(57)【要約】【課題】マルチモード光導波路を工夫することにより、スペックルパターンを分散させることが可能なスペックルパターン分散装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１からのレーザ光２を集光レンズ３によって集光し、マルチモード光ファイバ束４に入射するようになっている。マルチモード光ファイバ束４内を伝搬したレーザ光は、マルチモード光ファイバ束４の出射側よりレーザ光５として出射される。振動発生モータ６を作動させ、マルチモード光ファイバ束４の形状を時間的に変化させることにより、マルチモード光ファイバ束４内を伝播するレーザ光の伝搬モードを時間的に変動させる。これによりスペックルパターンも時間的に変動する。観測手段の積分時間に対し十分短い周期でスペックルパターンを変動させれば、スペックルパターンが時間的に平均化され、出射光は均一強度分布として観測される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からのレーザ光を、マルチモード光導波路を使用して伝搬し、前記マルチモード光導波路から出射させる光照射装置において、発生するスペックルパターンを分散させる装置であって、前記マルチモード光導波路を伝搬するマルチモードのレーザ光の伝搬モードを時間的に変化させる伝搬モード変動手段を有することを特徴とするスペックルパターン分散装置。
【請求項２】
前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路の形状を変形させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスペックルパターン分散装置。
【請求項３】
前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路のクラッドの屈折率を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスペックルパターン分散装置。
【請求項４】
前記マルチモード光導波路が音響光学効果のある媒質を含んでおり、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路に与える圧力を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスペックルパターン分散装置。
【請求項５】
前記マルチモード光導波路が電気光学効果のある媒質を含んでおり、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路に印加する電圧を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスペックルパターン分散装置。
【請求項６】
前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路の温度を変化させるものであることを特徴とする請求項１に記載のスペックルパターン分散装置。
【請求項７】
レーザ光源からのレーザ光を、マルチモード光導波路を使用して伝搬し、前記マルチモード光導波路から出射させるレーザ光照射装置であって、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載のスペックルパターン分散装置を有することを特徴とするレーザ光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光源からのレーザ光を、ファイバ型光導波路（以下、単に「光ファイバという」又は平面型光導波路等のマルチモード光導波路を使用して伝搬し、前記マルチモード光導波路から出射させる光照射装置に使用されるスペックルパターン分散装置、及びこのスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバや平面型光導波路を用いて、レーザ光源からのレーザ光を伝送し、その端部から出射させる光照射装置は、光通信システム、溶接や切断および医療分野などのレーザ加工システム等に用いられている。
【０００３】
このような光照射装置において、レーザ光が伝送される場合には、出射される光にスペックルパターンが発生することが知られている。すなわち、光ファイバ等を用いてレーザ光を伝送する従来のシステムにおいては、レーザ光が光ファイバ等の内部を伝搬していく過程で、レーザ光が光ファイバ等の内部で分布的に光路差を生じた状態となり、光ファイバ等の出射側では、この光路差を生じたレーザ光が面散乱した状態で放出される。このとき発生する散乱光がそれぞれ干渉しあうことによってスペックルパターンが発生する。
【０００４】
このようなスペックルパターンにより、レーザ光の照射面にランダムな明暗の斑点模様が分布することになり、一様な照射強度が得られないという問題点がある。
【０００５】
このようなスペックルパターンの影響を無くする方法として、特開平１１−３３７８８８号公報（特許文献１）には、レーザ発振源からのレーザ光を伝送する光ファイバの出射光をこの出射光とは異なる形態に変更して伝送する補助光学伝送系に、前記補助光学系を伝送するレーザ光の伝送路上における光透過媒体の屈折率を時間的に変化させる屈折率調整手段を備えてなるスペックルパターン分散装置が開示されている。
【０００６】
又、特開平１１−２２３７９５号公報（特許文献２）には、コヒーレント光のコヒーレンス長以上に長さが互いに異なる複数の光ファイバを含む光ファイバ群に前記コヒーレント光を入射させ、この光ファイバ群を束ねた光出射側ファイババンドル部からコヒーレンスが低減された光を出射するようにして、スペックルパターンを無くする方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３３７８８８号公報
【特許文献２】特開平１１−２２３７９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載される方法では、一旦、レーザ光照射装置から光を放出させ、その後に設けられる光学系により、屈折率調整手段を備えているので、余分な光学系が必要となるという問題点がある。又、前記特許文献２に記載される方法は、光ファイバ群を束ねた光伝送路を有するものにしか適用できないという問題点がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、マルチモード光導波路を工夫することにより、スペックルパターンを分散させることが可能なスペックルパターン分散装置、及びこのスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、レーザ光源からのレーザ光を、マルチモード光導波路を使用して伝搬し、前記マルチモード光導波路から出射させる光照射装置において、発生するスペックルパターンを分散させる装置であって、前記マルチモード光導波路を伝搬するマルチモードのレーザ光の伝搬モードを時間的に変化させる伝搬モード変動手段を有することを特徴とするスペックルパターン分散装置（請求項１）である。
【００１１】
スペックルパターンは、散乱するマルチモードの散乱光がそれぞれ干渉しあうことによって発生するものである。よって、マルチモード光導波路を伝搬するマルチモードのレーザ光の伝搬モードを変化させれば、スペックルパターンの形状、位置が変化する。本手段においては、伝搬モード変動手段により、マルチモード光導波路を伝搬するマルチモードのレーザ光の伝搬モードを時間的に変化させているので、その周期より長い時間で見れば、スペックルパターンが平均化されて分散することになり、光照射面の光度分布を均一にすることができる。
【００１２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記１第の手段であって、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路の形状を変形させるものであることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１３】
マルチモード光導波路の形状を変形させれば、伝搬モードを変化させることができる。すなわち、光導波路の形状を変化させれば、その変化した部分での光の反射角が変わることとなり、伝搬する光のモードが変化する。本手段によれば、特にマルチモード光導波路が光ファイバである場合に極めて簡単な手段により伝搬モードを変化させることができる。
【００１４】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段であって、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路のクラッドの屈折率を変化させるものであることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１５】
マルチモード光導波路のクラッドの屈折率を変化させることによって、導波路に摂動が生じると、モード間の結合が発生し、伝搬モードを変化させることができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段であって、前記マルチモード光導波路が音響光学効果のある媒質を含んでおり、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路に与える圧力を変化させるものであることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００１７】
マルチモード光導波路が音響光学効果のある媒質を含んでいる場合、マルチモード光導波路に与える圧力を変化させることにより、マルチモード光導波路の屈折率を変化させることができる。これにより、導波路に摂動が生じると、モード間の結合が発生し、伝搬する光のモードが変化する。本手段においても、極めて簡単な方法により、マルチモード光導波路の伝搬モードを変化させることができる。
【００１８】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段であって、前記マルチモード光導波路が電気光学効果のある媒質を含んでおり、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路に印加する電圧を変化させるものであることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００１９】
マルチモード光導波路が電気光学効果のある媒質を含んでいる場合、マルチモード光導波路に印加する電圧を変化させることにより、マルチモード光導波路の屈折率を変化させることができる。これにより、導波路に摂動が生じると、モード間の結合が発生し、伝搬モードを変化させることができる。本手段においても、極めて簡単な方法により、マルチモード光導波路の伝搬モードを変化させることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段であって、前記伝搬モード変動手段が、前記マルチモード光導波路の温度を変化させるものであることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２１】
マルチモード光導波路の温度を変化させることにより、マルチモード光導波路の屈折率を変化させることができる。これにより、導波路に摂動が生じるとモード間結合が発生し、マルチモードの光の反射角が変わり、伝搬モードを変化させることができる。本手段は、一般的に応答が遅いという問題があるが、これで問題ない場合は、簡単な手段により、マルチモード光導波路の伝搬モードを変化させることができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第７の手段は、レーザ光源からのレーザ光を、マルチモード光導波路を使用して伝搬し、前記マルチモード光導波路から出射させるレーザ光照射装置であって、前記第１の手段から第６の手段のいずれかのスペックルパターン分散装置を有することを特徴とするレーザ光照射装置（請求項７）である。
【００２３】
本手段においては、スペックルパターン分散装置の働きにより、照射光の干渉により発生するスペックルパターンが平均化されて分散されるので、均一な照射光を得ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態であるスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置の概要を示す図である。
【００２５】
この実施の形態においては、レーザ光源１からのレーザ光２を集光レンズ３によって集光し、マルチモード光ファイバ束４に入射するようになっている。マルチモード光ファイバ束４内を伝搬したレーザ光は、マルチモード光ファイバ束４の出射側よりレーザ光５として出射される。
【００２６】
この実施の形態においては、マルチモード光ファイバ束４に接して振動発生モータ６が設けられている。振動発生モータ６を作動させ、マルチモード光ファイバ束４の形状を時間的に変化させることにより、マルチモード光ファイバ束４内を伝搬するレーザ光の伝搬モードを時間的に変動させる。マルチモード光ファイバ束４の出射端からのレーザ光５が作るスペックルパターンは、出射端での伝搬モードに因るので、スペックルパターンも時間的に変動する。一定の時間、光強度を積分するような観測手段において、その積分時間に対し十分短い周期でスペックルパターンを変動させれば、スペックルパターンが時間的に平均化され、出射光は均一強度分布として観測される。
【００２７】
図１に示す実施の形態では、振動発生モータ６を用いているが、圧電素子のような電気信号を変位に変えるようなものであれば、振動発生モータ６の代わりに用いることができることは言うまでもない。
【００２８】
又、マルチモード光ファイバ束４を構成する光ファイバのコア又はクラッドに、音響光学効果のある媒質を使用し、マルチモード光ファイバ束４に加える圧力を、振動発生モータや圧電素子等を用いて変化させれば、マルチモード光ファイバ束４内を伝搬するレーザ光の伝搬モードが時間的に変動するので同様の効果を得ることができる。
【００２９】
さらに、マルチモード光ファイバ束４を構成する光ファイバのコア又はクラッドに、電気光学効果のある媒質を使用し、マルチモード光ファイバ束４に印加する電圧を変化させれば、マルチモード光ファイバ束４内を伝搬するレーザ光の伝搬モードが時間的に変動するので同様の効果を得ることができる。
【００３０】
その他、マルチモード光ファイバ束４内を伝搬するレーザ光の伝搬モードの変化が比較的遅くてよい場合には、マルチモード光ファイバ束４の温度を周期的に変化させても、マルチモード光ファイバ束４内を伝搬するレーザ光の伝搬モードが時間的に変動するので同様の効果を得ることができる。
【００３１】
上記の実施の形態では、マルチモード光導波路として複数本の光ファイバの束を使用していたが、１本の光ファイバを用いることも可能であり、上記と同様の手段により同様の効果が得られる。さらに、マルチモード光導波路として、マルチモード平面型光導波路などの導波路を用いる場合も、上記と同様の手段により同様の効果が得られる。
【００３２】
図２は本発明の第２の実施の形態であるスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置の概要を示す図である。この実施の形態においては、マルチモード導波路としてマルチモード平面型光導波路１１を用いている。マルチモード光平面導波路１１は、光透過体コア部１２、光反射体クラッド部１３、光反射体クラッド部１４を備えて構成されている。光反射体クラッド部１３を液体、気体にすれば、その液体、気体の種類や、圧力等を時間的に変化させることで、光反射体クラッド部１３の屈折率を変化させ、それにより、マルチモード平面型光導波路１１内のレーザビームの伝搬モードを変動させることが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチモード光導波路を工夫することにより、スペックルパターンを分散させることが可能なスペックルパターン分散装置、及びこのスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるスペックルパターン分散装置を使用した光照射装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…レーザ光源、２…レーザ光、３…集光レンズ、４…マルチモード光ファイバ束、５…レーザ光、６…振動発生モータ、１１…マルチモード平面型光導波路、１２…光透過体コア部、１３…光反射体クラッド部、１４…光反射体クラッド部
【図１】
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【図２】
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