(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ内を互いに逆方向に伝搬する出力光と反射光のうちの一方の光を第１の光としたとき、前記第１の光のパワーを少なくともモニタする光パワーモニタ装置であって、
前記第１の光を伝搬させるコア、クラッドおよび被覆を有する光ファイバと、
前記クラッドから漏出した前記第１の光の漏れ光を受光する第１の受光部と、
前記光ファイバにおいて前記第１の受光部の位置よりも前記第１の光の入力側に設けられ、前記第１の光の伝搬方向を順方向としたとき、前記クラッドを前記順方向に伝搬するクラッド光を除去する順方向クラッド光除去部と、
前記光ファイバにおいて前記順方向クラッド光除去部と前記第１の受光部との間に設けられ、前記被覆を有する前記光ファイバからなり、前記コアを伝搬する前記第１の光の一部を前記コアから前記クラッドに漏洩させる漏洩部と、
前記光ファイバにおいて前記第１の受光部の位置よりも前記第１の光の出力側に設けられ、前記クラッドを前記第１の光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するクラッド光を除去する逆方向クラッド光除去部と、
を備え、
前記第１の受光部は、前記第１の光の漏れ光を受光する第１の受光素子と、前記第１の受光素子に対向して設けられ、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された第１の被覆除去領域と、を備え、
前記第１の受光素子は、前記第１の被覆除去領域の長手方向において、前記第１の被覆除去領域の中心よりも前記第１の光の入力側に設けられている、光パワーモニタ装置。
【請求項２】
前記漏洩部は、前記光ファイバが曲線状に湾曲した湾曲部を備える、請求項１に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項３】
前記順方向クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を備える、請求項１または請求項２に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項４】
前記逆方向クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を備える、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項５】
前記出力光と前記反射光のうち、前記第１の光とは異なる第２の光の漏れ光を受光する第２の受光部をさらに備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項６】
前記第２の受光部は、前記順方向クラッド光除去部と前記漏洩部との間に設けられた、請求項５に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項７】
前記第２の受光部は、前記第２の光の漏れ光を受光する第２の受光素子と、前記第２の受光素子に対向して設けられ、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された第２の被覆除去領域と、を備える、請求項５または請求項６に記載の光パワーモニタ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光パワーモニタ装置を備える、ファイバレーザ装置。
【請求項９】
複数のファイバレーザユニットと、
前記複数のファイバレーザユニットから射出された複数の出力光を光学的に結合させる出力コンバイナと、を備え、
前記光パワーモニタ装置は、前記出力コンバイナの光出力側に設けられている、請求項８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、光パワーモニタ装置およびファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ装置においては、出力光を伝搬させる光ファイバから漏出する光を利用して、出力光のパワーをモニタすることが従来から行われている。下記の特許文献１には、入力側の光ファイバと出力側の光ファイバとを、互いのコアをずらして融着し、融着点から光ファイバの外部に漏出する漏れ光を受光素子で検出する光パワーモニタ装置が開示されている。この光パワーモニタ装置では、融着点近傍の光ファイバを湾曲させることにより漏れ光を増大させ、受光素子による光の採取を容易にしている、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４８１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ファイバレーザ装置の高出力化に伴い、出力光への影響を最小限に抑えつつ、高い精度で安定して光パワーをモニタする手段が求められている。従来は、上記の特許文献１のように、融着点からの漏れ光を受光素子で検出する、または光ファイバを湾曲させたときの漏れ光を受光素子で検出する、等の方法が採られてきた。ところが、コアを伝搬する出力光だけでなく、クラッドを伝搬する励起光などの迷光、もしくは被照射面からコアやクラッドを伝搬して戻ってくる反射光が光ファイバの融着点や湾曲部から漏れ出る場合がある。以下、本明細書において、クラッドを伝搬する光をクラッド光と称する。その場合、従来の方法では、受光素子は、コアからの出力光の漏れ光に加えて、クラッド光や反射光の漏れ光も拾うため、出力光のパワーを精度良く測定することが難しい。
【０００５】
以上、出力光のパワーをモニタする場合の課題を例に挙げて説明したが、反射光のパワーをモニタする場合についても同様の課題がある。すなわち、反射光のパワーをモニタする場合、受光素子は、コアからの反射光の漏れ光に加え、クラッド光や出力光の漏れ光も拾うため、反射光のパワーを精度良く測定することは難しい。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光のパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光パワーモニタ装置を備え、信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置は、光ファイバ内を互いに逆方向に伝搬する出力光と反射光のうちの一方の光を第１の光としたとき、前記第１の光のパワーを少なくともモニタする光パワーモニタ装置であって、前記第１の光を伝搬させるコア、クラッドおよび被覆を有する光ファイバと、前記クラッドから漏出した前記第１の光の漏れ光を受光する第１の受光部と、前記光ファイバにおいて前記第１の受光部の位置よりも前記第１の光の入力側に設けられ、前記第１の光の伝搬方向を順方向としたとき、前記クラッドを前記順方向に伝搬するクラッド光を除去する順方向クラッド光除去部と、前記光ファイバにおいて前記順方向クラッド光除去部と前記第１の受光部との間に設けられ、前記被覆を有する前記光ファイバからなり、前記コアを伝搬する前記第１の光の一部を前記コアから前記クラッドに漏洩させる漏洩部と、を備える。
【０００８】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置においては、第１の光の順方向に伝搬するクラッド光が順方向クラッド光除去部によって除去された状態で、コアを伝搬する第１の光の一部が漏洩部においてクラッドに漏洩する。さらに、クラッドから光ファイバの外部に漏出した第１の光の漏れ光が第１の受光部に受光される。すなわち、迷光等を含むクラッド光が除去された状態で、コアを伝搬する第１の光の一部が漏洩部によってクラッドに漏洩し、その漏洩光を第１の受光部が受光する。これにより、第１の光のパワーをモニタする。このように、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置によれば、第１の光のパワーを精度良くモニタすることができる。
【０００９】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記漏洩部は、前記光ファイバが曲線状に湾曲した湾曲部を備えていてもよい。
この構成によれば、光ファイバが曲線状に湾曲させるだけの簡易な構成によって第１の光の一部をコアからクラッドに漏洩させることができる。
【００１０】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記第１の受光部は、前記第１の光の漏れ光を受光する第１の受光素子と、前記第１の受光素子に対向して設けられ、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された第１の被覆除去領域と、を備えていてもよい。
この構成によれば、第１の受光部が第１の受光素子と第１の被覆除去領域とを備えているため、第１の光の一部を被覆除去領域から漏出させ、その漏出させた光を第１の受光素子により確実に検出することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記順方向クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を備えていてもよい。
この構成によれば、順方向クラッド光除去部が被覆除去領域を含んでいるため、順方向のクラッド光を被覆除去領域から漏出させることにより確実に除去することができる。
【００１２】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置は、前記光ファイバにおいて前記第１の受光部の位置よりも前記第１の光の出力側に設けられ、前記クラッドを前記第１の光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するクラッド光を除去する逆方向クラッド光除去部をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、モニタの対象ではなく、ノイズとなる逆方向のクラッド光を逆方向クラッド光除去部により除去することができる。その結果、モニタの精度を向上させることができる。
【００１３】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記逆方向クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を備えていてもよい。
この構成によれば、逆方向クラッド光除去部が被覆除去領域を含んでいるため、逆方向のクラッド光を被覆除去領域から漏出させることにより確実に除去することができる。
【００１４】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置は、前記出力光と前記反射光のうち、前記第１の光とは異なる第２の光の漏れ光を受光する第２の受光部をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第２の受光部を備えたことによって、第１の光だけでなく、第１の光と逆方向に伝搬する第２の光のパワーもモニタすることができる。
【００１５】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記第２の受光部は、前記順方向クラッド光除去部と前記漏洩部との間に設けられていてもよい。
この構成によれば、第２の光の一部が漏洩部においてクラッドに漏洩し、さらに、クラッドから光ファイバの外部に漏出した第２の光の漏れ光が第２の受光部に受光される。
【００１６】
本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記第２の受光部は、前記第２の光の漏れ光を受光する第２の受光素子と、前記第２の受光素子に対向して設けられ、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された第２の被覆除去領域と、を備えていてもよい。
この構成によれば、第２の受光部が第２の受光素子と第２の被覆除去領域とを備えているため、第２の光の一部を被覆除去領域から漏出させ、その漏出させた光を第２の受光素子により確実に検出することができる。
【００１７】
本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置を備える。
本構成によれば、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置を備えたことにより、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は、複数のファイバレーザユニットと、前記複数のファイバレーザユニットから射出された複数の出力光を光学的に結合させる出力コンバイナと、を備えていてもよく、前記光パワーモニタ装置は、前記出力コンバイナの光出力側に設けられていてもよい。
ファイバレーザ装置において、出力コンバイナの光出力側には多量のクラッド光が存在する場合がある。その場合であっても、上記の構成によれば、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一つの態様によれば、光のパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を提供することができる。また、本発明の一つの態様によれば、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態の光パワーモニタ装置を含むファイバレーザ装置の概略構成図である。
【図２】ファイバレーザ装置に用いられる光ファイバの断面図である。
【図３】順方向クラッド光除去部の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図５】受光部の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図７】第２実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
【図８】第３実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
【図９】第４実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
【図１０】第５実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
【図１１】第６実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
第１実施形態のファイバレーザ装置は、例えばレーザ加工等の用途に用いて好適なものである。ただし、用途はレーザ加工に限るものではない。
図１は、第１実施形態の光パワーモニタ装置を含むファイバレーザ装置の概略構成図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２２】
［ファイバレーザ装置の構成］
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、複数のファイバレーザユニット２と、出力コンバイナ３と、デリバリファイバ４と、光パワーモニタ装置５と、コネクタ６と、を備える。ファイバレーザユニット２は、内部に光共振器（図示略）を備え、光共振器により増幅されたレーザ光Ｌを出力する。本実施形態の光共振器は周知の光共振器であるため、光共振器の詳細な説明は省略する。光パワーモニタ装置５は、出力コンバイナ３の光出力側に設けられている。
【００２３】
ファイバレーザ装置１では、複数のファイバレーザユニット２から出力された複数の出力光を出力コンバイナ３で光学的に結合することにより、高出力のレーザ光が得られる。出力コンバイナ３から出力されたレーザ光Ｌは、デリバリファイバ４を経てコネクタ６から出力される。ファイバレーザ装置１を例えばレーザ加工に用いる場合であれば、レーザ光Ｌはコネクタ６の先のヘッド（図示略）から被加工面に向けて照射される。
【００２４】
光パワーモニタ装置５は、デリバリファイバ４を伝搬する出力光のパワーを測定し、パワーの変動の有無などの出力光の状態を監視する。その結果、例えば出力光のパワーが低下した場合には、ファイバレーザユニット２内の励起用レーザダイオードの供給電圧を調整する等、測定結果はファイバレーザユニット２の制御に用いられる。
【００２５】
図２は、光ファイバの断面図である。
ファイバレーザ装置１内の各部の光ファイバには、図２に示すようなダブルクラッドファイバが用いられる。光ファイバ８は、円柱状のコア９と、コア９の外側面を覆う円筒状のインナークラッド１０と、インナークラッド１０の外側面を覆う円筒状のアウタークラッド１１と、アウタークラッド１１の外側面を覆う円筒状の外被１２と、を有する。光ファイバ８の構成要素のうち、コア９とインナークラッド１０とは、例えばガラスにより構成されている。アウタークラッド１１と外被１２とは、例えば樹脂により構成されている。以下、アウタークラッド１１と外被１２とをまとめて、被覆１３と称することもある。インナークラッド１０を単にクラッドと称することもある。本実施形態の場合、一例としてコアの直径が５０μｍであり、コアのＮＡが０．２２である。
【００２６】
［光パワーモニタ装置の構成］
図１に示すように、光パワーモニタ装置５は、デリバリファイバ４を構成する光ファイバ８と、受光部１６と、出力クラッド光除去部１７と、漏洩部１８と、を備える。受光部１６は、光ファイバ８のクラッドから漏出した出力光の漏れ光を受光する。出力クラッド光除去部１７は、光ファイバ８上の受光部１６の位置よりも光入力側に設けられている。出力クラッド光除去部１７は、順方向に伝搬する出力光のクラッド光を除去する。漏洩部１８は、光ファイバ８上の出力クラッド光除去部１７と受光部１６との間に設けられている。漏洩部１８は、コアを伝搬する出力光の一部をコアからクラッドに漏洩させる。
本実施形態の受光部１６は、特許請求の範囲の第１の受光部に対応する。本実施形態の出力クラッド光除去部１７は、特許請求の範囲の順方向クラッド光除去部に対応する。
なお、本実施形態では、出力光をパワーモニタの対象とし、出力光の伝搬方向を順方向と定義し（矢印Ｄで示す）、出力光の伝搬方向とは逆の方向を逆方向と定義する。
【００２７】
図３は、出力クラッド光除去部１７の平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
図３および図４に示すように、出力クラッド光除去部１７は、光ファイバ８の周方向の少なくとも一部の被覆１３が除去された被覆除去領域２２と、上面に溝２０Ｍを有する筐体２０と、を備える。筐体２０は、例えば黒アルマイト処理が施されたアルミニウム等の金属材料で構成されている。ただし、筐体２０の構成材料は特に限定されない。溝２０Ｍの内部に、被覆除去領域２２が設けられた光ファイバ８が収容されている。光ファイバ８は、被覆除去領域２２が溝２０Ｍの開口側（図４における上方）を向くように配置されている。溝２０Ｍの形状および寸法は、特に限定されない。
【００２８】
被覆除去領域２２においては、被覆１３の一部もしくは全部が、光ファイバ８の長手方向および周方向の双方において除去されている。被覆１３が除去された箇所では、光ファイバ８のインナークラッド１０が溝２０Ｍの開口側に露出した露出部２７となり、被覆除去領域２２の上面が後述の封止材２４により覆われた状態となる。
【００２９】
図４に示す例は、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された例である。光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部を除去する場合、光ファイバ８の全周のうちのどの程度の被覆１３を除去するか、すなわち、全周３６０°のうちの何度分にあたる被覆１３を除去するかは、必要とされるクラッド光除去能力に応じて適宜設定される。また、光ファイバ８の長手方向については、図３の例のように、被覆１３が連続的に除去され、インナークラッド１０が連続的に露出していてもよい。もしくは、図示は省略するが、被覆が断続的に除去され、インナークラッド１０の露出部分と非露出部分とが交互に設けられていてもよい。光ファイバ８の長手方向の被覆を除去する部分の長さについても、必要とされるクラッド光除去能力に応じて適宜設定される。
【００３０】
溝２０Ｍの内部における光ファイバ８の周囲の空間に、封止材２４が充填されている。封止材２４は、例えば光透過性を有するシリコーン樹脂により構成される。これにより、溝２０Ｍの内部における光ファイバ８の位置が固定される。封止材２４は、インナークラッド１０の屈折率と等しい屈折率、もしくはインナークラッド１０の屈折率よりも高い屈折率を有する材料で構成されている。すなわち、被覆除去領域２２において、インナークラッド１０は、インナークラッド１０の屈折率と等しい屈折率、もしくはインナークラッド１０の屈折率よりも高い屈折率を有する封止材２４と接する。そのため、インナークラッド１０内を伝搬してきた光は、インナークラッド１０から封止材２４を経て外部に漏出する。
【００３１】
図３に示すように、溝２０Ｍの長手方向の両端に、シール材２５が設けられている。これにより、光ファイバ８は、筐体２０の長手方向の端部において筐体２０に固定される。シール材２５は、例えばシリコーン樹脂により構成される。シール材２５を構成するシリコーン樹脂は、光透過性を有していてもよいし、光透過性を有していなくてもよい。
【００３２】
図１に示すように、漏洩部１８は、光ファイバ８が曲線状に湾曲した湾曲部１９を備えている。本実施形態の場合、湾曲部１９においては、光ファイバ８がコイル状に複数回巻回されている。例えばコイルの直径は１２０ｍｍであり、コイルを構成する光ファイバ８の全長は２０ｍである。光ファイバ８のコアを伝搬してきた出力光の一部は、漏洩部１８においてクラッドに漏洩する。そのため、漏洩部１８の出力側においては、光ファイバ８のコアを伝搬する光とクラッドを伝搬するクラッド光とが存在する。
【００３３】
本実施形態では、一例としてコイルの直径を１２０ｍｍとしたが、コイルの直径は例えば１１０ｍｍ〜１３０ｍｍ程度とすることが望ましい。コイルの直径が１１０ｍｍ未満であると、コアの伝搬損失が大きくなる場合がある。コイルの直径が１３０ｍｍよりも大きいと、コアからクラッドへの光の漏洩量が少なすぎて、後段の受光部１６で検出するのに充分な量のクラッド光が得られない場合がある。
【００３４】
図５は、受光部１６の平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。なお、図５は、図６中の蓋２９を開けた状態を示す。
図５および図６に示すように、受光部１６は、フォトダイオード１５と、被覆除去領域２２と、を備える。フォトダイオード１５は、光ファイバ８からの出力光の漏れ光を受光する。被覆除去領域２２は、フォトダイオード１５の受光面１５Ｃに対向して設けられている。被覆除去領域２２は、出力クラッド光除去部１７の被覆除去領域２２と同様の構成を有し、光ファイバ８の周方向の少なくとも一部の被覆が除去されたものである。受光部１６は、前段の漏洩部１８においてコアからクラッドに漏洩したクラッド光を被覆除去領域２２においてクラッドの外部に漏出させ、そのクラッド光をフォトダイオード１５に入射させることで出力光パワーを測定する機能を有する。
本実施形態のフォトダイオード１５は、特許請求の範囲の第１の受光素子に対応する。本実施形態の被覆除去領域２２は、特許請求の範囲の第１の被覆除去領域に対応する。
【００３５】
図５に示すように、光ファイバ８の中心軸Ｃに垂直な方向から見て、フォトダイオード１５は、被覆除去領域２２と重なる位置に設けられている。フォトダイオード１５は、被覆除去領域２２の長手方向においてどの位置に設けられていてもよいが、本実施形態では被覆除去領域２２の長手方向の略中央に設けられている。
【００３６】
図６に示すように、受光部１６においては、筐体２０の溝２０Ｍの上方を覆う蓋２９が設けられている。蓋２９の材料は特に限定されないが、例えば筐体２０と同じアルミニウムで構成されている。フォトダイオード１５は、蓋２９を貫通するように取り付けられることにより、光ファイバ８の被覆除去領域２２の上方に位置する。すなわち、光ファイバ８に被覆除去領域２２が設けられたことにより、光ファイバ８のインナークラッド１０はフォトダイオード１５の受光面１５Ｃと対向する。この構成により、フォトダイオード１５は、光ファイバ８から漏出したクラッド光の多くを受光することができる。
【００３７】
ただし、被覆除去領域２２は、必ずしもフォトダイオード１５の受光面１５Ｃと対向していなくてもよい。その場合であっても、光ファイバ８から漏出したクラッド光は溝２０Ｍの内面で反射、散乱するため、フォトダイオード１５はクラッド光を受光することができる。
【００３８】
本実施形態の光パワーモニタ装置５においては、光入力側から光出力側に向けて、出力クラッド光除去部１７、漏洩部１８、受光部１６が順に設けられている。図１に示す出力コンバイナ３から出力された光には、光ファイバ８のコア９内を伝搬する出力光と、インナークラッド１０内を伝搬する迷光と、がある。迷光には、例えばファイバレーザユニット２内で吸収しきれなかった励起光が含まれる。
【００３９】
本実施形態では、出力コンバイナ３から出力された光は、最初に出力クラッド光除去部１７に到達する。ここで、光ファイバ８のコア９を伝搬する出力光は出力クラッド光除去部１７を通過するが、インナークラッド１０を伝搬する迷光Ｌ１は、出力クラッド光除去部１７の被覆除去領域２２から光ファイバ８の外部空間に漏れ、除去される。その後、コア９を伝搬する出力光は漏洩部１８に到達すると、光ファイバ８がコイル状に巻回されていることによって出力光の一部がコア９からインナークラッド１０に漏洩する。ここでの漏洩量は、コア９を伝搬する出力光のパワーに比例する。すなわち、出力光のパワーが大きい程、漏洩量が多くなり、出力光のパワーが小さい程、漏洩量が少なくなる。コア９からインナークラッド１０に漏洩した光Ｌ２は、光ファイバ８の被覆によりインナークラッド１０に閉じ込められながら順方向に伝搬する。以下、説明の便宜上、コア９からインナークラッド１０に漏洩した光Ｌ２を漏洩クラッド光と称する。
【００４０】
漏洩クラッド光Ｌ２は、受光部１６の被覆除去領域２２から光ファイバ８の外部空間に漏れ、フォトダイオード１５に入射する。出力クラッド光除去部１７において、インナークラッド１０内の迷光Ｌ１は既に除去されているため、受光部１６に入射する前のクラッド光の大部分は、漏洩部１８で生じた漏洩クラッド光Ｌ２となる。したがって、受光部１６において、フォトダイオード１５が出力光のパワーに比例した量の漏洩クラッド光Ｌ２を検出することにより、迷光Ｌ１の大部分が除去された出力光のパワーを精度良くモニタすることができる。
【００４１】
本実施形態の光パワーモニタ装置５においては、漏洩部１８が光ファイバ８の湾曲部で構成されているため、簡易な方法で漏洩部１８を構成することができる。また、受光部１６においては、漏洩クラッド光Ｌ２を被覆除去領域２２から漏出させるため、フォトダイオード１５がその漏出した光を確実に受光することができる。
【００４２】
本実施形態のファイバレーザ装置１は、このような光パワーモニタ装置５を備えたことにより、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を実現することができる。
【００４３】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７を用いて説明する。
第２実施形態の光パワーモニタ装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射クラッド光除去部が付加された点が第１実施形態と異なる。
図７は、第２実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
図７において、第１実施形態で用いた図１と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、本実施形態では、説明中に出力光と反射光とが登場するが、モニタ対象は出力光であるため、各構成要素の配置等を説明する際の光入力側および光出力側、順方向および逆方向等の語句は、出力光から見た表現とする。
【００４４】
図７に示すように、本実施形態の光パワーモニタ装置３５は、光ファイバ８と、出力クラッド光除去部１７と、漏洩部１８と、受光部１６と、反射クラッド光除去部３６と、を備える。すなわち、本実施形態の光パワーモニタ装置３５は、第１実施形態の構成に加えて、受光部１６の光出力側に反射クラッド光除去部３６を備える。反射クラッド光除去部３６は、図３および図４に示した出力クラッド光除去部１７と同様の構成であり、光ファイバ８の周方向の少なくとも一部の被覆が除去された被覆除去領域２２を有する。反射クラッド光除去部３６は、光ファイバ８のクラッドを出力光の伝搬方向とは逆方向に伝搬するクラッド光、すなわち反射光を除去する。受光部１６と反射クラッド光除去部３６とは、極力近づけることが望ましい。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
本実施形態の反射クラッド光除去部３６は、特許請求の範囲の逆方向クラッド光除去部に対応する。
【００４５】
ファイバレーザ装置を例えばレーザ加工用途に用いた場合、一般に、被加工面からの反射光が、光ファイバのコアもしくはクラッドを出力光の伝搬方向とは逆方向に伝搬することが多い。この場合、特にクラッド内を伝搬する反射光が受光部の被覆除去領域で外部に漏出し、フォトダイオードに検出されると、この光がノイズとなって出力光のパワーが正確にモニタできない、という問題がある。以下、クラッド内を伝搬する反射光を反射クラッド光と称する。
【００４６】
この問題に対して、本実施形態の光パワーモニタ装置３５においては、受光部１６の光出力側に反射クラッド光除去部３６が設けられているため、コネクタ側から受光部１６に向けて戻る反射クラッド光Ｒ１が反射クラッド光除去部３６で除去される。これにより、受光部１６の被覆除去領域２２から漏出するクラッド光の大部分は順方向の出力クラッド光Ｌ２となる。このように、本実施形態の構成によれば、測定ノイズを十分に低減することができ、出力光のパワーをより正確にモニタすることができる。
【００４７】
また、受光部１６と反射クラッド光除去部３６とを十分近づけた場合、コアを伝搬する反射光のクラッドへの漏洩量を抑えることができ、測定精度の向上の観点から好適である。また、コアを伝搬する反射光は、受光部１６を通過した後、漏洩部１８に到達し、順方向の出力光と同様、クラッドに漏洩して漏洩クラッド光Ｒ２となる。しかしながら、漏洩クラッド光Ｒ２は、漏洩部１８から出力された後に出力クラッド光除去部１７で除去されるため、出力クラッド光除去部１７よりも光入力側（ファイバレーザユニット２側）に及ぼす影響を低減できる。
【００４８】
また、フォトダイオード１５は、被覆除去領域２２の長手方向においていずれの位置に配置してもよい。しかしながら、本実施形態のように、被覆除去領域２２の光入力側（図７の左側）に配置した場合、フォトダイオード１５よりも光出力側（図７の右側）の被覆除去領域２２は、反射クラッド光を除去する機能を果たす。すなわち、反射クラッド光除去部３６に加えて、受光部１６のフォトダイオード１５よりも光出力側の被覆除去領域２２は、反射クラッド光Ｒ１の除去に寄与する。そのため、反射クラッド光Ｒ１の除去のためには、フォトダイオード１５は、被覆除去領域２２のうちの光入力側に配置することが望ましい。
【００４９】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図８を用いて説明する。
第３実施形態の光パワーモニタ装置の基本構成は第１実施形態と同様であるが、反射光のパワーをモニタする点が第１実施形態と異なる。
図８は、第３実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
図８において、第１実施形態で用いた図１と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、本実施形態では、モニタ対象は反射光であるため、各構成要素の配置等を説明する際の光入力側および光出力側、順方向および逆方向等の語句は、反射光から見た表現とする。
【００５０】
図８に示すように、本実施形態の光パワーモニタ装置４５は、光ファイバ８と、受光部１６と、反射クラッド光除去部３６と、漏洩部１８と、を備える。受光部１６は、光ファイバ８のクラッドから漏出した反射光Ｒの漏れ光を受光する。反射クラッド光除去部３６は、光ファイバ８上の受光部１６の位置よりも光入力側に設けられている。反射クラッド光除去部３６は、順方向に伝搬する反射クラッド光Ｒ１を除去する。漏洩部１８は、光ファイバ８上の反射クラッド光除去部３６と受光部１６との間に設けられている。漏洩部１８は、コアを伝搬する反射光の一部をコアからクラッドに漏洩させる。
【００５１】
反射光Ｒが反射クラッド光除去部３６に到達すると、反射クラッド光Ｒ１は、被覆除去領域２２から光ファイバ８の外部空間に漏れ、除去される。一方、コアを伝搬する反射光Ｒが漏洩部１８に到達すると、光ファイバがコイル状に巻回されていることにより反射光Ｒの一部がコアからクラッドに漏洩し、漏洩クラッド光Ｒ２となる。ここでの漏洩量は、コアを伝搬する反射光Ｒのパワーに比例する。すなわち、反射光Ｒのパワーが大きい程、漏洩量が多くなり、反射光Ｒのパワーが小さい程、漏洩量が少なくなる。コアからクラッドに漏洩した漏洩クラッド光Ｒ２は、クラッドに閉じ込められながら順方向に伝搬する。
【００５２】
漏洩クラッド光Ｒ２は、受光部１６の被覆除去領域２２から光ファイバ８の外部空間に漏れ、フォトダイオード１５に入射する。反射クラッド光除去部３６において、反射クラッド光Ｒ１は既に除去されているため、受光部１６に入射する前のクラッド光の大部分は、漏洩部１８で生じた漏洩クラッド光Ｒ２となる。したがって、受光部１６において、フォトダイオード１５が反射光Ｒのパワーに比例した量の漏洩クラッド光Ｒ２を検出することにより、反射光Ｒのパワーをモニタすることができる。
【００５３】
本実施形態の光パワーモニタ装置４５においては、漏洩部１８が光ファイバ８の湾曲部で構成されているため、簡易な方法で漏洩部１８を構成することができる。受光部１６においては、漏洩クラッド光Ｒ２を被覆除去領域２２から漏出させるため、フォトダイオード１５がその漏出した光を確実に受光することができる。
【００５４】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図９を用いて説明する。
第４実施形態の光パワーモニタ装置の基本構成は第３実施形態と同様であり、逆方向クラッド光除去部を付加した点が第３実施形態と異なる。
図９は、第４実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
図９において、第３実施形態で用いた図８と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、本実施形態では、モニタ対象は反射光であるため、各構成要素の配置等を説明する際の光入力側および光出力側、順方向および逆方向等の語句は、反射光から見た表現とする。
【００５５】
図９に示すように、本実施形態の光パワーモニタ装置５５は、光ファイバ８と、反射クラッド光除去部３６と、漏洩部１８と、受光部１６と、出力クラッド光除去部１７と、を備える。すなわち、本実施形態の光パワーモニタ装置５５は、第３実施形態の構成に加えて、受光部１６の光出力側に出力クラッド光除去部１７を備える。出力クラッド光除去部１７は、光ファイバ８のクラッドを反射光Ｒの伝搬方向とは逆方向に伝搬する出力クラッド光Ｌ１を除去する。受光部１６と出力クラッド光除去部１７とは、極力近づけることが望ましい。
その他の構成は、第３実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態の光パワーモニタ装置５５においては、受光部１６の光出力側に出力クラッド光除去部１７が設けられているため、出力クラッド光Ｌ１が出力クラッド光除去部１７で除去される。これにより、受光部１６の被覆除去領域２２から漏出するクラッド光の大部分は、順方向の反射クラッド光Ｒ１となる。本実施形態の構成によれば、反射光Ｒのパワーをより正確にモニタすることができる。
【００５７】
また、受光部１６と出力クラッド光除去部１７とを十分近づけた場合、コアを伝搬する出力光Ｌのクラッドへの漏洩量を抑えることができ、測定精度の向上に好適である。また、フォトダイオード１５は、被覆除去領域２２の長手方向において、いずれの位置に配置してもよい。しかしながら、本実施形態のように、被覆除去領域２２の光入力側（図７の右側）に配置した場合、フォトダイオード１５よりも光出力側（図７の左側）の被覆除去領域２２は、出力クラッド光Ｌ１を除去する機能を果たす。すなわち、出力クラッド光除去部１７に加えて、受光部１６のフォトダイオード１５よりも光出力側の被覆除去領域２２は、出力クラッド光Ｌ１の除去に寄与する。そのため、出力クラッド光Ｌ１の除去のためには、フォトダイオード１５は、被覆除去領域２２の中心よりも光入力側に配置することが望ましい。
【００５８】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１０を用いて説明する。
第５実施形態の光パワーモニタ装置は第２実施形態と第４実施形態とを組み合わせ、出力光、反射光の双方のパワーをモニタできるようにしたものである。
図１０は、第５実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
図１０において、以前の実施形態で用いた図面と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５９】
図１０に示すように、本実施形態の光パワーモニタ装置６５は、光ファイバ８と、出力クラッド光除去部１７と、反射光用受光部１６Ｂと、漏洩部１８と、出力光用受光部１６Ａと、反射クラッド光除去部３６と、を備える。出力光用受光部１６Ａは、出力光用フォトダイオード１５Ａと、出力光用被覆除去領域２２Ａと、を備える。反射光用受光部１６Ｂは、反射光用フォトダイオード１５Ｂと、反射光用被覆除去領域２２Ｂと、を備える。
【００６０】
本実施形態の出力光用受光部１６Ａは、特許請求の範囲の第１の受光部に対応する。本実施形態の出力光用フォトダイオード１５Ａは、特許請求の範囲の第１の受光素子に対応する。本実施形態の出力光用被覆除去領域２２Ａは、特許請求の範囲の第１の被覆除去領域に対応する。本実施形態の反射光用受光部１６Ｂは、特許請求の範囲の第２の受光部に対応する。本実施形態の反射光用フォトダイオード１５Ｂは、特許請求の範囲の第２の受光素子に対応する。本実施形態の反射光用被覆除去領域２２Ｂは、特許請求の範囲の第２の被覆除去領域に対応する。
【００６１】
本実施形態の場合、漏洩部１８は、コアを伝搬する出力光Ｌをクラッドに漏洩させる機能と、コアを伝搬する反射光Ｒをクラッドに漏洩させる機能と、を兼ね備える。本実施形態の光パワーモニタ装置６５においては、反射クラッド光除去部３６が設けられているため、コネクタ側から出力光用受光部１６Ａに向かう反射クラッド光Ｒ１が反射クラッド光除去部３６で除去される。これにより、出力光用受光部１６Ａの出力光用被覆除去領域２２Ａから漏出するクラッド光の大部分は漏洩部１８で生じた漏洩出力クラッド光Ｌ２となるため、出力光用受光部１６Ａにおいて出力光Ｌのパワーをより正確にモニタすることができる。さらに、出力クラッド光除去部１７が設けられているため、反射光用受光部１６Ｂに向かう出力クラッド光Ｌ１が出力クラッド光除去部１７で除去される。これにより、反射光用受光部１６Ｂの反射光用被覆除去領域２２Ｂから漏出するクラッド光の大部分は漏洩部１８で生じた漏洩反射クラッド光Ｒ２となるため、反射光用受光部１６Ｂにおいて反射光Ｒのパワーをモニタすることができる。このように、本実施形態の光パワーモニタ装置６５によれば、簡易な構成で出力光Ｌ、反射光Ｒの双方のパワーをモニタできる。
【００６２】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１１を用いて説明する。
第６実施形態の光パワーモニタ装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、漏洩部の構成が第１実施形態と異なる。
図１１は、第６実施形態の光パワーモニタ装置の概略構成図である。
図１１において、第１実施形態で用いた図１と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６３】
図１１に示すように、本実施形態の光パワーモニタ装置７５は、光ファイバ８の融着接合点７７からなる漏洩部７６を備える。すなわち、２本の光ファイバが互いの端面を突き合わせた状態で融着接合されており、この融着接合点７７においてコアを伝搬する出力光Ｌの一部がクラッドに漏洩し、漏洩クラッド光Ｌ２となる。このように、漏洩部の構成は、必ずしもコイルに限ることはない。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００６４】
本実施形態においても、出力光Ｌのパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、光パワーモニタ装置が一つの順方向クラッド光除去部もしくは一つの逆方向クラッド光除去部を備えた例を挙げたが、複数個の順方向クラッド光除去部もしくは複数個の逆方向クラッド光除去部を備えていてもよい。また、一つのクラッド光除去部の中に一つの被覆除去領域が設けられた例を挙げたが、一つのクラッド光除去部の中に設ける被覆除去領域の数は特に限定されない。
【００６６】
上記実施形態では、受光部と順方向クラッド光除去部もしくは逆方向クラッド光除去部が別個の筐体に収容され、個々の部位が独立した例を挙げたが、受光部と順方向クラッド光除去部もしくは逆方向クラッド光除去部が一つの筐体に収容され、一体化されていてもよい。また、受光部が被覆除去領域を備えた例を挙げたが、受光部は必ずしも被覆除去領域を備えていなくてもよい。被覆除去領域を備えていなくても、被覆を通して外部に漏出する微小なクラッド光をフォトダイオードが受光する構成としてもよい。
【００６７】
その他、ファイバレーザ装置の各構成要素の形状、寸法、配置、材料等に関する具体的な記載は、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。例えば上記実施形態では、光ファイバとしてダブルクラッドファイバを用いた例を示したが、シングルクラッドファイバを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、例えば材料加工等に用いるファイバレーザ装置、および光パワーモニタ装置に利用が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１…ファイバレーザ装置、２…ファイバレーザユニット、３…出力コンバイナ、５，３５，４５，５５，６５，７５…光パワーモニタ装置、１５…フォトダイオード（受光素子）、１６…受光部、１７…出力クラッド光除去部、１８，７６…漏洩部、２２…被覆除去領域、３６…反射クラッド光除去部。
【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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