(57)【要約】【課題】  出射光のパワーを精度良く制御することができるファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】  ファイバレーザ装置１は、励起光を出射する励起光源１０と、前記励起光により信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０を伝搬する信号光または増幅用光ファイバ３０から出射する信号光から発生する誘導ラマン散乱光のパワーを信号光のパワーよりも優先的に検出する検出部７１と、検出部７１で検出される光のパワーに基づいて励起光のパワーを制御する制御部８０と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光により信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバを伝搬する前記信号光または前記増幅用光ファイバから出射する前記信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを前記信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部と、
前記検出部で検出される光のパワーに基づいて前記励起光のパワーを制御する制御部と、
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】
前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記信号光を反射する第１ミラーと、
前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記信号光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記第１ミラーを基準として前記増幅用光ファイバとは反対側に配置される
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記第１ミラーを透過する光を受光する受光部を有し、
前記受光部は、前記信号光の波長成分に対する受光感度よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記増幅用光ファイバに入射する信号光を出射する信号光源を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、
分岐された光を受光する受光部と、
を有し、
前記受光部は、前記信号光の波長成分に対する受光感度よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、
分岐した光を受光する受光部と、
を有し、
前記光分岐部は、前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に分岐する
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、
分岐した光のうち前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に透過する光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を吸収して熱に変換する光熱変換部と、
前記光熱変換部の温度を検出する温度検出部と、
を有し、
前記光熱変換部は、前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分の吸収効率が良い
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーを小さくする
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記励起光のパワーが小さくされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻す
ことを特徴とする請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーをゼロとする
ことを特徴とする請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記励起光のパワーがゼロとされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻す
ことを特徴とする請求項１２に記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射光のパワーの制御を行うことができるファイバレーザ装置に関し、パワーの大きな出射光を制御するファイバレーザ装置に好適なものである。
【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】
このようなファイバレーザ装置では、ファイバレーザ装置からの出射光が被加工体等で反射して、反射した光がファイバレーザ装置の出射端から入射する場合がある。また、出射した光が再び入射する場合以外にも、ファイバレーザ装置内で光ファイバの接続部等で光が反射する場合もある。特にパルス状の光を出射するファイバレーザ装置では、出射光の単位時間あたりの平均パワーは小さくても、パルス状の出射光のピークパワーは大きいため、反射光のピークパワーも大きくなる傾向がある。この反射光がファイバレーザ装置内で増幅し、光が入射すべきでない励起光源等の部位に増幅した反射光が入射して、当該部位に損傷を与える場合がある。
【０００４】
下記特許文献１には、希土類添加ファイバから励起光源側に向かう戻り光の強度を測定し、この戻り光の強度が所定値を超えた場合に励起光源の出力を減じるファイバレーザ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６９９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置によれば、励起光の強度を調整することで、ファイバレーザ装置の損傷を防止することができる。しかし、励起光のパワーをより高い精度で制御することで、出射光のパワーをより高い精度で制御することができるファイバレーザ装置が求められている。特に近年ファイバレーザ装置の出射光のパワーが大きくなる傾向があり、出射光のパワーが大きい場合において出射光のパワーをより高い精度で制御したいという要請がある。
【０００７】
そこで、本発明は、パワーの大きな出射光を高い精度で制御することができるファイバ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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のファイバレーザ装置は、励起光を出射する励起光源と、前記励起光により信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバを伝搬する前記信号光または前記増幅用光ファイバから出射する前記信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを前記信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部と、前記検出部で検出される光のパワーに基づいて前記励起光のパワーを制御する制御部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
誘導ラマン散乱光は、光ファイバ内を伝搬する光のパワー密度が高い場合に発生する光である。従って、増幅用光ファイバにおいて信号光が増幅されると、増幅用光ファイバを伝搬する信号光や増幅用光ファイバから出射した信号光から誘導ラマン散乱光が発生する傾向がある。この誘導ラマン散乱光のパワーは、信号光のパワーに対して指数関数的に大きくなる。つまり、信号光のパワーが大きい領域においては、誘導ラマン散乱光のパワーの変化率は信号光のパワーの変化率よりも大きくなる。従って、信号光の波長成分よりも優先的に誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出して、検出した光のパワーに基づいて励起光のパワーを制御することで、誘導ラマン散乱光の基となる信号光のパワーが大きい領域において、励起光のパワーを細かく調整することができる。こうして、パワーの大きな出射光のパワーを高い精度で制御することができるのである。
【００１０】
なお、本明細書において、信号光とは、増幅用光ファイバで増幅される光を意味し、光に信号が含まれている必要はない。
【００１１】
また、上記ファイバレーザ装置は、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記信号光を反射する第１ミラーと、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記信号光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、を更に備えることとしても良い。
【００１２】
このような構成とすることで、ファイバレーザ装置を共振型のファイバレーザ装置とすることができる。そして、検出される誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーに基づいて、信号光のパワーが大きな領域において、励起光のパワーが細かく調整され、共振する信号光のパワーを高い精度で制御することができる。
【００１３】
この場合、前記検出部は、前記第１ミラーを基準として前記増幅用光ファイバとは反対側に配置されることが好ましい。
【００１４】
第１ミラーでは信号光の多くが反射されるため、第１ミラーを透過する光には信号光があまり含まれない。従って、検出対象である誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号とし、信号光の波長成分のパワーをノイズとすると、Ｓ／Ｎ（信号・ノイズ比）が高くなる。また、上記共振型のファイバレーザ装置では、第２ミラー側が信号光の出射側となるため、第１ミラーを透過する信号光のパワーは、第２ミラーを透過する光のパワーと比べると格段に小さい。従って、検出部が検出対象ではない信号光により損傷することを抑制することができる。
【００１５】
さらにこの場合、前記検出部は、前記第１ミラーを透過する光を受光する受光部を有し、前記受光部は、前記信号光の波長成分に対する受光感度よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い構成としても良い。
【００１６】
或いは、上記ファイバレーザ装置は、前記増幅用光ファイバに入射する信号光を出射する信号光源を更に備えることとしても良い。この場合、ファイバレーザ装置を上記の共振型のファイバレーザ装置ではなくＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザ装置とすることができる。本ファイバレーザ装置でも、信号光のパワーが大きな領域において、励起光のパワーを細かく調整することができ、出射光のパワーを高い精度で制御することができる。
【００１７】
また、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、分岐された光を受光する受光部と、を有し、前記受光部は、前記信号光の波長成分に対する受光感度よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高いこととしても良い。
【００１８】
検出部をこのような構成とすることで、信号光と誘導ラマン散乱光とを分離するための特別な部品を用いなくとも誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを優先的に検出することができる。従って、ファイバレーザ装置の構成を簡易にすることができる。
【００１９】
或いは、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、分岐した光を受光する受光部と、を有し、前記光分岐部は、前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に分岐することとしても良い。
【００２０】
検出部において誘導ラマン散乱光の波長成分が優先的に分岐されるため、信号光の損出を抑制することができる。特に信号光が伝搬する光ファイバの一部と分岐された誘導ラマン散乱光の波長成分が伝搬する光ファイバの一部とを長手方向に沿わせた状態で一体に融着するカプラを光分岐部として用いる場合、誘導ラマン散乱光の波長成分の損失が小さい状態で、誘導ラマン散乱光の波長成分を分岐して受光部まで伝搬することができる。このため誘導ラマン散乱光の波長成分を検出しやすくすることができる。
【００２１】
また或いは、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、分岐した光のうち前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に透過する光フィルタと、前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、を有することとしても良い。
【００２２】
光フィルタは、透過する光の波長の制御性に優れる。従って、誘導ラマン散乱光の波長成分を受光部が受光すべき信号として、他の光をノイズとする場合、Ｓ／Ｎの制御を自由に設定することができる。特に、光フィルタを誘導ラマン散乱光の波長成分のみを透過させる構成とすれば、Ｓ／Ｎを最良の状態とすることもできる。
【００２３】
また或いは、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を吸収して熱に変換する光熱変換部と、前記光熱変換部の温度を検出する温度検出部と、を有し、前記光熱変換部は、前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分の吸収効率が良いこととしても良い。
【００２４】
検出部をこのような構成とすることで、受光部を用いずとも誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。従って、ファイバレーザ装置の構成を簡易にすることができる。
【００２５】
また、上記のファイバレーザ装置において、前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーを小さくすることすることが好ましい。この場合、前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーをゼロとすることとしても良い。
【００２６】
励起光のパワーを小さくしたりゼロとすることにより、出射光のパワーを小さくしたりゼロとすることができる。従って、出射光が加工体等で反射して再び増幅用光ファイバまで入射し、信号光として増幅する場合であっても、増幅用光ファイバ内の光のパワー密度を低く抑えることができる。
【００２７】
また、前記制御部は、前記励起光のパワーが小さくされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻すこととしても良い。また、前記制御部は、前記励起光のパワーがゼロとされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻すこととしても良い。
【００２８】
ファイバレーザ装置の周囲環境は時間の経過とともに変化する。例えば、上記のように反射光が増幅用光ファイバに入射して信号光として増幅する場合であっても、励起光のパワーを小さくしたりゼロとした直後に、反射光の状態が変化する場合もある。従って、検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、励起光のパワーを元のパワーに戻しても、再び検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上となるとは限らない。このように制御することで、出来るだけパワーの大きな光を出射することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、パワーの大きな出射光を高い精度で制御することができるファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】信号光のパワーと信号光から発生する誘導ラマン散乱光のパワーとの関係を示す図である。
【図３】信号光のパワーと誘導ラマン散乱光のパワーとを比較する図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図５】図４に示す第２光ファイバとデリバリファイバとの接続部付近の拡大図である。
【図６】光分岐部としてデリバリファイバのコアに形成された光散乱部を用いる様子を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図８】光分岐部としてデリバリファイバの曲げ部を用いる様子を示す図である。
【図９】光分岐部としてスラントＦＢＧを用いる様子を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るファイバ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。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図１に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置１は、励起光を出射する励起光源１０と、励起光源１０から出射する励起光が入射し、励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ３０と、増幅用光ファイバ３０の一端に接続される第１光ファイバ４１と、第１光ファイバ４１に設けられる第１ミラーとしての第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）４５と、第１光ファイバ４１に励起光を入射するためのコンバイナ５０と、増幅用光ファイバ３０の他端に接続される第２光ファイバ４２と、第２光ファイバ４２に設けられる第２ミラーとしての第２ＦＢＧ４６と、第２光ファイバ４２に接続されるデリバリファイバ５１と、第１ＦＢＧ４５を透過する光を受光する受光部６１と、励起光源１０を制御する制御部８０と、を主な構成として備える。増幅用光ファイバ３０と第１ＦＢＧ４５と第２ＦＢＧ４６とで共振器が形成され、本実施形態のファイバレーザ装置１は共振器型のファイバレーザ装置とされる。
【００３３】
励起光源１０は、複数のレーザダイオード１１から構成され、増幅用光ファイバ３０に添加される活性元素を励起する波長の励起光を出射する。励起光源１０のそれぞれのレーザダイオード１１は、励起光用光ファイバ１５に接続されており、レーザダイオード１１から出射する光は、それぞれのレーザダイオード１１に光学的に接続される励起光用光ファイバ１５を伝搬する。励起光用光ファイバ１５としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起光用光ファイバ１５をマルチモード光として伝搬する。なお、後述のように増幅用光ファイバ３０に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、励起光の波長は、例えば、９１５ｎｍとされる。
【００３４】
増幅用光ファイバ３０は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。増幅用光ファイバ３０のコアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、励起光源１０から出射する光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記イッテルビウムの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、増幅用光ファイバ３０の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、内側クラッドより無屈折率の低い樹脂が挙げられ、増幅用光ファイバ３０の被覆層を構成する材料としては、例えば、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。増幅用光ファイバは、シングルモードファイバとされるが、パワーの大きな信号光が増幅用光ファイバのコアを伝搬可能なように、コアの直径がマルチモードファイバと同様とされつつも、シングルモードの光を伝搬する構成とされても良い。また、コアを伝搬する光のビーム品質にこだわらない場合、増幅用光ファイバ３０はマルチモードファイバとされても良い。
【００３５】
第１光ファイバ４１は、コアに活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ３０と同じ構成とされる。第１光ファイバ４１は、コアの中心軸が増幅用光ファイバ３０のコアの中心軸と合わされて、増幅用光ファイバ３０の一端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ３０のコアと第１光ファイバ４１のコアとが光学的に結合し、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと第１光ファイバ４１の内側クラッドとが光学的に結合している。
【００３６】
また、第１ＦＢＧ４５は、第１光ファイバ４１のコアに設けられている。こうして第１ＦＢＧ４５は、増幅用光ファイバ３０の一端側に設けられている。第１ＦＢＧ４５は、第１光ファイバ４１の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されることで構成されている。この周期が調整されることにより、第１ＦＢＧ４５は、励起状態とされた増幅用光ファイバ３０の活性元素が放出する光のうち特定波長の光を反射する。第１ＦＢＧ４５は、上述のように増幅用光ファイバ３０に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、例えば波長が１０７０ｎｍの光を例えば９９％以上の反射率で反射する。
【００３７】
また、コンバイナ５０において、第１光ファイバ４１の内側クラッドに励起光用光ファイバ１５のコアが接続されている。こうして、励起光源１０と接続される励起光用光ファイバ１５と増幅用光ファイバ３０とは、第１光ファイバ４１を介して、光学的に結合される。
【００３８】
また、コンバイナ５０において、第１光ファイバ４１に光ファイバ５２が接続されている。光ファイバ５２は、例えば、第１光ファイバ４１のコアと同じ直径のコアを有する光ファイバとされる。光ファイバ５２のコアは、第１光ファイバ４１のコアと接続されている。
【００３９】
第２光ファイバ４２は、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ３０のコアと同様のコアと、当該コアの外周面を隙間なく囲み増幅用光ファイバ３０の内側クラッドと同様の構成のクラッドと、クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。第２光ファイバ４２は、軸が増幅用光ファイバ３０の軸と合わされて、増幅用光ファイバ３０の他端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ３０のコアと第２光ファイバ４２のコアとが光学的に結合している。
【００４０】
また、第２ＦＢＧ４６は第２光ファイバ４２のコアに設けられている。こうして第２ＦＢＧ４６は、増幅用光ファイバ３０の他端側に設けられている。第２ＦＢＧ４６は、第２光ファイバ４２の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ４５が反射する光の少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ４５よりも低い反射率で反射するように構成されている。第２ＦＢＧ４６は、例えば、第１ＦＢＧ４５が反射する光と同じ波長の光を５０％の反射率で反射するように構成されている。
【００４１】
また、第２光ファイバ４２の増幅用光ファイバ３０側と反対側には、デリバリファイバ５１が接続されている。デリバリファイバ５１は、第２光ファイバ４２と接続部４７で融着されている。
【００４２】
光ファイバ５２のコンバイナ５０側と反対側には、受光部６１が光学的に接続されている。受光部６１は、信号光の波長成分に対する受光感度よりも、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い構成とされる。つまり受光部６１は、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出することができる。従って、本実施形態では、受光部６１は、増幅用光ファイバ３０を伝搬する信号光または増幅用光ファイバ３０から出射する信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部７１とされる。このような受光部６１としては、例えば、誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が、信号光の波長成分に対する受光感度よりも高いフォトダイオードを挙げることができる。受光部６１からは受光部６１が検出する光のパワーに係る信号が出力される。なお、検出部７１は、受光部６１から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてＡＤコンバータ等を含んでいても良い。
【００４３】
検出部７１（受光部６１）には、制御部８０が電気的に接続されており、検出部７１からの信号は制御部８０に入力する。制御部８０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されている。制御部８０は、励起光源１０を制御可能とされている。
【００４４】
次にファイバレーザ装置１の動作について説明する。
【００４５】
まず、制御部８０が励起光源１０を制御し、励起光源１０のそれぞれのレーザダイオード１１から励起光が出射する。励起光源１０から出射した励起光は、励起光用光ファイバ１５から第１光ファイバ４１の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射した励起光は主に内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ３０のコアを通過する際にコアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ３０のコアを伝搬して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ４５により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ４６が反射する波長の光が第２ＦＢＧ４６で反射されて、共振器内（第１ＦＢＧ４５と第２ＦＢＧ４６との間）を往復する。この往復する光が信号光とされる。信号光は、増幅用光ファイバ３０のコアを伝搬するときに誘導放出により増幅され、レーザ発振状態となる。このようにレーザ発振状態となると、励起状態とされる活性元素のエネルギーは誘導放出に用いられるため、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）は殆ど発生しなくなる。そして、増幅された光のうち一部の光が第２ＦＢＧ４６を透過して、出射光として第２光ファイバ４２からデリバリファイバ５１に入射して、デリバリファイバ５１の端部から出射する。
【００４６】
出射光は、被加工体等に照射されて被加工体は加工される。このとき被加工体に照射される出射光の一部が反射してデリバリファイバ５１に入射することがある。デリバリファイバ５１に入射する反射光の一部は、第２光ファイバ４２を介して、再び増幅用光ファイバ３０に入射する。増幅用光ファイバ３０に入射する反射光は信号光と同じ波長であるため、当該反射光は再び信号光として増幅用光ファイバ３０で増幅される。
【００４７】
このように増幅用光ファイバ３０で信号光を増幅すると増幅用光ファイバ３０、第２光ファイバ４２、デリバリファイバ５１等で光のパワー密度が高くなり、増幅された信号光から誘導ラマン散乱光が発生する場合がある。上記のように反射光が再び信号光として増幅される場合には更に信号光のパワー密度が高くなり誘導ラマン散乱光が発生し易くなる。図２は、信号光のパワーと信号光から発生する誘導ラマン散乱光のパワーとの関係を示す図である。図２に示すように、信号光のパワーが大きくなると誘導ラマン散乱光のパワーは、指数関数的に大きくなる。すなわち、信号光のパワーが増加する程、誘導ラマン散乱光のパワーの増加率が大きくなるのである。こうして発生する誘導ラマン散乱光は、信号光と共に一部が第２ＦＢＧ４６を透過して出射し、他の少なくとも一部が第１ＦＢＧ４５を透過する。
【００４８】
図３は、信号光のパワーと誘導ラマン散乱光のパワーとを比較する図である。図３（Ａ）は、第２ＦＢＧ４６を透過する光の信号光のパワーと誘導ラマン散乱光のパワーとを比較する図であり、図３（Ｂ）は、第１ＦＢＧ４５を透過する光の信号光のパワーと誘導ラマン散乱光のパワーとを比較する図である。図３（Ａ），（Ｂ）に示すように信号光の波長をλ１として誘導ラマン散乱光の波長をλ２とすると、光ファイバが石英系の材料から成る場合、λ２＝λ１＋５０ｎｍとなり、誘導ラマン散乱光の波長が信号光の波長よりも５０ｎｍ大きくなる。また、第２ＦＢＧ４６からは上記のように増幅された信号光が出射するため、図３（Ａ）に示すように、第２ＦＢＧ４６を透過する光では、誘導ラマン散乱光のパワーに対して信号光のパワーが支配的となる。一方、第１ＦＢＧ４５は、信号光を高反射率で反射するため、図３（Ｂ）に示すように、第１ＦＢＧ４５を透過する光では、信号光のパワーに対して誘導ラマン散乱光のパワーが支配的となる。なお図３（Ｂ）では信号光のパワーがゼロのように見えるが、信号光のパワーは図示出来ないほど小さいことを意味している。また、上記のようにレーザ発振状態ではＡＳＥが殆ど発生しない。このため、レーザ発振状態では、信号光や誘導ラマン散乱光以外の光を考慮しても、第１ＦＢＧ４５を透過する光のパワーのうち、誘導ラマン散乱光のパワーが支配的となる。
【００４９】
第１ＦＢＧ４５を透過する誘導ラマン散乱光のパワー比率が大きい光は、受光部６１で受光される。上記のように受光部６１は信号光の波長成分に対する受光感度よりも信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高いため、受光部６１を含む検出部７１では誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが優先的に検出される。さらに、上記のように第１ＦＢＧ４５を透過する光の信号光のパワー比率は小さいため、受光部６１に入射する光のうち誘導ラマン散乱光の波長成分を検出すべき信号として、信号光の波長成分を検出すべきではないノイズと考える場合に、検出部７１はＳ／Ｎが良い状態で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。検出部７１で検出される光のパワーを示す信号は、検出部７１から制御部８０に入力する。
【００５０】
制御部８０は、検出部７１から光のパワーを示す信号が入力すると、当該パワーの大きさに基づいて励起光源１０を制御する。例えば、制御部８０は、検出部７１が検出する光のパワーが所定の大きさ以上であると判断する場合、励起光のパワーが小さくなるように励起光源１０を制御する。上記のように、誘導ラマン散乱光のパワーは、信号光のパワー密度に依存するため、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを優先的に検出した結果である検出部７１からの信号が所定の大きさ以上となることは、信号光のパワーが相応に大きいことを示す。従って、上記のように励起光源１０が励起光のパワーを小さくすることで、信号光の増幅率を抑えることができ、上記のように反射光が再び増幅用光ファイバ３０に入射して再び信号光の一部として増幅する場合であっても、信号光のパワーを抑えることができる。このため、不安定な発振や、不要な光が励起光源１０に入射して励起光源１０が損傷することを防止することができる。なお、制御部８０は、検出部７１が検出する光のパワーが当該所定の大きさよりも小さくなった時点以降に再び励起光源１０を制御して、励起光のパワーを大きくしても良い。つまり、誘導ラマン散乱光のパワーを用いて励起光のパワーにフィードバックをかけて、許容範囲内で出来るだけパワーの大きな信号光を出射できる様にしても良い。
【００５１】
なお、制御部８０は、検出部７１が検出する光のパワーが所定の大きさ以上であると判断する場合、励起光源１０から出射する励起光がゼロとなるように励起光源１０を制御しても良い。この場合、制御部８０は、検出部７１が検出する光のパワーが当該所定の大きさよりも小さくなった時点以降に再び励起光源１０を制御して、励起光を出射させても良い。このとき励起光源１０から出射する励起光のパワーがゼロとなる前の励起光のパワーより小さくなるように励起光源１０を制御しても良い。こうすることで誘導ラマン散乱光のパワーが所定の大きさより大きくならないようにすることができ、ファイバレーザ装置１は、許容範囲内で出来るだけパワーの大きな信号光を出射することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、検出部７１が誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分よりも優先的に検出して、制御部８０は当該検出結果に基づいて励起光源１０を制御し励起光のパワーが調整される。図２を用いた上記説明のように誘導ラマン散乱光のパワーは、信号光のパワーに対して指数関数的に大きくなる。従って、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出して、当該パワーに基づいて励起光のパワーを制御することで、増幅された信号光のパワーの大きな領域において励起光のパワーを細かく調整することができる。従って、パワーの大きな出射光を高い精度で制御することができる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４，５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。
【００５４】
図４は、本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図４に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、光ファイバ５２のコンバイナ５０側と反対側には熱変換部Ｅが接続され、第２光ファイバ４２とデリバリファイバ５１との接続部４７の近傍に一端が配置される光ファイバ５３を有し、光ファイバ５３に受光部６１が接続されている点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。
【００５５】
光ファイバ５３は、例えば光ファイバ５２と同様の光ファイバとされる。図５は、第２光ファイバ４２とデリバリファイバ５１との接続部４７付近の拡大図である。なお、図５では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。光ファイバ同士が接続される場合、それぞれの光ファイバが可能な限り理想的な状態で接続されても、接続点からは光が漏れる。従って、第２光ファイバ４２のコア４２ｃからデリバリファイバ５１のコア５１ｃに光が入射する際に接続部４７から漏れ光が生じる。そこで、図５に示すように、接続部４７から漏れ光の一部が光ファイバ５３のコア５３ｃに入射するように、光ファイバ５３の一方の端部が接続部４７の近傍におけるデリバリファイバ５１側に配置されると共に、光ファイバ５３は当該端部の近傍がデリバリファイバ５１に沿うように配置される。従って、本実施形態のファイバレーザ装置２では、漏れ光を分岐された光をして利用しているため、接続部４７が光分岐部として機能する。
【００５６】
また、第１実施形態において説明したように受光部６１は、信号光の波長成分に対する受光感度よりも、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い構成とされる。従って、光分岐部である接続部４７と光ファイバ５３と受光部６１とにより、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部７２が構成される。なお、検出部７２は、受光部６１から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてＡＤコンバータ等を含んでいても良い。
【００５７】
このような構成のファイバレーザ装置２では、第１実施形態のファイバレーザ装置１と同様にして、増幅用光ファイバ３０で信号光が増幅され、デリバリファイバ５１から増幅された信号光が出射する。ところで第２光ファイバ４２からデリバリファイバ５１に入射する光には、図３を用いて説明したように増幅された信号光と誘導ラマン散乱光とが含まれる。従って、光ファイバ５３に入射する光には、信号光の一部と誘導ラマン散乱光の一部とが含まれる。しかし、上記のように受光部６１は、信号光の波長成分に対する受光感度よりも信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高いため、検出部７２からは、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが優先的に検出された信号が出力される。
【００５８】
検出部７２が検出する光のパワーを示す信号が、受光部６１から制御部８０に入力すると、制御部８０は、第１実施形態のファイバレーザ装置１と同様に励起光源１０を制御する。
【００５９】
なお、第１ＦＢＧ４５を透過する光は、熱変換部Ｅに入射して熱とされ消滅する。
【００６０】
本実施形態のファイバレーザ装置２によれば、信号光と誘導ラマン散乱光とを分離するための特別な部品を用いなくとも、検出部７２は、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを優先的に検出することができる。従って、ファイバレーザ装置２は簡易な構成で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出とすることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、光分岐部として第２光ファイバ４２とデリバリファイバ５１との接続点を用いたが、例えば、増幅用光ファイバ３０と第１光ファイバ４１との接続点を光分岐部としても良く、増幅用光ファイバ３０と第２光ファイバ４２との接続点を光分岐部としても良い。或いは、信号光が伝搬するいずれかの光ファイバの途中にカプラを設けて光を分岐しても良い。ただし、カプラの数が少ないほど信号光の損失は少なく、効率良くパワーの大きな光を出射することができるため、上記のように光ファイバ同士の接続部を用いることが好ましい。
【００６２】
また、信号光が伝搬する光ファイバに光散乱部を形成して、この光散乱部を光分岐部としても良い。図６は、光分岐部としてデリバリファイバ５１のコア５１ｃに形成された光散乱部を用いる様子を示す図である。なお、図６では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。図６に示すように、本例では、デリバリファイバ５１のコア５１ｃの一部に光散乱部５１ｓが設けられる。コア５１ｃを伝搬する光の一部は光散乱部５１ｓにおいて散乱し、デリバリファイバ５１の外に漏れる。このような光散乱部５１ｓは、例えばデリバリファイバ５１のコア５１ｃにゲルマニウムが添加されている場合には、紫外線を光散乱部５１ｓが形成される位置に照射することで形成することができる。そして光散乱部５１ｓからの漏れ光の一部が光ファイバ５３のコア５３ｃに入射するように、光ファイバ５３の一方の端部が光散乱部５１ｓの近傍におけるデリバリファイバ５１の出射端側に配置されると共に、光ファイバ５３は当該端部の近傍がデリバリファイバ５１に沿うように配置される。このような構成によれば、光散乱部５１ｓが光分岐部として機能し、分岐された光の一部が光ファイバ５３を伝搬して上記実施形態と同様に受光部６１で受光される。なお本例では光散乱部５１ｓはデリバリファイバ５１のコア５１ｃに設けられたが、光散乱部は、信号光が伝搬する光ファイバのコアであれば、第２光ファイバ４２等の他の光ファイバのコアに設けられても良い。
【００６３】
また、上記実施形態では、光ファイバ５３により接続部４７や光散乱部５１ｓから漏れる光を受光部６１へ入射させたが、受光部６１を接続部４７や光散乱部５１ｓの隣に配置して、接続部４７や光散乱部５１ｓから漏れる光が光ファイバ５３を介さずに直接受光部６１に入射される構成としても良い。
【００６４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７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。
【００６５】
図７は、本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図７に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置３は、第２実施形態における接続部４７の代わりにカプラ４８が設けられる点において第２実施形態のファイバレーザ装置２と異なる。
【００６６】
カプラ４８は、光ファイバ４２を伝搬する信号光の波長成分をデリバリファイバ５１に透過させ、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分を分岐する光分岐部とされる。このようなカプラ４８は、例えば、デリバリファイバ５１における第２光ファイバ４２と接続される端部近傍において、デリバリファイバ５１と光ファイバ５３とが沿わされて延伸融着される構成とされる。このデリバリファイバ５１と光ファイバ５３とが互いに沿って融着される長さが調整されることで、上記のように信号光が透過し誘導ラマン散乱光の波長成分が分岐される構成とされる。
【００６７】
本実施形態では、上記の光分岐部であるカプラ４８と光ファイバ５３と受光部６１とにより、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部７３が構成される。なお、検出部７３は、受光部６１から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてＡＤコンバータ等を含んでいても良い。
【００６８】
このようなファイバレーザ装置３では、第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様にして、増幅用光ファイバ３０で信号光が増幅され、デリバリファイバ５１から増幅された信号光が出射する。このとき信号光から誘導ラマン散乱光が生じる場合、カプラ４８において誘導ラマン散乱光の波長成分が分岐され、光ファイバ５３に誘導ラマン散乱光の波長成分が入射する。従って、光ファイバ５３を伝搬する光のパワーは、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが支配的となる。光ファイバ５３に入射した光は、受光部６１で受光され、受光部６１では、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが信号光の波長成分のパワーよりも優先して検出される。しかも、第１実施形態において説明したように受光部６１は、信号光の波長成分に対する受光感度よりも、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い構成とされる。従って、信号光の波長成分が光ファイバ５３をノイズとして伝搬する場合であっても、信号光の波長成分に対する受光感度と誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が同様の受光部が用いられる場合よりも、受光部６１は高い精度で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。また、カプラ４８で誘導ラマン散乱光の波長成分が分岐されるため、受光部６１に入射する光のうち誘導ラマン散乱光の波長成分を検出すべき信号として、信号光の波長成分を検出すべきではないノイズと考える場合に、検出部７３は、第２実施形態と同じ受光部６１を用いつつも、第２実施形態のファイバレーザ装置２の検出部７２と比べて、Ｓ／Ｎが良い状態で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。
【００６９】
検出部７３が検出する光のパワーを示す信号が、受光部６１から制御部８０に入力すると、制御部８０は、第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様に励起光源１０を制御する。
【００７０】
本実施形態のファイバレーザ装置３によれば、信号光が伝搬するデリバリファイバ５１の一部と分岐された誘導ラマン散乱光が伝搬する光ファイバ５３の一部とを長手方向に沿わせた状態で一体に融着するカプラ４８を光分岐部とした。このようなカプラは、誘導ラマン散乱光の波長成分の損失が小さい状態で、誘導ラマン散乱光の波長成分を分岐して受光部６１まで伝搬することができる。このため誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出しやすくすることができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、第２光ファイバ４２とデリバリファイバ５１との接続部にカプラ４８を設けたが、カプラ４８は、信号光が伝搬する光ファイバであれば、他の場所に設けられても良い。また、本実施形態では、受光部として信号光の波長成分に対する受光感度よりも誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い受光部６１が用いられたが、カプラ４８において誘導ラマン散乱光の波長成分が分離されるため、受光部６１の代わりに信号光の波長成分に対する受光感度と誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が同様の受光部が用いられても、検出部７３は信号光の波長成分のパワーよりも誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを優先的に検出することができる。ただし、受光部６１を用いる場合は、上記のように光ファイバ５３に信号光の波長成分がノイズとして入射する場合であっても高い精度で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができるため好ましい。
【００７２】
また、本実施形態では、信号光の波長成分よりも誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に分岐する分岐部としてカプラ４８を用いたが、このような光分岐部はカプラ４８に限らない。図８は、光分岐部としてデリバリファイバ５１の曲げ部を用いる様子を示す図である。なお、図８では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。光ファイバは、コアとクラッドとの比屈折率差、及び、光ファイバの曲げ半径がそれぞれ定まる場合に、曲げ部から漏れる光の波長が概ね定まる。例えば、第１実施形態における説明のように、信号光の波長が約１０７０ｎｍであり、誘導ラマン散乱光の波長が１１２０ｎｍである場合、コアとクラッドとの比屈折率が０．１％であり、信号光及び誘導ラマン散乱光が伝搬する光ファイバの曲げ半径が４０ｍｍであれば、信号光の波長成分よりも誘導ラマン散乱光の波長成分が優先的に漏れる。そこで図８に示すように、デリバリファイバ５１を誘導ラマン散乱光の波長成分が信号光の波長成分よりも漏れる様な曲げ半径で曲げて曲げ部５１ｂを形成する。そして曲げ部５１ｂからの漏れ光の一部が光ファイバ５３のコア５３ｃに入射するように、光ファイバ５３の一方の端部が曲げ部５１ｂの近傍に配置されると共に、光ファイバ５３は当該端部の近傍がデリバリファイバ５１に沿うように配置される。このような構成によれば、曲げ部５１ｂが光分岐部として機能し、信号光の波長成分よりも優先的に分岐される誘導ラマン散乱光の波長成分が光ファイバ５３を伝搬して上記実施形態と同様に受光部６１で受光される。なお本例では曲げ部５１ｂはデリバリファイバ５１に設けられたが、曲げ部は、信号光が伝搬する光ファイバであれば、第２光ファイバ４２等の他の光ファイバに設けられても良い。
【００７３】
或いは、信号光の波長成分よりも誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に分岐する分岐部としてスラントＦＢＧを用いることもできる。図９は、光分岐部としてスラントＦＢＧを用いる様子を示す図である。なお、図９では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。図９に示すように、本例では、デリバリファイバ５１のコア５１ｃの一部にスラントＦＢＧ５１ｆが設けられる。スラントＦＢＧ５１ｆは、デリバリファイバ５１の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返され、この高屈折率部及び低屈折率部が、デリバリファイバ５１の長手方向に垂直な面に対して傾斜することで構成されている。この周期が調整されることにより、スラントＦＢＧ５１ｆは、信号光の波長成分を透過して誘導ラマン散乱光の波長成分をデリバリファイバ５１の外に反射する構成とされる。そしてスラントＦＢＧ５１ｆで反射される光の一部が光ファイバ５３のコア５３ｃに入射するように、光ファイバ５３の一方の端部がスラントＦＢＧ５１ｆの近傍におけるデリバリファイバ５１の出射端側に配置されると共に、光ファイバ５３は当該端部の近傍がデリバリファイバ５１に沿うように配置される。このような構成によれば、スラントＦＢＧ５１ｆが光分岐部として機能し、信号光の波長成分よりも優先的に分岐される誘導ラマン散乱光の波長成分が光ファイバ５３を伝搬して上記実施形態と同様に受光部６１で受光される。なお本例ではスラントＦＢＧ５１ｆｓはデリバリファイバ５１のコア５１ｃに設けられたが、スラントＦＢＧは、信号光が伝搬する光ファイバのコアであれば、第２光ファイバ４２等の他の光ファイバのコアに設けられても良い。
【００７４】
なお、曲げ部５１ｂやスラントＦＢＧ５１ｆが分岐部とされる場合、光ファイバ５３により曲げ部５１ｂやスラントＦＢＧ５１ｆから漏れる光を受光部６１に入射する代わりに、受光部６１を曲げ部５１ｂやスラントＦＢＧ５１ｆの隣に配置して、曲げ部５１ｂやスラントＦＢＧ５１ｆから漏れる光が光ファイバ５３を介さずに直接受光部６１に入射される構成としても良い。
【００７５】
このような曲げ部５１ｂやスラントＦＢＧ５１ｆを光分岐部とする場合、ファイバレーザ装置３は、誘導ラマン散乱光の波長成分が優先的に分岐されるため、信号光の損出を抑制することができる。
【００７６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０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。
【００７７】
図１０は、本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図１０に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置４は、光ファイバ５３の途中に光フィルタ６４が設けられている点において第２実施形態のファイバレーザ装置２と異なる。
【００７８】
光フィルタ６４は、信号光の波長成分を透過せず信号光から生じる誘導ラマン散乱光の波長成分を透過する構成とされる。このような光フィルタ６４は、例えば、酸化膜の積層体から形成される。本実施形態では、光分岐部である接続部４７と光ファイバ５３と光フィルタ６４と受光部６１とにより、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部７４が構成される。なお、検出部７４は、受光部６１から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてＡＤコンバータ等を含んでいても良い。
【００７９】
このようなファイバレーザ装置４では、第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様にして、増幅用光ファイバ３０で信号光が増幅され、デリバリファイバ５１から増幅された信号光が出射する。このとき、第２実施形態において説明したように光ファイバ５３には、信号光と誘導ラマン散乱光とが入射する。しかし、光フィルタ６４により、受光部６１には誘導ラマン散乱光の波長成分が信号光の波長成分よりも優先的に入射する。従って、受光部６１では、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが信号光の波長成分のパワーよりも優先して検出される。しかも、第１実施形態において説明したように受光部６１は、信号光の波長成分に対する受光感度よりも、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い構成とされる。従って、信号光が光フィルタ６４をノイズとして透過する場合であっても、受光部として信号光の波長成分に対する受光感度と誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が同様の受光部が用いられる場合よりも、受光部６１は高い精度で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。また、光フィルタ６４は信号光の波長成分を透過せず誘導ラマン散乱光の波長成分を透過するため、受光部６１に入射する光のうち誘導ラマン散乱光の波長成分を検出すべき信号として、信号光の波長成分を検出すべきではないノイズと考える場合に、検出部７４は、第２実施形態と同じ受光部６１を用いつつも、第２実施形態のファイバレーザ装置２の検出部７２と比べて、Ｓ／Ｎが良い状態で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。
【００８０】
検出部７４が検出する光のパワーを示す信号が、受光部６１から制御部８０に入力すると、制御部８０は、第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様に励起光源１０を制御する。
【００８１】
光フィルタは、透過する光の波長の制御性に優れる。従って、光フィルタ６４を透過する光の波長の設定により、誘導ラマン散乱光の波長成分を受光部が受光すべき信号として、他の光をノイズとする場合、Ｓ／Ｎの制御を自由に設定することができる。特に、光フィルタ６４を誘導ラマン散乱光のみを透過させる構成とすれば、Ｓ／Ｎを最良の状態とすることもできる。
【００８２】
なお、本実施形態では、第２実施形態のファイバレーザ装置と同様に他の光ファイバ同士の接続点を光分岐部としても良く、信号光が伝搬するいずれかの光ファイバの途中にカプラを設けて光を分岐しても良い。
【００８３】
また、上記実施形態では、光ファイバ５３の途中に光フィルタ６４が設けられたが、接続部４７から漏れる光を光ファイバ５３を介さずに直接光フィルタ６４に入射して、光フィルタ６４から出射する光を受光部６１に入射しても良い。また、信号光の波長成分よりも誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に透過する光フィルタであれば、光フィルタは他の構成であっても良い。
【００８４】
なお、第３実施形態と同様にして、受光部６１の代わりに信号光の波長成分に対する受光感度と誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が同様の受光部を用いても、光フィルタ６４を信号光は透過せず誘導ラマン散乱光が透過するため、検出部７４は誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出することができる。ただし、受光部６１を用いる場合は、上記のように光フィルタ６４を信号光の波長成分がノイズとして透過する場合であっても高い精度で誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができるため好ましい。
【００８５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図１１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。
【００８６】
図１１は、本発明の第５実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図１１に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置５は、光ファイバ５３、受光部６１が設けられず、接続部４７が樹脂６５で被覆され、樹脂６５の温度を検出する温度検出部６６が設けられている点において、第２実施形態のファイバレーザ装置２と異なる。
【００８７】
樹脂６５は、信号光の波長成分を透過し、誘導ラマン散乱光の波長成分を吸収する樹脂とされる。このような性質を有する樹脂としては、シリコン系の樹脂を挙げることができ、例えば、信号光の波長が１０７０ｎｍである場合、図３を用いた説明より、誘導ラマン散乱光の波長は約１１２０ｎｍとなるため、例えば、シリコン系の樹脂の中でも東レ・ダウコーニング社製のＯＥ６５２０（商品名）を用いることができる。
【００８８】
温度検出部６６には、例えばデジタル温度計やサーミスタを用いることができる。
【００８９】
本実施形態では、光分岐部である接続部４７と、増幅用光ファイバから出射する光の一部を吸収して熱に変換する光熱変換部である樹脂６５と、光熱変換部の温度を検出する温度検出部６６とにより、信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部７５が構成される。なお、検出部７５は、温度検出部６６から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてＡＤコンバータ等を含んでいても良い。
【００９０】
このようなファイバレーザ装置５は、第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様にして、増幅用光ファイバ３０で信号光が増幅され、デリバリファイバから増幅された信号光を出射する。このとき、接続部４７から漏れる光のうち信号光の波長成分は樹脂６５を透過して、誘導ラマン散乱光の波長成分は樹脂６５に吸収される。誘導ラマン散乱光の波長成分を吸収した樹脂の温度は、温度検出部６６で検出される。こうして誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが温度として検出される。
【００９１】
検出部７５が検出する光のパワーを示す信号が、温度検出部６６から制御部８０に入力し、制御部８０に温度検出部から信号が入力すると、制御部８０は第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様に励起光源１０を制御する。
【００９２】
本実施形態のファイバレーザ装置５によれば、受光部を用いずとも誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを検出することができる。従って、ファイバレーザ装置の構成を簡易にすることができる。
【００９３】
なお、本実施形態のファイバレーザ装置５では、樹脂６５が接続部４７を被覆するように設けられた。しかし、樹脂６５は、信号光が伝搬する他の接続部を被覆する光に設けられても良い。或いは、樹脂６５は、熱変換部Ｅの代わり光ファイバ５２の端部を被覆するように設けられても良い。また、信号光が伝搬する光ファイバの被覆層を樹脂６５と同様の樹脂で構成して、当該被覆層を光熱変換部として利用しても良い。また本実施形態では、光熱変換部として樹脂６５を用いたが、光熱変換部は、信号光の波長成分よりも誘導ラマン散乱光の波長成分の吸収効率が良い限りにおいて、樹脂に限らず他の素材が用いられても良い。
【００９４】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図１２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。
【００９５】
図１２は、本実施形態のファイバレーザ装置を示す図である。図１２に示すようにファイバレーザ装置６は、第１光ファイバ４１、第２光ファイバ４２に第１ＦＢＧ４５、第２ＦＢＧ４６が設けられず、また、光ファイバ５２の代わりに光ファイバ２５が配置され、光ファイバ２５のコンバイナ５０側と反対側に信号光源２０が接続される点において、第２実施形態のファイバレーザ装置２と異なる。本実施形態のファイバレーザ装置６は、ＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置とされる。
【００９６】
信号光源２０は、例えば、レーザダイオードやファイバレーザ等からなり、信号光を出射する。この信号光源は種光源と呼ばれることがあり、信号光は種光と呼ばれることがある。信号光源２０は、例えば、増幅用光ファイバ３０のコアに添加される活性元素がイッテルビウムである場合、例えば、波長が１０７０ｎｍの信号光を出射するよう構成される。信号光源２０から出射する信号光は、光ファイバ２５のコアを伝搬する。光ファイバ２５としては、例えば、シングルモードファイバが挙げられ、この場合、信号光は光ファイバ２５をシングルモード光として伝搬する。
【００９７】
本実施形態のコンバイナ５０では、光ファイバ２５のコアが第１光ファイバ４１コアに接続されている。従って、信号光源２０から出射する信号光は第１光ファイバ４１のコアを介して増幅用光ファイバ３０のコアに入射し、第２実施形態と同様に励起光源１０から出力される励起光は第１光ファイバ４１の内側クラッドを介して増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射する。
【００９８】
本実施形態のファイバレーザ装置６では、まず、制御部８０からの命令により、励起光源１０のそれぞれのレーザダイオード１１から励起光が出射される。励起光源１０のそれぞれのレーザダイオード１１から出力される励起光は、上記のように増幅用光ファイバ３０の内側クラッドに入射して、増幅用光ファイバ３０を伝搬しながらコアに添加される活性元素を励起状態とする。
【００９９】
次に所定のタイミングで信号光源２０から信号光が出射され、上記のように増幅用光ファイバ３０のコアに入射して、当該コアを伝搬する。このとき励起状態とされた活性元素の誘導放出により、信号光が増幅されて、増幅された信号光が増幅用光ファイバ３０から出射する。なお、信号光源２０からパルス状の信号光が出射する場合には、増幅されたパルス状の信号光が出射する。この場合、信号光源２０から連続状の信号光が出射する場合よりもピークパワーの大きな光が出射する。本実施形態のファイバレーザ装置６においても、信号光の増幅率が大きく、信号光のパワー密度が高いと信号光から誘導ラマン散乱光が発生する傾向にある。
【０１００】
増幅用光ファイバ３０から出射する増幅された信号光は、第２光ファイバ４２を介してデリバリファイバに入射して、デリバリファイバから出射する。このとき、第２光ファイバ４２とデリバリファイバ５１との接続部４７から光が漏れ、第２実施形態と同様にして、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーが検出部７２で検出される。その後、第２実施形態のファイバレーザ装置２と同様にして、制御部８０は励起光源１０を制御する。
【０１０１】
本実施形態のファイバレーザ装置６のようにＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置であっても、誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーと信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出することで、出射光のパワーが大きな領域で、励起光のパワーを細かく調整することができ、出射光のパワーを精度よく制御することができる。
【０１０２】
なお、本実施形態のファイバレーザ装置６は、検出部の構成を第２実施形態のファイバレーザ装置２の検出部７２と同様とした。しかし、本実施形態のファイバレーザ装置であっても、検出部の構成を第３，４，５実施形態の検出部７３，７４，７５と同様としても良い。
【０１０３】
また、第１光ファイバ４１が省略され、コンバイナ５０において、励起光用光ファイバ１５のコアが増幅用光ファイバ３０のクラッドに接続され、光ファイバ２５のコアが増幅用光ファイバ３０のコアに接続されても良い。また、第２光ファイバ４２が省略され、増幅用光ファイバ３０とデリバリファイバ５１とが直接接続されても良い。
【０１０４】
以上、本発明について、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く、適宜変更することが可能である。
【０１０５】
例えば、第１実施形態のファイバレーザ装置１では、第１ＦＢＧ４５を透過した光がそのまま受光部６１で受光されたが、本発明はこれに限らない。例えば、第１ＦＢＧを透過する光のパワーが大きい場合、光ファイバ５２の途中に光のパワーを減衰させる減衰部が設けられても良い。また、第１実施形態のファイバレーザ装置１の光ファイバ５２に第２実施形態〜第６実施形態の検出部７２〜７６が設けられて、光ファイバ５２を伝搬する光がこれらの検出部により検出されても良い。
【０１０６】
また、上記実施形態において、第１ミラー、第２ミラーとして、第１ＦＢＧ４５、第２ＦＢＧ４６を例に説明したが、第１ミラー、第２ミラーは他の構成であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明によれば、パワーの大きな出射光を高い精度で制御することができるファイバレーザ装置が提供され、レーザ加工分野、医療分野等の様々な産業において利用可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１〜６・・・ファイバレーザ装置
１０・・・励起光源
２０・・・信号光源
３０・・・増幅用光ファイバ
４５・・・第１ＦＢＧ（第１ミラー）
４６・・・第２ＦＢＧ（第２ミラー）
４７・・・接続部
４８・・・カプラ
５０・・・コンバイナ
５１・・・デリバリファイバ
６１・・・受光部
６４・・・光フィルタ
６５・・・樹脂（光熱変換部）
６６・・・温度検出部
７１〜７５・・・検出部
８０・・・制御部
【図１】
2015095641.tif 000003
【図２】
2015095641.tif 000004
【図３】
2015095641.tif 000005
【図４】
2015095641.tif 000006
【図５】
2015095641.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015095641.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015095641.tif 000012
【図１１】
2015095641.tif 000013
【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月20日(2014.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する励起光源と、
前記励起光により単一波長の信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバを伝搬する前記信号光または前記増幅用光ファイバから出射する前記信号光から発生する誘導ラマン散乱光の波長成分のパワーを前記信号光の波長成分のパワーよりも優先的に検出する検出部と、
前記検出部で検出される光のパワーに基づいて前記励起光のパワーを制御する制御部と、
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】
前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記信号光を反射する第１ミラーと、
前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記信号光を前記第１ミラーよりも低い反射率で反射する第２ミラーと、
を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記第１ミラーを基準として前記増幅用光ファイバとは反対側に配置される
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記第１ミラーを透過する光を受光する受光部を有し、
前記受光部は、前記信号光の波長成分に対する受光感度よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記増幅用光ファイバに入射する信号光を出射する信号光源を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、
分岐された光を受光する受光部と、
を有し、
前記受光部は、前記信号光の波長成分に対する受光感度よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分に対する受光感度が高い
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、
分岐した光を受光する受光部と、
を有し、
前記光分岐部は、前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に分岐する
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を分岐する光分岐部と、
分岐した光のうち前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分を優先的に透過する光フィルタと、
前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、
を有する
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記検出部は、
前記増幅用光ファイバから出射する光の一部を吸収して熱に変換する光熱変換部と、
前記光熱変換部の温度を検出する温度検出部と、
を有し、
前記光熱変換部は、前記信号光の波長成分よりも前記誘導ラマン散乱光の波長成分の吸収効率が良い
ことを特徴とする請求項１〜３及び５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーを小さくする
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記励起光のパワーが小さくされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻す
ことを特徴とする請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーをゼロとする
ことを特徴とする請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記励起光のパワーがゼロとされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻す
ことを特徴とする請求項１２に記載のファイバレーザ装置。