(57)【要約】【課題】シードレーザー光Ｌによる加工対象物の材料選定の自由度を高めることができるレーザー光発生装置２００を提供する。【解決手段】シードレーザー光Ｌを発する光源２と、光源２から発せられたシードレーザー光Ｌを増幅する光増幅器３とを有するレーザー光発生装置２００において、光源２として互いに異なる波長のシードレーザー光Ｌを発する複数のレーザー素子２１を具備するものを用い、それぞれを互いに異なるタイミングで発射して光増幅器３で増幅するようにした。これにより、シードレーザー光Ｌによる加工対象物の材料選定の自由度を高めつつ、光増幅器３における非線形光学効果の発生や、光増幅器３へのダメージ付与を抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発する光源と、前記光源から発せられたレーザー光を増幅する増幅手段とを有するレーザー光発生装置において、
前記光源として互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の発光部を具備するものを用いるか、あるいは、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の光源を用いたことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項２】
請求項１のレーザー光発生装置において、
複数の前記発光部、又は複数の前記光源のうち、少なくとも一つについて、他とはレーザー光の発射タイミングを異ならせるように複数の前記発光部、又は複数の前記光源からのレーザー光の発射タイミングを制御する制御手段を設けたことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項３】
請求項２のレーザー光発生装置において、
複数の前記発光部、又は複数の光源から互いに異なるタイミングで発射されて前記増幅手段を経由した後の複数のレーザー光を互いに同期させて合成する同期合成手段を設けたことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項４】
請求項３のレーザー光発生装置において、
互いに異なる波長の複数のレーザー光をそれぞれの波長に応じた角度で屈折させる複数の光学素子にて、複数の前記発光部、又は複数の前記光源から互いに異なるタイミングで発射された複数のレーザー光を順次屈折させてそれらレーザー光を互いに同期させるように、前記同期合成手段を構成したことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項５】
請求項２のレーザー光発生装置において、
複数の前記発光部、又は複数の前記光源から発射されて前記増幅手段を経由した後の互いに異なる波長の複数のレーザー光のうち、少なくとも何れか一つの波長を選択的に変換する波長変換手段を設けたことを特徴とするレーザー光発生装置。
【請求項６】
レーザー光発生装置を有し、前記レーザー光発生装置によって発生させたレーザー光を用いて加工対象物の加工を行うレーザー加工機において、
前記レーザー光発生装置として、請求項１乃至５の何れか一項に記載のレーザー光発生装置を用いたことを特徴とするレーザー加工機。
【請求項７】
光源から発したレーザー光を増幅するレーザー光生成工程と、前記レーザー光生成工程で生成したレーザー光を加工対象物に照射する照射工程とを実施して前記加工対象物を加工することで加工物を生産する加工物の生産方法において、
前記レーザー光生成工程にて、前記光源として互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の発光部を具備するものを用いるか、あるいは、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の光源を用いることを特徴とする加工物の生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光発生装置、並びにこれを用いるレーザー加工機及び加工物の生産方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザー光を発する光源と、前記光源から発せられたレーザー光を増幅する増幅手段とを有するレーザー光発生装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、光源たるシード光源から発せられたシードレーザー光を、増幅手段としての光ファイバー増幅器で増幅して、加工用のシードレーザー光として供給するレーザー光発生装置が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このレーザー光発生装置においては、加工対象物の材料選定の自由度が低いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、レーザー光を発する光源と、前記光源から発せられたレーザー光を増幅する増幅手段とを有するレーザー光発生装置において、前記光源として互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の発光部を具備するものを用いるか、あるいは、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の光源を用いたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レーザー光による加工対象物の材料選定の自由度を高めることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係るレーザー光発生装置を横から示す構成図。
【図２】同レーザー光発生装置の光源を示す正面図。
【図３】同レーザー発生装置の光源と、第一導光光学系と、第一光ファイバー増幅器の前段部分とを示す模式図。
【図４】同第一光ファイバー増幅器の内部構成を示す模式図。
【図５】同レーザー光発生装置の制御部の内部構成を示すブロック図。
【図６】同制御部のシードＬＤドライバによるレーザー素子の駆動制御を説明するためのブロック図。
【図７】同レーザー光発生装置の同期合成器の内部構成を、光源及び第四カプラとともに示す模式図。
【図８】同レーザー光発生装置を搭載した実施形態に係るレーザー加工機を示す斜視図。
【図９】変形形態に係るレーザー光発生装置を示す概略構成図。
【図１０】同レーザー光発生装置の第一光源から出射された直後の複数のシードレーザー光や、第二光源から出射された直後のシードレーザー光の波長及び振幅を説明するためのグラフ。
【図１１】同レーザー光発生装置の光増幅器から出射された直後の複数のシードレーザー光における波長及び振幅を説明するためのグラフ。
【図１２】同レーザー光発生装置の波長変換光学素子から出射された直後における複数のシードレーザー光の波長及び振幅を説明するためのグラフ。
【図１３】同波長変換光学素子を通った回数と波長変換パルスの波長及び振幅との関係を説明するためのグラフ。
【図１４】同波長変換光学素子の温度と、波長変換対象となるシードレーザー光と、波長変換パルスの波長との関係を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を適用したレーザー光発生装置やレーザー加工機の一実施形態について説明する。
まず、実施形態に係るレーザー光発生装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係るレーザー光発生装置２００を横から示す構成図である。同図において、レーザー光発生装置２００は、光源２、光増幅器３、第一導光光学系４、第二導光光学系５、同期合成器７、制御部９などを備えている。
【０００９】
光源２から発射されたシードレーザー光は、第一導光光学系４を経てから光増幅器３に進入して増幅される。その後、光増幅器３から出射されて同期合成器７と第二導光光学系５とを経由した後に、レーザー光発生装置２００から出射される。
【００１０】
次に、実施形態に係るレーザー光発生装置２００の特徴的な構成について説明する。
光源２は、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎを出力するｎ個のレーザー素子２１を有するＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザー光源）から構成されているものである。
【００１１】
以下、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれを特に区別する必要のないときには、シードレーザー光Ｌという文言を用いることにする。また、シードレーザー光Ｌの光軸に平行な方向をＺ方向という。また、Ｚ方向において、シードレーザー光Ｌの進行方向の上流側から下流側に向かう方向を＋Ｚ方向、これとは逆の方向を−Ｚ方向という。
【００１２】
ＶＣＳＥＬからなる光源２は、図２に示されるように、Ｚ方向に沿った＋Ｚ方向側の面におけるｘ−ｙ平面にｎ個（図示の例では２５個）の発光部たるレーザー素子２１がマトリクス状に配設された垂直共振器面発光レーザー光源である。ｎ個のレーザー素子２１のそれぞれが、シードレーザー光Ｌを出力する種光源として機能する。シードレーザー光Ｌの波長は、１０６０［ｎｍ］付近である。但し、ｎ個のレーザー素子２１のそれぞれから発せられるシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎの全ての波長が同じになっているのではなく、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのうち、互いに波長が異なっているものが存在している。例えば、第一の波長のシードレーザー光Ｌと、第二の波長のシードレーザー光Ｌと、第三の波長のシードレーザー光Ｌとが存在している。
【００１３】
光源２や光増幅器３の駆動を制御する制御部９は、図１に示されるように、光源２から出射されるシードレーザー光Ｌのパルス波形、繰り返し周波数等の発振条件を制御する発振条件制御部９２を有している。更には、光増幅器３に入射したシードレーザー光Ｌを増幅させるための増幅条件を制御する増幅条件制御部９３も有している。
【００１４】
光源２は、発振条件制御部９２から送られてくる所定の発振条件に従った信号を受けると、ｎ個のレーザー素子２１のそれぞれからシードレーザー光Ｌを＋Ｚ方向に出射する。出射されたシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれは、第一導光光学系４により、光増幅器３の入射面３１に向かうように偏向せしめられる。そして、入射面３１を経由して光増幅器３内に進入する。
【００１５】
進入してきたｎ個のシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれを増幅する光増幅器３は、石英ガラスを主成分とするコア部に、活性物質として希土類Ｙｂがドープされた光ファイバー増幅器を三つ有している。それらは、＋Ｚ方向に沿って第一光ファイバー増幅器３３ａ、第二光ファイバー増幅器３３ｂ、第三光ファイバー増幅器３３ｃの順で並んでいる。      
【００１６】
また、光増幅器３は、励起光結合光学素子として三つの波長分割多重（ＷＤＭ＝Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ（以下、単にカプラともいう）を有している。それらのうち、第一カプラ３４ａは、第一光ファイバー増幅器３３ａの−Ｚ方向側の端に取り付けられている。また、第二カプラ３４ｂは、第二光ファイバー増幅器３３ｂの−Ｚ方向側の端に取り付けられている。また、第三カプラ３４ｃは、第三光ファイバー増幅器３３ｃの−Ｚ方向側の端に取り付けられている。
【００１７】
光ファイバー増幅器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）と、カプラ（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ）とは一組で増幅器として機能する。
【００１８】
第一カプラ３４ａ、第二カプラ３４ｂ、第三カプラ３４ｃは、進入してくるシードレーザー光Ｌの波長や波形を波長ごとに分割する分波部としての機能を有している。そして、シードレーザー光Ｌとともに、後述する増幅条件制御部９３からの増幅条件に基づいて、後述する励起光源９３４から入射される励起光Ｐを光ファイバー増幅器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）に入射させる。
【００１９】
三つの光ファイバー増幅器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）のそれぞれは、励起光Ｐによってイッテルビウム（以下、Ｙｂという）が励起されて生じる誘導放出により利得波長帯域にある波長（例えば１０６０［ｎｍ］付近の帯域）の光を増幅する。なお、励起光Ｐの波長は、活性物質の種類に合わせて変更することが望ましい。
【００２０】
図３は、光源２と、第一導光光学系４と、第一光ファイバー増幅器３３ａの前段部分とを示す模式図である。なお、同図においては、便宜上、第一導光光学系４と第一光ファイバー増幅器３３ａとの間に介在する第一カプラ３４ａの図示を省略している。
【００２１】
第一光ファイバー増幅器３３ａの前段部分は、ｎ個のシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれを個別に受け入れるｎ個の光ファイバーＦを具備している。それら光ファイバーＦは、受け入れるシードレーザー光Ｌの波長に対応する屈折率や長さに設定されている。
【００２２】
図４は、第一光ファイバー増幅器３３ａの内部構成を示す模式図である。第一光ファイバー増幅器３３ａの前段部分に配設されたｎ個の光ファイバーＦは、第一光ファイバー増幅器３３ａの後段に配設された一本の光ファイバーＦに接続されている。後段の一本の光ファイバーＦは、前段のｎ個の光ファイバーＦを通過してくるシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎを全て受け入れてそれぞれを増幅する。
【００２３】
３つの光ファイバー増幅器（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）を直列に連結した構成の光増幅器３について説明したが、光ファイバー増幅器及びカプラの組み合わせを１つだけ、２つだけ、あるいは４つ以上用いてレーザー光を増幅する構成にしてもよい。また、最も光軸方向下流側すなわち＋Ｚ方向側に配置された光ファイバー増幅器３３（本例では第三光ファイバー増幅器３３ｃ）の＋Ｚ方向側の端部に、異なる方式のメインアンプを設けても良い。なお、励起光Ｐの分離のために、光増幅器３の終端部（＋Ｚ方向側の端部）には、励起光Ｐを分離する分離部としての第四カプラ３４ｄが設けられている。
【００２４】
増幅条件制御部９３は、図５に示されるように、第一光ファイバー増幅器３３ａに取り付けられた第一カプラ３４ａに供給される励起光Ｐを制御する第一増幅器用ＬＤドライバ９３１を有している。また、第二光ファイバー増幅器３３ｂに取り付けられた第二カプラ３４ｂに供給される励起光Ｐを制御する第二増幅器用ＬＤドライバ９３２も有している。更には、第三光ファイバー増幅器３３ｃに取り付けられた第三カプラ３４ｃに供給される励起光Ｐを制御する第三増幅器用ＬＤドライバ９３３も有している。
【００２５】
そして、図１に示されるように、第一カプラ３４ａ、第二カプラ３４ｂ、第三カプラ３４ｃに対しては、それぞれに個別に対応する励起光源９３４から出射される励起光Ｐが個別に入射される。図５に示される第一増幅器用ＬＤドライバ９３１は、第一カプラ３４ａに供給するための励起光Ｐを発する励起光源９３４の駆動を制御する。また、第二増幅器用ＬＤドライバ９３２は、第二カプラ３４ｂに供給するための励起光Ｐを発する励起光源９３４の駆動を制御する。また、第三増幅器用ＬＤドライバ９３３は、第三カプラ３４ｃに供給するための励起光Ｐを発する励起光源９３４の駆動を制御する。
【００２６】
発振条件制御部９２は、ｎ個のレーザー素子２１から出射されるシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎの波形を制御する第一シードＬＤドライバ９２１〜第ｎシードＬＤドライバ９２ｎを有している。
【００２７】
図６は、シードＬＤドライバによるレーザー素子２１の駆動制御を説明するためのブロック図である。同図において、第一シードＬＤドライバ９２１〜第ｎシードＬＤドライバ９２ｎは、互いに独立して動作する。そして、シードレーザー光Ｌの第一パルス幅Ｔ１と、第一パルス波高値Ｉ１と、パルスの立ち上がりタイミングである第一遅延時間Ｄ１とを設定する任意波形ジェネレータとしての機能を有している。
【００２８】
上述したように、ｎ個のレーザー素子２１から発せられるシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのうち、いくつかは互いの波長が異なっている。以下、シードレーザー光Ｌ１と、シードレーザー光Ｌ２と、シードレーザー光Ｌ３とで互いの波長が異なっている例について説明する。同図に示されるように、シードレーザー光Ｌ１は、第一シードＬＤドライバ９２１によって駆動制御されるレーザー素子２１から発せられるものである。また、シードレーザー光Ｌ２は、第二シードＬＤドライバ９２２によって駆動制御されるレーザー素子２１から発せられるものである。また、シードレーザー光Ｌ３は、第三シードＬＤドライバ９２３によって駆動制御されるレーザー素子２１から発生せられるものである。
【００２９】
このレーザー光発生装置２００のように、互いに異なる波長のシードレーザー光Ｌを一つの光増幅器３で増幅した後に、加工対象物の加工対象位置に集光するものでは、互いに異なる波長の複数のシードレーザー光Ｌによって加工対象物を加工することになる。かかる構成では、単一の波長のシードレーザー光Ｌだけで加工対象物を加工する構成に比べて、多くの種類の材料を加工することが可能になることから、加工対象物の材料選定の自由度を高めることができる。
【００３０】
第一シードＬＤドライバ９２１は、基準時間Ｄ０から第一遅延時間Ｄ１だけ遅延したタイミングで立ち上がり、第一パルス幅Ｔ１だけ持続した後に立ち下がる短パルスのシードレーザー光Ｌ１を発振させるように、レーザー素子２１を駆動制御する。また、第二シードＬＤドライバ９２２は、基準時間Ｄ０から第二遅延時間Ｄ２だけ遅延したタイミングで立ち上がり、第二パルス幅Ｔ２だけ持続した後に立ち下がる短パルスのシードレーザー光Ｌ２を発振させるように、レーザー素子２１を駆動制御する。また、第三シードＬＤドライバ９２３は、基準時間Ｄ０から第三遅延時間Ｄ３だけ遅延したタイミングで立ち上がり、第三パルス幅Ｔ３だけ持続した後に立ち下がる短パルスのシードレーザー光Ｌ３を発振させるように、レーザー素子２１を駆動制御する。同図に示されるように、シードレーザー光Ｌ１、シードレーザー光Ｌ２、シードレーザー光Ｌ３の短パルスの出現タイミングは互いに異なっている。
【００３１】
第一シードＬＤドライバ９２１〜第ｎシードＬＤドライバ９２ｎは、ｎ個のレーザー素子２１の駆動を、次のように制御する。即ち、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎのうち、互いに異なる波長のものについては、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌ３の例のように、互いに異なるタイミングで出現させるように、ｎ個のレーザー素子２１におけるそれぞれの駆動を制御する。
【００３２】
このように、互いに異なる波長のシードレーザー光Ｌを互いに異なるタイミングで出現させる理由は次の通りである。即ち、加工対象物を良好に加工するためには、できるだけ高いピークエネルギーのシードレーザー光Ｌを加工対象物に当てることが望ましい。但し、一つの光ファイバー増幅器で増幅できるエネルギー量には限界がある。そこで、このレーザー光発生装置２００のように、複数の光ファイバー増幅器を直列で繋げたり、複数のシードレーザー光Ｌを最上流側の光ファイバー増幅器に入射させたりすることで、ピークエネルギーの増強を図ることが考えられる。
【００３３】
しかしながら、一つの光ファイバー増幅器に対し、比較的高いエネルギーのシードレーザー光Ｌを入射させたり、多数のシードレーザー光を同時に入射させたりすると、光ファイバー増幅器にダメージを与えたり、非線形光学効果を発生させたりしてしまう。このため、複数の光ファイバー増幅器の直列接続数を増やしたり、最上流側の光ファイバー増幅器（本例では第一光ファイバー増幅器３３ａ）に対するシードレーザー光の同時入射数を増やしたりするのには限界がある。そこで、互いに異なる波長のシードレーザー光Ｌを、互いに異なるタイミングで発射するようになっている。かかる構成では、ｎ個のレーザー素子２１から発せられるシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎを同時に光増幅器３に入射する構成に比べて、次のような効果を奏することができる。即ち、多くのシードレーザー光Ｌを光ファイバー増幅器に同時に入射することによる非線形光学効果の発生や、光ファイバー増幅器に対するダメージ付与を抑えることができる。
【００３４】
なお、シードレーザー光Ｌ４〜Ｌｎについては、それらの全ての波長を互いに異ならせつつ、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌ３の波長とも異ならせてもよいし、シードレーザー光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の波長と同じにしてもよい。後者の場合には、同じ波長となるシードレーザー光Ｌの数を、互いの波長にてできるだけ同じにするか、近い値にすることが望ましい。
【００３５】
光増幅器３によって増幅されたシードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎは、光増幅器３から出射した後、図１に示される同期合成器７に進入する。
【００３６】
図７は、同期合成器７の内部構成を、光源２及び第四カプラ３４ｄとともに示す模式図である。同期合成器７は、第一プリズム７ａ、第二プリズム７ｂ、第三プリズム７ｃ、第四プリズム７ｄ、第五プリズム７ｅなどの複数のプリズムを具備している。光源２の互いに異なるレーザー素子２１から出射された互いに異なる波長（図示の例ではλ１、λ２）のシードレーザー光Ｌは、同期合成器７内で、まず、最上流側（−Ｚ方向側）の第一プリズム７ａにブリュースター角で入射する。そして、それぞれの波長に応じた角度で屈折する。それぞれの屈折角の違いにより、第一プリズム７ａから第二プリズム７ｂに至るまでの光路長が互いに異なってくる。第二プリズム７ｂにおいても、それらシードレーザー光Ｌはそれぞれの波長に応じた角度で屈折することで、第二プリズム７ｂから第三プリズム７ｃに至るまでの光路長が互いに異なってくる。以下、同様にして、それらシードレーザー光Ｌは、互いに異なった屈折角で屈折しつつ、互いに異なる光路長の光路を辿っていく。そして、その光路長の差の累積が、それぞれのシードレーザー光Ｌの出射タイミングの差△ｔに応じた値になるように設計されている。これにより、それらシードレーザー光Ｌは、最下流側のプリズムを通過するときに、それらシードレーザー光Ｌが同期しつつ、空間的に同じ位置に重なってレーザー光束Ｌ’になる。
【００３７】
なお、シードレーザー光Ｌが最上流側のプリズム（本例では第一プリズム７ａ）に入射してから、最下流側のプリズムより出射されるまでの分散Ｉは、次の数１の式によって表すことが可能である。この式において、αはプリズムの屈折率から定まる角度（屈折角）である。また、Ｌはプリズム間隔である。
【数１】
2018157105.tif 000003
【００３８】
波長に応じた屈折角で屈折させる光学素子としてプリズムを用いた例について説明したが、回折格子等を用いてもよい。また、互いに波長の異なる二つのシードレーザー光Ｌを図示して同期の仕組みについて説明したが、他の異なる波長のシードレーザー光も同様にして、最下流側のプリズムにおいて時間的に同期しつつ、空間的に同じ位置に重なって一つのレーザー光束Ｌ’になる。このように、互いに異なるタイミングで光増幅器３に入射した互いに波長の異なるシードレーザー光Ｌを、同期合成器７において、互いに時間的に同期させつつ、空間的に同じ位置に重ねて一つのレーザー光束Ｌ’にすることで、次のことが実現される。即ち、光増幅器３における非線形光学効果の発生や、光ファイバーＦに対するダメージ付与を抑えつつ、高ピークパワーのレーザー光束Ｌ’を作り出すことができる。そして、その高ピークパワーのレーザー光束Ｌ’により、高精度で且つ仕上がりの綺麗なレーザー加工を行うことができる。
【００３９】
同期合成器７を通過したレーザー光束Ｌ’は、第二導光光学系５を経由した後に、レーザー光発生装置２００から出射する。
【００４０】
なお、光源２として、ＶＣＳＥＬからなるものを用いる代わりに、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の端面発光型ＬＤ（Ｔｏｃａｎ型）を用いてもよい。また、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の端面発光型ＬＤ（バタフライパッケージ型）を用いてもよい。また、端面発光型ＬＤ(バタフライパッケージ型)をパルスドライバ基板に実装した形で、多数個並べて構成することも可能である。
【００４１】
レーザー光発生装置２００については、金属を加工するパルスレーザー加工機に搭載しても良いし、レーザーメスなどの医療用機器に搭載しても良い。また、分光装置、分析装置、センシング装置、レーザーライダー等、種々の装置への応用も可能である。
【００４２】
図８は、レーザー光発生装置２００を搭載した実施形態に係るレーザー加工機７００を示す斜視図である。同図において、レーザー加工機７００は、レーザー光発生装置２００を具備するレーザー出力部１０、レーザー走査部１１、ワーク搬送部１２、制御部９などを備えている。また、レーザー出力部１０から出射されたレーザー光束Ｌ’の光路を形成するための複数の反射ミラー１６、１７、１８、レーザー光束Ｌ’を照射位置Ｑへ向けて収束させるための集光レンズたるｆθレンズ２８なども備えている。
【００４３】
レーザー出力部１０は、レーザー光発生装置２００の他に、レーザー光発生装置２００から出射されたレーザー光束Ｌ’のビーム径を変化させるビームエキスパンダ１４を具備している。
【００４４】
レーザー走査部１１は、主走査方向たるＸ軸方向に移動するように、主走査直動ステージ２７に搭載されたキャリッジ２５に支持されている。また、主走査直動ステージ２７は、副走査方向たるＹ方向に移動するように、副走査直動ステージ２６に支持されている。このような機構により、レーザー走査部１１は、主走査直動ステージ２７と副走査直動ステージ２６とによってＸＹ平面上を移動可能に支持され、レーザー出力部１０から出射されたレーザー光束Ｌ’の照射位置Ｑを移動させる走査手段として機能する。
【００４５】
レーザー走査部１１におけるレーザー光束Ｌ’の入射側の端部に配置された回折光学素子１９は、レーザー光束Ｌ’の結像位置での強度分布やスポット形状を変換する回折光学素子であり、トップハット分布や矩形形状等を任意に設定することができる。
【００４６】
ワーク搬送部１２は、一対の搬送ローラであって、被加工物たる対象物としてのワーク３５を挟み込んで移動させる搬送部として機能する。また、制御部９は、シードレーザー光Ｌ１〜Ｌｎを互いに独立したパルス発振となるように光源２を制御する。
【００４７】
かかる構成のレーザー加工機７００においてレーザー光発生装置２００を適用することにより、対象の被加工物の種類、あるいは被加工部分ごとに適した加工条件での加工が可能となる。非熱加工と熱加工とを組み合わせた複雑な条件での加工を行うことも可能である。例えば、金属加工において、短パルス発振により非熱加工にてディンプルを形成し、連続的な発振を行うことによって熱加工によるディンプル表面を滑らかにするなどの加工も容易に行うことができる。
【００４８】
次に、実施形態に係るレーザー光発生装置２００の一部の構成を他の構成に変形した変形形態について説明する。なお、以下に特筆しない限り、変形形態に係るレーザー光発生装置２００の構成は実施形態と同様である。
【００４９】
図９は、変形形態に係るレーザー光発生装置２００を示す概略構成図である。このレーザー光発生装置２００は、レーザー発振部４５と、制御部９と、第一導光光学系４と、光増幅器３と、波長変換光学素子８とを有している。
【００５０】
レーザー発振部４５は、複数のレーザー素子２１を具備するＶＣＳＥＬからなる第一光源２４、端面発光型レーザー素子からなる第二光源２２、ＶＣＳＥＬアレイドライバ４３、ＶＣＳＥＬアンプ２３、端面発光型ＬＤ用ドライバ４２などを有している。第一光源２４の複数のレーザー素子２１や、端面発光型レーザー素子からなる第二光源２２のそれぞれは、シードレーザー光Ｌを＋Ｚ方向に出射する。
【００５１】
第二光源２２から発せられるシードレーザー光Ｌの波長は、第一光源２４における複数のレーザー素子２１のそれぞれから発せられるシードレーザー光Ｌの波長の何れとも異なっている。
【００５２】
第一光源２４における複数のレーザー素子２１のそれぞれから発射されたシードレーザー光Ｌは、ＶＣＳＥＬアンプ２３に入射する。ＶＣＳＥＬアンプ２３は、ポンプＬＤ２３１と、ポンプＬＤ２３１によって励起されてシードレーザー光Ｌを増幅する光ファイバ増幅器２３２と、波長選別フィルタ２３３と、アイソレータ２３４とを具備している。
【００５３】
波長選別フィルタ２３３は、光ファイバ増幅器２３２によって増幅されたシードレーザー光Ｌの波長を選別して透過する光学素子である。また、アイソレータ２３４は、偏光板と磁場の組み合わせによって入射する光の偏光方向を変化させて、迷光やシードレーザー光Ｌの反射光がレーザー素子２１側へと逆流してしまうことを防ぐ逆流防止素子としての機能を有している。換言すると、アイソレータ２３４は、−Ｚ方向へと進行する光を遮蔽する。
【００５４】
制御部９は、第一光源２４における複数のレーザー素子２１のそれぞれと、第二光源２２との駆動を個別に制御する複数のサブ制御回路を有している。第一光源２４は、実施形態と同様に、少なくとも三つの異なる波長のシードレーザー光Ｌを出射する。そして、制御部９は、それら三つの異なる波長のシードレーザー光Ｌの出射タイミングを互いに異ならせるように、複数のレーザー素子２１の駆動を制御する。また、第二光源２２は、それら三つの異なる波長の何れとも異なる波長のシードレーザー光Ｌを出射する。そして、制御部９は、第一光源２４から出射される三つの異なる波長のシードレーザー光Ｌの出射タイミングとは異なるタイミングで第二光源２２からシードレーザー光Ｌを出射させるように第二光源２２の駆動を制御する。つまり、第一光源２４から出射される少なくとも三つの互いに異なる波長のシードレーザー光Ｌの出射タイミングを互いに異ならせる。更に、それら出射タイミングの何れとも異なるタイミングで、それら少なくとも三つのシードレーザー光の何れとも波長の異なるシードレーザー光Ｌを、第二光源２２から出射させる。
【００５５】
端面発光型レーザー素子からなる第二光源２２は、ＶＣＳＥＬからなる第一光源２４よりも長パルス高出力のレーザーを容易に生成することが可能である。このため、第二光源２２から出射されるシードレーザー光Ｌの出力は、第一光源２４から出射される複数のシードレーザー光の何れよりも大きい。ＶＣＳＥＬアンプ２３は、第一光源２４から出射される複数のシードレーザー光Ｌと、第二光源２２から出射されるシードレーザー光Ｌとの光量差を調整するための光量調整部として機能している。
【００５６】
第一光源２４から出射される互いに波長の異なる複数のシードレーザー光Ｌのそれぞれと、それらとは異なる波長で第二光源２２から出射されるシードレーザー光Ｌとは、互いに異なるタイミングでレーザー発振部４５から出射される。そして、第一導光光学系４を経た後、光増幅器３に進入して増幅される。その後、光増幅器３を通過した複数のシードレーザー光Ｌは、波長変換光学素子８を経由した後に、レーザー光発生装置２００から出射される。
【００５７】
図１０は、第一光源２４から出射された直後の複数のシードレーザー光Ｌや、第二光源２２から出射された直後のシードレーザー光Ｌの波長及び振幅を説明するためのグラフである。図示のように、第一光源２４からは、互いに波長の異なる少なくとも三種類のシードレーザー光Ｌが出射される。それらの振幅は互いにほぼ同じである。
【００５８】
一方、第二光源２２からは、第一光源２４から出射される複数のシードレーザー光Ｌの何れとも波長が異なっているシードレーザー光Ｌが出射される。そのシードレーザー光Ｌの振幅は、第一光源２４から出射される複数のシードレーザー光Ｌの振幅よりも大きい。但し、第一光源２４から出射される複数のシードレーザー光Ｌは、ＶＣＳＥＬアンプ２３にて増幅されてから光増幅器３に進入することから、その進入時には、第二光源２２からのシードレーザー光Ｌとほぼ同じ振幅になっている。
【００５９】
図１１は、光増幅器３から出射された直後の複数のシードレーザー光Ｌにおける波長及び振幅を説明するためのグラフである。光増幅器３から出射される複数のシードレーザー光Ｌには、第一光源２４から互いに異なる波長で出射された複数のシードレーザー光Ｌや、それらシードレーザー光Ｌとは異なる波長で第二光源２２から出射されたシードレーザー光Ｌが含まれている。それらのシードレーザー光Ｌは、光増幅器３によってほぼ同じ振幅に増幅される。
【００６０】
以下、図１１に示されるような、光増幅器３から出射された直後における互いに異なる波長の複数のシードレーザー光Ｌからなる群を、基本パルス群という。光増幅器３から出射された基本パルス群は、その後、非線形光学結晶からなる波長変換光学素子８に進入する。
【００６１】
図１２は、波長変換光学素子８から出射された直後における複数のシードレーザー光Ｌの波長及び振幅を説明するためのグラフである。波長変換光学素子８は、図１１に示される基本パルス群に含まれる複数のシードレーザー光Ｌのうち、一つ、あるいはいくつかのシードレーザー光Ｌだけについて、選択的にその波長を整数倍又は整数分の１に変換する特性を有している。図１２に示される例では、図１１の基本パルス群に含まれる複数のシードレーザー光Ｌのうち、右から二番目のシードレーザー光Ｌだけについて、選択的にその波長を二分の一に変換している。
【００６２】
図１２に示される残存基本パルス群に含まれる複数のシードレーザー光Ｌのうち、一つは、他よりも振幅が小さくなっている。これは、波長変換光学素子８によって波長変換されたシードレーザー光Ｌの残存成分であり、その波長はもとのまま（光源から発射された直後と同じ）になっている。その他のシードレーザー光Ｌは、振幅及び波長の何れも、元のままである。
【００６３】
図１２に示される波長変換パルスは、波長変換光学素子８によって元の半分の波長に変換されたシードレーザー光Ｌである。図示のように、その振幅は元の振幅よりも少しだけ小さくなっている。
【００６４】
このように、波長変換光学素子８により、基本パルス群に含まれる複数のシードレーザー光Ｌのうち、一つ、あるいはいくつかだけについて選択的に波長を変換することで、一つあるいはいくつかだけを、加工に適した狙いの波長に変換することが可能である。他のシードレーザー光Ｌについては、元の波長のままにすることで、例えば加工よりも加工面の光沢性向上に寄与させるなど、他の狙いに特化したものとして寄与させることが可能になる。これにより、非熱加工と熱加工とを組み合わせた複雑な条件での加工を行うことも可能である。
【００６５】
なお、互いに特性が異なる複数の波長変換光学素子８に連続的にシードレーザー光Ｌを通すことで、図１３に示されるように、元の波長とは大きくかけ離れた波長の波長変換パルス（図示の例では波長変換パルス(2)）を作り出すことも可能である。
【００６６】
非線形光学結晶からなる波長変換光学素子８は、温度に応じて変換対象とする波長帯域を異ならせるという特性を持っている。この特性を利用して、基本パルス群に含まれる複数のシードレーザー光Ｌのうち、波長変換を行うシードレーザー光Ｌを変換させ、これによって波長変換パルスの波長を異ならせて材料の選択の自由度を高める狙いで、次のような構成を採用している。即ち、波長変換光学素子８の温度を加温や冷却によって微調整する温度微調整手段を設けている。
【００６７】
かかる構成では、図１４に示されるように、波長変換光学素子８の温度を微調整することで、基本パルス群に含まれる互いに波長の異なる複数のシードレーザー光Ｌのうち、波長変換対象となるものを変化させる。これにより、加工に適したものとして利用する波長変換パルスの波長を異ならせることで、加工対象物の材料選択の自由度を更に高めることができる。
【００６８】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［態様Ａ］
態様Ａは、レーザー光を発する光源（例えば光源２、第一光源２４、第二光源２２）と、前記光源から発せられたレーザー光を増幅する増幅手段（例えば光増幅器３）とを有するレーザー光発生装置（例えばレーザー光発生装置２００）において、前記光源として互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の発光部（例えばレーザー素子２１）を具備するもの（例えば光源２、第一光源２４）を用いるか、あるいは、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の光源（例えば第一光源２４及び第二光源２２）を用いたことを特徴とするものである。
【００６９】
態様Ａにおいては、次に説明する理由により、加工対象物の材料選定の自由度を高めることができる。即ち、従来装置では、単一波長のレーザー光で加工対象物を加工する構成になっていたことから、加工対象物の材料として、その単一波長で加工可能なものを選定するしかなく、この結果、材料選定の自由度が低くなっていた。これに対し、態様Ａにおいては、光源から発せられた互いに異なる波長の複数のレーザー光を加工対象物に照射することが可能である。かかる構成では、単一波長のレーザー光を用いる構成に比べて、加工に寄与するレーザー光の波長帯域を広げることから、波長帯域を広げた分だけ、材料選定の自由度を高めることができる。
【００７０】
［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、複数の前記発光部、又は複数の前記光源のうち、少なくとも一つについて、他とはレーザー光の発射タイミングを異ならせるように複数の前記発光部、又は複数の前記光源からのレーザー光の発射タイミングを制御する制御手段（例えば制御部９）を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、全てのレーザー光を同じタイミングで発射する構成に比べて、増幅手段における非線形光学効果の発生や、増幅手段に対するダメージ付与を抑えることができる。
【００７１】
［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ｂにおいて、複数の前記発光部、又は複数の光源から互いに異なるタイミングで発射されて前記増幅手段を経由した後の複数のレーザー光を互いに同期させて合成する同期合成手段を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、互いに異なるタイミングで発射されて増幅手段を通過した後の複数のレーザー光を同期合成手段で同時させて合成することで、次の効果を奏することができる。即ち、増幅手段における非線形光学効果の発生や、増幅手段に対するダメージ付与を抑えつつ、光ピークパワーのレーザー光を作り出すことができる。
【００７２】
［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ｃにおいて、互いに異なる波長の複数のレーザー光をそれぞれの波長に応じた角度で屈折させる複数の光学素子にて、複数の前記発光部、又は複数の前記光源から互いに異なるタイミングで発射された複数のレーザー光を順次屈折させてそれらレーザー光を互いに同期させるように、前記同期合成手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、複数の光学素子で順次屈折させるという簡単な構成により、互いに異なるタイミングで発射した複数のレーザー光を同期させて合成することができる。
【００７３】
［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ｂにおいて、複数の前記発光部、又は複数の前記光源から発射されて前記増幅手段を経由した後の互いに異なる波長の複数のレーザー光のうち、少なくとも何れか一つの波長を選択的に変換する波長変換手段を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、温度の微調整などによって波長変換手段の特性を変化させることで、加工に適したものとして利用する波長変換パルスの波長を微調整して、加工対象物の材料選定の自由度を更に高めることができる。
【００７４】
［態様Ｆ］
態様Ｆは、レーザー光発生装置（例えばレーザー光発生装置２００）を有し、前記レーザー光発生装置によって発生させたレーザー光を用いて加工対象物の加工を行うレーザー加工機（例えばレーザー加工機７００）において、前記レーザー光発生装置として、態様Ａ〜Ｅの何れかを用いたことを特徴とするものである。
【００７５】
［態様Ｇ］
態様Ｇは、光源から発したレーザー光を増幅するレーザー光生成工程と、前記レーザー光生成工程で生成したレーザー光を加工対象物に照射する照射工程とを実施して前記加工対象物を加工することで加工物を生産する加工物の生産方法において、前記レーザー光生成工程にて、前記光源として互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の発光部を具備するものを用いるか、あるいは、互いに異なる波長のレーザー光を発する複数の光源を用いることを特徴とするものである。
【符号の説明】
【００７６】
２：光源
３：光増幅器（増幅手段）
９：制御部（制御手段）
２１：レーザー素子（発光部）
２２：第二光源（複数の光源における一つ）
２４：第一光源（複数の光源における一つ）
２００：レーザー光発生装置
７００：レーザー加工機
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】特開２０１４−５３５００号公報
【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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