JP2018180449A - 光パワーモニタ装置およびレーザ装置 - Google Patents

光パワーモニタ装置およびレーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018180449A
JP2018180449A JP2017083790A JP2017083790A JP2018180449A JP 2018180449 A JP2018180449 A JP 2018180449A JP 2017083790 A JP2017083790 A JP 2017083790A JP 2017083790 A JP2017083790 A JP 2017083790A JP 2018180449 A JP2018180449 A JP 2018180449A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
laser
output
detection unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017083790A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6564418B2 (ja
Inventor
久忠 町田
Hisatada Machida
久忠 町田
宏 瀧川
Hiroshi Takigawa
宏 瀧川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2017083790A priority Critical patent/JP6564418B2/ja
Priority to US15/950,304 priority patent/US10404032B2/en
Priority to CN201810338100.3A priority patent/CN108736297B/zh
Priority to DE102018205800.8A priority patent/DE102018205800B4/de
Publication of JP2018180449A publication Critical patent/JP2018180449A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6564418B2 publication Critical patent/JP6564418B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/0014—Monitoring arrangements not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4286—Optical modules with optical power monitoring
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0064—Anti-reflection devices, e.g. optical isolaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10069—Memorized or pre-programmed characteristics, e.g. look-up table [LUT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

【課題】光ファイバの途中に設置でき、レーザ出力光は損失が少なく通過でき、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光とを区別して高精度に検出できる信頼性の高い光パワーモニタ装置と、これを備えたレーザ装置を提供すること。
【解決手段】少なくともコア２１、３１とクラッド２２、３２を備えた光ファイバを伝搬する光パワーを検出する光パワーモニタ装置１であって、第１光ファイバ２と、第１光ファイバ２のコア径よりもコア径の大きい第２光ファイバ３と、第１光ファイバ２と第２光ファイバ３の端面同士を結合した結合部４と、第１光ファイバ２から外側に光が漏れ出す第１漏洩部２３と、第２光ファイバ３から外側に光が漏れ出す第２漏洩部３３と、第１漏洩部２３から漏れ出した光パワーを検出する第１光検出部５と、第２漏洩部３３から漏れ出した光パワーを検出する第２光検出部６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を伝搬する光ファイバの途中に設置して、レーザ発振器から出力された光は少ない損失で通過でき、出力方向とは反対方向に伝搬する反射光に対しては、レーザ発振器等に与えるダメージの影響が異なるコアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光とをそれぞれ区別して検出できる光パワーモニタ装置、および、このような光パワーモニタ装置を備え、反射光を高精度に検出してレーザ光出力の制御に適確にフィードバックでき、高いレーザ加工性能を維持しながら反射光による損傷も受けにくい、高性能で信頼性の高いレーザ装置に関する。
レーザ発振器からのレーザ出力光を、光ファイバを伝搬させて、光ファイバに接続された加工ヘッド等のレーザ光出射端まで導き、レーザ加工対象物(ワーク)にレーザ光を照射すると、ワーク表面で反射したレーザ光の反射光が光ファイバのレーザ光出射端に戻り、光ファイバ内をレーザ出力光とは反対方向に伝搬してレーザ発振器の方に戻ってくる。その反射光のパワーが大きいと、光ファイバやレーザ発振器にダメージを与えることがあるため、反射光のパワーを検出することが行われている。このとき、光ファイバのクラッドを伝搬してきた反射光は、光ファイバの保護被覆の温度上昇や焼損等を引き起こすのに対して、光ファイバのコアを伝搬してきた反射光は、レーザ発振器まで戻ってレーザ発振器等にダメージを与える等、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光は影響の仕方が異なる。このため、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光のパワーをそれぞれ区別して検出することが必要である。しかし、レーザ発振器とレーザ光出射端との間を接続する光ファイバの途中に設置できる光パワーモニタ装置においては、特にコアを伝搬してくる反射光の検出を高精度に行うことは困難であった。なお、レーザ発振器とレーザ光出射端との間を接続する光ファイバの途中に設置できる光パワーモニタ装置でないと、反射光によって損傷を受けるレーザ発振器よりも手前で反射光を検出できないため、レーザ発振器の損傷を充分に防止することができないという問題がある。
従来、光ファイバを伝搬する光パワーを検出するため、光ファイバの保護被覆を取り除き、そこから漏れ出してくる光を検出することはごく一般に行われている。しかし、光ファイバのコアを伝搬してくる光の漏れ出し量は一般に少なく、そのため、コアを伝搬してくる反射光を高精度に検出することは困難であり、種々の工夫がなされてきた。
例えば、特許文献１には、コア同士を軸ずれ状態で融着した軸ずれ融着ファイバの融着位置におけるコアからの漏れ光をファイバの外に出射させることにより、コアを伝搬してきた光パワーを受光する光パワーモニタ装置が開示されている。しかし、この場合、コアを伝搬してきたどちらの方向の光に対してもコアからクラッドに同程度漏洩するため、光ファイバを伝搬する光パワーの小さい通信用等には使用できても、光ファイバを伝搬する光パワーが桁違いに大きいレーザ加工用の光ファイバの場合、コアを伝搬する反射光だけでなく、コアを伝搬するレーザ出力光が漏洩する割合も大きくなり、レーザ出力光の損失が増加するだけでなく、漏れ光によって漏洩部や光ファイバの保護被覆等の温度が上昇し過ぎるという問題がある。逆に軸ずれを小さくする等の方法により、融着位置のコアからの漏れる光パワーの割合を小さくすれば、レーザ出力光と逆方向にコアを伝搬する反射光が漏れる割合も小さくなり、コアを伝搬する反射光の漏れ光パワーを精度良く検出することが困難になる。また、クラッドを伝搬してきた反射光とコアを伝搬してきた反射光とを区別して検出することも困難である。
また、特許文献２には、光ファイバの途中にコアの屈折率が異なる漏洩用光ファイバを接続して、光ファイバの接続部から漏洩する光を検知する光検知器が開示されている。しかし、やはりコアを伝搬するどちらの方向の光に対してもコアからクラッドへ同程度の割合で漏洩するため、特許文献１に記載の技術と同様の問題がある。
特許文献３には、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部および第２光ファイバの接続部から所定範囲の領域を、屈折率が第２光ファイバのクラッドの屈折率よりも小さい低屈折率樹脂層で覆うと共に、低屈折率樹脂層で覆われた範囲以外を、屈折率が第２光ファイバのクラッドの屈折率以上である高屈折率樹脂層で覆い、高屈折率樹脂層を通過してくる光を検出する光検出手段を備えた光パワーモニタ装置が開示されている。低屈折率樹脂層で覆うことにより、接続部から離れた位置に設置した光検出手段でも接続部から漏れ出した光を高感度に検出でき、光検出手段を接続部から離すことによって、接続部で漏れ出して保護被覆等で反射した散乱光の影響を低減でき、反射光パワーと出力光パワーを正確に測定できるとしている。しかし、接続点においてはコアを伝搬するどちら方向の光に対してもコアからクラッドへ同程度の割合で漏洩するという問題に対する解決策は示しておらず、クラッドを伝搬してきた反射光とコアを伝搬してきた反射光を区別して検出する技術も開示していない。
特許文献４には、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続点よりも出力光の出力側に配置された第１光検出部と、接続点よりも出力光の入力側に配置され、接続点で漏れ出した反射光を検出する第２光検出部を備えた光パワーモニタ装置と、反射光が生じない状況下で光パワーモニタ装置から予め得られた検出結果を用い、第２光検出部の検出結果から出力光の影響を排除した反射光パワーを算出するための演算を行う演算部とを備えたファイバレーザ装置が開示されている。しかし、やはり、接続点においてはコアを伝搬するどちら方向の光に対してもコアからクラッドへ同程度の割合で漏洩するという問題に対する解決策は示しておらず、クラッドを伝搬してきた反射光とコアを伝搬してきた反射光を区別して検出する技術も開示していない。
また、特許文献５では、光ファイバ内の光の進行方向に、クラッド光除去部、コアを伝搬する光の一部をコアからクラッドに漏洩させる漏洩部、クラッドから漏出した漏れ光を受光する受光部の順に備えた光パワーモニタ装置を開示しており、具体的な漏洩部として、光ファイバが曲線状に湾曲した湾曲部を開示している。漏洩部の前にクラッド光除去部を設けることで、コアを伝搬してきた光を、クラッドを伝搬してきた光と区別して検出できるようになる。しかし、このような漏洩部は、上記のような光ファイバの接続部による漏洩部と同様に、コア内を伝搬するどちら方向の光に対しても同程度の割合で漏洩するので、レーザ出力光が漏れ出し過ぎないように伝搬する光パワーに対して、コアからクラッドに漏れ出す漏れ光パワーの割合（比率）を小さく抑える必要があるので、レーザ出力光と反対方向にコアを伝搬する反射光の漏れ光パワーも小さくならざるを得ず、コアを伝搬する反射光を高精度に検出することが困難であるという問題は解決できていない。
特開２００５−１４８１８０号公報 特開２０１４−２１１５１６号公報 特開２０１５−１５９１９５号公報 特開２０１６−７６５９８号公報 特開２０１７−２１０９９号公報
前述のように、レーザ発振器からのレーザ出力光を、光ファイバを伝搬させて、光ファイバ端に接続された加工ヘッド等のレーザ光出射端まで導き、ワークにレーザ光を照射するレーザ装置においては、ワーク表面で反射して光ファイバ内をレーザ出力光とは反対方向に伝搬してくる反射光のパワーが大きいと、光ファイバやレーザ発振器等に損傷を与える可能性がある。クラッドを伝搬してきた反射光は光ファイバの保護被覆の温度上昇や焼損等を引き起こすのに対して、コアを伝搬してきた反射光はレーザ発振器まで戻ってレーザ発振器等にダメージを与える等、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光とでは影響の仕方が異なる。従って、コアを伝搬してきた反射光のパワーとクラッドを伝搬してきた反射光のパワーとをそれぞれ区別して、高精度あるいは高感度に検出できる光パワーモニタ装置が必要とされている。
同時に、レーザ出力光に対しては光パワーモニタ装置を通過することによる損失は小さく抑えられ、十数ｋＷ級のレーザ出力光パワーに対しても充分な信頼性が確保できる光パワーモニタ装置であることも必須条件である。また、レーザ発振器にまで反射光が伝搬して損傷を与えないように、レーザ発振器よりレーザ光出射端側の光ファイバの途中に設置して反射光のパワーを検出できる光パワーモニタ装置であることが望ましい。更に、反射光だけでなく、反射光がない状態においては、レーザ出力光を高精度に検出できる光パワーモニタ装置であることも望ましい。更には、当然のことであるが、構造が簡単で低コストで振動等への耐環境性が高い光パワーモニタ装置であることも望ましい。
従って、本発明は、光パワーの大きいレーザ出力光が伝搬する光ファイバの途中にも設置できる光パワーモニタ装置であり、光ファイバのコアを伝搬してくるレーザ出力光は損失が少なく通過でき、光ファイバをレーザ出力光の伝搬方向とは逆方向に伝搬してくる反射光については、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光とを区別して高精度（高感度）に検出できる信頼性の高い光パワーモニタ装置とすることが第一の課題である。
また、本発明は、レーザ発振器からのレーザ出力光を、光ファイバ内を伝搬させて、レーザ光出射端まで導くレーザ装置において、上記の光パワーモニタ装置を備えることによって、高出力が可能であり、レーザ発振器からのレーザ出力光が低損失で出射できると共に、レーザ加工中にコアを伝搬してくる反射光のパワーとクラッドを伝搬してくる反射光のパワーとを区別して高精度にモニタでき、モニタ結果をレーザ光出力の制御に適確にフィードバックして、高いレーザ加工性能を維持しながら、反射光による損傷も受けにくい高性能でかつ信頼性が高いレーザ装置とすることが第二の課題である。
以上のように、本発明の目的は、光ファイバの途中に設置でき、レーザ出力光は損失が少なく通過でき、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光とを区別して高精度に検出できる信頼性の高い光パワーモニタ装置を提供することにあり、更に、光パワーモニタ結果をレーザ光出力の制御に適確にフィードバックして、高いレーザ加工性能を維持しながら反射光による損傷も受けにくい高性能でかつ信頼性が高いレーザ装置を提供することにある。
（１） 本発明に係る光パワーモニタ装置は、少なくともコア（例えば後述するコア２１、３１）とクラッド（例えば後述するクラッド２２、３２）を備えた光ファイバを伝搬する光パワーを検出する光パワーモニタ装置（例えば後述する光パワーモニタ装置１）であって、第１光ファイバ（例えば後述する第１光ファイバ２）と、前記第１光ファイバのコア径よりもコア径の大きい第２光ファイバ（例えば後述する第２光ファイバ３）と、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの端面同士を結合した結合部（例えば後述する結合部４）と、前記第１光ファイバから外側に光が漏れ出す第１漏洩部（例えば後述する第１漏洩部２３）と、前記第２光ファイバから外側に光が漏れ出す第２漏洩部（例えば後述する第２漏洩部３３）と、前記第１漏洩部から漏れ出した光パワーを検出する第１光検出部（例えば後述する第１光検出部５）と、前記第２漏洩部から漏れ出した光パワーを検出する第２光検出部（例えば後述する第２光検出部６）と、を備える。
（２） （１）に記載の光パワーモニタ装置は、前記第１漏洩部と前記第２漏洩部が、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの保護被覆を除去して前記クラッドの表面を露出させた保護被覆除去部（例えば後述する保護被覆除去部２５、３５）を備えていてよい。
（３） （２）に記載の光パワーモニタ装置は、前記第１光検出部と前記第２光検出部のそれぞれの受光面が、前記保護被覆除去部に対向する位置に設けられていてよい。
（４） （２）または（３）に記載の光パワーモニタ装置は、前記保護被覆除去部から露出するクラッドの表面の少なくとも一部に、クラッドを伝搬する光を該クラッドの外側に逃がすためのクラッド光除去処理が施されていてよい。
（５） （１）から（４）のいずれか１つに記載の光パワーモニタ装置において、前記第１漏洩部と前記第２漏洩部のうちの少なくとも一方は、湾曲部（例えば後述する湾曲部２６）を備えていてよい。
（６） （１）から（５）のいずれか１つに記載の光パワーモニタ装置において、前記第１光検出部と前記第２光検出部のうちの少なくとも一方は、複数の光検出部から構成されていてよい。
（７） （６）に記載の光パワーモニタ装置において、前記複数の光検出部は、波長感度の異なる光検出部から構成されていてよい。
（８） （１）から（７）のいずれか１つに記載の光パワーモニタ装置において、前記第１光検出部と前記第２光検出部のうちの少なくとも一方は、フォトダイオードであってよい。
（９） （１）から（８）のいずれか１つに記載の光パワーモニタ装置は、更に放熱部材（例えば後述する放熱部材７）を備え、前記第１光ファイバ、前記第２光ファイバ、前記結合部、前記第１漏洩部、前記第２漏洩部、前記第１光検出部、前記第２光検出部のうちの少なくとも１つ以上が、前記放熱部材と熱的に接続していてよい。
（１０） （１）から（９）のいずれか１つに記載の光パワーモニタ装置は、更に１つ以上の温度検出部（例えば後述する温度検出部８）を備え、前記第１光検出部と前記第２光検出部のうちの少なくとも一方が、前記温度検出部と熱的に接続していてよい。
（１１） 本発明に係るレーザ装置（例えば後述するレーザ装置１００）は、（１）から（１０）のいずれか１つに記載の光パワーモニタ装置と、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力光をレーザ光出射端に向けて伝搬する出力用光ファイバ（例えば後述する出力用光ファイバ１０２）と、前記レーザ発振器に駆動電力を供給するレーザ電源（例えば後述するレーザ電源１０３）と、前記光パワーモニタ装置の前記第１光検出部および前記第２光検出部から出力される検出信号を受取り、前記レーザ電源に対して前記レーザ発振器への駆動電力の供給を指令する出力指令値を出力する制御部（例えば後述する制御部１０４）と、を備え、前記光パワーモニタ装置は、前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力光が、前記第１光ファイバから前記第２光ファイバの方向に伝搬するように、前記出力用光ファイバの途中に設置されている。
（１２） （１１）に記載のレーザ装置（例えば後述するレーザ装置２００）は、更に記録部（例えば後述する記録部１０７）と算出部（例えば後述する算出部１０８）とを備え、前記記録部は、レーザ加工対象であるワークからの反射光が無い状態における、前記制御部からの出力指令値に対する前記第１光検出部による検出値の関係を表す第１検出特性と、前記制御部からの出力指令値に対する前記第２光検出部による検出値の関係を表す第２検出特性を予め記録し、前記算出部は、レーザ加工時における、前記制御部からの出力指令値に対する前記第１光検出部による検出値と前記第１検出特性から第１反射光パワーと、前記制御部からの出力指令値に対する前記第２光検出部による検出値と前記第２検出特性から第２反射光パワーとを算出し、前記制御部は、前記算出部によって算出された前記第１反射光パワーと前記第２反射光パワーに対して、それぞれ個別に少なくとも１つ以上の閾値が設定され、前記閾値を越えた場合に、光出力の遮断を指令するか、あるいは出力指令値を所定の基準に沿って変更するように動作するものであってよい。
（１３） （１１）または（１２）に記載のレーザ装置は、前記レーザ発振器を複数備え、前記複数のレーザ発振器からそれぞれ出力された複数のレーザ出力光を光学的に結合させるビームコンバイナ（例えば後述するビームコンバイナ１０９）を備え、前記光パワーモニタ装置は、前記ビームコンバイナからレーザ出射端に向けて出力されたレーザ出力光が、前記第１光ファイバから第２光ファイバの方向に伝搬するように、前記出力用光ファイバの途中に設置されていてよい。
本発明に係る光パワーモニタ装置によれば、光ファイバの途中に設置でき、レーザ出力光は損失が少なく通過でき、コアを伝搬してきた反射光とクラッドを伝搬してきた反射光とを区別して高精度に検出できる信頼性の高い光パワーモニタ装置を提供することができる。
また、本発明に係るレーザ装置によれば、光パワーモニタ結果をレーザ光出力の制御に適確にフィードバックして、高いレーザ加工性能を維持しながら反射光による損傷も受けにくい高性能でかつ信頼性が高いレーザ装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 図１に対して、第１光ファイバから第２光ファイバの方向にコアを伝搬してきた光を点線で例示的に書き加えた図である。 図１に対して、第２光ファイバから第１光ファイバの方向にコアを伝搬してきた光を点線で例示的に書き加えた図である。 図１に対して、第２光ファイバから第１光ファイバの方向にクラッドを伝搬してきた光を点線で例示的に書き加えた図である。 本発明の他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の一部分の概念的な構成を示すブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 ファイバレーザにおける誘導ラマン散乱によるストークス光を説明する規格化光強度と波長との関係を示すグラフである。 本発明の更に他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 光パワーモニタ装置を出力用光ファイバの途中に設置した場合に、光パワーモニタ装置の第１光ファイバおよび第２光ファイバを伝搬するレーザ出力光と反射光の様子を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。 図１３に示したレーザ装置の動作の一例を表すフローチャートである。 図１３に示したレーザ装置の動作の一例を表すフローチャートである。 光検出部の検出値とレーザ電源に対して出力される出力指令値Ｐcとの関係を示すグラフである。 図１３に示したレーザ装置の動作の変形例を表すフローチャートである。 図１３に示したレーザ装置の動作の変形例を表すフローチャートである。 本発明の更に他の実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
以下、本発明に係る光パワーモニタ装置およびレーザ装置の実施形態について、図面を参照して説明する。各図面において、同じ部材には同じ参照符号を付している。また、異なる図面において、同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。なお、これらの図面は見易くするために、縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の一実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図である。光ファイバ部分については模式的な断面図で示している。
光パワーモニタ装置１は、少なくともコア２１、３１とその外周を覆うクラッド２２、３２とをそれぞれ備えた第１光ファイバ２と第２光ファイバ３とを備えている。第１光ファイバ２と第２光ファイバ３の端面同士は結合され、結合部４を形成している。また、第１光ファイバ２は、結合部４の近傍に、第１光ファイバ２のクラッド２２の外側に光が漏れ出す第１漏洩部２３を有し、第２光ファイバ３は、結合部４の近傍に、第２光ファイバ３のクラッド３２の外側に光が漏れ出す第２漏洩部３３を有している。第１漏洩部２３には、この第１漏洩部２３から漏れ出した光パワーを受光して検出し、その検出結果を出力する第１光検出部５が配置され、第２漏洩部３３には、この第２漏洩部３３から漏れ出した光パワーを受光して検出し、その検出結果を出力する第２光検出部６が配置されている。これら各部の全体は、外部へのレーザ光の漏洩を防ぐため、あるいは、外部からの光の入射を遮るために、ケース内に収容しても良い。
第２光ファイバ３のコア径は、第１光ファイバ２のコア径よりも大きい。このため、結合部４において、第１光ファイバ２のクラッド２２の端面のうちの少なくとも内周側の一部は、第２光ファイバ３のコア３１の端面と接して結合している。第１光ファイバ２のコア径に対する第２光ファイバ３のコア径の大きさの範囲は、数倍から十数倍程度の範囲であって良いが、この範囲に限定するものではない。また、第１光ファイバ２の外径と第２光ファイバ３の外径は、図示するように略同じであって良いが、略同じ外径であることに限定するものではない。但し、第２光ファイバ３のコア径は、第１光ファイバ２のクラッド２２の外径よりも小さい。このため、結合部４において、第２光ファイバ３のクラッド３２の端面のうちの少なくとも内周側の一部は、第１光ファイバ２のクラッド２２の端面と接して結合している。
なお、結合部４は、第１光ファイバ２と第２光ファイバ３の端面同士を突き合わせて結合したものであっても良いが、結合部４における光の伝搬損失を抑える観点から、第１光ファイバ２と第２光ファイバ３の端面同士を融着して結合したものであることが好ましい。
次に、かかる光パワーモニタ装置１において、第１光ファイバ２および第２光ファイバ３を光が伝搬する様子について図２から図４を用いて説明する。まず、図２は、図１に対して、第１光ファイバ２のコア２１を第２光ファイバ３の方向に伝搬してきた光を点線で例示的に書き加えた図である。
図２に示したように、第１光ファイバ２のコア２１を第２光ファイバ３の方向に伝搬してきた光は、結合部４ではコア径が大きくなるだけなので、光は第１光ファイバ２のコア２１から第２光ファイバ３のコア３１に伝搬し、結合部４を通過する際に第１光ファイバ２のコア２１から第２光ファイバ３のクラッド３２に漏れ出す光パワーの割合は小さい。従って、第１光ファイバ２のコア２１から第２光ファイバ３の方向に伝搬してきた光は、結合部４での光パワーの損失も少なく、コア２１、３１を伝搬して光パワーモニタ装置１を通過できる。これにより、例えば、第１光ファイバ２のコア２１を第２光ファイバ３の方向に伝搬してきた光がレーザ装置からのレーザ出力光であった場合、レーザ出力光は光パワーモニタ装置１を低損失で通過できることになる。
一方、図３は、図１に対して、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光を点線で例示的に書き加えた図である。図３において、白抜きの矢印は、第１漏洩部２３から第１光ファイバ２の外側に漏れ出して第１光検出部５に入射する光を模式的に表している。
図３に示したように、第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光は、結合部４ではコア径が小さくなるので、結合部４で第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出す光パワーの割合がかなり大きくなる。結合部４で第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出した光は、第１光ファイバ２のクラッド２２を伝搬して、更に第１漏洩部２３からクラッド２２の外側に漏れ出して第１光検出部５で検出される。結合部４で第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出す光パワーの割合はかなり大きいので、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光を第１光検出部５で高精度に検出できる。
更に、図４は、図１に対して、第２光ファイバ３のクラッド３２を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光を点線で例示的に書き加えた図である。図４において、白抜きの矢印は、第１漏洩部２３から第１光ファイバ２の外側に漏れ出して第１光検出部５に入射する光と、第２漏洩部３３から第２光ファイバ３の外側に漏れ出して第２光検出部６に入射する光を模式的に表している。
図４に示したように、第２光ファイバ３のクラッド３２を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光は、第２光ファイバ３の第２漏洩部３３において容易にクラッド３２から第２光ファイバ３の外側に漏れ出し、第２光検出部６によって高精度に検出される。第２漏洩部３３の位置では、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光は、未だ殆どコア３１からクラッド３２の方に漏れ出していないので、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光は、第２漏洩部３３からは殆ど漏れ出さない。従って、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬した光は、第２光検出部６では殆ど検出されない。
一方、第２光ファイバ３のクラッド３２を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光の一部は、第１光ファイバ２のクラッド２２を伝搬して第１漏洩部２３からクラッド２２の外側に漏れ出し、第１光検出部５でも検出され得るが、前述のように、第２光検出部６では、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光は殆ど検出されないので、第１光検出部５の検出結果に含まれる第２光ファイバ３のクラッド３２から第１光ファイバ２のクラッド２２を伝搬してきた光の寄与分が無視できない程ある場合でも、その寄与分は容易に算出でき、その影響を取り除くことができる。
従って、この光パワーモニタ装置１によれば、第２光ファイバ３のコア３１を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光パワーと、第２光ファイバ３のクラッド３２を第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光パワーとを区別して共に高精度に検出することができる。これにより、例えば、第２光ファイバ３から第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光が、レーザ装置からのレーザ出力光とは逆方向に伝搬するワーク等からの反射光であった場合、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光の光パワーとクラッド３２を伝搬してきた反射光の光パワーとを区別して高精度に検出できることになる。
なお、第１光ファイバ２および第２光ファイバ３は、図１から図４に示したように、それぞれの外周面に、第１光ファイバ２および第２光ファイバ３内を伝搬する光を全く透過しないまたは殆ど透過しない保護被覆２４、３４を有している。第１漏洩部２３と第２漏洩部３３の具体的構成は、この保護被覆２４、３４の外側に光を漏洩させることができるものであれば特に限定されない。例えば、第１漏洩部２３と第２漏洩部３３に相当する保護被覆２４、３４のそれぞれの部位に、光が透過可能な樹脂等で形成した部位を備えることもできるが、第１漏洩部２３と第２漏洩部３３は、これら第１漏洩部２３と第２漏洩部３３に相当する保護被覆２４、３４の部位を除去して、それぞれのクラッド２２、３２の表面を露出させた保護被覆除去部２５、３５を備えることが好ましい。これにより、クラッド２２、３２に漏れ出してきた光を、第１光検出部５や第２光検出部６で検出できるように、第１光ファイバ２および第２光ファイバ３の外側に更に漏れ出し易いようにする効果が容易に得られる。また、クラッド２２、３２に漏れ出してきた光がレーザ装置からのレーザ出力光とは逆方向に伝搬するワークからの反射光であった場合、クラッド２２、３２に漏れ出してきた光で保護被覆２４、３４が過熱して焼損する等の障害の発生を防ぐことができる。この場合、結合部４を含む所定領域も、例えば結合部４でクラッド２２、３２に漏れ出した光等によって、保護被覆２４、３４が過熱して焼損する等の障害の発生を防ぐために、図１から図４に示したように、保護被覆２４、３４を除去することによって保護被覆除去部を設けることが好ましい。
図１から図４に示したように、保護被覆除去部２５、３５を備えた第１漏洩部２３および第２漏洩部３３を構成した場合、第１光検出部５と第２光検出部６のそれぞれの受光面は、保護被覆除去部２５、３５に対向する位置に設けることが好ましい。これによって、第１光検出部５と第２光検出部６が保護被覆除去部２５、３５から漏れ出してくる光を効率的に検出できる。このとき、保護被覆除去部２５、３５から漏れ出してくる光を第１光検出部５や第２光検出部６の受光面に効率的に集光あるいは導光するために、図示しないが、保護被覆除去部２５と第１光検出部５との間あるいは保護被覆除去部３５と第２光検出部６との間に、集光あるいは導光のための光学部品を配置しても良い。集光あるいは導光のための光学部品は、第１光検出部５や第２光検出部６の受光面を構成する透過窓を兼ねていても良い。
保護被覆２４、３４を除去した保護被覆除去部は、第１光ファイバ２および第２光ファイバ３から漏れ出した光を第１光検出部５および第２光検出部６によってそれぞれ検出できるように、少なくともこれら第１光検出部５および第２光検出部６が配置される保護被覆２４、３４の部位に備えられていれば良いが、図１から図４に示した保護被覆除去部２５、３５は、第１光ファイバ２と第２光ファイバ３の保護被覆２４、３４を全周に亘って除去している。この場合、図示しないが、これら保護被覆除去部２５、３５を挟んで、第１光検出部５や第２光検出部６を設置した側と反対側に鏡面反射部材を配置するようにしても良い。これにより、保護被覆除去部２５、３５から第１光検出部５や第２光検出部６の反対側に漏れ出した光を、第１光検出部５や第２光検出部６の受光面に効率的に入射させることができ、第１光検出部５や第２光検出部６によってより高精度な検出を行うことができる。このような鏡面反射部材の鏡面は、保護被覆除去部２５、３５から漏れ出した光を第１光検出部５や第２光検出部６の受光面に更に効率的に集光できるように、曲面状の鏡面であっても良い。
保護被覆除去部２５、３５から露出するクラッド２２、３２の表面の少なくとも一部には、図示しないが、クラッド２２、３２を伝搬する光を該クラッド２２、３２の外側に効果的に逃がすためのクラッド光除去処理を施すことも好ましい。クラッド光除去処理を施すことによって、クラッド２２、３２を伝搬している光が光ファイバの外側に漏れ出し易くなり、クラッド２２、３２を伝搬している光の検出精度が向上する。また、クラッド２２、３２を伝搬する光が保護被覆２４、３４の過熱による焼損等を引き起こす可能性がある光である場合、光ファイバ外に逃げ易くして、保護被覆２４、３４の損傷を防ぐ効果もある。
具体的なクラッド光除去処理としては、クラッド２２、３２の外側の表面を少し荒れた状態に粗面加工する方法、クラッド２２、３２の外側の表面に微細なパターンを形成する方法等の他に、クラッド２２、３２の外側の表面に漏れ出した光が透過する、クラッド２２、３２よりも高屈折率の樹脂等を塗布する等の方法を採用することができる。
図５は、本発明の他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の一部分の概念的な構成を示すブロック図であり、光ファイバ部分については模式的な断面図で示している。図５において、白抜きの矢印は、第１漏洩部２３から漏れ出して第１光検出部５に入射する光を模式的に表している。
前述した第１漏洩部２３と第２漏洩部３３のうちの少なくとも一方は、湾曲部を備えていることも好ましい。図５は、第１漏洩部２３と第２漏洩部３３のうちの第１漏洩部２３が湾曲部２６を備えている場合の光パワーモニタ装置の関連部分を示している。湾曲部２６を備えることによって、前述のようなクラッド光除去処理をクラッド２２の表面に施さなくても、クラッド２２内を伝搬する光が外部に漏洩し易くなり、第１光検出部５による検出精度が向上する。もちろん、湾曲部２６に更にクラッド光除去処理を施しても良い。このような湾曲部は第２漏洩部３３にも同様に備えることができる。
図５に示した湾曲部２６は、第１光ファイバ２を、第１漏洩部２３を中心にして円弧状に約１８０°湾曲させることによって形成しているが、これに限定されない。湾曲部は、第１漏洩部２３や第２漏洩部３３の部位で光ファイバが曲線状に湾曲した部位を有するものであれば良い。従って、例えば、図示しないが、第１漏洩部２３や第２漏洩部３３の全体を円形となるように湾曲させることによって湾曲部を形成しても良い。
なお、湾曲部を備える場合、光検出部は、図５に示した第１光検出部５と第１光ファイバ２の湾曲部２６との配置関係のように、クラッド２２、３２から漏れ出した光をより効果的に検出できるように、湾曲した部位の少なくとも凸側（外周側）に配置することが好ましい。
その他、図示しないが、第１漏洩部２３や第２漏洩部３３における光ファイバの外側への漏れ光を増やすために、図示しないが、第１漏洩部２３や第２漏洩部３３に光ファイバと光ファイバの端面同士を融着等によって結合した第２の結合部を、結合部４とは別に設けても良い。第２の結合部については、必ずしもコア径の異なる光ファイバを結合した結合部でなくても良い。
図６は、本発明の更に他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図であり、光ファイバ部分については模式的な断面図で示している。図６において、白抜きの矢印は、第１漏洩部２３、第２漏洩部３３から漏れ出して第１光検出部５、第２光検出部６に入射する光を模式的に表している。
この光パワーモニタ装置１は、第１光検出部５と第２光検出部６をそれぞれ複数の光検出部で構成している。第１光検出部５や第２光検出部６を複数の光検出部で構成すると、光検出部の劣化や故障によって生じる不正確な検出結果や、不正確な検出結果に基づく不適切な光出力制御による様々な不具合を回避でき、検出結果の信頼性向上を図ることができる。なお、複数の光検出部で構成する場合、検出結果の信頼性をより向上させる観点からは、図６に示したように、第１光検出部５と第２光検出部６の両方をそれぞれ複数の光検出部で構成した方が好ましいが、第１光検出部５と第２光検出部６のうちのいずれか一方のみを複数の光検出部で構成するだけでも良い。
図６に示した第１漏洩部２３および第２漏洩部３３は、第１光ファイバ２と第２光ファイバ３の全周に亘る保護被覆除去部２５、３５を備えたものであり、光ファイバを挟んでそれぞれ２つずつの第１光検出部５、第２光検出部６が対向するように配置されているが、全周に亘る保護被覆除去部２５、３５を備える場合、例えば、図示しないが、１つの漏洩部当たり３つ以上の光検出部を、光ファイバを中心として周方向に配置するようにしても良い。光ファイバからの漏れ光は、光ファイバを中心として必ずしも等方的に出射されている訳ではないので、光ファイバを中心として周方向に複数の光検出部を配置することにより、漏れ光の検出精度が向上するという効果が得られる。但し、複数の光検出部の配置は、このような光ファイバを中心とした周方向に限定されるものではなく、光ファイバの軸方向に沿って並べて配置しても良いし、周方向の配置と軸方向の配置とを組み合わせても良い。
１つの漏洩部当たり複数の光検出部を配置する場合、その複数の光検出部は、波長感度の異なる光検出部から構成されていることも好ましい。例えば図６に示したように、１つの漏洩部に２つの光検出部（第１漏洩部２３の第１光検出部５、５または第２漏洩部３３の第２光検出部６、６）を配置した場合、それら２つの光検出部の間（第１光検出部５と５の間または第２光検出部６と６の間）で波長感度が互いに異なるようにして、複数の光検出部のうちに波長感度の異なる光検出部が含まれるようにする。
波長感度を異ならせるには、例えば、光学的なバンドパスフィルタやローパスフィルタ、ハイパスフィルタ等を使用することができる。これにより、特定の波長範囲の光だけを高感度で検出できるようになり、例えば、図７に示したファイバレーザにおける誘導ラマン散乱によるストークス光のように、波長がシフトしたために、ファイバレーザにおけるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）で反射されず、励起用半導体レーザまで戻って、励起用半導体レーザに損傷を与える等、ファイバレーザのレーザ出力光の反射光以上に有害な光等をレーザ出力光や通常の反射光とは区別して検出することができ、より適切な光出力制御が可能になる。
なお、第１光検出部５と第２光検出部６の具体的構成は、第１漏洩部２３、第２漏洩部３３から漏れ出した光を受光して検出し、その検出結果を出力可能な構成であれば特に限定されないが、第１光検出部５と第２光検出部６のうちの少なくとも一方はフォトダイオードであることが好ましい。フォトダイオードは、光を熱に変換して検出するタイプの光検出部に比べて光応答速度が速い。光応答速度が速いと反射光パワーの変化を高速に検出できるので、光出力の制御に高速にフィードバックできる。従って、反射光がレーザ装置からのレーザ出力光とは逆方向に伝搬するワークからの反射光であった場合、レーザ発振器や光ファイバの損傷を未然に防止することができる。
図８は、本発明の更に他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図であり、光ファイバ部分については模式的な断面図で示している。
図８に示すように、光パワーモニタ装置１は、更に放熱部材７を備え、第１光ファイバ２、第２光ファイバ３、結合部４、第１漏洩部２３、第２漏洩部３３、第１光検出部５、第２光検出部６のうちの少なくとも１つ以上が、放熱部材７と熱的に接続するように設置されていることも好ましい。このように各部を放熱部材７と熱的に接続することによって、漏れ光やクラッド２２、３２から保護被覆２４、３４に照射される光等による各部の温度上昇が抑制され、光パワーモニタ装置１の信頼性が向上する。第１光検出部５と第２光検出部６については、放熱部材７と熱的に接続することによって温度が安定し、温度が変化することによる光検出感度の変化や出力値のドリフト等が抑制され、光検出精度が向上する。また、各部と熱的に接続している放熱部材７の温度をモニタすると、故障による発熱等の障害発生を検知できるようになる。
図８では、各部は１つの放熱部材７と熱的に接続するようにしているが、放熱部材は１つに限らず、複数に分かれていても良い。また、図８では、光パワーモニタ装置１内に放熱部材７があり、光パワーモニタ装置１に専用の放熱部材のように描いているが、放熱部材は光パワーモニタ装置１に専用である必要はなく、他の発熱部品の熱を放熱するための放熱部材と兼用であっても良い。なお、具体的な放熱部材としては、例えば、水冷ヒートシンク等を挙げることができる。
図９は、本発明の更に他の実施形態に係る光パワーモニタ装置の概念的な構成を示すブロック図であり、光ファイバ部分については模式的な断面図で示している。
図９に示したように、光パワーモニタ装置１が更に１つ以上の温度検出部８を備え、第１光検出部５と第２光検出部６のうちの少なくとも一方が、温度検出部８と熱的に接続しており、第１光検出部５や第２光検出部６の所定の部位の温度を検出できるように温度検出部８が設置されていることも好ましい。これにより、光検出部の温度変化による感度の変化や出力値のドリフトが校正でき、漏れ光をより精度良く検出できる。第１光検出部５や第２光検出部６は、温度検出部８と熱的に接続すると共に、例えば図８に示したような放熱部材７と熱的に接続した構造であっても良い。
図１０は、本発明の一実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
図１０に示すレーザ装置１００は、前述した光パワーモニタ装置１と、レーザ発振器１０１と、レーザ発振器１０１から出力されたレーザ出力光をレーザ光出射端（図１０では図示せず。）に向けて伝搬する出力用光ファイバ１０２と、レーザ発振器１０１に駆動電力を供給するレーザ電源１０３と、光パワーモニタ装置１の第１光検出部５および第２光検出部６（例えば図１参照）から出力される検出信号を受取り、その検出結果に基づいてレーザ電源１０３に対してレーザ発振器１０１への駆動電力の供給を指令する出力指令値を出力することができる制御部１０４とを備えている。レーザ装置１００において、レーザ光出射端の具体的構成は特に限定されない。
図１０に示す出力用光ファイバ１０２は、光パワーモニタ装置１から見て、レーザ発振器１０１から出力されるレーザ出力光を伝搬する入力側の光ファイバ１０２ａと、光パワーモニタ装置１からレーザ光出射端に向けてレーザ出力光を伝搬する出力側の光ファイバ１０２ｂとで構成されている。そして、光パワーモニタ装置１は、レーザ発振器１０１から出力されたレーザ出力光が、第１光ファイバ２から第２光ファイバ３の方向に伝搬するように、出力用光ファイバ１０２の途中に設置されている。
光パワーモニタ装置１を出力用光ファイバ１０２の途中に設置する具体的構成としては、この出力用光ファイバ１０２のうち、入力側の光ファイバ１０２ａと光パワーモニタ装置１における第１光ファイバ２とを融着等によって結合し、出力側の光ファイバ１０２ｂと光パワーモニタ装置１における第２光ファイバ３とを融着等によって結合することにより行っても良いし、光パワーモニタ装置１の第１光ファイバ２、第２光ファイバ３を、それぞれ入力側の光ファイバ１０２ａ、出力側の光ファイバ１０２ｂによって構成しても良い。
図１１は、このように光パワーモニタ装置１を出力用光ファイバ１０２の途中に設置した場合に、光パワーモニタ装置１の第１光ファイバ２および第２光ファイバ３を伝搬するレーザ出力光と反射光の様子を示している。
図１１に示すように、レーザ発振器１０１側から第１光ファイバ２のコア２１を伝搬してきたレーザ出力光（光線Ａ）は、結合部４でコア径が大きくなる方に変わるだけなので、結合部４で第１光ファイバ２のコア２１から第２光ファイバ３のクラッド３２に漏れ出す光パワーの割合が少ない。従って、レーザ発振器１０１から出力されたレーザ出力光は光パワーモニタ装置１を低損失で通過できる。
一方、レーザ光出射端側から出力側の光ファイバ１０２ｂを伝搬して光パワーモニタ装置１に戻ってくる反射光のうち、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光（光線Ｂ）は、第２光ファイバ３のコア３１に閉じ込められているので、第２漏洩部３３から第２光ファイバ３の外側に漏れ出す反射光は殆ど無い。しかし、その反射光が結合部４まで伝搬してくると、結合部４においてコア径が小さくなるので、第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のコア２１に入れなかった反射光は、結合部４において第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出す。第１光ファイバ２のコア径に対する第２光ファイバ３のコア径の大きさの比率が大きいと、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光のうち、第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出す光パワーの割合も大きくなるので、かなりの割合で第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出すようにすることができる。
光パワーモニタ装置１の内部において、第１光ファイバ２のクラッド２２を伝搬していく反射光の一部は、レーザ発振器１０１に向けて伝搬して行くにつれて第１光ファイバ２のコア２１に吸収されるが、結合部４で第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出した反射光の大部分は、第１漏洩部２３まで第１光ファイバ２のクラッド２２を伝搬して行く。結合部４から第１漏洩部２３までは近いので、第１光ファイバ２のクラッド２２に漏れ出した反射光は、第１漏洩部２３から第１光ファイバ２の外側に漏れ出して、第１光検出部５で検出され、その検出結果が制御部１０４に出力される。通常の構造では、コアからクラッドに漏れ出す反射光の光パワーの割合は小さいので、出力用光ファイバに設けた光パワーモニタ装置でコアを伝搬する反射光を高精度に検出することは困難であるが、本発明によれば、反射光についてはコアからクラッドに漏れ出す光パワーの割合を大きくできるので、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬する反射光を高精度に検出することができる。
次に、第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してきた反射光（光線Ｃ）は、クラッド３２を伝搬してきているので、第２漏洩部３３から容易に第２光ファイバ３の外側に漏れ出し、第２光検出部６で高精度に検出することができる。その検出結果は制御部１０４に出力される。また、第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してきた反射光は、全てが第２漏洩部３３で第２光ファイバ３の外側に漏れ出す訳ではないので、一部は結合部４を経由して第１光ファイバ２のクラッド２２へも伝搬し、第１漏洩部２３から第１光ファイバ２の外側に漏れ出して第１光検出部５で検出され得る。しかし、前述のように、第２光検出部６では、第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた光は殆ど検出されないので、第１光検出部５の検出結果に含まれる第２光ファイバ３のクラッド３２から第１光ファイバ２のクラッド２２を伝搬してきた光の寄与分が無視できない程ある場合でも、その寄与分は容易に算出でき、その影響を取り除くことができる。従って、第２光ファイバ３のコア３１から第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた反射光の光パワーと、第２光ファイバ３のクラッド３２から第１光ファイバ２の方向に伝搬してきた反射光の光パワーとを区別して共に高精度に検出することができる。
これにより、レーザ光出射端からレーザ出力光を出射している間、光パワーモニタ装置１の第１光検出部５、第２光検出部６から出力される検出信号を制御部１０４にフィードバックして、制御部１０４がレーザ電源１０３からレーザ発振器１０１に供給する駆動電力を適切に制御することによって、反射光によるレーザ発振器１０１や出力用光ファイバ１０２等の損傷を未然に防ぎながら、高いレーザ出射性能を維持し続けることができるようになる。光パワーモニタ装置１は、前述したように、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してくる反射光パワーとクラッド３２を伝搬してくる反射光パワーとを区別して高精度にモニタできるため、そのモニタ結果をレーザ光出力の制御に適確にフィードバックすることにより、高品質のレーザ出力光の出射が行えるようになると共に、反射光による損傷も受けにくい高性能かつ高信頼性のレーザ装置とすることができる。
以上のように、レーザ出力光を低損失で出射できると共に、レーザ出力光とは逆方向の第２光ファイバ３から第１光ファイバ２の方向に伝搬してくる反射光を、レーザ発振器１０１等に損傷を与える第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光の光パワーと、光ファイバの保護被覆２４、３４の過熱や焼損の原因となる第２光ファイバ３のクラッド３２を反射してきた反射光の光パワーとを区別して高精度に検出して、それぞれの反射光の影響の仕方や影響の大きさを考慮して、反射光による損傷を回避しながら適切にレーザ出力光が制御できるので、高信頼性かつ高性能なレーザ装置を実現することができる。
また、反射光はレーザ発振器１０１よりも手前で光パワーモニタ装置１によって検出できるので、より速く光出力を低減して反射光を減少させる等の制御が可能になり、反射光がレーザ発振器１０１まで伝搬して損傷を与えるリスクを低減できる。
図１２は、本発明の他の実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
図１２に示すレーザ装置１００は、出力用光ファイバ１０２にレーザ光出射端の一例である加工ヘッド１０５を備え、ワーク１０６に対してレーザ加工を行うレーザ加工装置を例示している。このようなレーザ加工装置に前述した光パワーモニタ装置１を備えることにより、レーザ出力光を低損失で出射できると共に、レーザ出力光とは逆方向の第２光ファイバ３から第１光ファイバ２の方向に伝搬してくる反射光を、レーザ発振器１０１等に損傷を与える第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光の光パワーと、光ファイバの保護被覆２４、３４の過熱や焼損の原因となるクラッド３２を反射してきた反射光の光パワーとを区別して高精度に検出して、それぞれの反射光の影響の仕方や影響の大きさを考慮して、反射光による損傷を回避しながら、制御部１０４によって、必要以上にレーザ出力を抑えて加工不良を発生させないように適切にレーザ出力光が制御できるので、高信頼性かつ高性能なレーザ装置とすることができる。
また、ワーク１０６の表面で反射された反射光をレーザ発振器１０１の手前で光パワーモニタ装置１によって検出できるので、より速く光出力を低減して反射光を減少させる等の制御が可能になり、反射光がレーザ発振器１０１まで伝搬して損傷を与えるリスクを低減できる。
なお、図１２において、白抜きの矢印Ｌ１はレーザ出力光を模式的に表し、白抜きの矢印Ｌ２は反射光を模式的に表している。レーザ出力光は、通常、加工ヘッド１０５内の集光光学系でワーク１０６の表面付近に焦点を結ぶように出射されるので、白抜きの矢印Ｌ１は加工ヘッド１０５から出射されるレーザ出力光の方向を模式的に表している。また、反射光は出力用光ファイバ１０２の中を伝搬していくが、白抜きの矢印Ｌ２は、反射光の方向が分かるように便宜的に出力用光ファイバ１０２の外側に描いたものであり、反射光の方向を模式的に表しているに過ぎない。
なお、レーザ発振器１０１は、レーザ出力光の波長が光ファイバで伝搬できる波長であれば、どのようなレーザ発振器でも良く、特に限定されない。例えば、半導体レーザから出射されたレーザ光をレーザ出力光とするダイレクト・ダイオードレーザ発振器、半導体レーザから出射されたレーザ光を励起光とし、レーザ共振器もファイバで構成されたファイバレーザ発振器、半導体レーザから出射されたレーザ光等を励起光とするＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器等の固体レーザ発振器等が該当する。レーザ共振器もファイバで構成されたファイバレーザ発振器以外は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバに導光する光学系が必要であるが、本発明では、レーザ発振器というブロックには、光ファイバに導光するための光学系が必要なレーザ発振器については、光ファイバに導光するための光学系も含めるとしている。
図１３は、本発明の更に他の実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。
図１３に示すレーザ装置２００は、図１２に示したレーザ装置１００に更に記録部１０７と算出部１０８とを備えたものである。記録部１０７には、レーザ加工対象であるワーク１０６からの反射光が無い状態における、制御部１０４からレーザ電源１０３へ出力される出力指令値に対する光パワーモニタ装置１の第１光検出部５による検出値の関係を表す第１検出特性と、ワーク１０６からの反射光が無い状態における、制御部１０４からレーザ電源１０３へ出力される出力指令値に対する光パワーモニタ装置１の第２光検出部６による検出値の関係を表す第２検出特性とが予め記録してある。
また、算出部１０８は、レーザ加工時における、制御部１０４からレーザ電源１０３へ出力される出力指令値に対する光パワーモニタ装置１の第１光検出部５による検出値と記録部１０７に予め記録された第１検出特性とから第１反射光パワーを算出すると共に、制御部１０４からレーザ電源１０３へ出力される出力指令値に対する光パワーモニタ装置１の第２光検出部６による検出値と記録部１０７に予め記録された第２検出特性とから第２反射光パワーを算出し、これら第１反射光パワーと第２反射光パワーを制御部１０４に出力する。
図１３に示すレーザ装置２００は、算出部１０８によって算出された第１反射パワーと第２反射光パワーの両方の反射光パワーに対して、それぞれ個別に少なくとも１つ以上の閾値が設定され、第１反射光パワーと第２反射光パワーの値が閾値を越えた場合に、制御部１０４が出力指令値として光出力の遮断を指令するか、あるいは出力指令値を所定の基準に沿って変更するように動作するようになっている。閾値は、制御部１０４に予め設定される。
図１４Ａ、図１４Ｂは、図１３に示したレーザ装置２００の動作の一例を表すフローチャートである。図１３を参照しつつ、図１４Ａ、図１４Ｂに示すフローチャートに基づいてレーザ装置２００の動作の一例を説明する。なお、光パワーモニタ装置１の構成部位は、図１を参照する。
まず、レーザ装置２００を起動すると、反射光がない状態でレーザ光を出力した場合に、レーザ装置２００の制御部１０４からレーザ電源１０３に対して出力される出力指令値Ｐcに対する光パワーモニタ装置１の第１光検出部５で検出された検出値ｄ1の関係を示す第１検出特性ｄ1（Ｐc）と、同じく出力指令値Ｐcに対する光パワーモニタ装置１の第２光検出部６で検出された検出値ｄ2の関係を示す第２検出特性ｄ2（Ｐc）とが記録部１０７に記録されているかを判定する（ステップＳ１０１）。
第１検出特性ｄ1（Ｐc）や第２検出特性ｄ2（Ｐc）がないと判定された場合は、ワーク１０６の代わりに、反射光が殆ど発生しない黒体のアドソーバー等を設置する等の方法で反射光がない状態にして、出力指令値Ｐcと光パワーモニタ装置１の第１光検出部５から出力される検出値ｄ1との関係を示す第１検出特性ｄ1（Ｐc）と、出力指令値Ｐcと光パワーモニタ装置１の第２光検出部６から出力される出力値ｄ2との関係を示す第２検出特性ｄ2（Ｐc）を測定によって取得する（ステップＳ１０２）。そして、取得した第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）のデータを記録部１０７に記録し（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０４に進む。
記録部１０７に記録する第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）は、出力指令値Ｐcが変化した時に 第１検出特性ｄ1（Ｐc）や第２検出特性ｄ2（Ｐc）がどのように変化するかという特性データなので、図１５に示すｄ1（Ｐc）やｄ2（Ｐc）を変数Ｐcの関数とする近似式の形式で記録しても良いし、データテーブルの形式で記録しても良い。図１５では、ｄ1（Ｐc）やｄ2（Ｐc）は、簡単にＰcの一次関数として示している。
なお、図１５からも分かるように、本発明に係る光パワーモニタ装置１は、反射光が少ない状態では、第１光検出部５や第２光検出部６をレーザ出力光の光パワーモニタとして利用できる。特に、コア径の小さい光ファイバを伝搬するレーザ出力光はシングルモードに近く、モードが安定しているので、コア径の小さい第１光ファイバ２側に設置した第１光検出部５は、レーザ出力光の光パワー検出部として有用である。
また、上記の測定においては、より正確に制御されたレーザ光パワーが出力できるように、アドソーバーの代わりに、同様に反射の少ない光パワーメータを設置して、出力指令に対して実際に出射されるレーザ光パワーを同時に測定しても良い。
次に、ステップＳ１０４では、第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）の更新時期でないかを判定する。レーザ発振器１０１は長時間駆動すると光出力特性が変化する場合があるので、第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）のデータも所定のスケジュールに従って更新することが望ましい。但し、このステップＳ１０４を設けることは本発明において必須ではない。
なお、第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）のデータを更新するスケジュールは、出力指令に対して実際に出射されるレーザ光パワーの関係を示すデータを更新するタイミングに合わせて設定して、同時に行っても良い。ステップＳ１０４で、データ更新時期であると判定された場合は、ステップＳ１０２と同様に、反射光がない状態にして、第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）を測定によって取得し（ステップＳ１０５）、記録部１０７に予め記録されている第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）を、新しく取得した第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）で更新し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０７に進む。
また、最初のステップＳ１０１で第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）のデータが既にあると判定された場合は、直接ステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４で、第１検出特性ｄ1（Ｐc）と第２検出特性ｄ2（Ｐc）のデータ更新時期ではないと判定された場合は、直接ステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０７では、レーザ装置２００の図示しない入力部等からレーザ出力の指示が出ているかを判定し、レーザ出力の指示が出ている場合は、出力指令値Ｐ cに従ってレーザ光を出力する（ステップＳ１０８）。ここで、出力指令値Ｐcは変数を表すのに対して、制御部１０４からレーザ電源１０３に出力されたある出力指令値は、変数の出力指令値Ｐcと区別するために、Ｐに下線を付けたＰ cを使用するものとする。この出力指令値Ｐ cは、一定値に限定されるものではなく、時間的に変化しても良いし、パルス光出力指令値であっても良い。
レーザ加工が始まると、ワーク１０６で反射した反射光が光パワーモニタ装置１の第１光検出部５と第２光検出部６で検出されるようになるので、第１光検出部５から該第１光検出部５の検出値Ｄ1（Ｐ c）を算出部１０８に出力し（ステップＳ１０９）、第２光検出部６から該第２光検出部６の検出値Ｄ2（Ｐ c）を算出部１０８に出力する（ステップＳ１１０）。そして、記録部１０７に予め記録してある第１検出特性ｄ1（Ｐc）を参照して、第１光検出部５の検出値との差分ΔＤ1（Ｐ c）＝Ｄ1（Ｐ c）−ｄ1（Ｐ c）として第１反射光パワーを算出し(ステップＳ１１１)、同様に記録部１０７に予め記録してある第２検出特性ｄ2（Ｐc）を参照して、第２光検出部６の検出値の差分ΔＤ2（Ｐ c）＝Ｄ2（Ｐ c）−ｄ2（Ｐ c）として第２反射光パワーを算出する(ステップＳ１１２)。
ここで、第１反射光パワーΔＤ1（Ｐ c）＝Ｄ1（Ｐ c）−ｄ1（Ｐ c）と第２反射光パワーΔＤ2（Ｐ c）＝Ｄ2（Ｐ c）−ｄ2（Ｐ c）は、図１５に示したように、反射光によって第１光検出部５の検出値と第２光検出部６の検出値が増加した分に相当し、反射光を定量的に検出した結果である。また、前述のように第１反射光パワーは、光パワーモニタ装置１の第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光が検出されたものであり、第２反射光パワーは、光パワーモニタ装置１の第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してきた反射光が検出されたものである。
次に、第１反射光パワーΔＤ1（Ｐ c）が第１閾値以上か否かを判定し（ステップＳ１１３）、第１反射光パワーΔＤ1（Ｐ c）が第１閾値以上であると判定された場合は、制御部１０４がΔＤ1（Ｐ c）の大きさに応じて出力指令値を所定の基準に沿って変更する（ステップＳ１１４）。そして、出力指令値を所定の基準に沿って所定の時間の間だけ変更した後に、出力指令の実行が完了したか否かを判定し（ステップＳ１１５）、出力指令の実行が完了していない場合は、ステップＳ１０８に戻ってレーザ加工を継続する。
ステップＳ１１３で、第１反射光パワーΔＤ1（Ｐ c）が第１閾値以上でないと判定された場合は、第２反射光パワーΔＤ2（Ｐ c）が第２閾値以上か否かを判定し（ステップＳ１１６）、第２反射光パワーΔＤ2（Ｐ c）が第２閾値以上であると判定された場合は、制御部１０４がΔＤ2（Ｐ c）の大きさに応じて出力指令値を所定の基準に沿って変更する（ステップＳ１１７）。そして、ステップＳ１１５に進み、ステップＳ１１６で、第２反射光パワーΔＤ2（Ｐ c）が第２閾値以上でないと判定された場合は、直接ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５で、出力指令の実行が完了していると判定された場合は、新たなレーザ出力の指示が出ているか否かを判定し（ステップＳ１１８）、新たなレーザ出力の指示が出ている場合は、ステップＳ１０４に戻り、新たなレーザ出力の指示が出ていない場合はレーザ装置２００を停止する。
以上のように、図１３に示すレーザ装置２００は、レーザ発振器１０１の損傷を招き易い第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してくる反射光と、光ファイバの保護被覆２４、３４等の外部光学系には影響を与えるが、レーザ発振器１０１への影響が少ない第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してくる反射光に対して個別に閾値を設けているので、以上のステップＳ１０１からＳ１１８のフローチャートに従ってレーザ装置２００が動作することにより、必要以上に光出力を低減し過ぎてワーク１０６に対する高品質なレーザ加工ができなかったり、逆に反射光への対応が不十分でレーザ装置２００が損傷を受けたりすることを適確に防止できる。
なお、ステップＳ１０８からステップＳ１１７までについては、第１反射光パワーの算出とその算出結果による判定と判定に基づく処置までを第２反射光パワーの算出等に先行して完了する等の順序の入替えが可能である。
また、以上の動作の変形として、以下のように動作するようにしても良い。
第１の変形としては、光パワーモニタ装置１での反射光の検出において、第２光検出部６では、第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してくる反射光は検出されても、コア３１を伝搬してきた反射光は殆ど検出されないが、第１光検出部５では、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してきた反射光が主に検出される。しかし、第１光検出部５では第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してきた反射光も検出され得るので、第１反射光パワーから第２光ファイバ３のクラッド３２を伝搬してきた反射光の寄与分を除去するため、第１反射光パワーをΔＤ1（Ｐ c）＝Ｄ1（Ｐc）−ｄ1（Ｐ c）−ｋ×｛Ｄ2（Ｐ c）−ｄ2（Ｐ c）｝で算出しても良い。ｋは通常１以下の正の数であり、他のレーザ装置のレーザ光を出射端側からクラッドに入射させた時の第１光検出部５と第２光検出部６の検出値の比から求めることができる。
第２の変形としては、光パワーモニタ装置１の第１光検出部５や第２光検出部６で検出される反射光は反射光全体の一部であるので、他のレーザ装置からパワーの分かったレーザ光を出射端側から第２光ファイバ３のコア３１に入射させた場合とクラッド３２に入射させた場合の第１光検出部５と第２光検出部６による検出値を測定して、第１光検出部５と第２光検出部６による検出値から第２光ファイバ３のコア３１とクラッド３２を伝搬してくる反射光全体のパワーが換算できるようにしておき、コア３１を伝搬してくる反射光全体のパワーとクラッド３２を伝搬してくる反射光全体のパワーに対して閾値を設定しても良い。
第３の変形として、第１反射光パワーや第２反射光パワーについて閾値は１つの数値に限定されず、１番目の閾値を越えるとレーザ光出力を絞り、２番目の閾値を越えるとレーザ光出力を中断する等、１つの反射光パワーに対して複数の閾値を設定しても良い。
第４の変形として、閾値の設定は固定した数値に限定するものではなく、反射光パワーが所定の閾値を越えた時間が所定の時間以上越えた場合に出力指令を変更するようにしても良いし、反射光パワーの所定の時間長における平均値が所定の閾値を越えた場合に出力指令を変更するようにしても良い。
第５の変形として、第１反射光パワーと第２反射光パワーの両方を変数とする関数Ｆ（ΔＤ1（Ｐ c），ΔＤ2（Ｐ c））に対して閾値を設けて、この関数が閾値を越えた場合に、出力指令値を所定の基準に沿って変更しても良い。例えば、第２光ファイバ３のコア３１を伝搬してくる反射光の方が、レーザ装置２００に対する悪影響が大きく、コア３１を伝搬してくる反射光のパワーが大きくなると累進的に悪影響が大きくなる場合、第１反射光パワーの大きさがより大きく影響するように、Ｆ（ΔＤ1（Ｐ c），ΔＤ2（Ｐ c））＝｛ΔＤ1（Ｐ c）−ｋ×ΔＤ2（Ｐ c）｝２＋ｍ×ΔＤ2（Ｐ c）のような関数に対して閾値を設定しても良い。
この場合、図１４Ａ、図１４Ｂのフローチャートは少し変形が必要であり、図１６Ａ、図１６Ｂのようになる。図１４ＢのフローチャートのステップＳ１１３からステップＳ１１７が、図１６ＢのフローチャートではステップＳ２１３とステップＳ２１４に置き換わっている点が、図１４Ａ、図１４Ｂのフローチャートと異なっている。すなわち、第１反射光パワーと第２反射光パワーの両方を変数とする関数Ｆ（ΔＤ1（Ｐ c），ΔＤ2（Ｐ c））が第３閾値以上か否かが判定される（ステップＳ２１３）。そして、Ｆ（ΔＤ1（Ｐ c），ΔＤ2（Ｐ c））が第３閾値以上の場合には、出力指令をＦ（ΔＤ1（Ｐ c），ΔＤ2（Ｐ c））の大きさに応じて所定の基準に沿って変更して（ステップＳ２１４）、ステップＳ２１５に進み、ステップＳ２１３の判定の結果、Ｆ（ΔＤ1（Ｐ c），ΔＤ2（Ｐ c））が第３閾値以上でない場合は、直接ステップＳ２１５に進むようになっている。
図１７は、本発明の更に他の実施形態に係るレーザ装置の概念的な構成を示すブロック図である。なお、光パワーモニタ装置１の構成部位は、図１を参照する。
図１７に示すレーザ装置３００は、レーザ発振器１０１を複数備えており、レーザ発振器１０１に駆動電力を供給するレーザ電源１０３も、レーザ発振器１０１毎にそれぞれ設けられている。また、このレーザ装置３００は、複数のレーザ光を光学的に結合させる１つのビームコンバイナ１０９を備えている。ビームコンバイナ１０９は、各レーザ発振器１０１から出力されたレーザ出力光をそれぞれ伝搬する個別の光ファイバ１０２ｃを介して、各レーザ発振器１０１からのレーザ出力光を結合させる。ビームコンバイナ１０９によって光学的に結合されたレーザ出力光は、光パワーモニタ装置１の入力側の光ファイバ１０２ａと出力側の光ファイバ１０２ｂによって、図示しない加工ヘッド等のレーザ光出射端に向けて伝搬され、高出力のレーザ光を出射するようになっている。
そして、光パワーモニタ装置１は、ビームコンバイナ１０９からレーザ出射端に向けて出力されたレーザ出力光が、第１光ファイバ２から第２光ファイバ３の方向に伝搬するように、出力用光ファイバ１０２のうちのビームコンバイナ１０９とレーザ光出射端とを接続する部位の途中に設置されている。この場合の光パワーモニタ装置１を出力用光ファイバ１０２の途中に設置する具体的構成は、図１０に示した光パワーモニタ装置１と同様の構成を適用できる。
このように、レーザ発振器１０１を複数備えた高出力レーザ装置において、ビームコンバイナ１０９よりもレーザ光出射端側に光パワーモニタ装置１を設置することによって、１台の光パワーモニタ装置１であっても、反射光によるビームコンバイナ１０９や複数のレーザ発振器１０１の損傷を回避できる。
なお、図１７に示したように、複数のレーザ発振器１０１からの複数のレーザ出力光をビームコンバイナ１０９によって光学的に結合させるレーザ装置３００においても、図１３に示したレーザ装置２００のように、記録部１０７および算出部１０８を備え、図１４Ａ、図１４Ｂから図１６Ａ、図１６Ｂに示したフローチャートと同様のフローチャートに従って動作させることができる。
１ 光パワーモニタ装置
２ 第１光ファイバ
２１ コア
２２ クラッド
２３ 第１漏洩部
２４ 保護被覆
２５ 保護被覆除去部
２６ 湾曲部
３ 第２光ファイバ
３１ コア
３２ クラッド
３３ 第２漏洩部
３４ 保護被覆
３５ 保護被覆除去部
４ 結合部
５ 第１光検出部
６ 第２光検出部
７ 放熱部材
８ 温度検出部
１００、２００、３００：レーザ装置
１０１ レーザ発振器
１０２ 出力用光ファイバ
１０３ レーザ電源
１０４ 制御部
１０７ 記録部
１０８ 算出部
１０９ ビームコンバイナ

Claims (13)

  1. 少なくともコアとクラッドを備えた光ファイバを伝搬する光パワーを検出する光パワーモニタ装置であって、
    第１光ファイバと、
    前記第１光ファイバのコア径よりもコア径の大きい第２光ファイバと、
    前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの端面同士を結合した結合部と、
    前記第１光ファイバから外側に光が漏れ出す第１漏洩部と、
    前記第２光ファイバから外側に光が漏れ出す第２漏洩部と、
    前記第１漏洩部から漏れ出した光パワーを検出する第１光検出部と、
    前記第２漏洩部から漏れ出した光パワーを検出する第２光検出部と、を備える光パワーモニタ装置。
  2. 前記第１漏洩部と前記第２漏洩部は、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの保護被覆を除去して前記クラッドの表面を露出させた保護被覆除去部を備える請求項１に記載の光パワーモニタ装置。
  3. 前記第１光検出部と前記第２光検出部のそれぞれの受光面が、前記保護被覆除去部に対向する位置に設けられている請求項２に記載の光パワーモニタ装置。
  4. 前記保護被覆除去部から露出するクラッドの表面の少なくとも一部に、クラッドを伝搬する光を該クラッドの外側に逃がすためのクラッド光除去処理が施されている請求項２または３に記載の光パワーモニタ装置。
  5. 前記第１漏洩部と前記第２漏洩部のうちの少なくとも一方は、湾曲部を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の光パワーモニタ装置。
  6. 前記第１光検出部と前記第２光検出部のうちの少なくとも一方は、複数の光検出部から構成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の光パワーモニタ装置。
  7. 前記複数の光検出部は、波長感度の異なる光検出部から構成されている請求項６に記載の光パワーモニタ装置。
  8. 前記第１光検出部と前記第２光検出部のうちの少なくとも一方は、フォトダイオードである請求項１から７のいずれか１項に記載の光パワーモニタ装置。
  9. 更に放熱部材を備え、
    前記第１光ファイバ、前記第２光ファイバ、前記結合部、前記第１漏洩部、前記第２漏洩部、前記第１光検出部、前記第２光検出部のうちの少なくとも１つ以上が、前記放熱部材と熱的に接続している請求項１から８のいずれか１項に記載の光パワーモニタ装置。
  10. 更に１つ以上の温度検出部を備え、
    前記第１光検出部と前記第２光検出部のうちの少なくとも一方が、前記温度検出部と熱的に接続している請求項１から９のいずれか１項に記載の光パワーモニタ装置。
  11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の光パワーモニタ装置と、
    レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力光をレーザ光出射端に向けて伝搬する出力用光ファイバと、
    前記レーザ発振器に駆動電力を供給するレーザ電源と、
    前記光パワーモニタ装置の前記第１光検出部および前記第２光検出部から出力される検出信号を受取り、前記レーザ電源に対して前記レーザ発振器への駆動電力の供給を指令する出力指令値を出力する制御部と、を備え、
    前記光パワーモニタ装置は、前記レーザ発振器から出力されたレーザ出力光が、前記第１光ファイバから前記第２光ファイバの方向に伝搬するように、前記出力用光ファイバの途中に設置されているレーザ装置。
  12. 更に記録部と算出部とを備え、
    前記記録部は、レーザ加工対象であるワークからの反射光が無い状態における、前記制御部からの出力指令値に対する前記第１光検出部による検出値の関係を表す第１検出特性と、前記制御部からの出力指令値に対する前記第２光検出部による検出値の関係を表す第２検出特性を予め記録し、
    前記算出部は、レーザ加工時における、前記制御部からの出力指令値に対する前記第１光検出部による検出値と前記第１検出特性から第１反射光パワーと、前記制御部からの出力指令値に対する前記第２光検出部による検出値と前記第２検出特性から第２反射光パワーとを算出し、
    前記制御部は、前記算出部によって算出された前記第１反射光パワーと前記第２反射光パワーに対して、それぞれ個別に少なくとも１つ以上の閾値が設定され、前記閾値を越えた場合に、光出力の遮断を指令するか、あるいは出力指令値を所定の基準に沿って変更するように動作する請求項１１に記載のレーザ装置。
  13. 前記レーザ発振器を複数備え、
    前記複数のレーザ発振器からそれぞれ出力された複数のレーザ出力光を光学的に結合させるビームコンバイナを備え、
    前記光パワーモニタ装置は、前記ビームコンバイナからレーザ出射端に向けて出力されたレーザ出力光が、前記第１光ファイバから第２光ファイバの方向に伝搬するように、前記出力用光ファイバの途中に設置されている請求項１１または１２に記載のレーザ装置。


JP2017083790A 2017-04-20 2017-04-20 光パワーモニタ装置およびレーザ装置 Expired - Fee Related JP6564418B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017083790A JP6564418B2 (ja) 2017-04-20 2017-04-20 光パワーモニタ装置およびレーザ装置
US15/950,304 US10404032B2 (en) 2017-04-20 2018-04-11 Optical power monitoring device and laser apparatus
CN201810338100.3A CN108736297B (zh) 2017-04-20 2018-04-16 光功率监视装置和激光装置
DE102018205800.8A DE102018205800B4 (de) 2017-04-20 2018-04-17 Optische-leistung-überwachungseinrichtung und laservorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017083790A JP6564418B2 (ja) 2017-04-20 2017-04-20 光パワーモニタ装置およびレーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018180449A true JP2018180449A (ja) 2018-11-15
JP6564418B2 JP6564418B2 (ja) 2019-08-21

Family

ID=63715020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017083790A Expired - Fee Related JP6564418B2 (ja) 2017-04-20 2017-04-20 光パワーモニタ装置およびレーザ装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10404032B2 (ja)
JP (1) JP6564418B2 (ja)
CN (1) CN108736297B (ja)
DE (1) DE102018205800B4 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021061344A (ja) * 2019-10-08 2021-04-15 株式会社フジクラ レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法
WO2023032903A1 (ja) * 2021-08-30 2023-03-09 三菱電機株式会社 半導体レーザモジュール、レーザ発振器およびレーザ加工装置
WO2023032904A1 (ja) * 2021-08-30 2023-03-09 三菱電機株式会社 半導体レーザモジュールおよびレーザ加工装置

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6879879B2 (ja) * 2017-10-10 2021-06-02 株式会社フジクラ 光検出装置及びレーザ装置
JP6740273B2 (ja) * 2018-03-26 2020-08-12 ファナック株式会社 ファイバレーザ装置
CN109405760A (zh) * 2018-11-14 2019-03-01 深圳市迈步机器人科技有限公司 光纤传感器、形变检测装置、检测方法及数据手套
US10739543B1 (en) * 2019-02-14 2020-08-11 Ofs Fitel, Llc Optical fiber coating
CN109980494A (zh) * 2019-03-21 2019-07-05 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置
CN110492343A (zh) * 2019-08-27 2019-11-22 天津东方锐镭科技有限责任公司 一种返回光处理装置及高功率光纤激光器
CN112162371A (zh) * 2020-09-25 2021-01-01 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种激光传能光缆
DE102020212818A1 (de) 2020-10-09 2022-04-14 Trumpf Laser Gmbh Lasersystem mit einer Lichtleitfasereinheit sowie Verfahren zum Beurteilen einer Einkoppelgüte der Einkopplung von Nutzlicht in eine Lichtleitfasereinheit
DE102020212817A1 (de) 2020-10-09 2022-04-14 Trumpf Laser Gmbh Lichtleitfasereinheit, Lasersystem mit einer solchen Lichtleitfasereinheit sowie Verfahren zum Beurteilen einer Einkoppelgüte der Einkopplung von Nutzlicht in eine solche Lichtleitfasereinheit
CN112652937B (zh) * 2020-12-23 2021-08-27 上海飞博激光科技有限公司 抗回返光的激光器
US11585976B2 (en) * 2021-04-01 2023-02-21 Saudi Arabian Oil Company Optical fiber with corrugations
CN114975689B (zh) * 2022-06-02 2024-06-04 深圳市韵腾激光科技有限公司 N型Topcon电池的同轴激光加工温控系统
CN116625646B (zh) * 2023-07-19 2023-10-24 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 光纤激光器测试系统及测试方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4076375A (en) * 1975-12-24 1978-02-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Directional optical waveguide coupler and power tap arrangement
JP2000147325A (ja) * 1998-11-05 2000-05-26 Fujikura Ltd 受光素子モジュール
US20040022494A1 (en) * 2002-08-05 2004-02-05 Liddle James A. Fiber optic array with fiber tap and methd for making and using
JP2005208239A (ja) * 2004-01-21 2005-08-04 Fujitsu Access Ltd 光パワーモニタ装置および光通信モジュール
JP2015022129A (ja) * 2013-07-18 2015-02-02 富士通コンポーネント株式会社 光モジュール
JP2016076598A (ja) * 2014-10-06 2016-05-12 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置、光パワーモニタ装置、及び光パワーモニタ方法
JP2016513295A (ja) * 2013-02-28 2016-05-12 アイピージー フォトニクス コーポレーション マルチモード−マルチモードファイバ結合器を備えた超高パワーファイバレーザシステム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5343542A (en) * 1993-04-22 1994-08-30 International Business Machines Corporation Tapered fabry-perot waveguide optical demultiplexer
US5717804A (en) * 1996-04-30 1998-02-10 E-Tek Dynamics, Inc. Integrated laser diode and fiber grating assembly
US5761234A (en) * 1996-07-09 1998-06-02 Sdl, Inc. High power, reliable optical fiber pumping system with high redundancy for use in lightwave communication systems
JPH10275953A (ja) * 1996-12-31 1998-10-13 Daewoo Telecommun Ltd 光繊維増幅器
EP1174741A4 (en) * 1999-11-04 2005-11-09 Sumitomo Electric Industries OPTICAL TRANSMISSION LINE
US6812696B2 (en) * 2000-03-21 2004-11-02 The Johns Hopkins University Apparatus and methods using mechanical resonators to enhance sensitivity in lorentz force magnetometers
JP2005148180A (ja) 2003-11-12 2005-06-09 Sun Tec Kk 光パワーモニタ、その製造方法および分析装置
JP2009111730A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Sumitomo Electric Ind Ltd 光送信器及びその制御方法
JP2009175506A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Fujifilm Corp 光ファイバ部品およびレーザ加工機
US20110140011A1 (en) * 2008-07-25 2011-06-16 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Hot line detection device
JP5863669B2 (ja) * 2010-11-29 2016-02-17 古河電気工業株式会社 ファイバレーザ装置およびファイバレーザ装置の異常検出方法
WO2012165389A1 (ja) * 2011-05-31 2012-12-06 古河電気工業株式会社 レーザ装置および加工装置
JP5789527B2 (ja) * 2012-01-18 2015-10-07 株式会社アマダホールディングス レーザ加工装置及びレーザ発振制御方法
JP6020329B2 (ja) 2013-04-18 2016-11-02 日立金属株式会社 通信光検知構造並びにこれを備えた通信光検知光コネクタ及び通信光検知光ケーブル
JP6334952B2 (ja) 2014-02-24 2018-05-30 株式会社フジクラ 光パワーモニタ装置、ファイバレーザおよび光パワーモニタ方法
JP5889934B2 (ja) * 2014-02-25 2016-03-22 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置及びその異常検出方法
JP6723695B2 (ja) 2015-07-08 2020-07-15 株式会社フジクラ 光パワーモニタ装置およびファイバレーザ装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4076375A (en) * 1975-12-24 1978-02-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Directional optical waveguide coupler and power tap arrangement
JP2000147325A (ja) * 1998-11-05 2000-05-26 Fujikura Ltd 受光素子モジュール
US20040022494A1 (en) * 2002-08-05 2004-02-05 Liddle James A. Fiber optic array with fiber tap and methd for making and using
JP2005208239A (ja) * 2004-01-21 2005-08-04 Fujitsu Access Ltd 光パワーモニタ装置および光通信モジュール
JP2016513295A (ja) * 2013-02-28 2016-05-12 アイピージー フォトニクス コーポレーション マルチモード−マルチモードファイバ結合器を備えた超高パワーファイバレーザシステム
JP2015022129A (ja) * 2013-07-18 2015-02-02 富士通コンポーネント株式会社 光モジュール
JP2016076598A (ja) * 2014-10-06 2016-05-12 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置、光パワーモニタ装置、及び光パワーモニタ方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021061344A (ja) * 2019-10-08 2021-04-15 株式会社フジクラ レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法
JP7304789B2 (ja) 2019-10-08 2023-07-07 株式会社フジクラ レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法
WO2023032903A1 (ja) * 2021-08-30 2023-03-09 三菱電機株式会社 半導体レーザモジュール、レーザ発振器およびレーザ加工装置
WO2023032904A1 (ja) * 2021-08-30 2023-03-09 三菱電機株式会社 半導体レーザモジュールおよびレーザ加工装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10404032B2 (en) 2019-09-03
JP6564418B2 (ja) 2019-08-21
DE102018205800A1 (de) 2018-10-25
CN108736297A (zh) 2018-11-02
CN108736297B (zh) 2020-07-28
US20180309262A1 (en) 2018-10-25
DE102018205800B4 (de) 2020-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2018180449A (ja) 光パワーモニタ装置およびレーザ装置
JP6660063B2 (ja) 高出力光ファイバーケーブルを用いるレーザーシステムの処理性能をモニターするための装置
JP6694754B2 (ja) レーザ装置及びレーザシステム
JP4347688B2 (ja) 光ファイバー装置
US7957438B2 (en) Method and device for monitoring light
JP5276749B2 (ja) 光強度モニタ回路、およびファイバレーザシステム
JP6363680B2 (ja) レーザ装置
EP3689530B1 (en) Industrial high power fiber laser system with optical monitoring assembly
JP5718121B2 (ja) 光源装置の駆動方法及び光源装置
JP2019070598A (ja) 光検出装置及びレーザ装置
EP3812719B1 (en) Photodetection device and laser device
JP7270169B2 (ja) レーザ装置及びそれを用いたレーザ加工装置
JP5282065B2 (ja) 光モジュールおよび光検出方法
JP2023021110A (ja) レーザ装置
KR102211816B1 (ko) 레이저 빔 결합기
JP7122671B2 (ja) 集光光学ユニット及びそれを用いたレーザ発振器、レーザ加工装置、レーザ発振器の異常診断方法
JP2018004834A (ja) 光デバイスおよびレーザ装置
US20090207387A1 (en) Fiber optic imaging apparatus
JP2021082748A (ja) レーザ装置
JP6874083B2 (ja) 光検出装置及びレーザ装置
CN113169503B (zh) 激光装置
JPH09141476A (ja) 高エネルギレーザ加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20180829

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20181212

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190409

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190508

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190726

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6564418

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees