JP2018004834A - 光デバイスおよびレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることを抑制できる光デバイスおよ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。【解決手段】 入射面３５ｂおよび入射面３５ｂに対向する出射面３５ａを有する石英ブロック３５と、入射面３５ｂに接続され、石英ブロック３５に入射する光を伝搬する光出射用コア３１ａと、入射面３５ｂのうち光出射用コア３１ａとの接続部の周囲に接続される少なくとも一つの光検出用コア３２と、光検出用コア３２から出射する光の強度を検出する検出器５０と、を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、光デバイスおよび当該光デバイスを備えるレーザ装置に関する。

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。

ファイバレーザ装置は、発振器から出射される高出力のレーザ光を光ファイバに伝搬させ、光ファイバの出射端に接続される石英ブロックを介してレーザ光を出射する。石英ブロックは、光ファイバから出射するレーザ光のエネルギー密度を下げることを目的として備えられるため、一般的に光ファイバのクラッド径よりも大きな外径を有する。このようなファイバレーザ装置におけるレーザ光の出射端側の構造は、例えば、下記特許文献１に開示されている。以下、石英ブロックのうち光ファイバの出射端が接続される側の面を入射面といい、その反対側の面を出射面ということがある。

特許第５２４３２７３号公報

光ファイバから石英ブロックに入射する光は、石英ブロックの出射面から出射され、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光のうち一部の光は、加工対象物の表面で反射され、さらにその反射された光のうち一部の光は石英ブロックに戻ることがある。このように石英ブロックから出射された後に当該石英ブロックに戻る光を、以下では戻り光という場合がある。また、発振器から出力されて石英ブロックの出射面側に伝搬する光を、以下では信号光という場合がある。

石英ブロックから出射されて加工点に理想的に集光された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、戻り光は上記加工ヘッドで集光され、石英ブロックの入射面側において石英ブロックに接続される光ファイバのコアに再結合する。このように戻り光が光ファイバのコアに再結合する場合は、その戻り光の強さを検知することは容易であるため、安全にレーザ光の出射を止める等の対策が施され、問題が生じることを未然に防ぎ易い。

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。また、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。そのため、戻り光は、石英ブロックの入射面において光ファイバのコアの周囲、例えば、当該光ファイバのクラッドや当該光ファイバが接続される部位の周囲に入射する場合がある。このように、石英ブロックの入射面側において光ファイバのコアの周囲に戻り光が入射すると、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。

そこで本発明は、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることを抑制できる光デバイスおよ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。

本発明の光デバイスは、入射面および前記入射面に対向する出射面を有する石英ブロックと、前記入射面に接続され、前記石英ブロックに入射する光を伝搬する光出射用コアと、前記入射面のうち前記光出射用コアとの接続部の周囲に接続される少なくとも一つの光検出用コアと、前記光検出用コアから出射する光の強度を検出する検出器と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のレーザ装置は、上記光デバイスと、前記光出射用コアを伝搬する光を出射する少なくとも一つの光源と、を備えることを特徴とする。

光出射用コアを伝搬する光は、石英ブロックに入射して石英ブロックの出射面から出射する。出射面から出射する光のうち一部の光は、上記のように石英ブロックに戻ってくる戻り光となる場合がある。上記光デバイスでは、石英ブロックの入射面のうち光出射用コアとの接続部の周囲に光検出用コアが接続されることによって、石英ブロックの入射面のうち光出射用コアとの接続部の周囲に入射する上記の戻り光を光検出用コアに入射させることができる。さらに、光検出用コアから出射する光の強度を検出できる検出器を備えることによって、上記のように光検出用コアに入射する戻り光の強度を間接的に検出することができる。すなわち、石英ブロックの入射面のうちに光出射用コアとの接続部の周囲に入射する戻り光の強度を検出することができる。従って、石英ブロックや光ファイバが戻り光によって過度に加熱される前に対策を施すことができ、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることを抑制することができる。

また、少なくとも前記石英ブロックに接続される部位において、前記光出射用コアおよび前記光検出用コアは、前記光出射用コアおよび前記光検出用コアより屈折率が低いガラス体に囲われて一体となっていることが好ましい。

上記のように光出射用コアと光検出用コアとが一体化されることによって、光検出用コアに直接入射する戻り光以外に光出射用コアと光検出用コアとの間のガラス体に入射する戻り光の一部もガラス体を介して光検出用コアに入射させることができる。従って、石英ブロックの入射面のうち光出射用コアとの接続部の周囲に入射する戻り光を検出し易くなる。また、上記のように光出射用コアと光検出用コアとが一体化されることによって、光出射用コアと光検出用コアとの相対的位置関係を保ちつつ、光出射用コアと光検出用コアとを石英ブロックの所定の位置に接続することが容易になる。

また、前記ガラス体は、前記光出射用コアを囲う高屈折率部と、前記高屈折率部より屈折率が低く、前記高屈折率部を囲う低屈折率部と、を有し、前記光検出用コアが前記低屈折率部に囲われることが好ましい。

上記のように光出射用コアを囲うガラス体が高屈折率部と低屈折率部とを有することによって、光出射用コアから光が漏れたとしても、当該光は高屈折率部から低屈折率部に入射し難い。従って、光検出用コアが低屈折率部に囲われることによって、光出射用コアを伝搬する光が漏れて光検出用コアに入射することを抑制でき、戻り光の誤検出を抑制することができる。

また、前記光検出用コアの内部または端部に反射部が設けられ、前記反射部によって反射される前記光の強度を前記検出器が検出することが好ましい。

このように光検出用コアに反射部が設けられることによって、簡易な構成で光検出用コアから戻り光を出射させて当該戻り光を検出器によって検出することができる。

また、前記光出射用コアおよび前記光検出用コアは、前記石英ブロックに接続される側とは反対側において互いに分離していることが好ましい。

光出射用コアと光検出用コアとが分離されていることによって、光検出用コアを曲げることができ、光検出用コアを伝搬する戻り光を所望の場所に導いて検出器で検出することができる。従って、光デバイスの設計自由度を向上させることができる。

また、前記光検出用コアが複数備えられ、複数の前記光検出用コアは、少なくとも前記石英ブロックに接続される部位において、前記光出射用コアの中心軸を中心とする円上に等間隔に配置されることが好ましい。

このように複数の光検出用コアが備えられることによって、戻り光が光出射用コアに対していずれの方向にずれて入射しても当該戻り光を光検出用コアに入射させ易くなる。

また、前記光検出用コア及び前記検出器がそれぞれ複数備えられ、複数の前記検出器が複数の前記光検出用コアから出射する光の強度を個別に検出することが好ましい。

このように複数の光検出用コアから出射する光の強度が個別に検出されることによって、光出射用コアに対していずれの方向にずれて戻り光が入射しているかを判断しやすい。従って、例えば、加工対象物をどの方向に傾ければ戻り光が石英ブロックに入射し難くなるのかの判断が容易になる。その結果、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが過度に加熱される前に適切な対策を施し易くなり、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることをより抑制し易くなる。

また、前記光検出用コアの直径が前記光出射用コアの直径より大きいことが好ましい。

光出射用コアの直径の大きさは、光出射用コアを伝搬させる信号光の波長等によってある程度制限される。一方、光検出用コアの直径は、大きい程、戻り光を光検出用コアに入射させ易くなる。従って、光検出用コアの直径を光出射用コアの直径より大きくすることによって、戻り光を光検出用コアに入射させ易くなり、光出射用コアからずれた位置に入射する戻り光を検出し易くなる。その結果、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることをより抑制し易くなる。

また、前記光検出用コアの屈折率が前記石英ブロックの屈折率より高いことが好ましい。

光検出用コアの屈折率が石英ブロックの屈折率より高いことによって、光検出用コアと石英ブロックとの界面において戻り光が反射することが抑制され、戻り光を光検出用コアに入射させ易くなる。従って、光出射用コアからずれた位置に入射する戻り光を検出し易くなり、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることをより抑制し易くなる。

以上のように本発明によれば、戻り光によって石英ブロックや光ファイバが加熱されることを抑制できる光デバイスおよび当該光デバイスを備えるレーザ装置が提供される。

本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す概念図である。 図１に示す光デバイスの一部を概略的に示す断面図である。 図２に示す光デバイスのＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面を概略的に示す図である。 図２に示す光デバイスの一部を拡大して示す図である。 出力光に対する加工面の角度と出力光に対する戻り光の割合との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る光デバイスの一部を概略的に示す断面図である。 図６に示す光デバイスのＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面を概略的に示す図である。 他の実施形態に係る光デバイスの一部の断面を概略的に示す図である。

以下、本発明に係る光デバイスおよ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。

（第１実施形態）
＜レーザ装置＞
まず、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置の構成について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置１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。

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、波長が１０５０ｎｍの光とされる。

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。この場合、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。

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る。光コンバイナ２０は、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。また、光ファイバ２１は、例えば、コアの直径が５０μｍから１００μｍ程度のマルチモードファイバとされる。

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の中心軸に沿った断面図である。図３は、図２に示す光デバイス３０のＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面を概略的に示す図であり、光ファイバ３１の中心軸に垂直な断面図である。図４は、図２に示す光デバイス３０の一部を拡大して示す図である。図２から図４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、および検出器５０を主な構成として備える。

光ファイバ３１は、複数のコアを有するマルチコアファイバである。光ファイバ３１は、光ファイバ２１のコアに接続されて光源１０からの信号光を伝搬する光出射用コア３１ａと、光出射用コア３１ａの周囲に配置される複数の光検出用コア３２と、を有する。また、光ファイバ３１は、光出射用コア３１ａおよびそれぞれの光検出用コア３２を囲うクラッド３１ｂと、クラッド３１ｂを被覆する被覆層３１ｃと、を有する。光ファイバ３１の一方の端部では、被覆層３１ｃが剥がされており、クラッド３１ｂが露出している。また、光ファイバ３１のうち被覆層３１ｃが剥がされている側の端面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。

上記のように、光出射用コア３１ａおよびそれぞれの光検出用コア３２は、光出射用コア３１ａおよびそれぞれの光検出用コア３２より屈折率が低いガラス体であるクラッド３１ｂによって囲われている。このため、光出射用コア３１ａおよびそれぞれの光検出用コア３２は、石英ブロック３５に接続される部位においてもガラス体に囲われて一体となっている。

本実施形態では、光検出用コア３２は、合計４つ備えられており、光出射用コア３１ａの中心軸を中心とする円上に等間隔に配置されている。また、本実施形態では、光検出用コア３２の直径は、光出射用コア３１ａの直径より大きくされている。さらに、光検出用コア３２は、内部に反射部３３を有している。反射部３３は、光検出用コア３２を伝搬する光を光ファイバ３１の外側に向けて反射する。このような反射部３３としては、例えば、スラントファイバーブラッググレーティング（Ｓｌａｎｔ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）等があげられる。例えば、光検出用コア３２の中心軸に対して４５度傾いたスラントＦＢＧを反射部３３として光検出用コア３２内に形成することによって、光検出用コア３２を伝搬する光を光検出用コア３２の中心軸に対して９０度の方向に反射させることができる。

石英ブロック３５は、入射面３５ｂおよび入射面３５ｂに対向する出射面３５ａを有し、光ファイバ３１の外径より大きな外径を有する石英から成る柱状体である。柱状体の一方の底面が入射面３５ｂとなり、他方の底面が出射面３５ａとなる。このような石英ブロック３５は、例えば、直径８ｍｍ程度、長さ２３ｍｍ程度の石英から成る円柱状体とされる。入射面３５ｂは光ファイバ３１の端面３１ｆより大きく、光出射用コア３１ａは入射面３５ｂの中央部に融着される。また、光検出用コア３２は、入射面３５ｂのうち光出射用コア３１ａとの接続部の周囲に接続される。

筐体４０は、石英ブロック３５および光ファイバ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、光ファイバ３１の一方の端部が挿入される。また、筐体４０の一方の端部は、石英ブロック３５によって封止されている。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の他方の端部は、スペーサ４５によって封止されている。スペーサ４５は、中心に貫通孔を有しており、当該貫通孔に光ファイバ３１が挿入される。筐体４０の内周面、石英ブロック３５およびスペーサ４５によって形成される空間４２には、光ファイバ３１、石英ブロック３５および筐体４０を冷却する冷媒が満たされていても良い。

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。

検出器５０は、光検出用コア３２から出射する光の強度を検出できる。本実施形態では、検出器５０は筐体４０の内周面に設けられている。また、本実施形態では、検出器５０は、光検出用コア３２と同じ数設けられ、それぞれの光検出用コア３２から出射する光の強度を個別に検出できる位置に設けられる。すなわち、それぞれの検出器５０は、それぞれの光検出用コア３２に設けられる反射部３３によって反射されて光検出用コア３２から出射するが入射する位置に設けられる。このような検出器５０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。

また、検出器５０は図示されていない制御部に接続されており、検出器５０で検出される光は電気信号へと変換され、当該電気信号は制御部に送られる。このようにして、制御部は、検出器５０で検出される光の強度を即時に観察することができる。

次に、本実施形態のレーザ装置１の動作および作用について説明する。

それぞれの光源１０から所定の波長の信号光が出射すると、それぞれの信号光は、光ファイバ１１を伝搬し、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では、石英ブロック３５の入射面３５ｂに光出射用コア３１ａが接続されることによって、光出射用コア３１ａを伝搬する信号光は石英ブロック３５に入射する。このように光出射用コア３１ａから石英ブロック３５に入射する信号光は、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、エネルギー密度が低減され、出射面３５ａから出射する。出射面３５ａから出射される光は、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。このように加工対象物に照射される光は、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、石英ブロック３５から出射される光の一部は、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に戻ることがある。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、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、光出射用コア３１ａに焦点を形成する。このように戻り光が光出射用コア３１ａに再結合する場合は、その戻り光の強さを検知することは容易であるため、安全に光の出射を止める等の対策が施され、問題が生じることを未然に防ぎ易い。

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、戻り光は、石英ブロック３５の入射面３５ｂのうち光出射用コア３１ａが接続される部位の周囲に入射する場合がある。このように光出射用コア３１ａからずれた位置に戻り光が入射すると、光ファイバ３１や石英ブロック３５が加熱される場合がある。

図５は、シミュレーションにより、レーザ光を加工対象物に照射した場合の当該レーザ光に対する加工対象物の表面の角度と当該レーザ光のパワーに対する戻り光のパワーの割合との関係を示すグラフである。ここでは、コア及びコアを囲うクラッドからなる光ファイバと当該光ファイバの出射端に接続される円柱状の石英ブロックとを有するレーザ装置を用いている。なお、石英ブロックの直径は光ファイバの外径より大きく、光ファイバは石英ブロックの入射面の中央に接続される。図５に示すグラフの横軸は、レーザ装置から出射される出力光に対する加工対象物の表面（加工面）の角度［ｄｅｇ］である。加工面角度［ｄｅｇ］がゼロの場合、出力光が加工面に対して垂直に入射していることを意味する。また、縦軸は、レーザ装置から出射される出力光のパワー［Ｗ］に対する戻り光のパワー［Ｗ］の割合である。図５において、丸印はコアおよびクラッドを含む光ファイバ内に入射する戻り光の割合を示しており、三角印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戻り光の割合を示している。

図５に示すように、出力光が加工面に垂直に入射する場合、戻り光は光ファイバに入射し易い。しかし、出力光に対する加工面の角度が大きくなるにつれて、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の周囲に戻り光が入射し易くなることがわかる。また、出力光に対する加工面の角度が更に大きくなるにつれて、光ファイバに入射する戻り光も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戻り光も少なくなる。これは、戻り光が石英ブロックに入射し難くなるためと考えられる。従って、出力光に対する加工面の角度がある程度大きくなることによって、戻り光が石英ブロックに入射し難くなり、戻り光によって光ファイバや石英ブロックが加熱され難くなると考えられる。

ここで、光デバイス３０では、以下に説明するように、戻り光によって光ファイバや石英ブロックが加熱されることを抑制することができる。

光デバイス３０では、石英ブロック３５の入射面３５ｂのうち光出射用コア３１ａとの接続部の周囲に光検出用コア３２が接続されている。よって、石英ブロック３５の入射面３５ｂのうち光出射用コア３１ａとの接続部の周囲に入射する戻り光を光検出用コア３２に入射させることができる。また、光デバイス３０では、光検出用コア３２から出射する光の強度を検出できる検出器５０を備えている。よって、上記のように光検出用コア３２に入射する戻り光の強度を検出器５０によって間接的に検出することができる。本実施形態の光デバイス３０では、光検出用コア３２を伝搬する光が反射部３３によって光ファイバ３１の外側に反射され、光ファイバ３１から漏れた光の強度を検出器５０が検出する。このように、光検出用コア３２に反射部３３が設けられることによって、簡易な構成で光検出用コア３２から戻り光を出射させ、当該戻り光の強度を検出器５０によって検出することができる。

光デバイス３０では、上記のように光検出用コア３２に入射する戻り光の強度を検出器５０によって検出できることによって、戻り光によって石英ブロック３５や光ファイバ３１が過度に加熱される前に対策を施すことができる。その結果、戻り光によって石英ブロック３５や光ファイバ３１が加熱されることを抑制することができる。

上記対策としては、例えば、いずれかの検出器５０で検出される光の強度が予め設定される閾値を超えるときに、検出器５０に接続される制御部によって警報が発せられ、レーザ装置１の使用者に加工面を傾けるよう促すことが考えられる。戻り光が石英ブロック３５に入射し難くなるまで、すなわち検出器５０で検出される光の強度が上記閾値より小さくなるまで加工面を傾けることによって、光ファイバ３１や石英ブロック３５が加熱されることを抑制することができる。また、上記対策の他の例としては、検出器５０で検出される戻り光の強度が上記閾値より低くなるまで加工面の角度を自動で調整することや、検出器５０で検出される戻り光の強度が上記閾値を超えたときに光デバイス３０からの光の出射を安全に止めること等が考えられる。

なお、複数の光検出用コア３２は、上記のように光出射用コア３１ａの中心軸を中心とする円上に等間隔に配置されている。このように複数の光検出用コア３２が備えられることによって、戻り光が光出射用コア３１ａに対していずれの方向にずれて入射しても当該戻り光を光検出用コア３２に入射させ易くなるので、当該戻り光を検出し易くなる。

また、それぞれの検出器５０は、上記のようにそれぞれの光検出用コア３２から出射する光の強度を個別に検出できるように設けられる。よって、いずれの検出器５０で光が検出されているかを判別することによって、いずれの光検出用コア３２に戻り光が入射しているかを特定することができる。従って、例えば、加工面をどの方向に傾ければ戻り光が石英ブロック３５に入射することを抑制できるか判断することができる。従って、戻り光によって石英ブロック３５や光ファイバ３１が過度に加熱される前に適切な対策を施し易く、戻り光によって石英ブロック３５や光ファイバ３１が加熱されることをより抑制し易い。

また、光出射用コア３１ａおよび光検出用コア３２は、石英ブロック３５に接続される部位において、上記のように光出射用コア３１ａおよび光検出用コア３２より屈折率が低いクラッド３１ｂによって一体化されている。これにより、光検出用コア３２に直接入射する戻り光以外に光出射用コア３１ａと光検出用コア３２との間のクラッド３１ｂに入射する戻り光の一部もクラッド３１ｂを介して光検出用コア３２に入射させることができる。従って、石英ブロック３５の入射面３５ｂのうちに光出射用コア３１ａとの接続部の周囲に入射する戻り光を検出し易くなる。また、上記のように光出射用コア３１ａと光検出用コア３２とが一体化されることによって、光出射用コア３１ａと光検出用コア３２との相対的位置関係を保ちつつ、光出射用コア３１ａと光検出用コア３２とを石英ブロック３５の所定の位置に接続することが容易になる。

また、上記のように光検出用コア３２の直径が光出射用コア３１ａの直径より大きくされることによって、光検出用コア３２に入射する戻り光を検出しやすくなる。光出射用コア３１ａの直径の大きさは、光出射用コア３１ａを伝搬させる信号光の波長等によってある程度制限される。一方、光検出用コア３２の直径は、大きい程、戻り光を光検出用コア３２に入射させ易くなる。戻り光を光検出用コア３２に入射させ易くなることによって、光出射用コア３１ａからずれた位置に入射する戻り光を検出し易くなり、戻り光によって石英ブロック３５や光ファイバ３１が加熱されることをより抑制し易くなる。

また、光検出用コア３２の屈折率が石英ブロック３５の屈折率より高くされることによって、光検出用コア３２と石英ブロック３５との界面において戻り光が反射することが抑制され、戻り光を光検出用コア３２に入射させ易くなる。従って、光出射用コア３１ａからずれた位置に入射する戻り光を検出し易くなり、戻り光によって石英ブロック３５や光ファイバ３１が加熱されることをより抑制し易くなる。

以上のように、光デバイス３０は、戻り光によって光ファイバ３１や石英ブロック３５が加熱されることを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６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。

図６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１３０の一部を概略的に示す断面図であり、光ファイバ６３の中心軸に沿った断面図である。図７は、図６に示す光デバイスのＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面を概略的に示す図であり、光ファイバ６３の中心軸に垂直な断面図である。

光デバイス１３０は、光ファイバ３１にかえてバンドルファイバ１３１を備えること以外は、第１実施形態に係る光デバイス３０と同様である。バンドルファイバ１３１は、光ファイバ６３、複数の光ファイバ６４、およびこれらの光ファイバ６３，６４を束ねて一体化するガラス体であるキャピラリ６０を備えている。それぞれの光ファイバ６３，６４は、キャピラリ６０が有する貫通孔に挿入されて融着されることにより、キャピラリ６０と一体化している。

バンドルファイバ１３１では、一方の端部において、光ファイバ６３，６４が上記のようにガラス体によって一体化されている。また、バンドルファイバ１３１は、このように光ファイバ６３，６４が一体化された側の端部が石英ブロック３５に融着されている。このように光ファイバ６３，６４が一体となって石英ブロック３５に融着されることによって、光ファイバ６３と光ファイバ６４との相対的位置関係を保ちつつ、光ファイバ６３，６４の一方の端部を石英ブロック３５の所定の位置に接続することが容易になる。

光ファイバ６３は、光出射用コア３１ａと光出射用コア３１ａを囲うクラッド６１とを有する。また、光ファイバ６３は、スペーサ４５に形成される貫通孔から一方の端部が筐体４０内に挿入されており、上記のように一方の端部が石英ブロック３５に融着されている。従って、光出射用コア３１ａの一方の端部は石英ブロック３５に融着されている。

本実施形態では、光ファイバ６４は合計４つ備えられており、それぞれの光ファイバ６４は、光検出用コア１３２と光検出用コア１３２を囲うクラッド６２とを有する。また、石英ブロック３５側の端部において、光ファイバ６４は、光出射用コア３１ａの中心軸を中心とする円上に等間隔に配置されている。従って、光検出用コア１３２は合計４つ備えられており、石英ブロック３５側の端部において、光検出用コア１３２は光出射用コア３１ａの中心軸を中心とする円上に等間隔に配置されている。

また、光ファイバ６３，６４は、石英ブロック３５に接続される側とは反対側において互いに分離しており、光ファイバ６４のうち石英ブロック３５に接続される側とは反対側の端部は検出器５０に接続されている。すなわち、光検出用コア１３２は、一方の端部が石英ブロック３５に接続され、他方の端部が検出器５０に接続される。これにより、光検出用コア１３２から出射する光を検出器５０に入射させることができる。上記のように光出射用コア３１ａと光検出用コア１３２とが互いに分離されていることによって、光検出用コア１３２を曲げることができ、光検出用コア１３２を伝搬する戻り光を所望の場所に導いて検出器５０で検出することができる。従って、光デバイス１３０の設計自由度を向上させることができる。

なお、本実施形態の光デバイス１３０において、複数の光検出用コア１３２は一つの検出器５０に接続されてもよいが、複数の光検出用コア１３２がそれぞれ異なる検出器５０に接続されることが好ましい。複数の光検出用コア１３２がそれぞれ異なる検出器５０に接続されることによって、いずれの光検出用コア１３２において戻り光が検出されたかを把握しやすくなり、バンドルファイバ１３１や石英ブロック３５が加熱されることを抑制するための対策を適切に施しやすくなる。

また、キャピラリ６０の屈折率は、クラッド６１の屈折率より低いことが好ましい。すなわち、キャピラリ６０とクラッド６１とからなるガラス体のうち、光出射用コア３１ａを囲うクラッド６１が高屈折率部となり、クラッド６１を囲うキャピラリ６０がクラッド６１より屈折率が低い低屈折率部となることが好ましい。このように高屈折率部と低屈折率部とが備えられることによって、光出射用コア３１ａから光が漏れたとしても、当該光は高屈折率部であるクラッド６１から低屈折率部であるキャピラリ６０に入射し難い。従って、光出射用コア３１ａを伝搬する光が漏れて光検出用コア３２に入射することを抑制でき、戻り光の誤検出を抑制することができる。また、同様の観点から、クラッド６２の屈折率は、キャピラリ６０の屈折率より低いことが好ましい。

以上、本発明について、第１および第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、光検出用コア３２，１３２および検出器５０の数は特に限定されない。例えば、光検出用コア３２，１３２は、１つだけ設けられてもよい。ただし、石英ブロック３５側の端部において、光出射用コア３１ａの中心軸を中心とする円上に４つ以上の光検出用コア３２，１３２が等間隔で設けられ、それぞれの光検出用コア３２，１３２を伝搬する光を個別に検出できるように検出器５０が設けられることが好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、光検出用コア３２，１３２が石英ブロック３５に融着される例をあげて説明した。しかし、光検出用コア３２，１３２は、石英ブロック３５の入射面３５ｂからの戻り光が入射できるように石英ブロック３５に光学的に接続されていれば良い。

また、上記第１実施形態では、光検出用コア３２の中心軸に対して４５度傾いたスラントＦＢＧを反射部３３として用いる例をあげて説明した。しかし、反射部３３はこれに限定されず、光検出用コア３２を伝搬する光を光ファイバ３１の外側に反射できるものであれば、特に限定されない。また、反射部３３が形成される部位は光検出用コア３２内に限定されず、光検出用コア３２の端部でも良い。さらに、反射部３３にかえて孔や欠陥が光検出用コア３２に形成されてもよい。光検出用コア３２内に孔や欠陥が形成されることによって、当該に孔や欠陥によって光検出用コア３２を伝搬する光を散乱させ、検出器５０によって当該光を検出することができる。

また、上記第１実施形態では、光出射用コア３１ａおよび光検出用コア３２がクラッド３１ｂに囲われた光ファイバ３１が用いられる例をあげて説明した。しかし、光出射用コア３１ａおよび光検出用コア３２を有するマルチコアファイバは、いわゆるダブルクラッドファイバとされても良い。図８は、他の実施形態に係る光デバイスの一部の断面を概略的に示す図である。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。図８に示す光デバイス２３０は、光ファイバ２３１を備える。光ファイバ２３１では、光出射用コア３１ａを囲うクラッド３１ｂが、光出射用コア３１ａを囲う内側クラッド３１ｂｉと、内側クラッド３１ｂｉを囲う外側クラッド３１ｂｏと、を有する。また、光検出用コア３２は外側クラッド３１ｂｏに囲われている。この場合、内側クラッド３１ｂｉおよび外側クラッド３１ｂｏからなるガラス体において、内側クラッド３１ｂｉが高屈折率部とされ、外側クラッド３１ｂｏが内側クラッド３１ｂｉより屈折率が低い低屈折率部とされることが好ましい。

また、石英ブロックと接続される側の端部において光出射用コアと光検出用コアとを一体化させる方法は、これまでに例示した形態に限定されない。例えば、光出射用コアを囲うクラッドの外周面と光検出用コアを囲うクラッドの外周面とが融着される形態であっても良い。

以上説明したように、本発明によれば、戻り光によって光ファイバや石英ブロックが加熱されることを抑制できる光デバイスが提供され、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。

１・・・レーザ装置
１０・・・光源
２０・・・光コンバイナ
３０，１３０，２３０・・・光デバイス
３１，２３１・・・光ファイバ（マルチコアファイバ）
１３１・・・バンドルファイバ
３１ａ・・・光出射用コア
３１ｂ・・・クラッド
３１ｂｉ・・・内側クラッド（高屈折率部）
３１ｂｏ・・・外側クラッド（低屈折率部）
３１ｃ・・・被覆層
３２，１３２・・・光検出用コア
３３・・・反射部
３５・・・石英ブロック
３５ａ・・・出射面
３５ｂ・・・入射面
４０・・・筐体
５０・・・検出器
６０・・・キャピラリ
６１，６２・・・クラッド
６３，６４・・・光ファイバ

Claims (10)

1. 入射面および前記入射面に対向する出射面を有する石英ブロックと、
   前記入射面に接続され、前記石英ブロックに入射する光を伝搬する光出射用コアと、
   前記入射面のうち前記光出射用コアとの接続部の周囲に接続される少なくとも一つの光検出用コアと、
   前記光検出用コアから出射する光の強度を検出する検出器と、
   を備える
   ことを特徴とする光デバイス。
2. 少なくとも前記石英ブロックに接続される部位において、前記光出射用コアおよび前記光検出用コアは、前記光出射用コアおよび前記光検出用コアより屈折率が低いガラス体に囲われて一体となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記ガラス体は、前記光出射用コアを囲う高屈折率部と、前記高屈折率部より屈折率が低く、前記高屈折率部を囲う低屈折率部と、を有し、
   前記光検出用コアが前記低屈折率部に囲われる
   ことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記光検出用コアの内部または端部に反射部が設けられ、
   前記反射部によって反射される前記光の強度を前記検出器が検出する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光デバイス。
5. 前記光出射用コアおよび前記光検出用コアは、前記石英ブロックに接続される側とは反対側において互いに分離している
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光デバイス。
6. 前記光検出用コアが複数備えられ、
   複数の前記光検出用コアは、少なくとも前記石英ブロックに接続される部位において、前記光出射用コアの中心軸を中心とする円上に等間隔に配置される
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光デバイス。
7. 前記光検出用コア及び前記検出器がそれぞれ複数備えられ、
   複数の前記検出器が複数の前記光検出用コアから出射する光の強度を個別に検出する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光デバイス。
8. 前記光検出用コアの直径が前記光出射用コアの直径より大きい
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光デバイス。
9. 前記光検出用コアの屈折率が前記石英ブロックの屈折率より高い
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光デバイス。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の光デバイスと、
    前記光出射用コアを伝搬する光を出射する少なくとも一つの光源と、
    を備える
    ことを特徴とするレーザ装置。

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