(57)【要約】  光共振器（２）は、光源部（３）と、出力カプラ（４）とを備える。光源部は、光を発光する。出力カプラは、光源部において発光した光を共振させて、出力光（Ｌ１）を出射する。出力カプラは、ミラー（４４）と、偏光分離素子（４２）と、少なくとも１つの１／４波長板（４３）と、調整部（４０）とを備える。ミラーは、光源部からの光を反射するように配置される。偏光分離素子は、光源部とミラー間の光路上に配置され、ミラーで反射されて入射する光のうちの第１の偏光成分を光源部に出射し、第２の偏光成分を出力光として出射する。１／４波長板は、偏光分離素子とミラー間に配置され、入射する光に１／４波長の位相差を与える光学軸（ａ３）を有する。調整部は、１／４波長板の光学軸の方向を調整する。
2019163335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発光する光源部と、
前記光源部において発光した光を共振させて、出力光を出射する出力カプラとを備え、
前記出力カプラは、
前記光源部からの光を反射するように配置されたミラーと、
前記光源部と前記ミラー間の光路上に配置され、前記ミラーにより出射された後、入射する光のうちの第１の偏光成分を前記光源部に出射し、第２の偏光成分を前記出力光として出射する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子と前記ミラー間に配置され、入射する光に１／４波長の位相差を与える光学軸を有する少なくとも１つの１／４波長板と、
前記１／４波長板の光学軸の方向を調整する調整部とを備える
光共振器。
【請求項２】
前記光源部は、複数の光源素子を含み、
前記光源素子毎に複数の波長の光を共振させるように、各波長の光を回折する回折素子をさらに備える
請求項１に記載の光共振器。
【請求項３】
前記出力カプラは、前記回折素子と前記偏光分離素子との間に配置された少なくとも１つの１／２波長板をさらに備え、
前記１／２波長板は、入射する光において前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを反転させる
請求項２に記載の光共振器。
【請求項４】
前記出力カプラは、前記１／２波長板を２つ、備える
請求項３に記載の光共振器。
【請求項５】
前記出力カプラは、前記１／４波長板を２つ、備え、
前記調整部は、各１／４波長板の光学軸の方向を調整する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光共振器。
【請求項６】
前記光源部において発光する光のビームを調整するビームツイスタユニットをさらに備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光共振器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光共振器と、
前記光共振器における光源部の発光を制御するコントローラと
を備えるレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光共振器、及び光共振器を備えたレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、レーザ発振器及び波長変換装置に用いる光共振器を開示している。特許文献１の光共振器は、リング型共振器であり、複数のポラライザーをリング型に配置して構成される。特許文献１では、従来の共振器におけるミラーをポラライザーに置き換えることにより、発振の波長領域を広く確保することを達成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４４０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、光の発振効率を調整し易くすることができる光共振器及びレーザ加工機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る光共振器は、光源部と、出力カプラとを備える。光源部は、光を発光する。出力カプラは、光源部において発光した光を共振させて、出力光を出射する。出力カプラは、ミラーと、偏光分離素子と、少なくとも１つの１／４波長板と、調整部とを備える。ミラーは、光源部からの光を反射するように配置される。偏光分離素子は、光源部とミラー間の光路上に配置され、ミラーで反射され、入射する光のうちの第１の偏光成分を光源部に出射し、第２の偏光成分を出力光として出射する。１／４波長板は、偏光分離素子とミラー間に配置され、入射する光に１／４波長の位相差を与える光学軸を有する。調整部は、１／４波長板の光学軸の方向を調整する。【０００６】
本開示に係るレーザ加工機は、光共振器と、光共振器における光源部の発光を制御するコントローラとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る光共振器及びレーザ加工機によると、１／４波長板の光学軸の方向の調整によって、光の発振効率を調整し易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態１に係るレーザ加工機の構成を示す図
【図２】実施形態１に係る光共振器の構成を示す図
【図３】光共振器におけるレーザ素子のビームを説明するための図
【図４】光共振器におけるＢＴＵの第１光学素子の配置例を示す側面図
【図５】光共振器におけるＢＴＵの第２光学素子の構成例を示す斜視図
【図６】光共振器の回折素子における光の合成方法を説明するための図
【図７】光共振器における共振波長のスペクトルを示すグラフ
【図８】光共振器における出力カプラの機構を説明するための図
【図９】出力カプラの１／４波長板の光学軸と偏光方向との関係を示す図
【図１０】実施形態２に係る光共振器の構成を示す図
【図１１】２枚の１／４波長板の光学軸と偏光方向との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１０】
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１１】
（実施形態１）
実施形態１では、光学部品を取り替えずに発振効率を変更可能な構成を有する光共振器、及び光共振器を用いたレーザ加工機について説明する。
【００１２】
１．構成
実施形態１に係るレーザ加工機及び光共振器の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ加工機１の構成を示す図である。
【００１３】
本実施形態に係るレーザ加工機１は、図１に示すように、光共振器２と、光源ドライバ１１と、コントローラ１２とを備える。レーザ加工機１は、光共振器２において生成される出力光Ｌ１をレーザ出力として、レンズ等の光学系（図示せず）により出力光Ｌ１を集光するなど加工に適した状態とし、例えばスポット溶接等のレーザ加工を行う。
【００１４】
本実施形態において、光共振器２は、複数のレーザ素子３１〜３３から互いに異なる共振波長において放出される光のビームを空間的に合成する波長加算型で構成される。波長加算型の光共振器２によると、ビーム径を絞りやすく、良好なビーム品質を得ることができる。
【００１５】
光源ドライバ１１は、光共振器２における光源としての各レーザ素子３１〜３３を駆動する駆動回路である。例えば、光源ドライバ１１は、コントローラ１２の制御によって種々の発振条件においてレーザ素子３１〜３３を発光させる。種々の発振条件は、例えばパルス発振および連続発振を含む。
【００１６】
コントローラ１２は、レーザ加工機１の全体動作を制御する制御装置である。コントローラ１２は、例えばソフトウェアと協働して所定の機能を実現するＣＰＵ又はＭＰＵを備える。コントローラ１２は、各種プログラム及びデータを記憶するフラッシュメモリ等の内部メモリを備える。
【００１７】
コントローラ１２は、ユーザの操作により発振条件等を入力可能な各種インタフェースを備えてもよい。また、コントローラ１２は、各種機能を実現するＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ等のハードウェア回路を備えてもよい。また、コントローラ１２は、光源ドライバ１１と一体的に構成されてもよく、光源ドライバ１１の機能がコントローラ１２において実現されてもよい。
【００１８】
本実施形態に係る光共振器２は、図１に示すように、複数のレーザ素子３１〜３３を含んだ光源部３と、出力光Ｌ１を出射する出力カプラ４と、光源部３及び出力カプラ４の間に配置された結合光学系２０とを備える。本実施形態の光共振器２は、光源部３と出力カプラ４との間を往復する光路において、光を共振させる。
【００１９】
本実施形態の光共振器２において、出力カプラ４は、出力光Ｌ１として出射する光と、内部で反射して光源部３側に戻す光との割合（即ち反射率）を変更可能な構成を有する。これにより、光共振器２における光の発振効率の調整が実現される。以下、光共振器２の構成の詳細を説明する。
【００２０】
１−１．光共振器の構成
本実施形態に係る光共振器２の構成について、図２〜７を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る光共振器２の構成を示す図である。
【００２１】
本実施形態の光共振器２では、図２に示すように、光源部３において、複数のレーザ素子３１〜３３が１列に並んで配置される。以下では、レーザ素子３１〜３３が並んだ方向を「Ｘ方向」とし、レーザ素子３１〜３３から出射する光の光軸の方向を「Ｚ方向」とし、Ｘ，Ｚ方向に直交する方向を「Ｙ方向」とする。
【００２２】
光源部３において、各レーザ素子３１〜３３は、例えばＬＤ（レーザダイオード）であり、光源素子の一例である。複数のレーザ素子３１〜３３は、例えばＬＤ発光層の材質に応じた共通の自然放出スペクトルを有する（図７参照）。図２では、光源部３に含まれる３個のレーザ素子３１，３２，３３を例示している。光源部３におけるレーザ素子３１〜３３の個数は、例えば数十個である。
【００２３】
光源部３におけるレーザ素子３１〜３３のビームについて、図３を用いて説明する。図３は、レーザ素子３１からの光のビームＢの放出状態を例示している。レーザ素子３１のビームＢは、互いに直交するファスト軸ａ１及びスロー軸ａ２を有する。
【００２４】
図３に例示するように、レーザ素子３１から放出する光においては、＋Ｚ方向に進むほど、ビームＢが広がることとなる。ファスト軸ａ１は、ビームＢにおいてスロー軸ａ２の方向よりも急速に広がる方向を規定する。本実施形態では、レーザ素子３１近傍において、ファスト軸ａ１はＹ方向に向いており、スロー軸ａ２はＸ方向に向いている。
【００２５】
図２に戻り、結合光学系２０は、光源部３近傍から＋Ｚ方向に順番に配置されたＢＴＵ（ビームツイスタユニット）２１、レンズ２２及び回折素子２３を含む。
【００２６】
ＢＴＵ２１は、第１及び第２光学素子２１ａ，２１ｂを含み、光源部３の各レーザ素子３１〜３３からの光のビームを調整する。第１光学素子２１ａと第２光学素子２１ｂとは、光源部３近傍において＋Ｚ方向に順番に配置される。
【００２７】
ＢＴＵ２１の第１光学素子２１ａは、例えばシリンドリカルレンズで構成されるＦＡＣ（ファスト軸コリメータ）である。図４に、Ｘ方向からみた第１光学素子２１ａの配置例を示す。第１光学素子２１ａは、Ｘ方向に沿って、光源部３中の各レーザ素子３１〜３３に対向するように配置される。第１光学素子２１ａは、図４に示すように、レーザ素子３１〜３３近傍のビームのファスト軸ａ１の方向、即ちＹ方向において、各レーザ素子３１〜３３から出射する光をコリメートする。
【００２８】
ＢＴＵ２１の第２光学素子２１ｂは、例えば複数のシリンドリカルレンズを、レーザ素子毎に対向するように組み合わせて構成されるビームツイスタである。図５に、第２光学素子２１ｂの構成例を示す。第２光学素子２１ｂは、第１光学素子２１ａを介して、各々のレーザ素子３１〜３３に対向する。第２光学素子２１ｂは、ＸＹ平面における回転角９０°分、第１光学素子２１ａから入射する光のビームを回転させる。これにより、ＢＴＵ２１から出射する光のビームのファスト軸ａ１は、Ｘ方向に向けられる。
【００２９】
レンズ２２は、図２に示すように、−Ｚ側からＢＴＵ２１を介して入射する複数のレーザ素子３１〜３３のビームを、Ｘ方向において、略平行光とする。レンズ２２は、１つ又は複数のレンズ素子を含み、Ｘ方向に正の屈折力を有する。レンズ２２は、例えばＢＴＵ２１の第２光学素子２１ｂの＋Ｚ側の端面までの距離が焦点距離に合致するように配置される。レンズ２２の＋Ｚ側の焦点近傍には、回折素子２３が配置される。
【００３０】
回折素子２３は、例えば透過型の回折格子が形成された分散性素子である。本実施形態において、回折素子２３の回折格子は、複数のレーザ素子３１〜３３からの光を同じ方向に出射して、合成するための回折条件を満たす。回折素子２３の回折条件は、次式（１）のように表される。
【００３１】
ｓｉｎα−ｓｉｎβ＝ｍλ／ｄ      …（１）
ここで、αは回折素子２３に入射する光の入射角であり、βは回折後に出射する光の回折角である。また、λは回折させる光の波長であり、共振波長に対応する。ｄは、回折素子２３における回折格子のピッチである。ｍは、回折次数を示し、例えば整数である。
【００３２】
図６は、回折素子２３における光の合成方法を説明するための図である。以下、図２に示すように、回折素子２３から回折角βにおいて出射する光の方向を「ｄ１」とする。
【００３３】
回折素子２３においては、図６に示すように、各レーザ素子３１，３２，３３からの光の入射角α＝α１，α２，α３が互いに異なる。本実施形態の光共振器２では、上式（１）に基づいて、各レーザ素子３１〜３３の回折角βを同一にするように、各レーザ素子３１〜３３に異なる共振波長λが設定される。これにより、複数のレーザ素子３１〜３３からの光は、回折素子２３を透過すると空間的に合成され、＋ｄ１方向に出射する。
【００３４】
図７は、光共振器２における共振波長λのスペクトルを示すグラフである。図７のグラフにおいて、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は光の強度を示す。
【００３５】
図７では、光源部３における複数のレーザ素子３１〜３３における個々の共振スペクトルＳ１〜Ｓ３と、共通の自然放出スペクトルＳ０とを示している。各共振スペクトルＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、各々のレーザ素子３１，３２，３３の共振波長λの分布を示す。自然放出スペクトルＳ０は、例えば９５５ｎｍ〜９９０ｎｍの波長帯を含む。なお、レーザ素子の波長帯は特にこれに限定されず、例えば４００ｎｍ帯のレーザ素子が用いられてもよい。
【００３６】
本実施形態の光共振器２は、図７に示すように、光源部３中の全てのレーザ素子３１〜３３の共振スペクトルＳ１〜Ｓ３が、自然放出スペクトルＳ０の範囲内に収まるように、光共振器２の各種パラメータが設定される。光共振器２の各種パラメータは、例えば、光源部３におけるレーザ素子３１〜３３のピッチ、レンズ２２の焦点距離、回折素子２３における回折格子のピッチ、光共振器２の各部間の距離である。
【００３７】
以上のように構成される光共振器２によると、複数のレーザ素子３１〜３３の光を同時に共振させながら空間的に合成して、ビーム品質を良くすることができる。本実施形態では、以上のような光共振器２において、出力カプラ４に反射率を調整可能な構成を持たせる。以下、出力カプラ４の構成について説明する。
【００３８】
１−１−１．出力カプラの構成
本実施形態の光共振器２における出力カプラ４の構成について、図２，８を用いて説明する。図８は、光共振器２における出力カプラ４の機構を説明するための図である。
【００３９】
本実施形態の出力カプラ４は、光の偏光を利用して、出力カプラ４内部の反射率を調整可能にする。図２に示すように、出力カプラ４は、例えば＋ｄ１方向に順番に配置された１／２波長板４１、ｓ／ｐ分離素子４２、１／４波長板４３及びミラー４４を備える。さらに、本実施形態に係る出力カプラ４は、１／４波長板４３が有する光学軸ａ３（図８）の方向を調整する調整部４０を備える。
【００４０】
１／２波長板４１は、光共振器２において回折素子２３よりも＋ｄ１側に配置される。１／２波長板４１は、入射する光のｓ偏光成分とｐ偏光成分とを反転する向きに配置される。本実施形態の１／２波長板４１の光学軸は、光の進行方向に垂直な面内でｐ偏光あるいはｓ偏光の電界の振動方向に対し４５度傾いており、偏光成分を反転する偏光反転部として機能する。
【００４１】
ｓ／ｐ分離素子４２は、入射する光のうちのｓ偏光成分とｐ偏光成分とを分離する偏光分離素子の一例である。ｓ／ｐ分離素子４２は、例えば偏光ビームスプリッタで構成される。例えば、ｓ／ｐ分離素子４２は、ｓ偏光の光を反射し、ｐ偏光の光を透過する。
【００４２】
１／４波長板４３は、光学軸ａ３を基準として、入射する光において互いに直交する偏光成分の間に１／４波長の位相差を生じさせる。１／４波長板４３の光学軸ａ３は、例えば高速軸又は低速軸である。
【００４３】
ミラー４４は、例えば全反射鏡である。ミラー４４は、１／４波長板４３に対向するように配置される。
【００４４】
図８に示すように、出力カプラ４は、ミラー４４に到るまでの光路に応じて、例えばｄ１方向に沿った光路の光軸ａ４を有する。１／４波長板４３は、例えば出力カプラ４の光軸ａ４に直交する平面上で光学軸ａ３が回転可能に配置される。
【００４５】
調整部４０は、例えば光軸ａ４の周りに１／４波長板４３を回転させる各種の回動機構を含む。調整部４０は、コントローラ１２の制御によって当該回動機構を駆動するアクチュエータ等を含んでもよい。当該アクチュエータは、光共振器２の外部に設けられてもよいし、回動機構が手動で用いられる場合などには適宜、省略されてもよい。
【００４６】
２．動作
以上のように構成されるレーザ加工機１及び光共振器２の動作について、以下説明する。
【００４７】
本実施形態のレーザ加工機１（図１）は、例えばコントローラ１２から光源ドライバ１１の発振条件を設定し、光源ドライバ１１に光共振器２の光源部３を駆動させる。これにより、光共振器２において、設定した発振条件で光を共振させ、出力カプラ４から出力光Ｌ１を得られる。
【００４８】
この際、例えばコントローラ１２が、設定した発振条件に応じて出力カプラ４の調整部４０を制御することより、光共振器２における発振効率を容易に最適化することができる。以上のようなレーザ加工機１における光共振器２の動作について、以下説明する。
【００４９】
２−１．光共振器の動作
本実施形態に係る光共振器２の動作について、図２，９を用いて説明する。
【００５０】
本実施形態の光共振器２において、光源部３は、複数のレーザ素子３１〜３３からそれぞれ光を出射する。各々のレーザ素子３１〜３３からの光は、ＢＴＵ２１を介して、ビームのファスト軸ａ１をＸ方向に向けた状態で、レンズ２２に入射する。本実施形態において、ＢＴＵ２１を出射したレーザ素子３１〜３３からの光はｐ偏光となる。
【００５１】
レンズ２２は、複数のレーザ素子３１〜３３からの光のビームを結合させるように、各々の光を回折素子２３近傍に導光する。またレーザ素子３１〜３３からの光は、ＢＴＵ２１と回折素子２３の間に配置される１／２波長板（図示せず）により、回折素子２３に入射する前にｓ偏光に変換される。回折素子２３は、各レーザ素子３１〜３３から入射する光をそれぞれ回折させて、空間的に合成した光Ｌ１０を＋ｄ１方向に出射する。合成された光Ｌ１０も、偏光の方向は保存され、ｓ偏光である。
【００５２】
ｓ偏光の光Ｌ１０は、回折素子２３から出力カプラ４に入射する。出力カプラ４に入射した光Ｌ１０は、１／２波長板４１においてｓ偏光からｐ偏光に変換される。変換後の光Ｌ１１は、ｓ／ｐ分離素子４２では特に分離されずに＋ｄ１方向に進む。
【００５３】
ｓ／ｐ分離素子４２から光Ｌ１１が＋ｄ１方向に進むと、１／４波長板４３を通過する。光学軸ａ３を低速軸とすると１／４波長板４３は、通過する光Ｌ１１において光学軸ａ３に対応する偏光成分の位相を１／４波長分、遅延させる。１／４波長板４３を＋ｄ１方向に進んだ光Ｌ１２は、ミラー４４に反射される。反射された光Ｌ２１は、−ｄ１方向に進んで１／４波長板４３を再度、通過し、ｓ／ｐ分離素子４２に入射する。
【００５４】
上記のように１／４波長板４３を２回、通過した光Ｌ２２には、光学軸ａ３を基準に１／２波長分の位相差が生じる。よって、１／４波長板４３からｓ／ｐ分離素子４２に入射する光Ｌ２２は、１／４波長板４３の光学軸ａ３の方向に応じた割合において、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含んだ直線偏光になる。
【００５５】
ｓ／ｐ分離素子４２は、１／４波長板４３からの光Ｌ２２において、ｓ偏光成分を反射する一方でｐ偏光成分を透過することにより、ｓ偏光の光Ｌ２３とｐ偏光の光Ｌ２４とを分離する。分離されたｓ偏光の光Ｌ２３は、出力カプラ４から出力光Ｌ１として外部に出射する。ｐ偏光の光Ｌ２４は、出力カプラ４を−ｄ１方向に進んで、１／２波長板４１に入射する。
【００５６】
１／２波長板４１は、ｓ／ｐ分離素子４２からの光Ｌ２４をｐ偏光からｓ偏光に変換して、ｓ偏光の光Ｌ２５を、出力カプラ４から−ｄ１方向に出射する。これにより、出力カプラ４は、入射した光Ｌ１０と同じ偏光状態の光Ｌ２５を回折素子２３に戻すことができる。回折素子２３により回折されたＬ２５は、ＢＴＵ２１と回折素子２３の間に配置される１／２波長板（図示せず）によりｐ偏光に変化され、回折角に応じてレーザ素子３１〜３３に戻る。
【００５７】
以上のように、出力カプラ４によると、１／４波長板４３の光学軸ａ３の方向に応じた割合において、入射した光Ｌ１０の一部を出力光Ｌ１として外部に出射し、残りを回折素子２３に戻す。これにより、光源部３と出力カプラ４との間で光を共振させることができる。光の共振は、光源部３の各レーザ素子３１〜３３の−Ｚ側の端面と、出力カプラ４のミラー４４間の光路において生じる。
【００５８】
光共振器２の発振効率は、出力カプラ４において光を戻す割合（或いは反射率）に応じて変動する。光を戻す最適な割合は、各種の発振条件に応じて異なる。本実施形態の出力カプラ４によると、１／４波長板４３の光学軸ａ３の方向を変更することにより、光共振器２の出力光Ｌ１と戻す光Ｌ２５との割合を容易に調整することができる。出力カプラ４の調整方法について、図９を用いて説明する。
【００５９】
図９は、出力カプラ４の１／４波長板４３の光学軸ａ３と偏光方向との関係を示す図である。図９では、１／４波長板４３の主面における光学軸ａ３及び各種偏光の方向を示している。
【００６０】
上述したように、ｓ／ｐ分離素子４２から１／４波長板４３に入射する光Ｌ１１は、ｐ偏光となる。また、１／４波長板４３からｓ／ｐ分離素子４２に出射する光Ｌ２２は、光学軸ａ３を基準に、１／２波長の位相差を有する。よって、当該光Ｌ２２の偏光方向は、図９に示すように、ｐ偏光を基準として光学軸ａ３の角度θｓの２倍の角度２θｓを有することとなる。
【００６１】
よって、調整部４０によって、１／４波長板４３の光学軸ａ３の角度θｓを適宜、調整することにより、光Ｌ２２におけるｓ偏光とｐ偏光との混合比を、所望の割合に設定できる。これにより、ｓ／ｐ分離素子４２における反射率を設定し、出力カプラ４において光を戻す割合を自由に調整することができる。
【００６２】
３．まとめ
以上のように、本実施形態に係る光共振器２は、光源部３と、出力カプラ４とを備える。光源部３は、光を発光する。出力カプラ４は、光源部３において発光した光を共振させて、出力光Ｌ１を出射する。出力カプラ４は、ミラー４４と、偏光分離素子の一例のｓ／ｐ分離素子４２と、１／４波長板４３と、調整部４０とを備える。ミラー４４は、光源部３からの光を反射するように配置される。ｓ／ｐ分離素子４２は、光源部３とミラー４４間の光路上に配置され、例えばミラー４４から入射する光のうちのｐ偏光成分（第１の偏光成分）を光源部３に出射し、ｓ偏光成分（第２の偏光成分）を出力光Ｌ１として出射する。１／４波長板４３は、ｓ／ｐ分離素子４２とミラー４４間に配置される。１／４波長板４３は、入射する光に１／４波長の位相差を与える光学軸ａ３を有する。調整部４０は、１／４波長板４３の光学軸ａ３の方向を調整する。
【００６３】
以上の光共振器２によると、調整部４０において１／４波長板４３の光学軸ａ３の方向を調整することにより、ｓ／ｐ分離素子４２で分離される偏光成分の混合比を変更できる。これにより、特に光学部品を取り替えるような手間なく、光共振器２において光の発振効率を調整し易くすることができる。
【００６４】
本実施形態において、光源部３は、各々が光源素子の一例である複数のレーザ素子３１〜３３を含む。光共振器２は、レーザ素子３１〜３３毎に複数の波長の光を共振させるように、各波長の光を回折する回折素子２３をさらに備える。
【００６５】
以上の光共振器２によると、波長加算型の光共振器２において、複数の共振スペクトルＳ１〜Ｓ３を有するレーザ素子３１〜３３の光の空間合成によって良好なビーム品質を得る際に、発振効率の最適化を容易に行うことができる。
【００６６】
また、本実施形態において、出力カプラ４は、回折素子２３とｓ／ｐ分離素子４２との間に配置された１／２波長板４１をさらに備える。１／２波長板４１は、入射する光において第１の偏光成分と第２の偏光成分とを反転させる。１／２波長板４１により、回折素子２３から１／２波長板４１に入射する光Ｌ１０がｓ偏光である場合に、ｐ偏光の光Ｌ１１をｓ／ｐ分離素子４２に出射することができる。
【００６７】
また、本実施形態において、光共振器２は、ＢＴＵ２１をさらに備える。ＢＴＵ２１は、光源部３において発光する光のビームを調整する。これにより、光源部３からのビームのファスト軸ａ１において光の空間合成を行うことができる。
【００６８】
また、本実施形態におけるレーザ加工機１は、光共振器２と、コントローラ１２とを備える。コントローラ１２は、例えば光源ドライバ１１を介して、光共振器２における光源部３の発光を制御する。本実施形態のレーザ加工機１によると、光共振器２により、光の発振効率を調整し易くすることができる。
【００６９】
（実施形態２）
以下、図面を用いて、実施形態２を説明する。実施形態２では、出力カプラにおける波長依存性を低減できる光共振器について説明する。
【００７０】
以下、実施形態１と同様の構成および動作の説明は適宜、省略して、本実施形態に係る光共振器を説明する。
【００７１】
図１０は、実施形態２に係る光共振器２Ａの構成を示す図である。本実施形態の光共振器２Ａは、実施形態１の光共振器２（図２）と同様の構成において、２枚の１／４波長板４３、及び２枚の１／２波長板４１を備える。
【００７２】
本実施形態の出力カプラ４において、２枚の１／４波長板４３は、実施形態１の１／４波長板４３と同様に、ｓ／ｐ分離素子４２とミラー４４間に配置される。出力カプラ４の調整部４０は、２枚の１／４波長板４３のうちの一方の光学軸（以下「第１の光学軸」という）と他方の光学軸（以下「第２の光学軸」という）間に、後述する関係が成立するように、各１／４波長板４３を調整する（図１１参照）。なお、第１の光学軸と第２の光学軸とは、共に高速軸に統一するか、あるいは共に低速軸に統一する。
【００７３】
また、２枚の１／２波長板４１は、実施形態１の１／２波長板４１と同様に、回折素子２３とｓ／ｐ分離素子４２間に配置される。各１／２波長板４１は、２枚の１／２波長板４１の通過前後において、ｓ偏光成分がｐ偏光成分に変換され、且つｐ偏光成分がｓ偏光成分に変換されるように配置される。これにより、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを反転させる際の波長依存性を低減することができる。
【００７４】
図１１は、本実施形態の光共振器２Ａにおける２枚の１／４波長板４３の光学軸ａ３１，ａ３２と偏光方向との関係を示す図である。図１１では、２枚の１／４波長板４３における第１の光学軸ａ３１の角度θｓ１と、第２の光学軸ａ３２の角度θｓ２とを、図９と同様に示している。
【００７５】
本実施形態の光共振器２Ａは、２枚の１／４波長板４３の各々において通過する光に位相差を与える旋光を行うことにより、光の波長に応じた位相差のばらつきを低減する。具体的には、実施形態１と同様にｓ／ｐ分離素子４２に入射させる光Ｌ２２の偏光方向を角度２θｓに設定する際に、調整部４０により、第１及び第２の光学軸ａ３１，ａ３２の角度θｓ１，θｓ２が、次式（２），（３），（４）を満たすように調整される。
θｓ＝θｍ＝θｒ                  …（２）
θｍ＝（θｓ１＋θｓ２）／２      …（３）
θｒ＝θｓ２−θｓ１              …（４）
【００７６】
上式（２）〜（４）によると、２枚の１／４波長板４３のうちの一方を通過した際に生じ得る位相差のばらつきが、他方の１／４波長板４３を通過する際に低減される。これにより、ｓ／ｐ分離素子４２に入射させる光Ｌ２２の偏光方向を調整する際の波長依存性を低減することができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態の光共振器２Ａにおいて、出力カプラ４は、１／４波長板４３を２つ、備える。調整部４０は、各１／４波長板４３の光学軸ａ３の方向を調整する。これにより、例えば波長加算型の光共振器２Ａにおける波長に依存したばらつき低減して、精度良く発振効率を調整することができる。
【００７８】
また、本実施形態において、出力カプラ４は、１／２波長板４１を２つ、備える。２枚の１／２波長板４１によると、図１１と同様の原理に従い、出力カプラ４において偏光成分を反転させる際の波長依存性を低減することができる。
【００７９】
（他の実施形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１，２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記各実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。
【００８０】
上記の実施形態２では、２枚の１／４波長板４３及び２枚の１／２波長板４１を備える光共振器２Ａについて説明した。本実施形態における光共振器は、１枚の１／４波長板４３及び２枚の１／２波長板４１を備えてもよいし、２枚の１／４波長板４３及び１枚の１／２波長板４１を備えてもよい。
【００８１】
上記の各実施形態１，２では、偏光分離素子の一例として、ｓ偏光の光を反射してｐ偏光の光を透過するｓ／ｐ分離素子４２を説明した。本実施形態における光共振器の偏光分離素子はこれに限らず、例えば、ｓ偏光の光を透過してｐ偏光の光を反射するｓ／ｐ分離素子が用いられてもよい。この際、光共振器において各種光学素子が追加されたり、置換されたりしてもよい。
【００８２】
また、上記の各実施形態では、１／２波長板を用いる光共振器を説明したが、１／２波長板は適宜、省略されてもよい。
【００８３】
また、上記の各実施形態では、光共振器２に含まれる光学系の一例を説明したが、本実施形態の光共振器２は適宜、他の光学系をさらに備えてもよい。例えば、光共振器２は、ＳＡＣ（スロー軸コリメータ）等を備えてもよい。また、光共振器２は、光源部３、ＢＴＵ２１及びレンズ２２を含むユニットを複数、備え、各ユニットにおいて回折素子２３を共用するように構成されてもよい。
【００８４】
また、上記の各実施形態では、光共振器２において透過型の回折素子２３を用いる例を説明したが、特に透過型に限定されない。本実施形態の光共振器２は、反射型の回折素子を用いて構成されてもよい。
【００８５】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【００８６】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００８７】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。
【図１】
2019163335.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月30日(2019.10.30)
【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】
光を発光する光源部と、
前記光源部において発光し、ｓ偏光において入射する光を回折する回折素子と、
前記回折素子が回折したｓ偏光の光を共振させて、出力光を出射する出力カプラとを備え、
前記出力カプラは、
前記光源部から前記回折素子を介して入射する光を反射するように配置されたミラーと、
前記回折素子と前記ミラー間の光路上に配置され、前記ミラーにより出射された後に入射する光のうちの、ｐ偏光成分を前記光源部に戻すように出射し、ｓ偏光成分を前記出力光として出射する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子と前記ミラー間に配置され、入射する光に１／４波長の位相差を与える光学軸を有する少なくとも１つの１／４波長板と、
前記１／４波長板の光学軸の方向を調整する調整部とを備える光共振器。
【請求項２】
前記光源部は、異なる波長で共振可能な複数の光源素子を含み、
前記回折素子は、各光源素子からｓ偏光において入射する光の出射方向を合成して複数の波長の光を共振させるように、各波長の光を回折する
請求項１に記載の光共振器。
【請求項３】
前記出力カプラは、前記回折素子と前記偏光分離素子との間に配置され、入射する光におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分とを反転させる、少なくとも１つの１／２波長板をさらに備える
請求項２に記載の光共振器。
【請求項４】
前記出力カプラは、前記少なくとも１つの１／２波長板として２つの１／２波長板を備える
請求項３に記載の光共振器。
【請求項５】
前記出力カプラは、前記少なくとも１つの１／４波長板として２つの１／４波長板を備え、
前記調整部は、前記偏光分離素子に入射させる光の偏光方向の角度θｓと、前記２つの１／４波長板のうちの一方の１／４波長板が有する第１の光学軸の角度θｓ１と、他方の１／４波長板が有する第２の光学軸の角度θｓ２とが以下の数式を満たすように調整される
θｓ＝θｍ＝θｒ
θｍ＝（θｓ１＋θｓ２）／２
θｒ＝θｓ２−θｓ１
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光共振器。
【請求項６】
前記光源部において発光する光のビームを調整するビームツイスタユニットをさらに備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光共振器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光共振器と、
前記光共振器における光源部の発光を制御するコントローラと
を備えるレーザ加工機。
【請求項８】
前記ビームツイスタユニットと前記回折素子の間に配置され、前記光源部が発光して前記ビームツイスタユニットからｐ偏光で出射する光をｓ偏光に変換する１／２波長板をさらに備える
請求項６に記載の光共振器。
【国際調査報告】
2019163335.tif 000014
2019163335.tif 000015
2019163335.tif 000016
2019163335.tif 000017