準直器裝置及激光光源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種準直器裝置、激光光源及在先準直后聚焦具有寬光譜寬度的多色光的過程中用于減小聚焦分量的焦點位置的隨波長變化的差值的其他裝置。該激光光源包括準直器裝置，在該準直器裝置中，可以對從多色光光源發(fā)射出的激光束的出射處和由消色差透鏡組成的準直透鏡的相對位置進行10μm級別或更小級別的調(diào)節(jié)。
【專利說明】準直器裝置及激光光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于準直具有寬光譜寬度的入射光的準直器裝置以及使用通過先準直后聚焦具有寬光譜寬度的入射光而獲得的激光實現(xiàn)照射的激光光源。
【背景技術(shù)】
[0002]通常使用如下構(gòu)造進行激光束的處理:在該構(gòu)造中，準直從光纖端面發(fā)射出而分散的激光束，此后通過聚光透鏡聚焦經(jīng)準直的激光束，以使準直激光束集中在工件的一個點上。當激光束為諸如白光等具有寬光譜寬度的多色光時，焦距隨光的波長的不同而不同。這會使從光纖端面發(fā)射出的光的分量相對于光纖端面變?yōu)槠矫娌ǖ奈恢?光束束腰)也隨光的波長的不同而不同，因此難以將多色光聚焦在一個點上。出于這個原因，常規(guī)的激光加工技術(shù)采用這樣的設(shè)計:通過使用消色差透鏡作為聚光透鏡來減少色差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題
[0004]發(fā)明人研究了常規(guī)的激光加工技術(shù)并且發(fā)現(xiàn)了下述問題。也就是說，當多色光為具有幾百nm的光譜寬度的光時，可以預(yù)料到的是:即使使用消色差透鏡，仍然會因波長分量的差異而導(dǎo)致焦點位置之間的顯著差異。在精細加工中，例如沿薄基板的厚度方向的激光加工需要深度的準確性，色差可能影響加工精度。
[0005]為解決上述問題而完成本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在準直具有寬光譜寬度的多色光時進一步減小形成平面波的光束束腰的隨波長不同而不同的位置差值(光束束腰位置隨多色光中的波長的變化而變化)的準直器裝置，并且提供一種能夠減小隨多色光中的波長的變化而變化的焦距差的激光光源。
[0006]技術(shù)手段
[0007]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的準直器裝置包括激光入射單元、準直透鏡、準直透鏡設(shè)置單元和位置調(diào)節(jié)單元。所述激光入射單元設(shè)定激光束的入射位置。所述準直透鏡準直從所述激光入射單元入射的激光束。所述準直透鏡由消色差透鏡組成。所述準直透鏡設(shè)置單元設(shè)置所述準直透鏡。所述位置調(diào)節(jié)單元能夠?qū)す馐娜肷湮恢门c所述準直透鏡的中心位置之間的距離進行10 μ m級別或更小級別的位置調(diào)節(jié)?！皽手蓖哥R的中心位置”指的是如圖3中的(A)至(C)和圖5中的(A)所示限定了透鏡的最大有效直徑的位置，并且在下面的說明書中沒有特別指明而簡單陳述“準直透鏡的位置”時指的就是“準直透鏡的中心位置”。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的激光光源是可以應(yīng)用根據(jù)上述第一方面的準直器裝置的激光光源。根據(jù)該第二實施例的激光光源包括光纖、準直透鏡、聚光透鏡、激光入射單元和準直透鏡設(shè)置單元。所述光纖射出作為單模光束的具有數(shù)百nm的光譜寬度的激光束。所述準直透鏡準直從所述光纖發(fā)射出而分散的激光束。所述準直透鏡由消色差透鏡組成。所述聚光透鏡聚焦由所述準直透鏡準直的激光束。所述聚光透鏡由消色差透鏡組成。所述激光入射單元設(shè)定從所述光纖發(fā)射出的激光束的入射位置。所述準直透鏡設(shè)置單元固定所述準直透鏡。
[0009]特別是，在第二方面的激光光源中，在激光束的所述入射位置和所述準直透鏡的調(diào)節(jié)位置與穿過所述準直透鏡形成的光束束腰位置的變化幅度(或者隨波長不同而不同的最大變化量與隨波長不同而不同的最小變化量之間的差值)的關(guān)系(參考圖7)中調(diào)節(jié)激光束的所述入射位置與所述準直透鏡的中心位置之間的距離。所述調(diào)節(jié)位置由激光束的所述入射位置和所述準直透鏡的中心位置之間的距離相對于所述準直透鏡在激光束中的基準波長分量下的焦距的偏移量限定。所述變化幅度由隨激光束的波長分量不同而不同的光束束腰位置相對于基準波長分量通過所述準直透鏡形成的光束束腰位置的最大變化量與最小變化量之間的差值限定。激光束的所述入射位置與所述準直透鏡的中心位置之間的距離被調(diào)節(jié)為使得所述調(diào)節(jié)位置落在所述變化幅度變?yōu)樽钚〉奈恢门c所述變化幅度變?yōu)榇畏逯档奈恢弥g。當以這樣的方式設(shè)定激光束的入射位置(光纖的光出射端面)與準直透鏡的中心位置之間的距離時，即使對于不同的波長分量，也都能減小形成平面波的光束束腰位置的隨波長不同而不同的變化量。因此，在將多色光準直成平行光時減小形成平面波的位置的隨波長變化的差值變得可行，并且還能夠在多色光被聚光透鏡聚焦之后減小焦點位置的隨波長變化的差值。
[0010]作為適用于第二方面的第三方面，激光光源可以包括固定聚光透鏡的聚光透鏡設(shè)置單元。在這種情況下，聚光透鏡的中心位置與準直透鏡的中心位置之間的間距優(yōu)選被設(shè)定為這樣:對于聚光透鏡的隨激光束中的波長分量的不同而不同的焦距來說，該焦距的最大差值變?yōu)榇笾伦钚　！熬酃馔哥R的中心位置”指的是如圖5中的(A)所示并且如上述“準直透鏡的中心位置”的情況那樣限定了透鏡的最大有效直徑的位置，并且在下面的說明書中沒有特別指明而簡單陳述“聚光透鏡的位置”時指的就是“聚光透鏡的中心位置”。
[0011]作為適用于第二方面和第三方面中的至少任一方面的第四方面，激光光源可以包括為激光入射單元和準直透鏡設(shè)置單元中的任一者而設(shè)置的位置調(diào)節(jié)單元。位置調(diào)節(jié)單元能夠?qū)す馐娜肷湮恢门c準直透鏡的中心位置之間的距離進行10 μ m級別或更小級別的位置調(diào)節(jié)。
[0012]作為適用于第二方面至第四方面中的至少任一方面的第五方面，激光光源可以包括設(shè)置在光纖的激光出射端的小孔。作為適用于第五方面的第六方面，小孔的孔徑優(yōu)選等于或者小于光纖相對于激光束中的波長分量中的最短波長分量的模場直徑。此外，作為適用于第五方面和第六方面中的至少任一方面的第七方面，限定了小孔的開口端被加工成錐形形狀。
[0013]有益效果
[0014]本發(fā)明的各實施例提供一種能夠在準直具有寬光譜寬度的多色光時進一步減小形成平面波的位置(光束束腰)的隨波長變化的差值的準直器裝置，并且提供一種能夠在先準直后聚焦具有寬光譜寬度的入射光時減小焦點位置的隨波長變化的差值的激光光源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1中的(A)和(B)分別是根據(jù)第一實施例的準直器裝置和激光光源的示意結(jié)構(gòu)圖。[0016]圖2中的(A)和(B)是示出平面波入射到平凸透鏡和消色差透鏡中時出現(xiàn)的色差的附圖。
[0017]圖3中的(A)、(B)和(C)是示意性示出在光纖的端面與準直透鏡的中心位置之間的距離固定為波長λ 2的焦距的情況下光束束腰相對于距離f2’(從準直透鏡到光束束腰的距離)的位置隨輸出光的波長的不同如何變化的附圖。
[0018]圖4是示出在光纖端面與準直透鏡的中心位置之間的距離固定為光的波長為1.1ym時準直透鏡的焦距的情況下波長為0.9μπι~1.3μ--的光的光束束腰(形成平面波的位置)相對于基準位置(波長為1.1ym時的光束束腰位置)的位置變化量Af的關(guān)系的附圖。
[0019]圖5中的(A)和(B)是示出在光纖端面與準直透鏡的中心位置之間的距離固定為光的波長為1.1ym時準直透鏡的焦距的情況下隨波長不同而不同的焦距差(焦距差值)Δα相對于準直透鏡的中心位置與聚光透鏡的中心位置之間的間距A的關(guān)系的附圖。
[0020]圖6中的(A)和(B)是示出在準直透鏡的調(diào)節(jié)位置土 β變化時波長為0.9μπι~1.3 μ m的光的光束束腰的計算結(jié)果的附圖。
[0021]圖7是示出多色光的光束束腰的位置差值與準直透鏡的調(diào)節(jié)位置土 β之間的測定結(jié)果的附圖。
[0022]圖8是示出在準直透鏡的調(diào)節(jié)位置土 β變化時多色光(波長為0.9 μ m~1.3 μ m)的隨波長不同而不同的焦距差△ α相對于準直透鏡與聚光透鏡之間的間距A的計算結(jié)果的附圖。
[0023]圖9是根據(jù)第二實施例的激光光源100的示意結(jié)構(gòu)圖。
`[0024]圖10是示出通過小孔的最長波長分量的光強度的附圖，其中小孔的孔徑設(shè)計為與光纖20相對于從多色光光源10發(fā)射出的激光束中的波長分量中的最短波長分量的模場直徑大致相等。
【具體實施方式】
[0025]在下文中，將參考附圖對本發(fā)明的各個實施例進行詳細的描述。在附圖的描述中，相同的部分和相同的元件以相同的附圖標記表示，并且省略了重復(fù)的描述。
[0026](第一實施例)
[0027]圖1中的(A)和(B)是根據(jù)第一實施例的準直器裝置2和激光光源I的示意結(jié)構(gòu)圖。圖1的(A)中的準直器裝置2由設(shè)定激光束的入射位置的激光入射單元25、準直透鏡
30、固定準直透鏡30的準直透鏡設(shè)置單元35、調(diào)節(jié)激光入射單元的位置以調(diào)節(jié)激光入射單元25的激光出射位置(光纖出射端面)22與準直透鏡30的所在位置之間的間距的位置調(diào)節(jié)單元50組成。位置調(diào)節(jié)單元50可以設(shè)置為能夠調(diào)節(jié)準直透鏡設(shè)置單元35的位置。圖1的(B)中的激光光源I的構(gòu)造包括光源10、光纖20、固定端面22的激光入射單元25、準直透鏡30、固定準直透鏡30的準直透鏡設(shè)置單元35、聚光透鏡40、固定聚光透鏡40的聚光透鏡設(shè)置單元45。在這些元件中，激光入射單元25、準直透鏡30、準直透鏡設(shè)置單元35用作準直器裝置。光源10可以包括用于輸出的光纖20。為了避免在端部處對光纖20的端面造成損傷，光纖20的出射端面22可以是具有無芯光纖的端帽結(jié)構(gòu)以減少被引導(dǎo)穿過光纖20的光的功率密度的端面。[0028]多色光光源10例如可以是發(fā)射出光譜寬度為0.9μηι?1.3μηι的多色光的光源。從多色光光源10發(fā)射出的多色光通過光纖20的一個端面21入射到光纖20的芯部區(qū)域中。光纖20由作為中心部分的芯部區(qū)域和覆蓋芯部區(qū)域的外周的包層區(qū)域組成，通過端面21入射到芯部區(qū)域的多色光在芯部區(qū)域中傳播并從另一出射端面22射出。光纖20中的芯部區(qū)域的直徑例如約為10 μ m。當具有高輸出功率的激光束從較窄的芯部區(qū)域射出時，將會在光纖20的出射端面22處出現(xiàn)端面損傷。出于這個原因，通過由能夠減小功率密度的無芯光纖等組成的端帽纖維射出激光束，從而避免對端面造成損傷。作為一個實例，端帽纖維是具有500μπι長度和125 μ m直徑的無芯玻璃棒。在實踐中，基于在設(shè)置了這些元件的情況下對出射直徑和出射角度的假設(shè)來設(shè)計激光光源1，以使這二者彼此相符。為了簡化描述，下面將描述在光纖20的出射端面22處沒有端帽的構(gòu)造。
[0029]將從光纖20的出射端面22發(fā)射出的多色光入射到準直透鏡30中進行準直，然后從準直透鏡30輸出準直光。然后經(jīng)準直的多色光入射到聚光透鏡40中并穿過聚光透鏡40，從而聚焦在隨波長不同而不同的點P (點Pmin (最短焦點位置)至點Pmax (最長焦點位置))上。
[0030]激光入射單元25固定光纖20的出射端面22。準直透鏡設(shè)置單元35固定準直透鏡30。位置調(diào)節(jié)單元50可以對準直透鏡設(shè)置單元35與激光入射單元25之間的相對位置進行μ m單位的調(diào)節(jié)。聚光透鏡設(shè)置單元45固定聚光透鏡40?？梢詫酃馔哥R設(shè)置單元45與準直透鏡設(shè)置單元35之間的相對位置進行IOmm單位的調(diào)節(jié)。
[0031]總而言之，當從多色光光源10發(fā)射出的光為單波長光(即單色光)時，通過將準直透鏡30設(shè)置在與波長對應(yīng)的焦距f的位置，可以將光纖20發(fā)射出的光生成為準直光。然后，通過調(diào)節(jié)準直透鏡30的位置，可以在所需位置處形成平面波。通過將聚光透鏡40設(shè)置在形成平面波的位置，可以在與聚光透鏡40相距焦距的位置形成單色光最佳聚焦的焦點。
[0032]應(yīng)認識到，當從多色光光源10發(fā)射出的光為波段橫跨幾百nm的多色光時，由于各光分量的色差，即使準直透鏡30在相同位置形成平面波，聚光透鏡40也不能沿光軸方向?qū)⒐饩劢乖谝粋€點上。圖2中的(A)和(B)示出了在平面波分別入射到平凸透鏡和消色差透鏡(型號:45783-L，可從Edmund Optics購得)的情況下的色差計算結(jié)果。圖2中的(A)示出了平面波入射時因多色光的色差而產(chǎn)生的焦距差，圖2中的(B)示出了焦距差的結(jié)果。在圖2的(B)中，曲線G210示出平凸透鏡的計算結(jié)果，而曲線G220示出消色差透鏡的計算結(jié)果。圖2的(B)中的曲線圖的縱軸表示各波長的光分量在穿過聚光透鏡(平凸透鏡或消色差透鏡)之后相對于設(shè)置在0.9 μ m的波段光的焦點位置(設(shè)定為O)的焦點位置差值。例如，在圖2的(B)的計算中使用的消色差透鏡應(yīng)當能夠展示作為用于0.7 μ m?1.Ιμπι的多色光的消色差透鏡的功能。另一方面，計算結(jié)果證實了消色差透鏡展示出與用于0.7 μ m?1.1ym的多色光的透鏡特性(焦點位置的變化)相同的用于波長為1.2μπι和1.3μπι的光的透鏡特性。波長為0.9 μ m的光的焦點位置與波長為1.3 μ m的光的焦點位置之間的差值在消色差透鏡的情況下為43 μ m,而在平凸透鏡的情況下為120 μ m。也就是說，已經(jīng)證實了在使用消色差透鏡作為聚光透鏡的情況下能夠比使用平凸透鏡作為聚光透鏡的情況獲得更小的隨入射光波長變化的焦點位置差值。
[0033]在如圖1的(B)中的激光光源I那樣從光纖20的出射端面22發(fā)射出的多色光被準直透鏡30準直并且此后被聚光透鏡40聚焦的情況下，如圖2中的(A)和(B)所示，進入聚光透鏡40的入射光通常要求是平面波。然而，當發(fā)散光入射到準直透鏡30中時，由于入射到準直透鏡30中的光分量因位置隨波長的不同而不同從而無法成為同一位置的平面波，因此它們的焦點位置變得復(fù)雜。
[0034]圖3中的(A)至(C)示意性示出了在多色光光源10中的光從光纖20的出射端面22發(fā)射出而分散并且由準直透鏡30進行準直(成為平行光)的情況下準直透鏡30與光束束腰(形成平面波的位置)之間的距離fn’如何隨出射光的波長λ的變化而變化。對于每個波長而言，準直透鏡30的位置(中心位置)設(shè)置在位置L1處，位置L1定義為這樣:當從準直透鏡30向光纖20發(fā)射出波長為λ 2的光時,波長為λ 2的光聚焦在光纖20的出射端面22上(圖3中的(B))。波長的關(guān)系為λ 3〈 λ 2〈 λ 1,在比波長λ 2更長的波長λ i的情況下，準直透鏡30與光束束腰之間的距離f/變?yōu)樨撝?在光纖20的出射端面22偵D(圖3中的(A))。在圖3中的(A)的情況下，光束束腰是假想的，這是因為實際上不存在光束束腰。在比波長λ 2更短的波長λ 3的情況下，準直透鏡30與光束束腰之間的距離f3’是正值(在聚光透鏡40側(cè))(圖3中的(C))。在圖3的(A)至(C)中，Af’定義為波長入工和波長入3的距離為4’的光束束腰相對于f2’的位置變化量。
[0035]圖4示出基準波長λ 2為1.1 μ m時的波長為0.9μm~1.3μm的光束束腰的位置變化量Af’。Af’在約+200mm和約_400mm之間變化。在圖2的(A)和(B)中波長為0.9 μ m~1.3 μ m的焦點位置的中間值(波長為0.9 μ m~1.3 μ m時的焦距差的變化幅度的中間值)在1.1 μ m的波長的焦距差附近，而圖4給人的印象是明顯遠離1.1 μ m的波長的焦距差。所使用的準直透鏡30與圖2的(A)和(B)所使用和示出的消色差透鏡相同。
[0036]圖5中的(A)是示出圖2的(A)中的聚光透鏡40 (與圖2中的(A)和(B)所示的消色差透鏡相同)設(shè)置在圖3的(A)至(C)中的準直器裝置的構(gòu)造的附圖，其中基準波長入2為1.1μm。圖5中的(B)示出在上述條件下光在波段(0.9μm~1.3 μ m)中的焦距差Λ α(=Pmax - Pmin)相對于準直透鏡30與聚光透鏡40之間的間距A的關(guān)系。本文已經(jīng)證實了隨波長不同而不同的焦距差Δ α隨間距A的增大而減小，并且在間距A約為1000mm時最小的Δ α約為30 μ m。然而，當間距A超過1000mm時，Δ α相反地趨向于隨間距A的增大而變大。
[0037]接下來，雖然圖4僅示出光纖20的出射端面22與準直透鏡30之間的距離設(shè)置為f,lum (基準波長為1.1ym的光相對于準直透鏡30的焦距)的情況，但是我們還研究了光束束腰位置隨該距離在小范圍內(nèi)的變化如何表現(xiàn)的情況。圖6中的(A)和(B)示出了這個計算結(jié)果。圖6中的(A)示出了這樣的構(gòu)造:相對于圖5中的(A)，準直透鏡30的設(shè)置位置L1是所表示的位置(基準位置)，并且將設(shè)置位BL1從基準位置改變± β (調(diào)節(jié)位置)。這里，調(diào)節(jié)位置± β的正值表示相對于基準位置L1靠聚光透鏡40側(cè)的區(qū)域，而調(diào)節(jié)位置± β的負值表示相對于基準位置L1靠光纖20的出射端面22側(cè)的區(qū)域。圖6中的(B)示出了以下各種情況的曲線圖:準直透鏡30的設(shè)置位置設(shè)定為在± β =0 μ m的Illim處(或者準直透鏡30設(shè)置在基準位置);以及準直透鏡30的位置從基準位置以20 μ m的間隔正變化或負變化。圖6中的(B)還示出了用于參考的± β=-640μm和± β =+620 μ m的情況。在本文中，光束束腰的位置變化量Af’指的是(fn’ (±’ (± β))，其中fn’ (± β)表示在準直透鏡的設(shè)置位置為“f,lum± β ”的設(shè)置中波長為λ η的光相對于準直透鏡30的焦點位置。[0038]具體而言，在圖6的(B)中，曲線G610用于表示在準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =0μ m的Illim處的情況下的關(guān)系，曲線G611用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =+20 μ m時的情況，曲線G612用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =+40 μ m時的情況，曲線G613用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =+60 μ m時的情況，曲線G614用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =+80 μ m時的情況，曲線G615用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =+140 μ m時的情況，曲線G616用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =+620 μ m時的情況，曲線G621用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =-20 μ m時的情況，曲線G622用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =-40 μ m時的情況，曲線G623用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =-60 μ m時的情況，曲線G624用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =_80 μ m時的情況，曲線G625用于表示準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =-140 μ m時的情況，而曲線G626用于表不準直透鏡30的設(shè)置位置在土 β =-640 μ m時的情況。
[0039]從圖6中的(B)可以看出，即使± β僅以20 μ m的間隔進行變化,位置變化量Δ f’
也顯著地變化。
[0040]從圖6中的(B)所獲得的計算結(jié)果我們可以計算出隨光的波長在0.9μπι~
1.3 μ m的范圍內(nèi)的變化相對于準直透鏡30的調(diào)節(jié)位置土 β的光束束腰位置的最大變化幅度Af ( = Afmax (最大位置)-Af’min (最小位置))。在圖7中示出了該計算的結(jié)果。在調(diào)節(jié)位置± β為O μ m時，Λ f具有最大值(主峰Pl為最大值的局部極大點)，并且Λ f沿負方向減小到接近Af=O的漸近線。另一方面，我們可以沿正方向看到如下變化:在+50μπι處，Δ f暫且具有最小值(局部極小點PO);在+100 μ m處，Λ f再次具有峰值(次峰P2為比主峰Pl小的第二最大值的局 部極大點);然后隨準直透鏡的位置沿正方向的進一步的運動Af減小到趨近于O。我們料想到Af肯定具有最大點，但其最小點的存在出乎我們的預(yù)料。
[0041]由于圖7示出了光束束腰的變化幅度Af的意外表現(xiàn)，因此我們決定研究作為本發(fā)明的最終目標的隨波長不同而不同的焦距差△ α隨調(diào)節(jié)位置土β的變化如何變化。圖8示出了在調(diào)節(jié)位置土 β的變化處于與圖6的(A)和(B)中的條件相同的條件下隨波長不同而不同的焦距差△ α的變化相對于準直透鏡30與聚光透鏡40之間的間距A的計算結(jié)果。所使用的準直透鏡30和聚光透鏡40與圖2中的(A)和(B)所示的消色差透鏡相同。在圖8中，在調(diào)節(jié)位置± β為-ΙΟΟμπκΟμπκ +50 μ m、+ΙΟΟμπι或+620μπι情況下進行計算。也就是說，在圖8中，曲線G810用于表示設(shè)置位置在土 β =-100 μ m的情況下的隨波長不同而不同的焦距差Λ α，曲線G820用于表示設(shè)置位置在土 β =0 μ m時的情況，曲線G830用于表不設(shè)置位置在土 β =+50 μ m時的情況，曲線G840用于表不設(shè)置位置在土 β =+100 μ m時的情況，而曲線G850用于表示設(shè)置位置在土 β =+620 μ m時的情況。
[0042]對于土 β =+50 μ m而言，當間距A為900mm時，Δ α最小，此時Λ α =6 μ m。該值約為圖2的(A)和(B)中示出的消色差透鏡的Λ α(43μπι)的七分之一。當想要在尺寸上將整個裝置構(gòu)造得比較緊湊時，間距A需要設(shè)置得比較小；在小間距A的范圍內(nèi)，與土 β =0 μ m的情況相比，在土 β =+50 μ m的情況下存在數(shù)值更小的范圍(例如A≥400mm)來實現(xiàn)最小的Λ α。即使在土 β =+100 μ m的情況下也存在比土 β =+50 μ m的情況下的數(shù)值更小的范圍，這取決于對間距A的范圍的選擇(例如，A=300mm~500mm)，從而證實了它的有效性。這個結(jié)果出人意料，從圖7中不能預(yù)料到該結(jié)果。[0043]在上文中，未用其他消色差透鏡對圖7和圖8進行核實，但是我們認為在Λ f隨光纖20的出射光的位置與準直透鏡30的設(shè)置位置之間的關(guān)系的變化而變化的研究中觀察到Af的最小值時肯定能夠獲得如圖8所示的關(guān)系。
[0044](第二實施例)
[0045]圖9是根據(jù)第二實施例的激光光源100的示意結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)第二實施例的激光光源100包括圖1的(B)所示的根據(jù)第一實施例的激光光源I的構(gòu)造，并且還設(shè)置有小孔掩模26，小孔掩模26安裝在激光束的出射位置或有單模光在其中傳播的光纖20的出射端面
22。在小孔掩模26中形成有小孔260，并且小孔260的尺寸(孔徑)與光纖20相對于從多色光光源10發(fā)射出的多色光的波長分量中的最短波長分量的模場直徑大致相等或者比該模場直徑小10%。小孔掩模26優(yōu)選具有盡可能小的厚度，例如約100 μ m或更小。當小孔掩模26厚于100 μ m時，小孔260的截面形狀優(yōu)選為不會因衍射而阻擋波長最短的光分量在小孔260中的傳播和發(fā)散的錐形形狀。小孔設(shè)置為使已經(jīng)穿過小孔260的所有波長分量在光纖20的出射端面22處的各個光束直徑大致相等。特別是，當從多色光光源10發(fā)射出的多色光具有寬波段(或大光譜寬度)時，長波長側(cè)的波長分量的模場直徑變得比最短波長分量的模場直徑大。出于這個原因，當穿過小孔260的光具有與最短波長分量的模場直徑大致相等的最大直徑時，切斷光能量而產(chǎn)生艾里斑(和旁瓣)(參見圖10)。如果旁瓣區(qū)域的光強度為整個光強度的10%，則必要時在某些情況下將在遠場圖像(在準直透鏡設(shè)置單元35與聚光透鏡設(shè)置單元45之間形成的圖像)中安裝切除旁瓣的孔。本發(fā)明是在各個波長的模場直徑相等的條件下做出的發(fā)明，并且在沒有小孔的情況下設(shè)想存在隨波長不同而不同的模場直徑并出現(xiàn)反映模場直徑的焦距差Λ α。
[0046]附圖標記列表
[0047]I激光光源；10光源；20光纖；25激光入射單元；26小孔掩模；30準直透鏡；35準直透鏡設(shè)置單元；40聚光透鏡；45聚光透鏡設(shè)置單元；50位置調(diào)節(jié)單元；以及260小孔。
【權(quán)利要求】
1.一種準直器裝置，包括: 激光入射單元，其設(shè)定激光束的入射位置； 準直透鏡，其準直從所述激光入射單元入射的所述激光束，并且所述準直透鏡由消色差透鏡組成； 準直透鏡設(shè)置單元，其設(shè)置所述準直透鏡；以及 位置調(diào)節(jié)單元，其能夠?qū)λ黾す馐乃鋈肷湮恢门c所述準直透鏡的中心位置之間的距離進行10 μ m級別或更小級別的位置調(diào)節(jié)。
2.一種激光光源，包括: 光纖，其射出作為單模光束的具有數(shù)百nm的光譜寬度的激光束； 準直透鏡，其準直從所述光纖發(fā)射出而分散的所述激光束，并且所述準直透鏡由消色差透鏡組成； 聚光透鏡，其聚焦由所述準直透鏡所準直的所述激光束，并且所述聚光透鏡由消色差透鏡組成； 激光入射單元，其設(shè)定從所述光纖發(fā)射出的所述激光束的入射位置；以及 準直透鏡設(shè)置單元，其固定所述準直透鏡， 其中，在由所述激光束的所述入射位置和所述準直透鏡的中心位置之間的距離相對于所述準直透鏡在所述激光束中的基準波長分量下的焦距的偏移量所限定的調(diào)節(jié)位置與由隨所述激光束的波長分量不同而不同的光束束腰位置相對于所述基準波長分量通過所述準直透鏡形成的光束束腰位置的最大變化量與最小變化量之間的差值所限定的變化幅度的關(guān)系中: 所述激光束的所述入射位置與所述準直透鏡的中心位置之間的所述距離被調(diào)節(jié)為使得所述調(diào)節(jié)位置落在所述變化幅度變?yōu)樽钚〉奈恢门c所述變化幅度變?yōu)榇畏逯档奈恢弥g。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光源，包括固定所述聚光透鏡的聚光透鏡設(shè)置單元， 其中，所述聚光透鏡的中心位置與所述準直透鏡的中心位置之間的間距被設(shè)定為這樣:對于所述聚光透鏡的隨所述激光束中的波長分量的不同而不同的焦距來說，該焦距的最大差值變?yōu)榇笾伦钚　?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光源，包括為所述激光入射單元和所述準直透鏡設(shè)置單元中的任一個而設(shè)置的位置調(diào)節(jié)單元，并且所述位置調(diào)節(jié)單元能夠?qū)λ黾す馐乃鋈肷湮恢门c所述準直透鏡的所述中心位置之間的所述距離進行IOym級別或更小級別的位置調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光源，包括設(shè)置在所述光纖的激光出射端的小孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光光源，其中，所述小孔的孔徑等于或者小于所述光纖相對于所述激光束中的波長分量中的最短波長分量的模場直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光光源，其中，限定了所述小孔的開口端被加工成錐形形狀。
【文檔編號】B23K26/06GK103765296SQ201280042555
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月31日
【發(fā)明者】長能重博, 角井素貴 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社