JP2016075556A - 光パワーモニタ装置および光パワーモニタ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力光もしくは反射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。【解決手段】本発明の光パワーモニタ装置１は、接続点Ｊにおいて互いに接続された入射側光ファイバ２および射出側光ファイバ３のうちの少なくとも一方の光ファイバであって、曲線部２Ｂと、曲線部２Ｂの端部（湾曲開始点Ｓ）から接続点Ｊまでの間の直線部２Ａと、を有する第１の光ファイバと、第１の光ファイバのクラッド１１の外側であって直線部２Ａの少なくとも一部に設けられ、クラッド１１の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層１３と、少なくとも曲線部２Ｂの近傍に設けられた第１の光検出器（反射光モニタ用光検出器６）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光パワーモニタ装置および光パワーモニタ方法に関する。

近年、ファイバレーザは、励起用半導体レーザの高輝度化もしくは増幅用ダブルクラッドファイバの商用化により、１ｋＷを超える出力光パワーを達成することが可能となっている。このような高出力ファイバレーザは、従来は炭酸ガスレーザが主に使用されてきた材料加工の分野への応用が可能となる。ファイバレーザは、炭酸ガスレーザと比較してビーム品質および集光性に優れている。そのため、高出力ファイバレーザは、加工時間を短縮でき、スループットが向上する、低パワーでも高パワーと同等の加工特性を実現でき、省エネルギー化が図れる、等の優れた特徴を持つ。さらに、空間光学部品が不要なため、耐久性、光学部品のアライメント等の問題がなく、メンテナンスが不要である、等の利点もある。

その一方、ファイバレーザを用いた材料加工にも、次のような課題がある。
例えば、材料加工中に加工面からの反射光がファイバレーザに戻ると、発振状態が不安定になる。その結果、出力光パワーが変動し、加工特性が低下する。最悪の場合、不安定な発振はランダムパルス発振となり、励起光源の故障、ファイバの破断等を引き起こし、ファイバレーザが故障する。この種の問題に対処するには、反射光パワーおよび出力光パワーをモニタして、発振状態が不安定になることを未然に防止する必要がある。

反射光パワーおよび出力光パワーをモニタする一つの方法として、低分岐比の光ファイバカプラを出力ファイバに接続し、分岐した出力光と反射光をフォトダイオードなどで受光して出力光パワーと反射光パワーとをモニタする方法がある。他の方法として、下記の特許文献１には、光ファイバの融着接続点から漏れた光を融着接続点近傍に配置したフォトダイオード等で受光し、漏れ光のパワーに基づいて出力光パワーと反射光パワーとをモニタする方法が開示されている。

特開２０１３−１７４５８３号公報

低分岐比の光ファイバカプラを用いた場合、高出力光に対する光ファイバカプラの耐久性が低いという問題がある。また、光ファイバカプラを追加することでコストが増加する、部品同士の接続点が増えることで効率が低下する、等の問題点がある。一方、融着接続点からの漏れ光を用いてモニタを行う場合、融着接続点から漏れた出力光は、出力光モニタ用フォトダイオードと反射光モニタ用フォトダイオードとの双方で受光される。同様に、融着接続点から漏れた反射光は、出力光モニタ用フォトダイオードと反射光モニタ用フォトダイオードとの双方で受光される。

そのため、例えば反射光が存在しない場合であっても、反射光が存在するかのように検出されるという問題がある。また、反射光が存在する場合には出力光パワーが大きく検出されるという問題がある。これらの問題の対策として、例えばフォトダイオードを融着接続点から遠ざけることが考えられる。しかしながら、フォトダイオードを融着接続点から遠ざけたとしても、散乱光がフォトダイオードに受光される問題、モニタ対象である光のパワー自体が減少することでノイズによる影響を受けやすくなる問題、などがある。

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、出力光もしくは反射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および光パワーモニタ方法を提供することを目的の一つとする。

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、接続点において互いに接続された入射側光ファイバおよび射出側光ファイバのうちの少なくとも一方の光ファイバであって、曲線部と、前記曲線部から前記接続点までの間の直線部と、を有する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバのクラッドの外側であって前記直線部の少なくとも一部に設けられ、前記クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、少なくとも前記曲線部の近傍に設けられた第１の光検出器と、を備えたことを特徴とする。

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の光ファイバのクラッドの外側であって直線部の少なくとも一部に、クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層が設けられている。これにより、接続点で漏れた光が低屈折率層の内側、すなわち第１の光ファイバのクラッドおよびコアに閉じ込められる。低屈折率層の内側に閉じ込められた光は接続点側から直線部の内部を進んだ後、曲線部に達し、光の一部が曲線部で漏れ出す。この漏れ光は、曲線部の近傍に設けられた第１の光検出器により検出される。

例えば、第１の光ファイバが入射側光ファイバであったとすると、接続点で漏れた反射光は、低屈折率層の内側に閉じ込められて導光した後、曲線部で漏れ、第１の光検出器により検出される。一方、接続点で漏れた出力光は、第１の光ファイバとは反対側に進むため、曲線部にはほとんど存在しない。したがって、第１の光検出器は、接続点から離れた位置において、反射光を出力光とは分離して検出することができる。このように、本発明の一つの態様によれば、出力光もしくは反射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実現できる。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記入射側光ファイバおよび前記射出側光ファイバのうち、一方の光ファイバは前記第１の光ファイバであり、他方の光ファイバは直線部を有する第２の光ファイバであり、平面視したときに前記第２の光ファイバと重なる位置に第２の光検出器が設けられていてもよい。
上記の例で言えば、接続点で漏れた反射光は曲線部において第１の光検出器により検出されるが、平面視したときに第２の光検出器が第２の光ファイバと重なる位置に設けられた場合、接続点で漏れた出力光は第２の光検出器により検出される。したがって、出力光のパワー、反射光のパワーの双方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。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置は、前記第１の光ファイバを収容する溝を有する支持部材と、前記溝の内部に収容された前記第１の光ファイバの周囲に充填され、前記クラッドの屈折率と等しい屈折率、もしくは前記クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する充填材と、をさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第１の光ファイバは、第１の光ファイバの周囲がクラッドの屈折率と等しい屈折率、もしくはクラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する充填材に囲まれた状態で支持部材により支持される。これにより、クラッドの内部に閉じ込められた光を曲線部で漏れ出させ、充填材を介して第１の光検出器に効率良く入射させることができる。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記溝の内面のうち、前記曲線部の位置に対応する内面は光散乱性を有していてもよい。
この構成によれば、曲線部から漏れ出した光は、光散乱性を有する溝の内面で散乱反射し、あらゆる方向に向かって進行する。これにより、第１の光検出器の配置の自由度を高められる。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記溝の内面のうち、前記接続点の位置に対応する内面は光吸収性を有していてもよい。
この構成によれば、接続部から漏れ出した光は、光吸収性を有する溝の内面で吸収されて減衰する。これにより、意図しない漏れ光が第１の光検出器で検出されることを抑制できる。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置において、前記光検出器は、前記第１の光ファイバの前記曲線部と重なる位置に設けられていてもよい。
この構成によれば、曲線部で漏れ出した光を第１の光検出器に効率良く入射させることができる。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ方法は、接続点において互いに接続された入射側光ファイバおよび射出側光ファイバのうちの少なくとも一方の光ファイバである第１の光ファイバのクラッドの外側の少なくとも一部に、前記クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層を設け、前記第１の光ファイバの一部を湾曲させて曲線部とし、前記接続点から前記曲線部に向けて導光する出力光もしくは反射光の前記曲線部における漏れ光を検出することを特徴とする。

本発明の一つの態様の光パワーモニタ方法においては、第１の光ファイバのクラッドの外側の少なくとも一部に、クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層を設けている。これにより、接続点で漏れた光は低屈折率層の内側、すなわち第１の光ファイバのクラッドおよびコアに閉じ込められる。低屈折率層の内側に閉じ込められた光は曲線部に達し、光の一部が曲線部で漏れ出す。この漏れ光を検出する。例えば、第１の光ファイバが入射側光ファイバであったとすると、接続点で漏れた反射光が曲線部で漏れだし、検出される。一方、接続点で漏れた出力光は、第１の光ファイバとは反対側に進むため、曲線部にはほとんど存在しない。このように、本発明の一つの態様によれば、出力光もしくは反射光のパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ方法を実現できる。

本発明の一つの態様によれば、出力光もしくは反射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および光パワーモニタ方法を実現できる。

本発明の第１実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。 光パワーモニタ装置の側面図である。 光パワーモニタ装置の作用を説明するための図である。 第２実施形態の光パワーモニタ装置の側面図である。 第３実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。 第４実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。 第５実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。

［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３を用いて説明する。
本実施形態では、出力光のパワーと反射光のパワーとの双方をモニタできる光パワーモニタ装置の一つの例を示す。
図１は、第１実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。図２は、光パワーモニタ装置の側面図である。図３は、光パワーモニタ装置の作用を説明するための図である。
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。

図１および図２に示すように、第１実施形態の光パワーモニタ装置１は、入射側光ファイバ２と、射出側光ファイバ３と、支持部材４と、充填材５と、反射光モニタ用光検出器６と、出力光モニタ用光検出器７と、を備える。入射側光ファイバ２と射出側光ファイバ３とは、互いに融着接続されている。矢印Ｌで示すように、光は、入射側光ファイバ２から射出側光ファイバ３に向けて進行する。以下、互いに融着接続されて一体となった入射側光ファイバ２および射出側光ファイバ３を、光ファイバ８と称する。また、入射側光ファイバ２の端面と射出側光ファイバ３の端面とが互いに接触し、融着接続された面を、接続点Ｊと称する。
本実施形態の反射光モニタ用光検出器６は、特許請求の範囲の第１の光検出器に対応する。本実施形態の出力光モニタ用光検出器７は、特許請求の範囲の第２の光検出器に対応する。

入射側光ファイバ２は、接続点Ｊ側から光入射側を見ると、接続点Ｊから所定の距離Ｆ１だけ直線状に延び、接続点Ｊから所定の距離Ｆ１離れた位置から円弧状に曲げられている。すなわち、入射側光ファイバ２は、接続点Ｊから入射側光ファイバ２が湾曲し始める位置までの間の直線部２Ａと、入射側光ファイバ２が湾曲した曲線部２Ｂと、を有する。以下、接続点Ｊ側から見て入射側光ファイバ２が湾曲し始める位置を湾曲開始点Ｓと称する。すなわち、湾曲開始点Ｓは、曲線部２Ｂの端部であり、直線部２Ａと曲線部２Ｂとの境界である。

一方、射出側光ファイバ３は、曲線部を持たず、直線状に延びている。すなわち、射出側光ファイバ３は、直線部３Ａを有する。具体例として、例えば入射側光ファイバ２の直線部２Ａの長さＦ１は３５ｍｍであり、曲線部２Ｂの曲率半径Ｒは３０ｍｍである。
本実施形態の入射側光ファイバ２は、特許請求の範囲の第１の光ファイバに対応する。本実施形態の射出側光ファイバ３は、特許請求の範囲の第２の光ファイバに対応する。

光ファイバ８は、コア１０と、コア１０を取り囲むクラッド１１と、の２層構造を有する。クラッド１１の外側は、被覆１２で覆われている。コア１０、クラッド１１および被覆１２の構成材料は、一般的な光ファイバに用いられるものである。被覆１２は、クラッド１１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。接続点Ｊから所定の距離の範囲内では、被覆１２が剥離され、クラッド１１が剥き出しになっている。具体例として、例えばコア１０の直径は８μｍであり、クラッド１１の直径は１２５μｍであり、コア１０のＮＡは０．０６である。

入射側光ファイバ２のクラッド１１の外側に、クラッド１１の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層１３が設けられている。低屈折率層１３の厚さは、例えば３μｍ程度である。低屈折率層１３の材料として、例えばフッ素、ボロン等のドーパントを添加したガラス等を用いることができる。図１では、低屈折率層１３は、入射側光ファイバ２のクラッド１１の表面の全てに設けられているが、接続点Ｊと湾曲開始点Ｓとの間の直線部２Ａに少なくとも設けられていればよい。また、低屈折率層１３は、必ずしも直線部２Ａの全てに設けられていなくてもよく、直線部２Ａの一部に設けられていてもよい。低屈折率層１３が直線部２Ａの一部に設けられる場合、低屈折率層１３が設けられる位置は特に限定されない。ただし、接続点Ｊからの漏れ光をより確実に閉じ込めるためには、低屈折率層１３が直線部２Ａの接続点Ｊに近い側の一部に設けられることが好ましい。

支持部材４は、光ファイバ８を支持し、特に接続点Ｊ近傍の強度を補強する補強材として機能する。図面では、支持部材４は直方体状の部材として示されているが、支持部材４の形状は特に直方体に限定されない。支持部材４の上面には、光ファイバ８を内部に収容できるだけの大きさの溝４Ｍが設けられている。光ファイバ８は、溝４Ｍの内部に収容された状態で支持部材４に固定されている。支持部材４は、例えば黒アルマイト処理が施されたアルミニウムで構成されている。本実施形態では、溝４Ｍの形状は光ファイバ８の形状に対応して直線部と曲線部とを有している。溝４Ｍの幅は例えば１ｍｍである。ただし、溝４Ｍの形状および幅は、特に上記のものに限定されない。

充填材５は、光ファイバ８の周囲を埋めるように溝４Ｍの内部に充填されている。光ファイバ８のうち、接続点Ｊの近傍部分は被覆１２が剥離されているため、接続点Ｊの近傍部分の充填材５は、射出側光ファイバ３ではクラッド１１と直接接触し、入射側光ファイバ２では低屈折率層１３と直接接触する。充填材５は、クラッド１１の屈折率と等しい屈折率、もしくはクラッド１１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。充填材５には、例えば樹脂材料を用いてもよいし、ガラスを用いてもよい。充填材５に樹脂材料を用いた場合、樹脂材料を溝に流し込んだ後で硬化させる方法で充填材５を形成することができる。この場合、充填材５を溝４Ｍに隙間なく埋め込むことができるという利点が得られる。

図２に示すように、溝４Ｍの内壁面には微細な凹凸が設けられている。これにより、溝４Ｍの内壁面に光散乱性が付与されている。ただし、溝４Ｍの内壁面の全てに光散乱性が付与されていなくてもよく、溝４Ｍの内壁面のうち、少なくとも入射側光ファイバ２の曲線部２Ｂと対向する部分に光散乱性が付与されていればよい。あるいは、溝４Ｍの内壁面に光散乱性を付与する手段として、例えば光散乱性を有する他の部材、いわゆる散乱体を溝４Ｍの内部に挿入してもよい。この種の部材として、例えば光散乱性を有する結晶化ガラスからなる散乱体を用いることができる。一方、溝４Ｍの内壁面のうち、接続点Ｊの近傍の内壁面は光吸収性を有していてもよい。

図２に示すように、反射光モニタ用光検出器６は、光ファイバ８の上方、すなわち、支持部材４の溝４Ｍが設けられた面と対向して設けられている。図１に示すように、反射光モニタ用光検出器６は、支持部材４の溝４Ｍが設けられた面と垂直な方向から見て、入射側光ファイバ２の曲線部２Ｂと重なる位置に設けられている。反射光モニタ用光検出器６は、例えば湾曲開始点Ｓからの距離Ｔ１が１０ｍｍとなる曲線部２Ｂの上方に設けられている。

図２に示すように、出力光モニタ用光検出器７は、反射光モニタ用光検出器６と同様、光ファイバ８の上方、すなわち、支持部材４の溝４Ｍが設けられた面と対向して設けられている。出力光モニタ用光検出器７は、平面視したときに、具体的には支持部材４の溝４Ｍが設けられた面と垂直な方向から見たときに、射出側光ファイバ３と重なる位置に設けられている。図１に示すように、出力光モニタ用光検出器７は、例えば接続点Ｊからの距離Ｔ２が１０ｍｍとなる射出側光ファイバ３の上方に設けられている。反射光モニタ用光検出器６および出力光モニタ用光検出器７として、例えば赤外用フォトダイオードを用いることができるが、その他の光検出器を用いてもよい。

上述したように、ファイバレーザを例えばレーザ加工に用いた場合、材料の加工中に加工面からの反射光がファイバレーザに戻ると、出力光パワーが変動し、加工特性が劣化する場合がある。そのため、反射光パワーおよび出力光パワーをモニタするための光パワーモニタ装置が必要になる。ところが、従来の光パワーモニタ装置では、光ファイバの接続点近傍に出力光モニタ用と反射光モニタ用の２つの光検出器が互いに近接して配置されていた。そのため、接続点から漏れた出力光と反射光とが双方の光検出器にそれぞれ入射する結果、検出精度が低下するという問題があった。

これに対し、本実施形態の光パワーモニタ装置１においては、入射側光ファイバ２のクラッド１１の外側に、クラッド１１の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層１３が設けられている。そのため、図３に示すように、低屈折率層１３がない場合には接続点Ｊから外部に漏れ出していた反射光Ｌｒは、低屈折率層１３によってクラッド１１の内部に閉じ込められ、曲線部２Ｂに向かって進む。このように、反射光Ｌｒを入射側光ファイバ２のクラッド１１の内部に閉じ込めることにより、接続点Ｊから外部に漏れ出して出力光モニタ用光検出器７に検出される反射光Ｌｒを大幅に低減することができる。その結果、出力光モニタ用光検出器７による出力光パワーの検出精度を高めることができる。ノイズとなる反射光をより低減するためには、接続点Ｊから僅かに漏れ出した反射光Ｌｒが散乱しないよう、特に接続点Ｊの近傍の溝４Ｍの内壁面が光吸収性を有することが望ましい。

入射側光ファイバ２の内部を進む反射光Ｌｒは、直線部２Ａを進む際には低屈折率層１３とクラッド１１との界面への入射角θ０が保存されたまま、界面での全反射を繰り返す。ところが、反射光Ｌｒが曲線部２Ｂに入射すると、低屈折率層１３とクラッド１１との界面が曲がっていることにより、界面への反射光Ｌｒの入射角θ１，θ２は、直線部２Ａにおける入射角θ０よりも小さくなる。これにより、入射角θ１，θ２が臨界角よりも小さい反射光Ｌｒは、曲線部２Ｂにおいて低屈折率層１３の外に漏れ出す。低屈折率層１３の外に漏れ出した反射光Ｌｒは、図２に示すように、被覆１２および充填材５を透過して溝４Ｍの内壁面で散乱し、反射光モニタ用光検出器６に入射する。このようにして、反射光パワーは反射光モニタ用光検出器６で測定される。また、反射光モニタ用光検出器６は、平面視して曲線部２Ｂと重なる位置に配置されており、接続点Ｊから遠い位置にある。そのため、接続点Ｊから漏れ出して反射光モニタ用光検出器６に入射する出力光を大幅に低減することができる。その結果、反射光モニタ用光検出器６による反射光パワーの検出精度を高めることができる。

以上述べたように、本実施形態の光パワーモニタ装置１によれば、出力光および反射光の漏れ光のそれぞれを分離した状態で検出することができる。これにより、出力光パワー、反射光パワーの双方を精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を実現することができる。

ファイバレーザを使用中に光パワーをモニタした結果、例えば反射光パワーが許容値を超えた場合、ファイバレーザの制御部がポンピングレーザに供給する駆動電流を下げる等の制御を行うようにしてもよい。このとき、制御部がＡＰＣ制御を行うようにしてもよい。光パワーモニタ装置により得られたモニタ結果をどのように利用するかについては、本発明において特に限定されるものではない。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図４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、反射光モニタ用光検出器の位置が第１実施形態と異なる。
図４は、第２実施形態の光パワーモニタ装置の側面図である。
図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、支持部材の溝の内壁面に光散乱性が付与されていた。これに対して、図４に示すように、本実施形態の光パワーモニタ装置２１では、支持部材２２の溝２２Ｍの内壁面に光散乱性が付与されていない。つまり、溝２２Ｍの内部に散乱体が存在せず、溝２２Ｍの内壁面は平滑な面である。さらに、支持部材２２は、ガラス、透明樹脂等の光透過性を有する材料で構成されている。反射光モニタ用光検出器６は、支持部材２２の側面と対向し、かつ、曲線部２Ｂの外側に対応する位置に配置されている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

第１実施形態の図３に示したように、曲線部２Ｂから漏れ出す反射光Ｌｒは、基本的には、入射側光ファイバ２の直線部２Ａと曲線部２Ｂとを含む仮想平面（図３の紙面）内において曲線部２Ｂの外側に向けて進む。したがって、本実施形態の場合、図４に示すように、曲線部２Ｂから漏れ出す反射光Ｌｒは、溝２２Ｍの内壁面で散乱することなく、支持部材２２を透過して反射光モニタ用光検出器６に入射する。

本実施形態においても、出力光パワー、反射光パワーの双方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う第１実施形態と同様の効果が得られる。反射光モニタ用光検出器６を配置できるスペースの状況に応じて、第１実施形態の構成を採用してもよいし、第２実施形態の構成を採用してもよい。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図５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り、入射側光ファイバ側の構成と射出側光ファイバ側の構成とを逆にしたものである。
図５は、第３実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、第３実施形態の光パワーモニタ装置３１においては、第１実施形態と逆に、射出側光ファイバ３は、接続点Ｊから射出側光ファイバ３が湾曲し始める位置までの間の直線部３Ａと、射出側光ファイバ３が湾曲した曲線部３Ｂと、を有する。入射側光ファイバ２は、曲線部を持たず、直線部のみを有する。射出側光ファイバ３のクラッド１１の外側に、クラッド１１の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層１３が設けられている。出力光モニタ用光検出器７は、射出側光ファイバ３の曲線部３Ｂと重なる位置に設けられている。反射光モニタ用光検出器６は、入射側光ファイバ２の直線部と重なる位置に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の場合、出力光を射出側光ファイバ３のクラッド１１の内部に閉じ込めることにより、接続点Ｊから外部に漏れ出して反射光モニタ用光検出器６に検出される出力光を大幅に低減することができる。その結果、反射光モニタ用光検出器６による反射光パワーの検出精度を高めることができる。また、出力光モニタ用光検出器７が接続点Ｊから遠い位置にあるため、接続点Ｊから漏れ出して出力光モニタ用光検出器７に入射する反射光を大幅に低減することができる。その結果、出力光モニタ用光検出器７による出力光パワーの検出精度を高めることができる。

本実施形態においても、出力光パワー、反射光パワーの双方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う第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図６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１実施形態と同様であり、入射側光ファイバ側の構成と射出側光ファイバ側の構成とを同様にしたものである。
図６は、第４実施形態の光パワーモニタ装置の断面図である。
図６において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示すように、第４実施形態の光パワーモニタ装置４１は、接続点を中心として入射側光ファイバ２側と射出側光ファイバ３側とが左右対称の構成を有する。すなわち、入射側光ファイバ２は直線部２Ａと曲線部２Ｂとを有し、射出側光ファイバ３は直線部３Ａと曲線部３Ｂとを有する。低屈折率層１３は、入射側光ファイバ２および射出側光ファイバ３のクラッド１１の外側に設けられている。反射光モニタ用光検出器６は、入射側光ファイバ２の曲線部２Ｂと重なる位置に設けられている。出力光モニタ用光検出器７は、射出側光ファイバ３の曲線部３Ｂと重なる位置に設けられている。

本実施形態の場合、反射光を入射側光ファイバ２のクラッド１１の内部に閉じ込めることにより、接続点Ｊから外部に漏れ出して出力光モニタ用光検出器７に検出される反射光を大幅に低減することができる。その結果、出力光モニタ用光検出器７による出力光パワーの検出精度を高めることができる。同様に、出力光を射出側光ファイバ３のクラッド１１の内部に閉じ込めることにより、接続点Ｊから外部に漏れ出して反射光モニタ用光検出器６に検出される出力光を大幅に低減することができる。その結果、反射光モニタ用光検出器６による反射光パワーの検出精度を高めることができる。

本実施形態においても、出力光パワー、反射光パワーの双方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う第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図７を用いて説明する。
第５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、反射光モニタ用光検出器の位置が第１実施形態と異なる。
図７は、第５実施形態の光パワーモニタ装置の側面図である。
図７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、反射光モニタ用光検出器は、入射側光ファイバの曲線部と重なる位置に設けられていた。これに対して、図７に示すように、第５実施形態の光パワーモニタ装置５１では、反射光モニタ用光検出器６は、入射側光ファイバ２の直線部２Ａと重なる位置に設けられている。具体的な一例として、反射光モニタ用光検出器６は、例えば湾曲開始点Ｓからの距離Ｔ１が５ｍｍとなる直線部２Ａの上方に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

第１実施形態の図２に示したように、曲線部２Ｂから漏れ出す反射光は、溝４Ｍの内壁面で散乱した後、反射光モニタ用光検出器６に入射する。そのため、反射光モニタ用光検出器６は、曲線部２Ｂの近傍に配置されることが望ましい。ただし、溝４Ｍの内壁面の光散乱の程度、光検出器の感度などの状況に応じて、本実施形態のように、反射光モニタ用光検出器６は、必ずしも曲線部２Ｂと重なる位置に設けられていなくてもよい。ただし、反射光モニタ用光検出器６の位置が接続点Ｊにあまりにも近いと、接続点Ｊから漏れる出力光のノイズが検出されやすくなる。したがって、反射光モニタ用光検出器６は、検出対象である反射光とノイズである出力光との比率を考慮しつつ、適切な位置に配置される必要がある。

本実施形態においても、出力光パワー、反射光パワーの双方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う第１実施形態と同様の効果が得られる。

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、出力光パワー、反射光パワーの双方をモニタできる光パワーモニタ装置の例を挙げた。この構成に代えて、出力光モニタ用光検出器、反射光モニタ用光検出器のいずれか一方のみを備え、出力光パワー、反射光パワーのいずれか一方のみをモニタする光パワーモニタ装置に本発明を適用してもよい。
その他、光パワーモニタ装置の各構成要件の形状、寸法、配置、材料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。

本発明は、例えばレーザ加工装置などに用いるファイバレーザの光パワーモニタ装置に利用可能である。

１，２１，３１，４１，５１…光パワーモニタ装置、２…入射側光ファイバ（第１の光ファイバ）、２Ａ…直線部、２Ｂ…曲線部、３…射出側光ファイバ（第２の光ファイバ）、３Ａ…直線部、３Ｂ…曲線部、４，２２…支持部材、４Ｍ，２２Ｍ…溝、５…充填材、６…反射光モニタ用光検出器（第１の光検出器）、７…出力光モニタ用光検出器（第２の光検出器）、８…光ファイバ、１０…コア、１１…クラッド、１２…被覆、１３…低屈折率層。

Claims (7)

1. 接続点において互いに接続された入射側光ファイバおよび射出側光ファイバのうちの少なくとも一方の光ファイバであって、曲線部と、前記曲線部から前記接続点までの間の直線部と、を有する第１の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバのクラッドの外側であって前記直線部の少なくとも一部に設けられ、前記クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、
   少なくとも前記曲線部の近傍に設けられた第１の光検出器と、
   を備えたことを特徴とする光パワーモニタ装置。
2. 前記入射側光ファイバおよび前記射出側光ファイバのうち、一方の光ファイバは前記第１の光ファイバであり、他方の光ファイバは直線部を有する第２の光ファイバであり、
   平面視したときに前記第２の光ファイバと重なる位置に第２の光検出器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ装置。
3. 前記第１の光ファイバを収容する溝を有する支持部材と、
   前記溝の内部に収容された前記第１の光ファイバの周囲に充填され、前記クラッドの屈折率と等しい屈折率、もしくは前記クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有する充填材と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光パワーモニタ装置。
4. 前記溝の内面のうち、前記曲線部の位置に対応する内面が光散乱性を有することを特徴とする請求項３に記載の光パワーモニタ装置。
5. 前記溝の内面のうち、前記接続点の位置に対応する内面が光吸収性を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光パワーモニタ装置。
6. 前記第１の光検出器は、前記第１の光ファイバの前記曲線部と重なる位置に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光パワーモニタ装置。
7. 接続点において互いに接続された入射側光ファイバおよび射出側光ファイバのうちの少なくとも一方の光ファイバである第１の光ファイバのクラッドの外側の少なくとも一部に、前記クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層を設け、
   前記第１の光ファイバの一部を湾曲させて曲線部とし、
   前記接続点から前記曲線部に向けて導光する出力光もしくは反射光の前記曲線部における漏れ光を検出することを特徴とする光パワーモニタ方法。

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