CN111183341A - 光检测装置以及激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光检测装置以及激光装置。光检测装置具备：第一光纤(10)，具有第一纤芯(11)、以及包围第一纤芯的第一包层(12)；第二光纤(20)，具有直径比第一纤芯大且与第一纤芯连接的第二纤芯(21)、以及包围第二纤芯的第二包层(22)；第一包层模消除器(15)，被设置于第一包层的外侧；以及第一光检测部(14)以及第二光检测部(24)，在第一光纤的长边方向上被设置于隔着第一包层模消除器的位置，第一光检测部检测在第一光纤中传播的光的瑞利散射，第二光检测部检测在第一光纤或者第二光纤中传播的光的瑞利散射，在第一纤芯以及第二纤芯的至少一个中以多模传播光。

Description

光检测装置以及激光装置
技术领域
本发明涉及光检测装置以及具备该光检测装置的激光装置。
背景技术
光纤激光装置由于聚光性优异，功率密度高，能够得到成为小光束点的光，所以在激光加工领域，医疗领域等各种领域中被使用。为了通过这样的高效率的激光装置实现良好的加工品质，要求正确地检测在光纤中传播的光的强度。
例如下述专利文献1记载了检测从光纤彼此的连接部泄漏的光由此能够推定在光纤中传播的光的强度的光纤激光装置。另外，下述专利文献2记载了通过检测在光纤中传播的光的瑞利散射由此能够推定在光纤中传播的光的强度的传感器单元。
专利文献1：国际公开第2012/073952号公报
专利文献2：国际公开第2014/035505号公报
在上述专利文献1所记载的光纤激光装置中，利用来自光纤彼此的连接部的泄漏光，在使该泄漏光向光纤外部散出时产生热量。这样的发热随着在光纤中传播的光的能量变高而变得更加显著。因此，在上述专利文献1所记载的光纤激光装置中，随着在光纤中传播的光的能量变高，在检测器中以及直到检测器为止的路径中热量的影响变大，存在检测结果与根据该检测结果推定出的在光纤中传播的光的强度的线性关系失真的趋势。因此，很难正确地检测在光纤中传播的光的强度。
另外，在专利文献2所记载的传感器单元中，检测出瑞利散射，在全方位产生瑞利散射，所以很难辨别是在光纤的哪个方向传播的光的瑞利散射。因此，在专利文献2所记载的传感器单元中，很难高精度地检测在光纤中向规定的方向传播的光的强度。特别是在金属加工等高反射材料加工中可能产生沿与激光的输出方向相反的方向传播的反射光，所以很难高精度地检测在光纤中沿规定的方向传播的光的强度。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度的光检测装置、以及具备该光检测装置的激光装置。
为了解决上述课题，本发明的光检测装置的特征在于，具备：第一光纤，其具有第一纤芯以及包围上述第一纤芯的第一包层；第二光纤，其具有直径比上述第一纤芯大且与上述第一纤芯连接的第二纤芯、以及包围上述第二纤芯的第二包层；第一包层模消除器，其被设置于上述第一包层的外侧；以及第一光检测部以及第二光检测部，在上述第一光纤的长边方向上，在上述第一包层模消除器的一侧配置上述第一光检测部，并且在另一侧配置上述第二光检测部，上述第一光检测部检测在上述第一光纤中传播的光的瑞利散射，上述第二光检测部检测在上述第一光纤或者上述第二光纤中传播的光的瑞利散射，上述第一光纤以及上述第二光纤的至少一方是多模光纤。
在上述本发明的光检测装置中，第一光检测部检测在第一光纤中传播的光的瑞利散射，即检测在第一纤芯以及第一包层沿双向传播的光的瑞利散射。另外，第二光检测部检测在第一光纤或者第二光纤中传播的光的瑞利散射，即检测在第一纤芯以及第一包层中、或者第二纤芯以及第二包层中沿双向传播的光的瑞利散射。另外，在上述本发明的光检测装置中，直径相对小的第一纤芯与直径相对大的第二纤芯被相互连接。因此，从第二纤芯向第一纤芯侧传播的光的至少一部分向第一包层入射。另外，在第一包层中传播的光的至少一部分在第一包层模消除器中被向第一光纤的外侧释放出。因此，在基于隔着第一包层模消除器的方式配置的第一光检测部以及第二光检测部的检测结果中，至少产生在第一包层模消除器中被释放出的光的量的差。该差的大小至少取决于从第二纤芯向第一纤芯侧传播的光的强度。因此，能够使用第一光检测部的检测结果与第二光检测部的检测结果之差，推定从第二纤芯朝向第一纤芯侧传播的光的强度。另外，第一光检测部以及第二光检测部如上述那样分别检测在第一光纤或者第二光纤沿双向传播的光的瑞利散射。这里，如上述那样推定从第二纤芯朝向第一纤芯侧传播的光的强度，由此也能够根据第一光检测部或者第二光检测部的检测结果，推定从第一纤芯朝向第二纤芯侧传播的光的强度。并且，在上述本发明的光检测装置中，第一光检测部以及第二光检测部分别检测瑞利散射。因此，与如上述专利文献1所记载的光纤激光装置那样检测泄漏光的情况相比，即使是在光纤中传播的光的强度强的情况下，也能够确保检测结果与根据该检测结果推定出的在光纤中传播的光的强度的线性关系。因此，上述本发明的光检测装置能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。
另外，优选上述第二光纤是多模光纤。
在直径相对小的第一纤芯以及直径相对大的第二纤芯中，至少光在第二纤芯中以多模传播，由此从第二纤芯向第一纤芯侧传播的光的一部分容易向第一包层入射。因此，第一光检测部的检测结果与第二光检测部的检测结果的上述差容易变大，能够进一步提高沿光纤的双向传播的每个光的检测精度。
另外，优选在上述第一光纤以及上述第二光纤的长边方向上，隔着上述第一光纤与上述第二光纤的连接部地配置上述第一光检测部与上述第二光检测部。
在本发明的光检测装置中，如上述那样利用在第一光纤与第二光纤的连接部产生的包层模式光被第一包层模消除器除去由此产生的第一光检测部的检测结果与第二光检测部的检测结果之差。然而，在包层与纤芯中添加物的浓度存在差异，所以在纤芯中传播的光与在包层中传播的光中，瑞利散射的比例不同。因此，优选第一光检测部以及第二光检测部分别检测在纤芯或者包层的任一方中传播的光的瑞利散射。这里，第二纤芯的直径相对比第一纤芯的直径大，所以从第一纤芯向第二纤芯侧传播的光在连接部的损失被抑制而在第二纤芯中传播。另一方面，从第二纤芯向第一纤芯侧传播的光如上述那样在连接部中至少一部分向第一包层入射。但是，这样向第一包层入射的光的至少一部分与第一光检测部相比在近前处在第一包层模消除器中被向外部释放出。因此，隔着连接部地配置第一光检测部与第二光检测部，由此第一光检测部主要检测在第一纤芯中传播的光的瑞利散射，第二光检测部主要检测在第二纤芯中传播的光的瑞利散射。这样第一光检测部以及第二光检测部主要分别检测在纤芯中传播的光的瑞利散射，由此能够进一步提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。
另外，优选上述第二光纤在来自射出在上述第一光纤以及上述第二光纤中传播的光的光源的光的传播方向上，被配置于比上述第一光纤靠下游侧。
以下，有时将来自光源的光的传播方向的上游侧仅称为上游侧，将来自光源的光的传播方向的下游侧仅称为下游侧。在被相互连接的第一光纤以及第二光纤中的具有直径相对大的第二纤芯的第二光纤被设置于下游侧，由此能够抑制从上游侧向下游侧传播的光的损失。
另外，优选第二包层模消除器被设置于上述第二包层的外侧。
在第二包层中传播的包层模式光没有被除去的情况下，从第二包层向第一包层侧传播的包层模式光的至少一部分能够在第一包层中传播。因此，如上述那样在第二光纤设置第二包层模消除器，由此能够减少在第二包层中传播的包层模式光，并且也能够减少在第一包层中传播的包层模式光。另外，如上述那样，第一光检测部检测在第一纤芯以及第一包层中传播的光的瑞利散射，第二光检测部检测在第一纤芯以及第一包层或者第二纤芯以及第二包层中传播的光的瑞利散射。如上述那样能够减少在第二包层以及第一包层中传播的包层模式光，由此能够抑制该包层模式光对第一光检测部以及第二光检测部的检测结果造成的影响，能够更正确地检测在第一纤芯或者第二纤芯中传播的光的强度。在光纤的纤芯中传播的光和包层模式光中，瑞利散射的程度不同，所以通过减少包层模式光来检测在纤芯中传播的光的瑞利散射，由此能够更正确地检测在光纤中传播的光的强度。
另外，优选上述第一光检测部被配置于比上述第一包层模消除器靠与上述第二光纤侧相反的一侧，上述第二光检测部被配置于比上述第二包层模消除器靠与上述第一光纤侧相反的一侧。
通过这样地配置第一光检测部、第二光检测部、第一包层模消除器以及第二包层模消除器，由此从第一光纤向第二光纤侧传播的包层模式光的至少一部分在第二光检测部的近前，在第二包层模消除器中被向第二光纤的外侧释放出。另外，从第二光纤向第一光纤侧传播的包层模式光的至少一部分在第一光检测部的近前，在第一包层模消除器中被向第一光纤的外侧释放出。因此，在第一光检测部中能够更正确地检测在第一纤芯中传播的光的强度，在第二光检测部中能够更正确地检测在第二纤芯中传播的光的强度。
另外，优选在上述第一纤芯以及上述第二纤芯中没有添加掺杂剂。
在第一纤芯以及第二纤芯中没有添加掺杂剂，由此能够抑制第一光检测部以及第二光检测部的检测结果因掺杂剂的浓度分布而产生误差。
另外，优选从上述第一光纤与上述第二光纤的连接部到上述第一包层模消除器为止，用折射率比上述第一包层低的低折射率树脂包覆上述第一包层。
这样第一包层被低折射率树脂包覆，由此在第一光纤与第二光纤的连接部产生的包层模式光在该连接部附近的泄漏被抑制，能够传播至第一包层模消除器。这样，光在连接部附近泄漏的情况被抑制，由此能够抑制连接部附近的发热，能够抑制连接部的光的损失量的变化。因此，在第一光检测部以及第二光检测部中能够更正确地检测光的强度。
另外，优选上述第一包层的外径与上述第二包层的外径彼此相等。
第一包层的外径与第二包层的外径彼此相等，由此在使第一光纤与第二光纤熔接时，能够抑制在连接部形成不均匀的阶梯差，能够抑制在连接部产生弯曲。因此，能够抑制第一光纤与第二光纤的连接部的光的损失。
另外，优选设置搅模部，该搅模部降低在上述第一光纤以及上述第二光纤中的作为多模光纤的光纤的纤芯内传播的各个模式光的能量差。
设置在以多模传播光的纤芯内使传播的光散射的搅模部，由此能够降低在该纤芯内传播的光的能量密度分布的差。因此，在第二纤芯与第一纤芯的连接部中，能够降低由传播的光的角度引起的损失量的差。因此，能够抑制第一光检测部以及第二光检测部的检测结果的偏差。
另外，为了解决上述课题，本发明的激光装置的特征在于，具备上述光检测装置、以及射出在上述第一光纤以及上述第二光纤中传播的光的至少一个光源。
如上述那样，根据上述本发明的光检测装置，能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。因此，根据具备该光检测装置的激光装置，能够提高基于在光纤中传播的光的强度的控制的正确性。
如上所述，根据本发明，提供一种能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度的光检测装置、以及具备该光检测装置的激光装置。
附图说明
图1是简要表示本发明的实施方式的激光装置的结构的图。
图2是简要表示图1所示的光检测装置的一部分的剖视图。
图3是简要表示本发明的变形例的光检测装置的一部分的剖视图。
图4是简要表示本发明的其它变形例的光检测装置的一部分的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的光检测装置以及激光装置的优选的实施方式。
图1是简要表示本发明的实施方式的激光装置的结构的图。如图1所示，本实施方式的激光装置1作为主要构成具备光检测装置2、光源5、以及控制部CP。
光源5作为主要构成具备：激励光源50、光合成器53、放大用光纤55、与放大用光纤55的一侧连接的光纤54、被设置于光纤54的第一FBG57、与放大用光纤55的另一侧连接的光纤56、以及被设置于光纤56的第二FBG58。另外，由放大用光纤55、第一FBG57和第二FBG58构成共振器。
激励光源50由多个激光二极管51构成，在本实施方式中，激光二极管51例如是将GaAs系半导体作为材料的法布里-珀罗型半导体激光器，射出中心波长为915nm的激励光。另外，激励光源50的各个激光二极管51与光纤52连接，从激光二极管51射出的激励光例如作为多模光在光纤52中传播。
放大用光纤55作为主要构成具备：纤芯、无间隙地包围纤芯的外周面的内侧包层、包覆内侧包层的外周面的外侧包层、以及包覆外侧包层的包覆层，被设为所谓的双包层构造。内侧包层的折射率比纤芯的折射率低，外侧包层的折射率比内侧包层的折射率低。作为构成放大用光纤55的纤芯的材料例如可举出使折射率上升的锗(Ge)等元素、以及添加了通过从激励光源50射出的激励光而被激励的镱(Yb)等活性元素的石英。作为构成放大用光纤55的内侧包层的材料例如可举出没有添加掺杂剂的纯石英。此外，也可以在内侧包层的材料中添加使折射率降低的氟(F)等元素。外侧包层由树脂或者石英构成，作为树脂例如可举出紫外线固化性树脂，作为石英例如可举出添加了以折射率比内侧包层还低的方式使折射率降低的氟(F)等掺杂剂的石英。作为构成放大用光纤55的包覆层的材料例如可举出紫外线固化性树脂，在外侧包层是树脂的情况下，设为与构成外侧包层的树脂不同的紫外线固化性树脂。
与放大用光纤55的一侧连接的光纤54作为主要构成具备：没有添加活性元素的纤芯、没有间隙地包围该纤芯的外周面的内侧包层、包覆该内侧包层的外周面的外侧包层、以及包覆外侧包层的包覆层。光纤54的纤芯除了没有添加活性元素以外是大致与放大用光纤55的纤芯相同的结构。光纤54的纤芯与放大用光纤55的纤芯连接，光纤54的内侧包层与放大用光纤55的内侧包层连接。而且在光纤54的纤芯设置有作为第一反射镜的第一FBG57。这样第一FBG57被设置于放大用光纤55的一侧。第一FBG57构成为沿着光纤54的长边方向周期性地使折射率变高的部分重复，通过调整该周期，由此对成为激励状态的放大用光纤55的活性元素释放出的光中的至少一部分的波长的光进行反射。第一FBG57的反射率比后述的第二FBG58的反射率高，优选将活性元素释放出的光中的所希望的波长的光反射90％以上，更优选反射99％以上。而且第一FBG57反射的光的波长如上述那样在活性元素是镱的情况下，例如是1090nm。
与放大用光纤55的另一侧连接的光纤56作为主要构成具备：没有添加活性元素的纤芯、没有间隙地包围该纤芯的外周面的包层、以及包覆该包层的外周面的包覆层。光纤56的纤芯与放大用光纤55的纤芯连接，光纤56的包层与放大用光纤55的内侧包层连接。另外，在光纤56的纤芯设置有作为第二反射镜的第二FBG58。这样第二FBG58被设置于放大用光纤55的另一侧。第二FBG58构成为沿着光纤56的长边方向以恒定的周期使折射率变高的部分重复，以比第一FBG57低的反射率来反射第一FBG57反射的光中至少一部分的波长的光。优选第二FBG58以5％～50％的反射率反射第一FBG57反射的光中至少一部分的波长的光，更优选以5％～10％的反射率进行反射。
在光合成器53中，各个光纤52的纤芯与光纤54的内侧包层连接。因此，从各个激光二极管51射出的激励光传播的光纤52与放大用光纤55的内侧包层经由光纤54的内侧包层而光学耦合。
图2是简要表示图1所示的光检测装置2的一部分的剖视图。如图1以及图2所示，本实施方式的光检测装置2作为主要构成具备：第一光纤10、第二光纤20、低折射率树脂层31、第一包层模消除器15、第二包层模消除器25、第一光检测部14、第二光检测部24、第一AD转换部16、第二AD转换部26、搅模部35、以及计算部40。
第一光纤10可以是上述光纤56的一部分，也可以是与光纤56连接的其它光纤。第一光纤10具有第一纤芯11、包围第一纤芯11的第一包层12、以及包围第一包层12的第一包覆层13。第一纤芯11由没有添加掺杂剂的纯石英构成。第一包层12由折射率比第一纤芯11低的材料构成。作为构成第一包层12的材料例如可举出添加了使折射率降低的氟(F)等掺杂剂的石英。第一包覆层13由折射率比第一包层12低的材料构成。作为构成第一包覆层13的材料例如可举出紫外线固化性树脂。这样的第一光纤10例如被设为第一纤芯11的直径是80μm左右，第一包层12的外径是360μm左右的光纤。另外，本实施方式的第一光纤10是多模光纤。
第一包层模消除器15被设置于第一光纤10的第一包层12的外侧。第一包层模消除器15若构成为能够将在第一包层12中传播的包层模式光向第一光纤10的外侧释放出，则没有特别限定。在第一包层12的外侧断续地设置多个由折射率比第一包层12高的树脂构成的高折射率部15h，由此构成本实施方式的第一包层模消除器15。
第二光纤20具有第二纤芯21、包围第二纤芯21的第二包层22、以及包覆第二包层22的第二包覆层23。第二纤芯21由没有添加掺杂剂的纯石英构成。第二包层22由折射率比第二纤芯21低的材料构成。作为构成第二包层22的材料例如可举出添加了使折射率下降的氟(F)等掺杂剂的石英。第二包覆层23由折射率比第二包层22低的材料构成。作为构成第二包覆层23的材料例如可举出紫外线固化性树脂。这样的第二光纤20例如被设为第二纤芯21的直径是100μm左右，第二包层22的外径是360μm左右的光纤。优选第二包层22的外径与第一包层12的外径相同。第一包层12的外径与第二包层22的外径相同，由此在使第一光纤与第二光纤熔接时，能够抑制在连接部形成不均匀的阶梯差的情况，能够抑制在连接部产生弯曲的情况。因此，能够抑制第一光纤10与第二光纤20的连接部的光的损失。另外，本实施方式的第二光纤20是多模光纤。
第二包层模消除器25被设置于第二光纤20的第二包层22的外侧。第二包层模消除器25若构成为向第二光纤20的外侧释放出在第二包层22中传播的包层模式光，则没有特别限定。在第二包层22的外侧断续地设置多个由折射率比第二包层22高的树脂构成的高折射率部25h，由此构成本实施方式的第二包层模消除器25。
第一光纤10与第二光纤20的一个端面相互连接，第一纤芯与第二纤芯相互连接，第一包层12与第二包层22以及第二纤芯21的外周侧的一部分连接。第一光纤10与第二光纤20的连接例如利用氢氧燃烧器等将相互的端面熔接由此而进行。另外，在第一光纤10与第二光纤20的连接部30的附近，第一包覆层13以及第二包覆层23被剥下。第一包覆层13以及第二包覆层23被剥去的部位在第一光纤10与第二光纤20连接的状态下，被低折射率树脂层31包覆。低折射率树脂层31由折射率比第一包层12的折射率以及第二包层22的折射率低的低折射率树脂构成。本实施方式的低折射率树脂层31被形成在从第一包层模消除器15到第二包层模消除器25之间。即在从连接部30到第一包层模消除器15之间以及连从接部30到第二包层模消除器25之间，第一包层12以及第二包层22被低折射率树脂层31包覆。这样的低折射率树脂层31例如由紫外线固化性树脂构成。
图1所示的搅模部35被形成于第二光纤20。搅模部35使在第二纤芯21中传播的光散射。本实施方式的第二光纤20是多模光纤，搅模部35降低在第二纤芯21内传播的各个模式光的能量差。如图1所示，本实施方式的搅模部35通过将第二光纤20的一部分弯曲为环状而形成。
在本实施方式中，第一光检测部14被配置于第一光纤10的外侧，检测在第一光纤10中传播的光的瑞利散射。另外，第二光检测部24被配置于第二光纤20的外侧，检测在第二光纤20中传播的光的瑞利散射。此外，由于在全方位产生瑞利散射，所以仅通过检测瑞利散射，很难辨别是向光纤的哪个方向传播的光的瑞利散射。例如在金属加工等高反射材加工中使用激光装置的情况下，往往在光纤还传播沿与激光的输出方向相反的方向传播的反射光。在这样的情况下，在本实施方式的光检测装置2中，如后面详述那样，能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。另外，第一光检测部14被设置于比第一包层模消除器15更靠与第二光纤20侧相反的一侧，第二光检测部24被设置于比第二包层模消除器25更靠与第一光纤10侧相反的一侧。即第一光检测部14与第一包层模消除器15相比被配置于来自光源5的光的传播方向的上游侧，第二光检测部24与第二包层模消除器25相比被配置于来自光源5的光的传播方向的下游侧。优选第一光检测部14以及第二光检测部24分别远离第一包层模消除器15以及第二包层模消除器25而被配置。第一光检测部14以及第二光检测部24远离第一包层模消除器15以及第二包层模消除器25而被配置，由此能够抑制第一光检测部14以及第二光检测部24受到由第一包层模消除器15以及第二包层模消除器25产生的热的影响。这样的第一光检测部14以及第二光检测部24例如分别由光电二极管构成。
第一AD转换部16是对来自第一光检测部14的信号进行AD转换并向计算部40发送的部位。另外，第二AD转换部26是对来自第二光检测部24的信号进行AD转换并向计算部40发送的部位。
计算部40是通过基于经由第一AD转换部16发送来的第一光检测部14的检测结果以及经由第二AD转换部26发送来的第二光检测部24的检测结果的计算，如后述那样推定在第一纤芯11中传播的光的强度以及在第二纤芯21中传播的光的强度的部位。
图1所示的控制部CP是基于来自计算部40的信号，如后述那样控制光源5的部位。
接下来，对本实施方式的激光装置1以及光检测装置2的动作以及作用进行说明。
首先，若从激励光源50的各个激光二极管51射出激励光，则该激励光经由光纤54的内侧包层向放大用光纤55的内侧包层入射。向放大用光纤55的内侧包层入射的激励光主要在放大用光纤55的内侧包层中传播，在经过放大用光纤55的纤芯时激励被添加在该纤芯的活性元素。成为激励状态的活性元素释放出特定的波长的自然放射光。此时的自然放射光例如在活性元素是镱的情况下，是包含1090nm的波长且具有恒定的波长频带的光。该自然放射光在放大用光纤55的纤芯中传播，一部分的波长的光被第一FBG57反射，被反射的光中的第二FBG58反射的波长的光被第二FBG58反射，在共振器内往复。而且，在被第一FBG57以及第二FBG58反射的光在放大用光纤55的纤芯中传播时，产生受激发射而放大该光，在共振器内的增益与损失相等时成为激光振荡状态。而且，在第一FBG57与第二FBG58之间共振的光中的一部分的光透射过第二FBG58，经由第一光纤10以及第二光纤20而射出。
在第一光纤10以及第二光纤20中传播的光主要在第一纤芯11以及第二纤芯21中传播。而且，使从第二光纤20射出的光向加工对象物等照射。另外，有时向加工对象物等照射的光的一部分被加工对象物等的表面反射，而且该反射光的一部分返回到第二光纤20。在以下的说明中，有时将从第一光纤10朝向第二光纤20侧的方向称为正向，将从第二光纤20朝向第一光纤10侧的方向称为逆向。
第二纤芯21的直径比第一纤芯11的直径大，所以沿正向传播的光在连接部30的损失被抑制，从第一纤芯11向第二纤芯21入射。因此，忽略在第一纤芯11中沿正向传播的光在连接部30的损失，若将在第一纤芯11中沿正向传播的光的强度设为Pf，将在第二纤芯21中沿逆向传播的光的强度设为Pr，则根据由第二光检测部24检测出的瑞利散射求出的光的强度M2能够由下述式(1)表示。
M2＝Pf+Pr…(1)
另一方面，由于第二纤芯21的直径比第一纤芯11的直径大，所以在第二纤芯21中沿逆向传播的光的至少一部分在连接部30向第一包层12入射而成为包层模式光。另外，这样向第一包层12入射并在第一包层12中传播的包层模式光的至少一部分在第一包层模消除器15中被向第一光纤的外侧释放出。因此，从第二纤芯21向第一纤芯11入射的光是在第二纤芯21中沿逆向传播的光的一部分。若将在第二纤芯21中沿逆向传播的光中的向第一纤芯11入射的光的比例设为α，则根据由第一光检测部14检测出的瑞利散射求出的光的强度M1能够由下述式(2)表示。即能够将在第一纤芯11中沿逆向传播的光的强度设为αPr。
M1＝Pf+αPr…(2)
第一光检测部14以及第二光检测部24的检测结果经由第一AD转换部16以及第二AD转换部26被向计算部40输入，在计算部40中进行上述式(1)、(2)的计算。并且，根据上述式(1)、(2)，在第一纤芯11中沿正向传播的光的强度Pf以及在第二纤芯21中沿逆向传播的光的强度Pr如下述式(3)、(4)那样被求出。
Pr＝(M2-M1)/(1-α)…(3)
Pf＝(αM2-M1)/(α-1)…(4)
此外，能够根据第一纤芯11的直径与第二纤芯21的直径之比来计算上述α。例如，在第一纤芯11的直径与第二纤芯21的直径之比是1：2的情况下，第一纤芯11的端面与第二纤芯21的端面的面积比是1：4，能够将α设为1/4。
另外，在还考虑到在第一纤芯11与第二纤芯21的连接部中的沿双向传播的光的连接损失的情况下，根据由第一光检测部14检测出的瑞利散射而求出的光的强度M1以及根据由第二光检测部24检测出的瑞利散射而求出的光的强度M2分别能够由下述式(5)、(6)表示。这里，β是在第一纤芯11中沿正向传播的光中的向第二纤芯21入射并到达由第二光检测部24检测的位置的光的比例，γ是在第二纤芯21中沿逆向传播的光中的向第一纤芯11入射并到达由第一光检测部14检测的位置的光的比例。即、能够将在第一纤芯11中传播的逆向的光的强度设为γPr，将在第二纤芯21中传播的正向的光的强度设为βPf。
M1＝Pf+γPr…(5)
M2＝βPf+Pr…(6)
而且，基于上述式(5)、(6)，在第一纤芯11中沿正向传播的光的强度Pf以及在第二纤芯21中沿逆向传播的光的强度Pr如下述式(7)、(8)那样被求出。
Pr＝(γM2-M1)/(γβ-1)…(7)
Pf＝(βM1-M2)/(γβ-1)…(8)
此外，上述β以及γ能够通过预先进行在第一光纤10以及第二光纤20中沿正向以及逆向传播光的试验而求出。具体而言，首先，连接第一光纤10与第二光纤20，配置测定从第二光纤20的下游侧的端面射出的光的能量的热量计。然后，使光从第一光纤10的上游侧沿正向传播，这样能够将向第一光纤10入射的光的能量与由热量计测定出的能量之比设为β。另外，连接第一光纤10与第二光纤20，配置测定从第一光纤10的上游侧的端面射出的光的能量的热量计。而且，使光从第二光纤20的下游侧沿逆向传播，这样能够将向第二光纤20入射的光的能量与由热量计测定出的能量之比设为γ。此外，在第一纤芯11的直径与第二纤芯21的直径之比是已知的情况下，如上述那样仅求出β以及γ中的一方，能够使用第一纤芯11的直径与第二纤芯21的直径之比求出另一方。例如，在第一纤芯11的直径与第二纤芯21的直径之比是1：2的情况下，第一纤芯11的端面与第二纤芯21的端面的面积比成为1：4，能够设为β：γ＝1：1/4。
在如上述那样由计算部40求出正向的光的强度Pf以及逆向的光的强度Pr之后，能够通过控制部CP基于该计算结果对激光装置1进行规定的控制。例如能够根据正向的光的强度Pf来进行调整来自光源5的输出的控制，或在逆向的光的强度Pf超过允许值的情况下，能够进行停止从激光装置1射出的激光的控制。
如上所述，在本实施方式的光检测装置2中，第一光检测部14检测在第一光纤10中传播的光的瑞利散射，即检测在第一纤芯11以及第一包层12中沿双向传播的光的瑞利散射。另外，第二光检测部24检测在第二光纤20中传播的光的瑞利散射，即检测在第二纤芯21以及第二包层22中沿双向传播的光的瑞利散射。另外，在本实施方式的光检测装置2中，直径相对小的第一纤芯11与直径相对大的第二纤芯21被相互连接。因此，从第二纤芯21向第一纤芯11侧传播的光的至少一部分向第一包层12入射。另外，在第一包层12中传播的光的至少一部分在第一包层模消除器15中被向第一光纤10的外侧释放出。因此，在以隔着第一包层模消除器的方式被配置的第一光检测部14以及第二光检测部24的检测结果中，至少产生在第一包层模消除器15出被释放出的光的量的差。该差的大小至少取决于从第二纤芯21向第一纤芯11侧传播的光的强度。因此，使用第一光检测部14的检测结果与第二光检测部24的检测结果之差，能够推定从第二纤芯21朝向第一纤芯11侧传播的光的强度。另外，第一光检测部14以及第二光检测部24如上述那样分别检测在第一光纤10或者第二光纤20中沿双向传播的光的瑞利散射。这里，如上述那样推定从第二纤芯21朝向第一纤芯11侧传播的光的强度，由此还能够根据第一光检测部14或者第二光检测部24的检测结果，推定从第一纤芯11朝向第二纤芯21侧传播的光的强度。并且，在本实施方式的光检测装置2中，第一光检测部14以及第二光检测部24分别检测瑞利散射。因此，与如上述专利文献1所记载的光纤激光装置那样检测泄漏光的情况相比，即使是在光纤中传播的光的强度较强的情况下，也能够确保检测结果与根据该检测结果推定出的在光纤中传播的光的强度的线性关系。因此，在本实施方式的光检测装置2中，能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。
另外，在本实施方式的光检测装置2中，第二光纤20被配置在比第一光纤10靠来自光源5的光的传播方向的下游侧。被相互连接的第一光纤10以及第二光纤20中的直径相对大的具有第二纤芯21的第二光纤20被配置于下游侧，由此能够抑制从上游侧向下游侧传播的光的损失。即能够抑制沿正向传播的光的损失。
另外，在本实施方式的光检测装置2中，第一光检测部14被配置于比第一包层模消除器15靠来自光源5的光的传播方向的上游侧，第二光检测部24被配置于比第二包层模消除器25靠来自光源5的光的传播方向的下游侧。这样配置第一光检测部14、第二光检测部24、第一包层模消除器15以及第二包层模消除器25，由此从上游侧向下游侧传播的包层模式光的至少一部分在第二光检测部24的近前在第二包层模消除器25中被向第二光纤20的外侧释放出。另外，从下游侧向上游侧传播的包层模式光的至少一部分在第一光检测部14的近前在第一包层模消除器15中被向第一光纤10的外侧释放出。因此，在第一光检测部14中能够更正确地检测在第一纤芯11中传播的光的强度，在第二光检测部24中能够更正确的检测在第二纤芯21中传播的光的强度。
另外，在本实施方式的光检测装置2中，没有向第一纤芯11以及第二纤芯21添加掺杂剂，由此能够抑制第一光检测部14以及第二光检测部24的检测结果因掺杂剂的浓度分布而产生误差的情况。
另外，在本实施方式的光检测装置2中，从第一光纤10与第二光纤20的连接部30到第一包层模消除器15，第一包层12被低折射率树脂层31包覆。这样第一包层12被低折射率树脂层31包覆，由此在连接部30产生的逆向传播的包层模式光在连接部30附近的泄漏被抑制，能够传播至第一包层模消除器15。另外，在本实施方式的光检测装置2中，从连接部30到第二包层模消除器25，第二包层22也被低折射率树脂层31包覆。这样第二包层22被低折射率树脂层31包覆，由此在连接部30产生的正向传播的包层模式光在连接部30附近的泄漏被抑制，能够传播到第二包层模消除器25。这样在连接部30附近光泄漏的情况被抑制，由此在连接部30附近的发热被抑制，能够抑制连接部30的光的损失量的变化。因此，能够在第一光检测部14以及第二光检测部24中更正确地检测光的强度。
另外，在本实施方式的光检测装置2中，在第二光纤20形成搅模部35，在第二纤芯21内以多模传播的光进行散射。因此，在第二纤芯21内传播的光的能量密度分布的差能够被降低。因此，在第二纤芯21与第一纤芯11的连接部中，由传播的光的角度引起的损失量之差能够被减少。因此，能够抑制第一光检测部14与第二光检测部24的检测结果的偏差。
另外，本实施方式的激光装置1具备光检测装置2、射出在第一光纤10以及第二光纤20中传播的光的光源5。如上述那样，根据光检测装置2，能够提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。因此，根据具备光检测装置2的激光装置1，能够提高基于在光纤中传播的光的强度的控制的正确性。
以上，关于本发明，虽以实施方式为例进行了说明，但本发明并不限定于此。例如在上述实施方式中，虽举例说明了在第二光纤20设置第二包层模消除器25的例子，但第二包层模消除器25并不是必须的结构。但是，在第二光纤20设置第二包层模消除器25，由此如以下说明那样能够更正确地检测在光纤中传播的光的强度。在第二包层22中传播的包层模式光没有被除去的情况下，从第二包层22向第一包层12侧传播的包层模式光的至少一部分能够在第一包层12中传播。因此，在第二光纤20设置第二包层模消除器25，由此在第二包层22中传播的包层模式光能够被减少，并且在第一包层12中传播的包层模式光也能够被减少。另外，如上述那样，第一光检测部14检测在第一纤芯11以及第一包层12中传播的光的瑞利散射，第二光检测部24检测在第二纤芯21以及第二包层22中传播的光的瑞利散射。如上述那样能够减少在第二包层22以及第一包层12中传播的包层模式光，由此能够抑制该包层模式光对第一光检测部14以及第二光检测部24的检测结果造成的影响，能够更正确地检测在第一纤芯11或者第二纤芯21中传播的光的强度。在光纤的纤芯中传播的光和包层模式光中，瑞利散射的程度不同，所以通过减少包层模式光来检测在纤芯中传播的光的瑞利散射，由此能够更正确地检测在光纤中传播的光的强度。
另外，如图3所示，也可以在第二光检测部24的下游侧还设置其它包层模消除器25a。图3是简要表示本发明的变形例的光检测装置2a的一部分的剖视图。在本变形例中，对与上述实施方式相同的结构标注相同的参照符号并省略详细的说明。有时从第二光纤20射出并向第二光纤20返回的反射光的一部分是包层模式光。在第二光检测部24的下游侧也设置其它包层模消除器25a，由此能够在第二光检测部24的近前除去由这样的反射光引起的包层模式光，所以能够进一步提高第二光检测部24的检测结果的精度。
另外，在上述实施方式中，虽举例说明了第一光检测部14被设置于第一光纤10的外侧，第二光检测部24被设置于第二光纤20的外侧的例子，但本发明并不限定于该形态。图4是简要表示本发明的其它变形例的光检测装置2b的一部分的剖视图。在本变形例中，对于与上述实施方式相同的结构标注相同的参照符号并省略了详细的说明。只要第一光检测部14与第二光检测部24被配置为隔着第一包层模消除器15即可，如图4所示第一光检测部14以及第二光检测部24也可以均被设置于第一光纤10的外侧。但是，优选如上述实施方式那样，隔着第一光纤10与第二光纤20的连接部30来配置第一光检测部14以及第二光检测部24。如上述那样，在光检测装置2中，利用在第一光纤10与第二光纤20的连接部30产生的包层模式光在第一包层模消除器15中被除去由此产生的第一光检测部14的检测结果与第二光检测部24的检测结果之差。然而，包层与纤芯中的添加物的浓度存在差异，所以在纤芯中传播的光与在包层中传播的光中，瑞利散射的比例不同。因此，优选第一光检测部14以及第二光检测部24分别检测在纤芯或者包层的任一方中传播的光的瑞利散射。这里，第二纤芯21的直径相对地比第一纤芯11的直径大，所以从第一纤芯11向第二纤芯21侧传播的光在连接部30的损失被抑制而在第二纤芯21中传播。另一方面，从第二纤芯21向第一纤芯11侧传播的光如上述那样在连接部30中至少一部分向第一包层12入射。但是，这样向第一包层12入射的光的至少一部分与第一光检测部14相比在近前处在第一包层模消除器15中被向外部释放出。因此，通过隔着连接部30地配置第一光检测部14与第二光检测部24，由此第一光检测部14主要检测在第一纤芯11中传播的光的瑞利散射，第二光检测部24主要检测在第二纤芯21中传播的光的瑞利散射。这样第一光检测部14以及第二光检测部24分别主要检测在纤芯中传播的光的瑞利散射，由此能够进一步提高沿光纤的双向传播的每个光的强度的检测精度。
另外，在上述实施方式中，虽举例说明了第一光纤10以及第二光纤20都是多模光纤的例子，但只要第一光纤10以及第二光纤20中的至少一方以多模传播光即可。但是，在相对小的第一纤芯11以及相对大的第二纤芯21中，至少使第二纤芯21以多模传播光，由此在第二纤芯21与第一纤芯11的连接部中容易使在第二纤芯21中传播的光向第一包层12入射。因此，容易使第一光检测部14的检测结果与第二光检测部24的检测结果的上述差变大，能够进一步提高沿光纤的双向传播的每个光的检测精度。另外，从抑制沿正向传播的光的透射率的降低的观点考虑，优选至少被配置于正向的下游侧的光纤是多模光纤。
另外，在上述实施方式中，虽举例说明了第二光纤20位于比第一光纤10靠下游侧的例子，但第二光纤20也可以被设置于比第一光纤10靠上游侧。
另外，在上述实施方式中，虽举例说明了没有在第一纤芯11以及第二纤芯21中添加任何掺杂剂的例子，但也可以在第一纤芯11以及第二纤芯21中添加锗等提高折射率的掺杂剂等。
另外，在上述实施方式中，虽举例说明了在第二光纤20设置搅模部35的例子，但搅模部35并不是必须的结构。另外，在设置搅模部35的情况下，搅模部35并不限于上述实施方式那样的将光纤弯曲为环状的形态，例如也可以将光纤折弯为螺旋状、波浪状由此形成搅模部35。
另外，在上述实施方式中，虽举例说明了光源5是共振器型的光纤激光装置的例子，但光源5也可以是其它光纤激光装置、固体激光装置。在光源5是光纤激光装置的情况下，也可以是MO-PA(Master Oscillator Power Amplifier：主振荡器功率放大器)型的光纤激光装置。另外，光源5的数量没有被特别限定，只要至少具备一个即可。
如以上说明那样，根据本发明，提供一种能够提高沿光纤的双向传播的光的检测精度的光检测装置以及激光装置，期待在光纤激光装置、光纤通信等领域中的利用。
附图标记的说明
1…激光装置；2、2a、2b…光检测装置；5…光源；10…第一光纤；11…第一纤芯；12…第一包层；14…第一光检测部；15…第一包层模消除器；16…第一AD转换部；20…第二光纤；21…第二纤芯；22…第二包层；24…第二光检测部；25…第二包层模消除器；26…第二AD转换部；30…连接部；31…低折射率树脂层；35…搅模部；40…计算部；CP…控制部。

Claims (11)

1.一种光检测装置，其特征在于，具备：
第一光纤，具有第一纤芯、以及包围所述第一纤芯的第一包层；
第二光纤，具有直径比所述第一纤芯大且与所述第一纤芯连接的第二纤芯、以及包围所述第二纤芯的第二包层；
第一包层模消除器，被设置于所述第一包层的外侧；以及
第一光检测部和第二光检测部，
在所述第一光纤的长边方向上，在所述第一包层模消除器的一侧配置有所述第一光检测部并且在另一侧配置有所述第二光检测部，
所述第一光检测部检测在所述第一光纤中传播的光的瑞利散射，
所述第二光检测部检测在所述第一光纤或者所述第二光纤中传播的光的瑞利散射，
所述第一光纤以及所述第二光纤的至少一个是多模光纤。
2.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，
所述第二光纤是多模光纤。
3.根据权利要求1或2所述的光检测装置，其特征在于，
在所述第一光纤以及所述第二光纤的长边方向上，隔着所述第一光纤与所述第二光纤的连接部地配置所述第一光检测部和所述第二光检测部，
所述第二光检测部检测在所述第二光纤中传播的光的瑞利散射。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
所述第二光纤在来自光源的光的传播方向上被配置于比所述第一光纤靠下游侧，其中，所述光源射出在所述第一光纤以及所述第二光纤中传播的光。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
第二包层模消除器被设置于所述第二包层的外侧。
6.根据权利要求5所述的光检测装置，其特征在于，
所述第一光检测部被配置于比所述第一包层模消除器靠与所述第二光纤侧相反的一侧，
所述第二光检测部被配置于比所述第二包层模消除器靠与所述第一光纤侧相反的一侧。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
在所述第一纤芯以及所述第二纤芯中没有添加掺杂剂。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
从所述第一光纤与所述第二光纤的连接部到所述第一包层模消除器为止，用折射率比所述第一包层低的低折射率树脂包覆所述第一包层。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
所述第一包层的外径与所述第二包层的外径彼此相等。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光检测装置，其特征在于，
设置有搅模部，该搅模部降低在所述第一光纤以及所述第二光纤之中的作为多模光纤的光纤的纤芯内传播的各个模的光的能量差。
11.一种激光装置，其特征在于，具备：
权利要求1～10中任一项所记载的光检测装置；以及
射出在所述第一光纤以及所述第二光纤中传播的光的至少一个光源。
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