JP5951017B2 - 光ファイバレーザ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバレーザ装置に関するものである。
レーザ光を用いて対象物を加工する場合、加工対象物上にレーザ光が照射される位置を決めるための位置決めをする必要がある。
不可視レーザ光では、レーザ光を視認することができない。従来においては、たとえば、特許文献1、2に示すように、ハーフミラー等を用いて、不可視レーザ光の光軸と、可視レーザ光の光軸が一致するように調整しておき、可視レーザ光を用いて位置決めする技術が存在している。
また、特許文献3には、不可視レーザ光を導波する光ファイバに平行するように、可視レーザ光を導波する光ファイバを配置し、出射部において各光ファイバから出力されたレーザ光をレンズで集光し、出射部から所定の距離においてこれらを同じ位置に集光させる技術が開示されている。
特開2005−13348号公報 特開平07−116878号公報 特開昭62−008748号公報
ところで、特許文献1〜3に開示されている技術では、不可視レーザ光と可視レーザ光の導波ルートが異なることから、加工対象物上における照射位置にずれを生じる場合がある。その結果として、正確に位置決めをすることができない場合があるという問題点がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光の照射位置について、より正確な位置決めを行うことができる光ファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバレーザ装置は、増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバを光励起する励起光を出力する励起光源と、前記増幅用光ファイバの両端側に配置され、前記増幅用光ファイバで発生した光から不可視のレーザ光をレーザ発振させる光共振器を構成する光反射器と前記レーザ光を導いて外部に出力させる出力光ファイバと、可視光を出力する第1の可視光源と、第1および第2の入力端子と第1の出力端子とを少なくとも有し、前記第1の入力端子に入力された前記レーザ光を主に前記第1の出力端子から出力し、前記第2の入力端子に入力された前記可視光を主に前記第1の出力端子から出力する波長特性を有し、前記第1の可視光源が出力した前記可視光を、前記第2の入力端子から入力して、前記第1の出力端子を介して前記増幅用光ファイバまたは前記出力光ファイバに導入する導入部と、前記第1の可視光源に接続されて前記第1の可視光源から出力された前記可視光が入力され、前記導入部の前記第2の入力端子に接続されて前記可視光を前記導入部へ出力するとともに、前記導入部側から入力された漏洩戻り光を出力する光合分波器と、加工対象に対する前記レーザ光の照射位置の位置決めを行う場合に前記第1の可視光源を駆動して前記可視光を前記出力光ファイバから出力させる制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記光合分波器に接続され、前記漏洩戻り光が入力されて該漏洩戻り光を検出する光検出部を備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記光合分波器と前記光検出部との間に配置され、前記漏洩戻り光を主に減衰させる光減衰器を備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記制御部は、前記検出した漏洩戻り光の強度が第1の値以上または第2の値以下である場合に前記励起光源を停止または励起光出力を低下させることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記光検出部は、前記戻り光を複数の波長成分に分離して各波長成分の光強度を検出するように構成されていることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記制御部は、前記検出した各波長成分の強度比が所定値以上である場合に前記励起光源を停止または励起光出力を低下させることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記光合分波器は、前記第1の可視光源から出力される可視光を主に前記導入部側に通過させ、前記漏洩戻り光を主に前記光検出部に出力する波長特性を有することを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記光合分波器は、前記漏洩戻り光を前記第1の可視光源および前記光検出部のそれぞれに所定の分岐比で出力する光分岐特性を有することを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記導入部と前記光合分波器との間に配置され、前記可視光を主に通過させ、前記漏洩戻り光を主に減衰させる波長特性を有する光フィルタを備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記光合分波器と前記第1の可視光源との間に配置され、前記可視光を主に通過させ、前記漏洩戻り光を主に減衰させる波長特性を有する光フィルタを備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記導入部は、前記可視光が入力された場合に該可視光を主に前記第1の入力端子から出力する第2の出力端子をさらに有し、前記第2の出力端子には、少なくとも第2の可視光源と第2の光検出器とのいずれか一方を備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、複数の前記増幅用光ファイバならびに該増幅用光ファイバに対応した複数の前記励起光源および光反射器と、前記複数の増幅用光ファイバからの複数のレーザ光が入力される複数の入力端子と、前記複数のレーザ光を合波して出力光ファイバに出力する出力端子と、を有する光合波器を備えることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記導入部の第1の出力端子は前記光合波器の入力端子のうち未使用の端子に接続されていることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記導入部は、前記可視光が入力された場合に該可視光を主に前記第1の入力端子から出力できる第2の出力端子をさらに有し、前記第2の出力端子は前記光合波器の入力端子のうち未使用の端子に接続されていることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記導入部は、ファイバ溶融型または研磨型であることを特徴とする。
本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、前記可視光の波長は赤色または緑色に対応する波長を有することを特徴とする。
本発明によれば、レーザ光の照射位置について、より正確な位置決めを行うことができるという効果を奏する。
図1は、実施の形態1に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図2は、波長分割多重光合分波器の構成を説明する図である。 図3は、実施の形態1の変形例1に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図4は、実施の形態1の変形例2に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図5は、実施の形態1の変形例3に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図6は、実施の形態1の変形例4に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図7は、実施の形態1の変形例5に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図8は、実施の形態1の変形例6に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図9は、実施の形態1の変形例7に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図10は、実施の形態1の変形例8に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図11は、実施の形態1の変形例9に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図12は、実施の形態1の変形例10に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図13は、実施の形態1の変形例11に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図14は、実施の形態1の変形例12に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図15は、実施の形態1の変形例13に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図16は、実施の形態1の変形例14に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。 図17は、実施の形態2に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図18は、実施の形態3に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図19は、実施の形態4に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図20は、実施の形態5に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図21は、実施の形態5の変形例に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図22は、実施の形態6に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。 図23は、実施の形態7に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバレーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、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、各要素の寸法の比率などは現実のものとは異な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。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。図1に示すように、光ファイバレーザ装置100は、光ファイバ1、励起光合波器2、光ファイバ3、光反射器4、増幅用光ファイバ5、光反射器6、光ファイバ7、クラッドモード除去部8、出力光ファイバとしての光ファイバ9、導入部としての波長分割多重光合分波器10、出力光ファイバとしての光ファイバ11、光出力部12とが順次接続された構成を有する。励起光合波器2には、励起用LD(Laser Diode)13、励起用LD駆動電源14が順次接続されている。波長分割多重光合分波器10には、光フィルタ15、波長分割多重光合分波器16が順次接続されている。波長分割多重光合分波器16には、可視光L1を出力する可視光LD17および光検出部としての光検出部18が接続されている。励起用LD駆動電源14、可視光LD17および光検出部18は制御部19に接続されている。
励起用LD13は、例えば、強度が数W以上のレーザ光(以下励起光とする)の出力する1以上のマルチモードLDによって構成される。励起用LD駆動電源14は、制御部19の制御に応じて励起用LD13を駆動する。
光ファイバ3は、たとえばシングルモードコアを有するダブルクラッド光ファイバで構成されている。励起光合波器2は、例えば、TFB(Tapered Fiber Bundle)等によって構成されている。励起光合波器2は、励起用LD13から出力された励起光を光ファイバ3に入力する。
光反射器4は、たと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。光反射器4の反射中心波長における反射率は約100%である。
増幅用光ファイバ5は、例えば、Erbium(Er)、Ytterbium(Yb)等の希土類元素のイオンがコアに添加されたダブルクラッド光ファイバによって構成されている。なお、励起用LD13が出力する励起光の波長は、添加された希土類元素イオンを励起できる波長に設定されている。添加された希土類元素イオンがYbの場合は励起光の波長はたとえば915nmである。
光反射器6は、たとえばFBGで構成されている。光反射器6の反射中心波長は光反射器4の反射中心波長と略一致しており、この反射中心波長における反射率はたとえば約10〜30%である。その結果、増幅用光ファイバ5の両端側に配置され光反射器4、6は、反射中心波長において光共振器を構成する。反射中心波長は、増幅用光ファイバ5に添加された希土類元素の発光波長帯内の波長に設定されており、希土類元素がYbの場合は、反射中心波長はたとえば1080nmである。
励起光合波器2が、励起用LD13から出力された励起光を光ファイバ3に入力すると、光ファイバ3は励起光を内側クラッド内で伝搬し、増幅用光ファイバ5へと導く。増幅用光ファイバ5では、励起光を内側クラッド内で伝搬しながらコアに添加された希土類元素を光励起し、希土類元素が発光する。この発光のうち、光反射器4、6の反射中心波長に対応する波長の光は、増幅用光ファイバ5の光増幅作用と、増幅用光ファイバ5の両端側に配置された光反射器4、6が構成する光共振器の作用とによって、不可視のレーザ光をレーザ発振する。なお、増幅用光ファイバ5のコアは、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構成であることが好ましいが、マルチモード(例えば、基本モードおよび数次程度の高次モードを含む)伝搬特性を有する構成であっても良い。
光ファイバ7は、シングルモードのダブルクラッド光ファイバで構成されている。クラッドモード除去部8は、光ファイバ7の内側クラッドを伝搬する光を除去する機能を有する。クラッドモード除去部8は、例えば、ダブルクラッド光ファイバの外側クラッドを除去し、外側クラッドを除去した部分に内側クラッドよりも屈折率が高い物質を塗布することにより形成される。ただし、クラッドモード除去部8の構成は特に限定はない。
光ファイバ9、11は、シングルモードの光ファイバで構成されている。光出力部12はたとえば光コネクタで構成されている。光ファイバ9、11は、発振したレーザ光を光出力部12に導き、不可視の出力レーザ光L2として光出力部12から出力させる。出力レーザ光L2は切断等の所定の加工を行うために不図示の加工対象物に照射される。
波長分割多重光合分波器10は、増幅用光ファイバ5の出力側であって、光ファイバ9、11の間に介挿されている。波長分割多重光合分波器10は、光ファイバ9、11間では、出力レーザ光L2の波長の光を低損失で通過させる波長特性を有する。一方、波長分割多重光合分波器10は、光ファイバ11と光フィルタ15との間では、可視光L1の波長の光を低損失で通過させ、出力レーザ光L2の波長の光を大きく(たとえば10dB〜40dBだけ)減衰させる波長特性を有する。
光フィルタ15は、可視光L1を低損失で通過させ、出力レーザ光L2の波長の光を大きく(たとえば10dB〜40dBだけ)減衰させる波長特性を有する。光フィルタ15はバンドパス光フィルタ(Band Pass optical Filter:BPF)、短波長透過光フィルタ(Short Wavelength Pass optical Filter:SWPF)、長波長透過光フィルタ(Long Wavelength Pass optical Filter:LWPF)、波長分割多重光合分波器等で構成することができる。
波長分割多重光合分波器16は、光フィルタ15と光検出部18との間では、出力レーザ光L2の波長の光を低損失で通過させる波長特性を有する。一方、波長分割多重光合分波器16は、光フィルタ15と可視光LD17との間では、可視光L1の波長の光を低損失で通過させ、発振したレーザ光の波長の光を大きく(たとえば10dB〜40dBだけ)減衰させる波長特性を有する。波長分割多重光合分波器16は波長分割多重光合分波器10と同じものであってもよい。
可視光LD17は、たとえば赤色の可視レーザ光(たとえば波長638nm)である可視光L1を出力できるレーザダイオードによって構成されている。可視光LD17からの可視光L1は、可視光L1が加工対象に照射された場合に視認できる程度の光強度に設定される。
光検出部18は、光を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力できる構成を有している。光検出部18は、たとえばフォトダイオードで構成されている。
なお、以下では、光フィルタ15、波長分割多重光合分波器16、可視光LD17、および光検出部18からなる構成を発光/受光部20と呼ぶこととする。
制御部19は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、I/F(Interface)、および、これらを相互に接続するバスを有している。CPUは、ROMに格納されているプログラムおよびデータに基づいて各部を制御する。ROMは、不揮発性の半導体記憶装置であり、プログラムおよびデータを記憶する。RAMは、揮発性の半導体記憶装置であり、CPUがプログラムを実行する際のワークエリアとして動作する。I/Fは、例えば、DAC(Digital Analog Converter)およびADC(Analog Digital Converter)等によって構成されている。I/Fは、CPUから供給されたデジタルデータをアナログ信号に変換して励起用LD駆動電源14および可視光LD17に供給し、かつ、光検出部18からのアナログ電流信号をデジタル信号に変換する。バスは、CPU、ROM、RAM、および、I/Fを相互に接続し、これらの間でデータの授受を可能にするための信号線群である。なお、制御部19としては、CPU等を用いるものに限られず、例えば、DSP(Digital Signal Processor)を用いたり、あるいはデジタル制御方式ではなく、アナログ制御方式を用いたりしたものでもよい。
つぎに、波長分割多重光合分波器10についてより具体的に説明する。図2は、波長分割多重光合分波器10の構成を説明する図である。
波長分割多重光合分波器10は、2本の光ファイバ10a、10bとによって構成されている。2本の光ファイバ10a、10bは、それぞれコア10aa、クラッド10ab、またはコア10ba、クラッド10bbを有している。2本の光ファイバ10a、10bは、出力レーザ光L2の波長においてシングルモード伝搬特性を有しているものであり、たとえばそれぞれカットオフ波長920±50nmのほぼ同一特性の光ファイバである。端子T1は光ファイバ9に接続され、端子T2は光フィルタ15に接続され、端子T3は光ファイバ11に接続されている。端子T4は無反射端とされてもよい。端子T4を無反射端とする場合は、例えば、アルミニウム(Al)などの金属部材等からなる放熱部材に光線を入射することにより、入射された光線を熱変換したのちに放熱する構成とすることが好ましい。
波長分割多重光合分波器10では、クラッド10ab、10bbの一部が溶融して結合され、コア10aa、10baが長さLの長さに渡って溶着されている。このような波長分割多重光合分波器10では、コア10aa、10baの間でモード結合が生じ、コア10aa、10baの間でエネルギーの移送が生じる。このとき、コア10aa、10ba同士の距離および溶着している長さL等により、分岐比の波長依存性が決定される。図2の例では、端子T2―端子T3間において、コア10baと、コア10aaの間で可視光波長域のモード結合が支配的になるため、端子T2から入力される可視光L1は、比較的低損失で主に端子T3から出力される。また、端子T2−端子T3間では、出力レーザ光L2の波長を含む不可視レーザ光の波長域におけるモード結合を抑圧しているため、端子T3から入力された不可視レーザ光は主に端子T1側に出射され、端子T2側に出射される不可視レーザ光は減衰される。なお、図2に示される波長分割多重光合分波器10の例では、コア10aa、10baが溶着されているが、波長分割多重光合分波器10はこの例に限らず、溶融延伸された2本のコアを伝搬光の波長のオーダーの距離で近接させてコア間でモード結合が生じさせ、コア間でエネルギーの移送を行う方式の波長分割多重光合分波器を用いてもよい。
つぎに、光ファイバレーザ装置100の動作について説明する。まず、加工対象物を加工する前の段階では、制御部19は可視光LD17および励起用LD13の双方の動作を停止した状態としている。このような状態において、加工対象物が図示しない加工台に載置され、可視光L1を照射する位置を決める(位置決めする)ための操作がされると(例えば、図示しない「位置決めボタン」が操作されると)、制御部19のCPUがI/Fを介してこの操作を検出する。CPUは、ROMに格納されたプログラムに基づいて、位置決めを行うための処理を実行する。具体的には、CPUは、プログラムに基づいて、データから制御データを取得し、I/FによってD/A変換した後、可視光LD17に供給する。この結果、可視光LD17は、可視光L1を出力する。可視光L1は、波長分割多重光合分波器16、光フィルタ15、波長分割多重光合分波器10、光ファイバ11を通過して光出力部12から出力され、加工対象物の加工位置(可視光L1が照射される位置)に照射される。これによって、出力レーザ光L2が照射される位置の位置決めが行われる。なお、上述した光フィルタ15の可視光L1を低損失で透過する波長特性のために、可視光L1は視認可能な十分な強度(たとえば約2μW以上)で加工対象物に照射される。
位置決めが完了すると、制御部19は可視光LD17の照射を停止する。これにより、加工対象物への可視光L1の照射が停止される。つづいて、加工開始の指示がなされると、CPUは、照射強度に応じた励起用LD13の駆動用データをROMに格納されたデータから取得し、I/Fに供給する。I/Fは、供給された駆動用データをD/A変換し、励起用LD駆動電源14に供給する。励起用LD駆動電源14は、I/Fから供給された指示値に応じて、励起用LD13を駆動する。この結果、励起用LD13は励起光を出力し、励起光合波器2、光ファイバ3、光反射器4を介して、増幅用光ファイバ5に供給する。これにより、光ファイバレーザ装置100はレーザ発振を開始し、レーザ光が光反射器6から出力され、クラッドモード除去部8において残留した励起光が除去された後、光出力部12を介して、出力レーザ光L2として加工対象物に照射される。
ここで、可視光L1および出力レーザ光L2は、同一の光ファイバ11を通過して光出力部12から出力される。したがって、出力レーザ光L2が照射される位置は、可視光L1が照射された位置と略同一となる。これによって、光ファイバレーザ装置100は、可視光L1によって正確に位置決めされた位置を、出力レーザ光L2によって正確に加工することができる。
また、出力レーザ光L2の一部が加工対象物で反射または散乱されて、戻り光L3として戻ってくる場合がある。戻り光L3は光ファイバレーザ装置100内の光ファイバ11を出力レーザ光L2とは逆方向に伝搬し、波長分割多重光合分波器10に到達する。波長分割多重光合分波器10では、戻り光L3は、波長分割多重光合分波器10の波長特性によって、その多くは光ファイバ9側(図2における端子T1側)に出力するが、一部は漏洩戻り光L4として光フィルタ15側(端子T2側)に漏洩する。たとえば、戻り光L3の強度が500Wの場合、漏洩戻り光L4の強度はその1%の5W程度となり得る。
光フィルタ15は、入力された漏洩戻り光L4を減衰させる。波長分割多重光合分波器16は、光フィルタ15によって減衰した漏洩戻り光L4の大部分を、漏洩戻り光L5として光検出部18側に透過させる。光検出部18は、漏洩戻り光L5を受光し、漏洩戻り光L5の強度に応じたアナログ電流信号を制御部19に出力する。制御部19では、I/Fが光検出部18からのアナログ電流信号をデジタル信号に変換し、バスがCPUに変換されたデジタル信号を供給する。CPUではこのデジタル信号をもとに戻り光L3の光強度を算出する。これによって、戻り光L3の光強度を監視することができる。
本実施の形態1では、可視光L1を光出力部12から出力させるための波長分割多重光合分波器10から漏洩する戻り光を利用して、戻り光L3の光強度を監視するようにしている。その結果、監視用に設けた光部品の光損失によって加工用の出力レーザ光L2の強度が無駄に減衰してしまうということが防止される。
また、漏洩戻り光L4のうち可視光LD17および光検出部18に入力する戻り光の強度は、光フィルタ15および波長分割多重光合分波器16によって、可視光LD17および光検出部18が破損または劣化しない程度(たとえば10mW程度以下)に抑制される。
なお、CPUは、算出された光強度とROMに格納されたデータとを比較して、戻り光L3の光強度が或る第1の設定値以上であれば、戻り光L3による光ファイバレーザ装置100の破損を防ぐために励起用LD13の駆動を停止したり、励起用LD13の駆動電流を低下させて励起光出力を低下させたりすることができる。または、CPUは、算出された光強度とROMに格納されたデータとを比較して、戻り光L3の光強度が別の第2の設定値以下であれば、光ファイバレーザ装置100にたとえば光ファイバの断線等の何らかの障害が発生したために戻り光L3の強度が低下したものと判断し、励起用LD13の駆動を停止したり、励起用LD13の駆動電流を低下させて励起光出力を低下させたりすることができる。あるいは、制御部19は、励起用LD13の駆動を停止したり、励起用LD13の駆動電流を低下させたりする代わりに、音声発生器や視覚表示器によって警告を発生し、使用者に状況を知らせるようにしてもよい。
また、所望の加工が終了すると、制御部19のCPUは、励起用LD13の駆動を停止する。これにより、光ファイバレーザ装置100からの出力レーザ光L2の照射が停止される。
以上説明したように、本実施の形態1に係る光ファイバレーザ装置100では、レーザ光の照射位置について、より正確な位置決めを行うことができ、かつ加工用のレーザ光の強度の減少を抑制しつつ戻り光を監視することができる。
なお、光ファイバ1の紙面左側の終端部には、当該光ファイバ端からの光出力がアルミニウム(Al)などの金属部材に入力することによって、入力光を熱変換する熱変換部を接続してもよい。これによって、熱変換部に入力した高出力のレーザ光の戻り光を熱変換したのちに放熱することができる。なお、熱変換部としては、前述したものの他に、例えば、光ファイバ端付近に、光ファイバ同士をその中心軸をずらして融着接続した軸ずれ融着部を設け、そこからの漏れ光を金属部材等に伝達して熱変換するものを用いても良い。
(変形例1)
図3は、本発明の実施の形態1の変形例1に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Aは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Aに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Aは、発光/受光部20の波長分割多重光合分波器16を光合分波器21に置き換えた構成を有する。光合分波器21はいわゆるTapカプラと呼ばれる種類のものであり、光フィルタ15側から入力された光を端子21aと端子21bとに大きい分岐比で分岐して出力する。本変形例1に係る光合分波器21は、端子21aと端子21bとの光強度の分岐比は出力レーザ光の波長帯において1:10000であり、40dBカプラとも呼ばれるものである。端子21aは光検出部18に接続して、端子21bは可視光LD17に接続している。
発光/受光部20Aでは、光フィルタ15によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、光フィルタ15および光合分波器21によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
(変形例2)
図4は、本発明の実施の形態1の変形例2に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Bは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Bに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Bは、発光/受光部20Aの光合分波器21の端子21aを可視光LD17に接続し、端子21bを光検出部18に接続したものである。
発光/受光部20Bでは、光フィルタ15および光合分波器21によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、光フィルタ15によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
(変形例3)
図5は、本発明の実施の形態1の変形例3に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Cは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Cに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Cは、発光/受光部20において、光フィルタ15を波長分割多重光合分波器16と可視光LD17との間に移動して配置し、かつ波長分割多重光合分波器16と光検出部18との間に光減衰器23を配置した構成を有する。光減衰器23は、少なくとも漏洩戻り光L5の波長の光を大きく(たとえば10dB〜40dBだけ)減衰させる特性を有している。光減衰器23は、光ファイバ同士をその中心軸をずらして融着接続した軸ずれ融着光ファイバや、光フィルタ15と同様の波長特性を有する光フィルタ等で構成されることができる。
発光/受光部20Cでは、波長分割多重光合分波器16および光フィルタ15によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、波長分割多重光合分波器16および光減衰器23によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
なお、発光/受光部20Cにおいて、光フィルタ15は適宜削除しても良い。
また、光減衰器23には、光減衰器23において発生した漏洩光を熱変換する、放熱部/熱変換部を設けても良い。放熱部/熱変換部は、例えば、アルミニウム(Al)などの金属部材等からなる放熱部材に光線を入射することにより、入射された光線を熱変換したのちに放熱する構成とすることができる。光減衰器23を軸ずれ融着光ファイバで構成する場合は、放熱部/熱変換部は、軸ずれ融着部からの漏れ光を放熱部材に入射させることによって熱変換を行う構成とすることもできる。なお、以下の変形例または実施の形態における光減衰器にも、適宜放熱部/熱変換部を設けて良い。
(変形例4)
図6は、本発明の実施の形態1の変形例4に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Dは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Dに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Dは、図1に示す発光/受光部20において、光フィルタ15と波長分割多重光合分波器16との組み合わせを、2つの波長分割多重光合分波器16a、16bの組み合わせに置き換えた構成と見做すことができる。また、発光/受光部20Dは、図5に示す発光/受光部20Cにおいて、波長分割多重光合分波器16と光フィルタ15との組み合わせを、2つの波長分割多重光合分波器16a、16bの組み合わせに置き換えた構成と見做すこともできる。すなわち、波長分割多重光合分波器16a、16bは、実質的に光フィルタとしての機能を有している。また、可視光LD17は、波長分割多重光合分波器16bに接続するとともに、制御部19に接続している。
波長分割多重光合分波器16aは、波長分割多重光合分波器10の端子T2(図2参照)に接続している。波長分割多重光合分波器16aは、波長特性により、波長分割多重光合分波器10の端子T2から漏洩する漏洩戻り光L4の大部分を、放熱部30a側へ透過し、残りの一部を波長分割多重光合分波器16b側へ透過する。同様に、波長分割多重光合分波器16bは、波長特性により、波長分割多重光合分波器16aから入力された漏洩戻り光L4の大部分を、放熱部30b側へ透過し、残りの一部を可視光LD17側へ透過する。したがって、可視光LD17に到達する漏洩戻り光L4は、強度が適切に減衰され、可視光LD17を損傷する虞が少ない。例えば、戻り光L3の強度が500Wの場合であっても、可視光LD17に到達する漏洩戻り光L4は、可視光LD17が破損または劣化しない程度、たとえば1mWよりも小さく減衰される。
一方、可視光LD17から出力される可視光L1は、波長分割多重光合分波器16bの波長特性により、大部分が波長分割多重光合分波器16aへ透過し、波長分割多重光合分波器16aの波長特性により、大部分が波長分割多重光合分波器10へ透過し、波長分割多重光合分波器10の波長特性により、光ファイバ11へ導入される。すなわち、可視光LD17から出力される可視光L1は、大きな減衰を受けることなく光ファイバ11へ導入され、出力レーザ光L2を照射する位置決めに用いられる。
波長分割多重光合分波器16a、16bのそれぞれに接続されている放熱部30a、30bは、入射された漏洩戻り光L4の一部を熱変換する、放熱部/熱変換部としての終端器である。放熱部30a、30bは、例えば、アルミニウム(Al)などの金属部材等からなる放熱部材に光線を入射することにより、入射された光線を熱変換したのちに放熱する構成とすることができる。また、放熱部30a、30bは、例えば、光ファイバ端近傍に軸ずれ融着部を設け、軸ずれ融着部からの漏れ光を放熱部材に入射させることによって熱変換を行う構成とすることもできる。
なお、以下では、光ファイバの終端部に終端器が設けられていることが明示的に記載されていない場合であっても、光ファイバの終端部には適切な終端器が設けられているものとする。そして、終端器として、光ファイバの終端部に放熱部30が備えられていることが好ましい。
本変形例4は、さらに下記のように変形した構成としてもよい。
例えば、放熱部30aの代わりに光検出器を備える構成とすることができる。ここで、光検出器は、たとえばフォトダイオードで構成されており、受光した光の受光強度に応じた電流信号を制御部19へ出力する。また、放熱部30aの代わりに光検出器を備える場合、変形例3と同様に、波長分割多重光合分波器16aと光検出器の間に、光減衰器を備えることが好ましい。光減衰器は、変形例3と同様に、漏洩戻り光の波長の光を減衰させためのものであり、変形例3と同一の構成とすることができる。
放熱部30bの代わりに光検出器を備える構成とすることもできる。放熱部30bの代わりに光検出器を備える場合も、変形例3と同様に、波長分割多重光合分波器16bと光検出器の間に、光減衰器を備えることが好ましい。この場合の光減衰器も、変形例3と同一の構成とすることができる。
また、可視光LD17の代わりに光検出器を備え、放熱部30aの代わりに可視光LD17を備える構成とすることができる。この場合、波長分割多重光合分波器16aの波長特性を、波長分割多重光合分波器10の端子T2から漏洩する漏洩戻り光L4の大部分を、波長分割多重光合分波器16b側へ透過し、残りの一部を可視光LD17側へ透過するように、接続ポートの切換もしなければいけない。また、放熱部30aの代わりに可視光LD17を備える場合、変形例3と同様に、波長分割多重光合分波器16aと可視光LD17との間に、光フィルタを備えることが好ましい。この光フィルタは、他の変形例と同様に、可視光LD17から射出される光線に対し低減衰であり、かつ漏洩戻り光L4に対し高減衰である波長特性を有する。
(変形例5)
図7は、本発明の実施の形態1の変形例5に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Eは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Eに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Eは、発光/受光部20Aにおいて、光フィルタ15を光合分波器21と可視光LD17との間に移動して配置した構成を有する。
発光/受光部20Eでは、光フィルタ15によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、光合分波器21によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
(変形例6)
図8は、本発明の実施の形態1の変形例6に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Fは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Fに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Fは、図4に示す発光/受光部20Bにおいて、光フィルタ15を削除し、かつ光合分波器21と光検出部18との間に光減衰器23を配置した構成を有する。
発光/受光部20Fでは、光合分波器21によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、光減衰器23によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
(変形例7)
図9は、本発明の実施の形態1の変形例7に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Gは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Gに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Gは、発光/受光部20Cにおいて、波長分割多重光合分波器16を光合分波器25に置き換えた構成を有する。光合分波器25はTapカプラと呼ばれる種類のものであり、波長分割多重光合分波器10側から入力された光を端子25aと端子25bとに大きい分岐比で分岐して出力する。本変形例7に係る光合分波器25は、端子25aと端子25bとの光強度の分岐比は1:100〜1:1000であり、20dB〜30dBカプラとも呼ばれるものである。端子25aは光減衰器23を介して光検出部18に接続している。端子25bは光フィルタ15を介して可視光LD17に接続している。
発光/受光部20Gでは、光フィルタ15によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、光合分波器25および光減衰器23によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
なお、発光/受光部20Gにおいて、光減衰器23は適宜削除しても良い。
(変形例8)
図10は、本発明の実施の形態1の変形例8に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Hは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Hに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Hは、発光/受光部20Gの光合分波器25の端子25aを可視光LD17側に接続し、端子25bを光検出部18側に接続したものである。
発光/受光部20Hでは、光合分波器25および光フィルタ15によって、可視光LD17に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。また、光減衰器23によって、光検出部18に入力される戻り光の強度が適量に減衰される。
なお、発光/受光部20Hにおいて、光フィルタ15は適宜削除しても良い。
(変形例9)
図11は、本発明の実施の形態1の変形例9に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Iは、図1に示す光ファイバレーザ装置100に光減衰器26および光検出部27を追加した構成を有する。
光減衰器26は、波長分割多重光合分波器10の端子T4(図2参照)に接続している。光減衰器26は、少なくとも出力レーザ光L2の波長の光を大きく(たとえば10dB〜40dBだけ)減衰させる特性を有している。光減衰器26はたとえば光ファイバ同士をその中心軸をずらして融着接続した軸ずれ融着光ファイバや、光フィルタ15と同様の波長特性を有する光フィルタ等で構成される。また、光減衰器26にも、上述した放熱部/熱変換部を適宜設けても良い。
光検出部27は、光減衰器26に接続するとともに、制御部19に接続している。光検出部27は、出力レーザ光L2の波長の光を受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力できる構成を有している。光検出部27は、たとえばフォトダイオードで構成されている。
図11に示される発光/受光部20は、図1に示す光ファイバレーザ装置100における発光/受光部20と同一構成であるので、ここでは説明を省略する。また、光ファイバレーザ装置100Iは、発光/受光部20を図3〜図10に示した発光/受光部20A〜20Hに適宜置き換えた構成とすることも可能である。さらに、使用の用途に応じて、図3〜図10に示した発光/受光部20A〜20Hの構成から適宜構成を省略または追加構成を発光/受光部20に置き換えることも可能である。たとえば、波長分割多重光合分波器10の端子T2には、波長分割多重光合分波器16に限らず、可視光LD17に漏洩戻り光が入力することを防ぐ光フィルタや減衰器を設けても良い。
この光ファイバレーザ装置100Iでは、波長分割多重光合分波器10は、光ファイバ9によって導かれたレーザ光の一部のレーザ光L6を端子T4から漏洩して出力する。光減衰器26は、レーザ光L6を減衰させる。光検出部27は、減衰したレーザ光L6を受光し、受光強度に応じたアナログ電流信号を制御部19に出力する。制御部19では、I/Fが光検出部27からのアナログ電流信号をデジタル信号に変換し、バスがCPUに変換されたデジタル信号を供給する。CPUではこのデジタル信号をもとに、出力レーザ光L2の光強度を算出する。これによって、出力レーザ光L2の光強度の強度を監視することができる。
この光ファイバレーザ装置100Iでは、可視光L1を光出力部12から出力させるための波長分割多重光合分波器10から漏洩する光出力を利用して、出力レーザ光L2の光強度を監視するようにしている。その結果、監視用に設けた光部品の光損失によって加工用の出力レーザ光L2の強度が無駄に減衰してしまうということが防止される。
(変形例10)
図12は、本発明の実施の形態1の変形例10に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Jは、図11に示す光ファイバレーザ装置100Iにおいて、光減衰器26を、光合分波器34と放熱部30との組み合わせに置き換えた構成を有する。
光合分波器34は、波長分割多重光合分波器10の端子T4(図2参照)に接続している。光合分波器34はいわゆるTapカプラと呼ばれる種類のものであり、波長分割多重光合分波器10側から入力された光を端子34aと端子34bとに大きい分岐比で分岐して出力する。本変形例10に係る光合分波器34は、端子34aと端子34bとの光強度の分岐比は出力レーザ光の波長帯において1:10000であり、40dBカプラとも呼ばれるものである。端子34aは光検出部27に接続して、端子34bは放熱部30に接続している。
上記構成により光合分波器34は、少なくとも出力レーザ光L2の波長の光を大きく減衰させる特性を有しており、上述の変形例9における光減衰器26と実質的に同様の作用を有する。これにより、変形例10に係る光ファイバレーザ装置100Jは、変形例9に係る光ファイバレーザ装置100Iと同様の機能および効果を有する。また、発光/受光部20を図3〜図10に示した発光/受光部20A〜20Hに適宜置き換えた構成とし得ることも上述の変形例9と同様である。
(変形例11)
図13は、本発明の実施の形態1の変形例11に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Kは、図11に示す光ファイバレーザ装置100Iにおいて、光減衰器26および光検出部27を、光フィルタ28および可視光LD29に置き換えた構成を有する。
可視光LD29は、可視光LD17と同様に、たとえば赤色の可視光(たとえば波長638nm)である可視光L7を出力できるレーザダイオードによって構成されている。
光フィルタ28は、可視光L7を低損失で透過し、出力レーザ光L2の波長の光を大きく(たとえば10dB〜40dBだけ)減衰させる波長特性を有する。
この光ファイバレーザ装置100Kでは、可視光LD29は故障解析に用いられる。すなわち、たとえばレーザ光の光路である光ファイバ3、光反射器4、増幅用光ファイバ5、光反射器6、光ファイバ7、クラッドモード除去部8、光ファイバ9、または波長分割多重光合分波器10に断線などの故障が発生したと考えられる場合に、制御部19は、可視光LD17および励起用LD13の双方の動作を停止した状態で、可視光LD29に可視光L7を出力させる。可視光L7は、波長分割多重光合分波器10から光ファイバ9に入力し、クラッドモード除去部8、光ファイバ7、光反射器6、増幅用光ファイバ5、光反射器4、光ファイバ3を順次伝搬する。仮にこの光路に断線があった場合には、その断線箇所で可視光L7が外部に漏洩するので、断線箇所を目視により特定することができる。
(変形例12)
図14は、本発明の実施の形態1の変形例12に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Lは、図11に示す光ファイバレーザ装置100Iにおいて、光減衰器26を、2つの波長分割多重光合分波器16c、16dと可視光LD29と放熱部30との組み合わせに置き換えた構成を有する。
波長分割多重光合分波器16cは、波長分割多重光合分波器10の端子T4(図2参照)に接続している。波長分割多重光合分波器16cは、波長分割多重光合分波器10の端子T4から漏洩したレーザ光L6の大部分を、放熱部30側に透過させる。放熱部30は、レーザ光L6を熱変換および放熱するための終端器である。波長分割多重光合分波器16cは、波長分割多重光合分波器10の端子T4から漏洩したレーザ光L6の残りの一部分を、波長分割多重光合分波器16d側に透過させる。
波長分割多重光合分波器16dは、波長分割多重光合分波器16cから入力されたレーザ光L6の大部分を光検出部27側に透過させる。一方、波長分割多重光合分波器16dは、波長分割多重光合分波器16cから入力されたレーザ光L6の残りの一部分を、可視光LD29側に透過させる。
光検出部27は、波長分割多重光合分波器16dに接続するとともに、制御部19に接続している。可視光LD29は、波長分割多重光合分波器16dに接続するとともに、制御部19に接続している。
上記構成により、変形例12に係る光ファイバレーザ装置100Lは、変形例9に係る光ファイバレーザ装置100Iが有する機能と変形例11に係る光ファイバレーザ装置100Kが有する機能とを兼ね備えることとなる。
すなわち、光ファイバレーザ装置100Lは、波長分割多重光合分波器10から漏洩したレーザ光L6を光検出部27が受光しているので、出力レーザ光L2の光強度監視用に設けた光部品の光損失によって加工用の出力レーザ光L2の強度が無駄に減衰されることが防止される。さらに、光ファイバレーザ装置100Lは、可視光LD29から出力される可視光L7が、波長分割多重光合分波器10、16c、16dの特性により、大きく減衰することなく故障解析に用いられる一方で、可視光LD29へ到達する波長分割多重光合分波器10から漏洩したレーザ光L6が大きく減衰されるので、可視光LD29を損傷する虞が少ない。
なお、先述の変形例と同様に、図14に示される発光/受光部20は、図3〜図10に示した発光/受光部20A〜20Hに適宜置き換えた構成とすることも可能であり、さらに、使用の用途に応じて、図3〜図10に示した発光/受光部20A〜20Hの構成から適宜構成を省略または追加構成を発光/受光部20に置き換えることも可能である。
(変形例13)
ところで、戻り光L3には、光ファイバ11等で発生するラマン散乱光が含まれる場合がある。ラマン散乱光の強度は、出力レーザ光L2の強度が増大するにつれて急激に増大する。このラマン散乱光のエネルギーによって、光ファイバのコアが不可逆的に熱変化するいわゆる「ファイバヒューズ」が発生し、光ファイバレーザ装置に損傷を与えるおそれがある。
これに対して、本発明の実施の形態1の変形例13に係る光ファイバレーザ装置では、戻り光L3に含まれる、出力レーザ光L2の戻り光に対するラマン散乱光の比を監視し、その比が所定の設定値以上になったら励起用LD13の駆動を停止したり、励起用LD13の駆動電流を低下させたりすることができる。
図15は、本発明の実施の形態1の変形例13に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Mは、図1に示す光ファイバレーザ装置100の発光/受光部20を発光/受光部20Mに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Mは、発光/受光部20の光検出部18を、光検出部としての波長分割多重光合分波器31、光フィルタ32a、32b、および光検出部33a、33bに置き換えた構成を有する。
波長分割多重光合分波器31は、波長分割多重光合分波器16に接続している。波長分割多重光合分波器31は、漏洩戻り光L5に含まれ得るラマン散乱光(たとえば波長1140nm)を含む光L8と、出力レーザ光L2の波長の戻り光(たとえば波長1080nm)を含む光L9とを分離して出力する機能を有する。
光フィルタ32a、32bは、波長分割多重光合分波器31に接続している。光フィルタ32aは、波長分割多重光合分波器31が分離して出力した光L8から、さらに波長1140nmの波長成分の光を透過する特性を有する。光フィルタ32bは、波長分割多重光合分波器31が分割して出力した光L9から、さらに波長1080nmの波長成分の光を透過する特性を有する。
光検出部33a、33bは、それぞれ光フィルタ32a、32bに接続し、かつ制御部19に接続している。光検出部33a、33bは、光フィルタ32a、32bが透過した波長1140nmの波長成分の光と波長1080nmの波長成分の光とをそれぞれ受光し、その受光強度に応じた電流信号を出力できる構成を有している。光検出部33a、33bは、たとえばフォトダイオードで構成されている。
制御部19のCPUは、光検出部33a、33bからの電流信号をもとに、波長1080nmの波長成分の光(出力レーザ光L2の戻り光)に対する波長1140nmの波長成分の光(ラマン散乱光)の比を算出する。これによって、出力レーザ光L2の戻り光に対するラマン散乱光の比を監視することができる。
なお、CPUは、算出された比とROMに格納されたデータとを比較して、比が或る設定値以上であれば、ラマン散乱光による光ファイバレーザ装置100Mの破損を防ぐために励起用LD13の駆動を停止したり、励起用LD13の駆動電流を低下させて励起光出力を低下させたりすることができる。
(変形例14)
図16は、本発明の実施の形態1の変形例14に係る光ファイバレーザ装置の要部を説明する模式図である。この光ファイバレーザ装置100Nは、図15に示す光ファイバレーザ装置100Mの発光/受光部20Mを発光/受光部20Nに置き換えた構成を有する。
発光/受光部20Nは、発光/受光部20Mから光フィルタ32bを削除した構成を有する。
この光ファイバレーザ装置100Nでは、光検出部33aが受光する波長1140nmの波長成分の光L8の強度と、光検出部33bが受光する、出力レーザ光L2の戻り光を含む光L9の強度をもとに、出力レーザ光L2の戻り光に対するラマン散乱光の比を算出する。これによって、出力レーザ光L2の戻り光に対するラマン散乱光の比を監視することができる。
なお、発光/受光部20Nの変形例として、発光/受光部20Mから光フィルタ32aを削除した構成でも良い。
(実施の形態2)
図17は、本発明の実施の形態2に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置200は、図1に示す光ファイバレーザ装置100において、波長分割多重光合分波器10および光ファイバ11を光ファイバ1と励起光合波器2との間に移動して配置し、出力光ファイバとしての光ファイバ9と光出力部12とを接続した構成を有する。
この光ファイバレーザ装置200のように、波長分割多重光合分波器10の配置位置は、増幅用光ファイバ5の出力側に限られず、入力側であっても、光ファイバレーザ装置100の場合と同様の効果が得られる。なお、可視光LD17から出力される可視光は、光ファイバレーザ装置100の場合よりも光出力部12から出力されるまでに多くの光損失を受けるので、加工対象に照射された場合に視認できる程度の、より高い光強度とすることが好ましい。
なお、光ファイバレーザ装置200における発光/受光部20は、図3〜図16に示した発光/受光部20A〜20Nに適宜置き換えることができる。
(実施の形態3)
図18は、本発明の実施の形態3に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置300は、図17に示す光ファイバレーザ装置200において、光ファイバ7とクラッドモード除去部8との間に、さらに励起光合波器35、および増幅用光ファイバ36を挿入し、さらに励起光合波器35に励起用LD37、励起用LD駆動電源38を順次接続した構成を有する。励起光合波器35、増幅用光ファイバ36、励起用LD37、励起用LD駆動電源38は、それぞれ対応する励起光合波器2、増幅用光ファイバ5、励起用LD13、励起用LD駆動電源14と同様の構成を有するものである。
この光ファイバレーザ装置300は、MOPA(Master Oscillator and Power Amplifier)構造を有するものであり、増幅用光ファイバ36およびこれを励起するための励起用LD37を備えることによって、光出力部12からさらに高い強度の出力レーザ光L2を出力できるものである。
(実施の形態4)
図19は、本発明の実施の形態4に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置300Aは、図18に示す光ファイバレーザ装置300において、波長分割多重光合分波器10および光ファイバ11を光ファイバ7と励起光合波器35との間に移動して配置した構成を有する。このように、波長分割多重光合分波器10は、2つの増幅用光ファイバ5、36の間に配置しても良い。
なお、光ファイバレーザ装置300Aにおいて、波長分割多重光合分波器10および光ファイバ11を光ファイバ9と光出力部12との間に移動して配置しても良い。また、光ファイバレーザ装置200、300、300Aにおける発光/受光部20は、図3〜図16に示した発光/受光部20A〜20Nに適宜置き換えることができる。また、光ファイバレーザ装置300、300Aにさらに励起光合波器35、増幅用光ファイバ36、励起用LD37、および励起用LD駆動電源38を追加して、多段構成の光ファイバレーザ装置を構成してもよい。
(実施の形態5)
図20は、実施の形態5に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置1000は、光ファイバレーザ部400−1〜400−n(nは2以上の整数)と、複数の光ファイバ41と、光合波器42と、光ファイバ43と、クラッドモード除去部44と、出力光ファイバとしての光ファイバ45と、光出力部46とが順次接続した構成を有する。
光ファイバレーザ部400−1〜400−nは、図1に示す実施の形態1に係る光ファイバレーザ装置100から、波長分割多重光合分波器10、発光/受光部20、および制御部19を削除した構成を有する。ただし、光ファイバレーザ部400−m(mは1より大きくn以下の整数)は、図20に示すように、光ファイバレーザ装置100から、制御部19を削除した構成を有する。すなわち、光ファイバレーザ部400−mは波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20を備えている。
制御部40は、光ファイバレーザ部400−1〜400−nの各励起用LD駆動電源14および光ファイバレーザ部400−mの可視光LD17および光検出部18と接続する共通の制御部である。
光合波器42は、例えば、TFB(Tapered Fiber Bundle)等によって構成されている。複数の光ファイバ41は、光ファイバレーザ部400−1〜400−nの各光出力部12から出力されたレーザ光を、光合波器42の複数の入力端子のそれぞれへ導く光ファイバである。各光ファイバ41は、増幅用光ファイバ5に合わせて、シングルモード光ファイバまたはマルチモード光ファイバで構成されている。光合波器42は、光ファイバレーザ部400−1〜400−nのそれぞれから出力されたレ−ザ光を合波して、出力端子から光ファイバ43に出力する。
光ファイバ43は、光合波器42の出力端子に接続されたマルチモード光ファイバである。クラッドモード除去部44は、光ファイバ43の内側クラッドを伝搬する光を除去する機能を有するものであり、図1に示すクラッドモード除去部8と同様な構成とすることができる。
光ファイバ45は、マルチモード光ファイバで構成されている。光出力部46はたとえば光コネクタで構成されている。光出力部46は、光合波器42によって合波された各光ファイバレーザ部400−1〜400−nからのレーザ光を、出力レーザ光L10として出力する。
つぎに、光ファイバレーザ装置1000の動作について説明する。まず、加工対象物を加工する前の段階では、制御部40は可視光LD17および光ファイバレーザ部400−1〜400−nの各励起用LD13の双方の動作を停止した状態としている。このような状態において、加工対象物が図示しない加工台に載置され、可視光L1を照射する位置を決める(位置決めする)ための操作がされると、制御部40のCPUがI/Fを介してこの操作を検出する。CPUは、ROMに格納されたプログラムに基づいて、位置決めを行うための処理を実行する。具体的には、CPUは、プログラムに基づいて、データから制御データを取得し、I/FによってD/A変換した後、可視光LD17に供給する。この結果、可視光LD17は、可視光L1を出力する。可視光L1は、波長分割多重光合分波器16、光フィルタ15、波長分割多重光合分波器10、光ファイバ11、光出力部12、光ファイバ41、光合波器42、光ファイバ43、クラッドモード除去部44、光ファイバ45を通過して光出力部46から出力され、さらに加工対象物の加工位置(可視光L1が照射される位置)に照射される。これによって、出力レーザ光L10が照射される位置の位置決めが行われる。
位置決めが完了すると、制御部40は可視光LD17の照射を停止する。これにより、加工対象物への可視レーザ光の照射が停止される。つづいて、加工開始の指示がなされると、CPUは、照射強度に応じた各励起用LD13の駆動用データをROMに格納されたデータから取得し、I/Fに供給する。I/Fは、供給された駆動用データをD/A変換し、各励起用LD駆動電源14に供給する。各励起用LD駆動電源14は、I/Fから供給された指示値に応じて、各励起用LD13を駆動する。これにより、各光ファイバレーザ部400−1〜400−nはレーザ発振を開始し、最終的には出力レーザ光L10が加工対象物に照射される。
ここで、可視光L1および出力レーザ光L10は、同一の光ファイバ45を通過して光出力部46から出力される。したがって、出力レーザ光L10が照射される位置は、可視光L1が照射された位置と略同一となる。これによって、光ファイバレーザ装置1000は、可視光L1によって正確に位置決めされた位置を、出力レーザ光L10によって正確に加工することができる。
出力レーザ光L10の一部が加工対象物で反射または散乱されて戻ってきた戻り光L11は、波長分割多重光合分波器10に到達するが、実施の形態1の場合と同様に、波長分割多重光合分波器10でその一部が光フィルタ15側に漏洩する。漏洩戻り光の一部は発光/受光部20による戻り光L11の監視に使用される。
本実施の形態5でも、可視光L1を光出力部12から出力させるための波長分割多重光合分波器10から漏洩する戻り光を利用して、戻り光L11の光強度を監視するようにしている。その結果、監視用に設けた光部品の光損失によって加工用の出力レーザ光L10の強度が無駄に減衰してしまうということが防止される。
以上説明したように、本実施の形態5に係る光ファイバレーザ装置1000では、レーザ光の照射位置について、より正確な位置決めを行うことができ、かつ加工用のレーザ光の強度の減衰を抑制しつつ戻り光を監視することができる。
なお、本実施の形態5では、波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20を備える光ファイバレーザ部は、光ファイバレーザ部400−1〜400−nのうちの一つの光ファイバレーザ部400−mであるが、複数または全部の光ファイバレーザ部が波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20を備えていてもよい。
さらに、図21は、実施の形態5の変形例に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置1000Aは、図20に示す光ファイバレーザ装置1000において、波長分割多重光合分波器10の端子T4(図2参照)と、光合波器42の入力端子のうち光ファイバレーザ部400−1〜400−nが接続されない未使用の入力端子とを、光ファイバ48で接続した構成を有する。光ファイバ48は光ファイバ41と同様の構成を有するものとできる。
この光ファイバレーザ装置1000Aでは、波長分割多重光合分波器10が端子T4から出力したレーザ光L6を、光ファイバ48が光合波器42の空きの入力端子に入力し、光合波器42が光ファイバレーザ部400−1〜400−nから出力されたレーザ光と合波して、最終的に出力レーザ光L10として出力する。その結果、端子T4から出力され、従来は未使用であったレーザ光を効率的に利用でき、かつ出力レーザ光L10をより高強度にできる。
なお、本変形例では、波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20を備える光ファイバレーザ部は、光ファイバレーザ部400−1〜400−nのうちの一つの光ファイバレーザ部400−mであるが、複数または全部の光ファイバレーザ部が波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20を備えていてもよい。この場合、各波長分割多重光合分波器10の端子T4から出力されたレーザ光を、光合波器42の未使用の各入力端子に入力する構成としても良い。
(実施の形態6)
図22は、実施の形態6に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置2000では、光合波器42の入力端子のうち光ファイバレーザ部400−1〜400−nに接続されない未使用の入力端子には、波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20が接続されている。
出力レーザ光L10の一部が加工対象物からの反射光または散乱光、あるいはラマン散乱光を含む戻り光は、波長分割多重光合分波器10によってその一部が漏洩戻り光L12として光フィルタ15側に出力する。出力された漏洩戻り光L12は発光/受光部20による戻り光の監視に使用される。
なお、この光ファイバレーザ装置2000においても、光ファイバレーザ部400−1〜400−nのうちの一つまたは複数の光ファイバレーザ部が、波長分割多重光合分波器10および発光/受光部20を備えていてもよい。
(実施の形態7)
図23は、実施の形態7に係る光ファイバレーザ装置の模式図である。この光ファイバレーザ装置3000は、図22に示す光ファイバレーザ装置2000において、波長分割多重光合分波器10を光ファイバ45と光出力部46との間に移動して配置し、さらに出力光ファイバとしての光ファイバ49を追加した構成を有する。光ファイバ49は光ファイバ45と同様の構成を有することができる。
この光ファイバレーザ装置3000のように、光合波器42の出力側に波長分割多重光合分波器10を配置しても良い。
なお、実施の形態5〜7に係る光ファイバレーザ装置1000、1000A、2000、3000における発光/受光部20は、図3〜図16に示した発光/受光部20A〜20Nに適宜置き換えることができる。ただし、光ファイバレーザ装置2000に適用する場合は、発光/受光部20Cの光フィルタ15、発光/受光部20Fの光減衰器23、および発光/受光部20Gの光フィルタ15は、適宜削除しても良い。
また、上記実施の形態では、光ファイバレーザ装置は、励起用LD13、37からの励起光の増幅用光ファイバ5、36内の進行方向が、レーザ光が出力する方向と一致している、いわゆる前方励起型の構成を有しているが、公知の後方励起型や双方向励起型の構成を採用しても良い。
また、上記実施の形態では、可視光L1、L7として、赤色の可視レーザ光を用いているが、例えば、より視認性が高い緑色の可視レーザ光を用いるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、励起用LDは励起用LD駆動電源によって駆動するようにしたが、制御部19、40が各励起用LDを直接駆動するようにしたり、あるいは、制御部からの制御信号に基づいてFET(Field Effect Transistor)を制御し、当該FETにより各励起用LDに流れる電流を制御するようにしたりしてもよい。
また、上記実施の形態1およびその各変形例に係る光ファイバレーザ装置に、光ファイバレーザ装置300と同様にさらに励起光合波器35、増幅用光ファイバ36、励起用LD37、および励起用LD駆動電源38を追加して、多段構成の光ファイバレーザ装置を構成してもよい。
また、上記実施の形態では、「溶融型」の波長分割多重光合分波器を用いるようにしたが、これ以外にも、例えば、2本の光ファイバのクラッドを部分的に研磨等によって除去し、コア同士を近接させて構成する「研磨型」の波長分割多重光合分波器を用いるようにしてもよい。このような研磨型の波長分割多重光合分波器を用いても、溶融型の場合と同様の効果を得ることができる。
また、波長分割多重光合分波器として、誘電体多層膜フィルタをファイバコリメータで挟んで構成する空間結合系によるものを用いることも可能である。なお、「溶融型」および「研磨型」については、空間結合系を介さず構成できるので、光強度耐性が強いものとなる。
また、上記実施の形態では、導入部として波長分割多重光合分波器を用いているが、Tapカプラを用いてもよい。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した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、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
以上のように、本発明に係る光ファイバレーザ装置は、加工用の光ファイバレーザ装置として有用である。
1、3、7、9、10a、10b、11、41、43、45、48、49 光ファイバ
2、35 励起光合波器
4、6 光反射器
5、36 増幅用光ファイバ
8、44 クラッドモード除去部
10、16、16a、16b、16c、16d、31 波長分割多重光合分波器
10aa、10ba コア
10ab、10bb クラッド
12、46 光出力部
14、38 励起用LD駆動電源
15、28、32a、32b 光フィルタ
17、29 可視光LD
18、27、33a、33b 光検出部
19、40 制御部
20、20A、20B、20C、20D、20E、20F、20G、20H、20M、20N 発光/受光部
21、25、34 光合分波器
21a、21b、25a、25b 端子
23、26 光減衰器
30、30a、30b 放熱部
42 光合波器
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100I、100J、100K、100L、100M、100N、200、300、300A、1000、1000A、2000、3000 光ファイバレーザ装置
400−1〜400−n、400−m 光ファイバレーザ部
L1、L7 可視光
L2、L10 出力レーザ光
L3、L11 戻り光
L4、L5、L12 漏洩戻り光
L6 レーザ光
L8、L9 光
T1、T2、T3、T4 端子

Claims (17)

  1. 増幅用光ファイバと、
    前記増幅用光ファイバを光励起する励起光を出力する励起光源と、
    前記増幅用光ファイバの両端側に配置され、前記増幅用光ファイバで発生した光から不可視のレーザ光をレーザ発振させる光共振器を構成する光反射器と、
    前記レーザ光を導いて外部に出力させる出力光ファイバと、
    可視光を出力する第1の可視光源と、
    第1および第2の入力端子と第1の出力端子とを少なくとも有し、前記第1の入力端子に入力された前記レーザ光を主に前記第1の出力端子から出力し、前記第2の入力端子に入力された前記可視光を主に前記第1の出力端子から出力する波長特性を有し、前記第1の可視光源が出力した前記可視光を、前記第2の入力端子から入力して、前記第1の出力端子を介して前記増幅用光ファイバまたは前記出力光ファイバに導入する導入部と、
    第1の可視光源に接続されて前記第1の可視光源から出力された前記可視光が入力され、前記導入部の前記第2の入力端子に接続されて前記可視光を前記導入部へ出力するとともに、前記導入部側から入力された漏洩戻り光を出力する光合分波器と、
    加工対象に対する前記レーザ光の照射位置の位置決めを行う場合に前記第1の可視光源を駆動して前記可視光を前記出力光ファイバから出力させる制御部と、
    を備えることを特徴とする光ファイバレーザ装置。
  2. 前記光合分波器に接続され、前記漏洩戻り光が入力されて該漏洩戻り光を検出する光検出部を備えることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバレーザ装置。
  3. 前記光合分波器は、前記第1の可視光源から出力される可視光を主に前記導入部側に通過させ、前記漏洩戻り光を主に前記光検出部に出力する波長特性を有することを特徴とする請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
  4. 前記光合分波器は、前記漏洩戻り光を前記第1の可視光源および前記光検出部のそれぞれに所定の分岐比で出力する光分岐特性を有することを特徴とする請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
  5. 前記光合分波器と前記光検出部との間に配置され、前記漏洩戻り光を主に減衰させる光減衰器を備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  6. 前記制御部は、前記検出した漏洩戻り光の強度が第1の値以上または第2の値以下である場合に前記励起光源を停止または励起光出力を低下させることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  7. 前記光検出部は、前記戻り光を複数の波長成分に分離して各波長成分の光強度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項2〜6のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  8. 前記制御部は、前記検出した各波長成分の強度比が所定値以上である場合に前記励起光源を停止または励起光出力を低下させることを特徴とする請求項7に記載の光ファイバレーザ装置。
  9. 前記導入部と前記光合分波器との間に配置され、前記可視光を主に通過させ、前記漏洩戻り光を主に減衰させる波長特性を有する光フィルタを備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  10. 前記光合分波器と前記第1の可視光源との間に配置され、前記可視光を主に通過させ、前記漏洩戻り光を主に減衰させる波長特性を有する光フィルタを備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  11. 前記導入部は、前記可視光が入力された場合に該可視光を主に前記第1の入力端子から出力する第2の出力端子をさらに有し、
    前記第2の出力端子には、少なくとも第2の可視光源と第2の光検出器とのいずれか一方を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  12. 複数の前記増幅用光ファイバならびに該増幅用光ファイバに対応した複数の前記励起光源および光反射器と、
    前記複数の増幅用光ファイバからの複数のレーザ光が入力される複数の入力端子と、前記複数のレーザ光を合波して出力光ファイバに出力する出力端子と、を有する光合波器を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  13. 前記導入部の第1の出力端子は前記光合波器の入力端子のうち未使用の端子に接続されていることを特徴とする請求項12に記載の光ファイバレーザ装置。
  14. 前記導入部は、前記可視光が入力された場合に該可視光を主に前記第1の入力端子から出力できる第2の出力端子をさらに有し、
    前記第2の出力端子は前記光合波器の入力端子のうち未使用の端子に接続されていることを特徴とする請求項12または13に記載の光ファイバレーザ装置。
  15. 前記導入部は、ファイバ溶融型または研磨型であることを特徴とする請求項1〜14のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  16. 前記可視光の波長は赤色または緑色に対応する波長を有することを特徴とする請求項1〜15のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
  17. 前記光合分波器に接続され、前記漏洩戻り光が入力されて該漏洩戻り光を熱に変換して放熱する放熱部を備えることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
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