JP6135840B2 - LASER DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING LASER DEVICE - Google Patents
LASER DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING LASER DEVICEDownload PDFInfo
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Description
Translated fromJapanese本発明は、半導体レーザと複数の光学素子により構成されたレーザ装置及びレーザ装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a laser device including a semiconductor laser and a plurality of optical elements, and a method for manufacturing the laser device.
レーザ装置に用いられる各種の光学素子は、光学調整を行った後に様々な手法によって固定される。光学調整には、例えば、ミラーで反射させるレーザ光の角度を摺動により調整する方法などが提案されている（例えば特許文献１参照。）。また、接着剤や止めネジを用いたり、光学素子を保持する金属ホルダをレーザ溶接や半田付けしたりすることによって、光学素子が固定される。例えば、波長安定化レーザについて、光学素子の一部として光ファイバに回折格子を形成したファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）が使用され、ＦＢＧを保持する金属ホルダが半田付けやレーザ溶接を用いて固定される。 Various optical elements used in the laser device are fixed by various methods after optical adjustment. For optical adjustment, for example, a method of adjusting the angle of laser light reflected by a mirror by sliding has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Further, the optical element is fixed by using an adhesive or a set screw, or by laser welding or soldering a metal holder for holding the optical element. For example, for a wavelength stabilized laser, a fiber Bragg grating (FBG) in which a diffraction grating is formed on an optical fiber is used as a part of an optical element, and a metal holder that holds the FBG is fixed by soldering or laser welding. .
透過型グレーティング素子を用いて半導体レーザと外部共振器を構成する場合には、光学調整を行う調整機構と光学素子の固定方法が重要である。例えば、整形レンズ、透過型グレーティング素子などについてそれぞれ光学調整を行い、これらを接着剤、溶接、止めネジなどにより固定する。 When a semiconductor laser and an external resonator are configured using a transmissive grating element, an adjustment mechanism that performs optical adjustment and an optical element fixing method are important. For example, optical adjustment is performed for each of the shaping lens, the transmission type grating element, and the like, and these are fixed by an adhesive, welding, a set screw, or the like.
光学調整に関しては、それぞれの光学素子を独立に調整することで、レーザ光整形調整や外部共振器調整の自由度が増し、製造性もよい。しかし、部品点数が増えたり、装置が大きくなったりする。 Regarding optical adjustment, by independently adjusting each optical element, the degree of freedom of laser beam shaping adjustment and external resonator adjustment is increased, and manufacturability is also good. However, the number of parts increases and the apparatus becomes large.
光学素子の固定方法に関しては、接着剤による固定は、リードタイムの増加、アウトガスの発生、強度などの長期信頼性などについて問題がある。止めネジによる固定は、光学素子への応力、強度、振動時の信頼性などに問題が生じる可能性がある。 Regarding the fixing method of the optical element, fixing with an adhesive has problems in terms of increase in lead time, generation of outgas, long-term reliability such as strength, and the like. Fixing with a set screw may cause problems in stress, strength, reliability during vibration, etc. to the optical element.
これらに対し、レーザ溶接による固定は、接着剤による固定におけるアウトガスの発生がなく、硬化時間も必要ない。更に、強度的に問題がなく、長期信頼性を確保できる。しかし、レーザ溶接による固定には、溶接出力の大きさや光学素子の形状にもよるが、溶接歪みによる光学素子の位置変動や溶接中に飛散するスラグや微粒子粒などの溶接スパッタによる光学素子への汚染が生じる恐れがある。 On the other hand, fixing by laser welding does not generate outgas in fixing by an adhesive and does not require curing time. Furthermore, there is no problem in strength, and long-term reliability can be ensured. However, fixing by laser welding depends on the size of the welding output and the shape of the optical element. However, the position of the optical element varies due to welding distortion, and the optical element due to welding spatter such as slag and fine particles scattered during welding. Contamination may occur.
例えば波長安定化レーザ装置に関しては、利用分野が多岐にわたり、様々な条件下で使用され、また、最近の多波長、高出力化によってレーザ光源として使用される半導体レーザに準ずるサイズ、信頼性、価格が求められている。このため、レーザ装置の長期信頼性の確保、歩留まり低下の抑制が必須である。 For example, the wavelength-stabilized laser device has a wide range of fields of application and is used under various conditions. Also, the size, reliability, and price are the same as those of semiconductor lasers that are used as laser light sources due to the recent multi-wavelength and high output. Is required. For this reason, it is essential to ensure long-term reliability of the laser device and to suppress a decrease in yield.
本発明は、光学素子がレーザ溶接によって固定された、長期信頼性が確保され、且つ歩留まりの低下が抑制されたレーザ装置及びレーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser device in which an optical element is fixed by laser welding, long-term reliability is ensured, and a decrease in yield is suppressed, and a method for manufacturing the laser device.
本発明の一態様によれば、（イ）レーザ光を出射する半導体レーザと、（ロ）半導体レーザが内部に保持された管形状の第１のホルダと、（ハ）レーザ光を整形する整形レンズと、（ニ）整形レンズが内部に保持された管形状であって、レーザ光が入射する入射口が形成された入射面、及び整形レンズを透過したレーザ光が出射する出射口が形成され、且つ出射口周囲の外縁部が球面形状である出射面を有し、入射面の外周部が第１のホルダにレーザ溶接された第２のホルダと、（ホ）整形レンズを透過したレーザ光が入射される透過型グレーティング素子と、（ヘ）透過型グレーティング素子が内部に保持された管形状であって、レーザ光が入射される入射開口部が、第２のホルダの出射口の周囲を覆うように球面形状の外縁部に線接触して、第２のホルダにレーザ溶接された第３のホルダとを備え、第３のホルダの入射開口部に外側よりも内側が低く形成された段差が外周に沿って配置され、段差の２つの角部において第２のホルダの出射面の外縁部に第３のホルダが互いに離間した２つの円周線で線接触接し、２つの円周線のうちの外側の円周線において第２のホルダと第３のホルダがレーザ溶接されているレーザ装置が提供される。According to one aspect of the present invention, (b) a semiconductor laser that emits laser light, (b) a tube-shaped first holder in which the semiconductor laser is held, and (c) shaping that shapes the laser light. A lens, and (d) a tube shape in which a shaping lens is held inside, an incident surface on which an incident port through which laser light is incident is formed, and an exit port from which laser light that has passed through the shaping lens is emitted. And a second holder in which an outer edge portion around the emission port has a spherical emission surface, and an outer peripheral portion of the incident surface is laser-welded to the first holder, and (e) laser light transmitted through the shaping lens And (f) a tube shape in which the transmissive grating element is held inside, and an incident opening portion into which the laser beam is incident is provided around the emission port of the second holder. Line contact with the outer edge of the spherical shape to cover , And a third holder is laser welded to a secondholder, a step in which the inner is formed lower than the outside entrance aperture of the third holder are arranged along the outer circumference, the two corners of the step The third holder is in line-contact contact with two outer circumferential lines spaced from each other at the outer edge of the emission surface of the second holder, and the second holder is connected to the outer circumference of the two circumferential lines. A laser device is provided in whichthe third holder is laser welded .
本発明の他の態様によれば、（イ）半導体レーザを内部に保持する第１のホルダを準備するステップと、（ロ）整形レンズを内部に保持し、半導体レーザから出射されるレーザ光が入射される入射口が形成された入射面と、整形レンズを透過したレーザ光が出射する出射口が形成され、且つ出射口周囲の外縁部が球面形状である出射面とを有する第２のホルダを準備し、第１のホルダに第２のホルダを連結するステップと、（ハ）整形レンズの光学調整を行った後、入射面の外周部を第１のホルダにレーザ溶接することによって第２のホルダを第１のホルダに固定するステップと、（ニ）透過型グレーティング素子を内部に保持し、レーザ光が入射される入射開口部に外側よりも内側が低く形成された段差が外周に沿って配置された環形状の第３のホルダを準備し、第３のホルダの入射開口部を第２のホルダの出射口の周囲を覆うように球面形状の外縁部に線接触させるステップと、（ホ）第２のホルダに線接触した状態で第３のホルダを摺動させて外部共振器調整を行った後、第２のホルダの外縁部に第３のホルダの入射開口部をレーザ溶接することによって第３のホルダを第２のホルダに固定するステップとを含み、第２のホルダの出射面の外縁部に第３のホルダの段差の２つの角部を接触させることにより、第２のホルダと第３のホルダを互いに離間した２つの円周線で線接触させ、２つの円周線のうちの外側の円周線において第２のホルダと第３のホルダをレーザ溶接するレーザ装置の製造方法が提供される。According to another aspect of the present invention, (b) a step of preparing a first holder for holding the semiconductor laser therein; and (b) a laser beam emitted from the semiconductor laser holding the shaping lens inside. A second holder having an incident surface on which an incident port is formed and an exit surface on which an exit port from which laser light transmitted through the shaping lens is emitted is formed and an outer edge portion around the exit port is spherical. And (2) connecting the second holder to the first holder, and (c) performing optical adjustment of the shaping lens, and then laser welding the outer peripheral portion of the incident surface to the first holder. A step of fixing the holder to the first holder, and (d)a step formed by holding the transmissive grating element inside andforming the laser beam incident on theinner side lower than the outer side along the outer periphery. It has been ring-shaped arrangement Te 3 is prepared, and a step of bringing the incident opening of the third holder into line contact with the outer peripheral portion of the spherical shape so as to cover the periphery of the exit of the second holder; After adjusting the external resonator by sliding the third holder in contact with the third holder, the third holder is attached to the outer edge of the second holder by laser welding the incident opening of the third holder. and securing the second holderseen including, by contacting the two corners of the step of the third holder on the outer edge of the exit surface of the second holder, the second holder and a third holder A method of manufacturinga laser device is provided inwhich line contact is made between two circumferential lines spaced apart from each other, and the second holder and the third holder are laser-welded on the outer circumferential line of the two circumferential lines .
本発明によれば、光学素子がレーザ溶接によって固定された、長期信頼性が確保され、且つ歩留まりの低下が抑制されたレーザ装置及びレーザ装置の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element was fixed by laser welding, long-term reliability was ensured, and the manufacturing method of a laser apparatus by which the fall of the yield was suppressed can be provided.
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiment of the present invention has the following structure and arrangement of components. It is not something specific. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
本発明の実施形態に係るレーザ装置１は、図１に示すように、レーザ光Ｌを出射する半導体レーザ１０と、入射されたレーザ光Ｌを整形する整形レンズ３０と、整形レンズ３０を透過したレーザ光Ｌが入射される透過型グレーティング素子５０とを備える。 As shown in FIG. 1, the
整形レンズ３０によって、半導体レーザ１０の出射するレーザ光Ｌの光径と出射方向が調整される。透過型グレーティング素子５０は、入射されるレーザ光Ｌの一部を反射して半導体レーザ１０との間で外部共振器を構成する。これにより、レーザ装置１はレーザ光Ｌの波長を狭帯域化、安定化する。 The shaping
透過型グレーティング素子５０は、例えばボリュームブラッググレーティング（Volume Bragg Grating：ＶＢＧ）やボリュームホログラフィックグレーティング（Volume Holographic Grating：ＶＨＧ）などである。なお、半導体レーザ１０との間で外部共振器を構成するために、透過型グレーティング素子５０のレーザ光Ｌに対する反射率は、１０％〜４０％程度であることが好ましい。 The
半導体レーザ１０は、管形状の第１のホルダ２０の内部に保持される。第１のホルダ２０は、例えば円筒形状である。半導体レーザ１０から出射されたレーザ光Ｌは、出射開口部２０１から整形レンズ３０に出射される
整形レンズ３０は、管形状の第２のホルダ４０の内部に保持される。第２のホルダ４０は、レーザ光Ｌが入射する入射口４１１が形成された入射面４１０、及び入射口４１１に対向する出射口４２１が形成された出射面４２０を有する。そして、入射面４１０の外周部が、溶接照射箇所Ｓ１において第１のホルダ２０にレーザ溶接されている。図１において、レーザ溶接光が照射されてレーザ溶接された箇所を黒丸「●」で示している（以下において同様。）。第２のホルダ４０は、例えば円筒形状である。The
第２のホルダ４０の入射面４１０から入射されて整形レンズ３０を透過したレーザ光Ｌは、第２のホルダ４０の出射面４２０に形成された出射口４２１から出射される。出射口４２１周囲の出射面４２０の外縁部は、外側に凸状の球面形状である。 The laser light L incident from the
透過型グレーティング素子５０は、管形状の第３のホルダ６０の内部に保持される。第３のホルダ６０は、例えば円筒形状である。透過型グレーティング素子５０を透過したレーザ光Ｌは、第３のホルダ６０の出力開口部６２１から外部に出力される。 The
レーザ光Ｌが入射される第３のホルダ６０の入射開口部６１１は、第２のホルダ４０の出射口４２１の周囲を覆って出射面４２０の球面形状の外縁部に接している。そして、入射開口部６１１が出射面４２０に接する溶接照射箇所Ｓ３において、第３のホルダ６０が第２のホルダ４０にレーザ溶接されている。このため、第２のホルダ４０の出射面４２０の先端部分が入射開口部６１１の内部に位置する状態で、第２のホルダ４０に第３のホルダ６０が固定されている。 The incident opening 611 of the
例えば、第２のホルダ４０及び第３のホルダ６０が円筒形状であり、第３のホルダ６０と第２のホルダ４０とは円周線で接触する。このとき、第３のホルダ６０の入射開口部６１１の内径は、少なくとも第２のホルダ４０と接触する領域において、第２のホルダ４０の外径よりも小さい。 For example, the
図１に示したレーザ装置１では、半導体レーザ１０から出射されて整形レンズ３０及び透過型グレーティング素子５０を経由したレーザ光Ｌが、所望の波長で安定して出力されるように各光学素子が光学調整されて、第１のホルダ２０、第２のホルダ４０及び第３のホルダ６０が連結されている。図１において、レーザ光Ｌの光路を破線で示している。図１に示した例では、整形レンズ３０は、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光Ｌを平行光とするためのコリメートレンズである。なお、第１のホルダ２０、第２のホルダ４０及び第３のホルダ６０は、例えばステンレスやコバールなどの金属材料からなる。 In the
図１に示すように、第２のホルダ４０は、入射側部４１と出射側部４２を有する。出射側部４２の一部が入射側部４１の内側に嵌め合わされた状態であり、出射側部４２の嵌め合わされた部分の外壁が入射側部４１に内接している。 As shown in FIG. 1, the
入射側部４１は、一方の端部が入射面４１０である管形状であって、入射面４１０は溶接照射箇所Ｓ１において第１のホルダ２０にレーザ溶接されている。入射面４１０に対向する入射側部４１の他方の端部の外周部に、出射側部４２の外部側面がレーザ溶接されている。これにより、入射側部４１に出射側部４２が固定されている。図１において、入射側部４１と出射側部４２との溶接箇所を溶接照射箇所Ｓ２として示している。 The
出射側部４２は、一方の端部が出射面４２０である管形状であって、整形レンズ３０が内部に保持されている。出射側部４２の他方の端部は、入射側部４１の内部に位置している。詳細は後述するが、入射側部４１に出射側部４２を固定する前は、レーザ光Ｌの光軸方向（以下において、単に「光軸方向」という。）に沿って出射側部４２をスライドさせることにより、整形レンズ３０の光軸方向の光学調整を行える。 The
図２に、第２のホルダ４０の例を示す。図２に示すように、第２のホルダ４０の出射面４２０は、レーザ光Ｌが通過する開口部である出射口４２１が中央領域に形成された球面形状である。 FIG. 2 shows an example of the
図１に示す第３のホルダ６０では、入射開口部６１１に外側よりも内側が低く形成された段差が外周に沿って配置されている。入射開口部６１１に段差が形成されていることにより、段差の２つの角部において第２のホルダ４０の出射面４２０の外縁部に第３のホルダ６０が互いに離間した２つの円周線で接している。そして、外側の円周線において第２のホルダ４０と第３のホルダ６０がレーザ溶接されている。 In the
図３に、第３のホルダ６０の例を示す。段差の角部Ｅ１、Ｅ２において、第３のホルダ６０が第２のホルダ４０の出射面４２０の球面形状部分に線接触する。そして、外側の角部Ｅ１において第３のホルダ６０が第２のホルダ４０にレーザ溶接される。 FIG. 3 shows an example of the
図１に示したレーザ装置１の製造方法の例を以下に説明する。 An example of a method for manufacturing the
先ず、半導体レーザ１０を第１のホルダ２０の内部に搭載する。そして、第１のホルダ２０の出射開口部２０１の周囲を入射口４１１が覆うように、第１のホルダ２０に第２のホルダ４０を連結する。 First, the
第２のホルダ４０は、半導体レーザ１０から出射されるレーザ光Ｌのビーム調整を行えるように構成されている。即ち、第２のホルダ４０は、光軸方向に垂直な方向（以下において「光軸垂直方向」という。）に位置が調整可能な入射側部４１と、入射側部４１に一部が嵌め合わされ、光軸方向の調整が行えるように位置を調整可能な出射側部４２を有する。 The
具体的には、入射側部４１を光軸垂直方向に動かして、光軸垂直方向に関して整形レンズ３０の光学調整を行う。一方、出射側部４２を入射側部４１に対して光軸方向にスライドさせることによって、光軸方向に関して整形レンズ３０の光学調整を行う。そして、入射面４１０の外周部を出射開口部２０１の周囲で第１のホルダ２０にレーザ溶接する（溶接照射箇所Ｓ１）。これにより、入射側部４１が第１のホルダ２０に固定される。更に、入射面４１０である端部に対向する入射側部４１の他方の端部の外周部と、出射側部４２の外部側面とをレーザ溶接する（溶接照射箇所Ｓ２）。 Specifically, the
次いで、レーザ光Ｌの波長を狭帯域化、安定化するために、透過型グレーティング素子５０を内部に保持した第３のホルダ６０を第２のホルダ４０に連結する。このとき、第３のホルダ６０の入射開口部６１１の内径が、第２のホルダ４０の出射面４２０の外径よりも小さく、且つ、出射口４２１の内径よりも大きい。このため、第３のホルダ６０の入射開口部６１１が第２のホルダ４０の出射口４２１の周囲を覆って、第２のホルダ４０の球面形状の外縁部において第３のホルダ６０が第２のホルダ４０に線接触する。 Next, in order to narrow and stabilize the wavelength of the laser light L, the
第３のホルダ６０と第２のホルダ４０は円周線でのみ接触するため、摺動性よく自在に第２のホルダ４０に対する第３のホルダ６０の角度調整を行うことができる。このため、第２のホルダ４０に対する第３のホルダ６０の角度を調整することにより、半導体レーザ１０と透過型グレーティング素子５０との間で外部共振器を構成するように、透過型グレーティング素子５０の光学調整を行うことができる。 Since the
第２のホルダ４０に線接触させた状態の第３のホルダ６０を摺動させて外部共振器調整を行った後、第２のホルダ４０の出射面４２０の外縁部に第３のホルダ６０の入射開口部６１１をレーザ溶接する（溶接照射箇所Ｓ３）。これにより、第３のホルダ６０を第２のホルダ４０に固定する。以上により、図１に示したレーザ装置１が完成する。 After adjusting the external resonator by sliding the
なお、図１に示した第３のホルダ６０では、入射開口部６１１に外側よりも内側が低く形成された段差が外周に沿って配置されている。第２のホルダ４０の出射面４２０の外縁部に第３のホルダ６０の段差の２つの角部Ｅ１、Ｅ２を接触させることにより、第２のホルダ４０と第３のホルダ６０とは、互いに離間した２つの円周線で線接触する。そして、外側の円周線において第２のホルダ４０と第３のホルダ６０をレーザ溶接する。第３のホルダ６０に形成される段差の大きさは、第２のホルダ４０の出射面４２０の曲率の大きさに応じて設定される。 In the
一般的に、線接触の箇所にレーザ溶接を行うと、レーザ溶接光入射側の裏側にも溶接スパッタが飛散するおそれがある。このため、レーザ溶接による固定では、クリーニング作業の追加が必要になることがある。また、場合によっては第３のホルダ６０内部の透過型グレーティング素子５０が溶接スパッタによって汚染され、所定の特性が得られなかったり、歩留まりや長期信頼性が低下するなどの問題が生じたりする。 Generally, when laser welding is performed on a line contact portion, there is a possibility that welding spatter may be scattered on the back side of the laser welding light incident side. For this reason, the fixing by laser welding may require an additional cleaning operation. In some cases, the
しかしながら、図１に示したように第３のホルダ６０の入射開口部６１１には段差が形成されている。第２のホルダ４０と第３のホルダ６０のレーザ溶接箇所の内部側の段差によって、発生した溶接スパッタを閉じ込めておくことができる。溶接スパッタが第３のホルダ６０内部に飛散する場合は、溶接照射箇所Ｓ３を溶接するレーザ溶接光の光軸を延長した方向で溶接スパッタが内部に拡散される。このため、溶接スパッタを上記のように閉じ込める方法は効果的である。 However, as shown in FIG. 1, a step is formed in the incident opening 611 of the
或いは、レーザ溶接箇所と光学素子との間に溶接スパッタを塞き止める構造を採用するなどの、他の方法によって溶接スパッタが第３のホルダ６０内部に飛散することを防止してもよい。 Alternatively, the welding spatter may be prevented from being scattered inside the
例えば図４に示すように、第３のホルダ６０の入射開口部６１１の内側に、入射開口部６１１の外周に沿って溝６３０を形成する。第２のホルダ４０と第３のホルダ６０を連結すると、第２のホルダ４０の出射面４２０の先端部分は溝６３０の内部に位置する。このとき、溝６３０の外側の縁を第２のホルダ４０の出射面４２０の外縁部に環状に線接触させる。一方、溝６３０の内側の縁は、第２のホルダ４０に接触させない。そして、溝６３０の外側の縁（溶接照射箇所Ｓ３）において第２のホルダ４０と第３のホルダ６０をレーザ溶接する。 For example, as shown in FIG. 4, a
図４に示した第３のホルダ６０の構造を採用した場合、レーザ溶接箇所から第３のホルダ６０の内部に飛散した溶接スパッタは、溝６３０の内壁に衝突し、そこで即座に冷却されて付着固定する。このため、透過型グレーティング素子５０は溶接スパッタから保護される。なお、図４に示した構造を採用した場合にも、第３のホルダ６０は第２のホルダ４０に対して摺動性よく自在に角度調整を行える。 When the structure of the
上記のように、透過型グレーティング素子５０が溶接スパッタによって汚染されないようにするためには、第２のホルダ４０と第３のホルダ６０とがレーザ溶接された溶接照射箇所Ｓ３と透過型グレーティング素子５０とを結ぶ直線上に、溶接照射箇所Ｓ３から透過型グレーティング素子５０を見通すことができないように第３のホルダ６０内に遮蔽物が配置されていればよい。なお、レーザ溶接光の光軸上に位置し、且つ、レーザ光Ｌの光軸上に位置しないように遮蔽物が配置されるのはもちろんである。図３に示した例では、角部Ｅから外壁方向に延伸する面が遮蔽物として機能する。図４に示した例では、溝６３０の内壁が遮蔽物として機能する。 As described above, in order to prevent the transmission
また、図５に示すように、入射開口部６１１と透過型グレーティング素子５０との間で、レーザ溶接光Ｗの光軸上に壁面が位置するように、第３のホルダ６０の内壁の一部に凸部６５を形成してもよい。凸部６５の高さは、溶接照射箇所Ｓ３に照射されるレーザ溶接光Ｗの光軸方向に凸部６５が位置するのに十分な高さであり、且つ、レーザ光Ｌが当たらない高さである。図５に示した構造を採用することによっても、第３のホルダ６０内に浸入した溶接スパッタは凸部６５に遮られるため、透過型グレーティング素子５０が溶接スパッタによって汚染されることが防止される。 Further, as shown in FIG. 5, a part of the inner wall of the
ところで、第３のホルダ６０の第２のホルダ４０との接触部分を球面形状とすることによっても、溶接スパッタの内部飛散を抑制できる。しかし、この場合は、毎回の加工精度により球面形状部の接触状態が変わる。このため、外部共振器調整後の溶接歪みがどのように発生するかがわかりにくくなり、また、摩擦が不規則になって精密な調整を行いにくくなる。 By the way, the internal scattering of the welding spatter can also be suppressed by making the contact portion of the
これに対し、第３のホルダ６０と第２のホルダ４０とを円周線で接触させる場合には、加工精度に依らず、常にそれぞれの部材同士の組み合わせに応じて円周線で接触する。このため、溶接歪みが少なく、且つ、摺動性のよい角度調整が可能である。そして、その調整状態のまま、第３のホルダ６０と第２のホルダ４０とを固定することができる。 On the other hand, when the
なお、整形レンズ３０の光学調整後に第２のホルダ４０をレーザ溶接によって固定する際に、光学調整するために移動可能となっている方向に溶接歪みがランダムに発生する。このため、例えば図６に示すように、整形レンズ３０から出射されるレーザ光Ｌに、出射方向に数〜２０ｍｒａｄ程度の光軸ずれが生じる場合がある。図６において、光軸の設計値を一点差線で示し、レーザ溶接により光軸ずれが生じた後の光路を破線で示した。角度θが光軸ずれの大きさである。 In addition, when the
レーザ装置１では、第１のホルダ２０、第２のホルダ４０及び第３のホルダ６０を順次光軸方向に連結しながら光学調整を行う際に、透過型グレーティング素子５０に関しては角度調整のみが行われる。これに対して、整形レンズ３０から出射されるレーザ光Ｌの光軸ずれの発生を考慮して、歩留まり低下を防ぐために工程追加や装置を複雑な形状にするなどの光軸ずれの対策を検討することも考えられる。 In the
しかし、下記のように設定することにより、整形レンズ３０から出射されるレーザ光Ｌに光軸ずれが生じても、透過型グレーティング素子５０の角度調整のみによって光学調整が可能であり、光軸ずれ対策を行う必要はない。即ち、整形レンズ３０と透過型グレーティング素子５０間の距離ｄを例えば１０ｍｍ以内とする。そして、透過型グレーティング素子５０の受光面でありレーザ光Ｌが入射する入射開口部６１１の有効径を、整形レンズ３０を透過後のレーザ光Ｌの光径の２．５倍以上とする。ここでのレーザ光Ｌの光径は、ピーク強度値から１／ｅ2に低下したときの幅である。However, by setting as follows, even if the optical axis shift occurs in the laser light L emitted from the shaping
入射開口部６１１の有効径をレーザ光Ｌの光径の２．５倍以上とするのは、ビームの光軸ずれに対して十分な値であるためである。一般的にガウシアンビームは、１／ｅ2で規定されるビーム径に対して約２倍の幅の光路を考慮しておけば、ガウシアンビーム全体を周囲にぶつかることなく伝送することができる。このため、整形レンズ３０透過後に光軸ずれが生じても、レーザ光Ｌを透過型グレーティング素子５０に入射させることができる。The reason why the effective diameter of the incident opening 611 is 2.5 times or more the light diameter of the laser light L is that it is a sufficient value for the optical axis deviation of the beam. In general, a Gaussian beam can be transmitted without hitting the surroundings if an optical path having a width approximately twice as large as the beam diameter defined by 1 / e2 is taken into consideration. For this reason, even if the optical axis shift occurs after passing through the shaping
上記のように、レーザ装置１によれば、第２のホルダ４０を固定するためのレーザ溶接での溶接歪みに起因してレーザ光Ｌの光軸ずれが生じても、想定される光軸ずれ分以上の余裕を透過型グレーティング素子５０の受光面サイズ（入射開口部６１１の有効径）に持たせることにより、透過型グレーティング素子５０の光軸垂直方向の直線的な移動が不要である。つまり、第２のホルダ４０に線接触する第３のホルダ６０の角度を摺動によって調整することにより、光学調整を行うことができる。 As described above, according to the
以上に説明したように、本発明の実施形態に係るレーザ装置１では、光学調整を行いながら光軸方向に沿って光学素子を順次連結してレーザ溶接によって固定する。このとき、整形レンズ３０を保持する第２のホルダ４０と透過型グレーティング素子５０を保持する第３のホルダ６０とが線接触により連結される。そして、摺動による第２のホルダ４０に対する第３のホルダ６０の角度調整のみにより、摩擦が少ない滑らかな動作によって容易に外部共振器調整を行うことができる。 As described above, in the
なお、レーザ装置１は、整形レンズ３０と透過型グレーティング素子５０間の距離が例えば１０ｍｍ以内であるような、小型のレーザ装置を製造する場合に特に有効である。第３のホルダ６０の角度調整のみによらない他の外部共振器調整方法によっても、外部共振器調整は可能である。しかし、その場合には、整形レンズ３０と透過型グレーティング素子５０間の距離が長くなり、レーザ溶接時の光軸ずれを考慮すれば、透過型グレーティング素子５０のレーザ光Ｌの照射面を広くする必要がある。その場合、透過型グレーティング素子５０に採用されるＶＢＧやＶＨＧは高価であるため、レーザ装置のコストが増大する。 The
これに対し、整形レンズ３０と透過型グレーティング素子５０間の距離を例えば１０ｍｍ以内とすることにより、整形レンズ３０を透過したレーザ光Ｌに２０ｍｒａｄの光軸ずれが発生しても、透過型グレーティング素子５０のレーザ光Ｌが照射される面の一辺の長さは２ｍｍ程度でよい。その結果、レーザ装置１の製造コストの増大が抑制される。 On the other hand, by setting the distance between the shaping
また、レーザ装置１によれば、レーザ溶接時に発生するおそれのある溶接スパッタの透過型グレーティング素子５０への飛散、汚染を抑制できる。その結果、長期信頼性の確保、及び歩留まりの劣化が抑制された、小型で製造性のよいレーザ装置１が得られる。 Further, according to the
なお、半導体レーザを用いたレーザ装置では、出射されるレーザ光の波長が一般的には不安定である。このため、このレーザ装置を用いて構成された波長変換機能などを有するレーザモジュールには、レーザモジュールから出力されるレーザ光の波長を一定にするために、半導体レーザや波長変換素子の温度を所定値に制御するための温度調整機構が必要である。 In a laser device using a semiconductor laser, the wavelength of emitted laser light is generally unstable. For this reason, in a laser module configured using this laser device and having a wavelength conversion function or the like, the temperature of the semiconductor laser or the wavelength conversion element is set to a predetermined value in order to keep the wavelength of the laser light output from the laser module constant. A temperature adjustment mechanism is required to control the value.
しかしながら、本発明の実施形態に係るレーザ装置１では、ＶＨＧやＶＢＧといった透過型グレーティング素子５０が特定の波長のレーザ光のみを半導体レーザ１０の活性層に一部フィードバックし、そして、誘電放出により出力されるレーザ光がその特定の波長に遷移するため、レーザ光Ｌの波長が安定である。このため、レーザ装置１を使用したレーザモジュールでは、サーモモジュール、ヒータ、サーミスタ、熱電対などの温度調整機構を必要としない。したがって、小型で取り扱い性のよいレーザモジュールを実現できる。レーザ装置１は、例えば固体レーザ装置、波長変換型レーザ装置、加工用レーザ装置などに使用される。 However, in the
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、第１のホルダ２０、第２のホルダ４０及び第３のホルダ６０の形状は、光軸方向に垂直な断面が円形状である円筒形状以外であってもよく、例えば断面が矩形状や多角形状であってもよい。 For example, the shape of the
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
１…レーザ装置
１０…半導体レーザ
２０…第１のホルダ
３０…整形レンズ
４０…第２のホルダ
４１…入射側部
４２…出射側部
５０…透過型グレーティング素子
６０…第３のホルダ
２０１…出射開口部
４１０…入射面
４１１…入射口
４２０…出射面
４２１…出射口
６１１…入射開口部
６２１…出力開口部
６３０…溝
Ｌ…レーザ光DESCRIPTION OF
Claims (6)
Translated fromJapanese前記半導体レーザが内部に保持された管形状の第１のホルダと、
前記レーザ光を整形する整形レンズと、
前記整形レンズが内部に保持された管形状であって、前記レーザ光が入射する入射口が形成された入射面、及び前記整形レンズを透過した前記レーザ光が出射する出射口が形成され、且つ前記出射口周囲の外縁部が球面形状である出射面を有し、前記入射面の外周部が前記第１のホルダにレーザ溶接された第２のホルダと、
前記整形レンズを透過した前記レーザ光が入射される透過型グレーティング素子と、
前記透過型グレーティング素子が内部に保持された管形状であって、前記レーザ光が入射される入射開口部が、前記第２のホルダの前記出射口の周囲を覆うように球面形状の前記外縁部に線接触して、前記第２のホルダにレーザ溶接された第３のホルダとを備え、
前記第３のホルダの前記入射開口部に外側よりも内側が低く形成された段差が外周に沿って配置され、前記段差の２つの角部において前記第２のホルダの前記出射面の前記外縁部に前記第３のホルダが互いに離間した２つの円周線で線接触接し、前記２つの円周線のうちの外側の円周線において前記第２のホルダと前記第３のホルダがレーザ溶接されていることを特徴とするレーザ装置。A semiconductor laser that emits laser light;
A tube-shaped first holder in which the semiconductor laser is held;
A shaping lens for shaping the laser beam;
A tube shape in which the shaping lens is held; an incident surface on which an incident port for incident laser light is formed; and an emission port for emitting the laser beam transmitted through the shaping lens; and A second holder in which an outer edge portion around the emission port has a spherical emission surface, and an outer peripheral portion of the incident surface is laser-welded to the first holder;
A transmissive grating element on which the laser beam transmitted through the shaping lens is incident;
The outer edge having a spherical shape so that an incident opening into which the laser light is incident covers the periphery of the emission port of the second holder, the tube having the transmission type grating element held therein And a third holder laser-welded to the second holder,
A step formed on the entrance opening of the third holder so that the inside is lower than the outside is arranged along the outer periphery, and the outer edge of the exit surface of the second holder at two corners of the step The third holder is in line-contact contact with two circumferential lines separated from each other, and the second holder and the third holder are laser-welded on the outer circumferential line of the two circumferential lines. A laser device characterized by comprising:
一方の端部が前記入射面である管形状であって、前記第１のホルダにレーザ溶接された入射側部と、
一方の端部が前記出射面である管形状であって、前記整形レンズが内部に保持され、前記入射側部の内側に一部が嵌め合わされた状態で前記入射側部の他方の端部の外周部に外部側面がレーザ溶接された出射側部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。The second holder is
One end portion is a tube shape that is the incident surface, and the incident side portion laser-welded to the first holder;
One end is a tube shape that is the exit surface, the shaping lens is held inside, and a part of the entrance side is fitted inside the entrance side, and the other end of the entrance side is The laser device according to claim 1, further comprising: an emission side portion whose outer side surface is laser-welded to the outer peripheral portion.
整形レンズを内部に保持し、前記半導体レーザから出射されるレーザ光が入射される入射口が形成された入射面と、前記整形レンズを透過した前記レーザ光が出射する出射口が形成され、且つ前記出射口周囲の外縁部が球面形状である出射面とを有する第２のホルダを準備し、前記第１のホルダに前記第２のホルダを連結するステップと、
前記整形レンズの光学調整を行った後、前記入射面の外周部を前記第１のホルダにレーザ溶接することによって前記第２のホルダを前記第１のホルダに固定するステップと、
透過型グレーティング素子を内部に保持し、前記レーザ光が入射される入射開口部に外側よりも内側が低く形成された段差が外周に沿って配置された環形状の第３のホルダを準備し、前記第３のホルダの前記入射開口部を前記第２のホルダの前記出射口の周囲を覆うように球面形状の前記外縁部に線接触させるステップと、
前記第２のホルダに線接触した状態で前記第３のホルダを摺動させて外部共振器調整を行った後、前記第２のホルダの前記外縁部に前記第３のホルダの前記入射開口部をレーザ溶接することによって前記第３のホルダを前記第２のホルダに固定するステップと
を含み、
前記第２のホルダの前記出射面の前記外縁部に前記第３のホルダの前記段差の２つの角部を接触させることにより、前記第２のホルダと前記第３のホルダを互いに離間した２つの円周線で線接触させ、前記２つの円周線のうちの外側の円周線において前記第２のホルダと前記第３のホルダをレーザ溶接することを特徴とするレーザ装置の製造方法。Providing a first holder for holding a semiconductor laser therein;
An shaping surface is formed inside, an entrance surface on which an entrance for receiving laser light emitted from the semiconductor laser is formed, and an exit for emitting the laser light transmitted through the shaping lens are formed, and Preparing a second holder having an emission surface whose outer edge around the emission port is a spherical shape, and connecting the second holder to the first holder;
After optically adjusting the shaping lens, fixing the second holder to the first holder by laser welding an outer peripheral portion of the incident surface to the first holder;
A transmissive grating element is held inside, and a ring-shaped third holder in which a step formed on the inside of the entrance opening into which the laser light is incident is formed lower than the outside is arranged along the outer periphery, Bringing the incident opening of the third holder into line contact with the outer edge of the spherical shape so as to cover the periphery of the emission port of the second holder;
After adjusting the external resonator by sliding the third holder in line contact with the second holder, the incident opening of the third holder is formed on the outer edge of the second holder. Fixing the third holder to the second holder by laser welding
Two corners of the step difference of the third holder are brought into contact with the outer edge portion of the emission surface of the second holder, thereby separating the second holder and the third holder from each other. A method of manufacturing a laser device comprising: bringing a line contact with a circumferential line; and laser welding the second holder and the third holder on an outer circumferential line of the two circumferential lines.
である入射側部と、一方の端部が前記出射面である管形状であり、前記整形レンズが内部に保持された出射側部とを有する前記第２のホルダを準備し、
前記整形レンズの光学調整を行うステップが、前記入射側部の内側に一部が嵌め合わされた状態の前記出射側部を前記入射側部に対して前記レーザ光の光軸方向にスライドさせることによって、前記光軸方向に関して前記整形レンズの光学調整を行うステップを含み、
前記整形レンズの前記光軸方向に関する光学調整後に、前記入射側部の他方の端部の外周部と前記出射側部の外部側面とをレーザ溶接するステップを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置の製造方法。In the step of preparing the second holder, one end is a tube-shaped incident side that is the incident surface, and one end is a tube-shaped that is the emission surface. Preparing the second holder having an exit side held by
The step of optically adjusting the shaping lens includes sliding the emission side part, which is partially fitted inside the incident side part, with respect to the incident side part in the optical axis direction of the laser light. Performing optical adjustment of the shaping lens with respect to the optical axis direction,
5. The method according to claim 4, further comprising laser welding the outer peripheral portion of the other end portion of the incident side portion and the outer side surface of the emission side portion after optical adjustment of the shaping lens in the optical axis direction. The manufacturing method of the laser apparatus as described in 2.
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