JP2014060251A - Optical power monitoring device, optical power monitoring method, and laser generator using optical power monitoring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置に関し、特にたとえば光ファイバ出力のレーザダイオードをレーザ媒質励起に使用した光ファイバ増幅器および光ファイバレーザの励起光などのレーザ光、並びに、光ファイバ出力のレーザダイオードを利用したレーザマーカ用レーザ光源、レーザ加工機用光源、照明用光源および光センサ光源におけるレーザ光の光量を測定する光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置に関する。 The present invention relates to an optical power monitoring device, an optical power monitoring method, and a laser generator using the optical power monitoring device, and more particularly, for example, an optical fiber amplifier using an optical fiber output laser diode for laser medium excitation and optical fiber laser excitation. Optical power monitoring device for measuring the amount of laser light in laser light sources for laser markers, laser light sources for laser processing machines, illumination light sources, and optical sensor light sources using laser diodes such as light, and optical fiber output laser diodes, optical power The present invention relates to a monitoring method and a laser generator using an optical power monitoring device.
光ファイバ中にエルビウム(Er)やイッテルビウム(Yb)などの希土類元素を添加した希土類元素添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器や光ファイバレーザが急速に普及している。1990年代初頭からエルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が光通信用途で普及し、出力パワーは年々増大している。また、1995年頃より、イッテルビウム添加光ファイバを用いた高出力の光ファイバ増幅器とそれを利用した高出力の光ファイバレーザの開発が進み、現在では、出力パワーが数kWを超えるような光ファイバレーザが実用化されている(非特許文献1(R. Paschotta et al., “Ytterbium−doped fiber amplifiers,” IEEE J. Quantum Electron., vol. 33, no. 7, pp. 1049−1056, 1997)および非特許文献2(H. M. Park et al., “Ytterbium−doped silica fiber lasers: Versatile sources for the 1−1.2 μm region,” IEEE J. Sel. Topics in Quantum Electron., vol. 1, no. 1, pp. 2−13, 1995)参照)。 Optical fiber amplifiers and optical fiber lasers using rare earth element-doped optical fibers in which rare earth elements such as erbium (Er) and ytterbium (Yb) are added to optical fibers are rapidly spreading. Since the beginning of the 1990s, optical fiber amplifiers using erbium-doped optical fibers have been widely used in optical communication applications, and output power has been increasing year by year. In addition, since around 1995, development of high-power optical fiber amplifiers using ytterbium-doped optical fibers and high-power optical fiber lasers using the same has progressed, and now optical fiber lasers whose output power exceeds several kW. (R. Paschotta et al., “Yterbium-doped fiber amplifiers,” IEEE J. Quantum Electron., Vol. 33, no. 7, pp. 1049, 1097). And Non-Patent Document 2 (HM Park et al., “Yterbium-doped silica fiber lasers: Versatile sources for the 1-1. 2 μm region, IEEE J. Sel. Topics in Quantum Electron., Vol. 1, no. 1, pp. 2-13, 1995) reference).
従来の基本的な光ファイバ増幅器は、たとえば、光直接増幅を行う希土類元素添加光ファイバと、希土類元素添加光ファイバを励起するための励起光などのレーザ光を出力するレーザダイオードを有するレーザダイオードモジュールと、励起光および増幅される信号光を合波し、希土類元素添加光ファイバに注入する合波装置とを有する。
このような従来の光ファイバ増幅器では、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードから出力される励起光を取り出す励起光出力用光ファイバを、合波装置の励起光入力用光ファイバに接続することにより、励起光を、合波装置を介して希土類添加光ファイバに注入する。
A conventional basic optical fiber amplifier is, for example, a laser diode module having a rare earth element-doped optical fiber that performs direct optical amplification and a laser diode that outputs laser light such as pump light for exciting the rare earth element-doped optical fiber. And a multiplexing device that multiplexes the pumping light and the amplified signal light and injects them into the rare earth element-doped optical fiber.
In such a conventional optical fiber amplifier, the pumping light output optical fiber for extracting the pumping light output from the laser diode of the laser diode module is connected to the pumping light input optical fiber of the multiplexer, thereby providing pumping light. Is injected into the rare earth-doped optical fiber via a multiplexer.
このような従来の光ファイバ増幅器および光ファイバレーザの動作状態の監視や安定化制御の目的で、レーザダイオードモジュールの出力光量を測定することが必要である。
一般的には、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードと励起光出力用光ファイバとが結合されているポートの反対の方向に出射される光量をフォトダイオードで測定する方法が多く取られている。たとえば、レーザダイオードモジュール内にフォトダイオードを置き、レーザダイオードからの出力を直接測定している。
また、たとえば、非特許文献1(http://www.furukawa.co.jp/tukuru/pdf/optsogo/optsogo_7_04.pdf)などに開示されているように、通常の光ファイバ通信などでは、光ファイバカプラを用いてモニタ対象の光信号のパワーの一部を取り出すことによって、パワーを取り出す方法が一般的である。
さらに、たとえば、特許文献1(特許第3966287号公報)などに開示されているように、光ファイバを小さな曲げ半径で曲げることにより、曲げ損失として光ファイバ内部に伝搬する光を意図的に外部に取り出す方法が提案されている。
It is necessary to measure the output light amount of the laser diode module for the purpose of monitoring the operation state and stabilizing control of the conventional optical fiber amplifier and optical fiber laser.
In general, many methods are used to measure the amount of light emitted in the direction opposite to the port where the laser diode of the laser diode module and the optical fiber for pumping light output are coupled to each other. For example, a photodiode is placed in a laser diode module, and the output from the laser diode is directly measured.
For example, as disclosed in Non-Patent Document 1 (http://www.furukawa.co.jp/tukuro/pdf/optsogo/optsogo_7_04.pdf), etc. A method of extracting power by extracting a part of the power of an optical signal to be monitored using a coupler is generally used.
Furthermore, for example, as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3966287) and the like, by bending an optical fiber with a small bending radius, light propagating inside the optical fiber as a bending loss is intentionally made outside. A method of taking out has been proposed.
しかしながら、レーザダイオードからの出力を直接測定する方法では、レーザダイオードが結合されている励起光出力用光ファイバから出力される光量を測定しているわけではない。そのため、レーザダイオードと励起光出力用光ファイバとの間での結合損失に変動がある場合には、励起光出力用光ファイバから出力される光量は変化するが、レーザダイオードモジュール内のフォトダイオードでは、この変化を検出することができない。実際に、レーザダイオードモジュールの故障の多くは、レーザダイオード自身の故障ではなく、レーザダイオードと励起光出力用光ファイバなどのレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因する。
また、光ファイバカプラを用いる方法では、このような光ファイバカプラは挿入損失があるため、励起光の光量が高い場合には、光損失や熱が発生してしまい、光ファイバ増幅器の出力低下や信頼性低下などの問題を引き起こす。
さらに、光ファイバを小さな曲げ半径で曲げる方法では、高出力動作している光ファイバに曲げを作る行為自体に危険性があり、曲げ損失が過剰に発生した場合は、漏れ光による加熱や光ファイバの破損など大きな障害をもたらす可能性がある。
However, in the method of directly measuring the output from the laser diode, the amount of light output from the pumping light output optical fiber to which the laser diode is coupled is not measured. Therefore, when the coupling loss between the laser diode and the pumping light output optical fiber varies, the amount of light output from the pumping light output optical fiber changes. This change cannot be detected. Actually, many of the failures of the laser diode module are not caused by the failure of the laser diode itself, but by the failure of the coupling portion between the laser diode and the optical fiber for laser light output such as the optical fiber for pumping light output.
Also, in the method using an optical fiber coupler, since such an optical fiber coupler has an insertion loss, when the amount of pumping light is high, optical loss or heat is generated, and the output of the optical fiber amplifier is reduced. Causes problems such as reduced reliability.
Furthermore, when bending an optical fiber with a small bending radius, there is a risk in the bend of the optical fiber operating at a high output, and if an excessive bending loss occurs, heating due to leaked light or the optical fiber There is a possibility of causing major obstacles such as damage.
それゆえに、この発明の主たる目的は、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードとレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュールの故障を検出することができ、過剰な挿入損失が発生せず、しかも、光ファイバの曲げによる危険性や障害を抑制することができるとともに、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定することができる、光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置を提供することである。 Therefore, the main object of the present invention is to detect the failure of the laser diode module due to the failure of the coupling portion between the laser diode of the laser diode module and the optical fiber for laser light output, resulting in excessive insertion loss. In addition, an optical power monitoring device, an optical power monitoring method, and an optical power monitoring device capable of suppressing the danger and failure due to bending of the optical fiber and measuring the amount of laser light output from the laser diode module, and A laser generator using an optical power monitoring device is provided.
この発明にかかる光パワー監視装置は、レーザ光を出力するレーザダイオードおよびレーザダイオードに結合されレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する光パワー監視装置であって、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバとレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面に配置される光検出器を含み、光検出器で接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視装置である。
この発明にかかる光パワー監視装置は、たとえば、光学機器が、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光および増幅される信号光を合波するための合波装置と、合波装置によって合波されたレーザ光および増幅される信号光が注入され、レーザ光によって励起され、光直接増幅を行う希土類元素添加光ファイバとを含み、レーザダイオードモジュール、合波装置および希土類元素添加光ファイバを含む光ファイバ増幅器に用いられる。
また、この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光学機器は、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバおよび合波装置間に接続されるレーザ光入力用光ファイバを含み、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される。
この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光学機器は、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を集光するための集光光学系と、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバおよび集光光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバとを含み、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される。
また、この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光学機器は、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を拡散するための拡散光学系と、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバおよび拡散光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバとを含み、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される。
さらに、この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面を覆うカバーと、カバーに設けられ、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に対向するフォトダイオードとを含む。
この発明にかかるレーザ発生装置は、レーザ光を出力するレーザダイオードおよびレーザダイオードに結合されレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールと、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器と、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定するこの発明にかかる光パワー監視装置とを含む、レーザ発生装置である。
この発明にかかる光パワー監視方法は、レーザ光を出力するレーザダイオードおよびレーザダイオードに結合されレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する光パワー監視方法であって、この発明にかかる光パワー監視装置を用いて、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバとレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視方法である。
この発明にかかる光パワー監視方法では、たとえば、測定されたレーザ光の一部の光量に一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する。
また、この発明にかかる光パワー監視方法では、たとえば、測定されたレーザ光の一部の光量に他の一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器に注入されるレーザ光の光量を測定する。
An optical power monitoring device according to the present invention is output from a laser diode module having a laser diode that outputs laser light and a laser light output optical fiber that is coupled to the laser diode and outputs laser light output from the laser diode. An optical power monitoring device for measuring the amount of laser light emitted from a laser diode output optical fiber of a laser diode module and an optical device using laser light output from the laser diode module. An optical power monitoring device that measures the amount of laser light output from the laser diode module by measuring the amount of laser light that leaks from the side surface of the connecting portion with the photodetector. is there.
In the optical power monitoring device according to the present invention, for example, an optical device is combined by a combining device for combining a laser beam output from a laser diode module and a signal light to be amplified, and a combining device. An optical fiber amplifier including a laser diode module, a multiplexing device, and a rare earth element-doped optical fiber, including a rare earth element-doped optical fiber that is injected with laser light and signal light to be amplified and excited by the laser light and performs optical direct amplification Used for.
In the optical power monitoring device according to the present invention, for example, the optical device includes a laser light output optical fiber of the laser diode module and a laser light input optical fiber connected between the multiplexing devices, and the photodetector is The optical fiber for laser light output and the side surface of the connecting portion of the optical fiber for laser light input are disposed.
In the optical power monitoring apparatus according to the present invention, for example, the optical device includes a condensing optical system for condensing laser light output from the laser diode module, an optical fiber for outputting laser light from the laser diode module, and condensing. The optical detector includes a laser light input optical fiber provided between the optical systems, and the photodetector is disposed on a side surface of the laser light output optical fiber and the connecting portion of the laser light input optical fiber.
In the optical power monitoring apparatus according to the present invention, for example, the optical device includes a diffusion optical system for diffusing laser light output from the laser diode module, an optical fiber for laser light output from the laser diode module, and diffusion optics. The optical detector includes a laser light input optical fiber provided between the systems, and the photodetector is disposed on a side surface of the laser light output optical fiber and the connection portion of the laser light input optical fiber.
Furthermore, in the optical power monitoring device according to the present invention, for example, the photodetector is provided on the cover, which covers the side surface of the laser light output optical fiber and the connection portion of the laser light input optical fiber, and outputs the laser light. And a photodiode facing the side surface of the connecting portion of the optical fiber for laser and the optical fiber for laser light input.
A laser generator according to the present invention includes a laser diode for outputting laser light, a laser diode module having a laser light output optical fiber coupled to the laser diode and outputting laser light output from the laser diode, and a laser diode A laser generator including an optical device that uses laser light output from a module and an optical power monitoring device according to the present invention that measures the amount of laser light output from a laser diode module.
An optical power monitoring method according to the present invention is output from a laser diode module having a laser diode that outputs laser light and a laser light output optical fiber that is coupled to the laser diode and outputs laser light output from the laser diode. An optical power monitoring method for measuring the amount of laser light to be used, and using the optical power monitoring device according to the present invention, the laser light output optical fiber of the laser diode module and the laser light output from the laser diode module are used. This is an optical power monitoring method in which the amount of laser light output from the laser diode module is measured by measuring the amount of laser light that leaks from the side surface of the connecting portion with the optical device.
In the optical power monitoring method according to the present invention, for example, the light amount of the laser light output from the laser diode module is measured by multiplying a certain light amount of the measured laser light by a certain coefficient.
In the optical power monitoring method according to the present invention, for example, an optical device that uses laser light output from a laser diode module by multiplying a certain amount of the measured laser light by another constant coefficient. The amount of laser light to be injected is measured.
この発明によれば、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバとレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する。
そのため、この発明によれば、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードとレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュールの故障を検出することができる。
また、この発明によれば、光ファイバカプラを用いる必要がないので、過剰な挿入損失が発生しない。そのため、レーザ光の光量が高くても、光損失や熱が抑制され、光増幅器の出力低下や信頼性低下などの問題を引き起こしにくくなる。
さらに、この発明によれば、光ファイバを曲げる必要がないので、光ファイバの曲げによる危険性や漏れ光による加熱や光ファイバの破損など大きな障害を抑制することができる。
According to the present invention, the amount of laser light that leaks from the side surface of the connecting portion between the optical fiber for laser light output of the laser diode module and the optical device that uses the laser light output from the laser diode module is measured. Thus, the amount of laser light output from the laser diode module is measured.
Therefore, according to the present invention, it is possible to detect a failure of the laser diode module due to a failure of the coupling portion between the laser diode of the laser diode module and the laser light output optical fiber.
Further, according to the present invention, it is not necessary to use an optical fiber coupler, so that excessive insertion loss does not occur. Therefore, even if the amount of laser light is high, light loss and heat are suppressed, and it is difficult to cause problems such as a decrease in output and reliability of the optical amplifier.
Furthermore, according to the present invention, since there is no need to bend the optical fiber, it is possible to suppress a major obstacle such as danger due to bending of the optical fiber, heating due to leaked light, or breakage of the optical fiber.
この発明によれば、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードとレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュールの故障を検出することができ、過剰な挿入損失が発生せず、しかも、光ファイバの曲げによる危険性や障害を抑制することができるとともに、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を監視することができる、光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to detect a failure of the laser diode module due to a failure of the coupling portion between the laser diode of the laser diode module and the optical fiber for laser light output, and no excessive insertion loss occurs. An optical power monitoring device, an optical power monitoring method, and an optical power monitoring device capable of suppressing danger and failure due to bending of an optical fiber and monitoring the amount of laser light output from a laser diode module Can be obtained.
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。 The above-described object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments for carrying out the invention with reference to the drawings.
図1に示すレーザ発生装置10は、基本的な光ファイバ増幅器の基本構造を有し、レーザダイオードモジュール20を含む。レーザダイオードモジュール20は、レーザ光としての励起光を出力する半導体レーザと呼ばれるレーザダイオード(図示せず)と、そのレーザダイオードに結合されそのレーザダイオードから出力されるレーザ光としての励起光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバとしての励起光出力用光ファイバ22とを有する。
A
励起光は、後述の希土類元素添加光ファイバ40を励起するためのものである。たとえば、希土類元素添加光ファイバ40としてイッテルビウム添加光ファイバが用いられ、波長1μm帯の光ファイバ増幅器として用いられるイッテルビウム添加光ファイバ増幅器においては、励起光として波長915nm、940nm、976nm近辺で発振するレーザダイオードが用いられる。
The excitation light is for exciting a rare earth element-doped
励起光の光量は、現在ではたとえば数ワットから百ワットと高出力化しており、これに合わせて、レーザダイオードモジュール20に付属する励起光出力用光ファイバ22もたとえばコア径が100μmを超えるマルチモード光ファイバが用いられる。
The amount of pumping light is currently increasing from several watts to one hundred watts, for example, and in accordance with this, the pumping light output
レーザ発生装置10は、さらに、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光を利用する光学機器を含む。光学機器は、たとえば、合波装置30および希土類元素添加光ファイバ40を含む。
The
合波装置30は、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光および外部からの増幅される信号光を合波するためのものである。励起光および信号光を合波する合波装置30としては、たとえば、波長帯ごとに結合比の異なる光ファイバカプラ(波長分割多重(WDM)カプラ)や光ファイバのクラッドモードを利用した光ファイバコンバイナ(たとえば米国特許第5,459,804号参照)などが存在する。
さらに、合波装置30は、合波装置30によって合波された励起光および信号光を希土類元素添加光ファイバ40に注入するためのものである。
そのため、合波装置30は、レーザ光入力用光ファイバとしての励起光入力用光ファイバ32、信号光入力用光ファイバ34および合波光出力用光ファイバ36を有する。励起光入力用光ファイバ32は、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光としての励起光を合波装置30に入力するためのものである。信号光入力用光ファイバ34は、外部からの増幅される信号光を合波装置30に入力するためのものである。合波光出力用光ファイバ36は、合波装置30で合波された励起光および信号光を合波装置30から希土類元素添加光ファイバ40に出力するためのものである。
ここで、レーザダイオードモジュール20のレーザダイオードから出力される励起光を取り出す励起光出力用光ファイバ22を、合波装置30の励起光入力用光ファイバ32に接続することにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光を、合波装置30を介して希土類元素添加光ファイバ40に注入することができる。
このような励起光出力用光ファイバ22および励起光入力用光ファイバ32を接続した接続部33には、それらを接続するために主に光ファイバ融着が施されるが、その代わりに光コネクタが用いられてもよい。
The multiplexing
Further, the multiplexing
Therefore, the multiplexing
Here, by connecting the pumping light output
The
希土類元素添加光ファイバ40は、合波装置30によって合波された励起光および増幅される信号光が注入されるものである。また、希土類元素添加光ファイバ40は、励起光によって励起されるものであって、光直接増幅を行うためのものである。すなわち、希土類元素添加光ファイバ40において、信号光の振幅が増幅される。
The rare earth element-doped
レーザ発生装置10は、さらに、光パワー監視装置50を含む。光パワー監視装置50は、レーザダイオードモジュール20、合波装置30および希土類元素添加光ファイバ40を含む光ファイバ増幅器に用いられ、すなわち希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器に用いられる。また、光パワー監視装置50は、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の光量を測定するためのものである。
The
光パワー監視装置50は、光検出器52を含む。光検出器52は、レーザダイオードモジュール20の励起光出力用光ファイバ22とレーザダイオードモジュール20から出力される励起光を利用する光学機器との接続部33の側面に配置される。光検出器52によって、接続部33の側面より漏れる励起光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の光量を測定する。
ここで、光学機器は、レーザダイオードモジュール20の励起光出力用光ファイバ22および合波装置30間に接続される励起光入力用光ファイバ32を含む。そのため、光検出器52は、励起光出力用光ファイバ22および励起光入力用光ファイバ32の接続部33の側面に配置される。
The optical
Here, the optical apparatus includes a pumping light input
光検出器52は、励起光出力用光ファイバ22および励起光入力用光ファイバ32の接続部33の側面を覆うカバーとして、たとえば熱伝導率のよい金属からなるベースカバー54および本体カバー56を含む。ベースカバー54および本体カバー56は、接続部33の側面を挟むように、接続部33の側面の両側に配置される。この場合、ベースカバー54および本体カバー56によって、光ファイバ22、32の接続部33に対して接続部33以外からの周囲の光を遮るために、光ファイバ22、32の接続部33の周囲が覆われて遮光される。
The
本体カバー56には、接続部33に対向する主面の一端から他端にわたって光ファイバ22、32の幅より広い幅の直線状の溝58が形成されている。本体カバー56の溝58内の両側部には、比較的柔らかい材料からなるクッション材60、60がそれぞれ設けられている。クッション材60、60は、光ファイバ22、32の接続部33をカバー54、56で挟んだときに、光ファイバ22、32に傷を付けないようにするためのものである。また、本体カバー56には、溝58内の中央部に、たとえば円形の貫通孔62が形成されている。この貫通孔62は、後述のフォトダイオード66を配置するための孔である。
The
光検出器52の本体カバー56の外側には、基板64が設けられる。なお、基板64は、本体カバー56にねじなどの固着具で固着されるとともに、本体カバー56も、ベースカバー54にねじなどの固着具で固着される。
A
光検出器52は、さらに、フォトダイオード66を含む。フォトダイオード66は、基板64に取り付けられるとともに、本体カバー56の貫通孔62内に配置される。この場合、フォトダイオード66は、励起光出力用光ファイバ22および励起光入力用光ファイバ32の接続部33の側面に対向するように配置される。そのため、フォトダイオード66によって、光ファイバ22、32の接続部33からの励起光の漏れ光の光量を光検出信号として測定することができる。この場合、接続部33およびフォトダイオード66は、カバー54、56によって外部からの光が遮られているので、接続部33からの励起光の漏れ光の光量を正確に測定することができる。
The
また、基板64には、フォトダイオード66からの光検出信号を増幅、あるいはノイズ除去といった信号処理をするための電子回路(図示せず)が搭載されており、その電子回路は、接続配線68に電気的に接続されている。したがって、フォトダイオード66からの光検出信号の光検出感度や精度を向上させることができる。このようにして、フォトダイオード66へ入射した光パワーに応じた光検出信号は、光検出器52から出力することができる。光検出器52からの出力信号は、たとえば、電圧の大きさとして表現される。なお、光量を測定するに際しては、フォトダイオード66に限ることなく、フォトダイオード66に替えて、光パワーに対して反応するような光デバイスを用いてもよい。
The
光検出器52は、接続配線68を介して、制御部70に電気的に接続される。制御部70は、光検出器52から出力される信号に基づいて、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の光量などを演算するためのものである。さらに、制御部70は、演算された光量を表示するための表示部、または、光検出器52から出力される信号を表示するための表示部(図示せず)を有する。
The
制御部70は、たとえば、光検出器52から出力された信号に一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の光量を演算する。たとえば、レーザダイオードモジュール20からの出力光量が光検出器52で測定された励起光の光量の100倍である場合、一定の係数として100を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の光量が演算される。
The
また、制御部70は、光検出器52から出力された信号に他の一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光を利用する光学機器にすなわち励起光入力用光ファイバ32に注入される励起光の光量を演算する。たとえば、励起光入力用光ファイバ32に注入される励起光の入力光量が光検出器52で測定された励起光の光量の98倍である場合、他の一定の係数として98を乗ずることにより、励起光入力用光ファイバ32に注入される励起光の光量が演算される。
In addition, the
このレーザ発生装置10では、レーザダイオードモジュール20の励起光出力用光ファイバ22とレーザダイオードモジュール20から出力される励起光を利用する光学機器との接続部33の側面より漏れる励起光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の光量を測定することができる。そのため、このレーザ発生装置10では、レーザダイオードモジュール20のレーザダイオードと励起光出力用光ファイバ22との結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュール20の故障を検出することができる。
In this
また、このレーザ発生装置10によれば、光ファイバカプラなどの光学部品を追加して用いる必要がないので、過剰な挿入損失が発生しない。そのため、励起光の光量が高くても、光損失や熱が抑制され、光増幅器の出力低下や信頼性低下などの問題を引き起こしにくくなる。
Further, according to the
さらに、このレーザ発生装置10によれば、光ファイバを曲げる必要がないので、曲げにより過剰な損失を作る場合のような機械的な変形も伴わずに、光ファイバの曲げによる危険性や漏れ光による加熱や光ファイバの破損など大きな障害を抑制することができ、安全である。
Furthermore, according to this
また、このレーザ発生装置10では、接続部33の周囲にカバー54、56を設けているので、外乱を防ぐだけでなく、接続部33からの漏れ光が外部に漏れないので、安全性が高まる。
Further, in this
さらに、このレーザ発生装置10では、カバー54、56が熱伝導率のよい金属で形成されているので、接続部33が万一発熱した場合でも、カバー54、56が放熱器として働くため、安全性が高まる。
Furthermore, in this
(実験例1)
図1に示すレーザ発生装置10を用いて、図4および図5に示すグラフを得た実験例1について説明する。
この実験例1で使用した図1に示すレーザ発生装置10のレーザダイオードモジュール20は、波長976nmで発振し、コア径が105μmでクラッド径が125μmであるマルチモード光ファイバを励起光出力用光ファイバ22として、励起光を出力する。この励起光出力用光ファイバ22を、同種のマルチモード光ファイバを入力端として持つ合波装置30と融着して接続し、融着した接続部33あたりに光パワー監視装置50を取り付けた。このとき、接続部33の位置が光パワー監視装置50のフォトダイオード66のほぼ正面にくるように、それらを配置した。
(Experimental example 1)
Experimental example 1 in which the graphs shown in FIGS. 4 and 5 are obtained will be described using the
The
図4は、レーザダイオードモジュール20に流す励起電流を変化させることにより出力光量を変化させた場合の、光検出器52から出力される信号の電圧(V)とレーザダイオードモジュール20から出力される励起光の出力光量(W)との関係を示すグラフである。図4に示すグラフより、それらに良好な直線関係が得られており、光検出器52から出力される信号の電圧(V)に係数6.49を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール20から出力される励起光の出力光量(W)を測定することができる。
FIG. 4 shows the voltage (V) of the signal output from the
また、同様に、図5は、光検出器52から出力される信号の電圧(V)とレーザダイオードモジュール20から出力される励起光を利用する光学機器にすなわち励起光入力用光ファイバ32に注入される励起光の入力光量(W)との関係を示すグラフである。図5に示すグラフでも、それらに良好な直線関係が得られており、光検出器52から出力される信号の電圧(V)に係数5.98を乗ずることにより、励起光入力用光ファイバ32に注入される励起光の入力光量(W)を測定することができる。
Similarly, FIG. 5 shows an optical device that uses the voltage (V) of the signal output from the
(実験例2)
実験例2では、図1に示すレーザ発生装置10において、光ファイバ22、32の接続部33に対するフォトダイオード66の位置による感度について調べた。
図1に示すレーザ発生装置10において、光ファイバ22および32の接続部33の接続の方法として融着接続を用いる場合は、フォトダイオード66の位置を接続箇所の直下ではなく、励起光入力用光ファイバ32側の被覆端の近傍に配置することにより、接続部33からの漏れ光を効率よくフォトダイオード66に導くことができる。このため、漏れ光の光量が小さい場合でも、感度よく測定することが可能になる。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, the sensitivity of the
In the
図6は、励起光出力用光ファイバ22と励起光出力用光ファイバ32との融着した接続部33を示す模式図である。レーザダイオードモジュール20に接続されている励起光出力用ファイバ22と、励起光を利用する光学機器にすなわち励起光入力用光ファイバ32とは、両方ともファイバを機械的に保護するためにUV硬化樹脂などの被覆が施されており、接続のために、一部の被覆を剥いて、融着して接続される。被覆を剥く長さは、通常3〜9mm程度である。このような構造では、レーザダイオードモジュール20からの励起光の一部が融着点(接続部33)で散乱される。その際、融着点で発生する漏れ光は、クラッドの外部にすべて直接漏れ出すのではなく、一般的にクラッドモードと呼ばれるように、クラッド表面で反射されながら内部を伝搬し、励起光入力用光ファイバ32側の被覆で散乱されて外部に漏れ出す。このため、励起光入力用光ファイバ32側の被覆端の近傍で漏れ光の光量は、接続部33からの漏れ光の光量よりも大きくなる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the fused
図7は、実験例2によって得られた、レーザダイオードモジュールから出力される励起光の出力光量(W)と光検出器から出力される信号の電圧(V)との関係を示すグラフである。図7のグラフには、光パワー監視装置50のフォトダイオード66を接続部33の正面付近に配置した場合のそれらの関係と、光パワー監視装置50のフォトダイオード66を励起光入力用光ファイバ32側の被覆端の正面付近に配置した場合のそれらの関係とを示す。
図7に示すグラフより、等しいレーザダイオードモジュール20の出力光量に対して、光検出器52から出力される信号の電圧は、フォトダイオード66を励起光入力用光ファイバ32側の被覆端の正面付近に配置した場合の方が、フォトダイオード66を接続部33の正面付近に配置した場合の方と比べて、約50倍になっており、つまり、感度が50倍良くなっている。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the output light amount (W) of the excitation light output from the laser diode module and the voltage (V) of the signal output from the photodetector, obtained in Experimental Example 2. In the graph of FIG. 7, the relationship when the
From the graph shown in FIG. 7, the voltage of the signal output from the
図8は、この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置の他の例を示す図解図である。図8に示すレーザ発生装置10は、図1に示すレーザ発生装置10と比べて、合波装置30に励起光を信号光と逆方向に注入する後方励起と呼ばれる方式である。
図1に示すレーザ発生装置10は、合波装置30に励起光を信号光と同じ方向に注入する前方励起と呼ばれる方式であるが、この発明にかかるレーザ発生装置は、図8に示すレーザ発生装置10のように、合波装置30に励起光を信号光と逆方向に注入する後方励起と呼ばれる方式であってもよい。
なお、図8に示すレーザ発生装置10は、図1に示すレーザ発生装置10と比べて、励起光入力用光ファイバ34が希土類元素添加光ファイバ40を介して合波装置30に接続されている。
FIG. 8 is an illustrative view showing another example of a laser generator using the optical power monitoring device according to the present invention. The
The
In the
また、この発明にかかるレーザ発生装置は、合波装置30に励起光を両方向から注入する両方向励起と呼ばれる方式であってもよい。
Further, the laser generator according to the present invention may be a method called bidirectional excitation in which excitation light is injected into the multiplexing
なお、上述のレーザ発生装置は、基本的な光ファイバ増幅器の基本構造を有するが、この発明は、基本的な光ファイバレーザの基本構造を有するレーザ発生装置にも適用されうる。 Although the above laser generator has a basic structure of a basic optical fiber amplifier, the present invention can also be applied to a laser generator having a basic structure of a basic optical fiber laser.
図9は、この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置のさらに他の例を示す図解図である。図9に示すレーザ発生装置10は、図1に示すレーザ発生装置10と比べて、レーザダイオードモジュール20が、レーザ光を出力するレーザダイオード(図示せず)と、そのレーザダイオードに結合されそのレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバ22´とを有する。
FIG. 9 is an illustrative view showing still another example of a laser generator using the optical power monitoring device according to the present invention. Compared with the
図9に示すレーザ発生装置10は、さらに、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光を利用する光学機器を含む。光学機器は、たとえば、光学系として集光光学系31を含む。集光光学系31は、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光を集光するためのものであり、たとえば複数または単数のミラーや複数または単数のレンズなどの光学素子が用いられる。そのため、レーザダイオードモジュール20のレーザ光出力用光ファイバ22´および集光光学系31間には、レーザ光入力用光ファイバ32´が設けられる。レーザ光入力用光ファイバ32´は、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光を集光光学系31側に導光するためのものである。このようなレーザ光出力用光ファイバ22´およびレーザ光入力用光ファイバ32´を接続した接続部33には、それらを接続するために主に光ファイバ融着が施されるが、その代わりに光コネクタが用いられてもよい。
The
また、図9に示すレーザ発生装置10では、光パワー監視装置50の光検出器52は、レーザ光出力用光ファイバ22´とレーザ光入力用光ファイバ32´との接続部33の側面に配置される。
In the
図9に示すレーザ発生装置10では、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光をレーザ光入力用光ファイバ32´で集光光学系31側に導光し、集光光学系31で集光し、外部に出力し取り出して利用する。この用途としては、たとえば、レーザ光を用いてマーキングを行うレーザマーカ、加工を行うレーザ加工機、照明器具、光センサ用光源などの多くの装置が挙げられる。
In the
また、図9に示すレーザ発生装置10において、光学系として集光光学系31の代わりに、たとえば複数または単数のミラーや複数または単数のレンズなどの光学素子が用いられた拡散光学系が用いられてもよい。このようにすれば、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光をレーザ光入力用光ファイバ32´で拡散光学系側に導光し、拡散光学系で拡散し、外部に出力し取り出して利用する。この用途としては、たとえば、レーザ光のビームを広げて用いるような用途、たとえば照明などが挙げられる。
In the
また、図9に示すレーザ発生装置10でも、図1に示すレーザ発生装置10と同様に、レーザダイオードモジュール20のレーザ光出力用光ファイバ22´とレーザ光入力用光ファイバ32´との接続部33近傍に光パワー監視装置50の光検出器52を配置することによって、レーザダイオードモジュール20から出力されるレーザ光の光量およびレーザ光入力用光ファイバ32´から出力されるレーザ光の光量を測定することができる。
Further, in the
この発明にかかるパワー監視装置は、特に、たとえば光ファイバ増幅器、光ファイバレーザ、レーザマーカ、レーザ加工機、照明器具および光センサ用光源などのレーザ発生装置に好適に用いられる。 The power monitoring apparatus according to the present invention is particularly suitably used for laser generators such as optical fiber amplifiers, optical fiber lasers, laser markers, laser processing machines, lighting fixtures, and light sources for optical sensors.
10 レーザ発生装置
20 レーザダイオードモジュール
22 励起光出力用光ファイバ
22´ レーザ光出力用光ファイバ
30 合波装置
31 集光光学系
32 励起光入力用光ファイバ
32´ レーザ光入力用光ファイバ
33 接続部
34 信号光入力用光ファイバ
36 合波光出力用光ファイバ
40 希土類元素添加光ファイバ
50 光パワー監視装置
52 光検出器
54 ベースカバー
56 本体カバー
58 溝
60 クッション材
62 孔
64 基板
66 フォトダイオード
68 接続配線
70 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバと前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面に配置される光検出器を含み、前記光検出器で前記接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視装置。 A laser diode that outputs a laser beam and a laser beam output from a laser diode module that is coupled to the laser diode and outputs a laser beam that is output from the laser diode are measured. An optical power monitoring device,
A photodetector disposed on a side surface of a connection portion between the optical fiber for laser beam output of the laser diode module and an optical device that utilizes laser light output from the laser diode module; An optical power monitoring device that measures the amount of laser light output from the laser diode module by measuring the amount of laser light that leaks from the side surface of the connecting portion.
前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光および増幅される信号光を合波するための合波装置、および
前記合波装置によって合波されたレーザ光および増幅される信号光が注入され、前記レーザ光によって励起され、光直接増幅を行う希土類元素添加光ファイバを含み、
前記レーザダイオードモジュール、前記合波装置および前記希土類元素添加光ファイバを含む光ファイバ増幅器に用いられる、請求項1に記載の光パワー監視装置。 The optical instrument is:
A multiplexing device for combining the laser beam output from the laser diode module and the amplified signal beam; and the laser beam combined by the multiplexing device and the amplified signal beam are injected, and the laser Including rare earth-doped optical fibers excited by light and performing direct optical amplification,
The optical power monitoring apparatus according to claim 1, wherein the optical power monitoring apparatus is used in an optical fiber amplifier including the laser diode module, the multiplexer, and the rare earth element-doped optical fiber.
前記光検出器は、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される、請求項2に記載の光パワー監視装置。 The optical device includes a laser light input optical fiber connected between the laser light output optical fiber of the laser diode module and the multiplexer,
The optical power monitoring device according to claim 2, wherein the photodetector is disposed on a side surface of a connection portion between the laser light output optical fiber and the laser light input optical fiber.
前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を集光するための集光光学系、および
前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記集光光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバを含み、
前記光検出器は、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される、請求項1に記載の光パワー監視装置。 The optical instrument is:
A condensing optical system for condensing the laser light output from the laser diode module, and the laser light output optical fiber of the laser diode module and a laser light input optical fiber provided between the condensing optical systems Including
2. The optical power monitoring device according to claim 1, wherein the photodetector is disposed on a side surface of a connection portion between the laser light output optical fiber and the laser light input optical fiber.
前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を拡散するための拡散光学系、および
前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記拡散光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバを含み、
前記光検出器は、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される、請求項1に記載の光パワー監視装置。 The optical instrument is:
A diffusion optical system for diffusing the laser light output from the laser diode module; and the laser light output optical fiber of the laser diode module and a laser light input optical fiber provided between the diffusion optical systems,
2. The optical power monitoring device according to claim 1, wherein the photodetector is disposed on a side surface of a connection portion between the laser light output optical fiber and the laser light input optical fiber.
前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面を覆うカバー、および
前記カバーに設けられ、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に対向するフォトダイオードを含む、請求項3または請求項5に記載の光パワー監視装置。 The photodetector is
A cover that covers a side surface of the connection portion between the laser light output optical fiber and the laser light input optical fiber; and a cover provided on the cover, the laser light output optical fiber and the connection portion between the laser light input optical fiber The optical power monitoring device according to claim 3, comprising a photodiode facing the side surface.
前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器、および
前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の光パワー監視装置を含む、レーザ発生装置。 A laser diode module having a laser diode for outputting laser light and a laser light output optical fiber coupled to the laser diode for outputting laser light outputted from the laser diode;
The optical power monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein an optical device using laser light output from the laser diode module, and an amount of laser light output from the laser diode module are measured. Including a laser generator.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の光パワー監視装置を用いて、前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバと前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視方法。 A laser diode that outputs a laser beam and a laser beam output from a laser diode module that is coupled to the laser diode and outputs a laser beam that is output from the laser diode are measured. An optical power monitoring method,
An optical device using the laser light output optical fiber of the laser diode module and an optical device using the laser light output from the laser diode module using the optical power monitoring device according to any one of claims 1 to 6. An optical power monitoring method for measuring a light amount of a laser beam output from the laser diode module by measuring a light amount of a part of the laser beam leaking from a side surface of the connecting portion.
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A02 | Decision of refusal |
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