JP2017223782A - Optical device and laser apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光デバイス及び当該光デバイスを備えるレーザ装置に関する。 The present invention relates to an optical device and a laser apparatus including the optical device.
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。 The fiber laser device is used in various fields such as a laser processing field and a medical field because it has excellent light condensing performance, has a high power density, and can obtain light as a small beam spot.
ファイバレーザ装置は、発振器から発振される高出力のレーザ光を光ファイバに伝搬させて出射し、目的の照射位置に照射する。このような高出力のファイバレーザ装置に関して、例えば、下記特許文献1には、光ファイバの入射端または出射端において、光ファイバの状態をモニタするためのセンサを有するコネクタ装置が開示されている。このセンサは、コネクタ装置の内部または後部に備えられ、コネクタ装置内の光ファイバから出射されるレーザ光及び当該レーザ光が加工対象物で反射されて光ファイバに戻ってくる反射光によって光ファイバから半径方向に放射される散乱光を検知するものである。 The fiber laser device propagates and emits high-power laser light oscillated from an oscillator to an optical fiber, and irradiates a target irradiation position. With regard to such a high-power fiber laser device, for example, Patent Document 1 below discloses a connector device having a sensor for monitoring the state of the optical fiber at the incident end or the outgoing end of the optical fiber. This sensor is provided in or behind the connector device, and the laser light emitted from the optical fiber in the connector device and the reflected light that is reflected by the workpiece and returned to the optical fiber from the optical fiber. The scattered light emitted in the radial direction is detected.
ところで、レーザ装置から出射されるレーザ光は、集光レンズを有する加工ヘッドに通されることによって集光され、加工対象物に照射される。加工対象物に照射されたレーザ光は、加工対象物に吸収されることによって熱となり、加工に寄与する。しかし、加工対象物に照射されるレーザ光のうち一部は、加工対象物の表面で反射される。加工点に理想的に集光されたレーザ光が加工対象物の表面に垂直に入射して垂直に反射される場合、その反射光は、加工ヘッドで再度集光され、レーザ光を出射した光ファイバに再結合する。しかし、実際には加工ヘッドのレンズの収差や熱レンズ効果などにより、理想的な集光は難しい。さらに加工対象物の表面には、一般的に微小な凹凸や斜面が形成されているため、加工対象物の表面で反射される反射光は、レーザ光を出射した光ファイバ以外の位置に集光する場合がある。このように光ファイバ以外の位置に反射光が入射すると、上記特許文献1に開示されているようなセンサでは、反射光を検知することが難しい。 By the way, the laser beam emitted from the laser device is condensed by being passed through a processing head having a condensing lens, and is irradiated onto a processing object. The laser light applied to the object to be processed becomes heat by being absorbed by the object to be processed and contributes to the processing. However, a part of the laser light applied to the processing object is reflected by the surface of the processing object. When the laser beam ideally focused at the processing point is incident perpendicularly to the surface of the workpiece and reflected vertically, the reflected light is condensed again by the processing head and emitted from the laser beam. Recouple to fiber. However, in reality, ideal focusing is difficult due to the aberration of the lens of the processing head and the thermal lens effect. Furthermore, since the surface of the object to be processed is generally formed with minute irregularities and slopes, the reflected light reflected from the surface of the object to be processed is condensed at a position other than the optical fiber from which the laser beam is emitted. There is a case. When the reflected light is incident on a position other than the optical fiber in this way, it is difficult to detect the reflected light with the sensor disclosed in Patent Document 1 described above.
本発明者は、上記のように光ファイバ以外の位置、例えば光ファイバの出射端に設けられる石英ブロックのうち光ファイバが接続されている部位以外の位置に反射光が集光すると、その反射光によって石英ブロックや光ファイバが加熱され、レーザ装置の特性を劣化させる等の問題を生じる場合があることを見出した。 As described above, when the reflected light is condensed at a position other than the optical fiber, for example, at a position other than the portion where the optical fiber is connected in the quartz block provided at the output end of the optical fiber, It has been found that the quartz block and the optical fiber are heated by this, which may cause problems such as deterioration of the characteristics of the laser device.
そこで本発明は、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる光デバイス及び当該光デバイスを備えるレーザ装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical device capable of suppressing characteristic deterioration due to reflected light in a laser apparatus and a laser apparatus including the optical device.
本発明の光デバイスは、光ファイバと、前記光ファイバの端面が接続される入射面及び前記光ファイバから入射される光が出射される出射面を有する石英ブロックと、を備え、前記入射面は前記光ファイバの前記端面より大きく、前記入射面のうち前記光ファイバが接続される部位以外の位置に前記出射面から入射する反射光の強度を検知するセンサを備えることを特徴とする。 An optical device of the present invention includes an optical fiber, a quartz block having an incident surface to which an end surface of the optical fiber is connected, and an emission surface from which light incident from the optical fiber is emitted. A sensor for detecting the intensity of reflected light incident from the exit surface is provided at a position larger than the end face of the optical fiber and other than a portion of the entrance surface to which the optical fiber is connected.
また、本発明のレーザ装置は、上記光デバイスと、前記光ファイバを伝搬する光を出射する光源と、を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a laser apparatus comprising: the above-described optical device; and a light source that emits light propagating through the optical fiber.
上記発明では、石英ブロックの入射面のうち光ファイバが接続される部位以外の位置に入射する反射光の強度を、センサによって検知することができる。従って、反射光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されてレーザ装置の特性が劣化する前にレーザ光の出射を止ることができ、反射光によるレーザ装置の特性劣化を抑制することができる。 In the said invention, the intensity | strength of the reflected light which injects into positions other than the site | part to which an optical fiber is connected among the incident surfaces of a quartz block can be detected with a sensor. Therefore, the emission of the laser beam can be stopped before the quartz block or the optical fiber is heated by the reflected light and the characteristic of the laser device is deteriorated, and the characteristic deterioration of the laser device due to the reflected light can be suppressed.
前記センサは、前記入射面のうち前記光ファイバが接続される部位以外の位置から前記石英ブロックを透過する前記反射光の強度を検知する光センサであることが好ましい。 The sensor is preferably an optical sensor that detects the intensity of the reflected light that passes through the quartz block from a position other than a portion of the incident surface to which the optical fiber is connected.
反射光の強度を検知する光センサを用いることによって、石英ブロックの入射面のうち光ファイバが接続される部位以外の位置に入射する反射光の強度を測定し、レーザ装置の特性が劣化する前に、反射光が所定の強度となったときにレーザ光の出射を止めるよう制御することができる。従って、反射光によるレーザ装置の特性劣化を抑制することができる。 By using an optical sensor that detects the intensity of the reflected light, the intensity of the reflected light incident on a position other than the part to which the optical fiber is connected is measured on the incident surface of the quartz block, before the characteristics of the laser device deteriorate In addition, it is possible to control to stop the emission of the laser beam when the reflected light reaches a predetermined intensity. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the characteristics of the laser device due to the reflected light.
また、前記入射面のうち前記光ファイバが接続される部位以外の位置に入射する前記反射光を熱に変換する光熱変換部を備え、前記センサが、前記光熱変換部によって変換された熱を検知する感熱センサであることが好ましい。 A light-to-heat converter that converts the reflected light that is incident on a position other than the portion to which the optical fiber is connected on the incident surface into heat; and the sensor detects heat converted by the light-to-heat converter. It is preferable that the sensor be a thermal sensor.
光熱変換部によって反射光を熱に変換し、当該熱を感熱センサで検知することによって、反射光の強度を間接的に測定することができる。従って、レーザ装置の特性が劣化する前に、反射光が所定の強度となったときにレーザ光の出射を止めるよう制御することができ、反射光によるレーザ装置の特性劣化を抑制することができる。 The intensity of the reflected light can be indirectly measured by converting the reflected light into heat by the photothermal converter and detecting the heat with a thermal sensor. Therefore, before the characteristics of the laser device deteriorate, it can be controlled to stop the emission of the laser light when the reflected light reaches a predetermined intensity, and the characteristic deterioration of the laser device due to the reflected light can be suppressed. .
また、前記光熱変換部は、前記入射面のうち前記光ファイバが接続される部位以外の位置の少なくとも一部に形成される光散乱部であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said photothermal conversion part is a light-scattering part formed in at least one part of positions other than the site | part to which the said optical fiber is connected among the said incident surfaces.
光散乱部に入射する反射光は、散乱されて光散乱部に多数回入射し、広範囲で石英ブロックに吸収されて熱に変換される。従って、光散乱部は光熱変換部とされる。このように簡易な構成によって光熱変換部を形成することができる。また、入射面のうち光ファイバが接続される部位以外の位置に光散乱部が形成されることによって、高強度の反射光が石英ブロックを透過することが抑制され、石英ブロックに接続される光ファイバに高強度の反射光が照射されることが抑制されるので、反射光によって光ファイバが加熱されることを抑制することができる。 The reflected light incident on the light scattering portion is scattered and incident many times on the light scattering portion, and is absorbed by the quartz block over a wide range and converted into heat. Therefore, the light scattering portion is a photothermal conversion portion. Thus, the photothermal conversion part can be formed with a simple configuration. In addition, by forming the light scattering portion at a position other than the part where the optical fiber is connected on the incident surface, it is possible to prevent high-intensity reflected light from passing through the quartz block and to connect light to the quartz block. Since it is suppressed that high intensity reflected light is irradiated to a fiber, it can suppress that an optical fiber is heated by reflected light.
また、前記石英ブロック及び前記光ファイバを収容する筐体を備え、前記感熱センサが前記筐体内に埋設され、前記光熱変換部からの熱が前記筐体を介して前記感熱センサに伝えられることが好ましい。 A housing for housing the quartz block and the optical fiber, wherein the thermal sensor is embedded in the housing, and heat from the photothermal converter is transmitted to the thermal sensor via the housing. preferable.
感熱センサが筐体に埋設されることによって、感熱センサを設置しやすくなり、光デバイスの設計自由度を向上させることができる。 By embedding the thermal sensor in the housing, it becomes easier to install the thermal sensor and the degree of freedom in designing the optical device can be improved.
また、前記光ファイバの中心軸に垂直な方向から見て、前記感熱センサが前記入射面と重なる位置または前記入射面よりも前記出射面側に配置されることが好ましい。 Further, it is preferable that the thermal sensor is disposed at a position overlapping the incident surface or closer to the exit surface than the entrance surface when viewed from a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber.
光ファイバと光ファイバを収容する筐体とを有する光デバイスにおいて、光ファイバの外周面と筐体の内周面との間には空間が形成され、当該空間に冷媒が満たされることがある。また、このような空間は、一般的に、光ファイバの中心軸に垂直な方向から見て、石英ブロックの入射面よりも光ファイバ側に形成される。上記空間に冷媒が満たされる場合、筐体は冷媒によって冷却されるため、筐体に埋設される感熱センサは冷却された筐体の温度を検知することになる。しかし、上記のように、感熱センサが、光ファイバの中心軸に垂直な方向から見て入射面と重なる位置または入射面よりも出射面側に配置されることによって、感熱センサは冷媒による影響を受け難くなり、光熱変換部からの熱を感熱センサによって正確に検知しやすくなる。 In an optical device having an optical fiber and a housing that accommodates the optical fiber, a space may be formed between the outer peripheral surface of the optical fiber and the inner peripheral surface of the housing, and the space may be filled with a refrigerant. Further, such a space is generally formed on the optical fiber side of the incident surface of the quartz block when viewed from a direction perpendicular to the central axis of the optical fiber. When the space is filled with the refrigerant, the casing is cooled by the refrigerant, so that the thermal sensor embedded in the casing detects the temperature of the cooled casing. However, as described above, the thermal sensor is disposed at a position overlapping the incident surface as viewed from the direction perpendicular to the central axis of the optical fiber or on the exit surface side from the incident surface, so that the thermal sensor is affected by the refrigerant. It becomes difficult to receive, and it becomes easy to accurately detect the heat from the light-to-heat converter by the thermal sensor.
以上のように本発明によれば、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる光デバイス及び当該光デバイスを備えるレーザ装置が提供される。 As described above, according to the present invention, an optical device capable of suppressing characteristic deterioration due to reflected light in a laser apparatus and a laser apparatus including the optical device are provided.
以下、本発明に係る光デバイス及びレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical device and a laser apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
<レーザ装置>
まず、本発明の第1本実施形態に係るレーザ装置の構成について説明する。
(First embodiment)
<Laser device>
First, the configuration of the laser apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1本実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。図1に示すように、本実施形態のレーザ装置1は、複数の光源10と、光コンバイナ20と、光デバイス30とを主な構成として備える。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a laser apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser apparatus 1 of the present embodiment includes a plurality of
それぞれの光源10は、所定の波長の光を出射するレーザ装置とされ、例えば、ファイバレーザ装置や固体レーザ装置とされる。光源10がファイバレーザ装置とされる場合、共振器型のファイバレーザ装置であったり、MO−PA(Master Oscillator Power Amplifier)型のファイバレーザ装置であったりする。それぞれの光源10から出射する光は、例えば、1050nmの波長の光とされる。
Each
それぞれの光源10には、光源10から出射する光を伝搬する光ファイバ11が接続されている。それぞれの光ファイバ11は、例えば、コアの直径が20μm程度のフューモードファイバとされる。従って、それぞれの光源10から出射する光は、2から4程度のLPモードで、それぞれの光ファイバ11を伝搬する。
Each
光コンバイナ20は、それぞれの光ファイバ11のコアと光ファイバ21のコアとを接続する部材であり、例えば、それぞれの光ファイバ11と、光ファイバ11よりも直径の大きい光ファイバ21とが端面接続されてなる。光ファイバ21は、例えば、コアの直径が50μmから100μm程度とされるマルチモードファイバとされる。
The
図2は、図1に示す光デバイス30の一部を概略的に示す断面図であり、光ファイバ31の中心軸に平行な断面図である。図3は、図2に示すIII−IIIに沿った光ファイバ31の中心軸に垂直な光デバイス30の断面を概略的に示す図であり、III−IIIの位置から石英ブロック35側を見る図である。図2及び図3に示すように、光デバイス30は、光ファイバ31、石英ブロック35、筐体40、及び感熱センサ50を主な構成として備える。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a part of the
光ファイバ31は、光ファイバ21の一部または光ファイバ21に接続される光ファイバ21と同様の構成の他の光ファイバとされる。光ファイバ31は、コア31a、コア31aを囲うクラッド31bを有する。光ファイバ31の出射端側の端部では、端面31fから20mm程度の範囲で図示していない被覆層が剥がされており、端面31fは酸水素バーナ等によって石英ブロック35に融着されている。このような光ファイバ31は、例えば、コア31aの直径が100μm程度、クラッド31bの外径が360μm程度の光ファイバとされる。
The
石英ブロック35は、石英から成る柱状体である。石英ブロック35は、例えば、直径8mm、長さ23mm程度の石英から成る円柱状体とされる。石英ブロック35は、光ファイバ31の端面31fが接続される入射面35b及び光ファイバ31から入射される光が出射される出射面35aを有している。入射面35bは光ファイバ31の端面31fより大きく、光ファイバ31の端面31fは入射面35bの中央部に融着される。
The
上記のように石英ブロック35の入射面35bは光ファイバ31の端面31fより大きいため、石英ブロック35の入射面35bは、光ファイバ31の端面31fに接しない部位を有する。石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31の端面31fに接しない部位には、光散乱部36が形成される。本実施形態の石英ブロック35では、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31の端面31fに接しない部位全体に光散乱部36が形成されている。光散乱部36は、例えば、入射面35bを砂目状等のように粗く形成することによって形成される。このような光散乱部36に光が入射すると、光は散乱されて光散乱部36に多数回入射し、広範囲で石英ブロック35に吸収されて熱に変換される。従って、光散乱部36は、入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置に入射する反射光を熱に変換する光熱変換部とされる。
Since the
筐体40は、石英ブロック35及び光ファイバ31の一部を収容する部材である。筐体40は筒状に形成されており、石英ブロック35及び光ファイバ31が挿入される。筐体40内において、石英ブロック35は、外周面35cがシリコーン系樹脂等の接着剤によって筐体40の内周面に固定されることにより、位置が固定される。また、筐体40の内周面と光ファイバ31の外周面との間には空間45が形成されている。空間45には、光ファイバ31、石英ブロック35及び筐体40を冷却する冷媒が満たされていても良い。
The
筐体40は、例えば、熱伝導性に優れる銅等の金属によって構成されることが好ましい。また、筐体40の外周面は、レーザ装置1から出射されるレーザ光のパワー等に応じて水冷されても良く、空冷されても良い。
The
感熱センサ50は、石英ブロック35の出射面35aから石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置に入射する反射光の強度を間接的に検知するセンサである。本実施形態の感熱センサ50は、筐体40内に埋設されている。感熱センサ50は、筐体40を介して、反射光が光散乱部36に入射して生じる熱を検知する。筐体40が熱伝導性に優れる金属で構成されることによって、光散乱部36で生じる熱が感熱センサ50に伝えられやすくなる。このようにして、感熱センサ50は、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置に入射する反射光の強度を検知することができる。
The
ところで、空間45は、光ファイバ31の中心軸に垂直な方向から見て、石英ブロック35の入射面35bよりも光ファイバ31側に形成されている。また、上記のように空間45に冷媒が満たされる場合、筐体40は冷媒によって冷却されるため、筐体40内に埋設される感熱センサ50は冷却された筐体40の温度を検知することになる。しかし、感熱センサ50は、図2に示すように、光ファイバ31の中心軸に垂直な方向から見て、石英ブロック35の入射面35bと重なる位置に配置されている。感熱センサ50がこのように配置されることによって、感熱センサ50は冷媒による影響を受け難くなり、光散乱部36からの熱を感熱センサ50によって正確に検知しやすくなる。同様の観点から、感熱センサ50は、光ファイバ31の中心軸に垂直な方向から見て、入射面35bよりも出射面35a側に配置されることが好ましい。ただし、感熱センサ50は、光散乱部36からの熱を検知可能なように、光散乱部36に近い位置に配置される。
By the way, the
感熱センサ50としては、例えば、サーミスタを用いることができる。感熱センサ50は、筐体40内に埋設された配線51を介してインターロック回路52に接続されている。インターロック回路52は、感熱センサ50で検知される温度が所定の閾値を超えるときにインターロックが遮断されるよう構成されており、感熱センサ50で検知される温度が所定の閾値を超えるときにレーザ装置1からのレーザ光の出射を止められるよう制御されている。当該閾値は、石英ブロック35や光ファイバ31に悪影響を及ぼさない範囲で設定されることが好ましい。
As the
次に、本実施形態のレーザ装置1の動作及び作用について説明する。 Next, the operation and action of the laser device 1 of the present embodiment will be described.
それぞれの光源10から所定の波長の光が出射すると、それぞれの光は光ファイバ11を伝搬して、光コンバイナ20で合波され光ファイバ21を介して光デバイス30から出射する。光デバイス30において、レーザ光は、光ファイバ31のコア31aを伝搬し、石英ブロック35を通って出射される。石英ブロック35に入射したレーザ光は、開口数に従って広がりながら石英ブロック35内を伝搬して出射面35aから出射され、図示されていない加工ヘッドによって集光されて加工対象物に照射される。加工対象物に照射されたレーザ光は、加工対象物に吸収されることによって熱となり、加工に寄与する。
When light of a predetermined wavelength is emitted from each
しかし、加工対象物に照射されるレーザ光のうち一部は、加工対象物の表面で反射され、さらにその反射光の一部は、石英ブロック35に再度入射することがある。以下、このような反射光によるレーザ装置1の特性劣化を光デバイス30が抑制できる理由について説明する。
However, a part of the laser light applied to the processing object is reflected by the surface of the processing object, and a part of the reflected light may enter the
図4から図6は、それぞれ図2に示す石英ブロック35及び石英ブロック35に接続される光ファイバ31の一部の断面図と反射光の光路例とを概略的に示す図である。
4 to 6 are diagrams schematically showing a sectional view of a part of the
本実施形態のレーザ装置1において、石英ブロック35の出射面35aから出射されて加工点に理想的に集光されたレーザ光が加工対象物の表面に垂直に入射して垂直に反射される場合、その反射光L1は図4に示されるような光路を経る。すなわち、反射光L1は、図示されていない加工ヘッドで集光され、石英ブロック35の入射面35b側において、光ファイバ31のコア31aに焦点f1を形成する。このように反射光L1が光ファイバ31のコア31aに再結合する場合は、その反射光L1の強さを検知することが容易であるため、安全にレーザ光の出射を止めて問題が生じることを未然に防ぎやすい。また、この場合は反射光L1が熱に変換され難く、反射光L1による発熱等の問題は生じ難い。
In the laser apparatus 1 of the present embodiment, when the laser beam emitted from the
しかし、実際には加工ヘッドのレンズの収差や熱レンズ効果などにより、理想的な集光は難しい。さらに加工対象物の表面には一般的に微小な凹凸や斜面が形成されているため、加工対象物の表面で反射されて石英ブロック35側に戻ってくる反射光は、光ファイバ31のコア31aからずれた位置に焦点を形成する。図5に示されるように、反射光L2の焦点f2が光ファイバ31のクラッド31bに形成される場合は、反射光L2がクラッド31bを伝搬するクラッドモード光となる。この場合、クラッドモードストリッパを設ける等して、クラッドモード光となった反射光L2を意図的に所定の場所から放出させることができ、クラッドモード光が変換されて生じる熱を適切な方法で放熱することができる。従って、反射光L2に起因する発熱の問題が生じることを抑制できる。
However, in reality, ideal focusing is difficult due to the aberration of the lens of the processing head and the thermal lens effect. Further, since the surface of the processing object is generally formed with minute irregularities and slopes, the reflected light reflected by the surface of the processing object and returning to the
反射光の焦点位置が光ファイバ31の中心からさらにずれると、図6に示すように、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続されてない位置に、反射光L3の焦点f3が形成される。この場合、反射光L3は石英ブロック35を加熱することがある。このように石英ブロック35が加熱されると、レーザ装置1の特性を劣化させる等の問題を生じる場合がある。
When the focal position of the reflected light further deviates from the center of the
ここで、光デバイス30は、光熱変換部として機能する光散乱部36及び光散乱部36で生じる熱を検知可能な感熱センサ50を備えている。よって、反射光L3のように入射面35bのうち光ファイバ31が接続されてない位置に反射光が入射する場合、光散乱部36によって反射光は熱に変換され、当該熱を感熱センサ50で検知することができるので、反射光の強度が感熱センサ50によって間接的に測定される。反射光によってレーザ装置1の特性が劣化される場合、レーザ装置1の特性が劣化する前に、入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置に入射する反射光がある程度の強度になっていると想定される。従って、反射光の強度の閾値が設定され、感熱センサ50で間接的に測定される反射光の強度が当該閾値となったときにレーザ光の出射が止められるよう制御されることによって、レーザ装置1の特性が劣化する前にレーザ光の出射を止めることができる。すなわち、反射光が所定の強度となったとき、感熱センサ50に接続されるインターロック回路52を作動させてレーザ光の出射を止めるよう制御することができ、反射光によるレーザ装置1の特性劣化を抑制することができる。
Here, the
また、光デバイス30では、石英ブロック35の入射面35bに光散乱部36が形成されていることによって、入射面35bに入射する反射光の強度を検知しやすい。図7は、石英ブロック35の入射面35bに光散乱部36を有する場合と有しない場合とで、同じ強度のレーザ光を出射面35aから入射させて入射面35bに照射した際の、感熱センサ50で検知された温度とレーザ光の照射時間との関係を示すグラフである。図7から分かるように、光散乱部36が形成されることによって、レーザ光の照射時間に対する石英ブロック35の温度上昇速度が速くなることが分かる。すなわち、光散乱部36が形成されることによって、石英ブロック35で反射光を吸収しやすくなり、高速、高感度で反射光の強度を検知できることが分かる。
Further, in the
また、光デバイス30では、石英ブロック35の入射面35bに光散乱部36が形成されていることによって、高強度の反射光が石英ブロック35を透過することが抑制され、光ファイバ31に高強度の反射光が照射されることが抑制されるので、反射光によって光ファイバ31が加熱されることを抑制することができる。
Further, in the
また、光デバイス30では、感熱センサ50が筐体40に埋設されることによって、感熱センサ50を設置しやすくなり、光デバイス30の設計自由度を向上させることができる。
In the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図8を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In addition, about the component which is the same as that of 1st Embodiment, or equivalent, except the case where it demonstrates especially, the same referential mark is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図8は、本発明の第2実施形態に係るレーザ装置に備えられる光デバイスの一部を概略的に示す断面図である。図8に示す光デバイス30aは、感熱センサ50にかえて光センサ55を有する以外は上記第1実施形態に係る光デバイス30と同様である。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a part of an optical device provided in the laser apparatus according to the second embodiment of the present invention. The
光センサ55は、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置から石英ブロック35を透過する反射光の強度を検知するセンサである。光センサ55は、空間45において入射面35bに向けて配置されており、石英ブロック35を透過する反射光を検知することができる。このような光センサ55としては、例えば、フォトダイオードを用いることができる。
The
光センサ55が用いられることによって、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置に入射する反射光の強度を測定し、反射光が所定の強度となったときにレーザ光の出射を止めるよう制御することができる。すなわち、反射光が所定の強度となったとき、光センサ55に接続されるインターロック回路52を作動させてレーザ光の出射を止めるよう制御することができる。従って、反射光によるレーザ装置1の特性劣化を抑制することができる。
When the
また、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続されている部位以外には、第1実施形態と同様に光散乱部36が形成されている。入射面35bに光散乱部36が形成されていることによって、入射面35bに入射する反射光が広範囲に散乱される。そのため、入射面35bの広範囲に入射する反射光を光センサ55によって検知しやすくなる。その結果、光センサ55の配置位置によって反射光の検出誤差が生じることを抑制することができる。
Further, a
以上、本発明について、第1及び第2実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、第1実施形態では、石英ブロック35の入射面35bに形成された光散乱部36を光熱変換部とする例を挙げて説明した。しかし、光熱変換部を設ける場合、光熱変換部は、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続される部位以外の位置に入射する反射光を熱に変換できるものであれば良い。例えば、反射光によって燃焼しない程度で反射光を吸収できる光吸収体を入射面35b上に形成することで当該光吸収体が光熱変換部とされても良く、入射面35bに黒アルマイト加工を施して当該黒アルマイト加工を施された部位が光熱変換部とされても良い。
Although the present invention has been described above by taking the first and second embodiments as examples, the present invention is not limited to these. For example, in the first embodiment, the
また、第1実施形態では、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続されている部位以外の全体が光熱変換部とされる例を挙げて説明した。しかし、光熱変換部は、反射光が入射すると想定される部位に形成されていれば良い。例えば、入射面35bのうち外周部には反射光が入射し難いと考えられるので、光熱変換部は、入射面35bのうち少なくとも光ファイバ31が接続される部位の周囲に形成されていれば良く、入射面35bの外周部には形成されていなくても良い。
Moreover, in 1st Embodiment, the whole surface except the site | part to which the
また、第1実施形態では、感熱センサ50が筐体40内に埋設される例を挙げて説明した。しかし、感熱センサ50の設置位置は、光熱変換部で生じる熱を検知できる位置であれば良い。例えば、感熱センサ50は光熱変換部に接するように設置されても良い。
In the first embodiment, an example in which the
また、第2実施形態では、石英ブロック35の入射面35bのうち光ファイバ31が接続されている部位以外の全体に光散乱部36が形成される例を挙げて説明した。しかし、第2実施形態において、光散乱部36は必須ではない。また、第2実施形態において光散乱部36が形成される場合、光散乱部36は、反射光が入射すると想定される部位に形成されていれば良い。例えば、上記のように入射面35bのうち外周部には反射光が入射し難いと考えられるので、光散乱部36は、入射面35bのうち少なくとも光ファイバ31が接続される部位の周囲に形成されていれば良く、入射面35bの外周部には形成されていなくても良い。
In the second embodiment, an example in which the
また、これまでは、理解の容易のため、出射面35aから石英ブロック35に入射する反射光が入射面35bにおいて一点の焦点を形成する例を挙げて説明した。しかし、実際には、反射光はある程度の広がりを持って入射面35bに入射することがある。従って、反射光は、石英ブロック35の入射面35bのうち、光ファイバ31が接続されてない位置と光ファイバ31が接続されている位置とに跨って入射する場合がある。
In addition, for the sake of easy understanding, an example in which reflected light incident on the
以上説明したように、本発明によれば、レーザ装置において反射光による特性劣化を抑制することができる光デバイス、及び当該光デバイスを備えるレーザ装置が提供され、加工機や医療用レーザ装置等の分野で利用することが期待される。 As described above, according to the present invention, there is provided an optical device capable of suppressing characteristic deterioration due to reflected light in a laser apparatus, and a laser apparatus including the optical device, such as a processing machine and a medical laser apparatus. It is expected to be used in the field.
1・・・レーザ装置
10・・・光源
20・・・光コンバイナ
30,30a・・・光デバイス
31・・・光ファイバ
31a・・・コア
31b・・・クラッド
31f・・・端面
35・・・石英ブロック
35a・・・出射面
35b・・・入射面
35c・・・外周面
36・・・光散乱部(光熱変換部)
40・・・筐体
50・・・感熱センサ(センサ)
55・・・光センサ(センサ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
40 ...
55 ... Optical sensor (sensor)
Claims (7)
前記光ファイバの端面が接続される入射面及び前記光ファイバから入射される光が出射される出射面を有する石英ブロックと、
を備え、
前記入射面は前記光ファイバの前記端面より大きく、
前記入射面のうち前記光ファイバが接続される部位以外の位置に前記出射面から入射する反射光の強度を検知するセンサを備える
ことを特徴とする光デバイス。 Optical fiber,
A quartz block having an entrance surface to which an end face of the optical fiber is connected and an exit surface from which light incident from the optical fiber is emitted;
With
The incident surface is larger than the end surface of the optical fiber;
An optical device comprising: a sensor that detects the intensity of reflected light incident from the exit surface at a position other than a portion of the entrance surface to which the optical fiber is connected.
ことを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。 The said sensor is an optical sensor which detects the intensity | strength of the said reflected light which permeate | transmits the said quartz block from positions other than the site | part to which the said optical fiber is connected among the said incident surfaces. Optical device.
前記センサが、前記光熱変換部によって変換された熱を検知する感熱センサである
ことを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。 A light-to-heat converter that converts the reflected light that is incident on a position other than a portion of the incident surface to which the optical fiber is connected, into heat;
The optical device according to claim 1, wherein the sensor is a thermal sensor that detects heat converted by the photothermal conversion unit.
ことを特徴とする請求項3に記載の光デバイス。 The optical device according to claim 3, wherein the photothermal conversion unit is a light scattering unit formed at least at a part of the incident surface other than a portion to which the optical fiber is connected.
前記感熱センサが前記筐体内に埋設され、
前記光熱変換部からの熱が前記筐体を介して前記感熱センサに伝えられる
ことを特徴とする請求項3または4に記載の光デバイス。 A housing for housing the quartz block and the optical fiber;
The thermal sensor is embedded in the housing;
5. The optical device according to claim 3, wherein heat from the light-to-heat conversion unit is transmitted to the thermal sensor through the housing.
ことを特徴とする請求項5に記載の光デバイス。 6. The light according to claim 5, wherein the thermal sensor is disposed at a position overlapping the incident surface or closer to the exit surface than the entrance surface when viewed from a direction perpendicular to a central axis of the optical fiber. device.
前記光ファイバを伝搬する光を出射する光源と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。 The optical device according to any one of claims 1 to 6,
A light source that emits light propagating through the optical fiber;
A laser device comprising:
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