JP2019029509A - Laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ装置に関する。 The present invention relates to a laser apparatus.
特に産業分野で用いられる高出力のレーザ装置の構成例として、光ファイバレーザ装置やダイレクトダイオードレーザ装置が知られている。光ファイバレーザ装置は、レーザダイオードから出力された励起用レーザ光を増幅用光ファイバにて増幅した後に出力するタイプのレーザ装置であり、ダイレクトダイオードレーザ装置は、レーザダイオードから出力されたレーザ光を増幅せずに出力するタイプのレーザ装置である。どちらのタイプのレーザ装置も、典型的には複数のレーザダイオードを備えており、複数のレーザダイオードからの出力を合波させて用いることで、所定の出力を得る構成を採用している。 In particular, optical fiber laser devices and direct diode laser devices are known as configuration examples of high-power laser devices used in the industrial field. The optical fiber laser device is a type of laser device that outputs the laser beam for excitation output from the laser diode after being amplified by the optical fiber for amplification, and the direct diode laser device is the laser device output from the laser diode. It is a type of laser device that outputs without amplification. Both types of laser devices typically include a plurality of laser diodes, and employ a configuration in which predetermined outputs are obtained by combining and using outputs from the plurality of laser diodes.
ところで、光ファイバレーザ装置やダイレクトダイオードレーザ装置で用いられるレーザダイオードは、モジュール化されており、各モジュールから光ファイバを介してレーザ光を導出し、当該光ファイバを合波器で結合することによって各モジュールからのレーザ光を合波する。なお、各モジュール内には複数のレーザダイオードが設けられていることが一般的である。また、レーザダイオードの寿命または故障を監視するために、レーザダイオードからの出力をモニタする技術も各種知られている(例えば特許文献1〜3参照)。 By the way, laser diodes used in optical fiber laser devices and direct diode laser devices are modularized, and laser light is derived from each module through an optical fiber, and the optical fiber is coupled by a multiplexer. The laser beams from each module are multiplexed. In general, a plurality of laser diodes are provided in each module. Various techniques for monitoring the output from the laser diode in order to monitor the life or failure of the laser diode are also known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、合波器の後段にて合波後のレーザ光の強度をモニタした場合、複数のモジュールのうち、どのモジュールのレーザダイオードに問題があるのかを突き止めることができない。一方で、合波器の前段にて合波前のレーザ光をモニタしようとすると多くのセンサを必要とし、特にフォトダイオードを用いてレーザ光を検出しようとするならば、コストが大幅に上昇することになってしまう。 However, when the intensity of the combined laser beam is monitored at the subsequent stage of the multiplexer, it is impossible to determine which module has a problem with the laser diode among the plurality of modules. On the other hand, if the laser beam before the multiplexing is monitored in the previous stage of the multiplexer, a lot of sensors are required. In particular, if the laser beam is detected by using a photodiode, the cost is greatly increased. It will be.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、レーザダイオードモジュールごとの出力をモニタすることができるレーザ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a laser device capable of monitoring the output of each laser diode module.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ装置は、レーザダイオードモジュールと、前記レーザダイオードモジュールからレーザ光を導出する出力光ファイバと、入力光ファイバに入力されたレーザ光を合波する合波器と、前記出力光ファイバと前記入力光ファイバとを融着接続した融着接続点と、前記融着接続点の近傍の光ファイバのクラッドの表面を被覆し、前記レーザ光を吸収する光吸収体と、前記光吸収体の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの検出値から前記レーザダイオードモジュールから出力されたレーザ光のパワーを監視する監視制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a laser device according to an aspect of the present invention includes a laser diode module, an output optical fiber that derives laser light from the laser diode module, and an input to the input optical fiber. A multiplexer that combines the laser light, a fusion splicing point where the output optical fiber and the input optical fiber are fusion spliced, and a cladding surface of the optical fiber in the vicinity of the fusion splicing point A light absorber that absorbs the laser light, a temperature sensor that measures the temperature of the light absorber, and a monitoring control that monitors the power of the laser light output from the laser diode module from the detection value of the temperature sensor And a section.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記融着接続点および前記光吸収体よりも前記レーザダイオードモジュール側の光ファイバの一部のクラッドの表面には、高屈折率樹脂が覆うように設けられ、前記高屈折率樹脂と前記光吸収体との間は、熱分離されている、ことを特徴とする。 In the laser device according to one aspect of the present invention, a high refractive index resin covers a surface of a part of the clad of the optical fiber closer to the laser diode module than the fusion splice point and the light absorber. The high refractive index resin and the light absorber are thermally separated from each other.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記高屈折率樹脂は、前記クラッドと同等もしくは高い屈折率であることを特徴とする。 In the laser device according to one embodiment of the present invention, the high refractive index resin has a refractive index equal to or higher than that of the cladding.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記光吸収体は、前記クラッドと同等もしくは高い屈折率であることを特徴とする。 In the laser device according to one embodiment of the present invention, the light absorber has a refractive index equal to or higher than that of the cladding.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記光吸収体は、断熱材料によって囲われていることを特徴とする。 In the laser device according to one embodiment of the present invention, the light absorber is surrounded by a heat insulating material.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記監視制御部は、前記温度センサの測定値と予め決められたパラメータとの比較から前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光のパワーを算出するパワー監視部を備える、ことを特徴とする。 In the laser device according to an aspect of the present invention, the monitoring control unit calculates the power of the laser light output from the laser diode module from a comparison between a measurement value of the temperature sensor and a predetermined parameter. A power monitoring unit is provided.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記監視制御部は、前記温度センサの測定値および前記レーザダイオードモジュールの駆動時間を記憶する記憶部を備える、ことを特徴とする。 The laser device according to one aspect of the present invention is characterized in that the monitoring control unit includes a storage unit that stores a measurement value of the temperature sensor and a driving time of the laser diode module.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記レーザダイオードモジュールが複数設けられており、前記温度センサは、前記レーザダイオードモジュールの夫々に対応する前記融着接続点に設けられていることを特徴とする。 In the laser device according to one aspect of the present invention, a plurality of the laser diode modules are provided, and the temperature sensor is provided at the fusion splicing point corresponding to each of the laser diode modules. Features.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記合波器で合波されたレーザ光を増幅用光ファイバにて増幅した後に出力する構成である、ことを特徴とする。 The laser apparatus according to one embodiment of the present invention is characterized in that the laser light combined by the multiplexer is output after being amplified by an amplification optical fiber.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記合波器で合波されたレーザ光を直接出力する構成であることを特徴とする。 In addition, a laser device according to one embodiment of the present invention is configured to directly output laser light combined by the multiplexer.
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、前記出力光ファイバおよび前記入力光ファイバは、マルチモード光ファイバであることを特徴とする。 In the laser device according to one embodiment of the present invention, the output optical fiber and the input optical fiber are multimode optical fibers.
本発明に係るレーザ装置は、レーザダイオードモジュールごとの出力をモニタすることができるという効果を奏する。 The laser device according to the present invention has an effect that the output of each laser diode module can be monitored.
以下、本発明に係る光ファイバレーザ装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。なお、図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各構成の寸法の比率などは現実のものとは異なる場合があることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, embodiments of an optical fiber laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate. In addition, it should be noted that the drawings are schematic and the ratio of dimensions of each component may be different from the actual one. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、第1実施形態に係るレーザ装置100は、光ファイバレーザ型の装置である。すなわち、レーザ装置100は、レーザ発振器110とレーザダイオードモジュール115a〜dとを備え、レーザダイオードモジュール115a〜dから出力された励起用レーザ光をレーザ発振器110にて増幅した後に出力する装置構成である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the laser apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111と、増幅用光ファイバ111の前段側(紙面左側)に設けられた第1光反射器112と、増幅用光ファイバ111の後段側(紙面右側)に設けられた第2光反射器113と、を備えている。
The
増幅用光ファイバ111は、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム(Yb)イオンが添加され、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッドと樹脂等からなる外側クラッドとが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ111のコア部は開口数NA(Numerical Aperture)が例えば0.08であり、波長1000nm〜1200nmの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ111の長さは例えば25mである。増幅用光ファイバ111のコア部の吸収係数は、例えば波長1070nmにおいて200dB/mである。
In the amplification
第1光反射器112および第2光反射器113は、波長特性の異なる例えばファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating:FBG)で構成されている。第1光反射器112および第2光反射器113は、光ファイバのコアに回折格子を設けることによって構成されている。また、第1光反射器112および第2光反射器113は、内側クラッドを有するダブルクラッド型の光ファイバとして構成し、その内側クラッドにて励起光波長の光をマルチモードで伝搬するように構成することが好ましい。
The
第1光反射器112は、中心波長が例えば1070nmであり、中心波長およびその周辺の約2nmの幅の波長帯域における反射率が約100%であり、波長915nmの光はほとんど透過する特性を有する。一方、第2光反射器113は、中心波長が第1光反射器112と略同じである例えば1070nmであり、中心波長における反射率が10%〜30%程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約1nmであり、波長915nmの光はほとんど透過する特性を有する。なお、波長915nmの励起光ではなく、例えば波長975nmの励起光を用いる場合、第1光反射器112および第2光反射器113は、波長975nmの光はほとんど透過する特性とすることが好ましい。
The
図1に示すように、レーザ装置100は、いわゆる前方励起型の光ファイバレーザの構成を採用している。つまり、レーザ装置100は、第1光反射器112を介してレーザ発振器110へ励起用レーザ光を導入する構成である。レーザ発振器110に導入される励起用レーザ光は、レーザダイオードモジュール115a〜dの夫々から出力され、合波器114にて合波された後に、レーザ発振器110へ導入される。なお、図1には、レーザダイオードモジュールが4つのみ記載されているが、個数はこれに限定するものではない。
As shown in FIG. 1, the
合波器114は、例えばTFB(Tapered Fiber Bundle)によって構成されている。合波器114は、両端部を構成する前段側シグナルポートと後段側シグナルポートと複数の合波用入力ポートとを備えている。前段側シグナルポートおよび後段側シグナルポートの間にはコアが延伸しており、該コアはレーザ発振波長においてシングルモード伝搬特性を有することが好ましい。一方、合波用入力ポートは、励起光波長においてマルチモード伝搬特性を有する(マルチモード)コアを備えた光ファイバで構成されている。各合波用入力ポートを構成するマルチモード光ファイバは、そのマルチモードコアが前段側シグナルポートを構成する光ファイバのコアの周りを囲むように構成されている。
The
合波器114の後段側シグナルポートは、ダブルクラッド型の光ファイバになっており、前段側シグナルポートから延伸しているコアがシングルモードコアに、各合波用入力ポートから延伸しているコアが内側クラッドに結合するように接続されている。さらに、このダブルクラッド型の光ファイバが、第1光反射器112を介して増幅用光ファイバ111に接続されている。これにより、前段側シグナルポートに入力されたレーザ発振波長の光は、実質的にシングルモードで増幅用光ファイバ111のコアに伝搬する。一方、各合波用入力ポートに入力された励起波長の光は、マルチモードで増幅用光ファイバ111の内側クラッドに伝搬する。
The rear stage signal port of the
レーザダイオードモジュール115a〜dは、合波器114の各合波用入力ポートに接続されている。なお、後に詳述するように、レーザダイオードモジュール115a〜dの夫々は、励起用レーザ光を導出する出力光ファイバを備え、一方、合波器114の各合波用入力ポートは、当該ポートに接続された入力光ファイバを備え、各出力光ファイバと入力光ファイバとが融着接続点Cにて融着接続されている。そして、融着接続点Cの近傍には、融着接続点Cを通過する励起用レーザ光のパワーを熱変換して監視する機構が設けられている。
The
上記構成により、レーザ発振器110は、レーザダイオードモジュール115a〜dから波長915nmの励起光が導入された場合に、第1波長としての波長1070nmのレーザ光を発振し、当該レーザ光を第2光反射器113から出力する構成となる。なお、レーザ発振器110から出力されたレーザ光は、伝送用光ファイバ120と光学ヘッド121とを介して加工対象Wへ照射される。
With the above configuration, the
図2は、第1実施形態に係るレーザ装置における融着接続点の近傍の概略構成を示す図である。なお、図2は、図1に記載されるレーザダイオードモジュール115a〜dのうち任意の1つを代表してレーザダイオードモジュール115として記載している。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration in the vicinity of the fusion splicing point in the laser apparatus according to the first embodiment. Note that FIG. 2 shows the
図2に示すように、レーザダイオードモジュール115は、励起用レーザ光を導出する出力光ファイバ116を備えている。一方、合波器114の各合波用入力ポートは、当該ポートに接続された入力光ファイバ117を備えている。そして、出力光ファイバ116と入力光ファイバ117とは、融着接続点Cにて融着接続され、融着接続点Cの近傍には、融着接続点Cを通過する励起用レーザ光のパワーを熱変換して検知する検知部140が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
検知部140の内部構成は、後に図4から図6を参照しながら説明するものとするが、検知部140は、少なくともその内部に、融着接続点Cを通過する励起用レーザ光を吸収する光吸収体と、その光吸収体の温度を測定する温度センサを備えている。検知部140にて測定された測定値は、制御部130へ入力される。
The internal configuration of the
制御部130は、検知部140にて測定された測定値に基づいて、レーザダイオードモジュール115の状態を分析するためのものである。制御部130は、そのために特化した装置とすることもできるが、レーザ装置100全体を制御する装置の一機能として実現することもできる。
The
監視制御部としての制御部130は、駆動制御部131と記憶部132とパワー監視部133と分析部134とを備える。記憶部132は、パラメータ記憶部132aと駆動時間記憶部132bとを備える。ただし、これらは物理的に分離されていても、汎用記憶機器の中で論理的に分離されていてもよい。
The
駆動制御部131は、制御部130の外部または内部からの制御指令に従って、レーザダイオードモジュール115に供給する電流の大きさを制御するためのものである。外部からの制御指令とは、レーザ装置100のユーザーやレーザ装置100を制御する上位の制御システムとすることができる。また、内部からの制御指令とは、レーザ装置100の出力を監視することによって得られるフィードバックとすることができる。
The
パラメータ記憶部132aは、検知部140にて測定される測定値からレーザダイオードモジュール115の出力を算出するためのパラメータを記憶している。検知部140にて測定される測定値は温度に関するものであるので、測定値からレーザダイオードモジュール115の出力を算出する必要がある。そこで、検知部140の測定値と測定値からレーザダイオードモジュール115の出力とを対応付けるパラメータを予めパラメータ記憶部132aに記憶しておく。なお、パラメータ記憶部132aに記憶しておくパラメータは、温度と出力との関係を変換表として記憶することでも、関係を数式化して記憶しておくことでもよい。また、検知部140の測定値は、典型的には電流の大きさとして測定されるので、温度と出力の関係ではなく、電流値と出力の関係を記憶しておくことも可能である。さらに、レーザ装置100は、基板Bが温度管理されていることもある。その場合、当該管理された温度と検知部140にて測定された温度との差がレーザダイオードモジュール115の出力に関係することになる。この場合、パラメータ記憶部132aは、管理温度に依存したパラメータを記憶しておく。
The
パワー監視部133は、パラメータ記憶部132aに記憶されているパラメータと検知部140における測定値とを比較し、レーザダイオードモジュール115から出力されるレーザ光のパワーを算出するためのものである。上述のように、レーザ装置100は、基板Bが温度管理されていることもあり、その場合は、パワー監視部133は、検知部140における測定値と管理温度との差を用いて、レーザダイオードモジュール115から出力されるレーザ光のパワーを算出する。
The
駆動時間記憶部132bは、検知部140の測定値およびレーザダイオードモジュール115の駆動時間を記憶しておくためのものである。検知部140の測定値は、測定値をそのまま記憶してもよいが、パワー監視部133によってレーザ光のパワーに変換されたものを記憶するとしてもよい。レーザダイオードモジュール115の駆動時間は、検知部140にてレーザ光が検知された時間を用いることできるが、駆動制御部131がレーザダイオードモジュール115を駆動した時間を用いることもできる。駆動時間記憶部132bが記憶する検知部140の測定値およびレーザダイオードモジュール115の駆動時間は、累積値とすることが好ましい。駆動時間記憶部132bは、随時にログを記録する構成とすることもできるし、逐次に累積値を更新する構成とすることもできる。
The drive
分析部134は、駆動時間記憶部132bに記憶された検知部140の測定値およびレーザダイオードモジュール115の駆動時間に基づいて、レーザダイオードモジュール115の状態を分析するためのものである。レーザダイオードモジュール115の状態とは、例えば故障や寿命などが考えられる。一般には、レーザダイオードモジュール115の内部には複数のレーザダイオードが設けられており、これら複数のレーザダイオードが異なるタイミングで故障ないし寿命を迎える。これら異常が発生すると、レーザダイオードモジュール115から出力され、融着接続点Cを通過するレーザ光のパワーが低下することになる。分析部134は、検知部140の測定値から、レーザダイオードの異常を分析する。また、レーザダイオードは、駆動時間の累積に応じて出力が低下する傾向がある。分析部134は、駆動時間記憶部132bに記憶された検知部140の測定値およびレーザダイオードモジュール115の駆動時間に基づいて、レーザダイオードモジュール115の交換時期に関する推定を行うことも可能である。
The analysis unit 134 is for analyzing the state of the
図3は、レーザ光のパワーと測定値との関係を示す図である。図3に記載されるグラフの1つは、駆動時間(t)に対する融着接続点を通過するレーザ光のパワー(P)であり、もう1つは、駆動時間(t)に対する検知部の温度測定値(T)であり、2つのグラフが駆動時間(t)を共有して記載されている。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the laser beam power and the measured value. One of the graphs shown in FIG. 3 is the power (P) of the laser beam passing through the fusion splicing point with respect to the driving time (t), and the other is the temperature of the detection unit with respect to the driving time (t). It is a measured value (T), and two graphs are described sharing a driving time (t).
図3に示される融着接続点を通過するレーザ光のパワーと検知部の温度測定値との関係を見れば明らかなように、検知部の温度測定値は、融着接続点を通過するレーザ光のパワーに対してタイムラグが存在する。したがって、パワー監視部133が用いる温度測定値は、変動期間(D1)ではなく、安定期間(D2)とすることが好ましい。一方、駆動時間記憶部に記憶するレーザダイオードモジュールの駆動時間は、駆動制御部がレーザダイオードモジュールを駆動した時間を用いる方がより正確である。
As apparent from the relationship between the power of the laser beam passing through the fusion splicing point shown in FIG. 3 and the temperature measurement value of the detection unit, the temperature measurement value of the detection unit is the laser passing through the fusion splicing point. There is a time lag with respect to the power of light. Therefore, it is preferable that the temperature measurement value used by the
(第1構成例)
図4は、検知部の第1構成例の概略構成を示す図である。図4に示される検知部140aの構成例は、図2に記載された検知部140に相当する構成であり、レーザ装置100が備える全てのレーザダイオードモジュール115に適用し得るものである。
(First configuration example)
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a first configuration example of the detection unit. The configuration example of the
図4に示すように、検知部140aは、出力光ファイバ116と入力光ファイバ117とを融着接続した融着接続点Cの近傍に設けられている。出力光ファイバ116および入力光ファイバ117は、何れもマルチモード光ファイバであり、コアCoの外周に、コアCoよりも屈折率が低いクラッドClが形成されており、クラッドClの外周には保護被覆Covが形成されている。
As shown in FIG. 4, the
融着接続点Cの近傍では、出力光ファイバ116および入力光ファイバ117の保護被覆Covが除去されており、出力光ファイバ116と入力光ファイバ117とのコアCoおよびクラッドClが融着接続されている。融着接続は、光ファイバを接続するための一般的な手法であり、この融着接続を行う際には、光ファイバから保護被覆Covを除去する必要がある。したがって、レーザダイオードモジュールと合波器とを光ファイバで接続する際には、融着接続点Cを設けるのが通常であり、検知部140は、この通常存在している融着接続点Cの近傍に設ければよい。
In the vicinity of the fusion splice point C, the protective coating Cov of the output
上記のように、融着接続点Cの近傍では、保護被覆Covが除去されているので、クラッドClの表面を被覆するように光吸収体141を設けることができる。光吸収体141は、レーザ光を吸収し、そのエネルギーを熱に変換することができる材料で構成されている。例えば光吸収体141は、黒アルマイト処理や無電解ニッケルメッキ等を用いることができる。また、クラッドCl中の光が屈折率差によって阻まれないように、光吸収体141は、クラッドClと同等もしくは高い屈折率であることが好ましい。
As described above, since the protective coating Cov is removed in the vicinity of the fusion splice point C, the
典型的には、融着接続点Cにおける損失は小さく抑えるように融着接続が行われる。しかしながら、損失をゼロにすることは困難である。したがって、融着接続点Cを通過するレーザ光は、そのパワーの大きさに応じて損失が発生し、いわゆる漏れ光を発生させる。クラッドClの表面を被覆する光吸収体141は、この漏れ光を吸収し、発熱することになる。つまり、光吸収体141で発生する熱は、融着接続点Cを通過するレーザ光に対する損失に起因するものであり、その発熱量は、融着接続点Cを通過するレーザ光のパワーの大きさに応じたものとなる。
Typically, the fusion splicing is performed so that the loss at the fusion splicing point C is kept small. However, it is difficult to make the loss zero. Therefore, the laser beam passing through the fusion splice point C generates a loss depending on the magnitude of its power, and generates so-called leakage light. The
温度センサ142は光吸収体141の温度を測定するための測定素子であり、例えば、熱電対やサーミスタ等を用いることができる。温度センサ142の位置は、光吸収体141の温度を測定し得るならば、特に限定しないが、正確な測定のためには、外部の熱の影響を受けにくい場所に配置することが好ましい。先述のように、レーザ装置100は、基板Bが温度管理されていることもある。その場合、基板Bが光吸収体141との間に温度センサ142を配置すると、外部の熱影響を抑制することが可能である。
The
(第2構成例)
図5および図6は、検知部の第2構成例の概略構成を示す図である。図5および図6に示される検知部140bの構成例は、図2に記載された検知部140に相当する構成であり、レーザ装置100が備える全てのレーザダイオードモジュール115に適用し得るものである。
(Second configuration example)
5 and 6 are diagrams illustrating a schematic configuration of a second configuration example of the detection unit. The configuration example of the
図5に示すように、検知部140bも、同様に、出力光ファイバ116と入力光ファイバ117とを融着接続した融着接続点Cの近傍に設けられている。出力光ファイバ116および入力光ファイバ117は、何れもマルチモード光ファイバであり、コアCoの外周に、コアCoよりも屈折率が低いクラッドClが形成されており、クラッドClの外周には保護被覆Covが形成されている。また、融着接続点Cの近傍では、出力光ファイバ116および入力光ファイバ117の保護被覆Covが除去されており、出力光ファイバ116と入力光ファイバ117とのコアCoおよびクラッドClが融着接続されている。
As shown in FIG. 5, the
一方、検知部140bは、融着接続点Cの近傍にクラッドClの表面を被覆するように光吸収体141が設けられているものの、この融着接続点Cおよび光吸収体141よりもレーザダイオードモジュール側の出力光ファイバ116のクラッドClの表面には、高屈折率樹脂143が覆うように設けられている。高屈折率樹脂143は、クラッドClと同等もしくは高い屈折率であれば、材料を限定するものではないが、紫外線硬化樹脂(JSR社製デソライト等)や米国コメリクス社製T644等を用いることができる。また、光吸収体141も、クラッドClと同等もしくは高い屈折率であることが好ましく、例えば黒アルマイト処理や無電解ニッケルメッキ等を用いることができる。
On the other hand, the
出力光ファイバ116を伝搬するレーザ光の中には、クラッド伝搬光といわれる伝搬光が含まれている。このクラッド伝搬光は、クラッドに入射してそのまま伝搬してしまった光であり、本来意図していない伝搬光である。したがって、第2構成例の検知部140bでは、光吸収体141よりもレーザダイオードモジュール側に高屈折率樹脂143を配置し、事前にクラッド伝搬光を除去抑制する構成としている。
The laser light propagating through the output
図6に示すように、高屈折率樹脂143と光吸収体141との間は、例えば断熱材料からなる断熱機構146によって熱分離されている。また、断熱機構146は、高屈折率樹脂143と光吸収体141との間の熱分離だけではなく、外部の熱影響からも熱分離する構成が好ましい。例えば、光吸収体141を収容する筐体144と、高屈折率樹脂143を収容する筐体145を分離し、断熱機構146によって光吸収体141を収容する筐体144を囲う構成とすることが好ましい。この場合、光吸収体141は、例えば断熱材料からなる断熱機構146によって囲われることとなる。一方、先述のように、レーザ装置100は、基板Bが温度管理されていることもあり、基板Bと光吸収体141との間に配置するために、基板Bと光吸収体141との間は、断熱機構146によって熱分離しないことが好ましい。
As shown in FIG. 6, the high
高屈折率樹脂143は、上記のようにクラッド伝搬光を事前に除去するものであるが、クラッド伝搬光を吸収することによって発熱することになる。上記構成によれば、クラッド伝搬光の除去に伴う熱影響が光吸収体141の温度測定に及ぶことを抑制することができ、より正確に融着接続点Cを通過するレーザ光のパワーの大きさを測定することが可能になる。
The high
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態に係るレーザ装置の概略構成を示す図である。図7に示すように、第2実施形態に係るレーザ装置200は、ダイレクトダイオード型の装置である。すなわち、レーザ装置200は、レーザダイオードモジュール115a〜dと合波器114とを備え、レーザダイオードモジュール115a〜dから出力されたレーザ光を合波器114にて合波した後に出力する装置構成である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a laser apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the
レーザダイオードモジュール115a〜dは、合波器114の各合波用入力ポートに接続されている。レーザダイオードモジュール115a〜dの夫々は、レーザ光を導出する出力光ファイバを備え、一方、合波器114の各合波用入力ポートは、当該ポートに接続された入力光ファイバを備え、各出力光ファイバと入力光ファイバとが融着接続点Cにて融着接続されている。
The
したがって、融着接続点Cの近傍には、第1実施形態で説明した検知部140aまたは検知部140bを適用することが可能であり、第2実施形態に係るレーザ装置200においても、第1実施形態で説明した作用効果を奏することが可能になる。
Therefore, the
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、上記説明した実施形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited by embodiment described above. What comprised each component of each said embodiment combining suitably is also contained in this invention. In addition, all other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are included in the present invention.
例えば、上記説明した第1実施形態では、前方励起型のレーザ発振器の構成例を用いて実施形態を説明したが、後方励起型のレーザ発振器、および、前方と後方との双方向から励起する双方向励起型のレーザ発振器であっても、本発明を適切に実施することができる。また、レーザ発振器に加え増幅器をさらに備えたMOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)構成とすることも可能である。 For example, in the first embodiment described above, the embodiment has been described using the configuration example of the forward-pumped laser oscillator. However, both the backward-pumped laser oscillator and the pumping from both the front and rear sides are performed. The present invention can be appropriately implemented even with a direction-pumped laser oscillator. Further, it is possible to adopt a MOPA (Master Oscillator Power-Amplifier) configuration further including an amplifier in addition to the laser oscillator.
さらに、上記説明した検知部の構成は、光ファイバを融着接続した融着接続点を通過するレーザ光のパワーの大きさを測定すること一般に利用可能であり、レーザ装置に多く存在する融着接続点一般に適用可能である。したがって、上記実施形態で説明した検出部の設置場所は、例示であると理解されるべきである。 Furthermore, the configuration of the detection unit described above can be generally used to measure the power of laser light passing through the fusion splicing point where the optical fibers are fusion spliced. Applicable to connection points in general. Therefore, it should be understood that the installation location of the detection unit described in the above embodiment is an example.
100,200 レーザ装置
110 レーザ発振器
111 増幅用光ファイバ
112 第1光反射器
113 第2光反射器
114 合波器
115,115a〜d レーザダイオードモジュール
120 伝送用光ファイバ
121 光学ヘッド
130 制御部
131 駆動制御部
132 記憶部
132a パラメータ記憶部
132b 駆動時間記憶部
133 パワー監視部
134 分析部
140 検知部
141 光吸収体
142 温度センサ
143 高屈折率樹脂
144,145 筐体
146 断熱機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,200
Claims (11)
前記レーザダイオードモジュールからレーザ光を導出する出力光ファイバと、
入力光ファイバに入力されたレーザ光を合波する合波器と、
前記出力光ファイバと前記入力光ファイバとを融着接続した融着接続点と、
前記融着接続点の近傍の光ファイバのクラッドの表面を被覆し、前記レーザ光を吸収する光吸収体と、
前記光吸収体の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの検出値から前記レーザダイオードモジュールから出力されたレーザ光のパワーを監視する監視制御部と、
を備えることを特徴とするレーザ装置。 A laser diode module;
An output optical fiber for deriving laser light from the laser diode module;
A multiplexer that combines the laser beams input to the input optical fiber;
A fusion splicing point in which the output optical fiber and the input optical fiber are fusion spliced;
A light absorber that covers the surface of the cladding of the optical fiber in the vicinity of the fusion splice point and absorbs the laser light;
A temperature sensor for measuring the temperature of the light absorber;
A monitoring controller that monitors the power of the laser light output from the laser diode module from the detection value of the temperature sensor;
A laser device comprising:
前記高屈折率樹脂と前記光吸収体との間は、熱分離されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。 On the surface of the clad of a part of the optical fiber closer to the laser diode module than the fusion splicing point and the light absorber, a high refractive index resin is provided to be covered,
The high refractive index resin and the light absorber are thermally separated.
The laser apparatus according to claim 1.
前記温度センサは、前記レーザダイオードモジュールの夫々に対応する前記融着接続点に設けられている、
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れかに記載のレーザ装置。 A plurality of the laser diode modules are provided,
The temperature sensor is provided at the fusion splicing point corresponding to each of the laser diode modules.
The laser apparatus according to claim 1, wherein
ことを特徴とする請求項1から請求項8の何れかに記載のレーザ装置。 The laser beam combined by the multiplexer is configured to output after amplification by an amplification optical fiber,
The laser apparatus according to claim 1, wherein the laser apparatus is characterized in that
ことを特徴とする請求項1から請求項9の何れかに記載のレーザ装置。 It is a configuration for directly outputting the laser beam combined by the multiplexer.
10. The laser device according to claim 1, wherein
ことを特徴とする請求項1から請求項10の何れかに記載のレーザ装置。 The output optical fiber and the input optical fiber are multimode optical fibers.
11. The laser device according to claim 1, wherein
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