JP2016072610A - Laser apparatus, ignition apparatus and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ装置、点火装置及び内燃機関に係り、更に詳しくは、レーザ共振器を有するレーザ装置、該レーザ装置を有する点火装置、及び該点火装置を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to a laser device, an ignition device, and an internal combustion engine, and more particularly to a laser device having a laser resonator, an ignition device having the laser device, and an internal combustion engine including the ignition device.
光励起によって発振するレーザ結晶を用いたレーザ装置は、点火装置、レーザ加工機、医療用機器など様々な分野への応用が期待されている。 A laser device using a laser crystal that oscillates by optical excitation is expected to be applied to various fields such as an ignition device, a laser processing machine, and a medical device.
例えば、特許文献1には、レーザ装置と、複数の面発光レーザを有するポンプ光源とを備えたレーザ点火装置が開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a laser ignition device including a laser device and a pump light source having a plurality of surface emitting lasers.
しかしながら、従来のレーザ装置では、所望のレーザ特性を安定的に得るのは困難であった。 However, it has been difficult for the conventional laser apparatus to stably obtain desired laser characteristics.
本発明は、光源と、前記光源から射出された光を伝送する光伝送部材と、前記光伝送部材を介した光の光路上に配置された複数の光学素子と、前記複数の光学素子を介した光が入力されるレーザ共振器と、前記複数の光学素子のうち少なくとも1つの光学素子の位置を調整するための調整機構とを備えるレーザ装置である。 The present invention provides a light source, a light transmission member that transmits light emitted from the light source, a plurality of optical elements disposed on an optical path of light via the light transmission member, and the plurality of optical elements. The laser device includes a laser resonator to which the received light is input and an adjustment mechanism for adjusting the position of at least one of the plurality of optical elements.
本発明のレーザ装置によれば、所望のレーザ特性を安定的に得ることができる。 According to the laser device of the present invention, desired laser characteristics can be stably obtained.
「概要」
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図1には、一実施形態に係る内燃機関としてのエンジン300の主要部が模式図的に示されている。
"Overview"
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a main part of an
このエンジン300は、点火装置301、燃料噴出機構302、排気機構303、燃焼室304、及びピストン305などを備えている。
The
エンジン300の動作について簡単に説明する。
(1)燃料噴出機構302が、燃料と空気の可燃性混合気を燃焼室304内に噴出させる(吸気)。
(2)ピストン305が上昇し、可燃性混合気を圧縮する(圧縮)。
(3)点火装置301が、燃焼室304内にレーザ光を射出する。これにより、燃料に点火される(着火)。
(4)燃焼ガスが発生し、ピストン305が降下する(燃焼)。
(5)排気機構303が、燃焼ガスを燃焼室304外へ排気する(排気)。
The operation of
(1) The
(2) The
(3) The
(4) Combustion gas is generated and the
(5) The
このように、吸気、圧縮、着火、燃焼、排気からなる一連の過程が繰り返される。そして、燃焼室304内の気体の体積変化に対応してピストン305が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には例えば天然ガスやガソリン等が用いられる。
Thus, a series of processes consisting of intake, compression, ignition, combustion, and exhaust are repeated. Then, the
なお、エンジン300は、該エンジン300の外部に設けられ、該エンジン300と電気的に接続されているエンジン制御装置の指示に基づいて、上記動作を行う。
点火装置301は、一例として図2に示されるように、レーザ装置200、射出光学系210、及び保護部材212などを有している。
As shown in FIG. 2 as an example, the
射出光学系210は、レーザ装置200から射出される光を集光する。これにより、集光点で高いエネルギー密度を得ることができる。
The emission
保護部材212は、燃焼室304に臨んで設けられた透明の窓である。ここでは、一例として、保護部材212の材料としてサファイアガラスが用いられている。
The
レーザ装置200は、面発光レーザアレイ201、第1集光光学系203、光ファイバ204、第2集光光学系205、及びレーザ共振器206を備えている。なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系を用い、面発光レーザアレイ201からの光の射出方向を+Z方向として説明する。
The
面発光レーザアレイ201は、励起用光源であり、複数の発光部を有している。各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。
The surface emitting
面発光レーザアレイは、射出される光の、温度による波長ずれが非常に少ないため、励起波長のずれによって特性が大きく変化するQスイッチレーザを励起するのに有利な光源である。そこで、面発光レーザアレイを励起用光源に用いると、環境の温度制御を簡易なものにできるという利点がある。 The surface-emitting laser array is a light source that is advantageous for exciting a Q-switched laser whose characteristics change greatly due to a shift in excitation wavelength because the wavelength shift of emitted light due to temperature is very small. Therefore, when a surface emitting laser array is used as an excitation light source, there is an advantage that environmental temperature control can be simplified.
第1集光光学系203は、面発光レーザアレイ201から射出される光を集光する。
The first condensing
光ファイバ204は、第1集光光学系203によって光が集光される位置にコアの−Z側端面の中心が位置するように配置されている。
The
光ファイバ204を設けることによって、面発光レーザアレイ201をレーザ共振器206から離れた位置に置くことができる。これにより配置設計の自由度を増大させることができる。また、レーザ装置200を点火装置に用いる際に、熱源から面発光レーザアレイ201を遠ざけることができるため、エンジン300を冷却する方法の幅を広げることが可能である。
By providing the
光ファイバ204に入射した光はコア内を伝播し、コアの+Z側端面から射出される。
The light incident on the
第2集光光学系205は、光ファイバ204から射出された光の光路上に配置され、該光を集光する。第2集光光学系205で集光された光は、レーザ共振器206に入射する。
The second condensing
レーザ共振器206は、Qスイッチレーザであり、一例として図3に示されるように、レーザ媒質206a、及び可飽和吸収体206bを有している。
The
レーザ媒質206aは、共振器長が8mmの直方体形状のNd:YAG結晶である。可飽和吸収体206bは、長さが2mmの直方体形状のCr:YAG結晶である。
The
なお、ここでは、Nd:YAG結晶とCr:YAG結晶は接合されており、いわゆるコンポジット結晶となっている。また、Nd:YAG結晶及びCr:YAG結晶は、いずれもセラミックスである。 Here, the Nd: YAG crystal and the Cr: YAG crystal are joined to form a so-called composite crystal. Both the Nd: YAG crystal and the Cr: YAG crystal are ceramics.
第2集光光学系205からの光は、レーザ媒質206aに入射される。すなわち、第2集光光学系205からの光によってレーザ媒質206aが励起される。なお、面発光レーザアレイ201から射出される光の波長は、YAG結晶において最も吸収効率の高い波長808nmであることが望ましい。そして、可飽和吸収体206bは、Qスイッチの動作を行う。
The light from the second condensing
レーザ媒質206aの入射側(−Z側)の面、及び可飽和吸収体206bの射出側(+Z側)の面は光学研磨処理がなされ、ミラーの役割を果たしている。なお、以下では、便宜上、レーザ媒質206aの入射側の面を「第1の面」ともいい、可飽和吸収体206bの射出側の面を「第2の面」ともいう(図3参照)。
The surface on the incident side (−Z side) of the
そして、第1の面及び第2の面には、面発光レーザアレイ201から射出される光の波長、及びレーザ共振器206から射出される光の波長に応じた誘電体膜がコーティングされている。
The first surface and the second surface are coated with a dielectric film corresponding to the wavelength of light emitted from the surface emitting
具体的には、第1の面には、波長が808nmの光に対して十分に高い透過率を示し、波長が1064nmの光に対して十分に高い反射率を示すコーティングがなされている。また、第2の面には、波長が1064nmの光に対して所望のしきい値が得られるように選択された反射率を示すコーティングがなされている。 Specifically, the first surface is coated with a sufficiently high transmittance for light having a wavelength of 808 nm and a sufficiently high reflectance for light having a wavelength of 1064 nm. In addition, the second surface is coated with a reflectance that is selected so that a desired threshold is obtained for light having a wavelength of 1064 nm.
これにより、レーザ共振器206内で光が共振し増幅される。ここでは、レーザ共振器206の共振器長は10(=8+2)mmである。
As a result, the light resonates and is amplified in the
図2に戻り、駆動装置220は、エンジン制御装置222の指示に基づいて、面発光レーザアレイ201を駆動する。すなわち、駆動装置220は、エンジン300の動作における着火のタイミングで点火装置301から光が射出されるように、面発光レーザアレイ201を駆動する。なお、面発光レーザアレイ201における複数の発光部は、同時に点灯及び消灯される。
Returning to FIG. 2, the driving
上記実施形態において、面発光レーザアレイ201をレーザ共振器206から離れた位置に置く必要がない場合は、光ファイバ204が設けられなくても良い。
In the above embodiment, when it is not necessary to place the surface emitting
また、前記第1集光光学系203及び前記射出光学系210は、いずれも単一のレンズからなっていても良いし、複数のレンズからなっていても良い。
Further, each of the first condensing
また、ここでは、内燃機関として燃焼ガスによってピストンを運動させるエンジン(ピストンエンジン)の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロータリーエンジンや、ガスタービンエンジンや、ジェットエンジンであっても良い。要するに、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するものであれば良い。 Here, the case of an engine (piston engine) in which a piston is moved by combustion gas as an internal combustion engine has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a rotary engine, a gas turbine engine, or a jet engine may be used. In short, what is necessary is just to burn the fuel and generate the combustion gas.
また、排熱を利用して、動力や温熱や冷熱を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに、点火装置301を用いても良い。
In addition, the
また、ここでは、点火装置301が内燃機関に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
Although the case where the
また、ここでは、レーザ装置200が点火装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ加工機、レーザピーニング装置、テラヘルツ発生装置などに用いることができる。
Although the case where the
「詳細」
レーザ共振器206に入射する光の「ビームウェスト径」及び「入射角」、並びに「第1の面から焦点までの距離」(図4参照)といった、いわゆる入射光特性は、Qスイッチレーザ特性に大きく影響する。そして、例えば、組付け誤差によって上記入射光特性が変化すると、Qスイッチレーザ特性が変化する。
"Details"
The so-called incident light characteristics such as “beam waist diameter” and “incident angle” of light incident on the
面発光レーザ201における複数の発光部は、直径8.9mmの領域内に配置されている。そして、面発光レーザ201から光を射出する際には、複数の発光部は、同時に発光される。
The plurality of light emitting portions in the
このように、面発光レーザ201は、複数の発光部を有しているため、光出力を大きくすることができる。ここでは、面発光レーザ201の光出力は約200Wである。
Thus, since the
本実施形態では、第2集光光学系205は、第1レンズ205a、第2レンズ205b、及び複数のスペーサ部材(207a〜207d)を有している(図5参照)。なお、第2集光光学系205は、3つ以上のレンズを有していても良い。
In the present embodiment, the second condensing
第1レンズ205aは、コリメートレンズであり、光ファイバ204から射出された光を略平行光とする。ここでは、第1レンズ205aとして、焦点距離が8mmのコリメートレンズ(Thorlabs社製、型番:C240TME−B)を用いている。
The
第2レンズ205bは、集光レンズであり、第1レンズ205aによって略平行光とされた光を集光する。ここでは、第2レンズ205bとして、焦点距離が6.24mmの集光レンズ(Thorlabs社製、型番:C110TME−B)を用いている。
The
なお、第1レンズ205a及び第2レンズ205bとして、上記以外のものを用いても良い。
In addition, you may use things other than the above as the
本実施形態では、第1レンズ205a、第2レンズ205b、及びレーザ共振器206のZ軸方向に関する位置を調整することにより、上記入射光特性を調整することができる。
In the present embodiment, the incident light characteristics can be adjusted by adjusting the positions of the
例えば、「第1の面から焦点までの距離」を調整する場合は、第2レンズ205b及びレーザ共振器206の少なくとも一方のZ軸方向に関する位置を調整する。
For example, when adjusting the “distance from the first surface to the focal point”, the position of at least one of the
また、「ビームウェスト径」を調整する場合は、第1レンズ205a及び第2レンズ205bの少なくとも一方のZ軸方向に関する位置を調整する。
When adjusting the “beam waist diameter”, the position of at least one of the
また、「入射角」を調整する場合は、第1レンズ205a及び第2レンズ205bの少なくとも一方のZ軸方向に関する位置を調整する。
When adjusting the “incident angle”, the position of at least one of the
本実施形態では、第1レンズ205aの位置調整は、スペーサ部材207a及びスペーサ部材207bの少なくとも一方によって行われる。
In the present embodiment, the position adjustment of the
また、第2レンズ205bの位置調整は、スペーサ部材207b及びスペーサ部材207cの少なくとも一方によって行われる。
The position adjustment of the
また、レーザ共振器206の位置調整は、スペーサ部材207c及びスペーサ部材207dの少なくとも一方によって行われる。
The position adjustment of the
ここでは、一例として図6に示されるように、第1レンズ205aは、第1レンズホルダ226に保持され、第2レンズ205bは、第2レンズホルダ223に保持されている。また、レーザ共振器206は、結晶ホルダ224に保持され、射出光学系210は、第3レンズホルダ225に保持されている。そして、光ファイバ204は、ファイバホルダ221に保持されている。
Here, as an example, as shown in FIG. 6, the
各ホルダは、外周に雄ねじが形成されている。そして、第1レンズホルダ226、第2レンズホルダ223、及び結晶ホルダ224は、発振筐体の内部に収容されている。発振筐体の内部には、各ホルダの雄ねじに対応する雌ねじが形成されている。ファイバホルダ221は、発振筐体の−Z側端部から発振筐体内にねじ込まれ、第3レンズホルダ225は、発振筐体の+Z側端部から発振筐体内にねじ込まれている。この場合は、各ホルダを回転させることにより、各ホルダをZ軸方向に関して移動させることができる。
Each holder has a male screw formed on the outer periphery. The
すなわち、第1レンズホルダ226を回転させることによって、第1レンズ205aのZ軸方向に関する位置を調整することができる。また、第2レンズホルダ223を回転させることによって、第2レンズ205bのZ軸方向に関する位置を調整することができる。さらに、結晶ホルダ224を回転させることによって、レーザ共振器206のZ軸方向に関する位置を調整することができる。
That is, the position of the
各スペーサ部材は、一例として図7(A)及び図7(B)に示されるように、光が通過できるように中央に開口部を有するリング状の板部材である。なお、図7(B)は、図7(A)のA−A断面図である。 As shown in FIGS. 7A and 7B as an example, each spacer member is a ring-shaped plate member having an opening at the center so that light can pass therethrough. Note that FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
ここでは、各スペーサ部材として、ステンレス鋼(SUS430)の板部材が用いられている。そして、基本構成では、スペーサ部材207aの板厚は1.32mmであり、スペーサ部材207bの板厚は2.0mmであり、スペーサ部材207cの板厚は1.4mmであり、スペーサ部材207dの板厚は1.0mmである。さらに、ここでは、これらとは板厚の異なる複数の板部材が準備されている。
Here, a stainless steel (SUS430) plate member is used as each spacer member. In the basic configuration, the
(1)基準構成に対して、第1レンズ205aを−Z側に移動させる場合
この場合は、一例として図8(A)及び図8(B)に示されるように、スペーサ部材207aを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207bを基準構成よりも厚い板部材と取り替える。
(1) When the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207aを板厚が0.82mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207bを2.5mmの板部材と取り替える。
Specifically, for example, when the moving amount is 0.5 mm, the
なお、この場合に、一例として図9(A)及び図9(B)に示されるように、スペーサ部材207aを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、第1レンズホルダ226と基準構成のスペーサ部材207bとの隙間にスペーサ部材207b’を挿入しても良い。
In this case, as shown in FIG. 9A and FIG. 9B as an example, the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207aを板厚が0.82mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207b’として板厚が0.5mmの板部材を用いる。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
(2)基準構成に対して、第1レンズ205aを+Z側に移動させる場合
この場合は、一例として図10(A)及び図10(B)に示されるように、スペーサ部材207aを基準構成よりも厚い板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207bを基準構成よりも薄い板部材と取り替える。
(2) When moving the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207aを板厚が1.82mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207bを1.5mmの板部材と取り替える。
Specifically, for example, when the moving amount is 0.5 mm, the
なお、この場合に、一例として図11(A)及び図11(B)に示されるように、スペーサ部材207bを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、第1レンズホルダ226と基準構成のスペーサ部材207aとの隙間にスペーサ部材207a’を挿入しても良い。
In this case, as an example, as shown in FIGS. 11A and 11B, the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207bを板厚が1.5mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207a’として板厚が0.5mmの板部材を用いる。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
(3)基準構成に対して、第2レンズ205bを−Z側に移動させる場合
この場合は、一例として図12(A)及び図12(B)に示されるように、スペーサ部材207bを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207cを基準構成よりも厚い板部材と取り替える。
(3) When the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207bを板厚が1.5mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207cを1.9mmの板部材と取り替える。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
なお、この場合に、一例として図13(A)及び図13(B)に示されるように、スペーサ部材207bを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、第2レンズホルダ223と基準構成のスペーサ部材207cとの隙間にスペーサ部材207c’を挿入しても良い。
In this case, as shown in FIGS. 13A and 13B as an example, the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207bを板厚が1.5mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207c’として板厚が0.5mmの板部材を用いる。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
(4)基準構成に対して、第2レンズ205bを+Z側に移動させる場合
この場合は、一例として図14(A)及び図14(B)に示されるように、スペーサ部材207cを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207bを基準構成よりも厚い板部材と取り替える。
(4) When moving the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207cを板厚が0.9mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207bを2.5mmの板部材と取り替える。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
なお、この場合に、一例として図15(A)及び図15(B)に示されるように、スペーサ部材207cを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、第2レンズホルダ223と基準構成のスペーサ部材207bとの隙間にスペーサ部材207b’を挿入しても良い。
In this case, as an example, as shown in FIGS. 15A and 15B, the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207cを板厚が0.9mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207b’として板厚が0.5mmの板部材を用いる。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
(5)基準構成に対して、レーザ共振器206を−Z側に移動させる場合
この場合は、一例として図16(A)及び図16(B)に示されるように、スペーサ部材207cを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207dを基準構成よりも厚い板部材と取り替える。
(5) When moving the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207cを板厚が0.9mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207dを1.5mmの板部材と取り替える。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
なお、この場合に、一例として図17(A)及び図17(B)に示されるように、スペーサ部材207cを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、結晶ホルダ224と基準構成のスペーサ部材207dとの隙間にスペーサ部材207d’を挿入しても良い。
In this case, as shown in FIGS. 17A and 17B as an example, the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207cを板厚が0.9mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207d’として板厚が0.5mmの板部材を用いる。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
(6)基準構成に対して、レーザ共振器206を+Z側に移動させる場合
この場合は、一例として図18(A)及び図18(B)に示されるように、スペーサ部材207dを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207cを基準構成よりも厚い板部材と取り替える。
(6) When moving the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207dを板厚が0.5mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207cを1.9mmの板部材と取り替える。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
なお、この場合に、一例として図19(A)及び図19(B)に示されるように、スペーサ部材207dを基準構成よりも薄い板部材と取り替えるとともに、結晶ホルダ224と基準構成のスペーサ部材207cとの隙間にスペーサ部材207c’を挿入しても良い。
In this case, as shown in FIG. 19A and FIG. 19B as an example, the
具体的には、例えば、移動量が0.5mmのときには、スペーサ部材207dを板厚が0.5mmの板部材と取り替えるとともに、スペーサ部材207c’として板厚が0.5mmの板部材を用いる。
Specifically, for example, when the movement amount is 0.5 mm, the
本実施形態では、作業者が、レーザ共振器206から射出される光の特性であるQスイッチレーザ出力、及びパルス数が目標値に達するように、第1レンズ205a、第2レンズ205b、及びレーザ共振器206の位置調整を行う。ここでは、パルス数の目標値として、500μ秒毎に4個としている。
In the present embodiment, the
上記位置調整によって、光ファイバ204の+Z側端面と第1レンズ205aとの距離は、約3mmの範囲内で調整が可能である。また、第1レンズ205aと第2レンズ205bとの距離は、約10mmの範囲内で調整が可能である。また、第2レンズ205bとレーザ共振器206との距離は、約5mmの範囲内で調整が可能である。また、レーザ共振器206と射出光学系210との距離は、約50mmの範囲内で調整が可能である。なお、これらの調整可能な範囲は一例であり、これらに限定されるものではない。
By the position adjustment, the distance between the + Z side end face of the
ところで、第2レンズ205bが位置調整可能であれば、第1レンズ205a及びレーザ共振器206の位置をいずれも調整せずに、「第1の面から焦点までの距離」を調整することができる。
If the position of the
レーザ装置200を利用した点火装置301は、通常の点火装置、例えばスパークプラグなどに比べてエネルギーが高く、点火位置も任意に変えることができるため、エンジンの効率改善が期待できる。
The
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るレーザ装置200によると、第2集光光学系205によって、本願発明における複数の光学素子が構成され、スペーサ部材207a〜207cによって、少なくとも1つの光学素子の位置を調整するための調整機構が構成されている。また、スペーサ部材207cとスペーサ部材207dとによって、本願発明におけるレーザ共振器の位置を調整するための調整機構が構成されている。
As is clear from the above description, according to the
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置200は、面発光レーザ201、第1集光光学系203、光ファイバ204、複数の光学素子と複数のスペーサ部材(207a〜207d)を有する第2集光光学系205、及びレーザ共振器206を備えている。
As described above, the
面発光レーザ201は複数の発光部を有している。面発光レーザ201から射出された光は、第1集光光学系203で集光され、光ファイバ204を伝播し、第2集光光学系205で集光されてレーザ共振器206に入射する。
The
レーザ共振器206は、レーザ媒質206aと可飽和吸収体206bのコンポジット結晶である。このコンポジット結晶は、レーザ媒質206aと可飽和吸収体206bの境界部が分離していないため、単一の結晶と同等の特性が得られ、機械強度的及び光学的に有利である。
The
複数のスペーサ部材(207a〜207d)は、第2集光光学系205の複数の光学素子及びレーザ共振器206のZ軸方向に関する位置を調整するのに用いられる。
The plurality of spacer members (207a to 207d) are used to adjust the positions of the plurality of optical elements of the second condensing
すなわち、レーザ装置200では、光ファイバ204とレーザ共振器206との間に複数の光学素子が設けられるとともに、該複数の光学素子及びレーザ共振器206のZ軸方向に関する位置を調整するための調整機構が設けられている。
That is, in the
この場合は、レーザ共振器206に入射する光の「ビームウェスト径」及び「入射角」、並びに「第1の面から焦点までの距離」を個別に高精度に調整することができる。そこで、組付け誤差があったとしても、所望のQスイッチレーザ特性を安定的に得ることができる。
In this case, the “beam waist diameter” and “incident angle” of the light incident on the
なお、仮に第2集光光学系205が1枚のレンズで構成されていると、該レンズのZ軸方向に関する位置を調整しても、レーザ共振器206に入射する光の「ビームウェスト径」及び「入射角」、並びに「第1の面から焦点までの距離」を、それぞれ個別に精度良く調整するのは困難である。
If the second condensing
そして、本実施形態に係る点火装置301は、レーザ装置200を有しているため、結果として、安定した点火を行うことができる。なお、射出光学系210の焦点距離を調整することにより、Z軸方向に関する集光位置を調整することができる。
And since the
さらに、本実施形態に係るエンジン300は、点火装置301を備えているため、結果として、動作を安定させることができる。
Furthermore, since the
なお、上記実施形態では、スペーサ部材の材質がステンレス鋼の場合について説明したが、これに限定されるものではない。 In addition, although the said embodiment demonstrated the case where the material of the spacer member was stainless steel, it is not limited to this.
また、上記実施形態では、スペーサ部材の外形が円形状の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、スペーサ部材の外形が矩形状や楕円形状であっても良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the external shape of a spacer member was circular shape, it is not limited to this. For example, the outer shape of the spacer member may be rectangular or elliptical.
また、上記実施形態において、レーザ共振器206の位置調整が不要であれば、一例として図20に示されるレーザ装置400のように、前記スペーサ部材207dがなくても良い。
Further, in the above embodiment, if the position adjustment of the
また、上記実施形態では、スペーサ部材を用いて第1レンズ205a、第2レンズ205b及びレーザ共振器206の位置調整を行う場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、固定ねじを用いても良い(図21参照)。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the position adjustment of the
各固定ねじは、Z軸に直交する方向に沿って発振筐体を貫通し、その先端が各ホルダに対向している。そこで、固定ねじを締めるとホルダは発振筐体に固定され、固定ねじをゆるめるとホルダは発振筐体に対して固定が解除される。固定ねじは、対応するホルダの位置を調整する際にゆるめられ、調整が終了すると締められる。 Each fixing screw penetrates the oscillating housing along a direction orthogonal to the Z axis, and its tip faces each holder. Therefore, when the fixing screw is tightened, the holder is fixed to the oscillation housing, and when the fixing screw is loosened, the holder is released from the oscillation housing. The fixing screw is loosened when adjusting the position of the corresponding holder, and is tightened when the adjustment is completed.
また、上記実施形態では、スペーサ部材を用いた位置調整が、Z軸方向に関する位置調整のみに用いられる場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、X軸方向やY軸方向に関する位置調整にも用いられて良い。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the position adjustment using a spacer member was used only for the position adjustment regarding a Z-axis direction, it is not limited to this, For example, an X-axis direction or a Y-axis direction May also be used for position adjustment.
200…レーザ装置、201…面発光レーザ、203…第1集光光学系、204…光ファイバ、205…第2集光光学系、205a…第1レンズ(複数の光学素子の一つ)、205b…第2レンズ(複数の光学素子の一つ)、206…レーザ共振器、206a…レーザ媒質、206b…可飽和吸収体、207a〜207d…スペーサ部材(調整機構)、210…射出光学系(光学系)、221…ファイバホルダ、226…第1レンズホルダ、223…第2レンズホルダ、224…結晶ホルダ、225…第3レンズホルダ、300…エンジン(内燃機関)、301…点火装置、302…燃料噴出機構、303…排気機構、304…燃焼室、305…ピストン。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記光源から射出された光を伝送する光伝送部材と、
前記光伝送部材を介した光の光路上に配置された複数の光学素子と、
前記複数の光学素子を介した光が入力されるレーザ共振器と、
前記複数の光学素子のうち少なくとも1つの光学素子の位置を調整するための調整機構とを備えるレーザ装置。 A light source;
An optical transmission member for transmitting light emitted from the light source;
A plurality of optical elements arranged on an optical path of light through the light transmission member;
A laser resonator to which light is input via the plurality of optical elements;
A laser apparatus comprising: an adjustment mechanism for adjusting a position of at least one of the plurality of optical elements.
前記レーザ装置から射出された光を集光する光学系とを備える点火装置。 A laser device according to any one of claims 1 to 9,
An ignition device comprising: an optical system that collects light emitted from the laser device.
前記燃料に点火するための請求項10に記載の点火装置を備えていることを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine that generates combustion gas by burning fuel,
An internal combustion engine comprising the ignition device according to claim 10 for igniting the fuel.
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