CN109196736A - 光功率监视装置、激光装置以及激光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的光功率监视装置对从光纤输出的输出光的反射光中的输入至上述光纤的反射光的功率进行监视，所述光功率监视装置具备：光检测器，其配置于上述光纤的附近，对被上述光纤导波的光的瑞利散射光进行检测；和运算部，其进行使用表示在不产生上述反射光的状况下预先获得的上述输出光的输出与上述光检测器的检测结果的关系的第一信息从通过上述光检测器获得的检测结果除去与上述输出光的输出对应的成分的运算。

Description

光功率监视装置、激光装置以及激光系统
技术领域
本发明涉及光功率监视装置、激光装置以及激光系统。
背景技术
本申请基于2016年5月16日向日本申请的特愿2016-097630号主张优先权，并将其内容引用至此。
近年，在加工领域、汽车领域以及医疗领域等各种领域中，光纤激光器受到关注。与现有的激光装置(例如二氧化碳气体激光装置)相比，该光纤激光器的波束品质以及聚光性优良。因此，与以往相比，具有如下优良的特征，即能够缩短加工时间、能够实现节能、能够容易地进行质量高的微细加工等。另外，光纤激光器不需要空间光学部件，因而还存在如下优点，即不存在对准等问题、不需要维护等。
另一方面，对于光纤激光器而言，若反射光(例如来自工件的加工面的反射光)返回至光纤激光器，则振荡状态不稳定。其结果是，输出光的功率发生变动，担心加工特性变差。另外，若不稳定的振荡成为随机脉冲振荡，则引起激励光源的故障、光纤的断裂等，还考虑光纤激光器发生故障的可能性。应对这样的问题需要监视反射光的功率、防止振荡状态不稳定于未然。
在以下的专利文献1中公开了监视反射光的功率的现有的装置以及方法。具体地说，在以下的专利文献1中公开了如下的装置等，其中设置有对在光纤的熔敷连接点漏出的输出光进行检测的第一检测器与对在熔敷连接点漏出的反射光进行检测的第二检测器，并通过进行使用在不产生反射光的状况下预先获得的第一检测器以及第二检测器的检测结果的关系来从第二检测器的检测结果排除输出光的影响的运算来监视反射光的功率。
专利文献1：日本专利第5865977号公报
另外，认为使用上述专利文献1中公开的装置等就能够简易地检测反射光的大小。然而，在上述专利文献1所公开的装置等中，实际未求出返回至光纤激光器的反射光的功率与第二检测器(检测反射光的检测器)的检测结果的关系。因此，在检测值不存在定量性、今后要求更高的精度的情况下，认为存在无法应对该要求的可能性。
这里，在上述专利文献1所公开的装置等中，还认为预先求出上述关系就能够应对上述精度提高的要求。然而，认为在光纤激光器完成之后使光作为反射光相对于光纤激光器入射来求出上述关系需要追加不少的工时，如需要在进行了非标准的连接之后的装置评价等。
发明内容
本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供通过简单的结构能够实现反射光的监视精度的提高的光功率监视装置、激光装置以及激光系统。
为了解决上述课题，本发明的光功率监视装置(13)对从光纤(F、F10)输出的输出光(L1、L11)的反射光中的输入至上述光纤的反射光(L2、L12)的功率进行监视，该光功率监视装置(13)具备：光检测器(21)，其配置于上述光纤的附近，对被上述光纤导波的光的瑞利散射光进行检测；和运算部(22)，其进行使用表示在不产生上述反射光的状况下预先获得的上述输出光的输出与上述光检测器的检测结果的关系的第一信息(IF2)从通过上述光检测器获得的检测结果除去与上述输出光的输出对应的成分的运算。
另外，本发明的光功率监视装置构成为上述运算部使用表示在不产生上述反射光的状况下预先获得的供给至上述输出光的激励光源的电流与上述输出光的输出的关系的第二信息(IF1)，根据供给至上述激励光源的电流求出上述输出光的输出。
另外，本发明的光功率监视装置构成为上述运算部具备对上述第一信息以及上述第二信息进行存储的存储部(M)。
另外，本发明的光功率监视装置构成为上述运算部求出在不产生上述反射光的状况下新获得的上述第二信息与存储于上述存储部的上述第二信息的差分，并使用该差分修正运算结果。
另外，本发明的光功率监视装置构成为上述运算部在相对于上述激励光源的电流的供给开始后的规定时间以及供给停止后的规定时间的至少一者内屏蔽上述光检测器的检测结果。
另外，本发明的光功率监视装置构成为在上述光纤具有连接点(P)的情况下，上述光检测器配置于在上述光纤的长度方向从该连接点分离预先规定的距离的位置。
本发明的激光装置(1、2)具备作为传输光的传输介质发挥功能的传输用光纤(F)，该激光装置(1、2)具备上述任一技术方案中记载的光功率监视装置，作为输入至上述光纤的反射光的功率，该光功率监视装置对输入至上述传输用光纤的反射光(L2)的功率进行监视。
另外，本发明的激光装置构成为上述激光装置还具备：激励光源(EL)；和放大用光纤(F1)，其相对于从上述激励光源输出的光作为放大介质发挥功能，通过上述传输用光纤对来自上述放大用光纤的光进行传输。
本发明的激光系统(LS)具备：多个激光装置(31)；合波装置(32)，其对从该多个激光装置输出的光进行合波；以及输出光纤(F10)，其对被该合波装置合波后的光进行导波，该激光系统(LS)具备上述任一技术方案中记载的光功率监视装置，作为输入至上述光纤的反射光的功率，该光功率监视装置对输入至上述输出光纤的反射光(L12)的功率进行监视。
另外，本发明的激光系统构成为还具备控制部(33)，在被上述光功率监视装置监视的上述反射光的功率超过预先规定的阈值的情况下，该控制部(33)进行使上述多个激光装置的输出降低的控制。
另外，本发明的激光系统构成为上述多个激光装置分别是上述激光装置。
根据本发明，使用预先获得的第一信息(表示输出光的输出与光检测器的检测结果的关系的信息)从通过光检测器获得的检测结果(瑞利散射光的检测结果)除去与输出光的输出对应的成分，因而存在能够以简单的结构实现反射光的监视精度的提高的效果。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的激光装置的主要部位结构的框图。
图2A是表示在本发明的第一实施方式中使用的特性信息的一个例子的图。
图2B是表示在本发明的第一实施方式中使用的特性信息的一个例子的图。
图3是表示本发明的第一实施方式中从光检测器输出的监视信号输出的随时间变化的一个例子的图。
图4A是表示本发明的第一实施方式中通过运算求出的光强的随时间变化的一个例子的图。
图4B是表示本发明的第一实施方式中通过运算求出的光强的随时间变化的一个例子的图。
图4C是表示本发明的第一实施方式中通过运算求出的光强的随时间变化的一个例子的图。
图5是表示边改变距熔敷连接点的距离边取得光检测器的监视器输出信号的结果的一个例子的图。
图6是表示本发明的第二实施方式的激光装置的主要部位结构的框图。
图7是表示本发明的第二实施方式的激光系统的主要部位结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的光功率监视装置、激光装置以及激光系统详细地进行说明。
〔第一实施方式〕
图1是表示本发明的第一实施方式的激光装置的主要部位结构的框图。
如图1所示，本实施方式的激光装置1具备作为传输介质发挥功能的光纤F(传输用光纤)、电流源11、电流激励激光器12、光功率监视装置13以及输出控制部14。这样的激光装置1在输出控制部14的控制之下从光纤F的输出端X1输出输出光L1(激光)，并且对输出光L1的反射光中的入射至光纤F的输出端X1的反射光L2的功率进行检测。此外，从激光装置1射出的输出光L1的波长例如为1080[nm]。
光纤F是具备芯部与包围芯部的包层的单包层光纤。作为该光纤F，例如能够使用芯部的直径为50[μm]、包层的直径为400[μm]的光纤。该光纤F的一端与电流激励激光器12光学性地耦合，另一端成为输出光L1的输出端X1。
电流源11在输出控制部14的控制之下将用于激励电流激励激光器12的激励电流供给至电流激励激光器12。具体地说，电流源11将与从输出控制部14输出的电流控制信号C1对应的激励电流供给至电流激励激光器12。此外，来自输出控制部14的电流控制信号C1输出至电流源11并且还输出至光功率监视装置13。
电流激励激光器12例如具备多个半导体激光器，被从电流源11供给的激励电流激励而输出激光。此外，设置于电流激励激光器12的半导体激光器的种类以及数量根据输出光L1的波长以及功率适当地选择。这里，如上所述，在电流激励激光器12的输出端耦合有光纤F的一端，因而从电流激励激光器12输出的激光入射至光纤F并被光纤F导波。
光功率监视装置13具备光检测器21、运算部22以及监视信号输出部23，对从光纤F的输出端X1输出的输出光L1的反射光中的入射至光纤F的输出端X1的反射光L2的功率进行检测。即，光功率监视装置13对在光纤F内被向与输出光L1相反的方向(从输出端X1朝向电流激励激光器12)导波的反射光L2的功率进行检测。
光检测器21配置于光纤F的附近，对被光纤F导波的光的瑞利散射光进行检测。这里，无论光纤F内的光的导波方向如何，瑞利散射光均具有与被光纤F导波的光的功率对应的功率。因此，光检测器21对与被光纤F导波的输出光L1的功率对应的瑞利散射光以及与反射光L2的功率对应的瑞利散射光进行检测。
作为上述光检测器21，例如能够使用PIN光电二极管。
在作为光检测器21使用PIN光电二极管的情况下，光检测器21例如配置于从光纤F的侧面(被覆树脂)分离几[mm]左右的位置。此外，光检测器21只要能够不受外部干扰(例如杂光等)影响地对被光纤F导波的光的瑞利散射光进行检测即可，能够配置于任意位置。
运算部22对于通过光检测器21获得的检测结果进行规定的运算，对入射至光纤F的输出端X1的反射光L2的功率进行检测。具体地说，运算部22根据来自输出控制部14的电流控制信号C1求出输出光L1的功率，进行从通过光检测器21获得的检测结果除去与输出光L1的功率对应的成分的运算，检测反射光L2的功率。运算部22使用存储于非易失性存储器等存储部M的电流-光输出特性信息IF1(第二信息)以及光检测特性信息IF2(第一信息)进行上述运算。
图2A以及图2B是表示在本发明的第一实施方式使用的特性信息的一个例子的图。此外，图2A是表示电流-光输出特性信息IF1的一个例子的图，图2B是表示光检测特性信息IF2的一个例子的图。图2A所示的电流-光输出特性信息IF1是表示供给至电流激励激光器12的激励电流[A]与激光装置1的光输出(输出光L1的功率)[W]的关系的信息。另外，图2B所示的光检测特性信息IF2是表示激光装置1的光输出(输出光L1的功率)[W]与光检测器21的输出(监视信号输出)[V]的关系的信息。此外，光检测特性信息IF2也能够是指表示激光装置1的光输出与在光纤F产生的瑞利散射光的监视结果的关系的信息。
上述特性信息是在不产生输出光L1的反射光的状况下例如使用功率监视器获得的。具体而言，设置对在不产生输出光L1的反射光的状况下从激光装置1实际输出的输出光L1的功率进行监视的功率监视器。而且，边根据来自输出控制部14的电流控制信号C1改变供给至电流激励激光器12的激励电流，边获得功率监视器的监视结果与光检测器21的输出(监视器输出信号)。将电流控制信号C1与功率监视器的监视结果建立关联后，得出图2A所示的电流-光输出特性信息IF1，将功率监视器的监视结果与光检测器21的输出(监视器输出信号)建立关联后，得出图2B所示的光检测特性信息IF2。
参照图2A，激励电流与光输出处于以下的关系。即，在激励电流为某阈电流(几[A]左右)以下的情况下，在电流激励激光器12不发生激光振荡，因而光输出为0。在激励电流大于上述阈电流的情况下，在电流激励激光器12发生激光振荡，光输出与激励电流的大小大致成比例地增大。运算部22使用这样的电流-光输出特性信息IF1，根据来自输出控制部14的电流控制信号C1求出输出光L1的功率。
参照图2B，光输出与监视信号输出处于如下关系，即伴随着光输出的增大，监视信号输出也增大，伴随着光输出的减少，监视信号输出也减少。但是，光输出与监视信号输出的关系并不处于完全的比例关系，因光检测器21的特性产生相对于完全的比例关系的偏移。运算部22使用这样的光检测特性信息IF2进行从通过光检测器21获得检测结果(监视信号输出)除去与输出光L1的功率对应的成分的运算，求出反射光L2的功率。
监视信号输出部23将表示通过运算部22求出的反射光L2的功率的信息输出至外部。例如，监视信号输出部23具备液晶显示装置等显示装置，将表示通过运算部22求出的反射光L2的功率的信息显示于显示装置。或者，监视信号输出部23具备外部输出端子，将表示通过运算部22求出的反射光L2的功率的信号(监视信号)从外部输出端子输出至外部。
输出控制部14对从激光装置1输出的输出光L1的功率进行控制。具体地说，输出控制部14通过对于向电流激励激光器12供给激励电流的电流源11输出电流控制信号C1来控制从激光装置1输出的输出光L1的功率。此外，输出控制部14根据从未图示的输入部输入的指示来对从激光装置1输出的输出光L1的功率进行控制。
接下来，对上述结构中的激光装置1的动作进行说明。当由于对于输出控制部14的动作开始的指示等而开始动作后，从输出控制部14对于电流源11输出电流控制信号C1，与电流控制信号C1对应的激励电流从电流源11供给至电流激励激光器12。若供给至电流激励激光器12的激励电流大于上述阈电流(几[A]左右)，则在电流激励激光器12发生激光振荡，从电流激励激光器12输出激光。
从电流激励激光器12输出的激光(输出光L1)在从光纤F的一端入射至光纤F并被光纤F导波之后，从光纤F的输出端X1输出。这里，在输出端X1的前方配置有工件等的情况下，在该工件的加工面产生的反射光的一部分作为反射光L2从输出端X输入至光纤F。该反射光L2被光纤F向与输出光L1相反的方向导波。
此时，通过光纤F向图1的纸面右方导波输出光L1，并且向图1的纸面左方导波反射光L2。由此，在光纤F的内部，产生与输出光L1的功率对应的瑞利散射光以及与反射光L2的功率对应的瑞利散射光。因此，在光功率监视装置13的光检测器21，检测到与输出光L1的功率对应的瑞利散射光以及与反射光L2的功率对应的瑞利散射光两者。
图3是表示本发明的第一实施方式中从光检测器输出的监视信号输出的随时间变化的一个例子的图。此外，对于图3所示的图而言，横轴取时间，纵轴取监视信号输出。开始激光装置1的动作的时刻为图3所示的图的时间0。参照图3可知，在从激光装置1的动作开始时刻起经过几[μsec]的时刻，监视信号输出急剧上升，在从激光装置1的动作开始时刻起经过15[μsec]左右之后，监视信号输出大致恒定(3.3[V]左右)。
当表示这样的随时间变化的监视信号输出输入至运算部22后，在运算部22中，进行使用存储于存储部M的光检测特性信息IF2，求出被光纤F导波的光的光强(输出光L1以及反射光L2的光强)的运算。另外，在运算部22中，进行使用存储于存储部M的电流-光输出特性信息IF1，根据来自输出控制部14的电流控制信号C1求出输出光L1的光强的运算。
而且，进行从使用光检测特性信息IF2求出的光强除去使用电流-光输出特性信息IF1求出的输出光L1的光强的运算。由此，求出反射光L2的光强(功率)。表示这样求出的反射光L2的光强(功率)的信息从运算部22输出至监视信号输出部23，显示于设置在监视信号输出部23的显示装置，或从设置于监视信号输出部23的外部输出端子输出至外部。
图4A～图4C是表示本发明的第一实施方式中通过运算求出的光强的随时间变化的一个例子的图。图4A是表示使用光检测特性信息IF2求出的输出光L1以及反射光L2的光强的随时间变化的图。图4B是表示使用电流-光输出特性信息IF1根据电流控制信号C1求出的输出光L1的光强的随时间变化的图。图4C是表示通过从使用光检测特性信息IF2求出的光强除去使用电流-光输出特性信息IF1求出的输出光L1的光强的运算获得的反射光L2的光强的随时间变化的图。此外，图4A～图4C所示的图的横轴与图3所示的图的横轴相同。
首先，参照图4A，输出光L1以及反射光L2的光强在从激光装置1的动作开始时刻起经过几[μsec]的时刻急剧上升并最大成为950[W]左右。然后，输出光L1以及反射光L2的光强降低至800[W]左右，在从激光装置1的动作开始时刻起经过15[μsec]左右之后，大致恒定(820[W]左右)。因此，使用光检测特性信息IF2通过运算部22求出的输出光L1以及反射光L2的光强的随时间变化与图3所示的监视信号输出大致为同样的随时间变化。
接下来，参照图4B，输出光L1的光强在从激光装置1的动作开始时刻起经过几[μsec]的时刻急剧上升，并在从激光装置1的动作开始时刻起经过5[μsec]左右后大致恒定(800[W])。接着，参照图4C，反射光L2的光强在输出光L1的光强处于恒定的时刻(从激光装置1的动作开始时刻起5[μsec]左右的时刻)开始上升，并在最大成为150[W]之后，在激光装置1的动作开始时刻后的十几[μsec]的时刻大致成为0。然后，大致恒定(约30[W])。
在图4C中，反射光L2的光强在从激光装置1的动作开始时刻起经过5[μsec]左右的时刻上升是因为：输出光L1的强度成为最大(参照图4B)，但由于工件未被加工、工件的表面状态处于接近平面的状态，所以大多反射光L2从输出端X输入至光纤F。然后，反射光L2的光强降低是因为：因工件开始被加工导致工件的表面状态发生变化，由此从输出端X输入至光纤F的反射光L2减少。这样，在本实施方式中，可知能够高精度地监视反射光L2。
如上所述，在本实施方式中，进行使用光检测特性信息IF2从光检测器21的监视器输出信号求出输出光L1以及反射光L2的光强的运算，并进行使用电流-光输出特性信息IF1根据来自输出控制部14的电流控制信号C1求出输出光L1的光强的运算。而且，通过进行从使用光检测特性信息IF2求出的光强除去使用电流-光输出特性信息IF1求出的输出光L1的光强的运算来求出反射光L2的光强(功率)。由此，能够以较高的精度监视反射光L2，因而能够使反射光L2的监视精度提高。
此外，在上述实施方式中，对运算部22进行以下的(A)～(C)所示的运算来求出反射光L2的光强的例子进行了说明。
(A)使用光检测特性信息IF2从光检测器21的监视器输出信号求出输出光L1以及反射光L2的光强的运算
(B)使用电流-光输出特性信息IF1求出基于电流控制信号C1的输出光L1的光强的运算
(C)从输出光L1以及反射光L2的光强除去输出光L1的光强的运算
然而，运算部22例如也可以进行以下的(a)～(d)所示的运算来求出反射光L2的光强。
(a)使用电流-光输出特性信息IF1求出基于电流控制信号C1的输出光L1的光强的运算
(b)使用光检测特性信息IF2求出只要利用光检测器21检测到通过上述(a)获得的光强的输出光L1就能够获得的监视器输出信号的运算
(c)从光检测器21的监视器输出信号除去通过上述(b)获得的监视器输出信号的运算
(d)将上述(c)的运算结果转换为光强的运算
接下来，对光纤F的熔敷连接点(连接点)与光检测器21的位置关系进行研究。瑞利散射光在光纤F所到之处产生，因而在不存在熔敷连接点的情况下，能够将光检测器21配置于光纤F的长度方向上的任意位置。然而，在光纤F的内部产生的瑞利散射光的强度较低，因而在存在熔敷连接点的情况下，需要将光检测器21配置为使之远离产生大量的泄漏光的熔敷连接点。
图5是表示边改变距熔敷连接点的距离边取得光检测器的监视器输出信号的结果的一个例子的图。此外，在图5所示的图中，横轴取距熔敷连接点的距离，纵轴取从光检测器21获得的监视器输出信号。另外，在图5所示的图中，距熔敷连接点的距离变大的方向(纸面中从左向右的方向)是输出光L1前进的方向。
图5中所示的曲线Q1是表示从光检测器获得的监视器输出信号的实测值的曲线。输出光L1沿纸面中从左向右的方向前进，因而如图5所示，曲线Q1在从熔敷连接点的位置(距离为0[mm]位置)向纸面右方偏移的位置(在图5所示的例中是距离为4[mm]左右的位置)出现峰值。另外，来自熔敷连接点的泄漏光不会被光纤F导波，因而如图5所示，在几[mm]左右的距离急剧衰减。
图5中所示的曲线Q2是将监视器输出信号的衰减部分(监视器输出信号降低的部分)拟合而获得的曲线。该曲线Q2是衰减系数为4[cm-1]时的曲线。即，从该曲线Q2可知曲线Q1的衰减部分中的衰减系数为4[cm-1]。另外，参照曲线Q2，可知来自熔敷连接点的泄漏光的强度在距离峰值位置约10[mm]左右以上的位置大致为0。
另外，参照图5所示的曲线Q1，可知监视器输出信号成为图中虚线所示的一定以上的值，而不会成为0。认为这是在光纤F的内部产生的瑞利散射光的成分。根据以上内容认为：若在光纤F的长度方向上相对于光纤F的熔敷连接分离几[cm]的位置(分离预先规定的距离的位置)配置光检测器21，则能够高精度地检测瑞利散射光，而不受来自熔敷连接点的泄漏光的影响。
这里，在光纤F产生的瑞利散射光是因被光纤F导波的光在光纤F的内部受到瑞利散射而产生的，其产生与否不受光纤F的芯部、包层影响。此外，瑞利散射光是光的波长以下的微小的折射率波动引起的散射光，不具有方向性，在所有方位均匀地产生(但是，若散射光与导波模式耦合，则结果是其具有方向性)。
与此相对，上述泄漏光是在熔敷连接点等不连续点从芯部露出至包层的光中的露出至光纤的外部的光，是不在光纤中导波的光。该泄漏光因波长程度以上的折射率不连续性而从导波光变成非导波光，其光强的空间分布部分存在于不连续点附近，存在与导波光的行进方向对应的方向性。此外，瑞利散射光的光强例如为泄漏光的峰值的1/10左右的弱光强。
在本实施方式中，虽然特征在于利用光检测器21对被光纤F的芯部导波的导波光的瑞利散射光进行检测，但优选该光检测器21设置于不受泄漏光的影响的位置。具体而言，优选在光纤F的长度方向上充分远离光纤F的熔敷连接点等的位置(例如距离熔敷连接点等几[cm]的位置)设置光检测器21。此外，在上述专利文献1(专利第5865977号公报)中，对上述泄漏光进行检测，可以说检测对象本质上与对瑞利散射光进行检测的本实施方式不同。
〈第一变形例〉
在上述激光装置1中，将供给至电流激励激光器12的激励电流与激光装置1的光输出(输出光L1的功率)的关系作为电流-光输出特性信息IF1预先求出，并使用该关系求出反射光L2的功率。若产生激光装置1的特性的变化(例如随时间变化)，则上述关系发生变化，担心反射光L2的检测精度变差。对于本变形例而言，即便产生这样的激光装置1的特性的变化，也维持反射光L2的监视精度。
在本变形例中，在开始激光装置1的运用之后，在不产生输出光L1的反射光的状况下，重新求出表示供给至电流激励激光器12的激励电流与激光装置1的光输出(输出光L1的功率)的关系的电流-光输出特性信息IF1并将其存储于运算部22的存储部M。而且，在进行与上述实施方式同样的运算求出反射光L2的功率之后，求出重新求得的电流-光输出特性信息IF1与原电流-光输出特性信息IF1的差分，运算部22使用该差分进行修正反射光L2的功率的运算。通过进行这样的修正，即便产生激光装置1的特性的变化，也维持反射光L2的监视精度。此外，优选定期地进行重新求出电流-光输出特性信息IF1的处理。
〈第二变形例〉
在上述激光装置1中，在开始动作之后的时刻，从电流源11相对于电流激励激光器12供给较大的电流，由此，如图4B所示，输出光L1的光强急剧增加。若欲使用这样的电流骤变的部分求出反射光L2的功率，则考虑反射光L2的功率被误检测的可能性。本变形例通过屏蔽这样的电流的骤变部分来抑制反射光L2的功率的误检测。
具体地说，在本变形例中，对电流控制信号C1的变化进行检测，在变化量超过某阈值的情况下，运算部22进行屏蔽电流控制信号C1的处理。或者，在开始相对于电流激励激光器12的电流的供给之后的一定时间以及停止电流的供给之后的一定时间的至少一者内，进行屏蔽从光检测器21输出的监视信号输出的处理。此外，屏蔽电流控制信号C1期间或屏蔽监视信号输出期间，不利用运算部22进行求出反射光L2的功率的运算。通过进行这样的处理能够抑制反射光L2的功率的误检测。
〔第二实施方式〕
图6是表示本发明的第二实施方式的激光装置的主要部位结构的框图。
此外，在图6中，对与图1所示的结构相当的结构标注相同的附图标记。如图6所示，本实施方式的激光装置2是具备作为放大介质发挥功能的光纤F1(放大用光纤)、作为传输介质发挥功能的光纤F(传输用光纤)、激励光源EL、光功率监视装置13以及输出控制部14的光纤激光装置。这样的激光装置2从光纤F的输出端X1输出输出光L1(激光)，并且对输出光L1的反射光中的入射至光纤F的输出端X1的反射光L2的功率进行检测。
作为放大介质发挥功能的光纤F1是具备添加了活性元素的芯部与包围芯部的包层的单包层光纤。该光纤F1借助被从激励光源EL供给的激励光激励后的活性元素对在光纤F1的芯部传播的光进行放大。在该光纤F1形成有周期性地改变芯部的折射率的光纤布拉格光栅G1、G2。因此，在光纤F1的芯部传播的光重复基于上述两个光纤布拉格光栅G1、G2的反射并被放大。此外，光纤F1的一端与光纤F的一端熔敷连接，该连接点为熔敷连接点P。
激励光源EL例如具备多个半导体激光器，在输出控制部14的控制之下相对于光纤F供给激励光。光功率监视装置13与图1所示的光功率监视装置13相同。但是，在本实施方式中，存在光纤F1与光纤F2的熔敷连接点P，因而光功率监视装置13配置于在光纤F的长度方向上从熔敷连接点P分离预先规定的距离的位置(例如分离几[cm]的位置)。具体地说，熔敷连接点P与光功率监视装置13的距离设定为上述(1)式成立的距离。输出控制部14与图1所示的输出控制部14相同。
接下来，对上述结构中的激光装置2的动作进行说明。若根据相对于输出控制部14的动作开始的指示等开始动作，则从输出控制部14相对于激励光源EL输出电流控制信号C1，由此从激励光源EL输出激励光。
若从激励光源EL输出的激励光入射至光纤F1，则添加于光纤F1的芯部的活性元素被激励。在光纤F1的芯部传播的光被形成于光纤F1的光纤布拉格光栅G1、G2反射并被激励后的活性元素放大，由此发生激光振荡，从光纤F1输出作为激光的输出光L1。
该输出光L1在被光纤F导波之后从输出端X1输出。
这里，在输出端X1的前方配置有工件等的情况下，在该工件的加工面产生的反射光的一部分作为反射光L2从输出端X输入至光纤F。该反射光L2被光纤F向与输出光L1相反的方向导波。在光纤F的内部，产生与输出光L1的功率对应的瑞利散射光以及与反射光L2的功率对应的瑞利散射光，由光功率监视装置13的光检测器21进行检测。该检测结果输出至运算部22，进行与上述第一实施方式同样的运算，求出反射光L2的功率。
如上所述，本实施方式的激光装置2具备作为放大介质发挥功能的光纤F1等，与第一实施方式的激光装置1的结构稍微不同。然而，本实施方式的激光装置2具备与第一实施方式的激光装置1所具备的光功率监视装置13同样的装置，进行与第一实施方式同样的运算。因此，在本实施方式中，也能够以较高的精度监视反射光L2，因而能够使反射光L2的监视精度提高。
〔第三实施方式〕
图7是表示基于本发明的第二实施方式的激光系统的主要部位结构的框图。如图7所示，本实施方式的激光系统LS具备多个激光装置31、合成器32(合波装置)、光纤F10(输出光纤)、光功率监视装置13以及控制装置33(控制部)。这样的激光系统LS从光纤F10的输出端X输出输出光L11(激光)，并且对输出光L11的反射光中的入射至光纤F的输出端X的反射光L12的功率进行检测。
激光装置31是在控制装置33的控制之下输出激光的装置。作为该激光装置31，也能够使用图1所示的激光装置1以及图6所示的激光装置2中的任一个激光装置。此外，作为激光装置31，并不局限于图1所示的激光装置1以及图6所示的激光装置2，只要能够输出激光，能够使用任意装置。
合成器32将从多个激光装置31输出的多个输出光L1光学性地耦合。具体地说，在合成器32的内部，从激光装置31分别延伸的光纤F被捆扎而成为1根(通过熔融延伸而成为1根)，该成为1根的光纤与光纤F10的一端熔敷连接。光纤F10是作为传输介质发挥功能的光纤，对输出光L11(从激光装置31分别输出的多个输出光L1在合成器32光学性地耦合而获得的光)进行导波。此外，被光纤F10导波的输出光L1从光纤F10的输出端X输出。
光功率监视装置13与图1所示的光功率监视装置13相同。但是，如上所述，在合成器32的内部存在熔敷连接点，因而光功率监视装置13配置于在光纤F的长度方向上从合成器32的内部的熔敷连接点分离预先规定的距离的位置(例如分离几[cm]的位置)。具体地说，熔敷连接点P与光功率监视装置13的距离设定为上述(1)式成立的距离。
控制装置33参照被光功率监视装置13监视的反射光L12的功率对多个激光装置31进行控制，以使从输出端X输出的输出光L11的功率恒定。另外，对于控制装置33而言，在被光功率监视装置13监视的反射光L2的功率超过预先规定的阈值的情况下，为了保护激光装置31，进行使激光装置31的输出降低的控制。此外，对于图7所示的激光系统LS的动作而言，除了从多个激光装置31输出的输出光L1是被合成器32光学性地耦合而输出的L11这点之外，与第一实施方式的激光装置1的动作以及第二实施方式的激光装置2的动作大致相同，因而省略说明。
如上所述，本实施方式的激光系统LS具备与第一实施方式的激光装置1以及第二实施方式的激光装置2所具备的光功率监视装置13同样的装置，对在光纤F10的内部产生的瑞利散射光进行检测并进行与第一实施方式以及第二实施方式同样的运算。因此，在本实施方式中，也能够以较高的精度监视反射光L12，因而能够使反射光L12的监视精度提高。
这样，在上述第一～第三实施方式中，使用预先获得的光检测特性信息IF2(表示输出光的输出与光检测器的检测结果的关系的信息)，从通过光检测器获得的检测结果(瑞利散射光的检测结果)除去与输出光的输出对应的成分，因而能够以简单的结构实现反射光的监视精度的提高。另外，使用光检测特性信息IF2，因而能够实现定量的反射光检测。
另外，在上述第一～第三实施方式中，使用预先获得的电流-光输出特性信息IF1(表示电流与输出光的输出的关系的信息)求出输出光的输出，因而不需要追加的结构就能够容易地获得输出光的输出。
另外，在上述第一～第三实施方式中，预先获得的电流-光输出特性信息IF1以及光检测特性信息IF2存储于存储部，因而从设置装置开始运用的时刻起立即就能够以较高的精度监视反射光。
另外，在上述第一～第三实施方式中，使用存储于存储部的电流-光输出特性信息IF1与新获得的电流-光输出特性信息IF1的差分对运算部的运算结果进行修正，因而即便在产生电流与光输出的关系的随时间变化的情况下，也能够维持精度。
另外，在上述第一～第三实施方式中，屏蔽电流的骤变部分，因而能够抑制误检测。
另外，在上述第一～第三实施方式中，在从光纤的连接点分离预先规定的距离的位置配置光检测器，因而能够减少由光检测器受光的泄漏光的影响，由此能够维持监视精度。
另外，在上述第一～第三实施方式中，能够实现输入至具备激励光源、第一光纤以及第二光纤的光纤激光装置的反射光的监视精度的提高。
另外，在上述第三实施方式中，在被监视的反射光的功率超过阈值的情况下，使光纤激光装置的输出降低，因而能够防止振荡状态变得不稳定于未然，能够防止光纤激光器发生故障的情况。
另外，在上述第三实施方式中，在光纤激光装置分别也能够监视反射光，因而能够确定出输入至光纤激光装置各自中的反射光的量。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在本发明的范围内能够自由变更。例如，在上述第二实施方式中，对光纤F1是具备添加了活性元素的芯部与包围芯部的包层的单包层光纤的情况进行了说明。然而，在光纤F1是具备添加了活性元素的芯部、包围芯部的内侧包层、以及包围内侧包层的外侧包层的双包层光纤的情况下，也能够应用本发明。
另外，本发明的光功率监视装置也能够应用于上述第一～第三实施方式的激光装置以外的激光装置。例如也能够应用于像半导体激光器(DDL：Direct Diode Laser)、蝶形激光器那样共振器由光纤以外的结构构成并将从共振器射出的激光聚光至光纤的激光装置。
附图标记说明：
1、2…激光装置；13…光功率监视装置；21…光检测器；22…运算部；31…激光装置；32…合成器；33…控制装置；EL…激励光源；F、F1、F10…光纤；IF1…电流-光输出特性信息；IF2…光检测特性信息；L1、L11…输出光；L2、L12…反射光；LS…激光系统；M…存储部；P…熔敷连接点。

Claims (11)

1.一种光功率监视装置，其对从光纤输出的输出光的反射光中的输入至所述光纤的反射光的功率进行监视，
所述光功率监视装置的特征在于，具备：
光检测器，其配置于所述光纤的附近，对被所述光纤导波的光的瑞利散射光进行检测；和
运算部，其进行如下运算：使用表示在不产生所述反射光的状况下预先获得的所述输出光的输出与所述光检测器的检测结果的关系的第一信息，从通过所述光检测器获得的检测结果除去与所述输出光的输出对应的成分。
2.根据权利要求1所述的光功率监视装置，其特征在于，
所述运算部使用表示在不产生所述反射光的状况下预先获得的供给至所述输出光的激励光源的电流与所述输出光的输出的关系的第二信息，根据供给至所述激励光源的电流求出所述输出光的输出。
3.根据权利要求2所述的光功率监视装置，其特征在于，
所述运算部具备对所述第一信息以及所述第二信息进行存储的存储部。
4.根据权利要求3所述的光功率监视装置，其特征在于，
所述运算部求出在不产生所述反射光的状况下新获得的所述第二信息与存储于所述存储部的所述第二信息的差分，并使用该差分修正运算结果。
5.根据权利要求2或3所述的光功率监视装置，其特征在于，
所述运算部在相对于所述激励光源的电流的供给开始后的规定时间以及供给停止后的规定时间的至少一者内屏蔽所述光检测器的检测结果。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光功率监视装置，其特征在于，
在所述光纤具有连接点的情况下，所述光检测器配置于在所述光纤的长度方向上从该连接点分离预先规定的距离的位置。
7.一种激光装置，其具备作为传输光的传输介质发挥功能的传输用光纤，
所述激光装置的特征在于，
具备权利要求1～6中任一项所述的光功率监视装置，其监视输入至所述传输用光纤的反射光的功率作为输入至所述光纤的反射光的功率。
8.根据权利要求7所述的激光装置，其特征在于，
所述激光装置还具备：
激励光源；
放大用光纤，其相对于从所述激励光源输出的光作为放大介质发挥功能，
通过所述传输用光纤对来自所述放大用光纤的光进行传输。
9.一种激光系统，具备：多个激光装置；合波装置，其对从该多个激光装置输出的光进行合波；以及输出光纤，其对被该合波装置合波后的光进行导波，
所述激光系统的特征在于，
具备权利要求1～6中任一项所述的光功率监视装置，其监视输入至所述输出光纤的反射光的功率作为输入至所述光纤的反射光的功率。
10.根据权利要求9所述的激光系统，其特征在于，
还具备控制部，在所述光功率监视装置监视的所述反射光的功率超过预先规定的阈值的情况下，该控制部进行使所述多个激光装置的输出降低的控制。
11.根据权利要求9或10所述的激光系统，其特征在于，
所述多个激光装置分别是权利要求7或8所述的激光装置。
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