(57)【要約】【課題】受光素子の温度が変化しても光ファイバを伝播する光のパワーを精度良く特定することが可能な光パワーモニタ装置を実現する。【解決手段】融着点Ａを含む光ファイバＦの一区間が埋設された樹脂１１と、光ファイバＦから樹脂１１に漏出した漏光を検出する受光素子１２とを備えた光パワーモニタ装置１において、樹脂１１の温度ＴがＴ＝Ｔmaxのときに得られる強度分布ＩＴmax（ｚ）に基づき、受光素子１２の配置を定める。【選択図】図１
2014119570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融着点を含む光ファイバの一区間が埋設された樹脂であって、屈折率が負の温度特性を有し、且つ、屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率以上である樹脂と、
上記融着点において上記光ファイバから上記樹脂に漏出した漏光を検出する受光素子であって、負の温度特性を有する受光素子と、を備えており、
上記受光素子は、上記光ファイバの光軸と平行にｚ軸を取り、上記融着点のｚ座標を０、上記受光素子の受光面の中心点のｚ座標をｚ１（ｚ１＞０）、上記樹脂の温度が予め定められた温度範囲の上限値と一致するときに上記受光素子の受光面の中心点を通り上記ｚ軸に平行な直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚ０（ｚ０＞０）として、条件ｚ１＞ｚ０を満たすように配置されている、ことを特徴とする光パワーモニタ装置。
【請求項２】
上記受光素子は、上記樹脂の屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率と一致するときに上記直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚ’（ｚ’＞ｚ０）として、条件ｚ１＞ｚ’を満たすように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項３】
上記樹脂と上記受光素子との間に介在する散乱体であって、上記漏光の伝播方向をランダム化する散乱体を更に備えている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項４】
上記散乱体は、結晶化ガラスにより構成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項５】
融着点を含む光ファイバの一区間が埋設された樹脂であって、屈折率が負の温度特性を有し、且つ、屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率以上である樹脂に、上記融着点において上記光ファイバから漏出した漏光を、負の温度特性を有する受光素子を用いて検出する光パワーモニタ装置の製造方法において、
上記光ファイバの光軸と平行にｚ軸を取り、上記融着点のｚ座標を０、上記受光素子の受光面の中心点のｚ座標をｚ１（ｚ１＞０）、上記樹脂の温度が予め定められた温度範囲の上限値と一致するときに、上記受光素子の受光面の中心点を通り上記ｚ軸に平行な直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚ０（ｚ０＞０）として、条件ｚ１＞ｚ０を満たすように上記受光素子を配置する配置工程を含んでいる、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項６】
融着点を含む光ファイバの一区間が埋設された、屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率以上である樹脂に、上記融着点において上記光ファイバから漏出した漏光を、負の温度特性を有する受光素子を用いて検出する検出工程を含んでおり、
上記検出工程を実施する際の上記樹脂の温度は、上記光ファイバの光軸と平行にｚ軸を取り、上記融着点のｚ座標を０、上記受光素子の受光面の中心点のｚ座標をｚ１（ｚ１＞０）、上記受光素子の受光面の中心点を通り上記ｚ軸に平行な直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚＴ（ｚＴ＞０）として、条件ｚ１＞ｚＴを満たす温度範囲内にある、
ことを特徴とする光パワーモニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを伝播する光のパワーをモニタする光パワーモニタ装置及び光パワーモニタ方法に関する。また、そのような光パワーモニタ装置を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信や加工などに用いるレーザ光を伝送する伝送媒体として、光ファイバが広く用いられている。また、光ファイバから出力される出力光のパワーをモニタするために、光パワーモニタ装置が用いられている。光パワーモニタ装置により検出された出力光のパワーは、例えば、光ファイバに入射させる光の強度を調整したり、光ファイバにおいて生じた障害を検出したりするために利用される。
【０００３】
光パワーモニタ装置の典型的な構成として、（１）光ファイバの出射端面から出力された出力光の一部を取り出し、そのパワーを受光素子により測定する構成と、（２）光ファイバの側面から漏れ出した漏光のパワーを受光素子により測定する構成とが挙げられる。加工用のファイバレーザなど、光ファイバの出力端面付近に受光素子等の構成を付加するのが困難な場合には、後者の構成が採用されることになる。通常、光ファイバの側面から漏れ出す漏光のパワーは、光ファイバの出射端面から出力される出力光のパワーに比例する。このため、後者の構成であっても、受光素子から出力される光電流の大きさから、出力光のパワーを算定することが可能である。
【０００４】
後者の構成を開示した先行技術文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、融着点の近傍において光ファイバから漏れ出した漏光のパワーを、この融着接続点の近傍に配置された受光素子で測定する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２４３０４号公報（１９９８年８月２１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の構成を採用した場合、光ファイバの融着点から漏れ出した漏光による加熱、あるいは、環境温度の変化によって、受光素子の温度が変動する。このため、受光素子に入射する光の強度が一定であっても、受光素子から出力される光電流の大きさが変動する。例えば、受光素子の感度が負の温度特性を有している場合、受光素子に入射する光の強度が一定であっても、受光素子の温度が上昇すると受光素子から出力される光電流の大きさが小さくなり、受光素子の温度が低下すると受光素子から出力される光電流の大きさが大きくなる。
【０００７】
このように、受光素子に入射する光の強度が一定であるにも関わらず、受光素子から出力される光電流の大きさが変動すると、受光素子から出力される光電流の大きさから光ファイバを伝播する光の強度を精度良く特定することが困難になる。特に、ファイバレーザの出力が高出力になるほど、このような問題は深刻になる。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、受光素子の温度が変化しても光ファイバを伝播する光のパワーを精度良く特定することが可能な光パワーモニタ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光パワーモニタ装置は、融着点を含む光ファイバの一区間が埋設された樹脂であって、屈折率が負の温度特性を有し、且つ、屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率以上である樹脂と、上記融着点において上記光ファイバから上記樹脂に漏出した漏光を検出する受光素子であって、負の温度特性を有する受光素子と、を備えており、上記受光素子は、上記光ファイバの光軸と平行にｚ軸を取り、上記融着点のｚ座標を０、上記受光素子の受光面の中心点のｚ座標をｚ１（ｚ１＞０）、上記樹脂の温度が予め定められた温度範囲の上限値と一致するときに上記受光素子の受光面の中心点を通り上記ｚ軸に平行な直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚ０（ｚ０＞０）として、条件ｚ１＞ｚ０を満たすように配置されている、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る製造方法は、融着点を含む光ファイバの一区間が埋設された樹脂であって、屈折率が負の温度特性を有し、且つ、屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率以上である樹脂に、上記融着点において上記光ファイバから漏出した漏光を、負の温度特性を有する受光素子を用いて検出する光パワーモニタ装置の製造方法において、上記光ファイバの光軸と平行にｚ軸を取り、上記融着点のｚ座標を０、上記受光素子の受光面の中心点のｚ座標をｚ１（ｚ１＞０）、上記樹脂の温度が予め定められた温度範囲の上限値と一致するときに、上記受光素子の受光面の中心点を通り上記ｚ軸に平行な直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚ０（ｚ０＞０）として、条件ｚ１＞ｚ０を満たすように上記受光素子を配置する配置工程を含んでいる、ことを特徴とする。
【００１１】
上記の光パワーモニタ装置によれば、上記樹脂の温度が上昇すると、上記強度分布のピークが形成される点が上記受光素子に近づき、上記受光素子に入射する漏光の強度が増す。このため、温度上昇に伴う上記受光素子の感度の低下が補償される。また、上記樹脂の温度が低下すると、上記強度分布のピークが形成される点が上記受光素子から遠ざかり、上記受光素子に入射する漏光の強度が減る。このため、温度低下に伴う上記受光素子の感度の上昇が補償される。したがって、受光素子の温度が変化しても上記光ファイバを伝播する光のパワーを精度良く特定することが可能になる。また、上記の製造方法により製造された光パワーモニタ装置も、同様の効果を奏する。
【００１２】
本発明に係る光パワーモニタ装置において、上記受光素子は、上記樹脂の屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率と一致するときに上記直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚ’（ｚ’＞ｚ０）として、条件ｚ１＞ｚ’を満たすように配置されている、ことが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、上記樹脂の温度が予め定められた温度範囲の上限値と一致するときに得られる上記強度分布のピークを特定することなく、上記受光素子の配置を定めることができる。
【００１４】
本発明に係る光パワーモニタ装置においては、上記樹脂と上記受光素子との間に介在する散乱体であって、上記漏光の伝播方向をランダム化する散乱体を更に備えている、ことが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、上記融着点と上記受光素子との相対位置に位置ズレが生じた場合であっても、上記光ファイバを伝播する光のパワーを精度良く特定することが可能になる。
【００１６】
本発明に係る光パワーモニタ装置において、上記散乱体は、結晶化ガラスにより構成されている、ことが好ましい。
【００１７】
上記の構成によれば、上記融着点と上記受光素子との相対位置に位置ズレが生じた場合であっても、上記光ファイバを伝播する光のパワーを更に精度良く特定することが可能になる。
【００１８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光パワーモニタ方法は、融着点を含む光ファイバの一区間が埋設された、屈折率が上記光ファイバのクラッドの屈折率以上である樹脂に、上記融着点において上記光ファイバから漏出した漏光を、負の温度特性を有する受光素子を用いて検出する検出工程を含んでおり、上記検出工程を実施する際の上記樹脂の温度は、上記光ファイバの光軸と平行にｚ軸を取り、上記融着点のｚ座標を０、上記受光素子の受光面の中心点のｚ座標をｚ１（ｚ１＞０）、上記受光素子の受光面の中心点を通り上記ｚ軸に平行な直線上において上記漏光の強度分布のピークが形成される点のｚ座標をｚＴ（ｚＴ＞０）として、条件ｚ１＞ｚＴを満たす温度範囲内にある、ことを特徴とする。
【００１９】
上記の構成によれば、上記の光パワーモニタ方法と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、受光素子の温度が変化しても光ファイバを伝播する光のパワーを精度良く特定することが可能な光パワーモニタ装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光パワーモニタ装置の側断面図（同図左上）及び横断面図（同図右上）を、漏光の強度分布のグラフ（同図左下）と共に示したものである。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光パワーモニタ装置における樹脂の屈折率ｎ２（Ｔ）がｎ２（Ｔ）＝ｎ１である場合に得られる強度分布のグラフと、樹脂の温度ＴがＴmin≦Ｔ≦Ｔmaxである場合に得られる強度分布のグラフとを、光パワーモニタ装置の断面図と共に示したものである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光パワーモニタ装置における樹脂の温度ＴがＴ＝Ｔ１である場合に得られる強度分布のグラフと、樹脂の温度ＴがＴ＝Ｔ２である場合に得られる強度分布のグラフとを、光パワーモニタ装置の断面図と共に示したものである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光パワーモニタ装置の側断面図（同図左上）及び横断面図（同図右上）を、漏光の強度分布のグラフ（同図左下）と共に示したものである。
【図５】単体の受光素子の受光パワーの温度依存性（点線）と、本実施例に係る光パワーモニタ装置に搭載された受光素子の受光パワーの温度依存性（実線）とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る光パワーモニタ装置の幾つかの実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、以下に説明する光パワーモニタ装置は、例えば、ファイバレーザ装置を構成する光ファイバに挿入され、該ファイバレーザの出力を特定するために利用される。ただし、本発明に係る光パワーモニタ装置の用途は、これに限定されるものではない。
【００２３】
〔第１の実施形態〕
（光パワーモニタ装置の構成）
本発明の第１の実施形態に係る光パワーモニタ装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る光パワーモニタ装置１の側断面図（同図左上）及び横断面図（同図右上）を、後述する漏光の強度分布ＩＴmax（ｚ）のグラフ（同図左下）と共に示したものである。
【００２４】
光パワーモニタ装置１は、光ファイバＦを伝播する光の強度（パワー）をモニタするための装置であり、図１に示すように、融着点Ａを含む光ファイバＦの一区間が埋設された樹脂１１と、光ファイバＦから樹脂１１へと漏出した漏光の強度を検出する受光素子１２とを備えている。
【００２５】
光ファイバＦは、少なくとも２本の光ファイバを融着接続することにより得られたものであり、少なくとも１つの融着点Ａを含む。光ファイバＦは、光軸Ｌがｚ軸と平行になるように、且つ、融着点Ａのｚ座標が０となるように配置されているものとする。また、光ファイバＦにおける光の伝播方向は、ｚ軸正方向と一致するものとする。
【００２６】
光パワーモニタ装置１において、樹脂１１は、直方体状に成形されており、受光素子１２は、その受光面が樹脂１１の側面に当接するように配置されている。光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光は、厚みｒ１のクラッド、及び、厚みｒ２の樹脂１１を透過した後、受光素子１２の受光面に入射する。
【００２７】
樹脂１１としては、その屈折率ｎ２が下記の条件Ａ１及びＡ２を充足するものを用いる。なお、下記の条件Ａ１及びＡ２において、ｎ１は、光ファイバＦのクラッドの屈折率（温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕において略一定）を表す。屈折率ｎ２が波長分散を有する場合には、光ファイバＦを伝播する光の波長に対する屈折率ｎ２が下記の条件Ａ１及びＡ２を充足するものとする。
【００２８】
条件Ａ１：予め定められた温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕において、光ファイバＦのクラッドの屈折率ｎ１以上である。すなわち、Ｔmin≦Ｔ≦Ｔmaxを満たす任意の温度Ｔに対して、ｎ１≦ｎ２（Ｔ）が成り立つ。ここで、ｎ２（Ｔ）は、温度Ｔにおける樹脂１１の屈折率である。
【００２９】
条件Ａ２：温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕において、負の温度特性を有する。すなわち、Ｔmin≦Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔmaxを満たす任意の温度Ｔ１，Ｔ２に対して、ｎ２（Ｔ１）＞ｎ２（Ｔ２）が成り立つ。
【００３０】
なお、温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕は、例えば、樹脂１１が所定の物理的／光学的性質を発揮することが保証された温度領域（オペレーション温度と呼ばれることもある）として、スペックシート等に記載される温度領域である。また、条件Ａ２を満たす樹脂１１の屈折率ｎ２の温度依存性は、例えば、ｎ２（Ｔ）＝ｎ２（０）−α×Ｔにより線形近似することができる。ここで、ｎ２（０）は、Ｔ＝０Ｋにおける樹脂１１の屈折率であり、αは、正の定数である。
【００３１】
受光素子１２としては、その屈折率ｎ３が温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕において略一定であり、その感度Ｓが下記の条件Ｂ１を充足するＰＤ（Photo Diode）を用いる。感度Ｓが波長分散を有する場合には、光ファイバＦを伝播する光の波長に対する感度Ｓが下記の条件Ｂ１を充足するものとする。
【００３２】
条件Ｂ１：温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕において、負の温度特性を有する。すなわち、Ｔmin≦Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔmaxを満たす任意の温度Ｔ１，Ｔ２に対して、Ｓ（Ｔ１）＞Ｓ（Ｔ２）が成り立つ。ここで、Ｓ（Ｔ）は、温度Ｔにおける受光素子１２の感度を表す。
【００３３】
光パワーモニタ装置１は、以下のように動作する。まず、光ファイバＦのコアを伝播する光の一部が、融着点Ａにおいてコアからクラッドへと漏出する。次に、融着点Ａにおいてコアからクラッドへと漏出した漏光の一部が、光ファイバＦ（のクラッド）から樹脂１１へと漏出する。そして、光ファイバＦから樹脂１１へと漏出した光の一部が、受光素子１２に入射する。受光素子１２は、入射した光の強度に比例した大きさの光電流を出力する。光ファイバＦのコアを伝播する光の強度は、受光素子１２により出力された光電流の大きさから算定される。
【００３４】
融着点Ａにおいて光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光は、受光素子１２の受光面の中心点Ｂを通り、光ファイバＦの光軸Ｌに平行な直線Ｍ上において、単一のピークを有する強度分布ＩＴ（ｚ）を示す。漏光の強度分布ＩＴ（ｚ）は、樹脂１１の温度Ｔに依存するが、その単峰性（単一のピークを有するという性質）は、樹脂１１の温度Ｔに依らず保たれる。
【００３５】
光パワーモニタ装置１の特徴は、樹脂１１の温度ＴがＴ＝Ｔmaxのときに得られる強度分布ＩＴmax（ｚ）に基づき、受光素子１２の配置が定められている点にある。より具体的に言うと、下記の条件Ｂ２を充足するように、受光素子１２の配置が定められている点にある。
【００３６】
条件Ｂ２：強度分布ＩＴmax（ｚ）のピークが形成される点ＣＴmaxのｚ座標をｚ０、受光素子１２の受光面の中心点Ｂのｚ座標をｚ１としたときに、ｚ１＞ｚ０が成り立つ。
【００３７】
上記の条件Ｂ２を充足するように受光素子１２の配置を定めることによる効果については、参照する図面を代えて後述する。
【００３８】
（強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点）
強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴに関して、図２を参照して補足する。図２は、樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）がｎ２（Ｔ）＝ｎ１である場合に得られる強度分布Ｉ’（ｚ）のグラフと、樹脂１１の温度ＴがＴmin≦Ｔ≦Ｔmaxである場合に得られる強度分布ＩＴ（ｚ）のグラフとを、光パワーモニタ装置１の断面図と共に示したものである。
【００３９】
樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）が光ファイバＦのクラッドの屈折率ｎ１と一致する場合、融着点Ａにおいて光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光は、受光素子１２の受光面の中心点Ｂを通りｚ軸に平行な直線Ｍ上において、下記の式（１）により与えられる強度分布Ｉ’（ｚ）を示す。強度分布Ｉ’（ｚ）のピークが形成される点Ｃ’のｚ座標ｚ’は、下記の式（１）を用いて導出することができる。
【００４０】
【数１】
2014119570.tif 000003
【００４１】
ここで、Ｐは、融着点Ａにおいて光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光の総パワーであり、ＮＡは、光ファイバＦの開口数である。また、Ｔ１２は、クラッド−樹脂間の透過率であり、その値は、光ファイバＦのクラッドの屈折理ｎ１と樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）とからフレネルの式により定めることができる。また、Ｔ２３は、樹脂−受光素子間の透過率であり、その値は、樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）と受光素子１２の屈折率ｎ３とからフレネルの式により定めることができる。
【００４２】
温度ＴがＴmin≦Ｔ≦Ｔmaxである場合、樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）は、光ファイバＦのクラッドの屈折率ｎ１よりも高い（条件Ａ１）。したがって、融着点Ａにおいて光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光は、クラッド−樹脂間の境界面において屈折する。このため、強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴのｚ座標ｚＴは、強度分布Ｉ’（ｚ）のピークが形成される点Ｃ’のｚ座標ｚ’よりも小さくなる。強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴのｚ座標ｚＴは、下記の式（２）〜（４）を用いて導出することが可能である。θ及びφの定義については、図２を参照されたい。
【００４３】
【数２】
2014119570.tif 000004
【００４４】
【数３】
2014119570.tif 000005
【００４５】
【数４】
2014119570.tif 000006
【００４６】
（条件Ｂ２を充足するように受光素子の配置を定めることによる効果）
次に、上述した条件Ｂ２を充足するように受光素子１２の配置を定めたことによる効果について、図３を参照して説明する。図３は、樹脂１１の温度ＴがＴ＝Ｔ１である場合に得られる強度分布ＩＴ１（ｚ）のグラフと、樹脂１１の温度ＴがＴ＝Ｔ２である場合に得られる強度分布ＩＴ２（ｚ）のグラフとを、光パワーモニタ装置１の断面図と共に示したものである。なお、Ｔ１及びＴ２は、Ｔmin≦Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔmaxを満たす任意の温度である。
【００４７】
強度分布ＩＴ１（ｚ）のピークが形成される点ＣＴ１のｚ座標ｚＴ１と、強度分布ＩＴ２（ｚ）のピークが形成される点ＣＴ２のｚ座標ｚＴ２とを比較すると、ｚＴ１＜ｚＴ２という大小関係が成立する。すなわち、樹脂１１の温度が上昇すると、強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴが融着点Ａから遠ざかり、樹脂１１の温度が低下すると、強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴが融着点Ａに近づく。これは、樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）に関してｎ２（Ｔ１）＞ｎ２（Ｔ２）が成り立つので（条件Ａ２）、樹脂１１に入射する漏光の屈折角φ（Ｔ）に関してφ（Ｔ１）＜φ（Ｔ２）が成り立つためである。また、高温時の強度分布ＩＴ２（ｚ）のピークの高さは、低温時の強度分布ＩＴ１（ｚ）のピークの高さよりも高い。これは、樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）に関してｎ２（Ｔ１）＞ｎ２（Ｔ２）が成り立つので（条件Ａ２）、高温時の屈折率差ｎ２（Ｔ２）−ｎ１が低温時の屈折率差ｎ２（Ｔ１）−ｎ１よりも小さくなり、その結果、高温時の透過率Ｔ１２（Ｔ２）が低温時の透過率Ｔ１２（Ｔ１）よりも大きくなるためである。
【００４８】
このため、上述した条件Ｂ２を充足するように受光素子１２の配置を定めた場合、樹脂１１の温度が上昇すると、強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴが受光素子１２に近づき、受光素子１２に入射する漏光の強度が増す。これにより、温度上昇に伴う受光素子１２の感度低下が補償される。また、上述した条件Ｂ２を充足するように受光素子１２の配置を定めた場合、樹脂１１の温度が低下すると、強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴが受光素子１２から遠ざかり、受光素子１２に入射する漏光の強度が減る。これにより、温度低下に伴う受光素子１２の感度上昇が補償される。
【００４９】
なお、受光素子１２の配置を上記の条件Ｂ２を充足するように定める構成に代えて、受光素子１２の配置を下記の条件Ｂ２’を充足するように定める構成を採用してもよい。
【００５０】
条件Ｂ２’：樹脂１１の屈折率ｎ２（Ｔ）がｎ２（Ｔ）＝ｎ１である場合に得られる強度分布Ｉ’（ｚ）のピークが形成される点Ｃ’のｚ座標をｚ’、受光素子１２の受光面の中心点Ｂのｚ座標をｚ１としたときに、ｚ１≧ｚ’が成り立つ。
【００５１】
上記の条件Ｂ２’は上記の条件Ｂ２よりも厳しい条件なので、後者の構成を採用する場合であっても前者の構成を採用する場合と同様の効果が得られる。また、後者の構成を採用する場合には、強度分布ＩＴmax（ｚ）のピークが形成される点Ｃmaxのｚ座標を特定する必要がない分、設計が容易になる。
【００５２】
また、樹脂１１の温度Ｔが下記の条件Ｂ２”を充足する状態で光パワーモニタ装置１を使用すれば、受光素子１２の配置に依らず上述した効果を得ることができる。
【００５３】
条件Ｂ２”：受光素子１２の受光面の中心点Ｂのｚ座標をｚ１としたときに、強度分布ＩＴ（ｚ）のピークが形成される点ＣＴのｚ座標ｚＴが、条件ｚＴ＜ｚ１を満たす。
【００５４】
〔第２の実施形態〕
（光パワーモニタ装置の構成）
本発明の第２の実施形態に係る光パワーモニタ装置の構成について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る光パワーモニタ装置１の側断面図（同図左上）及び横断面図（同図右上）を、漏光の強度分布ＩＴmax（ｚ）のグラフ（同図左下）と共に示したものである。
【００５５】
本実施形態に係る光パワーモニタ装置１は、第１の実施形態に係る光パワーモニタ装置１に散乱体１３を付加したものである。
【００５６】
本実施形態においては、散乱体１３として、光ファイバＦの光軸Ｌと平行な方向に延在する溝が形成されたものを用い、この溝を樹脂１１で満たす構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、散乱体１３として、光ファイバＦの光軸Ｌと平行な方向に延在する貫通孔が形成されたものを用い、この貫通孔を樹脂１１で満たす構成を採用してもよい。
【００５７】
本実施形態において、散乱体１３は、直方体状に成形されており、４つの側面の何れかに上述した溝が形成されている。受光素子１２は、その受光面が、散乱体１３の４つの側面のうち、上述した溝が形成された側面と対向する側面に当接するように配置されている。光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光は、厚みｒ１のクラッド、厚みｒ２の樹脂１１、及び厚みｒ３の散乱体１３を透過した後、受光素子１２の受光面に入射することになる。
【００５８】
樹脂１１としては、第１の実施形態と同様、その屈折率ｎ２が上記の条件Ａ１及びＡ２を充足するものを用いる。また、受光素子１２としては、第１の実施形態と同様、その屈折率ｎ３が温度領域〔Ｔmin，Ｔmax〕において略一定であり、その感度Ｓが上記の条件Ｂ１を充足するものを用いる。
【００５９】
本実施形態に係る光パワーモニタ装置１は、第１の実施形態に係る光パワーモニタ装置１と同様に動作する。ただし、ただし、光ファイバＦから樹脂１１へと漏出した光は、樹脂１１と受光素子１２との間に介在する散乱体１３によって伝播方向がランダム化された後、受光素子１２に入射する。
【００６０】
樹脂１１と受光素子１２との間に散乱体１３を介在させない構成を採用した場合、融着点Ａと受光素子１２との相対位置に位置ズレが生じると、測定される漏光のパワーが大きく変動してしまうことがある。これは、光ファイバＦを伝播する光はコヒーレンスが高いため、光ファイバＦから漏れ出した漏光同士の間で干渉が起こり、受光素子１２の周囲で測定される光のパワーに空間的な斑（すなわち、干渉縞）が生じるためである。
【００６１】
これに対して、樹脂１１と受光素子１２との間に散乱体１３を介在させる構成を採用した場合、光ファイバＦの側面から漏れ出した漏光の伝播方向が散乱体１３によってランダム化されるので、受光素子１２の周囲に干渉縞が生じたとしても、その周期は受光素子１２の受光面のサイズと比べて著しく小さいものになる。したがって、融着点Ａと受光素子１２との相対位置に位置ズレが生じても、受光素子１２によって測定される光の強度が大きく変動することはない。
【００６２】
散乱体１３は、例えば、結晶化ガラスにより構成することができる。結晶化ガラスは、正の熱膨張率を有するガラス中に負の熱膨張率を有する微小結晶を含有させることよって得られる耐熱ガラスの一種である。結晶化ガラスが上述した散乱作用を有するのは、ガラス内を伝播する光を微小結晶がランダムな方向に反射するためである。
【００６３】
上記の説明からも明らかなように、結晶化ガラスは、散乱体１３の材料の一例に過ぎず、入射した光の伝播方向をランダム化して出射する機能を有する任意の材料に置換可能である。例えば、ガラスの粉末を練り込んだ樹脂など、モニタしようとする光の波長と同程度のサイズを有する構造物を含有する透明材料であれば、散乱体１３の材料として利用することができる。なお、ここでいう透明材料とは、モニタしようする光と同一の波長を有する光について、実質的な損失要因が散乱及び反射のみである材料、すなわち、吸収が実質的な損失要因とならない材料のことを指す。
【００６４】
融着点Ａにおいて光ファイバＦのコアから漏れ出した漏光は、受光素子１２の受光面の中心点Ｂを通り、光ファイバＦの光軸Ｌに平行な直線Ｍ上において、単一のピークを有する強度分布ＩＴ（ｚ）を示す。この点は、第１の実施形態と変わらない。ただし、強度分布ＩＴ（ｚ）は、散乱体１３の作用により第１の実施形態よりもブロードなものとなる。
【００６５】
本実施形態においても、樹脂１１の温度ＴがＴ＝Ｔmaxのときに得られる強度分布ＩＴmax（ｚ）に基づき、受光素子１２の配置が定められている。より具体的に言うと、上記の条件Ｂ２を充足するように、受光素子１２の配置が定められている。これにより、第１の実施形態と同様に、温度変化に伴う受光素子１２の感度変化が補償される。
【００６６】
（実施例）
樹脂１１として東レ・ダウコーニング社製のＯＥ−６５２０を用い、受光素子１２として京セミ社製のＩｎＧａＡｓフォトダイオードであるＫＰＤＥ０８６Ｓを用い、散乱体１３として、本電気硝子社製の白色ネオセラム（登録商標）を用いた場合の実施例について、図５を参照して説明する。
【００６７】
本実施例においては、光ファイバＦのクラッドの厚みｒ１を０．２ｍｍとし、樹脂１１の厚みｒ２を０．２ｍｍとし、散乱体１３の厚みｒ３を１．２ｍｍとした。このとき、強度分布ＩＴmax（ｚ）のピークが形成される点ＣＴmaxのｚ座標ｚ０がｚ０＝６．８ｍｍとなったので、受光面の中心点Ｂのｚ座標ｚ１がｚ１＝１１．５ｍｍとなるように受光素子１２の配置を定めた。
【００６８】
図５は、単体の受光素子１２の受光パワーの温度依存性（点線）と、本実施例に係る光パワーモニタ装置１に搭載された受光素子１２の受光パワーの温度依存性（実線）とを示すグラフである。なお、図５における「受光パワー変化率」とは、２５°Ｃにおける受光パワーを基準パワーとし、｛（受光パワー）−（基準パワー）｝／（基準パワー）を百分率で表した数値のことを指す。
【００６９】
環境温度（特に受光素子１２の温度）が２５°Ｃから４０°Ｃに上昇した場合、単体の受光素子１２における受光パワー変化率は約−３％であった。これに対し、環境温度（特に樹脂１１及び受光素子１２の温度）が２５°Ｃから４０°Ｃに上昇した場合、本実施例に係る光パワーモニタ装置１に搭載された受光素子１２の受光パワー変化率は約＋１．５％であった。すなわち、受光素子１２を本実施例に係る光パワーモニタ装置１に搭載することによって、受光パワー変化率の絶対値を凡そ半分以下に抑えこむことができた。
【００７０】
環境温度（特に受光素子１２の温度）が２５°Ｃから１０°Ｃに低下した場合、単体の受光素子１２における受光パワー変化率は約＋４％であった。これに対し、環境温度（特に樹脂１１及び受光素子１２の温度）が２５°Ｃから１０°Ｃに低下した場合、本実施例に係る光パワーモニタ装置１に搭載された受光素子１２の受光パワー変化率は約−１．５％であった。すなわち、受光素子１２を本実施例に係る光パワーモニタ装置１に搭載することによって、受光パワー変化率の絶対値を凡そ半分以下に抑えこむことができた。
【００７１】
なお、東レ・ダウコーニング社製のＯＥ−６５２０の代わりに、同社製のＯＥ−６６３５、ＯＥ−６５５０、若しくはＯＥ−６４５０、又は、信越シリコーン社製のＡＳＰ−１０１０、ＡＳＰ−１０２０、若しくはＳＣＲ−１０１１を樹脂１１として用いることもできる。この場合でも、受光パワー変化率の絶対値を小さく抑えるという効果に変わるところはない。
【００７２】
また、本実施例においては、光パワーモニタ装置１全体の感度が正の温度特性を示している。これは、樹脂１１の温度変化に伴って生じる、受光素子１２に入射する漏光の強度変化が、受光素子１２の温度変化に伴って生じる、受光素子１２の感度変化を上回っているためである。したがって、例えば、樹脂１１の厚みｒ２を小さくすることによって、受光素子１２に入射する漏光の強度変化を小さくすれば、光パワーモニタ装置１全体の感度の温度依存性を更に小さくすることも可能である。
【００７３】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、例えば、ファイバレーザの出力を特定するために利用される光パワーモニタ装置として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  光パワーモニタ装置
１１    樹脂
１２    受光素子
１３    散乱体
Ｆ  光ファイバ
Ａ    融着点
【図１】
2014119570.tif 000007
【図２】
2014119570.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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