(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質を内部に含み、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性の光ファイバと、上記レーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源と、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域を形成する反射囲繞部とを有し、上記光ファイバの少なくとも一部と上記励起光源の発光領域の少なくとも一部とが占める領域を上記光学的な閉塞領域内に閉じ込めることにより、励起光がその閉塞領域内に閉じ込められながら上記光ファイバ内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起させるようにしたレーザ装置であって、
所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体に前記光ファイバを接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、この塊状の光ファイバを上記励起光導光体と共に、反射囲繞部が形成する光学的な閉塞領域内に閉じこめたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体に前記光ファイバを接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、その励起光導光体の内部に励起光源の発光領域の少なくとも一部を位置させ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】
円筒形状または円柱形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体に前記光ファイバを接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、その励起光導光体の内部に励起光源の発光領域の少なくとも一部を位置させ、さらに、上記発光領域から発せられる励起光の進行方向を上記励起光導光体の壁面に対して略平行な方向に近づける反射部を設けた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】
切欠部を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体に前記光ファイバを接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、上記切欠部に励起光源の発光領域を配置した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５】
励起光源が、放電発光管または半導体レーザ素子であ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】
レーザ活性物質を内部に含み、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性の光ファイバと、上記レーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源と、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域を形成する反射囲繞部とを有し、上記光ファイバの少なくとも一部と上記励起光源の発光領域の少なくとも一部とが占める領域を上記光学的な閉塞領域内に閉じ込めることにより、励起光がその閉塞領域内に閉じ込められながら上記光ファイバ内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起させるレーザ加工装置であって、
所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体に前記光ファイバを接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、この塊状のレーザ光導光体を上記励起光導光体と共に、反射囲繞部が形成する光学的な閉塞領域内に閉じこめ、
励起光が上記閉塞領域内に閉じ込められながら上記光ファイバ内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起することにより出力されるレーザ光を加工対象に照射させるように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、たとえば光ファイバ内部に含まれるレーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ発振または増幅を行わせるレーザ装置およびレーザ加工装置に関し、とくに、光通信、光計測、レーザ加工などの分野に適用して有効なものに関する。
【従来の技術】
たとえば、光通信、光計測、レーザ加工の分野では、より高出力またはより高効率で、かつより安価なレーザ装置の開発が望まれている。従来、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装置が知られている。
光ファイバレーザ装置は、レーザ活性物質を含むコア部とこのコア部を同軸状に囲繞するクラッド部からなる光ファイバをレーザ光導光体（いわゆるレーザ媒体）として使用するものであり、コア部の径並びに、コア部とクラッド部間の光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できる。
また、光ファイバ内に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ることができる。さらに、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できる。したがって、質の良いレーザ光を比較的安価に得ることができる。あるいは、高能率の光増幅を行わせることができる。
【０００２】
ここで、レーザ光のさらなる高出力化または高効率化を実現するには、光ファイバの中のレーザ活性イオンまたは色素、その他の発光中心（以下、レーザ活性物質という）の添加領域に効率良く励起光を導入して吸収させる必要がある。コア部とクラッド部からなる光ファイバの場合、そのレーザ活性物質はコア部に添加されるので、そのコア部に励起光を効率良く導入させる必要がある。
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部の径を設定すると、その径は十数μｍ以下に限定されてしまう。このような小さな径に効率良く励起光を導入するのは一般的に困難である。
上記困難を克服する手段として、たとえば特開平１１−２８４２５５号（特願平１０−３５０３０６号）公報にて「ファイバレーザ装置及びファイバ加工装置」が提案されている。この提案技術のレーザ装置においては、レーザ活性物質を含むコア部を有し、かつその活性物質が励起されることによって端部からレーザ光を出力するレーザファイバが、その活性物質を励起するための励起光を閉じ込める得る導光構造体と直接または光学媒質を介して間接的に接触しており、その接触した部分を通じて入射する励起光により上記活性物質が励起される。
つまり、励起光を閉じ込め得る構造の励起光導光体を使用し、この励起光導光体を介してファイバ状のレーザ光導光体の側面から励起光を導入させるようにしたものであり、励起光はレーザ光導光体の長手方向に分布した状態で導入される。このようにしてレーザ光導光体に分布導入された励起光により、そのレーザ光導光体の内部に含まれるレーザ活性物質を励起することができる。
【０００３】
この場合、励起光導光体への励起光の導入は、その励起光導光体の任意の個所に設けられた入射プリズム部などを介して行うことができる。励起光導光体に入射された励起光は、その励起光導光体の内部で反射を繰り返しながら、その励起光導光体の内部全体に拡がって伝搬し、レーザ光導光体の側面と直接または間接的に接触する部分から、そのレーザ光導光体に導入される。
励起光導光体は、たとえば中空円筒状あるいは扁平ディスク状の導光構造体であって、励起光源から導入された励起光を内部反射により閉じ込めながら伝搬させる。この構造体にファイバ状のレーザ光導光体を巻き付けるなどして、レーザ光導光体が所定長さにわたって励起光導光体の表面に光学的に接触するようにすると、励起光導光体内部に閉じ込められながら伝搬させられる励起光が、その接触部分を通してレーザ光導光体に入射するようになる。
このような励起構造を有するレーザ装置は、ファイバ状レーザ光導光体への励起光の導入が容易であるとともに、従来はファイバの端面からの入射に限られていた励起光の導入が、励起光導光体をなす構造体の任意の位置からの導入が可能になり、これにより、複数の励起光源による励起も容易になった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成されたレーザ装置において、レーザ発振または増幅を効率良く行わせるためには、レーザ活性物質を含むレーザ光導光体内に励起光をできるだけ高効率で導入させる必要がある。
ファイバ状レーザ光導光体への励起光の導入は、上述したように、励起光を閉じこめながら伝搬する励起光導光体を介して分布状に行うことにより、ファイバの端面から直接入射させる場合よりも容易になった。この場合、問題となるのは、上記励起光導光体内への励起光の導入を如何に効率良く行うかである。
上述した従来の装置では、たとえば励起光導光体に入射プリズム部を設け、そこから励起光を入射させるようにしていた。つまり、励起光導光体にプリズム部などによる入射窓を形成して、その入射窓から励起光を導入させていた。この場合、その入射窓から励起光が逃げることよる損失を少なく抑えるために、その入射窓はできるだけ小面積にする必要がある。そこで、今度は、その小面積の入射窓から励起光を効率良く入射させるために、集光性の良い励起光源が必要となった。
しかし、集光性の良い光源たとえばレーザ光源は一般に高価であって、これを使うと、装置が高コストになってしまうという問題が生じる。レーザ光源の中でも半導体レーザは比較的安価に得られるが、半導体レーザとくに低コストで使えるものは集光性あるいは集光効率が必ずしも良好とは言えず、上述した励起光の導入を効率良く行わせるには不十分であった。
【０００５】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、励起光の集光性に依存せずに、簡単かつ低コストな構成で、レーザファイバのようなレーザ光導光体を効率良く励起することが可能なレーザ装置およびそのようなレーザ装置を備えたレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の手段は、レーザ活性物質を内部に含み、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性のレーザ光導光体と、上記レーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源と、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域を形成する反射囲繞部とを有し、上記レーザ光導光体の少なくとも一部と上記励起光源の発光領域の少なくとも一部とが占める領域を上記光学的な閉塞領域内に閉じ込めることにより、励起光がその閉塞領域内に閉じ込められながら上記レーザ光導光体内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起させるようにしたことを特徴とするレーザ装置である。
【０００７】
第２の手段は、第１の手段において、所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、この塊状のレーザ光導光体を上記励起光導光体と共に、反射囲繞部が形成する光学的な閉塞領域内に閉じこめたことを特徴とするレーザ装置である。
【０００８】
第３の手段は、第１または第２の手段において、所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、その励起光導光体の内部に励起光源の発光領域の少なくとも一部を位置させたことを特徴とするレーザ装置である。
【０００９】
第４の手段は、第１から第３のいずれかの手段において、壁構造を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、その励起光導光体の内部に励起光源の発光領域の少なくとも一部を位置させ、さらに、上記発光領域から発せられる励起光の進行方向を上記励起光導光体の壁面に対して略平行な方向に近づける反射部を設けたことを特徴とするレーザ装置である。
【００１０】
第５の手段は、第１から第４のいずれかの手段において、切欠部を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、上記切欠部に励起光源の発光領域を配置したことを特徴とするレーザ装置である。
【００１１】
第６の手段は、第１から第５のいずれかの手段において、レーザ光導光体が光ファイバであることを特徴とするレーザ装置である。
第７の手段は、第１から第６のいずれかの手段において、励起光源が、発散性または発散成分の多い光を発する発光体または半導体レーザ素子であることを特徴とするレーザ装置である。
【００１２】
第８の手段は、レーザ活性物質を内部に含み、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性のレーザ光導光体と、上記レーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源と、上記レーザ光導光体の少なくとも一部と上記励起光源の発光領域の少なくとも一部とが占める領域を光反射面で形成される光学的な閉塞領域内に閉じ込める反射囲繞部とを有し、励起光が上記閉塞領域内に閉じ込められながら上記レーザ光導光体内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起することにより出力されるレーザ光を加工対象に照射させるようにしたことを特徴とするレーザ加工装置である。
【００１３】
上述した手段によれば、たとえば放電発光管、低コスト仕様の半導体レーザ、高出力化のために集合素子として形成された半導体レーザアレイなどのように、集光性の悪い励起光源からの励起光を、レーザ光導光体内に効率の良く導入させることができる。
これにより、励起光の集光性に依存せずに、簡単かつ低コストな構成で、レーザファイバのようなレーザ光導光体を効率良く励起することが可能なレーザ装置およびそのようなレーザ装置を備えたレーザ加工装置を提供する、という目的が達成される。
【００１４】
【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、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示すものとする。
図１は、本発明によるレーザ装置の第１の実施形態の要部を模式的に示す一部破断斜視図である。
図２は、図１に示したレーザ装置の断面状態を示す。
図１と図２に示すレーザ装置は、レーザ光導光体１、励起光導光体２、励起光源３、反射囲繞部４などにより構成される。
レーザ光導光体１は長尺で可撓性を有する光ファイバであって、レーザ活性物質を含むコア部と、このコア部を囲繞するクラッド部とによって形成される。このレーザ光導光体１は励起光導光体２に接触して光学的結合を成しながら多数回巻回されて螺旋形状を形作っている。
励起光導光体２は、ガラス等の導光材料からなる中空円筒状の構造体であって、その円筒の壁部内に励起光を閉じこめながら伝搬させる。この励起光導光体２には、励起光源３が挿入される孔２１が設けられている。
励起光源３には、フラッシュランプ、アークランプに代表される放電発光管などのように発散性または発散成分の多い光を発する発光体、または集光性が悪い低コストの半導体レーザ素子を使用している。この励起光源３は上記励起光導光体３の孔２１内の中に挿入されて配置されている。
反射囲繞部４は円筒容器状に形成され、その内側面全体に金コートによる光反射面４１が形成されている。これにより、その反射囲繞部４の内側空間は、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域４２となっている。この閉鎖領域４２内に、上記レーザ光導光体１、上記励起光導光体２、および励起光源３が閉じ込められている。
【００１５】
上述した装置において、励起光源３から発せられた励起光は、上記孔２１の内壁面から励起光導光体３内に入光して、その励起光導光体３内を閉じ込められながら伝搬する。そして、その励起光導光体２からレーザ光導光体２に分布状に導入されて、そのレーザ光導光体２内に含まれるレーザ活性物質を励起する。
このとき、励起光源は３は、上述したように、拡散性の光源または集光性の悪い光源を使用していることにより、その発光領域から放射された励起光の一部が励起光導光体２の外へ拡散する。また、励起光導光体２内にいったん導入された励起光の一部も、その導光体２の外へ漏れることがある。
しかし、その励起光導光体２の外に拡散および漏洩した励起光は上記閉塞領域４１内で反射されて、その中に閉じ込められる。これにより、励起光源３から発せられた励起光のほとんどは、最終的に、上記レーザ光導光体１に導入されてレーザ活性物質に吸収されるようになる。
【００１６】
以上のように、上述したレーザ装置は、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性のレーザ光導光体１と、このレーザ光導光体１内に含まれるレーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源３とを、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域４２内に閉じこめた構成を有しているが、この構成により、光源３から発せられた励起光は、その光源３が、たとえば放電発光管や低コスト仕様の半導体レーザ素子などのように、拡散性または拡散成分の多い光を発するものであったとしても、レーザ活性物質を効率良く励起して、高能率のレーザ発振または増幅等を行わせることができる。
これにより、励起光源の集光性に依存せずに、簡単かつ低コストな構成で、レーザファイバのようなレーザ光導光体を効率良く励起することが可能なレーザ装置を提供することができる。また、そのレーザ装置から出力されるレーザ光を加工対象に照射させるように構成することにより、低コストながら加工性能にすぐれたレーザ加工装置を提供することができる。
【００１７】
また、上述したレーザ装置は、所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体２を有するとともに、この励起光導光体２にレーザ光導光体１を接触させながら多数回巻回または折り返えして所定の塊状を形作らせる構成を有しているが、この構成により、その励起光導光体２からレーザ光導光体１に対して、励起光を効率良く閉じ込めながら分布導入させることができる光結合状態を得ている。
さらに、上述したレーザ装置は、上記励起光導光体２の内部に励起光源３を位置させる構成を有しているが、この構成により、その励起光源３からの励起光を励起光導光体２内に直接導入させることができようになって、その励起光導光体２からレーザ光導光体１への励起光の導入効率を向上させることができる。
そして、励起光導光体２が壁構造を有する導光構造体であることにより、その励起光導光体２内での励起光は、その壁構造に沿って効率良く閉じ込められながら伝搬させられるようになる。このことも、上述した励起光の導入効率の向上に大きく寄与する。
【００１８】
なお、上述したレーザ装置では、レーザ光導光体１および励起光源３の全体を光学的な閉塞領域４２内に閉じこめるようにしたが、たとえば設計の自由度を増すために、レーザ光導光体１と励起光源３の発光領域はそれぞれ、その一部また主要部だけを上記光学的な閉塞領域４２内に閉じ込めるようにしてもよい。また、レーザ光導光体１は、巻回すること以外に、たとえば所定の構造を有する励起光導光体または支持体の表面に沿って折り返すことでも、所定の塊状を形作ることができる。
【００１９】
図３は、本発明によるレーザ装置の第２の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、励起光導光体２を中空円筒状に形成するとともに、その中空部の中心軸を偏芯させることで、導光体２の壁厚に連続的な変化を持たせている。そして、その壁厚が最大となる個所に、励起光源３を挿入配置するための孔２１を設けている。
これにより、励起光源３からの励起光が導入される個所の壁だけを選択的に厚くして、励起光導光体２への励起光の導入を高効率で行わせることができる一方、励起光導光体２全体の体積を減少させて励起光の閉じこめ密度および効率を高めるということが可能になる。また、励起光導光体２の壁は、励起光源３から遠くなるほど薄くなるように形成されているが、この薄く形成した個所では励起光の伝搬密度が高くなるので、励起光導光体２からレーザ光導光体１への光導入効率が向上させられる。
このようにして、この実施形態では、レーザ光導光体１と励起光導光体２の間に良好な光学的結合を形成することができる。これにより励起光の分布導入効率を高めてレーザ発振または増幅を高能率に行わせることができる。
なお、この実施態様では、励起光導光体２の中空部を真円状の空間断面を有する等径円柱状としたが、楕円状の空間断面を有する不等径円柱状であってもよく、この場合も、上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
図４は、本発明によるレーザ装置の第３の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、中空円筒状の励起光導光体２の円筒壁に、励起光源３を挿入配置するための孔２１が２個所設けている。２つの孔２１，２１は、互いに１８０度ずつ均等に離れた対称位置に配置されていて、それぞれに励起光源３，３が挿入配置されている。
この２つの励起光源３，３からそれぞれに発せられた励起光は、互いに１８０度ずつ均等に離れた位置から励起光導光体２内に導入される。これにより、各励起光源３，３からの励起光を励起光導光体２内に均等に伝搬させてレーザ光導光体１内に効率良く分布導入させることができる。また、複数の光源３，３を使用することで、励起光量を増やしてレーザの高出力化をはかることもできる。
【００２１】
図５は、本発明によるレーザ装置の第４の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、図３に示した装置において、励起光源３の発光領域から発せられる励起光を励起光導光体２の壁面に対して略平行な方向へ反射する反射部（ミラー）２２を設けている。
反射部２２は、励起光源３から発せられた励起光のうち、上記壁面に高角度で入射して全反射を壊すような方向へ放射された光、つまり励起光導光体２の外へ抜け出てしまうような方向へ放射された光を、その励起光導光体２内に直接導入させる方向へ反射する。
これにより、励起光源３から発せられた拡散光を効率良く集めてレーザ光導光体１に導入させることができる。
【００２２】
図６は、本発明によるレーザ装置の第５の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、レーザ光導光体１の塊状を形状保持する手段として、上述した励起光導光体２の代わりに、外側に金コートによる反射面が全面的に形成された円柱状の支持体５を使用している。レーザ光導光体１は、その支持体５に多数回巻回されて所定の塊状を形作っている。この保持体５およびレーザ光導光体１は、上述した反射囲繞部４による光学的な閉塞領域４１内に配置されている。そして、励起光源３は、その反射囲繞部４と、所定の塊状をなしているレーザ光導光体１との間の、環状空洞部４３に配置されている。励起光源１から放射された励起光は、上記環状空洞部４３内に閉じ込められながら伝搬して、最終的に、レーザ光導光体１内に分布導入される。
このレーザ装置は、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性のレーザ光導光体１と、このレーザ光導光体１内に含まれるレーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源３とを、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域４２内に閉じこめる構成を有していて、この構成により、たとえば放電発光管や低コスト仕様の半導体レーザ素子などのように、集光性の悪い励起光源３を使用しながら、その光を高効率に活用してレーザ発振または増幅等を行わせることができる。
【００２３】
図７は、本発明によるレーザ装置の第６の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、励起光導光体２として、中空部を有しない充実構造の円柱状導光体を使用している。このような構成においても、励起光導光体２を使用することにより、その励起光導光体２からレーザ光導光体１に対して、励起光を効率良く閉じ込めながら分布導入させることができる光結合状態を得ることができ、これにより、集光性の悪い励起光源３からの励起光を使ってレーザ発振または増幅を高効率に行わせることができる。
この場合、励起光源３は、図に示すように、励起光導光体１の円周面に近い位置に配置することが好ましい。このような配置により、励起光はレーザ光導光体１に近い表面付近で高密度に分布するようになり、そのレーザ光導光体１への導入効率を向上させることができる。
【００２４】
図８は、本発明によるレーザ装置の第７の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、励起光導光体２に切欠部２３を設け、この切欠部２３に励起光源３の発光領域を配置してある。
励起光導光体２は中空円筒状であって、その円筒の壁にスリット状の切欠部２３が形成されている。励起光源３はそのスリット状切欠部２３内に配置されている。その切欠部２３の開口付近には、図５に示したものと同様に、励起光源３の発光領域から発せられる励起光の進行方向を励起光導光体２の壁面に対して略平行な方向に近づけるような反射部（ミラー）２２が設けられている。このような構成により、励起光源３から発せられた拡散光を効率良く集めてレーザ光導光体１に導入させるという効果を得ている。
【００２５】
図９は、本発明によるレーザ装置の第８の実施形態の要部断面図を示す。
同図に示す装置では、励起光導光体２を、中空部を有しない充実構造の円柱状に形成するとともに、その円柱の側面に、軸方向に延びる溝状の切欠部２３を形成し、この溝状の切欠部２３の中に励起光源３を配置している。
その切欠部２３の開口付近には、図５に示したものと同様に、励起光源３の発光領域から発せられる励起光の進行方向を励起光導光体２の壁面に対して略平行な方向に近づける反射部（ミラー）２２が設けられている。
これにより、この実施態様の場合も、励起光源３から発せられた拡散光を効率良く集めてレーザ光導光体１に導入させることができるようになっている。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の代表的な実施例を示す。
（実施例）
この実施例では、図１と図２に示したファイバ型レーザ装置を構成した。
まず、励起光導光体２は、石英ガラス製であって、外形１０ｃｍ、内径８.０ｃｍ、長さ８ｃｍの中空円筒状に形成されている。その中空円筒の内周面および外周面はそれぞれ光学研磨が施されている。
反射囲繞部４は、図では円筒の胴部だけ示してあるが、全体は、上下の開口も塞がれる円筒容器状であって、その容器の内側面全体に金コートによる光反射面が形成されている。
レーザ光導光体１は、コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍのレーザファイバを使用した。レーザファイバの母材は石英ガラスからなり、コア部には０．５ａｔ％の濃度でＮｄ3+イオンがドープされている。
上記レーザ光導光体１を上記励起光導光体２の円周面に約４５０周、およそ１４０ｍ巻き付けて、全体がほぼ円管に近い螺旋状の塊状を作製した。
レーザ光導光体１の一端面は平面研磨後に、レーザー発振波長１．０６μｍにおいて反射率９８％以上となるような多層膜コートが施されている。また、その他端面は、ファイバを垂直破断しただけの面であって、コート処理等はなされていない。この他端面での反射率は、レーザー発振波長１．０６μｍに対して４％程度である。
上記励起光導光体２の円筒壁部に直径６ｍｍの孔２１を空け、ここに励起光源３として、直径約５ｍｍ、アーク長約７５ｍｍのキセノンフラッシュランプを挿入した。このフラッシュランプから放射された励起光は、円筒状励起光導光体２の内周面と外周面との間で全反射を繰り返しつつ、円筒内を周回して行く。
上記励起光導光体２にはレーザ光導光体１のクラッド部が接触して部分的な光結合をなしている。ここで、両者の屈折率をほぼ等しくすることにより、両者の接触部分に至った励起光は、励起光導光体２内で全反射されずにレーザ光導光体１内に導入されるようになる。これにより、励起光導光体１内に閉じ込められた励起光がレーザ光導光体１内に高い効率で分布導入される。
【００２７】
上記の構成において、約１００Ｊのパルス光で励起を行ったところ、パルス幅約２００μｓｅｃ、エネルギー約１００ｍＪのレーザ発振が確認できた。そのときの効率は約０.１％であった。
この実施例では、励起光源３として半導体レーザよりも集光性が悪いフラッシュランプを用いたが、フラッシュランプを用いたことで、半導体レーザを用いた場合よりも容易にピーク出力が大きいパルス光を得ることができた。
また、光源自体の低コスト化メリットも得られた。さらに、レーザ光導光体１いわゆるレーザ媒体としてレーザファイバを用いた場合、バルク型のレーザ媒体を用いる場合と比較して、熱レンズ効果が発生せず、高出力動作でも安定したレーザ光出力が得られることが判明した。
【００２８】
以上説明したように、本発明の第１の発明は、レーザ活性物質を内部に含み、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性のレーザ光導光体と、上記レーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源と、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域を形成する反射囲繞部とを有し、上記レーザ光導光体の少なくとも一部と上記励起光源の発光領域の少なくとも一部とが占める領域を上記光学的な閉塞領域内に閉じ込めることにより、励起光がその閉塞領域内に閉じ込められながら上記レーザ光導光体内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起させるようにしたことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、これにより、励起光源の集光性に依存せずに、簡単かつ低コストな構成で、レーザファイバのようなレーザ光導光体を効率良く励起することが可能なレーザ装置を提供することができる。
【００２９】
第２の発明は、第１の発明において、所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、この塊状のレーザ光導光体を上記励起光導光体と共に、反射囲繞部が形成する光学的な閉塞領域内に閉じこめたことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、励起光導光体からレーザ光導光体に対して、励起光を効率良く閉じ込めながら分布導入させるための良好な結合状態を得ることができる。
【００３０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、所定の構造形状を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、その励起光導光体の内部に励起光源の発光領域の少なくとも一部を位置させたことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、励起光源からの励起光を励起光導光体内に直接導入させて、レーザ光導光体への励起光の導入効率を高めることができる。
【００３１】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、壁構造を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、その励起光導光体の内部に励起光源の発光領域の少なくとも一部を位置させ、さらに、上記発光領域から発せられる励起光の進行方向を上記励起光導光体の壁面に対して略平行な方向に近づける反射部を設けたことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、励起光を励起光導光体の壁構造に沿って効率良く閉じ込めながら伝搬させることができる。
【００３２】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、切欠部を有する導光構造体であって励起光を閉じこめながら伝搬させる励起光導光体を有し、この励起光導光体にレーザ光導光体を接触させながら多数回巻回または折り返すことにより所定の塊状を形作るとともに、上記切欠部に励起光源の発光領域を配置したことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、励起光源から発せられた拡散光を効率良くレーザ光導光体１に導入させることができる。
【００３３】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、レーザ光導光体が光ファイバであることを特徴とするレーザ装置である。
これにより、熱レンズ効果が発生せず、高出力動作でも安定したレーザ光出力が得られるようになる。
【００３４】
第７の発明は、第１から第６のいずれかの発明において、励起光源が、発散性または発散成分の多い光を発する発光体または半導体レーザ素子であることを特徴とするレーザ装置である。
これにより、装置の低コスト化が可能になるほか、ピーク出力が大きいパルス光を、半導体レーザ光源で励起するよりも容易に得ることがができる。
【００３５】
第８の発明は、レーザ活性物質を内部に含み、多数回巻回または折り返されて所定の塊状を形作っている長尺で可撓性のレーザ光導光体と、上記レーザ活性物質を励起するための励起光を発する励起光源と、上記レーザ光導光体の少なくとも一部と上記励起光源の発光領域の少なくとも一部とが占める領域を光反射面で形成される光学的な閉塞領域内に閉じ込める反射囲繞部とを有し、励起光が上記閉塞領域内に閉じ込められながら上記レーザ光導光体内に分布導入されて上記レーザ活性物質を励起することにより出力されるレーザ光を加工対象に照射させるようにしたことを特徴とするレーザ加工装置である。
これにより、加工性能にすぐれたレーザ加工装置を低コストで構成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明は、長尺で可撓性のレーザ光導光体を多数回巻回または折り返して所定の塊状に形作るとともに、この塊状をなすレーザ光導光体を励起光源と共に、光反射面で取り囲まれた光学的な閉塞領域内に閉じ込めて、励起光がその閉塞領域内に閉じ込められながら上記レーザ光導光体内に分布導入されるような構成を有することにより、励起光源の集光性に依存せずに、簡単かつ低コストな構成で、レーザファイバのようなレーザ光導光体を効率良く励起することが可能なレーザ装置を提供することができる。また、そのレーザ装置から出力されるレーザ光を加工対象に照射させるように構成することにより、低コストながら加工性能にすぐれた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の第１の実施形態の要部を模式的に示す一部破断斜視図である。
【図２】図１に示したレーザ装置の断面状態を示す図である。
【図３】本発明によるレーザ装置の第２の実施形態の要部断面図を示す図である。
【図４】本発明によるレーザ装置の第３の実施形態の要部断面図を示す図である。
【図５】本発明によるレーザ装置の第４の実施形態の要部断面図を示す図である。
【図６】本発明によるレーザ装置の第５の実施形態の要部断面図を示す図である。
【図７】本発明によるレーザ装置の第６の実施形態の要部断面図を示す図である。
【図８】本発明によるレーザ装置の第７の実施形態の要部断面図を示す図である。
【図９】本発明によるレーザ装置の第８の実施形態の要部断面図を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ光導光体
２  励起光導光体
２１  孔
２２  反射部（ミラー）
２３  切欠部
３  励起光源
４  反射囲繞部
４１  光反射面
４２  光学的な閉塞領域
４３  空洞部
５  保持体
【図１】
0004261006.tif 000002
【図２】
0004261006.tif 000003
【図３】
0004261006.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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