(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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。【選択図】    図２
2018064004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５０１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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と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と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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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２】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】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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播する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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播する。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
＜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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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は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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
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
【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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