JP4201533B2

JP4201533B2 - Fiber coupled optical system

Info

Publication number: JP4201533B2
Application number: JP2002183030A
Authority: JP
Inventors: 浩之森田
Original assignee: オムロンレーザーフロント株式会社
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP2004029229A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高出力レーザをファイバに結合する光学システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にレーザ発振器の出力は励起強度や光学フィルタなどによって調整される。特にＹＡＧレーザに代表される固体レーザ発振器では熱レンズ効果の影響などで、ビームパラメータや出射方向が変化する場合があるが、従来からのファイバ結合光学システムでは、この変化から生じる、レーザのファイバへの非結合量は、非常に微小でありこの影響を考慮する事はなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＹＡＧレーザ発振器に代表される固体レーザ発振器では、結晶の大型化とＬＤ（半導体レーザ）励起による高効率な励起手法、そして、ＭＯＰＡ（ＭａｓｔｅｒＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎＰａｒａｍｅｔｒｉｃＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）方式による多段結合方式の採用により、著しい高輝度化と高出力化が進んできている。
【０００４】
このため、出力変化に伴うビームパラメータや出射方向の変化により、レーザのファイバへの微小な非結合に伴う損失が、多くの場合、発熱源としてふるまう。そして、この損失による発熱源が、光ファイバもしくはコネクタを破損し、ファイバ結合光学システムの信頼性を損なうという課題を有する。
【０００５】
本発明の目的は、従来のこの様な課題を解決し、ファイバ入射条件を満足しつつ、アパーチャを効果的に且つ適切に配置することで、高信頼かつ安定度の高いファイバ結合光学システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のファイバ結合光学システムは、レーザ発振器と、ファイバと、前記ファイバの直前に位置し、前記レーザ発振器からのレーザビームを前記ファイバに直接に結像する結合レンズを有して構成されるファイバ結合光学システムにおいて、前記結合レンズにおける前記ファイバが配置されている側の反対側で、前記ファイバの入射端面での像が、前記結合レンズを介して結像されるような位置に配置された第１アパーチャと、前記結合レンズにおける前記ファイバが配置されている側の反対側の位置に配置された第２アパーチャと、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のファイバ結合光学システムは、レーザ発振器と、ファイバと、前記ファイバの直前に位置し、前記レーザ発振器からのレーザビームを前記ファイバに直接に結像する結合レンズと、前記レーザ発振器からのレーザビームを前記結合レンズに接続する１個以上のリレーレンズとを有して構成されるファイバ結合光学システムにおいて、前記結合レンズにおける前記ファイバが配置されている側の反対側で、前記ファイバの入射端面での像が、前記結合レンズと前記リレーレンズを介して結像されるような位置に配置された第１アパーチャと、前記結合レンズにおける前記ファイバが配置されている側の反対側の位置に配置された第２アパーチャと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のファイバ結合光学システムは、前記第１アパーチャは、前記ファイバの入射端面でのレーザビームの収束径が、前記ファイバのコア径より小さくなるような開口径の開口を有することを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明のファイバ結合光学システムは、前記第２アパーチャは、前記ファイバの入射端面でのレーザビームの収束角度が、前記ファイバのＮＡ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）より小さくなるような開口径の開口を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のファイバ結合光学システムは、レーザ発振器と、第１リレーレンズと、第２リレーレンズと、結合レンズと、ファイバと、が縦続に接続されて構成されるファイバ結合光学システムであって、
ファイバの入射端面での像が、前記結合レンズと前記第２リレーレンズとを介して結像される位置で、且つ、前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズ間の位置に配置され、前記ファイバの入射端面でのレーザビームの収束径が、前記ファイバのコア径より小さくなるような開口径を備える開口を有する第１アパーチャと、
前記第２リレーレンズと前記結合レンズ間の位置に配置され、前記ファイバの入射端面でのレーザビームの収束角度が、前記ファイバのＮＡ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）より小さくなるような開口径の開口を有する第２アパーチャと、を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明のファイバ結合光学システムは、前記第１アパーチャと第２アパーチャは、ガラスで構成されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態によるファイバ結合光学システムの構成ブロック図である。
【００１５】
図１を参照して、本発明のファイバ結合光学システムは、レーザ発振器１と、第１リレーレンズ２と、第１アパーチャ３と、第２リレーレンズ４と、第２アパーチャ５と、結合レンズ６と、ファイバ７と、が縦続に接続されて構成される。
【００１６】
レーザ発振器１は、高出力レーザ光を発振するレーザ発振器で、例えば、ＹＡＧレーザ発振器に代表される固体レーザ発振器である。
【００１７】
第１リレーレンズ２は、レーザ発振器１から出射されるレーザ光を、第１アパーチャ３に接続するためのレンズである。
【００１８】
第１アパーチャ３は、ファイバ７の入射端面での像が結合レンズ６と第２リレーレンズ４とにより結像される位置で、且つ、第１リレーレンズ２と第２リレーレンズ４間の位置に配置され、ファイバ７に入射するレーザビームの集光径を制限する。そして、第１アパーチャ３は、吸収が少なく耐熱性を有する透明材料に、例えば、ガラスに、レーザビームの径を制限するための開口半径Ｒ１の開口が設けられている。
【００１９】
第２リレーレンズ４は、第１アパーチャ３により径が制限されたレーザビームを、第２アパーチャ５に入射する。
【００２０】
第２アパーチャ５は、第２リレーレンズ４と結合レンズ６間の位置に配置され、第２リレーレンズ４からのレーザビームの径を制限し、ファイバ７に入射するレーザビームの集束角度を制限する。そして、第２アパーチャ５は、第１アパーチャ３と同様に、吸収が少なく耐熱性を有する透明材料に、例えば、ガラスに、レーザビームの径を制限するための開口半径Ｒ２の開口が設けられている。
【００２１】
結合レンズ６は、第１アパーチャ３により集光径が制限され、且つ、第２アパーチャ５により集束角度が制限されるレーザビームを、ファイバ７の入射端面に結合する。
ファイバ７は、結合レンズ６により結合されるレーザビームを対象装置に伝送する。
【００２２】
次に、本発明の実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の動作を説明するための図で、図３は、本発明による特性を示す図である。
【００２４】
動作の説明を簡単にするため、図２に示されるように、第１リレーレンズ２と第２リレーレンズ４と結合レンズ６との焦点の位置と、レーザビームが最小スポット半径を取る位置とを一致するように第１リレーレンズ２と第２リレーレンズ４と結合レンズ６とが配置され、そして、第１リレーレンズ２と第２リレーレンズ４と結合レンズ６との焦点の位置にレーザ発振器１と第１アパーチャ３と第２アパーチャ５とが配置されているとする。
【００２５】
一般に、レンズ伝搬におけるレーザビームの最小スポット半径と最小スポット位置は、次式で表される。
【００２６】
【数１】

【００２７】
ここで、ｆは、レンズの焦点距離で、ｗ０、ｗ１は、レンズの前後での最小スポット半径で、ｄ０、ｄ１は、レンズの前後での最小スポット位置で、θ１は、レンズの後方でのビーム拡がり角である。
【００２８】
焦点の位置と最小スポット半径を取る位置とが一致するとき、すなわち、ｄ１＝ｆとするとき、式（１）と式（２）から、ｄ０＝ｆで、ｗ０＝ｆ・θ１であり、そして、ビーム積保存側により、レンズの前方でのビーム拡がり角θ０＝ｗ１／ｆが得られる。これらの関係を使用して、図２に示されるファイバ結合光学システムの動作を説明する。ファイバの入射端面側から順を追って説明する。
【００２９】
まず、レーザビームのファイバへの入射条件の一つは、ファイバ７への、レーザビームの集束角度が、ファイバ７のＮＡ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）より小でなければならない。すなわち、ファイバ７のＮＡをδとするとき、レーザビームの集束角度＜δを満足する必要がある。
【００３０】
結合レンズ６の、ファイバ７方向のビーム拡がり角θ０３は、結合レンズ６の焦点距離ｆ３と、結合レンズ６の、ファイバ７と反対方向の焦点での最小スポット半径ｗ１３と、結合レンズ６の、ファイバ７と反対方向のビーム拡がり角θ１３とで、θ０３＝ｗ１３／ｆ３と与えられる。ここで、ｗ１３は、第２アパーチャ５が存在しないときの、結合レンズ６のみによる最小スポット半径であることに注意を要する。したがって、このとき、ファイバ７へのレーザビームの集束角度は、ビーム拡がり角θ０３そのものである。
【００３１】
ファイバ７へのレーザビームの集束角度＜δを満足させるため、結合レンズ６の、ファイバ７と反対方向の焦点の位置に、開口半径Ｒ２の開口を有する第２アパーチャ５を配置する。このとき、ファイバ７へのレーザビームの集束角度は、Ｒ２／ｆ３で与えられる。（Ｒ２／ｆ３）＜δを満足するような開口半径Ｒ２の開口を有する第２アパーチャ５は、ビーム拡がり角θ０３を制限して、レーザビームとファイバ７との結合損を小にすることができる。
【００３２】
次に、レーザビームのファイバへの入射条件のもう一つは、ファイバ７への、レーザビームの集光半径が、ファイバ７のコア半径Ｒｆより小でなければならない。
【００３３】
焦点距離ｆ２を有する第２リレーレンズ４を考慮して、ファイバ７の入射端面での、レーザビームの最小スポット半径ｗ０３は、ｗ０３＝ｆ３・θ１３＝ｆ３・ｗ１２／ｆ２で与えられる。ここで、ｗ１２は、第２アパーチャ３が存在しないときの、第２リレーレンズ４あるいは第１リレーレンズ２の最小スポット半径であることに注意を要する。したがって、このとき、ファイバ７へのレーザビームの集光半径は、レーザビームの最小スポット半径ｗ０３そのものである。
【００３４】
ファイバ７へのレーザビームの集光半径＜コア半径Ｒｆを満足させるため、ｗ０３＜コア半径Ｒｆでなければならない。そこで、第２リレーレンズ４の、ファイバ７と反対方向の焦点の位置に、開口半径Ｒ１の開口を有する第１アパーチャ３を配置する。
【００３５】
ファイバ７へのレーザビームの集光半径Ｒ１・ｆ３／ｆ２＜コア半径Ｒｆを満足するような開口半径Ｒ１の開口が、レーザビームとファイバ７との結合損を小にすることができる。
【００３６】
以上に示す通り、本発明は、２個所に設けられたアパーチャが、ファイバの入射端面での集光半径と集束角度を一意的に制限するよう構成され、ファイバの入射条件を満足させ、レーザビームとファイバとの結合損を最小にしている。
【００３７】
レーザ発振器１がＹＡＧレーザ発振器等の固体レーザ発振器であるとき、ファイバ結合光学システムの、熱レンズ焦点距離によるビーム拡がり角と最小スポット半径との特性は、図３で示される。ここで、熱レンズ焦点距離は、レーザビームの励起強度によって発生する熱レンズ効果による焦点距離である。
【００３８】
ビーム拡がり角が、ファイバ７のＮＡ＝δ、すなわち、ビーム拡がり角の特性で点１００、以下で、しかも、最小スポット半径が、ファイバ７のコア半径Ｒｆ、すなわち、最小スポット半径の特性で点２００、以下で、しかも、レーザ動作範囲以内の、領域は、ビーム拡がり角が点１００から点１０１で、最小スポット半径が点２００から点２０１の領域で、ファイバの入射条件を満足する満足領域である。
【００３９】
ファイバ７の入射端面での集光半径Ｒ１・ｆ３／ｆ２とファイバ７の入射端面での収束角Ｒ２／ｆ３が、この満足領域内に入るように（ここでは、点１１１と点２１１）、第１アパーチャの開口半径Ｒ１と第２アパーチャの開口半径Ｒ２とを選ぶことにより、より結合損を小さくし、ファイバの発熱を抑制し、高信頼、高安定なファイバ結合光学システムを実現できる。
【００４０】
また、本発明は、光学部品材質中の脈理や気泡，空気中の埃などによる散乱光の影響など、機器の安定性が損なわれる場合、あるいは、レンズ焦点距離精度とアパーチャの開口径の誤差，ファイバの製造誤差がある場合、ファイバ７の入射端面での集光半径Ｒ１・ｆ３／ｆ２とファイバ７の入射端面での収束角Ｒ２／ｆ３が、変動しても、満足領域内の範囲で誤差を吸収できるので、製造性が高く、しかも高信頼、高安定なファイバ結合光学システムを実現できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、２個所に設けられたアパーチャが、ファイバの入射端面での集光半径と集束角度を一意的に制限するよう構成されているで、ファイバの入射条件を満足させ、レーザビームとファイバとの結合損を最小にできるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるファイバ結合光学システムの構成ブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するための図である。
【図３】本発明による特性を示す図である。
【符号の説明】
１レーザ発振器
２第１リレーレンズ
３第１アパーチャ
４第２リレーレンズ
５第２アパーチャ
６結合レンズ
７ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical system for coupling a high power laser to a fiber.
[0002]
[Prior art]
In general, the output of a laser oscillator is adjusted by excitation intensity, an optical filter, or the like. In particular, in solid-state laser oscillators represented by YAG lasers, the beam parameters and the emission direction may change due to the influence of the thermal lens effect, etc., but in conventional fiber-coupled optical systems, this change causes the laser fiber. The amount of non-bonded was very small and this effect was not considered.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, in solid-state laser oscillators represented by YAG laser oscillators, by adopting a high-efficiency excitation method by crystal enlargement and LD (semiconductor laser) excitation, and a multi-stage coupling method by MOPA (Master Oscillation Parametric Amplifier) method, Significantly higher brightness and higher output are progressing.
[0004]
For this reason, the loss due to the minute non-coupling of the laser to the fiber due to the change in the beam parameter and the emission direction accompanying the change in output often acts as a heat source. And the heat-generation source by this loss has the subject that an optical fiber or a connector is damaged and the reliability of a fiber coupling optical system is impaired.
[0005]
The object of the present invention is to provide a highly reliable and highly stable fiber-coupled optical system by solving the above-mentioned conventional problems and arranging the apertures effectively and appropriately while satisfying the fiber incidence conditions. There is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A fiber coupling optical system according to the present invention includes a laser oscillator, a fiber, and a coupling lens that is positioned immediately before the fiber and that directly forms a laser beam from the laser oscillator on the fiber. In the coupling optical system, on the opposite side of the coupling lens on the side on which the fiber is disposed, the first lens is disposed at a position where an image on the incident end surface of the fiber is formed through the coupling lens. It has 1 aperture and the 2nd aperture arrange | positioned in the position on the opposite side to the side in which the said fiber in the said coupling lens is arrange | positioned, It is characterized by the above-mentioned.
[0008]
Further, a fiber coupling optical system of the present invention includes a laser oscillator, a fiber, a coupling lens that is positioned immediately before the fiber, and directly forms an image of a laser beam from the laser oscillator on the fiber, and the laser oscillator. And a one or more relay lenses for connecting the laser beam to the coupling lens, wherein the coupling lens has a side opposite to the side where the fiber is disposed . A first aperture disposed at a position where an image on the incident end face is imaged via the coupling lens and the relay lens; and a position on the coupling lens opposite to the side on which the fiber is disposed. And a second aperture disposed on the surface.
[0009]
In the fiber coupling optical system of the present invention, the first aperture has an opening having an opening diameter such that a converging diameter of a laser beam at an incident end face of the fiber is smaller than a core diameter of the fiber. And
[0010]
Furthermore, in the fiber coupling optical system of the present invention, the second aperture has an aperture having an aperture diameter such that the convergence angle of the laser beam at the incident end face of the fiber is smaller than the NA (Numerical Aperture) of the fiber. It is characterized by that.
[0011]
The fiber coupling optical system of the present invention is a fiber coupling optical system configured by connecting a laser oscillator, a first relay lens, a second relay lens, a coupling lens, and a fiber in cascade. ,
An image on the incident end face of the fiber is disposed at a position where the image is formed via the coupling lens and the second relay lens and at a position between the first relay lens and the second relay lens, A first aperture having an aperture having an aperture diameter such that a convergent diameter of a laser beam at an incident end face of the fiber is smaller than a core diameter of the fiber;
The first relay lens is disposed at a position between the second relay lens and the coupling lens, and has an aperture having an aperture diameter such that the convergence angle of the laser beam at the incident end face of the fiber is smaller than the NA (Numerical Aperture) of the fiber. And two apertures.
[0012]
Furthermore, the fiber coupling optical system of the present invention is characterized in that the first aperture and the second aperture are made of glass.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a configuration block diagram of a fiber coupling optical system according to an embodiment of the present invention.
[0015]
Referring to FIG. 1, the fiber coupling optical system of the present invention includes a laser oscillator 1, a first relay lens 2, a first aperture 3, a second relay lens 4, a second aperture 5, and a coupling lens 6. And the fiber 7 are connected in cascade.
[0016]
The laser oscillator 1 is a laser oscillator that oscillates high-power laser light, and is, for example, a solid-state laser oscillator typified by a YAG laser oscillator.
[0017]
The first relay lens 2 is a lens for connecting the laser light emitted from the laser oscillator 1 to the first aperture 3.
[0018]
The first aperture 3 is a position where an image on the incident end face of the fiber 7 is formed by the coupling lens 6 and the second relay lens 4, and a position between the first relay lens 2 and the second relay lens 4. The condensing diameter of the laser beam that is disposed and incident on the fiber 7 is limited. The first aperture 3 is provided with an opening having an opening radius R1 for limiting the diameter of the laser beam, for example, in glass, in a transparent material that has little absorption and heat resistance.
[0019]
The second relay lens 4 is incident on the second aperture 5 with a laser beam whose diameter is limited by the first aperture 3.
[0020]
The second aperture 5 is disposed at a position between the second relay lens 4 and the coupling lens 6 and restricts the diameter of the laser beam from the second relay lens 4 and restricts the focusing angle of the laser beam incident on the fiber 7. . As in the first aperture 3, the second aperture 5 is provided with an opening having an opening radius R2 for limiting the diameter of the laser beam, for example, in glass, in a transparent material that absorbs little heat and has heat resistance. Yes.
[0021]
The coupling lens 6 couples, to the incident end face of the fiber 7, a laser beam whose condensing diameter is limited by the first aperture 3 and whose focusing angle is limited by the second aperture 5.
The fiber 7 transmits the laser beam coupled by the coupling lens 6 to the target device.
[0022]
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing characteristics according to the present invention.
[0024]
In order to simplify the explanation of the operation, as shown in FIG. 2, the positions of the focal points of the first relay lens 2, the second relay lens 4 and the coupling lens 6 and the position where the laser beam takes the minimum spot radius are determined. The first relay lens 2, the second relay lens 4, and the coupling lens 6 are disposed so as to coincide with each other, and the laser oscillator 1 is positioned at the focal point of the first relay lens 2, the second relay lens 4, and the coupling lens 6. And the first aperture 3 and the second aperture 5 are arranged.
[0025]
Generally, the minimum spot radius and the minimum spot position of a laser beam in lens propagation are expressed by the following equations.
[0026]
[Expression 1]

[0027]
Here, f is the focal length of the lens, w0 and w1 are the minimum spot radii before and after the lens, d0 and d1 are the minimum spot positions before and after the lens, and θ1 is the rear of the lens. Beam divergence angle.
[0028]
When the position of the focal point coincides with the position where the minimum spot radius is taken, that is, when d1 = f, from Equation (1) and Equation (2), d0 = f, w0 = f · θ1, and On the beam product storage side, the beam divergence angle θ0 = w1 / f in front of the lens is obtained. Using these relationships, the operation of the fiber-coupled optical system shown in FIG. 2 will be described. A description will be given in order from the incident end face side of the fiber.
[0029]
First, as one of the conditions for incidence of the laser beam on the fiber, the focusing angle of the laser beam on the fiber 7 must be smaller than the NA (Numerical Aperture) of the fiber 7. That is, when the NA of the fiber 7 is δ, it is necessary to satisfy the laser beam focusing angle <δ.
[0030]
The beam divergence angle θ03 of the coupling lens 6 in the direction of the fiber 7 is the focal length f3 of the coupling lens 6, the minimum spot radius w13 of the coupling lens 6 at the focal point opposite to the fiber 7, and the fiber of the coupling lens 6 7 and a beam divergence angle θ13 in the opposite direction, θ03 = w13 / f3. Here, it should be noted that w13 is the minimum spot radius by only the coupling lens 6 when the second aperture 5 is not present. Therefore, at this time, the focusing angle of the laser beam onto the fiber 7 is the beam divergence angle θ03 itself.
[0031]
In order to satisfy the focusing angle <δ of the laser beam on the fiber 7, the second aperture 5 having an opening with an opening radius R <b> 2 is disposed at the focal point of the coupling lens 6 in the direction opposite to the fiber 7. At this time, the focusing angle of the laser beam on the fiber 7 is given by R2 / f3. The second aperture 5 having an aperture with an aperture radius R2 that satisfies (R2 / f3) <δ can limit the beam divergence angle θ03 and reduce the coupling loss between the laser beam and the fiber 7. .
[0032]
Next, another condition for the incidence of the laser beam on the fiber is that the condensing radius of the laser beam on the fiber 7 must be smaller than the core radius Rf of the fiber 7.
[0033]
Considering the second relay lens 4 having the focal length f2, the minimum spot radius w03 of the laser beam at the incident end face of the fiber 7 is given by w03 = f3 · θ13 = f3 · w12 / f2. Here, it should be noted that w12 is the minimum spot radius of the second relay lens 4 or the first relay lens 2 when the second aperture 3 is not present. Accordingly, at this time, the condensing radius of the laser beam onto the fiber 7 is the minimum spot radius w03 of the laser beam itself.
[0034]
In order to satisfy the condensing radius of the laser beam on the fiber 7 <core radius Rf, w03 <core radius Rf must be satisfied. Therefore, the first aperture 3 having an opening with an opening radius R1 is disposed at the focal point of the second relay lens 4 in the direction opposite to the fiber 7.
[0035]
An opening having an opening radius R1 that satisfies the condensing radius R1 · f3 / f2 <core radius Rf of the laser beam to the fiber 7 can reduce the coupling loss between the laser beam and the fiber 7.
[0036]
As described above, the present invention is configured such that the apertures provided at two locations uniquely limit the condensing radius and the focusing angle at the incident end face of the fiber, satisfy the fiber incident condition, and The coupling loss between the fiber and the fiber is minimized.
[0037]
When the laser oscillator 1 is a solid-state laser oscillator such as a YAG laser oscillator, the characteristics of the beam divergence angle and the minimum spot radius depending on the thermal lens focal length of the fiber coupled optical system are shown in FIG. Here, the thermal lens focal length is the focal length due to the thermal lens effect generated by the excitation intensity of the laser beam.
[0038]
The beam divergence angle is NA = δ of the fiber 7, that is, the beam divergence angle characteristic is 100 or less, and the minimum spot radius is the core radius Rf of the fiber 7, that is, the minimum spot radius characteristic is point 200. In the following, the region within the laser operating range is a satisfactory region satisfying the fiber incidence condition in the region where the beam divergence angle is from point 100 to point 101 and the minimum spot radius is from point 200 to point 201. .
[0039]
The condensing radius R1 · f3 / f2 at the incident end face of the fiber 7 and the convergence angle R2 / f3 at the incident end face of the fiber 7 are within this satisfactory region (here, points 111 and 211). By selecting the aperture radius R1 of one aperture and the aperture radius R2 of the second aperture, it is possible to further reduce the coupling loss, suppress the heat generation of the fiber, and realize a highly reliable and highly stable fiber coupling optical system.
[0040]
In addition, the present invention can be used when the stability of the device is impaired due to striae in the optical component material, the influence of scattered light due to air bubbles, dust in the air, or the like, or the error in lens focal length accuracy and aperture aperture diameter. When there is a manufacturing error of the fiber, even if the condensing radius R1 · f3 / f2 at the incident end face of the fiber 7 and the convergence angle R2 / f3 at the incident end face of the fiber 7 fluctuate, they are within the range of the satisfactory region. Since errors can be absorbed, it is possible to realize a highly reliable and highly stable fiber-coupled optical system that is highly manufacturable.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the apertures provided at the two locations are configured so as to uniquely limit the condensing radius and the converging angle at the incident end face of the fiber, satisfying the incident condition of the fiber. Thus, the effect that the coupling loss between the laser beam and the fiber can be minimized can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration block diagram of a fiber coupling optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing characteristics according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 1st relay lens 3 1st aperture 4 2nd relay lens 5 2nd aperture 6 Coupling lens 7 Fiber

Claims

In a fiber coupling optical system configured to include a laser oscillator, a fiber, and a coupling lens that is positioned immediately before the fiber and directly forms an image of a laser beam from the laser oscillator on the fiber . A first aperture disposed on a side opposite to the side on which the fiber is disposed so that an image on an incident end face of the fiber is imaged through the coupling lens; And a second aperture disposed at a position opposite to the side where the fiber is disposed .

A laser oscillator, a fiber, a coupling lens that is positioned immediately before the fiber and directly forms an image of the laser beam from the laser oscillator on the fiber, and a laser beam from the laser oscillator is connected to the coupling lens. In the fiber coupling optical system configured to include at least one relay lens, an image on the incident end surface of the fiber on the side opposite to the side where the fiber is disposed in the coupling lens is the coupling lens. A first aperture disposed at a position where an image is formed via the relay lens; and a second aperture disposed at a position opposite to the side where the fiber is disposed in the coupling lens . A fiber-coupled optical system.

3. The fiber according to claim 1, wherein the first aperture has an opening having an opening diameter such that a converging diameter of a laser beam at an incident end surface of the fiber is smaller than a core diameter of the fiber. Combined optical system.

The said 2nd aperture has an opening of the opening diameter so that the convergence angle of the laser beam in the incident end face of the said fiber may become smaller than NA (Numerical Aperture) of the said fiber, It is characterized by the above-mentioned. A fiber-coupled optical system as described.

A fiber coupling optical system configured by connecting a laser oscillator, a first relay lens, a second relay lens, a coupling lens, and a fiber in cascade, wherein an image at an incident end face of the fiber is Convergence of the laser beam at the incident end face of the fiber, which is disposed at a position where the image is formed via the coupling lens and the second relay lens and between the first relay lens and the second relay lens. A first aperture having an aperture with a diameter smaller than the core diameter of the fiber, and a laser beam on the incident end face of the fiber, disposed at a position between the second relay lens and the coupling lens. And a second aperture having an aperture with an aperture diameter such that the convergence angle of the fiber is smaller than the NA (Numerical Aperture) of the fiber. Fiber coupling optical system according to claim Rukoto.

It said first aperture and the second aperture, a fiber coupling optical system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is made of glass.