(57)【要約】【課題】  レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置を提供する。【解決手段】  所定の波長の信号光を伝搬する光ファイバ２１の端面２１ｆが一方の端面に光学的に結合され、外径が光ファイバ２１のコア２１ａの外径より大きな光透過柱状部材３２の他方の端面側において、光透過柱状部材３２と離間して配置されるバンドパスフィルタ４４と、バンドパスフィルタ４４と光透過柱状部材３２との相対的位置を固定する固定部材４１と、を備え、バンドパスフィルタ４４は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。【選択図】    図２
2020088161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の信号光を伝搬する光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置されるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタと前記光透過柱状部材との相対的位置を固定する固定部材と、
を備え、
前記バンドパスフィルタは、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制する
ことを特徴とする保護キャップ。
【請求項２】
前記バンドパスフィルタは、平面状であり、前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の保護キャップ。
【請求項３】
少なくとも一方の面上に前記バンドパスフィルタが配置され前記信号光を透過する板状の基板と、
前記信号光を透過する板状の光透過板と、
を更に備え、
前記基板及び前記光透過板はそれぞれ前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置され、
前記信号光の光軸と重なる断面において、前記基板の傾斜方向と前記光透過板の傾斜方向とは互いに反対側である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の保護キャップ。
【請求項４】
前記基板および前記バンドパスフィルタからなる保護フィルタ及び前記光透過板のうち前記光透過柱状部材側に配置される方を第１光透過板とするとともに他方を第２光透過板とし、
前記第１光透過板の厚さをｄ１、前記第１光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθｉ、前記第１光透過板の屈折率をｎ１、前記第１光透過板の前記光透過柱状部材側の媒質の屈折率をｎｉ、前記第２光透過板の厚さをｄ２、前記第２光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθｍ、前記第２光透過板の屈折率をｎ２、前記第２光透過板と前記第１光透過板との間の媒質の屈折率をｎｍとするとき、下記式（１）が成り立つ
ことを特徴とする請求項３に記載の保護キャップ。
2020088161.tif 000005
【請求項５】
前記光透過板は、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制する
ことを特徴とする請求項３または４に記載の保護キャップ。
【請求項６】
前記信号光を出射する少なくとも１つの光源と、
前記信号光を伝搬する前記光ファイバと、
前記光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな前記光透過柱状部材と、
前記光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置される前記バンドパスフィルタを有する請求項１から５のいずれか１項に記載の保護キャップと、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。
【０００３】
ファイバレーザ装置はコアに活性元素が添加された増幅用光ファイバを備える。例えば、励起光と信号光とが増幅用光ファイバを伝搬することによって、活性元素が励起光によって励起状態とされ、当該活性元素から自然放出される光によって信号光が増幅される。このような増幅用光ファイバにおいて信号光のパワーが高くなると、誘導ラマン散乱等の非線形光学効果が生じる場合がある。
【０００４】
上記のようにして生じる誘導ラマン散乱光を含む光がレーザ装置から出射されると、誘導ラマン散乱光の一部が当該光の照射対象物に反射されてレーザ装置に戻る場合がある。そして、レーザ装置に戻った誘導ラマン散乱光がレーザ装置の光源まで伝搬すると、レーザ装置の出力が低下する等の特性劣化を生じる場合がある。
【０００５】
そこで、下記特許文献１には、非線形光学効果によって発生する光の透過損失を増加させるフィルタ機能部をコアに有する増幅用光ファイバが開示されている。この特許文献１に記載の増幅用光ファイバは、フィルタ機能部によって誘導ラマン散乱光を反射または散乱させることで誘導ラマン散乱光の伝搬を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載されているような増幅用光ファイバを備えるレーザ装置であっても誘導ラマン散乱光を含む光が出射される場合がある。この場合、誘導ラマン散乱光を含む反射光がレーザ装置に入射し、誘導ラマン散乱光がレーザ装置の光源まで伝搬してレーザ装置の特性が劣化する場合がある。
【０００８】
そこで本発明は、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制し得る保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の保護キャップは、所定の波長の信号光を伝搬する光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置されるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタと前記光透過柱状部材との相対的位置を固定する固定部材と、を備え、前記バンドパスフィルタは、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制することを特徴とする。
【００１０】
光透過柱状部材側からバンドパスフィルタに入射する光は、信号光と信号光から生じる誘導ラマン散乱光とを含む場合がある。ここで、バンドパスフィルタは信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。そのため、信号光はバンドパスフィルタを透過しつつ、誘導ラマン散乱光がバンドパスフィルタを透過して出射することは抑制される。また、光透過柱状部材側からバンドパスフィルタを透過して再びバンドパスフィルタに戻ってくる反射光が誘導ラマン散乱光を含む場合であっても、当該誘導ラマン散乱光はバンドパスフィルタを透過することが抑制される。そのため、反射光に含まれる誘導ラマン散乱光がレーザ装置の光源まで伝播することが抑制され得る。したがって、上記バンドパスフィルタを備える保護キャップは、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる。
【００１１】
また、前記バンドパスフィルタは、平面状であり、前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置されることが好ましい。
【００１２】
平面状のバンドパスフィルタが信号光の光軸に対して非垂直に配置されることにより、光透過柱状部材側からバンドパスフィルタに入射する誘導ラマン散乱光の一部は、バンドパスフィルタによって入射方向とは異なる方向に反射され易くなる。そのため、当該誘導ラマン散乱光は光ファイバに戻り難くなる。また、レーザ装置から出射する光の照射対象物に反射されてバンドパスフィルタに戻ってくる誘導ラマン散乱光は、バンドパスフィルタに対して非垂直に入射し、バンドパスフィルタによって反射され易くなる。したがって、誘導ラマン散乱光によってレーザ装置の特性が劣化することをより抑制することができる。
【００１３】
また、上記の保護キャップは、少なくとも一方の面上に前記バンドパスフィルタが配置され、前記信号光を透過する板状の基板と、前記信号光を透過する板状の光透過板と、を更に備え、前記基板及び前記光透過板はそれぞれ前記光透過柱状部材を伝搬する前記信号光の光軸に対して非垂直に配置され、前記信号光の光軸と重なる断面において、前記基板の傾斜方向と前記光透過板の傾斜方向とは互いに反対側であることが好ましい。
【００１４】
光透過柱状部材を伝搬する信号光の光軸に対して非垂直に基板が配置されることによって、信号光は基板に入射するとき及び基板を透過して基板から出射するときに屈折する。そのため、基板を透過した信号光の光軸は、基板に入射する前の信号光の光軸に対してずれる。また、光透過板も信号光の光軸に対して非垂直に配置されるため、信号光は光透過板に入射するとき及び光透過板を透過して光透過板から出射するときに屈折する。ただし、信号光の光軸と重なる断面において、基板の傾斜方向と光透過板の傾斜方向とは互いに反対側である。そのため、信号光の光軸と重なる断面において、基板を透過する前後において光軸がずれる方向と光透過板を透過する前後において光軸がずれる方向とは、互いに反対側である。そのため、基板を透過することによる信号光の光軸のずれが光透過板によって緩和され得る。
【００１５】
また、前記基板および前記バンドパスフィルタからなる保護フィルタ及び前記光透過板のうち前記光透過柱状部材側に配置される方を第１光透過板とするとともに他方を第２光透過板とし、前記第１光透過板の厚さをｄ１、前記第１光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθｉ、前記第１光透過板の屈折率をｎ１、前記第１光透過板の前記光透過柱状部材側の媒質の屈折率をｎｉ、前記第２光透過板の厚さをｄ２、前記第２光透過板の前記光軸に垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθｍ、前記第２光透過板の屈折率をｎ２、前記第２光透過板と前記第１光透過板との間の媒質の屈折率をｎｍとするとき、下記式（１）が成り立つことが好ましい。
2020088161.tif 000003
【００１６】
上記式（１）の左辺は、第１光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第１光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量Ｓ１の２倍である。また、上記式（１）の右辺は、第２光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第２光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量Ｓ２と等しい。よって、上記式（１）が成り立つように第１光透過板及び第２光透過板が配置されることによって、第２光透過板による信号光の光軸のずれ量Ｓ２は、第１光透過板による信号光の光軸のずれ量Ｓ１の２倍未満となる。ところで、第２光透過板によって信号光の光軸がずれる方向と、第１光透過板によって信号光の光軸ずれる方向とは互いに反対側である。よって、上記式（１）が満たされる範囲では、ずれ量Ｓ２がずれ量Ｓ１より大きい場合であっても、光透過柱状部材を伝搬する信号光の光軸に対する第２光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量｜Ｓ２−Ｓ１｜は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸に対する第１光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量Ｓ１に対して小さくなる。よって、第１光透過板を透過することによる信号光の光軸のずれが第２光透過板によって緩和され得る。
【００１７】
また、前記光透過板は、前記信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制することが好ましい。
【００１８】
光透過板が上記バンドパスフィルタと同様に機能することによって、誘導ラマン散乱光が保護キャップを透過することがより抑制され、レーザ装置において誘導ラマン散乱光による特性劣化がより抑制され得る。
【００１９】
また、上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、前記信号光を出射する少なくとも１つの光源と、前記信号光を伝搬する前記光ファイバと、前記光ファイバの端面が一方の端面に光学的に結合され、外径が前記光ファイバのコアの外径より大きな前記光透過柱状部材と、前記光透過柱状部材の他方の端面側において、前記光透過柱状部材と離間して配置される前記バンドパスフィルタを有する上記のいずれかの保護キャップと、を備えることを特徴とする。
【００２０】
上記の保護キャップが反射光によるレーザ装置の特性劣化を抑制し得るため、上記のいずれかの保護キャップを備える本発明のレーザ装置は、反射光による特性劣化が抑制され得る。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように本発明によれば、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる保護キャップ及び当該保護キャップを備えるレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。
【図２】図１に示す光デバイスの一部を拡大して示す断面図である。
【図３】保護フィルタの透過率スペクトル、信号光のエネルギー、及び誘導ラマン散乱光のエネルギーを模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置の一部を図２と同様に示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るレーザ装置の一部を図２と同様に示す図である。
【図６】図５の一部を拡大し、信号光の伝搬経路を説明するための図である。
【図７】図２の保護キャップの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る保護キャップ及びレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
（第1実施形態）
まず、本実施形態のレーザ装置の構成について説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、複数の光源１０と、光コンバイナ２０と、光ファイバ２１と、光デバイス３０とを主な構成として備える。
【００２６】
それぞれの光源１０は、所定の波長の信号光を出射するレーザ装置とされ、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置とされる。光源１０がファイバレーザ装置とされる場合、共振器型のファイバレーザ装置であったり、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であったりする。それぞれの光源１０から出射する信号光は、例えば、１０７０ｎｍの波長の光とされる。なお、信号光とは、信号を含む光に限定されない。
【００２７】
それぞれの光源１０には、光源１０から出射する信号光を伝搬する光ファイバ１１が接続されている。それぞれの光ファイバ１１は、例えば、コアの直径が２０μｍ程度のフューモードファイバとされる。従って、それぞれの光源１０から出射する信号光は、２から４程度のＬＰモードで、それぞれの光ファイバ１１を伝搬する。
【００２８】
光コンバイナ２０は、それぞれの光ファイバ１１のコアと光ファイバ２１のコアとを接続する部材であり、例えば、それぞれの光ファイバ１１と、光ファイバ１１よりも直径の大きい光ファイバ２１とが端面接続されてなる。
【００２９】
図２は、図１に示す光デバイス３０の一部を拡大して示す断面図である。図２に示す光デバイス３０は、光ファイバ２１の一部、光透過柱状部材３２、筐体３３、及び保護キャップ４０を主な構成として備える。
【００３０】
光デバイス３０に含まれる光ファイバ２１は、上記光ファイバ２１の一部である。ただし、光デバイス３０に含まれる光ファイバ２１は、上記光ファイバ２１に光学的に結合される光ファイバ２１と同様の構成の他の光ファイバとされてもよい。図２に示すように、光ファイバ２１は、コア２１ａ、コア２１ａを囲うクラッド２１ｂを有する。光ファイバ２１の光源１０側とは反対側である出射端側の端部では、端面２１ｆから２０ｍｍ程度の範囲で図示していない被覆層が剥がされている。また、光ファイバ２１の端面２１ｆは、例えば酸水素バーナ等によって光透過柱状部材３２の一方の端面の中央部に融着されることにより、光透過柱状部材３２に光学的に結合される。このような光ファイバ２１は、例えば、コア２１ａの直径が５０μｍから１００μｍ程度、クラッド２１ｂの外径が３６０μｍ程度とされるマルチモードファイバとされる。
【００３１】
光透過柱状部材３２は、光ファイバ２１を伝搬する信号光を透過する柱状体である。本実施形態の光透過柱状部材３２は、石英から成る柱状体である。光透過柱状部材３２は、例えば、直径８ｍｍ、長さ２３ｍｍ程度の石英から成る円柱状体とされる。光透過柱状部材３２は、上記のように光ファイバ２１の端面２１ｆが光学的に結合される入射面３２ｂ及び光ファイバ２１から入射する光が出射する出射面３２ａを有している。光透過柱状部材３２の入射面３２ｂは、光ファイバ２１のコア２１ａの外径より大きい。本実施形態の光透過柱状部材３２の入射面３２ｂは、光ファイバ２１の端面２１ｆより大きい。
【００３２】
筐体３３は、光透過柱状部材３２及び光ファイバ２１の一部を収容する部材である。筐体３３は筒状に形成されており、光透過柱状部材３２及び光ファイバ２１が挿入される。筐体３３内において、光透過柱状部材３２は、外周面３２ｃがシリコーン系樹脂等の接着剤によって筐体３３の内周面に固定されることにより、位置が固定される。また、筐体３３の内周面と光ファイバ２１の外周面との間には空間３４が形成されている。空間３４には、空気が満たされてもよく、光ファイバ２１、光透過柱状部材３２及び筐体３３を冷却する冷媒が満たされても良い。
【００３３】
筐体３３は、例えば、熱伝導性に優れる銅等の金属によって構成されることが好ましい。また、筐体３３の外周面は、レーザ装置１から出射される光のパワー等に応じて水冷されても良く、空冷されても良い。
【００３４】
次に、保護キャップ４０について説明する。本実施形態の保護キャップ４０は、固定部材４１及び保護フィルタ４２を有する。
【００３５】
本実施形態の保護フィルタ４２は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸に対して垂直に配置される。また、本実施形態の保護フィルタ４２は、基板４３、バンドパスフィルタ４４、及び反射防止膜４５を有する。
【００３６】
基板４３は信号光を透過する透光性を有する板状体である。本実施形態の基板４３は、厚さが一定のガラス板である。
【００３７】
本実施形態のバンドパスフィルタ４４は、基板４３の光透過柱状部材３２側とは反対側の面に成膜される。したがって、本実施形態のバンドパスフィルタ４４は平面状である。また、バンドパスフィルタ４４は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制するフィルタである。よって、保護フィルタ４２は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。このようなバンドパスフィルタ４４は、例えば誘電体多層膜によって構成される。
【００３８】
図３は、保護フィルタ４２の透過率スペクトル、光ファイバ２１から出射する信号光のエネルギー、及び信号光から生じて光ファイバ２１から出射する誘導ラマン散乱光のエネルギーを模式的に示す図である。図３の横軸は波長［ｎｍ］であり、保護フィルタ４２の透過率［％］は実線で示され、信号光のエネルギー［ａ．ｕ．］は一点鎖線で示され、誘導ラマン散乱光のエネルギー［ａ．ｕ．］は破線で示されている。図３に示すように、本実施形態の保護フィルタ４２は、１０５０ｎｍ以上１０９０ｎｍ以下の波長の光の透過率が９５％以上であり、９００ｎｍ以上１０２０ｎｍ以下の波長の光及び１１１０ｎｍ以上１１４０ｎｍ以下の波長の光の透過率が１０％以下である。保護フィルタ４２がこのような性質を有することによって、保護フィルタ４２は信号光を透過すると共に信号光とは波長が異なる光を反射し得る。より具体的には、保護フィルタ４２は、波長が１１２５ｎｍ程度の誘導ラマン散乱光よりも高い割合で波長が１０７０ｎｍ程度の信号光を透過する。このため、保護フィルタ４２は、波長が１０７０ｎｍの誘導ラマン散乱光を概ね反射する。また、光源１０が上記のようにファイバレーザ装置である場合に、光源１０から出射する波長９１５ｎｍや９７０ｎｍ等の余剰の励起光が、光ファイバ１１を介して光ファイバ２１のクラッド２１ｂを伝搬して、光透過柱状部材３２から出射する場合であっても、保護フィルタ４２は当該励起光を概ね反射する。このように励起光の保護フィルタ４２の透過が抑制されることで、レーザ装置１から出射する光のビーム品質が劣化することが抑制される。
【００３９】
反射防止膜４５は、基板４３の光透過柱状部材３２側の面に成膜され、保護フィルタ４２の表面における光の反射を低減するため膜である。反射防止膜４５は、例えば、誘電体コーティングによって形成される。反射防止膜４５が設けられることによって、光透過柱状部材３２側から保護フィルタ４２に入射する信号光が保護フィルタ４２を透過し易くなる。反射防止膜４５は、例えば波長が１０５０ｎｍ以上１０９０ｎｍ以下の光の反射率が０．２％以下の膜とされる。
【００４０】
固定部材４１は、バンドパスフィルタ４４と光透過柱状部材３２との相対的位置を固定する部材である。例えば、バンドパスフィルタ４４が表面に形成された保護フィルタ４２が固定部材４１に固定され、固定部材４１が光透過柱状部材３２を固定する筐体３３に固定されることによって、バンドパスフィルタ４４と光透過柱状部材３２との相対的位置が固定される。本実施形態の固定部材４１は、内周面側に保護フィルタ４２及び光透過柱状部材３２の少なくとも一部が配置される円筒状体である。保護フィルタ４２は、例えば、シリコーン系樹脂等の接着剤によって固定部材４１に固定される。また、固定部材４１は、固定部材４１の内周面に形成される雌ネジと筐体３３の外周面に形成される雄ネジとを螺合させることによって、筐体３３に固定される。ただし、固定部材４１の筐体３３への固定方法はこれに限定されず、例えば、接着剤等によって固定部材４１が筐体３３に固定されてもよい。つまり、固定部材４１は、筐体３３に着脱可能に固定されてもよく、筐体３３から取り外し不可能な状態で筐体３３に固定されてもよい。また、保護フィルタ４２は、固定部材４１に着脱可能に固定されてもよく、上記のように固定部材４１から取り外し不可能な状態で固定部材４１に固定されてもよい。
【００４１】
このような固定部材４１は、ステンレス鋼、鉄、ニッケルでめっきされたアルミニウム等の金属からなることが好ましい。固定部材４１が金属からなることによって、固定部材４１の耐熱性が向上し得る。また、固定部材４１がニッケルでめっきされたアルミニウムからなる場合、固定部材４１の強度を高めることができる。また、固定部材４１の内周面は、光の反射を抑制するために黒アルマイト加工処理などが施されていることが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態のレーザ装置１の動作及び作用について説明する。
【００４３】
それぞれの光源１０から出射される所定の波長の信号光は、光ファイバ１１を伝搬し、光コンバイナ２０で合波され、光ファイバ２１を介して光デバイス３０に入射する。光デバイス３０に入射した信号光は、主に光ファイバ２１のコア２１ａを伝搬し、光透過柱状部材３２に入射する。光透過柱状部材３２に入射した信号光は、開口数に従って広がりながら光透過柱状部材３２内を伝搬し、出射面３２ａから出射される。出射面３２ａから出射された信号光は、保護フィルタ４２を透過し、光デバイス３０から出射される。光デバイス３０から出射された信号光は、図示されていない加工ヘッドによって集光され、照射対象物に照射される。照射対象物に照射された光は、照射対象物に吸収されることによって熱となり、加工に寄与する。
【００４４】
しかし、照射対象物に照射される光のうち一部の光は、照射対象物の表面で反射されて反射光となる。さらにその反射光のうち一部の光は、光デバイス３０に再び入射することがある。このように光デバイス３０に入射する反射光は、まず保護フィルタ４２に入射する。保護フィルタ４２は上記のように誘導ラマン散乱光の透過を抑制するため、反射光が誘導ラマン散乱光を含む場合であっても当該誘導ラマン散乱光がレーザ装置１の光源１０まで伝播することが抑制され得る。
【００４５】
なお、光透過柱状部材３２側から保護フィルタ４２に入射する光も誘導ラマン散乱光を含む場合があり、保護フィルタ４２が誘導ラマン散乱光を含む光を光透過柱状部材３２側に反射すると、当該誘導ラマン散乱光の一部が光ファイバ２１に入射する場合がある。しかし、このようにして保護フィルタ４２によって反射される誘導ラマン散乱光は、以下に説明するように、レーザ装置１から出射する光の照射対象物に反射される光に含まれる誘導ラマン散乱光に比べてレーザ装置１の特性に与える影響が軽微であると考えられる。
【００４６】
光ファイバ２１のコア２１ａから光透過柱状部材３２の入射面３２ｂに入射する光は、上記のように、光透過柱状部材３２内で広がりながら伝搬し、光透過柱状部材３２の出射面３２ａから出射する。そして、光透過柱状部材３２の出射面３２ａ側に保護フィルタ４２が配置されることによって、光透過柱状部材３２の出射面３２ａから出射する光は概ね保護フィルタ４２に入射する。よって、上記のように光透過柱状部材３２側から保護フィルタ４２に入射する光に含まれる誘導ラマン散乱光の一部は保護フィルタ４２によって光透過柱状部材３２側に反射される場合がある。ただし、当該誘導ラマン散乱光は、上記のように光透過柱状部材３２内で広がりながら伝搬しているためエネルギー密度が低くなる傾向にあり、保護フィルタ４２によって光透過柱状部材３２側に反射されたとしても光ファイバ２１まで戻り難い。一方、レーザ装置１から出射する光の照射対象物に反射されて保護フィルタ４２に戻ってくる反射光は、平行光となる場合がある。よって、当該反射光に含まれる誘導ラマン散乱光は、上記のように保護フィルタ４２によって光透過柱状部材３２側に反射される光に比べてエネルギー密度が高くなる傾向にある。そのため、照射対象物に反射される反射光に含まれる誘導ラマン散乱光は、保護フィルタ４２によって透過が抑制されなければ、保護フィルタ４２によって光透過柱状部材３２側に反射される光の含まれる誘導ラマン散乱光に比べて光ファイバ２１まで戻り易い。
【００４７】
以上に説明したように、本実施形態の保護キャップ４０は、バンドパスフィルタ４４、及び、バンドパスフィルタ４４と光透過柱状部材３２との相対的位置を固定する固定部材４１、を備える。バンドパスフィルタ４４は、所定の波長の信号光を伝搬する光ファイバ２１の端面２１ｆが一方の端面に光学的に結合され、外径が光ファイバ２１のコア２１ａの外径より大きな光透過柱状部材３２の他方の端面側において、光透過柱状部材３２と離間して配置される。また、バンドパスフィルタ４４は、信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を前記信号光よりも高い割合で抑制する。
【００４８】
ところで、光透過柱状部材３２側からバンドパスフィルタ４４に入射する光は、信号光と信号光から生じる誘導ラマン散乱光とを含む場合がある。ここで、バンドパスフィルタ４４は信号光から生じる誘導ラマン散乱光の透過を信号光よりも高い割合で抑制する。そのため、信号光はバンドパスフィルタ４４を透過しつつ、誘導ラマン散乱光がバンドパスフィルタ４４を透過して出射することは抑制される。また、光透過柱状部材３２側からバンドパスフィルタ４４を透過して再びバンドパスフィルタ４４に戻ってくる反射光が誘導ラマン散乱光を含む場合であっても、当該誘導ラマン散乱光はバンドパスフィルタ４４を透過することが抑制される。そのため、反射光に含まれる誘導ラマン散乱光がレーザ装置１の光源１０まで伝播することが抑制され得る。したがって、バンドパスフィルタ４４を備える保護キャップ４０は、レーザ装置１において反射光による特性劣化を抑制することができる。
【００４９】
また、保護キャップ４０は取り外しが容易である。したがって、保護フィルタ４２等に不具合が生じた場合に保護キャップ４０を容易に交換することができる。
【００５０】
さらに、保護キャップ４０は、レーザ装置１の光の出射端に近い位置に設けられる。そのため、保護キャップ４０は、照射対象物に反射される反射光に含まれる誘導ラマン散乱光が光ファイバ２１に戻ることを効率良く抑制し得る。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００５２】
図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置の一部を図２と同様に示す図である。図４に示すように、本実施形態の保護キャップ４０は、保護フィルタ４２の設置角度以外は上記第１実施形態の保護キャップ４０と同様である。すなわち、本実施形態のバンドパスフィルタ４４は、上記第１実施形態のバンドパスフィルタ４４と設置角度が異なる。
【００５３】
本実施形態の保護キャップ４０の保護フィルタ４２は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに対して非垂直に配置される。すなわち、本実施形態のバンドパスフィルタ４４は、平面状に形成され、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに対して非垂直に配置される。
【００５４】
平面状のバンドパスフィルタ４４が信号光の光軸ＯＡに対して非垂直に配置されることにより、光透過柱状部材３２側からバンドパスフィルタ４４に入射する誘導ラマン散乱光の一部は、バンドパスフィルタ４４によって入射方向とは異なる方向に反射され易くなる。そのため、当該誘導ラマン散乱光は光ファイバ２１に戻り難くなる。また、レーザ装置１から出射する光の照射対象物に反射されてバンドパスフィルタ４４に戻ってくる誘導ラマン散乱光は、バンドパスフィルタ４４に対して非垂直に入射し、バンドパスフィルタ４４によって反射され易くなる。したがって、本実施形態の保護キャップ４０は、誘導ラマン散乱光によってレーザ装置１の特性が劣化することをより抑制することができる。
【００５５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００５６】
図５は、本発明の第３実施形態に係るレーザ装置の一部を図２と同様に示す図である。図５に示すように、本実施形態のレーザ装置に備えられる保護キャップ４０は、保護フィルタ４６を備える点において、第２実施形態の保護キャップ４０と異なる。
【００５７】
保護フィルタ４２は、上記のように、信号光を透過する板状の基板４３と、基板４３上に形成されるバンドパスフィルタ４４及び反射防止膜４５とを有する。また、保護フィルタ４６は、保護フィルタ４２と同様に、基板４３、バンドパスフィルタ４４及び反射防止膜４５を有する。保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６は、それぞれ光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに対して非垂直に配置される。ただし、信号光の光軸ＯＡと重なる断面において、保護フィルタ４２の傾斜方向と保護フィルタ４６の傾斜方向とは互いに反対側である。すなわち、信号光の光軸ＯＡに重なる断面において、保護フィルタ４２と保護フィルタ４６とは、一方の端部から他方の端部に向かうにつれて、保護フィルタ４２と保護フィルタ４６との間の光軸ＯＡに垂直な面に対して互いに反対側に離れるように傾斜している。
【００５８】
次に、本実施形態の保護キャップ４０における信号光の伝搬経路を説明する。図６は、図５の一部を拡大し、信号光の伝搬経路を説明するための図である。図６において、信号光の伝搬経路は破線矢印で示されている。
【００５９】
光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに対して非垂直に保護フィルタ４２が配置されることによって、光透過柱状部材３２側から保護フィルタ４２に入射する信号光は、保護フィルタ４２に入射するとき及び保護フィルタ４２を透過して保護フィルタ４２から出射するときに屈折する。そのため、保護フィルタ４２を透過した信号光の光軸は、保護フィルタ４２に入射する前の信号光の光軸に対してずれる。また、保護フィルタ４６も信号光の光軸に対して非垂直に配置されるため、信号光は保護フィルタ４６に入射するとき及び保護フィルタ４６を透過して光透過板から出射するときに屈折する。ただし、信号光の光軸と重なる断面において、保護フィルタ４２の傾斜方向と保護フィルタ４６の傾斜方向とは互いに反対側である。そのため、保護フィルタ４２を透過する前後において光軸がずれる方向と保護フィルタ４６を透過する前後において光軸がずれる方向とは、信号光の光軸と重なる断面において、互いに反対側である。よって、保護フィルタ４２を透過することによる信号光の光軸のずれが保護フィルタ４６によって緩和され得る。なお、基板４３の厚さに対してバンドパスフィルタ４４及び反射防止膜４５の厚さは極めて小さいため、バンドパスフィルタ４４及び反射防止膜４５の厚さ及び屈折率は無視できる。したがって、光軸のずれの説明において、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６は、それぞれ保護フィルタ４２が有する基板４３及び保護フィルタ４６が有する基板４３と言い換えることができる。
【００６０】
保護フィルタ４２と保護フィルタ４６とが上記のように同様の構成である場合、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６は、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６の間における信号光の光軸ＯＡに垂直な面対して対称に配置されることが好ましい。このように保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６が配置されることによって、保護キャップ４０に入射する前の信号光の光軸と保護キャップ４０から出射した後の信号光の光軸とのずれが抑制され易くなる。
【００６１】
次に、図６を参照しつつ、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６の厚さや材質が互いに異なる場合も含めて、信号光の光軸のずれを緩和する方法について一般化して説明する。
【００６２】
保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６のうち光透過柱状部材３２側に配置される方を第１光透過板とするとともに他方を第２光透過板とする。したがって、図６に示す形態では、保護フィルタ４２が第１光透過板であり、保護フィルタ４６が第２光透過板である。そして、第１光透過板の厚さをｄ１、第１光透過板の光軸ＯＡに垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθｉ、第１光透過板の屈折率をｎ１、第１光透過板の光透過柱状部材３２側の媒質の屈折率をｎｉ、第２光透過板の厚さをｄ２、第２光透過板の光軸ＯＡに垂直な面に対する鋭角の傾斜角をθｍ、第２光透過板の屈折率をｎ２、第２光透過板と第１光透過板との間の媒質の屈折率をｎｍとするとき、下記（１）が成り立つように、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６が配置される。
2020088161.tif 000004
【００６３】
上記式（１）の左辺は、第１光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第１光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量Ｓ１の２倍である。また、上記式（１）の右辺は、第２光透過板を透過する前の信号光の光軸に対する第２光透過板を透過した後の信号光の光軸のずれ量Ｓ２と等しい。よって、上記式（１）が成り立つように第１光透過板及び第２光透過板が配置されることによって、第２光透過板による信号光の光軸のずれ量Ｓ２は、第１光透過板による信号光の光軸のずれ量Ｓ１の２倍未満となる。ところで、第２光透過板によって信号光の光軸がずれる方向と、第１光透過板によって信号光の光軸ずれる方向とは互いに異なる。よって、上記式（１）が満たされる範囲では、図６に示す断面において、ずれ量Ｓ２がずれ量Ｓ１より大きい場合であっても、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸に対する第２光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量｜Ｓ２−Ｓ１｜は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸に対する第１光透過板を透過後の信号光の光軸のずれ量Ｓ１に対して小さくなり得る。よって、第１光透過板を透過することによる信号光の光軸のずれが第２光透過板によって緩和される。
【００６４】
上記式（１）は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡと重なる任意の断面において成り立つことが好ましい。
【００６５】
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６６】
例えば、保護フィルタ４２の枚数及び配置角度は上記実施形態で例示した形態に限定されない。したがって、例えば、保護キャップ４０は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに垂直な保護フィルタ４２を複数有していてもよく、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに非垂直な保護フィルタ４２を複数有していてもよい。
【００６７】
また、上記第３実施形態では、保護キャップ４０が２枚の保護フィルタ４２，４６を有する形態を例示して説明したが、保護キャップ４０は少なくとも１枚の保護フィルタを有していればよい。したがって、例えば、第３実施形態において、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６の一方は、バンドパスフィルタ４４を有しない光透過板に置き換えられてもよい。当該光透過板は、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光を透過する。すなわち、保護フィルタ４２及び保護フィルタ４６の一方は、基板４３のみで構成されてもよく、基板４３及び反射防止膜４５によって構成されてもよい。
【００６８】
また、保護フィルタ４２が光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに非垂直に配置される場合において、光透過柱状部材３２を伝搬する信号光の光軸ＯＡに対する信号光の光軸のずれを緩和する目的で、保護キャップ４０は上記光透過板を複数備えてもよい。ただし、上記第３実施形態の保護キャップ４０のように複数のバンドパスフィルタ４４が設けられることによって、誘導ラマン散乱光の透過がより抑制され、レーザ装置において誘導ラマン散乱光による特性劣化がより抑制され得る。
【００６９】
また、上記実施形態では保護フィルタ４２，４６が基板４３及び反射防止膜４５を有する形態を例示して説明したが、基板４３反射防止膜４５は必須の構成ではない。したがって、保護フィルタ４２，４６は、バンドパスフィルタ４４のみで構成されてもよく、基板４３の両面上にバンドパスフィルタ４４が配置されて構成されてもよい。また、バンドパスフィルタ４４の形状は平面状に限定されない。
【００７０】
上記実施形態では、光源１０が複数の場合について説明したが、光源１０は１つでもよい。この場合、光源１０に直接光ファイバ２１が接続される。
【００７１】
また、上記実施形態では、保護フィルタ４２，４６は、筐体３３に固定される固定部材４１に固定されることで光透過柱状部材３２の他方の端面である出射面３２ａ側に配置された。しかし、筐体３３と固定部材４１とが一体とされてもよい。図７は、図２の保護キャップ４０のこのような変形例を示す図である。なお、本変形例を説明するにあたり第１実施形態と同様の構成については特に言及する場合を除き説明を省略する。図７に示すように、本変形例では、固定部材４１が第１実施形態における筐体３３を兼ねている。このため本変形例では、光透過柱状部材３２は、外周面３２ｃが固定部材４１の内周面に固定される。同様に図４を用いて説明した上記第２実施形態、及び、図５、図６を用いて説明した上記第３実施形態の保護キャップ４０においても、筐体３３と固定部材４１とが一体とされ、固定部材４１が筐体３３を兼ねてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、光ファイバ２１の端面２１ｆが光透過柱状部材３２の一方の端面である入射面３２ｂの中央部に融着されることにより、光ファイバ２１が光透過柱状部材３２と光学的に結合される例を示したが、。光ファイバ２１が光透過柱状部材３２と光学的に結合される限りにおいて、光ファイバ２１と光透過柱状部材３２とが融着されなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制できる保護キャップ、及び当該保護キャップを備えるレーザ装置が提供され、加工機や医療用レーザ装置等の分野で利用することが期待される。
【符号の説明】
【００７４】
１・・・レーザ装置
１０・・・光源
２０・・・光コンバイナ
３０・・・光デバイス
２１・・・光ファイバ
２１ａ・・・コア
３２・・・光透過柱状部材
３３・・・筐体
４０・・・保護キャップ
４１・・・固定部材
４２，４６・・・保護フィルタ
４３・・・基板
４４・・・バンドパスフィルタ
４５・・・反射防止膜
【図１】
2020088161.tif 000006
【図２】
2020088161.tif 000007
【図３】
2020088161.tif 000008
【図４】
2020088161.tif 000009
【図５】
2020088161.tif 000010
【図６】
2020088161.tif 000011
【図７】
2020088161.tif 000012