KR20160115788A - 섬유 레이저 장치 - Google Patents

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KR20160115788A
KR20160115788A KR1020160035175A KR20160035175A KR20160115788A KR 20160115788 A KR20160115788 A KR 20160115788A KR 1020160035175 A KR1020160035175 A KR 1020160035175A KR 20160035175 A KR20160035175 A KR 20160035175A KR 20160115788 A KR20160115788 A KR 20160115788A
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KR1020160035175A
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게이이치 호리모토
쇼헤이 다카하시
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가부시키가이샤후지쿠라
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Abstract

섬유 레이저 장치가, 섬유 레이저 장치 본체, 입사광 중 일부의 광의 파장을 변환시키는 라만 파장 변환부, 상기 라만 파장 변환부로부터 출력된 광을 전파시키는 출력광 전파용 광섬유, 및 상기 출력광 전파용 광섬유에 구비되고 상기 라만 파장 변환부로부터 출력된 광을 라만광과 상기 라만광 이외의 불필요한 광으로 분파하는 분파 소자, 상기 분파 소자에 의해 분파된 상기 불필요한 광 중 적어도 일부가 입사하고, 상기 불필요한 광 중 적어도 일부를 전파시키는 불요 광 전파용 광섬유를 포함한다.

Description

섬유 레이저 장치{FIBER LASER DEVICE}
본 발명은 섬유 레이저 장치에 관한 것이다.
하기의 특허 문헌 1에는 유도 라만 산란을 이용한 섬유 레이저 가공 장치가 개시되어 있다. 이 섬유 레이저 가공 장치는 증폭용 광섬유, 제1 광 필터, 유도 라만 산란에 의해 입사광의 파장을 변환시키는 파장 변환 섬유, 제2 광 필터, 및 광빔 조사부를 구비하고 있다. 파장 변환 섬유에서 입사광에 대해 파장이 장파장 측으로 시프트된 유도 라만 산란광이 얻어진다. 이 섬유 레이저 가공 장치에서는 파장 변환 섬유의 전단의 제1 광 필터에 의해 피가공물로부터의 반사광이 제거되기 때문에 불필요한 반사광이 증폭용 광섬유에 되돌아가는 것이 억제된다.
<선행 기술 문헌>
- 특허 문헌 1:일본공개특허공보 제2012－243789호
그러나 상기 특허 문헌 1과 같이 파장 변환 섬유에 의해 유도 라만 산란광(SRS 광)을 얻는 경우, 파장 변환 섬유로의 입사광은 절반 정도밖에 SRS 광으로 변환되지 않으며, 변환되지 않은 광은 광 필터에 의해 반사된다. 이 광 필터 에 의해 반사된 불필요한 광을 제거하는 경우에는 광 필터의 근방에 구비된 금속 등의 처리부에 불필요한 광을 흡수시켜 열로서 제거하는 방법이 종래부터 채용되어 오고 있었다. 일반적으로 광은 확산되면서 공간에서 전파되기 때문에 불필요한 광을 확실하게 제거하기 위해서는 처리부를 광 필터에 가까이 하여 완전히 덮을 필요가 있다. 이 경우 광 필터 근방의 처리부가 고온이 되므로 광 필터 또는 광 필터를 포함하는 광빔 조사부의 신뢰성이 저하된다는 문제가 있다.
한편 처리부를 광 필터로부터 멀리했을 경우 불필요한 광을 확실하게 제거하기 위해서는 확산된 광을 모두 수광하기 위해 처리부가 대형화되거나, 또는 처리부까지 전파시키기 위해 미러나 렌즈 등의 광학 부품이 필요하여 구성이 고가가 되고 복잡해진다는 문제가 있다. 또한 광 필터와 처리부 사이의 공간에서 불필요한 광이 전파될 때 공간 내의 먼지 등의 방해 물질에 의해 광이 산란되고, 이 산란광에 의해 예기치 않은 개소에서 발열이 생기는 문제가 있기 때문에 이를 방지하기 위해 밀봉 구조로 하려면 많은 시간이 소요된다.
본 발명의 일 태양은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광 필터 또는 광 필터를 포함하는 광빔 조사부의 신뢰성 저하를 억제할 수 있고, 장치의 대형화, 복잡화를 회피할 수 있는 섬유 레이저 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 태양에 관한 섬유 레이저 장치는, 섬유 레이저 장치 본체, 입사광 중 일부의 광의 파장을 변환시키는 라만 파장 변환부, 상기 라만 파장 변환부로부터 출력된 광을 전파시키는 출력광 전파용 광섬유, 상기 출력광 전파용 광섬유에 구비되고 상기 라만 파장 변환부로부터 출력된 광을 라만광과 상기 라만광 이외의 불필요한 광으로 분파시키는 분파 소자, 및 상기 분파 소자에 의해 분파된 상기 불필요한 광 중 적어도 일부는 입사하고 상기 불필요한 광 중 적어도 일부를 전파시키는 불요 광 전파용 광섬유를 구비한 것을 특징으로 한다.
그리고 본 명세서에서 「라만 파장 변환부」는 라만 파장 변환부에 입사한 광의 일부의 파장을 유도 라만 산란에 의해 입사 전보다 긴 파장 측으로 시프트 시킨다. 이와 같이 장파장 측으로 시프트된 광을 「라만광」이라고 칭한다.
상술한 양태에 의한 섬유 레이저 장치는 불요 광 전파용 광섬유를 포함하고 있기 때문에 불필요한 광이 먼지 등의 방해 물질의 영향을 거의 받지 않고 확실하게 전파된다. 또, 불요 광 전파용 광섬유에 의해 불필요한 광을 분파 소자로부터 이격된 위치까지 안내할 수 있다.
상기 분파 소자는 상기 출력광 전파용 광섬유의 출력측 단부에 구비될 수 ㅇ있다.
상기 태양에 따르면 분파 소자가 출력광 전파용 광섬유의 출력측의 단부에 구비되어 있기 때문에 분파 소자에 의해 분파된 라만광이 재차 출력광 전파용 광섬유에 커플링될 필요가 없다. 이로써 라만광을 출력광 전파용 광섬유에 재차 커플링시키는 것에 따른 출력의 저하, 발열 등의 문제가 개선된다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치는 상기 출력광 전파용 광섬유를 통해 상기 섬유 레이저 장치 본체에 접속되고, 상기 라만광을 외부에 출력하는 레이저 헤드를 더 포함하며, 상기 라만 파장 변환부는 상기 섬유 레이저 장치 본체의 내부에 구비되고, 상기 분파 소자는 상기 레이저 헤드의 내부에 구비될 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치에 의하면 라만 파장 변환부가 장치 본체에 구비되어 있기 때문에 레이저 헤드의 간소화, 소형화를 도모할 수 있다. 또한 분파 소자에 의해 분파된 라만광을 레이저 헤드로부터 외부로 출력하기 때문에 라만광을 다른 광섬유에 재차 커플링시킬 필요가 없다. 이로써 라만광을 다른 광섬유에 재차 커플링 시키는 것에 따른 출력의 저하, 발열 등의 문제가 개선된다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치는 상기 불요 광 전파용 광섬유에 의해 전파 되는 상기 불필요한 광 중 적어도 일부를 처리하는 불요 광 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치에 의하면 불요 광 전파용 광섬유에 의해 전파된 불필요한 광 중 적어도 일부를 불요 광 처리부에서 처리하고 제거할 수 있다.
상기 불요 광 처리부는 상기 섬유 레이저 장치 본체에 구비될 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치에 의하면 불요 광 처리부가 레이저 헤드 내부에 구비되어 있는 경우와 비교하여, 레이저 헤드의 소형화, 간소화가 도모된다. 또, 예를 들면 섬유 레이저 장치 본체 내에 열용량이 큰 히트싱크 등이 있는 경우에는 이 히트싱크 를 불요 광 처리부로 이용할 수 있다.
상기 불요 광 전파용 광섬유는 더블 클래드 섬유로 구성될 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치에 의하면 불요 광 전파용 광섬유의 코어에 결합 되지 않았던 불필요한 광을 이너 클래드에 가둘 수 있다. 이로써 불필요한 광이 불요 광 전파용 광섬유의 외부로 누출되는 것을 억제할 수 있다. 불요 광 전파용 광섬유가 피복을 갖는 경우에는 불필요한 광이 피복에 입사하여 발열하는 것을 억제할 수 있어, 불필요한 광을 더욱 확실하게 처리할 수 있다.
상기 출력광 전파용 광섬유는 싱글 모드 섬유로 구성되고, 상기 불요 광 전파용 광섬유는 멀티 모드 섬유로 구성될 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치에 의하면 출력광 전파용 광섬유를 코어 직경이 작은 싱글 모드 섬유로 구성한 것에 대해 불요 광 전파용 광섬유를 코어 직경이 큰 멀티 모드 섬유로 구성함으로써, 불필요한 광의 대부분을 불요 광 전파용 광섬유에 결합시키고, 광섬유의 굽힘에 의한 광 누출을 억제하면서, 불필요한 광을 확실하게 전파시킬 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치는 상기 불요 광 전파용 광섬유로부터 누출되는 상기 불필요한 광의 일부를 검출하는 불요 광 검출부를 더 포함할 수 있다.
분파 소자에 의해 분파된 불필요한 광을 검출함으로써, 라만 파장 변환부의 변환 효율 에 기초하여, 출력되는 라만광의 파워를 추정할 수 있다. 즉, 불요 광 검출부가 출력광 파워 검출부로서 기능한다. 출력광 전파용 광섬유에 광검출부를 구비한 경우와 비교하여 출력광인 라만광의 손실을 적게 할 수 있다. 또한 광의 손실은 열이 되기 때문에 불필요한 발열을 억제할 수 있다는 점에서 안전성이 높다. 또, 출력광 전파용 광섬유를 전파하는 광에는 라만광과 불필요한 광이 포함되어 있기 때문에 출력광 전파용 광섬유로부터 누출하는 광에서는 라만광만을 정확하게 검출할 수 없다. 이에 대해 불요 광 전파용 광섬유로부터는 불필요한 광만 누출되므로 보다 정확하게 출력광 파워를 추정할 수 있다.
상기 불요 광 검출부는 상기 섬유 레이저 장치 본체의 내부에 구비될 수 있다.
상기 양태에 관한 섬유 레이저 장치에 의하면, 예를 들어 불요 광 검출부를 포토다이오드로 구성하는 경우, 포토다이오드의 전기 배선이나 기판을 섬유 레이저 장치 본체의 내부에 수용할 수 있기 때문에 장치의 간소화를 도모할 수 있다 .
상술한 태양에 의하면 광 필터 또는 광 필터를 포함하는 광빔 조사부의 신뢰성 저하를 억제할 수 있어, 장치의 대형화, 복잡화를 회피할 수 있는 섬유 레이저 장치가 실현 가능하다.
도 1은 제1 실시예에 따른 섬유 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 불요 광 전파용 광섬유의 단면도이다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 섬유 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 제3 실시형태에 따른 섬유 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 제3 실시형태에 따른 섬유 레이저 장치의 변형예의 개략적인 구성도이다.
［제1 실시예］
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 섬유 레이저 장치는 예를 들면 레이저 가공 등의 용도로 사용해도 좋다. 단, 용도가 레이저 가공에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 실시형태의 섬유 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
이하의 각 도면에서는 각각의 구성 요소를 보기 쉽게 하기 위해 구성 요소에 의해 치수의 축척을 상이하게 하여 나타내기도 하였다.
［섬유 레이저 장치의 구성］
도 1에 도시된 바와 같이, 섬유 레이저 장치(1)는 섬유 레이저 장치 본체(2), 레이저 헤드(3), 출력광 전파용 광섬유(4), 및 불요 광 전파용 광섬유(5)를 구비하고 있는.
섬유 레이저 장치 본체(2)로부터 출력된 레이저광은 출력광 전파용 광섬유(4)를 통해 레이저 헤드(3)로 전파된다. 레이저 헤드(3)에서는, 섬유 레이저 장치 본체(2)로부터의 출력광 L10이 분파되어 원하는 파장의 라만광 L2가 레이저 헤드(3)의 외부로 출력되는 동시에, 원하는 파장 이외의 불필요한 광 L1이 불요 광 전파용 광섬유(5)를 통해 후술하는 불요 광 처리부(11)로 전파된다.
섬유 레이저 장치 본체(2)는 여기용 광원(7), 광 컴바이너(8), 광 공진기(9), 라만 파장 변환부(10), 불요 광 처리부(11), 및 하우징(12)을 포함한다. 여기용 광원(7), 광 컴바이너(8), 광 공진기(9), 라만 파장 변환부(10), 및 불요 광 처리부(11)는 하우징(12)의 내부에 수용되어 있다. 광 공진기(9)는 증폭용 광섬유(13)로 구성되는 증폭용 코일(14)과, 제1 반사부(15), 그리고 제2 반사부(16)를 포함한다. 제1 반사부(15)는 증폭용 코일(14)의 입력측에 구비되고, 제2 반사부(16)는 증폭용 코일(14)의 출력측에 구비된다. 제2 반사부(16)의 반사율은 제1 반사부(15)의 반사율보다 낮다.
여기용 광원(7)은 복수의 레이저 다이오드(18)로 구성되며, 여기광을 사출한다. 레이저 다이오드(18)로서는, 예를 들면 GaAs계 반도체를 재료로 하는 패브리-페로형 반도체 레이저가 사용된다. 레이저 다이오드(18)는 광섬유(19)에 접속되어 있다. 광 컴바이너(8)는 복수의 레이저 다이오드(18)로부터 사출되는 복수의 여기광을 결합하여 하나의 여기광을 생성한다. 여기광은 희토류 원소가 첨가된 코어를 가지는 증폭용 광섬유(13)를 여기시킨다. 레이저광은 제1 반사부(15)와 제2 반사부(16)의 사이에서 공진하고 증폭된다. 제1 반사부(15) 및 제2 반사부(16)는 예를 들면 FBG(Fiber Brag Grating)으로 구성된다.
광 공진기(9)로부터의 출력광은 라만 파장 변환부(10)로 입사한다. 라만 파장 변환부(10)는 입사한 광에 대해 유도 라만 산란을 발현하는 광섬유(21)로 구성되어 있다. 광 공진기(9)로부터의 출력광 중의 일부 광은 라만 파장 변환부(10)에서의 유도 라만 산란에 의해 장파장 측으로 파장이 변환되어 라만광 L2이 된다. 즉, 광 공진기(9)로부터 출력된 광(파장 변환 전)의 파장을 λ1으로 하고, 라만광 L2의 파장을 λ2로 하면, λ1＜λ2이다. 단, 다른 일부의 광은 라만 파장 변환부(10)를 통과해도 파장이 변환되지 않고, 최종적으로 출력광으로 사용되지 않는 불필요한 광 L1이 된다. 그러므로 파장 λ2의 라만광 L2와 파장 λ1의 불필요한 광 L1이 혼재되어 있는 광이 라만 파장 변환부(10)로부터 출력되어 출력광 전파용 광섬유(4)를 통해 레이저 헤드(3)로 전파된다. 여기서 고출력의 경우에는 파장 λ2보다 긴 파장 측으로 고차의 라만광이 발생하며 또한 복수의 광이 혼재하기도 한다.
레이저 헤드(3)는 분파 소자(23), 섬유 커플링부(24), 및 헤드 하우징(25)을 포함한다. 헤드 하우징(25)의 내부에는 공간(26)이 구비되며, 공간(26)의 내부에 분파 소자(23)가 구비되어 있다. 본 실시형태에서는 분파 소자(23)로서 파장 λ2의 라만광 L2를 투과시키고 파장 λ1의 불필요한 광 L1을 반사하는 밴드패스 필터(반사형 필터)가 이용된다. 여기서 고차의 라만광이 포함되어 있는 경우에는 이들 파장에 대해서도 필터의 설계값을 최적화할 필요가 있다. 즉, 고차의 라만광이 불필요한 경우에는 이들 파장의 광을 반사하도록 필터를 설계하고, 고차의 라만광이 필요한 경우에는 이들 파장의 광을 투과하도록 필터를 설계하는 것이 바람직하다. 섬유 커플링부(24)는 입사단이 공간(26)에 접하여 배치되어 있고, 불요 광 전파용 광섬유(5)의 일단이 광학적으로 결합되어 있다. 불요 광 전파용 광섬유(5)의 타단은 섬유 레이저 장치 본체(2)의 내부의 불요 광 처리부(11)에 광학적으로 결합되어 있다.
도 2는, 불요 광 전파용 광섬유(5)의 단면도이다.
불요 광 전파용 광섬유(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 더블 클래드 섬유로 구성되어 있다. 불요 광 전파용 광섬유(5)는 원기둥형의 코어(28), 코어(28)의 외측면을 덮는 원통형의 이너 클래드(29), 이너 클래드(29)의 외측면을 덮는 원통형의 아우터 클래드(30), 및 아우터 클래드(30)의 외측면을 덮는 원통형의 외피(31)를 포함한다.
불요 광 전파용 광섬유(5)의 구성 요소 중 코어(28)와 이너 클래드(29)는 예를 들면 석영 유리에 의해 구성된다. 아우터 클래드(30)와 외피(31)는 예를 들면 수지에 의해 구성된다. 굴절률의 대소 관계를 보자면, 굴절률이 낮은 쪽으로부터 높은 쪽을 향해 아우터 클래드(30), 이너 클래드(29), 코어(28)의 순서로 되어 있다. 이 구성에 의해 불필요한 광 L1이 코어(28)에 결합되지 않더라도, 그 불필요한 광 L1을 이너 클래드(29)에 가둘 수 있다.
이하에서는 아우터 클래드(30)와 외피(31)를 합쳐 피복(32)이라고도 하겠다.
본 실시형태에서 출력광 전파용 광섬유(4)는 싱글 모드 섬유로 구성된다. 한편, 불요 광 전파용 광섬유(5)는 멀티 모드 섬유로 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 라만 파장 변환부(10)로부터 출력된 광은 출력광 전파용 광섬유(4)의 출력단(34)을 통해 분파 소자(23)에 입사된다. 분파 소자(23)에 입사된 출력광 L10은 파장 λ2의 라만광 L2와 파장 λ1의 불필요한 광 L1이 혼재되어 있는 광이며, 파장 λ2의 라만광 L2는 분파 소자(23)를 투과하고 헤드 하우징(25)의 출력부(25a)로부터 외부 공간으로 출력된다.
한편, 파장 λ1의 불필요한 광 L1은 분파 소자(23)에서 반사되어 섬유 커플링부(24)에 입사한다. 불필요한 광 L1은 섬유 커플링부(24)로부터 불요 광 전파용 광섬유(5)를 통해 불요 광 처리부(11)로 출력된다. 불요 광 처리부(11)는 예를 들면 흑 알루마이트 처리가 행해진 알루미늄, 동 등의 금속제 블록, 또는 고굴절률 수지가 충전된 용기로 구성된다. 불요 광 처리부(11)는 불요 광 전파용 광섬유(5)에 의해 전파된 불필요한 광 L1이 금속제 블록 또는 고굴절률 수지에 입사되도록 구성된다.
불요 광 처리부(11)는 불필요한 광 L1을 금속제 블록이나 고굴절률 수지에 흡수시켜 열로 변환시키고 이 열을 방산시킴으로써 불필요한 광을 제거한다. 예를 들면 섬유 레이저 장치 본체(2)의 내부에 열용량의 큰 히트싱크 등이 있는 경우, 이 히트싱크를 불요 광 처리부(11)의 일부로서 이용해도 된다.
본 실시형태의 섬유 레이저 장치(1)에서는 레이저 헤드(3)의 내부의 분파 소자(23)에서 분파된 불필요한 광 L1은 불요 광 전파용 광섬유(5)에 의해 섬유 레이저 장치 본체(2) 내의 불요 광 처리부(11)로 전파된다. 따라서 불필요한 광 L1이 먼지 등의 방해 물질의 영향을 거의 받지 않으므로 먼지 등의 외란에 의해 광이 산란되고 이 산란광에 의해 예기치 않은 개소에서 발열이 생기는 문제점이 해결될 수 있다. 이로써 신뢰도가 높은 섬유 레이저 장치(1)를 실현할 수 있다. 또, 레이저 헤드(3) 내부에 불요 광 처리부(11)를 배치하지 않기 때문에 레이저 헤드(3)의 소형화, 간소화를 도모할 수 있다.
또한 만일 분파 소자를 섬유 레이저 장치 본체에 설치한다면, 분파 소자를 투과한 라만광을 섬유 커플링부에 광학적으로 결합시켜 출력광 전파용 광섬유를 통해 레이저 헤드에 전파시키는 구성이 일반적이다. 그런데 이 구성에서는 섬유 레이저 장치의 고출력화에 따라 섬유 커플링부가 발열되어 출력의 저하 또는 불안정화, 섬유 커플링부의 손상 등의 문제가 생긴다. 이에 대해 본 실시형태의 섬유 레이저 장치(1)에서는 분파 소자(23)가 레이저 헤드(3)의 내부에 구비되어 있으면서, 또한 출력광 전파용 광섬유(4)의 출력측의 단부(출력부에 가장 가까운 단부)에 구비되어 있다. 따라서 분파 소자(23)를 투과한 라만광 L2는 섬유 커플링부를 거치지 않고 레이저 헤드(3)로부터 외부 공간으로 직접 출력된다. 이에 따라 라만광 L2의 섬유 커플링에 따른 상술한 문제점을 해결 할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 출력광 전파용 광섬유(4)가 싱글 모드 섬유로 구성되어 있는 것에 대해, 불요 광 전파용 광섬유(5)는 코어의 직경이 큰 멀티 모드 섬유로 구성되어 있다. 이로써 불필요한 광의 대부분을 불요 광 전파용 광섬유(5)에 용이하게 결합시킬 수 있다. 또 광섬유의 휨에 의한 광의 누출을 억제하면서, 불필요한 광 L1을 불요 광 처리부(11)까지 확실하게 전파시킬 수 있다. 또한 불요 광 전파용 광섬유(5)가 더블 클래드 섬유로 구성되어 있으므로, 코어에 결합 되지 않았던 불필요한 광 L1을 이너 클래드에 가둘 수 있다. 이로써 불필요한 광 L1이 불요 광 전파용 광섬유(5)로부터 누출되는 것을 더 억제할 수 있다. 그리고 불필요한 광 L1이 피복(32)에 입사하여 발열하는 것을 억제할 수 있어, 불필요한 광 L1을 더욱 확실하게 처리할 수 있다.
［제2 실시형태］
이하에서는 본 발명의 제2 실시형태에 대해 도 3를 참조하여 설명한다.
제2 실시형태의 섬유 레이저 장치의 기본 구성은 제1 실시예의 섬유 레이저 장치와 동일하지만 불요 광 처리부의 위치가 제1 실시예와 다르다.
도 3에서, 제1 실시예에서 사용한 도 1과의 공통 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였으며 설명은 생략한다.
제1 실시예의 섬유 레이저 장치에서는 불요 광 처리부가 섬유 레이저 장치 본체의 내부에 구비되어 있다. 이에 대해 도 3에 도시된 바와 같이 제2 실시형태의 섬유 레이저 장치(40)에서는 불요 광 처리부(41)가 섬유 레이저 장치 본체(2)의 외부에 구비되어 있다. 그 외의 구성은 제1 실시예와 같다.
본 실시형태에 있어서도 제1 실시예에서와 마찬가지로 높은 신뢰성을 갖는 소형의 섬유 레이저 장치를 실현할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태의 경우, 불요 광 처리부(41)가 섬유 레이저 장치 본체(2)와는 독립적으로 구비되어 있기 때문에 불요 광 처리부(41)의 배치나 설계에 있어서 자유도를 높일 수 있다.
［제3실시형태］
이하에서는 본 발명의 제3 실시형태에 관하여 도 4를 참조하여 설명한다.
제3 실시형태의 섬유 레이저 장치의 기본 구성은 제1 실시예의 섬유 레이저 장치와 동일하지만, 불요 광 검출부가 구비된 점이 제1 실시예와 다르다.
도 4에서, 제1 실시예에서 사용한 도 1과의 공통 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하였으며 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제3 실시형태의 섬유 레이저 장치(50)는 섬유 레이저 장치 본체(2)의 내부에 불요 광 검출부(51)를 포함한다. 불요 광 검출부(51)는 탭 커플러(52)와 포토다이오드(53)를 포함하고 있다. 탭 커플러(52)는 불요 광 전파용 광섬유(5)의 선 중간에(途中)에 구비되어 있다. 탭 커플러(52)의 한 쪽 출력 포트는 광섬유를 통해 불요 광 처리부(11)에 접속되어 있다. 탭 커플러(52)의 다른 쪽 출력 포트는 광섬유를 통해 포토다이오드(53)에 접속되어 있다.
탭 커플러(52)는 불요 광 전파용 광섬유(5)를 전파하는 불필요한 광 L1의 일부를 소정의 분기비로 분기시켜 포토다이오드(53)에 안내한다. 본 실시형태에서는 분기 비가 예를 들면 30~50dB 정도인 탭 커플러가 이용된다. 포토다이오드(53)는 탭 커플러(52)에서 분기된 불필요한 광 L1을 검지하며, 불필요한 광 L1의 파워의 측정에 사용된다. 그 외의 구성은 제1 실시예와 같다.
본 실시형태에서도 제1 신시예에서와 마찬가지로 높은 신뢰성을 갖는는 소형의 섬유 레이저 장치를 실현할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태의 경우 불요 광 검출부(51)가 구비되어 있으므로 불필요한 광 L1의 파워의 측정값과 라만 파장 변환부(10)의 변환 효율에 기초하여, 라만광의 파워를 추정할 수 있다. 즉, 불요 광 검출부(51)는 출력광 파워 검출부로서 기능한다. 이 구성에 따르면 출력광 전파용 광섬유(4)에 광검출부를 구비한 경우와 비교하여 출력광인 라만광 L2의 손실을 적게 할 수 있다. 또한 라만광 L2의 손실은 열이 되기 때문에 불필요한 발열을 억제할 수 있다는 점에서 안전성이 높다. 또한 출력광 전파용 광섬유(4)를 전파하는 광에는 라만광 L2와 불필요한 광 L1이 포함되어 있으므로 출력광 전파용 광섬유(4)로부터 누출된 광에서는 라만광 L2만을 정확하게 검출할 수 없다. 이에 대해 불요 광 전파용 광섬유(5)로부터는 불필요한 광 L1만이 누출되므로 출력광 파워를 더욱 정확하게 추정할 수 있다.
또한 본 실시형태의 경우 불요 광 검출부(51)가 섬유 레이저 장치 본체(2)의 내부에 구비되므로 포토다이오드(53)의 전기 배선이나 기판을 섬유 레이저 장치 본체(2)의 내부에 수용할 수 있어 장치의 간소화를 도모할 수 있다.
그리고 제3 실시형태에 있어서는 탭 커플러를 이용한 불요 광 검출부의 실시예를 나타냈으나, 불요 광 검출부의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어 도 5에 도시된 섬유 레이저 장치(60)와 같이 불요 광 처리부(61)의 내부에 분기 소자(62)와 포토다이오드(53)를 포함하는 불요 광 검출부(63)가 구비된 구성이어도 된다. 분기 소자(62)로서는 예를 들면 광 필터, 석영 유리판 등이 사용된다. 분기 소자(62)는 5% 미만의 광을 포토다이오드 측에 안내하는 정도의 분기비가 있으면 된다. 불요 광 처리부(61)에 입사된 불필요한 광 L1은 분기 소자(62)에 의해 분기되어, 한 쪽 광은 불요 광 처리부(61)에 의해 처리되고, 다른 쪽 광은 포토다이오드(53)로 안내된다. 이 섬유 레이저 장치(60)에서도 제3 실시형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
그 외에 불요 광 검출부로는, 예를 들면 불요 광 전파용 광섬유를 굽히거나, 불요 광 전파용 광섬유의 피복의 일부를 박리하는 등의 방법에 의해 불필요한 광의 일부를 의도적으로 누출시켜 불필요한 광이 누출되는 개소에 포토다이오드를 배치하는 구성을 채용해도 된다.
그리고 본 발명의 기술 범위는 전술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 각종의 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들면 상술한 실시형태에서는 분파 소자로서 밴드패스 필터(반사형 필터)의 예를 들었지만, 그 외에 WDM 커플러, 프리즘 등을 사용할 수도 있다.
또한 상술한 실시형태에서는 섬유 레이저 장치 본체와는 별개로 레이저 헤드가 구비된 구성의 섬유 레이저 장치를 예시했지만, 이 구성을 대신해서 섬유 레이저 장치 본체와 레이저 헤드가 1개의 하우징으로 일체화된 섬유 레이저 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 또는 레이저 헤드를 가지고 있지 않고, 출력광 전파용 광섬유의 단부(커넥터 등)로부터 라만광이 출력되는 구성의 섬유 레이저 장치에 본 발명을 적용해도 된다.
그 외에 섬유 레이저 장치의 각 구성 요소의 형상, 배치, 재료 등에 관한 구체적인 기재는 전술한 실시형태에 한정되지 않고 적절하게 변경할 수 있다. 또한 본 발명은 CW 섬유 레이저 장치, 펄스 섬유 레이저 장치의 양쪽에 모두 적용 가능하다.
[산업 상의 이용 가능성]
본 발명은 예를 들면 재료 가공 등에 사용하는 섬유 레이저 장치에 이용 가능하다.
1, 40, 50, 60…섬유 레이저 장치, 2…섬유 레이저 장치 본체, 3…레이저 헤드, 4…출력광 전파용 광섬유, 5…불요 광 전파용 광섬유, 10…라만 파장 변환부, 11, 41, 61…불요 광 처리부, 23…분 파 소자, 51, 63…불요 광 검출부.

Claims (9)

  1. 섬유 레이저 장치 본체;
    입사광 중 일부의 광의 파장을 변환시키는 라만 파장 변환부;
    상기 라만 파장 변환부로부터 출력된 광을 전파시키는 출력광 전파용 광섬유;
    상기 출력광 전파용 광섬유에 구비되고, 상기 라만 파장 변환부로부터 출력된 광을 라만광과 상기 라만광 이외의 불필요한 광으로 분파하는 분파 소자; 및
    상기 분파 소자에 의해 분파된 상기 불필요한 광 중 적어도 일부가 입사하고, 상기 불필요한 광 중 적어도 일부를 전파시키는 불요 광 전파용 광섬유
    를 포함하는 섬유 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분파 소자는 상기 출력광 전파용 광섬유의 출력측 단부에 구비된,
    섬유 레이저 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 출력광 전파용 광섬유를 통해 상기 섬유 레이저 장치 본체에 접속되고 상기 라만광을 외부로 출력하는 레이저 헤드를 더 포함하며,
    상기 라만 파장 변환부는 상기 섬유 레이저 장치 본체의 내부에 구비되고,
    상기 분파 소자는 상기 레이저 헤드의 내부에 구비되어 있는,
    섬유 레이저 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불요 광 전파용 광섬유에 의해 전파되는 상기 불필요한 광 중 적어도 일부를 처리하는 불요 광 처리부를 더 포함하는 섬유 레이저 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불요 광 처리부는 상기 섬유 레이저 장치 본체에 구비되어 있는,
    섬유 레이저 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불요 광 전파용 광섬유는 더블 클래드 섬유로 구성되어 있는,
    섬유 레이저 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력광 전파용 광섬유는 싱글 모드 섬유로 구성되고,
    상기 불요 광 전파용 광섬유는 멀티 모드 섬유로 구성되어 있는,
    섬유 레이저 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불요 광 전파용 광섬유로부터 누출되는 상기 불필요한 광의 일부를 검출하는 불요 광 검출부를 더 포함하는 섬유 레이저 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 불요 광 검출부는 상기 섬유 레이저 장치 본체의 내부에 구비된,
    섬유 레이저 장치.
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