JP2019079896A

JP2019079896A - Laser equipment

Info

Publication number: JP2019079896A
Application number: JP2017204909A
Authority: JP
Inventors: 隼規坂本; Junki Sakamoto; 東條　公資; Kimitada Tojo; 公資東條
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-05-23

Abstract

To obtain compact laser equipment of ultra-high brightness.SOLUTION: Laser equipment coupling multiple beams to one fiber 15 includes multiple laser diodes 10 placed at positions around the optical axis separated therefrom by a prescribed distance at substantially regular interval in the hoop direction, and emitting multiple beams, multiple optical elements 11 placed closer to the optical axis side than a laser diode corresponding to the multiple laser diodes, and making the multiple beams emitted from the multiple laser diodes parallel with each other, multiple light travel direction control means 13 placed closer to the optical axis side than the optical elements corresponding to the multiple optical elements, and controlling the travel direction of the beams from the multiple optical elements, and a light focus part 14 for focusing the multiple beams, travel direction of which is controlled by the multiple light travel direction control means, to the fiber.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ加工装置、レーザ照明装置等に適用されるレーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser apparatus applied to a laser processing apparatus, a laser illumination apparatus, and the like.

ファイバ出力型の高出力レーザは、光源部と出射部とを離間して配置することができる。このレーザは、出射部を軽量化、小型化させることができるため、レーザ加工ロボットや溶接ロボット等に搭載されている。 In the fiber output type high-power laser, the light source unit and the emitting unit can be arranged separately. Since this laser can reduce the weight and size of the emitting part, it is mounted on a laser processing robot, a welding robot or the like.

また、ファイバ出力型の高出力レーザは、自由空間出力型の高出力レーザに比べて、レーザを搭載する装置を設計する自由度が格段に優れている。 In addition, a fiber output type high power laser has much more freedom in designing an apparatus on which the laser is mounted, as compared with a free space output high power laser.

ファイバ出力型のレーザの輝度特性は、ファイバコア径、ファイバＮＡ（開口数）によって決定される。輝度が高いほど小さなスポットに絞ることができ、焦点深度が深くなる。このため、一般的に輝度の大きなビームが求められている。また、輝度が高いと光学系の小型化を図ることができる。 The luminance characteristics of the fiber output laser are determined by the fiber core diameter and the fiber NA (numerical aperture). The higher the brightness, the smaller the spot can be and the deeper the focal depth. For this reason, generally, a beam having a large luminance is required. In addition, when the luminance is high, the optical system can be miniaturized.

高輝度高出力なファイバ出力型のダイレクトダイオードレーザでは、複数の半導体レーザから出射されたコリメートビームを、プリズムやミラー等の複数の光進行方向制御手段やテレスコープ等の複数の光断面積制御手段を用いて自由に制御し、ビームを結合レンズで集光してファイバコアに結合させる。即ち、ビームの空間合波が行われる。 In a high-brightness, high-output fiber output type direct diode laser, collimated beams emitted from a plurality of semiconductor lasers are subjected to a plurality of light direction control means such as a prism or mirror, and a plurality of light cross section control means such as a telescope. And control the beam freely with a coupling lens to couple it to the fiber core. That is, spatial multiplexing of beams is performed.

複数のレーザダイオードから出射されたビームを空間合波させるための手法として、特許文献１が知られている。特許文献１では、基本的に、レーザダイオードのパッケージサイズやコリメートレンズ及びそのレンズホルダサイズによって、レーザダイオードの配置関係が決定される。このため、空間合波方式でコリメートビームの進行方向を光軸中心に寄せて、ファイバ結合効率を高めている。 Patent Document 1 is known as a method for spatially multiplexing beams emitted from a plurality of laser diodes. In Patent Document 1, basically, the arrangement relationship of the laser diode is determined by the package size of the laser diode, the collimator lens, and the lens holder size thereof. For this reason, in the spatial multiplexing system, the traveling direction of the collimated beam is brought close to the center of the optical axis to enhance the fiber coupling efficiency.

特開２０１４−１９２４５０号公報JP, 2014-192450, A

しかしながら、特許文献１に記載された半導体レーザ装置にあっては、空間合波が十分になされておらず、超高輝度を実現することができなかった。 However, in the semiconductor laser device described in Patent Document 1, spatial multiplexing is not sufficiently performed, and it has been impossible to realize ultra-high luminance.

本発明の課題は、空間合波方式のファイバ結合型で、超高輝度且つコンパクトなレーザ装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a space coupled type fiber coupled type laser device which is ultra-high brightness and compact.

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ装置は、複数のビームを１本のファイバに結合させるレーザ装置であって、光軸を中心とし前記光軸から所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔に配置され、前記複数のビームを光軸方向に出射する複数のレーザダイオードと、前記レーザダイオードよりも光軸側に前記複数のレーザダイオードと対応して配置され、前記複数のレーザダイオードから出射される前記複数のビームを平行にさせる複数の光学素子と、前記光学素子よりも前記光軸側に前記複数の光学素子と対応して配置され、前記複数の光学素子からのビームの進行方向を制御する複数の光進行方向制御手段と、前記複数の光進行方向制御手段で進行方向が制御された前記複数のビームを前記ファイバに集光させる集光部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a laser device according to the present invention is a laser device that combines a plurality of beams into a single fiber, and is circumferentially located at a predetermined distance from the optical axis with respect to the optical axis. A plurality of laser diodes disposed substantially at equal intervals in a direction and emitting the plurality of beams in the optical axis direction, and a plurality of laser diodes disposed corresponding to the plurality of laser diodes closer to the optical axis than the laser diode; A plurality of optical elements for making the plurality of beams emitted from a laser diode in parallel, and a beam from the plurality of optical elements disposed corresponding to the plurality of optical elements on the optical axis side with respect to the optical element A plurality of light traveling direction control means for controlling the traveling direction of the light, and a light collecting section for collecting the plurality of beams whose traveling directions are controlled by the plurality of light traveling direction control means on the fiber Characterized in that it comprises.

また、本発明は、複数のビームを１本のファイバに結合させるレーザ装置であって、光軸を中心とし前記光軸から所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔に配置され、前記複数のビームを出射する複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードと対応して配置され、前記複数のレーザダイオードから出射される前記複数のビームを平行にさせて第１進行方向に進行させる複数の光学素子と、前記複数の光学素子と対応して配置され、前記複数の光学素子からの第１進行方向のビームの進行方向を制御する複数の第１の光進行方向制御手段と、前記複数の第１の光進行方向制御手段と対応して配置され、前記複数の第１の光進行方向制御手段で制御された前記複数のビームの進行方向を、前記第１進行方向とは異なる方向の第２光進行方向に変更させる複数の第２の光進行方向制御手段と、前記複数の第２の光進行方向制御手段で進行方向が制御された前記複数のビームを前記ファイバに集光させる集光部とを備えることを特徴とする。 Further, the present invention is a laser apparatus for combining a plurality of beams into one fiber, which is disposed at a predetermined distance from the optical axis at a predetermined distance from the optical axis and substantially equally spaced in the circumferential direction, A plurality of laser diodes emitting a plurality of beams, and a plurality of laser diodes disposed corresponding to the plurality of laser diodes, making the plurality of beams emitted from the plurality of laser diodes parallel and advance in the first traveling direction And a plurality of first light traveling direction control means disposed corresponding to the plurality of optical elements, for controlling the traveling direction of the beam in the first traveling direction from the plurality of optical elements, and The traveling directions of the plurality of beams, which are arranged corresponding to the first traveling direction control means, controlled by the plurality of first traveling direction control means, in directions different from the first traveling direction Second A plurality of second light traveling direction control means for changing the traveling direction, and a focusing unit for condensing the plurality of beams whose traveling directions are controlled by the plurality of second light traveling direction control means on the fiber And the like.

本発明によれば、空間合波方式のファイバ結合型で、超高輝度且つコンパクトなレーザ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultra-high brightness and compact laser device by means of a spatial multiplexing fiber coupling type.

本発明の実施例１のレーザ装置の構成図である。It is a block diagram of the laser apparatus of Example 1 of this invention. 図１に示す実施例１のレーザ装置のＡ−Ａ間の断面図である。It is sectional drawing between AA of the laser apparatus of Example 1 shown in FIG. 本発明の実施例２のレーザ装置の構成図である。It is a block diagram of the laser apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の実施例３のレーザ装置の構成図である。It is a block diagram of the laser apparatus of Example 3 of this invention. 図４に示す実施例３のレーザ装置のＥ−Ｅ間の断面図である。It is sectional drawing between EE of the laser apparatus of Example 3 shown in FIG. 本発明の実施例４のレーザ装置の構成図である。It is a block diagram of the laser apparatus of Example 4 of this invention. 本発明の実施例５のレーザ装置の構成図である。It is a block diagram of the laser apparatus of Example 5 of this invention.

以下、本発明のレーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a laser device of the present invention will be described in detail based on the drawings.

（実施例１）
図１（ａ）は、本発明の実施例１のレーザ装置の構成図である。図１（ｂ）は、Ｂから結合レンズ１４を見た図であり、本発明の実施例１のレーザ装置の結合レンズ１４上の楕円状のコリメートビームを示す図である。図１（ｃ）は、Ｃからファイバ１５の端面を見た図であり、ファイバ１５の端面におけるビームを示す図である。図２は、図１に示す実施例１のレーザ装置のＡ−Ａ間の断面図である。 Example 1
FIG. 1A is a block diagram of a laser apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (b) is a view of the combined lens 14 viewed from B, showing an elliptical collimated beam on the combined lens 14 of the laser device of the first embodiment of the present invention. FIG. 1 (c) is a view of the end face of the fiber 15 as viewed from C, showing a beam at the end face of the fiber 15. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A of the laser device of the first embodiment shown in FIG.

レーザ装置は、複数のビームを１本のファイバ１５に結合させる。レーザ装置は、レーザダイオード１０−１〜１０−６、コリメートレンズ１１−１〜１１−６、ホルダ１２−１〜１２−６、プリズムミラー１３−１〜１３−６、結合レンズ１４を備えている。 The laser unit combines a plurality of beams into one fiber 15. The laser device includes laser diodes 10-1 to 10-6, collimate lenses 11-1 to 11-6, holders 12-1 to 12-6, prism mirrors 13-1 to 13-6, and a coupling lens 14. .

レーザダイオード１０−１〜１０−６、コリメートレンズ１１−１〜１１−６は、ホルダ１２−１〜１２−６に固定されている。図１では、レーザダイオード１０、コリメートレンズ１１、ホルダ１２の各々が６個である。これらの数は、６個に限定されることなく、６個以外でも良い。 The laser diodes 10-1 to 10-6 and the collimator lenses 11-1 to 11-6 are fixed to the holders 12-1 to 12-6. In FIG. 1, the number of laser diodes 10, collimating lenses 11, and holders 12 is six. These numbers are not limited to six, and may be other than six.

レーザダイオード１０−１〜１０−６は、光軸Ｏを中心とし光軸Ｏから所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔（約６０°間隔）に配置され、各々のレーザダイオードは、ビームを光軸方向に出射する。ファイバ１５の中心軸は、結合レンズ１４の光軸Ｏの同一線上にある。 The laser diodes 10-1 to 10-6 are disposed at a predetermined distance from the optical axis O with respect to the optical axis O and at substantially equal intervals (about 60 ° intervals) in the circumferential direction. The beam is emitted in the direction of the optical axis. The central axis of the fiber 15 is colinear with the optical axis O of the coupling lens 14.

レーザダイオード１０−１〜１０−６のファスト軸成分あるいはスロー軸成分が光軸Ｏを中心として、放射方向又は円周方向と一致するように配置されている。 The fast axis component or the slow axis component of the laser diodes 10-1 to 10-6 is disposed so as to coincide with the radial direction or the circumferential direction with the optical axis O as a center.

コリメートレンズ１１−１〜１１−６は、本発明の複数の光学素子に対応し、レーザダイオード１０−１〜１０−６よりも光軸側に、レーザダイオード１０−１〜１０−６と対応して配置され、レーザダイオード１０−１〜１０−６から出射される複数のビームを平行にさせる。 The collimator lenses 11-1 to 11-6 correspond to the plurality of optical elements of the present invention, and correspond to the laser diodes 10-1 to 10-6 on the optical axis side of the laser diodes 10-1 to 10-6. The plurality of beams emitted from the laser diodes 10-1 to 10-6 are collimated.

プリズムミラー１３−１〜１３−６は、本発明の光進行方向制御手段に対応し、コリメートレンズ１１−１〜１１−６よりも光軸側に、複数のコリメートレンズ１１−１〜１１−６と対応して配置され、コリメートレンズ１１−１〜１１−６からのビームを反射させることにより、ビームの進行方向を変更させて結合レンズ１４に導く。プリズムミラー１３−１〜１３−６は、三角形をなし、ファイバ１５の軸（＋Ｚ軸）延長上に配置され、＋ｒ方向からレーザビームが入力される。 The prism mirrors 13-1 to 13-6 correspond to the light traveling direction control means of the present invention, and a plurality of collimator lenses 11-1 to 11-6 are provided closer to the optical axis than the collimator lenses 11-1 to 11-6. And the beam from the collimating lenses 11-1 to 11-6 is reflected to change the traveling direction of the beam and to guide it to the combining lens 14. The prism mirrors 13-1 to 13-6 form a triangle, and are disposed on the axis (+ Z axis) extension of the fiber 15, and a laser beam is input from the + r direction.

結合レンズ１４は、本発明の集光部に対応し、プリズムミラー１３−１〜１３−６で進行方向が制御された複数のビームをファイバ１５に集光させる。結合レンズ１４は、ファイバ１５にビームを高輝度結合させるためにファイバ端面が焦点位置になるように配置されている。 The coupling lens 14 corresponds to the focusing part of the present invention, and focuses a plurality of beams whose traveling directions are controlled by the prism mirrors 13-1 to 13-6 on the fiber 15. The coupling lens 14 is arranged so that the end face of the fiber is at a focal position in order to couple the beam to the fiber 15 in high intensity.

このように、実施例１のレーザ装置によれば、光軸Ｏから所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔に配置されたレーザダイオード１０−１〜１０−６からのレーザビームは、図１及び図２に示すように、光軸方向に出射され、コリメートレンズ１１−１〜１１−６でコリメートされる。 As described above, according to the laser device of the first embodiment, the laser beams from the laser diodes 10-1 to 10-6 arranged at the predetermined distance from the optical axis O and at substantially equal intervals in the circumferential direction are As shown in FIGS. 1 and 2, the light is emitted in the optical axis direction and collimated by the collimator lenses 11-1 to 11-6.

さらに、コリメートレンズ１１−１〜１１−６でコリメートされた複数のビームは、ファイバ１５の中心軸（＋Ｚ軸）延長上に配置されたプリズムミラー１３−１〜１３−６で反射されて図１に示すように、結合レンズ１４に送られる。結合レンズ１４では、プリズムミラー１３−１〜１３−６からのビームを集光させてファイバ１５の端面に結合させる。 Further, a plurality of beams collimated by the collimating lenses 11-1 to 11-6 are reflected by the prism mirrors 13-1 to 13-6 disposed on the central axis (+ Z axis) extension of the fiber 15, and the FIG. As shown in FIG. In the coupling lens 14, the beams from the prism mirrors 13-1 to 13-6 are condensed and coupled to the end face of the fiber 15.

従って、超高輝度なレーザ装置を提供することができる。また、レーザダイオード１０−１〜１０−６、コリメートレンズ１１−１〜１１−６、プリズムミラー１３−１〜１３−６を周方向に略等間隔に配置したので、ファイバ１５の軸方向の長さを短くことができ、レーザ装置をコンパクト化することができる。 Therefore, it is possible to provide an ultra-high brightness laser device. In addition, since the laser diodes 10-1 to 10-6, the collimator lenses 11-1 to 11-6, and the prism mirrors 13-1 to 13-6 are disposed at substantially equal intervals in the circumferential direction, the length of the fiber 15 in the axial direction is increased. Thus, the laser device can be made compact.

（実施例２）
図３（ａ）は、本発明の実施例２のレーザ装置の構成図である。図３（ｂ）は、実施例２のレーザ装置の結合レンズ上のビームを示す図である。実施例２のレーザ装置は、レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａ、コリメートレンズ１１−１Ａ〜１１−６Ａ、ホルダ１２−１Ａ〜１２−６Ａ、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ、結合レンズ１４を備えている。レーザ装置は、レーザダイオード１０−１Ｂ〜１０−６Ｂ、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂ、ホルダ１２−１Ｂ〜１２−６Ｂ、プリズムミラー１３−１Ｂ〜１３−６Ｂを備えている。 (Example 2)
FIG. 3A is a block diagram of the laser device of the second embodiment of the present invention. FIG. 3B is a view showing a beam on a combined lens of the laser device of the second embodiment. The laser apparatus according to the second embodiment includes laser diodes 10-1A to 10-6A, collimate lenses 11-1A to 11-6A, holders 12-1A to 12-6A, prism mirrors 13-1A to 13-6A, and a combination lens 14 Is equipped. The laser device includes laser diodes 10-1B to 10-6B, collimate lenses 11-1B to 11-6B, holders 12-1B to 12-6B, and prism mirrors 13-1B to 13-6B.

レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａ，１０−１Ｂ〜１０−６Ｂは、図１に示したレーザダイオード１０−１〜１０−６の構成と同一構成である。コリメートレンズ１１−１Ａ〜１１−６Ａ，１１−１Ｂ〜１１−６Ｂは、図１に示したコリメートレンズ１１−１〜１１−６の構成と同一構成である。ホルダ１２−１Ａ〜１２−６Ａ，１２−１Ｂ〜１２−６Ｂは、図１に示したホルダ１２−１〜１２−６の構成と同一構成である。プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ，プリズムミラー１３−１Ｂ〜１３−６Ｂは、図１に示したプリズムミラー１３−１〜１３−６の構成と同一構成である。 The laser diodes 10-1A to 10-6A and 10-1B to 10-6B have the same configuration as the laser diodes 10-1 to 10-6 shown in FIG. The collimator lenses 11-1A to 11-6A and 11-1B to 11-6B have the same configuration as that of the collimator lenses 11-1 to 11-6 shown in FIG. Holders 12-1A to 12-6A and 12-1B to 12-6B have the same configuration as the configuration of holders 12-1 to 12-6 shown in FIG. The prism mirrors 13-1A to 13-6A and the prism mirrors 13-1B to 13-6B have the same configuration as that of the prism mirrors 13-1 to 13-6 shown in FIG.

レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａ，コリメートレンズ１１−１Ａ〜１１−６Ａ，ホルダ１２−１Ａ〜１２−６Ａ、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａは、レーザダイオード１０−１Ｂ〜１０−６Ｂ、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂ、ホルダ１２−１Ｂ〜１２−６Ｂ、プリズムミラー１３−１Ｂ〜１３−６Ｂに対して、ファイバ１５の軸方向にずらして配置されている。プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａとは、プリズムミラー１３−１Ｂ〜１３−６Ｂに対して、ｒ方向にずらして配置されている。 Laser diodes 10-1A to 10-6A, collimating lenses 11-1A to 11-6A, holders 12-1A to 12-6A, and prism mirrors 13-1A to 13-6A are laser diodes 10-1B to 10-6B, The collimator lenses 11-1B to 11-6B, the holders 12-1B to 12-6B, and the prism mirrors 13-1B to 13-6B are arranged to be shifted in the axial direction of the fiber 15. The prism mirrors 13-1A to 13-6A are arranged to be shifted in the r direction with respect to the prism mirrors 13-1B to 13-6B.

さらに、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ，１３−１Ｂ〜１３−６Ｂと結合レンズ１４との間にテレスコープ１６（本発明の縮小光学系に対応）が配置されている。テレスコープ１６は、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ，１３−１Ｂ〜１３−６Ｂからの複数のビームの断面積を縮小して結合レンズ１４に出射する。 Furthermore, a telescope 16 (corresponding to the reduction optical system of the present invention) is disposed between the prism mirrors 13-1A to 13-6A and 13-1B to 13-6B and the coupling lens 14. The telescope 16 reduces the cross-sectional areas of the plurality of beams from the prism mirrors 13-1A to 13-6A and 13-1B to 13-6B, and emits the beams to the coupling lens 14.

このように、実施例２のレーザ装置によれば、レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａのビームは、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａを介してテレスコープ１６に送られる。レーザダイオード１０−１Ｂ〜１０−６Ｂのビームは、プリズムミラー１３−１Ｂ〜１３−６Ｂを介してテレスコープ１６に送られる。テレスコープ１６は、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ，１３−１Ｂ〜１３−６Ｂからの複数のビームの断面積を縮小して結合レンズ１４に出射するので、実施例１のレーザ装置よりもさらに、超高輝度なレーザ装置を提供することができる。 As described above, according to the laser device of the second embodiment, the beams of the laser diodes 10-1A to 10-6A are sent to the telescope 16 via the prism mirrors 13-1A to 13-6A. The beams of the laser diodes 10-1B to 10-6B are sent to the telescope 16 through the prism mirrors 13-1B to 13-6B. Since the telescope 16 reduces the cross-sectional areas of the plurality of beams from the prism mirrors 13-1A to 13-6A and 13-1B to 13-6B and emits them to the coupling lens 14, the telescope 16 is more effective than the laser device of the first embodiment. Furthermore, it is possible to provide an ultra-high brightness laser device.

（実施例３）
図４は、本発明の実施例３のレーザ装置の構成図である。図５は、図４に示す実施例３のレーザ装置のＥ−Ｅ間の断面図である。図４に示す実施例３のレーザ装置は、レーザダイオード１０−１〜１０−６、コリメートレンズ１１−１〜１１−６、ホルダ１２−１〜１２−６、プリズムミラー１７−１〜１７−６、プリズムミラー１３−１〜１３−６、結合レンズ１４、ファイバ１５、モードストリッパー１８、ヒートシンク２１を備えている。 (Example 3)
FIG. 4 is a block diagram of the laser device of the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line E-E of the laser device of the third embodiment shown in FIG. The laser apparatus of Example 3 shown in FIG. 4 includes laser diodes 10-1 to 10-6, collimator lenses 11-1 to 11-6, holders 12-1 to 12-6, and prism mirrors 17-1 to 17-6. And prism mirrors 13-1 to 13-6, a coupling lens 14, a fiber 15, a mode stripper 18, and a heat sink 21.

ヒートシンク２１は、本発明の放熱素子に対応し、レーザダイオード１０−１〜１０−６を放熱させる。レーザダイオード１０−１〜１０−６は、ヒートシンク２１に取り付けられ、各々が光軸Ｏを中心とし光軸Ｏから所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔（約６０°間隔）に配置され、複数のビームを出射する。 The heat sink 21 corresponds to the heat dissipation element of the present invention, and dissipates the heat from the laser diodes 10-1 to 10-6. The laser diodes 10-1 to 10-6 are attached to the heat sink 21 and are disposed at predetermined distances from the optical axis O with respect to the optical axis O at substantially equal intervals (about 60 ° intervals) in the circumferential direction. And emit multiple beams.

コリメートレンズ１１−１〜１１−６は、レーザダイオード１０−１〜１０−６と対応して配置され、レーザダイオード１０−１〜１０−６から出射される複数のビームを平行にさせて−Ｚ方向（第１進行方向）に進行させる。 The collimating lenses 11-1 to 11-6 are disposed in correspondence with the laser diodes 10-1 to 10-6, and collimate a plurality of beams emitted from the laser diodes 10-1 to 10-6 to -Z. Proceed in the direction (first traveling direction).

プリズムミラー１７−１〜１７−６は、本発明の複数の第１の光進行方向制御手段に対応し、コリメートレンズ１１−１〜１１−６と対応して配置され、コリメートレンズ１１−１〜１１−６からの第１進行方向のビームの進行方向を制御する。 The prism mirrors 17-1 to 17-6 correspond to the plurality of first light traveling direction control means of the present invention, and are disposed corresponding to the collimator lenses 11-1 to 11-6, respectively. Control the traveling direction of the beam in the first traveling direction from 11-6.

プリズムミラー１３−１〜１３−６は、本発明の複数の第２の光進行方向制御手段に対応し、三角形をなし、ファイバ１５の軸（＋Ｚ軸）延長上に配置される。プリズムミラー１３−１〜１３−６は、プリズムミラー１７−１〜１７−６と対応して配置され、プリズムミラー１７−１〜１７−６で制御された複数のビームの進行方向を、−Ｚ方向（第１進行方向）とは逆方向の＋Ｚ方向（第２光進行方向）に変更させる。 The prism mirrors 13-1 to 13-6 correspond to the plurality of second light traveling direction control means of the present invention, have a triangle shape, and are disposed on the axis (+ Z axis) extension of the fiber 15. The prism mirrors 13-1 to 13-6 are arranged corresponding to the prism mirrors 17-1 to 17-6, and the traveling directions of the plurality of beams controlled by the prism mirrors 17-1 to 17-6 are represented by -Z. The direction is changed to the + Z direction (second light traveling direction) opposite to the direction (first traveling direction).

結合レンズ１４は、プリズムミラー１３−１〜１３−６で進行方向が制御された複数のビームをファイバ１５に集光させる。ファイバ１５は、ヒートシンク２１を貫通して配置されている。モードストリッパー１８は、ファイバ１５を覆うように配置されるとともに、ヒートシンク２１に取り付けられている。モードストリッパー１８は、ファイバ１５のクラッドに入ったレーザ光を除去する。 The coupling lens 14 focuses a plurality of beams whose traveling directions are controlled by the prism mirrors 13-1 to 13-6 on the fiber 15. The fiber 15 is disposed through the heat sink 21. The mode stripper 18 is disposed to cover the fiber 15 and attached to the heat sink 21. The mode stripper 18 removes the laser light that has entered the cladding of the fiber 15.

このように、実施例３のレーザ装置によれば、レーザダイオード１０−１〜１０−６が、ビームを−Ｚ方向に出射すると、プリズムミラー１７−１〜１７−６により−ｒ方向に折り返される。折り返されたビームは、Ｚ軸上に配置されたプリズムミラー１３−１〜１３−６により、＋Ｚ方向にレーザビームを折り返す。そして、レーザビームは、結合レンズ１４によりファイバ１５に結合される。 As described above, according to the laser device of the third embodiment, when the laser diodes 10-1 to 10-6 emit beams in the -Z direction, they are folded back by the prism mirrors 17-1 to 17-6 in the -r direction. . The folded beam is folded back in the + Z direction by the prism mirrors 13-1 to 13-6 disposed on the Z axis. The laser beam is then coupled to the fiber 15 by a coupling lens 14.

ファイバ１５のコネクタ部とレーザダイオ―ド１０−１〜１０−６とを同一平面上のヒートシンク２１に配置したので、さらにレーザ装置を小型化することができる。また、ヒートシンク２１によりレーザダイオ―ド１０−１〜１０−６を放熱することができる。 Since the connector portion of the fiber 15 and the laser diodes 10-1 to 10-6 are arranged on the heat sink 21 on the same plane, the laser device can be further miniaturized. The heat sink 21 can dissipate the heat of the laser diodes 10-1 to 10-6.

さらに、モードストリッパー１８はレーザ光により発熱するが、モードストリッパー１８がヒートシンク２１に取り付けられているので、モードストリッパー１８を放熱することができる。 Furthermore, although the mode stripper 18 generates heat due to laser light, since the mode stripper 18 is attached to the heat sink 21, the mode stripper 18 can dissipate heat.

（実施例４）
図６は、本発明の実施例４のレーザ装置の構成図である。図６に示す実施例４のレーザ装置は、レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａ、コリメートレンズ１１−１Ａ〜１１−６Ａ、ホルダ１２−１Ａ〜１２−６Ａ、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ、結合レンズ１４を備えている。レーザ装置は、レーザダイオード１０−１Ｂ〜１０−６Ｂ、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂ、ホルダ１２−１Ｂ〜１２−６Ｂ、偏光ビームスプリッタ１９−１〜１９−６を備えている。 (Example 4)
FIG. 6 is a block diagram of the laser device of the fourth embodiment of the present invention. The laser apparatus of Example 4 shown in FIG. 6 includes laser diodes 10-1A to 10-6A, collimate lenses 11-1A to 11-6A, holders 12-1A to 12-6A, and prism mirrors 13-1A to 13-6A. , And a combined lens 14. The laser apparatus includes laser diodes 10-1B to 10-6B, collimate lenses 11-1B to 11-6B, holders 12-1B to 12-6B, and polarization beam splitters 19-1 to 19-6.

レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａ、コリメートレンズ１１−１Ａ〜１１−６Ａ、ホルダ１２−１Ａ〜１２−６Ａ、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａ、レーザダイオード１０−１Ｂ〜１０−６Ｂ、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂ、ホルダ１２−１Ｂ〜１２−６Ｂは、図３に示したそれらの構成と同一構成である。 Laser diodes 10-1A to 10-6A, collimating lenses 11-1A to 11-6A, holders 12-1A to 12-6A, prism mirrors 13-1A to 13-6A, laser diodes 10-1B to 10-6B, collimating Lenses 11-1 B to 11-6 B and holders 12-1 B to 12-6 B have the same configuration as those shown in FIG. 3.

レーザダイオード１０−１Ａ〜１０−６Ａ，コリメートレンズ１１−１Ａ〜１１−６Ａ，ホルダ１２−１Ａ〜１２−６Ａ、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａは、レーザダイオード１０−１Ｂ〜１０−６Ｂ、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂ、ホルダ１２−１Ｂ〜１２−６Ｂ、偏光ビームスプリッタ１９−１〜１９−６に対して、ファイバ１５の軸方向にずらして配置されている。 Laser diodes 10-1A to 10-6A, collimating lenses 11-1A to 11-6A, holders 12-1A to 12-6A, and prism mirrors 13-1A to 13-6A are laser diodes 10-1B to 10-6B, The collimator lenses 11-1B to 11-6B, the holders 12-1B to 12-6B, and the polarization beam splitters 19-1 to 19-6 are arranged to be shifted in the axial direction of the fiber 15.

偏光ビームスプリッタ１９−１〜１９−６は、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂよりも光軸Ｏ側に、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６Ｂとプリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａと対応して配置されている。 The polarization beam splitters 19-1 to 19-6 correspond to the collimating lenses 11-1B to 11-6B and the prism mirrors 13-1A to 13-6A on the optical axis O side of the collimating lenses 11-1B to 11-6B. It is arranged.

偏光ビームスプリッタ１９−１〜１９−６は、反射面２０−１〜２０−６を有し、プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６ＡからのＰ偏光のビームを反射面２０−１〜２０−６で透過させて結合レンズ１４に出射し、コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６ＢからのＳ偏光のビームを反射面２０−１〜２０−６で反射させて結合レンズ１４に出射する。 The polarization beam splitters 19-1 to 19-6 have reflecting surfaces 20-1 to 20-6, and reflect P-polarized light beams from the prism mirrors 13-1A to 13-6A to the reflecting surfaces 20-1 to 20-6. And transmits the beam of S-polarized light from the collimator lenses 11-1B to 11-6B by the reflecting surfaces 20-1 to 20-6 and emits the beam to the combining lens 14.

このように、実施例４のレーザ装置によれば、偏光ビームスプリッタ１９−１〜１９−６をファイバ１５の光軸延長上に配置し、さらに、ファイバ１５から遠い位置にプリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａを配置する。プリズムミラー１３−１Ａ〜１３−６Ａから反射されてくるＰ偏光のビームは、偏光ビームスプリッタ１９−１〜１９−６の反射面２０−１〜２０−６で透過されて結合レンズ１４に出射される。 As described above, according to the laser apparatus of the fourth embodiment, the polarization beam splitters 19-1 to 19-6 are disposed on the optical axis extension of the fiber 15, and further, the prism mirror 13-1A to the position far from the fiber 15 Place 13-6A. The P-polarized light beam reflected from the prism mirrors 13-1A to 13-6A is transmitted by the reflection surfaces 20-1 to 20-6 of the polarization beam splitters 19-1 to 19-6 and emitted to the coupling lens 14 Ru.

コリメートレンズ１１−１Ｂ〜１１−６ＢからのＳ偏光のビームは、反射面２０−１〜２０−６で反射されて結合レンズ１４に出射される。従って、実施例１のレーザ装置よりもさらに、高輝度なレーザ装置を提供することができる。 The beams of S-polarized light from the collimator lenses 11-1 B to 11-6 B are reflected by the reflecting surfaces 20-1 to 20-6 and emitted to the combined lens 14. Therefore, it is possible to provide a laser device with higher brightness than the laser device of the first embodiment.

（実施例５）
図７は、本発明の実施例５のレーザ装置の構成図である。図２に示す実施例１のレーザ装置は、レーザダイオード、コリメートレンズ、ホルダ、プリズムミラーの各々を略等間隔に６個配置したが、図７に示す実施例５のレーザ装置は、レーザダイオード、コリメートレンズ、ホルダ、プリズムミラーの各々を、周方向に略等間隔に５個、即ち奇数個配置したことを特徴とする。 (Example 5)
FIG. 7 is a block diagram of the laser device of the fifth embodiment of the present invention. The laser apparatus of the first embodiment shown in FIG. 2 has six laser diodes, collimator lenses, holders, and prism mirrors arranged at substantially equal intervals, but the laser apparatus of the fifth embodiment shown in FIG. The present invention is characterized in that five collimating lenses, holders, and prism mirrors are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, that is, an odd number.

このように５個のレーザダイオード１０−１〜１０−５が周方向に略等間隔に配置されている場合には、例えば、レーザダイオード１０−１に対して軸対称の位置（１８０度の位置）にはレーザダイオードは存在しない。このため、プリズムミラー漏れ光やファイバ端面での反射光が軸対称の位置に伝播してもレーザダイオードには到達せず、戻り光を防止することができる。従って、レーザダイオードを、略等間隔に５個、即ち奇数個配置した方がより安定になる。 As described above, when the five laser diodes 10-1 to 10-5 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction, for example, a position (position of 180 degrees) symmetrical with respect to the laser diode 10-1 There is no laser diode in. For this reason, even if the leak light of the prism mirror or the reflected light at the end face of the fiber propagates to the axisymmetric position, it does not reach the laser diode and the return light can be prevented. Therefore, it is more stable to arrange the five laser diodes at approximately equal intervals, that is, an odd number.

本発明は、レーザ半田付け装置、レーザライト等に利用可能である。 The present invention is applicable to a laser soldering apparatus, a laser light and the like.

１０−１〜１０−６，１０−１Ａ〜１０−６Ａ，１０−１Ｂ〜１０−６Ｂレーザダイオード（ＬＤ）
１１−１〜１１−６，１１−１Ａ〜１１−６Ａ，１１−１Ｂ〜１１−６Ｂコリメートレンズ
１２−１〜１２−６，１２−１Ａ〜１２−６Ａ，１２−１Ｂ〜１２−６Ｂホルダ
１３−１〜１３−６，１３−１Ａ〜１３−６Ａ，１３−１Ｂ〜１３−６Ｂ，１７−１〜１７−６プリズムミラー
１４結合レンズ
１５ファイバ
１６テレスコープ
１８モードストリッパー
１９−１〜１９−６偏光ビームスプリッタ
２０−１〜２０−６反射面
２１ヒートシンク 10-1 to 10-6, 10-1A to 10-6A, 10-1B to 10-6B Laser diode (LD)
11-1 to 11-6, 11-1A to 11-6A, 11-1B to 11-6B Collimator lenses 12-1 to 12-6, 12-1A to 12-6A, 12-1B to 12-6B Holders 13 -1 to 13-6, 13-1A to 13-6A, 13-1B to 13-6B, 17-1 to 17-6 Prism mirror 14 coupling lens 15 fiber 16 telescope 18 mode stripper 19-1 to 19-6 Polarizing beam splitter 20-1 to 20-6 Reflecting surface 21 Heat sink

Claims

複数のビームを１本のファイバに結合させるレーザ装置であって、
光軸を中心とし前記光軸から所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔に配置され、前記複数のビームを出射する複数のレーザダイオードと、
前記レーザダイオードよりも光軸側に前記複数のレーザダイオードと対応して配置され、前記複数のレーザダイオードから出射される前記複数のビームを平行にさせる複数の光学素子と、
前記光学素子よりも前記光軸側に前記複数の光学素子と対応して配置され、前記複数の光学素子からのビームの進行方向を制御する複数の光進行方向制御手段と、
前記複数の光進行方向制御手段で進行方向が制御された前記複数のビームを前記ファイバに集光させる集光部と、
を備えることを特徴とするレーザ装置。 A laser apparatus for combining a plurality of beams into a single fiber, comprising:
A plurality of laser diodes, each of which is disposed at a predetermined distance from the optical axis at a predetermined distance from the optical axis and substantially equally spaced in the circumferential direction, and which emits the plurality of beams;
A plurality of optical elements disposed in correspondence with the plurality of laser diodes on the optical axis side of the laser diode and causing the plurality of beams emitted from the plurality of laser diodes to be parallel;
A plurality of light traveling direction control means disposed corresponding to the plurality of optical elements on the optical axis side with respect to the optical element and controlling the traveling direction of the beams from the plurality of optical elements;
A focusing unit configured to focus the plurality of beams whose traveling directions are controlled by the plurality of light traveling direction control means on the fiber;
A laser apparatus comprising:

前記複数の光進行方向制御手段と前記集光部との間に配置され、前記複数の光進行方向制御手段からの前記複数のビームの断面積を縮小する縮小光学系を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 The optical system further comprises a reduction optical system disposed between the plurality of light traveling direction control means and the light collecting unit, which reduces the cross sectional area of the plurality of beams from the plurality of light traveling direction control means. The laser device according to claim 1.

複数のビームを１本のファイバに結合させるレーザ装置であって、
光軸を中心とし前記光軸から所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔に配置され、前記複数のビームを出射する複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードと対応して配置され、前記複数のレーザダイオードから出射される前記複数のビームを平行にさせて第１進行方向に進行させる複数の光学素子と、
前記複数の光学素子と対応して配置され、前記複数の光学素子からの第１進行方向のビームの進行方向を制御する複数の第１の光進行方向制御手段と、
前記複数の第１の光進行方向制御手段と対応して配置され、前記複数の第１の光進行方向制御手段で制御された前記複数のビームの進行方向を、前記第１進行方向とは異なる方向の第２光進行方向に変更させる複数の第２の光進行方向制御手段と、
前記複数の第２の光進行方向制御手段で進行方向が制御された前記複数のビームを前記ファイバに集光させる集光部と、
を備えることを特徴とするレーザ装置。 A laser apparatus for combining a plurality of beams into a single fiber, comprising:
A plurality of laser diodes, each of which is disposed at a predetermined distance from the optical axis at a predetermined distance from the optical axis and substantially equally spaced in the circumferential direction, and emits the plurality of beams
A plurality of optical elements disposed in correspondence with the plurality of laser diodes, and causing the plurality of beams emitted from the plurality of laser diodes to be parallel and to travel in the first traveling direction;
A plurality of first light traveling direction control means, disposed corresponding to the plurality of optical elements, for controlling the traveling direction of the beam in the first traveling direction from the plurality of optical elements;
The traveling directions of the plurality of beams, which are disposed corresponding to the plurality of first light traveling direction control means and controlled by the plurality of first light traveling direction control means, are different from the first traveling direction A plurality of second light traveling direction control means for changing to a second light traveling direction of the direction;
A condensing unit for condensing the plurality of beams whose traveling directions are controlled by the plurality of second light traveling direction control means on the fiber;
A laser apparatus comprising:

前記複数のレーザダイオードを放熱させるための放熱素子を備え、
前記複数のレーザダイオードは、前記放熱素子に取り付けられていることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。 A heat dissipating element for dissipating heat from the plurality of laser diodes;
The laser apparatus according to claim 3, wherein the plurality of laser diodes are attached to the heat dissipation element.

前記光軸を中心とし前記光軸から所定距離離れた位置で且つ周方向に略等間隔に配置され、前記複数のレーザダイオードとは所定距離離間して配置され、前記複数のビームを前記光軸方向に出射する複数の第２のレーザダイオードと、
前記第２のレーザダイオードよりも光軸側に前記複数の第２のレーザダイオードと対応して配置され、前記複数の第２のレーザダイオードから出射される前記複数のビームを平行にさせる複数の第２の光学素子と、
前記第２の光学素子よりも前記光軸側に前記複数の第２の光学素子及び前記複数の光進行方向制御手段と対応して配置され、反射面を有し、前記複数の光進行方向制御手段からのＰ偏光のビームを前記反射面で透過させて前記集光部に出射し、前記複数の第２の光学素子からのＳ偏光のビームを前記反射面で反射させて前記集光部に出射する複数の偏光ビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 The optical axis is positioned at a predetermined distance from the optical axis and is disposed at substantially equal intervals in the circumferential direction, and the plurality of laser diodes are disposed at a predetermined distance from the optical axis A plurality of second laser diodes emitting in a direction;
A plurality of second laser diodes disposed in correspondence with the plurality of second laser diodes on the optical axis side with respect to the second laser diode, and making the plurality of beams emitted from the plurality of second laser diodes parallel 2 optical elements,
It is disposed corresponding to the plurality of second optical elements and the plurality of light traveling direction control means closer to the optical axis than the second optical element and has a reflection surface, and the plurality of light traveling direction control A beam of P-polarized light from the unit is transmitted by the reflecting surface and emitted to the light collecting portion, and a beam of S-polarized light from the plurality of second optical elements is reflected by the reflecting surface to the light collecting portion Multiple polarized beam splitters to be emitted,
The laser device according to claim 1, comprising:

前記複数のレーザダイオード、前記複数の光学素子、及び前記複数の光進行方向制御手段の各々は、奇数個設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ装置。 The laser apparatus according to claim 1 or 2, wherein an odd number of each of the plurality of laser diodes, the plurality of optical elements, and the plurality of light traveling direction control means are provided.