が１０５μm、各ファイバスプリッタ２２ａ〜２２ｃはコア直径が１００μm、第１〜第４矩形コアファイバ２３ａ〜２３ｄはコアの１辺が１００μmである。
【００４０】
この第２実施形態では、図示していないが、第１〜第４矩形コアファイバ２３ａ〜２３ｄの出力側に、それぞれ第１実施形態と同様の第２レンズ及び第３レンズが配置されている。他の構成及び加工動作は第１実施形態と同様である。
【００４１】
［実験例］
図３Ａに、第２実施形態の各矩形コアファイバから出射されたレーザ光の強度分布を示している。また、図３Ｂに、１辺が１００μmの矩形コアファイバのみを用いた場合のレーザ光（レーザ光を、円形コアファイバを介することなく矩形コアファイバに入射し、その矩形コアファイバから出射されたレーザ光）の強度分布を示している。
【００４２】
これらの図から明らかなように、第２実施形態の構成、すなわち、円形コアファイバ＋ファイバスプリッタ＋矩形コアファイバを用いることによって、矩形コアファイバから出射されるレーザ光の強度分布がより均一になっていることがわかる。
【００４３】
次に、図４Ａ及び図４Ｂに示す構成で、各円形コアファイバから出射されるレーザ光の強度分布を測定した。
【００４４】
図４Ａの装置は、レーザヘッド２５と、複数の反射ミラー２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、集光レンズ２７と、円形コアのファイバで構成されたファイバスプリッタ２８と、から構成されている。そして、ファイバスプリッタ２８から出射されたレーザ光の強度分布を測定器２９ａ，２９ｂで測定した結果を、図５Ａに示している。
【００４５】
また、図４Ｂの装置は、レーザヘッド２５と、複数の反射ミラー２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、集光レンズ２７と、円形コアファイバ３０と、から構成されている。そして、円形コアファイバ３０から出射されたレーザ光の強度分布を測定器３１で測定した結果を、図５Ｂに示している。
【００４６】
なお、図４Ａ及び図４Ｂの装置で用いたファイバスプリッタ２８及び円形コアファイバ３０のコア直径はいずれも１０５μmである。
【００４７】
図５Ａ及び図５Ｂの強度分布を観察すると、ファイバスプリッタ２８を通過したレーザ光は、強度分布の均一性は若干の改善が見られるものの、大幅な改善とは認められない。
【００４８】
［実験結果のまとめ］
以上の実験結果から、矩形形状で、かつ均一な強度分布を有するレーザ光を得るためには、レーザ光を円形コアファイバに入射し、この円形コアファイバに接続された矩形コアファイバからレーザ光を出射すればよいことがわかる。そして、このような傾向は、ファイバスプリッタの有無に影響しないこともわかる。
【００４９】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  レーザヘッド
２  光学系
３  走査機構
８，２０  光ファイバ装置
８ａ，２１  円形コアファイバ
８ｂ，２３ａ〜２３ｄ  矩形コアファイバ
１０  走査ステージ
１１  ピッチ送りステージ
２２ａ〜２２ｃ  ファイバスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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