WO2018173844A1 - 拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステム - Google Patents

拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a spread angle measuring device, a spread angle measuring method, a laser device, and a laser system.
  • This application claims priority on March 24, 2017 based on Japanese Patent Application No. 2017-059779 for which it applied to Japan, and uses the content here.
  • This fiber laser device has the characteristics that the beam quality (BPP: Beam Parameter Product or M 2 ) is superior and the light condensing property is higher than that of a conventional high-power laser device (for example, a carbon dioxide laser device). For this reason, if a fiber laser device is used instead of the conventional carbon dioxide laser device or the like, the processing time can be shortened and energy saving can be achieved.
  • BPP Beam Parameter Product or M 2
  • the fiber laser device has a low output power of several tens [W], a medium output of several hundred [W], and a high output of several [kW]. ing.
  • high-power fiber laser devices will be carried out in the direction of increasing output power, and in the future, fiber laser devices having output power of about several tens to hundreds [kW] will be realized. there is a possibility.
  • Patent Document 1 In the configuration of Patent Document 1, it is necessary to branch a part of a laser beam to be measured by a beam splitter. For this reason, it is difficult to monitor the divergence angle of the laser light emitted from the fiber laser device with high output in an actual operation state. Further, in the configuration of Patent Document 1, an image pickup device such as a CCD camera is required in addition to an optical device such as a beam splitter and a measurement lens, so that the measurement apparatus is increased in size.
  • an image pickup device such as a CCD camera is required in addition to an optical device such as a beam splitter and a measurement lens, so that the measurement apparatus is increased in size.
  • Patent Document 2 it is necessary to arrange the up-conversion screen at a predetermined distance from the end of the optical fiber and to convert the wavelength of infrared light emitted from the end of the optical fiber. For this reason, similarly to the configuration of Patent Document 1, it is difficult to monitor the divergence angle of the laser light emitted from the fiber laser device with high output in the actual operation state.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a divergence angle measurement device, a divergence angle measurement method, a laser device, and a laser system capable of measuring the divergence angle of high-power laser light with a simple configuration. Objective.
  • a divergence angle measuring device is a divergence angle measuring device that monitors the divergence angle of laser light propagating in an optical fiber having a core and a cladding, A first photodetector for detecting the laser beam leaking from the cladding of the optical fiber, a detection result of the first photodetector, and power information indicating the power of the laser beam propagating in the optical fiber. And a calculation unit for obtaining a spread angle of the laser beam.
  • the optical fiber is provided with a clad light removing unit that leaks and removes the clad light propagating through the clad, and the first photodetector is configured to remove the clad light.
  • the clad light that is disposed in the portion and removed by the clad light removal unit may be detected.
  • the divergence angle measuring device further includes a second photodetector that is disposed in the vicinity of the optical fiber and detects Rayleigh scattered light of the laser light propagating through the optical fiber, and the calculation unit includes the calculation unit, You may obtain
  • the divergence angle measuring device further includes a second photodetector that is disposed in the vicinity of the optical fiber and that detects Rayleigh scattered light of the laser light propagating through the optical fiber, and the second photodetector.
  • the optical fiber may be provided on the light input side with respect to the cladding light removal unit.
  • the divergence angle measuring device further includes a temperature detector that detects a temperature in the cladding light removal unit, and the calculation unit uses the detection result of the temperature detector as the power information to spread the laser beam. You may ask for a corner.
  • the calculation unit uses a detection result of a current detector that detects a drive current supplied to a laser light source that outputs the laser light propagating in the optical fiber as the power information. Then, the spread angle of the laser beam may be obtained.
  • the divergence angle measuring device may be configured such that the first information indicating the divergence angle of the laser beam obtained by the calculation unit or the divergence angle of the laser beam obtained by the calculation unit is within a predetermined range. You may provide the output part which outputs the 2nd information which shows whether it exists.
  • the divergence angle measuring method is a divergence angle measuring method for monitoring the divergence angle of a laser beam propagating in an optical fiber having a core and a cladding, wherein the divergence angle is measured from the cladding of the optical fiber.
  • a laser device includes a laser light source, an optical fiber that has a core and a clad, propagates laser light output from the laser light source, and the divergence angle measurement device. .
  • the laser device includes: an adjustment device that adjusts a spread angle of the laser light propagating in the optical fiber; and a control device that controls the adjustment device according to a measurement result of the spread angle measurement device.
  • a laser system according to the fourth aspect of the present invention includes a plurality of laser devices, a multiplexing device that combines light output from the plurality of laser devices, and light combined by the multiplexing device.
  • An output optical fiber for guiding, and the divergence angle measuring device for monitoring an divergence angle of laser light propagating in the output optical fiber.
  • the laser light leaking from the clad of the optical fiber having the core and the clad is detected by the first photo detector, and the detection result of the first photo detector and the laser propagating in the optical fiber are detected.
  • the divergence angle of the laser beam is obtained based on the power information indicating the light power. For this reason, it is possible to measure the divergence angle of a high-power laser beam with a simple configuration.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A.
  • 1st Embodiment it is a figure which shows the rough relationship between the divergence angle of a laser beam, and the detection result of a clad light in case optical output is constant.
  • 1st Embodiment it is a figure which shows the relationship between the light output in case the divergence angle of a laser beam is constant, and the detection result of a photodetector.
  • 1st Embodiment it is a figure which shows the relationship between the optical output in case the divergence angle of a laser beam changes, and the detection result of a photodetector. It is a block diagram which shows the structure of the laser apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the laser apparatus which concerns on 3rd Embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the laser apparatus which concerns on 4th Embodiment. It is a figure for demonstrating an example of the NA adjustment apparatus in 4th Embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the laser system which concerns on 5th Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the laser apparatus according to the first embodiment.
  • the laser device 1 of the present embodiment includes a laser light source 11, a delivery fiber 12, a clad light removing unit 13, a connector 14, and a spread angle measuring device 15.
  • the laser device 1 emits laser light L from the connector 14 toward the outside.
  • the laser device 1 is used for laser processing, for example, the laser light L is emitted from the head (not shown) of the connector 14 toward the processing surface.
  • the first end 12a of the delivery fiber 12 is connected to the laser light source 11 and receives the laser light L.
  • the second end 12 b of the delivery fiber 12 is connected to the connector 14.
  • the first end portion 12a side is referred to as a light input side
  • the second end portion 12b side is referred to as a light output side
  • a direction from the laser light source 11 toward the connector 14 is referred to as an output direction D.
  • the laser light source 11 is, for example, a fiber laser including a plurality of excitation light sources, and the rare earth ions added to the core of the optical amplification fiber are excited by the excitation light output from the excitation light source, and the laser light L is output.
  • the type and number of excitation light sources provided in the laser light source 11 are appropriately selected according to the wavelength and power of the laser light L.
  • the delivery fiber 12 is an optical fiber that functions as a transmission medium for transmitting the laser light L output from the laser light source 11.
  • the first end 12 a of the delivery fiber 12 is connected to the laser light source 11.
  • the second end 12 b of the delivery fiber 12 is connected to the connector 14.
  • the connector 14 functions as an emission end of the laser light L and is connected to the second end portion 12 b of the delivery fiber 12.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of the delivery fiber 12.
  • the optical fiber F used as the delivery fiber 12 is, for example, a double clad fiber.
  • the optical fiber F has a core C, an inner clad CL1, an outer clad CL2, and a jacket FJ.
  • the core C is formed in a cylindrical shape.
  • the inner clad CL1 has a cylindrical shape and covers the outer surface of the core C.
  • the outer cladding CL2 has a cylindrical shape and covers the outer surface of the inner cladding CL1.
  • the jacket FJ has a cylindrical shape and covers the outer surface of the outer cladding CL2.
  • the core C and the inner cladding CL1 are made of glass, for example.
  • the outer clad CL2 and the jacket FJ are made of, for example, resin.
  • the outer cladding CL2 and the outer jacket FJ may be collectively referred to as a coating CV.
  • the inner clad CL1 may be simply referred to as a clad.
  • optical fiber F which comprises the delivery fiber 12 is as follows, for example.
  • Core C Composition: quartz glass, diameter: 100 [ ⁇ m], refractive index: 1.46
  • Inner clad CL1 Composition: fluorinated quartz glass, outer diameter: 360 [ ⁇ m], refractive index: 1.44
  • Outer cladding CL2 Composition: silicone, outer diameter: 500 [ ⁇ m], refractive index: 3.9
  • the cladding light removal unit 13 is provided in the middle of the delivery fiber 12 (between the first end 12a and the second end 12b).
  • the clad light removing unit 13 removes the clad light of the laser light L propagating in the output direction D through the delivery fiber 12.
  • 3A and 3B are diagrams showing a configuration of the clad light removing unit 13 provided in the laser device 1, in which FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A. is there.
  • the clad light removal unit 13 includes a housing 20, a coating removal region 21, and a lid 25.
  • the vertical direction in FIG. 3B is simply referred to as the vertical direction.
  • the lid 25 side is referred to as the upper side
  • the housing 20 side is referred to as the lower side.
  • the casing 20 is formed of a metal material such as aluminum that has been subjected to black alumite treatment, for example.
  • the material of the housing 20 is not particularly limited.
  • the housing 20 is formed with a groove 20M that is recessed downward from the upper surface.
  • the groove 20M includes an upper groove 20M1 and a lower groove 20M2.
  • the lower groove 20M2 is disposed below the upper groove 20M1 in FIG. 3B. In the lateral direction orthogonal to both the longitudinal direction and the vertical direction, the width of the lower groove 20M2 is narrower than the width of the upper groove 20M1.
  • the optical fiber F provided with the coating removal region 21 is accommodated inside the lower groove 20M2 in the groove 20M. The optical fiber F is arranged so that the coating removal region 21 faces the opening side of the groove 20M (upward in FIG. 3B).
  • the shape and dimensions of the groove 20M are not particularly limited.
  • the coating removal region 21 At least a portion of the coating CV in the circumferential direction of the optical fiber F is removed.
  • the coating CV is removed along both the longitudinal direction and the circumferential direction of the optical fiber F.
  • a portion where the coating CV is removed and the inner cladding CL1 of the optical fiber F is exposed to the opening side of the groove 20M is referred to as an exposed portion 22.
  • the exposed portion 22 is covered with a sealing material 23 (details will be described later). That is, the upper surface of the coating removal region 21 is covered with the sealing material 23.
  • 3A and 3B show an example in which a part of the coating CV in the circumferential direction of the optical fiber F is removed. How much coating CV is to be removed from the entire circumference of the optical fiber F, that is, how many coating CVs are to be removed from the entire circumference of 360 ° depends on the required cladding light removal capability. Is set as appropriate.
  • the coating CV may be continuously removed and the inner cladding CL1 may be continuously exposed as shown in the example shown in FIG. 3A.
  • cover CV may be removed intermittently and the exposed part 22 and the non-exposed part of the inner clad CL1 may be provided by turns in the longitudinal direction.
  • the length of the portion of the optical fiber F from which the coating CV in the longitudinal direction is removed (the length of the exposed portion 22) is also appropriately set according to the required cladding light removal capability.
  • the space around the optical fiber F inside the groove 20M (lower groove 20M2) is filled with a sealing material 23.
  • the sealing material 23 is formed of, for example, a silicone resin having light permeability. Thereby, the position of the optical fiber F within the groove 20M is fixed.
  • the sealing material 23 is formed of a material having a refractive index equal to the refractive index of the inner cladding CL1 or a refractive index higher than the refractive index of the inner cladding CL1. That is, in the coating removal region 21, the inner cladding CL1 is in contact with the sealing material 23 having a refractive index equal to the refractive index of the inner cladding CL1 or a refractive index higher than the refractive index of the inner cladding CL1. Therefore, light propagating through the inner cladding CL1 leaks out of the sealing material 23 through the sealing material 23 from the inner cladding CL1.
  • seal materials 24 are provided at both ends of the groove 20M in the longitudinal direction of the lower groove 20M2. Thereby, the optical fiber F is fixed to the housing 20 at the end in the longitudinal direction of the housing 20.
  • the sealing material 24 is formed of, for example, a silicone resin.
  • the silicone resin forming the sealing material 24 may have light transmittance or may not have light transmittance.
  • the clad light removing unit 13 is provided with the first photodetector 31 of the divergence angle measuring device 15.
  • the first photodetector 31 is, for example, an infrared photodiode, and receives leakage light of the laser light L that leaks from the cladding of the optical fiber F. As shown in FIG. 3B, the first photodetector 31 is attached to the lid 25.
  • the coating removal region 21 is provided to face the light receiving surface R of the first photodetector 31.
  • the clad light removing unit 13 leaks the clad light leaked from the core C to the clad in the coating removal region 21 to the outside of the clad.
  • the divergence angle of the laser light L can be measured by making the leaked cladding light incident on the first photodetector 31.
  • the first photodetector 31 is provided at a position overlapping the coating removal region 21 when viewed from the direction perpendicular to the central axis of the optical fiber F.
  • the first photodetector 31 is provided at the center of the coating removal region 21 in the longitudinal direction.
  • the 1st photodetector 31 may be provided in any position of a longitudinal direction.
  • the lid 25 to which the first photodetector 31 is attached is provided so as to cover the upper part of the groove 20M of the housing 20 as shown in FIG. 3B.
  • cover 25 is not specifically limited, For example, it is formed with the same aluminum as the housing
  • FIG. The first photodetector 31 is attached so as to penetrate the lid 25, and the light receiving surface R is located inside the groove 20M.
  • the light receiving surface R is located above the coating removal region 21 of the optical fiber F. That is, since the coating removal region 21 is provided in the optical fiber F, the inner cladding CL1 of the optical fiber F faces the light receiving surface R of the first photodetector 31. With this configuration, the first photodetector 31 can efficiently receive the clad light leaked from the optical fiber F.
  • the coating removal region 21 does not necessarily have to face the light receiving surface R of the first photodetector 31. Even in such a configuration, the clad light leaked from the optical fiber F is reflected and scattered by the inner surface of the groove 20M, so that the first photodetector 31 can receive the clad light.
  • the light receiving surface R may not be positioned inside the groove 20M but may be positioned inside a through hole formed in the lid 25, for example.
  • the divergence angle measuring device 15 monitors the divergence angle of the laser light L propagating through the delivery fiber 12, and information indicating the divergence angle of the laser light L (first information I1) or the divergence angle of the laser light L is specified in advance.
  • the information (second information I2) indicating whether or not it is within the range is output.
  • the first information I1 may be information indicating the spread angle itself of the laser beam L, or may be a value obtained by converting the spread angle of the laser beam L into a numerical aperture (NA). good.
  • the spread angle of the laser beam L refers to an angle (angle ⁇ ) between the propagation direction of the laser beam L and the central axis of the optical fiber.
  • angle ⁇ the divergence angle of the laser beam L propagating through the delivery fiber 12
  • the divergence angle of the laser beam L emitted from the second end 12b (or the connector 14) of the delivery fiber 12 tends to increase.
  • the spread angle of the laser light L emitted from the second end portion 12b (or the connector 14) of the delivery fiber 12 can be obtained by obtaining the spread angle of the laser light L propagating through the delivery fiber 12.
  • the “value obtained by converting the divergence angle into the numerical aperture (NA)” is a value defined by sin ⁇ .
  • the divergence angle measuring device 15 includes a first photodetector 31, a second photodetector 32, a calculation unit 33, and a monitor signal output unit 34 (output unit).
  • the divergence angle measuring device 15 monitors the divergence angle of the laser light L propagating in the delivery fiber 12 based on the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32.
  • the first photodetector 31 is disposed in the cladding light removal unit 13 provided in the delivery fiber 12 and receives the leakage light of the laser light L leaking from the cladding of the optical fiber F.
  • the second photodetector 32 is disposed in the vicinity of the delivery fiber 12 and detects Rayleigh scattered light of the laser light L propagating through the delivery fiber 12.
  • the Rayleigh scattered light has a power corresponding to the power of the light propagated through the optical fiber F regardless of the waveguide direction of the laser light L in the delivery fiber 12.
  • a PIN photodiode can be used as the second photodetector 32.
  • the second photodetector 32 is disposed, for example, at a position separated from the side surface of the optical fiber F by several [mm] (from the coating resin).
  • the second photodetector 32 is provided on the light input side (first end portion 12a side) with respect to the clad light removing unit 13 of the delivery fiber 12. This is because the influence of the clad light removed by the clad light removal unit 13 on the detection result of the second photodetector 32 is minimized. If the influence of the clad light removed by the clad light removal unit 13 is small, the second photodetector 32 may be provided on the light output side (second end 12b side) of the clad light removal unit 13. That is, the second photodetector 32 is arranged at an arbitrary position as long as it can detect the Rayleigh scattered light of the laser light L propagated through the optical fiber F without being affected by disturbance (for example, stray light). Is possible.
  • the computing unit 33 monitors the divergence angle of the laser light L propagating through the delivery fiber 12 based on the detection result of the first photodetector 31 and the detection result of the second photodetector 32. Specifically, the calculation unit 33 obtains the power (power information IP) of the laser light L propagated through the optical fiber F from the detection result of the second photodetector 32. Based on the power information IP and the detected value characteristic information IF, the divergence angle of the laser light L is obtained.
  • the detection value characteristic information IF is prepared for each power of the output light output from the laser device 1, and the ratio of the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 and the first information I1. Is associated information. Further, the calculation unit 33 stores a threshold value that is the maximum value of the divergence angle of the laser beam L that can be allowed by the laser device 1, and determines whether the divergence angle of the laser beam L exceeds the threshold value.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an approximate relationship between the divergence angle of the laser light L and the detection result of the clad light when the light output is constant in the first embodiment.
  • the divergence angle (or NA conversion value) of the laser light L is taken on the horizontal axis
  • the detection result (clad monitor output) of the first photodetector 31 is taken on the vertical axis.
  • both the horizontal axis and the vertical axis of the graph shown in FIG. 4 are arbitrary units.
  • the light output the power of the laser light L output from the laser device 1
  • the cladding monitor output tends to increase as the divergence angle of the laser light L increases. I understand that.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the light output and the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 when the divergence angle of the laser beam L is constant in the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the power (optical output) of the laser beam L output from the laser apparatus 1, and the detection results (cladding monitor output, Rayleigh) of the first and second photodetectors 31 and 32 are plotted. Monitor output) is on the vertical axis.
  • the vertical axis in FIG. 5 is a value obtained by converting the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 into power [W].
  • a graph (laser output) showing the power of the laser beam L output from the laser device 1 is also shown for comparison.
  • the laser output graph is a graph in which the points on the horizontal axis and the vertical axis are the same.
  • the detection result (clad monitor output) of the first photodetector 31 and the second photodetector 32 are directly proportional to the increase of the light output. It can be seen that both detection results (Rayleigh monitor output) increase.
  • the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 increase linearly as the light output increases. Therefore, when the spread angle of the laser light L is constant, It can be seen that the ratio of the detection results of the second photodetectors 31 and 32 is constant regardless of the light output.
  • the power of the laser beam L output from the laser device 1 is obtained by subtracting the detection result (clad monitor output) of the first photodetector 31 from the detection result (Rayleigh monitor output) of the second photodetector 32. It turns out that it is a value.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the light output and the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 when the divergence angle of the laser beam L changes in the first embodiment.
  • the power (light output) of the laser beam L output from the laser device 1 is taken on the horizontal axis, and the first and second photodetectors 31 and 32 are used.
  • Detection results (cladding monitor output, Rayleigh monitor output) are plotted on the vertical axis.
  • the vertical axis is a value obtained by converting the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 into power [W].
  • 6 also shows a graph (laser output) showing the power of the laser light L output from the laser device 1 for comparison.
  • NA1, NA2 and NA3 shown in the legend in FIG. 6 indicate the divergence angle of the laser beam and have a relationship of NA1 ⁇ NA2 ⁇ NA3.
  • the detection result (cladding monitor output) of the first photodetector 31 and the detection of the second photodetector 32 are directly proportional to the increase of the light output. It can be seen that the results (Rayleigh monitor output) both increase.
  • the detection result (cladding monitor output) of the first photodetector 31 and the detection result (Rayleigh monitor output) of the second photodetector 32 both have a large laser beam spread angle regardless of the magnitude of the optical output. It can be seen that the relationship is larger. Specifically, in order to facilitate understanding, assuming that the optical output is, for example, 800 [W], the detection result (cladding monitor output) of the first photodetector 31 indicates the laser beam spread angles NA1, NA2, and so on. NA3 increases in the order, and the detection result (Rayleigh monitor output) of the second photodetector 32 also increases in the order of the laser beam divergence angles NA1, NA2, NA3.
  • the optical output is, for example, 800 [W]
  • the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 increase linearly as the light output increases, but the rate of increase (slope) is the spread of the laser light L. It depends on the corner. For this reason, the ratio of the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 varies depending on the spread angle of the laser light L.
  • the detection result (cladding monitor output) of the first photodetector 31 tends to increase as the divergence angle of the laser beam L increases. This is because a lot of laser light leaks from the core C of the optical fiber F to the clad. 5 and 6, even if the spread angle of the laser beam L is the same, the detection result (cladding monitor output) of the first photodetector 31 tends to increase as the power of the laser beam L increases. is there. Furthermore, from FIG. 6, the detection result of the first and second photodetectors 31 and 32 when the power of the laser beam L increases tends to increase as the divergence angle of the laser beam L increases. Furthermore, the ratio of the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 differs depending on the spread angle of the laser light L.
  • the divergence angle of the laser beam L output from the laser device 1 is measured in advance, the power of the laser beam L at that time is detected by the second photodetector 32, and the cladding light (leakage from the cladding of the optical fiber F) is detected.
  • the first light detector 31 detects the laser light L).
  • detection value characteristic information that is information in which the ratio of the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32 and the first information I1 are associated with each other for each power of the output light output from the laser device 1.
  • the power of the laser light L propagated through the optical fiber F is obtained from the detection result of the second photodetector 32, and the spread angle of the laser light L is determined based on this power and the detected value characteristic information IF. Can be requested.
  • the calculation unit 33 obtains the divergence angle of the laser light L based on such a principle.
  • the monitor signal output unit 34 outputs the first information I1 or the second information I2 obtained by the calculation unit 33 to the outside.
  • the monitor signal output unit 34 includes a display device such as a liquid crystal display device, and displays the first information I1 or the second information I2 obtained by the calculation unit 33 on the display device.
  • the monitor signal output unit 34 includes an external output terminal, and outputs the first information I1 or the second information I2 obtained by the calculation unit 33 to the outside from the external output terminal.
  • the operation of the laser apparatus 1 having the above configuration will be described.
  • the emission of the laser light L from the laser light source 11 is started.
  • the laser light L emitted from the laser light source 11 enters the optical fiber F constituting the delivery fiber 12 from the first end 12a.
  • the laser light L incident on the optical fiber F propagates in the optical fiber F.
  • Rayleigh scattered light corresponding to the power of the laser light L is generated.
  • the second photodetector 32 of the divergence angle measuring device 15 detects Rayleigh scattered light according to the power of the laser light L.
  • the clad light is removed.
  • the laser light L propagating through the core C of the optical fiber F passes through the cladding light removal unit 13.
  • laser light (cladding light) propagating through the inner cladding CL1 is leaked and removed from the coating removal region 21 (see FIGS. 3A and 3B) of the cladding light removal unit 13 to the external space of the optical fiber F, and the divergence angle measurement is performed. It is detected by the first photodetector 31 of the device 15 (detection step).
  • the laser light L that has passed through the cladding light removal unit 13 is output from the connector 14 connected to the second end 12b of the optical fiber F.
  • the laser beam output from the connector 14 is irradiated onto the machining surface of the workpiece, thereby machining the workpiece.
  • a detection signal corresponding to the amount of Rayleigh scattered light is output from the second photodetector 32 provided in the divergence angle measuring device 15, and a detection signal corresponding to the amount of clad light is output from the first photodetector 31. Is output.
  • the detection signals output from the first and second photodetectors 31 and 32 are input to the arithmetic unit 33, and the arithmetic unit 33 detects the detection signal of the first photodetector 31 and the detection signal of the second photodetector 32. Based on the above, a calculation for obtaining the spread angle of the laser light L is performed (calculation step).
  • the operation unit 33 first, an operation for obtaining the power (power information IP) of the laser light L propagated through the optical fiber F from the detection result of the second photodetector 32 is performed. Next, a calculation for obtaining the divergence angle of the laser light L is performed based on the power information IP and the detected value characteristic information IF.
  • Information (first information I1) indicating the obtained spread angle (or NA converted value) of the laser light L is output from the monitor signal output unit 34 to the outside.
  • the first information I1 is displayed on a display device (not shown), for example.
  • the second photodetector 32 that detects the Rayleigh scattered light of the laser light L propagating through the delivery fiber 12 and the first light that detects the clad light removed by the clad light removal unit 13.
  • a photodetector 31 is provided. Based on the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32, the calculation unit 33 is configured to obtain the divergence angle of the laser light L. For this reason, it is possible to measure the divergence angle of the high-power laser beam L with a simple configuration.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the laser apparatus according to the second embodiment.
  • the laser device 2 of the present embodiment has a configuration in which a spread angle measuring device 40 is provided instead of the spread angle measuring device 15 of the laser device 1 shown in FIG. 1.
  • the divergence angle measuring device 40 has a configuration in which the second photodetector 32 of the laser device 1 shown in FIG.
  • the temperature detector 41 is a detector that detects a temperature at a specific location of the cladding light removal unit 13 (for example, a temperature at a predetermined position of the casing 20 or the lid 25 illustrated in FIGS. 3A and 3B). .
  • the clad light removed by the clad light removal unit 13 is absorbed by the clad light removal unit 13, whereby the temperature of the clad light removal unit 13 rises.
  • the power of the clad light removed by the clad light removal unit 13 is approximately proportional to the power of the laser light L propagating through the delivery fiber 12. For this reason, the degree of the temperature rise of the clad light removing unit 13 changes according to the power of the laser light L propagating in the delivery fiber 12.
  • the temperature detector 41 that detects the temperature in the cladding light removal unit 13 and the first photodetector 31 that detects the cladding light removed by the cladding light removal unit 13 are provided. Yes. Further, the calculation unit 33 obtains the power (power information IP) of the laser light L propagating through the delivery fiber 12 based on the detection result of the temperature detector 41. Then, based on the obtained power information IP and the detection result of the first photodetector 31, the divergence angle of the laser light L is obtained using the detected value characteristic information IF. For this reason, it is possible to measure the divergence angle of the high-power laser beam L with a simple configuration.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the laser apparatus according to the third embodiment.
  • the laser device 3 of the present embodiment has a configuration in which a spread angle measuring device 50 is provided in place of the spread angle measuring device 15 of the laser device 1 shown in FIG. 1.
  • the second photodetector 32 of the laser device 1 shown in FIG. 1 is omitted, and the detection result of the current detector CD provided in the laser light source 11 is input to the calculation unit 33.
  • the second photodetector 32 of the laser device 1 shown in FIG. 1 is omitted, and the detection result of the current detector CD provided in the laser light source 11 is input to the calculation unit 33. Has been.
  • the current detector CD detects a drive current (for example, a current for driving an excitation light source provided in the laser light source 11) supplied to the laser light source 11.
  • a drive current for example, a current for driving an excitation light source provided in the laser light source 11
  • the power of the laser light emitted from the laser light source 11 is approximately proportional to the drive current of the laser light source 11.
  • the current value detected by the current detector CD is a value corresponding to the power of the laser light emitted from the laser light source 11 (laser light L propagating through the delivery fiber 12).
  • the detection result of the current detector CD is input to the calculation unit 33, and the calculation unit 33 propagates the laser beam in the delivery fiber 12 based on the detection result of the current detector CD.
  • L power power information IP
  • the divergence angle of the laser light L is obtained using the detected value characteristic information IF. For this reason, it is possible to measure the divergence angle of the high-power laser beam L with a simple configuration.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a laser apparatus according to the fourth embodiment.
  • the laser device 4 of this embodiment has a configuration in which a control device 60 and an NA adjustment device 61 (adjustment device) are added to the laser device 1 shown in FIG.
  • the laser device 4 is configured such that the control device 60 controls the laser light source 11 and the NA adjustment device 61 in accordance with the measurement result of the divergence angle measuring device 15.
  • the control device 60 controls the NA adjustment device 61 so that the divergence angle of the laser light L does not exceed a preset threshold while referring to the measurement result of the divergence angle measurement device 15. In addition, the control device 60 performs control to reduce the output of the laser light source 11 (or control to stop the laser light source 11) or issue an alarm according to the measurement result of the divergence angle measuring device 15, if necessary. I will inform you.
  • the NA adjustment device 61 is configured to adjust the numerical aperture (NA) of the laser light L propagating through the delivery fiber 12.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the NA adjustment device 61 according to the fourth embodiment.
  • the NA adjusting device 61 includes a plurality of pulling members TM arranged in a zigzag shape (zigzag shape). As shown in FIG. 10, the delivery fiber 12 is wound around a plurality of pulling members TM.
  • the pulling member TM is a columnar (or cylindrical) member, for example, and is configured to be movable in the direction of the arrow in FIG.
  • the delivery fiber 12 is pulled by the pulling member TM and the bending diameter becomes small. Then, among the laser light L propagating in the delivery fiber 12, the laser light L having a large divergence angle is likely to leak to the outside as compared with the laser light L having a small divergence angle. In this way, the spread angle of the laser light L propagating through the delivery fiber 12 is adjusted.
  • the control device 60 and the NA adjustment device 61 are provided, and the adjustment of the divergence angle of the laser light L propagating through the delivery fiber 12 can be performed.
  • the second photodetector 32 that detects the Rayleigh scattered light of the laser light L propagating through the delivery fiber 12 and the first photodetector 31 that detects the clad light removed by the clad light removing unit 13 are provided.
  • the provided points are the same as in the first embodiment. Therefore, the calculation unit 33 obtains the divergence angle of the laser light L based on the detection results of the first and second photodetectors 31 and 32, so that the high output can be obtained with a simple configuration as in the first embodiment. It is possible to measure the divergence angle of the laser beam L.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a laser system according to the fifth embodiment.
  • the laser system LS of the present embodiment has a configuration in which a plurality of laser devices 71 and a combiner 72 (multiplexing device) are provided instead of the laser light source 11 of the laser device 1 shown in FIG.
  • the laser device 71 emits laser light by exciting the rare earth ions added to the core of the optical amplification fiber by the excitation light output from the excitation light source.
  • the laser device 71 for example, the laser devices 1 to 4 according to the first to fourth embodiments described above can be used.
  • the laser device 71 is not limited to the laser light source 11 and the laser devices 1 to 4, and any device that outputs laser light can be used.
  • the combiner 72 optically couples a plurality of laser beams output from the plurality of laser devices 71.
  • the optical fibers FB extending from each of the laser devices 71 are bundled and integrated by melt drawing to form one optical fiber.
  • the one optical fiber is fused and connected to the first end portion 12 a of the optical fiber F as the delivery fiber 12.
  • an optical fiber that guides light combined by the combiner 72 is referred to as an output fiber.
  • the configuration on the light output side of the combiner 72 of the laser system LS of the present embodiment is the same as the configuration on the light output side of the laser light source 11 of the laser device 1 of the first embodiment.
  • the second light detector 32 that detects the Rayleigh scattered light of the laser light L propagating in the delivery fiber 12 (output optical fiber) and the clad light removing unit 13 remove the light.
  • the calculation unit 33 obtains the divergence angle of the laser light L. For this reason, it is possible to measure the divergence angle of the high-power laser beam L with a simple configuration.
  • the divergence angle of the laser light L propagating in the optical fiber F is measured.
  • each laser device 71 provided in the laser system LS of the fifth embodiment propagates in the optical fiber.
  • the spread angle of the laser beam L may be measured. By doing in this way, it is possible to specify the laser device 71 in which the spread angle of the laser light L is increased.
  • the divergence angle measuring device 15 may be provided on the light input side with respect to the combiner 72 to measure the divergence angle of the laser light propagating in the optical fiber FB.
  • one of the first and second photodetectors 31 and 32 provided in the divergence angle measuring device 15 is provided on the light input side with respect to the combiner 72, and either one is provided on the light output side with respect to the combiner 72.
  • the first photodetector 31 may be provided on the light input side with respect to the combiner 72
  • the second photodetector 32 may be provided on the light output side with respect to the combiner 72.
  • the cladding light removal unit 13 includes the coating removal region 21 from which at least a portion of the coating CV in the circumferential direction of the optical fiber F has been removed.
  • the two optical fibers may be fused to each other, and the fusion splice point may be used as the clad light removal unit 13.
  • the second photodetector 32 is configured to detect the Rayleigh scattered light of the laser light L propagating through the delivery fiber 12.
  • the second photodetector 32 may be configured to detect laser light reflected by, for example, a slant FBG formed in the core of the delivery fiber 12.
  • the divergence angle measuring devices 15, 40 and 50 of the present invention can be applied to laser devices other than the laser devices 1 to 4 according to the first to fifth embodiments described above.
  • the divergence angle measuring devices 15, 40, and 50 may be applied to a fiber laser device.
  • the present invention may be applied to a laser device in which a resonator is configured by a device other than an optical fiber, such as a semiconductor laser (DDL: Direct Diode Laser) or a disk laser, and the laser beam emitted from the resonator is collected on the optical fiber. Good.
  • DDL Direct Diode Laser
  • each component of the laser device is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
  • a double-clad fiber is used as an optical fiber
  • a single-clad fiber may be used.

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Abstract

拡がり角測定装置（１５）は、コア及びクラッドを有する光ファイバ（Ｆ）内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする。拡がり角測定装置は、前記光ファイバの前記クラッドから漏出する前記レーザ光を検出する第１光検出器（３１）と、演算部（３３）と、を備える。前記演算部は、前記第１光検出器の検出結果と、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のパワーを示すパワー情報とに基づいて、前記レーザ光の拡がり角を求める。

Description

拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステム
　本発明は、拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステムに関する。
　本願は、２０１７年３月２４日に、日本に出願された特願２０１７―０５９７７９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、産業分野で用いられる高出力レーザ装置として、ファイバレーザ装置が注目されている。このファイバレーザ装置は、従来の高出力レーザ装置（例えば、炭酸ガスレーザ装置）に比べて、ビーム品質（ＢＰＰ：Beam Parameter Product 或いはＭ２）が優れており集光性が高いという特徴を有する。このため、従来の炭酸ガスレーザ装置等に代えてファイバレーザ装置を用いれば、加工時間を短縮することができ、省エネルギーを図ることが可能である。
　このようなファイバレーザ装置では、例えば経時劣化等によって、射出されるレーザ光の拡がり角が大きくなる可能性が考えられる。レーザ光の拡がり角が大きくなると、ビーム品質が悪化して加工特性が変化してしまう。このため、ファイバレーザ装置の性能を維持するためには、レーザ光の拡がり角をモニタし、モニタ結果に応じてファイバレーザ装置のメンテナンスを行う必要がある。
　特許文献１，２には、レーザビームの拡がり角を測定する従来技術の一例が開示されている。具体的には、特許文献１では、拡がり角θを求めるために、測定対象のレーザビームの一部をビームスプリッタで分岐して測定用レンズ（焦点距離ｆ）で集光し、集光位置におけるビーム直径ｄをＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）カメラで計測する。そして、特許文献１には、θ＝ｄ／ｆなる計算式によって拡がり角θを求める技術が開示されている。また、特許文献２には、光ファイバの末端から予め定められた距離で放射赤外線エネルギーをエネルギーのより短い波長に変換し、この短い波長のエネルギー分布を記録して光ファイバの開口数を計算する技術が開示されている。
日本国特開平１０－４７９３８号公報 日本国特表昭６４－５００５３９号公報
　ところで、現状において、ファイバレーザ装置は、出力パワーが数十［Ｗ］程度の低出力のもの、数百［Ｗ］程度の中出力のもの、数［ｋＷ］程度の高出力のものが実現されている。今後、高出力のファイバレーザ装置の研究開発は、出力パワーをより高める方向で行われると考えられ、将来的には数十～百［ｋＷ］程度の出力パワーを有するファイバレーザ装置が実現される可能性がある。
　特許文献１の構成では、測定対象のレーザビームの一部をビームスプリッタで分岐する必要がある。このため、高出力化されたファイバレーザ装置から射出されるレーザ光の拡がり角を、実動作状態でモニタすることは難しい。また、特許文献１の構成では、ビームスプリッタ及び測定レンズ等の光学素子に加えて、ＣＣＤカメラ等の撮像素子が必要になることから、測定装置が大型化してしまう。
　特許文献２の構成では、光ファイバの末端から予め定められた距離にアップ変換スクリーンを配置して、光ファイバの末端から射出される赤外光を波長変換する必要がある。このため、特許文献１の構成と同様に、高出力化されたファイバレーザ装置から射出されるレーザ光の拡がり角を、実動作状態でモニタすることは難しい。
　本発明は上記事情に鑑みてなされ、簡便な構成で高出力のレーザ光の拡がり角を測定することが可能な拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第１態様に係る拡がり角測定装置は、コア及びクラッドを有する光ファイバ内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする拡がり角測定装置であって、前記光ファイバの前記クラッドから漏出する前記レーザ光を検出する第１光検出器と、前記第１光検出器の検出結果と、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のパワーを示すパワー情報とに基づいて、前記レーザ光の拡がり角を求める演算部と、を備える。
　また、上記拡がり角測定装置は、前記光ファイバには、前記クラッドを伝搬するクラッド光を漏出させて除去するクラッド光除去部が設けられており、前記第１光検出器が、前記クラッド光除去部に配置されて、前記クラッド光除去部で除去される前記クラッド光を検出してもよい。
　また、上記拡がり角測定装置は、前記光ファイバの近傍に配置され、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のレイリー散乱光を検出する第２光検出器を更に備え、前記演算部が、前記第２光検出器の検出結果を前記パワー情報として用いて前記レーザ光の拡がり角を求めてもよい。
　また、上記拡がり角測定装置は、前記光ファイバの近傍に配置され、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のレイリー散乱光を検出する第２光検出器を更に備え、前記第２光検出器が、前記光ファイバにおいて前記クラッド光除去部よりも光入力側に設けられていてもよい。
　或いは、上記拡がり角測定装置は、前記クラッド光除去部における温度を検出する温度検出器を更に備え、前記演算部が、前記温度検出器の検出結果を前記パワー情報として用いて前記レーザ光の拡がり角を求めてもよい。
　或いは、上記拡がり角測定装置は、前記演算部が、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光を出力するレーザ光源に供給される駆動電流を検出する電流検出器の検出結果を前記パワー情報として用いて前記レーザ光の拡がり角を求めてもよい。
　また、上記拡がり角測定装置は、前記演算部で求められた前記レーザ光の拡がり角を示す第１情報、或いは前記演算部で求められた前記レーザ光の拡がり角が予め規定された範囲内であるか否かを示す第２情報を出力する出力部を備えていてもよい。
　また、本発明の第２態様に係る拡がり角測定方法は、コア及びクラッドを有する光ファイバ内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする拡がり角測定方法であって、前記光ファイバの前記クラッドから漏出する前記レーザ光を検出する検出ステップと、前記検出ステップの検出結果と、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のパワーを示すパワー情報とに基づいて、前記レーザ光の拡がり角を求める演算ステップと、を有する。
　また、本発明の第３態様に係るレーザ装置は、レーザ光源と、コア及びクラッドを有し、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を伝搬させる光ファイバと、上記拡がり角測定装置と、を備える。
　また、上記レーザ装置は、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光の拡がり角を調整する調整装置と、前記拡がり角測定装置の測定結果に応じて、前記調整装置を制御する制御装置と、を備えていてもよい。
　また、本発明の第４態様に係るレーザシステムは、複数のレーザ装置と、該複数のレーザ装置から出力される光を合波する合波装置と、該合波装置で合波された光を導波する出力光ファイバと、前記出力光ファイバ内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする上記拡がり角測定装置と、を備える。
　本発明の上記態様によれば、コア及びクラッドを有する光ファイバのクラッドから漏出するレーザ光を第１光検出器で検出し、第１光検出器の検出結果と、光ファイバ内を伝搬するレーザ光のパワーを示すパワー情報とに基づいて、レーザ光の拡がり角を求めている。このため、簡便な構成で高出力のレーザ光の拡がり角を測定することが可能である。
第１実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 図１のデリバリファイバの一例を示す横断面図である。 図１のクラッド光除去部の構成を示す図である。 図３ＡのＡ－Ａ断面矢視図である。 第１実施形態において、光出力が一定である場合におけるレーザ光の拡がり角とクラッド光の検出結果とのおおよその関係を示す図である。 第１実施形態において、レーザ光の拡がり角が一定である場合における光出力と光検出器の検出結果との関係を示す図である。 第１実施形態において、レーザ光の拡がり角が変化した場合における光出力と光検出器の検出結果との関係を示す図である。 第２実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 第４実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。 第４実施形態におけるＮＡ調整装置の一例を説明するための図である。 第５実施形態に係るレーザシステムの構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る拡がり角測定装置、拡がり角測定方法、レーザ装置、及びレーザシステムについて詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
　図１は、第１実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。
　図１に示す通り、本実施形態のレーザ装置１は、レーザ光源１１、デリバリファイバ１２、クラッド光除去部１３、コネクタ１４、及び拡がり角測定装置１５を備えている。レーザ装置１は、コネクタ１４から外部に向けてレーザ光Ｌを射出する。尚、レーザ装置１が、例えばレーザ加工に用いられる場合には、レーザ光Ｌはコネクタ１４の先のヘッド（図示省略）から被加工面に向けて射出される。
　デリバリファイバ１２の第１端部１２aは、レーザ光源１１に接続されレーザ光Lが入力される。デリバリファイバ１２の第２端部１２ｂは、コネクタ１４に接続される。本実施形態では、光の伝搬方向に沿って、第１端部１２ａ側を光入力側といい、第２端部１２ｂ側を光出力側という。また、レーザ光源１１からコネクタ１４に向かう方向を、出力方向Ｄという。
　レーザ光源１１は、例えば複数の励起光源を備えたファイバレーザであり、励起光源から出力される励起光によって光増幅ファイバのコアに添加された希土類イオンが励起されてレーザ光Ｌを出力する。尚、レーザ光源１１に設けられる励起光源の種類及び数は、レーザ光Ｌの波長及びパワーに応じて適宜選択される。デリバリファイバ１２は、レーザ光源１１から出力されるレーザ光Ｌを伝送する伝送媒体として機能する光ファイバである。デリバリファイバ１２の第１端部１２ａは、レーザ光源１１に接続される。デリバリファイバ１２の第２端部１２ｂは、コネクタ１４に接続されている。コネクタ１４は、レーザ光Ｌの射出端として機能し、デリバリファイバ１２の第２端部１２ｂに接続されている。
　ここで、レーザ装置１で用いられるデリバリファイバ１２について説明する。図２は、デリバリファイバ１２の一例を示す横断面図である。図２に示す通り、デリバリファイバ１２として用いられる光ファイバＦは、例えばダブルクラッドファイバである。光ファイバＦは、コアＣ、インナークラッドＣＬ１、アウタークラッドＣＬ２、及び外被ＦＪを有する。コアＣは、円柱形状に形成されている。インナークラッドＣＬ１は、円筒形状であり、コアＣの外側面を覆っている。アウタークラッドＣＬ２は、円筒形状であり、インナークラッドＣＬ１の外側面を覆っている。外被ＦＪは、円筒形状であり、アウタークラッドＣＬ２の外側面を覆っている。
　図２に示す光ファイバＦのうち、コアＣとインナークラッドＣＬ１とは、例えばガラスにより形成されている。アウタークラッドＣＬ２と外被ＦＪとは、例えば樹脂により形成されている。以下、アウタークラッドＣＬ２と外被ＦＪとをまとめて、被覆ＣＶということもある。また、インナークラッドＣＬ１を単にクラッドということもある。
　ここで、デリバリファイバ１２を構成する光ファイバＦの諸元は、例えば以下の通りである。
　コアＣ：組成…石英ガラス、直径…１００［μｍ］、屈折率…１．４６
　インナークラッドＣＬ１：組成…フッ素添加石英ガラス、外径…３６０［μｍ］、屈折率…１．４４
　アウタークラッドＣＬ２：組成…シリコーン、外径…５００［μｍ］、屈折率…３．９
　クラッド光除去部１３は、デリバリファイバ１２の途中（第１端部１２ａと第２端部１２ｂとの間）に設けられている。クラッド光除去部１３は、デリバリファイバ１２内を、出力方向Ｄに伝搬するレーザ光Ｌのクラッド光を除去する。図３Ａ、図３Ｂは、レーザ装置１に設けられるクラッド光除去部１３の構成を示す図であって、図３Ａが平面図であり、図３Ｂが図３Ａ中のＡ－Ａ断面矢視図である。
　図３Ａ，図３Ｂに示す通り、クラッド光除去部１３は、筐体２０と、被覆除去領域２１と、蓋２５とを備える。以下、図３Ｂの上下方向を単に上下方向という。また、上下方向において、蓋２５側を上方といい、筐体２０側を下方という。
　筐体２０は、例えば黒アルマイト処理が施されたアルミニウム等の金属材料で形成されている。但し、筐体２０の材料は特に限定されない。筐体２０には、上面から下方に向けて窪む溝２０Ｍが形成されている。溝２０Ｍは、上部溝２０Ｍ１と、下部溝２０Ｍ２とを備える。下部溝２０Ｍ２は、図３Ｂにおいて上部溝２０Ｍ１の下方に配置されている。長手方向および上下方向の双方に直交する横方向において、下部溝２０Ｍ２の幅は、上部溝２０Ｍ１の幅よりも狭い。溝２０Ｍにおける下部溝２０Ｍ２の内部に、被覆除去領域２１が設けられた光ファイバＦが収容されている。光ファイバＦは、被覆除去領域２１が溝２０Ｍの開口側（図３Ｂにおける上方）を向くように配置されている。溝２０Ｍの形状及び寸法は、特に限定されない。
　被覆除去領域２１では、光ファイバＦの周方向の少なくとも一部の被覆ＣＶが除去されている。被覆除去領域２１では、被覆ＣＶが、光ファイバＦの長手方向及び周方向の双方に沿って除去されている。被覆ＣＶが除去され、光ファイバＦのインナークラッドＣＬ１が溝２０Ｍの開口側に露出した部分を露出部２２という。露出部２２は、封止材２３（詳細は後述する）により覆われている。すなわち、被覆除去領域２１の上面は、封止材２３により覆われている。
　図３Ａ，図３Ｂには、光ファイバＦの周方向における被覆ＣＶの一部が除去された例が示されている。光ファイバＦの全周のうちのどの程度の被覆ＣＶを除去するか、即ち、全周３６０°のうちの何度分にあたる被覆ＣＶを除去するかは、必要とされるクラッド光除去能力に応じて適宜設定される。
　また、光ファイバＦの長手方向については、図３Ａに示す例の通り、被覆ＣＶが連続的に除去され、インナークラッドＣＬ１が連続的に露出していてもよい。或いは、図示は省略するが、被覆ＣＶが断続的に除去され、インナークラッドＣＬ１の露出部２２と非露出部分とが長手方向で交互に設けられていてもよい。光ファイバＦの長手方向の被覆ＣＶを除去する部分の長さ（露出部２２の長さ）についても、必要とされるクラッド光除去能力に応じて適宜設定される。
　溝２０Ｍの内部における光ファイバＦの周囲の空間（下部溝２０Ｍ２）には、封止材２３が充填されている。封止材２３は、例えば光透過性を有するシリコーン樹脂により形成される。これにより、溝２０Ｍの内部における光ファイバＦの位置が固定される。封止材２３は、インナークラッドＣＬ１の屈折率と等しい屈折率、或いはインナークラッドＣＬ１の屈折率よりも高い屈折率を有する材料で形成されている。即ち、被覆除去領域２１において、インナークラッドＣＬ１は、インナークラッドＣＬ１の屈折率と等しい屈折率、或いはインナークラッドＣＬ１の屈折率よりも高い屈折率を有する封止材２３と接する。そのため、インナークラッドＣＬ１内を伝搬してきた光は、インナークラッドＣＬ１から封止材２３を経て、封止材２３の外部に漏出する。
　図３Ａに示す通り、溝２０Ｍにおける下部溝２０Ｍ２の長手方向の両端には、シール材２４が設けられている。これにより、光ファイバＦは、筐体２０の長手方向の端部において筐体２０に固定される。シール材２４は、例えばシリコーン樹脂により形成される。シール材２４を形成するシリコーン樹脂は、光透過性を有していてもよいし、光透過性を有していなくてもよい。
　また、クラッド光除去部１３には、拡がり角測定装置１５の第１光検出器３１が設けられる。第１光検出器３１は、例えば赤外線フォトダイオードであり、光ファイバＦのクラッドから漏出するレーザ光Ｌの漏れ光を受光する。図３Ｂに示す通り、第１光検出器３１は、蓋２５に取り付けられている。被覆除去領域２１は、第１光検出器３１の受光面Ｒに対向して設けられている。クラッド光除去部１３は、コアＣからクラッドに漏洩したクラッド光を被覆除去領域２１においてクラッドの外部に漏出さる。さらに、漏出されたクラッド光を第１光検出器３１に入射させることでレーザ光Ｌの拡がり角を測定することができる。図３Ａに示す通り、光ファイバＦの中心軸に垂直な方向から見て、第１光検出器３１は、被覆除去領域２１と重なる位置に設けられている。第１光検出器３１は長手方向における被覆除去領域２１の中央部に設けられている。ただし、第１光検出器３１と被覆除去領域２１とが重なるように設けられていれば、第１光検出器３１が長手方向のどの位置に設けられていてもよい。
　第１光検出器３１が取り付けられている蓋２５は、図３Ｂに示す通り、筐体２０の溝２０Ｍの上方を覆ように設けられている。蓋２５の材料は特に限定されないが、例えば筐体２０と同じアルミニウムで形成されている。第１光検出器３１は、蓋２５を貫通するように取り付けられ、受光面Ｒが溝２０Ｍの内部に位置している。また、受光面Ｒは光ファイバＦの被覆除去領域２１の上方に位置する。即ち、光ファイバＦに被覆除去領域２１が設けられたことにより、光ファイバＦのインナークラッドＣＬ１は第１光検出器３１の受光面Ｒと対向する。この構成により、第１光検出器３１は、光ファイバＦから漏出したクラッド光を効率よく受光することができる。
　但し、被覆除去領域２１は、必ずしも第１光検出器３１の受光面Ｒと対向していなくてもよい。このような構成にしても、光ファイバＦから漏出したクラッド光は溝２０Ｍの内面で反射、散乱するため、第１光検出器３１はクラッド光を受光することができる。同様に、受光面Ｒは溝２０Ｍの内部に位置せず、例えば蓋２５に形成された貫通孔の内部に位置していてもよい。
　拡がり角測定装置１５は、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角をモニタし、レーザ光Ｌの拡がり角を示す情報（第１情報Ｉ１）、或いはレーザ光Ｌの拡がり角が予め規定された範囲内であるか否かを示す情報（第２情報Ｉ２）を出力する。ここで、上記の第１情報Ｉ１は、レーザ光Ｌの拡がり角そのものを示す情報であっても良く、レーザ光Ｌの拡がり角を開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）に換算した値であっても良い。
　上記「レーザ光Ｌの拡がり角」は、レーザ光Ｌの伝播方向と光ファイバの中心軸とのなす角（角度θ）をいう。デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角が大きいほどデリバリファイバ１２の第２端部１２ｂ（或いはコネクタ１４）から射出されるレーザ光Ｌの拡がり角が大きくなる傾向がある。このため、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角を求めることによりデリバリファイバ１２の第２端部１２ｂ（或いはコネクタ１４）から射出されるレーザ光Ｌの拡がり角を求めることができる。また、上記「拡がり角を開口数（ＮＡ）に換算した値」とは、ｓｉｎθにより定義される値である。
　拡がり角測定装置１５は、図１に示す通り、第１光検出器３１、第２光検出器３２、演算部３３、及びモニタ信号出力部３４（出力部）を備えている。拡がり角測定装置１５は、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果に基づいて、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角のモニタ等を行う。第１光検出器３１は、前述の通り、デリバリファイバ１２に設けられたクラッド光除去部１３に配置され、光ファイバＦのクラッドから漏出するレーザ光Ｌの漏れ光を受光する。
　第２光検出器３２は、デリバリファイバ１２の近傍に配置され、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのレイリー散乱光を検出する。ここで、レイリー散乱光は、デリバリファイバ１２内におけるレーザ光Ｌの導波方向とは関係なく、光ファイバＦによって伝搬される光のパワーに応じたパワーを有する。上記の第２光検出器３２としては、例えばＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。第２光検出器３２としてＰＩＮフォトダイオードを用いた場合には、第２光検出器３２は、例えば光ファイバＦの側面から（被覆樹脂から）数［ｍｍ］程度離間した位置に配置される。
　第２光検出器３２は、デリバリファイバ１２のクラッド光除去部１３よりも光入力側（第１端部１２ａ側）に設けられる。これは、クラッド光除去部１３で除去されたクラッド光が、第２光検出器３２の検出結果に与える影響を極力小さくするためである。尚、クラッド光除去部１３で除去されたクラッド光の影響が小さければ、第２光検出器３２をクラッド光除去部１３よりも光出力側（第２端部１２ｂ側）に設けてもよい。つまり、第２光検出器３２は、外乱（例えば、迷光等）に影響されることなく、光ファイバＦによって伝搬されるレーザ光Ｌのレイリー散乱光を検出できるのであれば、任意の位置に配置することが可能である。
　演算部３３は、第１光検出器３１の検出結果と第２光検出器３２の検出結果とに基づいて、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角のモニタ等を行う。具体的に、演算部３３は、第２光検出器３２の検出結果から光ファイバＦによって伝搬されるレーザ光Ｌのパワー（パワー情報ＩＰ）を求める。そして、このパワー情報ＩＰと検出値特性情報ＩＦとに基づいて、レーザ光Ｌの拡がり角を求める。ここで、上記の検出値特性情報ＩＦは、レーザ装置１から出力される出力光のパワー毎に用意され、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果の比と第１情報Ｉ１とが対応付けられた情報である。また、演算部３３は、レーザ装置１で許容し得るレーザ光Ｌの拡がり角の最大値である閾値を記憶しており、レーザ光Ｌの拡がり角が閾値を超えたか否かを判断する。
　ここで、演算部３３におけるレーザ光Ｌの拡がり角の測定原理について説明する。図４は、第１実施形態において、光出力が一定である場合におけるレーザ光Ｌの拡がり角とクラッド光の検出結果とのおおよその関係を示す図である。尚、図４に示すグラフは、レーザ光Ｌの拡がり角（或いはＮＡ換算値）を横軸にとり、第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）を縦軸にとってある。尚、図４に示すグラフの横軸及び縦軸の何れも任意単位である。図４を参照すると、光出力（レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌのパワー）が一定である場合には、レーザ光Ｌの拡がり角が大きくなるにつれ、クラッドモニタ出力が大きくなる傾向があることが分かる。
　図５は、第１実施形態において、レーザ光Ｌの拡がり角が一定である場合における光出力と第１、第２光検出器３１、３２の検出結果との関係を示す図である。尚、図５に示すグラフは、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌのパワー（光出力）を横軸にとり、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果（クラッドモニタ出力、レイリーモニタ出力）を縦軸にとってある。尚、図５の縦軸は、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果をパワー［Ｗ］に変換した値としている。また、図５においては、比較のため、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌのパワーを示すグラフ（レーザ出力）も図示している。レーザ出力のグラフは、横軸の値と縦軸の値とが同じ点をプロットしたグラフである。
　図５を参照すると、レーザ光Ｌの拡がり角が一定である場合には、光出力が増大するに正比例して第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）及び第２光検出器３２の検出結果（レイリーモニタ出力）が共に増大する関係にあることが分かる。ここで、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果は、光出力が増大するにつれて直線的に増加することから、レーザ光Ｌの拡がり角が一定である場合には、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果の比は、光出力に拘わらず一定になることが分かる。また、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌのパワーは、概ね第２光検出器３２の検出結果（レイリーモニタ出力）から、第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）を差し引いた値となっていることが分かる。
　図６は、第１実施形態において、レーザ光Ｌの拡がり角が変化した場合における光出力と第１、第２光検出器３１，３２の検出結果との関係を示す図である。尚、図６に示すグラフは、図５に示すグラフと同様に、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌのパワー（光出力）を横軸にとり、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果（クラッドモニタ出力、レイリーモニタ出力）を縦軸にとっている。なお、縦軸は、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果をパワー［Ｗ］に変換した値としている。また、図６においても、比較のため、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌのパワーを示すグラフ（レーザ出力）も図示している。
　図６中の凡例に示されているＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３は、レーザ光の拡がり角を示しており、ＮＡ１＜ＮＡ２＜ＮＡ３なる関係がある。図６を参照すると、レーザ光Ｌの拡がり角の大小に拘わらず、光出力が増大するに正比例して第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）及び第２光検出器３２の検出結果（レイリーモニタ出力）が共に増大する関係にあることが分かる。
　また、第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）及び第２光検出器３２の検出結果（レイリーモニタ出力）は何れも、光出力の大小に拘わらず、レーザ光の拡がり角が大きいほど、大きくなる関係にあることも分かる。具体的に、理解を容易にするために、光出力が例えば８００［Ｗ］であるとすると、第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）は、レーザ光の拡がり角ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３の順で大きくなり、第２光検出器３２の検出結果（レイリーモニタ出力）も、レーザ光の拡がり角ＮＡ１，ＮＡ２，ＮＡ３の順で大きくなる。ここで、図６に示す通り、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果は、光出力が増大するにつれて直線的に増加するが、その増加率（傾き）はレーザ光Ｌの拡がり角に応じて異なる。このため、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果の比は、レーザ光Ｌの拡がり角に応じて異なることとなる。
　以上の通り、図４から、レーザ光Ｌの拡がり角が大きいほど、第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）は大きくなる傾向がある。これは、光ファイバＦのコアＣからクラッドに多くのレーザ光が漏洩するためである。また、図５，図６から、レーザ光Ｌの拡がり角が同じであっても、レーザ光Ｌのパワーが大きいほど、第１光検出器３１の検出結果（クラッドモニタ出力）は大きくなる傾向がある。更に、図６から、レーザ光Ｌの拡がり角が大きいほど、レーザ光Ｌのパワーが増大したときの第１、第２光検出器３１，３２の検出結果が大きくなる傾向がある。さらに、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果の比は、レーザ光Ｌの拡がり角に応じて異なっている。
　そこで、レーザ装置１から出力されるレーザ光Ｌの拡がり角を予め測定し、その際のレーザ光Ｌのパワーを第２光検出器３２で検出するとともに、クラッド光（光ファイバＦのクラッドから漏出するレーザ光Ｌ）を第１光検出器３１で検出しておく。そして、レーザ装置１から出力される出力光のパワー毎に、第１、第２光検出器３１，３２の検出結果の比と第１情報Ｉ１とが対応付けられた情報である検出値特性情報ＩＦを予め用意しておく。このようにすれば、第２光検出器３２の検出結果から光ファイバＦによって伝搬されるレーザ光Ｌのパワーを求め、このパワーと検出値特性情報ＩＦとに基づいて、レーザ光Ｌの拡がり角を求めることができる。演算部３３はこのような原理によって、レーザ光Ｌの拡がり角を求めるようにしている。
　モニタ信号出力部３４は、演算部３３で求められた第１情報Ｉ１、或いは第２情報Ｉ２を外部に出力する。例えば、モニタ信号出力部３４は、液晶表示装置等の表示装置を備えており、演算部３３で求められた第１情報Ｉ１、或いは第２情報Ｉ２を表示装置に表示する。或いは、モニタ信号出力部３４は、外部出力端子を備えており、演算部３３で求められた第１情報Ｉ１、或いは第２情報Ｉ２を外部出力端子から外部に出力する。
　次に、上記構成におけるレーザ装置１の動作について説明する。レーザ装置１の電源が投入されると、レーザ光源１１からのレーザ光Ｌの射出が開始される。レーザ光源１１から射出されたレーザ光Ｌは、第１端部１２ａから、デリバリファイバ１２を構成する光ファイバＦ内に入射する。光ファイバＦに入射したレーザ光Ｌは、光ファイバＦ内を伝搬する。ここで、レーザ光Ｌが光ファイバＦ内を出力方向Ｄに伝搬すると、レーザ光Ｌのパワーに応じたレイリー散乱光が生ずる。このため、拡がり角測定装置１５の第２光検出器３２では、レーザ光Ｌのパワーに応じたレイリー散乱光が検出される。
　また、光ファイバＦ内を出力方向Ｄに伝搬するレーザ光Ｌがクラッド光除去部１３に達すると、クラッド光が除去される。ここで、光ファイバＦのコアＣを伝搬するレーザ光Ｌは、クラッド光除去部１３を通過する。しかし、インナークラッドＣＬ１を伝搬するレーザ光（クラッド光）は、クラッド光除去部１３の被覆除去領域２１（図３Ａ、図３Ｂ参照）から光ファイバＦの外部空間に漏れて除去され、拡がり角測定装置１５の第１光検出器３１で検出される（検出ステップ）。
　クラッド光除去部１３を通過したレーザ光Ｌは、光ファイバＦの第２端部１２ｂに接続されたコネクタ１４から出力される。ここで、コネクタ１４の前方にワーク等が配置されている場合には、コネクタ１４から出力されたレーザ光は、そのワークの加工面に照射され、これによりワークの加工が行われる。
　拡がり角測定装置１５に設けられた第２光検出器３２からは、レイリー散乱光の光量に応じた検出信号が出力され、第１光検出器３１からは、クラッド光の光量に応じた検出信号が出力される。これら第１、第２光検出器３１，３２から出力される検出信号は演算部３３に入力され、演算部３３では、第１光検出器３１の検出信号と第２光検出器３２の検出信号とに基づいて、レーザ光Ｌの拡がり角を求める演算が行われる（演算ステップ）。
　具体的に、演算部３３では、まず第２光検出器３２の検出結果から、光ファイバＦによって伝搬されるレーザ光Ｌのパワー（パワー情報ＩＰ）を求める演算が行われる。次に、パワー情報ＩＰと検出値特性情報ＩＦとに基づいて、レーザ光Ｌの拡がり角を求める演算が行われる。求められたレーザ光Ｌの拡がり角（或いは、ＮＡ換算値）を示す情報（第１情報Ｉ１）は、モニタ信号出力部３４から外部に出力される。第１情報Ｉ１は、例えば、不図示の表示装置に表示される。
　以上の通り、本実施形態では、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのレイリー散乱光を検出する第２光検出器３２と、クラッド光除去部１３で除去されるクラッド光を検出する第１光検出器３１とが設けられている。そして、これら第１、第２光検出器３１，３２の検出結果に基づいて、演算部３３がレーザ光Ｌの拡がり角を求めるように構成されている。このため、簡便な構成で高出力のレーザ光Ｌの拡がり角を測定することが可能である。
〔第２実施形態〕
　図７は、第２実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。
　図７に示す通り、本実施形態のレーザ装置２は、図１に示すレーザ装置１の拡がり角測定装置１５に代えて拡がり角測定装置４０を設けた構成である。この拡がり角測定装置４０は、図１に示すレーザ装置１の第２光検出器３２を、温度検出器４１に代えた構成を有する。
　温度検出器４１は、クラッド光除去部１３の特定箇所における温度（例えば、図３Ａ、図３Ｂに示す筐体２０や蓋２５の予め規定された位置の温度）における温度を検出する検出器である。クラッド光除去部１３で除去されたクラッド光がクラッド光除去部１３で吸収されることによって、クラッド光除去部１３の温度が上昇する。クラッド光除去部１３で除去されるクラッド光のパワーは、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのパワーに概ね比例する。このためクラッド光除去部１３の温度上昇の度合いは、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのパワーに応じて変化する。
　以上の通り、本実施形態では、クラッド光除去部１３における温度を検出する温度検出器４１と、クラッド光除去部１３で除去されるクラッド光を検出する第１光検出器３１とが設けられている。また、演算部３３が、温度検出器４１の検出結果に基づいてデリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのパワー（パワー情報ＩＰ）を求める。そして、求めたパワー情報ＩＰと第１光検出器３１の検出結果とに基づき、検出値特性情報ＩＦを用いてレーザ光Ｌの拡がり角を求めている。このため、簡便な構成で高出力のレーザ光Ｌの拡がり角を測定することが可能である。
〔第３実施形態〕
　図８は、第３実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。
　図８に示す通り、本実施形態のレーザ装置３は、図１に示すレーザ装置１の拡がり角測定装置１５に代えて拡がり角測定装置５０を設けた構成である。この拡がり角測定装置５０では、図１に示すレーザ装置１の第２光検出器３２を省略し、レーザ光源１１に設けられた電流検出器ＣＤの検出結果を、演算部３３に入力するよう構成されている。
　電流検出器ＣＤは、レーザ光源１１に供給される駆動電流（例えばレーザ光源１１に設けられた励起光源を駆動するための電流）を検出する。レーザ光源１１から射出されるレーザ光のパワーは、レーザ光源１１の駆動電流に概ね比例する。このため、電流検出器ＣＤで検出される電流値は、レーザ光源１１から射出されるレーザ光（デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌ）のパワーに応じた値となる。
　以上の通り、本実施形態では、電流検出器ＣＤの検出結果を演算部３３に入力するようにし、演算部３３が、電流検出器ＣＤの検出結果に基づいてデリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのパワー（パワー情報ＩＰ）を求める。そして、求めたパワー情報ＩＰと第１光検出器３１の検出結果とに基づき、検出値特性情報ＩＦを用いてレーザ光Ｌの拡がり角を求めている。このため、簡便な構成で高出力のレーザ光Ｌの拡がり角を測定することが可能である。
〔第４実施形態〕
　図９は、第４実施形態に係るレーザ装置の構成を示すブロック図である。
　図９に示す通り、本実施形態のレーザ装置４は、図１に示すレーザ装置１に対して制御装置６０及びＮＡ調整装置６１（調整装置）を追加した構成である。レーザ装置４は、拡がり角測定装置１５の測定結果に応じて、制御装置６０がレーザ光源１１やＮＡ調整装置６１を制御するように構成されている。
　制御装置６０は、拡がり角測定装置１５の測定結果を参照しつつ、レーザ光Ｌの拡がり角が予め設定された閾値を超えないようにＮＡ調整装置６１を制御する。また、制御装置６０は、拡がり角測定装置１５の測定結果に応じて、必要であればレーザ光源１１の出力を低下させる制御（又は、レーザ光源１１を停止させる制御）を行い、或いはアラームを発報する。
　ＮＡ調整装置６１は、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの開口数（ＮＡ）を調整するように構成されている。図１０は、第４実施形態におけるＮＡ調整装置６１の一例を説明するための図である。ＮＡ調整装置６１は、千鳥状（ジグザグ状）に配列された複数の引っ張り部材ＴＭを備える。図１０に示すように、デリバリファイバ１２は複数の引っ張り部材ＴＭに掛け回される。引っ張り部材ＴＭは、例えば円柱形状（或いは、円筒形状）の部材であり、図１０の矢印方向に移動可能に構成されている。
　複数の引っ張り部材ＴＭが、図１０の矢印方向に沿って互いに離れるように移動すると、デリバリファイバ１２が引っ張り部材ＴＭによって引っ張られて曲げ径が小さくなる。すると、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのうち、拡がり角の大きなレーザ光Ｌは、拡がり角の小さなレーザ光Ｌに比べて外部に漏れやすくなる。このようにして、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角が調整される。
　以上の通り、本実施形態では、制御装置６０及びＮＡ調整装置６１が設けられ、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角の調整等を可能としている。ただし、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのレイリー散乱光を検出する第２光検出器３２と、クラッド光除去部１３で除去されるクラッド光を検出する第１光検出器３１と、が設けられている点は第１実施形態と同様である。従って、これら第１、第２光検出器３１，３２の検出結果に基づいて演算部３３がレーザ光Ｌの拡がり角を求めることで、第１実施形態と同様に、簡便な構成で高出力のレーザ光Ｌの拡がり角を測定することが可能である。
〔第５実施形態〕
　図１１は、第５実施形態に係るレーザシステムの構成を示すブロック図である。図１１に示す通り、本実施形態のレーザシステムＬＳは、図１に示すレーザ装置１のレーザ光源１１に代えて複数のレーザ装置７１及びコンバイナ７２（合波装置）を設けた構成である。
　レーザ装置７１は、図１に示すレーザ光源１１と同様に、励起光源から出力される励起光によって光増幅ファイバのコアに添加された希土類イオンが励起されてレーザ光を出力する。尚、このレーザ装置７１として、例えば上述した第１～第４実施形態によるレーザ装置１～４を用いることもできる。尚、レーザ装置７１としては、レーザ光源１１やレーザ装置１～４に限られず、レーザ光を出力する任意の装置を用いることができる。
　コンバイナ７２は、複数のレーザ装置７１から出力される複数のレーザ光を光学的に結合する。具体的に、コンバイナ７２の内部では、レーザ装置７１の各々から延びる光ファイバＦＢが束ねられ、溶融延伸により一体化して１本の光ファイバとなっている。その１本にされた光ファイバが、デリバリファイバ１２としての光ファイバＦの第１端部１２ａに融着接続されている。本実施形態における光ファイバＦのように、コンバイナ７２（合波装置）で合波された光を導波する光ファイバを出力ファイバという。
　本実施形態のレーザシステムＬＳのコンバイナ７２よりも光出力側の構成は、第１実施形態のレーザ装置１のレーザ光源１１よりも光出力側の構成と同様である。このため、第１実施形態と同様に、デリバリファイバ１２（出力光ファイバ）内を伝搬するレーザ光Ｌのレイリー散乱光を検出する第２光検出器３２と、クラッド光除去部１３で除去されるクラッド光を検出する第１光検出器３１との検出結果に基づき、演算部３３によってレーザ光Ｌの拡がり角が求められる。
　このため、簡便な構成で高出力のレーザ光Ｌの拡がり角を測定することが可能である。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、光ファイバＦ内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角を測定したが、例えば第５実施形態のレーザシステムＬＳに設けられたレーザ装置７１の各々で光ファイバ内を伝搬するレーザ光Ｌの拡がり角を測定するようにしても良い。このようにすることで、レーザ光Ｌの拡がり角が大きくなったレーザ装置７１を特定することが可能である。
　また、上記第５実施形態では、拡がり角測定装置１５がコンバイナ７２よりも光出力側に設けられている例について説明した。しかしながら、コンバイナ７２よりも光入力側に拡がり角測定装置１５を設け、光ファイバＦＢ内を伝搬するレーザ光の拡がり角を測定するようにしても良い。また、拡がり角測定装置１５に設けられる第１、第２光検出器３１，３２の何れか一方をコンバイナ７２よりも光入力側に設け、何れか他方をコンバイナ７２よりも光出力側に設けるようにしても良い。例えば、第１光検出器３１をコンバイナ７２よりも光入力側に設け、第２光検出器３２をコンバイナ７２よりも光出力側に設けてもよい。
　また、上記実施形態において、クラッド光除去部１３は、光ファイバＦの周方向の少なくとも一部の被覆ＣＶが除去された被覆除去領域２１を備える構成であった。しかしながら、２本の光ファイバ互いに融着し、融着接続点をクラッド光除去部１３として用いてもよい。また、上述した実施形態において、第２光検出器３２は、デリバリファイバ１２内を伝搬するレーザ光Ｌのレイリー散乱光を検出するように構成されていた。しかしながら、第２光検出器３２は、例えばデリバリファイバ１２のコアに形成されたスラント型ＦＢＧで反射されるレーザ光を検出するように構成されていてもよい。
　また、本発明の拡がり角測定装置１５、４０、５０は、上述した第１～第５実施形態によるレーザ装置１～４以外のレーザ装置にも適用可能である。例えば、拡がり角測定装置１５，４０、５０を、ファイバレーザ装置に適用してもよい。あるいは、半導体レーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）やディスクレーザのように、共振器が光ファイバ以外で構成され、共振器から射出されるレーザ光を光ファイバに集光するレーザ装置に適用してもよい。
　その他、レーザ装置の各構成要素の形状、寸法、配置、材料等に関する具体的な記載は、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。例えば上記実施形態では、光ファイバとしてダブルクラッドファイバを用いた例を示したが、シングルクラッドファイバを用いてもよい。
１～４…レーザ装置、１１…レーザ光源、１２…デリバリファイバ（出力光ファイバ）、１３…クラッド光除去部、１５…拡がり角測定装置、３１…第１光検出器，３２…第２光検出器、３３…演算部、３４…モニタ信号出力部（出力部）、４０…拡がり角測定装置、４１…温度検出器、５０…拡がり角測定装置、６０…制御装置、６１…ＮＡ調整装置（調整装置）、７１…レーザ装置、７２…コンバイナ（合波装置）、Ｃ…コア、ＣＤ…電流検出器、ＣＬ１…クラッド（インナークラッド）、ＣＶ…被覆、Ｆ…光ファイバ、Ｌ…レーザ光、ＬＳ…レーザシステム

Claims (11)

  1. 　コア及びクラッドを有する光ファイバ内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする拡がり角測定装置であって、
    　前記光ファイバの前記クラッドから漏出する前記レーザ光を検出する第１光検出器と、
    　前記第１光検出器の検出結果と、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のパワーを示すパワー情報とに基づいて、前記レーザ光の拡がり角を求める演算部と、を備える拡がり角測定装置。
  2. 　前記光ファイバには、前記クラッドを伝搬するクラッド光を漏出させて除去するクラッド光除去部が設けられており、
    　前記第１光検出器は、前記クラッド光除去部に配置されて、前記クラッド光除去部で除去される前記クラッド光を検出する、
    　請求項１記載の拡がり角測定装置。
  3. 　前記光ファイバの近傍に配置され、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のレイリー散乱光を検出する第２光検出器を更に備え、
    　前記演算部は、前記第２光検出器の検出結果を前記パワー情報として用いて前記レーザ光の拡がり角を求める、
    　請求項１又は請求項２記載の拡がり角測定装置。
  4. 　前記光ファイバの近傍に配置され、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のレイリー散乱光を検出する第２光検出器を更に備え、
    　前記第２光検出器は、前記光ファイバにおいて前記クラッド光除去部よりも光入力側に設けられる、請求項２記載の拡がり角測定装置。
  5. 　前記クラッド光除去部における温度を検出する温度検出器を更に備え、
    　前記演算部は、前記温度検出器の検出結果を前記パワー情報として用いて前記レーザ光の拡がり角を求める、
    　請求項２記載の拡がり角測定装置。
  6. 　前記演算部は、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光を出力するレーザ光源に供給される駆動電流を検出する電流検出器の検出結果を前記パワー情報として用いて前記レーザ光の拡がり角を求める、請求項２記載の拡がり角測定装置。
  7. 　前記演算部で求められた前記レーザ光の拡がり角を示す第１情報、或いは前記演算部で求められた前記レーザ光の拡がり角が予め規定された範囲内であるか否かを示す第２情報を出力する出力部を備える、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の拡がり角測定装置。
  8. 　コア及びクラッドを有する光ファイバ内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする拡がり角測定方法であって、
    　前記光ファイバの前記クラッドから漏出する前記レーザ光を検出する検出ステップと、
    　前記検出ステップの検出結果と、前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光のパワーを示すパワー情報とに基づいて、前記レーザ光の拡がり角を求める演算ステップと、を有する拡がり角測定方法。
  9. 　レーザ光源と、
    　コア及びクラッドを有し、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を伝搬させる光ファイバと、
    　請求項１から請求項７の何れか一項に記載の拡がり角測定装置と、
    　を備えるレーザ装置。
  10. 　前記光ファイバ内を伝搬する前記レーザ光の拡がり角を調整する調整装置と、
    　前記拡がり角測定装置の測定結果に応じて、前記調整装置を制御する制御装置と、
    　を備える請求項９記載のレーザ装置。
  11. 　複数のレーザ装置と、
    　該複数のレーザ装置から出力される光を合波する合波装置と、
    　該合波装置で合波された光を導波する出力光ファイバと、
    　前記出力光ファイバ内を伝搬するレーザ光の拡がり角をモニタする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の拡がり角測定装置と、
    　を備えるレーザシステム。
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