(57)【要約】【課題】光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができるレーザー装置及びレーザーモジュールを提供する。【解決手段】光ファイバー３０と、光ファイバー３０を接続可能であって、レーザー光を出射する半導体レーザー１２及びレーザー光を集光させるレンズ１６がハウジング１４に収容されたレーザーモジュール１０と、レーザー光の集光位置Ａと光ファイバー３０のレーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる振動素子４０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーと、
前記光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールと、
前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、
を備えたことを特徴とするレーザー装置。
【請求項２】
前記変動手段は、前記光ファイバーを振動させる振動手段であることを特徴とする請求項１記載のレーザー装置。
【請求項３】
前記振動手段は、前記光ファイバーを保持するフェルールを振動させることを特徴とする請求項２記載のレーザー装置。
【請求項４】
前記光ファイバーを保持するフェルールが前記収容体に固定されると共に、前記光ファイバーの一部が前記収容体内に延伸され、前記振動手段は、前記収容体内に延伸した光ファイバーを振動させることを特徴とする請求項２記載のレーザー装置。
【請求項５】
前記収容体内に、液体が充填された液体室をさらに備え、前記液体室内に前記光ファイバーの一部が延伸されると共に、前記振動手段は、前記液体を振動させることにより前記光ファイバーを振動させることを特徴とする請求項２記載のレーザー装置。
【請求項６】
前記変動手段は、前記光ファイバーのコアに入射される前記レーザー光のスポット径が前記コア径内となるように、前記相対位置を変動させることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のレーザー装置。
【請求項７】
前記振動手段はピエゾ素子又は超音波振動素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のレーザー装置。
【請求項８】
前記レーザー光源は、波長が３５０ｎｍから５００ｎｍの範囲内の波長のレーザー光を出射することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のレーザー装置。
【請求項９】
光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールであって、
前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、
を備えたことを特徴とするレーザーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー装置及びレーザーモジュールに係り、特に、半導体レーザー等のレーザー光源を備えたレーザーモジュールと光ファイバーの一端とを接続し、その光ファイバーの他端からレーザー光を出射するレーザー装置及びレーザーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーのレーザー光入射面のように強烈なレーザー光が照射される部位では、光ファイバーをフェルールに取り付ける際に使用する接着剤からのアウトガスがエネルギー密度の高いレーザー光によって光化学反応して表面に付着し、固体または液体物質として蓄積してしまい、光ファイバーへの結合効率を著しく低下させる現象があり問題となっていた。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献１には、光ファイバーのレーザー光入射面を含むフェルール先端面に光透過性かつガスバリヤ性を有する部材（ＳｉＯ２膜）を形成した半導体レーザーモジュールが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体レーザーモジュールを構成する各々の光学部品、あるいは光ファイバーアレイの光出力端面に光集塵効果によって有機物が付着、吸着することで光利用効率が劣化するのを防止するために、半導体レーザー内部の内壁面や半導体レーザーモジュール内の光通過領域や光ファイバーの入出射面の少なくとも１つに、半導体レーザーから出されたレーザー光により活性化する光触媒層をコーティングした半導体レーザーモジュールが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２１５４２６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９５９５号公報
【発明の開示】
【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に記載された技術では、接着剤からのアウトガスを防止することはできるものの、もともと空中に浮遊しているゴミや有機揮発物による汚れ等に対しては効果がない。
【０００６】
また、特許文献２に記載された技術では、光触媒膜は低温でコートすると黒っぽく着色するため、吸収によりロスが大きくなる、コート膜が破壊する、などの問題があった。一方、吸収を抑制するために高温でコートすると、今度は光ファイバーが樹脂で被覆されているため、樹脂が溶けてしまうなどの問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができるレーザー装置及びレーザーモジュール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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明のレーザー装置は、光ファイバーと、前記光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールと、前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、レーザー光の集光位置と光ファイバーのレーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段を備えた構成としたので、光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
【００１０】
なお、請求項２に記載したように、前記変動手段は、前記光ファイバーを振動させる振動手段である構成とすることができる。
【００１１】
この場合、請求項３に記載したように、前記振動手段は、前記光ファイバーを保持するフェルールを振動させる構成とすることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載したように、前記光ファイバーを保持するフェルールが前記収容体に固定されると共に、前記光ファイバーの一部が前記収容体内に延伸され、前記振動手段は、前記収容体内に延伸した光ファイバーを振動させる構成としてもよい。
【００１３】
また、請求項５に記載したように、前記収容体内に、液体が充填された液体室をさらに備え、前記液体室内に前記光ファイバーの一部が延伸されると共に、前記振動手段は、前記液体を振動させることにより前記光ファイバーを振動させる構成としてもよい。
【００１４】
また、請求項６に記載したように、前記変動手段は、前記光ファイバーのコアに入射される前記レーザー光のスポット径が前記コア径内となるように、前記相対位置を変動させることが好ましい。
【００１５】
また、請求項７に記載したように、前記振動手段はピエゾ素子又は超音波振動素子である構成とすることができる。
【００１６】
また、請求項８に記載したように、前記レーザー光源は、波長が３５０ｎｍから５００ｎｍの範囲内の波長のレーザー光を出射する構成とすることができる。
【００１７】
請求項９記載の発明のレーザーモジュールは、光ファイバーを接続可能であって、レーザー光を出射するレーザー光源及び前記レーザー光を集光させる集光レンズが収容体に収容されたレーザーモジュールであって、前記レーザー光の集光位置と前記光ファイバーの前記レーザー光の入射側端面との相対位置を変動させる変動手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光集塵効果によるゴミ等によって光ファイバーが汚染されて光利用効率が低下するのを防ぐことができると共に光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１には、本実施形態に係るレーザー装置１の側面の概略断面図を示した。レーザー装置１は、レーザーモジュール１０に光ファイバーケーブル２４が接続されて構成されている。
【００２１】
レーザーモジュール１０は、一例として外形が略円筒状である。そして、レーザーモジュール１０は半導体レーザー１２を備えており、ハウジング１４内に収容されている。
【００２２】
半導体レーザー１２は、例えば紫外光域の波長（例えば４００ｎｍ）のレーザー光を出射する半導体レーザーを用いることができる。なお、本発明は、光集塵効果が発生しやすい波長、例えば３５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長のレーザー光を出力する半導体レーザー１２を用いる場合に特に効果がある。
【００２３】
半導体レーザー１２のレーザー光の出射側には、レンズ１６が設けられている。このレンズ１６は、レンズホルダ１８によってハウジング１４内に固定されている。
【００２４】
また、ハウジング１４には、半導体レーザー１２から出射され、レンズ１６を透過したレーザー光をハウジング１４の外部へ出射するための窓部（孔）１９が設けられている。半導体レーザー１２から出射されレンズ１６を透過したレーザー光は、この窓部１９を通過してレーザーモジュール１０の外部へ出射される。
【００２５】
なお、レンズ１６は、半導体レーザー１２から出射されたレーザー光が、窓部１９のレーザー光出射側の端部（図１に示すＡ点）付近に集光されるような開口率を有する。これにより、レンズ１６を透過したレーザー光は、後述する光ファイバーケーブルの端部との接続位置である図１に示すＡ点付近に集光される。
【００２６】
また、ハウジング１４のレーザー光の出力端側は、後述する光ファイバーケーブルのフェルールを保持するためのフェルール保持部１４Ａが設けられたレセプタクル構造となっており、略円筒状の凹部が形成されている。この凹部に後述する光ファイバーケーブルの一端が挿入される。
【００２７】
光ファイバーケーブル２４は、コア２６の周囲にクラッド２８が形成され、これが被覆材２９によって被覆された光ファイバー３０を備え、被覆材２９が除去された一端側にフェルール３２が取り付けられた構成である。この光ファイバーケーブル２４のフェルール３２側がレーザーモジュール１０のフェルール保持部１４Ａ内に挿入されることにより両者が接続される。
【００２８】
また、フェルール保持部１４Ａの内周部には、振動素子４０が取り付けられており、この振動素子４０には制御部４２及び電源部４４が接続されている。振動素子４０は、例えばピエゾ素子や超音波振動素子等で構成されるが、これに限られるものではない。振動素子４０は、電源部４４によって電源供給され、制御部４２によって振動制御される。
【００２９】
また、図１に示すように、フェルール保持部１４Ａは、挿入されたフェルール３２との間にわずかな隙間４６が生じた状態でフェルール３２を保持している。従って、フェルール３２によって保持された光ファイバー３０を良好に振動させることができる。
【００３０】
制御部４２は、半導体レーザー１２が発光中に振動素子４０を常時振動させる。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー３０のレーザー光の入射側端面との相対位置が常時変動するため、光集塵効果によって有機物が光ファイバー３０に付着して光利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
【００３１】
なお、制御部４２は、光ファイバー３０の振動振幅が、次式で示す最大振動振幅値ΔＸ以下となるように振動素子４０を制御することが好ましい。
【００３２】
ΔＸ＝ｄ−ω０      ・・・（１）
ここで、ｄは光ファイバー３０のコア２６のコア径（直径）、ω０は光ファイバー３０のレーザー光の入射面におけるレーザー光の強度が１／ｅ2のビーム径である。例えばコア径ｄが６０μｍ、レーザー光のビーム径が１０μｍの場合、最大振動振幅値ΔＸは５０μｍとなる。
【００３３】
このように、光ファイバー３０の振動振幅が最大振動振幅値ΔＸ以下となるように制御することにより、光ファイバー３０を振動させても損失を抑えつつ確実にレーザー光を光ファイバー３０に入射させることができる。
【００３４】
なお、制御部４２は、半導体レーザー１２が発光していない時に例えば定期的に振動素子４０を振動させるように制御してもよい。これにより、光ファイバー３０に付着したゴミ等を除去することができる。
【００３５】
次にレーザー装置の変形例について説明する。なお、図１に示すレーザー装置１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
まず、図２に、第１の変形例に係るレーザー装置１Ａを示した。レーザー装置１Ａは、レーザーモジュール１０Ａと光ファイバーケーブル２４Ａとが接続されて成り、同図に示すように、光ファイバー３０のフェルール３２がフェルール保持部１４Ａによって保持されている。フェルール保持部１４Ａは、ハウジング１４に例えば溶接等によって固定され、ハウジング１４内が密閉されている。
【００３７】
そして、フェルール保持部１４Ａに保持されたフェルール３２から光ファイバー３０がハウジング１４内に延伸されており、この延伸された光ファイバー３０に振動素子４０が取り付けられている。なお、半導体レーザー１２から出射されたレーザー光は、ハウジング１４内に延伸された光ファイバー３０の端部（図中Ａ点）付近に集光される。
【００３８】
制御部４２の振動制御によって振動素子４０が振動すると、ハウジング１４内に延伸された光ファイバー３０の先端が振動する。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー３０のレーザー光の入射側端面との相対位置が変動するため、光集塵効果によって有機物が光ファイバー３０に付着して光利用効率が低下するのを防ぐことができる。また、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
【００３９】
なお、図２では、光ファイバー３０のみがハウジング１４内に延伸した構成としているが、フェルール３２と共にハウジング１４内に延伸した構成とし、フェルール３２ごと振動させる構成としてもよい。
【００４０】
次に、図３に、第２の変形例に係るレーザー装置１Ｂを示した。レーザー装置１Ａは、レーザーモジュール１０Ｂと光ファイバーケーブル２４Ａとが接続されて成り、同図に示すように、レーザーモジュール１０Ｂのハウジング１４内に、液体５０が充填された液体室５２が設けられており、この液体室５２内に光ファイバー３０の先端側が延伸している。そして、液体室５２の底面とハウジング１４との間に振動素子４０が取り付けられている。
【００４１】
このような構成の場合、制御部４２の振動制御により振動素子４０が振動すると、液体室５２内に発生するキャビテーションにより液体室５２内に延伸された光ファイバー３０の先端が振動する。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー３０のレーザー光の入射側端面との相対位置が変動するため、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。また、光ファイバー３０の先端の周囲が液体５０で満たされているため、ゴミ等が付着するのを防ぐことができる。
【００４２】
次に、図４に、第３の変形例に係るレーザー装置１Ｃを示した。レーザー装置１Ｃは、レーザーモジュール１０Ｃと光ファイバーケーブル２４とが接続されて成り、同図に示すように、レーザーモジュール１０Ｃのハウジング１４にレーザー光の出射窓部にガラススタブ５４が設けられている。そして、このガラススタブ５４とフェルール保持部１４Ａ内に挿入された光ファイバーケーブル２４のレーザー光の入射側の端面とが当接した状態で、レーザーモジュール１０Ｃと光ファイバーケーブル２４とが接続されている。これにより、光集塵効果によって有機物が光ファイバー３０に付着して光利用効率が低下するのを防ぐことができる。
【００４３】
また、フェルール保持部１４Ａの内周部に、ガラススタブ５４及びフェルール保持部１４Ａを同時に振動させる振動素子４０が設けられている。
【００４４】
制御部４２の振動制御により振動素子４０が振動すると、ガラススタブ５４及びフェルール３２が同時に振動し、光ファイバー３０の先端が振動する。これにより、レーザー光の集光位置と光ファイバー３０のレーザー光の入射側端面との相対位置が変動するため、光密度の高い集光位置において焼き付きや損傷等が発生するのを防ぐことができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、光ファイバー３０の先端側を振動させる場合について説明したが、これに限らず、半導体レーザー１２やレンズ１６を振動させる構成としてもよく、レーザー光の集光位置と光ファイバー３０のレーザー光の入射側端面との相対位置を変動させることができるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】レーザー装置の断面図である。
【図２】第１の変形例に係るレーザー装置の断面図である。
【図３】第２の変形例に係るレーザー装置の断面図である。
【図４】第３の変形例に係るレーザー装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ      レーザー装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ      レーザーモジュール
１２      半導体レーザー
１４      ハウジング（収容体）
１４Ａ      フェルール保持部
１６      レンズ
１８      レンズホルダ
１９      窓部
２４Ａ      光ファイバーケーブル
２６      コア
２８      クラッド
２９      被覆材
３０      光ファイバー
３２      フェルール
４０      振動素子（振動手段）
４２      制御部
４４      電源部
５２      液体室
５４      ガラススタブ
【図１】
2007266137.tif 000003
【図２】
2007266137.tif 000004
【図３】
2007266137.tif 000005
【図４】
2007266137.tif 000006