(57)【要約】【課題】ファイバレーザ用の光ファイバについて保持性および放熱性を改善すると同時に、光ファイバに入射する異常光を効果的に排除すること。【解決手段】下ブロック７６の上面に形成されている断面Ｖ字状の保持溝８０に発振用光ファイバ２２の一端部が保持される。上ブロック７４には、下ブロック７４の保持溝８０と対向する箇所に、サファイアロッド９４を上から装入可能とし、かつ鉛直方向で擦動可能に案内するためのスリット９６が形成されている。サファイアロッド９４は、発振用光ファイバ２２の上面に接触し、スリット９６下端部の両側内壁面に擦動可能に支持される。ボルト１００のネジ込み量を可変して、圧縮コイルバネ１０２のバネ圧、つまり発振用光ファイバ２２に対する押圧力を調節できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光元素を含むコアを有し、前記コアを励起するための励起光をファイバ端面に受光する光ファイバを保持するための光ファイバ保持装置であって、
前記光ファイバの端部を保持するための保持溝を有するホルダ本体と、
前記光ファイバよりも屈折率の大きい材質からなり、前記光ファイバの端部を前記保持溝の上方から押さえる押さえ部材と
を有する光ファイバ保持装置。
【請求項２】
前記光ファイバの端部で被覆を剥離してクラッド部を露出させ、その露出したクラッド部に前記押圧部材を接触させる請求項１に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項３】
前記押さえ部材の材質はサファイヤである請求項１または請求項２に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項４】
前記押さえ部材の材質はＹＡＧ結晶である請求項１または請求項２に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項５】
前記押さえ部材は断面矩形の棒体形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項６】
前記押さえ部材の長さは３０ｍｍ以上である請求項５に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項７】
前記押さえ部材の長さは５０ｍｍ以上である請求項６に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項８】
前記押さえ部材に押圧力を加えるためのバネ部材を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項９】
前記バネ部材のバネ力を調節するためのバネ圧調節部を有する請求項８に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１０】
前記ホルダ本体が前記保持溝の上方に形成されたネジ孔を有し、
前記バネ圧調節部が前記ネジ孔に上方から螺合するボルトを有し、
前記バネ部材が前記ボルトの下面と前記押さえ部材の上面との間に設けられる圧縮コイルバネを有する請求項９に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１１】
前記ホルダ本体が、前記光ファイバを載せて支持する下ブロックと、前記下ブロックの上面に着脱可能に取り付けられる上ブロックとを有し、
前記下ブロックの上面に前記保持溝が形成され、
前記上ブロックに前記ネジ孔が形成される請求項１０に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１２】
前記上ブロックが、前記下ブロックの保持溝と対向する箇所に、前記押さえ部材を上から装入するための開口を有する請求項１１に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１３】
前記開口の内壁面によって前記押さえ部材を擦動可能に案内するガイド部が形成される請求項１２に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１４】
前記保持溝は、断面Ｖ字状に形成される請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１５】
前記ホルダ本体が、熱伝導率の高い材質からなる請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１６】
前記ホルダ本体に冷却水流路を設け、前記冷却水流路を流れる冷却水により前記光ファイバの放熱を行う請求項１５に記載の光ファイバ保持装置。
【請求項１７】
発光元素を含むコアを有する発振用または増幅用の光ファイバと、
前記光ファイバを所定位置で保持するための請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光ファイバ保持装置と、
前記光ファイバの端面に前記コアを励起するための励起光を照射する励起部と、
前記光ファイバより取り出されたレーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ出射部と
を有するファイバレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを保持する光ファイバ保持装置に係り、特にファイバレーザ用の光ファイバ保持装置およびこれを使用するファイバレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置が実用化されてきている。
【０００３】
一般に、ファイバレーザ加工装置で用いるファイバレーザは、コアに希土類元素をドープした発振用の光ファイバを光学的に一対の光共振器ミラーの間に配置し、この光ファイバのコアを光学的に励起してコアの端面より軸方向に出る所定波長の発振光線を光共振器ミラーの間で何度も往復させて共振増幅し、コヒーレントなレーザ光を片側の光共振器ミラー（部分反射ミラーまたは出力ミラー）より外に取り出すようにしている。通常は、ファイバ端面と光共振器ミラーとの間に光学レンズを配置し、光共振器ミラーで反射してきた発振光線を該光学レンズで絞って（収束させて）発振用光ファイバのコア端面に戻すようにしている。また、発振用光ファイバのコアを光学的に励起するために、励起光源にレーザダイオード（ＬＤ）を使用し、ＬＤ光（励起光）を光共振器ミラーおよび光学レンズを介してコア端面に集光入射させるＬＤ端面励起方式が採られている。
【０００４】
ところで、上記のようなファイバレーザは、発振用光ファイバの端面と光共振器ミラーや励起用ＬＤとの間の光学的なアライメントまたはカップリングを正確に行うために、該光ファイバの両端部を一定位置で保持する光ファイバ保持装置を用いる。従来のこの種の光ファイバ保持装置は、発振用光ファイバの端部をスリーブに挿入し、該スリーブにねじ込んだ止めビスにより発振用光ファイバを固定するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来の光ファイバ保持装置は、発振用光ファイバを止めビスで固定しているため、発振用光ファイバの一箇所に応力が集中して発振用光ファイバ中の光の進路を曲げてしまい、これが発熱の原因になっている。また、発振用光ファイバの外周をスリーブで覆っているため、放熱性ないし冷却性がよくない。特に、ファイバレーザにおいては、光共振器ミラーからの反射光または戻り光が直径１０μｍ程度のコアの端面に入射する際のパワー密度はきわめて高いため、ファイバ端部に熱が溜りやすく、これが原因でレーザ発振効率が低下したりファイバが劣化ないし破損することがある。さらに、レーザ加工装置においては、被加工物の加工ポイントからの反射光がレーザ出射部やレーザ伝送系を逆方向に伝搬して発振用光ファイバの端面に入射することがある。このような外部光もコア端面に熱衝撃を与えるだけでなく、これがファイバの中を異常光として伝搬することがレーザ発振特性の変動やファイバ劣化・破損の原因となっている。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、ファイバレーザ用の光ファイバに係る保持性および放熱性に優れ、しかも異常光を効果的に排除することができる光ファイバ保持装置を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、光ファイバの劣化・破損を少なくし、加工品質および生産性を向上させるファイバレーザ加工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】
上記の目的を達成するため、本発明の光ファイバ保持装置は、発光元素を含むコアを有し、前記コアを励起するための励起光をファイバ端面に受光する光ファイバを保持するための光ファイバ保持装置であって、前記光ファイバの端部を保持するための保持溝を有するホルダ本体と、前記光ファイバより屈折率の大きい材質からなり、前記光ファイバを前記保持溝の上方から押さえる押さえ部材とを有する。
【０００９】
上記の構成においては、保持溝と押さえ部材との間に光ファイバを挟んで保持するので、光ファイバを局所的な応力をかけずに均一な押圧力で安定に保持することができる。さらに、光ファイバに接触する押さえ部材が光ファイバよりも大きな屈折率を有しているので、光ファイバの端面に入射した不所望な光や異常な光を光ファイバと押さえ部材との接触面または境界面で全反射させずに押さえ部材側へ通して外へ出すことが可能であり、光ファイバ内のレーザ発振（または増幅）特性の安定化を図り、光ファイバの劣化・破損を防止することができる。
【００１０】
本発明における押さえ部材は、光ファイバと安定かつ十分な接触を得るために、形状は断面矩形の棒体が好ましく、長さは３０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましい。また、押さえ部材の材質は、熱伝導性にも優れたサファイヤが最も好ましく、ＹＡＧ結晶も好適に使用できる。また、光ファイバから押さえ部材への異常光の放出を促進するために、光ファイバの端部で被覆を剥離してクラッド部を露出させ、その露出したクラッド部に押さえ部材を接触させるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の好適な一態様によれば、バネ部材によって押さえ部材に押圧力を加えるようにし、バネ部材のバネ力をバネ圧調節部により調節可能とする。このようなバネ加圧を用いることにより、光ファイバと押さえ部材との密着性および光ファイバと保持溝との密着性を高め、光学的作用効果および放熱効果を向上させることができる。保持溝は、アライメントの確実性や安定性の面から、断面Ｖ字形状が好ましい。
【００１２】
また、好適な一態様においては、ホルダ本体が保持溝の上方に形成されたネジ孔を有し、バネ圧調節部がネジ孔に上方から螺合するボルトを有し、バネ部材がボルトの下面と押さえ部材の上面との間に設けられる圧縮コイルバネを有する。ホルダ本体は、好ましくは、光ファイバを載せて支持する下ブロックと、下ブロックの上面に着脱可能に取り付けられる上ブロックとを有し、下ブロックの上面に保持溝が形成され、上ブロックにネジ孔が形成される。また、上ブロックにおいては、下ブロックの保持溝と対向する箇所に、押さえ部材を上から装入するための開口が形成される。この場合、押さえ部材を開口の内壁面で案内して装入ないし位置調整等を行うことができる。
【００１３】
また、ホルダ本体の材質も熱伝導率の高いものが好ましく、ホルダ本体に冷却水流路を設け、冷却水流路を流れる冷却水により光ファイバの放熱を行う水冷方式も可能である。
【００１４】
本発明のファイバレーザ加工装置は、発光元素を含むコアを有する発振用または増幅用の光ファイバと、本発明の光ファイバ保持装置と、前記光ファイバの端面にコアを励起するための励起光を照射する励起部と、前記光ファイバより取り出されたレーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ出射部とを有する。
【００１５】
上記の構成においては、光ファイバよりビームモードの安定しレーザ光が得られるだけでなく、光ファイバの劣化・破損が少ないので、加工品質および生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光ファイバ保持装置によれば、上記のような構成および作用により、正ファイバレーザ用の光ファイバに関して保持性および放熱性を改善し、しかも異常光を効果的に排除してレーザ特性を向上させることができる。また、本発明のファイバレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、光ファイバの劣化・破損を少なくし、加工品質および生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１８】
図１に、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器１０、レーザ電源部１２、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６、レーザ出射部１８および加工テーブル２０等から構成される。
【００１９】
ファイバレーザ発振器１０は、発振用の光ファイバ（以下、「発振ファイバ」と  
称する。）２２と、この発振ファイバ２２の一端面にポンピング用の励起光ＭＢを照射する電気光学励起部２４と、発振ファイバ２２を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー２６,２８とを有している。発振ファイバ２２は、その両端部が光ファイバホルダ７０，７２により保持されている。光ファイバホルダ７０，７２は本実施形態の光ファイバ保持装置であり、その構成および作用は後に詳細に説明する。
【００２０】
電気光学励起部２４は、レーザダイオード（ＬＤ）３０および集光用の光学レンズ３２を有している。ＬＤ３０は、レーザ電源部１２からの励起電流ＩLDによって発光駆動され、励起用のレーザ光ＭＢを発振出力する。ＬＤ３０を構成するＬＤ素子の個数は任意であり、アレイ構造あるいはスタック構造をとることも可能である。光学レンズ３２は、ＬＤ３０からの励起用レーザ光ＭＢを発振ファイバ２２の一端面に集光入射させる。ＬＤ３０と光学レンズ３２との間に配置される光共振器ミラー２６は、ＬＤ３０側から入射した励起用レーザ光ＭＢを透過させ、発振ファイバ２２側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するように構成されている。
【００２１】
発振ファイバ２２は、後述するように、所定の発光元素をドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝搬光路としている。上記のようにして発振ファイバ２２の一端面に入射した励起用レーザ光ＭＢは、クラッド外周境界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ２２の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の発光元素を光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー２６,２８の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー２８より該所定波長を有するファイバレーザ光ＦＢが取り出される。
【００２２】
なお、光学レンズ３２,３４は、発振ファイバ２２の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー２６,２８へ通し、光共振器ミラー２６,２８で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ２２の端面に集光させる。また、発振ファイバ２２を通り抜けた励起用レーザ光ＭＢは、光学レンズ３４および光共振器ミラー２８を透過したのち折り返しミラー３６にて側方のレーザ吸収体３８に向けて折り返される。
【００２３】
光共振器ミラー２８より出力されたファイバレーザ光ＦＢは、この折り返しミラー３６をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ４０を通ってからレーザ入射部１４に入る。
【００２４】
ビームスプリッタ４０は、入射したファイバレーザ光ＦＢの一部（たとえば１%）を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード（ＰＤ）４２側へ反射する。フォトダイオード（ＰＤ）４２の正面に、ビームスプリッタ４０からの反射光またはモニタ光RFBを集光させる集光レンズ４４が配置されてよい。
【００２５】
フォトダイオード（ＰＤ）４２は、ビームスプリッタ４０からのモニタ光RFBを光電変換して、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力（ピークパワー）を表す電気信号（レーザ出力測定信号）SFBを出力し、この信号SFBをレーザ電源部１２に与える。レーザ電源部１２は、フォトダイオード（PD）４２からのレーザ出力測定信号SFBをフィードバック信号として入力し、ファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力がコントロールボード６２より入力されたユーザ所望のレーザ出力設定値または設定波形に一致または追従するようにリアルタイムでＬＤ３０に対する励起電流ILDを制御する。このようなリアルタイムのパワーフィードバック制御が働くことにより、ＬＤ３０の劣化あるいは波長シフト等が生じても、ファイバレーザ発振器１０より発振出力されるファイバレーザ光ＦＢのレーザ出力は設定値に保持され、任意の波形制御が設定通りに正確に行われる。
【００２６】
レーザ入射部１４に入ったファイバレーザ光ＦＢは、最初にベントミラー４６で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット４８内で集光レンズ５０により集光されてファイバ伝送系１６の伝送用光ファイバ（以下「伝送ファイバ」と称する。）５２の一端面に入射する。伝送ファイバ５２は、たとえばＳＩ（ステップインデックス）形ファイバからなり、入射ユニット４８内で入射したファイバレーザ光ＦＢをレーザ出射部１８の出射ユニット５４まで伝送する。
【００２７】
出射ユニット５４は、伝送ファイバ５２の終端面より出たファイバレーザ光ＦＢを平行光にコリメートするコリメートレンズ５６と、平行光のファイバレーザ光ＦＢを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ５８とを有しており、加工テーブル２０に載置されている被加工物６０の加工点Wにファイバレーザ光ＦＢを集光照射する。
【００２８】
たとえばレーザ溶接の場合は、レーザ電源部１２よりパルス波形の励起電流がＬＤ３０に供給されることにより、ファイバレーザ発振器１０内でＬＤ３０よりパルス波形の励起用レーザ光ＭＢが発振ファイバ２２に供給され、ファイバレーザ発振器１０よりパルス波形のファイバレーザ光ＦＭが発振出力される。このパルス波形のファイバレーザ光ＦＭが、レーザ入射部１４、ファイバ伝送系１６およびレーザ出射部１８を介して被加工物６０の加工点Wに集光照射される。加工点Wにおいては、パルス波形のファイバレーザ光ＦＢのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。
【００２９】
このファイバレーザ加工装置において、ファイバレーザ発振器１０は、発振ファイバ２２が口径１０μm程度、長さ数メートル程度の細長いコアを活性媒体とするため、ビーム径が細くてビーム広がり角の小さなファイバレーザ光ＦＢを発振出力することができる。しかも、発振ファイバ２２の一端面に入射した励起レーザ光MBが発振ファイバ２２の中で数メートルの長い光路を伝搬する間に何度もコアを横切って励起エネルギーを使い果たすので、高い発振効率でファイバレーザ光ＦＢを生成することができる。また、ファイバレーザ発振器１０は、発振ファイバ２２のコアが熱レンズ効果を起こさないため、ビームモードが非常に安定している。
【００３０】
次に、図２〜図７につき、この実施形態における光ファイバホルダ７０，７２の構成を説明する。
【００３１】
図２〜図６に光ファイバホルダ７０，７２の構成を示す。図２はホルダ全体の上面図、図３は上ブロックを取り外して上から見た下ブロックの上面図、図４および図５はそれぞれ図２のＡ−Ａ線断面図およびＢ−Ｂ線断面図である。なお、光ファイバホルダ７０，７２は同一構造に作られてよい。
【００３２】
光ファイバホルダ７０（７２）は、発振ファイバ２２の両端部を所定の長さに亘って保持するようにファイバ軸方向に延びる横長の略直方体として形成されている（図１、図２）。
【００３３】
この光ファイバホルダ７０（７２）は、上ブロック７４と下ブロック７６とに２分割されたホルダ本体７８を有している（図３、図４）。両ブロック７４，７６は熱伝導率の高い材質たとえば銅またはアルミニウムからなる。
【００３４】
下ブロック７６の上面にはその中心部を長手方向に一直線に縦断する断面Ｖ字状の保持溝８０が形成され、この保持溝８０に発振ファイバ２２の一端部がその下半部を中に入れて（上半部を上に出して）収容ないし保持される（図３〜図５）。下ブロック７６の内部には冷却水を流すための流路８２が形成されており（図４、図５）、この流路８２の入口と出口に配管コネクタ８４，８６がそれぞれ取り付けられている（図２、図３）。下ブロック７６内の流路８２に所定温度の冷却水ＣＷが循環供給されることで、下ブロック７６に直接または間接的に接触する各部、つまり発振ファイバ２２、上ブロック７４、後述するサファイアロッド９４等が冷却されるようになっている。
【００３５】
上ブロック７４は、その下面を下ブロック７６の上面に密着させるようにして重ね合わされ、複数本の取付ボルト８８により固定される（図２、図４）。このブロック結合のために、下ブロック７６の上面には保持溝８０の左右両側に取付ボルト８８と螺合するネジ孔９０が形成され（図３、図４））、上ブロック７４には取付ボルト８８を通すための貫通孔９２が形成されている。また、上ブロック７４には、下ブロック７６の保持溝８０と対向する箇所に、サファイアロッド９４を上から装入可能とし、かつ鉛直方向で擦動可能に案内するためのスリット９６が形成されている（図２、図４）。サファイアロッド９４は、発振ファイバ２２よりも断面サイズの大きな角棒に形成され、下ブロック７４の保持溝８０に収容されている発振ファイバ２２の上面に上から接触し、スリット９６下端部の両側内壁面に擦動可能に支持される。サファイアロッド９４が長いほど発振ファイバ２２との接触面が大きくなるので、発振ファイバ２２に加わる応力を分散化ないし均一化できるだけでなく、後述する異常光放出効果および放熱効果を高めることができる。したがって、サファイアロッド９４の長さは、少なくとも３０ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは５０ｍｍ以上に選ばれてよい。通常は、５０〜１００ｍｍの長さで十分である。
【００３６】
さらに、上ブロック７４には、一定の間隔を置いてスリット９６上の複数箇所（図示の例は４箇所）にネジ孔９８が形成され、このネジ孔９８にバネ圧調整用のボルト１００が上から螺合される（図２、図５）。ここで、ボルト１００の下端には圧縮コイルバネ１０２が取り付けられており、圧縮コイルバネ１０２の下端がサファイアロッド９４の上面に当接する（図５、図６）。ボルト１００のネジ込み量を可変することで、圧縮コイルバネ１０２のバネ圧つまり発振ファイバ２２に対する押圧力を任意に調節することができる。
【００３７】
なお、発振ファイバ２２の両端部は、図７に示すように、サファイアロッド９４と接触する部分にて、後述する遮光性の被覆１１８を剥離して内部の透光性アウタークラッド１１６を露出させている。
【００３８】
図８に、この実施形態における発振ファイバ２２の構造を示す。図示のように、発振ファイバ２２は、その中心軸上に延びるコア１１０と、このコア１１０を同軸に取り囲むインナークラッド１１２と、このインナークラッド１１２を取り囲む空気層１１４と、この空気層１１４を取り囲んで保持するアウタークラッド１１６と、このアウタークラッド１１６を取り囲む被覆１１８とを有している。
【００３９】
コア１１０は、希土類元素イオンたとえばＮｄ3+をドープした石英ガラスからなり、インナークラッド１１２はたとえば石英ガラスからなり、アウタークラッド１１６はたとえば多成分ガラスからなり、被覆１１８は遮光性の樹脂からなる。空気層１１４は、インナークラッド１１２と同一または近似した屈折率を有する材質たとえば石英ガラスからなる中空ファイバ１２０を円周方向に密に並べて構成されており、各中空ファイバ（石英ガラス）１２０はインナークラッド（石英ガラス）１１２と融接されている。中空ファイバ１２０の両端面は閉塞され、内部の空気を外気から遮断する構造となっている。
【００４０】
この実施形態では、図７について上述したように、発振ファイバ２２の両端部分が被覆１１８を剥離してアウタークラッド１１６を露出させており、そのアウタークラッド露出部分が光ファイバホルダ７０，７２の中でサファイアロッド９４と接触する。ここで、アウタークラッド１１６とサファイアロッド９４との間には、前者１１６の屈折率（通常約１．５）よりも後者９４の屈折率（約１．８）が大きいという関係がある。
【００４１】
次に、図９および図１０につき、この実施形態における光ファイバホルダ７０，７２の作用、特に光学的な作用を説明する。
【００４２】
ＬＤ３０側の光ファイバホルダ７０においては、図９に示すように、ＬＤ３０からの励起用レーザ光ＭＢが、光共振器ミラー２６をまっすぐ透過し、光学レンズ３２で収束させられて発振ファイバ２２の端面２２ａに入射し、インナークラッド１１２と空気層１１４との境界面で全反射を繰り返しながら、インナークラッド１１２内を軸方向に伝搬する。ここで、励起光ＭＢに対する発振ファイバ２２の開口数ＮＡは、インナークラッド１１２の屈折率と空気層１１４の屈折率とで決まり、空気層１１４の屈折率が最小の１であることから約０．５５であり、従来一般のダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）の開口数（約０．４５）よりも２０％ほど大きくなっている。これにより、ＬＤ端面励起方式における光学的なカップリング効率が大幅に向上し、ファイバレーザ光ＦＢの高出力化が実現されている。
【００４３】
発振ファイバ２２のコア１１０の端面より一定の広がり角をもって光軸上に出た発振光線ｆｂは、光学レンズ３２でコリメートされ、その先の光共振器ミラー２６で反射して光軸上反対方向に戻される。そして、光共振器ミラー２６で反射した戻りの発振光線ｆｂ'は、後方または裏側から光学レンズ３２に入射して、光学レンズ３２により収束させられ、コア１１０の端面に収束入射する。コア１１０に入った発振光線ｆｂ'は、図示省略するが、コア１１０とインナークラッド１１２との境界面で全反射を繰り返しながら、コア１１０内を軸方向に伝搬する。
【００４４】
ＬＤ３０からの励起光ＭＢの中には、最大入射角を超える入射角で発振ファイバ２２の端面２２ａに入射する不所望な光つまり異常光ＬMBが含まれることもある。この異常光ＬMBは発振ファイバ２２の中に入ると、インナークラッド１１２と空気層１１４との境界面で全反射せずに空気層１１４に抜けてアウタークラッド１１８に入る。そして、アウタークラッド１１８に入った異常光ＬMBは、サファイアロッド９４との接触面または境界面に行き着くと、（サファイアロッド９４の屈折率がアウタークラッド１１８の屈折率よりも大きいので）その境界面で全反射せずにサファイアロッド９４へ抜ける。なお、アウタークラッド１１８のサファイアロッド９４と接触しない外周面に行き着いた異常光ＬMBは、（外の空気の屈折率がアウタークラッド１１８の屈折率よりも小さいので）その境界面でクラッド内に全反射する。また、サファイアロッド９４の中に入った異常光ＬMBは、サファイアロッド９４の上面ないし側面から外へ抜け出る。
【００４５】
一方、ファイバレーザ出力側の光ファイバホルダ７２においては、図１０に示すように、発振ファイバ２２のコア１１０の端面より一定の広がり角で光軸上に出た発振光線ｆｂは、光学レンズ３４でコリメートされ、その先の光共振器ミラー（出力ミラー）２８で反射して光軸上逆方向に戻される。もっとも、発振光線ｆｂの一部はファイバレーザ光ＦＢとして光共振器ミラー２８の外へ抜け出る。そして、光共振器ミラー２８で反射した戻りの発振光線ｆｂ'は、後方または裏側から光学レンズ３４に入射して、光学レンズ３４により収束させられ、コア１１０の端面に収束入射する。コア１１０に入った発振光線ｆｂ'は、図示省略するが、コア１１０とクラッド１１２との境界面で全反射を繰り返しながら、コア１１０内を軸方向に伝搬する。
【００４６】
この光ファイバホルダ７２においては、被加工物６０の加工ポイントＷ（図１）からの反射光ＲＢが、ファイバレーザ光ＦＢとは逆方向に、レーザ出射部１８、ファイバ伝送系１６、レーザ入射部１４、光共振器ミラー（出力ミラー）２８および光学レンズ３４を伝搬して発振ファイバ２２の端面２２ｂに異常光として入射することがある。しかし、発振ファイバ２２の中に入ってからアウタークラッド１１８とサファイアロッド９４との接触面に行き着いた異常光ＲＢは、そこで全反射せずに屈折率の大きなサファイアロッド９４の中に入り、サファイアロッド９４を透過して外へ抜け出る。
【００４７】
上記のように、この実施形態の光ファイバホルダ７０，７２においては、発振ファイバ２２の端面に異常光ＬMB，ＲＢが入射しても、入射直後のファイバ端部でサファイアロッド９４がその異常光ＬMB，ＲＢを引き込んで外へ逃がすので、発振ファイバ２２の中を異常光ＬMB，ＲＢが伝搬するのを防止ないし低減し、レーザ発振特性を安定に保つことができる。
【００４８】
また、上記のような異常光ＬMB，ＲＢだけでなく光共振器ミラー２６，２８からの戻り光ｆｂ'やＬＤ３０からの励起光ＭＢなども発振ファイバ２２の端面２２ａ，２２ｂに入射する際には、高密度の光エネルギーが熱衝撃となってファイバ２２（特にコア１１０）の中に入熱し、発振ファイバ２２の両端部は発熱する。上記のように下ブロック７６の流路８２には冷却水ＣＷが供給されるので、発振ファイバ２２の両端部で発生した熱を冷却水ＣＷに吸収させてホルダの外へ放出することができる。ここで、発振ファイバ２２は直接的にはサファイアロッド９４と下ブロック７６の保持溝８０との接触面を通じて冷却または放熱される。サファイアロッド９４は、銅またはアルミニウム等からなる下ブロック７６と同様に熱伝導性が良いので、発振ファイバ２２で生じた熱を速やかに吸収して上ブロック７４ひいては下ブロック７６へと放熱することができる。こうして、発振ファイバ２２の両端部が発熱によって劣化・破損するのを効果的に防止することができる。
【００４９】
上記したように、この実施形態の光ファイバホルダ７２は、ホルダ本体７８を上下のブロック７４，７６に２分割し、下ブロック７６に形成したＶ字状保持溝８０で発振ファイバ２２を保持し、保持溝８０の上方からサファイアロッド９４で発振ファイバ２２を所定の長さ（好ましくは５０〜７０ｃｍ）に亘って押えるので、発振ファイバ２２を均一な押圧力で安定に固定保持することができる。また、発振ファイバ２２の端面に異常光が入射しても、発振ファイバ２２からサファイアロッド９４を介して外へ追い出すことができるので、異常光によるレーザ発振特性の低下やファイバの劣化・破損を防止することができる。さらに、発振ファイバ２２の端部で発生する熱を保持溝８０だけでなくサファイアロッド９４も良好に放熱するので、発熱に起因する発振ファイバ２２の劣化・破損も効果的に防止することができる。
【００５０】
この実施形態のファイバレーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器１０よりビームモードの安定したファイバレーザ光ＦＢが得られるだけでなく、ファイバレーザ発振器１０内の故障、特に発振ファイバ２２の劣化・破損が少ないので、加工品質および生産性の向上をはかることができる。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００５２】
たとえば、光ファイバホルダ７０，７２において、サファイアロッド９４の代わりにＹＡＧロッドを使用することも可能である。ＹＡＧ結晶の屈折率も約１．８であり、サファイアと同等の光学的作用効果（異常光放出効果）を得ることができる。また、上記実施形態は水冷方式であったが、空冷方式も可能である。ファイバレーザ発振器１０において、発振ファイバ２２、電気光学励起部２４、光共振器ミラー２６，２８、光学レンズ３２，３４、等の変形あるいは一部省略も可能であり、同様の機能または作用を奏する他の構成を採用することも可能である。発振ファイバ２２にダブルクラッドファイバ（ＤＣＦ）を用いることも可能である。また、上記実施形態は発振ファイバ２２の片側（全反射ミラー２６側）の端面２２ａに励起光を照射したが、発振ファイバ２２の反対側（出力ミラー２８側）の端面２２ｂに励起光を照射する方式も可能であり、あるいは両端面２２ａ，２２ｂに同時に励起光を照射する両面励起方式も可能である。さらには、ファイバレーザ発振器１０内にＱスイッチを設けて、Ｑスイッチパルスのファイバレーザ光を生成することも可能である。
【００５３】
また、図示省略するが、発振用光ファイバと同様に発光元素を含むコアを有する光ファイバを使用し、この光ファイバの一端面に種レーザ光を入射してコアの中を伝搬させながら、コアを励起光等で励起して種レーザ光を伝播中に増幅し、光ファイバの他端面より高出力のレーザ光を取り出す方式のレーザにも本発明の光ファイバ保持装置を適用することができる。
【００５４】
本発明のファイバレーザ加工装置は、レーザ溶接に限るものではなく、レーサマーキング、穴あけ、切断等のレーザ加工にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態によるファイバレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態における光ファイバホルダの上面図である。
【図３】実施形態の光ファイバホルダにおいて上ブロックを取り外した下ブロックの上面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線についての断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ線についての断面図である。
【図６】実施形態の光ファイバホルダにおいて発振用光ファイバを保持する機構の要部を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図７】実施形態の光ファイバホルダにおいて押さえ部材と発振用光ファイバとの接触関係を示す略側面図である。
【図８】実施形態で用いる発振用光ファイバの構造を示す断面図である。
【図９】実施形態の一方の光ファイバホルダにおける光学的な作用を示す略側面図である。
【図１０】実施形態の他方の光ファイバホルダにおける光学的な作用を示す略側面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    ファイバレーザ発振器
１２    レーザ電源
１４    レーザ入射部
１６    ファイバ伝送系
１８    レーザ出射部
２２    発振用光ファイバ（発振ファイバ）
２４    電気光学励起部
２６，２８    光学レンズ
３０    レーザダイオード（ＬＤ）
３２，３４    光共振器ミラー
３８    レーザダイオード（ＬＤ）
６０    被加工物
７０，７２    光ファイバホルダ（光ファイバ保持装置）
７４    上ブロック
７６    下ブロック
８０    Ｖ字状保持溝
８２    冷却水流路
８８    取付ボルト
９４    サファイアロッド
９６    スリット
９８    ネジ孔
１００    バネ圧調整用ボルト
【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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