JP2016189376A

JP2016189376A - ファイバ結合型レーザ装置

Info

Publication number: JP2016189376A
Application number: JP2015068161A
Authority: JP
Inventors: 進吾宇野; Shingo Uno; 東條　公資; Kimitada Tojo; 公資東條; 直也石垣; Naoya Ishigaki; 次郎齊川; Jiro Saikawa; 廣木　知之; Tomoyuki Hiroki; 知之廣木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-11-04
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP6515636B2

Abstract

【課題】戻り光を生成するための光学部品を不要とし、出力ロスを低減でき、ケーブルを不要とし、光ファイバの断線を検出することができるファイバ結合型レーザ装置。
【解決手段】レーザ光を出力するレーザ装置１と、レーザ装置１からのレーザ光を伝送する光ファイバ２と、光ファイバ２の出力端３に取り付けられ且つ発電する環境発電素子４と、環境発電素子４で発電した電力により駆動されて信号を送信する無線モジュール５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに結合するためのファイバ結合型レーザ装置に関し、特に、光ファイバの断線を検出する技術に関する。

従来、ファイバ結合型レーザ装置においては、レーザ出力用の光ファイバとは別に、光ファイバのレーザ光の一部を装置本体部へ戻すための戻り光用の光ファイバを使用し、戻り光の有無を検出して光ファイバの断線を検出する方法が知られている（特許文献１）。

また、レーザ出力が光ファイバから出力された後に、レーザ出力の一部の光をフォトダイオードに入力してフォトダイオードの出力により光ファイバの断線を検出していた（特許文献２）。

特開２０１０−２０７９０１号公報特開２０１４−１０４４７９号公報

しかしながら、特許文献１では、戻り光を生成するための光学部品が必要であり、この光学部品により出力ロスが発生していた。

また、特許文献２では、光ファイバ出力後に取り付けられた光検出機構を駆動するために、電源用ケーブル及び出力信号をコントローラ側に戻すためのケーブルを光ファイバ先端まで延長させる必要があった。

本発明の課題は、戻り光を生成するための光学部品を不要とし、出力ロスを低減でき、ケーブルを不要とし、光ファイバの断線を検出することができるファイバ結合型レーザ装置を提供することにある。

本発明に係るファイバ結合型レーザ装置は、上記課題を解決するために、レーザ光を出力するレーザ装置と、前記レーザ装置からのレーザ光を伝送する光ファイバと、前記光ファイバの出力端に取り付けられ且つ発電する環境発電素子と、前記環境発電素子で発電した電力により駆動されて信号を送信する信号送信部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバにレーザ光が入力されて、光ファイバの出力端に取り付けられた環境発電素子が発電すると、信号送信部は、環境発電素子で発電した電力により駆動されて信号を送信する。このため、信号の有無により、光ファイバの断線を検出することができる。また、戻り光を生成するための光学部品を不要とし、出力ロスを低減でき、ケーブルを不要とすることができる。

本発明の実施例１のファイバ結合型レーザ装置の構成を示す図である。本発明の実施例２のファイバ結合型レーザ装置の構成を示す図である。本発明の実施例３のファイバ結合型レーザ装置の構成を示す図である。

以下、本発明のファイバ結合型レーザ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施例１のファイバ結合型レーザ装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１のファイバ結合型レーザ装置は、レーザ装置１、光ファイバ２、環境発電素子４、無線モジュール５（本発明の第２の無線モジュールに対応）を備える。レーザ装置１は、内部に信号を受信する受信用の無線モジュール（本発明の第１の無線モジュールに対応）１１を有している。

レーザ装置１は、レーザにより発光したレーザ光を光ファイバ２に出力する。レーザ光を出力する素子としては、半導体レーザを用いることができる。半導体レーザは、電流駆動によって注入された電子およびホールからなるキャリア注入によって励起され、注入された電子およびホールのキャリア対消滅の際に発生する誘導放出によって発生されたレーザ光を出力する。

光ファイバ２は、ファイバ出力端である先端に先端コネクタ３を有し、レーザ装置１からのレーザ光を先端コネクタ３まで伝送する。

先端コネクタ３には、環境発電素子４が取り付けられている。レーザ装置１からレーザ光が出力されている場合、ファイバ出力部では、ロスが発生し、先端コネクタ３が発熱する。環境発電素子４は、例えば熱電素子からなり、この熱電素子は、先端コネクタ３に発生した熱を電力に変換する。熱電素子は、ゼーベック効果による素子であり、アルカリ金属熱電装置（ＡＭＴＥＣ）、熱電子発電装置（ＴＩＣ）、ＰＥＴＥ素子等を用いることができる。

環境発電素子４には、送信用の無線モジュール５が取り付けられている。無線モジュール５は、本発明の信号送信部に対応し、環境発電素子４からの電力により駆動し、無線で何らの信号、例えば温度情報等を含む信号をレーザ装置１内の無線モジュール１１に送信する。先端コネクタ３が正常に発熱している限り、無線モジュール５からレーザ装置１内の無線モジュール１１に信号が送り続けられる。即ち、光ファイバ２の異常はない。

これに対して、ファイバ断線、ファイバ未接続により先端コネクタ３において発熱が発生しない場合には、環境発電素子４は電力を得ることができないので、無線モジュール５を駆動することができない。このため、無線モジュール５から信号が無線モジュール１１に送信することができない。このため、光ファイバ２の断線を検出することができる。

また、戻り光を生成するための光学部品が不要となり、出力ロスを低減できる。また、無線モジュール５等の駆動電源用のケーブルや信号の配線をなくすことができる。

また、熱電対は、電子信号を通すためのケーブル（熱電対の素線等）が必要であるが、熱電素子は、ケーブルが不要になり、通常のファイバのみを用いてファイバの異常を検出することができる。また、ファイバ出力側のコネクタは発熱を伴うため、周囲温度よりも熱くなる。熱電素子の場合、この発熱を利用して電力を生成して動作する。熱電対の場合は周囲温度が高いのか、発熱によりコネクタが熱くなったかを区別できない。

また、先端コネクタ３の温度情報を用いることにより、温度変化を検出でき、わずかな光ロスの変化も検出することができる。温度情報は、温度センサで検出される。

図２は、実施例２のファイバ結合型レーザ装置の構成を示す図である。図２に示す実施例２のファイバ結合型レーザ装置は、レーザ装置１、光ファイバ２、環境発電素子４、発光素子６を備える。

発光素子６は、本発明の信号送信部に対応し、先端コネクタ３に取り付けられ、環境発電素子４で発生した電力により駆動されて発光し、光信号を光ファイバ２を通してレーザ装置１ａ内の光検出器１２に出力する。発光素子としては、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができる。発光素子６で発光した光信号の波長は、レーザ装置１からのレーザ光の波長とは異なる。光ファイバ２内を異なる波長のレーザ光と光信号とが伝送されるので、混信がなくなる。

光検出器１２は、フォトダイオード（ＰＤ）等が用いられ、発光素子６で発光した光信号を検出する。従って、光検出器１２により光信号を検出することで、光ファイバ２の断線を検出することができる。従って、実施例２のファイバ結合型レーザ装置においても、実施例１のファイバ結合型レーザ装置の効果と同様な効果が得られる。また、戻り光用の光ファイバを用いることなく、レーザ光の波長とは別波長を持つ発光素子６を用いてファイバの断線を検出することができる。

また、発光素子６で発光した光信号を光ファイバ２とは別の戻り光用の光ファイバを通して光検出器１２により光信号を検出しても良い。

図３は、本発明の実施例３のファイバ結合型レーザ装置の構成を示す図である。実施例３のファイバ結合型レーザ装置は、環境発電素子４として、ピエゾ素子とも呼ばれる圧電素子４ａを用いたことを特徴とする。図３に示すその他の構成は、図１に示す構成と同一であり、同一部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。

光ファイバ２の先端が振動する環境においては、先端コネクタ３に環境発電素子４として、振動による圧力を電力に変換する圧電素子４ａを取り付ける。この場合には、圧電素子４ａからの電力により無線モジュール５を駆動すれば、実施例１のファイバ結合型レーザ装置と動作と同様に動作するので、実施例１のファイバ結合型レーザ装置の効果と同様な効果が得られる。

また、実施例３では、環境発電素子４として、圧電素子４ａを用いたが、圧電素子４ａの代わりに、先端コネクタ３からの漏れ光を電力に変換する光電素子を用いても良い。光電素子としては、フォトトランジスタ等を用いることができる。この場合には、光電素子からの電力により無線モジュール５を駆動することができる。

１レーザ装置
２光ファイバ
３先端コネクタ
４環境発電素子
４ａ圧電素子
５，１１無線モジュール
６発光素子
１２光検出器

Claims

レーザ光を出力するレーザ装置と、
前記レーザ装置からのレーザ光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバの出力端に取り付けられ且つ発電する環境発電素子と、
前記環境発電素子で発電した電力により駆動されて信号を送信する信号送信部と、
を備えることを特徴とするファイバ結合型レーザ装置。
前記信号送信部は、発光素子からなり、前記発光素子は、前記レーザ光とは異なる光を前記光ファイバを介して前記レーザ装置に送信することを特徴とする請求項１記載のファイバ結合型レーザ装置。
前記信号送信部は、発光素子からなり、前記発光素子は、前記レーザ光とは異なる光を戻り用ファイバを介して前記レーザ装置に送信することを特徴とする請求項１記載のファイバ結合型レーザ装置。
前記レーザ装置は、第１無線モジュールを有し、
前記信号送信部は、第２無線モジュールからなり、前記第２無線モジュールは、前記環境発電素子で発電された電力により駆動されて信号を前記第１無線モジュールに送信することを特徴とする請求項１記載のファイバ結合型レーザ装置。
前記環境発電素子は、熱電素子からなることを特徴とする請求項１又は請求項４記載のファイバ結合型レーザ装置。
前記環境発電素子は、光電素子からなることを特徴とする請求項１記載のファイバ結合型レーザ装置。
前記環境発電素子は、圧電素子からなることを特徴とする請求項１記載のファイバ結合型レーザ装置。
前記信号に温度情報が含まれることを特徴とする請求項４記載のファイバ結合型レーザ装置。