JP6461647B2 - 光パワーモニタ装置およびファイバレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光パワーモニタ装置およびファイバレーザ装置に関する。

ファイバレーザ装置においては、出力光を伝播させるための光ファイバの内部にクラッドを伝播する光が存在する。以下、本明細書において、クラッドを伝播する光をクラッド光と称する。そこで、光ファイバから漏出するクラッド光を利用して、出力光のパワーをモニタすることが行われている。ところが、出力光のパワーモニタ装置において、フォトダイオードが許容受光量を超える過剰な量のクラッド光を受けた場合、フォトダイオードの発熱による温度ドリフトが生じる。また、ファイバレーザ装置をレーザ加工に用いた場合、加工面からの反射光が多いと、反射光がノイズとしてフォトダイオードに検出される。このように、出力光に含まれる過剰なクラッド光、反射光によるノイズという２つの原因が相俟って、光パワーモニタ装置の測定精度が低下する、という問題がある。

下記の特許文献１、２には、出力光パワーの測定精度を高める手法として、光検出器の入力側もしくは近傍に、クラッド光もしくは不要な波長の励起光を除去するための光除去部を設けることが開示されている。

特開２００１−１７４６５５号公報 特開２００６−３２４６８４号公報

上記の特許文献１および特許文献２では、仮に出力光に含まれるクラッド光に起因する測定精度の低下は改善できたとしても、反射光に含まれるクラッド光に起因する測定精度の低下は改善することができない。
そのため、測定精度の低下要因を総合的に改善することができ、測定精度をより向上することができる出力光パワーモニタ装置の提供が望まれている。

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光のパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の光パワーモニタ装置を備え、信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置は、出力光を伝播させるコアおよびクラッドを有する光ファイバと、前記光ファイバから漏出した前記出力光を受光する受光部と、前記光ファイバにおいて前記受光部の位置よりも光入力側に設けられ、前記光ファイバを伝播するクラッド光を除去する入力側クラッド光除去部と、前記光ファイバにおいて前記受光部の位置よりも光出力側に設けられ、前記光ファイバを伝播するクラッド光を除去する出力側クラッド光除去部と、を備えたことを特徴とする。

ファイバレーザ装置における出力光パワーの測定は、出力光が入力側から出力側に向けて光ファイバ内を伝播する際に光ファイバから漏出するクラッド光を受光部で受光することにより行っている。ところが、クラッド光量が多く、受光部の許容受光量を超えると、受光部の測定精度が低下する。これに対し、本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は入力側クラッド光除去部を備えているため、光入力側から受光部側に向かうクラッド光の一部が除去される。一方、光出力側から受光部側に向けて戻る反射光が多いと、反射光に含まれるクラッド光の一部は光ファイバから漏出し、ノイズの原因となる。これに対し、本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は出力側クラッド光除去部を備えているため、光出力側から受光部側に向かうクラッド光の一部が除去される。このように、本発明の一つの態様によれば、出力光に含まれるクラッド光と反射光に含まれるクラッド光の双方を除去できる。そのため、２つの測定精度低下要因を改善でき、測定精度を向上することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記出力側クラッド光除去部の前記クラッド光の除去能力が、前記入力側クラッド光除去部の前記クラッド光の除去能力よりも大きい構成としてもよい。
クラッド光は、入力側クラッド光除去部、出力側クラッド光除去部を順次通過するごとに除去されるため、クラッド光が光ファイバ内を進むにつれて総パワーは小さくなっていく。上記構成においては、総パワーが大きい入力側クラッド光除去部の除去能力が小さく、総パワーが小さい出力側クラッド光除去部の除去能力が大きい。そのため、双方のクラッド光除去部におけるクラッド光除去量を均等に近づけることができる。その結果、クラッド光に起因する光ファイバの発熱を均等に近づけることができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記光ファイバは、前記クラッドの外側を覆う被覆を備え、前記入力側クラッド光除去部および前記出力側クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を含む構成としてもよい。
この構成によれば、各クラッド光除去部が被覆除去領域を含んでいるため、クラッド光を被覆除去領域から漏出させることにより確実に除去することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記入力側クラッド光除去部が、複数の前記被覆除去領域を含む構成としてもよい。
この構成によれば、複数の前記被覆除去領域によってクラッド光を段階的に除去することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記入力側クラッド光除去部における前記複数の被覆除去領域のうちの少なくとも一部は、光入力側から前記受光部側に向かうにつれて前記クラッド光の除去能力が順次大きくなる構成であってもよい。
クラッド光は、被覆除去領域を通過するごとに除去されていくため、受光部から遠い側から近い側に向かうにつれてクラッド光の総パワーは小さくなる。上記の構成において、複数の被覆除去領域のうちの少なくとも一部は、総パワーが大きい側（受光部から遠い側）で除去能力が小さく、総パワーが小さい側（受光部に近い側）で除去能力が大きい。そのため、複数の被覆除去領域におけるクラッド光の除去量を均等に近づけることができる。その結果、出力光に含まれるクラッド光が特定の箇所から集中的に漏出する際の局所的な発熱を抑えつつ、受光部への過剰な入射光を低減することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記出力側クラッド光除去部が、複数の前記被覆除去領域を含む構成としてもよい。
この構成によれば、出力側クラッド光除去部が複数の被覆除去領域を含むため、反射光のパワーが大きい場合であっても、単数の被覆除去領域を用いる場合に比べて、反射光に含まれるクラッド光を十分に除去することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記出力側クラッド光除去部における前記複数の被覆除去領域のうちの少なくとも一部は、光出力側から前記受光部側に向かうにつれて前記クラッド光の除去能力が順次大きくなる構成であってもよい。
クラッド光は、被覆除去領域を通過するごとに除去されていくため、受光部から遠い側から近い側に向かうにつれてクラッド光の総パワーは小さくなる。上記の構成において、複数の被覆除去領域のうちの少なくとも一部は、総パワーが大きい側（受光部から遠い側）で除去能力が小さく、総パワーが小さい側（受光部に近い側）で除去能力が大きい。そのため、複数の被覆除去領域におけるクラッド光の除去量を均等に近づけることができる。その結果、反射光に含まれるクラッド光が特定の箇所から集中的に漏出する際の局所的な発熱を抑えつつ、受光部への過剰な入射光を低減することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は、前記入力側クラッド光除去部と前記出力側クラッド光除去部との間に、前記光ファイバを伝播する前記クラッド光を除去する受光部用クラッド光除去部を備えていてもよい。その場合、前記受光部は、前記光ファイバの中心軸に垂直な方向から見て、前記受光部用クラッド光除去部に対応する位置に設けられていてもよい。
この構成によれば、受光部用クラッド光除去部によって光ファイバから漏出させたクラッド光を受光部で受光することにより、出力光パワーをモニタすることができる。また、入力側クラッド光除去部、出力側クラッド光除去部、および受光部用クラッド光除去部によりクラッド光を除去できるため、被加工物にクラッド光が射出されることが抑えられ、ビーム品質が向上する。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置において、前記受光部用クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を含み、前記光ファイバの中心軸に垂直な断面において、前記クラッドと前記受光部の受光面との間に、前記受光部用クラッド光除去部の前記被覆除去領域が位置している構成としてもよい。
クラッド光の多くは被覆除去領域から漏出する。そのため、クラッドと受光面との間に被覆除去領域が位置する、すなわち、被覆除去領域を介してクラッドと受光部の受光面とが対向することにより、受光部は、モニタすべきクラッド光を十分に受光できる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置においては、前記光ファイバの中心軸に垂直な断面において、前記クラッドと前記受光部の受光面との間に前記光ファイバの被覆が設けられている構成であってもよい。
上記の受光部用クラッド光除去部がなかったとしても、クラッド光のうち、比較的大きなＮＡを有する成分は光ファイバから漏出する。上記の構成においては、クラッドと受光部の受光面との間に被覆が設けられているため、クラッド光のパワーが高い場合であっても、受光部は高いパワーのクラッド光を受けなくて済む。そのため、受光部における発熱やノイズが抑制され、正確なパワーをモニタできる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置を備えたことを特徴とする。
本構成によれば、本発明の一つの態様の光パワーモニタ装置を備えたことにより、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することができる。

本発明の一つの態様のファイバレーザ装置は、複数のファイバレーザユニットと、前記複数のファイバレーザユニットから射出された複数の出力光を光学的に結合させる出力コンバイナと、を備えていてもよく、前記光パワーモニタ装置は、前記出力コンバイナの光出力側に設けられていてもよい。
ファイバレーザ装置において、出力コンバイナの光出力側には多量のクラッド光が存在する場合がある。その場合であっても、上記の構成によれば、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することができる。

本発明の一つの態様によれば、出力光のパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を提供することができる。また、本発明の一つの態様によれば、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の光パワーモニタ装置を含むファイバレーザ装置の概略構成図である。 ファイバレーザ装置に用いられる光ファイバの断面図である。 入力側クラッド光除去部の平面図である。 図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 入力側クラッド光除去部の第１の被覆除去領域の拡大図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 入力側クラッド光除去部の第２の被覆除去領域の拡大図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）側面図である。 受光部用クラッド光除去部の平面図である。 図７のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 出力側クラッド光除去部の平面図である。 本発明の第２実施形態の光パワーモニタ装置における受光部用クラッド光除去部の平面図である。 図１０のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。
第１実施形態のファイバレーザ装置は、例えばレーザ加工等の用途に用いて好適なものである。ただし、用途はレーザ加工に限るものではない。
図１は、第１実施形態の光パワーモニタ装置を含むファイバレーザ装置の概略構成図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

［ファイバレーザ装置の構成］
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、複数のファイバレーザユニット２と、出力コンバイナ３と、デリバリファイバ４と、光パワーモニタ装置５と、コネクタ６と、を備える。ファイバレーザユニット２は、内部に光共振器（図示略）を備え、光共振器により増幅されたレーザ光Ｌを出力する。本実施形態の光共振器は周知の光共振器であるため、光共振器の詳細な説明は省略する。光パワーモニタ装置５は、出力コンバイナ３の光出力側に設けられている。

ファイバレーザ装置１においては、複数のファイバレーザユニット２から出力された複数の出力光を出力コンバイナ３で光学的に結合することによって、高出力のレーザ光が得られる。出力コンバイナ３から出力されたレーザ光Ｌは、デリバリファイバ４を経てコネクタ６から出力される。ファイバレーザ装置１を例えばレーザ加工に用いる場合であれば、レーザ光Ｌはコネクタ６の先のヘッド（図示略）から被加工面に向けて照射される。光パワーモニタ装置５は、デリバリファイバ４を伝播する出力光のパワーを測定し、パワーの変動の有無などの出力光の状態を監視する。

図２は、光ファイバの断面図である。
ファイバレーザ装置１内の各部の光ファイバには、図２に示すようなダブルクラッドファイバが用いられる。光ファイバ８は、円柱状のコア９と、コア９の外側面を覆う円筒状のインナークラッド１０と、インナークラッド１０の外側面を覆う円筒状のアウタークラッド１１と、アウタークラッド１１の外側面を覆う円筒状の外被１２と、を有する。光ファイバ８の構成要素のうち、コア９とインナークラッド１０とは、例えばガラスにより構成されている。アウタークラッド１１と外被１２とは、例えば樹脂により構成されている。以下、アウタークラッド１１と外被１２とをまとめて、被覆１３と称する。

［光パワーモニタ装置の構成］
図１に示すように、光パワーモニタ装置５は、デリバリファイバ４を構成する光ファイバ８と、フォトダイオード１５と、入力側クラッド光除去部１６と、受光部用光除去部１７と、出力側クラッド光除去部１８と、を備える。フォトダイオード１５は、光ファイバ８から漏出した出力光の一部であるクラッド光を受光する。入力側クラッド光除去部１６は、出力光に含まれるクラッド光の少なくとも一部を除去する機能を有する。出力側クラッド光除去部１８は、反射光に含まれるクラッド光の少なくとも一部を除去する機能を有する。受光部用クラッド光除去部１７は、出力光に含まれるクラッド光を漏出させ、そのクラッド光をフォトダイオード１５に入射させることで出力光パワーの測定に利用する機能を有する。
本実施形態のフォトダイオード１５は、特許請求の範囲の受光部に対応する。

入力側クラッド光除去部１６、受光部用クラッド光除去部１７、および出力側クラッド光除去部１８の基本構成は全て共通である。
したがって、以下では、全てのクラッド光除去部に共通の基本構成について、入力側クラッド光除去部１６を例に挙げて説明する。
図３は、入力側クラッド光除去部１６を示す平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

図３および図４に示すように、全てのクラッド光除去部は、上面に溝２０Ｍを有する筐体２０を備える。筐体２０は、例えば黒アルマイト処理が施されたアルミニウム等の金属材料で構成されている。ただし、筐体２０の構成材料は特に限定されない。溝２０Ｍの内部に、被覆除去領域２２が設けられた光ファイバ８が収容されている。光ファイバ８は、被覆除去領域２２が溝２０Ｍの開口側（図４における上方）を向くように配置されている。溝２０Ｍの形状および寸法は、特に限定されない。

被覆除去領域２２においては、被覆１３の一部もしくは全部が、光ファイバ８の長手方向および周方向の双方において除去されている。被覆１３が除去された箇所においては、光ファイバ８のインナークラッド１０が溝２０Ｍの開口側に露出し、被覆除去領域２２の上面が後述の封止材２４により覆われた状態となる。図４に示す例は、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された例である。光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部を除去する場合、光ファイバ８の全周のうちのどの程度の被覆１３を除去するか、すなわち、全周３６０°のうちの何度分にあたる被覆１３を除去するかは、必要とされるクラッド光除去能力に応じて適宜設定される。

溝２０Ｍの内部における光ファイバ８の周囲の空間に、封止材２４が充填されている。封止材２４は、例えば光透過性を有するシリコーン樹脂により構成される。これにより、溝２０Ｍの内部における光ファイバ８の位置が固定される。封止材２４は、インナークラッド１０の屈折率と等しい屈折率、もしくはインナークラッド１０の屈折率よりも高い屈折率を有する材料で構成されている。

図３に示すように、溝２０Ｍの長手方向の両端に、シール材２５が設けられている。これにより、光ファイバ８は、筐体２０の長手方向の端部において筐体２０に固定される。シール材２５は、例えばシリコーン樹脂により構成される。シール材２５を構成するシリコーン樹脂は、光透過性を有していてもよいし、光透過性を有していなくてもよい。

次に、個々のクラッド光除去部について説明する。
図３に示すように、入力側クラッド光除去部１６は、２つの被覆除去領域２２を備える。以下、これら２つの被覆除去領域２２を、光入力側から光出力側に向けて順に、第１の被覆除去領域２２Ａ、第２の被覆除去領域２２Ｂと称する。
なお、光ファイバ８中のレーザ光の進行方向を符号Ｄの矢印で示す。以下の図面も同様である。

図５（Ａ），（Ｂ）は、第１の被覆除去領域２２Ａの拡大図であり、図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）は側面図である。図６（Ａ），（Ｂ）は、第２の被覆除去領域２２Ｂの拡大図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図である。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、第１の被覆除去領域２２Ａにおいては、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された箇所が、光ファイバ８の長手方向に断続的に設けられている。言い換えると、第１の被覆除去領域２２Ａにおいては、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された箇所と、被覆１３が除去されていない箇所と、が交互に設けられている。
なお、本明細書においては、被覆の一部が除去された個々の箇所を「露出部」と定義し、複数の露出部が断続的に形成された領域の全体、もしくは一つの露出部が連続的に形成された領域を「被覆除去領域」と定義する。

光ファイバ８の長手方向における露出部２７Ａの長さＬ１、および隣り合う露出部２７Ａ間の間隔Ｓ１は、この被覆除去領域に必要とされるクラッド光除去能力に応じて、適宜設定することができる。また本例では、露出部２７Ａの長さＬ１と露出部２７Ａ間の間隔Ｓ１とは、略等しく設定されている。すなわち、Ｌ１とＳ１との比は略１である。しかしながら、Ｌ１とＳ１との比についても、適宜設定することができる。

露出部２７Ａは、例えば直線状の刃先を有する刃（図示せず）を用いて、被覆１３の一部を削ぎ取ることにより形成することができる。露出部２７Ａの端部とする位置から被覆１３に対して刃を斜めに進入させ、他方の端部に向けて刃を移動させた後、他方の端部側から再度、刃を斜めに進入させることにより被覆１３を除去することができる。ただし、露出部２７Ａの形成方法は特に限定されるものではない。上記の方法を用いて露出部２７Ａを形成した場合には、図５（Ｂ）に示すように、露出部２７Ａの端部はテーパ状の傾斜面２７ｔとなる。

図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２の被覆除去領域２２Ｂにおいては、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された箇所が、光ファイバ８の長手方向に連続的に設けられている。言い換えると、第２の被覆除去領域２２Ｂは、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された構成を有する一つの露出部２７Ｂから構成されている。光ファイバ８の長手方向における露出部２７Ｂの長さＬ２は、この被覆除去領域に必要とされるクラッド光除去能力に応じて、適宜設定することができる。

入力側クラッド光除去部１６において、第１の被覆除去領域２２Ａと第２の被覆除去領域２２Ｂとを比較すると、図３に示すように、第１の被覆除去領域２２Ａでは、複数の露出部２７Ａが光ファイバ８の長手方向に断続的に設けられているのに対し、第２の被覆除去領域２２Ｂでは、一つの露出部２７Ｂが光ファイバ８の長手方向に連続的に設けられている。また、第１の被覆除去領域２２Ａの長さ（光ファイバ８の長手方向の寸法）をＦ１とし、第２の被覆除去領域２２Ｂの長さ（光ファイバ８の長手方向の寸法）をＦ２とする。第１の被覆除去領域２２Ａの長さＦ１および第２の被覆除去領域２２Ｂの長さＦ２は、それぞれ適宜設定してよいが、本実施形態ではＦ１＜Ｆ２である。

各被覆除去領域におけるクラッド光の除去能力は露出部の総面積で決まる。そのため、入力側クラッド光除去部１６において、第２の被覆除去領域２２Ｂにおけるクラッド光の除去能力は、第１の被覆除去領域２２Ａにおけるクラッド光の除去能力よりも大きい。すなわち、入力側クラッド光除去部１６における複数の被覆除去領域２２は、光入力側からフォトダイオード１５側に向かうにつれてクラッド光の除去能力が順次大きくなる。

図７は、受光部用クラッド光除去部１７の平面図である。図８は、図７のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。なお、図７は、図８中の蓋２９を開けた状態を示す。
図７に示すように、受光部用クラッド光除去部１７は、１つの被覆除去領域２２を備える。以下、この被覆除去領域２２を、第３の被覆除去領域２２Ｃと称する。光ファイバ８の中心軸Ｃに垂直な方向から見て、フォトダイオード１５は、受光部用クラッド光除去部１７の第３の被覆除去領域２２Ｃと重なる位置に設けられている。

第３の被覆除去領域２２Ｃにおいては、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された箇所が、光ファイバ８の長手方向に連続的に設けられている。すなわち、第３の被覆除去領域２２Ｃは、光ファイバ８の周方向における被覆１３の一部が除去された構成を有する一つの露出部２７Ｃから構成されている。光ファイバ８の長手方向における露出部２７Ｃの長さＬ３、すなわち第３の被覆除去領域２２Ｃの長さＦ３は、この被覆除去領域に必要とされるクラッド光除去能力に応じて、適宜設定することができる。

図８に示すように、受光部用クラッド光除去部１７においては、筐体２０の溝２０Ｍの上方を覆う蓋２９が設けられている。蓋２９の材料は特に限定されないが、例えば筐体２０と同じアルミニウムで構成されている。フォトダイオード１５は、蓋２９を貫通するように取り付けられることにより、光ファイバ８の露出部２７Ｃの上方に位置する。光ファイバ８の中心軸Ｃに垂直な断面において、光ファイバ８のインナークラッド１０とフォトダイオード１５の受光面１５Ｂとの間に、受光部用クラッド光除去部１７の露出部２７Ｃが設けられている。すなわち、第３の被覆除去領域２２Ｃの露出部２７Ｃが設けられたことにより、光ファイバ８のインナークラッド１０はフォトダイオード１５の受光面１５Ｂと対向する。この構成により、フォトダイオード１５は、光ファイバ８から漏出したクラッド光の多くを受光することができる。

ただし、露出部２７Ｃは、必ずしもフォトダイオード１５の受光面１５Ｂと対向していなくてもよい。その場合であっても、光ファイバ８から漏出したクラッド光は溝２０Ｍの内面で反射、散乱するため、フォトダイオード１５はクラッド光を支障なく受光することができる。

図９は、出力側クラッド光除去部１８の平面図である。
図９に示すように、出力側クラッド光除去部１８は、２つの被覆除去領域２２を備える。以下、これら２つの被覆除去領域２２を、光入力側から光出力側に向けて順に、第４の被覆除去領域２２Ｄ、第５の被覆除去領域２２Ｅと称する。

第４の被覆除去領域２２Ｄにおいては、光ファイバ８の周方向における被覆１３の全てが除去された箇所が、光ファイバ８の長手方向に連続的に設けられている。言い換えると、第４の被覆除去領域２２Ｄは、光ファイバ８の周方向における被覆１３の全てが除去された構成を有する一つの露出部２７Ｄから構成されている。光ファイバ８の長手方向における露出部２７Ｄの長さＬ４、すなわち第４の被覆除去領域２２Ｄの長さＦ４は、この被覆除去領域に必要とされるクラッド光除去能力に応じて、適宜設定することができる。

第５の被覆除去領域２２Ｅにおいて、光ファイバ８の周方向における被覆１３の全てが除去された箇所は、光ファイバ８の長手方向に連続的に設けられている。言い換えると、第５の被覆除去領域２２Ｅは、光ファイバ８の周方向における被覆１３の全てが除去された構成を有する一つの露出部２７Ｅから構成されている。光ファイバ８の長手方向における露出部２７Ｅの長さＬ５、すなわち第５の被覆除去領域２２Ｅの長さＦ５は、この被覆除去領域に必要とされるクラッド光除去能力に応じて、適宜設定することができる。

出力側クラッド光除去部１８において、第４の被覆除去領域２２Ｄの長さＦ４（露出部の長さＬ４）と第５の被覆除去領域２２Ｅの長さＦ５（露出部の長さＬ５）とを比較すると、Ｆ４＞Ｆ５（Ｌ４＞Ｌ５）である。各被覆除去領域２２におけるクラッド光の除去能力は露出部の総面積で決まるため、第４の被覆除去領域２２Ｄにおけるクラッド光の除去能力は、第５の被覆除去領域２２Ｅにおけるクラッド光の除去能力よりも大きい。すなわち、出力側クラッド光除去部１８における複数の被覆除去領域は、光出力側からフォトダイオード１５側に向かうにつれてクラッド光の除去能力が順次大きくなる。

入力側クラッド光除去部１６と出力側クラッド光除去部１８とでクラッド光の除去能力を比較すると、出力側クラッド光除去部１８のクラッド光の除去能力は、入力側クラッド光除去部１６のクラッド光の除去能力よりも大きい。例えば、光ファイバ８の周囲を覆う封止材２４の屈折率が光ファイバ最外層の屈折率以上である場合、封止材２４の屈折率と光ファイバ最外層の屈折率との屈折率差が小さい場合の方が、屈折率差が大きい場合よりもクラッド光は漏れやすい。例えば、出力側クラッド光除去部１８と入力側クラッド光除去部１６とが、全て光ファイバ８の周方向における被覆１３の全てが除去された露出部を有し、その露出部の長さが等しい場合、出力側クラッド光除去部１８の封止部（樹脂）の屈折率＜入力側クラッド光除去部１６の封止部（樹脂）の屈折率、であれば、出力側クラッド光除去部１８のクラッド光除去能力＞入力側クラッド光除去部１６のクラッド光除去能力となる。
この例で説明したように、クラッド光の除去能力は、必ずしも光ファイバの被覆除去部分の面積（光ファイバの全周に占める露出部の割合もしくは露出部の長さ）だけでなく、光ファイバの周囲の物質の屈折率（光ファイバと周囲の物質との屈折率差）によっても調整が可能である。

本実施形態の光パワーモニタ装置５は、フォトダイオード１５の光入力側、光出力側のそれぞれに入力側クラッド光除去部１６、出力側クラッド光除去部１８を備えているため、光入力側からフォトダイオード１５側に向かうクラッド光の一部、および光出力側からフォトダイオード１５側に向かうクラッド光の一部が除去される。このように、本実施形態の光パワーモニタ装置５によれば、出力光に含まれるクラッド光と反射光に含まれるクラッド光の双方を除去できる。そのため、フォトダイオードにおける２つの測定精度低下要因を改善でき、測定精度を向上することができる。

本実施形態によれば、高い測定精度を有する光パワーモニタ装置５を備えたことにより、動作安定性および信頼性に優れたファイバレーザ装置１を実現することができる。

クラッド光は、入力側クラッド光除去部１６、受光部用クラッド光除去部１７、出力側クラッド光除去部１８を順次通過するごとに除去されるため、クラッド光が光ファイバ８内を進むにつれて総パワーは小さくなっていく。本実施形態の場合、上述したように、総パワーが小さい出力側クラッド光除去部１８のクラッド光除去能力は、総パワーが大きい入力側クラッド光除去部１６のクラッド光除去能力よりも大きい。そのため、双方のクラッド光除去部１６，１８におけるクラッド光除去量を均等に近づけることができる。その結果、クラッド光に起因する光ファイバ８の発熱を均等に近づけることができる。

さらに詳細には、入力側クラッド光除去部１６が２つの被覆除去領域２２を含んでいるため、出力光に含まれるクラッド光を段階的に除去することができる。特に、２つの被覆除去領域２２は、光入力側からフォトダイオード１５側に向かうにつれてクラッド光の除去能力が順次大きくなるように設定されている。クラッド光は、被覆除去領域２２を通過するごとに除去されていくため、フォトダイオード１５から遠い側から近い側に向かうにつれてクラッド光の総パワーは小さくなる。そのため、上記のようにクラッド光の除去能力に差を付けることにより、複数の被覆除去領域２２におけるクラッド光の除去量を均等に近づけることができる。その結果、出力光に含まれるクラッド光が特定の箇所から集中的に漏出する際の局所的な発熱を抑えつつ、フォトダイオード１５への過剰な入射光を低減することができる。

同様に、出力側クラッド光除去部１８が２つの被覆除去領域２２を含んでいるため、反射光に含まれるクラッド光を段階的に除去することができる。特に、２つの被覆除去領域２２は、光出力側からフォトダイオード１５側に向かうにつれてクラッド光の除去能力が順次大きくなるように設定されている。そのため、複数の被覆除去領域２２におけるクラッド光の除去量を均等に近づけることができる。これにより、反射光に含まれるクラッド光が特定の箇所から集中的に漏出する際の局所的な発熱を抑えつつ、フォトダイオード１５への過剰な入射光を低減することができる。

入力側クラッド光除去部１６の第１の被覆除去領域２２Ａでは、被覆１３の一部が除去された箇所が断続的に設けられ、第２の被覆除去領域２２Ｂでは、被覆１３の一部が除去された箇所が連続的に設けられている。これにより、出力光に含まれるクラッド光は、光入力側からフォトダイオード１５側に向けて進むにつれて、複数の露出部２７Ａおよび露出部２７Ｂから漏れることにより除去される。一方、出力側クラッド光除去部１８の第４の被覆除去領域２２Ｄおよび第５の被覆除去領域２２Ｅでは、被覆１３の全てが除去された箇所が連続的に設けられている。これにより、反射光に含まれるクラッド光は、光出力側からフォトダイオード１５側に向けて進むにつれて、露出部２７Ｅおよび露出部２７Ｄから漏れることにより除去される。いずれの被覆除去領域に対して、被覆の周方向の一部のみが除去された開口部、もしくは、被覆の全てが除去された開口部のいずれを適用し、複数の開口部が断続的に形成された領域、もしくは、開口部が連続的に形成された領域のいずれを適用するかについては、その被覆除去領域に求められるクラッド光の除去能力に応じて適宜選択すればよい。

本実施形態のファイバレーザ装置１においては、デリバリファイバ４上に設けられた光パワーモニタ装置５の入力側クラッド光除去部１６、出力側クラッド光除去部１８、および受光部用クラッド光除去部１７によりクラッド光を除去できるため、被加工物にクラッド光が射出されることが抑えられ、ビーム品質の向上を図ることができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１０〜図１１を用いて説明する。
第２実施形態のファイバレーザ装置および光パワーモニタ装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光パワーモニタ装置における受光部用クラッド光除去部の構成が第１実施形態と異なる。
図１０は、第２実施形態の光パワーモニタ装置における受光部用クラッド光除去部の平面図である。図１１は、図１０のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
図１０および図１１において、第１実施形態で用いた図７および図８と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図１０および図１１に示すように、第２実施形態の光パワーモニタ装置３５は、受光部用クラッド光除去部を備えていない。具体的には、フォトダイオード１５が設けられた箇所において、第１実施形態と同様、溝２０Ｍを有する筐体２０と蓋２９とが設けられ、フォトダイオード１５は蓋２９を貫通して設けられている。ただし、光ファイバ８に被覆１３が除去された箇所は設けられておらず、被覆除去領域は存在しない。言い換えると、光ファイバ８の中心軸Ｃに垂直な断面において、光ファイバ８のインナークラッド１０とフォトダイオード１５の受光面１５Ｂとの間に被覆１３が存在している。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。図示しない入力側クラッド光除去部および出力側クラッド光除去部の構成は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態においても、出力光のパワーを精度良くモニタできる光パワーモニタ装置を実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。

第２実施形態の光パワーモニタ装置３５は、第１実施形態の受光部用クラッド光除去部に相当する箇所に被覆除去領域を備えていないが、クラッド光のうち、比較的大きなＮＡを有する成分は光ファイバ８の外部に漏出する。そのため、フォトダイオード１５は、出力光に含まれるクラッド光を支障なく受光できる。本実施形態の構成においては、インナークラッド１０とフォトダイオード１５の受光面１５Ｂとの間に被覆１３が存在するため、クラッド光のパワーが高い場合であっても、クラッド光は被覆により減衰し、フォトダイオード１５は極端に高いパワーのクラッド光を受けなくて済む。そのため、フォトダイオード１５における発熱が抑制され、正確なパワーをモニタできる。

本実施形態の場合、被覆１３を通して光ファイバ８から漏出した光の多くをフォトダイオード１５に入射させるように、例えば筐体２０の溝２０Ｍの内壁面に光散乱性が付与されていてもよい。溝２０Ｍの内壁面に光散乱性を付与する手段としては、溝２０Ｍの内壁面に微細な凹凸を設ける、光散乱性を有する部材を溝２０Ｍの内部に挿入する、等の方法を用いることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、入力側クラッド光除去部および出力側クラッド光除去部がそれぞれ２つの被覆除去領域を有する例を挙げたが、被覆除去領域の数は特に限定されない。例えば入力側クラッド光除去部が３つ以上の被覆除去領域を有していてもよい。この場合、３つ以上の被覆除去領域のうちの一部の被覆除去領域のみが、光入力側から受光部側に向かうにつれてクラッド光の除去能力が大きくなるという関係を満たしていてもよい。出力側クラッド光除去部についても、入力側クラッド光除去部と同様である。

上記実施形態では、フォトダイオードよりも光入力側に位置する２つの被覆除去領域が一つの筐体内に収容され、フォトダイオードの位置よりも光出力側に位置する２つの被覆除去領域が一つの筐体内に収容された例を示した。このように、フォトダイオードよりも光入力側に位置する複数の被覆除去領域、およびフォトダイオードよりも光出力側に位置する複数の被覆除去領域は、必ずしも一つの筐体内にまとめて収容されていなくてもよい。例えばフォトダイオードよりも光入力側および光出力側に位置する複数の被覆除去領域のうちの一部は、受光部用クラッド光除去部の筐体に収容されていてもよい。上記実施形態で言えば、入力側クラッド光除去部１６の第２の被覆除去領域２２Ｂは、第３の被覆除去領域２２Ｃとともに受光部用クラッド光除去部１７の筐体に収容されていてもよい。また、出力側クラッド光除去部１８の第４の被覆除去領域２２Ｄは、第３の被覆除去領域２２Ｃとともに受光部用クラッド光除去部１７の筐体に収容されていてもよい。

その他、ファイバレーザ装置の各構成要素の形状、寸法、配置、材料等に関する具体的な記載は、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。例えば上記実施形態では、光ファイバとしてダブルクラッドファイバを用いた例を示したが、シングルクラッドファイバを用いてもよい。

本発明は、例えば材料加工等に用いるファイバレーザ装置、および光パワーモニタ装置に利用が可能である。

１…ファイバレーザ装置、２…ファイバレーザユニット、３…出力コンバイナ、５，３５…光パワーモニタ装置、８…光ファイバ、９…コア、１０…インナークラッド、１１…アウタークラッド、１２…外被、１３…被覆、１５…フォトダイオード（受光部）、１６…入力側クラッド光除去部、１７…受光部用クラッド光除去部、１８…出力側クラッド光除去部、２２…被覆除去領域、２２Ａ…第１の被覆除去領域、２２Ｂ…第２の被覆除去領域、２２Ｃ…第３の被覆除去領域、２２Ｄ…第４の被覆除去領域、２２Ｅ…第５の被覆除去領域。

Claims (9)

1. 出力光を伝播させるコアおよびクラッドを有する光ファイバと、
   前記光ファイバから漏出した前記出力光を受光する受光部と、
   前記光ファイバにおいて前記受光部の位置よりも光入力側に設けられ、前記光ファイバを伝播するクラッド光を除去する入力側クラッド光除去部と、
   前記光ファイバにおいて前記受光部の位置よりも光出力側に設けられ、前記光ファイバを伝播するクラッド光を除去する出力側クラッド光除去部と、を備え、
   前記光ファイバは、前記クラッドの外側を覆う被覆を備え、
   前記光ファイバの中心軸に垂直な断面において、前記クラッドと前記受光部の受光面との間に前記被覆が設けられていることを特徴とする光パワーモニタ装置。
2. 前記出力側クラッド光除去部の前記クラッド光の除去能力は、前記入力側クラッド光除去部の前記クラッド光の除去能力よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ装置。
3. 前記入力側クラッド光除去部および前記出力側クラッド光除去部は、前記光ファイバの周方向の少なくとも一部の前記被覆が除去された被覆除去領域を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光パワーモニタ装置。
4. 前記入力側クラッド光除去部は、複数の前記被覆除去領域を含むことを特徴とする請求項３に記載の光パワーモニタ装置。
5. 前記入力側クラッド光除去部における前記複数の被覆除去領域のうちの少なくとも一部は、光入力側から前記受光部側に向かうにつれて前記クラッド光の除去能力が順次大きくなることを特徴とする請求項４に記載の光パワーモニタ装置。
6. 前記出力側クラッド光除去部は、複数の前記被覆除去領域を含むことを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の光パワーモニタ装置。
7. 前記出力側クラッド光除去部における前記複数の被覆除去領域のうちの少なくとも一部は、光出力側から前記受光部側に向かうにつれて前記クラッド光の除去能力が順次大きくなることを特徴とする請求項６に記載の光パワーモニタ装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の光パワーモニタ装置を備えたことを特徴とするファイバレーザ装置。
9. 複数のファイバレーザユニットと、
   前記複数のファイバレーザユニットから射出された複数の出力光を光学的に結合させる出力コンバイナと、を備え、
   前記光パワーモニタ装置は、前記出力コンバイナの光出力側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザ装置。

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