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JP2002148562A - Semiconductor laser processing equipment - Google Patents

Semiconductor laser processing equipment

Info

Publication number
JP2002148562A
JP2002148562A JP2000346742A JP2000346742A JP2002148562A JP 2002148562 A JP2002148562 A JP 2002148562A JP 2000346742 A JP2000346742 A JP 2000346742A JP 2000346742 A JP2000346742 A JP 2000346742A JP 2002148562 A JP2002148562 A JP 2002148562A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
unit
flat
axis direction
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000346742A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Sakurai
努 櫻井
Yuji Uesugi
雄二 植杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2000346742A priority Critical patent/JP2002148562A/en
Publication of JP2002148562A publication Critical patent/JP2002148562A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数のレーザダイオードをバー状に配設した
LDアレイを有する平板状レーザユニットを複数用いて
高輝度のレーザ光を得る。 【解決手段】 多数のレーザダイオード素子をスロウア
クシス方向にバー状に配設したLDアレイ2を有する平
板状LDユニット1を複数積み重ね配置したLDユニッ
トスタック3a、3bを設け、LDユニットスタック3
a、3bの前部に平板状LDユニット1から出射したレ
ーザビームのファストアクシス方向の幅を平板状LDユ
ニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅をLDアレ
イ長と同等にするコリメータレンズ4、5を配設し、こ
れらコリメータレンズ4、5から出射したレーザビーム
をSLOW方向に半分の幅にするλ/2波長板12と偏
向ビームスプリッタ13から成るPBS加算器14を設
けた。
(57) Abstract: A high-intensity laser beam is obtained by using a plurality of flat-plate laser units each having an LD array in which a large number of laser diodes are arranged in a bar shape. SOLUTION: An LD unit stack 3a, 3b in which a plurality of flat LD units 1 each having an LD array 2 in which a large number of laser diode elements are arranged in a bar in the slow axis direction is provided.
a, a collimator lens 4 for setting the width of the laser beam emitted from the flat LD unit 1 in the fast axis direction equal to or less than the thickness of the flat LD unit and the width in the slow axis direction equal to the length of the LD array in front of the flat LD unit 1; And a PBS adder 14 including a λ / 2 wavelength plate 12 and a deflection beam splitter 13 for halving the laser beams emitted from the collimator lenses 4 and 5 in the SLOW direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ加工装
置に関し、特にレーザダイオード素子をバー状に配設し
たLDアレイを有する平板状レーザユニットを複数用い
て高輝度、即ち高いレーザパワー密度のレーザビームを
得る半導体レーザ加工装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser processing apparatus, and more particularly to a laser beam having a high brightness, that is, a high laser power density by using a plurality of flat laser units having an LD array in which laser diode elements are arranged in a bar shape. The present invention relates to a semiconductor laser processing apparatus for obtaining the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、金属の精密溶接や切断加工用のレ
ーザ加工装置においては、高いレーザパワー密度を得る
必要があるために、CO2 レーザやYAGレーザが用い
られている。すなわち、CO2 レーザやYAGレーザは
高出力のものを得ることができ、かつ集光レンズ系で容
易にレーザビーム径を絞ることができるため、精密溶接
等に必要な1MW/cm2 程度のレーザパワー密度が得
られる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a CO 2 laser or a YAG laser has been used in a laser processing apparatus for precision welding and cutting of metals because it is necessary to obtain a high laser power density. That is, since a CO 2 laser or a YAG laser can obtain a high-output laser and can easily narrow a laser beam diameter with a condenser lens system, a laser of about 1 MW / cm 2 required for precision welding or the like. Power density is obtained.

【0003】一方、半導体レーザ加工装置は、構成が簡
単かつコンパクトで低コストであるが、単一のレーザダ
イオード素子の出力は小さいため、大きな出力を得るに
は多数の半導体レーザを用いる必要があり、そのために
多数のレーザダイオード素子をスロウアクシス方向にバ
ー状に配設したLDアレイを有する平板状LDユニット
が開発されている。例えば、厚さ1μm、幅100μm
のレーザダイオード素子を35〜70個バー状に配設し
て成る長さ10mmのLDアレイをその冷却手段ととも
に、厚さ1.8mm、幅12.5mm、長さ18mmの
筐体に組み込んで成る40〜200Wの出力を持つ平板
状LDユニットが知られている。
On the other hand, a semiconductor laser processing apparatus has a simple structure, is compact, and is low in cost. However, since the output of a single laser diode element is small, it is necessary to use a large number of semiconductor lasers to obtain a large output. Therefore, a flat LD unit having an LD array in which a large number of laser diode elements are arranged in a bar shape in the slow axis direction has been developed. For example, thickness 1 μm, width 100 μm
A 10 mm long LD array formed by arranging 35 to 70 laser diode elements in a bar shape is assembled together with its cooling means into a 1.8 mm thick, 12.5 mm wide, 18 mm long housing. A flat LD unit having an output of 40 to 200 W is known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記CO2
レーザやYAGレーザを用いたレーザ加工装置は、装置
構成が複雑で大型化し、コスト高となるという問題があ
り、そのため構成が簡単かつコンパクトな半導体レーザ
を用いて必要なレーザパワー密度を得ることが望まれて
いる。
By the way, the above CO 2
A laser processing device using a laser or a YAG laser has a problem that the device configuration is complicated, large, and costly. Therefore, it is difficult to obtain a required laser power density using a simple and compact semiconductor laser. Is desired.

【0005】そこで、上記平板状LDユニットを複数積
み重ね配置してLDユニットスタックを構成し、出力さ
れたレーザビームをコリメータレンズで平行光とし、集
光レンズ系でレーザビーム径を絞ることが考えられる
が、レーザダイオード素子から出射されたレーザ光をレ
ンズ光学系で集光しようとしても、レンズの特性から原
理的にスロウアクシス方向には1/3以下に集光するこ
とはできないという限界があり、そのためスロウアクシ
ス方向に10mmのレーザビームは最大限3mm程度に
しか集光することができず、十分なレーザパワー密度を
得ることができないという問題がある。
Therefore, it is conceivable to construct an LD unit stack by stacking and disposing a plurality of the above-mentioned flat LD units, collimating the output laser beam with a collimator lens, and reducing the laser beam diameter with a condenser lens system. However, even if the laser beam emitted from the laser diode element is focused by the lens optical system, there is a limit that it cannot be focused to less than 1/3 in the slow axis direction in principle due to the characteristics of the lens. Therefore, there is a problem that a laser beam of 10 mm in the slow axis direction can be focused only to a maximum of about 3 mm, and a sufficient laser power density cannot be obtained.

【0006】なお、偏向ビームスプリッタ(以下、PB
Sと記す)を用いて偏向方向が直交する2つのレーザビ
ームを加算するようにした加算器は知られており、偏向
方向が直交する一対のLDユニットスタックからのレー
ザビームを加算してレーザパワー密度を倍加することも
考えられるが、スロウアクシス方向のレーザビーム幅は
同じであり、上記集光限界によって十分なレーザパワー
密度を得ることができず、上記問題を解決することはで
きない。
[0006] A deflection beam splitter (hereinafter referred to as PB)
An adder is known which adds two laser beams whose deflection directions are orthogonal to each other by using a laser beam from a pair of LD unit stacks whose deflection directions are orthogonal. Although it is conceivable to double the density, the laser beam width in the slow axis direction is the same, and a sufficient laser power density cannot be obtained due to the above focusing limit, and the above problem cannot be solved.

【0007】また、USP5557475号明細書に
は、平板状LDユニットからのレーザビームのように、
スロウアクシス方向に横長のレーザビームをその長手方
向に分割して縦に重ね、縦横に輝度が対称なレーザビー
ムを得る手段が開示されているが、レーザパワー密度を
高くするものではない。
Also, US Pat. No. 5,557,475 describes that, like a laser beam from a flat LD unit,
Means is disclosed in which a laser beam that is horizontally long in the slow axis direction is divided in the longitudinal direction and vertically overlapped to obtain a laser beam having luminance symmetrical in the vertical and horizontal directions, but this does not increase the laser power density.

【0008】本発明は、上記従来の問題に鑑み、レーザ
ダイオード素子をバー状に配設したLDアレイを有する
平板状レーザユニットを複数用いて高輝度のレーザビー
ムを得ることができる半導体レーザ加工装置を提供する
ことを目的としている。
In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a semiconductor laser processing apparatus capable of obtaining a high-intensity laser beam by using a plurality of flat laser units having an LD array in which laser diode elements are arranged in a bar shape. It is intended to provide.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ加
工装置は、レーザダイオード素子をスロウアクシス方向
にバー状に設けたLDアレイを有する平板状LDユニッ
トと、この平板状LDユニットを積み重ねて設けたLD
ユニットスタックと、各平板状LDユニットから出射し
たレーザビームのファストアクシス方向の幅を平板状L
Dユニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅をLD
アレイ長と同等にするようにLDユニットスタックの前
部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレンズ
から出射したレーザビームをスロウアクシス方向に半分
の幅にするPBS加算器とを設けたものであり、LDユ
ニットスタックからコリメータレンズを介して出射され
た矩形断面のレーザビームをスロウアクシス方向に2分
割して互いに加算することができ、レーザパワー密度
(輝度)を2倍にできると同時にスロウアクシス方向の
レーザビーム幅を半分にしてスロウアクシス方向の集光
性を向上でき、レーザパワー密度の向上に大きな効果を
発揮する。
According to the present invention, there is provided a semiconductor laser processing apparatus comprising: a flat LD unit having an LD array in which laser diode elements are provided in a bar shape in a slow axis direction; and a stack of the flat LD units. LD
The unit stack and the width of the laser beam emitted from each flat LD unit in the fast axis direction
The width in the slow axis direction is equal to or less than the thickness of the D unit.
A collimator lens provided at the front of the LD unit stack so as to be equal to the array length, and a PBS adder that makes a laser beam emitted from the collimator lens half the width in the slow axis direction are provided. The laser beam having a rectangular cross section emitted from the LD unit stack via the collimator lens can be divided into two in the slow axis direction and added to each other, so that the laser power density (brightness) can be doubled and simultaneously the laser power density in the slow axis direction can be increased. The laser beam width can be halved to improve the light condensing property in the slow axis direction, which is very effective in improving the laser power density.

【0010】上記PBS加算器は、λ/2波長板と、偏
向ビームスプリッタからなるものが好適である。
The PBS adder preferably comprises a λ / 2 wavelength plate and a deflection beam splitter.

【0011】また、PBS加算器から出射したレーザビ
ームをスロウアクシス方向に拡大するシリンドリカルレ
ンズと、このシリンドリカルレンズから出射したレーザ
ビームを集光する集光レンズ系を設けると、シリンドリ
カルレンズの拡大倍率をXとして、集光レンズ系による
PBS加算器から出射したレーザビームのスロウアクシ
ス方向幅に対する最大集光率が3X倍となり、シリンド
リカルレンズでスロウアクシス方向に拡大することで集
光性をさらに向上でき、レーザパワー密度を向上するこ
とができる。
Further, when a cylindrical lens for expanding the laser beam emitted from the PBS adder in the slow axis direction and a condensing lens system for condensing the laser beam emitted from the cylindrical lens are provided, the magnification of the cylindrical lens can be increased. As X, the maximum light collection rate with respect to the width in the slow axis direction of the laser beam emitted from the PBS adder by the light collection lens system is 3X times, and the light collection property can be further improved by expanding in the slow axis direction with a cylindrical lens. The laser power density can be improved.

【0012】また、集光レンズ系により集光されたレー
ザビームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファ
イバの他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ
系のNAが0.2〜0.25となるようにすると、集光
したレーザビームを光ファイバーに損失なく入射させて
光ファイバー内を伝播させ、対物レンズ系にて任意の位
置と方向にレーザビームを照射することができ、コンパ
クトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を実現でき
る。
[0012] Further, it has an optical fiber for making the laser beam condensed by the condensing lens system incident on one end, and an objective lens system provided on the other end of the optical fiber. When it is set to 0.2 to 0.25, the focused laser beam can be made incident on the optical fiber without loss, propagated through the optical fiber, and irradiated with the laser beam in an arbitrary position and direction by the objective lens system. In addition, a laser processing apparatus having a compact configuration and good workability can be realized.

【0013】また、LDユニットスタックを複数設け、
各平板状LDユニットから出射したレーザビームのファ
ストアクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平
板状LDユニットの厚さをLDユニットスタックの配設
数で除した値とし、各LDユニットスタックからコリメ
ータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせ
て単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設ける
と、複数のLDユニットスタックからのレーザービーム
をインターリーブ加算器にて単一のLDユニットスタッ
クからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加算
でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することができ
る。
A plurality of LD unit stacks are provided,
The width of the laser beam emitted from each flat LD unit in the fast axis direction is set to a value obtained by dividing the thickness of the flat LD unit by the number of LD unit stacks provided by a collimator lens, and the collimator lens from each LD unit stack is used. Laser beam emitted from a plurality of LD unit stacks is superimposed on the laser beam emitted from a single LD unit stack by interleaving the laser beams emitted from the plurality of LD unit stacks. Can be added to a laser beam having the same cross section as that described above, and the laser power density can be improved a plurality of times.

【0014】また、本発明の半導体レーザ加工装置は、
レーザダイオード素子をスロウアクシス方向にバー状に
設けたLDアレイを有する平板状LDユニットと、この
平板状LDユニットを積み重ねて設けた複数のLDユニ
ットスタックと、各平板状LDユニットから出射したレ
ーザビームのファストアクシス方向の幅を、平板状LD
ユニットの厚さをLDユニットスタックの配設数で除し
た値、スロウアクシス方向の幅をLDアレイ長と同等に
する、LDユニットスタックの前部に設けたコリメータ
レンズと、各LDユニットスタックからコリメータレン
ズを介して出射したレーザビームを重ね合わせて単一の
矩形断面とするインターリーブ加算器を設けたものであ
り、複数のLDユニットスタックからのレーザービーム
をインターリーブ加算器にて単一のLDユニットスタッ
クからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加算
でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することができ
る。
Further, the semiconductor laser processing apparatus of the present invention
A flat LD unit having an LD array in which laser diode elements are provided in a bar shape in the slow axis direction, a plurality of LD unit stacks provided by stacking the flat LD units, and a laser beam emitted from each flat LD unit The width in the fast axis direction of the
A collimator lens provided at the front of the LD unit stack for equalizing the thickness of the unit by the number of the LD unit stacks and making the width in the slow axis direction equal to the length of the LD array, and a collimator from each LD unit stack A laser beam emitted from a plurality of LD unit stacks is interleaved with a single LD unit stack by using a laser beam emitted from a plurality of LD unit stacks. Can be added to the laser beam having the same cross section as the laser beam from the laser beam, and the laser power density can be improved a plurality of times.

【0015】上記インターリーブ加算器は、各コリメー
タレンズから出射したレーザビームのファストアクシス
方向の幅以上の厚さの平板状プリズムを積み重ねて配置
し、この平板状プリズムは、各LDユニットスタックか
ら出射したレーザビームを反射もしくは透過させるもの
が好適である。
In the interleave adder, plate-like prisms having a thickness equal to or greater than the width in the fast axis direction of the laser beam emitted from each collimator lens are stacked and arranged, and this plate-like prism is emitted from each LD unit stack. Those that reflect or transmit a laser beam are preferable.

【0016】また、インターリーブ加算器は、レーザビ
ームの入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを介装
し、入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨したも
のとすると、レーザビームの入射端面と出射端面の研磨
時に隙間部で平板状プリズムが振動してガラスに微小な
欠けが発生するのを防止でき、欠けによってレーザビー
ムが拡散し、エネルギー損失が発生するのを防止でき
る。
In the interleave adder, if an auxiliary glass is interposed in a gap between the incident end face and the output end face of the laser beam and the incident end face, the output end face and the internal reflection end face are polished, the incident end face of the laser beam In this way, it is possible to prevent the flat prism from vibrating in the gap at the time of polishing the emission end face and to generate minute chips in the glass, thereby preventing the laser beam from being diffused due to the chips and causing energy loss.

【0017】また、インターリーブ加算器のレーザビー
ム反射面は、レーザビームを全反射するものが好適であ
る。すなわち、インターリーブ加算器は、複数のLDユ
ニットスタックの配設形態に応じて、例えば正方形と菱
形や正方形と直角三角形の平板状プリズムを組み合わせ
て構成されるが、レーザビーム反射面がレーザビームを
全反射するものであればどのような形状でもよい。
The laser beam reflecting surface of the interleave adder preferably reflects the laser beam totally. That is, the interleave adder is configured by combining, for example, a square prism and a rhombus or a square prism and a right-angled triangular plate prism according to the arrangement of a plurality of LD unit stacks. Any shape that reflects light may be used.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体レーザ加工
装置の一実施形態について、図1〜図5を参照して説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a semiconductor laser processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0019】図1、図2において、1は多数のレーザダ
イオード素子をスロウアクシス方向にバー状に配設した
LDアレイ2を有する平板状LDユニットであり、例え
ば厚さ1μm、幅100μmのレーザダイオード素子を
35〜70個、バー状に配設して成る長さ10mmのL
Dアレイ2をその冷却手段とともに、厚さ1.8mm、
幅12.5mm、長さ18mmの筐体に組み込んで構成
されている。この平板状LDユニット1は、40〜20
0Wの出力を有している。
1 and 2, reference numeral 1 denotes a flat LD unit having an LD array 2 in which a large number of laser diode elements are arranged in a bar shape in the slow axis direction. For example, a laser diode having a thickness of 1 μm and a width of 100 μm is provided. A 10 mm long L formed by arranging 35 to 70 elements in a bar shape
D array 2 together with its cooling means is 1.8 mm thick,
It is configured by being incorporated in a housing having a width of 12.5 mm and a length of 18 mm. This flat LD unit 1 has 40 to 20
It has an output of 0W.

【0020】3a、3bは、複数の平板状LDユニット
1を積み重ね配置した一対のLDユニットスタックであ
り、本実施形態では6つの平板状LDユニット1を積み
重ねた一方のLDユニットスタック3aと、5つの平板
状LDユニット1を積み重ねた他方のLDユニットスタ
ック3bをレーザビームが平行するように平面視で並列
配置されるとともに、側面視で平板状LDユニット1が
千鳥配置になるように上下に半ピッチずらせて配置され
ている。
Reference numerals 3a and 3b denote a pair of LD unit stacks in which a plurality of flat LD units 1 are stacked. In the present embodiment, one LD unit stack 3a in which six flat LD units 1 are stacked and 5 The other LD unit stack 3b, in which the two flat LD units 1 are stacked, is arranged in parallel in a plan view so that the laser beams are parallel to each other, and vertically in half so that the flat LD units 1 are staggered in a side view. They are arranged with a pitch shift.

【0021】これらLDユニットスタック3a、3bの
前部には、LDアレイ2から出射したレーザ光をファス
トアクシス方向に平板状LDユニット1の厚さ寸法の半
分の幅の平行光とするファストアクシス方向コリメータ
レンズ4と、LDアレイ2から出射したレーザ光をスロ
ウアクシス方向にLDアレイ2の長さと略等しい幅の平
行光とするスロウアクシス方向コリメータレンズ5とが
配設されている。これらコリメータレンズ4、5にて、
図4(a)に示すように、上記具体例では、ファストア
クシス方向の上下幅が0.9mm、スロウアクシス方向
の横幅が10mmの6本と5本のレーザビーム6が1.
8mmピッチでかつ相互に半ピッチずらせて千鳥状に配
設された2群のレーザビーム群7a、7bが形成され
る。
At the front of the LD unit stacks 3a and 3b, a laser beam emitted from the LD array 2 is converted into a parallel beam having a width half the thickness of the flat LD unit 1 in the fast axis direction. A collimator lens 4 and a slow-axis collimator lens 5 for converting the laser beam emitted from the LD array 2 into parallel light having a width substantially equal to the length of the LD array 2 in the slow axis direction are provided. With these collimator lenses 4 and 5,
As shown in FIG. 4 (a), in the above specific example, six and five laser beams 6 each having a vertical width of 0.9 mm in the fast axis direction and a horizontal width of 10 mm in the slow axis direction are 1.
Two laser beam groups 7a and 7b are formed at a pitch of 8 mm and shifted by half a pitch from each other and arranged in a staggered manner.

【0022】これらコリメータレンズ4、5の前部に
は、レーザビーム群7a、7bを図4(b)に示すよう
に、単一の矩形断面のレーザビーム11とするインター
リーブ加算器8が配設されている。このインターリーブ
加算器8は、図3に示すように、各レーザビーム6のフ
ァストアクシス方向の幅と同一厚さの6枚の正方形の平
板状プリズム9と5枚の菱形の平板状プリズム10を交
互に積み重ねて構成されており、レーザビーム群7aの
レーザビーム6はそのまま直進して通過し、レーザビー
ム群7bのレーザビーム6は2回の直角な全反射によっ
て平行移動し、レーザビーム群7aのレーザビーム6の
間に入り込んでその隙間を埋め、単一の矩形断面のレー
ザビーム11が形成される。このレーザビーム11は、
上記具体例では、上下の縦寸法が9.9mm、横方向の
幅寸法が10mmの略正方形の断面形状となっている。
At the front of the collimator lenses 4 and 5, an interleave adder 8 for converting the laser beam groups 7a and 7b into a single rectangular cross-section laser beam 11 as shown in FIG. Have been. As shown in FIG. 3, the interleave adder 8 alternates between six square plate-like prisms 9 and five rhombic plate-like prisms 10 having the same thickness as the width of each laser beam 6 in the fast axis direction. The laser beam 6 of the laser beam group 7a travels straight and passes through the laser beam group 7a, and the laser beam 6 of the laser beam group 7b moves in parallel by two perpendicular total reflections. A laser beam 11 having a single rectangular cross section is formed by entering between the laser beams 6 and filling the gap. This laser beam 11
In the above specific example, the cross section has a substantially square cross section with a vertical length of 9.9 mm and a horizontal width of 10 mm.

【0023】インターリーブ加算器8の前部には、レー
ザビーム11をスロウアクシス方向に2分割して互いに
加算し、レーザビーム11の半分の幅でレーザパワー密
度(輝度)が2倍のレーザビーム15を形成するための
λ/2波長板12と一対の偏向ビームスプリッタ(以
下、PBSと記す)13a、13bから成るPBS加算
器14が配設されている。なお、λ/2波長板12に対
向するPBS13aは、直角にレーザビームを全反射す
るプリズム等の反射手段に代えても良い。このPBS加
算器14において、レーザビーム11がそのスロウアク
シス方向に2分割され、その一半はλ/2波長板12で
レーザビーム11の偏向方向が90度変換された後PB
S13aで直角に全反射されてPBS13bに入射し、
他半は元の偏向方向を維持したまま直進してPBS13
bに入射することにより、PBS13bでレーザビーム
11一半が直角に全反射し、他半はそのまま通過するこ
とでレーザビーム11がスロウアクシス方向に2分割さ
れて互いに加算され、図4(c)に示すように、上記具
体例では縦寸法が9.9mm、幅寸法が5mmの半幅倍
密レーザビーム15が形成される。
At the front of the interleave adder 8, the laser beam 11 is divided into two in the slow axis direction and added to each other, and the laser beam 15 having a half width of the laser beam 11 and twice the laser power density (brightness) is provided. Is provided with a λ / 2 wavelength plate 12 and a PBS adder 14 composed of a pair of deflection beam splitters (hereinafter, referred to as PBS) 13a and 13b. The PBS 13a facing the λ / 2 wavelength plate 12 may be replaced with a reflecting means such as a prism that totally reflects the laser beam at right angles. In the PBS adder 14, the laser beam 11 is divided into two in the slow axis direction, and one half of the laser beam 11 is converted into a PB after the deflection direction of the laser beam 11 is changed by 90 degrees by the λ / 2 wave plate 12.
In S13a, the light is totally reflected at a right angle and enters the PBS 13b,
The other half goes straight while maintaining the original deflection direction and
b, the laser beam 11 is totally reflected at right angles by the PBS 13b, and passes through the other half as it is, so that the laser beam 11 is divided into two in the slow axis direction and added together, and as shown in FIG. As shown, in the above specific example, a half-width double-density laser beam 15 having a vertical dimension of 9.9 mm and a width dimension of 5 mm is formed.

【0024】PBS加算器14の前部には、半幅倍密レ
ーザビーム15のSLOW方向の幅をX(X>1)倍す
る平凹シリンドリカルレンズ16と集光レンズ系17が
配設されている。この平凹シリンドリカルレンズ16を
設けた理由は次の通りである。レーザビーム15をスロ
ウアクシス方向に集光する場合、図5(a)に示すよう
に、集光レンズ系17に用いているレンズの性質からレ
ーザビーム15の幅Wを1/3に集光するのが限界で、
集光した時のレーザビーム幅yは、y=1/3Wが限界
であり、上記具体例では5/3mmまでしか集光でき
ず、十分なレーザパワー密度を得ることができないこと
による。これに対して、図5(b)に示すように、レー
ザビーム15の幅WをX倍し、図4(d)に示すよう
に、スロウアクシス方向にX倍拡大した拡幅レーザビー
ム18を一旦形成すると、集光倍率の高い集光レンズ系
17により最大限y=(1/3X)・Wまで集光するこ
とができるようになり、上記具体例でX倍を3.5倍と
すると、5/10.5=0.48mmまで集光すること
ができる。かくして、平凹シリンドリカルレンズ16と
集光レンズ系17にて上記具体例では半幅倍密レーザビ
ーム15を横幅0.37×縦幅0.27mmに集光する
ことができる。
At the front of the PBS adder 14, a plano-concave cylindrical lens 16 and a condenser lens system 17 for multiplying the width of the half-width double-density laser beam 15 in the SLOW direction by X (X> 1) are arranged. . The reason for providing the plano-concave cylindrical lens 16 is as follows. When the laser beam 15 is condensed in the slow axis direction, as shown in FIG. 5A, the width W of the laser beam 15 is converged to 1/3 due to the properties of the lens used in the condensing lens system 17. Is the limit,
The laser beam width y at the time of focusing is limited to y = 1/3 W. In the above specific example, the laser beam can be focused only up to 5/3 mm, and a sufficient laser power density cannot be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 5B, the width W of the laser beam 15 is multiplied by X, and as shown in FIG. When formed, the light can be condensed to a maximum of y = () X) · W by the condensing lens system 17 having a high light-condensing magnification. Light can be collected up to 5 / 10.5 = 0.48 mm. Thus, in the above-mentioned specific example, the half-width double-density laser beam 15 can be converged by the plano-concave cylindrical lens 16 and the condensing lens system 17 to a width of 0.37 × a height of 0.27 mm.

【0025】なお、半幅倍密レーザビーム15は、ファ
ストアクシス方向についてはコリメート光と見なすこと
ができて集光性が良いので、そのままでも必要な集光性
を十分に確保することができ、拡大してもしなくても良
い。
The half-width double-density laser beam 15 can be regarded as a collimated light in the fast axis direction and has a good light-collecting property. You don't have to.

【0026】このようにして集光されたレーザビーム
は、他端に対物レンズ系20を設けた光ファイバ19に
入射されている。そのため、上記集光レンズ系17は、
光ファイバ19のNA(=sinθ)=0.2〜0.2
5となるような焦点距離と外径の集光レンズを選択して
構成されている。また、上記具体例では0.37×0.
27mmに集光されているので直径0.5mmの光ファ
イバ19を用いることができる。
The laser beam thus collected is incident on an optical fiber 19 provided with an objective lens system 20 at the other end. Therefore, the condenser lens system 17 is
NA of optical fiber 19 (= sin θ) = 0.2 to 0.2
A converging lens having a focal length and an outer diameter of 5 is selected. In the above specific example, 0.37 × 0.
Since the light is converged at 27 mm, the optical fiber 19 having a diameter of 0.5 mm can be used.

【0027】かくして、上記具体例では、出力が100
Wの平板状LDユニット1を用いた場合、総出力は1.
1KWで、光ファイバ19の断面積が0.196mm2
であるので、561KW/cm2 のレザーパワー密度と
なり、対物レンズ系20で集光面積を半分に絞ることに
よって1MW/cm2 を実現することができ、平板状L
Dユニット1を用いて精密レーザ溶接や切断を実現する
ことができる。
Thus, in the above example, the output is 100
When the W-shaped flat LD unit 1 is used, the total output is 1.
At 1 KW, the cross-sectional area of the optical fiber 19 is 0.196 mm 2
Therefore, the laser power density becomes 561 KW / cm 2 , and 1 MW / cm 2 can be realized by reducing the focusing area by half with the objective lens system 20.
Precision laser welding and cutting can be realized using the D unit 1.

【0028】このような半導体レーザ加工を行うため
に、LDユニットスタック3a、3bにおける各平板状
LDユニット1のLDアレイ2の出力制御や、対物レン
ズ系20を移動制御を行う制御部(図示せず)が設けら
れる。
In order to perform such semiconductor laser processing, a control unit (not shown) for controlling the output of the LD array 2 of each flat LD unit 1 in the LD unit stacks 3a and 3b and controlling the movement of the objective lens system 20. Are provided.

【0029】本実施形態によれば、一対のLDユニット
スタック3a、3bを設け、各LDユニットスタック3
a、3bの前部に配設されるファストアクシス方向のコ
リメータレンズ4を、各LDユニット1から出射したレ
ーザビームのFAST方向の幅をLDユニット1の厚さ
の半分にするように構成し、これらLDユニットスタッ
ク3a、3bからコリメータレンズ4、5を介して出力
されたレーザビーム群7a、7bを単一の矩形断面のレ
ーザビーム11にするインターリーブ加算器8を設けて
いるので、複数のLDユニットスタック3a、3bから
のレーザービームを単一のLDユニットスタック3a、
3bからのレーザビームと同一断面のレーザビームに加
算でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することがで
きる。
According to this embodiment, a pair of LD unit stacks 3a and 3b are provided, and each LD unit stack 3
a, the fast-axis collimator lens 4 disposed at the front of the 3b is configured such that the width of the laser beam emitted from each LD unit 1 in the FAST direction is half the thickness of the LD unit 1, Since the laser beam groups 7a and 7b output from the LD unit stacks 3a and 3b via the collimator lenses 4 and 5 are provided with an interleave adder 8 that converts the laser beams 11 into a single rectangular cross section, a plurality of LDs are provided. The laser beams from the unit stacks 3a and 3b are combined into a single LD unit stack 3a,
It can be added to the laser beam of the same cross section as the laser beam from 3b, and the laser power density can be improved a plurality of times.

【0030】また、このインターリーブ加算器8から出
射された矩形断面のレーザビーム11をPBS加算器1
4にてスロウアクシス方向に2分割して互いに加算して
いるので、レーザパワー密度を2倍にできると同時にス
ロウアクシス方向のレーザビーム幅を半分にしてスロウ
アクシス方向の集光性を向上でき、レーザパワー密度の
向上に大きな効果を発揮する。
The laser beam 11 having a rectangular cross section emitted from the interleave adder 8 is input to the PBS adder 1.
4, the laser power density can be doubled and the laser beam density in the slow axis direction can be halved to improve the light condensing property in the slow axis direction. It has a great effect on improving laser power density.

【0031】また、PBS加算器14から出射した半幅
倍密レーザビーム15は、スロウアクシス方向に拡大す
る平凹シリンドリカルレンズ16と集光レンズ系17に
て、レーザビームを一旦スロウアクシス方向にX倍拡大
した後集光することによって、集光レンズ系17による
半幅倍密レーザビーム15のスロウアクシス方向幅に対
する最大集光率が3X倍となって集光性をさらに向上で
き、レーザパワー密度を向上することができる。
The half-width double-density laser beam 15 emitted from the PBS adder 14 is temporarily X-folded in the slow axis direction by a plano-concave cylindrical lens 16 and a condenser lens system 17 which expand in the slow axis direction. By condensing after enlarging, the maximum condensing rate with respect to the width in the slow axis direction of the half-width double-density laser beam 15 by the condensing lens system 17 becomes 3X times, so that the condensing property can be further improved and the laser power density can be improved. can do.

【0032】また、集光されたレーザビームを、他端に
対物レンズ系20を設けた光ファイバ19の一端に入射
させ、集光レンズ系17はNAが0.2〜0.25にな
るような焦点距離と外径の集光レンズを用いると、集光
したレーザビームを光ファイバ19に損失なく入射させ
て光ファイバ19内を伝播させ、対物レンズ系20にて
任意の位置と方向にレーザビームを照射することがで
き、コンパクトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を
実現できる。
The condensed laser beam is made incident on one end of an optical fiber 19 provided with an objective lens system 20 at the other end, and the condensing lens system 17 has an NA of 0.2 to 0.25. When a condensing lens having an appropriate focal length and outer diameter is used, the condensed laser beam is made incident on the optical fiber 19 without loss, propagates through the optical fiber 19, and the laser beam is directed to an arbitrary position and direction by the objective lens system 20. A laser processing apparatus which can irradiate a beam and has good workability with a compact configuration can be realized.

【0033】なお、上記実施形態では、2つのLDユニ
ットスタック3a、3bを並列配置した例を示したが、
図6(a)に示すように、2つのLDユニットスタック
3a、3bを、出射するレーザビームがインターリーブ
加算器8で交叉するように直交配置してもよい。この場
合、インターリーブ加算器8は、図6(b)に示すよう
に、正方形の平板状プリズム9と三角形の平板状プリズ
ム21を積み重ねて構成すればよい。
In the above embodiment, an example is shown in which two LD unit stacks 3a and 3b are arranged in parallel.
As shown in FIG. 6A, the two LD unit stacks 3a and 3b may be arranged orthogonally so that the emitted laser beams intersect at the interleave adder 8. In this case, the interleave adder 8 may be configured by stacking the square plate-like prism 9 and the triangular plate-like prism 21 as shown in FIG.

【0034】また、以上の実施形態では2つのLDユニ
ットスタック3a、3bを配設した例を示したが、図7
(a)に示すように、3つのLDユニットスタック3
a、3b、3cを、出射するレーザビームがインターリ
ーブ加算器8で交叉するように直交配置してもよい。こ
の場合、インターリーブ加算器8は、図7(b)に示す
ように、平板状LDユニット1の厚さの1/3の厚さの
1つの正方形の平板状プリズム9と2つの三角形の平板
状プリズム21を積み重ねて構成すればよい。また、F
AST方向のコリメータレンズ4が、平板状LDユニッ
ト1からのレーザビームを平板状LDユニット1の厚さ
の1/3のFAST方向の幅のコリメート光にするよう
に構成される。なお、上記平板状プリズムの形状は、反
射面がレーザビームを全反射できれば、どのような形状
でもよい。
In the above embodiment, two LD unit stacks 3a and 3b are provided.
As shown in (a), three LD unit stacks 3
a, 3b, and 3c may be arranged orthogonally so that the emitted laser beams intersect at the interleave adder 8. In this case, as shown in FIG. 7B, the interleave adder 8 includes one square plate-like prism 9 having a thickness of 1/3 of the thickness of the plate-like LD unit 1 and two triangular plate-like prisms. The prisms 21 may be stacked and configured. Also, F
The AST direction collimator lens 4 is configured to convert the laser beam from the flat LD unit 1 into collimated light having a width in the FAST direction of 1/3 of the thickness of the flat LD unit 1. The shape of the flat prism may be any shape as long as the reflection surface can totally reflect the laser beam.

【0035】また、上記実施形態におけるインターリー
ブ加算器8においては、図3に示すように、正方形と菱
形の平板状プリズム9、10のレーザビームの出射端面
に臨む部分ではガラス板が隙間なく積み重なっている
が、入射端面に臨む部分はガラス板間にその厚さ分の隙
間があいて片持ち状に突出しており、レーザビームの入
射端面を研磨する際にガラス板の振動によって微小な欠
けが発生し、その欠けによってレーザ光が拡散してエネ
ルギー効率が低下する原因となる。
In the interleave adder 8 in the above embodiment, as shown in FIG. 3, the glass plates are stacked without gaps at the portions of the square and rhombic flat plate prisms 9 and 10 facing the laser beam emission end faces. However, the portion facing the incident end face protrudes in a cantilever shape with a gap corresponding to the thickness between the glass plates, and when the laser beam incident end face is polished, microscopic chipping occurs due to vibration of the glass plate However, the chipping causes the laser beam to diffuse and causes a reduction in energy efficiency.

【0036】そこで、図8(a)に示すように、正方形
の平板状プリズム9を、両LDユニットスタック3a、
3bにわたる長さの長方形の平板状プリズム22に代
え、図8(b)に示すように、菱形の平板状プリズム1
0のLDユニットスタック3aに対向する部分に、補助
ガラス板23を配置し、図8(c)に示すように、これ
らを積み重ねて斜線で示すレーザビームの入射端面の領
域と出射端面の領域を研磨し、反射防止コーティングを
施してインターリーブ加算器8を構成するのが好まし
い。これにより、研磨時のガラスの微小の欠けを無くす
とともに反射を防止でき、両LDユニットスタック3
a、3bからのレーザビームをエネルギーロス無く加算
することができる。なお、長方形の平板状プリズム22
を用いるのではなく、正方形の平板状プリズム9と正方
形又は三角形の補助ガラス板23を併用してもよい。
Therefore, as shown in FIG. 8A, a square plate-like prism 9 is connected to both LD unit stacks 3a,
As shown in FIG. 8B, instead of the rectangular plate-like prism 22 having a length of 3b, as shown in FIG.
8A, an auxiliary glass plate 23 is arranged at a portion facing the LD unit stack 3a, and as shown in FIG. 8C, the auxiliary glass plates 23 are stacked and the areas of the incident end face and the exit end face of the laser beam indicated by oblique lines are shaded. Preferably, the interleaved adder 8 is polished and provided with an anti-reflection coating. Thereby, it is possible to eliminate the minute chipping of the glass at the time of polishing and to prevent reflection.
The laser beams from a and 3b can be added without energy loss. The rectangular flat prism 22
Rather than using, a square plate-like prism 9 and a square or triangular auxiliary glass plate 23 may be used in combination.

【0037】また、両LDユニットスタック3a、3b
を図6に示すように配置した場合には、図9(a)に示
すように、正方形の平板状プリズム9はそのままで、図
9(b)に示すように、三角形の平板状プリズム21の
LDユニットスタック3aに対向する部分に、補助ガラ
ス板23を配置し、図8(c)に示すように、これらを
積み重ねて斜線で示すレーザビームの入射端面と出射端
面となる3側面を研磨し、反射防止コーティングを施せ
ば良い。さらに、図7に示すように3つのLDユニット
スタック3a、3b、3cを配置した場合も同様に、三
角形の平板状プリズム21に対して補助ガラス板23を
配置すればよい。
The two LD unit stacks 3a, 3b
6 are arranged as shown in FIG. 6, as shown in FIG. 9A, the square plate-like prism 9 is left as it is, and as shown in FIG. An auxiliary glass plate 23 is disposed at a portion facing the LD unit stack 3a, and as shown in FIG. 8C, these are stacked and polished on three side surfaces, which are the incident end surface and the emission end surface of the laser beam shown by oblique lines. , An anti-reflection coating. Further, when three LD unit stacks 3a, 3b and 3c are arranged as shown in FIG. 7, similarly, the auxiliary glass plate 23 may be arranged on the triangular flat prism 21.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明の半導体レーザ加工装置によれ
ば、以上のように平板状LDユニットを複数積み重ね配
置したLDユニットスタックと、LDユニットスタック
の前部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズから出射したレーザビームをスロウアクシス方向に
半分の幅にするPBS加算器とを設けたので、LDユニ
ットスタックからコリメータレンズを介して出射された
矩形断面のレーザビームをスロウアクシス方向に2分割
して互いに加算することができ、レーザパワー密度を2
倍にできると同時にスロウアクシス方向のレーザビーム
幅を半分にしてスロウアクシス方向の集光性を向上で
き、レーザパワー密度の向上に大きな効果を発揮する。
According to the semiconductor laser processing apparatus of the present invention, an LD unit stack in which a plurality of flat LD units are stacked as described above, a collimator lens provided at the front of the LD unit stack, and the collimator lens And a PBS adder for halving the laser beam emitted from the LD in the slow axis direction, so that the laser beam having a rectangular cross section emitted from the LD unit stack via the collimator lens is divided into two in the slow axis direction. Can be added to each other, resulting in a laser power density of 2
At the same time, the laser beam width in the slow axis direction can be halved to improve the light condensing property in the slow axis direction, which is very effective in improving the laser power density.

【0039】また、PBS加算器から出射したレーザビ
ームをSLOW方向に拡大するシリンドリカルレンズ
と、レーザビームを集光する集光レンズ系を設けると、
シリンドリカルレンズでスロウアクシス方向に拡大する
ことで集光性をさらに向上でき、レーザパワー密度を向
上することができる。
When a cylindrical lens for expanding the laser beam emitted from the PBS adder in the SLOW direction and a condensing lens system for condensing the laser beam are provided,
The light condensing property can be further improved by enlarging the cylindrical lens in the slow axis direction, and the laser power density can be improved.

【0040】また、集光レンズ系により集光されたレー
ザビームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファ
イバの他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ
系のNAが0.2〜0.25となるようにすると、集光
したレーザビームを光ファイバーに損失なく入射させて
光ファイバー内を伝播させ、対物レンズ系にて任意の位
置と方向にレーザビームを照射することができ、コンパ
クトな構成で作業性のよいレーザ加工装置を実現でき
る。
The optical system further includes an optical fiber for allowing the laser beam condensed by the condenser lens system to be incident on one end, and an objective lens system provided on the other end of the optical fiber. When it is set to 0.2 to 0.25, the focused laser beam can be made incident on the optical fiber without loss, propagated through the optical fiber, and irradiated with the laser beam in an arbitrary position and direction by the objective lens system. In addition, a laser processing apparatus having a compact configuration and good workability can be realized.

【0041】また、LDユニットスタックを複数設け、
各平板状LDユニットから出射したレーザビームのファ
ストアクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平
板状LDユニットの厚さをLDユニットスタックの配設
数で除した値とし、各LDユニットスタックからコリメ
ータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせ
て単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設ける
と、複数のLDユニットスタックからのレーザービーム
を加算してレーザパワー密度を複数倍に向上することが
できる。
A plurality of LD unit stacks are provided,
The width of the laser beam emitted from each flat LD unit in the fast axis direction is set to a value obtained by dividing the thickness of the flat LD unit by the number of LD unit stacks provided by a collimator lens, and the collimator lens from each LD unit stack is used. Laser beam emitted from a plurality of LD unit stacks can be added to form a single rectangular cross-section by superposing laser beams emitted from the laser unit stack, thereby increasing the laser power density by a factor of two or more. .

【0042】また、別の本発明の半導体レーザ加工装置
によれば、レーザダイオード素子をスロウアクシス方向
にバー状に設けたLDアレイを有する平板状LDユニッ
トと、この平板状LDユニットを積み重ねて設けた複数
のLDユニットスタックと、各平板状LDユニットから
出射したレーザビームのファストアクシス方向の幅を、
平板状LDユニットの厚さをLDユニットスタックの配
設数で除した値、スロウアクシス方向の幅をLDアレイ
長と同等にする、LDユニットスタックの前部に設けた
コリメータレンズと、各LDユニットスタックからコリ
メータレンズを介して出射したレーザビームを重ね合わ
せて単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設け
たので、複数のLDユニットスタックからのレーザービ
ームをインターリーブ加算器にて単一のLDユニットス
タックからのレーザビームと同一断面のレーザビームに
加算でき、レーザパワー密度を複数倍に向上することが
できる。
According to another semiconductor laser processing apparatus of the present invention, a flat LD unit having an LD array in which laser diode elements are provided in a bar shape in the slow axis direction, and the flat LD units are provided by stacking. The plurality of LD unit stacks, and the width of the laser beam emitted from each flat LD unit in the fast axis direction,
A value obtained by dividing the thickness of the flat LD unit by the number of the LD unit stacks, a collimator lens provided at the front of the LD unit stack to make the width in the slow axis direction equal to the length of the LD array, and each LD unit The laser beam emitted from the stack via the collimator lens is superimposed to form a single rectangular cross-section, so that an interleave adder is provided. The laser beam having the same cross section as the laser beam from the stack can be added to the laser beam, and the laser power density can be improved multiple times.

【0043】また、上記インターリーブ加算器を、レー
ザビームの入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを
介装し、入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨し
たものとすると、レーザビームの入射端面と出射端面の
研磨時に隙間部で平板状プリズムが振動してガラスに微
小な欠けが発生するのを防止でき、欠けによってレーザ
ビームが拡散し、エネルギー損失が発生するのを防止で
きる。
Further, if the interleave adder has an auxiliary glass interposed in the gap between the incident end face and the outgoing end face of the laser beam, and the incident end face, the outgoing end face and the internal reflection end face are polished, At the time of polishing the end face and the emission end face, it is possible to prevent the flat prism from vibrating in the gap to generate a minute chip in the glass, and to prevent the laser beam from being diffused by the chip and energy loss.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザ加工装置における一実施
形態の概略構成を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an embodiment of a semiconductor laser processing apparatus of the present invention.

【図2】同実施形態の概略構成を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of the embodiment.

【図3】同実施形態におけるインターリーブ加算器の構
成を示し、(a)は分解斜視図、(b)は側面図であ
る。
3A and 3B show a configuration of an interleave adder according to the first embodiment, wherein FIG. 3A is an exploded perspective view and FIG. 3B is a side view.

【図4】同実施形態における各位置でのレーザビームの
断面形状を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional shape of a laser beam at each position in the embodiment.

【図5】集光レンズ系によるスロウアクシス方向の集光
限界を示し、(a)は拡大しない場合、(b)は本実施
形態において拡大した場合の集光状態の説明図である。
5A and 5B are diagrams illustrating a light collecting limit in a slow axis direction by a light collecting lens system. FIG. 5A is an explanatory diagram of a light collecting state in a case where the light is not enlarged, and FIG.

【図6】本発明の他の実施形態におけるLDユニットス
タックの配設状態を示し、(a)は平面図、(b)はそ
のインターリーブ加算器を構成する平板状プリズムの説
明図である。
6A and 6B show an arrangement state of an LD unit stack according to another embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is an explanatory view of a flat prism constituting the interleaved adder.

【図7】本発明のさらに別の実施形態におけるLDユニ
ットスタックの配設状態を示し、(a)は平面図、
(b)はそのインターリーブ加算器を構成する平板状プ
リズムの説明図である。
FIG. 7 shows an arrangement state of an LD unit stack according to still another embodiment of the present invention, wherein (a) is a plan view,
FIG. 2B is an explanatory view of a flat prism constituting the interleave adder.

【図8】図1の半導体レーザ加工装置におけるインター
リーブ加算器の改良構成の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an improved configuration of an interleave adder in the semiconductor laser processing apparatus of FIG. 1;

【図9】図6の半導体レーザ加工装置におけるインター
リーブ加算器の改良構成の説明図である。
9 is an explanatory diagram of an improved configuration of an interleave adder in the semiconductor laser processing device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 平板状LDユニット 2 LDアレイ 3a、3b LDユニットスタック 4 ファストアクシス方向コリメータレンズ 5 スロウアクシス方向コリメータレンズ 8 インターリーブ加算器 9 正方形の平板状プリズム 10 菱形の平板状プリズム 12 λ/2波長板 13 偏向ビームスプリッタ 14 PBS加算器 16 平凹シリンドリカルレンズ 17 集光レンズ系 19 光ファイバ 20 対物レンズ系 21 三角形の平板状プリズム 22 長方形の平板状プリズム 23 補助ガラス板 Reference Signs List 1 flat LD unit 2 LD array 3a, 3b LD unit stack 4 fast axis collimator lens 5 slow axis collimator lens 8 interleave adder 9 square flat prism 10 rhombic flat prism 12 λ / 2 wavelength plate 13 deflection Beam splitter 14 PBS adder 16 Plano-concave cylindrical lens 17 Condensing lens system 19 Optical fiber 20 Objective lens system 21 Triangular plate prism 22 Rectangular plate prism 23 Auxiliary glass plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H037 AA04 BA03 BA05 BA06 CA11 CA17 CA21 CA39 2H099 AA17 BA17 CA06 CA08 4E068 CA02 CD08 CD09 CD13 CE08 CK01 5F073 AB27 AB28 AB29 BA09 EA15 EA22 EA24 FA26  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 2H037 AA04 BA03 BA05 BA06 CA11 CA17 CA21 CA39 2H099 AA17 BA17 CA06 CA08 4E068 CA02 CD08 CD09 CD13 CE08 CK01 5F073 AB27 AB28 AB29 BA09 EA15 EA22 EA24 FA26

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザダイオード素子をスロウアクシス
方向にバー状に設けたLDアレイを有する平板状LDユ
ニットと、この平板状LDユニットを積み重ねて設けた
LDユニットスタックと、各平板状LDユニットから出
射したレーザビームのファストアクシス方向の幅を平板
状LDユニットの厚さ以下、スロウアクシス方向の幅を
LDアレイ長と同等にするようにLDユニットスタック
の前部に設けたコリメータレンズと、このコリメータレ
ンズから出射したレーザビームをスロウアクシス方向に
半分の幅にするPBS加算器とを設けたことを特徴とす
る半導体レーザ加工装置。
1. A flat LD unit having an LD array in which laser diode elements are provided in a bar shape in a slow axis direction, an LD unit stack provided by stacking the flat LD units, and emission from each flat LD unit A collimator lens provided at the front of the LD unit stack so that the width of the laser beam in the fast axis direction is equal to or less than the thickness of the flat LD unit, and the width in the slow axis direction is equal to the length of the LD array; And a PBS adder for reducing a laser beam emitted from the laser beam to a half width in the slow axis direction.
【請求項2】 PBS加算器は、λ/2波長板と、偏向
ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項1記
載の半導体レーザ加工装置。
2. The semiconductor laser processing apparatus according to claim 1, wherein the PBS adder comprises a λ / 2 wavelength plate and a deflection beam splitter.
【請求項3】 PBS加算器から出射したレーザビーム
をスロウアクシス方向に拡大するシリンドリカルレンズ
と、このシリンドリカルレンズから出射したレーザビー
ムを集光する集光レンズ系を設けたことを特徴とする請
求項1又は2記載の半導体レーザ加工装置。
3. A system according to claim 1, further comprising a cylindrical lens for expanding a laser beam emitted from the PBS adder in a slow axis direction, and a condensing lens system for condensing the laser beam emitted from the cylindrical lens. 3. The semiconductor laser processing apparatus according to 1 or 2.
【請求項4】 集光レンズ系により集光されたレーザビ
ームを一端に入射させる光ファイバと、この光ファイバ
の他端に設けた対物レンズ系とを有し、集光レンズ系の
NAが0.2〜0.25となることを特徴とする請求項
3記載の半導体レーザ加工装置。
4. An optical fiber for making a laser beam condensed by a condenser lens system incident on one end, and an objective lens system provided on the other end of the optical fiber, wherein the NA of the condenser lens system is zero. 4. The semiconductor laser processing apparatus according to claim 3, wherein the value is 0.2 to 0.25.
【請求項5】 LDユニットスタックを複数設け、各平
板状LDユニットから出射したレーザビームのファスト
アクシス方向の幅を、コリメータレンズにより、平板状
LDユニットの厚さをLDユニットスタックの配設数で
除した値とし、各LDユニットスタックからコリメータ
レンズを介して出射したレーザビームを重ね合わせて単
一の矩形断面とするインターリーブ加算器を設けたこと
を特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の半導体レー
ザ加工装置。
5. A plurality of LD unit stacks are provided, and the width of the laser beam emitted from each flat LD unit in the fast axis direction is determined by the collimator lens so that the thickness of the flat LD unit is determined by the number of the LD unit stacks. 5. An interleave adder having a value obtained by dividing the laser beam emitted from each LD unit stack via a collimator lens to form a single rectangular cross section is provided. The semiconductor laser processing apparatus as described in the above.
【請求項6】 レーザダイオード素子をスロウアクシス
方向にバー状に設けたLDアレイを有する平板状LDユ
ニットと、この平板状LDユニットを積み重ねて設けた
複数のLDユニットスタックと、各平板状LDユニット
から出射したレーザビームのファストアクシス方向の幅
を、平板状LDユニットの厚さをLDユニットスタック
の配設数で除した値、スロウアクシス方向の幅をLDア
レイ長と同等にする、LDユニットスタックの前部に設
けたコリメータレンズと、各LDユニットスタックから
コリメータレンズを介して出射したレーザビームを重ね
合わせて単一の矩形断面とするインターリーブ加算器を
設けたことを特徴とする半導体レーザ加工装置。
6. A flat LD unit having an LD array in which laser diode elements are provided in a bar shape in the slow axis direction, a plurality of LD unit stacks provided by stacking the flat LD units, and each flat LD unit LD unit stack that makes the width in the fast axis direction of the laser beam emitted from the LD divided by the number of the LD unit stacks divided by the thickness of the flat LD unit, and makes the width in the slow axis direction equal to the length of the LD array. And a collimator lens provided at the front of the laser unit and an interleave adder for superimposing a laser beam emitted from each LD unit stack via the collimator lens to form a single rectangular section. .
【請求項7】 インターリーブ加算器は、各コリメータ
レンズから出射したレーザビームのファストアクシス方
向の幅以上の厚さの平板状プリズムを積み重ねて配置
し、この平板状プリズムは、各LDユニットスタックか
ら出射したレーザビームを反射もしくは透過させること
を特徴とする請求項5又は6記載の半導体レーザ加工装
置。
7. The interleave adder stacks and arranges plate-like prisms having a thickness equal to or greater than the width in the fast axis direction of the laser beam emitted from each collimator lens, and the plate-like prism emits from each LD unit stack. 7. The semiconductor laser processing apparatus according to claim 5, wherein the laser beam is reflected or transmitted.
【請求項8】 インターリーブ加算器は、レーザビーム
の入射端面と出射端面の隙間部に補助ガラスを介装し、
入射端面と出射端面及び内部反射端面を研磨したことを
特徴とする請求項7記載の半導体レーザ加工装置。
8. An interleave adder interposes an auxiliary glass in a gap between an incident end face and an outgoing end face of a laser beam,
8. The semiconductor laser processing apparatus according to claim 7, wherein the incident end face, the output end face, and the internal reflection end face are polished.
【請求項9】 インターリーブ加算器のレーザビーム反
射面は、レーザビームを全反射することを特徴とする請
求項7又は8記載の半導体レーザ加工装置。
9. The semiconductor laser processing apparatus according to claim 7, wherein the laser beam reflecting surface of the interleave adder totally reflects the laser beam.
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