(57)【要約】【課題】コンパクトで低コストの構成を有し、かつ加工用のレーザビームを殆ど減衰させずに通す一方で被加工物からの反射戻り光を効率よく確実に除去できるレーザ加工用の光アイソレータを提供すること。【解決手段】この光アイソレータ１００は、加工用レーザビームＦＢの伝播方向に沿って第１の分岐結合部１０２、ファラデー回転子１０４、１／２波長板１０６および第２の結合分岐部１０８をこの順序で一列に配置している。第１の分岐結合部１０２は、ガラスキューブ１１２の中にコーティングされた反射射透過膜１１０と、その近傍の所定位置に所定の傾斜姿勢で配置される折り返しミラー１１４とからなる。第２の結合分岐部１０８は、ガラスキューブ１１８の中にコーティングされた反射射透過膜１１６と、その近傍の所定位置に所定の傾斜姿勢で配置される折り返しミラー１２０とからなる。【選択図】  図２Ｂ
2009116181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振部と被加工物とを光学的に結ぶレーザ伝送系の途中に設けられ、前記レーザ発振部側から順方向に伝播してきた加工用レーザビームを通し、前記被加工物側から逆方向に伝播してきた反射戻り光を除去するレーザ加工用の光アイソレータであって、
前記レーザ発振部側からみて第１の分岐結合部、ファラデー回転子、１／２波長板および第２の分岐結合部がこの順序で配置され、
前記第１の分岐結合部が、前記レーザ発振部からの前記加工用レーザビームを、偏光面が互いに直交し、かつ互いに平行に伝播する第１および第２の直線偏光成分に２分割し、
前記ファラデー回転子が、前記第１の分岐結合部からの前記第１および第２の直線偏光成分を共通のファラデー素子に通してそれぞれの偏光面を所定の回転方向に４５度だけ回転させ、
前記１／２波長板が、その結晶の光軸方向を基準として軸対称に前記第１および第２の直線偏光成分の偏光面をそれぞれ所定角度だけ回転させ、
前記第２の分岐結合部が、前記１／２波長板からの前記第１および第２の直線偏光成分を同一のレーザ光路上で合成して、前記加工用レーザビームを復元し、
前記第２の分岐結合部が、前記被加工物からの前記反射戻り光を、前記第１および第２の直線偏光成分とそれぞれ同一の偏光面を有し、かつ互いに平行に伝播する第３および第４の直線偏光成分に２分割し、
前記１／２波長板が、その結晶の光軸方向を基準として軸対称に前記第３および第４の直線偏光成分の偏光面をそれぞれ所定角度だけ回転させ、
前記ファラデー回転子が、前記１／２波長板からの前記第３および第４の直線偏光成分を前記共通のファラデー素子に通してそれぞれの偏光面を前記所定の回転方向に４５度だけ回転させ、
前記第１の分岐結合部が、前記ファラデー回転子からの前記第３および第４の直線偏光成分を前記レーザ伝送系から異方向に外れた逸脱光路上に導いて前記レーザ伝送系から除去するレーザ加工用の光アイソレータ。
【請求項２】
前記第１の分岐結合部が、透明な支持体にコーティングされた第１反射透過膜と第１の折り返しミラーとを有し、
前記第１の反射透過膜に前記レーザ発振部からの前記加工用レーザビームが４５度の入射角で入射して、入射した前記加工用レーザビームのうち前記第１の直線偏光成分が前記ファラデー回転子に向かってまっすぐ透過するとともに前記第２の直線偏光成分が前記第１の折り返しミラーに向かって直角に反射し、
前記第１の反射透過膜において、前記ファラデー回転子からの前記第３の直線偏光成分が前記第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から入射して前記逸脱光路上に直角に反射するとともに、前記第１の折り返しミラーからの前記第４の直線偏光成分が前記第２の直線偏光成分の反射方向と逆の方向から入射して前記逸脱光路上にまっすぐ透過し、
前記第１の折り返しミラーにおいて、前記第１の反射透過膜からの前記第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記ファラデー回転子に向かって直角に反射するとともに、前記ファラデー回転子からの前記第４の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記第１の反射透過膜に向かって直角に反射する請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記第１の分岐結合部が、透明な支持体にコーティングされた第１の反射透過膜と第１の折り返しミラーとを有し、
前記第１の反射透過膜に前記レーザ発振部からの前記加工用レーザビームが４５度の入射角で入射して、入射した前記加工用レーザビームのうち前記第１の直線偏光成分が前記第１の折り返しミラーに向かってまっすぐ透過するとともに前記第２の直線偏光成分が前記ファラデー回転子に向かって直角に反射し、
前記第１の反射透過膜において、前記第１の折り返しミラーからの前記第３の直線偏光成分が前記第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から入射して前記逸脱光路上に直角に反射するとともに、前記ファラデー回転子からの前記第４の直線偏光成分が前記第２の直線偏光成分の反射方向と逆の方向から入射して前記逸脱光路上にまっすぐ透過し、
前記第１の折り返しミラーにおいて、前記第１の反射透過膜からの前記第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記ファラデー回転子に向かって直角に反射するとともに、前記ファラデー回転子からの前記第３の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記第１の反射透過膜に向かって直角に反射する請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
前記第２の分岐結合部が、透明な支持体にコーティングされた第２の反射透過膜と第２の折り返しミラーとを有し、
前記第２の反射透過膜において、前記１／２波長板からの前記第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記レーザ光路上にまっすぐ透過するとともに、前記第２の折り返しミラーからの前記第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記レーザ光路上に直角に反射し、
前記第２の反射透過膜に前記被加工物からの前記反射戻り光が前記第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から４５度の入射角で入射して、入射した前記反射戻り光のうち前記第３の直線偏光成分が前記１／２波長板に向かってまっすぐ透過するとともに前記第４の直線偏光成分が前記第２の折り返しミラーに向かって直角に反射し、
前記第２の折り返しミラーにおいて、前記１／２波長板からの前記第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記第２の反射透過膜に向かって直角に反射するとともに、前記第２の反射透過膜からの前記第４の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記１／２波長板に向かって直角に反射する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光アイソレータ。
【請求項５】
前記第２の分岐結合部が、透明な支持体にコーティングされた第２の反射透過膜と第２の折り返しミラーとを有し、
前記第２の反射透過膜において、前記第２の折り返しミラーからの前記第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記レーザ光路上にまっすぐ透過するとともに、前記１／２波長板からの前記第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記レーザ光路上に直角に反射し、
前記第２の反射透過膜において、前記被加工物からの前記反射戻り光が前記第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から４５度の入射角で入射して、前記反射戻り光のうち前記第３の直線偏光成分が前記第２の折り返しミラーに向かってまっすぐ透過するとともに前記第４の直線偏光成分が前記１／２波長板に向かって直角に反射し、
前記第２の折り返しミラーにおいて、前記１／２波長板からの前記第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記第２の反射透過膜に向かって直角に反射するとともに、前記第２の反射透過膜からの前記第３の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して前記１／２波長板に向かって直角に反射する請求項１〜３のいずれか一項に記載の光アイソレータ。  
【請求項６】
前記第１の分岐結合部より前記第１および第２の直線偏光成分が３〜５ｍｍの距離を隔てて平行に取り出され、前記第２の分岐結合部より前記第３および第４の直線偏光成分が３〜５ｍｍの距離を隔てて平行に取り出される請求項１〜５のいずれか一項に記載の光アイソレータ。
【請求項７】
加工用のレーザビームを発振出力するレーザ発振部と、
前記加工用レーザビームを被溶接物上の加工点に向けて集光照射するレーザ出射部と、
前記レーザ発振部より発振出力された前記加工用レーザビームを前記レーザ出射部まで伝送するためのレーザ伝送系と、
前記レーザ伝送系の途中に設けられた請求項１〜６のいずれか一項に記載の光アイソレータと
を有するレーザ加工装置。
【請求項８】
前記レーザ発振部が、発光元素を含むコアを活性媒体とし、前記コアを所定の励起光で励起して一定の波長を有する前記加工用レーザビームを発振出力する光ファイバ構造のファイバレーザ発振器を有する請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記レーザ発振部が、
活性媒体と、
前記活性媒体を励起光で光学的に励起するための励起部と、
前記加工用レーザビームのレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、
前記レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が予め設定された基準値または基準波形に倣うように前記励起光の出力を制御するレーザ電源部と
を有する請求項７に記載のレーザ加工装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物にレーザビームを照射して所望のレーザ加工を施すレーザ加工装置に係り、特に被加工物からの反射戻り光を遮断または除去するためのレーザ加工用の光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ファイバレーザ発振器で生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置が実用化されてきている。
【０００３】
ファイバレーザ加工装置で用いるファイバレーザ発振器は、典型的には、たとえば特許文献１に記載されるように、コアに希土類元素をドープした発振用の光ファイバを光学的に一対の光共振器ミラーの間に配置し、この光ファイバのコアを光学的に励起してコアの端面より軸方向に出る所定波長の発振光線を光共振器ミラーの間で何度も往復させて共振増幅し、コヒーレントなレーザ光を片側の光共振器ミラー（部分反射ミラーまたは出力ミラー）より外に取り出すようにしている。通常は、ファイバ端面と光共振器ミラーとの間に光学レンズを配置し、光共振器ミラーで反射してきた発振光線を該光学レンズで絞って（収束させて）発振用光ファイバのコア端面に戻すようにしている。また、発振用光ファイバのコアを光学的に励起するために、励起光源にレーザダイオード（ＬＤ）を使用し、ＬＤ光（励起光）を光共振器ミラーおよび光学レンズを介してコア端面に集光入射させるＬＤ端面励起方式が採られている。
【特許文献１】特開２００７−１９０５６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなファイバレーザ加工装置では、被加工物の加工点からの反射戻り光がレーザ出射部やレーザ伝送系を逆方向に伝搬してレーザ発振部内に入り、それによって発振用光ファイバの端面が焼損することが問題となっている。発振用光ファイバのコア端面が焼損すると、ファイバレーザの発振出力は低下し、レーザ加工の品質は悪くなる。
【０００５】
また、ファイバレーザ加工装置に限らず、ＹＡＧレーザ加工装置等でも、レーザ発振にＬＤ端面励起方式を用いる場合は、被加工物からの反射戻り光が発振器を通り抜けて励起用のＬＤに入ると該ＬＤがダメージを受けることもある。さらには、加工用レーザビームのレーザ出力を所望の基準値または基準波形に倣わせるためにパワーフィードバック制御を行う場合は、反射戻り光が発振器を介してレーザ出力モニタ部に入り、パワーフィードバック制御の精度ないし信頼性が低下するという問題もある。
【０００６】
従来は、発振用光ファイバの開口数（ＮＡ）を伝送用光ファイバの開口数（ＮＡ）よりも小さくすることで反射戻り光を発振用光ファイバの中に閉じ込めてファイバ端面を保護するようにしているが、発振用光ファイバの高コスト化を招いているだけでなく、反射戻り光をレーザ光路の外へ除去するものではないため、根本的な解決法にはなっていない。
【０００７】
そこで、被加工物からの反射戻り光がレーザ発振部またはパワーモニタ部に入らないようにすべく、順方向の光線を殆ど減衰させずに通す一方で逆方向の光線を遮断または除去する光学デバイスつまり光アイソレータをレーザ加工装置に採用することが考えられる。しかしながら、従来公知の光アイソレータは、直線偏光の光線を扱うものであり、レーザ加工装置には使えない。すなわち、ファイバレーザやＹＡＧレーザ等で発振出力される加工用のレーザビームは概して光波の振動方向に規則性が無いランダム偏光あるいは自然光であり、偏光子と検光子とを組み合わせて構成される従来一般の光アイソレータでは対応できない。
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、コンパクトで低コストの構成でもって加工用のレーザビームを殆ど減衰させずに通す一方で被加工物からの反射戻り光を効率よく確実に除去できるレーザ加工用の光アイソレータを提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、被加工物側からの反射戻り光の影響を無くしてレーザ加工の品質・信頼性を向上させるようにしたレーザ加工装置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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明のレーザ加工用の光アイソレータは、レーザ発振部と被加工物とを光学的に結ぶレーザ伝送系の途中に設けられ、前記レーザ発振部側から順方向に伝播してきた加工用レーザビームを通し、前記被加工物側から逆方向に伝播してきた反射戻り光を除去するレーザ加工用の光アイソレータであって、前記レーザ発振部側からみて第１の分岐結合部、ファラデー回転子、１／２波長板および第２の分岐結合部がこの順序で配置され、前記第１の分岐結合部が、前記レーザ発振部からの前記加工用レーザビームを、偏光面が互いに直交し、かつ互いに平行に伝播する第１および第２の直線偏光成分に２分割し、前記ファラデー回転子が、前記第１の分岐結合部からの前記第１および第２の直線偏光成分を共通のファラデー素子に通してそれぞれの偏光面を所定の回転方向に４５度だけ回転させ、前記１／２波長板が、その結晶の光軸方向を基準として軸対称に前記第１および第２の直線偏光成分の偏光面をそれぞれ所定角度だけ回転させ、前記第２の分岐結合部が、前記１／２波長板からの前記第１および第２の直線偏光成分を同一のレーザ光路上で合成して、前記加工用レーザビームを復元し、前記第２の分岐結合部が、前記被加工物からの前記反射戻り光を、前記第１および第２の直線偏光成分とそれぞれ同一の偏光面を有し、かつ互いに平行に伝播する第３および第４の直線偏光成分に２分割し、前記１／２波長板が、その結晶の光軸方向を基準として軸対称に前記第３および第４の直線偏光成分の偏光面をそれぞれ所定角度だけ回転させ、前記ファラデー回転子が、前記１／２波長板からの前記第３および第４の直線偏光成分を前記共通のファラデー素子に通してそれぞれの偏光面を前記所定の回転方向に４５度だけ回転させ、前記第１の分岐結合部が、前記ファラデー回転子からの前記第３および第４の直線偏光成分を前記レーザ伝送系から異方向に外れた逸脱光路上に導いて前記レーザ伝送系から除去する。
【００１０】
上記の構成においては、レーザ発振部より概してランダム偏光または自然光として発振出力される加工用のレーザビームが、初段の第１分岐結合部により、偏光面が互いに直交し、かつ互いに平行に伝播する第１および第２の直線偏光成分に２分割される。そして、両直線偏光成分は、次段のファラデー回転子において共通または単一のファラデー素子を通り抜け、そこでファラデー効果によりそれぞれの偏向面を４５度だけ回転させる。次いで、第１および第２の直線偏光成分は、互いに直交関係と平行状態を保ちながら１／２波長板に入射し、そこでは結晶光軸方向を基準として軸対象にそれぞれの偏向面を所定角度だけ回転させる。ここで、ファラデー回転子における回転角度（４５度）に対して１／２波長板における回転角度を適当な値に設定することで、第１および第２の直線偏光成分の偏光面をファラデー回転子に入る前の元の方向に戻すことができる。こうして、最後段の第２の分岐結合部では、第１の分岐結合部とは対象的な反射透過および折り返し作用で第１および第２の直線偏光成分が同一のレーザ光路上で合成されて、加工用レーザビームが復元される。
【００１１】
一方、被加工物からレーザ伝送系の中を逆方向に伝播してきた反射戻り光は、最初に第２の分岐結合部に入り、そこで第１および第２の直線偏光成分とそれぞれ同一の偏光面を有し、かつ互いに平行に伝播する第３および第４の直線偏光成分に２分割される。そして、これらの直線偏光成分は、１／２波長板に入射し、そこで上記結晶光軸方向を基準として軸対象にそれぞれの偏向面を所定角度だけ回転させる。ここで、１／２波長板において、第３および第４の直線偏光成分の入射する方向は第１および第２の直線偏光成分の入射する方向とは逆向きであるため、第３および第４の直線偏光成分の偏光面の回転方向も第１および第２の直線偏光成分の偏光面の回転方向とは逆向きとなる。次いで、第３および第４の直線偏光成分は、互いに直交関係と平行状態を保ちながらファラデー回転子に入り、そこでそれぞれの偏向面が４５度だけ回転する。このときの回転方向も第１および第２の直線偏光成分の回転方向とは逆方向になる。その結果、第３の直線偏光成分は第１の直線偏光成分の偏光面と直交する偏光面を持つに至り、第４の直線偏光成分は第２の直線偏光成分の偏光面と直交する偏光面を持つに至る。そして、これら第３および第４の直線偏光成分がそれぞれ第１および第２の直線偏光成分とは逆方向から第１の分岐結合部に入り、そこで第１および第２の直線偏光成分とは非対称な反射透過および折り返し作用を受けてレーザ伝送系から異方向に外れた逸脱光路上に導かれてレーザ伝送系から除去される。
【００１２】
このように、本発明の光アイソレータにおいては、概してランダム偏光または自然光として発振出力される加工用レーザビームを殆ど減衰させずに通す一方で被加工物からの反射戻り光を確実にレーザ伝送系から除去することができる。しかも、ファラデー回転子を一個だけ用いる構成なので、小型で低コストに実現できる。
【００１３】
本発明の好適な一態様においては、第１の分岐結合部が、透明な支持体にコーティングされた第１の反射透過膜と第１の折り返しミラーとを有する。そして、第１の反射透過膜に、レーザ発振部からの加工用レーザビームが４５度の入射角で入射する。入射した加工用レーザビームのうち、第１の直線偏光成分はファラデー回転子に向かってまっすぐ透過するとともに、第２の直線偏光成分は第１の折り返しミラーに向かって直角に反射する。また、第１の反射透過膜では、ファラデー回転子からの第３の直線偏光成分が第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から入射して逸脱光路上に直角に反射するとともに、第１の折り返しミラーからの第４の直線偏光成分が第２の直線偏光成分の反射方向と逆の方向から入射して逸脱光路上にまっすぐ透過する。そして、第１の折り返しミラーでは、第１の反射透過膜からの第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射してファラデー回転子に向かって直角に反射するとともに、ファラデー回転子からの第４の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して第１の反射透過膜に向かって直角に反射する。かかる構成によれば、第１の分岐結合部において、第１および第２の直線偏光成分が加工用レーザビームの伝播してきたレーザ光路の延長線上に取り出され、第３および第４の直線偏光成分が該レーザ光路と直交する方向に取り出される。
【００１４】
別の好適な一態様においては、第１の分岐結合部が透明な支持体にコーティングされた第１の反射透過膜と第１の折り返しミラーとを有し、第１の反射透過膜には、レーザ発振部からの加工用レーザビームが４５度の入射角で入射する。入射した加工用レーザビームのうち、第１の直線偏光成分は、第１の折り返しミラーに向かってまっすぐ透過するとともに、第２の直線偏光成分はファラデー回転子に向かって直角に反射する。また、第１の反射透過膜では、第１の折り返しミラーからの第３の直線偏光成分が第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から入射して逸脱光路上に直角に反射するとともに、ファラデー回転子からの第４の直線偏光成分が第２の直線偏光成分の反射方向と逆の方向から入射して逸脱光路上にまっすぐ透過する。そして、第１の折り返しミラーでは、第１の反射透過膜からの第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射してファラデー回転子に向かって直角に反射するとともに、ファラデー回転子からの第３の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して第１の反射透過膜に向かって直角に反射する。かかる構成によれば、第１の分岐結合部において、第１および第２の直線偏光成分が加工用レーザビームの伝播してきたレーザ光路と直交する方向に取り出され、第３および第４の直線偏光成分が該レーザ光路と直交して第１および第２の直線偏光成分とは反対側に取り出される。
【００１５】
別の好適な一態様においては、第２の分岐結合部が、透明な支持体にコーティングされた第２の反射透過膜と第２の折り返しミラーとを有する。そして、第２の反射透過膜では、１／２波長板からの第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射してレーザ光路上にまっすぐ透過するとともに、第２の折り返しミラーからの第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射してレーザ光路上に直角に反射する。また、第２の反射透過膜には、被加工物からの反射戻り光が第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から４５度の入射角で入射する。入射した反射戻り光のうち、第３の直線偏光成分は１／２波長板に向かってまっすぐ透過するとともに、第４の直線偏光成分は第２の折り返しミラーに向かって直角に反射する。そして、第２の折り返しミラーでは、１／２波長板からの第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して第２の反射透過膜に向かって直角に反射するとともに、第２の反射透過膜からの第４の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して１／２波長板に向かって直角に反射する。かかる構成によれば、第２の分岐結合部において、復元加工用レーザビームが第１および第２の直線偏光成分の伝播方向と同一方向のレーザ光路上に取り出され、第３および第４の直線偏光成分が該レーザ光路と反対側で第１および第２の直線偏光成分と逆方向に取り出される。
【００１６】
別の好適な一態様として、第２の分岐結合部が透明な支持体にコーティングされた第２の反射透過膜と第２の折り返しミラーとを有し、第２の反射透過膜には、第２の折り返しミラーからの第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射してレーザ光路上にまっすぐ透過するとともに、１／２波長板からの第２の直線偏光成分が４５度の入射角で入射してレーザ光路上に直角に反射する。また、第２の反射透過膜には、被加工物からの反射戻り光が第１の直線偏光成分の透過方向と逆の方向から４５度の入射角で入射する。入射した反射戻り光のうち、第３の直線偏光成分は第２の折り返しミラーに向かってまっすぐ透過するとともに、第４の直線偏光成分は１／２波長板に向かって直角に反射する。そして、第２の折り返しミラーでは、１／２波長板からの第１の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して第２の反射透過膜に向かって直角に反射するとともに、第２の反射透過膜からの第３の直線偏光成分が４５度の入射角で入射して１／２波長板に向かって直角に反射する。かかる構成によれば、第２の分岐結合部において、復元加工用レーザビームが第１および第２の直線偏光成分の伝播方向と直交する方向のレーザ光路上に取り出され、第３および第４の直線偏光成分が該レーザ光路と直交して第１および第２の直線偏光成分とは逆方向に取り出される。
【００１７】
本発明の好適な一態様によれば、第１の分岐結合部より第１および第２の直線偏光成分が３〜５ｍｍの距離を隔てて平行に取り出され、第２の分岐結合部より第３および第４の直線偏光成分が３〜５ｍｍの距離を隔てて平行に取り出される。かかる構成により、共通（単一）のファラデー素子に、第１および第２の直線偏光成分を容易に通し、第３および第４の直線偏光成分を容易に通すことができる。
【００１８】
本発明のレーザ加工装置は、加工用のレーザビームを発振出力するレーザ発振部と、前記加工用レーザビームを被溶接物上の加工点に向けて集光照射するレーザ出射部と、前記レーザ発振部より発振出力された前記加工用レーザビームを前記レーザ出射部まで伝送するためのレーザ伝送系と、前記レーザ伝送系の途中に設けられた本発明の光アイソレータを有する。
【００１９】
上記の装置構成においては、本発明の光アイソレータが、レーザ発振部より概してランダム偏光または自然光として伝播してくる加工用レーザビームを殆ど減衰させずにレーザ出射部側へ通すとともに、被加工物から逆方向に伝播してくる反射戻り光を確実にレーザ伝送系から除去するので、被加工物に対して加工用レーザビームを所期のレーザ出力で照射できるとともに、レーザ発振部に反射戻り光の影響が及ぶのを根本的に解決することができる。
【００２０】
本発明のレーザ加工装置においては、好ましい一態様として、レーザ発振部が、発光元素を含むコアを活性媒体とし、コアを所定の励起光で励起して一定の波長を有する加工用レーザビームを発振出力する光ファイバ構造のファイバレーザ発振器を有する。この場合は、特に、発振用光ファイバの端面に反射戻り光が入射してファイバ端面が焼損するのを確実に防止することができる。
【００２１】
また、別の好ましい一態様として、レーザ発振部が、活性媒体と、活性媒体を励起光で光学的に励起するための励起部と、加工用レーザビームのレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が予め設定された基準値または基準波形に倣うように励起光の出力を制御するレーザ電源部とを有する。この場合は、特に、パワーフィードバック制御機構が反射戻り光の影響を受けて精度の低下や誤動作を招くのを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザ加工用の光アイソレータによれば、上記のような構成および作用により、コンパクトで低コストの構成でもって加工用のレーザビームを殆ど減衰させずに通す一方で被加工物からの反射戻り光を効率よく確実に除去することができる。
【００２３】
また、本発明のレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、被加工物側からの反射戻り光の影響を無くし、レーザ加工の品質・信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２５】
図１に、本発明の光アイソレータを好適に適用できる一構成例としてのファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器１０、レーザ電源部１２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６、レーザ出射部１８および加工テーブル２０に加えて、光アイソレータ１００を備えている。
【００２６】
ファイバレーザ発振器１０は、発振用の光ファイバ（以下「発振ファイバ」と称する。）２２と、この発振ファイバ２２の一端面にポンピング用の励起光ＭＢを照射する電気光学励起部２４と、発振ファイバ２２を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー２６，２８とを有している。
【００２７】
電気光学励起部２４は、レーザダイオード（ＬＤ）３０および集光用の光学レンズ３２を有している。ＬＤ３０は、レーザ電源部１２からの励起電流によって点灯駆動され、励起用のレーザ光ＭＢを発振出力する。光学レンズ３２は、ＬＤ３０からの励起用レーザ光ＭＢを発振ファイバ２２の一端面に集光入射させる。ＬＤ３０と光学レンズ３２との間に配置される光共振器ミラー２６は、ＬＤ３０側から入射した励起用レーザ光ＭＢを透過させ、発振ファイバ２２側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するように構成されている。
【００２８】
発振ファイバ２２は、図示省略するが、発光元素としてたとえば希土類元素のイオンをドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝播光路としている。上記のようにして発振ファイバ２２の一端面に入射した励起用レーザ光ＭＢは、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ２２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の希土類元素イオンを光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー２６，２８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー２８より該所定波長を有するファイバレーザ光ＦＢが取り出される。このファイバレーザ光ＦＢは、その光波の振動ベクトルの振動方向に規則性はなく、無偏光または自然光のレーザビームである。
【００２９】
なお、光共振器において、光学レンズ３２，３４は、発振ファイバ２２の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー２６，２８へ通し、光共振器ミラー２６，２８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ２２の端面に集光させる。また、発振ファイバ２２を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ３４および光共振器ミラー２８を透過したのち折り返しミラー３６にて側方のレーザ吸収体３８に向けて折り返される。光共振器ミラー２８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー３６をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ４０を通ってからレーザ入射部１４に入る。
【００３０】
ビームスプリッタ４０は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１％）を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード（ＰＤ）４２側へ反射する。フォトダイオード（ＰＤ）４２の正面に、ビームスプリッタ４０からの反射光またはモニタ光ＲFBを集光させる集光レンズ４４が配置されてよい。
【００３１】
フォトダイオード（ＰＤ）４２は、ビームスプリッタ４０からのモニタ光ＲFBを光電変換して、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力（ピークパワー）を表す電気信号（レーザ出力測定信号）ＳFBを出力し、この信号ＳFBをレーザ電源部１２に送る。レーザ電源部１２は、リアルタイムのパワーフィードバック制御でＬＤ３０に励起電流を供給するように構成されており、フォトダイオード（ＰＤ）４２からのレーザ出力測定信号ＳFBを予め設定されているレーザ出力基準値または基準波形と比較し、その比較誤差が零になるようにＬＤ励起電流を制御する。
【００３２】
レーザ入射部１４に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー４６で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット４８内で集光レンズ５０により集光されてファイバ伝送系１６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）５２の一端面に入射する。伝送用光ファイバ５２は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット４８内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１８の出射ユニット５４まで伝送する。
【００３３】
出射ユニット５４は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ５６と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ５８とを有しており、加工テーブル２０に載置されている被加工物６０の加工点Ｗにファイバレーザ光ＦＢを集光照射する。
【００３４】
たとえばレーザ溶接の場合は、レーザ電源部１２よりパルス波形の励起電流がＬＤ３０に供給されることにより、ファイバレーザ発振器１０内でＬＤ３０よりパルス波形の励起用レーザ光ＭＢが発振ファイバ２２に供給され、ファイバレーザ発振器１０よりパルス波形のファイバレーザ光ＦＢが発振出力される。このパルス波形のファイバレーザ光ＦＢが、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６およびレーザ出射部１８を介して被加工物６０の加工点Ｗに集光照射される。加工点Ｗにおいては、パルス波形のファイバレーザ光ＦＢのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
【００３５】
このファイバレーザ加工装置においては、被加工物６０の加工点Ｗからの反射戻り光が、ファイバレーザ光ＦＢとは逆方向に、レーザ出射部１８およびファイバ伝送系１６を通ってファイバレーザ発振器１０側に伝搬してくることがある。
【００３６】
この実施形態では、ファイバレーザ発振器１０とレーザ入射部１４との間に配置された光アイソレータ１００が、ファイバレーザ発振器１０から順方向に伝播してくるファイバレーザ光ＦＢを殆ど減衰なしに通す一方で、被加工物６０側からレーザ出射部１８、ファイバ伝送系１６、レーザ入射部１４を通って逆方向に伝播してくる反射戻り光をレーザ光路から除去するようにしている。このことにより、ファイバレーザ発振器１０内で発振ファイバ２２に構造上の制限や特段の工夫を施さなくてもその端面が反射戻り光で焼損・劣化するのを効率的かつ確実に防止できるとともに、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力を制御するためのパワーフィードバック制御機構（４２，４４，１２，３０等）が反射戻り光の影響を受けて精度の低下や誤動作を招くおそれもない。また、従来は反射戻り光がファイバレーザ発振器１０を通り抜けて励起用ＬＤ３０にダメージを与えることもあったが、光アイソレータ１００によってこの問題も完全に解消される。したがって、被加工物６０に対するレーザ加工の品質・信頼性を向上させることができる。
【００３７】
以下、この実施形態における光アイソレータ１００の構成と作用を詳細に説明する。
【００３８】
図２Ａおよび図２Ｂに、一実施例による光アイソレータ１００の構成を示す。この光アイソレータ１００は、ファイバレーザ発振器１０（図１）側からみて、第１の分岐結合部１０２、ファラデー回転子１０４、１／２波長板１０６および第２の分岐結合部１０８をこの順序で一列に配置している。
【００３９】
第１の分岐結合部１０２は、内部の張り合わせ斜面に反射透過膜１１０をコーティングしてなる立方形状組立体のガラスキューブ１１２と、このガラスキューブ１１２に隣接して所定の位置に所定の傾斜姿勢で配置される折り返しミラー１１４とからなる。
【００４０】
より詳細には、ガラスキューブ１１２内の反射透過膜１１０は、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分に対して相反する反射透過特性を有し、たとえば縦方向の偏光面を有する直線偏光成分（Ｐ）に対してはそれをそのまままっすぐ透過させ、横方向の偏光面を有する直線偏光成分（Ｓ）に対してはそれを全反射するようになっており、ファイバレーザ発振器１０（図１）からのファイバレーザ光ＦＢの伝播方向（水平方向）に対して−４５度の傾き（図２Ａにおいて右下がり）で配置されている。これにより、ファイバレーザ発振器１０から水平に伝播してきたファイバレーザ光ＦＢが反射透過膜１１０に入射すると、図２Ａに示すように、ファイバレーザ光ＦＢのうち縦方向の直線偏光成分ＰFは反射透過膜１１０をまっすぐ水平に通り抜け、横方向の直線偏光成分ＳFは直角に鉛直下方に反射する。
【００４１】
図２Ａにおいて、折り返しミラー１１４は、反射透過膜１１０の真下でそれと平行な−４５度の傾きで配置されており、反射透過膜１１０からの横方向の直線偏光成分ＳFはここでファラデー回転子１０４に向かって直角に反射する。
【００４２】
こうして、第１の分岐結合部１０２では、ファイバレーザ発振器１０（図１）から水平に伝播してきたファイバレーザ光ＦＢが縦方向の直線偏光成分ＰFと横方向の直線偏光成分ＳFとに２分割され、それらの直線偏光成分ＰF，ＳFが互いにたとえば３〜５ｍｍの至近距離を隔てて平行（水平）に取り出される。
【００４３】
ファラデー回転子１０４は、たとえば円柱状のファラデー素子と、その周囲に設けられるリング状の磁石とを備えており、そのファラデー素子の一方の端面（図の左側端面）に第１の分岐結合部１０２からの両直線偏光成分ＰF，ＳFを入射せしめ、ファラデー素子の他方の端面（右側端面）から出るまでにファラデー効果により両直線偏光成分ＰF，ＳFの偏光面（振動面）を所定の回転方向（たとえば第１の分岐結合部１０２側から見て右回りまたは時計回り）にそれぞれ４５度だけ回転させる。
【００４４】
ファラデー回転子１０４から取り出された両直線偏光成分ＰF，ＳFは相互の平行状態を保ったまま水平に１／２波長板１０６に入射する。１／２波長板１０６は、その結晶の光軸方向Ｎがファラデー回転子１０４側から見て縦軸に対して右回り（時計回り）に２２．５度傾いた方向に設定されており、この結晶光軸方向Ｎを基準として軸対象に、一方の直線偏光成分ＰFの偏光面を左回り（反時計回り）に４５度だけ回転させるとともに、他方の直線偏光成分ＳFの偏光面を左回りに２２５度（別言すれば右回りに１３５度）だけ回転させる。こうして、両直線偏光成分ＰF，ＳFの偏光面は、１／２波長板１０６によってそれぞれ元の縦方向および横方向に戻される。
【００４５】
第２の分岐結合部１０８は、内部の張り合わせ斜面に反射透過膜１１６をコーティングしてなる立方形状組立体のガラスキューブ１１８と、このガラスキューブ１１８に隣接して所定の位置に所定の傾斜姿勢で配置される折り返しミラー１２０とからなる。
【００４６】
より詳細には、ガラスキューブ１１８内の反射透過膜１１６は、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分に対して相反する反射透過特性を有し、たとえば縦方向の偏光面を有する直線偏光成分（Ｐ）に対してはそれをそのまままっすぐ透過させ、横方向の偏光面を有する直線偏光成分（Ｓ）に対してはそれを全反射するようになっており、送出すべき復元ファイバレーザ光ＦＢ'の伝播方向に対して４５度の傾きで、１／２波長板１０６からの直線偏光成分ＰF，ＳFのうち片方の直線偏光成分ＳFから逸れてもう片方の直線偏光成分ＰFだけを入射させる高さ位置に配置されている。一方、折り返しミラー１２０は、反射透過膜１１６の真下でそれと平行な４５度の傾きで、１／２波長板１０６からの直線偏光成分ＳFだけを入射させる高さ位置に配置されている。
【００４７】
かかる構成において、１／２波長板１０６からの直線偏光成分ＰF，ＳFのうち、縦方向の偏光面を有する直線偏光成分ＰFはガラスキューブ１１８内の反射透過膜１１６に直接入射してまっすぐ透過し、横方向の偏光面を有する直線偏光成分ＳFは最初に折り返しミラー１２０に入射してそこで垂直上方に反射してから反射透過膜１１６に入射し、そこで直角に水平方向に反射して直線偏光成分ＰFと合流して合成される。
【００４８】
こうして、第２の分岐結合部１０８より、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分ＰF，ＳFからなるレーザビームが復元ファイバレーザ光ＦＢ'として後段のレーザ伝送系に向けて送出される。
【００４９】
この光アイソレータ１００より送出される復元ファイバレーザ光ＦＢ'は、両直線偏光成分ＰF，ＳF間の光強度および位相関係によって楕円偏光、円偏光あるいは直線偏光の形態をとり得るが、光アイソレータ１００内の光学部品の吸収分（損失分）を無視すれば、光アイソレータ１００に入る前の原ファイバレーザ光ＦＢと殆ど違わないレーザ出力を有しており、加工用のレーザビームとしては実質的に同等である。
【００５０】
一方で、この光アイソレータ１００は、被加工物６０から復元ファイバレーザ光ＦＢ'と同一のレーザ光路上を逆方向に伝播してくる反射戻り光ＲＢを取り込む。
【００５１】
図２Ｂにおいて、被加工物６０からの反射戻り光ＲＢは、概してランダム偏光のレーザビームであり、最初に第２の分岐結合部１０８のガラスキューブ１１８に入って、反射透過膜１１６に入射する。ここで、反射戻り光ＲＢのうち、縦方向の直線偏光成分ＰRは反射透過膜１１６をまっすぐ水平に通り抜け、横方向の直線偏光成分ＳRは直角に垂直下方へ反射する。そして、直線偏光成分ＳRは真下の折り返しミラー１２０に入射し、そこで１／２波長板１０６に向かって直角に反射し、縦方向の直線偏光成分ＰRと至近距離（たとえば３〜５ｍｍ）を隔てて平行（水平）になる。
【００５２】
第２の分岐結合部１０８で取り出された両直線偏光成分ＰR，ＳRは相互の平行状態を保ったまま水平に１／２波長板１０６に逆方向（図の右方）から入射する。ここで、１／２波長板１０６の結晶光軸方向Ｎは、第２の分岐結合部１０８側から見ると、鉛直軸に対して左回り（反時計回り）に２２．５度傾いている。１／２波長板１０６は、この結晶光軸方向Ｎを基準として軸対象に、一方の直線偏光成分ＰRの偏光面を左回り（反時計回り）に４５度だけ回転させるとともに、他方の直線偏光成分ＳRの偏光面を左回りに２２５度（別言すれば右回りに１３５度）だけ回転させる。これにより、直線偏光成分ＰRの偏光面は横軸に対して１３５度傾いたものとなり、直線偏光成分ＳRの偏光面は横軸に対して４５度傾いたものとなる。
【００５３】
１／２波長板１０６を逆方向に通り抜けた両直線偏光成分ＰR，ＳRは、偏光面を互いに直交させ、かつ平行（水平）伝播と一定の距離間隔を保ったままファラデー回転子１０４に逆方向（図の右方）から入る。ファラデー回転子１０４は、両直線偏光成分ＰR，ＳRがファラデー素子を通過する間に、ファラデー効果により両直線偏光成分ＰR，ＳRの偏光面（振動面）を所定の回転方向（１／２波長板１０６側から見て左回りまたは反時計回り）にそれぞれ４５度だけ回転させる。これにより、直線偏光成分ＰRの偏光面は横軸に対して平行つまり横方向となり、直線偏光成分ＳRの偏光面は横軸に対して９０度傾いて縦方向となる。
【００５４】
ファラデー回転子１０４を逆方向に通り抜けた両直線偏光成分ＰR，ＳRは、偏光面を互いに直交させ、かつ平行状態と一定の距離間隔を保ったまま第１の分岐結合部１０２に逆方向（図の右方）から入る。そして、横方向の偏光面を有する直線偏光成分ＰRは、ガラスキューブ１１０に入って反射透過膜１１０に入射し、そこで垂直上方に向かって直角に反射する。また、縦方向の偏光面を有する直線偏光成分ＳRは、折り返しミラー１１４に入射して、そこで鉛直上方に向かって直角に反射し、次いでガラスキューブ１１０内の反射透過膜１１０をまっすぐ通り抜けて、直線偏光成分ＰRと合流する。
【００５５】
こうして、第１の分岐結合部１０２の上方に設定された逸脱光路１２２上で両直線偏光成分ＰR，ＳRが合流して、反射戻り光ＲＢ'が復元され、レーザ伝送系の外へ除去される。なお、光アイソレータ１００の外へ復元反射戻り光ＲＢ'が拡散するのを防止するために、逸脱光路１２２の先に光吸収体（図示せず）を設けてよい。
【００５６】
上記したように、この実施例による光アイソレータ１００は、ファイバレーザ発振器１０から順方向に伝播してきたランダム偏光ないし自然光のファイバレーザ光ＦＢを殆ど減衰させずに通す一方で、被加工物６０側から逆方向に伝播してきたランダム偏光のファイバレーザ光ＦＢをレーザ伝送系の外へ除外することができる。しかも、この光アイソレータ１００は、使用する光学部品の中で最もサイズが大きく、かつ最も（非常に）高価なファラデー回転子（１０４）を１個で済ませているので、コンパクトで低コストの光学デバイスとして構成できる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記した実施形態に限るものではなく、その技術的思想の範囲内で種種の変形が可能である。
【００５８】
たとえば、上記した実施例の光アイソレータ１００（図２Ａ，図２Ｂ）において、第２の分岐結合部１０８のガラスキューブ１１８と折り返しミラー１２０との位置関係を逆転させて、図３Ａおよび図３Ｂに示すような構成に変形することも可能である。
【００５９】
より詳細には、ガラスキューブ１１８内の反射透過膜１１６は、送出すべき復元ファイバレーザ光ＦＢ'の伝播方向に対して４５度の傾きで、１／２波長板１０６からの直線偏光成分ＰF，ＳFのうち片方の直線偏光成分ＰFから逸れてもう片方の直線偏光成分ＳFだけを入射させる高さ位置に配置されている。一方、折り返しミラー１２０は、反射透過膜１１６の真上でそれと平行な４５度の傾きで、１／２波長板１０６からの直線偏光成分ＰFだけを入射させる高さ位置に配置されている。
【００６０】
かかる構成において、１／２波長板１０６からの直線偏光成分ＰF，ＳFのうち、一方の直線偏光成分ＰFは最初に折り返しミラー１２０に入射してそこで垂直下方へ反射してから反射透過膜１１６に入射し、そこで直角に水平方向に反射してレーザ光路上に出る。また、他方の直線偏光成分ＳFは、ガラスキューブ１１８内の反射透過膜１１６に直接入射してまっすぐ透過してレーザ光路上に出て、直線偏光成分ＰFと合流して合成される。こうして、レーザ光路上に復元されたファイバレーザ光ＦＢ'が得られる。
【００６１】
なお、この第２の実施例において、１／２波長板１０６は、その結晶の光軸方向Ｎがファラデー回転子１０４側から見て縦軸に対して左回り（反時計回り）に２２．５度傾いた方向に設定されており、この結晶光軸方向Ｎを基準として軸対象に、ファラデー回転子１０４からの一方の直線偏光成分ＰFの偏光面を左回り（反時計回り）に６７．５度だけ回転させるとともに、ファラデー回転子１０４からの他方の直線偏光成分ＳFの偏光面を左回りに３１５度（別言すれば右回りに４５度）だけ回転させる。こうして、ファラデー回転子１０４からの両直線偏光成分ＰF，ＳFは、１／２波長板１０６を通り抜けると、それぞれ横方向および縦方向の偏光面を持つことになる。
【００６２】
また、図３Ｂにおいて、被加工物６０からの反射戻り光ＲＢは、最初に第２の分岐結合部１０８のガラスキューブ１１８に入って、反射透過膜１１６に入射する。ここで、反射戻り光ＲＢのうち、縦方向の直線偏光成分ＰRは反射透過膜１１６をまっすぐ水平に通り抜け、横方向の直線偏光成分ＳRは直角に垂直上方へ反射してから真上の折り返しミラー１２０に入射し、そこで１／２波長板１０６に向かって直角に反射し、縦方向の直線偏光成分ＰRと至近距離（たとえば３〜５ｍｍ）を隔てて平行（水平）になる。
【００６３】
１／２波長板１０６は、その結晶光軸方向Ｎを基準として軸対象に、一方の他方の直線偏光成分ＰRの偏光面を左回りに２２．５度だけ回転させるとともに、直線偏光成分ＳRの偏光面を左回り（反時計回り）に２２５度だけ回転させる。これにより、直線偏光成分ＰRの偏光面は横軸に対して４５度傾いたものとなり、直線偏光成分ＳRの偏光面は横軸に対して１３５度傾いたものとなる。
【００６４】
１／２波長板１０６を逆方向に通り抜けた両直線偏光成分ＰR，ＳRは、偏光面を互いに直交させ、かつ平行（水平）伝播と一定の距離間隔を保ったままファラデー回転子１０４に逆方向（図の右方）から入る。ファラデー回転子１０４は、両直線偏光成分ＰR，ＳRがファラデー素子を通過する間に、ファラデー効果により両直線偏光成分ＰF，ＳFの偏光面（振動面）を所定の回転方向（１／２波長板１０６側から見て左回りまたは反時計回り）にそれぞれ４５度だけ回転させる。これにより、直線偏光成分ＰRの偏光面は横軸に対して９０度傾いて縦方向となり、直線偏光成分ＳRの偏光面は横軸に対して１８０度の傾きつまり横方向となる。
【００６５】
ファラデー回転子１０４を逆方向に通り抜けた両直線偏光成分ＰR，ＳRは、偏光面を互いに直交させ、かつ平行状態と一定の距離間隔を保ったまま第１の分岐結合部１０２に逆方向（図の右方）から入る。そして、横方向の偏光面を有する直線偏光成分ＳRは、ガラスキューブ１１０に入って反射透過膜１１０に入射し、そこで垂直上方へ向かって逸脱光路１２２上に直角に反射する。また、縦方向の偏光面を有する直線偏光成分ＰRは、折り返しミラー１１４に入射して、そこで鉛直上方に向かって直角に反射し、次いでガラスキューブ１１０内の反射透過膜１１０をまっすぐ通り抜けて、逸脱光路１２２上で直線偏光成分ＰRと合流する。
【００６６】
また、別の変形として、レーザ伝送系のレーザ光路を光アイソレータ１００において任意に折り曲げることも可能であり、図４Ａおよび図４Ｂに第３の実施例を示す。
【００６７】
この第３の実施例では、ファイバレーザ発振器１０（図１）からのファイバレーザ光ＦＢが図４Ａの中で垂直上方に伝播してくる。初段の第１の分岐結合部１０２において、このファイバレーザ光ＦＢがガラスキューブ１１２の反射透過膜１１０に入射すると、ファイバレーザ光ＦＢのうち縦方向の直線偏光成分ＰFは反射透過膜１１０をまっすぐ上方に通り抜け、横方向の直線偏光成分ＳFはファラデー回転子１０４に向かって直角に反射する。そして、反射透過膜１１０を上方に透過した直線偏光成分ＰFは、折り返しミラー１１４に入射し、そこでファラデー回転子１０４に向かって直角に反射する。このように、上記した第１実施例（図２）と同様に、ファイバレーザ発振器１０（図１）からのファイバレーザ光ＦＢが縦方向の直線偏光成分ＰFと横方向の直線偏光成分ＳFとに２分割され、それらの直線偏光成分ＰF，ＳFが適度な至近距離を隔てて平行（図の中で水平）に取り出される。
【００６８】
また、第２の分岐結合部１０８では、１／２波長板１０６から入ってくる直線偏光成分ＰF，ＳFのうち、縦方向の偏光面を有する直線偏光成分ＰFは、最初に折り返しミラー１２０に入射してそこで垂直下方へ反射し、次いで反射透過膜１１６をまっすぐ通り抜ける。一方、横方向の偏光面を有する直線偏光成分ＳFは、ガラスキューブ１１８の反射透過膜１１６に直接入射して、そこで垂直下方へ直角に反射して直線偏光成分ＰFと合流する。こうして、この第２の分岐結合部１０２でも、偏光面が互いに直交する２つの直線偏光成分ＰF，ＳFが同一のレーザ光路上で合成されて、復元されたファイバレーザ光ＦＢ'が得られる。
【００６９】
一方で、図４Ｂに示すように、レーザ伝送系のレーザ光路を逆方向に伝播してくる被加工物６０からの反射戻り光ＲＢは、先ず第２の分岐結合部１０８においてガラスキューブ１１８の反射透過膜１１６に入射する。入射した反射戻り光ＲＢのうち、縦方向の偏光面を有する直線偏光成分ＰRは、反射透過膜１１６を垂直上方へまっすぐ通り抜け、次いで折り返しミラー１２０に入射してそこで１／２波長板１０６に向かって直角に反射する。横方向の偏光面を有する直線偏光成分ＳRは、反射透過膜１１６で１／２波長板１０６に向かって直角に反射し、直線偏光成分ＰRと至近距離を隔てて平行（水平）になる。
【００７０】
また、第１分岐結合部１０２では、ファラデー回転子１０４からの直線偏光成分ＰR，ＳRのうち、横方向の偏光面を有する直線偏光成分ＰRは、最初に折り返しミラー１１４に入射してそこで鉛直下方へ反射し、次いで反射透過膜１１０に入射して水平方向に直角に反射する。一方、縦方向の偏光面を有する直線偏光成分ＳRは、ガラスキューブ１１８の反射透過膜１１６に直接入射して、そこをまっすぐ水平方向に通り抜けて、直線偏光成分ＰRと合流する。
【００７１】
こうして、この第３の実施例でも、第１分岐結合部１０２の水平方向外側に設定された逸脱光路１２２上で両直線偏光成分ＰR，ＳRが合流して、反射戻り光ＲＢが復元され、レーザ伝送系の外へ除去される。
【００７２】
なお、この第３の実施例において、ファラデー回転子１０４および１／２波長板１０６は上記第１の実施例（図２）の場合と同様に作用する。
【００７３】
上記した実施形態はファイバレーザ加工装置に係るものであったが、本発明は他のレーザ加工装置にも適用可能である。
【００７４】
たとえば、図５に示すように、ＹＡＧレーザ加工装置にも上記実施例の光アイソレータ１００をそのまま適用できる。このＹＡＧレーザ加工装置は、ＹＡＧレーザ発振器７０内で光共振器ミラー２６，２８の間にＹＡＧロッド７２を配置しており、ＹＡＧロッド７２を光学的にポンピングするためにファイバカップリングＬＤ７４を用いている。すなわち、励起用ＬＤ３０で生成された励起用レーザ光ＭＢは、集光レンズ７６により光ファイバ７８の一端面に集光入射し、光ファイバ７８の中を伝播してその他端面から射出され、コリメータレンズ８０、集光レンズ８２、光共振器ミラー２６を通ってＹＡＧロッド７２の一端面に入射するようになっている。ＹＡＧレーザ発振器７０より発振出力されたＹＡＧレーザ光ＹＢは、加工用のレーザビームとして、光アイソレータ１００およびレーザ出射部１８を通って被加工物６０の加工点Ｗに照射される。
【００７５】
このＹＡＧレーザ加工装置においても、光アイソレータ１００は、ＹＡＧレーザ発振器７０からのＹＡＧレーザ光ＹＢを殆ど減衰させずに通し、被加工物６０からの反射戻り光ＲＢをレーザ伝送系から除去することができる。これにより、ＹＡＧレーザ発振器７０、パワーフィードバック制御機構（４２，１２，３２）およびファイバカップリングＬＤ７４を反射戻り光ＲＢから保護することができる。
【００７６】
別の例として、図６に示すように、高出力型ＬＤ８４で加工用のレーザビームＬＢを生成し、この加工用のレーザビームＬＢを伝送用の光ファイバ８６に通して所望の加工場所でレーザ加工を行うＬＤレーザ加工装置にも本発明の光アイソレータ１００を適用することができる。図６において、集光レンズ８８は、ＬＤ８４より発振出力されたレーザビームＬＢを光ファイバ８６の一端面に集光入射させる。また、コメータレンズ９０は、光ファイバ８６の他端面より放射状に射出されたレーザビームＬＢを平行光にして光アイソレータ１００に入射させる。
【００７７】
本発明のファイバレーザ加工装置は、レーザ溶接に限るものではなく、レーザマーキング、穴あけ、切断等のレーザ加工にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態によるファイバレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】第１の実施例による光アイソレータの構成およびファイバレーザ光に対する各部の作用を示す図である。
【図２Ｂ】第１の実施例による光アイソレータの構成および反射戻り光に対する各部の作用を示す図である。
【図３Ａ】第２の実施例による光アイソレータの構成およびファイバレーザ光に対する各部の作用を示す図である。
【図３Ｂ】第２の実施例による光アイソレータの構成および反射戻り光に対する各部の作用を示す図である。
【図４Ａ】第３の実施例による光アイソレータの構成およびファイバレーザ光に対する各部の作用を示す図である。
【図４Ｂ】第３の実施例による光アイソレータの構成および反射戻り光に対する各部の作用を示す図である。
【図５】本発明の光アイソレータを適用したＹＡＧレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の光アイソレータを適用したＬＤレーザ加工装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０    ファイバレーザ発振器
１６    ファイバ伝送系
１８    レーザ出射部
７０    ＹＡＧレーザ発振器
８４    高出力型ＬＤ
１００    光アイソレータ
１０２    第１の分岐結合部  
１０４    ファラデー回転子
１０６    １／２波長板
１０８    第２の分岐結合部
１１０，１１６    反射透過膜
１１２，１１８    ガラスキューブ
１１４，１２０    折り返しミラー
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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