(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源からの励起光を閉じ込めながらレーザ媒体に導入させるように形成された導光部材を有するレーザ装置であって、
前記レーザ媒体は、コア、クラッドからなりコア部にレーザ活性物質がドープされた一本の光ファイバ型レーザ媒体であり、
前記光ファイバ型レーザ媒体が、前記導光部材の外周面に巻回されて接触して固定され、
前記導光部材への光導入部が前記導光部材と一体構造をなすように形成され、
前記励起光源から前記導光部材への励起光の導入を、前記光導入部を介して行わせるとともに、前記励起光源に対する前記光導入部の入光窓面積を、前記光導入部に対する前記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記導光部材をレーザ媒体に直接接触させて励起光を導入させるようにした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】
前記導光部材とレーザ媒体の間に光学媒質を介在させて間接的に励起光を導入させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記光導入部が、励起光源からの励起光を全反射させながら集束して前記導光部材に入光させるように形成された全反射面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記光導入部が、励起光源に対して曲面状の入光窓を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記一つの導光部材に複数の前記光導入部を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記導光部材が中空形状に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記導光部材は円管状であり、その上下端面および内外周面は鏡面であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記導光部材が板状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記光導入部に光ファイバ部を介在させたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記導光部材は光ファイバから形成され、この光ファイバの少なくとも一端にテーパ状に拡開する光導入部を形成するとともに、光ファイバ型レーザ媒体と側面同士、直接または間接的に接触させていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項１２】
光増幅部をなすレーザ媒体と、励起光源からの励起光を閉じ込めながら前記レーザ媒体に導入させるように形成された導光部材とを有する光アンプであって、
前記レーザ媒体は、コア、クラッドからなりコア部にレーザ活性物質がドープされた一本の光ファイバ型レーザ媒体であり、
前記光ファイバ型レーザ媒体が、前記導光部材の外周面に巻回されて接触して固定され、
前記光導入部は前記導光部材と一体構造をなすように形成され、
前記励起光源から前記導光部材への励起光の導入を、前記導光部材と一体構造をなす光導入部を介して行わせるとともに、前記励起光源に対する前記光導入部の入光窓面積を、前記光導入部に対する前記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことを特徴とする光アンプ。
【請求項１３】
レーザ媒体から出射されるレーザ光を被加工物に照射する光学系と、励起光源からの励起光を閉じ込めながら前記レーザ媒体に導入させるように形成された導光部材とを有するレーザ加工装置であって、
前記レーザ媒体は、コア、クラッドからなりコア部にレーザ活性物質がドープされた一本の光ファイバ型レーザ媒体であり、
前記光ファイバ型レーザ媒体が、前記導光部材の外周面に巻回されて接触して固定され、
前記光導入部は前記導光部材と一体構造をなすように形成され、
前記励起光源から前記導光部材への励起光の導入を、前記導光部材と一体構造をなす光導入部を介して行わせるとともに、前記励起光源に対する前記光導入部の入光窓面積を、前記光導入部に対する前記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ装置およびその応用装置に関し、とくにレーザファイバなどの長尺レーザ媒体を使用したレーザ装置であって、たとえば光アンプおよびレーザ加工装置に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信又はレーザ加工の分野では、より高出力でより安価なレーザ装置の開発が望まれているが、従来よりこの要請を満たせる可能性の高いものとして光ファイバレーザ一装置が知られている。光ファイバレーザ装置装置は、コア径並びに、コアとクラッドの屈折率差等を適切に選定することで比較的簡単にレーザ発振の横モードを単一にすることが出来る。また、光を高密度に閉じこめることでレーザ活性物質と光との相互作用を高められる。かつ、光ファイバの長さを長くすることで相互作用長を大きくとれるので高い効率で空間的に高品質のレーザ光を発生することが出来る。従って質の良いレーザ一光を比較的安価に得ることが出来る。
ここで、レーザ光のさらなる高出力化又は高効率化を実現するには、光ファイバのレーザ活性イオン又は色素、その他の発光中心（以下、レーザ活性物質という）の添加領域（通常はコア部）に効率よく励起光を導入する必要がある。ところが、通常、単一モードの導波条件を満たすようにコア径を設定すると、その径は十数μｍ以下に限定されるので、この径に効率よく励起光を導入するのは一般的に困難である。これを克服する手段として、いわゆる２重クラッド型ファイバレーザが提案されている。
２重クラッド型ファイバレーザでは、コア部の周りに、コア部より屈折率の低い第一のクラッド部があり、その外側にさらに屈折率に低い第二のクラッド部を設けたものである。これにより、第一のクラッド部に導入された励起光は、第一のクラッド部と第二のクラッド部の屈折率差による全反射により、第一のクラッド部に閉じこめられた状態を保ちながら伝搬する。この伝搬の際に励起光はコア部を繰り返し通過し、コア部のレーザ活性物質を励起することになる。第一のクラッド部はコア部よりも数百から千倍程度大きな面積を持つため、より多くの励起光を導入することが可能になり高出力化が可能になる。
２重クラッド型ファイバレーザは、発振効率が高く、また発振横モードが単一でしかも安定であるという利点を持ち、レーザダイオ一ド（以下ＬＤ）を使って数ワットから１０ワット程度の出力が得られるので、それ以前のコア励起型のファイバレーザに比べると遥かに高出力化が為されたと言える。
しかしながら、上述の２重クラッド型ファイバレーザは、結局のところファイバの一端又は両端部からの端面励起であるので、励起用ＬＤの数を増やせないという問題点がある。つまり、ＬＤの高輝度・高出力化以外に、高出力化の方法は無いといえる。
【０００３】
先に、本願発明者は上記問題を解決するため、励起光を閉じ込め得る構造体にレーザファイバ側面の少なくとも一部が直接または光学媒質を介して間接的に接触し、その接触した部分を通じて入射する励起光によりレーザファイバに含まれる活性物質を励起するファイバレーザ装置に関する発明を行った（特願平１０−３５０３０６号）。
上記発明において、励起光を閉じ込め得る構造体（例えば、励起光導光シリンダー）に導入された励起光は、シリンダー表面に巻き付けられたレーザファイバに当たると、その一部はレーザファイバのコアで吸収され、残りは反射される。反射された光は、また別の場所で一部分吸収され、残りは反射されるといった状況を繰り返し、励起光は次第にレーザファイバに吸収され、レーザファイバにおいてレーザ発振や増幅作用が発生する。
【０００４】
図２は本発明に先だって検討されたレーザ装置の概略構成を示したものであって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は底面図を示す。
同図に示すレーザ装置は、半導体レーザを用いた励起光源１、この励起光源１からの励起光１１を集束する集光系１２、両端が開口した中空円筒状（シリンダ状）の導光部材２、光ファイバを使用したレーザ媒体３などにより構成される。
導光部材２の一端には小さなプリズム部２１が形成されている。このプリズム部２１は励起光源１からの励起光を導光部材２内に導入するための入光窓をなす。また、導光部材２の表面には光ファイバ型レーザ媒体３が接触状態で巻回されている。
導光部材２内に導入された励起光１１は内部反射で閉じ込められながら、その導光部材２のほぼ全表面に広がって、最終的には、その導光部材２の表面に接触しているレーザ媒体３に吸収される。したがって、その導光部材２に接触状態で巻回されているレーザ媒体３には、その巻回部分の長さ全体にわたって励起光が均等に分布導入される。
【０００５】
このように、導光部材２の介在により、光ファイバのような長尺レーザ媒体３でも、局部的に偏ったりすることなく、所定長さ範囲を側面から均等に分布励起させて効率の良いレーザ発振を行わせることができる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した技術には、次のような問題のあることが本発明者らによってあきらかとされた。
すなわち、上述したレーザ装置では、励起光１１を導光部材２からレーザ媒体３に効率良く吸収させるために、導光部材２での励起光の損失を最小限に抑える必要がある。
この損失の主なものは、導光部材２内における励起光の伝達損失（パス損失）と入光窓からの漏れ損失である。この損失が大きいと、導光部材２に導入された励起光は、その導光部材２に閉じ込められている間に減衰してしまう割合が多くなって、最終的にレーザ媒体３に吸収される量が少なくなってしまう。
【０００７】
そこで、上述したレーザ装置では、導光部材２に透明度の高い石英ガラス等の素材を用いることで上記伝達損失を低減させるとともに、励起光源１からの励起光１１を導光部材２に導入するための入光窓面積を小さくすることで上記漏れ損失を低減させる必要がある。とくに、励起光１１の入光窓は、導光部材２からの励起光の漏れを発生させる主要因となるため、できるだけ小さくする必要がある。
このため、上述した装置では、上記入光窓をなすプリズム部２１の入射面積をできるだけ小さくするとともに、その入光窓に入射させる励起光１１も集光系１２を使ってできるだけ小面積に集中させるようにする。
【０００８】
しかし、導光部材２の入光窓面積を小さくすると、これに伴って、その小さな入光窓に入射させる励起光１１のパワー密度は必然的に上昇せざるを得なくなるが、小さな入光窓に高パワー密度の励起光を入射させると、その入光窓面に塵などの汚れが焼き付いて励起光の入射損失が増大し、これによりレーザ出力が低下してしまうという問題を生じやすくなることが判明した。さらに、入光窓面の汚れは、高パワー密度の励起光によって局部的な高温発熱をもたらすため、その窓面の破損という問題も生じる。
【０００９】
本発明の目的は、レーザ媒体に対する励起光の導入を効率良く行わせるとともに、塵などの汚れによるレーザ出力低下を防止できるようにしたレーザ装置および光アンプおよびレーザ加工装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段としての第１の発明は、励起光源からの励起光を閉じ込めながらレーザ媒体に分布導入させるように形成された導光部材を有するレーザ装置であって、上記励起光源から上記導光部材への励起光の導入を光導入部を介して行わせるとともに、上記励起光源に対する上記光導入部の入光窓面積を、上記光導入部に対する上記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことを特徴とするレーザ装置である。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、レーザ媒体として光ファイバを使用したことを特徴とするレーザ装置である。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、導光部材をレーザ媒体に直接接触させて励起光を分布導入させるようにしたことを特徴とするレーザ装置である。
【００１３】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、導光部材とレーザ媒体の間に光学媒質を介在させて間接的に励起光を分布導入させるようにしたことを特徴とするレーザ装置である。
【００１４】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、光導入部が、励起光源からの励起光を全反射させながら集束して導光部材に入光させるように形成された全反射面を有することを特徴とするレーザ装置である。
【００１５】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、光導入部が、励起光源に対して曲面状の入光窓を有することを特徴とするレーザ装置である。
【００１６】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、一つの導光部材に複数の光導入部を設けたことを特徴とするレーザ装置である。
【００１７】
第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明において、導光部材が中空形状に形成されているとともに、この導光部材の表面に沿ってレーザ媒体が配置されていることを特徴とするレーザ装置である。
【００１８】
第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、導光部材が板状に形成されているとともに、この導光部材の表面に沿ってレーザ媒体が配置されていることを特徴とするレーザ装置である。
【００１９】
第１０の発明は、第１から第９のいずれかの発明において、光導入部に光ファイバ部を介在させたことを特徴とするレーザ装置である。
【００２０】
第１１の発明は、第１から第１０のいずれかの発明において、導光部材を光ファイバで形成するとともに、この光ファイバの端部に光導入部を形成したことを特徴とするレーザ装置である。
【００２１】
第１２の発明は、光増幅部をなすレーザ媒体と、励起光源からの励起光を閉じ込めながら上記レーザ媒体に分布導入させるように形成された導光部材とを有する光アンプであって、上記励起光源から上記導光部材への励起光の導入を、上記導光部材と一体構造をなす光導入部を介して行わせるとともに、上記励起光源に対する上記光導入部の入光窓面積を、上記光導入部に対する上記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことを特徴とする光アンプである。
【００２２】
第１３の発明は、第１２の発明において、レーザ媒体として光ファイバを使用したことを特徴とする光アンプである。
【００２３】
第１４の発明は、レーザ媒体から出射されるレーザ光を被加工物に照射する光学系と、励起光源からの励起光を閉じ込めながら上記レーザ媒体に分布導入させるように形成された導光部材とを有するレーザ加工装置であって、上記励起光源から上記導光部材への励起光の導入を、上記導光部材と一体構造をなす光導入部を介して行わせるとともに、上記励起光源に対する上記光導入部の入光窓面積を、上記光導入部に対する上記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことを特徴とするレーザ加工装置である。
【００２４】
第１５の発明は、第１４の発明において、レーザ媒体として光ファイバを使用したことを特徴とするレーザ加工装置である。
【００２５】
上述した本発明の手段によれば、導光部材内からの励起光の漏れ損失を増大させることなく、励起光源からの励起光の入射を大面積の入光窓から比較的低パワー密度で行わせることができる。
これにより、レーザ媒体に対する励起光の導入を効率良く行わせるとともに、塵などの汚れによるレーザ出力低下を防止できるようにしたレーザ装置および光アンプおよびレーザ加工装置を提供する、という目的が達成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。
なお、図において、同一符号は同一あるいは相当部分を示すものとする。
【００２７】
図１は本発明によるレーザ装置および光アンプおよびレーザ加工装置の要部における第１実施形態を示したものであって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は底面図を示す。
同図に示す実施形態ではレーザ媒体３としてレーザファイバを使用する。
このレーザファイバは、たとえば、石英ガラスを母材とし、コア部の径５０μｍ、クラッド部の径１２５μｍ、長さ１５０ｍに形成されるとともに、コア部にはレーザ活性物質としてのＮｄ3+イオンが０．４ａｔ％の濃度でドープされている。
このレーザファイバの一端面は、平面研磨された上に多層膜コートが施されて、レーザ発振波長１．０６μｍに対して９８％以上の反射率を持つように形成されている。その他端面は、単なる垂直切断面であって、レーザ発振波長１．０６μｍに対して４％程度の低反射率しか持たないように形成されている。レーザ出力はこの低反射率の端面から導出される。
【００２８】
上記レーザ媒体３と励起光源１の間には導光部材２が介在している。
導光部材２は、励起光源１からの励起光１１を内部反射で閉じ込めながら上記レーザ媒体３に分布導入させるためのものであって、両端が開口した中空形状をなすガラス円管（シリンダ）により形成されている。
このガラス円管は、たとえば、外径約１０ｃｍ、長さ約７ｃｍ、厚さ約１ｍｍの石英ガラス製であって、その上下端面は円管の中心軸に直交する面と平行に形成されている。また、その上下端面および内外周面はいずれも鏡面仕上げされている。
上記導光部材２の外周面には、光ファイバ型レーザ媒体３が直接接触する状態で、かつ一定のピッチ間隔を保ちながら巻回され固定されている。
【００２９】
上記導光部材２の一端すなわちガラス円管の一方の開口部の周縁には、テーパ状の平面形状をなす板状の光導入部４が設けられている。この光導入部４は、溶着、接着、光学的接触（オプチカルコンタクト）、一体成型あるいは削り出し加工などにより、上記導光部材２と一体構造をなすように形成されている。
上記光導入部４は上記励起光源１と上記導光部材２との間に介在し、励起光源１からの励起光１１を全反射させながら集束して導光部材２に入光させる。すなわち、励起光源１から導光部材２への励起光１１の導入は光導入部４を介して行われるようになっている。
【００３０】
励起光源１からの励起光１１は、光導入部４のテーパ基端側から入光させられてテーパ先端側へ案内され、そこから導光部材２内に導入される。つまり、光導入部４のテーパ基端側面は励起光源１に対する光導入部４の入光窓４１をなし、そのテーパ先端側は光導入部４に対する上記導光部材２の入光窓４２をなす。
この場合、上記テーパ形状により、励起光源１に対する光導入部４の入光窓４１面積は、光導入部４に対する導光部材２の入光窓４２面積よりも大幅に大きくなっている。
さらに、図示の例では、光導入部４のテーパ基端側が円弧状に形成されることにより、励起光源１に対して曲面状の入光窓４１を持つようになっている。
【００３１】
次に、動作について説明する。
上述したレーザ装置では、励起光源１からの励起光１１が光導入部４を介して導光部材２に導入される。
導光部材２内に導入された励起光１１は内部反射で閉じ込められながら、その導光部材２のほぼ全表面に広がって、最終的には、その導光部材２の表面に接触している光ファイバ型レーザ媒体３に吸収される。したがって、その導光部材２に接触状態で巻回されている光ファイバ型レーザ媒体３には、その巻回部分の長さ全体にわたって励起光１１が均等に分布導入される。
【００３２】
このように、導光部材２の介在により、光ファイバのような長尺レーザ媒体３でも、局部的に偏ったりすることなく、所定長さ範囲を側面から均等に分布励起させて効率の良いレーザ発振を行わせることができる。
【００３３】
ここで注目すべきことは、まず、導光部材２内への励起光１１の導入が、光導入部４のテーパ先端に形成される小面積の入光窓４２から行われることにより、その入光窓４２によって生じる導光部材２からの励起光の漏れ損失を最小限に抑えることができることである。
これにより、導光部材２での内部反射による励起光の閉じ込め効率を良好に保って、レーザ媒体３に対する励起光の導入を効率良く行わせることができる、という効果を得ることができる。
【００３４】
これとともに、励起光源１からの励起光１１の入射が、光導入部４のテーパ基端側に形成される大面積の入光窓４１から行われることにより、その入光窓４１面における励起光のパワー密度は、上昇させる必要がなく、むしろ低下させることができるようになる。したがって、塵などの汚れにそれほど影響されることなく、十分な励起光量を導入させることができる。これにより、上述した効果に併せて、塵などの汚れによるレーザ出力低下を防止することができる、という効果を得ることができる。
【００３５】
これに加えて、励起光源１に対する光導入部４の入光窓４１は、その面積や形状を、光導入部４材に対する導光部材２の入光窓４２から独立して自由に設定することができる。これにより、励起光源１のからの励起光１１が入射される入光窓４１は、励起光を無駄なく最大効率で取り込むのに最も適した面積や形状にすることができる。つまり、励起効率を高めるための最適化設計が可能である。
【００３６】
また、上記実施形態では、光導入部４の励起光源１に対する入光窓４１を曲面状に形成しているが、これにより、励起光源１らからの励起光１１の入射効率を向上させて、レーザ媒体３の励起効率をさらに高めることができる。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、導光部材２が中空形状に形成されているが、これにより、その導光部材２内における励起光の伝達距離（パス長）が短縮されるため、導光部材２内での励起光量の損失分を減らして、励起効率をさらに高めることができる。また、導光部材２を円管などの中空形状とすることにより、冷却効率を高めることもできる。
【００３８】
導光部材２を、励起効率および冷却効率等を高めるために肉薄に形成すればするほど、開口端周縁からの励起光導入が比較的困難になるが、上記光導入部４を設けたことで、その開口端周縁からの励起光導入も簡単かつ高効率に行わせることができる。
【００３９】
上記光導入部４を扁平板状に形成した場合、励起光源１に対する入光窓４１形状が線状となるが、この線状の入光窓４１形状は、励起光源１として半導体レーザを用いた場合に、集光効率を高める上でとくに有利となる。
すなわち、励起光源１として使用される半導体レーザは、その製造工程や放熱性などから、基本的にその発光端部は線状になる。通常、固体レーザの励起に使用される高出力半導体レーザでは、発光部のアスペクト比が数１０対１から数１００対１にもなる。さらに半導体レーザ素子を多数並べたレーザバーでは、１００００対１にも達する。このように、半導体レーザの発光パターン、集光パターンでは、線状以外のパターンにし難いという事情がある。このため、その半導体レーザからの励起光を効率良く取り込むためには、励起光源１に対する入光窓４１形状も線状とするのが有利である。
【００４０】
以上のように、上述したレーザ装置では、励起光１１を安定かつ高効率に光ファイバ型レーザ媒体３に分布導入させることができるため、たとえば、励起光源１として波長８０７ｎｍ、出力３０Ｗの半導体レーザを使用した場合に、波長１０６０ｎｍで１０Ｗのレーザ出力を得ることができた。
【００４１】
以上のように、上述したレーザ装置は、高効率の光アンプとして、また高効率のレーザ加工装置の光源部としても、それぞれ好適に使用することもできる。
すなわち、光アンプとして使用する場合は、レーザ媒体３を光増幅部として動作させるようにすればよい。
レーザ加工装置として使用する場合は、レーザ媒体３から出射されるレーザ光を被加工物に照射するための光学系を設ければよい。
【００４２】
図３は光導入部付近を拡大して示す断面図である。
同図に示すように、光導入部４は、溶着、接着、光学的接触（オプチカルコンタクト）、一体成型あるいは削り出し加工などにより、上記導光部材２と一体構造をなすとともに、励起光源１に対する光導入部４の入光窓４１面積が、光導入部４に対する導光部材２の入光窓４２面積よりも大きくなるように形成されている。集光系１２は、励起光源１からの励起光１１を導入部材４の入光窓４１に効率良く入射させるためのものであって、必要に応じて使用される。
【００４３】
図４は光導入部の構成例を示す。
同図の（Ａ）に示す光導入部４はテーパ形状をなし、導光部材２の端面に対して垂直に励起光１１を導入するように設けられている。
同図の（Ｂ）に示す光導入部４は導光部材２の端面に対して斜めに励起光１１を導入するように設けられている。
同図の（Ｃ）に示す光導入部４材は、励起光１１を集光させるために、励起光源１に対する入射面が球面あるいは非球面に形成されている。
同図の（Ｄ）に示す光導入部４は、光導入部４の一部に光ファイバ部４３を介在させたものであって、この光ファイバ部４３はフレキシブルな延長部材として機能する。これにより、装置の取り扱いを容易にしたり、励起光源１などの配置の自由度を高めたりする効果が得られる。
【００４４】
図５は本発明の第２実施形態を示したものであって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は底面図を示す。
同図に示す実施形態では、両端が開口した中空形状をなすガラス円管（シリンダ）により導光部材２が形成されているが、光導入部４とは反対側の開口端周縁部に別の同一形状の導光部材２’の開口端周縁部を密着接触させることにより、励起光１１を導光部材２から導光部材２’へ伝達させるようにした多連構造の集合型導光部材を構成することができる。各導光部材２，２’間は、要すれば、接着等により固定して一体化する。
この場合、光ファイバ型レーザ媒体３は、個々の導光部材２，２’ごとに独立して巻回しても良く、あるいは集合型をなす複数の導光部材２，２’に跨って巻回しても良い。
【００４５】
図６は本発明の第３実施形態を示したものであって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は底面図を示す。
同図に示す実施形態では、一つの導光部材２に複数の光導入部４，４，・・・を設けてある。これにより、複数の励起光源１，１，・・・から各光導入部４，４，・・・にそれぞれに励起光１１を入射させることができる。各光導入部４，４，・・・にはそれぞれ、フレキシブルな延長部をなす光ファイバ部４３が設けられているが、これにより、複数の光源１，１，・・・からの励起光入射を配置上の無理を伴うことなく行わせることができる。
また、この実施形態では、レーザ媒体３への励起光の導入量を光導入部４の数に応じて増やすことができる。したがって、高出力を得たい場合は、必要出力に応じた数の光導入部４を設ければよい。
【００４６】
以上説明したように、本願発明の第１の発明は、励起光源１から上記導光部材２への励起光１１の導入を光導入部４を介して行わせるとともに、上記励起光源１に対する上記光導入部４の入光窓４１面積を、上記光導入部４に対する上記導光部材２の入光窓４２面積よりも大きくしたことを特徴とするレーザ装置であって、レーザ媒体３に対する励起光の導入を効率良く行わせるとともに、塵などの汚れによるレーザ出力低下を防止できるという効果が得られる。
【００４７】
第２の発明は、第１の発明において、レーザ媒体３として光ファイバを使用したことを特徴とするレーザ装置であって、光ファイバ型レーザ媒体３を側面から安定かつ高効率に励起させることができるという効果が得られる。
【００４８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、導光部材２をレーザ媒体３に直接接触させて励起光を分布導入させるようにしたことを特徴とするレーザ装置であって、レーザ媒体３を効率良く分布励起させることができるという効果が得られる。
【００４９】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、導光部材２とレーザ媒体３の間に光学媒質５を介在させて間接的に励起光１１を分布導入させるようにしたことを特徴とするレーザ装置であって、レーザ媒体３を効率良く分布励起させることができるという効果が得られる。
【００５０】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、光導入部４が、励起光源１からの励起光１１を全反射させながら集束して導光部材２に入光させるように形成された全反射面を有することを特徴とするレーザ装置であって、励起光１１を効率良く案内して導光部材２に導入させることができるという効果が得られる。
【００５１】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、光導入部４が、励起光源１に対して曲面状の入光窓４１を有することを特徴とするレーザ装置であって、光導入部４に対する励起光１１の集光を効率良く行わせることができるという効果が得られる。
【００５２】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、一つの導光部材２に複数の光導入部４を設けたことを特徴とするレーザ装置であって、レーザ出力の高出力化が容易になるという効果が得られる。
【００５３】
第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明において、導光部材２が中空形状に形成されているとともに、この導光部材２の表面に沿ってレーザ媒体３が配置されていることを特徴とするレーザ装置であって、励起光の伝達効率と導光部材２の冷却効率を共に高めることができるという効果が得られる。
【００５４】
第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、導光部材２が板状に形成されているとともに、この導光部材２の表面に沿ってレーザ媒体３が配置されていることを特徴とするレーザ装置であって、とくに半導体レーザからの励起光の入射を効率的に行わせることができるという効果が得られる。
【００５５】
第１０の発明は、第１から第９のいずれかの発明において、光導入部４の一部に光ファイバ部４３を介在させたことを特徴とするレーザ装置であって、配置上の制約が緩和されて、取り扱いが容易になるとともに、励起光源１などの配置の自由度が高められるという効果が得られる。
【００５６】
第１１の発明は、第１から第１０のいずれかの発明において、導光部材２を光ファイバで形成するとともに、この光ファイバの端部に光導入部４を形成したことを特徴とするレーザ装置であって、光ファイバ型導光部材への励起光導入を簡単かつ効率良く行わせることができるという効果が得られる。
【００５７】
第１２の発明は、光増幅部をなすレーザ媒体３と、励起光源１からの励起光１１を閉じ込めながら上記レーザ媒体３に分布導入させるように形成された導光部材２とを有する光アンプであって、上記励起光源１から上記導光部材２への励起光１１の導入を、上記導光部材２と一体構造をなす光導入部４を介して行わせるとともに、上記励起光源１に対する上記光導入部４の入光窓４１面積を、上記光導入部４に対する上記導光部材２の入光窓４２面積よりも大きくしたことを特徴とする光アンプであって、光増幅を高効率に行わせることができるという効果が得られる。
【００５８】
第１３の発明は、第１２の発明において、レーザ媒体３として光ファイバを使用したことを特徴とする光アンプであって、光ファイバ型レーザ媒体３を使って高効率の光増幅を行わせることができるという効果が得られる。
【００５９】
第１４の発明は、レーザ媒体３から出射されるレーザ光を被加工物に照射する光学系と、励起光源１からの励起光１１を閉じ込めながら上記レーザ媒体３に分布導入させるように形成された導光部材２とを有するレーザ加工装置であって、上記励起光源１から上記導光部材２への励起光１１の導入を、上記導光部材２と一体構造をなす光導入部４を介して行わせるとともに、上記励起光源１に対する上記光導入部４の入光窓４１面積を、上記光導入部４に対する上記導光部材２の入光窓４２面積よりも大きくしたことを特徴とするレーザ加工装置であって、高出力レーザによる加工を効率良く行うことができるという効果が得られる。
【００６０】
第１５の発明は、第１４の発明において、レーザ媒体３として光ファイバを使用したことを特徴とするレーザ加工装置であって、光ファイバ型レーザ媒体３による加工用レーザを高出力かつ高効率に得ることができるという効果が得られる。
【００６１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６２】
たとえば、導光部材２は光ファイバを用いて構成することもできる。この場合、光ファイバの一端にテーパ状に拡開する光導入部４を形成するとともに、その他端を全反射面とすることにより、光導入部４から導入された励起光を閉じ込めながらレーザ媒体に分布導入させる光ファイバ型導光部材２を形成することができる。
この光ファイバ型導光部材２は、光ファイバを使用したレーザ媒体と側面同士で直接または間接的に接触させながら並行させることにより、そのレーザ媒体に励起光を均等に分布導入させることができる。
また、光ファイバ型導光部材から円筒状あるいはディスク状のレーザ媒体に励起光を分布導入させることもできる。
【００６３】
励起光源１は、半導体レーザ以外の光源、たとえばキセノン放電管などを使用してもよい。
【００６４】
導光部材および光導入部４材の材質はガラスに限らず、たとえばアクリル樹脂などを使用してもよい。また、導光部材と光導入部４材は必ずしも同一材質である必要はなく、たとえば一方をガラスで構成し、他方を透明樹脂で構成してもよい。
【００６５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、励起光源から導光部材への励起光の導入を光導入部を介して行わせるとともに、上記励起光源に対する上記光導入部の入光窓面積を、上記光導入部に対する上記導光部材の入光窓面積よりも大きくしたことにより、レーザ媒体に対する励起光の導入を効率良く行わせるとともに、塵などの汚れによるレーザ出力低下を防止できるようにしたレーザ装置および光アンプおよびレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ装置および光アンプおよびレーザ加工装置の要部における第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明に先だって検討されたレーザ装置の概略構成を示す図である。
【図３】光導入部付近を拡大して示す断面図である。
【図４】光導入部の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１  励起光源
１１  励起光
１２  集光系
２  導光部材
２’  導光部材
２１  プリズム部（入光窓）
３  レーザ媒体
４  光導入部
４１  入光窓（励起光源側）
４２  入光窓（導光部材側）
４３  光ファイバ部
５  光学媒質
【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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