(57)【要約】【課題】従来よりも精度の良いモニタ値を得ることが可能なファイバレーザを実現する。【解決手段】ファイバレーザ（１）は、デリバリファイバ（ＤＦ）と、デリバリファイバ（ＤＦ）の一方の端面から出力される出力光の光路上に、反射面が該光路と直交しないように配置されたミラー（Ｍ）と、一方の端面がミラー（Ｍ）にて反射された出力光の光路上に配置されたモニタファイバ（ＭＦ）と、モニタファイバ（ＭＦ）の他方の端面から出力される出力光の光路上に配置された出力光検出器（ＰＤ）とを備えている。出力光に対するミラー（Ｍ）の透過率は、該出力光に対するミラー（Ｍ）の反射率よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デリバリファイバと、
上記デリバリファイバの一方の端面から出力される出力光の光路上に、反射面が該光路と直交しないように配置されたミラーであって、該出力光に対する透過率が該出力光に対する反射率よりも大きいミラーと、
一方の端面が上記ミラーにて反射された上記出力光の光路上に配置されたモニタファイバと、
上記モニタファイバの他方の端面から出力される上記出力光の光路上に配置された出力光検出器と、を備えている、
ことを特徴とするファイバレーザ。
【請求項２】
上記デリバリファイバの上記一方の端面を含む区間、上記モニタファイバの上記一方の端面を含む区間、及び上記ミラーを格納するヘッド部を更に備えており、
上記出力光検出器は、上記ヘッド部の外部に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ。
【請求項３】
上記デリバリファイバ及び上記モニタファイバは、被覆材により束ねられ、一端が上記ヘッド部に接続された単一のケーブルを構成している、
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ。
【請求項４】
上記デリバリファイバの他方の端面に直接的又は間接的に接続された増幅ファイバと、
上記出力光検出器にて得られた検出値から上記出力光のパワーを表すモニタ値を算出する制御部と、
上記増幅ファイバ、上記デリバリファイバの上記他方の端面を含む区間、上記モニタファイバの上記他方の端面を含む区間、上記出力光検出器、及び上記制御部を格納する本体部と、を更に備えており、
上記ケーブルの他端は、上記本体部に接続されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ。
【請求項５】
上記モニタファイバの上記一方の端面は、上記ミラーの上記反射面と対向しており、
上記ミラーにて反射された上記出力光は、上記一方の端面を介して上記モニタファイバに入射する、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のファイバレーザ。
【請求項６】
反射面が上記ミラーの上記反射面と対向するように配置された他のミラーを更に備えており、
上記ミラーにて反射された上記出力光は、上記他のミラーにて更に反射された後、上記一方の端面を介して上記モニタファイバに入射する、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のファイバレーザ。
【請求項７】
一方の端面が上記ミラーにて反射された戻光の光路上に配置された戻光モニタファイバ、又は、受光面が上記ミラーにて反射された戻光の光路上に配置された戻光検出器を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のファイバレーザ。
【請求項８】
当該ファイバレーザは、誘導ラマン散乱の散乱光を上記出力光として出力すると共に、誘導ラマン散乱の被散乱光を不要光として出力するものであり、
上記ミラーは、上記誘導ラマン散乱の被散乱光に対する反射率が該被散乱光に対する透過率よりも高い、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のファイバレーザ。
【請求項９】
当該ファイバレーザは、誘導ラマン散乱の散乱光を上記出力光として出力すると共に、誘導ラマン散乱の被散乱光を不要光として出力するものであり、
当該ファイバレーザは、上記被散乱光を検出する被散乱光検出器と、上記ミラーから上記出力光検出器までの上記出力光の光路上に配置された波長分波器であって、上記散乱光を上記出力光検出器に導くと共に、上記被散乱光を上記被散乱光検出器に導く波長分波器を更に備えている、
ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザに関する。特に、出力光のパワーをモニタすることが可能なファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
材料加工の分野では、近年、ファイバレーザが広く用いられている。ファイバレーザは、コアに希土類が添加された光ファイバ（以下、「増幅ファイバ」と呼ぶ）を増幅媒質するレーザ装置であり、レーザ光を連続的に出力する連続発振型（共振器型）のファイバレーザや、レーザ光を間欠的に出力するパルス発振型（ＭＯＰＡ型）のファイバレーザなどがある。
【０００３】
ファイバレーザには、レーザ光を出力光とするものの他に、レーザ光を出力光とするファイバレーザの後段に接続された光ファイバ（以下、「ラマンファイバ」と呼ぶ）における誘導ラマン散乱により生じたストークス光を出力光とするものがある。何れの場合も、出力光は、デリバリファイバ（出力光を導光するための光ファイバ）により加工対象物の近傍に導かれ、デリバリファイバの先端に接続されたヘッド部を介して加工対象物に照射される。
【０００４】
ところで、加工用のファイバレーザでは、フィードバック制御や異常検知などを行うために、出力光のパワーをモニタする必要がある。出力光のパワーをモニタする方法としてとしては、例えば、以下の方法が挙げられる。
【０００５】
（１）デリバリファイバに入射した出力光をデリバリファイバの入射端付近に挿入されたカプラによって照射用とモニタ用とに分岐し、モニタ用の出力光を光検出器によって検出する。
【０００６】
（２）デリバリファイバに入射した出力光の一部をデリバリファイバの入射端付近に形成された屈曲部又は融着点から漏出させ、漏出した出力光を光検出器によって検出する。
【０００７】
（３）デリバリファイバから出射された出力光をデリバリファイバの出射端面に対向するミラーによって照射用とモニタ用とに分岐し、モニタ用の出力光を光検出器によって検出する。
【０００８】
（１）の方法には、以下の問題がある。すなわち、（１）の方法により得た検出値には、デリバリファイバ（特にカプラから先の部分）及びヘッド部における経路損失が反映されない。このため、（１）の方法により得た検出値に基づいて算出されるモニタ値（出力光のパワーを表す）には、経路損失に応じた誤差が含まれる。したがって、（１）の方法では、精度の良いモニタ値を得ることが困難である。
【０００９】
（２）の方法には、以下の問題がある。すなわち、（２）の方法により得た検出値には、（１）の方法により得た検出値と同様、デリバリファイバ（特に屈曲部又は融着点から先の部分）及びヘッド部にて生じた経路損失が反映されない。更に、（２）の方法では、デリバリファイバの屈曲点又は融着点における出力光の漏出率を規定値に保つことが難しい。このため、（２）の方法により得た検出値に基づいて算出されるモニタ値には、経路損失に応じた誤差に加えて、漏出率の規定値からのズレに応じた誤差が含まれる。したがって、（２）の方法では、精度の良いモニタ値を得ることが更に困難である。
【００１０】
これに対して、（３）の方法では、経路損失に応じた誤差を含まないモニタ値を得ることができる。しかしながら、（３）の方法では、光検出器等をヘッド部に内蔵する必要があるため、ヘッド部の構造が複雑化したり、ヘッド部のサイズが大型化したりするという問題を生じる。
【００１１】
このような問題の解決に資する可能性のある技術としては、特許文献１に記載のレーザ加工機が挙げられる。特許文献１に記載のレーザ加工機では、（３）の方法により出力光のパワーをモニタしている。ただし、特許文献１に記載のレーザ加工機では、ヘッド部内で分岐されたモニタ用の出力光をモニタファイバ（モニタ用の出力光を導光するための光ファイバ）を介してモニタ装置に導き、モニタ装置に内蔵された光検出器によって検出する構成が採用されている。このため、特許文献１に記載のレーザ加工機では、モニタ用の出力光を検出するための光検出器等を、ヘッド部に内蔵する必要がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３８２２６号公報（公開日：２００７年２月１５日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載のレーザ加工機においては、ヘッド部内で出力光を分岐するためのミラーとして、出力光に対する反射率が出力光に対する透過率よりも高いミラーを用いている。すなわち、このミラーにて反射されたパワーの大きい反射光を加工対象物に照射すると共に、このミラーを透過したパワーの小さい透過光をモニタファイバに導く構成が採用されている。
【００１４】
このため、このミラーの取り付け角に誤差があると、加工対象物に照射されるべきパワーの大きい出力光が予期せぬ方向に伝播し、その一部がヘッド部内で乱反射されることがある。そうすると、加工対象物に照射される出力光のパワーが低下すると共に、乱反射された出力光の一部がモニタファイバに入射し、光検出器にて検出される出力光のパワーが上昇する。したがって、検出値に基づいて算出されるモニタ値には、加工対象物に照射される出力光のパワーの乱反射による低下分に相当する誤差と、光検出器にて検出される出力光のパワーの乱反射による上昇分に相当する誤差とが含まれる。このため、特許文献１に記載のレーザ加工機においては、精度の良いモニタ値を得ることができなかった。
【００１５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも精度の良いモニタ値を得ることが可能なファイバレーザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明に係るファイバレーザは、デリバリファイバと、上記デリバリファイバの一方の端面から出力される出力光の光路上に、反射面が該光路と直交しないように配置されたミラーであって、該出力光に対する透過率が該出力光に対する反射率よりも大きいミラーと、一方の端面が上記ミラーにて反射された上記出力光の光路上に配置されたモニタファイバと、上記モニタファイバの他方の端面から出力される上記出力光の光路上に配置された出力光検出器と、を備えている。
【００１７】
上記のように、本発明に係るファイバレーザにおいては、出力光を分岐するためのミラーとして、出力光に対する透過率が出力光に対する反射率よりも高いミラーを用いている。すなわち、このミラーを透過したパワーの大きい透過光を加工対象物に照射すると共に、このミラーにて反射されたパワーの小さい反射光をモニタファイバに導く構成が採用されている。
【００１８】
このため、上記ミラーの取り付け角にずれがあっても、加工対象物に照射されるべきパワーの大きい出力光がヘッド部の筐体等により乱反射されるという事態が生じ難くなる。したがって、上記出力光検出器にて得られた検出値に基づいて算出されるモニタ値に含まれ得る、加工対象物に照射される出力光のパワーの乱反射による低下分に相当する誤差、及び、上記出力光検出器に入射する出力光のパワーの乱反射による上昇分に相当する誤差を、小さくすることができる。したがって、本発明によれば、特許文献１に記載のレーザ加工機よりも精度の高いモニタ値を得ることができる。
【００１９】
本発明に係るファイバレーザは、上記デリバリファイバの上記一方の端面を含む区間、上記モニタファイバの上記一方の端面を含む区間、及び上記ミラーを格納するヘッド部を更に備えており、上記出力光検出器は、上記ヘッド部の外部に配置されている、ことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、上記ヘッド部をハンドリングすることにより、レーザ加工を容易に実現することができる。また、上記出力光検出器は、上記ヘッド部の外部に配置されているので、上記ヘッド部の構造が複雑化したり、上記ヘッド部のサイズが大型化したりすることを抑制することができる。
【００２１】
本発明に係るファイバレーザにおいて、上記デリバリファイバ及び上記モニタファイバは、被覆材により束ねられ、一端が上記ヘッド部に接続された単一のケーブルを構成している、ことが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記ヘッド部をハンドリングする際に、上記デリバリファイバ及び上記モニタファイバの取り回しを容易にすることができる。また、上記デリバリファイバ及び上記モニタファイバを損傷し難くすることができる。
【００２３】
本発明に係るファイバレーザは、上記デリバリファイバの他方の端面に直接的又は間接的に接続された増幅ファイバと、上記出力光検出器にて得られた検出値から上記出力光のパワーを表すモニタ値を算出する制御部と、上記増幅ファイバ、上記デリバリファイバの上記他方の端面を含む区間、上記モニタファイバの上記他方の端面を含む区間、上記出力光検出器、及び上記制御部を格納する本体部と、を更に備えており、上記ケーブルの他端は、上記本体部に接続されている、ことが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、当該ファイバレーザを、上記本体部、上記ヘッド部、及び上記ケーブルからなる、取り扱いが容易な構造とすることができる。また、上記出力光検出器と上記制御部とが上記本体部に内蔵されているので、上記出力光検出器と上記制御部とを接続するための配線及び回路を簡単な構成とすることができる。
【００２５】
本発明に係るファイバレーザにおいて、上記モニタファイバの上記一方の端面は、上記ミラーの上記反射面と対向しており、上記ミラーにて反射された上記出力光は、上記一方の端面を介して上記モニタファイバに入射する、ことが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、上記出力光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系を、上記デリバリファイバの出射端と上記モニタファイバの入射端と単一のミラーとにより構成することができる。したがって、当該光学系を簡単かつ安価に製造することができる。
【００２７】
本発明に係るファイバレーザは、反射面が上記ミラーの上記反射面と対向するように配置された他のミラーを更に備えており、上記ミラーにて反射された上記出力光は、上記他のミラーにて更に反射された後、上記一方の端面を介して上記モニタファイバに入射する、ことが好ましい。
【００２８】
上記の構成によれば、上記モニタファイバの入射端における光軸方向を、上記デリバリファイバの出射端における光軸方向と平行又は略平行にすることができる。したがって、上記出力光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系を小型に実現することができる。
【００２９】
本発明に係るファイバレーザは、一方の端面が上記ミラーにて反射された戻光の光路上に配置された戻光モニタファイバ、又は、受光面が上記ミラーにて反射された戻光の光路上に配置された戻光検出器を更に備えている、ことが好ましい。
【００３０】
上記の構成によれば、出力光のパワーをモニタする機能に加えて、戻光のパワーのパワーをモニタする機能を有するファイバレーザを実現することができる。
【００３１】
本発明に係るファイバレーザは、誘導ラマン散乱の散乱光を上記出力光として出力すると共に、誘導ラマン散乱の被散乱光を不要光として出力するものであり、上記ミラーは、上記誘導ラマン散乱の被散乱光に対する反射率が該被散乱光に対する透過率よりも高い、ことが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、誘導ラマン散乱の散乱光（ストークス光）を出力光とするファイバレーザにおいて、従来よりも精度の高いモニタ値を得ることができる。
【００３３】
本発明に係るファイバレーザは、誘導ラマン散乱の散乱光を上記出力光として出力すると共に、誘導ラマン散乱の被散乱光を不要光として出力するものであり、上記被散乱光を検出する被散乱光検出器と、上記ミラーから上記光検出器までの上記出力光の光路上に配置された波長分波器であって、上記散乱光を上記出力光検出器に導くと共に、上記被散乱光を上記被散乱光検出器に導く波長分波器を更に備えている、ことが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、誘導ラマン散乱の散乱光（ストークス光）を出力光とするファイバレーザにおいて、従来よりも精度の高いモニタ値を得ることができる。また、上記出力光に含まれる上記散乱光のパワーと上記出力光に含まれる上記被散乱光（残留レーザ光）のパワーとを個別にモニタすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ファイバレーザにおいて、従来よりも精度の高いモニタ値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１のファイバレーザが備えるヘッド部の構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、その第１の変形例を示すブロック図であり、（ｃ）は、その第２の変形例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
＜実施形態１＞
〔ファイバレーザの構成〕
本発明の第１の実施形態に係るファイバレーザ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバレーザ１の構成を示すブロック図である。
【００３８】
ファイバレーザ１は、レーザ光を出力光とするファイバレーザであり、図１に示すように、本体部Ｂ、ヘッド部Ｈ、及びケーブルＣにより構成されている。
【００３９】
本体部Ｂには、複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍ、ポンプコンバイナＰＣ、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１、増幅ファイバＡＦ、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２、及び、デリバリファイバＤＦの入射端（入射端面を含む区間）が格納されている。なお、図１には、ｍ＝６の場合の構成を例示しているが、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍの個数ｍは任意である。
【００４０】
各レーザダイオードＬＤｊは、ポンプ光を生成するための構成である（ｊ＝１，２，…，ｍ）。各レーザダイオードＬＤｊにて生成されたポンプ光は、ポンプコンバイナＰＣに入力される。
【００４１】
ポンプコンバイナＰＣは、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍの各々にて生成されたポンプ光を合波することによって、合成ポンプ光を得るための構成である。ポンプコンバイナＰＣにて得られた合成ポンプ光は、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を介して増幅ファイバＡＦに入力される。
【００４２】
増幅ファイバＡＦは、ポンプコンバイナＰＣにて得られた合成ポンプ光をレーザ光に変換するための構成である。本実施形態においては、増幅ファイバＡＦとして、コアにＹｂ等の希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバを用いている。ポンプコンバイナＰＣにて得られた合成ポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために利用される。
【００４３】
増幅ファイバＡＦの入力端には、特定の波長λにおいてミラーとして機能する第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１が接続されており、増幅ファイバＡＦの出力端には上記特定の波長λにおいてハーフミラーとして機能する第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２が接続されている。すなわち、増幅ファイバＡＦは、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１及び第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２と共に共振器を構成している。増幅ファイバＡＦのコアにおいては、反転分布状態に維持された希土類元素が誘導放出を繰り返すことにより、上記特定の波長λのレーザ光が再帰的に増幅される。増幅ファイバＡＦにて再帰的に増幅されたレーザ光のうち、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光は、デリバリファイバＤＦに入力される。
【００４４】
ヘッド部Ｈには、デリバリファイバＤＦの出射端（出射端面を含む区間）、第１ファイバカップリング部ＦＣ１、ミラーＭ、第２ファイバカップリング部ＦＣ２、及び、モニタファイバＭＦの入射端（入射端面を含む区間）が格納されている。
【００４５】
第１ファイバカップリング部ＦＣ１は、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光がミラーＭに入射するよう、デリバリファイバＤＦの出射端における光軸位置及び光軸方向を固定するための構成である。本実施形態においては、第１ファイバカップリング部ＦＣ１として、ファイバポジショナを用いている。なお、第１ファイバカップリング部ＦＣ１は、デリバリファイバＤＦの出射端における光軸位置及び光軸方向を固定するための機構の他に、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光をコリメートするレンズ等の光学素子を備えていてもよい。また、ファイバポジショナを用いてデリバリファイバＤＦを固定する代わりに、ヘッド部Ｈの筐体を貫通するガラスフェルールにデリバリファイバＤＦを通したうえで、そのガラスフェルールにデリバリファイバＤＦを接着する構成や、ヘッド部Ｈの筐体を貫通する金属コートフェルールにデリバリファイバを通したうえで、その金属コートフェルールにデリバリファイバＤＦをＹＡＧ溶接する構成などを採用してもよい。
【００４６】
ミラーＭは、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光を、照射用とモニタ用とに分岐するための構成である。ミラーＭは、デリバリファイバＤＦから出力されるレーザ光の光路上に、その反射面が該レーザ光の光路と直交しないように配置されている。ミラーＭにおいて、出力光であるレーザ光に対する透過率は、該レーザ光に対する反射率よりも高く設定されている。このため、ミラーＭを透過した照射用のレーザ光のパワーは、ミラーＭにて反射されたモニタ用のレーザ光のパワーよりも大きくなる。
【００４７】
第２ファイバカップリング部ＦＣ２は、ミラーＭにて反射されたモニタ用のレーザ光がモニタファイバＭＦに入射するよう、モニタファイバＭＦの入射端における光軸位置及び光軸方向を固定するための構成である。本実施形態においては、第２ファイバカップリング部ＦＣ２として、ファイバポジショナを用いている。なお、第２ファイバカップリング部ＦＣ２は、モニタファイバＭＦの入射端における光軸位置及び光軸方向を固定するための機構の他に、ミラーＭにて反射されたモニタ用のレーザ光を集光するレンズ等の光学素子を備えていてもよい。また、ファイバポジショナを用いてモニタファイバＭＦを固定する代わりに、ヘッド部Ｈの筐体を貫通するガラスフェルールにモニタファイバＭＦを通したうえで、そのガラスフェルールにモニタファイバＭＦを接着する構成や、ヘッド部Ｈの筐体を貫通する金属コートフェルールにモニタファイバＭＦを通したうえで、その金属コートフェルールにモニタファイバＭＦをＹＡＧ溶接する構成などを採用してもよい。
【００４８】
ケーブルＣは、デリバリファイバＤＦ、モニタファイバＭＦ、及び、これらを束ねるための被覆材（例えば、ＳＵＳ管）により構成されており、一端が本体部Ｂに接続され他端がヘッド部Ｈに接続されている。デリバリファイバＤＦは、本体部Ｂにおいて生成されたレーザ光をヘッド部Ｈに導くための光ファイバであり、その入力端及び出力端は、それぞれ、本体部Ｂ及びヘッド部Ｈに引き込まれている。モニタファイバＭＦは、ヘッド部Ｈにおいて分岐されたモニタ用のレーザ光を本体部Ｂに導くための光ファイバであり、その入力端及び出力端は、それぞれ、ヘッド部Ｈ及び本体部Ｂに引き込まれている。
【００４９】
本体部Ｂには、更に、モニタファイバＭＦの出射端（出射端面を含む区間）、光検出器（出力光検出器）ＰＤ、及び制御部ＣＵが格納されている。ヘッド部Ｈにおいて分岐され、モニタファイバＭＦによりヘッド部Ｈから本体部Ｂに導かれたモニタ用のレーザ光は、この光検出器ＰＤに入力される。光検出器ＰＤは、モニタ用のレーザ光を、そのパワーを表す電気信号に変換するための構成である。光検出器ＰＤにて得られた電気信号は、制御部ＣＵに入力される。制御部ＣＵは、光検出器ＰＤにて得られた電気信号に基づいて、照射用のレーザ光のパワーを表すモニタ値を算出すると共に、算出したモニタ値に基づいて、フィードバック制御や異常検知などを行う。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係るファイバレーザ１においては、出力光であるレーザ光に関して、ミラーＭを透過したパワーの大きいレーザ光を照射用とし、ミラーＭにて反射されたパワーの小さいレーザ光をモニタ用とする構成が採用されている。このため、ミラーＭの取り付け角にずれがあっても、パワーの大きい照射用のレーザ光が、ヘッド部Ｈ内で乱反射されるという事態や、ヘッド部Ｈ内で乱反射されたレーザ光が、光検出器ＰＤに入射するという事態が生じ難くなる。したがって、光検出器ＰＤにて得られた電気信号に基づいて算出されたモニタ値に含まれ得る、加工対象物に照射される出力光のパワーの乱反射による低下分に相当する誤差、及び、光検出器ＰＤにて検出される出力光のパワーの乱反射による上昇分に相当する誤差を小さくすることができる。したがって、本実施形態に係るファイバレーザ１によれば、加工対象物に照射されるレーザ光のパワーを表すモニタ値として、精度の高いモニタ値を得ることができる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、光検出器ＰＤを本体部Ｂ内に配置する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、光検出器ＰＤを本体部Ｂ外に配置する構成を採用してもよい。
【００５２】
〔ヘッド部の変形例〕
ファイバレーザ１が備えるヘッド部Ｈの変形例について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、ファイバレーザ１が備えるヘッド部Ｈの構成を示すブロック図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、その変形例を示すブロック図である。
【００５３】
本実施形態においては、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系を、図２の（ａ）に示すように、反射面がデリバリファイバＤＦの出射端面及びモニタファイバＭＦの入射端面の双方に対向する単一のミラーＭにより構成している。しかしながら、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系の構成は、これに限定されない。
【００５４】
例えば、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系を、図２の（ｂ）に示すように、反射面がデリバリファイバＤＦの出射端面に対向する第１ミラーＭ１と、反射面が第１ミラーＭ１の反射面に対向する第２ミラーＭ２とにより構成することができる。図２の（ｂ）に示した例に即して具体的に言うと、第１ミラーＭ１は、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光の光路上に、その反射面と該レーザ光の光路との成す角が４５°となるように配置されており、図示した座標系において、該レーザ光の進行方向をｘ軸正方向からｙ軸負方向に変換する。第２ミラーＭ２は、第１ミラーＭ１にて反射されたレーザ光の光路上に、その反射面と該レーザ光の光路との成す角が４５°となるように配置されており、図示した座標系において、該レーザ光の進行方向をｙ軸負方向からｘ軸負方向に変換する。デリバリファイバＤＦ及びモニタファイバＭＦは、図示した座標系において、それぞれ、出射端面及び入射端面がｘ軸正方向を向くように、ファイバカップリング部ＦＣ１及びファイバカップリング部ＦＣ２により固定されている。すなわち、デリバリファイバＤＦの出射端とモニタファイバＭＦの入射端とは、互いに平行に配置される。
【００５５】
デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系として、図２の（ａ）に示す構成を採用した場合、当該光学系を単一のミラーＭにより構成することができるため、ヘッド部Ｈを簡単かつ安価に製造することができるというメリットがある。一方、デリバリファイバＤＦから出力されたレーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための光学系として、図２の（ｂ）に示す構成を採用した場合、デリバリファイバＤＦの出射端とモニタファイバＭＦの入射端とが互いに平行に配置されているため、ヘッド部Ｈを小型に実現することができるというメリットがある。なお、ミラーＭ２にて反射されたレーザ光の光路に更に１又は複数のミラーを設け、これらのミラーによって、レーザ光をモニタファイバＭＦの入射端まで導いてもよい。
【００５６】
また、加工対象物にて反射され、ヘッド部Ｈの外部からヘッド部Ｈの内部に再入射した戻光のパワーをモニタする必要がある場合には、図２の（ｃ）に示す構成を採用してもよい。図２の（ｃ）に示す構成は、図２の（ａ）に示す構成に、（１）ヘッド部Ｈの外部からヘッド部Ｈの内部に再入射した後、ミラーＭにて反射された戻光をヘッド部Ｈから本体部Ｂに導くための戻光モニタファイバＭＦ２と、（２）ミラーＭにて反射された戻光が戻光モニタファイバＭＦ２に入射するよう、戻光モニタファイバＭＦ２の入射端における光軸位置及び光軸方向を固定するためのファイバカップリング部ＦＣ３とを追加したものである。戻光モニタファイバＭＦ２によりヘッド部Ｈから本体部Ｂに導かれた戻光は、例えば、本体部Ｂに内蔵された戻光検出器（図１において不図示）によって電気信号に変換される。図２の（ｃ）に示す構成を採用した場合、出力光のパワーをモニタする機能に加えて、戻光のパワーをモニタする機能をファイバレーザ１に持たせることができる。
【００５７】
なお、ミラーＭにて反射された戻光を、ヘッド部Ｈに内蔵された戻光検出器によって電気信号に変換し、得られた電気信号を、メタルケーブルを用いてヘッド部Ｈから本体部Ｂに導く構成を採用してもよい。このような構成を採用した場合でも、戻光のパワーをモニタする機能をファイバレーザ１に持たせることができる。
【００５８】
なお、ここでは、前述した第１の実施形態に係るファイバレーザ１が備えるヘッド部Ｈの変形例については説明したが、これらの変形例は、後述する第２の実施形態に係るファイバレーザ２が備えるヘッド部Ｈにも、後述する第３の実施形態に係るファイバレーザ３が備えるヘッド部Ｈにも適用することが可能である。
【００５９】
＜実施形態２＞
本発明の第２の実施形態に係るファイバレーザ２の構成について、図３を参照して説明する。図３は、ファイバレーザ２の構成を示すブロック図である。
【００６０】
ファイバレーザ２は、ストークス光を出力光とするファイバレーザであり、図１に示すファイバレーザ１の第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とデリバリファイバＤＦとの間に、ラマンファイバＲＦを挿入したものである。
【００６１】
ラマンファイバＲＦは、増幅ファイバＡＦにて再帰的に増幅されたレーザ光（誘導ラマン散乱の被散乱光）を、誘導ラマン散乱によってストークス光（誘導ラマン散乱の散乱光）に変換するための光ファイバである。散乱光であるストークス光の波長は、被散乱光であるレーザ光の波長よりも長いので、ラマンファイバＲＦは、波長変換素子（ラマンシフタ）として機能する。ラマンファイバＲＦからは、出力光であるストークス光（図３において黒三角により図示）と共に、不要光である残留レーザ光（図３において白三角により図示）が出力される。
【００６２】
本実施形態においても、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光及び残留レーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための構成として、ミラーＭを用いている。ミラーＭは、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光及び残留レーザ光の光路上に、その反射面が該ストークス光及び該残留レーザ光の光路と直交しないように配置されている。
【００６３】
ミラーＭにおいて、出力光であるストークス光に対する透過率は、該ストークス光に対する反射率よりも高く設定されている。このため、ミラーＭを透過した照射用のストークス光のパワーは、ミラーＭにて反射されたモニタ用のストークス光のパワーよりも大きくなる。例えば、ミラーＭを、出力光であるストークス光の略全てを透過するように構成することができる。この場合、照射用のストークス光のパワーは、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光のパワーと略同一になり、モニタ用のストークス光のパワーは、略ゼロになる。
【００６４】
一方、ミラーＭにおいて、不要光である残留レーザ光に対する反射率は、該残留レーザ光に対する透過率よりも高く設定されている。このため、ミラーＭにて反射されたモニタ用の残留レーザ光のパワーは、ミラーＭを透過した照射用の残留レーザ光のパワーよりも大きくなる。例えば、ミラーＭを、不要光であるレーザ光の略全てを反射するように構成することができる。この場合、モニタ用の残留レーザ光のパワーは、デリバリファイバＤＦから出力される残留レーザ光のパワーと略同一になり、照射用の残留レーザ光のパワーは、略ゼロになる。
【００６５】
光検出器ＰＤには、モニタ用の残留レーザ光、又は、モニタ用の残留レーザ光とモニタ用のストークス光とが一定の割合で混合された混合光が入力される。光検出器ＰＤは、モニタ用の残留レーザ光、又は、モニタ用の残留レーザ光とモニタ用のストークス光とが一定の割合で混合された混合光を、そのパワーを表す電気信号に変換する。モニタ用の残留レーザ光のパワーと照射用のストークス光のパワーとの間には所与の相関がある。同様に、モニタ用の残留レーザ光とモニタ用のストークス光とが一定の割合で混合された混合光のパワーと照射用のストークス光のパワーとの間にも所与の相関がある。したがって、本体部Ｂに内蔵された制御部ＣＵは、光検出器ＰＤにて得られた電気信号の値から、加工対象物に照射されるストークス光のパワーを算出することができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態に係るファイバレーザ２においても、出力光であるストークス光に関して、ミラーＭを透過したパワーの大きいストークス光を照射用とし、ミラーＭにて反射されたパワーの小さいストークス光をモニタ用とする構成が採用されている。このため、第１の実施形態に係るファイバレーザ１と同様、加工対象物に照射されるストークス光のパワーを表すモニタ値として、精度の高いモニタ値を得ることができる。
【００６７】
更に、本実施形態にファイバレーザ２においては、不要光である残留レーザ光に関して、ミラーＭを透過したパワーの小さい残留レーザを照射用とし、ミラーＭにて反射されたパワーの大きい残留レーザ光をモニタ用とする構成が採用されている。このため、加工対象物に照射される残留レーザ光のパワーを十分に小さくすると共に、光検出器ＰＤに入力される残留レーザ光のパワーを十分に大きくすることができる。
【００６８】
＜実施形態３＞
本発明の第３の実施形態に係るファイバレーザ３の構成について、図４を参照して説明する。図４は、ファイバレーザ３の構成を示すブロック図である。
【００６９】
ファイバレーザ３は、ストークス光を出力光とするファイバレーザであり、第１の実施形態に係るファイバレーザ１の第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とデリバリファイバＤＦとの間に、ラマンファイバＲＦを挿入したものである。第２の実施形態に係るファイバレーザ２においては、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光と残留レーザ光との混合光を光検出器ＰＤに導く構成が採用されているのに対して、本実施形態にファイバレーザ３においては、デリバリファイバＤＦから出力される混合光を波長分波器ＷＤＭにてストークス光と残留レーザ光とに分波し、ストークス光を第１光検出器ＰＤ１（散乱光検出器）に導くと共に、残留レーザ光を第２光検出器ＰＤ２（被散乱光検出器）に導く構成を採用している。
【００７０】
本実施形態においても、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光及び残留レーザ光を照射用とモニタ用とに分岐するための構成として、ミラーＭを用いている。ミラーＭは、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光及び残留レーザ光の光路上に、その反射面が該ストークス光及び該残留レーザ光の光路と直交しないように配置されている。
【００７１】
ミラーＭにおいて、出力光であるストークス光に対する透過率は、該ストークス光に対する反射率よりも高く設定されている。このため、ミラーＭを透過した照射用のストークス光のパワーは、ミラーＭにて反射されたモニタ用のストークス光のパワーよりも大きくなる。例えば、ミラーＭを、出力光であるストークス光の略全てを透過するように構成することができる。この場合、照射用のストークス光のパワーは、デリバリファイバＤＦから出力されるストークス光のパワーと略同一になり、モニタ用のストークス光のパワーは、略ゼロになる。
【００７２】
一方、ミラーＭにおいて、不要光である残留レーザ光に対する反射率は、該残留レーザ光に対する透過率よりも高く設定されている。このため、ミラーＭにて反射されたモニタ用の残留レーザ光のパワーは、ミラーＭを透過した照射用の残留レーザ光のパワーよりも大きくなる。例えば、ミラーＭを、不要光であるレーザ光の略全てを反射するように構成することができる。この場合、モニタ用の残留レーザ光のパワーは、デリバリファイバＤＦから出力される残留レーザ光のパワーと略同一になり、照射用の残留レーザ光のパワーは、略ゼロになる。
【００７３】
第１光検出器ＰＤ１には、モニタ用のストークス光が入力される。第１光検出器ＰＤ１は、モニタ用のストークス光を、そのパワーを表す電気信号に変換する。一方、第２光検出器ＰＤ２には、モニタ用の残留レーザ光が入力される。第２光検出器ＰＤ２は、モニタ用のレーザ光を、そのパワーを表す電気信号に変換する。モニタ用のストークス光のパワーと照射用のストークス光のパワーとの間には所与の相関がある。同様に、モニタ用の残留レーザ光のパワーと照射用の残留レーザ光のパワーとの間にも所与の相関がある。したがって、本体部Ｂに内蔵された制御部ＣＵは、第１光検出器ＰＤ１及び第２光検出器ＰＤ２にて得られた電気信号の値から、それぞれ、加工対象物に照射されるストークス光及び残留レーザ光のパワーを個別に算出することができる。
【００７４】
以上のように、本実施形態に係るファイバレーザ３においても、出力光であるストークス光に関して、ミラーＭを透過したパワーの大きいストークス光を照射用とし、ミラーＭにて反射されたパワーの小さいストークス光をモニタ用とする構成が採用されている。このため、第１の実施形態に係るファイバレーザ１と同様、加工対象物に照射されるストークス光のパワーを表すモニタ値として、精度の高いモニタ値を得ることができる。
【００７５】
更に、本実施形態にファイバレーザ３においては、不要光である残留レーザ光に関して、ミラーＭを透過したパワーの小さい残留レーザを照射用とし、ミラーＭにて反射されたパワーの大きい残留レーザ光をモニタ用とする構成が採用されている。このため、加工対象物に照射される残留レーザ光のパワーを十分に小さくすると共に、光検出器ＰＤに入力される残留レーザ光のパワーを十分に大きくすることができる。
【００７６】
＜付記事項＞
本発明は上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。
【符号の説明】
【００７７】
１、２、３                  ファイバレーザ
Ｂ                            本体部
ＬＤ１、ＬＤ２、…、ＬＤｍ      レーザダイオード
ＰＣ                            ポンプコンバイナ
ＡＦ                            増幅ファイバ
ＦＢＧ１、ＦＢＧ２              ファイバブラッググレーティング
ＰＤ、ＰＤ１、ＰＤ２            光検出器
Ｈ                            ヘッド部
ＦＣ１、ＦＣ２                  ファイバカップリング部
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２                  ミラー
Ｃ                            ケーブル
ＤＦ                            デリバリファイバ
ＭＦ                            モニタファイバ
【図１】
2018129389.tif 000003
【図２】
2018129389.tif 000004
【図３】
2018129389.tif 000005
【図４】
2018129389.tif 000006