JP7304789B2 - レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法 - Google Patents

レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法に関する。
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。このようなレーザ装置が例えば加工装置で用いられる場合、被加工体（ワーク）で反射する光が、レーザ装置の出射端から入射して、光ファイバのコアやクラッドを逆方向に伝搬する場合がある。このような光ファイバを逆方向に伝搬する光は、レーザ装置の不具合の原因になりかねない。従って、光ファイバを逆方向に伝搬する光の強度を測定し、測定された光の強度に応じて、レーザ装置を停止させること等が行われている。
例えば、下記特許文献１には、被加工体で反射し、光ファイバのクラッドを逆方向に伝搬する光をセンサで検出して、検出される光の強度を示す検出信号の値が所定の閾値を超える場合に出射される光の強度の調整等を行うレーザ装置が記載されている。このレーザ装置では、出射する光の強度に応じて、上記閾値を異ならせている。また、下記特許文献２には、光ファイバのクラッドを逆方向に伝搬する光を検出する第１の光検出器と、光ファイバのコアを逆方向に伝搬する光を検出する第２の光検出器とを備えるレーザ装置が記載されている。このレーザ装置では、それぞれの検出器が検出する光量に対して少なくとも１つの閾値が設けられ、被加工体で反射する光がコア及びクラッドのどちらを逆方向に伝搬する場合であっても、出射する光の強度が制御される。
特許第５７８９５２７号公報 特許第６３６３６８０号公報
上記特許文献１，２に記載のレーザ装置では、センサや光検出器で光ファイバを逆方向に伝搬する光の強度が検出されている。これらセンサや光検出器として、フォトダイオード等の光電変換素子が例示されている。しかし、このような光電変換素子は、光源から出射端に向って順方向に伝搬する光の強度と、上記のように逆方向に伝搬する光の強度とが合算された強度を検出し、逆方向に伝搬する光のみを抽出して検出することが困難である。一般に順方向を伝搬する光の強度は逆方向を伝搬する光の強度に対して多大なため、この中から逆方向を伝搬する成分のみを検出することは難しく、誤差を含みやすい。また、光電変換素子の検出精度にばらつきがあると、本来設定された閾値を超える強度の光が光ファイバを伝搬するときであっても、光の強度が閾値を超えていることを検出できない場合や、本来設定された閾値を超えない強度の光が光ファイバを伝搬するときであっても、光の強度が閾値を超えていると検出する場合がある。これらの場合には、レーザ装置が適切な動作を行わないという危惧がある。しかし、光を検出する光電変換素子は、製造誤差等により検出精度にばらつきがある傾向にある。一方、レーザ装置には、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合に適切に停止等の動作を行うことが求められる。
そこで、本発明は、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合に適切に動作し得るレーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、光源と、前記光源から出射する光を伝搬するコア及び前記コアを包囲するクラッドを有する光ファイバと、前記光ファイバの長手方向における第１の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第１検出信号を出力する第１光検出器と、前記光ファイバの長手方向における前記第１の位置よりも前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側における第２の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第２検出信号を出力する第２光検出器と、前記第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて所定の演算を行う演算部と、前記演算部の演算結果と所定の閾値とを比較し、比較結果に応じて前記光源から出射される光の強度を変化させる制御信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記演算結果と前記所定の閾値との関係が、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬するときに前記第１検出信号が示す光の強度と前記第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における前記演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づくように、前記演算結果及び前記所定の閾値の少なくとも一方を前記光源から出射される光の強度に応じて変化させることを特徴とするものである。
光ファイバを伝搬する光の強度を測定するには、一般に光ファイバから漏洩する光の強度を検出する。このような検出に用いられる光検出器として、上記のように、一般的にフォトダイオード等の光電変換素子が用いられる。しかし、上記のように光電変換素子には製造誤差や配置位置の誤差等によるばらつきがあり、一定の強度の光を検出する場合であっても、光電変換素子から出力される光の強度を示す信号にばらつきが生じる傾向がある。このようなばらつきがあると、第１光検出器が出力する第１検出信号と第２光検出器が出力する第２検出信号とを用いて所定の演算を行うと、演算結果に誤差が生じる。この演算結果の誤差は、光ファイバから漏洩する光の強度が高くなるほど、すなわち光ファイバを伝搬する光の強度が高くなるほど大きくなる。このため、この演算結果と一定の値の特定の閾値とを比較する場合において、第１の位置を伝搬する光の強度と第２の位置を伝搬する光の強度とに差がなく、本来は上記演算結果が特定の閾値を超えない場合であっても、光の強度が高い場合には、誤差を含む演算結果は特定の閾値を超える場合がある。従って、光ファイバを光が逆方向に伝搬しない場合であっても、演算結果が特定の閾値を超える場合がある。或いは、この演算結果と一定の値の特定の閾値とを比較する場合において、第１の位置を伝搬する光の強度と第２の位置を伝搬する光の強度との差が大きく、本来は上記演算結果が特定の閾値を超える場合であっても、光の強度が高い場合には、誤差を含む演算結果は特定の閾値を超えない場合がある。従って、光ファイバを逆方向に伝搬する光の強度が高い場合であっても、演算結果が特定の閾値を超えない場合がある。これらの場合に、レーザ装置が適切な動作をできないという懸念がある。
しかし、本発明のレーザ装置では、上記のように、制御部は、演算結果と所定の閾値との関係が、第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬するときに第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づくように、演算結果及び所定の閾値の少なくとも一方を光源から出射される光の強度に応じて変化させる。このため、上記のように、本来は演算結果が閾値を超えない場合に、演算結果が閾値を超えることや、本来は演算結果が閾値を超える場合に、演算結果が閾値を超えないことを抑制し得る。従って、本発明のレーザ装置によれば、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合の動作を適切に行い得る。
また、前記第１の位置と前記第２の位置との間において、前記クラッドを伝搬する光の少なくとも一部を除去する第１クラッドモードストリッパが設けられることが好ましい。
この場合、第２の位置から第１の位置に向かうクラッドモード光の少なくとも一部が第１クラッドモードストリッパで除去される。従って、第１光検出器で検出する光の強度は、クラッドモード光の減少により漏洩する光が減少する分だけ、第２光検出器で検出する光の強度よりも小さくなる。このため、レーザ装置は、第１光検出器が出力する第１検出信号と第２光検出器が出力する第２検出信号とを用いて、光ファイバを光源側に向かって逆方向に伝搬するクラッドモード光の強度に応じて光源から出射する光の強度を調節することができる。
この場合、前記光ファイバは、第１光ファイバと、前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側において前記第１光ファイバに接続され、前記第１光ファイバのコアの直径よりも大きな直径のコアを有する第２光ファイバと、を有し、前記第１の位置は、前記第１光ファイバの所定の位置とされ、前記第２の位置は、前記第２光ファイバの所定の位置とされ、前記第１クラッドモードストリッパは、前記第１光ファイバに設けられることが好ましい。
この場合、第２光ファイバのコアを逆方向に伝搬する光の一部は、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部において、第２光ファイバのコアから第１光ファイバのクラッドに伝搬して、第１光ファイバに設けられる第１クラッドモードストリッパに除去され得る。従って、第１光検出器が検出する光の強度は、第１クラッドモードストリッパに除去される光の減少により漏洩する光の減少の分だけ、第２光検出器で検出する光の強度よりも小さくなる。従って、本レーザ装置は、第２光ファイバを逆方向に伝搬するクラッドモード光がない場合であっても、第１光検出器が出力する第１検出信号と第２光検出器が出力する第２検出信号とを用いて、コアを逆方向に伝搬する光の強度に応じて光源から出射する光の強度を調節することができる。
さらにこの場合、前記第２光ファイバの長手方向における前記第２の位置よりも前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側において、前記クラッドを伝搬する光の少なくとも一部を除去する第２クラッドモードストリッパが設けられることが好ましい。
この場合、第２の位置をクラッドモード光が逆方向に伝搬することが、第２クラッドモードストリッパにより抑制される。従って、反射光が光ファイバのクラッドに入射する場合であっても、第１光検出器が出力する第１検出信号と第２光検出器が出力する第２検出信号とを用いて、コアを逆方向に伝搬する光の強度に応じて光源から出射する光の強度を調節することができる。
また、前記制御部は、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度が前記第２検出信号が示す光の強度よりも大きい場合には、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて小さくすること、及び、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて大きくすることの少なくとも一方を行い、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度が前記第２検出信号が示す光の強度よりも低い場合には、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて大きくすること、及び、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて小さくすることの少なくとも一方を行うことが好ましい。
また、上記のレーザ装置は、前記第１光検出器から出力される前記第１検出信号を増幅する第１増幅器と、前記第２光検出器から出力される前記第２検出信号を増幅する第２増幅器と、を更に備え、前記第１増幅器及び前記第２増幅器は、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、前記第１増幅器から出力される前記第１検出信号と前記第２増幅器から出力される前記第２検出信号とが、同じ強度を示す状態に近づくように、前記第１検出信号と前記第２検出信号とをそれぞれ増幅し、前記演算部は、前記第１増幅器から出力される前記第１検出信号と前記第２増幅器から出力される前記第２検出信号とを用いて前記所定の演算を行うことが好ましい。
この場合、第１増幅器から出力される第１光検出信号と第２増幅器から出力される第２検出信号とを用いて所定の演算を行う場合に、演算結果の誤差を小さくすることができる。従って、光源から出射される光の強度に応じて変化させる演算結果や所定の閾値の変化の幅を小さくすることができる。このため、レーザ装置が、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超えるか否かをより正確に検出し得る。
前記所定の演算は、前記第１検出信号が示す光の強度と前記第２検出信号が示す光の強度との差を求める演算であることが好ましい。
この場合、演算が簡単であるため、演算部の負荷を小さくすることできる。また、この場合、第１光検出器が出力する第１検出信号の誤差と第２光検出器が出力する第２検出信号の誤差とに起因する演算結果の誤差は、光源から出射する光の強度に応じて一次関数的に変化する傾向がある。従って、演算結果や所定の閾値の光の強度に応じた変化の度合いを単純化することができる。
また、前記光源から出射される光の強度と前記所定の閾値との関係が記憶されたメモリを更に備え、前記制御部は、前記メモリを参照して、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて変化させることが好ましい。
この場合、光源から出射される光の強度に応じて、制御部は計算結果の変化量や所定の閾値の変化量を計算する場合と比べて、制御部の負荷を小さくすることができる。
また、前記制御部は、前記演算結果に所定の係数を乗じることで、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて変化させることが好ましい。
上記のように、この演算結果の誤差は、光ファイバを伝搬する光の強度が高くなるほど大きくなる。従って、演算結果に所定の係数を乗じることで、演算結果と所定の閾値との関係が、第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づけることができる。
また、上記課題を解決するため、本発明は、光源と、前記光源から出射する光を伝搬するコア及び前記コアを包囲するクラッドを有する光ファイバと、を備えるレーザ装置の制御方法であって、前記光ファイバの長手方向における第１の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第１検出信号を出力する第１光検出ステップと、前記光ファイバの長手方向における前記第１の位置よりも前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側における第２の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第２検出信号を出力する第２光検出ステップと、前記第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて所定の演算を行う演算ステップと、前記演算ステップの演算結果と所定の閾値を比較し、比較結果に応じて前記光源から出射される光の強度を変化させる制御ステップと、を備え、前記制御ステップでは、前記演算結果と前記所定の閾値との関係が、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度と前記第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における前記演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づくように、前記演算結果及び前記所定の閾値の少なくとも一方を前記光源から出射される光の強度に応じて変化させることを特徴とするものである。
このようなレーザ装置の制御方法により、本来は演算結果が閾値を超えない場合に、演算結果が閾値を超えることや、本来は演算結果が閾値を超える場合に、演算結果が閾値を超えないことを抑制し得る。従って、本レーザ装置の制御方法によれば、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合の動作を適切に行うことができる。
以上のように、本発明によれば、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合に適切に動作し得るレーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法が提供される。
本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図１に示す光検出装置の一部を概略的に示す断面図である。 レーザ装置の光源制御方法を示すフローチャートである。 参考例において、レーザ装置から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバのクラッドを光源側に向かって伝搬する場合に、光源から出射する光の強度と、第１検出信号及び第２検出信号が示す光の強度との関係の例を示す図である。 参考例において、光源から出射する光の強度と演算部の演算結果との関係を示す図である。 参考例において、レーザ装置から光が出射される場合において、光ファイバを逆方向に伝搬する光がない場合に、光源から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係を示す図である。 第１の例において、レーザ装置から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバのクラッドを光源側に向かって伝搬する場合に、光源から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係を示す図である。 第１の例において、光源から出射する光の強度と、演算部の演算結果との関係を示す図である。 第２の例において、光源から出射する光の強度と、第１増幅器で増幅された第１検出信号が示す光の強度及び第２増幅器で増幅された第２検出信号が示す光の強度を用いた演算部の演算結果との関係を示す図である。 第３の例において、レーザ装置から光が出射する場合において、光ファイバを逆方向に伝搬する光がない場合に、光源から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係を示す図である。 第３の例において、レーザ装置から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバのクラッドを光源側に向かって伝搬する場合に、光源から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係を示す図である。 第３の例において、光源から出射する光の強度と、演算部の演算結果との関係を示す図である。 第４の例において、光源から出射する光の強度と、演算部の演算結果との関係を示す図である。 第５の例において、光源から出射する光の強度と、演算部の演算結果との関係を示す図である 第２実施形態のレーザ装置における光検出装置の一部を概略的に示す断面図である。
以下、本発明に係るレーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、光検出装置２、光源５、及び制御部ＣＰを主な構成として備える。
本実施形態の光源５は、ファイバレーザ装置から成り、励起光源５０、光コンバイナ５３、増幅用光ファイバ５５、増幅用光ファイバ５５の一方側に接続される光ファイバ５４、光ファイバ５４に設けられる第１ＦＢＧ５７、増幅用光ファイバ５５の他方側に接続される光ファイバ５６、及び光ファイバ５６に設けられる第２ＦＢＧ５８を主な構成として備える。また、増幅用光ファイバ５５と第１ＦＢＧ５７と第２ＦＢＧ５８とで共振器が構成されている。
励起光源５０は、複数のレーザダイオード５１から構成され、レーザダイオード５１は、本実施形態においては、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１は光ファイバ５２に接続されており、レーザダイオード５１から出射する励起光は光ファイバ５２を例えばマルチモード光として伝搬する。
増幅用光ファイバ５５は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも低くされている。増幅用光ファイバ５５のコアを構成する材料としては、例えば、励起光源５０から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられ、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素がさらに添加されてもよい。増幅用光ファイバ５５の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができ、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されてもよい。外側クラッドは、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッドよりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。増幅用光ファイバ５５の被覆層を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられ、外側クラッドが樹脂の場合、被覆層を構成する樹脂は外側クラッドを構成する樹脂とは異なる樹脂とされる。
増幅用光ファイバ５５の一方側に接続される光ファイバ５４は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ５４のコアは、活性元素が添加されずゲルマニウムが添加されていることを除いて増幅用光ファイバ５５のコアと略同様の構成とされる。また、光ファイバ５４の内側クラッド、外側クラッド、及び被覆層は、例えば、増幅用光ファイバの内側クラッド、外側クラッド、及び被覆層と同様の構成とされる。光ファイバ５４のコアは増幅用光ファイバ５５のコアと接続され、光ファイバ５４の内側クラッドは増幅用光ファイバ５５の内側クラッドと接続されている。また光ファイバ５４のコアには、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ５７が設けられている。こうして第１ＦＢＧ５７は、増幅用光ファイバ５５の一方側に設けられている。第１ＦＢＧ５７は、光ファイバ５４の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ５５の活性元素が放出する光うち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ５７の反射率は、後述の第２ＦＢＧ５８の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を９０％以上で反射することが好ましく、９９％以上で反射することがより好ましい。また第１ＦＢＧ５７が反射する光の波長は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば１０９０ｎｍとされる。
増幅用光ファイバ５５の他方側に接続される光ファイバ５６は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ５６のコア及びクラッドの構成は、例えば、光ファイバ５４のコア及びクラッドの構成と同様とされ、光ファイバ５６の被覆層の材料は、例えば、光ファイバ５４の被覆層の材料と同様とされる。光ファイバ５６のコアは増幅用光ファイバ５５のコアと接続され、光ファイバ５６のクラッドは増幅用光ファイバ５５の内側クラッドと接続されている。また、光ファイバ５６のコアには、第２ミラーとしての第２ＦＢＧ５８が設けられている。こうして第２ＦＢＧ５８は、増幅用光ファイバ５５の他方側に設けられている。第２ＦＢＧ５８は、光ファイバ５６の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ５７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ５７よりも低い反射率で反射するように構成される。第２ＦＢＧ５８は、第１ＦＢＧ５７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を５％～５０％の反射率で反射することが好ましく、５％～１０％の反射率で反射することがより好ましい。
光コンバイナ５３では、それぞれの光ファイバ５２のコアと光ファイバ５４の内側クラッドとが接続されている。従って、それぞれのレーザダイオード５１から出射する励起光が伝搬する光ファイバ５２と増幅用光ファイバ５５の内側クラッドとは、光ファイバ５４の内側クラッドを介して光学的に結合されている。
光源５は、光検出装置２に接続されている。図２は、図１に示す光検出装置２の一部を概略的に示す断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の光検出装置２は、光ファイバ１０、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１、第１光検出器２１、第２光検出器２２、第１増幅器２３、第２増幅器２４、演算部２５を主な構成として備える。
光ファイバ１０は上記光ファイバ５６に接続されている。こうして光検出装置２は光源５に接続されている。光ファイバ１０は、コア１１、コア１１を囲うクラッド１２、クラッド１２を囲う被覆層１３を有する。コア１１の屈折率はクラッド１２の屈折率よりも高く、コア１１は、ゲルマニウム等の屈折率が高くなるドーパントが添加された石英や、ドーパントが添加されていない純粋石英からなる。クラッド１２を構成する材料としては、コア１１が屈折率が高くなるドーパントが添加された石英から成るのであれば、例えば、何らドーパントが添加されない純粋石英や、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英を挙げることができ、コア１１が純粋石英から成るのであれば、屈折率を低下させるドーパントが添加された石英を挙げることができる。本実施形態では、被覆層１３はクラッド１２より屈折率が低い材料からなる。被覆層１３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。このような光ファイバ１０は、例えば、コア１１の直径が８０μｍ程度、クラッド１２の外径が３６０μｍ程度の光ファイバとされる。また、本実施形態の光ファイバ１０はマルチモードファイバとされる。なお、光ファイバ１０と光ファイバ５６とが同様の構成であれば、光ファイバ１０は延長された光ファイバ５６の一部であってもよい。
図１に示すように、光ファイバ１０の光源５側と反対側の端部には、出射部材ＥＤが接続されている。出射部材ＥＤは、例えば、光ファイバ１０のコア１１よりも直径の大きなガラスロッドから成る。従って、光ファイバ１０のコア１１から出射部材ＥＤに入射する光は、径が広げられて出射部材ＥＤから出射する。
第１光検出器２１は、光ファイバ１０の長手方向における第１の位置において光ファイバ１０から漏洩する光の強度を検出し、当該光の強度を示す第１検出信号を出力する。第１光検出器２１は、例えば、光ファイバ１０の第１の位置において光ファイバの外側に配置され、光ファイバ１０を伝搬する光のレイリー散乱の強度を検出するフォトダイオード等の光電変換素子から成る。従って、本実施形態では、第１検出信号の電圧値が、第１光検出器２１が検出する光の強度を示す。従って、第１光検出器２１から出力する第１検出信号の電圧値は、光ファイバ１０の第１の位置におけるレイリー散乱光の強度に基づいている。
第２光検出器２２は、光ファイバ１０の長手方向における第２の位置において光ファイバ１０から漏洩する光の強度を検出し、当該光の強度を示す第２検出信号を出力する。この第２の位置は、第１の位置よりも光源５から出射される光の伝搬方向の下流側である。第２光検出器２２は、例えば、光ファイバ１０の第２の位置において光ファイバの外側に配置され、光ファイバ１０を伝搬する光のレイリー散乱の強度を検出する第１光検出器２１と同様の光電変換素子から成る。従って、本実施形態では、第２検出信号の電圧値が、第２光検出器２２が検出する光の強度を示す。従って、第２光検出器２２から出力する第２検出信号の電圧値は、光ファイバ１０の第２の位置におけるレイリー散乱光の強度に基づいている。
第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１は、光ファイバ１０における第１の位置と第２の位置との間に設けられる。従って、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１は、第１の位置よりも光源５から出射される光の伝搬方向の下流側で、第２の位置よりも当該光の伝搬方向の上流側に設けられる。第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１は、クラッド１２を伝搬する光の少なくとも一部を除去する。第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１は、クラッド１２の外周面上に設けられ、例えば、クラッド１２の屈折率よりも高い屈折率の樹脂と、当該樹脂に伝搬する光を熱に変換する光熱変換部材等で構成される。ただし、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１の構成はこれに限らない。
第１光検出器２１には第１増幅器２３が電気的に接続されており、第１光検出器２１から出力される第１検出信号は、第１増幅器２３に入力する。第１増幅器２３は、増幅率β１で第１検出信号を増幅し、増幅された第１検出信号を出力する。第２光検出器２２には第２増幅器２４が電気的に接続されており、第２光検出器２２から出力される第２検出信号は、第２増幅器２４に入力する。第２増幅器２４は、増幅率β２で第２検出信号を増幅し、増幅された第２検出信号を出力する。
第１増幅器２３及び第２増幅器２４は、それぞれ演算部２５に電気的に接続されている。演算部２５は、第１増幅器２３から出力される第１検出信号と、第２増幅器２４から出力される第２検出信号とを用いて、所定の演算を行う。本実施形態では、本演算は、第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度との差を求める演算である。但し、本実施形態と異なり、この演算は、上記差を求める演算でなくてもよく、例えば、第１検出信号と第２検出信号との比を求める演算であってもよい。演算部２５は、演算結果を示す信号を出力する。
演算部２５は、図１に示すように、制御部ＣＰに電気的に接続されている。制御部ＣＰは、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、制御部ＣＰは、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。制御部ＣＰは、光源５を制御する。具体的には、制御部ＣＰは、励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１からの光の出射の有無や、当該光の強度を制御する制御信号を出力する。また、制御部ＣＰは、演算部２５で演算された演算結果と所定の閾値とを後述のように比較し、比較結果に応じて、後述のように、光源５から出射される光の強度を変化させる制御信号を出力する。
制御部ＣＰには、メモリＭＥが電気的に接続されている。本実施形態では、メモリＭＥには、光源５から出射される光の強度と所定の閾値との関係が記憶されている。メモリＭＥに記憶されている所定の閾値は、後述のように、例えば、光源５から出射する光の強度に応じて、段階的に大きくなったり、段階的に小さくなったりする。
次に、本実施形態のレーザ装置１の動作について説明する。
まず、制御部ＣＰの制御により、励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１から励起光が出射されると、この励起光が光ファイバ５４の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ５５の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ５５の内側クラッドに入射した励起光は主に増幅用光ファイバ５５の内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ５５のコアを通過する際に当該コアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、例えば活性元素がイッテルビウムである場合、１０９０ｎｍの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ５５のコアを伝搬して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ５７により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ５８が反射する波長の光が第２ＦＢＧ５８で反射されて、共振器内を往復する。そして、第１ＦＢＧ５７及び第２ＦＢＧ５８で反射される光が増幅用光ファイバ５５のコアを伝搬するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第１ＦＢＧ５７と第２ＦＢＧ５８との間を共振する光のうち一部の光が第２ＦＢＧ５８を透過し、光ファイバ１０のコア１１に入射する。コア１１伝搬する光は、出射部材ＥＤに入射し、出射部材ＥＤで径が広げられて、出射部材ＥＤから出射する。
出射部材ＥＤから出射した光は、加工対象物等の被照射体に照射され、被照射体には加工等が施される。このとき、被照射体に照射される光の一部は被照射体の表面で反射され、さらにその反射光の一部が出射部材ＥＤから光ファイバ１０に入射する場合がある。光ファイバ１０に入射する反射光の一部は、クラッド１２に入射して、クラッドモード光として光ファイバ１０を光源５に向かって伝搬する。また、光ファイバ１０に入射する反射光の他の一部は、コア１１に入射して、光ファイバ１０を光源５に向かって伝搬する。
以下に光ファイバ１０を反射光が光源５に伝搬する場合のレーザ装置１の光源５の制御方法について説明する。なお、以下の説明では、光源５から出射する光が光ファイバ１０を出射部材ＥＤに向かって伝搬する方向を順方向といい、出射部材ＥＤから入射する反射光が光ファイバ１０を光源５に向かって伝搬する方向を逆方向という場合がある。図３は、レーザ装置１の光源５の制御方法を示すフローチャートである。図３に示すように、レーザ装置１の光源５の制御方法は、第１光検出ステップＳＴ１と、第２光検出ステップＳＴ２と、演算ステップＳＴ３と、制御ステップＳＴ４とを備える。なお、第１光検出ステップＳＴ１と第２光検出ステップＳＴ２とは概ね同時に行われる。以下では、理解の容易のため、第２光検出ステップＳＴ２、第１光検出ステップＳＴ１の順に説明する。
＜第２光検出ステップＳＴ２＞
本ステップは、光ファイバ１０の長手方向における第２の位置において光ファイバ１０から漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第２検出信号を出力するステップである。上記のように、光ファイバ１０の第２の位置は、光ファイバ１０の長手方向における第１の位置よりも光源５から出射される光の伝搬方向の下流側である。このため、出射部材ＥＤから入射し光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光は、第１の位置よりも先に第２の位置を通過する。第２光検出器２２が設けられる第２の位置において、光ファイバ１０を伝搬する光は、光源５から出射してコア１１を順方向に伝搬する光と、出射部材ＥＤからコア１１に入射してコア１１を逆方向に伝搬する光と、出射部材ＥＤからクラッド１２に入射してクラッド１２を逆方向に伝搬する第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１を通過する前のクラッドモード光とである。第２光検出器２２は、第２の位置において、光ファイバ１０から漏洩する光の強度を検出し、当該光の強度を示す第２検出信号を出力する。この第２検出信号の電圧値は、光ファイバ１０から漏洩する光の強度を示す。第２光検出器２２から出力された第２検出信号は、第２増幅器２４に入力する。第２増幅器２４では、第２光検出器２２から入力する第２検出信号を増幅率β２で増幅して出力する。第２増幅器２４から出力される第２検出信号においては、この増幅された第２検出信号の電圧値が光ファイバ１０から漏洩する光の強度を示す。第２増幅器２４から出力される第２検出信号は、演算部２５に入力する。
＜第１光検出ステップＳＴ１＞
本ステップは、光ファイバ１０の長手方向における第１の位置において光ファイバ１０から漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第１検出信号を出力するステップである。クラッドモード光がクラッド１２を逆方向に向かって伝搬し第２の位置を通過すると、当該クラッドモード光の少なくとも一部は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される。従って、第１光検出器２１が設けられる第１の位置にクラッドモード光が伝搬することは抑制される。このため、第１の位置における光ファイバ１０を伝搬する光は、光源５から出射してコア１１を順方向に伝搬する光と、出射部材ＥＤからコア１１に入射してコア１１を逆方向に伝搬する光と、クラッド１２を逆方向に伝搬する第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１を通過したクラッドモード光とである。第１光検出器２１は、第１の位置において、光ファイバ１０から漏洩する光の強度を検出し、当該光の強度を示す第１検出信号を出力する。この第１検出信号の電圧値は、光ファイバ１０から漏洩する光の強度を示す。第１光検出器２１から出力された第１検出信号は、第１増幅器２３に入力する。第１増幅器２３では、第１光検出器２１から入力する第１検出信号を増幅率β１で増幅して出力する。第１増幅器２３から出力される第１検出信号においては、この増幅された第１検出信号の電圧値が光ファイバ１０から漏洩する光の強度を示す。第１増幅器２３から出力される第１検出信号は、演算部２５に入力する。
ところで、第２の位置を伝搬する光の強度と第１の位置を伝搬する光の強度との差は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光の強度となる。光ファイバ１０から漏洩する光の強度の差は、光ファイバ１０を伝搬する光の強度の差に比例するため、第２検出信号が示す光の強度と第１検出信号が示す光の強度の差は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光の強度と同じ強度の光が、光ファイバ１０を伝搬する場合に、光ファイバ１０から漏洩する光の強度となる。
＜演算ステップＳＴ３＞
本ステップは、演算部２５が、第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて所定の演算を行うステップである。上記のように、本実施形態では、演算部２５は、第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度との差を求め、当該差を演算結果として出力する。具体的には、第１検出信号の電圧値と第２検出信号の電圧値との差を求め、当該差を示す信号を出力する。この差が、第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度との差となる。演算部２５から出力された演算結果を示す信号は制御部ＣＰに入力する。なお、本実施形態と異なるが、上記のように、演算部２５が行う演算は、例えば、第１検出信号と第２検出信号との比を求める演算であってもよい。この場合、演算部２５は、第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度との比を求め、当該比を演算結果として出力する。具体的には、第１検出信号の電圧値と第２検出信号の電圧値との比を求め、当該比を示す信号を出力する。この比が、第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度との比となる。
＜制御ステップＳＴ４＞
本ステップは、演算ステップＳＴ３の演算結果と所定の閾値を比較し、比較結果に応じて光源５から出射される光の強度を変化させるステップである。制御部ＣＰは、演算部２５から演算結果を示す信号が入力すると、所定の閾値と演算結果とを比較して、演算結果と所定の閾値とが所定の関係になる場合に、光源５から出射される光の強度を変化させる制御信号を出力する。例えば、制御部ＣＰは、演算結果が所定の閾値を超える場合に、光源５から光が出射されない制御信号を出力する。この場合、制御部ＣＰは、光源５の励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１に電力を供給する不図示の電力供給部に対して電力を止める制御信号を出力する。するとそれぞれのレーザダイオード５１から励起光が出射されなくなり、光源５からの光の出射は停止する。また、例えば、制御部ＣＰは、演算結果が所定の閾値を超える場合に、光源５から出射される光の強度を低くする制御信号を出力する。この場合、制御部ＣＰは、上記の電力供給部に対してレーザダイオード５１に供給する電力を小さくする制御信号を出力する。するとそれぞれのレーザダイオード５１から出射される励起光の強度が低くなり、光源５から出射される光の強度が低くなる。
次に、制御部ＣＰが行う演算結果と所定の閾値との比較について詳細に説明する。
＜参考例＞
まず、参考例について説明する。参考例は、第１光検出器２１の検出精度と第２光検出器２２の検出精度とが同じ例である。つまり、本例では、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度とが同じである。従って、この場合、第１検出信号と第２検出信号とは同じ電圧値となる。なお、本例では、第１増幅器２３が増幅する第１検出信号の増幅率β１と第２増幅器２４が増幅する第２検出信号の増幅率β２とは同じ増幅率とされる。
図４は、本例において、レーザ装置１から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバ１０のクラッド１２を光源側に向かって伝搬する場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号及び第２検出信号が示す光の強度との関係の例を示す図である。なお、上記のように第１増幅器２３及び第２増幅器２４のそれぞれから出力される増幅された第１検出信号及び第２検出信号も光ファイバ１０から漏洩する光の強度を示す。従って、図４における第１検出信号及び第２検出信号は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれから出力される検出信号でも、第１増幅器２３及び第２増幅器２４のそれぞれから出力される検出信号のどちらでもよい。
上記のように、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐｒと第２検出信号が示す光の強度２２Ｐｒとの差は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光の強度と同じ強度の光が、光ファイバ１０を伝搬する場合に光ファイバ１０から漏洩する光の強度となる。また、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光は、クラッド１２を逆方向に伝搬するクラッドモード光の強度に比例する傾向がある。更に、光源５から出射する光の強度が高ければ、レーザ装置１から出射する光の強度は高くなり、一般的に被加工体等で反射してクラッド１２に入射する反射光の強度も高くなる。従って、図４に示すように、光源５から出射する光の強度が高ければ、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光の強度も高くなり、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐｒと、第２検出信号が示す光の強度２２Ｐｒとの差も大きくなる。
図５は、本例において、光源５から出射する光の強度と演算部２５の演算結果との関係を示す図である。上記のように本実施形態では、演算部２５は、第１増幅器２３から出力される第１検出信号と、第２増幅器２４から出力される第２検出信号との差を求める。従って、本例における演算部２５の演算結果ＣＲｒは、光源５から出射する光の強度が高ければ高くなる。なお、反射光がクラッド１２に入射しやすい環境であれば、図５の演算結果ＣＲｒの傾きが大きくなる。
参考例では、制御部ＣＰは、一定の値の特定の閾値ＴＨｒを設定する。本例では、特定の閾値ＴＨｒの値はＳ０とされる。この特定の閾値は、例えば、光源５を破壊しない程度の強度の光が光ファイバ１０を逆方向に伝搬する場合において、演算部２５が上記所定の演算を行う場合の演算結果と一致する程度とされる。具体的には、例えば、この特定の閾値は、レーザ装置１の出力の最大値の１０％または５％の強度に相当する光が光ファイバ１０を逆方向に伝搬する場合において、演算部２５が上記所定の演算を行う場合の演算結果と一致する程度とされる。また例えば、この特定の閾値は、順方向に伝搬している光の強度の２０％または１０％の強度に相当する光が光ファイバ１０を逆方向に伝搬する場合において、演算部２５が上記所定の演算を行う場合の演算結果と一致する程度とされる。なお、実際の閾値を上記電圧値にするのではなく、上記の信号強度に相当する強度を検出器で検出した際に制御部ＣＰが光源５から出射される光の強度を変化させることが好ましい。例えば、図１、図２と異なり第２光検出器２２の下流側にもクラッドモードストリッパが配置される場合には、第２光検出器２２で検出されるべきクラッド光の強度は、閾値とした設定した５％または１０％に、さらにクラッドモードストリッパによる除去率が乗算された電圧値とされる。このように、レーザ装置１の構成に併せて閾値が適切に設定されることが望ましい。
制御部ＣＰは、演算部２５の演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとを比較し、演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとが所定の関係になる場合に、光源５から出射される光の強度を変化させる制御信号を出力する。
次に、第１光検出器２１の検出精度と第２光検出器２２の検出精度とが互いに異なる場合について説明する。
＜第１の例＞
まず、第１の例について説明する。第１の例は、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度が第２検出信号が示す光の強度よりも高い場合である。本例では、第１光検出器２１は上記参考例と同様であるが第２光検出器２２が出力する第２検出信号が示す光の強度が上記参考例よりも低くなる場合が例示される。また、本例では、第１検出信号の増幅率β１と第２増幅器２４が増幅する第２検出信号の増幅率β２とは同じ増幅率であるものとする。従って、本例の第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でも、第１増幅器２３及び第２増幅器２４のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でもよい。図６は、本例において、レーザ装置１から光が出射される場合において、光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光がない場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１との関係を示す図である。光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光がない場合、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とで同じ強度の光が伝搬している。しかし、図６に示すように、本例では、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１は第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１よりも高く、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１との差は、光源５から出射される光の強度が高くなると大きくなる。
図７は、本例において、レーザ装置１から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバ１０のクラッド１２を光源側に向かって伝搬する場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１との関係を示す図である。なお、図７には、図４に記載された第１検出信号が示す光の強度２１Ｐｒ及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐｒとが破線で示されている。第１光検出器２１の検出精度と第２光検出器２２の検出精度とが同じであれば、図４と同様の結果になる。しかし、図７に示すように、本例では、第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１が、参考例の第２検出信号が示す光の強度２２Ｐｒよりも低くなる。このため、光源５から出射する光の強度が高い場合であっても、図４の参考例と比べて第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１とで差が出づらい。
図８は、本例において、光源５から出射する光の強度と、演算部２５の演算結果ＣＲ１との関係を示す図である。なお、図８には、図５に示す値がＳ０とされる特定の閾値ＴＨｒ及び演算結果ＣＲｒが破線で示されている。図８に示すように、本例の場合は、光源５から出射する光の強度が高い場合であっても、図５に示す場合と比べて演算結果ＣＲ１が大きくなりづらい。そこで、本例では、制御部ＣＰは、演算結果ＣＲ１と所定の閾値ＴＨ１との関係が、図５で示す演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、所定の閾値ＴＨ１を光源５から出射される光の強度に応じて変化させる。図８では、この所定の閾値ＴＨ１が光源５から出射される光の強度に応じて変化している様子が示されている。図８に示すように、本例の場合、所定の閾値ＴＨ１は、光源５から出射される光の強度が高くなるにつれて、段階的に低くなっている。
メモリＭＥには、図８に示す光源５から出射される光の強度と所定の閾値ＴＨ１との関係を示すテーブルが記憶されている。制御部ＣＰは、メモリＭＥを参照して、演算部２５の演算結果ＣＲ１と、メモリＭＥに記憶されている現在出射されている光源５からの光の強度における所定の閾値ＴＨ１とを比較する。例えば、図８のように、光源５から出射される光の強度がＰｎであれば、所定の閾値ＴＨ１の値をＳｎとして、演算結果ＣＲ１と所定の閾値ＴＨ１の値Ｓｎとを比較する。そして、制御部ＣＰは、比較結果に応じて制御ステップＳＴ４で説明した制御信号を出力する。
なお、メモリＭＥに記憶されているテーブルは、次のようにして定めることができる。まず、レーザ装置１の出射部材ＥＤから出射する光が反射して再び出射部材ＥＤに入射することが無い環境において、レーザ装置１の光源５から所定の強度の光を出射させる。この場合、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が順方向に伝搬し、逆方向の光は伝搬しない。この状態で、第１光検出器２１から出力される第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２光検出器２２から出力される第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１は図６の様になる。そこで、図６に示す第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１との差と、図８に示す特定の閾値ＴＨｒの値Ｓ０と段階的に低下する所定の閾値ＴＨ１との差とが、近づくように段階的に低下する所定の閾値ＴＨ１を定める。そして、定められた所定の閾値ＴＨ１は、メモリＭＥ内のテーブルに記憶される。その結果、図８に示すように、所定の閾値ＴＨ１と演算結果ＣＲ１との関係は、図５に示す特定の閾値ＴＨｒと演算結果ＣＲｒとの関係に近づく。
＜第２の例＞
次に、第２の例について説明する。第２の例は、第１の例と同様の第１光検出器２１及び第２光検出器２２を用いる点において第１の例と同様であるが、第１増幅器２３と第２増幅器２４とが互いに異なる増幅率で第１検出信号、第２検出信号を増幅する点において第１の例と異なる。本例では、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１増幅器２３及び第２増幅器２４は、第１増幅器２３から出力される第１検出信号と第２増幅器２４から出力される第２検出信号とが同じ強度を示すように、第１検出信号及び第２検出信号を増幅することが好ましい。つまり、第１増幅器２３及び第２増幅器２４は、第１増幅器２３から出力する第１検出信号が示す光の強度及び第２増幅器２４から出力する第２検出信号が示す光の強度を用いた演算結果が図５に示す演算結果と一致するように、第１検出信号及び第２検出信号を増幅することが好ましい。しかし、一般的に、増幅器の精度には限界があるため、第１増幅器２３から出力する第１検出信号が示す光の強度及び第２増幅器２４から出力する第２検出信号が示す光の強度を用いた演算結果が図５に示す演算結果と一致するように、第１検出信号及び第２検出信号を増幅することは困難である。そこで、本例では、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１増幅器２３及び第２増幅器２４は、第１増幅器２３から出力される第１検出信号が示す光の強度と第２増幅器２４から出力される第２検出信号が示す光の強度とが、同じ強度を示す状態に近づくように、第１検出信号と第２検出信号とをそれぞれ増幅する。図９は、本例において、光源５から出射する光の強度と、第１増幅器２３で増幅された第１検出信号が示す光の強度及び第２増幅器２４で増幅された第２検出信号が示す光の強度を用いた演算部２５の演算結果ＣＲ２との関係を示す図である。なお、図９では、図５に示す特定の閾値ＴＨｒ及び演算結果ＣＲｒが破線で示され、図８に示す演算結果ＣＲ１が点線で示されている。第１増幅器２３及び第２増幅器２４が第１検出信号及び第２検出信号を上記のように増幅するため、第１増幅器２３及び第２増幅器２４から出力される第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度を用いた演算結果ＣＲ２は、図８に示す演算結果ＣＲ１よりも図５に示す演算結果ＣＲｒに近づく。このため、本例では、所定の閾値ＴＨ２は、光源５から出射される光の強度が高くなるにつれて段階的に低くなるものの、本例の所定の閾値ＴＨ２の低くなり方の度合いは、第１の例の所定の閾値ＴＨ１の低くなり方の度合いよりも小さい。
本例によれば、第１の例と比べて、演算結果ＣＲ２の誤差を小さくすることができ、光源５から出射される光の強度に応じて変化させる所定の閾値ＴＨ２の変化の幅を小さくすることができる。このため、レーザ装置１が、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超えるか否かをより正確に検出し得る。
なお、本例の第１増幅器２３の増幅率β１及び第２増幅器２４の増幅率β２は次のように定めることができる。まず、第１の例でメモリＭＥに記憶されているテーブルを定める時と同様に、レーザ装置１の出射部材ＥＤから出射する光が反射して再び出射部材ＥＤに入射することが無い環境において、レーザ装置１の光源５から所定の強度の光を出射させる。この状態で、第１光検出器２１から出力される第１検出信号が示す光の強度と第２光検出器２２から出力される第２検出信号が示す光の強度は、図６に示す第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１の様になる。そこで、第１増幅器２３から出力される第１検出信号が示す光の強度と第２増幅器から出力される第２検出信号が示す光の強度とが近づくように第１増幅器２３の増幅率β１及び第２増幅器２４の増幅率β２を定める。
＜第３の例＞
次に、第３の例について説明する。第３の例は、第１の例と逆に、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度が第２検出信号が示す光の強度よりも低い場合である。本例では、第１光検出器２１は上記参考例と同様であるが第２光検出器２２が出力する第２検出信号が示す光の強度が上記参考例よりも高くなる場合が例示される。また、本例では、第１の例と同様に、第１検出信号の増幅率β１と第２増幅器２４が増幅する第２検出信号の増幅率β２とは同じ増幅率であるものとする。従って、本例の第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ３及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でも、第１増幅器２３及び第２増幅器２４のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でもよい。図１０は、本例において、レーザ装置１から光が出射する場合において、光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光がない場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ３及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３との関係を示す図である。光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光がない場合、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とで同じ強度の光が伝搬している。しかし、図１０に示すように、本例では、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ３は第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３よりも低く、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ３と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３との差は、光源５から出射される光の強度が高くなると大きくなる。
図１１は、本例において、レーザ装置１から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバ１０のクラッド１２を光源側に向かって伝搬する場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ３及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３との関係を示す図である。なお、図１１には、図４に記載された第１検出信号が示す光の強度２１Ｐｒ及び第２検出信号が示す光の強度２２Ｐｒが破線で示されている。図１１に示すように、本例では、第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３が、参考例の第２検出信号が示す光の強度２２Ｐｒよりも高くなる。このため、光源５から出射する光の強度が低い場合であっても、図４の参考例と比べて第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ３と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ３とで差が大きくなり易い。
図１２は、本例において、光源５から出射する光の強度と、演算部２５の演算結果ＣＲ３との関係を示す図である。なお、図１２には、図８と同様に、図５に示す値がＳ０とされる特定の閾値ＴＨｒ及び演算結果ＣＲｒが破線で示されている。図１２に示すように、本例の場合は、光源５から出射する光の強度が低い場合であっても、図５に示す場合と比べて演算結果ＣＲ３が大きくなり易い。そこで、本例では、制御部ＣＰは、演算結果ＣＲ３と所定の閾値ＴＨ３との関係が、図５で示す演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、所定の閾値ＴＨ３を光源５から出射される光の強度に応じて変化させる。図１２では、この所定の閾値ＴＨ３が光源５から出射される光の強度に応じて変化している様子が示されている。図１２に示すように、本例の場合、所定の閾値ＴＨ３は、光源５から出射される光の強度が高くなるにつれて、段階的に高くなっている。
本例では、メモリＭＥには、図１２に示す光源５から出射される光の強度と所定の閾値ＴＨ３との関係を示すテーブルが記憶されている。制御部ＣＰは、第１の例と同様に、メモリＭＥを参照して、演算部２５の演算結果ＣＲ３と、メモリＭＥに記憶されている現在出射されている光源５からの光の強度における所定の閾値ＴＨ３とを比較する。例えば、図１２のように、光源５から出射される光の強度がＰｎであれば、所定の閾値ＴＨ３の値をＳｎとして、演算結果ＣＲ３と所定の閾値ＴＨ１の値Ｓｎとを比較する。そして、制御部ＣＰは、第１の例と同様に、比較結果に応じて光源５から出射される光の強度を変化させる制御信号を出力する。なお、メモリＭＥに記憶されているテーブルは、第１の例と同様にして定めることができる。
なお、本例においても、第１増幅器２３と第２増幅器２４とが互いに異なる増幅率で第１検出信号、第２検出信号を増幅してもよい。この場合、第２の例と同様にして、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１増幅器２３及び第２増幅器２４は、第１増幅器２３から出力される第１検出信号が示す光の強度と第２増幅器２４から出力される第２検出信号が示す光の強度とが、同じ強度を示す状態に近づくように、第１検出信号と第２検出信号とをそれぞれ増幅する。
＜第４の例＞
次に、第４の例について説明する。第４の例は、第１の例と同様に、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度が第２検出信号が示す光の強度よりも高い場合である。本例でも、第１増幅器２３が増幅する第１検出信号の増幅率β１と第２増幅器２４が増幅する第２検出信号の増幅率β２とは同じ増幅率であるものとする。従って、本例の第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でも、第１増幅器２３及び第２増幅器２４のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でもよい。本例の場合、光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光がない場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係は、第１の例と同様であり図６と同様になる。また、レーザ装置１から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバ１０のクラッド１２を光源側に向かって伝搬する場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係は、第１の例と同様であり図７と同様になる。
図１３は、本例において、光源５から出射する光の強度と、演算部２５の演算結果ＣＲ４との関係を示す図である。なお、図１３には、図８と同様に、図５に示す値がＳ０とされる特定の閾値ＴＨｒ及び演算結果ＣＲｒが破線で示されている。図１３に示すように、本例では、第１の例と同様に、光源５から出射する光の強度が高い場合であっても、図５に示す場合と比べて演算結果ＣＲ４が大きくなりづらい。そこで、本例では、制御部ＣＰは、演算結果ＣＲ４と所定の閾値ＴＨ４との関係が、図５で示す演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、所定の閾値ＴＨ４を光源５から出射される光の強度に応じて変化させる。図１３では、この所定の閾値ＴＨ１が光源５から出射される光の強度に応じて変化している様子が示されている。図１３に示すように、本例の場合、所定の閾値ＴＨ４は、光源５から出射される光の強度が高くなるにつれて、連続的に低くなっている。従って、所定の閾値ＴＨ４の傾きは負である。
このような連続的に低くなる閾値は次のように定めることができる。まず、第１の例でメモリＭＥに記憶されているテーブルを定める時と同様に、レーザ装置１の出射部材ＥＤから出射する光が反射して再び出射部材ＥＤに入射することが無い環境において、レーザ装置１の光源５から所定の強度の光を出射させる。この状態で、第１光検出器２１から出力される第１検出信号が示す光の強度と第２光検出器２２から出力される第２検出信号が示す光の強度は、図６に示す第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１の様になる。そこで、図６に示す第１検出信号が示す光の強度２１Ｐ１と第２検出信号が示す光の強度２２Ｐ１との差と、図８に示す特定の閾値ＴＨｒの値Ｓ０と徐々に低下する所定の閾値との差とが近づくように、所定の閾値ＴＨ４を光源５から出射する光の強度の関数とする。その結果、図１３に示すように、所定の閾値ＴＨ４と演算結果ＣＲ４との関係は、図５に示す特定の閾値ＴＨｒと演算結果ＣＲｒとの関係に近づく。
なお、第２の例のように第１増幅器２３と第２増幅器２４とが互いに異なる増幅率で第１検出信号、第２検出信号を増幅する場合において、本例のように所定の閾値ＴＨ４が光源５から出射される光の強度が高くなるにつれて連続的に低くなるように、所定の閾値ＴＨ４を定めてもよい。この場合、所定の閾値ＴＨ４の傾き本例の場合よりも小さくなり、より高い精度で参考例の演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づけることができる。
また、第３の例のように、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度が第２検出信号が示す光の強度よりも低い場合において、所定の閾値ＴＨ４が光源５から出射される光の強度が高くなるにつれて連続的に高くなるように、所定の閾値ＴＨ４を定めてもよい。この場合、所定の閾値ＴＨ４の傾きは正となる。この場合においても、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１増幅器２３及び第２増幅器２４が、第１増幅器２３から出力される第１検出信号が示す光の強度と第２増幅器２４から出力される第２検出信号が示す光の強度とが、同じ強度を示す状態に近づくように、第１検出信号と第２検出信号とをそれぞれ増幅してもよい。
なお、本例の場合、制御部ＣＰがテーブルを参照しなくてもよいため、メモリＭＥが備えられなくてもよい。
＜第５の例＞
次に、第５の例について説明する。第５の例は、第１の例と同様に、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度が第２検出信号が示す光の強度よりも高い場合である。本例でも、第１増幅器２３が増幅する第１検出信号の増幅率β１と第２増幅器２４が増幅する第２検出信号の増幅率β２とは同じ増幅率であるものとする。従って、本例の第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でも、第１増幅器２３及び第２増幅器２４のそれぞれから出力される検出信号が示す光の強度でもよい。本例の場合、光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光がない場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係は、第１の例と同様であり図６と同様になる。また、レーザ装置１から出射する光が加工体等で反射して、一部の光が光ファイバ１０のクラッド１２を光源側に向かって伝搬する場合に、光源５から出射する光の強度と、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度との関係は、第１の例と同様であり図７と同様になる。
図１４は、本例において、光源５から出射する光の強度と、演算部２５の演算結果ＣＲ５との関係を示す図である。図１４では、この演算結果ＣＲ５が一点鎖線で示されており、この演算結果ＣＲ５は、図８で実線で示される演算結果ＣＲ１と同様である。なお、図１４には、図５に示される特定の閾値ＴＨｒ及び演算結果ＣＲｒが破線で示されている。図１４に示すように、本例の場合は、第１の例と同様に、光源５から出射する光の強度が高い場合であっても、演算結果ＣＲ５は、参考例の場合の演算結果ＣＲｒと比べて大きくなりづらい。そこで、本例では、制御部ＣＰは、演算結果ＣＲ５と所定の閾値ＴＨ５との関係が、参考例の演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、演算結果ＣＲ５を光源５から出射される光の強度に応じて変化させ、所定の閾値ＴＨ５を参考例の特定の閾値ＴＨｒと同様にする。従って、本例の所定の閾値ＴＨ５の一定の値はＳ０である。図１３では、変化した後の演算結果ＣＲ５Ａが光源５から出射される光の強度に応じて変化している様子が示されている。本例では、制御部ＣＰは、演算結果ＣＲ５に所定の係数を乗じることで、所定の係数を乗じられた後の演算結果ＣＲ５Ａを図５の演算結果ＣＲｒに近づけている。具体的には、本例では、所定の係数が１より大きな数とされる。
この所定の係数は、次のように定めることができる。まず、第１の例でメモリＭＥに記憶されているテーブルを定める時と同様に、レーザ装置１の出射部材ＥＤから出射する光が反射して再び出射部材ＥＤに入射することが無い環境において、レーザ装置１の光源５から所定の強度の光を出射させる。この状態で、第１検出信号が示す光の強度及び第２検出信号が示す光の強度は図６の様になる。そこで、演算部２５で所定の演算を行い、この演算結果が光源５から出射される光の強度によらず一定に近づく係数を求める。この係数が上記所定の係数となる。
なお、第２の例のように第１増幅器２３と第２増幅器２４とが互いに異なる増幅率で第１検出信号、第２検出信号を増幅する場合において、本例のように演算結果ＣＲ５に所定の係数を乗じることで、演算結果ＣＲ５と所定の閾値ＴＨ５との関係が、参考例の演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、演算結果ＣＲ５を光源５から出射される光の強度に応じて変化させてもよい。この場合、特定の係数が本例の場合よりも小さくなり、より高い精度で参考例の演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づけることができる。
また、第３の例のように、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、第１検出信号が示す光の強度が第２検出信号が示す光の強度よりも低い場合において、本例のように演算結果ＣＲ５に所定の係数を乗じることで、演算結果ＣＲ５と所定の閾値ＴＨ５との関係が、参考例に示す演算結果ＣＲｒと特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、演算結果ＣＲ５を光源５から出射される光の強度に応じて変化させてもよい。この場合、所定の係数は１より小さな係数となる。
なお、本例の場合、第４の例と同様の理由で、メモリＭＥが備えられなくてもよい。
以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１では、制御部ＣＰは、演算結果と所定の閾値との関係が、第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬するときに第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における演算結果ＣＲｒと一定の値の特定の閾値ＴＨｒとの関係に近づくように、演算結果及び所定の閾値の少なくとも一方を光源５から出射される光の強度に応じて変化させる。
このようなレーザ装置１によれば、第１光検出器２１の検出精度と第２光検出器２２の検出精度とに差がある場合であっても、演算結果が閾値を超えないべき場合に、演算結果が閾値を超えることや、演算結果が閾値を超えるべき場合に、演算結果が閾値を超えないことを抑制し得る。従って、本実施形態のレーザ装置１によれば、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合の光源５の動作を適切に行い得る。
また、本実施形態のレーザ装置１は、第１の位置と第２の位置との間において、クラッド１２を伝搬する光の少なくとも一部を除去する第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１が設けられている。このため、第２の位置から第１の位置に向かうクラッドモード光の少なくとも一部が第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される。従って、第１光検出器２１で検出する光の強度は、クラッドモード光の減少により漏洩する光が減少する分だけ、第２光検出器２２で検出する光の強度よりも小さくなる。このため、本実施形態のレーザ装置１は、第１光検出器２１が出力する第１検出信号と第２光検出器２２が出力する第２検出信号とを用いて、光ファイバ１０を光源５側に向かって逆方向に伝搬するクラッドモード光の強度に応じて光源５から出射する光の強度を調節することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図１５は、本実施形態のレーザ装置における光検出装置の一部を概略的に示す断面図である。本実施形態のレーザ装置では、光検出装置２が、光ファイバ１０が第１光ファイバ１０ａと第２光ファイバ１０ｂとからなる点、及び、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２が設けられる点において、第１実施形態の光検出装置２と異なる。
第１光ファイバ１０ａは、コア１１ａ、コア１１ａを囲うクラッド１２ａ、クラッド１２ａを囲う被覆層１３ａを有する。コア１１ａ、クラッド１２ａ、及び被覆層１３ａの構成は、例えば、上記光ファイバ１０のコア１１、クラッド１２、及び被覆層１３の構成と同様とされる。第１光ファイバ１０ａは、光源５の光ファイバ５６に接続されている。従って、第１光ファイバ１０ａと光ファイバ５６とが同様の構成であれば、第１光ファイバ１０ａは延長された光ファイバ５６の一部であってもよい。
第１光ファイバ１０ａの光源５から出射される光の伝搬方向の下流側の端部には、第２光ファイバ１０ｂの端部が接続されている。第２光ファイバ１０ｂは、コア１１ｂ、コア１１ｂを囲うクラッド１２ｂ、クラッド１２ｂを囲う被覆層１３ｂを有する。第２光ファイバ１０ｂの構成は、コア１１ｂの直径が第１光ファイバ１０ａのコア１１ａの直径よりも大きな点において、第１光ファイバ１０ａの構成と異なる。
第１光ファイバ１０ａの所定の位置である第１の位置には第１光検出器２１が設けられ、第１光ファイバ１０ａにおける第１光検出器２１よりも第２光ファイバ１０ｂ側には、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１が設けられている。第２光ファイバ１０ｂの所定の位置である第２の位置には第２光検出器２２が設けられ、第２光ファイバ１０ｂにおける第２光検出器２２よりも光源５から出射される光の伝搬方向の下流側には、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２が設けられている。第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２の構成は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１の構成と同様とされる。
本実施形態のレーザ装置は、第１実施形態のレーザ装置と同様に光源５から光が出射する。この光は、第１光ファイバ１０ａのコア１１ａから第２光ファイバ１０ｂのコア１１ｂに伝搬して、コア１１ｂから出射部材ＥＤに入射する。そして、この光は、径が広げられて出射部材ＥＤから出射する。
本実施形態においても、第１実施形態のレーザ装置１と同様にして、被照射体で反射する光が出射部材ＥＤから第２光ファイバ１０ｂに入射して、第２光ファイバ１０ｂを逆方向に伝搬する場合がある。この場合、第２光ファイバ１０ｂのクラッド１２ｂを逆方向に伝搬する光の少なくとも一部は、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２に除去される。第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２を通過する光は、第１光ファイバ１０ａのクラッド１２ａに伝搬し、クラッド１２ｂからクラッド１２ａに伝搬する光の少なくとも一部は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１に除去される。また、第２光ファイバ１０ｂのコア１１ｂを逆方向に伝搬する光の一部は、第１光ファイバ１０ａと第２光ファイバ１０ｂとの接続部において、第１光ファイバ１０ａのクラッド１２ａに漏洩する。コア１１ｂからクラッド１２ａに漏洩する光の少なくとも一部は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１に除去される。また、第２光ファイバ１０ｂのコア１１ｂを逆方向に伝搬する光の他の一部は、第１光ファイバ１０ａのコア１１ａに入射して、コア１１ａを逆方向に伝搬する。
本実施形態のレーザ装置における光ファイバ１０を反射光が光源５に伝搬する場合のレーザ装置１の光源５の制御方法は、第１実施形態における制御方法と同様である。
なお、本例においても、第２の位置を伝搬する光の強度と第１の位置を伝搬する光の強度との差は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光の強度となる。従って、第２検出信号が示す光の強度と第１検出信号が示す光の強度の差は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光の強度と同じ強度の光が、光ファイバ１０を伝搬する場合に、光ファイバ１０から漏洩する光の強度となる。ただし、本例では、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２でクラッド１２ｂを逆方向に伝搬する光の全てが除去される場合や、クラッド１２ｂを逆方向に伝搬する光が存在しない場合であっても、コア１１ｂからクラッド１２ａに伝搬して第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１で除去される光が存在する。従って、これらの場合であっても、第１光検出器２１と第２光検出器２２とで異なる強度の光を検出することができる。
なお、本例において、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２は必須ではない。この場合、クラッド１２ｂを逆方向に伝搬する光が存在しない場合にコア１１ｂを逆方向に伝搬する光の強度により、光源５を制御することができる。この場合としては、被照射体で反射する光が出射部材ＥＤから第２光ファイバ１０ｂに入射して、第２光ファイバ１０ｂを逆方向に伝搬する場合よりも、コア１１ｂと出射部材ＥＤとの接続部等において、順方向に伝搬する光の一部が反射し、反射光としてコア１１ｂを逆方向に伝搬する場合が想定される。
以上説明したように、本実施形態のレーザ装置では、光ファイバ１０が、第１光ファイバ１０ａと、光源５から出射される光の伝搬方向の下流側において第１光ファイバ１０ａに接続され、第１光ファイバ１０ａのコア１１ａの直径よりも大きな直径のコア１１ｂを有する第２光ファイバ１０ｂと、を有し、第１の位置は、第１光ファイバ１０ａの所定の位置とされ、第２の位置は、第２光ファイバ１０ｂの所定の位置とされ、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１は、第１光ファイバに設けられる。このようなレーザ装置によれば、上記のように第１光検出器２１で検出する光の強度は、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１に除去される光の減少により漏洩する光の減少の分だけ、第２光検出器２２で検出する光の強度よりも小さくなる。従って、本実施形態のレーザ装置は、第２光ファイバ１０ｂを逆方向に伝搬するクラッドモード光がない場合であっても、第１光検出器２１が出力する第１検出信号と第２光検出器２２が出力する第２検出信号とを用いて、コアを逆方向に伝搬する光の強度に応じて光源５から出射する光の強度を調節することができる。
さらに本実施形態のレーザ装置では、第２光ファイバ１０ｂの長手方向における第２の位置よりも光源５から出射される光の伝搬方向の下流側において、クラッド１２ｂを伝搬する光の少なくとも一部を除去する第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２が設けられる。従って、第２の位置をクラッドモード光が逆方向に伝搬することが、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２により抑制される。従って、反射光が第２光ファイバ１０ｂのクラッド１２ｂに入射する場合であっても、第１光検出器２１が出力する第１検出信号と第２光検出器２２が出力する第２検出信号とを用いて、コア１１ｂを逆方向に伝搬する光の強度に応じて光源から出射する光の強度を調節することができる。
なお、本実施形態では、第１光ファイバ１０ａの被覆層１３ａがクラッド１２ａの屈折率よりも高くされ、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１が被覆層１３ａから成ってもよい。また、本実施形態では、第２光ファイバ１０ｂの被覆層１３ｂがクラッド１２ｂの屈折率よりも高くされ、第２クラッドモードストリッパＣＭＳ２が被覆層１３ｂから成ってもよい。
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光ファイバ１０の第１の位置と第２の位置とで、光ファイバ１０を逆方向に伝搬する光の強度に差があれば、第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１が設けられなくてもよい。ただし、第２の位置と第１の位置との間でクラッド１２を逆方向の伝搬するクラッドモード光を抑制する観点から第１クラッドモードストリッパＣＭＳ１が設けられることが好ましい。
また、制御部ＣＰが、演算結果と所定の閾値との関係が、第１の位置と第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に第１検出信号が示す光の強度と第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づくように、演算結果及び所定の閾値の少なくとも一方を光源５から出射される光の強度に応じて変化させるのであれば、上記の第１の例から第５の例以外の方法により、光源５から出射する光の強度を変化させる制御信号を出力してもよい。
また、上記実施形態では光ファイバ１０における第１の位置より上流側にクラッドモードストリッパが設けられていない例で説明したが、光ファイバ１０における第１の位置より上流側にクラッドモードストリッパが設けられてもよい。この場合、第１の位置より上流側に配置されるクラッドモードストリッパよりもさらに上流側からクラッドモード光が順方向に伝搬する場合に、第１の位置よりも手前で、このクラッドモード光はクラッドモードストリッパにより除去される。従って、このようなクラッドモードストリッパが設けられることで、不要な光を第１光検出器２１が検出することを抑制することができ、上記の所定の演算でより適切な演算結果を求めることができる。
また、上記実施形態では光源５が共振器型のファイバレーザ装置である例を挙げて説明したが、光源５は、他のファイバレーザ装置や固体レーザ装置であってもよい。光源５がファイバレーザ装置とされる場合、ＭＯ－ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であってもよい。また、光源５の数は特に限定されず、少なくとも１つ備えられていればよい。
また、上記実施形態では光ファイバ１０がマルチモードファイバである例を挙げて説明したが、光ファイバ１０がマルチモードファイバでなくてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、逆方向に伝搬する光の強度が所定の強度を超える場合に適切に動作し得るレーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法が提供され、ファイバレーザ装置や光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。
１・・・レーザ装置
２・・・光検出装置
５・・・光源
１０・・・光ファイバ
１０ａ・・・第１光ファイバ
１０ｂ・・・第２光ファイバ
１１，１１ａ，１１ｂ・・・コア
１２，１２ａ，１２ｂ・・・クラッド
２１・・・第１光検出器
２２・・・第２光検出器
２３・・・第１増幅器
２４・・・第２増幅器
２５・・・演算部
ＣＭＳ１・・・第１クラッドモードストリッパ
ＣＭＳ２・・・第２クラッドモードストリッパ
ＣＰ・・・制御部

Claims (9)

  1. 光源と、
    前記光源から出射する光を伝搬するコア及び前記コアを包囲するクラッドを有する光ファイバと、
    前記光ファイバの長手方向における第１の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第１検出信号を出力する第１光検出器と、
    前記光ファイバの長手方向における前記第１の位置よりも前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側における第２の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第２検出信号を出力する第２光検出器と、
    前記第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて所定の演算を行う演算部と、
    前記演算部の演算結果と所定の閾値とを比較し、比較結果に応じて前記光源から出射される光の強度を変化させる制御信号を出力する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記演算結果と前記所定の閾値との関係が、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度と前記第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における前記演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づくように、
    前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度が前記第２検出信号が示す光の強度よりも大きい場合には、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて小さくすること、及び、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて大きくすることの少なくとも一方を行い、
    前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度が前記第２検出信号が示す光の強度よりも低い場合には、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて大きくすること、及び、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて小さくすることの少なくとも一方を行う
    ことを特徴とするレーザ装置。
  2. 前記第１の位置と前記第２の位置との間において、前記クラッドを伝搬する光の少なくとも一部を除去する第１クラッドモードストリッパが設けられる
    ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 前記光ファイバは、
    第１光ファイバと、
    前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側において前記第１光ファイバに接続され、前記第１光ファイバのコアの直径よりも大きな直径のコアを有する第２光ファイバと、
    を有し、
    前記第１の位置は、前記第１光ファイバの所定の位置とされ、
    前記第２の位置は、前記第２光ファイバの所定の位置とされ、
    前記第１クラッドモードストリッパは、前記第１光ファイバに設けられる
    ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
  4. 前記第２光ファイバの長手方向における前記第２の位置よりも前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側において、前記クラッドを伝搬する光の少なくとも一部を除去する第２クラッドモードストリッパが設けられる
    ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
  5. 前記第１光検出器から出力される前記第１検出信号を増幅する第１増幅器と、
    前記第２光検出器から出力される前記第２検出信号を増幅する第２増幅器と、
    を更に備え、
    前記第１増幅器及び前記第２増幅器は、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に、前記第１増幅器から出力される前記第１検出信号と前記第２増幅器から出力される前記第２検出信号とが、同じ強度を示す状態に近づくように、前記第１検出信号と前記第２検出信号とをそれぞれ増幅し、
    前記演算部は、前記第１増幅器から出力される前記第１検出信号と前記第２増幅器から出力される前記第２検出信号とを用いて前記所定の演算を行う
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  6. 前記所定の演算は、前記第１検出信号が示す光の強度と前記第２検出信号が示す光の強度との差を求める演算である
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  7. 前記光源から出射される光の強度と前記所定の閾値との関係が記憶されたメモリを更に備え、
    前記制御部は、前記メモリを参照して、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて変化させる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  8. 前記制御部は、前記演算結果に所定の係数を乗じることで、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて変化させる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  9. 光源と、
    前記光源から出射する光を伝搬するコア及び前記コアを包囲するクラッドを有する光ファイバと、
    を備えるレーザ装置の光源制御方法であって、
    前記光ファイバの長手方向における第１の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第１検出信号を出力する第１光検出ステップと、
    前記光ファイバの長手方向における前記第１の位置よりも前記光源から出射される光の伝搬方向の下流側における第２の位置において前記光ファイバから漏洩する光の強度を検出し当該光の強度を示す第２検出信号を出力する第２光検出ステップと、
    前記第１検出信号と前記第２検出信号とを用いて所定の演算を行う演算ステップと、
    前記演算ステップの演算結果と所定の閾値を比較し、比較結果に応じて前記光源から出射される光の強度を変化させる制御ステップと、
    を備え、
    前記制御ステップでは、前記演算結果及び前記所定の閾値との関係が、前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度と前記第２検出信号が示す光の強度とが同じである場合における前記演算結果と一定の値の特定の閾値との関係に近づくように、
    前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度が前記第２検出信号が示す光の強度よりも大きい場合には、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて小さくすること、及び、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて大きくすることの少なくとも一方を行い、
    前記第１の位置と前記第２の位置とに同じ強度の光が伝搬する場合に前記第１検出信号が示す光の強度が前記第２検出信号が示す光の強度よりも低い場合には、前記演算結果を前記光源から出射される光の強度に応じて大きくすること、及び、前記所定の閾値を前記光源から出射される光の強度に応じて小さくすることの少なくとも一方を行う
    ことを特徴とするレーザ装置の光源制御方法。
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