特許 7437745 レーザ発振器及びレーザ加工装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-15

(45)【発行日】2024-02-26

(54)【発明の名称】レーザ発振器及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/28 20060101AFI20240216BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240216BHJP

   B23K 26/042 20140101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

G02B27/28 Z

B23K26/064 K

B23K26/042

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020043816

(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公開番号】P2021144175

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 諒

(72)【発明者】

【氏名】森岡 元希

(72)【発明者】

【氏名】江泉 清隆

【審査官】近藤 幸浩

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１７６５０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５０６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８１５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７２８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９３０８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３１２０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１１－０００６４４８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ２７／０９

Ｇ０２Ｂ２７／２８

Ｂ２３Ｋ２６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のレーザビームを合成して伝送ファイバに入射させるレーザ発振器であって、
前記伝送ファイバは、第１コアと、該第１コアの外周部に設けられた第２コアと、該第１コアと該第２コアとの間に設けられ且つ該第１コア及び該第２コアよりも屈折率の低い第１低屈折率層と、該第２コアの外周部に設けられたクラッドとを有し、
前記複数のレーザビームは、第１レーザビームと、該第１レーザビームとは偏光の向きが異なる第２レーザビームとを含み、
前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームを偏波合成する第１光学部材と、
前記第１光学部材の角度を調整して、前記第１コアと前記第２コアとに跨がって前記第２レーザビームが入射しないように、前記伝送ファイバの入射端における前記第２レーザビームの入射位置を変更する第１角度調整部とを備え、
前記第１角度調整部は、前記第１光学部材の角度を調整して、前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの両方を前記第１コアに入射させるセンターコアモードと、前記第１レーザビームを前記第１コアに入射させる一方、前記第２レーザビームを前記第２コアに入射させる中間モードと、に変更するレーザ発振器。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１光学部材で偏波合成された前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームを前記伝送ファイバに向けて導光させる第２光学部材と、
前記第２光学部材の角度を調整して、前記伝送ファイバの入射端における前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの入射位置を変更する第２角度調整部とを備えたレーザ発振器。

【請求項3】

請求項２において、
前記第２角度調整部は、前記第２光学部材の角度を調整して、前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの両方を前記第２コアに入射させるリングコアモードに変更するレーザ発振器。

【請求項4】

請求項１乃至３のうち何れか１つに記載のレーザ発振器と、
前記伝送ファイバの出射端に接続されたレーザ加工ヘッドとを備えたレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ発振器及びレーザ加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、伝送ファイバの入射部の近傍に集光レンズを設け、入射部側で、伝送ファイバに入射されるレーザビームのスポット径を変更することで、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを調節可能にする構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１５－５００５７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、レーザビームのビームプロファイルを変更するために、伝送ファイバの入射端にレーザビームを導光するための折り返しミラーの角度を調整し、レーザビームの入射位置を変更することが考えられる。

【0005】

これにより、レーザビームの入射位置を、ダブルコアの伝送ファイバのセンターコアから外側のリングコアまで連続的に移動させ、ビームプロファイルを変更できる。

【0006】

ここで、レーザビーム全体が、伝送ファイバのセンターコア又はリングコアに入射する位置では、低い開口数（ＮＡ）でレーザビームを出射することができる。

【0007】

一方、レーザビームが、センターコアとリングコアとに跨がって入射する位置では、センターコアとリングコアとの間でフッ素ドープされた屈折率の低い層にレーザビームの一部が入射してしまい、伝送ファイバの開口数が悪化してしまう。

【0008】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、伝送ファイバの開口数の悪化を抑えつつ、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを変更できるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、複数のレーザビームを合成して伝送ファイバに入射させるレーザ発振器を対象とし、次のような解決手段を講じた。

【0010】

すなわち、第１の発明は、前記伝送ファイバは、第１コアと、該第１コアの外周部に設けられた第２コアと、該第２コアの外周部に設けられたクラッドとを有し、
前記複数のレーザビームは、第１レーザビームと、該第１レーザビームとは偏光の向きが異なる第２レーザビームとを含み、
前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームを偏波合成する第１光学部材と、
前記第１光学部材の角度を調整して、前記伝送ファイバの入射端における前記第２レーザビームの入射位置を変更する第１角度調整部とを備えている。

【0011】

第１の発明では、第１レーザビーム及び第２レーザビームが、第１光学部材で偏波合成される。第２レーザビームは、第１レーザビームとは偏光の向きが異なっている。第１光学部材の角度を調整することで、伝送ファイバの入射端における第２レーザビームの入射位置が変更される。

【0012】

このような構成とすれば、第１コアに入射されるレーザビームと、第２コアに入射されるレーザビームの割合を調整して、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを変更することができる。

【0013】

これにより、加工内容や加工対象物の形状等に応じたビームプロファイルを得ることができ、所望の品質のレーザ加工を行うことができる。

【0014】

また、第２レーザビームの入射位置を調整して、第１コアと第２コアとに跨がって第２レーザビームが入射しないようにすることで、伝送ファイバの開口数の悪化を抑えることができる。

【0015】

第２の発明は、第１の発明において、
前記第１角度調整部は、前記第１光学部材の角度を調整して、前記第１レーザビームを前記第１コアに入射させる一方、前記第２レーザビームを前記第２コアに入射させる。

【0016】

第２の発明では、第１光学部材の角度を調整することで、第１レーザビームを第１コアに入射させ、第２レーザビームを第２コアに入射させる。

【0017】

これにより、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを、センターコアモードと中間モードとに変更することができる。

【0018】

ここで、センターコアモードとは、第１レーザビーム及び第２レーザビームの両方が第１コアに入射するモードである。中間モードとは、第１レーザビームが第１コアに入射し且つ第２レーザビームが第２コアに入射するモードである。

【0019】

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記第１光学部材で偏波合成された前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームを前記伝送ファイバに向けて導光させる第２光学部材と、
前記第２光学部材の角度を調整して、前記伝送ファイバの入射端における前記第１レーザビーム及び前記第２レーザビームの入射位置を変更する第２角度調整部とを備えている。

【0020】

第３の発明では、第２光学部材によって、第１レーザビーム及び第２レーザビームが伝送ファイバに向けて導光される。第２光学部材の角度を調整することで、伝送ファイバの入射端における第１レーザビーム及び第２レーザビームの入射位置が変更される。

【0021】

これにより、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを、リングコアモードに変更することができる。ここで、リングコアモードとは、第１レーザビーム及び第２レーザビームの両方が第２コアに入射するモードである。

【0022】

第４の発明は、第１乃至第３の発明のうち何れか１つに記載のレーザ発振器と、
前記伝送ファイバの出射端に接続されたレーザ加工ヘッドとを備えたレーザ加工装置である。

【0023】

第４の発明では、第１乃至第４の発明のうち何れか１つに記載のレーザ発振器で合成されたレーザビームが、伝送ファイバを介してレーザ加工ヘッドから出射することで、レーザ加工装置を構成するようにしている。

【0024】

そして、本発明のレーザ発振器では、伝送ファイバの開口数の悪化を抑えるようにしているので、レーザ加工ヘッドにおける受光可能な開口数の制約に抵触することはない。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、伝送ファイバの開口数の悪化を抑えつつ、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。

【図2】ビーム結合器の内部構成を示す正面図である。

【図3】センターコアモード時のレーザビームの入射位置を示す側面図である。

【図4】センターコアモード時のビームプロファイルを示す模式図である。

【図5】リングコアモード時のレーザビームの入射位置を示す側面図である。

【図6】リングコアモード時のビームプロファイルを示す模式図である。

【図7】中間モード時のレーザビームの入射位置を示す正面図である。

【図8】中間モード時のレーザビームの入射位置を示す平面図である。

【図9】中間モード時のビームプロファイルを示す模式図である。

【図10】本実施形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。

【図11】ビーム結合器の内部構成を示す正面図である。

【図12】センターコア過多モード時のレーザビームの入射位置を示す正面図である。

【図13】センターコア過多モード時のビームプロファイルを示す模式図である。

【図14】リングコア過多モード時のレーザビームの入射位置を示す正面図である。

【図15】リングコア過多モード時のビームプロファイルを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0028】

《実施形態１》
〈レーザ加工装置の構成〉
図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ発振器１０と、伝送ファイバ４０と、レーザ加工ヘッド２と、制御部５と、電源６とを備えている。

【0029】

レーザ発振器１０は、複数のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４と、ビーム結合器２０と、集光ユニット１５とを有する。図１に示す例では、レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４は４つ設けられている。

【0030】

複数のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオード又はレーザアレイで構成されている。レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４内で波長合成されたレーザビームは、各々のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４からそれぞれ出射される。

【0031】

ビーム結合器２０は、複数のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４からそれぞれ出射されたレーザビームＬＢ１～ＬＢ４（図２参照）を一つのレーザビームＬＢに結合する。ビーム結合器２０は、レーザビームＬＢを集光ユニット１５に出射する。

【0032】

集光ユニット１５は、集光レンズ１６を有する。集光レンズ１６は、集光ユニット１５に入射されたレーザビームＬＢを集光する。集光ユニット１５で集光されたレーザビームＬＢは、所定の倍率でビーム径が縮小され、伝送ファイバ４０に入射される。

【0033】

伝送ファイバ４０の入射端は、集光ユニット１５に接続されている。伝送ファイバ４０の出射端は、レーザ加工ヘッド２に接続されている。伝送ファイバ４０は、集光ユニット１５を介してレーザ発振器１０から受け取ったレーザビームＬＢを、レーザ加工ヘッド２に向かって導光する。なお、後述するが、伝送ファイバ４０はダブルコアファイバで構成されている。

【0034】

レーザ加工ヘッド２は、伝送ファイバ４０で導光されたレーザビームＬＢを外部に向けて照射する。例えば、図１に示すレーザ加工装置１では、所定の位置に配置された加工対象物であるワーク（図示せず）に向けてレーザビームＬＢを出射する。

【0035】

制御部５は、レーザ発振器１０のレーザ発振を制御する。具体的に、制御部５は、レーザ発振器１０に接続された電源６に対して、出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することで、各々のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４のレーザ発振制御を行う。

【0036】

なお、制御部５は、各々のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。また、制御部５は、レーザ加工ヘッド２が取り付けられたマニピュレータ（図示せず）の動作を制御してもよい。

【0037】

また、後述するが、制御部５は、ビーム結合器２０の内部に配置された各種の光学部材に連結されたアクチュエータの動作を制御する。

【0038】

電源６は、レーザ発振を行うための電力を、レーザ発振器１０の複数のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４に対してそれぞれ供給する。なお、制御部５からの指令により、各々のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４に供給される電力を異ならせるようにしてもよい。

【0039】

また、電源６は、レーザ加工装置１の可動部に対してそれぞれ電力を供給するようにしてもよいし、レーザ加工装置１の可動部向けには別の電源（図示せず）から電力を供給するようにしてもよい。

【0040】

図２に示すように、ビーム結合器２０は、複数の平行平板ＯＣ１～ＯＣ４と、ミラーＭＲ１～ＭＲ４と、波長板２５と、第１光学部材２１と、第２光学部材２２とを有する。

【0041】

平行平板ＯＣ１～ＯＣ４は、石英ガラス製の部材である。平行平板ＯＣ１～ＯＣ４は、レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４から出射されたレーザビームＬＢ１～ＬＢ４の光路上に配置されている。レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ４は、Ｓ偏光のレーザビームＬＢ１～ＬＢ４を出射する。

【0042】

ミラーＭＲ１，ＭＲ４は、折り返し用のミラーである。ミラーＭＲ２，ＭＲ３は、空間合成用のミラーである。

【0043】

レーザビームＬＢ１は、ミラーＭＲ１及びミラーＭＲ２で反射され、第１光学部材２１に向かう。レーザビームＬＢ２は、ミラーＭＲ２でレーザビームＬＢ１と空間合成され、第１光学部材２１に向かう。

【0044】

レーザビームＬＢ３は、ミラーＭＲ３で反射され、波長板２５を透過する。レーザビームＬＢ４は、ミラーＭＲ４で反射され、ミラーＭＲ３でレーザビームＬＢ３と空間合成された後、波長板２５を透過する。

【0045】

波長板２５は、λ／２プレートで構成されている。波長板２５は、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４の偏光の向きを変更する。具体的に、レーザモジュールＬＭ３，ＬＭ４は、Ｓ偏光のレーザビームＬＢ３，ＬＢ４を出射している。そのため、波長板２５を透過したレーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、Ｐ偏光となる。波長板２５を透過したレーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、第１光学部材２１に向かう。

【0046】

第１光学部材２１は、偏光合成ミラーで構成されている。第１光学部材２１は、偏光の向きが異なるレーザビームを偏波合成する。具体的に、第１光学部材２１は、Ｓ偏光のレーザビームＬＢ１，ＬＢ２（第１レーザビーム）を透過させる一方、Ｐ偏光のレーザビームＬＢ３，ＬＢ４（第２レーザビーム）を反射させる。

【0047】

第１光学部材２１には、第１角度調整部２３が設けられている。第１角度調整部２３は、モータ等のアクチュエータで構成されている。第１角度調整部２３は、第１光学部材２１の傾斜角度を調整する。詳しくは後述するが、第１光学部材２１の角度を調整することで、伝送ファイバ４０の入射端におけるレーザビームＬＢ３，ＬＢ４の入射位置を変更することができる。

【0048】

第１光学部材２１を透過したレーザビームＬＢ１，ＬＢ２と、第１光学部材２１で反射されたレーザビームＬＢ３，ＬＢ４とは、第２光学部材２２に向かう。

【0049】

第２光学部材２２は、折り返しミラーで構成されている。第２光学部材２２は、集光レンズ１６に向かってレーザビームＬＢ１～ＬＢ４を反射させる。集光レンズ１６で集光されたレーザビームＬＢ１～ＬＢ４は、伝送ファイバ４０の入射端に向かって導光される。

【0050】

第２光学部材２２には、第２角度調整部２４が設けられている。第２角度調整部２４は、モータ等のアクチュエータで構成されている。第２角度調整部２４は、第２光学部材２２の傾斜角度を調整する。詳しくは後述するが、第２光学部材２２の角度を調整することで、伝送ファイバ４０の入射端におけるレーザビームＬＢ１～ＬＢ４の入射位置を変更することができる。

【0051】

図３に示すように、伝送ファイバ４０は、第１コア４１と、第２コア４２と、クラッド４３とを有する。

【0052】

第１コア４１は、断面が略円形状に形成されている。第１コア４１の材質は、石英ガラス（屈折率：約１．４５）である。

【0053】

第２コア４２は、第１コア４１の外周部に設けられている。第２コア４２は、第１コア４１と同軸に設けられている。第２コア４２の材質は、石英ガラス（屈折率：約１．４５）である。

【0054】

クラッド４３は、第２コア４２の外周部に設けられている。クラッド４３は、第１コア４１及び第２コア４２と同軸に設けられている。クラッド４３の材質は、石英ガラス（屈折率：約１．４５）である。

【0055】

図４に示すように、第１コア４１と第２コア４２との間には、第１低屈折率層４４が設けられている。第１低屈折率層４４は、フッ素がドープされた石英ガラスで構成されている。第１低屈折率層４４の屈折率は、約１．４４５であり、第１コア４１及び第２コア４２の屈折率よりも低くなっている。

【0056】

第２コア４２とクラッド４３との間には、第２低屈折率層４５が設けられている。第２低屈折率層４５は、第１低屈折率層４４よりも高濃度にフッ素がドープされた石英ガラスで構成されている。第２低屈折率層４５の屈折率は、約１．４３であり、第２コア４２及びクラッド４３の屈折率よりも低くなっている。

【0057】

伝送ファイバ４０における第１コア４１及び第２コア４２の少なくとも一方には、レーザビームが入射する。レーザビームは、第１コア４１及び第２コア４２の少なくとも一方の内部で全反射され、伝送ファイバ４０の出射端から出射される。

【0058】

つまり、第１コア４１及び第２コア４２の少なくとも一方は、レーザビームの光導波路として機能する。クラッド４３は、レーザビームを第１コア４１及び第２コア４２の少なくとも一方の内部に閉じ込める光閉じ込め部として機能する。なお、図示しないが、クラッド４３の表面は、被膜で覆われている。

【0059】

〈レーザビームのビームプロファイルについて〉
以下の説明では、図１～図３において、レーザ発振器１０からビーム結合器２０へ入射されるレーザビームＬＢの進行方向をＸ方向、レーザモジュールＬＭ２から出射されたレーザビームＬＢ２が第１光学部材２１に向かう方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と直交する方向をＹ方向とそれぞれ呼ぶことがある。

【0060】

図１に示すレーザ加工装置１を用いてレーザ加工を行う場合、加工対象物及び加工内容によって、レーザビームＬＢのビームプロファイルを変化させる場合が生じうる。

【0061】

このような場合に、伝送ファイバ４０の入射端におけるレーザビームＬＢの入射位置を変えることで、伝送ファイバ４０から出射されるレーザビームＬＢのビームプロファイルを変化させることができる。

【0062】

具体的に、図２に示す例における、第１光学部材２１及び第２光学部材２２の傾斜角度では、レーザビームＬＢ１～ＬＢ４が伝送ファイバ４０の第１コア４１に入射する（図３参照）。このように、レーザビームＬＢ１～ＬＢ４が第１コア４１にのみ入射されるモードを、センターコアモードという。

【0063】

センターコアモードでは、伝送ファイバ４０から出射されるレーザビームＬＢのビームプロファイルは、単峰状のガウシアン分布となる（図４参照）。

【0064】

なお、本実施形態では、「ビームプロファイル」は、レーザビーム強度の空間分布を意味する。図４では、レーザビーム強度は、Ｚ方向の波形変化で示されており、空間分布はＸ方向の波形変化で示されている。なお、図示しないが、本実施形態では、Ｙ方向の波形変化もＸ方向の波形変化と同様である。ただし、Ｘ方向とＹ方向とで空間分布が異なっていてもよい。

【0065】

また、図５に示すように、第１光学部材２１をセンターコアモードと同じ角度とした状態で、第２光学部材２２の角度を調整することで、レーザビームＬＢ１～ＬＢ４が伝送ファイバ４０の第２コア４２に入射する。このように、レーザビームＬＢ１～ＬＢ４が第２コア４２にのみ入射されるモードを、リングコアモードという。

【0066】

リングコアモードでは、伝送ファイバ４０から出射されるレーザビームＬＢのビームプロファイルは、２つのピークを有する形状となる（図６参照）。リングコアモードでは、センターコアモードと比べてビームプロファイルの半値幅が大きくなる。

【0067】

また、図７及び図８に示すように、第２光学部材２２をセンターコアモードと同じ角度とした状態で、第１光学部材２１の角度を調整することで、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が第１コア４１に入射し、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４が第２コア４２に入射する。このようなモードを、中間モードという。

【0068】

中間モードでは、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４の入射位置を調整して、第１コア４１と第２コア４２とに跨がってレーザビームＬＢが入射しないようにしている。これにより、伝送ファイバ４０の開口数の悪化を抑えることができる。

【0069】

中間モードでは、伝送ファイバ４０から出射されるレーザビームＬＢのビームプロファイルは、３つのピークを有する形状となる（図９参照）。中間モードでは、センターコアモードと比べてビームプロファイルの半値幅が大きくなる。

【0070】

このように、第１光学部材２１及び第２光学部材２２の角度を調整して、伝送ファイバ４０の入射端におけるレーザビームＬＢ１～ＬＢ４の入射位置を変化させることで、第１コア４１を伝搬するレーザビームと第２コア４２を伝搬するレーザビームとの割合を調整できる。

【0071】

以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、加工内容や加工対象物の形状等に応じたビームプロファイルを得ることができ、所望の品質のレーザ加工を行うことができる。

【0072】

例えば、薄い鋼板をレーザ加工装置１で切断加工する場合には、切断箇所でのエネルギー密度を高める方がよく、また、切断幅は狭いほうがよい。よって、図４のセンターコアモードのように、ビームプロファイルを単峰状のガウシアン分布に制御するのが好ましい。

【0073】

一方、厚い鋼板をレーザ加工装置１で切断加工する場合には、鋼板の厚みに対応させて切断幅もある程度広くとる必要がある。よって、図９の中間モードのように、ビームプロファイルを空間的に拡がった形状に制御するのが好ましい。

【0074】

《実施形態２》
図１０は、本実施形態２に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

【0075】

図１０に示すように、レーザ発振器１０は、複数のレーザモジュールＬＭ１～ＬＭ６と、ビーム結合器２０と、集光ユニット１５とを有する。図１０に示す例では、レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ６は６つ設けられている。

【0076】

図１１に示すように、ビーム結合器２０は、複数の平行平板ＯＣ１～ＯＣ６と、ミラーＭＲ１～ＭＲ１０と、波長板２５，３５と、第１光学部材２１と、第２光学部材２２とを有する。

【0077】

平行平板ＯＣ１～ＯＣ６は、レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ６から出射されたレーザビームＬＢ１～ＬＢ６の光路上に配置されている。レーザモジュールＬＭ１～ＬＭ６は、Ｓ偏光のレーザビームＬＢ１～ＬＢ６を出射する。

【0078】

ミラーＭＲ１，ＭＲ４～ＭＲ８は、折り返し用のミラーである。ミラーＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ９は、空間合成用のミラーである。ミラーＭＲ１０は、偏波合成ミラーである。

【0079】

レーザビームＬＢ１，ＬＢ２は、ミラーＭＲ２で空間合成され、第１光学部材２１に向かう。

【0080】

レーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、ミラーＭＲ３で空間合成された後、波長板２５を透過する。波長板２５を透過したレーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、Ｐ偏光となる。波長板２５を透過したレーザビームＬＢ３，ＬＢ４は、第１光学部材２１に向かう。

【0081】

第１光学部材２１を透過したレーザビームＬＢ１，ＬＢ２と、第１光学部材２１で反射されたレーザビームＬＢ３，ＬＢ４とは、ミラーＭＲ８で反射され、ミラーＭＲ９に向かう。

【0082】

一方、レーザビームＬＢ５は、平行平板ＯＣ５を透過した後、ミラーＭＲ５で反射された後、波長板３５を透過する。波長板３５は、レーザビームＬＢ５の偏光の向きを変更する。具体的に、レーザモジュールＬＭ５は、Ｓ偏光のレーザビームＬＢ５を出射している。そのため、波長板３５を透過したレーザビームＬＢ５は、Ｐ偏光となる。波長板３５を透過したレーザビームＬＢ５は、ミラーＭＲ１０に向かう。

【0083】

レーザビームＬＢ６は、平行平板ＯＣ６を透過した後、ミラーＭＲ６及びミラーＭＲ７で反射された後、ミラーＭＲ１０に向かう。

【0084】

ミラーＭＲ１０は、偏波合成ミラーであり、偏光の向きが異なるレーザビームを偏波合成する。具体的に、ミラーＭＲ１０は、Ｓ偏光のレーザビームＬＢ６を透過させる一方、Ｐ偏光のレーザビームＬＢ５を反射させる。ミラーＭＲ１０で偏波合成されたレーザビームＬＢ５，ＬＢ６は、ミラーＭＲ９に向かう。

【0085】

レーザビームＬＢ１～ＬＢ６は、ミラーＭＲ９で空間合成された後、第２光学部材２２に向かう。ここで、図１２にも示すように、ミラーＭＲ９の角度は、レーザビームＬＢ５，ＬＢ６が第２コア４２に入射するように設定されている。

【0086】

具体的に、図１２に示す例における、第１光学部材２１及び第２光学部材２２の角度では、レーザビームＬＢ１～ＬＢ４が伝送ファイバ４０の第１コア４１に入射する一方、レーザビームＬＢ５，ＬＢ６が第２コア４２に入射する。このように、第１コア４１に入射するレーザビームの数が第２コア４２に入射するレーザビームの数よりも多いモードを、センターコア過多モードという。

【0087】

センターコア過多モードでは、伝送ファイバ４０から出射されるレーザビームＬＢのビームプロファイルは、３つのピークを有する形状となる（図１３参照）。センターコア過多モードでは、中央部のピークの高さが、左右両側のピークの高さよりも高くなっている。

【0088】

また、図１４に示すように、第２光学部材２２をセンターコアモードと同じ角度とした状態で、第１光学部材２１の角度を調整することで、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２が第１コア４１に入射する一方、レーザビームＬＢ３，ＬＢ４とレーザビームＬＢ５，ＬＢ６とが左右に分かれてそれぞれ第２コア４２に入射する。このようなモードを、リングコア過多モードという。

【0089】

リングコア過多モードでは、伝送ファイバ４０から出射されるレーザビームＬＢのビームプロファイルは、３つのピークを有する形状となる（図１５参照）。リングコアモードでは、中央部のピークの高さが、左右両側のピークの高さよりも低くなっている。

【0090】

このように、第１光学部材２１及び第２光学部材２２の角度を調整して、伝送ファイバ４０の入射端におけるレーザビームＬＢ１～ＬＢ６の入射位置を変化させることで、第１コア４１を伝搬するレーザビームと第２コア４２を伝搬するレーザビームとの割合を調整できる。

【産業上の利用可能性】

【0091】

以上説明したように、本発明は、伝送ファイバの開口数の悪化を抑えつつ、伝送ファイバから出射されるレーザビームのビームプロファイルを変更できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

【符号の説明】

【0092】

１ レーザ加工装置
２ レーザ加工ヘッド
１０ レーザ発振器
４０ 伝送ファイバ
４１ 第１コア
４２ 第２コア
４３ クラッド
２１ 第１光学部材
２２ 第２光学部材
２３ 第１角度調整部
２４ 第２角度調整部
ＬＢ レーザビーム
ＬＢ１，ＬＢ２ レーザビーム（第１レーザビーム）
ＬＢ３，ＬＢ４ レーザビーム（第２レーザビーム）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】