JP2019129206A - 光パワー推定装置、レーザ装置、及び光パワー推定方法 - Google Patents

光パワー推定装置、レーザ装置、及び光パワー推定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を用いてレーザ光のパワーを推定する技術を実現すること。【解決手段】光パワー推定装置（１０）は、スペクトル測定器と制御部とを備えている。スペクトル測定器は、ストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する。制御部は、上記ストークス光のピーク波長と上記レーザ光のピーク波長との差分である第１の差分（Δλ１）を特定差分として、該特定差分に応じてレーザ光のパワーの推定値である推定パワーを推定する。【選択図】図３

Description

本発明は、光パワー推定装置及び光パワー推定方法に関する。また、本発明は、光パワー推定装置を備えたレーザ装置に関する。
材料加工の分野では、近年、ファイバレーザ装置が広く用いられている。ファイバレーザ装置とは、コアに希土類が添加された光ファイバ（以下、「増幅用光ファイバ」とも記載）をレーザ媒質とするレーザ装置であり、共振器型のファイバレーザ装置やＭＯＰＡ型ファイバレーザ装置などが知られている。
ファイバレーザ装置では、高出力化を進めると、非線形光学効果が問題となる。例えば、非線形光学効果の一種である誘導ラマン散乱の散乱光は、レーザ光の発振を不安定化させたり、増幅用光ファイバにポンプ光を供給するポンプ光源の信頼性を低下させたりする原因となることが知られている。
このような問題に対処するための技術を開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１には、誘導ラマン散乱の散乱光のパワーを検出し、検出したパワーに応じてポンプ光源を制御するファイバレーザ装置が開示されている。
特開２０１５−９５６４１号公報
本願発明者らは、マルチモードファイバを含むファイバレーザ装置の出力光に、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光が含まれていることを発見した。
四光波混合のストークス光及びアンチストークス光は、それらのパワーが大きくなると、誘導ラマン散乱の散乱光と同様、レーザ光の発振を不安定化させたり、増幅用光ファイバにポンプ光を供給するポンプ光源の信頼性を低下させたりする原因となる。したがって、レーザ光の発振が不安定化し難い、又は、ポンプ光源の信頼性が低下し難いファイバレーザ装置を実現するためには、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーをモニタすることが重要になる。
上記のような問題は、ファイバレーザ装置に限らず、レーザ光を導波するマルチモードファイバを備えたレーザ装置一般において生じ得る。本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を用いてレーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する光パワー推定装置、レーザ装置、及び光パワー推定方法を実現することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光パワー推定装置は、レーザ光を導波するマルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定するスペクトル測定器と、
測定された上記スペクトルから上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方のピーク波長を決定し、且つ、（１）上記ストークス光のピーク波長と上記レーザ光のピーク波長との差分である第１の差分、（２）上記レーザ光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第２の差分、及び、（３）上記ストークス光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第３の差分のうち何れか１つの差分を特定差分として、該特定差分に応じて、レーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーの推定値である推定パワーを推定する制御部と、を備えている。
本発明の一態様に係る光パワー推定装置は、上記特定差分と上記レーザ光のパワーとを対応付けた第１のテーブル及び第１の関数、並びに、上記特定差分と上記ストークス光のパワーとを対応付けた第２のテーブル及び第２の関数、並びに、上記特定差分と上記アンチストークス光のパワーとを対応付けた第３のテーブル又は第３の関数のうち少なくとも何れか１つを記憶した記憶部を更に備え、上記制御部は、上記第１のテーブル、上記第１の関数、上記第２のテーブル、上記第２の関数、上記第３のテーブル、及び上記第３の関数のうち何れか１つを参照し、上記特定差分に対応付けられた上記レーザ光のパワー、上記特定差分に対応付けられた上記ストークス光のパワー、及び、上記特定差分に対応付けられた上記アンチストークス光のパワーのうち少なくとも何れか１つのパワーを上記推定パワーとして採用する。
本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、光スペクトラムアナライザである。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記レーザ光をそれぞれ波長が異なる複数の単色光に分光するプリズム又は回折格子と、上記複数の単色光の各々に１対１で対応付けられた複数の光検出器からなる光検出器群であって、各光検出器が上記複数の単色光の各々のパワーを検出する光検出器群と、を備えていてもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、入射された上記レーザ光を単色光に分光して出射する分光器と、該分光器により分光された単色光のパワーを検出する光検出器と、を備えていてもよい。
本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含み、且つ、上記レーザ光を含まない波長帯域におけるスペクトルを測定する。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含み、且つ、パワーが自然放出光よりも高い波長帯域におけるスペクトルを測定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含み、且つ、上記レーザ光に起因する誘導ラマン散乱の散乱光のピーク波長を含まない波長帯域におけるスペクトルを測定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記ストークス光のピーク波長を含む波長帯域であって、上記レーザ光のピーク波長よりも長波長側、且つ、上記レーザ光に起因する誘導ラマン散乱の散乱光のピーク波長よりも短波長側の波長帯域におけるスペクトルを測定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記レーザ光のピーク波長よりも短波長側の波長帯域であって、上記レーザ光のピーク波長よりも４０ｎｍ短い波長を下限とする波長帯域、及び、上記レーザ光のピーク波長よりも長波長側の波長帯域であって、上記レーザ光のピーク波長よりも４０ｎｍ長い波長を上限とする波長帯域の一方又は両方におけるスペクトルを測定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記四光波混合は、上記マルチモードファイバを導波される上記レーザ光の基本モード成分及び高次モード成分がポンプ光として関与する四光波混合であり、上記ストークス光のピーク角周波数ωs及び上記アンチストークス光のピーク角周波数ωasは、周波数整合条件を表す下記式（１）、及び、位相整合条件を表す下記式（２ａ）又は（２ｂ）を満たす。
ωs＋ωas＝２ωp・・・（１）
β（ωs）＋β’（ωas）＝β’（ωp）＋β（ωp）−γ（Ｐ＋Ｐ’）・・・（２ａ）
β’（ωs）＋β（ωas）＝β’（ωp）＋β（ωp）−γ（Ｐ＋Ｐ’）・・・（２ｂ）
ここで、β（ω）は、角周波数ωの基本モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、β’（ω）は、角周波数ωの高次モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、ωpは、上記レーザ光のピーク角周波数を表し、Ｐは、上記レーザ光の基本モード成分のパワーを表し、Ｐ’は、上記レーザ光の高次モード成分のパワーを表し、γは、非線形係数を表す。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記四光波混合は、上記マルチモードファイバを導波される上記レーザ光の第１の高次モード成分及び第２の高次モード成分がポンプ光として関与する四光波混合であり、上記ストークス光のピーク角周波数ωs及び上記アンチストークス光のピーク角周波数ωasは、周波数整合条件を表す下記式（１）、及び、位相整合条件を表す下記式（２ａ）又は（２ｂ）を満たす。
ωs＋ωas＝２ωp・・・（１）
β’（ωs）＋β”（ωas）＝β”（ωp）＋β’（ωp）−γ（Ｐ’＋Ｐ”）・・・（２ａ）
β”（ωs）＋β’（ωas）＝β”（ωp）＋β’（ωp）−γ（Ｐ’＋Ｐ”）・・・（２ｂ）
ここで、β’（ω）は、角周波数ωの第１の高次モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、β”（ω）は、角周波数ωの第２の高次モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、ωpは、上記レーザ光のピーク角周波数を表し、Ｐ’は、上記レーザ光の第１の高次モード成分のパワーを表し、Ｐ”は、上記レーザ光の第２の高次モード成分のパワーを表し、γは、非線形係数を表す。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記ストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定し、上記制御部は、測定された上記スペクトルから上記ストークス光のピーク波長を決定し、且つ、上記第１の差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記レーザ光及び上記ストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記アンチストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定し、上記制御部は、測定された上記スペクトルから上記アンチストークス光のピーク波長を決定し、且つ、上記第２の差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記レーザ光及び上記アンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置において、上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定し、上記制御部は、測定された上記スペクトルから上記ストークス光のピーク波長及び上記アンチストークス光のピーク波長を決定し、且つ、上記第３の差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記レーザ光、上記ストークス光、及び上記アンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定装置は、誘導ラマン散乱の散乱光を抑制する抑制部を更に備えている。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザ装置は、上述した何れか一態様に係る光パワー推定装置と、上記マルチモードファイバと、を備えている。
また、本発明の一態様に係るレーザ装置において、上記制御部は、上記推定パワーに基づいて自装置を制御する。
また、本発明の一態様に係るレーザ装置は、ポンプ光を生成する１又は複数のポンプ光源を更に備え、上記制御部は、上記推定パワーが予め設定された閾値を超えたときに、上記１又は複数のポンプ光源への駆動電流の供給を停止するか、又は、上記１又は複数のポンプ光源に供給される駆動電流を減少させる。
また、本発明の一態様に係るレーザ装置において、少なくとも一方の端部に上記１又は複数のポンプ光源が接続され、上記レーザ光を増幅する増幅用光ファイバを更に備え、上記スペクトル測定器は、下流側から上流側へと導波された上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する構成でもよい。
また、本発明の一態様に係るレーザ装置において、少なくとも一方の端部に上記１又は複数のポンプ光源が接続され、上記レーザ光を増幅する増幅用光ファイバを更に備え、上記スペクトル測定器は、上流側から下流側へと導波された上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する構成でもよい。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光パワー推定方法は、マルチモードファイバを伝搬するレーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定パワーとして推定する光パワー推定方法であって、上記マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する測定工程と、上記測定工程において測定された上記スペクトルから上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方のピーク波長を決定する決定工程と、（１）上記ストークス光のピーク波長と上記レーザ光のピーク波長との差分である第１の差分、（２）上記レーザ光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第２の差分、及び、（３）上記ストークス光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第３の差分のうち何れか１つの差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記推定パワーを推定する推定工程と、を含む。
また、本発明の一態様に係る光パワー推定方法において、上記特定差分と上記レーザ光のパワーとを対応付けた第１のテーブル及び第１の関数、並びに、上記特定差分と上記ストークス光のパワーとを対応付けた第２のテーブル及び第２の関数、並びに、上記特定差分と上記アンチストークス光のパワーとを対応付けた第３のテーブル又は第３の関数のうち少なくとも何れか１つが定められており、
上記第１のテーブル、上記第１の関数、上記第２のテーブル、上記第２の関数、上記第３のテーブル、及び上記第３の関数のうち何れか１つを参照し、上記特定差分に対応付けられた上記レーザ光のパワー、上記特定差分に対応付けられた上記ストークス光のパワー、及び、上記特定差分に対応付けられた上記アンチストークス光のパワーのうち少なくとも何れか１つのパワーを上記推定パワーとして採用する。
本発明の一態様によれば、マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を用いてレーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する光パワー推定装置、レーザ装置、及び光パワー推定方法を実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 マルチモードファイバを備えたレーザ装置の出力光のスペクトルを示すグラフである。 （ａ）は、ｖパラメータが６であるマルチモードファイバに関して、伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフである。（ｂ）は、ｖパラメータが８であるマルチモードファイバに関して、伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフである。（ｃ）は、ｖパラメータが１０であるマルチモードファイバに関して、伝搬定数差の周波数依存性を示すグラフである。 （ａ）は、図１に示したレーザ装置が備えている演算部が参照する関数を示すグラフであり、（ｂ）は、該演算部が参照する別の関数を示すグラフである。 （ａ）は、図１に示したレーザ装置が備えているスペクトル測定器Ｄの第１の変形例の構成を示す概略図である。（ｂ）は、図１に示したレーザ装置が備えているスペクトル測定器Ｄの第２の変形例の構成を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。
本願発明者らは、マルチモードファイバを含むファイバレーザ装置の出力光に、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光が含まれていることを発見した。
図２は、ファイバレーザ装置の出力光のスペクトルを示すグラフである。図２に示すグラフにおいては、レーザ光のパワーが１０４５Ｗ、２０２０Ｗ、３０１０Ｗ、４０４０Ｗ、５０２０Ｗとなる場合の各々について、ピークパワーで規格化した出力光のスペクトルを示している。図２に示すグラフにおいて、１０７０ｎｍに現れたピークは、このファイバレーザ装置が発振するレーザ光に対応する。図２に示すグラフよれば、このレーザ光の他に、このレーザ光よりもピーク波長の長い光、及び、このレーザ光よりもピーク波長の短い光が存在していることを、確認することができる。また、図２に示すグラフによれば、これらの光のパワーがレーザ光のパワーに対して指数関数的に増加することを、確認することができる。
本願発明者らが行った検討の結果、これらの光は、マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合、より具体的には、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光であることが分かった。なお、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モード以外の高次モードとが関与する四光波混合、又は、２つの高次モードとが関与する四光波混合がマルチモードファイバにおいて生じた場合には、この四光波混合のストークス光及びアンチストークス光がレーザ装置の出力光に含まれ得る。
なお、図２に示す出力光のスペクトルは、誘導ラマン散乱の散乱光を抑制するための各種対策が施されたファイバレーザ装置によって得られたものである。このような対策が施されていないファイバレーザ装置では、四光波混合のストークス光の存在を確認することが困難となる場合がある。なぜなら、このような対策が施されていないファイバレーザ装置では、四光波混合のストークス光のピークが誘導ラマン散乱の散乱光のピークに埋もれてしまう場合があるからである。本願発明者らは、マルチモードファイバを備えたファイバレーザ装置に誘導ラマン散乱の散乱光を抑制する技術を適用することによって、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の存在を確認することに初めて成功した。
以下、マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光をモニタすることが可能なモニタ装置、及び、そのようなモニタ装置を備えたレーザ装置の実施形態について説明する。
〔第１の実施形態〕
（レーザ装置の構成）
本発明の第１の実施形態に係るレーザ装置１について、図１を参照して説明する。図１は、レーザ装置１の構成を示すブロック図である。
レーザ装置１は、単一波長のレーザ光を発振する加工用のファイバレーザ装置であり、図１に示すように、ｍ個のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ｍ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、２個のファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、スペクトル測定器Ｄ、及び、制御部Ｃを備えている。スペクトル測定器Ｄと、制御部Ｃとは、本発明の一態様である光パワー推定装置を構成する。ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍとポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍとは、互いに一対一に対応する。ここで、ｍは、２以上の任意の自然数であり、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ及びポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍの個数を表す。なお、図１においては、ｍ＝６の場合のレーザ装置１の構成例を示している。本節においては、スペクトル測定器Ｄ及び制御部Ｃ以外（すなわち光パワー推定装置以外）の各部の構成について説明する。
ポンプ光源ＰＳｊ（ｊは１以上ｍ以下の自然数）は、ポンプ光を生成する。ポンプ光としては、例えば、ピーク波長が９７５±３ｎｍ又は９１５±３ｎｍのレーザ光を用いることができる。本実施形態においては、レーザダイオードをポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍとして用いている。ポンプ光源ＰＳｊは、対応するポンプデリバリファイバＰＤＦｊの入力端に接続されている。ポンプ光源ＰＳｊにて生成されたポンプ光は、このポンプデリバリファイバＰＤＦｉに入力される。
ポンプデリバリファイバＰＤＦｊは、対応するポンプ光源ＰＳｊにて生成されたポンプ光を導波する。ポンプデリバリファイバＰＤＦｊの出力端は、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されている。ポンプデリバリファイバＰＤＦｊを導波されたポンプ光は、この入力ポートを介してポンプコンバイナＰＣに入力される。
ポンプコンバイナＰＣは、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍの各々を導波されたポンプ光を合波する。ポンプコンバイナＰＣの出力ポートは、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を介して増幅用光ファイバＡＦの入力端に接続されている。ポンプコンバイナＰＣにて合波されたポンプ光のうち、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過したポンプ光は、増幅用光ファイバＡＦに入力される。
増幅用光ファイバＡＦは、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過したポンプ光を用いて、特定の波長帯域（以下、「増幅帯域」と記載）に属するレーザ光を増幅する。本実施形態においては、コアに希土類元素（例えばイッテルビウム、ツリウム、セリウム、ネオジウム、ユーロビウム、エルビウムなど）が添加されたダブルクラッドファイバを増幅用光ファイバＡＦとして用いている。この場合、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過したポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために用いられる。例えば、コアに添加された希土類元素がイッテルビウムの場合、増幅用光ファイバＡＦの増幅帯域は、例えば、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域である。この場合、レーザ装置１が発振するレーザ光の波長は、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下に設定される。増幅用光ファイバＡＦの出力端は、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介してレーザデリバリファイバＬＤＦ１の入力端に接続されている。
ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２は、増幅用光ファイバＡＦの増幅帯域に含まれる特定の波長帯域（以下、「反射帯域」と記載）に属するレーザ光を反射する。第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１は、反射帯域における反射率が第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２よりも高く、ミラーとして機能する。この第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１としては、例えば、中心波長が１０７０±３ｎｍであり、半値全幅が３．５±０．５ｎｍである反射帯域を有し、その反射帯域における反射率が９９％以上であるファイバブラッググレーティングを用いることができる。一方、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２は、反射帯域における反射率が第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１よりも低く、ハーフミラーとして機能する。この第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２としては、例えば、中心波長が１０７０±３ｎｍであり、半値全幅が３．５±０．５ｎｍである反射帯域を有し、その反射帯域における反射率が６０％であるファイバブラッググレーティングを用いることができる。このため、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２の反射帯域に属するレーザ光は、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２にて繰り返し反射され、増幅用光ファイバＡＦにて再帰的に増幅される。このように、増幅用光ファイバＡＦは、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２と共に、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２の反射帯域に属するレーザ光を発振する発振器を構成する。増幅用光ファイバＡＦにて再帰的に増幅されたレーザ光のうち、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光は、レーザデリバリファイバＬＤＦに入力される。なお、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２の反射帯域の中心波長は、１０７０±３ｎｍの他に、例えば、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０７０ｎｍ、１０８０ｍｍ、１０８７±６ｎｍ、１０９０ｎｍであり得る。したがって、レーザ装置１の発振波長は、１０７０±３ｎｍの他に、例えば、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０７０ｎｍ、１０８０ｍｍ、１０８７±６ｎｍ、１０９０ｎｍであり得る。
レーザデリバリファイバＬＤＦは、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光を導波する。レーザデリバリファイバＬＤＦの出力端は、レーザヘッドＬＨに接続されている。レーザデリバリファイバＬＤＦを導波されたレーザ光は、このレーザヘッドＬＨを介して加工対象物Ｗに照射される。
（マルチモードファイバにおける四光波混合）
レーザ装置１を構成する増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、及びレーザデリバリファイバＬＤＦは、マルチモードファイバにより実現し得る。本実施形態では、レーザデリバリファイバＬＤＦをマルチモードファイバとしている。このため、レーザ装置１では、レーザデリバリファイバＬＤＦにおいて、複数の導波モードが関与する四光波混合によって、ストークス光が増幅され、アンチストーク光が生成され得る。なお、増幅用光ファイバＡＦをマルチモードファイバにより実現した場合には、増幅用光ファイバＡＦにおいても、複数の導波モードが関与する四光波混合が生じ得る。
ここで、複数の導波モードが関与する四光波混合とは、マルチモードファイバを導波されるレーザ光の基本モード成分及び高次モード成分をポンプ光として、或いは、マルチモードファイバを導波されるレーザ光の第１の高次モード成分と第２の高次モード成分をポンプ光として、周波数整合条件及び位相整合条件の両方を満たすストークス光及びアンチストークス光が増幅又は生成される現象のことを指す。ここで、基本モードとしては、ＬＰ０１モードが挙げられる。また、高次モードとしては、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード、ＬＰ１２モードなどが挙げられる。
例えば、マルチモードファイバを導波されるレーザ光のＬＰ０１モード成分及びＬＰ１１モード成分をポンプ光として、ＬＰ１１モードのストークス光が増幅され、ＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される場合、周波数整合条件及び位相整合条件は、以下のように書き下すことができる。
周波数整合条件：ωs＋ωas＝２ωp、
位相整合条件：β’（ωs）＋β（ωas）＝β（ωp）＋β’（ωp）−γ（Ｐ＋Ｐ’）。
また、マルチモードファイバを導波されるレーザ光のＬＰ０１モード成分及びＬＰ１１モード成分をポンプ光として、ＬＰ０１モードのストークス光とＬＰ１１モードのアンチストークス光とが生成される場合、周波数整合条件及び位相整合条件は、以下のように書き下すことができる。
周波数整合条件：ωs＋ωas＝２ωp、
位相整合条件：β（ωs）＋β’（ωas）＝β（ωp）＋β’（ωp）−γ（Ｐ＋Ｐ’）。
ここで、ωpは、レーザ光のピーク角周波数であり、ωsは、ストークス光のピーク角周波数であり、ωasは、アンチストークス光のピーク角周波数である。また、β（ω）は、角周波数ωのＬＰ０１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数であり、β’（ω）は、角周波数ωのＬＰ１１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数である。また、Ｐは、レーザ光のＬＰ０１モード成分のパワーであり、Ｐ’は、レーザ光のＬＰ１１モード成分のパワーである。また、γは、非線形係数である。
ここで、ＬＰ０１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数β（ω）は、角周波数ωを変数とする公知の多項式により与えられ、マルチモードファイバの分散をその係数として含む。同様に、ＬＰ１１モードに対するマルチモードファイバの伝搬定数β’（ω）は、角周波数ωを変数とする公知の多項式により与えられ、マルチモードファイバの分散をその係数として含む。したがって、マルチモードファイバの分散を変えれば、伝搬定数β（ω），β’（ω）の関数形が変わる。そして、伝搬定数β（ω），β’（ω）の関数形が変われば、周波数整合条件及び位相整合条件の両方を満たすピーク角周波数ωs，ωas、すなわち、ストークス光及びアンチストークスのピーク角周波数ωs，ωasが変わる。そして、ストークス光及びアンチストークスのピーク角周波数ωs，ωasが変われば、ストークス光及びアンチストークスのピーク波長が変わる。したがって、マルチモードファイバにおいて生じる、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光のピーク波長は、そのマルチモードファイバの分散に応じて決まる。なお、マルチモードファイバの分散は、公知の方法、例えば、マルチモードファイバの屈折率分布を測定することによって求められる。
なお、ここでは、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとが関与する四光波混合について説明したが、マルチモードファイバにおける四光波混合に関与する導波モードは、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードに限定されない。すなわち、マルチモードファイバの導波モードから任意に選択された２つの導波モードが関与する四光波混合が生じ得る。例えば、ＬＰ１１モードとＬＰ２１モードとが関与する四光波混合のように、第１の高次モードと第２の高次モードとが関与する四光波混合が生じ得る。この場合の周波数整合条件及び位相整合条件は、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間の四光波混合と同様に与えられる。
本願発明者らは、ＬＰ０１モードとＬＰｍｎモード（ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード）との組み合わせに関して、下記の式により定義される伝搬定数差Δβを計算した。下記の式（３）において、βｍｎは、ＬＰｍｎモードの伝搬定数を表し、ｆ０は、四光波混合のポンプ光となるレーザ光の周波数を表す。また、βｍｎの後に付したｆ＝ｆ０＋Δｆは、そのβｍｎが周波数ｆ＝ｆ０＋Δｆにおける伝搬定数であることを表し、βｍｎの後に付したｆ＝ｆ０−Δｆは、そのβｍｎが周波数ｆ＝ｆ０−Δｆにおける伝搬定数であることを表し、βｍｎの後に付したｆ＝ｆ０は、βｍｎが周波数ｆ＝ｆ０における伝搬定数であることを表す。
Δβ＝βｍｎ｜ｆ＝ｆ０−Δｆ＋β０１｜ｆ＝ｆ０＋Δｆ−β０１｜ｆ＝ｆ０−βｍｎ｜ｆ＝ｆ０ ・・・（３）
上記の式（３）により定義される伝搬定数差Δβが０になるΔｆが存在する場合、周波数ｆがｆ０−（Δｆ＋Δμ）であるＬＰｍｎモードのストークス光が増幅され、周波数ｆがｆ０＋（Δｆ＋Δμ）であるＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される四光波混合が生じる。ここで、上記のΔμは、レーザ光のパワーに応じてシフトする周波数の値を示す。また、上記の式（３）に現れるΔｆのことを、「周波数シフト」と呼ぶ。
図３の（ａ）は、ｖパラメータが６であるマルチモードファイバに関して、本願発明者らが計算した伝搬定数差Δβの周波数シフトΔｆ依存性を示すグラフである。図３の（ｂ）は、ｖパラメータが８であるマルチモードファイバに関して、本願発明者らが計算した伝搬定数差Δβの周波数シフトΔｆ依存性を示すグラフである。図３の（ｃ）は、ｖパラメータが１０であるマルチモードファイバに関して、本願発明者らが計算した伝搬定数差Δβの周波数シフトΔｆ依存性を示すグラフである。ここで、ｖパラメータとは、ａをコア径、ｎ０をコアの屈折率、ｎ１をクラッドの屈折率、λ０をレーザ光のピーク波長として、下記の式（４）により定義される量である。
ｖ＝２πａ（ｎ１ ２−ｎ０ ２）１／２／λ０ ・・・（４）
図３によると、ｖパラメータが６、８、１０のマルチモードファイバでは、ＬＰ１１モードのストークス光が増幅され、ＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される四光波混合が生じることが確かめられる。この場合の周波数シフトΔｆは、５〜６ＴＨｚ程度（波長１５〜２０ｎｍ程度に相当）である。また、図３によると、ｖパラメータが６、８、１０のマルチモードファイバでは、より高次の導波モード（例えば、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ３１モード）のストークス光が増幅され、ＬＰ０１モードのアンチストークス光が生成される四光波混合も生じ得ることが示唆される。このときの周波数シフトΔｆは、８ＴＨｚよりも大きくなる。
レーザ装置１において、マルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦを導波されるレーザ光には、（ａ）増幅用光ファイバＡＦにて増幅された後、レーザデリバリファイバＬＤＦを順方向（レーザ光の出射方向と同方向）に導波されるレーザ光と、（ｂ）加工対象物Ｗにて反射された後、レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向（レーザ光の出射方向と逆方向）に導波されるレーザ光と、が含まれる。レーザデリバリファイバＬＤＦを順方向に導波されるレーザ光の２つの導波モードをポンプ光とする四光波混合のストークス光及びアンチストークス光は、（１）レーザデリバリファイバＬＤＦを順方向に導波され、（２）加工対象物Ｗにて反射され、（３）レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向に導波された後、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに入射する。一方、レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向に導波されるレーザ光の２つの導波モードをポンプ光とする四光波混合のストークス光及びアンチストークス光は、レーザデリバリファイバＬＤＦを逆方向に導波された後、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに入射する。
第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに入射したストークス光及びアンチストークス光は、そのピーク波長又はそのピーク波長周辺の波長が増幅用光ファイバＡＦの増幅帯域に含まれている場合、増幅用光ファイバＡＦを導波される過程で増幅される場合がある。このため、増幅用光ファイバＡＦを逆方向に導波されるストークス光及びアンチストークス光のパワーが大きくなる場合がある。このようなパワーの大きいストークス及びアンチストークス光が増幅用光ファイバＡＦを導波されると、レーザ光の発振が不安定になる可能性がある。また、このようなパワーの大きいストークス光及びアンチストークス光が、増幅用光ファイバＡＦの上流側から出射され、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに入射すると、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの信頼性が低下する可能性がある。
なお、本明細書において、「マルチモードファイバ」とは、２個以上の導波モードを有する光ファイバのことを指す。マルチモードファイバの有する導波モードの個数は、マルチモードファイバの設計に応じて決まり、例えば１０個である。２個以上１０個以下の導波モードを有する所謂フューモードファイバは、マルチモードファイバの一例である。また、本明細書において、「ストークス光」とは、特にことわりがない場合、マルチモードモードおいて複数の導波モードが関与する四光波混合によって生じるストークス光のことを指し、「アンチストークス光」とは、特にことわりがない場合、マルチモードモードおいて複数の導波モードが関与する四光波混合によって生じるアンチストークス光のことを指す。
（光パワー推定装置の機能）
上述したように、本実施形態に係るレーザ装置１は、光パワー推定装置１０を備えている。光パワー推定装置１０は、スペクトル測定器Ｄと、制御部Ｃとを備えている。
本実施形態において、スペクトル測定器Ｄは、レーザ光を導波するマルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦに対して、ポンプコンバイナＰＣ及び逆方向デリバリファイバＲＤＦを介して接続されている。レーザ装置１では、図１に示すように、スペクトル測定器Ｄは、レーザデリバリファイバＬＤＦに対して、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２、増幅用光ファイバＡＦ、第１ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１、ポンプコンバイナＰＣ、及び、逆方向デリバリファイバＲＤＦを介して接続されている。なお、本実施形態においては、レーザ装置がｍ個のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍを備えてことに伴い、レーザ装置１は、ポンプコンバイナＰＣを備えている。しかし、レーザ装置１においてポンプコンバイナＰＣは必須の構成ではない。レーザ装置１は、ポンプコンバイナＰＣの代わりに分岐部（例えば複数のＹ分岐を組み合わせることによって得られる）を備えていてもよい。
ポンプコンバイナＰＣとスペクトル測定器Ｄとを接続する逆方向デリバリファイバＲＤＦは、レーザデリバリファイバＬＤＦと同様に構成されている。逆方向デリバリファイバＲＤＦの入力端は、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されている。逆方向デリバリファイバＲＤＦの出力端は、スペクトル測定器Ｄに接続されている。
したがって、増幅用光ファイバＡＦを逆方向（レーザ光の出射方向と逆方向）に伝播してきたレーザ光は、逆方向デリバリファイバＲＤＦにより導波され、スペクトル測定器Ｄに入射する。また、レーザ光とともにストークス光及びアンチストークス光が増幅用光ファイバＡＦを逆方向により導波されてきた場合には、レーザ光とともにストークス光及びアンチストークス光がスペクトル測定器Ｄに入射する。
本発明の一態様において、スペクトル測定器は、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する。本実施形態においては、スペクトル測定器Ｄの一例として光スペクトラムアナライザを採用しており、該光スペクトラムアナライザは、ストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する。ストークス光を含む波長帯域は、例えば、レーザ光のピーク波長λＬを下限とし、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ長い波長を上限とする波長帯域とすることが好ましく、ピーク波長λＬよりも１０ｎｍ長い波長を下限とし、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ長い波長を上限とする波長帯域とすることが更に好ましい。この場合、例えば、ピーク波長λＬが１０７０ｎｍのときには、１０８０ｎｍ以上１１１０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０８０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器がスペクトルを測定する波長帯域となる。なお、本明細書において、ある光がある波長帯域に属するとは、（１）その光が特定の波長を有する単色光である場合には、少なくともその波長がその波長帯域に含まれることを指し、（２）その光が特定のピーク波長を有する複色光である場合には、少なくともそのピーク波長がその波長帯域に含まれることを指す。
なお、ストークス光を検出対象とする場合、レーザ装置１の発振波長は、１０７０ｎｍの他に、例えば、１０７０±３ｎｍ、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０８０ｍｍ、１０８７±６ｎｍ、１０９０ｎｍであり得る。レーザ光のピーク波長が１０７０±３ｎｍのときには、１０８０±３ｎｍ以上１１１０±３ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０８０±３ｎｍ以上１１００±３ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０３０ｎｍのときには、１０４０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０４０ｎｍ以上１０６０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０４０ｎｍのときには、１０５０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０５０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０５０ｎｍのときには、１０６０ｎｍ以上１０９０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０６０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０６０ｎｍのときには、１０７０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０７０ｎｍ以上１０９０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０８０ｎｍのときには、１０９０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０９０ｎｍ以上１１１０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０８７±６ｎｍのときには、１０９７±６ｎｍ以上１１２７±６ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０９７±６ｎｍ以上１１１７±６ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０９０ｎｍのときには、１１００ｎｍ以上１１３０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１１００ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。
なお、アンチストークス光を検出対象とする場合、レーザ装置１の発振波長は、１０７０ｎｍの他に、例えば、１０７０±３ｎｍ、１０３０ｎｍ、１０４０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１０８０ｍｍ、１０８７±６ｎｍ、１０９０ｎｍであり得る。レーザ光のピーク波長が１０７０±３ｎｍのときには、１０３０±３ｎｍ以上１０６０±３ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０４０±３ｎｍ以上１０６０±３ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０３０ｎｍのときには、９９０ｎｍ以上１０２０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０００ｎｍ以上１０２０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０４０ｎｍのときには、１０００ｎｍ以上１０３０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０１０ｎｍ以上１０３０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０５０ｎｍのときには、１０１０ｎｍ以上１０４０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０２０ｎｍ以上１０４０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０６０ｎｍのときには、１０２０ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０３０ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０８０ｎｍのときには、１０４０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０５０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０８７±６ｎｍのときには、１０４７±６ｎｍ以上１０７７±６ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０５７±６ｎｍ以上１０７７±６ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。或いは、レーザ光のピーク波長が１０９０ｎｍのときには、１０５０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０６０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。
また、光スペクトラムアナライザは、ストークス光を含み、且つ、レーザ光を含まない波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成されていてもよい。ストークス光を含み、且つ、レーザ光を含まない波長帯域は、例えば、レーザ光のピーク波長λＬよりも１０ｎｍ長い波長を下限とし、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ長い波長を上限とする波長帯域とすることが好ましい。この場合、例えば、ピーク波長λＬが１０７０ｎｍのときには、１０８０ｎｍ以上１１１０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０８０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器がスペクトルを測定する波長帯域となる。これにより、ノイズであるレーザ光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、ストークス光の検出精度の低下を抑えることができる。
また、ストークス光を含む波長帯域は、レーザ光に起因する誘導ラマン散乱の散乱光（以下、「誘導ラマン散乱光」とも記載）のピーク波長を含まない波長帯域であって、且つ、ピーク波長λＬよりも長波長側の波長帯域であることが好ましい。また、スペクトル測定器Ｄがスペクトルを測定する波長帯域は、ピーク波長λＳを含む波長帯域であって、ピーク波長λＬよりも長波長側、且つ、レーザ光に起因する誘導ラマン散乱光のピーク波長よりも短波長側の波長帯域であることが好ましい。これにより、ノイズである誘導ラマン散乱光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、ストークス光の検出精度の低下を抑えることが可能になる。
一方、スペクトル測定器Ｄがアンチストークス光を含む波長帯域のスペクトルを測定する場合、スペクトル測定器Ｄは、例えば、ピーク波長λＬよりも短波長側の波長帯域であって、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ短い波長を下限とする波長帯域であることが好ましく、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ短い波長を下限とし、ピーク波長λＬよりも１０ｎｍ短い波長を上限とすることが更に好ましい。この場合、例えば、レーザ光のピーク波長が１０７０ｎｍのときには、１０３０ｎｍ以上１０６０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０４０ｎｍ以上１０６０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器Ｄが優先的に検出する波長帯域となる。
制御部Ｃは、スペクトル測定器Ｄにより測定されたスペクトルからストークス光のピーク波長λＳを決定し、且つ、ストークス光のピーク波長λＳとレーザ光のピーク波長λＬとの差分である第１の差分Δλ１を算出する。そのうえで、第１の差分Δλ１を特定差分ΔＰとして、特定差分ΔＰに応じてレーザ光のパワーの推定値である推定パワーＰＥＬを推定する。ここで、ピーク波長λＬは、２つのファイバブラッググレーティングＦＢＧ１，ＦＢＧ２により構成された共振器の構成により定まるレーザ装置１に固有の波長である。ピーク波長λＳは、例えば、スペクトル測定器Ｄにより測定されたスペクトルからレーザ光の成分とストークス光の成分とを分離したうえで、ストークス光の成分を好適な関数を用いて近似することによって求められる。この一連の処理は、制御部Ｃの演算部Ｃ２が実施する。なお、制御部Ｃの構成については後述する。
なお、図７〜図９を参照して後述するようにレーザ装置７〜図９がＭＯＰＡ型である場合（すなわち、後述するＭＯ部と増幅用光ファイバＡＦ’との間に波長変換素子が含まれていない場合）、ピーク波長λＬは、ＭＯ部から出射されたレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。
或いは、ＭＯ部の下流側に波長変換素子が含まれている場合、当該波長変換素子に対して上流側のマルチモードファイバにおいては、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、ＭＯ部から出射されたレーザ光のピーク波長に一致又は略一致し、当該波長変換素子に対して下流側のマルチモードファイバにおいては、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、ＭＯ部から出射されたレーザ光が当該波長変換素子で変換された後のレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。ＭＯ部の下流側に波長変換素子が含まれていない場合、ＭＯ部の下流側のマルチモードファイバにおいては、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、ＭＯ部から出射されたレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。
以上のように、ピーク波長λＬは、上述した波長の何れかになり得る。
図２は、ファイバレーザ装置の出力光の１０４０ｎｍを下限とし、１１４０ｎｍを上限する波長帯域におけるスペクトルを示すグラフである。図２に示すグラフにおいては、レーザ光のパワーが１０４５Ｗ、２０２０Ｗ、３０１０Ｗ、４０４０Ｗ、５０２０Ｗとなる場合の各々について、ピークパワーで規格化した出力光のスペクトルを示している。図２に示すグラフにおいて、１０７０ｎｍに現れたピークは、このファイバレーザ装置が発振するレーザ光に対応する。図２に示すグラフよれば、このレーザ光の他に、このレーザ光よりもピーク波長の長い光、及び、このレーザ光よりもピーク波長の短い光が存在していることを、確認することができる。これらの光は、上述した四光波混合のストークス光及びアンチストークス光であると考えられる。また、図２に示すグラフによれば、ストークス光及びアンチストークス光のパワーがレーザ光のパワーに対して指数関数的に増加することを、確認することができる。
なお、図２に示す出力光のスペクトルは、誘導ラマン散乱の散乱光を抑制するための各種対策が施されたファイバレーザ装置によって得られたものである。このような対策が施されていないファイバレーザ装置では、四光波混合のストークス光の存在を確認することが困難となる場合がある。なぜなら、このような対策が施されていないファイバレーザ装置では、四光波混合のストークス光のピークが誘導ラマン散乱の散乱光のピークに埋もれてしまう場合があるからである。本願発明者らは、マルチモードファイバを備えたファイバレーザ装置に誘導ラマン散乱の散乱光を抑制する技術を適用することによって、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の存在を確認することに初めて成功した。
図２に示すように、パワーＰＬが高出力化されればされるほど、ストークス光のピーク波長λＳが長波長側へシフトする現象、すなわち、第１の差分Δλ１が増大する現象を本願の発明者らは見出した。光パワー推定装置１０は、この現象を利用することによって、第１の差分Δλ１を算出することによって、その第１の差分Δλ１に応じた推定パワーＰＥＬを推定することができる。すなわち、光パワー推定装置１０は、マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を用いてレーザ光のパワーを推定する技術を実現することができる。また、光パワー推定装置１０を備えたレーザ装置１は、光パワー推定装置１０と同じ効果を奏する。
なお、図２に示したグラフによれば、出力光のスペクトル形状に影響を与えるストークス光及びアンチストークス光が生じるのは、特に、レーザ装置１にて発振されるレーザ光のパワーが３ｋＷ以上の場合、或いは、レーザ装置１から出力される出力光（ストークス光及びアンチストークス光を含む）のパワーが４ｋＷ以上の場合である。このため、特に、レーザ装置１にて発振されるレーザ光のパワーが３ｋＷ以上の場合、或いは、レーザ装置１から出力される出力光のパワーが４ｋＷ以上の場合、フィルタ装置Ｆは特に有効に機能する。
また、光パワー推定装置１０は、第１の差分Δλ１に応じた推定パワーＰＥＬを推定するように構成されているため、レーザ光のパワーをモニタする従来の技術と比較して、以下のようなメリットのうち少なくとも何れか１つを有する。
第１のメリットは、レーザ装置１の運転中において突発的に生じ得る四光波混合のストークス光を検出可能なことである。従来、レーザ装置１のレーザ光のように高出力なレーザ光のパワーを測定するためには、カロリーメータを用いる。カロリーメータは、定められた時間内にキャビティに入射したレーザ光のパワーを、熱に変換したうえでキャビティの温度変化として検出し、この温度変化からレーザ光のパワーを推定することによって該パワーをモニタする。したがって、カロリーメータは、定められた時間内におけるレーザ光の平均パワーをモニタするものであり、高い時間分解能が要求される用途には適さない。
一方、光パワー推定装置１０は、スペクトル測定器Ｄの一例として光スペクトラムアナライザを採用している。そのため、光パワー推定装置１０は、突発的に生じた四光波混合のストークス光（すなわちランダムパルス状のストークス光）であっても、そのピーク波長λＳを決定することができ、第１の差分Δλ１を算出することができ、結果として、推定パワーＰＥＬを推定することができる。
第２のメリットは、外部環境が変化しやすい状況下において運用される場合であっても、その外部環境の変化による影響を大きく受けることなく四光波混合のストークス光を検出可能なことである。ピーク波長λＳは、ストークス光のパワーと比較して、外部環境の変化による影響を受けにくいためである。なお、変化し得る外部環境のパラメータとしては、例えば、加工対象物Ｗの反射率や、ミラーの位置などが挙げられる。
第３のメリットは、カロリーメータを用いてレーザ光のパワーをモニタする場合と比較して、推定パワーＰＥＬを高い精度で推定可能なことである。例えば、典型的なカロリーメータを用いてパワーが５ｋＷのレーザ光をモニタした場合、その精度は、５％程度である。それに対して、光スペクトラムアナライザは、非常に高い精度でレーザ光のスペクトルを測定することができる。したがって、光パワー推定装置１０は、非常に高い精度で第１の差分Δλ１を算出することができ、結果として、高い精度で推定パワーＰＥＬを推定することができる。
なお、後述するように、レーザ装置１の光源制御部Ｃ３は、推定パワーＰＥＬに基づいて、各ポンプ光源ＰＳｊに供給される駆動電流を制御するように構成されていてもよい。この場合、光パワー推定装置１０が非常に高い精度で推定パワーＰＥＬを推定することができるため、レーザ装置１は、高い精度で駆動電流を制御することができる。
第４のメリットは、レーザ装置１が生成するレーザ光のパワーをカロリーメータにてモニタする場合と比較して、より安全に推定パワーＰＥＬを推定可能なことである。数ｋＷ級のレーザ光のパワーをそのままモニタしようとする行為は、その高い出力に起因して危険を伴う。光パワー推定装置１０においては、レーザデリバリファイバＬＤＦ及び増幅用光ファイバＡＦを伝搬するレーザ光及びストークス光の一部を分岐させ、その分岐させたレーザ光及びストークス光を用いて推定パワーＰＥＬを推定する。そのため、スペクトル測定器Ｄに入射するレーザ光及びストークス光のパワーは、レーザデリバリファイバＬＤＦ及び増幅用光ファイバＡＦを伝搬するレーザ光及びストークス光のパワーと比較して、著しく減衰されている。したがって、レーザ装置１は、より安全に推定パワーＰＥＬを推定可能である。
なお、上述のようにレーザ装置１は、数ｋＷ級のレーザ光のパワーをそのままモニタするわけではなく、ストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する。したがって、スペクトル測定器Ｄに到達するレーザ光のパワーがピーク波長λＳを決定可能なＳ／Ｎ比を有していればよいため、レーザ装置１は、弱いレーザ光を用いても推定パワーＰＥＬを推定することができる。
なお、逆方向デリバリファイバＲＤＦとスペクトル測定器Ｄとの間には、レーザ光及びストークス光のパワーを更に低減するフィルタが挿入されていてもよい。この場合、スペクトル測定器Ｄに入射するレーザ光及びストークス光のパワーは、フィルタの特性（例えば反射率）により依存する。したがって、レーザ装置１の使用者は、フィルタを適宜選択することによって、スペクトル測定器Ｄに入射するレーザ光及びストークス光のパワーを好適な範囲内に収めることができる。
なお、本実施形態において、演算部Ｃ２は、第１の差分Δλ１を特定差分ΔＰとするように構成されている。しかし、演算部Ｃ２は、特定差分ΔＰとしては、第１の差分Δλ１の代わりに、ピーク波長λＬとアンチストークス光のピーク波長λＡＳとの差分である第２の差分Δλ２、及び、ピーク波長λＳとピーク波長λＡＳとの差分である第３の差分Δλ３の何れかを特定差分ΔＰとするように構成されていてもよい。演算部Ｃ２が第２の差分Δλ２及び第３の差分Δλ３の何れを特定差分ΔＰとする場合であっても、光パワー推定装置１０は、上述した各効果を奏することができる。
また、本実施形態において、演算部Ｃ２は、特定差分ΔＰに応じてレーザ光のパワーの推定値である推定パワーＰＥＬを推定するように構成されている。しかし、演算部Ｃ２は、ストークス光のパワーの推定値である推定パワーＰＥＳを推定するように構成されていてもよいし、アンチストークス光のパワーの推定値である推定パワーＰＥＡＳを推定するように構成されていてもよい。
例えば、演算部Ｃ２が第２の差分Δλ２を特定差分ΔＰとする場合、スペクトル測定器Ｄは、アンチストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成されており、且つ、演算部Ｃ２は、測定されたスペクトルからピーク波長λＡＳを決定するように構成されていればよい。アンチストークス光を含む波長帯域は、例えば、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ短い波長を下限とし、ピーク波長λＬを上限とすることが好ましい。この場合、例えば、ピーク波長λＬが１０７０ｎｍのときには、１０３０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下の波長帯域もしくは１０４０ｎｍ以上１０７０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器がスペクトルを測定する波長帯域となる。
また、光スペクトラムアナライザは、アンチストークス光を含み、且つ、レーザ光を含まない波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成されていてもよい。アンチストークス光を含み、且つ、レーザ光を含まない波長帯域は、例えば、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ短い波長を下限とし、ピーク波長λＬよりも１０ｎｍ短い波長を上限とすることが好ましい。この場合、例えば、ピーク波長λＬが１０７０ｎｍのときには、１０３０ｎｍ以上１０６０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器がスペクトルを測定する波長帯域となる。これにより、ノイズであるレーザ光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、アンチストークス光の検出精度の低下を抑えることができる。
また、アンチストークス光を含む波長帯域は、誘導ラマン散乱光のピーク波長を含まない波長帯域であって、且つ、ピーク波長λＬよりも短波長側の波長帯域であることが好ましい。これにより、ノイズである誘導ラマン散乱光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、アンチストークス光の検出精度の低下を抑えることが可能になる。
また、例えば、演算部Ｃ２が第３の差分Δλ３を特定差分ΔＰとする場合、スペクトル測定器Ｄは、ストークス光及びアンチストークス光の両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成されており、且つ、演算部Ｃ２は、測定されたスペクトルからピーク波長λＳ及びピーク波長λＡＳを決定するように構成されていればよい。ストークス光及びアンチストークス光の両方を含む波長帯域は、例えば、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ短い波長を下限とし、ピーク波長λＬよりも４０ｎｍ長い波長を上限とすることが好ましい。この場合、例えば、ピーク波長λＬが１０７０ｎｍのときには、１０３０ｎｍ以上１１１０ｎｍ以下の波長帯域が、スペクトル測定器がスペクトルを測定する波長帯域となる。
なお、ストークス光及びアンチストークス光の両方を含む波長帯域は、レーザ光を含む波長帯域（例えば、ピーク波長λＬよりも１０ｎｍ短い波長を下限とし、ピーク波長λＬよりも１０ｎｍ長い波長を上限とする波長帯域）を除くように設定されていてもよい。すなわち、ストークス光及びアンチストークス光の両方を含み、且つ、レーザ光を含まない波長帯域は、例えば、ピーク波長λＬが１０７０ｎｍのときには、１０３０ｎｍ以上１０６０ｎｍ以下、又は、１０８０ｎｍ以上１１１０ｎｍ以下の波長帯域となる。これにより、ノイズであるレーザ光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方の検出精度の低下を抑えることができる。
また、ストークス光及びアンチストークス光を含む波長帯域は、誘導ラマン散乱光のピーク波長を含まない波長帯域であって、且つ、レーザ光を含む波長帯域を除いた波長帯域であることが好ましい。これにより、ノイズである誘導ラマン散乱光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方の検出精度の低下を抑えることが可能になる。
また、ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域は、上述した各波長帯域のうち、パワーが自然放出光よりも高い波長帯域であることが好ましい。これにより、ノイズである自然放出光を含むスペクトルをスペクトル測定器Ｄが測定することにより生じ得る、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方の検出精度の低下を抑えることが可能になる。
図２に示すように、パワーＰＬが高出力化されればされるほど、ピーク波長λＡＳが短波長側へシフトする現象、すなわち、第２の差分Δλ２が増大する現象を本願の発明者らは見出した。また、上述したパワーＰＬの高出力化に伴う、ピーク波長λＳの長波長側へのシフトと、ピーク波長λＡＳが短波長側へのシフトとをまとめて観測することによって、パワーＰＬが高出力化されればされるほど、第３の差分Δλ３が増大する現象を本願の発明者らは見出した。
これらの現象を利用することによって、光パワー推定装置１０の一態様は、第２の差分Δλ２を算出した場合には、その第２の差分Δλ２に応じた推定パワーＰＥＬを推定することができるし、第３の差分Δλ３を算出した場合には、その第３の差分Δλ３に応じた推定パワーＰＥＬを推定することができる。
本実施形態において、制御部Ｃの記憶部Ｃ１は、特定差分ΔＰとレーザ光のパワーＰＬとを対応付けた関数（図４の（ａ）参照）を予め記憶している。図４の（ａ）は、この関数を示すグラフである。請求の範囲に記載の第１の関数の一例であるこの関数は、レーザ装置１において、異なるパワーＰＬごとに１０７０ｎｍ以上１１２０ｎｍ以下の波長帯域のスペクトルを測定し、各パワーＰＬに対応する第１の差分Δλ１を予め測定しておくことによって得られる。例えば、図４の（ａ）に示すように、パワーＰＬがＰＬ＝３，４，５ｋＷの各々における第１の差分Δλ１として、それぞれ、λ１＝λａ，λｂ，λｃｎｍが得られたとする。この場合、（３ｋＷ，λａｎｍ）、（４ｋＷ，λｂｎｍ）、（５ｋＷ，λｃｎｍ）の３点を近似することによって、特定差分ΔＰである第１の差分Δλ１とパワーＰＬとを１対１で対応付けた関数を得ることができる。
演算部Ｃ２は、この関数を参照し、算出された特定差分ΔＰに対応付けられたパワーＰＬを推定パワーＰＥＬとして採用する。この構成によれば、光パワー推定装置１０は、推定パワーＰＥＬをより精度よく推定することができる。
なお、本実施形態では、第１の差分Δλ１とパワーＰＬとを対応付けるものの一態様として関数を採用している。しかし、このような関数の代わりにテーブルを用いることもできる。このテーブルは、請求の範囲に記載の第１のテーブルの一例である。
（ストークス光の推定パワーＰＥＳ）
本実施形態において、演算部Ｃ２は、特定差分ΔＰに応じてレーザ光のパワーＰＬの推定値である推定パワーＰＥＬを推定するように構成されている。しかし、演算部Ｃ２は、特定差分ΔＰに応じてストークス光のパワーＰＳの推定値である推定パワーＰＥＳを推定するように構成されていてもよいし、特定差分ΔＰに応じてアンチストークス光のパワーＰＡＳの推定値である推定パワーＰＥＡＳを推定するように構成されていてもよい。ここでは、演算部Ｃ２が特定差分ΔＰに応じて推定パワーＰＥＳを推定する場合を例にして説明する。
図４の（ｂ）は、パワーＰＳとパワーＰＬとを対応付けた関数を示すグラフである。この関数は、レーザ装置１において、異なるパワーＰＬごとに例えば１０４０ｎｍ以上１１４０ｎｍ以下の波長帯域におけるスペクトルを測定し、各パワーＰＬに対応するパワーＰＳを予め測定しておくことによって得られる。例えば、図４の（ｂ）に示すように、パワーＰＬがＰＬ＝３．５，４，５ｋＷの各々におけるパワーＰＳとして、それぞれ、ＰＳ＝ＰＳａ，ＰＳｂ，ＰＳｃｋＷが得られたとする。この場合、（３．５ｋＷ，ＰＳａｋＷ）、（４ｋＷ，ＰＳｂｋＷ）、（５ｋＷ，ＰＳｃｋＷ）の３点を近似することによって、パワーＰＳとパワーＰＬとを１対１で対応付けた関数を得ることができる。この関数は、特定差分ΔＰとパワーＰＬとを対応付けた関数とともに、例えば記憶部Ｃ１に記憶させておくことが好ましい。
なお、上述したスペクトルからパワーＰＳを求める手法の一例として、該スペクトルからレーザ光の成分とストークス光の成分を分離したうえで、ストークス光の成分を好適な関数を用いて近似する方法が挙げられる。
演算部Ｃ２は、上述したパワーＰＳとパワーＰＬと対応付けた関数を参照し、推定したパワーＰＬに対応付けられたパワーＰＳを推定パワーＰＥＳとして採用する。この構成によれば、光パワー推定装置１０は、推定パワーＰＥＬに加えて推定パワーＰＥＳを精度よく推定することができる。なお、特定差分ΔＰに応じて推定パワーＰＥＡＳを推定するように演算部Ｃ２を構成する場合、予めパワーＰＳとパワーＰＬと対応付けた関数を記憶部Ｃ１に記憶させておき、演算部Ｃ２は、該関数を参照し、推定したパワーＰＬに対応付けられたパワーＰＡＳを推定パワーＰＥＡＳとして採用するように構成されていればよい。なお、演算部Ｃ２は、特定差分ΔＰに応じて推定パワーＰＥＳ，推定パワーＰＥＡＳの両方を推定するように構成されていてもよい。
また、図４の（ａ），（ｂ）に示した２つの関数を組み合わせることによって、特定差分ΔＰである第１の差分Δλ１とパワーＰＳとを１対１で対応付けた関数（請求の範囲に記載の第２の関数）を得ることも可能である。記憶部Ｃ１に該第２の関数を記憶させておき、演算部Ｃ２は、該第２の関数を参照したうえで、特定差分ΔＰに対応付けられたパワーＰＳを推定パワーＰＥＳとして採用するように制御部Ｃを構成することによって、光パワー推定装置１０は、特定差分ΔＰに応じて推定パワーＰＥＳを直接推定することができる。
もしくは、特定差分ΔＰである第１の差分Δλ１とパワーＰＡＳとを１対１で対応付けた関数（請求の範囲に記載の第３の関数）を記憶部Ｃ１に記憶させておき、演算部Ｃ２は、該第３の関数を参照したうえで、特定差分ΔＰに対応付けられたパワーＰＡＳを推定パワーＰＥＡＳとして採用するように制御部Ｃを構成することによって、光パワー推定装置１０は、特定差分ΔＰに応じて推定パワーＰＥＡＳを直接推定することもできる。
なお、本実施形態では、第１の差分Δλ１とパワーＰＳとを１対１で対応付けるものの一態様として第２の関数を採用し、第１の差分Δλ１とパワーＰＡＳとを１対１で対応付けるものの一態様として第３の関数を採用している。しかし、これらのような関数の代わりにテーブルを用いることもできる。これらのテーブルは、請求の範囲に記載の第２のテーブル及び第３のテーブルの一例である。
本実施形態に係るレーザ装置１の備えるスペクトル測定器Ｄは、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されており、下流側から上流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光を検出する。ここで、下流側とは、レーザ装置１において加工対象物Ｗに近い側のことであり、上流側とは、レーザ装置１において加工対象物Ｗに遠い側のことである。これにより、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ（前方励起光源）に入射する前のストークス光及びアンチストークス光（ポンプコンバイナＰＣを下流側から上流側へと導波した後のストークス光及びアンチストークス光）の一方又は両方のパワーをモニタすることが可能になる。なお、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートには、（１）中央に配置され、増幅用光ファイバＡＦのコアと光学的に結合した入力ポートと、（２）周辺に配置され、増幅用光ファイバＡＦのクラッドと光学的に結合した入力ポートと、がある。スペクトル測定器Ｄが接続される入力ポートは、前者の入力ポートであることが好ましい。
なお、レーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のピーク波長λＬ，λＳ，λＡＳの間には、λＡＳ＜λＬ＜λＳという関係があり、レーザ光及び誘導ラマン散乱光のピーク波長λＲの間には、λＬ＜λＲの関係がある。したがって、スペクトル測定器Ｄを、ピーク波長λＡＳを含む波長帯域であって、ピーク波長λＬよりも短波長側の波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成すれば、パワーＰＬを精度よく推定することができる。これは、スペクトルに含まれるレーザ光の成分及びストークス光の成分を抑制することができるためである。
また、ピーク波長λＳ及びピーク波長λＲの間に、λＳ＜λＲという関係がある場合には、スペクトル測定器Ｄを、ピーク波長λＳを含む波長帯域であって、ピーク波長λＬよりも長波長側、かつ、ピーク波長λＲよりも短波長側の波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成すれば、パワーＰＬを精度よく推定することができる。これは、スペクトルに含まれるレーザ光の成分、誘導ラマン散乱光の成分、及びアンチストークス光の成分を抑制することができるためである。一方、ピーク波長λＳ及びピーク波長λＲの間に、λＳ＞λＲという関係がある場合には、スペクトル測定器Ｄを、ピーク波長λＳを含む波長帯域であって、ピーク波長λＲよりも長波長側の波長帯域におけるスペクトルを測定するように構成すれば、パワーＰＬを精度よく推定することができる。これは、スペクトルに含まれるレーザ光の成分、誘導ラマン散乱光の成分、及びアンチストークス光の成分を抑制することができるためである。
ここで、ストークス光のピークパワーの方がアンチストークス光のピークパワーよりも高くなる場合がある。このような場合、演算部Ｃ２が、第１の差分Δλ１を特定差分ΔＰとするように構成されていることによって、第２の差分Δλ２を特定差分ΔＰとするように構成されている場合よりも、精度よくパワーＰＬを推定することができる。これは、ピークパワーが高いストークス光のＳ／Ｎ比の方がピークパワーが低いアンチストークス光のＳ／Ｎ比を上回るためである。ストークス光の高いＳ／Ｎ比に起因して、演算部Ｃ２は、特定差分ΔＰを精度よく求めることができるため、結果としてパワーＰＬを精度よく推定することができる。
一方、アンチストークス光のピークパワーの方がストークス光のピークパワーよりも高くなる場合がある。このような場合、演算部Ｃ２が、第２の差分Δλ２を特定差分ΔＰとするように構成されていることによって、第１の差分Δλ１を特定差分ΔＰとするように構成されている場合よりも、精度よくパワーＰＬを推定することができる。また、四光波混合の現象をより容易に検知することが可能になる。
また、上述したように演算部Ｃ２は、第３の差分Δλ３を特定差分ΔＰとするように構成されていてもよい。この場合、演算部Ｃ２が、ストークス光及びアンチストークスの両方を用いてパワーＰＬを推定することができるため、ストークス光及びアンチストークスの一方を用いてパワーＰＬを推定する場合よりも、精度よくパワーＰＬを推定することができる可能性がある。これは、第３の差分Δλ３の値が第１の差分Δλ１及び第２の差分Δλ２の各々の値を上回るためである。
演算部Ｃ２が第１の差分Δλ１、第２の差分Δλ２、及び第３の差分Δλ３の何れを特定差分ΔＰとするかは、レーザ装置１のレーザ光、ストークス光、アンチストークス光、及びラマン散乱光を含む波長帯域におけるスペクトルに鑑み、適宜選択することができる。
また、レーザ装置１は、誘導ラマン散乱光を抑制する抑制部（不図示）を備えていてもよい。抑制部が誘導ラマン散乱光を抑制する程度は特に限定されないが、誘導ラマン散乱光のパワーがレーザ光のパワーに対して−３０ｄＢ未満に抑えられること、或いは、誘導ラマン散乱光のピークパワーが四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のピークパワー未満に抑えられることが好ましい。これにより、出力光のスペクトルにおいて、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のピークが誘導ラマン散乱光のピークに埋もれ難くなり、その結果、誘導ラマン散乱光がスペクトル測定器Ｄに入射することに伴うＳ／Ｎ比の低下を抑制することができる。したがって、パワーＰＬを推定するときの精度が低下することを抑制することができる。また、これにより、四光波混合の現象をより容易に検知することが可能になる。誘導ラマン散乱光を抑制する方法としては、誘導ラマン散乱光の発生を抑制する方法と、発生した誘導ラマン散乱光を損失させる方法とが考えられる。誘導ラマン散乱光の発生を抑制する具体的な方法としては、コアの実効断面積Ａeffを大きくする方法や、コアΔ（コアとクラッドとの比屈折率差）を小さくする方法などが挙げられる。この場合、これらの方法を用いて誘導ラマン散乱光の発生が抑制された光ファイバが、上述した抑制部として機能することになる。また、発生した誘導ラマン散乱光を損失させる方法としては、スラントファイバブラッググレーティング又はフォトニックバンドギャップファイバを用いて誘導ラマン散乱光を放射モードに結合する方法や、ファイバブラッググレーティングを用いて誘導ラマン散乱光を反射する方法などが挙げられる。この場合、これらの方法の実現に用いられるスラントファイバブラッググレーティング、フォトニックバンドギャップファイバ、ファイバブラッググレーティングなどが、上述した抑制部として機能することになる。
（制御部）
制御部Ｃは、図１に示すように、記憶部Ｃ１と、演算部Ｃ２と、光源制御部Ｃ３とを備えている。記憶部Ｃ１は、第１の差分Δλ１とパワーＰＬとを対応付ける関数（図４の（ａ）参照）を記憶している。
制御部Ｃは、スペクトル測定器Ｄを制御することによって、スペクトル測定器Ｄから、例えばストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定させ、該スペクトルをスペクトル測定器Ｄから取得する。すなわち、制御部Ｃは、測定工程を実施する。
演算部Ｃ２は、例えば、測定されたスペクトルから例えばピーク波長λＳを決定し、且つ、第１の差分Δλ１を特定差分ΔＰとして、特定差分ΔＰに応じて推定パワーＰＥＬを推定するための構成である。すなわち、演算部Ｃ２を含む制御部Ｃは、推定工程を実施する。演算部Ｃ２は、第１の差分Δλ１とパワーＰＬとを対応付ける関数を参照し、特定差分である特定差分ΔＰに対応付けられたパワーＰＬを推定パワーＰＥＬとして採用することが好ましい。以上のように、制御部Ｃは、本発明の一態様に係る光パワー推定方法を実施する。なお、演算部Ｃ２は、上述した関数の代わりに第１の差分Δλ１とパワーＰＬとを対応付けるテーブルを参照するように構成されていてもよい。
光源制御部Ｃ３は、演算部Ｃ２が推定した推定パワーＰＥＬに基づいて、レーザ装置１を制御するように構成されている。このため、制御部Ｃによれば、推定パワーＰＥＬに応じてレーザ装置１を制御することが可能になる。以下、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給される駆動電流を、推定パワーＰＥＬに応じて制御する場合を例に挙げ、制御部Ｃの機能について説明する。
記憶部Ｃ１は、レーザ装置１の使用者又は製造者により予め設定された閾値Ｐｔｈを更に記憶している。演算部Ｃ２は、上述した推定工程に加えて、得られた推定パワーＰＥＬと、記憶部に記憶された閾値Ｐｔｈとを比較するための構成である。光源制御部Ｃ３は、演算部Ｃ２にて得られた比較結果に基づいて、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給される駆動電流を制御するための構成である。
例えば、光源制御部Ｃ３は、演算部Ｃ２にて得られた比較結果がＰ＞Ｐｔｈであるとき、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍへの駆動電流の供給を停止する制御を行う。これにより、（１）増幅用光ファイバＡＦへのポンプ光の供給が停止され、（２）増幅用光ファイバＡＦにおけるレーザ光の増幅が停止され、（３）マルチモードファイバであるデリバリファイバＤＦへのレーザ光の供給が停止され、（４）デリバリファイバＤＦにおいて生じる、レーザ光の２つの導波モードをポンプ光とする四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の増幅又は生成が停止される。このため、ストークス光及びアンチストークス光が、レーザ光の発振を不安定化させる可能性、又は、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの信頼性を低下させる可能性を低減することが可能になる。
或いは、光源制御部Ｃ３は、演算部Ｃ２にて得られた比較結果がＰ＞Ｐｔｈであるとき、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給される駆動電流を減少させる制御を行う。これにより、（１）増幅用光ファイバＡＦに供給されるポンプ光のパワーが低下し、（２）その結果、増幅用光ファイバＡＦにおけるレーザ光の増幅が抑制され、（３）その結果、マルチモードファイバであるデリバリファイバＤＦに供給されるレーザ光のパワーが低下し、（４）その結果、デリバリファイバＤＦにおいて生じる、レーザ光の２つの導波モードをポンプ光とする四光波混合のストークス光及びアンチストークス光のパワーが減少する。このため、ストークス光及びアンチストークス光がレーザ光の発振を不安定化させる可能性、又は、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの信頼性を低下させる可能性を低減することが可能になる。
なお、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈを下回ったときに、上述した制御を行った後、以下の制御を行うことが好ましい。すなわち、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈ’（Ｐｔｈ’＜Ｐｔｈ）を下回ったときに、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍへの駆動電流の供給を再開する制御を行うことが好ましい。或いは、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈ’（Ｐｔｈ’＜Ｐｔｈ）を下回ったときに、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給される駆動電流を増加させる制御を行うことが好ましい。これにより、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給される駆動電流を停止又は減少させる制御を行った後、適時にレーザ装置１を元の状態に復帰させることが可能になる。
また、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈを下回ったときに、上述した制御を行う代わりに、或いは、上述した制御を行うと共に、以下の制御を行うことが好ましい。すなわち、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈを下回ったときに、加工対象物Ｗに入射するレーザ光の入射角が大きくなるよう、レーザヘッドＬＨの向きを変化させる制御を行うことが好ましい。加工対象物Ｗに入射するレーザ光の入射角が大きくなると、加工対象物Ｗにて反射されたレーザ光がデリバリファイバＤＦに再入射し難くなる。これにより、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給される駆動電流を停止又は減少させる制御を行う場合と同様、ストークス光及びアンチストークス光がレーザ光の発振を不安定化させる可能性、又は、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの信頼性を低下させる可能性を低減することが可能になる。
また、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈを下回ったときに、上述した制御を行う代わりに、或いは、上述した制御を行うと共に、以下の制御を行うことが好ましい。すなわち、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈを下回ったときに、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーが過大であることを使用者に通知する制御を行うことが好ましい。このような制御の例としては、例えば、スピーカを制御してアラーム音で使用者に通知する制御、ランプを制御してアラーム光で使用者に通知する制御などが挙げられる。これにより、使用者は、例えば、レーザ装置１を手動で停止したり、加工対象物Ｗに入射するレーザ光の入射角が大きくなるよう、加工対象物Ｗの向きを手動で変更したりすることが可能になる。したがって、ストークス光及びアンチストークス光がレーザ光の発振を不安定化させる可能性、又は、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの信頼性を低下させる可能性を低減することが可能になる。
或いは、制御部Ｃは、推定パワーＰＥＬが予め定められた閾値Ｐｔｈを下回ったときに、上述した制御を行う代わりに、推定パワーＰＥＬと正常値Ｐ０との差ＰーＰ０が予め定められた閾値Ｐｔｈ”を上回ったときに、上述した制御を行うことが好ましい。この場合、レーザ光が正常に且つ垂直に加工対象物Ｗに照射されているときに推定パワーＰＥＬを、上述した正常値Ｐ０として記憶部Ｃ１に記憶しておく。これにより、加工中の加工対象物Ｗに応じた条件で、上述した制御を行うことが可能になる。
なお、演算部Ｃ２及び光源制御部Ｃ３は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
後者の場合、制御部Ｃは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを用いて実現可能である。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
〔スペクトル測定器の変形例〕
スペクトル測定器Ｄは、所定の波長帯域に属する光のスペクトルを測定可能な光学測定機器であればよく、本実施形態において採用している光スペクトラムアナライザに限定されるものではない。スペクトル測定器Ｄの第１の変形例及び第２の変形例について、図５を参照して説明する。図５の（ａ）は、第１の変形例の構成を示す概略図である。図５の（ｂ）は、第２の変形例の構成を示す概略図である。
図５の（ａ）に示すように、第１の変形例は、コリメートレンズＣＬと、プリズムＰＲと、フォトダイオードアレイＰＤＡとを備えている。
コリメートレンズＣＬは、逆方向デリバリファイバＲＤＦの出力端から出射された光をコリメートするための構成である。この光は、少なくともレーザ光を含み、更に、ストークス光、アンチストークス光、及びラマン散乱光を含み得る。したがって、この光は、幅広い波長帯域に属する光である。この光のことを、以下では白色光ＬＷと称する。
なお、白色光は、逆方向デリバリファイバＲＤＦに固有の拡がり角を有し、該出力端から遠ざかるにしたがってそのスポット径を拡大させながら空間中を伝搬する。図５の（ａ）及び（ｂ）においては、スポット径が拡大する様子を省略しており、レーザ光の光軸のみを図示している。
プリズムＰＲは、本実施形態においては、正三角柱の形状を有し、逆方向デリバリファイバＲＤＦの出力端から出射された光を複数の単色光に分光するための分光素子である。プリズムＰＲの３つの側面（第１〜第３の側面）のうち、第１の側面は、入射面として機能し、第２の側面は、出射面として機能する。プリズムＰＲは、逆方向デリバリファイバＲＤＦの出力端から出射されたレーザ光の光軸と第１の側面とのなす角が所定の角度になるように配置されている。このように構成されたプリズムＰＲは、白色光ＬＷをそれぞれの波長に応じて複数の単色光ＬＭｋ（ｋは１以上ｎ以下の自然数）に分光する。
なお、図５の（ａ）には、後述するフォトダイオードＰＤｎの個数ｎ（本実施形態ではｎ＝７）と整合するように７つの単色光ＬＭｋを図示している。なお、実際には、プリズムＰＲは、波長に応じて連続的に白色光ＬＷを複数の単色光ＬＭｋに分光するため、図５の（ａ）に示したように有限個の単色光ＬＭｋが離散的に存在するわけではない。図５の（ａ）には、説明を分かりやすくするために単色光ＬＭｋの光軸を簡略化して図示している。
フォトダイオードアレイＰＤＡは、複数のフォトダイオードＰＤｎ（ｎは自然数、本実施形態では上述したようにｎ＝７）を１つの直線の軸上に配置することによって得られる。フォトダイオードアレイＰＤＡは、フォトダイオードＰＤｋの各々がそれぞれに対応する単色光ＬＭｋのパワーを検出可能なように配置されている。
このように構成された第１の変形例は、所望の波長帯域（例えばストークス光を含む波長帯域）におけるスペクトルを測定することができる。
なお、フォトダイオードＰＤｎの個数と、プリズムＰＲの第２の側面からフォトダイオードアレイＰＤＡまでの距離は、スペクトルを測定するときに求められる分解能に応じて適宜定めることができる。また、第１の変形例では、白色光ＬＷを複数の単色光ＬＭｋに分光するための分光素子としてプリズムＰＲを採用している。しかし、分光素子は、プリズムＰＲの代わりに回折格子であってもよい。
図５の（ｂ）に示すように、第２の変形例は、コリメートレンズＣＬ，ＣＬ’と、分光器ＭＭと、フォトダイオードＰＤとを備えている。
コリメートレンズＣＬは、逆方向デリバリファイバＲＤＦの出力端から出射された白色光ＬＷをコリメートするための構成である。分光器ＭＭは、入射された白色光ＬＷを任意の波長を有する単色光ＬＭ’に分光するための構成である。図５の（ｂ）には図示しないが、分光器ＭＭは、白色光ＬＷを任意の波長を有する単色光ＬＭ’に分光する分光素子として回折格子を備えている。分光器ＭＭは、例えば上述した制御部Ｃにより制御されることによって、単色光ＬＭ’の波長を所望の波長帯域内において可変させることができる。コリメートレンズＣＬ’は、分光器ＭＭから出射された単色光ＬＭ’をコリメートするための構成である。フォトダイオードＰＤは、単色光ＬＭ’のパワーを検出する光検出器である。
このように構成された第２の変形例は、所望の波長帯域（例えばストークス光を含む波長帯域）におけるスペクトルを測定することができる。なお、分光器ＭＭが備えている分光素子は、回折格子の代わりにプリズムであってもよい。
なお、典型的なフォトダイオードＰＤｎの時間分解能は、光スペクトラムアナライザほどは高くないものの、突発的に生じた四光波混合に起因するストークス光あるいはアンチストークス光を検出するためには十分な高さを有する。したがって、スペクトル測定器Ｄの第１の変形例及び第２の変形例の何れを採用した光パワー推定装置１０であっても、突発的に生じた四光波混合のストークス光のピーク波長λＳあるいはアンチストークス光のピーク波長λＡＳを決定することができる。したがって、このような光パワー推定装置１０は、第１の差分Δλ１、第２の差分Δλ２、及び第３の差分Δλ３の何れかを算出することができ、結果として、推定パワーＰＥＬを推定することができる。
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係るレーザ装置２について、図６を参照して説明する。図６は、レーザ装置２の構成を示すブロック図である。
レーザ装置２は、単一波長のレーザ光を発振する加工用のファイバレーザ装置であり、図６に示すように、ｍ個のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ｍ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、２個のファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、スペクトル測定器Ｄ’、及び、制御部Ｃを備えている。スペクトル測定器Ｄ’と、制御部Ｃとは、本発明の一態様である光パワー推定装置を構成する。
本実施形態に係るレーザ装置２の備えるポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、及び制御部Ｃの機能及び配置は、それぞれ、第１の実施形態に係るレーザ装置１の備えるポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、及び制御部Ｃの機能及び配置と同様である。このため、これらの構成についての説明は省略する。
本実施形態に係るレーザ装置２の備えるスペクトル測定器Ｄ’は、第１の実施形態に係るレーザ装置１の備えるスペクトル測定器Ｄと同様に構成されている。ただし、本実施形態に係るレーザ装置２の備えるスペクトル測定器Ｄ’は、レーザデリバリファイバＬＤＦに挿入された光分岐部Ｂに、順方向デリバリファイバＦＤＦを介して接続されており、増幅用光ファイバＡＦを上流側から下流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光を検出する。ここで、増幅用光ファイバＡＦの下流側とは、増幅用光ファイバＡＦの加工対象物Ｗに近い側のことであり、増幅用光ファイバＡＦの上流側とは、増幅用光ファイバＡＦの加工対象物Ｗに遠い側のことである。これにより、レーザ光と共にレーザ装置２から出力されるストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定することが可能になる。また、レーザ装置２が後方励起光源を備えている場合には、後方励起光源に入射するストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定することが可能になる。また、レーザデリバリファイバＬＤＦのうち、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２から光分岐部Ｂまでの部分で四光波混合が発生したことを、早期に検知することが可能になる。また、制御部Ｃは、当該部分において発生した四光波混合のストークス及びアンチストークス光の一方又は両方に基づく制御を、早期に開始することが可能になる。このため、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍへの入射を抑制することが容易になり、その結果、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの信頼性が向上する。なお、レーザデリバリファイバＬＤＦのうち、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２から光分岐部Ｂまでの部分は、四光波混合が発生する確率が比較的高い場合がある部分である。なお、第１の実施形態において説明したスペクトル測定器Ｄの第１の変形例及び第２の変形例は、本実施形態に係るレーザ装置２の備えるスペクトル測定器Ｄ’としても採用することが可能である。
なお、増幅用光ファイバＡＦを上流側から下流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光を検出するためのスペクトル測定器Ｄ’の配置は、図６に示した配置に限定されない。例えば、レーザデリバリファイバＬＤＦの側面から漏出したレイリー散乱光を検出するように配置されたスペクトル測定器Ｄ’によっても、増幅用光ファイバＡＦを上流側から下流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定することが可能である。このような場合には、光分岐部Ｂを省略することができる。
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態に係るレーザ装置３について、図７を参照して説明する。図７は、レーザ装置３の構成を示すブロック図である。
レーザ装置３は、単一波長のレーザ光を発振する加工用のファイバレーザ装置であり、図７に示すように、ｍ個のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ｍ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、２個のファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、ｋ個の励起光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋ、ｋ個のポンプデリバリファイバＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋ、ポンプコンバイナＰＣ’、増幅用光ファイバＡＦ’、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、モニタ装置としてのスペクトル測定器Ｄ、及び、制御装置としての制御部Ｃを備えている。
本実施形態に係るレーザ装置３の備えるポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、スペクトル測定器Ｄ、及び制御部Ｃは、それぞれ、第１の実施形態に係るレーザ装置１の備えるポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２、レーザデリバリファイバＬＤＦ、レーザヘッドＬＨ、スペクトル測定器Ｄ、及び制御部Ｃと同様に構成されている。
以下、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とレーザデリバリファイバＬＤＦとの間に追加されたポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋ、ポンプコンバイナＰＣ’、及び増幅用光ファイバＡＦ’について説明する。なお、ポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋとポンプデリバリファイバＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋとは、互いに一対一に対応する。ここで、ｋは、２以上の任意の自然数であり、ポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋ及びポンプデリバリファイバＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋの個数を表す。なお、図７においては、ｋ＝６の場合のレーザ装置３の構成例を示している。
ポンプ光源ＰＳ’ｊ（ｊは１以上ｋ以下の自然数）は、ポンプ光を生成する。ポンプ光としては、例えば、ピーク波長が９７５±３ｎｍ又は９１５±３ｎｍのレーザ光を用いることができる。本実施形態においては、レーザダイオードをポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋとして用いている。ポンプ光源ＰＳ’ｊは、対応するポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊの入力端に接続されている。ポンプ光源ＰＳ’ｊにて生成されたポンプ光は、このポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｉに入力される。
ポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊは、対応するポンプ光源ＰＳ’ｊにて生成されたポンプ光を導波する。ポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊの出力端は、ポンプコンバイナＰＣ’の入力ポートに接続されている。ポンプデリバリファイバＰＤＦ’ｊを導波されたポンプ光は、この入力ポートを介してポンプコンバイナＰＣ’に入力される。
ポンプコンバイナＰＣ’は、ポンプデリバリファイバＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋの各々を導波されたポンプ光を合波する。ポンプコンバイナＰＣ’の出力ポートは、増幅用光ファイバＡＦ’の入力端に接続されている。ポンプコンバイナＰＣ’にて合波されたポンプ光は、増幅用光ファイバＡＦ’に入力される。
増幅用光ファイバＡＦ’は、ポンプコンバイナＰＣ’にて合波されたポンプ光を用いて、特定の波長帯域（以下、「増幅帯域」と記載）に属するレーザ光を増幅する。本実施形態においては、コアに希土類元素（例えばイッテルビウム、ツリウム、セリウム、ネオジウム、ユーロビウム、エルビウムなど）が添加されたダブルクラッドファイバを増幅用光ファイバＡＦとして用いている。この場合、ポンプコンバイナＰＣ’にて合波されたポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態にするために用いられる。例えば、コアに添加された希土類元素がイッテルビウムの場合、増幅用光ファイバＡＦ’の増幅帯域は、例えば、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域である。ここで、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、例えば、ＭＯ部の内部に存在するマルチモードファイバにおいては、後述するＭＯ部から出射されたレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。或いは、ＭＯ部の下流側に波長変換素子が含まれている場合、当該波長変換素子に対して上流側のマルチモードファイバにおいては、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、ＭＯ部から出射されたレーザ光のピーク波長に一致又は略一致し、当該波長変換素子に対して下流側のマルチモードファイバにおいては、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、ＭＯ部から出射されたレーザ光が当該波長変換素子で変換された後のレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。ＭＯ部の下流側に波長変換素子が含まれていない場合、ＭＯ部の下流側のマルチモードファイバにおいては、請求の範囲におけるレーザ光のピーク波長は、ＭＯ部から出射されたレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。
以上のように構成されたレーザ装置３は、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ、ポンプコンバイナＰＣ、増幅用光ファイバＡＦ、及びファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２をＭＯ（Master Oscillator）部とし、ポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋ、ポンプデリバリファイバＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋ、ポンプコンバイナＰＣ’、及び増幅用光ファイバＡＦ’をＰＡ（Power Amplifier）部とするＭＯＰＡ型のファイバレーザとして機能する。レーザデリバリファイバＬＤＦを導波され、レーザヘッドＬＨを介して加工対象物Ｗに照射されるレーザ光のピーク波長は、例えば、ＭＯ部の下流側に波長変換素子が含まれていない場合、ＭＯ部の発振波長に一致又は略一致する。或いは、ＭＯ部の下流側に波長変換素子が含まれている場合、ＭＯ部から出射されたレーザ光が当該波長変換素子で変換された後のレーザ光のピーク波長に一致又は略一致する。
本実施形態に係るレーザ装置３においては、増幅用光ファイバＡＦ’にて増幅されたレーザ光が、マルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦを導波される。また、本実施形態に係るレーザ装置３においては、加工対象物Ｗにて反射されたレーザ光が、マルチモードファイバであるレーザデリバリファイバＬＤＦを導波される。この際、レーザデリバリファイバＬＤＦにおいて、複数の導波モードが関与する四光波混合によって、ストークス光が増幅されると共に、アンチストークス光が生成される。なお、増幅用光ファイバＡＦ’もマルチモードファイバであり得る。この場合、増幅用光ファイバＡＦ’においても、複数の導波モードが関与する四光波混合によって、ストークス光が増幅されると共に、アンチストークス光が生成され得る。
本実施形態に係るレーザ装置３の備えるスペクトル測定器Ｄは、第１の実施形態に係るレーザ装置１の備えるスペクトル測定器Ｄと同様、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域に属する光を、他の波長帯域に属する光よりも優先的に検出するように構成されている。このため、スペクトル測定器Ｄを備えたレーザ装置３、又は、スペクトル測定器Ｄを備えたモニタ装置によれば、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーを精度良くモニタすることが可能になる。
また、本実施形態に係るレーザ装置３の備えるスペクトル測定器Ｄは、第１の実施形態に係るレーザ装置１の備えるスペクトル測定器Ｄと同様、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されており、増幅用光ファイバＡＦを下流側から上流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を検出するように構成されている。このため、スペクトル測定器Ｄを備えたレーザ装置３、又は、スペクトル測定器Ｄを備えたモニタ装置によれば、ポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに入射するストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーをモニタすることが可能になる。
なお、第１の実施形態において説明した好ましい構成は、本実施形態に係るレーザ装置３にも適用することができる。第１の実施形態において説明した好ましい構成を本実施形態に係るレーザ装置３に適用した場合、第１の実施形態において説明したその好ましい構成に対応する効果が、本実施形態に係るレーザ装置３においても得られる。
本実施形態においては、制御部ＣがＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、制御部Ｃは、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御する代わりに、或いは、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御すると共に、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御するように構成されていてもよい。
〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態に係るレーザ装置４について、図８を参照して説明する。図８は、レーザ装置４の構成を示すブロック図である。
本実施形態に係るレーザ装置４は、第３の実施形態に係るレーザ装置３を、以下の点で変更したものである。
変更点１：第３の実施形態に係るレーザ装置３の備える、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続された、下流側から上流側へと導波されるストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を検出するスペクトル測定器Ｄを、レーザデリバリファイバＬＤＦに挿入された光分岐部Ｂに接続された、上流側から下流側へと導波されるストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を検出するスペクトル測定器Ｄ’’に置き換える。
変更点２：第３の実施形態に係るレーザ装置３の備える、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御する制御部Ｃを、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御する制御部Ｃ’に置き換える。ただし、本実施形態に係るレーザ装置４において、スペクトル測定器Ｄ’’の検出した光のパワーを参照して制御部Ｃ’が行う、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋの駆動電流に対する制御の内容は、第３の実施形態に係るレーザ装置３において、スペクトル測定器Ｄの検出した光のパワーを参照して制御部Ｃが行う、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの駆動電流に対する制御の内容と同様である。
本実施形態に係るレーザ装置４の備えるスペクトル測定器Ｄ’’は、第３の実施形態に係るレーザ装置３の備えるスペクトル測定器Ｄと同様、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域に属する光を、他の波長帯域に属する光よりも優先的に検出するように構成されている。このため、スペクトル測定器Ｄ’’を備えたレーザ装置４、又は、スペクトル測定器Ｄ’’を備えたモニタ装置によれば、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーを精度良くモニタすることが可能になる。
また、本実施形態に係るレーザ装置４の備えるスペクトル測定器Ｄ’’は、第３の実施形態に係るレーザ装置３の備えるスペクトル測定器Ｄと異なり、レーザデリバリファイバＬＤＦに挿入された光分岐部Ｂに接続されており、上流側から下流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を検出するように構成されている。このため、本実施形態に係るレーザ装置４によれば、レーザ光と共にレーザ装置４から出力される前のストークス光及びアンチストークス光（レーザデリバリファイバＬＤＦを上流側から下流側へと導波されるストークス光及びアンチストークス光）の一方又は両方のパワーをモニタすることが可能になる。また、レーザデリバリファイバＬＤＦのうち、増幅用光ファイバＡＦの下流側の端部から光分岐部Ｂまでの部分で四光波混合が発生したことを、早期に検知することが可能になる。また、制御部Ｃ’は、ストークス及びアンチストークス光の一方又は両方に基づく制御を、早期に開始することが可能になる。
なお、第１の実施形態において説明した好ましい構成は、本実施形態に係るレーザ装置４にも適用することができる。第１の実施形態において説明した好ましい構成を本実施形態に係るレーザ装置４に適用した場合、第１の実施形態において説明したその好ましい構成に対応する効果が本実施形態に係るレーザ装置４においても得られる。
本実施形態においては、制御部Ｃ’がＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、制御部Ｃ’は、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御する代わりに、或いは、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御すると共に、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御するように構成されていてもよい。
〔第５の実施形態〕
本発明の第５の実施形態に係るレーザ装置５について、図９を参照して説明する。図９は、レーザ装置５の構成を示すブロック図である。
本実施形態に係るレーザ装置５は、第３の実施形態に係るレーザ装置３を、以下の点で変更したものである。
変更点１：第３の実施形態に係るレーザ装置３の備える、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続された、下流側から上流側へと導波されるストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を検出するスペクトル測定器Ｄを、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とポンプコンバイナＰＣ’との間に挿入された光分岐部Ｂに接続された、上流側から下流側へと導波されるストークス光及びアンチストークス光を検出するスペクトル測定器Ｄ’’’に置き換える。
変更点２：第３の実施形態に係るレーザ装置３の備える、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御する制御部Ｃを、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御する制御部Ｃ’に置き換える。ただし、本実施形態に係るレーザ装置５において、スペクトル測定器Ｄ’’’の検出した光のパワーを参照して制御部Ｃ’が行う、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋの駆動電流に対する制御の内容は、第３の実施形態に係るレーザ装置３において、スペクトル測定器Ｄの検出した光のパワーを参照して制御部Ｃが行う、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍの駆動電流に対する制御の内容と同様である。
本実施形態に係るレーザ装置５の備えるスペクトル測定器Ｄ’’’は、第３の実施形態に係るレーザ装置３の備えるスペクトル測定器Ｄと同様、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域に属する光を、他の波長帯域に属する光よりも優先的に検出するように構成されている。このため、スペクトル測定器Ｄ’’’を備えたレーザ装置５、又は、スペクトル測定器Ｄ’’’を備えたモニタ装置によれば、ストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーを精度良くモニタすることが可能になる。
また、本実施形態に係るレーザ装置５の備えるスペクトル測定器Ｄ’’’は、第３の実施形態に係るレーザ装置３の備えるスペクトル測定器Ｄと異なり、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２とポンプコンバイナＰＣ’との間に挿入された光分岐部Ｂに接続されており、上流側から下流側へと導波されたストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を検出するように構成されている。このため、本実施形態に係るレーザ装置５によれば、ＰＡ部に入力される前のストークス光及びアンチストークス光（ＭＯ部から出力された後のストークス光及びアンチストークス光）の一方又は両方のパワーをモニタすることが可能になる。また、第２ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２から光分岐部Ｂまでの光ファイバにおいて四光波混合が発生した場合には、これを早期に検知することが可能になる。また、制御部Ｃ’は、当該光ファイバにおいて発生した四光波混合のストークス及びアンチストークス光の一方又は両方に基づく制御を、早期に開始することが可能になる。
なお、第１の実施形態において説明した好ましい構成は、本実施形態に係るレーザ装置５にも適用することができる。第１の実施形態において説明した好ましい構成を本実施形態に係るレーザ装置５に適用した場合、第１の実施形態において説明したその好ましい構成に対応する効果が本実施形態に係るレーザ装置５においても得られる。
本実施形態においては、制御部Ｃ’がＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御する構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、制御部Ｃ’は、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御する代わりに、或いは、ＰＡ部のポンプ光源ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋに供給する駆動電流を制御すると共に、ＭＯ部のポンプ光源ＰＳ１〜ＰＳｍに供給する駆動電流を制御するように構成されていてもよい。
〔第４の実施形態及び第５の実施形態に関する付記事項〕
第４の実施形態及び第５の実施形態においては、ＭＯ部として共振器型のファイバレーザ装置を用いる構成について説明したが、これに限定されない。すなわち、ＭＯ部として共振器型のファイバレーザ以外の種光源を備えていてもよい。ＭＯ部を構成する種光源としては、例えば、レーザ光のピーク波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域に含まれるレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオードの代わりに、レーザダイオード以外の半導体レーザ装置、固体レーザ装置、半導体レーザ装置、液体レーザ装置、又は気体レーザ装置を用いても構わない。
また、第４の実施形態及び第５の実施形態においては、ＭＯ部とＰＡ部とが直結されたＭＯＰＡ型のファイバレーザについて説明したが、これに限定されない。すなわち、ＭＯ部とＰＡ部との間に、プリアンプ部を更に備えていても構わない。このプリアンプ部には、例えば、コアに希土類元素が添加された光ファイバ（すなわち、増幅用光ファイバ）を用いることができる。このようなプリアンプ部を用いれば、レーザヘッドＬＨから出力されるレーザ光のパワーをより大きくすることが可能になる。また、ＭＯ部とＰＡ部との間に、音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optic Modulation）を更に備えていても構わない。音響光学素子は、外部から電流により制御することによって、種光（ＭＯ部の出力光）を透過するＯＮ状態と、種光を反射するＯＦＦ状態とを切り替えることができる。このような音響光学素子を用いれば、レーザヘッドＬＨから出力されるレーザ光のパルスパターンを自在に制御することが可能になる。
〔その他の実施形態〕
第１及び第２の実施形態においては、共振器型のファイバレーザ装置について説明し、第３、第４、及び第５の実施形態においては、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置について説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これらの形式のファイバレーザ装置に限定されない。すなわち、本発明は、任意の形式のファイバレーザ装置に適用することが可能である。
更に、本発明の適用範囲は、ファイバレーザ装置に限定されない。すなわち、任意のレーザ光源と、このレーザ光源から出力されたレーザ光を導波するマルチモードファイバとを備えたレーザ装置は、本発明の適用範囲に含まれる。ここで、レーザ光源は、固体レーザ装置、半導体レーザ装置、液体レーザ装置、又は気体レーザ装置であり得る。例えば、ＹＡＧレーザ（固体レーザ装置の一例）と、このＹＡＧレーザから出力されたレーザ光を導波するマルチモードファイバとを備えたレーザ装置は、本発明の適用範囲に含まれるレーザ装置の一例である。このようなレーザ装置においては、マルチモードファイバにおいて複数の導波モードが関与する四光波混合が生じ得る。このため、四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方のパワーをモニタすることは、このようなレーザレーザ装置においても有効である。
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態、変形例、又は実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態、変形例、又は実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、上述した実施形態では、スペクトル測定器及び制御部を構成要素とする光パワー推定装置について説明したが、光パワー推定装置は、少なくともスペクトル測定器及び制御部を備えていればよく、スペクトル測定器及び制御部以外の構成要素を備えていても構わない。
１、２、３、４、５ レーザ装置
ＰＳ１〜ＰＳｍ ポンプ光源
ＰＤＦ１〜ＰＤＦｍ ポンプデリバリファイバ
ＰＣ ポンプコンバイナ
ＡＦ 増幅用光ファイバ
ＦＢＧ１〜ＦＢＧ２ ファイバブラッググレーティング
ＰＳ’１〜ＰＳ’ｋ ポンプ光源
ＰＤＦ’１〜ＰＤＦ’ｋ ポンプデリバリファイバ
ＰＣ’ ポンプコンバイナ
ＡＦ’ 増幅用光ファイバ
ＬＤＦ レーザデリバリファイバ
ＬＨ レーザヘッド
ＲＤＦ 逆方向デリバリファイバ
ＦＤＦ 順方向デリバリファイバ
Ｄ、Ｄ’、Ｄ’’、Ｄ’’’ スペクトル測定器
ＣＣ’ 制御部
ＰＲ プリズム
ＰＤｋ、ＰＤ フォトダイオード（光検出器）
ＰＤＡ フォトダイオードアレイ（光検出器群）
ＭＭ 分光器

Claims (23)

  1. レーザ光を導波するマルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定するスペクトル測定器と、
    測定された上記スペクトルから上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方のピーク波長を決定し、且つ、（１）上記ストークス光のピーク波長と上記レーザ光のピーク波長との差分である第１の差分、（２）上記レーザ光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第２の差分、及び、（３）上記ストークス光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第３の差分のうち何れか１つの差分を特定差分として、該特定差分に応じて、レーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーの推定値である推定パワーを推定する制御部と、を備えている、
    ことを特徴とする光パワー推定装置。
  2. 上記特定差分と上記レーザ光のパワーとを対応付けた第１のテーブル及び第１の関数、並びに、上記特定差分と上記ストークス光のパワーとを対応付けた第２のテーブル及び第２の関数、並びに、上記特定差分と上記アンチストークス光のパワーとを対応付けた第３のテーブル又は第３の関数のうち少なくとも何れか１つを記憶した記憶部を更に備え、
    上記制御部は、上記第１のテーブル、上記第１の関数、上記第２のテーブル、上記第２の関数、上記第３のテーブル、及び上記第３の関数のうち何れか１つを参照し、上記特定差分に対応付けられた上記レーザ光のパワー、上記特定差分に対応付けられた上記ストークス光のパワー、及び、上記特定差分に対応付けられた上記アンチストークス光のパワーのうち少なくとも何れか１つのパワーを上記推定パワーとして採用する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光パワー推定装置。
  3. 上記スペクトル測定器は、光スペクトラムアナライザである、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光パワー推定装置。
  4. 上記スペクトル測定器は、上記レーザ光をそれぞれ波長が異なる複数の単色光に分光するプリズム又は回折格子と、上記複数の単色光の各々に１対１で対応付けられた複数の光検出器からなる光検出器群であって、各光検出器が上記複数の単色光の各々のパワーを検出する光検出器群と、を備えている、
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  5. 上記スペクトル測定器は、入射された上記レーザ光を単色光に分光して出射する分光器と、該分光器により分光された単色光のパワーを検出する光検出器と、を備えている、
    ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  6. 上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含み、且つ、上記レーザ光を含まない波長帯域におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  7. 上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含み、且つ、パワーが自然放出光よりも高い波長帯域におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  8. 上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含み、且つ、上記レーザ光に起因する誘導ラマン散乱の散乱光のピーク波長を含まない波長帯域におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  9. 上記スペクトル測定器は、上記ストークス光のピーク波長を含む波長帯域であって、上記レーザ光のピーク波長よりも長波長側、且つ、上記レーザ光に起因する誘導ラマン散乱の散乱光のピーク波長よりも短波長側の波長帯域におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  10. 上記スペクトル測定器は、上記レーザ光のピーク波長よりも短波長側の波長帯域であって、上記レーザ光のピーク波長よりも４０ｎｍ短い波長を下限とする波長帯域、及び、上記レーザ光のピーク波長よりも長波長側の波長帯域であって、上記レーザ光のピーク波長よりも４０ｎｍ長い波長を上限とする波長帯域の一方又は両方におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  11. 上記四光波混合は、上記マルチモードファイバを導波される上記レーザ光の基本モード成分及び高次モード成分がポンプ光として関与する四光波混合であり、
    上記ストークス光のピーク角周波数ωs及び上記アンチストークス光のピーク角周波数ωasは、周波数整合条件を表す下記式（１）、及び、位相整合条件を表す下記式（２ａ）又は（２ｂ）を満たす、ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
    ωs＋ωas＝２ωp・・・（１）
    β（ωs）＋β’（ωas）＝β’（ωp）＋β（ωp）−γ（Ｐ＋Ｐ’）・・・（２ａ）
    β’（ωs）＋β（ωas）＝β’（ωp）＋β（ωp）−γ（Ｐ＋Ｐ’）・・・（２ｂ）
    ここで、β（ω）は、角周波数ωの基本モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、β’（ω）は、角周波数ωの高次モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、ωpは、上記レーザ光のピーク角周波数を表し、Ｐは、上記レーザ光の基本モード成分のパワーを表し、Ｐ’は、上記レーザ光の高次モード成分のパワーを表し、γは、非線形係数を表す。
  12. 上記四光波混合は、上記マルチモードファイバを導波される上記レーザ光の第１の高次モード成分及び第２の高次モード成分がポンプ光として関与する四光波混合であり、
    上記ストークス光のピーク角周波数ωs及び上記アンチストークス光のピーク角周波数ωasは、周波数整合条件を表す下記式（１）、及び、位相整合条件を表す下記式（２ａ）又は（２ｂ）を満たす、ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
    ωs＋ωas＝２ωp・・・（１）
    β’（ωs）＋β”（ωas）＝β”（ωp）＋β’（ωp）−γ（Ｐ’＋Ｐ”）・・・（２ａ）
    β”（ωs）＋β’（ωas）＝β”（ωp）＋β’（ωp）−γ（Ｐ’＋Ｐ”）・・・（２ｂ）
    ここで、β’（ω）は、角周波数ωの第１の高次モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、β”（ω）は、角周波数ωの第２の高次モードに対する上記マルチモードファイバの伝搬定数を表し、ωpは、上記レーザ光のピーク角周波数を表し、Ｐ’は、上記レーザ光の第１の高次モード成分のパワーを表し、Ｐ”は、上記レーザ光の第２の高次モード成分のパワーを表し、γは、非線形係数を表す。
  13. 上記スペクトル測定器は、上記ストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定し、
    上記制御部は、測定された上記スペクトルから上記ストークス光のピーク波長を決定し、且つ、上記第１の差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記レーザ光及び上記ストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する、
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  14. 上記スペクトル測定器は、上記アンチストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定し、
    上記制御部は、測定された上記スペクトルから上記アンチストークス光のピーク波長を決定し、且つ、上記第２の差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記レーザ光及び上記アンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する、
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  15. 上記スペクトル測定器は、上記ストークス光及び上記アンチストークス光を含む波長帯域におけるスペクトルを測定し、
    上記制御部は、測定された上記スペクトルから上記ストークス光のピーク波長及び上記アンチストークス光のピーク波長を決定し、且つ、上記第３の差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記レーザ光、上記ストークス光、及び上記アンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定する、
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  16. 誘導ラマン散乱の散乱光を抑制する抑制部を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の光パワー推定装置。
  17. 請求項１〜１６の何れか１項に記載の光パワー推定装置と、
    上記マルチモードファイバと、を備えている、
    ことを特徴とするレーザ装置。
  18. 上記制御部は、上記推定パワーに基づいて自装置を制御する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載のレーザ装置。
  19. ポンプ光を生成する１又は複数のポンプ光源を更に備え、
    上記制御部は、上記推定パワーが予め設定された閾値を超えたときに、上記１又は複数のポンプ光源への駆動電流の供給を停止するか、又は、上記１又は複数のポンプ光源に供給される駆動電流を減少させる、
    ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載のレーザ装置。
  20. 少なくとも一方の端部に上記１又は複数のポンプ光源が接続され、上記レーザ光を増幅する増幅用光ファイバを更に備え、
    上記スペクトル測定器は、下流側から上流側へと導波された上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のレーザ装置。
  21. 少なくとも一方の端部に上記１又は複数のポンプ光源が接続され、上記レーザ光を増幅する増幅用光ファイバを更に備え、
    上記スペクトル測定器は、上流側から下流側へと導波された上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する、
    ことを特徴とする請求項１９に記載のレーザ装置。
  22. マルチモードファイバを伝搬するレーザ光、ストークス光、及びアンチストークス光のうち少なくとも何れか１つのパワーを推定パワーとして推定する光パワー推定方法であって、
    上記マルチモードファイバにおいて生じる、複数の導波モードが関与する四光波混合のストークス光及びアンチストークス光の一方又は両方を含む波長帯域におけるスペクトルを測定する測定工程と、
    上記測定工程において測定された上記スペクトルから上記ストークス光及び上記アンチストークス光の一方又は両方のピーク波長を決定する決定工程と、
    （１）上記ストークス光のピーク波長と上記レーザ光のピーク波長との差分である第１の差分、（２）上記レーザ光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第２の差分、及び、（３）上記ストークス光のピーク波長と上記アンチストークス光のピーク波長との差分である第３の差分のうち何れか１つの差分を特定差分として、該特定差分に応じて上記推定パワーを推定する推定工程と、を含む、
    ことを特徴とする光パワー推定方法。
  23. 上記特定差分と上記レーザ光のパワーとを対応付けた第１のテーブル及び第１の関数、並びに、上記特定差分と上記ストークス光のパワーとを対応付けた第２のテーブル及び第２の関数、並びに、上記特定差分と上記アンチストークス光のパワーとを対応付けた第３のテーブル又は第３の関数のうち少なくとも何れか１つが定められており、
    上記第１のテーブル、上記第１の関数、上記第２のテーブル、上記第２の関数、上記第３のテーブル、及び上記第３の関数のうち何れか１つを参照し、上記特定差分に対応付けられた上記レーザ光のパワー、上記特定差分に対応付けられた上記ストークス光のパワー、及び、上記特定差分に対応付けられた上記アンチストークス光のパワーのうち少なくとも何れか１つのパワーを上記推定パワーとして採用する、
    ことを特徴とする請求項２２に記載の光パワー推定方法。
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