[发明专利]准直仪及带准直仪的光隔离器

说明书

技术领域

本发明涉及将用于焊接、切割或做标记等加工的光纤激光器的光导向被加工物体的传输用光纤的前端所使用的带准直仪的光隔离器，用于防止向传送用光纤及激光器返回的返回光。

背景技术

以往，使用固体YAG激光器来进行金属的焊接、切割及做标记，最近，从波长1.0至1.1μm的光纤激光器变得实用，作为代替YAG激光器的设备而备受瞩目。

作为被加工物的金属在上述波长区域的光反射率如果为金、银、铜或铝，则较大而为90%以上，如是认为其反射率比较低且适于在上述波长区域的激光加工的铁、镍以及钴则光反射率为50%以上。被加工物的表面未必一定是进行了镜面加工的平面，因此必须考虑到照射的能量未必会全部返回激光器，相当的量反射到激光器。

与在YAG等固体激光器中谐振体是晶体的情况相比，光纤激光器的谐振体是石英玻璃，其光学破坏阈值低且容易坏。因此，尤其需要注意必须防止向激光器返回的返回光，避免垂直入射等，但终究光隔离器在如光纤激光器那样，光的偏振面不确定的场合是有效的，尤其偏振面无关式光隔离器是有效的。

偏振面无关式光隔离器是由偏光镜与法拉第旋转器构成的设备，根据使用的双折射晶体制偏光镜的种类，能够大致分为平板型与楔型两种。

就法拉第元件所需的截面积而言，当将入射到光隔离器的光束直径为Φ时，在平板型的情况下，由平板偏光镜分离的两个光束在法拉第元件中平行地前进。因此，至少需要2Φ的直径。另一方面，在楔型的情况下，光束由楔分离为具有角度θ的常光与异常光。因此，在将偏光镜间距离设为d时，所需的法拉第元件的直径为Φ+d×tanθ。这两种中哪一种有利取决于光束直径、偏光镜间距离及分离角的设计，但普遍认为不存在光束直径越大法拉第元件的截面越成比例地增加的楔型光隔离器更有利。若考虑随着今后光纤激光器的输出变高光束直径逐渐增大的情况，则可以预想楔型光隔离器的需求会增大，需要楔型光隔离器能够耐受高输出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭58-28561号公报

专利文献2：日本特公昭61-58809号公报

专利文献3：日本特公第2775547号公报

专利文献4：US5，408，354A

专利文献5：US7，306，376B2，

专利文献6：US7，426，325B2

专利文献7：日本特开2009-168894号公报

发明内容

发明所要解决的课题

与以往使用的通信用光隔离器相比，用于焊接、切割或做标记的光纤激光器的光隔离器具有应当注意的特征。由于光功率强，因此需要使返回光的热量安全地释放以避免激光系统受到热损伤。

在使用了楔型偏光镜的光隔离器中，当将透镜的焦点距离设为f，返回光的角度设为θ时，返回光在距入射光为距离f×tanθ的位置与焦点连结。

在通信用光隔离器的情况下，只要设定内嵌光隔离器的透镜焦点距离f及返回光角度θ以获得充分的距离而使该返回光不与入射光纤的芯光耦合即可。芯的直径仅为10μm左右。返回光会进入直径125μm的包覆层部分，这是可以接受的。

然而，在大功率用光纤激光器中，由于返回光的功率大，因此需要不仅以不与芯耦合的方式进行设定，还必须将f×tanθ设定得能够得到充分的距离以使至少返回光不会入射到光纤的包覆层。否则，会对光纤或其有机保护材料、套圈、或光隔离器的内壁进行加热，最终引起激光器主体、准直仪等的损坏。

作为对于该难点的对策，例如美国专利US7，426，325B2的偏振面无关式内嵌光隔离器的准直仪使用美国专利US7，306，376B2所示的光纤、端帽或端帽兼用透镜、以及套圈一体式的准直仪。若在利用该专利方法的准直仪上安装楔型光隔离器，则返回光不会返回激光器主体，不会损坏光纤或准直仪。

然而，即使在该场合，返回光也在准直仪的周围散热，会加热准直仪的支架、光隔离器的支架。这意味着光隔离器的部件之一的磁铁也会被加热，物理性质上，磁铁的磁场强度与温度相关地变化，因此光隔离器的的性能会与温度存在相关性。在向光反射率高的物质照射光的场合，需要水冷等冷却，在过度的场合还需限制使用。

鉴于这种状况，本发明的课题在于，提供使来自照射物体的反射光不会在准直仪及其周围的支架或光隔离器上蓄积热量，而被安全地隔离并取出到外部进行散热的结构。

用于解决课题的方法