JPWO2016002947A1 - 光ファイバレーザ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態に係る光ファイバレーザ装置100の概略構成を示す図である。図1に示すように、第1実施形態に係る光ファイバレーザ装置100は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図4は、第1構成例に係る戻り光減衰モジュール140aの構成を概略的に示す図であり、図5は、第1構成例で用いる光ファイバの軸ずれ融着141aを示す図である。図4に示すように、第1構成例に係る戻り光減衰モジュール140aは、軸ずれ融着141aが施された光ファイバ144aと、軸ずれ融着141a部が発する熱を伝導する熱伝導体142aと、を備えている。
図6は、第2構成例に係る戻り光減衰モジュール140bの構成を概略的に示す図であり、図7は、第2構成例で用いる高損失光ファイバ141bを示す図である。図6に示すように、第2構成例に係る戻り光減衰モジュール140bは、高損失光ファイバ141bが設けられた光ファイバ144bと、高損失光ファイバ141bが発する熱を伝導する熱伝導体142bと、を備えている。
図8は、第3構成例に係る戻り光減衰モジュール140cの構成を概略的に示す図である。図8に示すように、第3構成例に係る戻り光減衰モジュール140cは、意図的に曲げ部141cを設けた光ファイバ144cと、光ファイバ144cの曲げ部141cが発する熱を伝導する熱伝導体142cと、を備えている。
図9は、第4構成例に係る戻り光減衰モジュール140dの構成を概略的に示す図であり、図10は、第4構成例で用いる光ファイバ144dの末端の構成を概略的に示す断面図である。図9に示すように、第4構成例に係る戻り光減衰モジュール140dは、光ファイバ144dの末端を封止する封止部材141dと、封止部材141dが発する熱を伝導する熱伝導体142dと、を備えている。
図11は、第5構成例に係る戻り光減衰モジュール140eの構成を概略的に示す図である。図11に示すように、第5構成例に係る戻り光減衰モジュール140eは、光ファイバ144eと、光ファイバ144eの末端から射出される戻り光Rが照射される熱伝導体142e上の照射面141eと、を備えている。
前述のように、図1に示された光ファイバレーザ装置100の終端部130は、戻り光減衰モジュール140のみを備えているが、他の構成要素を含む構成としてもよい。ここでは、戻り光減衰モジュール140以外の構成を含む終端部130の構成例について説明する。以下に説明する構成例は、終端部130の例示列挙であり、各構成例が光ファイバレーザ装置100における終端部130と置換され得る。したがって、以下で説明する構成例では終端部130に相当する部分のみを開示するが、その他の構成は光ファイバレーザ装置100と同一であるとみなし得る。
図12は、構成例1に係る終端部131の概略構成を示す図である。図12に示すように、構成例1に係る終端部131は、波長分割多重光合分波器132と可視光発光部133と戻り光減衰モジュール140とを備える構成である。
図13は、構成例2に係る終端部134の概略構成を示す図である。図13に示すように、構成例2に係る終端部134は、光合分波器135と光検出器136と戻り光減衰モジュール140とを備える構成である。
図14は、構成例3に係る終端部137の概略構成を示す図である。図14に示すように、構成例3に係る終端部137は、波長分割多重光合分波器132aと可視光発光部133aと光合分波器135aと光検出器136aと戻り光減衰モジュール140とを備える構成である。すなわち、構成例3に係る終端部137は、上記説明した構成例1に係る終端部131と構成例2に係る終端部134の構成を組み合わせたものである。したがって、本構成例では、重複した説明の多くを省略するものとし、省略した説明箇所は、構成例1および構成例2と同様であるものとみなし得る。
以下、本発明の実施形態に係る光ファイバレーザ装置の変形例について説明する。以下に説明する変形例は、本発明を適用し得る光ファイバレーザ装置の例示列挙である。また、以下に説明する変形例にも、終端部130、戻り光減衰モジュール140など第1実施形態の光ファイバレーザ装置100と共通の構成が含まれている。これら光ファイバレーザ装置100と共通の構成は、第1実施形態と同一の符号を付すことにより、その説明を省略するものとする。
図15は、本発明の第2実施形態に係る光ファイバレーザ装置200の概略構成を示す図である。図15に示すように、本発明の第2実施形態に係る光ファイバレーザ装置200は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図16は、本発明の第3実施形態に係る光ファイバレーザ装置300の概略構成を示す図である。図16に示すように、本発明の第3実施形態に係る光ファイバレーザ装置300は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図17は、本発明の第4実施形態に係る光ファイバレーザ装置400の概略構成を示す図である。図17に示すように、本発明の第4実施形態に係る光ファイバレーザ装置400は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザを発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図18は、本発明の第5実施形態に係る光ファイバレーザ装置500の概略構成を示す図である。図18に示すように、本発明の第5実施形態に係る光ファイバレーザ装置500は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザを発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図19は、本発明の第6実施形態に係る光ファイバレーザ装置600の概略構成を示す図である。図19に示すように、本発明の第6実施形態に係る光ファイバレーザ装置600は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図20は、本発明の第7実施形態に係る光ファイバレーザ装置700の概略構成を示す図である。図20に示すように、本発明の第7実施形態に係る光ファイバレーザ装置700は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させ、光増幅器における増幅媒質に増幅用光ファイバ716を用いてレーザ光を増幅させる、MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)構造を有する。
図21は、本発明の第8実施形態に係る光ファイバレーザ装置800の概略構成を示す図である。図21に示すように、本発明の第8実施形態に係る光ファイバレーザ装置800は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させ、光増幅器における増幅媒質に増幅用光ファイバ816を用いてレーザ光を増幅させる、MOPA構造を有する。
図22は、本発明の第9実施形態に係る光ファイバレーザ装置900の概略構成を示す図である。図22に示すように、本発明の第9実施形態に係る光ファイバレーザ装置900は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させ、光増幅器における増幅媒質に増幅用光ファイバ916を用いてレーザ光を増幅させる、MOPA構造を有する。
図23は、本発明の第10実施形態に係る光ファイバレーザ装置1000の概略構成を示す図である。図23に示すように、本発明の第10実施形態に係る光ファイバレーザ装置1000は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させ、光増幅器における増幅媒質に増幅用光ファイバ716を用いてレーザ光を増幅させる、MOPA構造を有する。
図24は、本発明の第11実施形態に係る光ファイバレーザ装置1100の概略構成を示す図である。図24に示すように、本発明の第11実施形態に係る光ファイバレーザ装置1100は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させ、光増幅器における増幅媒質に増幅用光ファイバ716を用いてレーザ光を増幅させる、MOPA構造を有する。
図25は、本発明の第12実施形態に係る光ファイバレーザ装置1200の概略構成を示す図である。図25に示すように、本発明の第12実施形態に係る光ファイバレーザ装置1200は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いてレーザ光を発生させ、光増幅器における増幅媒質に増幅用光ファイバ716を用いてレーザ光を増幅させる、MOPA構造を有する。
図26は、第13実施形態に係る光ファイバレーザ装置1300の概略構成を示す図である。図26に示すように、第13実施形態に係る光ファイバレーザ装置1300は、レーザ発振器110における増幅媒質に増幅用光ファイバ111を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。
図31は、第14実施形態に係る光ファイバレーザ装置1400の概略構成を示す図である。図31に示されるように、第14実施形態に係る光ファイバレーザ装置1400は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図33は、第15実施形態に係る光ファイバレーザ装置1500の概略構成を示す図である。図33に示されるように、第3実施形態に係る光ファイバレーザ装置1500は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図34は、第16実施形態に係る光ファイバレーザ装置1600の概略構成を示す図である。図34に示されるように、第16実施形態に係る光ファイバレーザ装置1600は、レーザ発振器110を用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させたレーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図35は、第17実施形態に係る光ファイバレーザ装置1700の概略構成を示す図である。図35に示されるように、第17実施形態に係る光ファイバレーザ装置1700は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図36は、第18実施形態に係る光ファイバレーザ装置1800の概略構成を示す図である。図36に示されるように、第18実施形態に係る光ファイバレーザ装置1800は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図37は、第19実施形態に係る光ファイバレーザ装置1900の概略構成を示す図である。図37に示されるように、第19実施形態に係る光ファイバレーザ装置1900は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図38は、第20実施形態に係る光ファイバレーザ装置2000の概略構成を示す図である。図38に示されるように、第20実施形態に係る光ファイバレーザ装置2000は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させ、レーザ発振器110が発生した出力レーザ光を増幅器110aで増幅させる、いわゆるMOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)構造の光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、増幅器110aの増幅用光ファイバ716を通過することにより増幅され、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図39は、第21実施形態に係る光ファイバレーザ装置2100の概略構成を示す図である。図39に示されるように、第21実施形態に係る光ファイバレーザ装置2100は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図40は、第22実施形態に係る光ファイバレーザ装置2200の概略構成を示す図である。図40に示されるように、第22実施形態に係る光ファイバレーザ装置2200は、レーザ発振器110を用いて出力レーザ光を発生させる光ファイバレーザ型の装置である。レーザ発振器110は、増幅用光ファイバ111を備え、第1の光反射器112と第2の光反射器113との間でレーザ共振を発生させるよう構成されている。レーザ発振器110が発生させた出力レーザ光は、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
図41は、第23実施形態に係る光ファイバレーザ装置2300の概略構成を示す図である。図41に示されるように、第23実施形態に係る光ファイバレーザ装置2300は、複数の光ファイバレーザ部23001,・・・,2300n−1,2300nを備え、各光ファイバレーザ部23001,・・・,2300n−1,2300nが出力する出力レーザ光をコンバイナ2301にて結合し、出力用光ファイバ120および照射ヘッド121を介して出力レーザ光Lとして加工対象物Wに照射される。
110 レーザ発振器
110a 増幅器
111,716,816,916 増幅用光ファイバ
112 第1の光反射器
113 第2の光反射器
114,214,314a,314b,414,514,614a,614b,717,817,917a,917b 励起光合波器
115a,115b,215a,215b,315a,315b,315c,315d,415a,415b,515a,515b,615a,615b,615c,615d,718a,718b,818a,818b,918a,918b,918c,915d 励起用レーザダイオード
114a シグナルポート光ファイバ
120 出力用光ファイバ
121 照射ヘッド
130,131,134,137,1030,1130,1230 終端部
132,132a,1031,1032,1232 波長分割多重光合分波器
133,133a,1033,1233,180 可視光発光部
135,135a,1131,1132,1231,1234,1706,2101,2201 光合分波器
136,136a,1133,1235 光検出器
140,140a,140b,140c,140d,140e,170 戻り光減衰モジュール
141 熱変換手段
141a 軸ずれ融着
141b 損失光ファイバ
141c 曲げ部
141d 封止部材
141e 照射面
142,142a,142b,142c,142d,142e 熱伝導体
143a,143b,143c 封止部
144a,144b,144c,144d,144e 光ファイバ
145a,145b,145d,145e コア
146a,146b,146d,146e クラッド
147a,147b,147d,147e,194 被覆
150 温度監視手段
151,151a,151b,151c,151d,151e 第1の温度測定点
152 第2の温度測定点
160 制御部
190 終端処理部
191 封止部材
192 コア
193 クラッド
171 受け用光ファイバ
172 減衰用光ファイバ
173 金属プレート
174a 第1の融着接続点
174b 第2の融着接続点
174c 第3の融着接続点
181 ピグテール光ファイバ
23001,・・・,2300n−1,2300n 光ファイバレーザ部
2301 コンバイナ
Claims (30)
- レーザ発振器における増幅媒質に増幅用光ファイバを用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ装置において、
前記レーザ光を外部へ射出する出力用光ファイバと、
少なくとも前記出力用光ファイバを前記レーザ光とは逆方向に伝搬する戻り光を減衰処理する戻り光減衰部と、
前記戻り光減衰部に設けられ、前記戻り光を熱に変換する熱変換手段と、
前記熱変換手段の発熱に起因する前記戻り光減衰部の温度上昇を測定する温度監視手段と、
前記温度監視手段が測定した温度が所定の閾値以上に達した場合に、前記レーザ光の出力を低下または停止する制御部と、
を備えることを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 前記温度監視手段は、前記熱変換手段が発する熱を熱伝導体を介して測定する第1の温度測定点と、前記光ファイバレーザ装置における温度上の基準とみなし得る第2の温度測定点と、の温度差を測定す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。
- 前記熱変換手段は、前記戻り光減衰部における光ファイバを軸ずれ融着することによって構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記熱変換手段は、前記戻り光減衰部に設けられた高損失光ファイバで構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記熱変換手段は、前記戻り光減衰部に設けられた光ファイバを意図的に曲げることによって構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記熱変換手段は、前記戻り光減衰部に設けられた光ファイバの末端を封止する樹脂で構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記熱変換手段は、前記戻り光減衰部に設けられた光ファイバの末端から射出された前記戻り光が照射される熱伝導体の照射面で構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、前記レーザ光の伝搬方向を前方向として、前記レーザ発振器の前段に配置されていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、出力側シグナルポートと入力側シグナルポートと複数の励起光用ポートとを有し、前記励起光用ポートから入力された励起光を前記レーザ発振器に接続されている前記出力側シグナルポートから出力するよう構成した励起光合波器の前記入力側シグナルポートに接続された光ファイバの終端部に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、出力側シグナルポートと入力側シグナルポートと複数の励起光用ポートとを有し、前記励起光用ポートから入力された励起光を前記レーザ発振器に接続されている前記出力側シグナルポートから出力するよう構成した励起光合波器の前記励起光用ポートに接続された光ファイバの終端部に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、前記励起光を出力する光源が接続されていない前記励起光用ポートのうち、前記戻り光の強度が最大となるポートに接続された光ファイバの終端部に設けられていることを特徴とする請求項10に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、前記レーザ発振器を構成する2つの光反射器のうち前記レーザ光に対する反射率が高い方の光反射器に接続された光ファイバの終端部に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記レーザ発振器と前記出力用光ファイバとの間に設けられ、増幅媒質に増幅用光ファイバを用いた光増幅器と、
出力側シグナルポートと入力側シグナルポートと複数の励起光用ポートとを有し、前記励起光用ポートから入力された励起光を前記光増幅器に接続されている前記出力側シグナルポートから出力し、前記光増幅器用の光ファイバに導入するよう構成した第2の励起光合波器と、
をさらに備え、
前記戻り光減衰部は、前記第2の励起光合波器の励起光用ポートに接続された光ファイバの終端部に設けられていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の光ファイバレーザ装置。 - レーザ発振器における増幅媒質に増幅用光ファイバを用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ装置において、
前記レーザ光を順方向に外部へ導出する出力用光ファイバと、
前記出力用光ファイバを前記レーザ光とは逆方向に伝搬する赤外光である戻り光に対する曲げ損失が可視光に対する曲げ損失よりも大きい減衰用光ファイバを複数周回曲げて構成した戻り光減衰部と、
を備えることを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 前記戻り光減衰部は、前記レーザ発振器の高反射率の反射器よりも前段側の光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項14に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、前記レーザ発振器のレーザ発振に用いる励起光を前記増幅用光ファイバに導入するための励起光合波器のシグナルポート光ファイバを介して、前記反射器よりも逆方向側の光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項15に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、前記レーザ発振器のレーザ発振に用いる励起光を前記増幅用光ファイバに導入するための励起光合波器の励起光ポートを介して、前記反射器よりも逆方向側の光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項15に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部は、前記出力用光ファイバの途中に設けられた光合分波器から分岐された光ファイバに接続されていることを特徴とする請求項14に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部を介して前記可視光を前記出力用光ファイバへ導入する可視光発光部をさらに備えることを特徴とする請求項14〜18の何れか1項に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記減衰用光ファイバのベンドエッジ波長は、前記戻り光の波長よりも短いことを特徴とする請求項19に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記減衰用光ファイバは、前記可視光を実質的にシングルモードで伝搬するよう構成されていることを特徴とする請求項19または請求項20に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記減衰用光ファイバは、赤色光を実質的にシングルモードで伝搬するよう構成されていることを特徴とする請求項21に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部の終端は、樹脂で封止されていることを特徴とする請求項14〜18の何れか1項に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部の終端に、光電変換を行う光検出器が接続されていることを特徴とする請求項14〜18の何れか1項に記載の光ファイバレーザ装置。
- レーザ発振器における増幅媒質に増幅用光ファイバを用いてレーザ光を発生させる光ファイバレーザ装置において、
前記レーザ光を順方向に外部へ導出する出力用光ファイバと、
前記出力用光ファイバのコアを逆方向に伝搬する、赤外光からなる戻り光の光強度を減衰させて、前記出力用光ファイバとは反対側の端部から減衰した戻り光を出射する戻り光減衰部を備え、
前記戻り光減衰部は、前記戻り光の伝搬方向において連続的に該戻り光に損失を与える媒質からなる戻り光伝搬損失部と、
該損失によって生じた光を熱に変換する熱変換部を備え、
前記戻り光の大部分が前記戻り光伝搬損失部において減衰し熱変換され、
減衰後に残留した微小強度の光のみが前記戻り光伝搬損失部の端部から出力されることを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 前記戻り光伝搬損失部は、前記光ファイバレーザ装置の発振器を構成する光ファイバのコアに接続されるコアを有する光ファイバであって、
該コアにおいて前記戻り光の大部分が減衰されることを特徴とする請求項25に記載の光ファイバレーザ装置。 - 前記戻り光伝搬損失部を構成する光ファイバのコアは、
前記出力用光ファイバから出力される赤外レーザ光の波長における損失が可視波長域における損失よりも大きいことを特徴とする請求項26に記載の光ファイバレーザ装置。 - 前記戻り光伝搬損失部を構成する光ファイバのコアは、前記可視波長域においてシングルモード伝搬特性を有することを特徴とする請求項27に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部を介して前記可視光を前記出力用光ファイバへ導入する可視光発光部をさらに備えることを特徴とする請求項25に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記戻り光減衰部の終端に、光電変換を行う光検出器が接続されていることを特徴とする請求項25に記載の光ファイバレーザ装置。
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