(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ共振器と、このレーザ共振器からビーム伝送光路系を通じて伝送された前記レーザビームを入射され被加工物まで伝送する光ファイバーと、この光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に略リング状の開口部を有するアパーチャ部材および前記略リング状の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータを有したレーザビーム出力測定手段と、このレーザビーム出力測定手段からの出力に基き前記光ファイバーへの前記レーザビームの入射を調整するファイバー入射調整手段と、を備えたものであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
レーザビームを出射するレーザ共振器と、このレーザ共振器からビーム伝送光路系を通じて伝送された前記レーザビームを入射され被加工物まで伝送する光ファイバーと、この光ファイバーから出射されたレーザビームの出力を測定するレーザビーム出力測定手段と、このレーザビーム出力測定手段からの出力に基き前記光ファイバーへの前記レーザビームの入射を調整するファイバー入射調整手段と、を備えたレーザ装置において、
前記レーザビーム出力測定手段は、レーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部を有する第１のアパーチャ部材と、ビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部を有する第２のアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータとを備え、前記第１のアパーチャ部材と前記第２のアパーチャ部材とを保持部材ごと交換可能な構造としたものであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
レーザビームを出射するレーザ共振器と、このレーザ共振器からビーム伝送光路系を通じて伝送された前記レーザビームを入射され被加工物まで伝送する光ファイバーと、この光ファイバーから出射されたレーザビームの出力を測定するレーザビーム出力測定手段と、このレーザビーム出力測定手段からの出力に基き前記光ファイバーへの前記レーザビームの入射を調整するファイバー入射調整手段と、を備えたレーザ装置において、
前記レーザビーム出力測定手段は、レーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部とビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部とを有し前記第１及び第２の開口部を排他的に切換えて用いるアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、を設けたものであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
前記アパーチャ部材のレーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような開口部は、使用される光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に設けたことを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
レーザ発振器から出射されたレーザビームを伝送する光ファイバーの出射端に接続される接続部と、前記光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に略リング状の開口部を有するアパーチャ部材と、前記略リング状の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、前記パワーメータで測定された前記レーザビームの出力を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする光ファイバー調整治具。
【請求項６】
レーザ発振器から出射されたレーザビームを伝送する光ファイバーの出射端に接続される接続部と、前記光ファイバーの出射端から出射したレーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部を有する第１のアパーチャ部材と、ビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部を有する第２のアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、前記パワーメータで測定された前記レーザビームの出力を表示する表示部とを備え、前記第１のアパーチャ部材と前記第２のアパーチャ部材とを保持部材ごと交換可能な構造としたものであることを特徴とする光ファイバー調整治具。
【請求項７】
レーザ発振器から出射されたレーザビームを伝送する光ファイバーの出射端に接続される接続部と、前記光ファイバーの出射端から出射したレーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部とビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部とを有し前記第１及び第２の開口部を排他的に切換えて用いるアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、前記パワーメータで測定された前記レーザビームの出力を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする光ファイバー調整治具。
【請求項８】
レーザ発振器から出射され光ファイバーにより伝送されたレーザビームの出力を測定し、レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する光ファイバー調整方法において、
前記光ファイバーにより伝送された前記レーザビームを、前記光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に略リング状の開口部を有するアパーチャ部材に照射する工程と、この照射する工程により前記開口部を通過した前記レーザビームの出力を測定する工程と、この測定された前記レーザビームの出力値が小さくなるように前記レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する工程と、を備えたことを特徴とする光ファイバー調整方法。
【請求項９】
レーザ発振器から出射され光ファイバーにより伝送されたレーザビームの出力を測定し、レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する光ファイバー調整方法において、
前記光ファイバーにより伝送された前記レーザビームを、前記レーザビームのビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる開口部を有するアパーチャ部材に照射する工程と、この照射する工程により前記開口部を通過した前記レーザビームの出力を測定する工程と、この測定された前記レーザビームの出力値が大きくなるように前記レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する工程と、からなる粗調を実施した後、
前記光ファイバーにより伝送された前記レーザビームを、前記レーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させる開口部を有するアパーチャ部材に照射する工程と、この照射する工程により前記開口部を通過した前記レーザビームの出力を測定する工程と、この測定された前記レーザビームの出力値が小さくなるように前記レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する工程と、からなる最適値調整を実施することを特徴とする光ファイバー調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ装置、特にそのファイバー調整に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、レーザ装置の例として、固体レーザ装置の場合について説明する。
図１０は、従来の固体レーザ装置の発振器ヘッドおよびレーザビーム光路を示す概略構成図である。１は発振器ヘッド、２は共振器、３は部分反射ミラー、４は全反射ミラー、５は励起光源、６は励起媒体である固体素子、７は励起光源５と固体素子６を内蔵するキャビティ（箱）、８は共振器２から出射したレーザビーム、９は拡大レンズ、１０はコリメートレンズ、１１はビームシャッタ、１２は反射ミラー、１４はダンパー、２０は集光レンズ、２１はファイバーホルダ、２２は集光レンズ２０およびファイバーホルダ２１を有するファイバー入射部、２３は光ファイバー、２４は加工ヘッド、２５ａ，２５ｂは加工レンズである。
【０００３】
次に動作について説明する。図１０の装置において、励起光源５の励起光により固体素子６が励起され、固体素子６を挟むように設けられた部分反射鏡３と全反射鏡４によりレーザ発振する。共振器２から出射したレーザビーム８は拡大レンズ９を通過することにより広げられ、コリメートレンズ１０を通過することにより平行ビームとなり、平行化されたレーザビームはファイバー入射部２２に入射する。
【０００４】
コリメートレンズ１０とファイバー入射部２２との間にはビームシャッタ１１が設けられており、レーザ発振器外へレーザビーム８を出射させたくないときには、レーザビーム８を遮断できるようになっている。ビームシャッタ１１はレーザビーム８を反射する反射ミラー１２とレーザビーム８を吸収し熱に変換するダンパー１４とからなっている。反射ミラー１２は移動可能な構造になっており、位置Ａに反射ミラー１２があるときにはレーザビーム８はビームシャッタ１１を通過するが、位置Ｂに反射ミラー１２があるときにはレーザビーム８は反射ミラー１２で反射され、ダンパー１４に至る。ダンパー１４の表面はレーザービーム吸収体で構成されており、レーザービーム８のエネルギーを熱に変換する。図には示さないがダンパー１４は吸収した熱量の放出のため水冷されている。
【０００５】
ファイバー入射部２２に入射した平行化されたレーザビーム８はファイバー入射部２２内の集光レンズ２０により集光され、ファイバーホルダー２１により保持された光ファイバー２３の端面２３ｉに入射し光ファイバー２３内を伝搬する。
【０００６】
図において、集光レンズ２０は集光されたレーザービーム８の焦点の光軸方向位置を光ファイバー入射端２３ｉに一致させるため光軸方向に調整のため移動可能に、ファイバーホルダー２１は前記焦点の位置に光ファイバー入射端２３ｉの面の中心を合わせるために光軸に垂直な方向に調整のため移動可能に構成されている。
【０００７】
光ファイバー２３内を通過したレーザビーム８は加工ヘッド２４に接続された光ファイバー２３の出射端２３ｏから出射する。加工ヘッド２４に導かれたレーザビーム８は集光レンズ２５ａと２５ｂとにより集光され、加工等に利用される。
【０００８】
ファイバー入射部２２の調整は、光ファイバー２３の出射端２３ｏから出射したレーザビーム８の特性を見て実施する。
【０００９】
さて、一般に、固体レーザ発振器においては発振出力を変えるために励起光源５の光量を変化させるが、このことは固体素子６に与える熱エネルギーを変化させ、ひいては固体素子６自身の光学的熱ひずみが変化することになる。具体的には固体素子６は周辺から冷却されるために中心部の温度が周辺部の温度よりも高くなり、固体素子６が顕著に凸レンズのような性質を持つが、この凸レンズの強さの度合いが変化することになる。この種の固体レーザ発振器においては、共振器２内にある固体素子６のレンズとしての特性が変化するので、励起光源５の強さ、すなわちレーザビーム８の出力を変更すると共振器２から出射するレーザビーム８の伝搬の特性が変化してしまい、結果的にファイバー入射部２２の最適調整値が変化してしまう。
【００１０】
従って、上述の調整作業を実施するには実際加工に使用する出力相当、例えば定格出力５００Ｗ出力のレーザ発振器において５００Ｗで加工する場合には５００Ｗ、のレーザ発振をさせる必要がある。そうでないと調整時と実加工時でのレーザビーム８の伝搬特性が大きく変わってしまい、調整そのものの信頼性が損なわれるからである。
【００１１】
このため上述の調整作業は、最終的には高出力である加工出力のレーザビーム８で実施することになるが、ファイバー入射部２２の調整が大きく最適位置からずれている場合にいきなり高出力のレーザビーム８をファイバー入射部２２に入射すると、光ファイバー２３その他に損傷を与える可能性があるため、光ファイバー２３その他に損傷を与えないような低出力でファイバー入射部２２の調整を実施し、徐々に出力を上げながらファイバー入射部２２の調整を繰り返し、最終的に実際の加工出力での調整実施して調整終了する。
【００１２】
また、図１１に、他の従来例としての固体レーザ装置を示す。図１０の固体レーザ装置と異なるのは、ビームシャッタ部の構成である。図１１のものにおいて、３０はビーム吸収体、３１は反射ミラーである。反射ミラー３１は若干、例えば０．２％程度の通過特性を有し、入射したレーザビーム８の大部分は反射させるが一部の出力を通過させるような構成となっている。通過したレーザビーム８はビーム吸収体３０に吸収されるようになっている。ビーム吸収体３０はレーザビーム遮蔽器の役割を果たしている。ビーム吸収体３０は反射ミラー３１の背面から取り外し可能なように装着されており、必要に応じて反射ミラー３１を通過したレーザビーム８をファイバー入射部２２に入射できるような構成となっている。
【００１３】
次に、図１１に示した装置の動作について説明する。図１１に示した発振器において、光路の調整を実施する際にはビームシャッタを閉の状態、すなわち反射ミラー３１をＢの位置とし、ビーム吸収体３０を取り外した後、レーザ発振器を実加工時と同等の出力、例えば５００Ｗで発振させる。すると、反射ミラー３１で反射されたレーザビーム８はダンパー１４で吸収され、反射ミラー３１を通過した小出力、この例では５００Ｗ×０．２％＝１Ｗ、のレーザービームが発振器出口すなわち集光レンズ２０から出射する。このとき、固体素子６への入力は実加工時と同等となっているので固体素子６の光学的熱ひずみが実加工時と同等となっており、従って共振器から出射するレーザビーム８の伝搬特性は実加工時と同等のものとなっている。
【００１４】
このとき、反射ミラー３１を通過したレーザビーム８の伝搬特性は実加工時と同等のものとなっている。しかも反射ミラー３１を通過したレーザビーム８の出力は小出力となっているため、全く未調整の状態で光ファイバー２３の入射端２３ｉに入射させても光ファイバー２３等を損傷させる恐れがない。
【００１５】
従って、この状態でファイバー入射部２２の調整を実施すれば、はじめから固体素子６の光学的熱ひずみに関して実加工時と等しい状態で行なえることになり、図１０に示した装置のように、まず光ファイバー２３等を焼損しないような小出力でまず大まかな調整を実施した後徐々に調整出力を上げながら複数回の調整を繰り返し、最終的に実加工出力で本調整するといった煩雑な調整を実施する必要がなく、簡単に短時間でファイバー入射部２２の調整を実施することができる。
【００１６】
すなわち、この図１１に示した構成の固体レーザ装置においては、上述の固体素子自身の光学的熱ひずみの影響は、ほぼ問題とはならない。
なお、調整作業終了後はビーム吸収体３０を元通りに装着しておく。
【００１７】
上述の図１０及び図１１に示したような固体レーザ装置において、従来は、ＧＩ型の光ファイバーを用いる場合が多かった。
しかし、最近ではＧＩ型の光ファイバーに代わってＳＩ型の光ファイバーを用いる場合が増えつつある。ＳＩ型の光ファイバーは、ＧＩ型の光ファイバーと比べて対光強度を２桁程度上げられるという長所があるため、近年のレーザ装置の高出力化に伴ない、需要が増しているものである。
【００１８】
光ファイバーがＳＩ型、すなわちファイバーのコアとクラッドの境界で屈折率がステップ状に変化するようなファイバーの場合は、ファイバー入射端において、ファイバーのコア内にレーザビームが全て入射した場合は、全入射ビームがコア内を伝送する。多くの場合、ファイバー入射端における入射ビーム径はコア径の９０％以下程度となっており、全入射ビームがコアの範囲内に入射可能な寸法となっている。
一方、ファイバー入射端において、光軸がずれる等によりレーザビームの一部がファイバーのコア内に入りきらない場合は、ファイバー内をクラッド伝搬する。
【００１９】
よってＳＩ型の光ファイバーが用いられた場合、ファイバー入射部２２を調整する際には、上述のクラッド伝搬の有無を判断しつつ調整する。即ち、ファイバー出射後のレーザビームの強度分布を確認しつつ調整実施する。レーザビームの強度分布の確認は、図１２に示したように、ファイバー出射端２３ｏから適度な距離Ｌだけ離れた位置に、例えばレーザパワーメータ４０を設置し、ファイバー出射後のレーザビームをレーザパワーメータ４０に照射し、レーザパワーメータ４０上のビームパターンを不可視レーザビームを可視化する装置であるＩＲスコープ等で観察して実施する。
【００２０】
観察されるファイバー出射後のビームパターンを図１３に示す。全入射レーザビームがコア内を伝搬している場合は図１３ａに示すように、円状のパターン５０ａとなる。一方、調整不良でクラッド伝搬が発生した場合は図１３ｂに示すように、中心の円状のパターン５０ａの明るさ、すなわちビーム強度が小さくなり、円状のパターン５０ａの外周に円環状のパターン５０ｂが出現し、二重丸パターンとなる。二重丸パターンは最適調整値からいずれの方向に調整ズレが生じても発生する。
【００２１】
上記のように実施して観察したファイバー出射後のビームパターンが図１３ａに示したような円状のパターンになるように前記ファイバー入射部２２の調整を実施する。調整時の出力における最適調整値は、二重丸パターンが出現する調整値（一方向に対して２点）の中間にある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したとおり、従来のレーザ発振器においては、ＳＩ型の光ファイバーが用いられた場合、メンテナンス時等においてファイバー入射部を調整する場合、適当な測定・調整手段等が無く、ファイバー出射後の実ビームの目視による判断に基づき調整するため、徐々に出力を上昇させながらの繰り返し調整が必要で時間がかかる。また、最適調整値を目視判断で実施するには熟練が必要であった。
【００２３】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、光ファイバーとしてＳＩ型の光ファイバーが用いられた場合に、光路調整やファイバー入射部の調整が簡便に短時間に実施でき、また、正確且つ客観的な調整を行うことができる、レーザ装置を得るものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ装置は、レーザビームを出射するレーザ共振器と、このレーザ共振器からビーム伝送光路系を通じて伝送された前記レーザビームを入射され被加工物まで伝送する光ファイバーと、この光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に略リング状の開口部を有するアパーチャ部材および前記略リング状の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータを有したレーザビーム出力測定手段と、このレーザビーム出力測定手段からの出力に基き前記光ファイバーへの前記レーザビームの入射を調整するファイバー入射調整手段と、を備えたものである。
【００２５】
また、レーザビームを出射するレーザ共振器と、このレーザ共振器からビーム伝送光路系を通じて伝送された前記レーザビームを入射され被加工物まで伝送する光ファイバーと、この光ファイバーから出射されたレーザビームの出力を測定するレーザビーム出力測定手段と、このレーザビーム出力測定手段からの出力に基き前記光ファイバーへの前記レーザビームの入射を調整するファイバー入射調整手段と、を備えたレーザ装置において、前記レーザビーム出力測定手段は、レーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部を有する第１のアパーチャ部材と、ビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部を有する第２のアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータとを備え、前記第１のアパーチャ部材と前記第２のアパーチャ部材とを保持部材ごと交換可能な構造としたものである。
【００２６】
また、レーザビームを出射するレーザ共振器と、このレーザ共振器からビーム伝送光路系を通じて伝送された前記レーザビームを入射され被加工物まで伝送する光ファイバーと、この光ファイバーから出射されたレーザビームの出力を測定するレーザビーム出力測定手段と、このレーザビーム出力測定手段からの出力に基き前記光ファイバーへの前記レーザビームの入射を調整するファイバー入射調整手段と、を備えたレーザ装置において、前記レーザビーム出力測定手段は、レーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部とビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部とを有し前記第１及び第２の開口部を排他的に切換えて用いるアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、を設けたものである。
【００２７】
また、アパーチャ部材のレーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような開口部は、使用される光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に設けたものである。
【００２８】
また、この発明に係る光ファイバー調整治具は、レーザ発振器から出力されたレーザビームを伝送する光ファイバーの出射端に接続される接続部と、前記光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に略リング状の開口部を有するアパーチャ部材と、前記略リング状の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、前記パワーメータで測定された前記レーザビームの出力を表示する表示部と、を備えたものである。
また、レーザ発振器から出力されたレーザビームを伝送する光ファイバーの出射端に接続される接続部と、前記光ファイバーの出射端から出射したレーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部を有する第１のアパーチャ部材と、ビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部を有する第２のアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、前記パワーメータで測定された前記レーザビームの出力を表示する表示部とを備え、前記第１のアパーチャ部材と前記第２のアパーチャ部材とを保持部材ごと交換可能な構造としたものである。
また、レーザ発振器から出力されたレーザビームを伝送する光ファイバーの出射端に接続される接続部と、前記光ファイバーの出射端から出射したレーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させるような第１の開口部とビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる第２の開口部とを有し前記第１及び第２の開口部を排他的に切換えて用いるアパーチャ部材と、前記第１又は第２の開口部を通過したレーザビームのレーザビーム出力を測定するパワーメータと、前記パワーメータで測定された前記レーザビームの出力を表示する表示部と、を備えたものである。
【００２９】
また、この発明に係る光ファイバー調整方法は、レーザ発振器から出射され光ファイバーにより伝送されたレーザビームの出力を測定し、レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する光ファイバー調整方法において、前記光ファイバーにより伝送された前記レーザビームを、前記光ファイバーのＮＡ値に対応した位置に略リング状の開口部を有するアパーチャ部材に照射する工程と、この照射する工程により前記開口部を通過した前記レーザビームの出力を測定する工程と、この測定された前記レーザビームの出力値が小さくなるように前記レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する工程と、を備えたものである。
また、レーザ発振器から出射され光ファイバーにより伝送されたレーザビームの出力を測定し、レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する光ファイバー調整方法において、前記光ファイバーにより伝送された前記レーザビームを、前記レーザビームのビームパターンのうち中心部に生じる円状パターンの部分を通過させる開口部を有するアパーチャ部材に照射する工程と、この照射する工程により前記開口部を通過した前記レーザビームの出力を測定する工程と、この測定された前記レーザビームの出力値が大きくなるように前記レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する工程と、からなる粗調を実施した後、前記光ファイバーにより伝送された前記レーザビームを、前記レーザビームのビームパターンのうち周辺部に生じる円環状パターンの部分を通過させる開口部を有するアパーチャ部材に照射する工程と、この照射する工程により前記開口部を通過した前記レーザビームの出力を測定する工程と、この測定された前記レーザビームの出力値が小さくなるように前記レーザビームの前記光ファイバーへの入射を調整する工程と、からなる最適値調整を実施するものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の第１の実施の形態によるレーザ発振器を図１及び図２を用いて説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態による固体レーザ装置を示す概略構成図であり、図２は調整治具の概略構成図である。
【００３１】
図１において従来例として示した図１１の装置と異なるのは、光ファイバー２３の出射端２３ｏの部分の構成であり、この部分について説明する。他の部分は図１１の装置と同様である。図１において、符号１〜１０，１４，２０〜２３，２３ｉ，２３ｏ，３０，３１は、図１１の装置のものと同一または相当であるため、説明を省略する。
【００３２】
図１において、４４はレーザビーム出力測定手段としての測定・調整治具である。ファイバー入射調整手段としてのファイバー入射部２２すなわち可動式の集光レンズ２０及びファイバーホルダ２１の位置調整を行う場合に、測定・調整治具４４がファイバー出射端２３ｏに接続される。図１，図２に示した測定・調整治具４４において、５１はアパーチャ、５２はパワーメータ、５３は表示部である。
【００３３】
図２に、ＳＩ型の光ファイバーが用いられた場合にファイバー入射部２２を調整するための、上述のクラッド伝搬の有無を判断し調整するためのアパーチャを示す。図２におけるアパーチャ５１ａはレーザビーム測定位置に設置され、その開口部はアパーチャ位置において、クラッド伝搬が発生した場合に発生する二重丸パターンの外側のリング状のレーザービームが通過するような位置に設定されており、アパーチャ５１ａの開口部を通過したレーザビームの出力をパワーメータ５２で測定し、表示部５３に表示される。
【００３４】
次に動作について説明する。図２において、光ファイバーの出射端２３ｏから出射したレーザビームは図に示したように広がりながら伝搬する。ファイバ調整不良によりクラッド伝搬が発生した場合には、二重丸パターンの外側のリング状のレーザービーム出力が高くなりアパーチャ５１ａ内を通過するレーザビームの割合が大きくなってパワーメータ５２の検出値が大きくなる。調整が良好になるほどアパーチャ５１ａ内を通過するレーザビームの割合が相対的に小さくなり、パワーメータ５２の検出値が小さくなる。
【００３５】
図３にファイバー入射部２２の調整位置とパワーメータ５２が検出した出力値との関係を示す。図３に示されるように、パワーメータ５２の検出値が最小になる位置にファイバー入射部２２を調整することにより、ファイバー入射部２２を良好な状態に調整することができる。なお、パワーメータ５２はレーザビーム出力を電気信号に変換可能であり、従って本実施の形態による装置の場合、ファイバー入射部２２の調整状態を電気信号としてモニターするものである。
【００３６】
図４に、図２に示したものとは異なる構成のアパーチャを備えた測定・調整治具を示す。図２に示した測定・調整治具と異なり、アパーチャ５１ｂの開口部はレーザビームの中心に設けられ、その内径はアパーチャ位置におけるレーザービーム径より小さく設定されており、該開口部を通過したレーザビームの出力をパワーメータ５２で測定する。ここで、ファイバー入射部２２の調整が不良になりクラッド伝搬が発生した場合には，アパーチャ５１ｂの開口部を通過するレーザビームの割合が小さくなりパワーメータ５２の検出値が小さくなる。ファイバー入射部２２の調整が良好な場合はアパーチャ５１ｂの開口部を通過するレーザビームの割合が相対的に大きくなり、パワーメータ５２の検出値が大きくなる。
【００３７】
図５にファイバー入射部の調整位置とパワーメータが検出した出力値との関係を示す。図５に示されるように、パワーメータ５２の検出値が最大になるようにファイバー入射部を調整することにより、ファイバー入射部を良好な状態に調整できる。なおパワーメータはレーザビーム出力を電気信号に変換可能であり、本実施の形態の場合、ファイバー入射部２２の調整状態を電気信号としてモニターするものである。
【００３８】
ただし、図４に示した測定・調整治具による調整方法はクラッド伝搬が発生するまでパワーメータ５２の出力値がほとんど変化せず、最適値の検出が難しい。従ってファイバー入射部２２の調整は、図２に示した測定・調整治具による調整方法を実施する前段階としてクラッド伝搬が発生しない位置に調整する粗調に適するものである。
【００３９】
図４に示した測定・調整治具による調整に対して、図２に示した測定・調整治具による調整は最適値への調整がより容易なものであるが、図３に示したように大きく最適調整位置からずれた場合は、パワーメータ５２の出力値が小さくなるため調整不能に陥る可能性がある。従って、図２と図４の測定・調整治具による調整を併せて実施することにより短時間で且つ、より正確な調整が可能である。
【００４０】
なお、図２に示したアパーチャ５１ａは、その開口部はアパーチャ位置において、クラッド伝搬が発生した場合に発生する二重丸パターンの外側のリング状のレーザービームが通過するような位置に設定するが、上述の二重丸パターンの外側のリングは、ファイバーのＮＡで定められた位置に現れる。例えばＮＡ＝０．２のファイバを使用した場合は、前記リングは広がり半角ｔａｎθ＝０．２の位置に発生する。従って、アパーチャ５１ａは上記ＮＡの位置に対応した位置に設置するのが最良であり、そのように構成されている。
【００４１】
実施の形態２．
図６はこの発明の第２の実施の形態による調整治具の概略構成図である。図６に示した調整治具４４において、アパーチャは着脱可能なトレイに固定されており、上述の実施の形態で説明したアパーチャ５１ａとアパーチャ５１ｂとがトレイ５５ａ及び５５ｂごと交換することにより簡便に交換可能なように構成されている。このように構成することにより、ファイバー入射部２２の２段階の調整、すなわちアパーチャ５１ａによる粗調とアパーチャ５１ｂによる最適値調整とが、簡単に実施できる。
【００４２】
実施の形態３．
上述の第２の実施の形態のものは、アパーチャ５１を差し替え可能なように構成したが、図７に示すように、ひとつのアパーチャ５１ｃの開口部部分を，アパーチャ５１ａに対応するレーザビーム中心位置ａ及びクラッド伝搬が発生した場合に発生する二重丸パターンの外側のリング状のレーザービームが通過するアパーチャ５１ｂに対応する位置ｂに切換え可能なように構成しても良い。開口部の可変構造は、例えばネジ６０により前記の位置ａおよびｂの位置にアパーチャの開口部６１を移動させるようにしてもよい。
【００４３】
上述のアパーチャ５１ａの形状の一例を図８を用いて説明する。アパーチャ５１ａは２ヶ所のブリッジ６２により外周部とつながった形の略リング状の開口部６１ａを有している。この略リング状の開口部６１ａにより、ほぼ全周にわたってクラッド伝搬発生時に生じるリング状のレーザビームを検出でき、感度の良い調整が可能である。なお、図８ではブリッジ６２は２ヶ所のものについて説明したが、リング状に近い開口部が得られればブリッジの数は何カ所でもよく、同様の効果が得られる。
【００４４】
また、コリメートレンズ１０とファイバー入射部２２との間に設けられたビームシャッタ１１にはレーザビーム８の大部分を反射し、一部を通過する反射ミラー３１が設けられているが、反射ミラー３１をレーザビーム８が通過する際に図９に示したようなレーザビーム光路の平行ズレが発生する。平行ズレ量は反射ミラー３１へのレーザビーム８の入射角が大きくなると共に大きくなる。平行ズレ量が大きくなると、反射ミラー３１を介さずに直接集光レンズ２０まで達する実ビームの場合とのズレも大きくなり、反射ミラー３１を通過したレーザビーム８で調整した調整位置とのズレも大きくなる。実用上、反射ミラー３１へのレーザビーム８の入射角が１５ｄｅｇ以下であれば実質的に調整は問題なく行え、平行ズレは実用上問題ない範囲内にあることが確認できた。
【００４５】
上述の観点から入射角は小さい方がよいが、あまり入射角を小さくし過ぎると今度はダンパーを含めた装置全体な必要スペースが大きくなり実用性が損なわれる。従って反射ミラーへのレーザビームの入射角が８ｄｅｇ以上１５ｄｅｇ以下となるように構成するのが実用的である。
【００４６】
【発明の効果】
以上に述べたように、この発明によれば、光ファイバーとしてＳＩ型の光ファイバーが用いられた場合に、レーザ発振器のファイバー入射部の調整作業が簡便に実施可能で、且つ、調整を行う個々の作業者の熟練度に拠ることなく正確かつ客観的な調整を行うことができる、メンテナンス性の良好なレーザ装置を得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態による固体レーザ装置を示す概略構成図。
【図２】この発明の第１の実施の形態による測定・調整治具を示す概略構成図。
【図３】図２に示した測定・調整治具によるファイバー入射部の調整位置とパワーメータの指示値との関係を示した図。
【図４】この発明の第１の実施の形態による別の測定・調整治具を示す概略構成図。
【図５】図４に示した測定・調整治具によるファイバー入射部の調整位置とパワーメータの指示値との関係を示した図。
【図６】この発明の第２の実施の形態による測定・調整治具を示す概略構成図。
【図７】この発明の第３の実施の形態による測定・調整治具を示す概略構成図。
【図８】この発明の実施の形態によるアパーチャの構成図。
【図９】レーザビーム光路の一部を示す説明図。
【図１０】従来の固体レーザ装置を示す概略構成図。
【図１１】他の従来の固体レーザ装置を示す概略構成図。
【図１２】従来の固体レーザ装置におけるファイバー出射後のビームの強度分布確認方法を示す説明図。
【図１３】ファイバー出射後のビームパターンを示した図。
【符号の説明】
２  レーザ共振器
２０  集光レンズ
２１  ファイバーホルダ
２２  ファイバー入射部
２３  光ファイバー
４４  測定・調整治具
５１  アパーチャ
５２  パワーメータ
５３  表示部
【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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