(57)【要約】  レーザ発振器（１００−１）は、互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点（１２）を遅軸方向に有する半導体レーザアレイ（１１）を速軸方向に複数積層して構成される半導体レーザスタック（１０）と、複数の発光点（１２）のそれぞれに取り付けられた複数のファイバ（２１）と、波長分散素子（３３）と、複数のファイバ（２１）から出射されたビームを波長分散素子（３３）上で重畳するように集光する集光光学素子（３２）とを備え、波長分散素子（３３）は、集光光学素子（３２）により複数のビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
前記波長分散素子により合成された前記ビームの光路上に配置され、波長選択性を有する部分反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームで重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバは、波長選択性を有し、
前記波長選択性は、前記複数のファイバの内部に形成された回折格子により生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４】
複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームで重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれには、ファイバブラッググレーティングが設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５】
前記ファイバブラッググレーティングを延伸する延伸機構を備え、
前記延伸機構は、前記ファイバを物理的に延ばすことにより前記ファイバブラッググレーティングを延伸することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
前記ファイバブラッググレーティングを延伸する延伸機構を備え、
前記延伸機構は、前記ファイバに熱を加えることにより前記ファイバブラッググレーティングを延伸することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記波長分散素子は、複数の前記ビームの一部を第１のレーザビームとして前記レーザスタックへ戻し、複数の前記ビームの一部を１つの光軸を有する第２のレーザビームとして出力し、
前記波長分散素子は、前記第１のレーザビームに対してリトロー配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載のレーザ発振器を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザアレイで構成されるレーザスタックを備えたレーザ発振器及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザスタックとは半導体レーザアレイを複数個積層して構成されたレーザ発振器である。１つの半導体レーザアレイには複数の発光点が配置される。複数個の半導体レーザアレイを用いた半導体レーザスタックは、１つの半導体レーザアレイを用いた半導体レーザスタックに比べて高出力なレーザを得ることができ、数１００［Ｗ］から数［ｋＷ］クラスの高出力レーザ分野において最も安価なレーザ発振器の一つである。ただし半導体レーザスタックは、複数の半導体レーザアレイを速軸方向に単に配列した構造であるため、半導体レーザアレイが有する複数の発光点のそれぞれから出力されるビームが広がり、ビーム品質が低下する。ビーム品質の評価には一般的にＢＰＰ（Ｂｅａｍ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）が用いられ、ＢＰＰはビームの広がり角度とビームの最小径の積で表される数値である。ＢＰＰが小さなビームであるほどビームを細径に絞ることができ、加工面において光のエネルギー密度を高くすることができるため、レーザ加工に好適である。そのためビーム品質が低い半導体レーザスタックは、高ビーム品質が要求される板金切断及び溶接といった用途には適しておらず、クラッディング及び表面処理といった用途に限定されている。【０００３】
特許文献１に開示には、複数のスタック半導体で構成されるレーザアレイを外部共振器により波長結合し、ビームの輝度を高める手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１２−５０８４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に開示されるビームの波長結合は遅軸方向にのみ実施されるため、速軸方向には輝度の向上に寄与しない複数のビームが存在するため、ビームの輝度を十分に向上させることができないという課題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ビームの輝度を向上させることができるレーザ発振器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ発振器は、互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、波長分散素子と、複数のファイバから出射されたビームを波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子とを備え、波長分散素子は、光学素子により複数のビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザ発振器は、ビームの輝度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るレーザ発振器の構成図
【図２】実施の形態２に係るレーザ発振器の構成図
【図３】実施の形態３に係るレーザ発振器の構成図
【図４】実施の形態４に係るレーザ発振器の構成図
【図５】図４に示すファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）延伸機構の構成例を示す図
【図６】実施の形態５に係るレーザ発振器の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザ発振器及びレーザ加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るレーザ発振器の構成図である。実施の形態１に係るレーザ発振器１００−１は、互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点１２を遅軸方向に有する半導体レーザアレイ１１を速軸方向に複数積層して構成される半導体レーザスタック１０と、一端が複数の発光点１２のそれぞれに取り付けられた複数のファイバ２１と、集光した複数の速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力する波長分散素子３３と、複数のファイバ２１のそれぞれから出射された発振ビーム３１を波長分散素子３３上で重畳するように集光する光学素子である集光光学素子３２とを備える。複数のファイバ２１のそれぞれは、発光点１２から出射されたビームを伝送する。
【００１２】
半導体レーザスタック１０は複数の半導体レーザアレイ１１を積層して構成される。半導体レーザアレイ１１は複数の発光点１２を有し、複数のファイバ２１のそれぞれは、複数の発光点１２のそれぞれから出射するビームがファイバ２１のコアに結合されるように配置されている。このときファイバ２１の端面形状をレンズ状に形成することにより結合効率を向上させることができる。また発光点１２とファイバ２１との間に小型の光学素子を配置することにより結合効率を向上させることができる。
【００１３】
図１では、右手系のＸＹＺ座標において、１つの半導体レーザアレイ１１が有する複数の発光点１２の配列方向をＸ軸方向とし、複数の半導体レーザアレイ１１の積層方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向は遅軸に等しく、Ｙ軸方向は速軸に等しい。遅軸は１つの半導体レーザアレイ１１に設けられる複数の発光点１２が配列される方向に等しい。速軸は遅軸と直交する軸であって、複数の半導体レーザアレイ１１が積層される方向に等しい。
【００１４】
複数のファイバ２１の他端は集光光学素子３２に向けて引き回され、複数のファイバ２１のそれぞれの終端領域２１ｂが同一面上、すなわち図１のＸＺ平面上に平行に配列される。このとき複数のファイバ２１のそれぞれの出射端２１ａは、Ｚ軸方向における位置が互いに同一であることが望ましい。
【００１５】
このように構成されたレーザ発振器１００−１では、半導体レーザスタック１０のそれぞれの発光点１２から出射されたビームは、ファイバ２１の出射端２１ａから発振ビーム３１として出射される。複数の発振ビーム３１は、集光光学素子３２により波長分散素子３３上に重畳され、波長分散素子３３は、集光光学素子３２により複数の発振ビーム３１が重畳された位置に設置されると共に、集光光学素子３２により集光された複数の発振ビーム３１を１つの光軸を有する結合ビーム３４として出力する。
【００１６】
以下では、複数本の発振ビーム３１が波長分散素子３３により一本に結合される原理について簡単に説明する。
【００１７】
ＸＺ面内に配置された複数のファイバ２１は、Ｘ軸方向にそれぞれ離間して配置されているため、複数のファイバ２１のそれぞれから出射される発振ビーム３１は、ＸＺ平面上において異なる位置から集光光学素子３２に入射する。そのため、集光光学素子３２により集光されたビームは、それぞれＸＺ面内で異なる角度α１からα９で、波長分散素子３３に入射する。角度α１からα９は、波長分散素子３３面の法線に対する複数の出射ビームのそれぞれの入射角である。
【００１８】
波長分散素子３３に入射した発振ビーム３１は、波長分散素子３３により回折される。波長分散素子３３が回折格子の場合、波長分散素子３３の回折角βは、Ｎλ＝ｓｉｎα＋ｓｉｎβより求めることができる。Ｎは溝本数密度、λは発振波長である。
【００１９】
具体例で説明すると、溝本数密度Ｎを１８５０［本／ｍｍ］とし、発振波長λｅを９８０［ｎｍ］とし、入射角α３を６５．０３度とした場合、Ｎλ＝ｓｉｎα＋ｓｉｎβより、回折角βは６５．０３度である。ここで複数のファイバ２１のそれぞれのＸ軸方向における全体幅Ｄを８［ｍｍ］とし、隣接するファイバ２１のそれぞれ離間距離ｄを１［ｍｍ］とし、集光光学素子３２の焦点距離を１００［ｍｍ］とし、ファイバ２１の出射端２１ａから集光光学素子３２までの距離Ｌを１００［ｍｍ］とし、複数の発振ビーム３１のそれぞれの発振波長をλａからλｉとする。さらに、発振波長λａを９８８．７［ｎｍ］、発振波長λｂを９８６．６［ｎｍ］、発振波長λｃを９８４．４［ｎｍ］、発振波長λｄを９８２．３［ｎｍ］、発振波長λｅを９８０．０［ｎｍ］、発振波長λｆを９７７．７［ｎｍ］、発振波長λｇを９７５．３［ｎｍ］、発振波長λｈを９７２．９［ｎｍ］、発振波長λｉを９７０．５［ｎｍ］とする。この場合、回折角βは６５．０３度となり、波長分散素子３３上に重畳された出射ビームは、波長分散素子３３の波長分散効果により結合されて一本の結合ビーム３４となる。
【００２０】
結合ビーム３４は、不図示の伝送ファイバにより加工ヘッドで伝送され、加工ヘッドから加工対象物へ照射される。
【００２１】
このように実施の形態１に係るレーザ発振器１００−１では、半導体レーザスタック１０を構成する複数の半導体レーザアレイ１１のそれぞれが有する複数の発光点１２から出射されるレーザを結合ビーム３４として出力できるため、特許文献１に開示されるビーム結合手法を用いた場合に比べて、高出力かつ高輝度のレーザビームを得ることができる。また実施の形態１に係るレーザ発振器１００−１と不図示の加工ヘッドとを備えたレーザ加工装置を用いることにより、高出力かつ高輝度のビームを用いて加工対象物の加工が可能である。
【００２２】
実施の形態２．
図２は実施の形態２に係るレーザ発振器の構成図である。実施の形態２に係るレーザ発振器１００−２と実施の形態１に係るレーザ発振器１００−１との相違点は、レーザ発振器１００−２では、波長分散素子３３により合成されたビームの光路上に配置され、波長選択性を有する部分反射ミラー４３が用いられていることである。レーザ発振器１００−２では、発光点１２と部分反射ミラー４３との間で外部共振器が構成される。
【００２３】
複数のファイバ２１のそれぞれから出射された共振器内出射ビーム３１ａは、集光光学素子３２により集光され、波長分散素子３３上に重畳される。波長分散素子３３により回折された複数の共振器内出射ビーム３１ａのそれぞれは、部分反射ミラー４３に垂直に入射した場合のみ発光点１２まで帰還する。これにより発光点１２と部分反射ミラー４３との間でレーザ発振が起こる。そのためレーザ発振器１００−２では、部分反射ミラー４３に垂直に入射するように複数の共振器内出射ビーム３１ａのそれぞれの発振波長λａからλｉが選択される。
【００２４】
レーザ発振器１００−２では、複数の共振器内出射ビーム３１ａのそれぞれが波長分散素子３３上に重畳されるように構成されているため、複数の共振器内出射ビーム３１ａが結合され、一本の共振器内結合ビーム４２となり、共振器内結合ビーム４２が出力ビーム４４として取り出される。
【００２５】
実施の形態２に係るレーザ発振器１００−２では、各発光点に応じて、後述するＦＢＧ及びＶＢＧといった屈折率分布の異なる素子を用意する必要がないため、当該素子を用いた場合に比べてレーザ発振器１００−２の組立時間が短縮され、レーザ発振器１００−２の製造コストを低減できる。
【００２６】
実施の形態３．
図３は実施の形態３に係るレーザ発振器の構成図である。実施の形態３に係るレーザ発振器１００−３と実施の形態１に係るレーザ発振器１００−１との相違点は、レーザ発振器１００−３では、複数のファイバ２１のそれぞれにＦＢＧ２３が設けられていることである。なおレーザ発振器１００−３では、複数の発光点１２から出射されるビームの波長が同一でもよいし、複数の発光点１２から出射されるビームの波長が異なっていてもよい。
【００２７】
ＦＢＧ２３は、ガラス内部に周期的な屈折率変化が形成された素子である。屈折率変化は回折格子として働き、回折格子の周期が作るブラッグ反射条件を満たす波長の光のみを反射させることができる。ＦＢＧ２３を外部共振器の部分反射ミラーとして使うことで、特定の波長で発振させることができる。実施の形態３では、複数のＦＢＧ２３のそれぞれの屈折率変化が異なる周期で形成されているため、それぞれを異なる波長で発振させることができる。
【００２８】
なお実施の形態３では、ＦＢＧ２３を用いて発振ビーム３１の波長を固定させているが、波長固定方法はこれに限定されるものではなく、ＶＢＧ（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）又はＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）を用いてもよい。
【００２９】
ＶＢＧは、ＦＢＧ２３と同様、ガラス内部に周期的な屈折率変化が形成された素子である。ＶＢＧを用いる場合、ＶＢＧは発光点１２とファイバ２１との間に配置され、又はＶＢＧは半導体レーザスタック１０の背面に配置される。これにより発振波長が固定される。ＤＢＲは、発光点１２の活性層の導波路の延長線上に回折格子構造を形成するものであり、回折格子の波長選択性により発振波長が固定される。ＤＦＢは、発光点１２の活性層の上下面に回折格子を形成したものであり、回折格子の波長選択性により発振波長が固定される。ただし実施の形態３のレーザ発振器１００−３において、複数のＶＢＧ、ＤＢＲ又はＤＦＢを用いる場合、それぞれの回折格子の間隔を異なるものにする必要がある。
【００３０】
実施の形態４．
図４は実施の形態４に係るレーザ発振器の構成図である。実施の形態４に係るレーザ発振器１００−４では、図３に示す構成に加えて、複数のＦＢＧ延伸機構５１が用いられる。複数のＦＢＧ延伸機構５１のそれぞれは、複数のファイバ２１のそれぞれに取り付けられている。ＦＢＧ延伸機構５１は、ファイバ２１に設けられた図３のＦＢＧ２３に跨がって取り付けられている。ＦＢＧ延伸機構５１により、複数のＦＢＧ２３のそれぞれの内部に有効屈折率ｎと回折格子周期Λと変化させることができる。ＦＢＧ延伸機構５１の構成例の詳細は後述する。
【００３１】
ＦＢＧ延伸機構５１としては、ファイバ２１を物理的に延ばすことによりＦＢＧ２３を延伸するもの、又はファイバ２１に熱を加えてＦＢＧ２３を延伸するものを例示できる。具体的には、ＦＢＧ延伸機構５１により、ＦＢＧ２３の形成箇所に歪が生じ、又はＦＢＧ２３の形成箇所に温度変化が生じると、ＦＢＧ２３の有効屈折率と回折格子周期とが変化し、その変化に応じて反射波長が変化する。それに伴い、複数のファイバ２１のそれぞれから出射された発振ビーム３１の発振波長が変化する。
【００３２】
これにより複数のファイバ２１のそれぞれに、それぞれが異なる回折格子周期を持つＦＢＧ２３を形成する必要が無く、作製するＦＢＧ２３の種類を減らすことができる。そのため、それぞれが異なる回折格子周期を持つＦＢＧ２３を備えたレーザ発振器に比べて、レーザ発振器の製造コストを低減できる。また実施の形態４ではＦＢＧ延伸機構５１により発振波長を調整できるため、ＦＢＧ２３の製造誤差を許容でき、ＦＢＧ２３の歩留まりが向上し、ＦＢＧ２３を備えたレーザ発振器の製造コストを低減できる。
【００３３】
なお物理的に歪を与えてＦＢＧ２３の有効屈折率と回折格子周期を変化させる場合、発振波長を５［ｎｍ］前後変化させることができる。実施の形態１では、発振波長λａと発振波長λｉとの差分に相当する全体の発振波長幅が１８．２［ｎｍ］であるが、この場合、３種類から４種類のＦＢＧ２３を形成すれば事足りることになる。数１００［Ｗ］から数［ｋＷ］の高出力化を図る場合、１つの半導体レーザアレイ１１が有する発光点１２の数は、数１０個から数１００個となるが、その場合においても３種類から４種類のＦＢＧ２３で賄うことができる。
【００３４】
図５は図４に示すＦＢＧ延伸機構の構成例を示す図である。図５には、物理的にファイバ２１を引っ張ることによりＦＢＧ２３の形成箇所に歪を生じさせるＦＢＧ延伸機構５１が例示される。
【００３５】
図５に示すＦＢＧ延伸機構５１は、ファイバ２１と平行に配置される板状のガラス基板５１ｄと、接着剤５１ａによりガラス基板５１ｄに設置される固定部材５１ｂと、接着剤５１ａにより固定部材５１ｂから一定距離隔てた位置に設置される調整用部材５１ｃとを備える。固定部材５１ｂ及び調整用部材５１ｃはＦＢＧ２３を挟むように配置される。ＦＢＧ２３の一端側のファイバ２１は、接着剤５１ａにより固定部材５１ｂに固定される。ＦＢＧ２３の他端側のファイバ２１は、接着剤５１ａにより調整用部材５１ｃに固定される。固定部材５１ｂ及び調整用部材５１ｃの材料としてはガラスを例示できる。これはファイバ２１と固定部材５１ｂと調整用部材５１ｃとのそれぞれの熱膨張係数を揃えたほうが望ましいためである。
【００３６】
このように構成されたＦＢＧ延伸機構５１において発振波長を調整する場合、不図示のステージから伸びる部材で調整用部材５１ｃをスライドさせ、特定の発振波長となったところで調整用部材５１ｃが接着剤５１ａによりガラス基板５１ｄに固定される。上記のステージとしては、１軸方向に駆動する電動ステージを例示できる。図５に示すＦＢＧ延伸機構５１では、調整用部材５１ｃの位置を調整するだけでファイバ２１のＦＢＧ２３が形成されている箇所に歪を生じさせることができるため、ボールネジ機構のように複雑な機構を用いることなく発振波長を調整できる。従ってレーザ発振器の製造コストを低減できると共に、レーザ発振器の長期使用時においても発振波長の変動が小さく、高出力かつ高輝度のビームを維持できる。
【００３７】
実施の形態５．
図６は実施の形態５に係るレーザ発振器の構成図である。実施の形態２に係るレーザ発振器１００−２と実施の形態５に係るレーザ発振器１００−５との相違点は、レーザ発振器１００−５では、部分反射ミラー４３が省かれ、回折格子である波長分散素子３３がリトロー配置されていることである。リトロー配置は、想定される波長において複数のレーザビームのそれぞれの２次回折光の回折角と複数のレーザビームのそれぞれの入射角とが一致するように、回折格子の溝本数及び設置角度が設定されている配置を指す。リトロー配置された波長分散素子３３を備えるレーザ発振器１００−５では、波長分散素子３３で発生する２次回折光が入射ビームに沿って半導体レーザスタック１０に帰還するフィードバック光となり、複数の半導体レーザアレイ１１のそれぞれと波長分散素子３３との間でビーム毎に各々異なる波長で動作する共振器が構成される。またレーザビームの一次回折光がレーザ発振器１００−５の出力ビームとして使用される。
【００３８】
実施の形態２に係るレーザ発振器１００−２では、発光点１２と部分反射ミラー４３との間で外部共振器が構成され、波長分散素子３３で発生するレーザビームの一次回折光に対して部分反射ミラー４３が設置される。部分反射ミラー４３で反射されたビームは、半導体レーザスタック１０に戻り、部分反射ミラー４３の透過ビームがレーザ発振器１００−２の出力ビームとして使用される。
【００３９】
実施の形態５に係るレーザ発振器１００−５では、波長分散素子３３で発生するレーザビームの二次回折光が半導体レーザスタック１０に戻る。一次回折光は、波長分散素子３３の回折角βが０度で回折される。すなわち一次回折光は、回折格子に対して垂直に出射される。レーザ発振器１００−５の出力ビームとして使用されるのは、この一次回折光である。複数のレーザビームが存在する場合でも、一次回折光は、回折格子と垂直に出射されるために、複数のレーザビームを一本のビームに重畳することができる。
【００４０】
以上に説明したように実施の形態５に係るレーザ発振器１００−５では、波長分散素子３３が、複数のビームの一部を第１のレーザビームとしてレーザスタック１０へ戻し、複数のビームの一部を１つの光軸を有する第２のレーザビームとして出力し、波長分散素子３３は、第１のレーザビームに対してリトロー配置されている。実施の形態５では、部分反射ミラー４３が使用されないため、レーザ発振器１００−５の構成が簡素化され、レーザ発振器１００−５を小型化できるのみでなく、共振器内の損失が低減され、高効率のレーザ発振が可能となる。
【００４１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  半導体レーザスタック、１１  半導体レーザアレイ、１２  発光点、２１  ファイバ、２１ａ  出射端、２１ｂ  終端領域、２３  ＦＢＧ、３１  発振ビーム、３１ａ  共振器内出射ビーム、３２  集光光学素子、３３  波長分散素子、３４  結合ビーム、４２  共振器内結合ビーム、４３  部分反射ミラー、４４  出力ビーム、５１  ＦＢＧ延伸機構、５１ａ  接着剤、５１ｂ  固定部材、５１ｃ  調整用部材、５１ｄ  ガラス基板、１００−１，１００−２，１００−３，１００−４，１００−５  レーザ発振器。
【図１】
2018173109.tif 000003
【図２】
2018173109.tif 000004
【図３】
2018173109.tif 000005
【図４】
2018173109.tif 000006
【図５】
2018173109.tif 000007
【図６】
2018173109.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月25日(2017.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、前記光学素子で集光された複数のビームと、前記波長分散素子で合成されたビームとが同一平面上に存在することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
前記波長分散素子により合成された前記ビームの光路上に配置され、波長選択性を有する部分反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、前記光学素子で集光された複数のビームと、前記波長分散素子で合成されたビームとが同一平面上に存在し、
前記複数のファイバは、波長選択性を有し、
前記波長選択性は、前記複数のファイバの内部に形成された回折格子により生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４】
複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、前記光学素子で集光された複数のビームと、前記波長分散素子で合成されたビームとが同一平面上に存在し、
前記複数のファイバのそれぞれには、ファイバブラッググレーティングが設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５】
前記ファイバブラッググレーティングを延伸する延伸機構を備え、
前記延伸機構は、前記ファイバを物理的に延ばすことにより前記ファイバブラッググレーティングを延伸することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
前記ファイバブラッググレーティングを延伸する延伸機構を備え、
前記延伸機構は、前記ファイバに熱を加えることにより前記ファイバブラッググレーティングを延伸することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記波長分散素子は、複数の前記ビームの一部を第１のレーザビームとして前記レーザスタックへ戻し、複数の前記ビームの一部を１つの光軸を有する第２のレーザビームとして出力し、
前記波長分散素子は、前記第１のレーザビームに対してリトロー配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載のレーザ発振器を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ発振器は、互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、波長分散素子と、複数のファイバから出射されたビームを波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子とを備え、波長分散素子は、光学素子により複数のビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、光学素子で集光された複数のビームと、波長分散素子で合成されたビームとが同一平面上に存在することを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月15日(2018.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれの出射端は同一平面上に存在し、
前記複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、前記光学素子で集光された複数のビームと、前記波長分散素子で合成されたビームとが前記同一平面上に存在することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
前記波長分散素子により合成された前記ビームの光路上に配置され、波長選択性を有する部分反射ミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれの出射端は同一平面上に存在し、
前記複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、前記光学素子で集光された複数のビームと、前記波長分散素子で合成されたビームとが前記同一平面上に存在し、
前記複数のファイバは、波長選択性を有し、
前記波長選択性は、前記複数のファイバの内部に形成された回折格子により生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４】
複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、
前記複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、
波長分散素子と、
前記複数のファイバから出射されたビームを前記波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子と
を備え、
前記波長分散素子は、前記光学素子により複数の前記ビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の前記速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、
前記複数のファイバのそれぞれの出射端は同一平面上に存在し、
前記複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、前記光学素子で集光された複数のビームと、前記波長分散素子で合成されたビームとが前記同一平面上に存在し、
前記複数のファイバのそれぞれには、ファイバブラッググレーティングが設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５】
前記ファイバブラッググレーティングを延伸する延伸機構を備え、
前記延伸機構は、前記ファイバを物理的に延ばすことにより前記ファイバブラッググレーティングを延伸することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
前記ファイバブラッググレーティングを延伸する延伸機構を備え、
前記延伸機構は、前記ファイバに熱を加えることにより前記ファイバブラッググレーティングを延伸することを特徴とする請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記波長分散素子は、複数の前記ビームの一部を第１のレーザビームとして前記レーザスタックへ戻し、複数の前記ビームの一部を１つの光軸を有する第２のレーザビームとして出力し、
前記波長分散素子は、前記第１のレーザビームに対してリトロー配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載のレーザ発振器を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ発振器は、互いに波長の異なるビームを発生する複数の発光点を遅軸方向に有するレーザアレイを速軸方向に複数積層して構成されるレーザスタックと、複数の発光点のそれぞれに取り付けられた複数のファイバと、波長分散素子と、複数のファイバから出射されたビームを波長分散素子上で重畳するように集光する光学素子とを備え、波長分散素子は、光学素子により複数のビームが重畳された位置に設置されると共に、集光した複数の速軸方向及び遅軸方向のビームを合成して出力し、複数のファイバのそれぞれの出射端は同一平面上に存在し、複数のファイバのそれぞれから出射されたビームと、光学素子で集光された複数のビームと、波長分散素子で合成されたビームとが同一平面上に存在することを特徴とする。
【国際調査報告】
2018173109.tif 000009
2018173109.tif 000010
2018173109.tif 000011
2018173109.tif 000012