KR20180092278A - Fiber laser - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 파이버 레이저에 관한 것이다. 특히, 출력광의 파워를 모니터하는 것이 가능한 파이버 레이저에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber laser. And more particularly to a fiber laser capable of monitoring the power of output light.
최근, 재료 가공의 분야에서는 파이버 레이저가 널리 이용되고 있다. 파이버 레이저는, 코어에 희토류가 첨가된 광파이버(이하, 「증폭 파이버」라고 부름)를 증폭 매질로 하는 레이저 장치이고, 레이저광을 연속적으로 출력하는 연속 발진형(공진기형) 파이버 레이저나, 레이저광을 간헐적으로 출력하는 펄스 발진형(MOPA형) 파이버 레이저 등이 있다.In recent years, fiber lasers have been widely used in the field of material processing. The fiber laser is a laser device using an optical fiber (hereinafter referred to as " amplification fiber ") doped with a rare earth element in the core as an amplification medium, and is a continuous oscillation type (resonator type) fiber laser that continuously outputs laser light, And a pulse oscillation type (MOPA type) fiber laser which intermittently outputs a laser beam.
파이버 레이저에는, 레이저광을 출력광으로 하는 것 이외에, 레이저광을 출력광으로 하는 파이버 레이저의 후단에 접속된 광파이버(이하, 「라만(RAMAN) 파이버」라고 칭함)에 있어서의 유도 라만 산란에 의해 생긴 스토크스광(stokes light)을 출력광으로 하는 것이 있다. 어떠한 경우라도, 출력광은, 딜리버리 파이버[출력광을 도광(導光)하기 위한 광파이버]에 의해 가공 대상물의 근방으로 유도되고, 딜리버리 파이버의 선단에 접속된 헤드부를 통하여 가공 대상물에 조사(照射)된다.In addition to the laser light as the output light, the fiber laser has a structure in which an inductive Raman scattering in an optical fiber (hereinafter referred to as " RAMAN fiber ") connected to the rear end of a fiber laser, And the resulting stokes light is used as output light. In any case, the output light is guided to the vicinity of the object to be processed by the delivery fiber (optical fiber for guiding the output light) and irradiated to the object to be processed through the head connected to the tip of the delivery fiber, do.
그런데, 가공용 파이버 레이저에서는, 피드백 제어나 이상(異常) 검지 등을 행하기 위해, 출력광의 파워를 모니터할 필요가 있다. 출력광의 파워를 모니터하는 방법으로서, 예를 들면 이하의 방법을 들 수 있다.However, in the processing-use fiber laser, it is necessary to monitor the power of the output light in order to perform feedback control, abnormality detection, and the like. As a method of monitoring the power of the output light, for example, the following method can be mentioned.
(1) 딜리버리 파이버에 입사한 출력광을 딜리버리 파이버의 입사단(入射端) 부근에 삽입된 커플러에 의해 조사용과 모니터용으로 분기시키고, 모니터용 출력광을 광검출기에 의해 검출한다.(1) The output light incident on the delivery fiber is branched for irradiation and monitoring by a coupler inserted near the incident end of the delivery fiber, and the output light for monitoring is detected by the photodetector.
(2) 딜리버리 파이버에 입사한 출력광의 일부를 딜리버리 파이버의 입사단 부근에 형성된 굴곡부 또는 융착점으로부터 누출시키고, 누출된 출력광을 광검출기에 의해 검출한다.(2) A part of the output light incident on the delivery fiber is leaked from a bent portion or a fusion point formed near the incident end of the delivery fiber, and the leaked output light is detected by the photodetector.
(3) 딜리버리 파이버로부터 출사(出射)된 출력광을 딜리버리 파이버의 출사 단면(端面)에 대향하는 미러에 의해 조사용과 모니터용으로 분기시키고, 모니터용 출력광을 광검출기에 의해 검출한다.(3) The output light emitted from the delivery fiber is branched by the mirror facing the outgoing end face of the delivery fiber for irradiation and monitoring, and the output light for monitoring is detected by the photodetector.
상기 (1)의 방법에는, 이하의 문제가 있다. 즉, (1)의 방법에 의해 얻은 검출값에는, 딜리버리 파이버(특히 커플러로부터 앞 부분) 및 헤드부에서의 경로 손실이 반영되지 않는다. 이 때문에, (1)의 방법에 의해 얻은 검출값에 기초하여 산출되는 모니터값(출력광의 파워를 표시함)에는, 경로 손실에 따른 오차가 포함된다. 따라서, (1)의 방법에서는, 정밀도가 양호한 모니터값을 얻는 것이 곤란하다.The method (1) has the following problems. That is, the detection value obtained by the method (1) does not reflect the path loss in the delivery fiber (especially the front part from the coupler) and the head part. Therefore, the monitor value (indicating the power of the output light) calculated based on the detection value obtained by the method (1) includes the error due to the path loss. Therefore, in the method (1), it is difficult to obtain a monitor value with good precision.
상기 (2)의 방법에는, 이하의 문제가 있다. 즉, (2)의 방법에 의해 얻은 검출값에는 (1)의 방법에 의해 얻은 검출값과 마찬가지로, 딜리버리 파이버(특히 굴곡부 또는 융착점으로부터 앞 부분) 및 헤드부에서 생긴 경로 손실이 반영되지 않는다. 또한, (2)의 방법에서는, 딜리버리 파이버의 굴곡점 또는 융착점에 있어서의 출력광의 누출율을 규정값으로 유지하는 것이 어렵다. 이 때문에, (2)의 방법에 의해 얻은 검출값에 기초하여 산출되는 모니터값에는, 경로 손실에 따른 오차에 더하여, 누출율의 규정값으로부터의 차이에 따른 오차가 포함된다. 따라서, (2)의 방법에서는, 정밀도가 양호한 모니터값을 얻는 것이 더 곤란하다.The method (2) has the following problems. That is, the detection value obtained by the method (2) does not reflect the path loss caused by the delivery fiber (particularly the front portion from the bent portion or the fusing point) and the head portion, similarly to the detection value obtained by the method (1). Further, in the method (2), it is difficult to maintain the leak rate of the output light at the inflection point or fusion point of the delivery fiber at a specified value. Therefore, the monitor value calculated on the basis of the detection value obtained by the method (2) includes the error due to the difference from the specified value of the leak rate in addition to the error due to the path loss. Therefore, in the method (2), it is more difficult to obtain a monitor value with good precision.
이에 대하여, 상기 (3)의 방법에서는, 경로 손실에 따른 오차를 포함하지 않는 모니터값을 얻을 수 있다. 그러나, (3)의 방법에서는, 광검출기 등을 헤드부에 내장할 필요가 있으므로, 헤드부의 구조가 복잡화되거나, 헤드부의 사이즈가 대형화되거나 한다는 문제를 발생시킨다.On the other hand, in the method (3), a monitor value that does not include the error due to the path loss can be obtained. However, in the method (3), since a photodetector or the like must be incorporated in the head portion, the structure of the head portion is complicated or the size of the head portion is increased.
이와 같은 문제의 해결에 도움이 될 가능성이 있는 기술로서는, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기를 들 수 있다. 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기에서는, (3)의 방법에 의해 출력광의 파워를 모니터하고 있다. 다만, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기에서는, 헤드부 내에서 분기된 모니터용 출력광을 모니터 파이버(모니터용 출력광을 도광하기 위한 광파이버)를 통하여 모니터 장치로 유도하고, 모니터 장치에 내장된 광검출기에 의해 검출하는 구성이 채용되어 있다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기에서는, 모니터용 출력광을 검출하기 위한 광검출기 등을, 헤드부에 내장할 필요가 없다.A laser processing machine described in
그러나, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기에 있어서는, 헤드부 내에서 출력광을 분기하기 위한 미러로서, 출력광에 대한 반사율이 출력광에 대한 투과율보다 높은 미러를 사용하고 있다. 즉, 상기 미러에서 반사된 파워가 큰 반사광을 가공 대상물에 조사하고, 또한 상기 미러를 투과한 파워가 작은 투과광을 모니터 파이버로 유도하는 구성이 채용되어 있다.However, in the laser processing machine disclosed in
이 때문에, 상기 미러의 장착 각에 오차가 있으면, 가공 대상물에 조사되어야할 파워가 큰 출력광이 예기하지 않는 방향으로 전파되고, 그 일부가 헤드부 내에서 난반사되는 경우가 있다. 그렇게 하면, 가공 대상물에 조사되는 출력광의 파워가 저하되고, 또한 난반사된 출력광의 일부가 모니터 파이버에 입사되고, 광검출기에 의해 검출되는 출력광의 파워가 상승한다. 따라서, 검출값에 기초하여 산출되는 모니터값에는, 가공 대상물에 조사되는 출력광 파워의 난반사에 의한 저하분에 상당하는 오차와, 광검출기에 의해 검출되는 출력광 파워의 난반사에 의한 상승분에 상당하는 오차가 포함된다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기에 있어서는, 정밀도가 양호한 모니터값을 얻을 수 없었다.Therefore, if there is an error in the mounting angle of the mirror, there is a case where the output light having a large power to be irradiated to the object to be processed propagates in an unexpected direction, and a part of the output light is irregularly reflected in the head part. As a result, the power of the output light to be irradiated on the object to be processed is lowered, and a part of the output light that is irregularly reflected is also incident on the monitor fiber, and the power of the output light detected by the light detector increases. Therefore, the monitor value calculated on the basis of the detection value includes an error corresponding to a reduction caused by the irregular reflection of the output light power irradiated to the object and an increase due to diffuse reflection of the output light power detected by the light detector Error. For this reason, in the laser processing machine described in
본 발명은, 상기의 문제에 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은, 종래보다도 정밀도가 양호한 모니터값을 얻는 것이 가능한 파이버 레이저를 실현하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a fiber laser capable of obtaining a monitor value with higher precision than the conventional one.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 파이버 레이저는, 딜리버리 파이버와, 상기 딜리버리 파이버의 한쪽 단면으로부터 출력되는 출력광의 광로 상에, 반사면이 상기 광로와 직교하지 않도록 배치된 미러로서, 상기 출력광에 대한 투과율이 상기 출력광에 대한 반사율보다 큰 미러와, 한쪽 단면이 상기 미러에서 반사된 상기 출력광의 광로 상에 배치된 모니터 파이버와, 상기 모니터 파이버의 다른 쪽 단면으로부터 출력되는 상기 출력광의 광로 상에 배치된 출력광 검출기를 포함하고 있다.In order to achieve the above object, a fiber laser according to the present invention is a mirror in which a reflection surface is arranged so that a reflection surface is not orthogonal to the optical path, on an optical path of output light output from one end surface of the delivery fiber, A monitor fiber having a mirror whose transmittance to output light is larger than that of the output light and whose one end face is disposed on the optical path of the output light reflected by the mirror; And an output photodetector disposed on the optical path.
본 발명에 의하면, 파이버 레이저에 있어서, 종래보다도 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다.According to the present invention, in a fiber laser, a monitor value higher in precision than the conventional one can be obtained.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 파이버 레이저의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2의 (a)는, 도 1의 파이버 레이저가 포함하는 헤드부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2의 (b)는, 그 제1 변형예를 나타낸 블록도이며, 도 2의 (c)는, 그 제2 변형예를 나타낸 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 파이버 레이저의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 제3 실시형태에 관한 파이버 레이저의 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a fiber laser according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 (a) is a block diagram showing the structure of a head part included in the fiber laser of Fig. 1, Fig. 2 (b) is a block diagram showing the first modification, Is a block diagram showing the second modification example.
3 is a block diagram showing a configuration of a fiber laser according to a second embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a configuration of a fiber laser according to a third embodiment of the present invention.
<실시형태 1>≪
[파이버 레이저의 구성][Configuration of fiber laser]
본 발명의 제1 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)의 구성에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은, 파이버 레이저(1)의 구성을 나타낸 블록도이다.The configuration of the
파이버 레이저(1)는 레이저광을 출력광으로 하는 파이버 레이저이고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본체부(B), 헤드부(H) 및 케이블(C)에 의해 구성되어 있다.The
본체부(B)에는, 복수의 레이저 다이오드(LD1~LDm), 펌프 컴바이너(PC), 제1 파이버 브래그 격자(FBG1), 증폭 파이버(AF), 제2 파이버 브래그 격자(FBG2) 및 딜리버리 파이버(DF)의 입사단(입사 단면을 포함하는 구간)이 수납되어 있다. 그리고, 도 1에는, m=6인 경우의 구성을 예시하고 있지만, 레이저 다이오드(LD1~LDm)의 개수 m은 임의다.The main body B is provided with a plurality of laser diodes LD1 to LDm, a pump combiner PC, a first fiber Bragg grating FBG1, an amplification fiber AF, a second fiber Bragg grating FBG2, And the incidence end (section including the incidence end face) of the fiber DF is accommodated. 1 shows the configuration in the case of m = 6, the number m of the laser diodes LD1 to LDm is arbitrary.
각각의 레이저 다이오드(LDj)는, 펌프광을 생성하기 위한 구성이다(j=1, 2, 3, m). 각각의 레이저 다이오드(LDj)에서 생성된 펌프광은, 펌프 컴바이너(PC)에 입력된다.Each laser diode LDj is a configuration for generating a pump light (j = 1, 2, 3, m). The pump light generated by each laser diode (LDj) is input to the pump combiner (PC).
펌프 컴바이너(PC)는, 레이저 다이오드(LD1~LDm)의 각각에서 생성된 펌프광을 합파(合波)함으로써, 합성 펌프광을 얻기 위한 구성이다. 펌프 컴바이너(PC)에서 얻어진 합성 펌프광은, 제1 파이버 브래그 격자(FBG1)를 통하여 증폭 파이버(AF)에 입력된다.The pump combiner (PC) is a structure for obtaining a synthetic pump light by multiplexing the pump light generated in each of the laser diodes LD1 to LDm. The synthetic pump light obtained from the pump combiner (PC) is input to the amplification fiber (AF) through the first fiber Bragg grating FBG1.
증폭 파이버(AF)는 펌프 컴바이너(PC)에서 얻어진 합성 펌프광을 레이저광으로 변환하기 위한 구성이다. 본 실시형태에 있어서는, 증폭 파이버(AF)로서, 코어에 Yb 등의 희토류 원소가 첨가된 더블 클래드 파이버(Double Clad Fiber)를 이용하고 있다. 펌프 컴바이너(PC)에서 얻어진 합성 펌프광은, 상기 희토류 원소를 반전 분포 상태로 유지하기 위해 이용된다.The amplification fiber (AF) is a configuration for converting the synthetic pump light obtained from the pump combiner (PC) into laser light. In the present embodiment, as the amplification fiber (AF), a double clad fiber to which a rare earth element such as Yb is added to the core is used. The synthetic pump light obtained from a pump combiner (PC) is used to keep the rare earth element in an inverted distribution state.
증폭 파이버(AF)의 입력단에는, 특정한 파장 λ에 있어서 미러로서 기능하는 제1 파이버 브래그 격자(FBG1)가 접속되어 있다. 증폭 파이버(AF)의 출력단에는 상기 특정한 파장 λ에 있어서 하프 미러로서 기능하는 제2 파이버 브래그 격자(FBG2)가 접속되어 있다. 즉, 증폭 파이버(AF)는, 제1 파이버 브래그 격자(FBG1) 및 제2 파이버 브래그 격자(FBG2)와 함께 공진기를 구성하고 있다. 증폭 파이버(AF)의 코어에 있어서는, 반전 분포 상태로 유지된 희토류 원소가 유도 방출을 반복하는 것에 의해, 상기 특정한 파장 λ의 레이저광이 재귀적으로 증폭된다. 증폭 파이버(AF)에서 재귀적으로 증폭된 레이저광 중, 제2 파이버 브래그 격자(FBG2)를 투과한 레이저광은, 딜리버리 파이버(DF)에 입력된다.A first fiber Bragg grating FBG1 functioning as a mirror at a specific wavelength? Is connected to the input end of the amplification fiber AF. A second fiber Bragg grating FBG2 functioning as a half mirror at the specific wavelength? Is connected to the output end of the amplification fiber AF. That is, the amplification fiber AF constitutes a resonator together with the first fiber Bragg grating FBG1 and the second fiber Bragg grating FBG2. In the core of the amplifying fiber (AF), the rare earth element held in the inverted distribution state repeats the induced emission, whereby the laser light of the specific wavelength? Is recursively amplified. Of the laser light which is recursively amplified in the amplification fiber AF, the laser light having passed through the second fiber Bragg grating FBG2 is input to the delivery fiber DF.
헤드부(H)에는, 딜리버리 파이버(DF)의 출사단(출사 단면을 포함하는 구간), 제1 파이버 커플링부(FC1), 미러(M), 제2 파이버 커플링부(FC2) 및 모니터 파이버(MF)의 입사단(입사 단면을 포함하는 구간)이 수납되어 있다.The head portion H is provided with an output end (a section including the exit end face) of the delivery fiber DF, a first fiber coupling portion FC1, a mirror M, a second fiber coupling portion FC2, (Section including the incidence cross-section) of the optical fibers MF.
제1 파이버 커플링부(FC1)는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광이 미러(M)에 입사하도록, 딜리버리 파이버(DF)의 출사단에 있어서의 광축 위치 및 광축 방향을 고정하기 위한 구성이다. 본 실시형태에 있어서는, 제1 파이버 커플링부(FC1)로서 파이버 포지셔너(positioner)를 이용하고 있다. 그리고, 제1 파이버 커플링부(FC1)는, 딜리버리 파이버(DF)의 출사단에 있어서의 광축 위치 및 광축 방향을 고정하기 위한 기구(機構) 외에, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 콜리메이트하는 렌즈 등의 광학 소자를 구비하고 있어도 된다. 또한, 파이버 포지셔너를 이용하여 딜리버리 파이버(DF)를 고정하는 대신, 헤드부(H)의 하우징을 관통하는 유리 페룰에 딜리버리 파이버(DF)를 통과시킨 후에, 그 유리 페룰에 딜리버리 파이버(DF)를 접착하는 구성이나, 헤드부(H)의 하우징을 관통하는 금속 코트 페룰에 딜리버리 파이버를 통과시킨 후에, 그 금속 코트 페룰에 딜리버리 파이버(DF)를 YAG 용접하는 구성 등을 채용해도 된다.The first fiber coupling portion FC1 is configured to fix the position of the optical axis and the optical axis direction at the emitting end of the delivery fiber DF so that the laser light output from the delivery fiber DF enters the mirror M to be. In the present embodiment, a fiber positioner is used as the first fiber coupling portion FC1. The first fiber coupling portion FC1 is provided with a mechanism for fixing the position of the optical axis and the optical axis direction at the emission end of the delivery fiber DF and the laser beam output from the delivery fiber DF, An optical element such as a lens for mating may be provided. Instead of fixing the delivery fiber DF using the fiber positioner, the delivery fiber DF may be passed through the glass ferrule passing through the housing of the head portion H and then the delivery fiber DF may be attached to the glass ferrule A structure in which a delivery fiber is passed through a metal coat ferrule passing through a housing of the head portion H and then YAG-welding the delivery fiber DF to the metal coat ferrule may be adopted.
미러(M)는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 구성이다. 미러(M)는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 레이저광의 광로 상에, 그 반사면이 상기 레이저광의 광로와 직교하지 않도록 배치되어 있다. 미러(M)에 있어서, 출력광인 레이저광에 대한 투과율은, 상기 레이저광에 대한 반사율보다 높게 설정되어 있다. 이 때문에, 미러(M)를 투과한 조사용 레이저광의 파워는, 미러(M)에서 반사된 모니터용 레이저광 파워보다 커진다.The mirror M is a structure for branching the laser light output from the delivery fiber DF for irradiation and monitoring. The mirror M is arranged on the optical path of the laser light output from the delivery fiber DF such that the reflection surface thereof is not orthogonal to the optical path of the laser light. In the mirror M, the transmittance to the laser light as the output light is set to be higher than the reflectance to the laser light. Therefore, the power of the used laser beam transmitted through the mirror M is larger than the power of the monitor laser light reflected by the mirror M.
제2 파이버 커플링부(FC2)는, 미러(M)에서 반사된 모니터용 레이저광이 모니터 파이버(MF)에 입사하도록, 모니터 파이버(MF)의 입사단에 있어서의 광축 위치 및 광축 방향을 고정하기 위한 구성이다. 본 실시형태에 있어서는, 제2 파이버 커플링부(FC2)로서 파이버 포지셔너를 이용하고 있다. 그리고, 제2 파이버 커플링부(FC2)는, 모니터 파이버(MF)의 입사단에 있어서의 광축 위치 및 광축 방향을 고정하기 위한 기구 외에, 미러(M)에서 반사된 모니터용 레이저광을 집광하는 렌즈 등의 광학 소자를 구비하고 있어도 된다. 또한, 파이버 포지셔너를 이용하여 모니터 파이버(MF)를 고정하는 대신, 헤드부(H)의 하우징을 관통하는 유리 페룰에 모니터 파이버(MF)를 통과시킨 후에, 그 유리 페룰에 모니터 파이버(MF)를 접착하는 구성이나, 헤드부(H)의 하우징을 관통하는 금속 코트 페룰에 모니터 파이버(MF)를 통과시킨 후에, 그 금속 코트 페룰에 모니터 파이버(MF)를 YAG 용접하는 구성 등을 채용해도 된다.The second fiber coupling portion FC2 fixes the optical axis position and the optical axis direction at the incident end of the monitor fiber MF so that the monitor laser beam reflected by the mirror M enters the monitor fiber MF . In the present embodiment, a fiber positioner is used as the second fiber coupling portion FC2. The second fiber coupling portion FC2 includes a mechanism for fixing the optical axis position and the optical axis direction at the incident end of the monitor fiber MF as well as a mechanism for condensing the monitor laser light reflected by the mirror M Or the like may be provided. Instead of fixing the monitor fiber MF by using the fiber positioner, the monitor fiber MF is passed through the glass ferrule passing through the housing of the head portion H, and the monitor fiber MF is attached to the glass ferrule A configuration in which the monitor fiber MF is passed through a metal coat ferrule passing through the housing of the head portion H and then YAG welding the monitor fiber MF to the metal coat ferrule may be adopted.
케이블(C)은 딜리버리 파이버(DF), 모니터 파이버(MF) 및 이들을 묶기 위한 피복 재료(예를 들면, SUS관)에 의해 구성되어 있고, 일단(一端)이 본체부(B)에 접속되고 타단(他端)이 헤드부(H)에 접속되어 있다. 딜리버리 파이버(DF)는, 본체부(B)에서 생성된 레이저광을 헤드부(H)에 유도하기 위한 광파이버이고, 그 입력단 및 출력단은 각각 본체부(B) 및 헤드부(H)에 넣어져 있다. 모니터 파이버(MF)는 헤드부(H)에 있어서 분기된 모니터용 레이저광을 본체부(B)로 유도하기 위한 광파이버이고, 그 입력단 및 출력단은 각각 헤드부(H) 및 본체부(B)에 넣어져 있다.The cable C is constituted by a delivery fiber DF, a monitor fiber MF and a covering material (for example, a SUS tube) for bundling them. One end of the cable C is connected to the main body B, (The other end) is connected to the head portion H. The delivery fiber DF is an optical fiber for guiding the laser light generated in the main body portion B to the head portion H and the input end and the output end of the optical fiber DF are respectively inserted into the main portion B and the head portion H have. The monitor fiber MF is an optical fiber for guiding the monitor laser light branched in the head portion H to the main body portion B and has an input end and an output end respectively connected to the head portion H and the main body portion B Have been put.
본체부(B)에는 모니터 파이버(MF)의 출사단(출사 단면을 포함하는 구간), 광검출기(출력광 검출기)(PD) 및 제어부(CU)가 더 수납되어 있다. 헤드부(H)에서 분기되고, 모니터 파이버(MF)에 의해 헤드부(H)로부터 본체부(B)로 유도된 모니터용 레이저광은, 상기 광검출기(PD)에 입력된다. 광검출기(PD)는 모니터용 레이저광을, 그 파워를 표시하는 전기 신호로 변환하기 위한 구성이다. 광검출기(PD)에서 얻어진 전기 신호는 제어부(CU)에 입력된다. 제어부(CU)는 광검출기(PD)에서 얻어진 전기 신호에 기초하여, 조사용 레이저광의 파워를 표시하는 모니터값을 산출하고, 또한 산출한 모니터값에 기초하여 피드백 제어나 이상 검지 등을 행한다.The main body B further houses therein an output end (section including the output end face) of the monitor fiber MF, a photodetector (output photodetector) PD, and a control unit CU. The monitor laser light that is branched from the head portion H and led from the head portion H to the main body portion B by the monitor fiber MF is input to the photodetector PD. The photodetector PD is a structure for converting the monitor laser light into an electric signal representing the power. The electric signal obtained from the photodetector PD is input to the control unit CU. The control unit CU calculates a monitor value indicative of the power of the used laser light based on the electric signal obtained from the photodetector PD and performs feedback control or abnormal detection on the basis of the calculated monitor value.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)에 있어서는, 출력광인 레이저광에 관하여, 미러(M)를 투과한 파워가 큰 레이저광을 조사용으로 하고, 미러(M)에서 반사된 파워가 작은 레이저광을 모니터용으로 하는 구성이 채용되어 있다. 이 때문에, 미러(M)의 장착 각에 차이가 있어도, 파워가 큰 조사용 레이저광이 헤드부(H) 내에서 난반사되는 상황이나, 헤드부(H) 내에서 난반사된 레이저광이 광검출기(PD)에 입사되는 상황이 생기기 어려워진다. 따라서, 광검출기(PD)에서 얻어진 전기 신호에 기초하여 산출된 모니터값에 포함될 수 있는, 가공 대상물에 조사되는 출력광 파워의 난반사에 의한 저하분에 상당하는 오차, 및 광검출기(PD)에 의해 검출되는 출력광 파워의 난반사에 의한 상승분에 상당하는 오차를 작게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)에 의하면, 가공 대상물에 조사되는 레이저광의 파워를 표시하는 모니터값으로서, 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다.As described above, in the
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 광검출기(PD)를 본체부(B) 내에 배치하는 구성을 채용하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 광검출기(PD)를 본체부(B) 밖에 배치하는 구성을 채용해도 된다.In the present embodiment, a configuration is adopted in which the photodetector PD is disposed in the main body portion B, but the present invention is not limited to this. That is, a configuration in which the photodetector PD is disposed outside the main body B may be employed.
[헤드부의 변형예][Modified example of head part]
파이버 레이저(1)가 포함하는 헤드부(H)의 변형예에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 있어서, 도 2의 (a)는, 파이버 레이저(1)가 포함하는 헤드부(H)의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)는, 그 변형예를 나타낸 블록도이다.A modified example of the head portion H included in the
본 실시형태에 있어서는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계를, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 반사면이 딜리버리 파이버(DF)의 출사 단면 및 모니터 파이버(MF)의 입사 단면의 양쪽에 대향하는 단일의 미러(M)에 의해 구성하고 있다. 그러나, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계 구성은, 이것에 한정되지 않는다.In the present embodiment, the optical system for branching the laser light output from the delivery fiber DF for irradiation and monitoring is formed in such a manner that the reflecting surface is formed in the outgoing cross section of the delivery fiber DF And a single mirror M opposing both sides of the incidence end face of the monitor fiber MF. However, the optical system configuration for branching the laser light output from the delivery fiber DF for irradiation and monitoring is not limited to this.
예를 들면, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계를, 다음과 같이 구성할 수 있다. 즉, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반사면이 딜리버리 파이버(DF)의 출사 단면에 대향하는 제1 미러(M1)와, 반사면이 제1 미러(M1)의 반사면에 대향하는 제2 미러(M2)에 의해 구성할 수 있다. 도 2의 (b)에 나타낸 예에 입각하여 구체적으로 설명하면, 제1 미러(M1)는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광의 광로 상에, 그 반사면과 상기 레이저광의 광로가 이루는 각이 45°로 되도록 배치되어 있고, 도시한 좌표계에 있어서, 상기 레이저광의 진행 방향이 x축 플러스 방향으로부터 y축 마이너스 방향으로 변환된다. 제2 미러(M2)는, 제1 미러(M1)에서 반사된 레이저광의 광로 상에, 그 반사면과 상기 레이저광의 광로가 이루는 각이 45°로 되도록 배치되어 있고, 도시한 좌표계에 있어서, 상기 레이저광의 진행 방향이 y축 마이너스 방향으로부터 x축 마이너스 방향으로 변환된다. 딜리버리 파이버(DF) 및 모니터 파이버(MF)는, 도시한 좌표계에 있어서, 각각 출사 단면 및 입사 단면이 x축 플러스 방향을 향하도록, 파이버 커플링부(FC1) 및 파이버 커플링부(FC2)에 의해 고정되어 있다. 즉, 딜리버리 파이버(DF)의 출사단과 모니터 파이버(MF)의 입사단은, 서로 평행하게 배치된다.For example, an optical system for branching the laser light output from the delivery fiber DF for irradiation and monitoring can be configured as follows. That is, as shown in FIG. 2 (b), the first mirror M1 having the reflecting surface opposite to the emitting end face of the delivery fiber DF and the second mirror M1 having the reflecting surface facing the reflecting surface of the first mirror M1 And the second mirror M2. 2 (b), the first mirror M1 is arranged on the optical path of the laser light output from the delivery fiber DF, and the angle formed by the reflection surface and the optical path of the laser light And the traveling direction of the laser beam is changed from the x-axis plus direction to the y-axis minus direction in the illustrated coordinate system. The second mirror M2 is arranged on the optical path of the laser light reflected by the first mirror M1 so that the angle formed by the reflecting surface and the optical path of the laser light is 45 占 In the illustrated coordinate system, The traveling direction of the laser beam is changed from the minus direction of the y-axis to the minus direction of the x-axis. The delivery fiber DF and the monitor fiber MF are fixed by the fiber coupling portion FC1 and the fiber coupling portion FC2 so that the outgoing cross-section and the incident cross- . That is, the incident end of the delivery fiber of the delivery fiber DF and the incident end of the monitor fiber MF are arranged in parallel with each other.
딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계로서, 도 2의 (a)에 나타내는 구성을 채용한 경우, 상기 광학계를 단일의 미러(M)에 의해 구성할 수 있으므로, 헤드부(H)를 간단하고 또한 저가로 제조할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력된 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계로서, 도 2의 (b)에 나타내는 구성을 채용한 경우, 딜리버리 파이버(DF)의 출사단과 모니터 파이버(MF)의 입사단이 서로 평행하게 배치되어 있으므로, 헤드부(H)를 소형으로 실현할 수 있다는 장점이 있다. 그리고, 미러(M2)에서 반사된 레이저광의 광로에 하나 또는 복수의 미러를 더 설치하고, 이들 미러에 의해 레이저광을 모니터 파이버(MF)의 입사단까지 유도해도 된다.When the configuration shown in FIG. 2A is adopted as an optical system for branching the laser light output from the delivery fiber DF for irradiation and monitoring, the optical system can be configured by a single mirror M Therefore, there is an advantage that the head portion H can be manufactured simply and inexpensively. 2 (b) is employed as an optical system for branching the laser light output from the delivery fiber DF for irradiation and monitoring, Are disposed in parallel with each other, there is an advantage that the head portion H can be small-sized. One or more mirrors may be further provided in the optical path of the laser light reflected by the mirror M2, and the laser light may be led to the incident end of the monitor fiber MF by these mirrors.
또한, 가공 대상물에서 반사되어, 헤드부(H)의 외부로부터 헤드부(H)의 내부에 재입사한 귀환광의 파워를 모니터할 필요가 있는 경우에는, 도 2의 (c)에 나타내는 구성을 채용해도 된다. 도 2의 (c)에 나타내는 구성은, 도 2의 (a)에 나타내는 구성에, (1) 헤드부(H)의 외부로부터 헤드부(H)의 내부에 재입사한 후, 미러(M)에서 반사된 귀환광을 헤드부(H)로부터 본체부(B)로 유도하기 위한 귀환광 모니터 파이버(MF2)와, (2) 미러(M)에서 반사된 귀환광이 귀환광 모니터 파이버(MF2)에 입사하도록, 귀환광 모니터 파이버(MF2)의 입사단에 있어서의 광축 위치 및 광축 방향을 고정하기 위한 파이버 커플링부(FC3)를 추가한 것이다. 귀환광 모니터 파이버(MF2)에 의해 헤드부(H)로부터 본체부(B)에 유도된 귀환광은, 예를 들면 본체부(B)에 내장된 귀환광 검출기(도 1에서 도시하지 않음)에 의해 전기 신호로 변환된다. 도 2의 (c)에 나타내는 구성을 채용한 경우, 출력광의 파워를 모니터하는 기능에 더하여, 귀환광의 파워를 모니터하는 기능을 파이버 레이저(1)에 갖게 할 수 있다.When it is necessary to monitor the power of feedback light reflected from the object to be processed into the inside of the head portion H from the outside of the head portion H, the configuration shown in Fig. 2C is employed You can. The structure shown in FIG. 2C is similar to the structure shown in FIG. 2A except that (1) the mirror M is reentered from the outside of the head portion H into the inside of the head portion H, A return light monitor fiber MF2 for guiding the return light reflected from the mirror H to the main body portion B from the head portion H and (2) a return light reflected from the mirror M to the return light monitor fiber MF2. A fiber coupling portion FC3 for fixing the position of the optical axis and the optical axis direction at the incident end of the feedback optical fiber MF2 is added. The return light guided from the head portion H to the main body portion B by the return light monitor fiber MF2 is incident on the return light detector (not shown in Fig. 1) incorporated in the main portion B, And is converted into an electric signal. When the configuration shown in FIG. 2 (c) is adopted, in addition to the function of monitoring the power of the output light, the
그리고, 미러(M)에서 반사된 귀환광을, 헤드부(H)에 내장된 귀환광 검출기에 의해 전기 신호로 변환시키고, 얻어진 전기 신호를, 메탈 케이블을 이용하여 헤드부(H)로부터 본체부(B)로 유도하는 구성을 채용해도 된다. 이와 같은 구성을 채용한 경우라도, 귀환광의 파워를 모니터하는 기능을 파이버 레이저(1)에 갖게 할 수 있다.The return light reflected by the mirror M is converted into an electrical signal by a return light detector incorporated in the head portion H and the obtained electrical signal is transmitted from the head portion H to the main body portion (B) may be employed. Even in the case of adopting such a configuration, the
그리고, 여기서는, 전술한 제1 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)가 포함하는 헤드부(H)의 변형예에 대해서는 설명하였으나, 이들 변형예는, 후술하는 제2 실시형태에 관한 파이버 레이저(2)가 포함하는 헤드부(H)에도 적용할 수 있고, 후술하는 제3 실시형태에 관한 파이버 레이저(3)가 포함하는 헤드부(H)에도 적용할 수 있다.Although the modified example of the head portion H included in the
<실시형태 2>≪
본 발명의 제2 실시형태에 관한 파이버 레이저(2)의 구성에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은, 파이버 레이저(2)의 구성을 나타낸 블록도이다.The configuration of the
파이버 레이저(2)는, 스토크스광을 출력광으로 하는 파이버 레이저이고, 도 1에 나타내는 파이버 레이저(1)의 제2 파이버 브래그 격자(FBG2)와 딜리버리 파이버(DF) 사이에, 라만 파이버(RF)를 삽입한 것이다.The
라만 파이버(RF)는, 증폭 파이버(AF)에서 재귀적으로 증폭된 레이저광[유도 라만 산란의 피(被)산란광]을, 유도 라만 산란에 의해 스토크스광(유도 라만 산란의 산란광)으로 변환시키기 위한 광파이버다. 산란광인 스토크스광의 파장은, 피산란광인 레이저광의 파장보다 길기 때문에, 라만 파이버(RF)는 파장 변환 소자[라만 시프터(RAMAN shifter)]로서 기능한다. 라만 파이버(RF)로부터는, 출력광인 스토크스광(도 3에서 검은 삼각형으로 도시)과 함께, 불필요한 광인 잔류 레이저광(도 3에서 흰 삼각형으로 도시)이 출력된다.The Raman fiber RF converts the laser light (the scattered light of the induced Raman scattering), which is recursively amplified in the amplification fiber AF, into the Stokes light (the scattered light of the induced Raman scattering) by the induced Raman scattering Optical fiber. Since the wavelength of the Stokes light that is the scattered light is longer than the wavelength of the laser light which is the scattered light, the Raman fiber (RF) functions as the wavelength converting element (RAMAN shifter). The residual laser light (shown by white triangles in Fig. 3), which is unwanted light, is output from the Raman fiber (RF) together with the Stokes pulse (shown by black triangles in Fig.
본 실시형태에 있어서도, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광 및 잔류 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 구성으로서, 미러(M)를 이용하고 있다. 미러(M)는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광 및 잔류 레이저광의 광로 상에, 그 반사면이 상기 스토크스광 및 상기 잔류 레이저광의 광로와 직교하지 않도록 배치되어 있다.Also in this embodiment, the mirror M is used as a configuration for branching the stokes pulses outputted from the delivery fiber DF and the residual laser light for irradiation and monitoring. The mirror M is disposed on the optical path of the Stokes pulse and the residual laser beam output from the delivery fiber DF such that the reflection surface thereof is not orthogonal to the optical path of the Stokes pulse and the residual laser beam.
미러(M)에 있어서, 출력광인 스토크스광에 대한 투과율은, 상기 스토크스광에 대한 반사율보다 높게 설정되어 있다. 이 때문에, 미러(M)를 투과한 조사용 스토크스광의 파워는, 미러(M)에서 반사된 모니터용 스토크스광의 파워보다 커진다. 예를 들면, 미러(M)를 출력광인 스토크스광의 대략 전체를 투과하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 조사용 스토크스광의 파워는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광의 파워와 대략 동일하게 되고, 모니터용 스토크스광의 파워는, 대략 제로로 된다.In the mirror (M), the transmittance to the Stokes light, which is the output light, is set to be higher than the reflectance to the Stokes light. Therefore, the power of the coarse Stokes beam transmitted through the mirror M becomes larger than the power of the Stokes beam for monitor reflected by the mirror M. [ For example, the mirror M can be configured to transmit substantially all of the Stokes light, which is output light. In this case, the power of the stored stokes light becomes substantially equal to the power of the Stokes beam output from the delivery fiber DF, and the power of the Stokes beam for monitoring becomes approximately zero.
한편, 미러(M)에 있어서, 불필요한 광인 잔류 레이저광에 대한 반사율은, 상기 잔류 레이저광에 대한 투과율보다 높게 설정되어 있다. 이 때문에, 미러(M)에서 반사된 모니터용 잔류 레이저광의 파워는, 미러(M)를 투과한 조사용 잔류 레이저광의 파워보다 커진다. 예를 들면, 미러(M)를 불필요한 광인 레이저광의 대략 전체를 반사하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 모니터용 잔류 레이저광의 파워는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 잔류 레이저광의 파워와 대략 동일하게 되고, 조사용 잔류 레이저광의 파워는, 대략 제로로 된다.On the other hand, in the mirror M, the reflectance for the residual laser light, which is unnecessary light, is set to be higher than the transmittance for the residual laser light. Therefore, the power of the monitoring residual laser light reflected by the mirror M becomes larger than the power of the used residual laser light transmitted through the mirror M. [ For example, the mirror M can be configured to reflect substantially all of the laser light, which is unnecessary light. In this case, the power of the monitoring residual laser light becomes substantially equal to the power of the residual laser light output from the delivery fiber DF, and the power of the used residual laser light becomes approximately zero.
광검출기(PD)에는 모니터용 잔류 레이저광, 또는 모니터용 잔류 레이저광과 모니터용 스토크스광이 일정한 비율로 혼합된 혼합광이 입력된다. 광검출기(PD)는 모니터용 잔류 레이저광, 또는 모니터용 잔류 레이저광과 모니터용 스토크스광이 일정한 비율로 혼합된 혼합광을, 그 파워를 표시하는 전기 신호로 변환시킨다. 모니터용 잔류 레이저광의 파워와 조사용 스토크스광의 파워 사이에는 소여(所與)의 상관이 있다. 마찬가지로, 모니터용 잔류 레이저광과 모니터용 스토크스광이 일정한 비율로 혼합된 혼합광의 파워와 조사용 스토크스광의 파워 사이에도 소여의 상관이 있다. 따라서, 본체부(B)에 내장된 제어부(CU)는, 광검출기(PD)에서 얻어진 전기 신호의 값으로부터, 가공 대상물에 조사되는 스토크스광의 파워를 산출할 수 있다.Mixed light in which the monitor residual laser light or the monitor residual laser light and the monitor stokes light are mixed at a predetermined ratio is input to the photodetector PD. The photodetector PD converts the residual laser light for monitoring, or the mixed light in which the monitor residual laser light and the monitor-use Stokes light are mixed at a predetermined ratio, into an electric signal representing the power. There is a correlation between the power of the residual laser light for monitoring and the power of the used stokes light. Similarly, there is a small correlation between the power of the mixed light in which the monitor residual laser light and the monitor stokes light are mixed at a constant ratio and the power of the used stokes light. Therefore, the control unit CU built in the main body B can calculate the power of the stokes light irradiated on the object to be processed from the value of the electric signal obtained from the photodetector PD.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 파이버 레이저(2)에 있어서도, 출력광인 스토크스광에 관하여, 미러(M)를 투과한 파워가 큰 스토크스광을 조사용으로 하고, 미러(M)에서 반사된 파워가 작은 스토크스광을 모니터용으로 하는 구성이 채용되고 있다. 이 때문에, 제1 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)와 마찬가지로, 가공 대상물에 조사되는 스토크스광의 파워를 표시하는 모니터값으로서, 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다.As described above, also in the
또한, 본 실시형태의 파이버 레이저(2)에 있어서는, 불필요한 광인 잔류 레이저광에 관하여, 미러(M)를 투과한 파워가 작은 잔류 레이저를 조사용으로 하고, 미러(M)에서 반사된 파워가 큰 잔류 레이저광을 모니터용으로 하는 구성이 채용되고 있다. 이 때문에, 가공 대상물에 조사되는 잔류 레이저광의 파워를 충분히 작게 하고, 또한 광검출기(PD)에 입력되는 잔류 레이저광의 파워를 충분히 크게 할 수 있다.In the
<실시형태 3>≪
본 발명의 제3 실시형태에 관한 파이버 레이저(3)의 구성에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 파이버 레이저(3)의 구성을 나타낸 블록도이다.The configuration of the
파이버 레이저(3)는 스토크스광을 출력광으로 하는 파이버 레이저이고, 제1 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)의 제2 파이버 브래그 격자(FBG2)와 딜리버리 파이버(DF) 사이에, 라만 파이버(RF)를 삽입한 것이다. 제2 실시형태에 관한 파이버 레이저(2)에 있어서는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광과 잔류 레이저광의 혼합광을 광검출기(PD)로 유도하는 구성이 채용되어 있는 것에 대하여, 본 실시형태의 파이버 레이저(3)에 있어서는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 혼합광을 파장 분파기(WDM)에서 스토크스광과 잔류 레이저광으로 분파하고, 스토크스광을 제1 광검출기(PD1)(산란광 검출기)로 유도하고, 또한 잔류 레이저광을 제2 광검출기(PD2)(피산란광 검출기)로 유도하는 구성을 채용하고 있다.The
본 실시형태에 있어서도, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광 및 잔류 레이저광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 구성으로서, 미러(M)를 이용하고 있다. 미러(M)는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광 및 잔류 레이저광의 광로 상에, 그 반사면이 상기 스토크스광 및 상기 잔류 레이저광의 광로와 직교하지 않도록 배치되어 있다.Also in this embodiment, the mirror M is used as a configuration for branching the stokes pulses outputted from the delivery fiber DF and the residual laser light for irradiation and monitoring. The mirror M is disposed on the optical path of the Stokes pulse and the residual laser beam output from the delivery fiber DF such that the reflection surface thereof is not orthogonal to the optical path of the Stokes pulse and the residual laser beam.
미러(M)에 있어서, 출력광인 스토크스광에 대한 투과율은, 상기 스토크스광에 대한 반사율보다 높게 설정되어 있다. 이 때문에, 미러(M)를 투과한 조사용 스토크스광의 파워는, 미러(M)에서 반사된 모니터용 스토크스광의 파워보다 커진다. 예를 들면, 미러(M)를 출력광인 스토크스광의 대략 전체를 투과하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 조사용 스토크스광의 파워는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 스토크스광의 파워와 대략 동일하게 되고, 모니터용 스토크스광의 파워는, 대략 제로로 된다.In the mirror (M), the transmittance to the Stokes light, which is the output light, is set to be higher than the reflectance to the Stokes light. Therefore, the power of the coarse Stokes beam transmitted through the mirror M becomes larger than the power of the Stokes beam for monitor reflected by the mirror M. [ For example, the mirror M can be configured to transmit substantially all of the Stokes light, which is output light. In this case, the power of the stored stokes light becomes substantially equal to the power of the Stokes beam output from the delivery fiber DF, and the power of the Stokes beam for monitoring becomes approximately zero.
한편, 미러(M)에 있어서, 불필요한 광인 잔류 레이저광에 대한 반사율은, 상기 잔류 레이저광에 대한 투과율보다 높게 설정되어 있다. 이 때문에, 미러(M)에서 반사된 모니터용 잔류 레이저광의 파워는, 미러(M)를 투과한 조사용 잔류 레이저광의 파워보다 커진다. 예를 들면, 미러(M)를 불필요한 광인 레이저광의 대략 전체를 반사하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 모니터용 잔류 레이저광의 파워는, 딜리버리 파이버(DF)로부터 출력되는 잔류 레이저광의 파워와 대략 동일하게 되고, 조사용 잔류 레이저광의 파워는, 대략 제로로 된다.On the other hand, in the mirror M, the reflectance for the residual laser light, which is unnecessary light, is set to be higher than the transmittance for the residual laser light. Therefore, the power of the monitoring residual laser light reflected by the mirror M becomes larger than the power of the used residual laser light transmitted through the mirror M. [ For example, the mirror M can be configured to reflect substantially all of the laser light, which is unnecessary light. In this case, the power of the monitoring residual laser light becomes substantially equal to the power of the residual laser light output from the delivery fiber DF, and the power of the used residual laser light becomes approximately zero.
제1 광검출기(PD1)에는 모니터용 스토크스광이 입력된다. 제1 광검출기(PD1)는 모니터용 스토크스광을, 그 파워를 표시하는 전기 신호로 변환시킨다. 한편, 제2 광검출기(PD2)에는 모니터용 잔류 레이저광이 입력된다. 제2 광검출기(PD2)는 모니터용 레이저광을, 그 파워를 표시하는 전기 신호로 변환시킨다. 모니터용 스토크스광의 파워와 조사용 스토크스광의 파워 사이에는 소여의 상관이 있다. 마찬가지로, 모니터용 잔류 레이저광의 파워와 조사용 잔류 레이저광의 파워 사이에도 소여의 상관이 있다. 따라서, 본체부(B)에 내장된 제어부(CU)는, 제1 광검출기(PD1) 및 제2 광검출기(PD2)에서 얻어진 전기 신호의 값으로부터, 각각 가공 대상물에 조사되는 스토크스광 및 잔류 레이저광의 파워를 개별로 산출할 수 있다.The first photodetector PD1 receives a Stokes pulse for monitoring. The first photodetector PD1 converts the Stokes pulse for monitoring into an electric signal representing its power. On the other hand, the monitor residual laser light is input to the second photodetector PD2. The second photodetector PD2 converts the monitor laser light into an electric signal representing the power thereof. There is a great deal of correlation between the power of the Stokes beam for the monitor and the power of the Stokes beam. Similarly, there is a small correlation between the power of the monitor residual laser light and the power of the used residual laser light. Therefore, the control unit CU built in the main body B calculates, from the values of the electric signals obtained by the first photodetector PD1 and the second photodetector PD2, the Stokes pulse and the residual laser beam The power of the light can be individually calculated.
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 파이버 레이저(3)에 있어서도, 출력광인 스토크스광에 관하여, 미러(M)를 투과한 파워가 큰 스토크스광을 조사용으로 하고, 미러(M)에서 반사된 파워가 작은 스토크스광을 모니터용으로 하는 구성이 채용되고 있다. 이 때문에, 제1 실시형태에 관한 파이버 레이저(1)와 마찬가지로, 가공 대상물에 조사되는 스토크스광의 파워를 표시하는 모니터값으로서, 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다.As described above, also in the
또한, 본 실시형태의 파이버 레이저(3)에 있어서는, 불필요한 광인 잔류 레이저광에 관하여, 미러(M)를 투과한 파워가 작은 잔류 레이저를 조사용으로 하고, 미러(M)에서 반사된 파워가 큰 잔류 레이저광을 모니터용으로 하는 구성이 채용되어 있다. 이 때문에, 가공 대상물에 조사되는 잔류 레이저광의 파워를 충분히 작게 하고, 또한 광검출기(PD)에 입력되는 잔류 레이저광의 파워를 충분히 크게 할 수 있다.In the
[정리][theorem]
본 발명의 일 태양(態樣)에 관한 파이버 레이저는, 딜리버리 파이버와, 상기 딜리버리 파이버의 한쪽 단면으로부터 출력되는 출력광의 광로 상에, 반사면이 상기 광로와 직교하지 않도록 배치된 미러로서, 상기 출력광에 대한 투과율이 상기 출력광에 대한 반사율보다 큰 미러와, 한쪽 단면이 상기 미러에서 반사된 상기 출력광의 광로 상에 배치된 모니터 파이버와, 상기 모니터 파이버의 다른 쪽 단면으로부터 출력되는 상기 출력광의 광로 상에 배치된 출력광 검출기를 포함하고 있다.A fiber laser according to an aspect of the present invention is a mirror in which a reflection plane is arranged so as not to be perpendicular to the optical path on an optical path of output light output from one end face of the delivery fiber, A monitor fiber disposed on an optical path of the output light whose one end face is reflected by the mirror, a monitor fiber disposed on the other end face of the monitor fiber, And an output photodetector disposed on the photodetector.
상기와 같이, 본 발명에 관한 파이버 레이저에 있어서는, 출력광을 분기하기 위한 미러로서, 출력광에 대한 투과율이 출력광에 대한 반사율보다 높은 미러를 이용하고 있다. 즉, 상기 미러를 투과한 파워가 큰 투과광을 가공 대상물에 조사하고, 또한 상기 미러에서 반사된 파워가 작은 반사광을 모니터 파이버로 유도하는 구성이 채용되고 있다.As described above, in the fiber laser according to the present invention, a mirror for diverging output light uses a mirror whose transmittance to output light is higher than that to output light. That is, a configuration is employed in which transmitted light having a large power transmitted through the mirror is irradiated to an object to be processed and reflected light having a small power reflected from the mirror is guided to the monitor fiber.
이 때문에, 상기 미러의 장착 각에 차이가 있어도, 가공 대상물에 조사되어야할 파워가 큰 출력광이 헤드부의 하우징 등에 의해 난반사된다는 사태가 발생하기 어려워진다. 따라서, 상기 출력광 검출기에서 얻어진 검출값에 기초하여 산출되는 모니터값에 포함될 수 있는, 가공 대상물에 조사되는 출력광 파워의 난반사에 의한 저하분에 상당하는 오차, 및 상기 출력광 검출기에 입사하는 출력광 파워의 난반사에 의한 상승분에 상당하는 오차를 작게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 특허문헌 1에 기재된 레이저 가공기보다 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다.Therefore, even when there is a difference in the mounting angle of the mirror, it is difficult to cause the output light having a large power to be irradiated on the object to be irregularly reflected by the housing of the head portion or the like. Therefore, an error corresponding to a reduction due to irregular reflection of the output optical power irradiated on the object to be processed, which can be included in the monitor value calculated on the basis of the detection value obtained by the output photodetector, and an output It is possible to reduce the error corresponding to the increment caused by diffuse reflection of the optical power. Therefore, according to the present invention, a monitor value higher in precision than the laser machining apparatus described in
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저는, 상기 딜리버리 파이버의 상기 한쪽 단면을 포함하는 구간, 상기 모니터 파이버의 상기 한쪽 단면을 포함하는 구간 및 상기 미러를 수납하는 헤드부를 더 포함하고 있고, 상기 출력광 검출기는 상기 헤드부의 외부에 배치되어 있는 것이 바람직하다.The fiber laser according to one aspect of the present invention further includes a section including the one end face of the delivery fiber, a section including the one end face of the monitor fiber, and a head portion accommodating the mirror, The detector is preferably disposed outside the head portion.
상기의 구성에 의하면, 상기 헤드부를 핸들링하는 것에 의해, 레이저 가공을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 상기 출력광 검출기는 상기 헤드부의 외부에 배치되어 있으므로, 상기 헤드부의 구조가 복잡화되거나, 상기 헤드부의 사이즈가 대형화되거나 하는 것을 억제할 수 있다.According to the above arrangement, laser processing can be easily realized by handling the head portion. In addition, since the output photodetector is disposed outside the head portion, it is possible to suppress the complication of the structure of the head portion and the increase in size of the head portion.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저에 있어서, 상기 딜리버리 파이버 및 상기 모니터 파이버는 피복 재료에 의해 묶이고, 일단이 상기 헤드부에 접속된 단일의 케이블을 구성하고 있는 것이 바람직하다.In the fiber laser according to one aspect of the present invention, it is preferable that the delivery fiber and the monitor fiber are bundled by a covering material and constitute a single cable whose one end is connected to the head portion.
상기의 구성에 의하면, 상기 헤드부를 핸들링할 때, 상기 딜리버리 파이버 및 상기 모니터 파이버의 처리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 딜리버리 파이버 및 상기 모니터 파이버를 손상시키기 어렵게 할 수 있다.According to the above arrangement, it is possible to facilitate the processing of the delivery fiber and the monitor fiber when handling the head portion. In addition, it is possible to make the delivery fiber and the monitor fiber hard to be damaged.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저는, 상기 딜리버리 파이버의 다른 쪽 단면에 직접적으로 또는 간접적으로 접속된 증폭 파이버와, 상기 출력광 검출기에서 얻어진 검출값으로부터 상기 출력광의 파워를 표시하는 모니터값을 산출하는 제어부와, 상기 증폭 파이버, 상기 딜리버리 파이버의 상기 다른 쪽 단면을 포함하는 구간, 상기 모니터 파이버의 상기 다른 쪽 단면을 포함하는 구간, 상기 출력광 검출기 및 상기 제어부를 수납하는 본체부를 더 포함하고 있고, 상기 케이블의 타단은 상기 본체부에 접속되어 있는 것이 바람직하다.The fiber laser according to one aspect of the present invention includes an amplifying fiber directly or indirectly connected to the other end surface of the delivery fiber and a monitor value calculating unit for calculating a monitor value for displaying the power of the output light from the detection value obtained by the output light detector And a main body portion for accommodating the amplification fiber, a section including the other end surface of the delivery fiber, a section including the other end surface of the monitor fiber, the output photodetector, and the control portion , And the other end of the cable is connected to the main body part.
상기의 구성에 의하면, 상기 파이버 레이저를 상기 본체부, 상기 헤드부 및 상기 케이블로 이루어지는, 취급이 용이한 구조로 할 수 있다. 또한, 상기 출력광 검출기와 상기 제어부가 상기 본체부에 내장되어 있으므로, 상기 출력광 검출기와 상기 제어부를 접속하기 위한 배선 및 회로를 간단한 구성으로 할 수 있다.According to the above configuration, the fiber laser can be structured to be easy to handle, comprising the main body portion, the head portion, and the cable. Further, since the output photodetector and the control section are built in the main body section, the wiring and the circuit for connecting the output photodetector and the control section can be made simple.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저에 있어서, 상기 모니터 파이버의 상기 한쪽 단면은, 상기 미러의 상기 반사면과 대향하고 있고, 상기 미러에서 반사된 상기 출력광은, 상기 한쪽 단면을 통하여 상기 모니터 파이버에 입사되는 것이 바람직하다.In the fiber laser according to one aspect of the present invention, the one end surface of the monitor fiber is opposed to the reflecting surface of the mirror, and the output light reflected by the mirror passes through the one end surface, .
상기의 구성에 의하면, 상기 출력광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계를, 상기 딜리버리 파이버의 출사단과 상기 모니터 파이버의 입사단과 단일의 미러에 의해 구성할 수 있다. 따라서, 상기 광학계를 간단하고 또한 저가로 제조할 수 있다.According to the above arrangement, the optical system for branching the output light for irradiation and for monitoring can be constituted by the output end of the delivery fiber and the incident end of the monitor fiber and a single mirror. Therefore, the optical system can be manufactured simply and inexpensively.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저는, 반사면이 상기 미러의 상기 반사면과 대향하도록 배치된 다른 미러를 더 포함하고 있고, 상기 미러에서 반사된 상기 출력광은, 상기 다른 미러에 의해 더 반사된 후, 상기 한쪽 단면을 통하여 상기 모니터 파이버에 입사되는 것이 바람직하다.The fiber laser according to one aspect of the present invention further includes another mirror whose reflection surface is disposed so as to face the reflection surface of the mirror, and the output light reflected by the mirror is further reflected by the other mirror And is incident on the monitor fiber through the one end face.
상기의 구성에 의하면, 상기 모니터 파이버의 입사단에 있어서의 광축 방향을, 상기 딜리버리 파이버의 출사단에 있어서의 광축 방향과 평행 또는 대략 평행하게 할 수 있다. 따라서, 상기 출력광을 조사용과 모니터용으로 분기하기 위한 광학계를 소형으로 실현할 수 있다.According to the above arrangement, the optical axis direction at the incident end of the monitor fiber can be parallel or approximately parallel to the optical axis direction at the emission end of the delivery fiber. Therefore, the optical system for branching the output light for irradiation and monitoring can be realized compactly.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저는, 한쪽 단면이 상기 미러에서 반사된 귀환광의 광로 상에 배치된 귀환광 모니터 파이버, 또는 수광면(受光面)이 상기 미러에서 반사된 귀환광의 광로 상에 배치된 귀환광 검출기를 더 포함하고 있는 것이 바람직하다.A fiber laser according to one aspect of the present invention includes a feedback optical monitor fiber having one end face disposed on an optical path of return light reflected by the mirror or a return light monitor fiber having a light receiving face disposed on an optical path of return light reflected from the mirror And a return photodetector connected to the photodetector.
상기의 구성에 의하면, 출력광의 파워를 모니터하는 기능에 더하여, 귀환광의 파워를 모니터하는 기능을 가지는 파이버 레이저를 실현할 수 있다.According to the above configuration, in addition to the function of monitoring the power of the output light, a fiber laser having a function of monitoring the power of the feedback light can be realized.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저는, 유도 라만 산란의 산란광을 상기 출력광으로서 출력하고, 또한 유도 라만 산란의 피산란광을 불필요한 광으로서 출력하는 것이며, 상기 미러는 상기 유도 라만 산란의 피산란광에 대한 반사율이 상기 피산란광에 대한 투과율보다 높은 것이 바람직하다. The fiber laser according to one aspect of the present invention outputs the scattered light of the inductive Raman scattering as the output light and outputs the scattered light of the induced Raman scattering as unnecessary light and the mirror reflects the scattered light of the inductive Raman scattering It is preferable that the reflectance for the light beam is higher than the transmittance for the scattered light.
상기의 구성에 의하면, 유도 라만 산란의 산란광(스토크스광)을 출력광으로 하는 파이버 레이저에 있어서, 종래보다도 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다. According to the above configuration, in a fiber laser using output light of scattered light (stoke pulse) of the inductive Raman scattering, a monitor value with higher accuracy than the conventional one can be obtained.
본 발명의 일 태양에 관한 파이버 레이저는, 유도 라만 산란의 산란광을 상기 출력광으로서 출력하고, 또한 유도 라만 산란의 피산란광을 불필요한 광으로서 출력하는 것이고, 상기 피산란광을 검출하는 피산란광 검출기와, 상기 미러로부터 상기 광검출기까지의 상기 출력광의 광로 상에 배치된 파장 분파기로서, 상기 산란광을 상기 출력광 검출기로 유도하고, 또한 상기 피산란광을 상기 피산란광 검출기로 유도하는 파장 분파기를 더 포함하고 있는 것이 바람직하다.A fiber laser according to one aspect of the present invention is a fiber laser that outputs scattered light of an inductive Raman scattering as the output light and outputs scattered light of induced Raman scattering as unnecessary light and includes a scattered light detector for detecting the scattered light, And a wavelength demultiplexer disposed on the optical path of the output light from the mirror to the photodetector, the demultiplexer further including a wavelength demultiplexer for guiding the scattered light to the output photodetector and for guiding the scattered light to the scattered light detector .
상기의 구성에 의하면, 유도 라만 산란의 산란광(스토크스광)을 출력광으로 하는 파이버 레이저에 있어서, 종래보다도 정밀도가 높은 모니터값을 얻을 수 있다. 또한, 상기 출력광에 포함되는 상기 산란광의 파워와 상기 출력광에 포함되는 상기 피산란광(잔류 레이저광)의 파워를 개별로 모니터할 수 있다.According to the above configuration, in a fiber laser using output light of scattered light (stoke pulse) of the inductive Raman scattering, a monitor value with higher accuracy than the conventional one can be obtained. In addition, the power of the scattered light included in the output light and the power of the scattered light (residual laser light) included in the output light can be individually monitored.
<부기 사항><Note>
본 발명은 전술한 각 실시형태에 한정되지 않고, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the other embodiments are also included in the technical scope of the present invention .
1, 2, 3 : 파이버 레이저
B : 본체부
LD1, LD2, …, LDm : 레이저 다이오드
PC : 펌프 컴바이너
AF : 증폭 파이버
FBG1, FBG2 : 파이버 브래그 격자
PD, PD1, PD2 : 광검출기
H : 헤드부
FC1, FC2 : 파이버 커플링부
M, M1, M2 : 미러
C : 케이블
DF : 딜리버리 파이버
MF : 모니터 파이버1, 2, 3: fiber laser
B:
LD1, LD2, ... , LDm: laser diode
PC: Pump combiner
AF: amplification fiber
FBG1, FBG2: Fiber Bragg Grating
PD, PD1, PD2: photodetector
H: Head portion
FC1, FC2: Fiber coupling part
M, M1, M2: mirror
C: Cable
DF: Delivery Fiber
MF: Monitor fiber
Claims (9)
상기 딜리버리 파이버의 한쪽 단면(端面)으로부터 출력되는 출력광의 광로 상에, 반사면이 상기 광로와 직교하지 않도록 배치된 미러로서, 상기 출력광에 대한 투과율이 상기 출력광에 대한 반사율보다 큰 미러;
한쪽 단면이 상기 미러에서 반사된 상기 출력광의 광로 상에 배치된 모니터 파이버; 및
상기 모니터 파이버의 다른 쪽 단면으로부터 출력되는 상기 출력광의 광로 상에 배치된 출력광 검출기
를 포함하고 있는 파이버 레이저. Delivery Fiber;
A mirror disposed on an optical path of output light output from one end face of the delivery fiber so that the reflection surface is not orthogonal to the optical path, the mirror having a transmittance with respect to the output light greater than a reflectance with respect to the output light;
A monitor fiber having one end surface disposed on an optical path of the output light reflected by the mirror; And
An output optical detector disposed on an optical path of the output light output from the other end face of the monitor fiber,
Fiber laser.
상기 딜리버리 파이버의 상기 한쪽 단면을 포함하는 구간, 상기 모니터 파이버의 상기 한쪽 단면을 포함하는 구간 및 상기 미러를 수납하는 헤드부를 더 포함하고 있고,
상기 출력광 검출기는 상기 헤드부의 외부에 배치되어 있는, 파이버 레이저. The method according to claim 1,
Further comprising a section including the one end face of the delivery fiber, a section including the one end face of the monitor fiber, and a head portion for housing the mirror,
And the output photodetector is disposed outside the head portion.
상기 딜리버리 파이버 및 상기 모니터 파이버는, 피복 재료에 의해 묶이고, 일단(一端)이 상기 헤드부에 접속된 단일의 케이블을 구성하고 있는, 파이버 레이저. 3. The method of claim 2,
Wherein the delivery fiber and the monitor fiber are bundled by a covering material and constitute a single cable whose one end is connected to the head portion.
상기 딜리버리 파이버의 다른 쪽 단면에 직접적으로 또는 간접적으로 접속된 증폭 파이버;
상기 출력광 검출기에서 얻어진 검출값으로부터 상기 출력광의 파워를 표시하는 모니터값을 산출하는 제어부; 및
상기 증폭 파이버, 상기 딜리버리 파이버의 상기 다른 쪽 단면을 포함하는 구간, 상기 모니터 파이버의 상기 다른 쪽 단면을 포함하는 구간, 상기 출력광 검출기 및 상기 제어부를 수납하는 본체부
를 더 포함하고 있고,
상기 케이블의 타단(他端)은 상기 본체부에 접속되어 있는, 파이버 레이저. The method of claim 3,
An amplification fiber directly or indirectly connected to the other end surface of the delivery fiber;
A control unit for calculating a monitor value indicating the power of the output light from a detection value obtained by the output light detector; And
Wherein the monitoring optical fiber includes a section including the other end face of the amplification fiber, the delivery fiber, a section including the other end face of the monitor fiber,
Further comprising:
And the other end of the cable is connected to the main body part.
상기 모니터 파이버의 상기 한쪽 단면은, 상기 미러의 상기 반사면과 대향하고 있고,
상기 미러에서 반사된 상기 출력광은, 상기 한쪽 단면을 통하여 상기 모니터 파이버에 입사되는, 파이버 레이저. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The one end face of the monitor fiber is opposed to the reflecting face of the mirror,
And the output light reflected by the mirror is incident on the monitor fiber through the one end face.
반사면이 상기 미러의 상기 반사면과 대향하도록 배치된 다른 미러를 더 포함하고 있고,
상기 미러에서 반사된 상기 출력광은, 상기 다른 미러에서 더 반사된 후, 상기 한쪽 단면을 통하여 상기 모니터 파이버에 입사되는, 파이버 레이저. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Further comprising another mirror arranged such that the reflecting surface faces the reflecting surface of the mirror,
And the output light reflected by the mirror is further reflected by the other mirror, and is incident on the monitor fiber through the one end face.
한쪽 단면이 상기 미러에서 반사된 귀환광의 광로 상에 배치된 귀환광 모니터 파이버, 또는 수광면(受光面)이 상기 미러에서 반사된 귀환광의 광로 상에 배치된 귀환광 검출기를 더 포함하고 있는, 파이버 레이저. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And a feedback optical detector in which one end face is disposed on the optical path of the return light reflected by the mirror or a feedback optical detector in which the light receiving face is disposed on the optical path of the return light reflected from the mirror, laser.
상기 파이버 레이저는, 유도 라만 산란의 산란광을 상기 출력광으로서 출력하고, 또한 유도 라만 산란의 피(被)산란광을 불필요한 광으로서 출력하는 것이고,
상기 미러는, 상기 유도 라만 산란의 피산란광에 대한 반사율이 상기 피산란광에 대한 투과율보다 높은, 파이버 레이저. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The fiber laser outputs the scattered light of the induced Raman scattering as the output light and the scattered light of the induced Raman scattering as the unnecessary light,
Wherein the mirror has a reflectivity with respect to scattered light of the inductive Raman scattering being higher than a transmittance with respect to the scattered light.
상기 파이버 레이저는, 유도 라만 산란의 산란광을 상기 출력광으로서 출력하고, 또한 유도 라만 산란의 피산란광을 불필요한 광으로서 출력하는 것이고,
상기 파이버 레이저는, 상기 피산란광을 검출하는 피산란광 검출기, 및 상기 미러로부터 상기 출력광 검출기까지의 상기 출력광의 광로 상에 배치된 파장 분파기로서, 상기 산란광을 상기 출력광 검출기로 유도하고, 또한 상기 피산란광을 상기 피산란광 검출기로 유도하는 파장 분파기를 더 포함하고 있는, 파이버 레이저.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The fiber laser outputs the scattered light of the induced Raman scattering as the output light and also outputs the scattered light of the induced Raman scattering as unnecessary light,
Wherein the fiber laser has a scattered light detector for detecting the scattered light and a wavelength demultiplexer disposed on an optical path of the output light from the mirror to the output light detector to guide the scattered light to the output photodetector, Further comprising a wavelength splitter for guiding the scattered light to the scattered light detector.
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