特許 6966043 レーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6966043

(24)【登録日】2021年10月25日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】レーザ装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20211028BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20211028BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 N

   H01S3/10 Z

   H01S3/00 B

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-201065(P2016-201065)

(22)【出願日】2016年10月12日

(65)【公開番号】特開2018-61973(P2018-61973A)

(43)【公開日】2018年4月19日

【審査請求日】2019年9月6日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 次世代素材等レーザー加工技術開発プロジェクト「ＣＦＲＰ切断加工技術の開発」に係る委託業務、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】598072179

【氏名又は名称】株式会社片岡製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100085338

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 一博

(74)【代理人】

【識別番号】100148910

【弁理士】

【氏名又は名称】宮澤 岳志

(72)【発明者】

【氏名】酒川 友一

(72)【発明者】

【氏名】山村 健

(72)【発明者】

【氏名】林 優一郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 慎二

(72)【発明者】

【氏名】椿本 孝治

(72)【発明者】

【氏名】宮永 憲明

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６１８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５０２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４５４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１８６６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４６４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５０９７３５１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｈ０１Ｓ ３／１０

Ｈ０１Ｓ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、
第一のレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割するとともに、第二のレーザ光を第一のレーザ光とは異なる方向から入射させてこれを第一のレーザ光の反射光に重畳する透過光と第一のレーザ光の透過光に重畳する反射光とに分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタよりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器と、
シード光を出力する発振器と、
発振器からシード光の供給を受けて前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光を出力する増幅器とを具備し、
前記ビームスプリッタから出射する、前記第一のレーザ光の反射光に前記第二のレーザ光の透過光を重畳したレーザ光のみを、レーザ加工機その他の機器に供給することとし、
前記発振器と前記増幅器との間に配置している前記位相変調器が、発振器が出力するシード光の位相を変化させることを通じて、増幅器が出力する前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光の位相を変化させ、それによりレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを所望の出力及びタイミングに調整するレーザ装置。

【請求項2】

レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、
第一のレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割するとともに、第二のレーザ光を第一のレーザ光とは異なる方向から入射させてこれを第一のレーザ光の反射光に重畳する透過光と第一のレーザ光の透過光に重畳する反射光とに分割するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタよりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器とを具備し、
前記位相変調器として、前記第一のレーザ光の位相を変化させることのできる第一の位相変調器と、前記第二のレーザ光の位相を変化させることのできる第二の位相変調器とを備え、
また、前記ビームスプリッタから出射する、前記第一のレーザ光の反射光に前記第二のレーザ光の透過光を重畳したレーザ光をレーザ加工機その他の機器に供給することとし、前記第一のレーザ光の透過光に前記第二のレーザ光の反射光を重畳したレーザ光の出力の大きさを計測するセンサを備えており、
前記第一の位相変調器と前記第二の位相変調器とのうち一方を操作して前記センサにより計測されるレーザ光の出力が最大となる状態を予め具現しておき、その上で他方を操作してレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを制御するレーザ装置。

【請求項3】

レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、
第一のレーザ光に偏光方位が第一のレーザ光とは異なる第二のレーザ光を重畳したレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割する偏光ビームスプリッタと、
前記第一のレーザ光に前記第二のレーザ光を重畳する位置よりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器とを具備し、
前記偏光ビームスプリッタから出射する透過光と反射光とのうち一方のみを、レーザ加工機その他の機器に供給することとし、
前記位相変調器が、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させ、それによりレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを所望の出力及びタイミングに調整し、
また、シード光を出力する発振器と、発振器からシード光の供給を受けて前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光を出力する増幅器とを備えており、
前記位相変調器が、前記発振器が出力するシード光の位相を変化させることを通じて前記増幅器が出力する第一のレーザ光または第二のレーザ光の位相を変化させるレーザ装置。

【請求項4】

レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、
第一のレーザ光に偏光方位が第一のレーザ光とは異なる第二のレーザ光を重畳したレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割する偏光ビームスプリッタと、
前記第一のレーザ光に前記第二のレーザ光を重畳する位置よりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器とを具備し、
前記位相変調器として、前記第一のレーザ光の位相を変化させることのできる第一の位相変調器と、前記第二のレーザ光の位相を変化させることのできる第二の位相変調器とを備え、
また、前記偏光ビームスプリッタから出射する前記透過光と前記反射光とのうち一方をレーザ加工機その他の機器に供給することとし、他方の出力の大きさを計測するセンサを備えており、
前記第一の位相変調器と前記第二の位相変調器とのうち一方を操作して前記センサにより計測されるレーザ光の出力が最大となる状態を予め具現しておき、その上で他方を操作してレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを制御するレーザ装置。

【請求項5】

シード光を出力する発振器と、発振器からシード光の供給を受けて前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光を出力する増幅器とを備えており、
前記位相変調器が、前記発振器が出力するシード光の位相を変化させることを通じて前記増幅器が出力する第一のレーザ光または第二のレーザ光の位相を変化させる請求項２または４記載のレーザ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

被加工物にレーザ光を照射して穿孔や切削その他の加工を施す加工機、レーザ光による走査で所望の文字や図形を描画するレーザマーカ、レーザ光を使用する計測装置及び医療用機器等といった各種のアプリケーションに必要なレーザ光を提供するレーザ装置が公知である（例えば、下記特許文献を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００３／０３４５５４号公報

【特許文献2】特開２０１６−０９２３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近時では、ピコ秒レーザのようなパルス幅の狭くピークの高い極短パルスレーザを供給可能なレーザ装置が求められている。そのようなレーザ装置の具体例として、高い周波数のパルスのシード光を発振する発振器と、発振器からもたらされるシード光を増幅してパルスレーザを発振する増幅器（特に、ＹＡＧ結晶やＮｄ：ＹＶＯ₄結晶等を媒質とした固体レーザ）と、増幅器からもたらされるパルス光のうち所望のタイミングのものを抽出してその出力を調整しアプリケーション用の機器に提供する変調器（特に、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）やＥＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等）とを具備するものを挙げることができる。

【0005】

上掲のレーザ装置は、数Ｗ程度の出力のパルスレーザをアプリケーション用機器に供給する用途に適している。だが、数十Ｗを超える高出力のパルスレーザを供給することは事実上困難である。数十Ｗを超える高出力のレーザに耐え得る変調器が存在しないからである。

【0006】

増幅器と変調器との順序を入れ替える、即ち、発振器からもたらされるシード光のパルスのうち所望のタイミングのものを変調器により抽出し、その抽出したシード光を増幅器に入射させてパルスレーザを発振させるようにすれば、既存の変調器を使用可能であり、数十Ｗを超える高出力のパルスレーザをアプリケーション用機器に供給できるようにも思われる。しかしながら、増幅器においてレーザの出力の大きさを調整しようとすると、増幅器による増幅の利得が大きいために励起電流の立ち上がり時間が長く、増幅器の励起を開始してから暫くの間は出力の不足したレーザ光がアプリケーション用機器に供給されてしまう。励起電流の立ち上がりの遅れを嫌って、増幅器を励起した状態に恒常的に維持しておくことも考えられるが、アプリケーション用機器に供給するべきレーザパルスの時間間隔が長い場合には無駄な電力消費となる上、本来求められているパルスレーザ以外のノイズが出力されてレーザ品質ひいては当該レーザを用いたレーザ加工等の品質の低下を招く懸念もある。

【0007】

本発明は、所望のタイミングで所望の出力に調整された高出力のパルスレーザをアプリケーション用の機器に供給可能なレーザ装置を実現しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明では、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、第一のレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割するとともに、第二のレーザ光を第一のレーザ光とは異なる方向から入射させてこれを第一のレーザ光の反射光に重畳する透過光と第一のレーザ光の透過光に重畳する反射光とに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタよりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器と、シード光を出力する発振器と、発振器からシード光の供給を受けて前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光を出力する増幅器とを具備し、前記ビームスプリッタから出射する、前記第一のレーザ光の反射光に前記第二のレーザ光の透過光を重畳したレーザ光のみを、レーザ加工機その他の機器に供給することとし、前記発振器と前記増幅器との間に配置している前記位相変調器が、発振器が出力するシード光の位相を変化させることを通じて、増幅器が出力する前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光の位相を変化させ、それによりレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを所望の出力及びタイミングに調整するレーザ装置を構成した。

【0009】

また、本発明では、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、第一のレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割するとともに、第二のレーザ光を第一のレーザ光とは異なる方向から入射させてこれを第一のレーザ光の反射光に重畳する透過光と第一のレーザ光の透過光に重畳する反射光とに分割するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタよりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器とを具備し、前記位相変調器として、前記第一のレーザ光の位相を変化させることのできる第一の位相変調器と、前記第二のレーザ光の位相を変化させることのできる第二の位相変調器とを備え、また、前記ビームスプリッタから出射する、前記第一のレーザ光の反射光に前記第二のレーザ光の透過光を重畳したレーザ光をレーザ加工機その他の機器に供給することとし、前記第一のレーザ光の透過光に前記第二のレーザ光の反射光を重畳したレーザ光の出力の大きさを計測するセンサを備えており、
前記第一の位相変調器と前記第二の位相変調器とのうち一方を操作して前記センサにより計測されるレーザ光の出力が最大となる状態を予め具現しておき、その上で他方を操作してレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを制御するレーザ装置を構成した。

【0010】

並びに、本発明では、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、第一のレーザ光に偏光方位が第一のレーザ光とは異なる第二のレーザ光を重畳したレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割する偏光ビームスプリッタと、前記第一のレーザ光に前記第二のレーザ光を重畳する位置よりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器とを具備し、前記偏光ビームスプリッタから出射する透過光と反射光とのうち一方のみを、レーザ加工機その他の機器に供給することとし、前記位相変調器が、前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させ、それによりレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを所望の出力及びタイミングに調整するレーザ装置を構成した。

【0011】

さらに、本発明では、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置であって、第一のレーザ光に偏光方位が第一のレーザ光とは異なる第二のレーザ光を重畳したレーザ光を入射させてこれを透過光と反射光とに分割する偏光ビームスプリッタと、前記第一のレーザ光に前記第二のレーザ光を重畳する位置よりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光と前記第二のレーザ光との位相差を変化させることのできる位相変調器とを具備し、前記位相変調器として、前記第一のレーザ光の位相を変化させることのできる第一の位相変調器と、前記第二のレーザ光の位相を変化させることのできる第二の位相変調器とを備え、また、前記偏光ビームスプリッタから出射する前記透過光と前記反射光とのうち一方をレーザ加工機その他の機器に供給することとし、他方の出力の大きさを計測するセンサを備えており、前記第一の位相変調器と前記第二の位相変調器とのうち一方を操作して前記センサにより計測されるレーザ光の出力が最大となる状態を予め具現しておき、その上で他方を操作してレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光の出力の大きさ及びタイミングを制御するレーザ装置を構成した。

【0012】

シード光を出力する発振器と、発振器からシード光の供給を受けて前記第一のレーザ光または前記第二のレーザ光を出力する増幅器とを備え、前記位相変調器が、前記発振器が出力するシード光の位相を変化させることを通じて前記増幅器が出力する第一のレーザ光または第二のレーザ光の位相を変化させるものとすれば、位相変調器を高出力のレーザ光に曝さずに済む。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、所望のタイミングで所望の出力に調整された高出力のパルスレーザをアプリケーション用の機器に供給可能なレーザ装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第一実施形態のレーザ装置の構成を示す図。

【図2】本発明の第二実施形態のレーザ装置の構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第一実施形態＞本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施形態のレーザ装置は、パルスレーザＬ１、Ｌ２を発振する複数の増幅器５１、５２を備えており、一方の増幅器５１からもたらされるパルスレーザ光Ｌ１２に他方の増幅器５２からもたらされるパルスレーザ光Ｌ２１を重畳した高出力のパルスレーザ光Ｌ３を、当該レーザ光Ｌ３を利用する各種の機器に供給するものである。レーザ光Ｌ３を供給する対象となるアプリケーション用機器の具体例としては、レーザ加工機、レーザマーカ、計測装置や医療用機器等を挙げることができる。

【0016】

図１に示すように、本実施形態のレーザ装置は、高い周波数のパルスのシード光Ｓを発振する発振器１と、発振器１から出射するシード光Ｓを伝搬させる光ファイバ２と、光ファイバ２の中途でシード光Ｓを複数に分岐させる光分岐器３と、複数に分岐したシード光Ｓ１、Ｓ２の一方Ｓ１の位相を操作する第一の位相変調器４１と、分岐したシード光Ｓ１、Ｓ２の他方Ｓ２の位相を操作する第二の位相変調器４２と、第一の位相変調器４１から出射するシード光Ｓ１を増幅してパルスレーザである第一のレーザ光Ｌ１を発振する第一の増幅器５１と、第二の位相変調器４２から出射するシード光Ｓ２を増幅してパルスレーザである第二のレーザ光Ｌ２を発振する第二の増幅器５２と、増幅器５１、５２から出射した第一のレーザ光Ｌ１及び第二のレーザ光Ｌ２の入射を受けてこれらをそれぞれ透過光Ｌ１１、Ｌ２１と反射光Ｌ１２、Ｌ２２とに分割するビームスプリッタ６と、発振器１及び各位相変調器４１、４２を制御する制御装置０とを具備する。

【0017】

発振器１は、シード光Ｓとしてピコ秒レーザを反復的に出力する。光分岐器３は、既製の光カプラやスプリッタ等である。発振器１と位相変調器４１、４２とを繋ぐ行路上には、シード光Ｓを予め増幅する前置増幅器として、例えば光ファイバ増幅器を配置することがある。

【0018】

位相変調器４１、４２は、例えばＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）やＥＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等であるが、シード光Ｓ１、Ｓ２の位相を変化させることができるものであればその態様は問わない。位相変調器４１、４２は、光の行路上において、増幅器５１、５２及びビームスプリッタ６よりも上流側に位置する。第一の位相変調器４１は、第一の増幅器５１に入射するシード光Ｓ１の位相を変化させることができ、ひいては第一の増幅器５１から出射する第一のレーザ光Ｌ１の位相を変化させることができる。並びに、第二の位相変調器４２は、第二の増幅器５２に入射するシード光Ｓ２の位相を変化させることができ、ひいては第二の増幅器５２から出射する第二のレーザ光Ｌ２の位相を変化させることができる。

【0019】

増幅器５１、５２は、例えばＹＡＧ結晶やＮｄ：ＹＶＯ₄結晶等を媒質とする固体レーザであるが、それ以外の種類のレーザを採用することを妨げるものではない。第一の増幅器５１が発振する第一のレーザ光Ｌ１の波長と、第二の増幅器５２が発振する第二のレーザ光Ｌ２の波長とは等しい。

【0020】

ビームスプリッタ６は、入射するレーザ光Ｌ１、Ｌ２を１：１に分ける、即ち透過光Ｌ１１、Ｌ２１の強度が反射光Ｌ１２、Ｌ２２の強度に等しくなるハーフミラーであることが望ましい。第一の増幅器５１とビームスプリッタ６との間には、第一の増幅器５１から出射する第一のレーザ光Ｌ１を反射してその光軸の向きを変える全反射ミラー７１が介在する。ビームスプリッタ６に入射する第一のレーザ光Ｌ１は、当該ビームスプリッタ６において、直進する透過光Ｌ１１と、透過光Ｌ１１に対して９０°屈折した方向に向かう反射光Ｌ１２とに分割される。

【0021】

第二のレーザ光Ｌ２は、第一のレーザ光Ｌ１とは異なる方向、即ち第一のレーザ光Ｌ１の光軸に対して直交する方向からビームスプリッタ６に入射する。そして、当該ビームスプリッタ６において、直進する透過光Ｌ２１と、透過光Ｌ２１に対して９０°屈折した方向に向かう反射光Ｌ２２とに分割される。第二のレーザ光Ｌ２の透過光Ｌ２１の光軸は、第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２の光軸と等しくなる。つまり、第二のレーザ光Ｌ２の透過光Ｌ２１が第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２に重畳されてビームスプリッタ６から出射する。同様に、第二のレーザ光Ｌ２の反射光Ｌ２２の光軸は第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１の光軸と等しくなり、第二のレーザ光Ｌ２の反射光Ｌ２２は第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１に重畳されてビームスプリッタ６から出射する。この構造は、マッハ・ツェンダー干渉計に類似する。

【0022】

ビームスプリッタ６に入射する直前の第一のレーザ光Ｌ１の電場の複素振幅をＥ₁ｅｘｐ（ｉφ₁）、ビームスプリッタ６に入射する直前の第二のレーザ光Ｌ２の電場の複素振幅をＥ₂ｅｘｐ（ｉφ₂）とおく。φ₁はビームスプリッタ６に入射する第一のレーザ光Ｌ１の位相、φ₂はビームスプリッタ６に入射する第二のレーザ光Ｌ２の位相である。ビームスプリッタ６から出射する、第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２に第二のレーザ光Ｌ２の透過光Ｌ２１を重畳したレーザ光Ｌ３の電場の複素振幅Ｅ₃は、
Ｅ₃＝｛ｉｅｘｐ（ｉβ）×Ｅ₁＋Ｅ₂｝／√２
と表される。また、同ビームスプリッタ６から出射する、第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１に第二のレーザ光Ｌ２の反射光Ｌ２２を重畳したレーザ光Ｌ４の電場の複素振幅Ｅ₄は、
Ｅ₄＝｛Ｅ₁＋ｉｅｘｐ（−ｉβ）×Ｅ₂｝／√２
と表される。βは入出力の基準位置の決め方によるパラメータであり、β＝−ｉとすると、
Ｅ₃＝｛Ｅ₁−Ｅ₂｝／√２
Ｅ₄＝｛Ｅ₁＋Ｅ₂｝／√２
となる。なお、レーザ光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の出力（パワー）の保存
｜Ｅ₁｜²＋｜Ｅ₂｜²＝｜Ｅ₃｜²＋｜Ｅ₄｜²
が成立する。ビームスプリッタ６に入射する第一のレーザ光Ｌ１の出力｜Ｅ₁｜²と第二のレーザ光Ｌ２の出力｜Ｅ₂｜²とが等しいとして、これを｜Ｅ｜²とおくと、
｜Ｅ₃｜²＝｜Ｅ｜²｛１−ｃｏｓ（φ₁−φ₂）｝
｜Ｅ₄｜²＝｜Ｅ｜²｛１＋ｃｏｓ（φ₁−φ₂）｝
となる。従って、ビームスプリッタ６に入射する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差（φ₁−φ₂）に応じて、ビームスプリッタ６から出射する二つのレーザ光Ｌ３、Ｌ４の出力｜Ｅ₃｜²、｜Ｅ₄｜²が相補的に増減することになる。第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２に第二のレーザ光Ｌ２の透過光Ｌ２１を重畳したレーザ光Ｌ３の出力｜Ｅ₃｜²が０から２｜Ｅ｜²まで変化（増加）するとき、第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１に第二のレーザ光Ｌ２の反射光Ｌ２２を重畳したレーザ光Ｌ４の出力｜Ｅ₄｜²は２｜Ｅ｜²から０まで変化（減少）する。

【0023】

本実施形態では、ビームスプリッタ６から出射する、第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２に第二のレーザ光Ｌ２の透過光Ｌ２１を重畳したレーザ光Ｌ３を、供給光としてアプリケーション用機器に供給する。同ビームスプリッタ６から出射する、第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１に第二のレーザ光Ｌ２の反射光Ｌ２２を重畳したレーザ光Ｌ４は、アプリケーション用機器に供給しない参照光とし、その出力の大きさをセンサ８１により随時計測する。センサ８１には、例えばフォトダイオードを用いる。センサ８１を介して計測される参照光Ｌ４の出力｜Ｅ₄｜²が２｜Ｅ｜²に等しいとき、即ちビームスプリッタ６に入射する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との間の位相差（φ₁−φ₂）が０であるとき、アプリケーション用機器に供給される供給光Ｌ３の出力｜Ｅ₃｜²が０となる。

【0024】

本実施形態のレーザ装置を使用するに際しては、予め下準備として、供給光Ｌ３の出力が０となる状態、即ち増幅器５１、５２が発振するレーザ光Ｌ１、Ｌ２が全て参照光Ｌ４となりセンサ８１に向かう状態を具現しておく。そのために、制御装置０は、センサ８１を介して計測される参照光Ｌ４の出力｜Ｅ₄｜²と目標値２｜Ｅ｜²との偏差が０近傍まで縮小するように、第二の位相変調器４２を制御して第二のレーザ光Ｌ２の位相φ₂を調整する。この参照光Ｌ４の出力のフィードバック制御を通じて、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差（φ₁−φ₂）が０近傍となる。なお、第二の位相変調器４２ではなく第一の位相変調器４１を制御して第一のレーザ光Ｌ１の位相φ₁を調整することで、供給光Ｌ３の出力が０となる状態を具現しても構わない。

【0025】

その上で、所望のタイミングで所望の大きさの出力の供給光Ｌ３をアプリケーション用機器に供給するためには、制御装置０が、第一の位相変調器４１を制御して第一のレーザ光Ｌ１の位相φ₁を操作する。予め第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差（φ₁−φ₂）が０近傍となっている状態で、第一のレーザ光Ｌ１の位相φ₁を変化させると、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差（φ₁−φ₂）に応じた出力｜Ｅ₃｜²の供給光Ｌ３がビームスプリッタ６から出射する。そして、その分だけ参照光Ｌ４の出力｜Ｅ₄｜²が減少する。なお、下準備の段階で第一の位相変調器４１を制御して供給光Ｌ３の出力を０としている場合には、第二の位相変調器４２を制御して第二のレーザ光Ｌ２の位相φ₂を操作することにより、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差（φ₁−φ₂）を０から変化させ、以て所望の大きさの出力の供給光Ｌ３をビームスプリッタ６から出射させる。アプリケーション用機器に供給する供給光Ｌ３の出力｜Ｅ₃｜²を精密に制御するには、ビームスプリッタ６から出射した供給光Ｌ３の一部をサンプリングしてその出力の大きさをセンサ８２により計測し、計測された出力が所望の目標値に収束するように位相差（φ₁−φ₂）を操作するフィードバック制御を実行することが好ましい。このセンサ８２には、例えばフォトダイオードを用いる。

【0026】

本実施形態では、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光Ｌ３を供給するためのレーザ装置であって、第一のレーザ光Ｌ１を入射させてこれを透過光Ｌ１１と反射光Ｌ１２とに分割するとともに、第二のレーザ光Ｌ２を第一のレーザ光Ｌ１とは異なる方向から入射させてこれを第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２に重畳する透過光Ｌ２１と第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１に重畳する反射光Ｌ２２とに分割するビームスプリッタ６と、前記ビームスプリッタ６よりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光Ｌ１と前記第二のレーザ光Ｌ２との位相差（φ₁−φ₂）を変化させることのできる位相変調器４１、４２とを具備するレーザ装置を構成した。

【0027】

本実施形態のレーザ装置は、前記位相変調器として、前記第一のレーザ光Ｌ１の位相を変化させることのできる第一の位相変調器４１と、前記第二のレーザ光Ｌ２の位相を変化させることのできる第二の位相変調器４２とを備え、また、前記ビームスプリッタ６から出射する、前記第一のレーザ光Ｌ１の反射光Ｌ１２に前記第二のレーザ光Ｌ２の透過光Ｌ２１を重畳したレーザ光Ｌ３をレーザ加工機その他の機器に供給することとし、前記第一のレーザ光Ｌ１の透過光Ｌ１１に前記第二のレーザ光Ｌ２の反射光Ｌ２２を重畳したレーザ光Ｌ４の出力の大きさを計測するセンサ８１を備えており、前記第一の位相変調器４１と前記第二の位相変調器４２とのうち一方４２を操作して前記センサ８１により計測されるレーザ光Ｌ４の出力が最大となる状態を予め具現しておき、その上で他方４１を操作してレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光Ｌ３の出力の大きさ及びタイミングを制御する。

【0028】

本実施形態によれば、位相変調器４１、４２により位相差（φ₁−φ₂）を操作することで、ビームスプリッタ６からアプリケーション用機器に向けて供給光Ｌ３が出射するタイミング及びその供給光Ｌ３の出力をリアルタイム制御することができる。つまり、所望のタイミングで所望の大きさの出力の供給光Ｌ３をアプリケーション用機器に供給可能な高速スイッチング動作を実現できる。

【0029】

加えて、位相変調器４１、４２が、第一のレーザ光Ｌ１に第二のレーザ光Ｌ２を重畳するビームスプリッタ６よりも行路の上流側に位置しているので、位相変調器４１、４２が高出力のレーザ光Ｌ３に曝されることがなく、既存の位相変調器を用いてレーザ装置を構成することができる。特に、本実施形態のレーザ装置は、シード光Ｓを出力する発振器１と、発振器１からシード光Ｓ１、Ｓ２の供給を受けて前記第一のレーザ光Ｌ１または前記第二のレーザ光Ｌ２を出力する増幅器５１、５２とを備えており、前記位相変調器４１、４２が、前記発振器１が出力するシード光Ｓ１、Ｓ２の位相を変化させることを通じて前記増幅器５１、５２が出力する第一のレーザ光Ｌ１または第二のレーザ光Ｌ２の位相を変化させるものである。このため、レーザ光Ｌ１、Ｌ２に対する高い耐久性が位相変調器に求められず、コストの高騰を抑えられる。

【0030】

＜第二実施形態＞上記第一実施形態のレーザ装置は、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相合成により生ずる高出力のレーザ光Ｌ３をアプリケーション用機器に供給するものであった。これより述べる第二実施形態のレーザ装置は、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との偏光合成により生ずる高出力のレーザ光Ｌ３をアプリケーション用機器に供給するものである。以降、第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態と共通する要素については、その説明を割愛する。

【0031】

図２に示すように、本実施形態のレーザ装置は、高周波数のパルスのシード光Ｓを発振する発振器１と、発振器１から出射するシード光Ｓを伝搬させる光ファイバ２と、光ファイバ２の中途でシード光Ｓを複数に分岐させる光分岐器３と、複数に分岐したシード光Ｓ１、Ｓ２の一方Ｓ１の位相を操作する第一の位相変調器４１と、分岐したシード光Ｓ１、Ｓ２の他方Ｓ２の位相を操作する第二の位相変調器４２と、第一の位相変調器４１から出射するシード光Ｓ１を増幅してパルスレーザである第一のレーザ光Ｌ１を発振する第一の増幅器５１と、第二の位相変調器４２から出射するシード光Ｓ２を増幅してパルスレーザである第二のレーザ光Ｌ２を発振する第二の増幅器５２と、増幅器５１、５２から出射した第一のレーザ光Ｌ１及び第二のレーザ光Ｌ２の入射を受けてこれらを偏光合成する前段の偏光ビームスプリッタ６１と、この偏光ビームスプリッタ６１から出射するレーザ光Ｌ０を入射させてこれを透過光Ｌ３と反射光Ｌ４とに分割する後段の偏光ビームスプリッタ６２と、発振器１及び各位相変調器４１、４２を制御する制御装置０とを具備する。

【0032】

第一の位相変調器４１及び第二の位相変調器４２は、光の行路上において、増幅器５１、５２及びビームスプリッタ６１よりも上流側に位置する。上記第一実施形態と同様、第一の位相変調器４１は、第一の増幅器５１に入射するシード光Ｓ１の位相を変化させることで、第一の増幅器５１から出射する第一のレーザ光Ｌ１の位相を変化させることができる。並びに、第二の位相変調器４２は、第二の増幅器５２に入射するシード光Ｓ２の位相を変化させることで、第二の増幅器５２から出射する第二のレーザ光Ｌ２の位相を変化させることができる。

【0033】

第一の増幅器５１及び第二の増幅器５２はともに、直線偏光のレーザ光Ｌ１、Ｌ２を出力するものとする。第一のレーザ光Ｌ１の波長と、第二のレーザ光Ｌ２の波長とは等しい。

【0034】

第一の増幅器５１と前段の偏光ビームスプリッタ６１との間には、第一の増幅器５１から出射する第一のレーザ光Ｌ１を反射してその光軸の向きを変える全反射ミラー７１、及び全反射ミラー７１で反射した第一のレーザ光Ｌ１を通過させる偏光子７２が介在する。全反射ミラー７１で反射した第一のレーザ光Ｌ１は、その偏光方位が光軸周りに約９０°回転するとともに、直線偏光からやや楕円偏光に変化する。偏光子７２は、この第一のレーザ光Ｌ１を直線偏光に戻す役割を担う。

【0035】

偏光ビームスプリッタ６１、６２は、入射する光をｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分割する既知のものである。増幅器５１、５２から出射し、前段の偏光ビームスプリッタ６１に入射する第一のレーザ光Ｌ１及び第二のレーザ光Ｌ２は、その一方が当該偏光ビームスプリッタ６１の反射面に対してｓ偏光、他方が同反射面に対してｐ偏光となるように、各々の偏光方位を設定しておく。図示例では、第一のレーザ光Ｌ１がｓ偏光、第二のレーザ光Ｌ２がｐ偏光であり、第一のレーザ光Ｌ１が第二のレーザ光Ｌ２とは異なる方向、即ち第二のレーザ光Ｌ２の光軸に対して直交する方向から前段の偏光ビームスプリッタ６１に入射している。第一のレーザ光Ｌ１は、前段の偏光ビームスプリッタ６１の反射面において反射し、９０°屈折した方向に向かう。結果、第一のレーザ光Ｌ１（の反射光）の光軸と、前段の偏光ビームスプリッタ６１の反射面を透過する第二のレーザ光Ｌ２（の透過光）の光軸とが等しくなり、第一のレーザ光Ｌ１に第二のレーザ光Ｌ２が重畳されて当該偏光ビームスプリッタ６１から出射することとなる。

【0036】

前段の偏光ビームスプリッタ６１と後段の偏光ビームスプリッタ６２との間には、半波長板７３が介在する。半波長板７３は、前段の偏光ビームスプリッタ６１から出射する、第一のレーザ光Ｌ１に第二のレーザ光Ｌ２を重畳したレーザ光Ｌ０の偏光方位を、光軸周りに４５°回転させる。

【0037】

前段の偏光ビームスプリッタ６１から出射するレーザ光Ｌ０は、偏光方向が互いに直交する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２とを合成した光である。後段の偏光ビームスプリッタ６２に入射する直前の第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との間の位相差が０であるとき、合成光Ｌ０は直線偏光となる。そして、その位相差を０から徐々に拡大してゆくと、合成光Ｌ０が直線偏光から楕円偏光に変化し、位相差がπ／２即ち１／４波長分となったときに円偏光となる。さらに位相差を拡大してゆくと、合成光Ｌ０が円偏光から楕円偏光に変化し、位相差がπ即ち半波長分に達したときに直線偏光となる。

【0038】

後段の偏光ビームスプリッタ６２に入射する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差が０であるときの合成光Ｌ０の偏光方位と、位相差がπであるときの合成光Ｌ０の偏光方位とは、互いに直交する。半波長板７３は、前者の合成光Ｌ０と後者の合成光Ｌ０とのうち一方が後段の偏光ビームスプリッタ６２の反射面に対してｓ偏光となり、他方が同反射面に対してｐ偏光となるように、前段の偏光ビームスプリッタ６１から出射する合成光Ｌ０の偏光方位を設定するものである。

【0039】

後段の偏光ビームスプリッタ６２は、入射する合成光Ｌ０をｓ偏光成分とｐ偏光成分とに分割する。当該偏光ビームスプリッタ６から出射するｓ偏光成分の出力とｐ偏光成分の出力とは、当該偏光ビームスプリッタ６２に入射する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差に応じて相補的に増減する。当該偏光ビームスプリッタ６２に入射する第一のレーザ光Ｌ１の出力と第二のレーザ光Ｌ２の出力とが等しいとして、これを｜Ｅ｜²とおくと、ｐ偏光成分の出力が０から２｜Ｅ｜²まで変化（増加）するとき、ｓ偏光成分の出力は２｜Ｅ｜²から０まで変化（減少）する。

【0040】

本実施形態では、後段の偏光ビームスプリッタ６２から出射するｐ偏光成分（または、ｓ偏光成分）のレーザ光Ｌ５を、供給光としてアプリケーション用機器に供給する。同偏光ビームスプリッタ６から出射するｓ偏光成分（または、ｐ偏光成分）のレーザ光Ｌ６は、アプリケーション用機器に供給しない参照光とし、その出力の大きさをセンサ８１により随時計測する。センサ８１を介して計測される参照光Ｌ６の出力が２｜Ｅ｜²に等しいとき、即ち後段の偏光ビームスプリッタ６２に入射する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との間の位相差が０であるとき、アプリケーション用機器に供給される供給光Ｌ５の出力が０となる。

【0041】

本実施形態のレーザ装置を使用するに際しては、予め下準備として、供給光Ｌ５の出力が０となる状態、即ち増幅器５１、５２が発振するレーザ光Ｌ１、Ｌ２が全て参照光Ｌ６となりセンサ８１に向かう状態を具現しておく。そのために、制御装置０は、センサ８１を介して計測される参照光Ｌ６の出力と目標値２｜Ｅ｜²との偏差が０近傍まで縮小するように、第二の位相変調器４２を制御して第二のレーザ光Ｌ２の位相を調整する。この参照光Ｌ６の出力のフィードバック制御を通じて、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差が０近傍となる。なお、第二の位相変調器４２ではなく第一の位相変調器４１を制御して第一のレーザ光Ｌ１の位相を調整することで、供給光Ｌ５の出力が０となる状態を具現しても構わない。

【0042】

その上で、所望のタイミングで所望の大きさの出力の供給光Ｌ５をアプリケーション用機器に供給するためには、制御装置０が、第一の位相変調器４１を制御して第一のレーザ光Ｌ１の位相を操作する。予め第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差が０近傍となっている状態で、第一のレーザ光Ｌ１の位相を変化させると、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差に応じた出力の供給光Ｌ５が後段の偏光ビームスプリッタ６２から出射する。そして、その分だけ参照光Ｌ６の出力が減少する。なお、下準備の段階で第一の位相変調器４１を制御して供給光Ｌ５の出力を０としている場合には、第二の位相変調器４２を制御して第二のレーザ光Ｌ２の位相を操作することにより、第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差を０から変化させ、以て所望の大きさの出力の供給光Ｌ５を後段の偏光ビームスプリッタ６２から出射させる。アプリケーション用機器に供給する供給光Ｌ５の出力を精密に制御するには、後段の偏光ビームスプリッタ６２から出射した供給光Ｌ５の一部をサンプリングしてその出力の大きさをセンサ８２により計測し、計測された出力が所望の目標値に収束するように位相差を操作するフィードバック制御を実行することが好ましい。

【0043】

本実施形態では、レーザ加工機その他のレーザ光を利用する機器にレーザ光Ｌ５を供給するためのレーザ装置であって、第一のレーザ光Ｌ１に偏光方位が第一のレーザ光Ｌ１とは異なる第二のレーザ光Ｌ２を重畳したレーザ光Ｌ０を入射させてこれを透過光Ｌ５と反射光Ｌ６とに分割する偏光ビームスプリッタ６２と、前記第一のレーザ光Ｌ１に前記第二のレーザ光Ｌ２を重畳する位置よりも行路の上流側にあって前記第一のレーザ光Ｌ１と前記第二のレーザ光Ｌ２との位相差を変化させることのできる位相変調器４１、４２とを具備するレーザ装置を構成した。

【0044】

本実施形態のレーザ装置は、前記位相変調器として、前記第一のレーザ光Ｌ１の位相を変化させることのできる第一の位相変調器４１と、前記第二のレーザ光Ｌ２の位相を変化させることのできる第二の位相変調器４２とを備え、また、前記偏光ビームスプリッタ６２から出射する前記透過光Ｌ５と前記反射光Ｌ６とのうち一方Ｌ５をレーザ加工機その他の機器に供給することとし、他方Ｌ６の出力の大きさを計測するセンサ８１を備えており、前記第一の位相変調器４１と前記第二の位相変調器４２とのうち一方４２を操作して前記センサ８１により計測されるレーザ光Ｌ６の出力が最大となる状態を予め具現しておき、その上で他方４１を操作してレーザ加工機その他の機器に供給するレーザ光Ｌ５の出力の大きさ及びタイミングを制御する。

【0045】

本実施形態によれば、位相変調器４１、４２により後段の偏光ビームスプリッタ６２に入射する第一のレーザ光Ｌ１と第二のレーザ光Ｌ２との位相差を操作することで、当該偏光ビームスプリッタ６２からアプリケーション用機器に向けて供給光Ｌ５が出射するタイミング及びその供給光Ｌ５の出力をリアルタイム制御することができる。つまり、所望のタイミングで所望の大きさの出力の供給光Ｌ５をアプリケーション用機器に供給可能な高速スイッチング動作を実現できる。

【0046】

加えて、位相変調器４１、４２が、第一のレーザ光Ｌ１に第二のレーザ光Ｌ２を重畳する前段の偏光ビームスプリッタ６１よりも行路の上流側に位置しているので、位相変調器４１、４２が高出力のレーザ光に曝されることがなく、既存の位相変調器を用いてレーザ装置を構成することができる。特に、本実施形態のレーザ装置は、シード光Ｓを出力する発振器１と、発振器１からシード光Ｓ１、Ｓ２の供給を受けて前記第一のレーザ光Ｌ１または前記第二のレーザ光Ｌ２を出力する増幅器５１、５２とを備えており、前記位相変調器４１、４２が、前記発振器１が出力するシード光Ｓ１、Ｓ２の位相を変化させることを通じて前記増幅器５１、５２が出力する第一のレーザ光Ｌ１または第二のレーザ光Ｌ２の位相を変化させるものである。このため、レーザ光Ｌ１、Ｌ２に対する高い耐久性が位相変調器に求められず、コストの高騰を抑えられる。

【0047】

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、位相変調器４１、４２を増幅器５１、５２よりも行路の上流側に配置し、増幅器５１、５２に与えるシード光Ｓ１、Ｓ２の位相を操作することで増幅器５１、５２が発振するレーザ光Ｌ１、Ｌ２の位相を変化させていた。だが、位相変調器は第一のレーザ光に第二のレーザ光を重畳するビームスプリッタまたは偏光ビームスプリッタの位置よりも上流側にあればよく、位相変調器を増幅器の上流ではなく下流に配置して、当該位相変調器により増幅器から出射するレーザ光の位相を直接操作することも可能である。

【0048】

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明は、レーザ光を利用する各種機器にレーザ光を供給するためのレーザ装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0050】

１…発振器
４１、４２…位相変調器
５１、５２…増幅器
６…ビームスプリッタ
６１、６２…偏光ビームスプリッタ
８１…センサ
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２…シード光
Ｌ１…第一のレーザ光
Ｌ２…第二のレーザ光
Ｌ３、Ｌ４…レーザ加工機その他の機器に供給する供給光
Ｌ５、Ｌ６…参照光

【図1】

【図2】