(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅媒体として機能する第１光ファイバと、該第１光ファイバからの光を伝送する伝送媒体として機能する第２光ファイバとを備えるファイバレーザ装置において、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続点、或いは前記第２光ファイバ内の接続点よりも出力光の出力側に配置され、前記接続点で漏れ出した前記出力光を検出する第１検出器と、前記接続点よりも前記出力光の入力側に配置され、前記接続点で漏れ出した反射光を検出する第２検出器とを有する光パワーモニタ装置と、
前記反射光が生じない状況下で前記光パワーモニタ装置から予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の関係を用い、前記第２検出器の検出結果から前記出力光の影響を排除する演算を行う演算部と
を備えることを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記反射光が生じない状況下で前記光パワーモニタ装置から予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の比を示す特性値を記憶する記憶部とを備えており、
前記演算部は、前記記憶部に記憶された前記特性値と前記第１検出器の検出結果とを乗算して得られる値を、前記第２検出器の検出結果から減算する演算を行う
ことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記記憶部は、前記光パワーモニタ装置の温度毎の前記特性値を記憶しており、
前記演算部は、前記記憶部に記憶された前記特性値のうち、前記光パワーモニタ装置に設けられた温度測定器の測定結果に応じた前記特性値と、前記第１検出器の検出結果とを乗算する
ことを特徴とする請求項２記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記記憶部は、予め定められた規定時間経過毎の前記特性値を記憶しており、
前記演算部は、前記記憶部に記憶された前記特性値のうち、計時部で計時される経過時間に応じた前記特性値と、前記第１検出器の検出結果とを乗算する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記接続点は、前記出力光及び前記反射光と同一の波長を有する光について、吸収が実質的な損失要因とならない透明材料で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記接続点は、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバよりも熱伝導率が高い材料で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記第１光ファイバに対して励起光を供給する光源装置と、
前記光パワーモニタ装置から出力される前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果が入力され、前記第１検出器の検出結果と、前記第２検出器の検出結果を用いて得られる前記演算部の演算結果とに基づいて前記光源装置を制御する制御装置と
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
増幅媒体として機能する第１光ファイバと、該第１光ファイバからの光を伝送する伝送媒体として機能する第２光ファイバとの接続点、或いは前記第２光ファイバ内の接続点で漏れ出した光を検出して出力光及び反射光のパワーをモニタする光パワーモニタ装置において、
前記接続点よりも前記出力光の出力側に配置され、前記接続点で漏れ出した前記出力光を検出する第１検出器と、
前記接続点よりも前記出力光の入力側に配置され、前記接続点で漏れ出した前記反射光を検出する第２検出器と、
前記反射光が生じない状況下で予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の関係を用い、前記第２検出器の検出結果から前記出力光の影響を排除する演算を行う演算部と
を備えることを特徴とする光パワーモニタ装置。
【請求項９】
増幅媒体として機能する第１光ファイバと、該第１光ファイバからの光を伝送する伝送媒体として機能する第２光ファイバとの接続点、或いは前記第２光ファイバ内の接続点で漏れ出した光を検出して出力光及び反射光のパワーをモニタする光パワーモニタ方法であって、
前記接続点で漏れ出した出力光を、前記接続点よりも前記出力光の出力側に配置された第１検出器で検出し、
前記接続点で漏れ出した反射光を、前記接続点よりも前記出力光の入力側に配置された第２検出器で検出し、
前記反射光が生じない状況下で予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の関係を用い、前記第２検出器の検出結果から前記出力光の影響を排除する演算を行う
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、ファイバレーザ装置、光パワーモニタ装置、及び光パワーモニタ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業分野で用いられる高出力レーザ装置として、ファイバレーザ装置が注目されている。このファイバレーザ装置は、従来の高出力レーザ装置（例えば、炭酸ガスレーザ装置）に比べて、ビーム品質（ＢＰＰやＭ２）が優れており集光性が高いため、加工時間を短縮することができ、省エネルギーを図ることができるという利点を有する。また、ファイバレーザ装置は、空間光学部品等がないため、アライメント等のメンテナンスの必要が無いという利点も有する。
【０００３】
このようなファイバレーザ装置では、例えばワークの加工中にワークの加工面で生じた反射光がファイバレーザ装置に戻ってきてしまうと、発振状態が不安定になって出力光のパワーが変動し、その結果として加工特性が劣化してしまうという現象が生ずる。このような現象を回避するためには、出力光及び反射光のパワーを時間的にモニタして、発振状態が不安定になることを未然に防止することが必要である。
【０００４】
出力光及び反射光のパワーをモニタする方法としては、主に以下の２つの方法が挙げられる。
（１）低分岐比の光ファイバカプラを出力ファイバに接続し、分岐した出力光と反射光とをフォトダイオード（ＰＤ）等の光検出器でそれぞれ検出してモニタする方法
（２）光ファイバと光ファイバとの接続点から漏れた出力光と反射光とを光検出器でそれぞれ検出してモニタする方法（以下の特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７４５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した（１）の方法では、光ファイバカプラがファイバレーザ装置の高出力に耐えられずに損傷してしまうという問題が考えられる。現在、数［Ｗ］〜十［Ｗ］程度の出力で使用可能な光ファイバカプラは存在するが、数百［Ｗ］〜数［ｋＷ］の出力で使用可能な光ファイバカプラは存在しない。尚、このような高出力に耐え得る光ファイバカプラが開発されたとしても、光ファイバカプラの追加によるコストの上昇や効率の低下を招いてしまうという問題が考えられる。
【０００７】
これに対し、上述した（２）の方法では、数百［Ｗ］〜数［ｋＷ］の高出力に対応することが可能であるものの、接続点から漏れた出力光が、出力光をモニタするための光検出器と反射光をモニタするための光検出器との双方で検出されてしまうことがある。このため、ファイバレーザ装置に戻ってくる反射光が全く存在しない状況であっても、反射光がモニタされてしまうという問題がある。
【０００８】
ここで、反射光をモニタするための光検出器を接続点から遠ざければ、その光検出器でモニタされる出力光を小さくすることができると考えられる。しかしながら、反射光をモニタするための光検出器を接続点から遠ざけてしまうと、モニタしたい反射光のパワー自体が減少するとともに、散乱光が検出されてノイズが増加してしまう。すると、モニタされる反射光がノイズの影響を受けたものとなり、反射光を精度良くモニタすることができないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、反射光を精度良くモニタして加工特性の劣化を防止することが可能なファイバレーザ装置、並びに反射光を精度良くモニタすることができる光パワーモニタ装置及び光パワーモニタ方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のファイバレーザ装置は、増幅媒体として機能する第１光ファイバ（Ｆ）と、該第１光ファイバからの光を伝送する伝送媒体として機能する第２光ファイバ（Ｆ１）とを備えるファイバレーザ装置（１）において、前記第２光ファイバにおける接続点（Ｐ）よりも出力光（Ｌ１）の出力側に配置され、前記接続点で漏れ出した前記出力光を検出する第１検出器（２６ａ）と、前記接続点よりも前記出力光の入力側に配置され、前記接続点で漏れ出した反射光（Ｌ２）を検出する第２検出器（２６ｂ）とを有する光パワーモニタ装置（１２）と、前記反射光が生じない状況下で前記光パワーモニタ装置から予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の関係を用い、前記第２検出器の検出結果から前記出力光の影響を排除する演算を行う演算部（３１）とを備えることを特徴としている。
また、本発明のファイバレーザ装置は、前記反射光が生じない状況下で前記光パワーモニタ装置から予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の比を示す特性値を記憶する記憶部（３２）とを備えており、前記演算部が、前記記憶部に記憶された前記特性値と前記第１検出器の検出結果とを乗算して得られる値を、前記第２検出器の検出結果から減算する演算を行うことを特徴としている。
また、本発明のファイバレーザ装置は、前記記憶部が、前記光パワーモニタ装置の温度毎の前記特性値を記憶しており、前記演算部が、前記記憶部に記憶された前記特性値のうち、前記光パワーモニタ装置に設けられた温度測定器（４０）の測定結果に応じた前記特性値と、前記第１検出器の検出結果とを乗算することを特徴としている。
また、本発明のファイバレーザ装置は、前記記憶部が、予め定められた規定時間経過毎の前記特性値を記憶しており、前記演算部が、前記記憶部に記憶された前記特性値のうち、計時部（３４）で計時される経過時間に応じた前記特性値と、前記第１検出器の検出結果とを乗算することを特徴としている。
また、本発明のファイバレーザ装置は、前記接続点が、前記出力光及び前記反射光と同一の波長を有する光について、吸収が実質的な損失要因とならない透明材料（２７）で覆われていることを特徴としている。
また、本発明のファイバレーザ装置は、前記接続点が、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバよりも熱伝導率が高い材料で覆われていることを特徴としている。
また、本発明のファイバレーザ装置は、前記第１光ファイバに対して励起光を供給する光源装置（１１）と、前記光パワーモニタ装置から出力される前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果が入力され、前記第１検出器の検出結果と、前記第２検出器の検出結果を用いて得られる前記演算部の演算結果とに基づいて前記光源装置を制御する制御装置（１３）とを備えることを特徴としている。
本発明の光パワーモニタ装置は、光ファイバの接続点（Ｐ）で漏れ出した光を検出して出力光（Ｌ１）及び反射光（Ｌ２）のパワーをモニタする光パワーモニタ装置において、前記接続点よりも前記出力光の出力側に配置され、前記接続点で漏れ出した前記出力光を検出する第１検出器（２６ａ）と、前記接続点よりも前記出力光の入力側に配置され、前記接続点で漏れ出した前記反射光を検出する第２検出器（２６ｂ）と、前記反射光が生じない状況下で予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の関係を用い、前記第２検出器の検出結果から前記出力光の影響を排除する演算を行う演算部（３１）とを備えることを特徴としている。
本発明の光パワーモニタ方法は、光ファイバの接続点（Ｐ）で漏れ出した光を検出して出力光（Ｌ１）及び反射光（Ｌ２）のパワーをモニタする光パワーモニタ方法であって、前記接続点で漏れ出した出力光を、前記接続点よりも前記出力光の出力側に配置された第１検出器（２６ａ）で検出し、前記接続点で漏れ出した反射光を、前記接続点よりも前記出力光の入力側に配置された第２検出器（２６ｂ）で検出し、前記反射光が生じない状況下で予め得られた前記第１検出器及び前記第２検出器の検出結果の関係を用い、前記第２検出器の検出結果から前記出力光の影響を排除する演算を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反射光が生じない状況下で光パワーモニタ装置から予め得られた第１検出器及び第２検出器の検出結果の関係を用い、第２検出器の検出結果から出力光の影響を排除する演算を行うようにしているため、反射光を精度良くモニタすることができるという効果がある。これにより、発振状態が不安定になるという事態を防止することができるため、加工特性の劣化を防止することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置が備える光パワーモニタ装置の平面透視図である。
【図３】同光パワーモニタ装置の正面図である。
【図４】図２中のＡ−Ａ線（Ｂ−Ｂ線）の断面矢視図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置が備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態において、反射光が生じない状況下での光パワーモニタ装置のモニタ結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置で行われる補正の効果を説明するための図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるファイバレーザ装置が備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態で用いられる温度テーブルの一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるファイバレーザ装置が備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態で用いられる経時テーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるファイバレーザ装置、光パワーモニタ装置、及び光パワーモニタ方法について詳細に説明する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、ファイバレーザ装置１は、増幅媒体として機能する光ファイバＦ（第１光ファイバ）、伝送媒体として機能する光ファイバＦ１（第２光ファイバ）、光源装置１１、光パワーモニタ装置１２、及び制御装置１３を備えており、制御装置１３の制御の下で光ファイバＦ１の出力端Ｘからレーザ光（出力光）Ｌ１を出力する。
【００１５】
増幅媒体として機能する光ファイバＦは、活性元素が添加されたコアと、コアを取り囲むクラッドとを備えるシングルクラッドファイバである。この光ファイバＦは、光源装置１１から供給される励起光によって励起された活性元素により、光ファイバＦのコアを伝播する光を増幅するものである。この光ファイバＦには、コアの屈折率を周期的に変化させたファイバブラッググレーティングＧ１，Ｇ２が形成されている。このため、光ファイバＦのコアを伝播する光は、これら２つのファイバブラッググレーティングＧ１，Ｇ２による反射が繰り返されつつ増幅される。
【００１６】
伝送媒体として機能する光ファイバＦ１は、コアと、コアを取り囲むクラッドとを備えるシングルクラッドファイバである。尚、光ファイバＦ１のコアは、光ファイバＦのコアのように活性元素は添加されていない。この光ファイバＦ１は、一端が出力光Ｌ１の出力端Ｘとされており、他端が光パワーモニタ装置１２内において光ファイバＦと融着接続されている（詳細は後述する）。
【００１７】
光源装置１１は、例えば複数の半導体レーザを備えており、制御装置１３の制御の下で光ファイバＦに対して励起光を供給する。光パワーモニタ装置１２は、光ファイバＦ１の出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１のパワー、及び出力端Ｘを介して入力される反射光Ｌ２（例えば、ワークの加工中にワークの加工面で生じた反射光のうち、出力端Ｘを介して入力される反射光）のパワーをモニタする。尚、光パワーモニタ装置１２の詳細については後述する。
【００１８】
制御装置１３は、光パワーモニタ装置１２でモニタされる出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２のパワーを参照しつつ、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１のパワーが一定となるように光源装置１１を制御する。また、制御装置１３は、光パワーモニタ装置１２でモニタされる反射光Ｌ２のパワーが、予め規定された閾値を超えた場合には、ファイバレーザ装置１を保護するために、光源装置１１の発光を停止させる制御を行う。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置が備える光パワーモニタ装置の平面透視図であり、図３は、同光パワーモニタ装置の正面図である。また、図４は、図２中のＡ−Ａ線（Ｂ−Ｂ線）の断面矢視図である。これら図２〜図４に示す通り、光パワーモニタ装置１２は、台座２１、溝付板２２、散乱体２３、蓋板２４、固定ブロック２５、光検出器２６ａ（第１検出器）、及び光検出器２６ｂ（第２検出器）を備えており、光ファイバＦ，Ｆ１の融着接続点Ｐ（接続点）で漏れ出した光を検出して出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２のパワーをモニタする。尚、図２，図４では、蓋板２４の図示を省略している。
【００２０】
台座２１は、平面視形状が長方形の板状部材であり、例えば表面が黒アルマイト処理されたアルミニウム等の金属により形成されている。溝付板２２は、台座２１と同様に、平面視形状が長方形の板状部材であり、例えば表面が黒アルマイト処理されたアルミニウム等の金属により形成されており、台座２１上に固定されている。また、溝付板２２の上面には、溝付板２２の左端から右端に至る溝Ｇが形成されている。
【００２１】
散乱体２３は、直方体状の部材であり、例えばネオセラム（登録商標）等の結晶化ガラスにより構成されていて、図２に示す通り、溝Ｇ内に配置されて溝Ｇの底面に固定されている。この散乱体２３は、光ファイバＦ，Ｆ１の融着接続点Ｐで漏れ出した光の伝播方向をランダム化することで、光検出器２６ａ，２６ｂの検出結果から得られる出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２のパワーの変動を小さくするために設けられる。また、散乱体２３の上面には、図２に示す通り、散乱体２３の左端から右端に至る溝が形成されている。
【００２２】
散乱体２３の上面に形成された溝内には、図２，図３に示す通り、端面同士が融着接続された光ファイバＦ及び光ファイバＦ１が配置されている。尚、光ファイバＦは、接着材Ａ１１，Ａ１２によって散乱体２３及び溝付板２２の左端近傍にそれぞれ固定されている。同様に、光ファイバＦ１は、接着材Ａ２１，Ａ２２によって散乱体２３及び溝付板２２の右端近傍にそれぞれ固定されている。
【００２３】
また、光ファイバＦ，Ｆ１が配置された散乱体２３の溝内は、高屈折率樹脂２７（透明材料）によって満たされている。この高屈折率樹脂２７は、光ファイバＦ，Ｆ１のクラッドよりも屈折率が高く透明な樹脂であり、融着接続点Ｐにおいてコアからクラッドに漏れ出した光が、クラッドに閉じ込められることなく光ファイバＦ，Ｆ１の外部に漏れ出すようにするためのものである。尚、光ファイバＦ，Ｆ１は、クラッドを高屈折率樹脂２７と直接接触させるために、融着接続点Ｐの近傍において、その被覆が剥がれている。
【００２４】
ここで、「透明な樹脂」とは、出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２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樹脂、即ち、吸収が実質的な損失要因とならない樹脂をいう。このような透明な樹脂を用いるのは、融着接続点Ｐで漏れ出した光が高屈折率樹脂２７で吸収されて、融着接続点Ｐの周囲の温度が上昇するのを防止するためである。また、高屈折率樹脂２７としては、光ファイバＦ，Ｆ１よりも熱伝導率が高い材料を用いるのが望ましい。これは、融着接続点Ｐで漏れ出した光が高屈折率樹脂２７で吸収されて生ずる熱を外部に放出しやすくすることで、融着接続点Ｐの周囲の温度が上昇するのを防止するためである。
【００２５】
蓋板２４は、台座２１と同様に、平面視形状が長方形の板状部材であり、例えば表面が黒アルマイト処理されたアルミニウム等の金属により形成されている。この蓋板２４は、溝Ｇを覆うように溝付板２２上に配置され、溝付板２２の上面（図２に示す溝Ｇ以外の部分）に固定される。これにより、溝Ｇに入射する外光が遮られ、溝Ｇ内に暗室状態が実現される。
【００２６】
図４に示す通り、台座２１及び溝付板２２には、光検出器２６ａ，２６ｂが配置される部分に開口Ｈがそれぞれ形成されている。これら開口Ｈは、光ファイバＦ，Ｆ１の融着接続点Ｐで漏れ出した光が、光検出器２６ａ，２６ｂに導かれるようにするためのものである。尚、開口Ｈは、光検出器２６ａ，２６ｂの受光面よりも大きく、且つ固定ブロック２５の台座当接面より小さければ良く、その形状は任意である。
【００２７】
台座２１の底面側には図３，図４に示す通り、光検出器２６ａ，２６ｂが配置される。光検出器２６ａ，２６ｂは、例えば赤外線フォトダイオードであり、開口Ｈの真下にそれぞれ配置され、光ファイバＦ，Ｆ１の融着接続点Ｐで漏れ出した光を検出する。具体的に、光検出器２６ａは、融着接続点Ｐよりも出力光Ｌ１の出力側（図３では右側）に配置され、融着接続点Ｐで漏れ出した出力光Ｌ１を検出する。また、光検出器２６ｂは、融着接続点Ｐよりも出力光Ｌ１の入力側（図３では左側）に配置され、融着接続点Ｐで漏れ出した反射光Ｌ２を検出する。
【００２８】
ここで、出力光Ｌ１の伝播方向は、光ファイバＦから光ファイバＦ１に向かう方向であり、融着接続点Ｐで漏れ出した出力光Ｌ１は、主に光ファイバＦ１の側面から高屈折率樹脂２７内に漏れ出してくる。このため、出力光Ｌ１を検出する光検出器２６ａは、融着接続点Ｐよりも出力光Ｌ１の出力側に配置される。これに対し、反射光Ｌ２の伝播方向は、光ファイバＦ１から光ファイバＦに向かう方向であり、融着接続点Ｐで漏れ出した反射光Ｌ２は、主に光ファイバＦの側面から高屈折率樹脂２７内に漏れ出してくる。このため、反射光Ｌ２を検出する光検出器２６ｂは、融着接続点Ｐよりも出力光Ｌ１の入力側に配置される。
【００２９】
光検出器２６ａ，２６ｂは、図３，図４に示す通り、固定ブロック２５によって台座２１に固定される。この固定ブロック２５は、例えばアルミニウム等の金属によって形成された直方体状の部材であり、光検出器２６ａ，２６ｂを固定するとともに、光検出器２６ａ，２６ｂを含む空間を四方から取り囲むことによって、外光が光検出器２６ａ，２６ｂに入射することを防ぐものである。尚、光検出器２６ａ，２６ｂの受光面の前側にはレンズ２８が配置されている。
【００３０】
図５は、本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置が備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図５においては、光パワーモニタ装置１２を簡略化して図示しており、図２〜図４に示した構成に相当する構成には同一の符号を付してある。図５に示す通り、ファイバレーザ装置１の制御装置１３は、演算部３１、記憶部３２、及び制御部３３を備える。
【００３１】
演算部３１は、光パワーモニタ装置１２に設けられた光検出器２６ａ，２６ｂの検出結果（モニタ値）を入力としており、これらのモニタ値を用いて反射光Ｌ２の精度を高めるための演算を行う。具体的に、演算部３１は、反射光Ｌ２が生じない状況下で光パワーモニタ装置１２から予め得られた光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の関係を用い、光パワーモニタ装置１２から得られる光検出器２６ｂのモニタ値を補正する演算を行う。この演算は、光ファイバＦと光ファイバＦ１との融着接続点Ｐで漏れ出した出力光Ｌ１が、反射光Ｌ２を検出する光検出器２６ｂで受光されてしまうことによる影響を排除するためのものである。
【００３２】
ここで、反射光Ｌ２が生じない状況下で光パワーモニタ装置１２から得られた光検出器２６ａのモニタ値を「α」、光検出器２６ｂのモニタ値を「β」とする。また、実使用状態（例えば、ワークの加工中）で光パワーモニタ装置１２から得られる光検出器２６ａのモニタ値を「Ｐ１」、光検出器２６ｂのモニタ値を「Ｐ２」とする。演算部３１は、以下の（１）式に示す演算を行って、光検出器２６ｂの補正後のモニタ値「Ｐ２′」を求める。
Ｐ２′＝Ｐ２−（β／α）・Ｐ１  …（１）
【００３３】
図６は、本発明の第１実施形態において、反射光が生じない状況下での光パワーモニタ装置のモニタ結果の一例を示す図である。尚、図６においては、出力光Ｌ１の実際のパワーを横軸に取り、光パワーモニタ装置１２から得られるモニタ値を縦軸に取っている。図６中の符号Ｑ１が付された直線は、光検出器２６ａのモニタ値を示す直線であり、符号Ｑ２が付された直線は、光検出器２６ｂのモニタ値を示す直線である。
【００３４】
図６を参照すると、光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値は何れも、出力光Ｌ１のパワーに比例して増大する。このため、反射光Ｌ２が生じない状況下での光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値は、その比（β／α）が、出力光Ｌ１のパワーに拘わらず一定となる関係である。本実施形態では、このような関係を利用して、光検出器２６ａのモニタ値「Ｐ１」に上記の比（β／α）を乗算して、出力光Ｌ１が光検出器２６ｂで受光されることによって生ずる影響を見積もっている（上記（１）式の右辺第２項参照）。そして、光検出器２６ｂのモニタ値「Ｐ２」からその影響を減算することで、補正後のモニタ値「Ｐ２′」を求めるようにしている。
【００３５】
記憶部３２は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを備えており、反射光Ｌ２が生じない状況下で予め得られた光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の比（β／α：特性値）を記憶する。尚、演算部３１は、記憶部３２に記憶されている比を読み出して、上記（１）式の演算を行う。また、記憶部３２は、光源装置１１の発光を停止させる閾値も記憶する。この閾値は、ファイバレーザ装置１を保護するためのものである。
【００３６】
ここで、上記の比（β／α）は、例えばファイバレーザ装置１の工場出荷時、或いは出荷されたファイバレーザ装置１の設置時に記憶部３２に記憶される。例えば、以下の手順を経て記憶される。まず、出力端Ｘの前方（出力光Ｌ１が出力される方向）に吸収体の設置等を行って反射光Ｌ２が生じない状況にセッティングする。次に、出力光Ｌ１を出力させて光パワーモニタ装置１２から得られる光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値を取得する。そして、これらのモニタ値の比（β／α）を求めて記憶部３２に記憶させる。尚、このような手順は、自動的に行われても良く、作業者の手作業によって行われても良い。
【００３７】
制御部３３は、光パワーモニタ装置１２から得られる光検出器２６ａのモニタ値「Ｐ１」、及び演算部３１によって求められる光検出器２６ｂの補正後のモニタ値「Ｐ２′」を参照しつつ、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１のパワーが一定となるように光源装置１１を制御する。また、制御部３３は、上記のモニタ値「Ｐ２′」が記憶部３２に記憶された閾値を超えた場合には、ファイバレーザ装置１を保護するために、光源装置１１の発光を停止させる制御を行う。
【００３８】
次に、上記構成におけるファイバレーザ装置１の動作について簡単に説明する。制御装置１３に対する動作開始の指示等によって動作が開始されると、制御装置１３によって光源装置１１が制御されて光源装置１１からは励起光が出力される。光源装置１１から出力された励起光が光ファイバＦに入射されると、光ファイバＦのコアに添加された活性元素が励起される。光ファイバＦのコアを伝播する光が、光ファイバＦに形成されたファイバブラッググレーティングＧ１，Ｇ２によって反射されつつ励起された活性元素により増幅されることによりレーザ発振が起こり、ファイバＦからはレーザ光である出力光Ｌ１が出力される。
【００３９】
この出力光Ｌ１は、光パワーモニタ装置１２及び光ファイバＦ１を順に介して出力端Ｘから出力される。尚、出力端Ｘの前方にワーク等が配置されている場合には、そのワークの加工面で生じた反射光の一部が、反射光Ｌ２として出力端Ｘを介してファイバレーザ装置１内に入力される。このとき、光パワーモニタ装置１２では、融着接続点Ｐで漏れ出した出力光Ｌ１が、光検出器２６ａで受光されるとともに光検出器２６ｂで受光され、融着接続点Ｐで漏れ出した反射光Ｌ２が、光検出器２６ｂで受光される。これら光検出器２６ａ，２６ｂの検出結果（モニタ値）は、制御装置１３に出力される。
【００４０】
光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値が制御装置１３の演算部３１に入力されると、前述した（１）式の演算が行われる。つまり、光検出器２６ａのモニタ値「Ｐ１」と記憶部３２に記憶された比（β／α）とを乗算して得られる値を、光検出器２６ｂのモニタ値「Ｐ２」から減算して、補正後のモニタ値「Ｐ２′」を求める演算が行われる。そして、光検出器２６ａのモニタ値「Ｐ１」と、光検出器２６ｂの補正後のモニタ値「Ｐ２′」とが制御部３３に出力され、出力端Ｘから出力される出力光Ｌ１のパワーが一定となるように光源装置１１が制御される。尚、上記のモニタ値「Ｐ２′」が、記憶部３２に記憶された閾値を超えた場合には、光源装置１１の発光を停止させる制御が行われる。
【００４１】
図７は、本発明の第１実施形態によるファイバレーザ装置で行われる補正の効果を説明するための図である。図７（ａ）は、光検出器２６ａのモニタ値（出力モニタ値）の一例を示す図であり、図７（ｂ）は、光検出器２６ｂのモニタ値（反射モニタ値）の一例を示す図であり、図７（ｃ）は、光検出器２６ｂの補正後のモニタ値（補正後反射モニタ値）の一例を示す図である。尚、ここでは、理解を容易にするために、反射光Ｌ２が生じない状況下で出力光Ｌ１が出力されているものとする。
【００４２】
図７（ａ）に示す通り、ファイバレーザ装置１がパルス発振すると、出力光Ｌ１が断続的に出力されるため、光検出器２６ａのモニタ値は一定周期で断続的に値が変動するものとなる。ここで、図７（ｂ）に示す通り、反射光Ｌ２が生じない状況下であっても、出力光Ｌ１が光検出器２６ｂに受光されることから、光検出器２６ｂのモニタ値は、光検出器２６ａのモニタ値に比べると小さいものの、光検出器２６ａのモニタ値と同じ周期で断続的に変動するものとなる。これに対し、図７（ｃ）に示す通り、光検出器２６ｂの補正後のモニタ値は、前述した（１）式の演算が行われることで、出力光Ｌ１が光検出器２６ｂで受光されることによって生ずる影響が排除されて零（或いは、ほぼ零）になる。
【００４３】
以上の通り、本実施形態では、反射光Ｌ２が生じない状況下で光パワーモニタ装置１２から得られた光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の比（β／α）を予め求めておき、実使用状態で上記の比（β／α）を用いて光検出器２６ｂのモニタ値から出力光Ｌ１の影響を排除する演算を行っている。このため、反射光Ｌ２を精度良くモニタすることができ、これによって加工特性の劣化を防止することができる。
【００４４】
〔第２実施形態〕
図８は、本発明の第２実施形態によるファイバレーザ装置が備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態のファイバレーザ装置の全体構成は、図１に示すファイバレーザ装置と同様である。また、図８においては、図５に示す構成に相当する構成については同一の符号を付してある。
【００４５】
図８に示す通り、本実施形態のファイバレーザ装置は、光パワーモニタ装置１２の温度を測定する温度測定器４０を備えており、温度測定器４０で測定される温度を考慮して反射光Ｌ２をより高い精度でモニタするものである。つまり、上述した光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の比（β／α）は、光パワーモニタ装置１２の温度（内部温度）に応じて変化するため、この比（β／α）の変化を考慮して光検出器２６ｂのモニタ値の補正量を変えることで、反射光Ｌ２をより高い精度でモニタするものである。
【００４６】
温度測定器４０は、光パワーモニタ装置１２に取り付けられて、光パワーモニタ装置１２の温度（内部温度）を測定する。この温度測定器４０としては、例えば熱電対を備える温度センサ、測温抵抗体を備える温度センサ、バイメタルを備える温度センサ等を用いることが可能である。但し、温度測定器４０は、光パワーモニタ装置１２の内部温度を測定する必要があることから小型のものが望ましい。
【００４７】
温度測定器４０は、光パワーモニタ装置１２の任意の位置に設置することが可能であるが、上述した比（β／α）は、融着接続点Ｐにおける温度（或いは、融着接続点Ｐ近傍における温度）によって変化するため、融着接続点Ｐに極力近接する位置に設置するのが望ましい。但し、温度測定器４０は、光検出器２６ａ，２６ｂの検出に影響を及ぼさないように設置する必要がある。
【００４８】
また、本実施形態では、図９に例示する温度テーブルが記憶部３２に記憶されている。図９は、本発明の第２実施形態で用いられる温度テーブルの一例を示す図である。図９に示す通り、温度テーブルは、光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の比（β／α）が、温度毎に格納されたテーブルである。尚、図９に例示する温度テーブルは、１［℃］刻みのものであるが、温度の刻みは任意である。この温度テーブルは、予め反射光Ｌ２が生じない状況下で温度を変化させつつ光パワーモニタ装置１２から得られる光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値を取得し、取得したモニタ値の比（β／α）を温度毎に求めることによって作成される。
【００４９】
本実施形態のファイバレーザ装置の動作は、第１実施形態のファイバレーザ装置とほぼ同様である。但し、本実施形態では、前述した（１）式の演算が演算部３１で行われる際に、記憶部３２に記憶された温度テーブルから、温度測定器４０の測定結果に応じた比（β／α）が読み出され、この比（β／α）と光検出器２６ａのモニタ値「Ｐ１」とが乗算される。これにより、光検出器２６ｂのモニタ値「Ｐ２」の補正量（前述した（１）式の右辺第２項）は温度を考慮したものとなり、その結果として反射光Ｌ２をより高い精度でモニタすることができる。
【００５０】
〔第３実施形態〕
図１０は、本発明の第３実施形態によるファイバレーザ装置が備える制御装置の要部構成を示すブロック図である。尚、本実施形態のファイバレーザ装置の全体構成は、図１に示すファイバレーザ装置と同様であり、図１０においても、図５に示す構成に相当する構成については同一の符号を付してある。
【００５１】
図１０に示す通り、本実施形態のファイバレーザ装置は、制御装置１３に計時部３４が設けられており、ファイバレーザ装置の経時変化を考慮して反射光Ｌ２をより高い精度でモニタするものである。ここで、ファイバレーザ装置の経時変化とは、主に光ファイバＦ，Ｆ１の経時変化（例えば、時間の経過によって生ずる光ファイバＦ，Ｆ１の透過率や屈折率の変化）である。
【００５２】
計時部３４は、タイマーを備えており、計時結果を示す情報を演算部３１に出力する。この計時部３４は、例えばファイバレーザ装置の工場出荷時からの経過時間、出荷されたファイバレーザ装置の設置時からの経過時間、或いはファイバレーザ装置が動作状態にあった累積時間を計時する。ファイバレーザ装置は、長期に亘って使用されることが考えられることから、計時部３４は、極力誤差が生じないものを用いるのが望ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、図１１に例示する経時テーブルが記憶部３２に記憶されている。図１１は、本発明の第３実施形態で用いられる経時テーブルの一例を示す図である。図１１に示す通り、経時テーブルは、光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の比（β／α）が、規定時間経過毎に格納されたテーブルである。尚、図１１に例示する経時テーブルは、規定時間が１［年］に設定されたものであるが、規定時間は任意に設定可能である。
【００５４】
本実施形態のファイバレーザ装置の動作も、第１実施形態のファイバレーザ装置とほぼ同様である。但し、本実施形態では、前述した（１）式の演算が演算部３１で行われる際に、記憶部３２に記憶された経時テーブルから、計時部３４の計時結果に応じた比（β／α）が読み出され、この比（β／α）と光検出器２６ａのモニタ値「Ｐ１」とが乗算される。これにより、光検出器２６ｂのモニタ値「Ｐ２」の補正量（前述した（１）式の右辺第２項）はファイバレーザ装置の経時変化を考慮したものとなり、その結果として反射光Ｌ２をより高い精度でモニタすることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、光ファイバＦが、活性元素が添加されたコアと、コアを取り囲むクラッドとを備えるシングルクラッドファイバである場合について説明した。しかしながら、光ファイバＦが、活性元素が添加されたコアと、コアを取り囲む内側クラッドと、内側クラッドを取り囲む外側クラッドとを備えるダブルクラッドファイバである場合も、本発明を適用することが可能である。
【００５６】
ここで、ダブルクラッドファイバは、シングルクラッドファイバに比べて単位長当たりの励起光の吸収率（コアに添加された活性元素による吸収率）が低い。これは、シングルクラッドファイバでは、光源装置１１からの励起光が、活性元素が添加されたコアを伝播するのに対し、ダブルクラッドファイバでは、光源装置１１からの励起光が、内側クラッドを伝播しつつコアに添加された活性元素によって吸収されるためである。
【００５７】
従って、光ファイバＦがダブルクラッドファイバである場合には、内側クラッドを伝播する励起光が光ファイバＦで完全に吸収されず、光パワーモニタ装置１２に入射して光検出器２６ｂで受光されることが考えられる。かかる場合においても、反射光Ｌ２が生じない状況下で光パワーモニタ装置１２から得られた光検出器２６ａ，２６ｂのモニタ値の比（β／α）を予め求めておけば、前述した（１）式の演算を行うことで、出力光Ｌ１が光検出器２６ｂで受光される場合の影響と、励起光が光検出器２６ｂで受光される場合の影響との双方を排除することができる。
【００５８】
また、上述した実施形態では、増幅媒体として機能する光ファイバＦと伝送媒体として機能する光ファイバＦ１との融着接続点Ｐで漏れ出した光を検出して出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２のパワーをモニタする例について説明した。しかしながら、例えば、伝送媒体として機能する光ファイバＦ１が、２本の光ファイバを融着接続して形成されているような場合には、光ファイバＦ１での融着接続点で漏れ出した光を検出して出力光Ｌ１及び反射光Ｌ２のパワーをモニタするようにしても良い。
【００５９】
また、上述した実施形態では、前述した（１）式の演算を行う演算部３１や記憶部３２等が制御装置１３に設けられていたが、これらを光パワーモニタ装置１２に設けることも可能である。このようにすることで、光パワーモニタ装置１２の反射光Ｌ２のモニタ精度を高めることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…ファイバレーザ装置、１１…光源装置、１２…光パワーモニタ装置、１３…制御装置、２６ａ…光検出器、２６ｂ…光検出器、２７…高屈折率樹脂、３１…演算部、３２…記憶部、３４…計時部、４０…温度測定器、Ｆ…光ファイバ、Ｆ１…光ファイバ、Ｌ１…出力光、Ｌ２…反射光、Ｐ…融着接続点
【要約】
【課題】反射光を精度良くモニタして加工特性の劣化を防止することが可能なファイバレーザ装置等を提供する。
【解決手段】ファイバレーザ装置は、増幅媒体として機能する光ファイバＦと、光ファイバＦから出力される光を伝送する伝送媒体として機能する光ファイバＦ１と、光ファイバＦ，Ｆ１の融着接続点Ｐよりも出力光の出力側に配置され、融着接続点Ｐで漏れ出した出力光を検出する光検出器２６ａと、融着接続点Ｐよりも出力光の入力側に配置され、融着接続点Ｐで漏れ出した反射光を検出する光検出器２６ｂとを有する光パワーモニタ装置１２と、反射光が生じない状況下で光パワーモニタ装置１２から予め得られた光検出器２６ａ，２６ｂの検出結果の関係を用い、光検出器２６ｂの検出結果から出力光の影響を排除する演算を行う演算部３１とを備える。
【選択図】図５【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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