WO2021166365A1 - モニタ装置、モニタ方法、及びレーザ装置 - Google Patents

モニタ装置、モニタ方法、及びレーザ装置 Download PDF

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WO2021166365A1
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light
optical fiber
monitoring device
guided
lights
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Inventor
松本　亮吉
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株式会社フジクラ
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range

Definitions

  • the present invention relates to a technique for monitoring the intensity of light guided through an optical fiber by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber. It also relates to a laser device to which such a technique is applied.
  • the intensity of light guided through an optical fiber is monitored.
  • a laser processing machine it is useful to monitor the intensity of light guided through an optical fiber connecting a laser light source and a processing head in order to know the intensity of light irradiating an object to be processed.
  • the light guided through the optical fiber since the light guided through the optical fiber has high power, it is difficult to branch and monitor the light guided through the optical fiber by using a tap coupler or the like. This is because the tap coupler generates heat and causes a malfunction in the laser processing machine, or high-power light enters the photodetector and causes a malfunction in the photodetector.
  • a method of monitoring the intensity of light guided through the optical fiber is adopted by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber. More specifically, (1) a method of incident Rayleigh scattered light scattered in the core into the light detector, and (2) light leaked light leaked from the core at a discontinuity point (for example, a fusion point) of the core. A method of incidenting on a detector and a method of (3) incident on a light detector with reflected light reflected by a slant grating formed on a core are known. A method for causing Rayleigh scattered light to enter a photodetector is described in, for example, Patent Document 1. A method of causing the leaked light to enter the photodetector is described in, for example, Patent Document 2. A method of causing the reflected light to enter the photodetector is described in, for example, Patent Document 3.
  • a multi-core fiber is an optical fiber having a plurality of cores, and each of the plurality of cores functions as an optical waveguide.
  • the multi-clad fiber is an optical fiber having a core, an inner clad, and an outer clad, and the core and the inner clad function as an optical waveguide.
  • One aspect of the present invention has been made in view of the above problems, and different electric field distributions are guided through the optical fiber by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber.
  • the purpose is to realize a technique for individually monitoring the intensities of a plurality of lights.
  • the n light intensities L1, L2, ... A monitoring device for monitoring Ln, in which m photodetectors (m is a natural number of n or more) arranged so as to face the side surface of the optical fiber, and outputs D1 of the m photodetectors. It is equipped with a calculation device that calculates the n light intensities L1, L2, ..., Ln from D2, ..., Dm, and is the bth with respect to the ath (a is a natural number of 1 or more and n or less) light.
  • the sensitivity Sub of the photodetector (b is a natural number of 1 or more and m or less) is set so that the following simultaneous equations can be solved.
  • the n light intensities L1, L2, ... In a monitoring method for monitoring Ln, from the outputs D1, D2, ..., Dm of m light detectors (m is a natural number of n or more) arranged so as to face the side surface of the optical fiber, the n It includes a calculation step for calculating the intensities L1, L2, ..., Ln of individual lights, and the b-th (b is a natural number of 1 or more and m or less) with respect to the a-th (a is a natural number of 1 or more and n or less). ),
  • the sensitivity Sub of the optical detector is set so that the following simultaneous equations can be solved.
  • the laser device includes a laser light source, an optical fiber that waveguides light output from the laser light source, and the above-mentioned monitoring device according to one aspect of the present invention.
  • a configuration is adopted in which n (n is a natural number of 2 or more) light intensities L1, L2, ..., Ln having different spatial distributions of the electric field transmitted through the optical fiber are monitored by using.
  • a photodetector arranged to face the side surface of an optical fiber is used to individually monitor the intensities of a plurality of lights having different electric field distributions guided through the optical fiber.
  • the technology can be realized.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the monitoring device 1.
  • FIG. 1 shows an optical fiber 2 to be monitored in addition to the monitor device 1.
  • the optical fiber 2 is a multi-core fiber including a center core 21 and a ring core 22.
  • the center core 21 is a cylindrical optical waveguide that passes through the central axis of the optical fiber 2
  • the ring core 22 is a cylindrical optical waveguide that surrounds the center core 21.
  • the optical fiber 2 further includes an inner clad 23 and an outer clad 24.
  • the inner clad 23 is a cylindrical region having a lower refractive index than the center core 21 and the ring core 22, so that the inner surface contacts the outer surface of the center core 21 and the outer surface contacts the inner surface of the ring core 22. Have been placed.
  • the outer clad 24 is a cylindrical region having a lower refractive index than the center core 21 and the ring core 22, and is arranged so that the inner side surface contacts the outer surface of the ring core 22.
  • the optical fiber 2 may further include a coating (not shown) that covers the outer surface of the outer clad 24.
  • the monitoring device 1 includes a first photodetector 11, a second photodetector 12, and an arithmetic unit 13, and has a light intensity L1 guided through the center core 21 and a ring core 22 guided through the center core 21.
  • the intensity L2 of the light to be generated is monitored.
  • the first light detector 11 is arranged so as to face the side surface of the optical fiber 2, and detects Rayleigh scattered light scattered by the center core 21 and Rayleigh scattered light scattered by the ring core 22. It is a configuration for.
  • the first photodetector 11 is composed of a photoelectric conversion element 11a and a light-shielding mask 11b.
  • the light-shielding mask 11b is arranged between the optical fiber 2 and the photoelectric conversion element 11a, and is a part of the Rayleigh scattered light scattered by the center core 21 and the Rayleigh scattered light scattered by the ring core 22. It prevents a part from being incident on the photoelectric conversion element 11a.
  • This proportionality constant S11 is hereinafter referred to as the sensitivity of the first photodetector 11 to the light guided through the center core 21.
  • This sensitivity S11 determines the photoelectric conversion efficiency of (1) the conversion efficiency of the core light in the center core 21 to the Rayleigh scattered light, and (2) the Rayleigh scattered light generated in the center core 21 without being shaded by the shading mask 11b. It is the total sensitivity of the ratio of Rayleigh scattered light incident on the element 11a and (3) the conversion efficiency of Rayleigh scattered light to light current in the photoelectric conversion element 11a.
  • This proportionality constant S21 is hereinafter referred to as the sensitivity of the first photodetector 11 to the light guided through the ring core 22.
  • This sensitivity S21 determines the photoelectric conversion element 11a without being shaded by the light-shielding mask 11b among (1) the conversion efficiency of the core light in the ring core 22 into Rayleigh scattered light and (2) the Rayleigh scattered light generated in the ring core 22. It is the total sensitivity of the ratio of Rayleigh scattered light incident on the light and (3) the conversion efficiency of Rayleigh scattered light to light current in the photoelectric conversion element 11a.
  • the output D1 of the first photodetector 11 is provided to the arithmetic unit 13.
  • the second light detector 12 is arranged so as to face the side surface of the optical fiber 2, and detects Rayleigh scattered light scattered by the center core 21 and Rayleigh scattered light scattered by the ring core 22. It is a configuration for.
  • the second photodetector 12 is composed of a photoelectric conversion element 12a and a light-shielding mask 12b.
  • the light-shielding mask 12b is arranged between the optical fiber 2 and the photoelectric conversion element 12a, and is a part of the Rayleigh scattered light scattered by the center core 21 and the Rayleigh scattered light scattered by the ring core 22. It prevents a part from being incident on the photoelectric conversion element 12a.
  • This proportionality constant S12 is hereinafter referred to as the sensitivity of the second photodetector 12 to the light guided through the center core 21.
  • This sensitivity S12 determines the (1) efficiency of conversion from core light to Rayleigh scattered light in the center core 21, and (2) photoelectric conversion of the Rayleigh scattered light generated in the center core 21 without being shaded by the light-shielding mask 12b. It is the total sensitivity of the ratio of Rayleigh scattered light incident on the element 12a and (3) the conversion efficiency of Rayleigh scattered light to photocurrent in the photoelectric conversion element 12a.
  • This proportionality constant S22 is hereinafter referred to as the sensitivity of the second photodetector 12 to the light guided through the ring core 22.
  • This sensitivity S22 has (1) the conversion efficiency from the core light in the ring core 22 to the Rayleigh scattered light, and (2) among the Rayleigh scattered light generated in the ring core 22, the photoelectric conversion element 12a is not shaded by the light shielding mask 12b. It is the total sensitivity of the ratio of Rayleigh scattered light incident on the light and (3) the conversion efficiency of Rayleigh scattered light to light current in the photoelectric conversion element 12a.
  • the output D2 of the second photodetector 12 is supplied to the arithmetic unit 13.
  • the arithmetic unit 13 has an intensity L1 of light guided through the center core 21 and an intensity L2 of light guided through the ring core 22 from the output D1 of the first photodetector 11 and the output D2 of the second photodetector 12. Is calculated. This operation is realized, for example, by solving the following simultaneous equations (1) using a known numerical solution method, assuming that S11, S12, S21, S22, D1 and D2 are known.
  • the sensitivity S11 can be specified by, for example, the following pre-measurement. That is, the light is incident on the center core 21 while changing the intensity without incident the light on the ring core 22. Then, at least two sets of combinations of the light intensity L1 guided through the center core 21 and the output D1 of the photoelectric conversion element 11a are measured. Then, from the result, the rate of change of the output D1 with respect to the intensity L1 is obtained, and this is set as the sensitivity S11. Further, the sensitivity S21 can be specified by, for example, the following pre-measurement. That is, the light is incident on the ring core 22 while changing the intensity without incident the light on the center core 21.
  • the sensitivity S12 can be specified by, for example, the following pre-measurement. That is, the light is incident on the center core 21 while changing the intensity without incident the light on the ring core 22. Then, at least two sets of combinations of the light intensity L1 guided through the center core 21 and the output D2 of the photoelectric conversion element 12a are measured.
  • the sensitivity S22 can be specified by, for example, the following pre-measurement. That is, the light is incident on the ring core 22 while changing the intensity without incident the light on the center core 21. Then, at least two sets of combinations of the light intensity L2 guided through the ring core 22 and the output D2 of the photoelectric conversion element 12a are measured. Then, from the result, the rate of change of the output D2 with respect to the intensity L2 is obtained, and this is set as the sensitivity S22.
  • a computer such as a desktop PC (Personal Computer), a laptop PC, a tablet PC, a PDA (Personal Digital Assistant), or a smartphone can be used.
  • a computer such as a desktop PC (Personal Computer), a laptop PC, a tablet PC, a PDA (Personal Digital Assistant), or a smartphone can be used.
  • an interface including an A / D (Analog to Digital) converter these computers can acquire outputs D1 and D2 from the photodetectors 11 and 12.
  • the intensity L1 of the light guided through the center core 21 and the intensity L2 of the light guided through the ring core 22 are calculated by solving the simultaneous equations (1). .. Therefore, the sensitivities S11, S12, S21, and S22 need to be set so that the simultaneous equations (1) are solvable. In other words, the 2-by-2 matrix having the sensitivities S11, S12, S21, and S22 as elements needs to have an inverse matrix.
  • Sensitivity S11, S12, S21, S22 can be easily adjusted by appropriately changing the shape and / or arrangement of the light shielding masks 11b, 12b and / or by appropriately changing the conversion efficiency of the photoelectric conversion elements 11a, 12a. It is possible to do. Therefore, the simultaneous equations (1) can be solved by appropriately changing the shapes and / or arrangements of the light-shielding masks 11b and 12b and / or appropriately changing the conversion efficiency of the photoelectric conversion elements 11a and 12a.
  • the sensitivities S11, S12, S21, and S22 can be set as described above. Thereby, it is possible to realize the monitoring device 1 capable of uniquely specifying the light intensity L1 guided through the center core 21 and the light intensity L2 guided through the ring core 22.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the monitoring device 1 including the first photodetector 11.
  • the first photodetector 11 is composed of a photoelectric conversion element 11a and a light shielding mask 11b.
  • the light-shielding mask 11b is arranged between the optical fiber 2 and the photoelectric conversion element 11a, and is a part of the Rayleigh scattered light scattered by the center core 21 and the Rayleigh scattered light scattered by the ring core 22. It prevents a part from being incident on the photoelectric conversion element 11a.
  • the light-shielding mask 11b is configured to block the peripheral portion of the optical path of Rayleigh scattered light emitted from the side surface of the optical fiber 2. Therefore, the light-shielding mask 11b mainly blocks Rayleigh scattering scattered by the ring core 22.
  • the first light with respect to the light guided through the ring core 22 without significantly reducing the sensitivity S11 of the first photodetector 11 with respect to the light guided through the center core 21. It is possible to significantly reduce the sensitivity S21 of the detector 11. That is, the sensitivities S11 and S21 can be different so that S11> S21.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the monitor device 1 including the second photodetector 12.
  • the second photodetector 12 is composed of a photoelectric conversion element 12a and a light shielding mask 12b.
  • the light-shielding mask 12b is arranged between the optical fiber 2 and the photoelectric conversion element 11a, and is a part of the Rayleigh scattered light scattered by the center core 21 and the Rayleigh scattered light scattered by the ring core 22. It prevents a part from being incident on the photoelectric conversion element 12a.
  • the light-shielding mask 12b is configured to block the central portion of the optical path of Rayleigh scattered light emitted from the side surface of the optical fiber 2. Therefore, the light-shielding mask 12b mainly blocks Rayleigh scattering scattered by the center core 21.
  • the second light with respect to the light guided through the center core 21 without significantly reducing the sensitivity S22 of the second photodetector 12 with respect to the light guided through the ring core 22. It is possible to significantly reduce the sensitivity S12 of the detector 12. That is, the sensitivities S12 and S22 can be different so that S12 ⁇ S22.
  • FIG. 4 shows an implementation example of the first photodetector 11 and the second photodetector 12.
  • the optical fiber 2 is housed in a V-groove 31a formed on the upper surface side of the support 31, and is fixed to the support 31 by an adhesive filled in the V-groove 31a.
  • a translucent lid 32 is fixed to the upper surface of the support 31.
  • the light-shielding masks 11b and 12b are formed on the lower surface of the lid 32.
  • the photoelectric conversion elements 11a and 12a are fixed to the upper surface of the lid 32.
  • the positional relationship between the optical fiber 2, the light-shielding mask 11b, and the photoelectric conversion element 11a, and the positional relationship between the optical fiber 2, the light-shielding mask 12b, and the photoelectric conversion element 12a are fixed. Therefore, the possibility that the sensitivities S11, S12, S21, and S22 are unintentionally changed due to the disturbance can be suppressed to a small extent. Therefore, it is possible to accurately calculate the intensity L1 of the light guided through the center core 21 and the intensity L2 of the light guided through the ring core 22.
  • the light intensities L1 and L2 transmitted through the respective optical waveguides are set to two photodetectors (2 photodetectors).
  • the present invention is not limited thereto.
  • the light intensities L1, L2, ..., Nn transmitted through each optical waveguide are m (m is n). It is possible to adopt a configuration calculated from the outputs D1, D2, ..., Dm of the above-mentioned arbitrary natural number) photodetector.
  • the above simultaneous equations (1) are replaced (generalized) with the following simultaneous equations (2).
  • the intensity L1, L2, L3 of the light transmitted through each optical waveguide is calculated from the outputs D1, D2, D3 of the three photodetectors. It is possible to adopt a configuration calculated from the outputs D1, D2, D3, D4 of four photodetectors.
  • the intensity L1, L2, L3, L4 of the light transmitted through each optical waveguide is determined from the outputs D1, D2, D3, D4 of the four photodetectors. It is possible to adopt a configuration for calculating, a configuration for calculating from the outputs D1, D2, D3, D4, D5 of five photodetectors, and the like.
  • the leaked light leaked from the optical waveguide is used as reference light at a point where the structure of the optical waveguide changes discontinuously (for example, a fusion point). can do.
  • the reflected light reflected by the slant grating formed in the optical waveguide can be used as the reference light.
  • the sensitivity Sji is the intensity of the light guided through the i-th core and the j-th obtained when the intensity of the light guided through the optical waveguide other than the i-th is set to 0. It can be defined as the proportionality constant of the proportional relationship with the output Dj of the photodetector.
  • At least one of the m photodetectors can adopt a configuration for detecting Rayleigh scattered light generated in the optical waveguide for at least one of the n optical waveguides.
  • the photodetector may detect Rayleigh scattered light, leaked light, or reflected light for an optical waveguide other than the optical waveguide.
  • the photodetector other than the photodetector may detect Rayleigh scattered light, leaked light, or reflected light for each of the n optical waveguides. good.
  • At least one of the m photodetectors can adopt a configuration for detecting the leaked light leaked from the discontinuity of the optical waveguide for at least one of the n optical waveguides.
  • the photodetector may detect Rayleigh scattered light, leaked light, or reflected light for an optical waveguide other than the optical waveguide.
  • the photodetector other than the photodetector may detect Rayleigh scattered light, leaked light, or reflected light for each of the n optical waveguides. good.
  • At least one of the m photodetectors may adopt a configuration for detecting the reflected light reflected by the slant grating formed on the optical waveguide for at least one of the n optical waveguides.
  • the photodetector may detect Rayleigh scattered light, leaked light, or reflected light for an optical waveguide other than the optical waveguide.
  • the photodetector other than the photodetector may detect Rayleigh scattered light, leaked light, or reflected light for each of the n optical waveguides. good.
  • any optical fiber having a plurality of optical waveguides can be monitored.
  • a multi-core fiber having a plurality of columnar cores can be monitored.
  • a multi-clad fiber having a core, an inner clad and an outer clad can be monitored.
  • a multimode fiber having a plurality of waveguide modes This is because the set of waveguide modes guided through the multimode fiber is a set of light having different spatial distributions of electric fields from each other, similar to the set of light guided through each core of the multicore fiber. It is also possible to monitor an optical fiber that guides a plurality of lights having different wavelengths. This is because the set of light with different wavelengths guided through the optical fiber is a set of light having different spatial distributions of electric fields from each other, similar to the set of light guided through each core of the multi-core fiber.
  • any optical fiber that has n (n is a natural number of 2 or more) light having different spatial distributions of electric fields can be monitored.
  • the above simultaneous equations (1) are solvable for the sensitivity Sub of the b-th (b is a natural number of 1 or more and m or less) photodetector with respect to the a-th (a is a natural number of 1 or more and n or less). Determine to be. Then, by solving the simultaneous equations (1), the arithmetic unit 13 obtains n light intensities L1, L2, ..., Ln from the outputs D1, D2, ..., Dm of the m photodetectors. calculate.
  • the monitoring device 1 can be applied to, for example, a laser device.
  • This laser device includes a laser light source, an optical fiber that waveguides the laser light output from the laser light source, and a monitoring device 1.
  • the monitoring device 1 monitors n light intensities L1, L2, ..., Ln having different spatial distributions of electric fields guided through the optical fiber (n is a natural number of 2 or more).
  • the laser light source for example, a fiber laser can be used.
  • the fiber laser used as a laser light source may be a resonator type fiber laser or a MOPA (Master Oscillator-Power Amplifier) type fiber laser. In other words, it may be a continuous oscillation type fiber laser or a pulse oscillation type fiber laser.
  • the laser light source may be a laser device other than the fiber laser. Any laser device such as a solid-state laser, a liquid laser, or a gas laser can be used as a laser light source.
  • the laser light source may be a single light source or a plurality of laser light sources. That is, each of the n lights guided through the optical fiber may be light output from the same laser light source, or may be light output from a plurality of different laser light sources.
  • the n light intensities L1, L2, ... A monitoring device for monitoring Ln, in which m photodetectors (m is a natural number of n or more) arranged so as to face the side surface of the optical fiber, and outputs D1 of the m photodetectors. It is equipped with a calculation device that calculates the n light intensities L1, L2, ..., Ln from D2, ..., Dm, and is the bth with respect to the ath (a is a natural number of 1 or more and n or less) light.
  • the sensitivity Sub of the photodetector (b is a natural number of 1 or more and m or less) is set so that the following simultaneous equations can be solved.
  • the optical fiber has at least n optical waveguides, and each of the n lights has the n pieces.
  • the configuration is adopted in which the light is guided through each of the optical waveguides of the above.
  • the optical fiber in addition to the configuration of the monitoring device according to the second aspect, has a center core and a ring core as at least n optical waveguides. ing.
  • the photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber can be used to individually monitor the intensity of the light guided through the center core and the ring core of the optical fiber. can.
  • the optical fiber has at least n waveguide modes, and each of the n lights is n.
  • a configuration is adopted in which each of the waveguide modes is used.
  • the intensity of a plurality of waveguide modes of the optical fiber can be individually monitored by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber.
  • the optical fiber waveguides at least n lights having different wavelengths, and each of the n lights is provided.
  • a configuration is adopted in which the n pieces of light have different wavelengths.
  • At least one of the m photodetectors is composed of a light-shielding mask and a photoelectric conversion element.
  • the light-shielding mask is designed so that the simultaneous equations can be solved.
  • At least one of the m photodetectors is at least one of the n lights.
  • the configuration is such that Rayleigh scattered light generated in the optical waveguide through which the light is guided is detected.
  • a monitoring device that individually monitors the intensities of a plurality of lights having different electric field distributions guided through the optical fiber by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber. Can be realized with a simple configuration.
  • At least one of the m photodetectors is the same for at least one of the n lights.
  • a configuration is adopted in which the leaked light leaked from the optical waveguide is detected at a point where the structure of the optical waveguide through which the light is guided changes discontinuously.
  • a monitoring device that individually monitors the intensities of a plurality of lights having different electric field distributions guided through the optical fiber by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber. Can be realized with a simple configuration.
  • At least one of the m photodetectors is the same for at least one of the n lights.
  • a configuration is adopted in which the reflected light reflected by the slant grating formed in the optical waveguide through which the light is guided is detected.
  • a monitoring device that individually monitors the intensities of a plurality of lights having different electric field distributions guided through the optical fiber by using a photodetector arranged so as to face the side surface of the optical fiber. Can be realized with a simple configuration.
  • the n light intensities L1, L2, ... In a monitoring method for monitoring Ln, from the outputs D1, D2, ..., Dm of m light detectors (m is a natural number of n or more) arranged so as to face the side surface of the optical fiber, the n It includes a calculation step for calculating the intensities L1, L2, ..., Ln of individual lights, and the b-th (b is a natural number of 1 or more and m or less) with respect to the a-th (a is a natural number of 1 or more and n or less). ),
  • the sensitivity Sub of the optical detector is set so that the following simultaneous equations can be solved.
  • the laser device includes a laser light source, an optical fiber that waveguides light output from the laser light source, and a monitoring device according to any one of the first to ninth aspects.
  • a configuration is adopted in which n (n is a natural number of 2 or more) light intensities L1, L2, ..., Ln having different spatial distributions of the electric field waveguideed through the optical fiber are monitored by using a monitoring device. There is.

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Abstract

光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度をモニタする技術を実現する。モニタ装置（１）は、光ファイバ（２）の側面に対向するように配置されたｍ個の光検出器（１１，１２）と、ｍ個の光検出器（１１，１２）の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、光ファイバ（２）を導波されるｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算装置（１３）と、を備えている。

Description

モニタ装置、モニタ方法、及びレーザ装置
　本発明は、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、光ファイバを導波される光の強度をモニタする技術に関する。また、そのような技術を適用したレーザ装置に関する。
　様々な技術分野において、光ファイバを導波される光の強度をモニタすることが行われている。例えば、レーザ加工機においては、加工対象物に照射さる光の強度を知るために、レーザ光源と加工ヘッドとを結ぶ光ファイバを導波される光の強度をモニタすることが有用である。ただし、レーザ加工機においては、光ファイバを導波される光がハイパワーであるため、タップカプラ等を用いて光ファイバを導波される光を分岐してモニタすることが困難である。何故なら、タップカプラが発熱してレーザ加工機に不具合が生じたり、ハイパワーの光が光検出器に入射して光検出器に不具合が生じたりするからである。
　そこで、レーザ加工機においては、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、光ファイバを導波される光の強度をモニタする方法が採られている。より具体的には、（１）コアにおいて散乱されたレイリー散乱光を光検出器に入射させる方法、（２）コアの不連続点（例えば、融着点）においてコアから漏出した漏出光を光検出器に入射させる方法、（３）コアに形成されたスラントグレーティングにおいて反射された反射光を光検出器に入射させる方法が知られている。レイリー散乱光を光検出器に入射させる方法は、例えば、特許文献１に記載されている。漏出光を光検出器に入射させる方法は、例えば、特許文献２に記載されている。反射光を光検出器に入射させる方法は、例えば、特許文献３に記載されている。
日本国特開２０１８－１０５７６８号公報 日本国特開２０１５－１５９１９５号公報 日本国特開平１０－３０７２２８号公報
　近年、複数の光導波路を備えた光ファイバが実用化され、レーザ加工の分野においても用いられている。例えば、マルチコアファイバは、複数のコアを有する光ファイバであり、複数のコアの各々が光導波路として機能する。或いは、マルチクラッドファイバは、コアと内側クラッドと外側クラッドと有する光ファイバであり、コアと内側クラッドとが光導波路として機能する。
　これらの光ファイバにおいては、複数の光導波路の各々を導波される光の強度をモニタすることが求められる。しかしながら、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、複数の光導波路の各々を導波される光の強度を個別にモニタする技術は存在しなかった。一般化すると、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタする技術は存在しなかった。
　本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタする技術を実現することを目的とする。
　本発明の一態様に係るモニタ装置は、電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する光ファイバについて、前記ｎ個の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタするモニタ装置であって、前記光ファイバの側面に対向するように配置されたｍ個（ｍはｎ以上の自然数）の光検出器と、前記ｍ個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、前記ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算装置と、を備えており、ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂは、下記連立方程式が可解となるように設定されている、という構成が採用されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　本発明の一態様に係るモニタ方法は、電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する光ファイバについて、前記ｎ個の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタするモニタ方法であって、前記光ファイバの側面に対向するように配置されたｍ個（ｍはｎ以上の自然数）の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、前記ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算工程と、を含んでおり、ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂは、下記連立方程式が可解となるように設定されている、という構成が採用されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　本発明の一態様に係るレーザ装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出力された光を導波する光ファイバと、上述した本発明の一態様に係るモニタ装置と、を備え、前記モニタ装置を用いて前記光ファイバを導波される電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタする、という構成が採用されている。
　本発明の一態様によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタする技術を実現することができる。
本発明の一実施形態に係るモニタ装置の構成を模式的に示す図である。 図１のモニタ装置が備える第１光検出器の構成例を示す断面図である。 図１のモニタ装置が備える第２光検出器の構成例を示す断面図である。 図１のモニタ装置が備える第１光検出器及び第２光検出器の実装例を示す斜視図である。
　（モニタ装置の構成）
　本発明の一実施形態に係るモニタ装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、モニタ装置１の構成を模式的に示す図である。
　図１には、モニタ装置１に加えて、モニタ対象とする光ファイバ２を示している。光ファイバ２は、センターコア２１と、リングコア２２と、を備えたマルチコアファイバである。センターコア２１は、光ファイバ２の中心軸を通る円筒状の光導波路であり、リングコア２２は、センターコア２１を取り囲む円筒状の光導波路である。光ファイバ２は、内側クラッド２３と、外側クラッド２４と、を更に備えている。内側クラッド２３は、センターコア２１及びリングコア２２よりも屈折率の低い円筒状の領域であり、内側面がセンターコア２１の外側面に接触すると共に外側面がリングコア２２の内側面に接触するように配置されている。外側クラッド２４は、センターコア２１及びリングコア２２よりも屈折率の低い円筒状の領域であり、内側面がリングコア２２の外側面に接触するように配置されている。なお、光ファイバ２は、外側クラッド２４の外側面を覆う不図示の被覆を更に備えていてもよい。
　モニタ装置１は、第１光検出器１１と、第２光検出器１２と、演算装置１３と、を備えており、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１と、リングコア２２を導波される光の強度Ｌ２と、をモニタする。
　第１光検出器１１は、光ファイバ２の側面に対向するように配置されており、センターコア２１にて散乱されたレイリー散乱光、及び、リングコア２２にて散乱されたレイリー散乱光を検出するための構成である。本実施形態において、第１光検出器１１は、光電変換素子１１ａと、遮光マスク１１ｂと、により構成されている。遮光マスク１１ｂは、光ファイバ２と光電変換素子１１ａとの間に配置されており、センターコア２１にて散乱されたレイリー散乱光の一部、及び、リングコア２２にて散乱されたレイリー散乱光の一部が光電変換素子１１ａに入射することを阻止する。
　ここで、リングコア２２を導波される光の強度を０としたとき、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１と光電変換素子１１ａの出力（光電流の大きさ）Ｄ１は比例する。すなわち、Ｌ１とＤ１との間には、Ｄ１＝Ｓ１１・Ｌ１という比例関係が成立する。この比例定数Ｓ１１を、以下、センターコア２１を導波される光に対する第１光検出器１１の感度と呼ぶ。この感度Ｓ１１は、（１）センターコア２１におけるコア光からレイリー散乱光への変換効率、（２）センターコア２１にて生成されたレイリー散乱光のうち、遮光マスク１１ｂに遮光されずに光電変換素子１１ａに入射するレイリー散乱光の割合、（３）光電変換素子１１ａにおけるレイリー散乱光から光電流への変換効率を総合した感度である。
　同様に、センターコア２１を導波される光の強度を０としたとき、リングコア２２を導波される光の強度Ｌ２と光電変換素子１１ａの出力（光電流の大きさ）Ｄ１は比例する。すなわち、Ｌ２とＤ１との間には、Ｄ１＝Ｓ２１・Ｌ２という比例関係が成立する。この比例定数Ｓ２１を、以下、リングコア２２を導波される光に対する第１光検出器１１の感度と呼ぶ。この感度Ｓ２１は、（１）リングコア２２におけるコア光からレイリー散乱光への変換効率、（２）リングコア２２にて生成されたレイリー散乱光のうち、遮光マスク１１ｂに遮光されずに光電変換素子１１ａに入射するレイリー散乱光の割合、（３）光電変換素子１１ａにおけるレイリー散乱光から光電流への変換効率を総合した感度である。
　センターコア２１及びリングコア２２の両方を光が導波されているとき、第１光検出器１１の出力Ｄ１は、Ｄ１＝Ｓ１１・Ｌ１＋Ｓ２１・Ｌ２となる。第１光検出器１１の出力Ｄ１は、演算装置１３に提供される。
　第２光検出器１２は、光ファイバ２の側面に対向するように配置されており、センターコア２１にて散乱されたレイリー散乱光、及び、リングコア２２にて散乱されたレイリー散乱光を検出するための構成である。本実施形態において、第２光検出器１２は、光電変換素子１２ａと、遮光マスク１２ｂと、により構成されている。遮光マスク１２ｂは、光ファイバ２と光電変換素子１２ａとの間に配置されており、センターコア２１にて散乱されたレイリー散乱光の一部、及び、リングコア２２にて散乱されたレイリー散乱光の一部が光電変換素子１２ａに入射することを阻止する。
　ここで、リングコア２２を導波される光の強度を０としたとき、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１と光電変換素子１２ａの出力（光電流の大きさ）Ｄ２は比例する。すなわち、Ｌ１とＤ２との間には、Ｄ２＝Ｓ１２・Ｌ１という比例関係が成立する。この比例定数Ｓ１２を、以下、センターコア２１を導波される光に対する第２光検出器１２の感度と呼ぶ。この感度Ｓ１２は、（１）センターコア２１におけるコア光からレイリー散乱光への変換効率、（２）センターコア２１にて生成されたレイリー散乱光のうち、遮光マスク１２ｂに遮光されずに光電変換素子１２ａに入射するレイリー散乱光の割合、（３）光電変換素子１２ａにおけるレイリー散乱光から光電流への変換効率を総合した感度である。
　同様に、センターコア２１を導波される光の強度を０としたとき、リングコア２２を導波される光の強度Ｌ２と光電変換素子１２ａの出力（光電流の大きさ）Ｄ２は比例する。すなわち、Ｌ２とＤ２との間には、Ｄ２＝Ｓ２２・Ｌ２という比例関係が成立する。この比例定数Ｓ２２を、以下、リングコア２２を導波される光に対する第２光検出器１２の感度と呼ぶ。この感度Ｓ２２は、（１）リングコア２２におけるコア光からレイリー散乱光への変換効率、（２）リングコア２２にて生成されたレイリー散乱光のうち、遮光マスク１２ｂに遮光されずに光電変換素子１２ａに入射するレイリー散乱光の割合、（３）光電変換素子１２ａにおけるレイリー散乱光から光電流への変換効率を総合した感度である。
　センターコア２１及びリングコア２２の両方を光が導波されているとき、第２光検出器１２の出力Ｄ２は、Ｄ２＝Ｓ１２・Ｌ１＋Ｓ２２・Ｌ２となる。第２光検出器１２の出力Ｄ２は、演算装置１３に供給される。
　演算装置１３は、第１光検出器１１の出力Ｄ１及び第２光検出器１２の出力Ｄ２から、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１及びリングコア２２を導波される光の強度Ｌ２を算出する。この演算は、例えば、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｄ１、Ｄ２を既知として、公知の数値解法を用いて下記の連立方程式（１）を解くことによって実現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、感度Ｓ１１は、例えば、以下の事前測定により特定することができる。すなわち、リングコア２２に光を入射させることなく、強度を変化させながらセンターコア２１に光を入射させる。そして、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１と光電変換素子１１ａの出力Ｄ１との組み合わせを少なくとも２組測定する。そして、その結果から、強度Ｌ１に対する出力Ｄ１の変化率を求め、これを感度Ｓ１１とする。また、感度Ｓ２１は、例えば、以下の事前測定により特定することができる。すなわち、センターコア２１に光を入射させることなく、強度を変化させながらリングコア２２に光を入射させる。そして、リングコア２２を導波される光の強度Ｌ２と光電変換素子１１ａの出力Ｄ１との組み合わせを少なくとも２組測定する。そして、その結果から、強度Ｌ２に対する出力Ｄ１の変化率を求め、これを感度Ｓ２１とする。また、感度Ｓ１２は、例えば、以下の事前測定により特定することができる。すなわち、リングコア２２に光を入射させることなく、強度を変化させながらセンターコア２１に光を入射させる。そして、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１と光電変換素子１２ａの出力Ｄ２との組み合わせを少なくとも２組測定する。そして、その結果から、強度Ｌ１に対する出力Ｄ２の変化率を求め、これを感度Ｓ１２とする。また、感度Ｓ２２は、例えば、以下の事前測定により特定することができる。すなわち、センターコア２１に光を入射させることなく、強度を変化させながらリングコア２２に光を入射させる。そして、リングコア２２を導波される光の強度Ｌ２と光電変換素子１２ａの出力Ｄ２との組み合わせを少なくとも２組測定する。そして、その結果から、強度Ｌ２に対する出力Ｄ２の変化率を求め、これを感度Ｓ２２とする。
　なお、演算装置１３としては、例えば、デスクトップＰＣ（Personal Computer）、ラップトップＰＣ、タブレットＰＣ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、スマートフォンなどのコンピュータなどを用いることができる。Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器を含むインタフェースを適宜利用することによって、これらのコンピュータは、出力Ｄ１，Ｄ２を光検出器１１，１２から取得することが可能になる。
　以上のように、モニタ装置１においては、上記の連立方程式（１）を解くことによって、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１及びリングコア２２を導波される光の強度Ｌ２を算出する。したがって、感度Ｓ１１,Ｓ１２,Ｓ２１,Ｓ２２は、連立方程式（１）が可解であるように設定されている必要がある。換言すると、感度Ｓ１１,Ｓ１２,Ｓ２１,Ｓ２２を要素とする２行２列の行列が逆行列を有している必要がある。
　感度Ｓ１１,Ｓ１２,Ｓ２１,Ｓ２２は、遮光マスク１１ｂ,１２ｂの形状及び／又は配置を適宜変更すること、及び／又は、光電変換素子１１ａ，１２ａにおける変換効率を適宜変更することによって、容易に調整することが可能である。このため、遮光マスク１１ｂ,１２ｂの形状及び／又は配置を適宜変更すること、及び／又は、光電変換素子１１ａ，１２ａにおける変換効率を適宜変更することによって、連立方程式（１）が可解になるように感度Ｓ１１,Ｓ１２,Ｓ２１,Ｓ２２を設定することができる。これにより、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１及びリングコア２２を導波される光の強度Ｌ２を一意に特定することが可能なモニタ装置１を実現することができる。
　（光検出器の構成例）
　モニタ装置１が備える第１光検出器１１及び第２光検出器１２の構成例について、図２及び図３を参照して説明する。
　図２は、第１光検出器１１を含む、モニタ装置１の断面図である。
　上述したとおり、第１光検出器１１は、光電変換素子１１ａと、遮光マスク１１ｂと、により構成されている。遮光マスク１１ｂは、光ファイバ２と光電変換素子１１ａとの間に配置されており、センターコア２１にて散乱されたレイリー散乱光の一部、及び、リングコア２２にて散乱されたレイリー散乱光の一部が光電変換素子１１ａに入射することを阻止する。
　特に、本構成例に係る遮光マスク１１ｂは、光ファイバ２の側面から出射されるレイリー散乱光の光路の周辺部を遮るように構成されている。このため、遮光マスク１１ｂは、主にリングコア２２にて散乱されたレイリー散乱を遮ることになる。このような遮光マスク１１ｂを用いることによって、センターコア２１を導波される光に対する第１光検出器１１の感度Ｓ１１を大幅に低下させることなく、リングコア２２を導波される光に対する第１光検出器１１の感度Ｓ２１を大幅に低下させることが可能である。すなわち、Ｓ１１＞Ｓ２１となるように、感度Ｓ１１,Ｓ２１に差をつけることができる。
　図３は、第２光検出器１２を含むモニタ装置１の断面図である。
　上述したとおり、第２光検出器１２は、光電変換素子１２ａと、遮光マスク１２ｂと、により構成されている。遮光マスク１２ｂは、光ファイバ２と光電変換素子１１ａとの間に配置されており、センターコア２１にて散乱されたレイリー散乱光の一部、及び、リングコア２２にて散乱されたレイリー散乱光の一部が光電変換素子１２ａに入射することを阻止する。
　特に、本構成例に係る遮光マスク１２ｂは、光ファイバ２の側面から出射されるレイリー散乱光の光路の中心部を遮るように構成されている。このため、遮光マスク１２ｂは、主にセンターコア２１にて散乱されたレイリー散乱を遮ることになる。このような遮光マスク１２ｂを用いることによって、リングコア２２を導波される光に対する第２光検出器１２の感度Ｓ２２を大幅に低下させることなく、センターコア２１を導波される光に対する第２光検出器１２の感度Ｓ１２を大幅に低下させることが可能である。すなわち、Ｓ１２＜Ｓ２２となるように、感度Ｓ１２,Ｓ２２に差をつけることができる。
　第１光検出器１１及び第２光検出器１２の一実装例を図４に示す。図４に示す実装例において、光ファイバ２は、支持体３１の上面側に形成されたＶ溝３１ａに収容され、このＶ溝３１ａに充填された接着剤によって支持体３１に固定されている。支持体３１の上面には、透光性を有する蓋３２が固定されている。遮光マスク１１ｂ，１２ｂは、この蓋３２の下面に形成される。一方、光電変換素子１１ａ，１２ａは、この蓋３２の上面に固定される。これにより、光ファイバ２と遮光マスク１１ｂと光電変換素子１１ａとの位置関係、及び、光ファイバ２と遮光マスク１２ｂと光電変換素子１２ａとの位置関係が固定される。このため、外乱によって感度Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２に意図せぬ変化が生じる可能性を小さく抑えることができる。したがって、センターコア２１を導波される光の強度Ｌ１及びリングコア２２を導波される光の強度Ｌ２を精度良く算出することが可能になる。
　（モニタ装置の変形例１）
　本実施形態においては、２個の光導波路（センターコア２１及びリングコア２２）を有する光ファイバ２について、各々の光導波路を導波される光の強度Ｌ１，Ｌ２を、２個の光検出器（第１光検出器１１及び第２光検出器１２）の出力Ｄ１，Ｄ２から算出する構成について説明したが、本発明は、これに限定されない。
　すなわち、ｎ個（ｎは２以上の任意の自然数）の光導波路を有する光ファイバについて、各々の光導波路を導波される光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｎｎを、ｍ個（ｍはｎ以上の任意の自然数）の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｍから算出する構成を採用することが可能である。
　この場合、上記の連立方程式（１）は、下記の連立方程式（２）に置き換えられる（一般化される）。任意の出力Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｍに対して下記の連立方程式（２）が可解となるように感度Ｓ１１，Ｓ１２，…，Ｓ１ｍ，Ｓ２１，Ｓ２２，…，Ｓ２ｍ，…，Ｓｎ１，Ｓｎ２，…，Ｓｎｍが設定されていれば、各々の光導波路を導波される光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎを一意に特定することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　例えば、３個の光導波路を有する光ファイバについて、各々の光導波路を導波される光の強度Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を、３個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３から算出する構成や、４個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から算出する構成などを採用することが可能である。或いは、４個の光導波路を有する光ファイバについて、各々の光導波路を導波される光の強度Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を、４個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４から算出する構成や、５個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５から算出する構成などを採用することが可能である。
　（モニタ装置の変形例２）
　本実施形態においては、光導波路を導波される光の強度をモニタするための参照光として、その光導波路において生じたレイリー散乱光を利用する構成について説明したが、本発明は、これに限定されない。
　例えば、光導波路において生じたレイリー散乱光を参照光として利用する代わりに、その光導波路の構造が不連続に変化する点（例えば融着点）において光導波路から漏出した漏出光を参照光として利用することができる。或いは、光導波路において生じたレイリー散乱光を参照光として利用する代わりに、その光導波路に形成されたスラントグレーティングにて反射された反射光を参照光として利用することができる。何れの場合であっても、感度Ｓｊｉは、ｉ番目以外の光導波路を導波される光の強度を０としたときに得られる、ｉ番目のコアを導波される光の強度とｊ番目の光検出器の出力Ｄｊとの間の比例関係の比例定数として定めることができる。
　すなわち、ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、ｎ個の光導波路の少なくとも１つについて、その光導波路において生じたレイリー散乱光を検出する構成を採用することができる。この場合、その光検出器は、その光導波路以外の光導波路について、レイリー散乱光を検出してもよいし、漏出光を検出してもよいし、反射光を検出してもよい。また、その光検出器以外の光検出器は、ｎ個の光導波路の各々について、レイリー散乱光を検出してもよいし、漏出光を検出してもよいし、反射光を検出してもよい。
　或いは、ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、ｎ個の光導波路の少なくとも１つについて、その光導波路の不連続点から漏出した漏出光を検出する構成を採用することができる。この場合、その光検出器は、その光導波路以外の光導波路について、レイリー散乱光を検出してもよいし、漏出光を検出してもよいし、反射光を検出してもよい。また、その光検出器以外の光検出器は、ｎ個の光導波路の各々について、レイリー散乱光を検出してもよいし、漏出光を検出してもよいし、反射光を検出してもよい。
　或いは、ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、ｎ個の光導波路の少なくとも１つについて、その光導波路に形成されたスラントグレーティングにて反射された反射光を検出する構成を採用することができる。この場合、その光検出器は、その光導波路以外の光導波路について、レイリー散乱光を検出してもよいし、漏出光を検出してもよいし、反射光を検出してもよい。また、その光検出器以外の光検出器は、ｎ個の光導波路の各々について、レイリー散乱光を検出してもよいし、漏出光を検出してもよいし、反射光を検出してもよい。
　（モニタ装置の変形例３）
　本実施形態においては、柱状のセンターコアと筒状のリングコアとを有するマルチコアファイバをモニタ対象とする構成について説明したが、本発明は、これに限定さない。
　すなわち、複数の光導波路を有する任意の光ファイバをモニタ対象とすることができる。例えば、複数の柱状のコアを有するマルチコアファイバをモニタ対象とすることができる。或いは、コアと内側クラッドと外側クラッドとを備えたマルチクラッドファイバをモニタ対象とすることができる。
　更に、複数の導波モードを有するマルチモードファイバをモニタ対象とすることが可能である。何故なら、マルチモードファイバを導波される導波モードの集合は、マルチコアファイバの各コアを導波される光の集合と同様、互いに電界の空間分布が異なる光の集合だからである。また、波長の異なる複数の光を導波する光ファイバをモニタ対象とすることも可能である。何故なら、光ファイバを導波される波長の異なる光の集合は、マルチコアファイバの各コアを導波される光の集合と同様、互いに電界の空間分布が異なる光の集合だからである。
　より一般的に言うと、モニタ装置１によれば、電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する任意の光ファイバをモニタ対象とすることができる。この場合、ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂを、上記の連立方程式（１）が可解となるように定める。そして、演算装置１３は、上記の連立方程式（１）を解くことによって、ｍ個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する。
　（モニタ装置の適用例）
　モニタ装置１は、例えば、レーザ装置に適用することができる。このレーザ装置は、レーザ光源と、このレーザ光源から出力されたレーザ光を導波する光ファイバと、モニタ装置１と、を備えている。モニタ装置１は、この光ファイバを導波される電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタする。
　ここで、レーザ光源としては、例えば、ファイバレーザを用いることができる。レーザ光源して利用するファイバレーザは、共振器型のファイバレーザであってもよいし、ＭＯＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザであってもよい。別の言い方をすれば、連続発振型のファイバレーザであってもよいし、パルス発振型のファイバレーザであってもよい。また、レーザ光源は、ファイバレーザ以外のレーザ装置であってもよい。固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなど、任意のレーザ装置を、レーザ光源として利用することができる。また、レーザ光源は、単一であってもよいし、複数であってもよい。すなわち、光ファイバを導波されるｎ個の光の各々は、同じ一つのレーザ光源から出力された光であってもよいし、異なる複数のレーザ光源から出力された光であってもよい。
　（まとめ）
　本発明の態様１に係るモニタ装置は、電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する光ファイバについて、前記ｎ個の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタするモニタ装置であって、前記光ファイバの側面に対向するように配置されたｍ個（ｍはｎ以上の自然数）の光検出器と、前記ｍ個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、前記ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算装置と、を備えており、ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂは、下記連立方程式が可解となるように設定されている、という構成が採用されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタすることができる。
　本発明の態様２に係るモニタ装置は、態様１に係るモニタ装置の構成に加えて、前記光ファイバは、少なくともｎ個の光導波路を有し、前記ｎ個の光の各々は、前記ｎ個の光導波路の各々を導波される光である、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバの有する複数の導波路を導波される光の強度を個別にモニタすることができる。
　本発明の態様３に係るモニタ装置は、態様２に係るモニタ装置の構成に加えて、前記光ファイバは、前記少なくともｎ個の光導波路として、センターコアとリングコアとを有する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバの有するセンターコア及びリングコアを導波される光の強度を個別にモニタすることができる。
　本発明の態様４に係るモニタ装置は、態様１に係るモニタ装置の構成に加えて、前記光ファイバは、少なくともｎ個の導波モードを有し、前記ｎ個の光の各々は、前記ｎ個の導波モードの各々である、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバの有する複数の導波モードの強度を個別にモニタすることができる。
　本発明の態様５に係るモニタ装置は、態様１に係るモニタ装置の構成に加えて、前記光ファイバは、少なくとも波長の異なるｎ個の光を導波し、前記ｎ個の光の各々は、波長の異なる前記ｎ個の光である、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される波長の異なる複数の光の強度を個別にモニタすることができる。
　本発明の態様６に係るモニタ装置は、態様１～５の何れかに係るモニタ装置の構成に加えて、前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、遮光マスクと光電変換素子とにより構成されており、前記遮光マスクは、上記連立方程式が可解となるように設計されている、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、上記連立方程式が可解となるように感度Ｓａｂを設定することが容易になる。
　本発明の態様７に係るモニタ装置は、態様１～６の何れかに係るモニタ装置の構成に加えて、前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、前記ｎ個の光の少なくとも１つについて、その光が導波される光導波路において生じたレイリー散乱光を検出する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタするモニタ装置を、簡単な構成で実現することができる。
　本発明の態様８に係るモニタ装置は、態様１～７に係るモニタ装置の構成に加えて、前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、前記ｎ個の光の少なくとも１つについて、その光が導波される光導波路の構造が不連続に変化する点においてその光導波路から漏出した漏出光を検出する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタするモニタ装置を、簡単な構成で実現することができる。
　本発明の態様９に係るモニタ装置は、態様１～８に係るモニタ装置の構成に加えて、前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、前記ｎ個の光の少なくとも１つについて、その光が導波される光導波路に形成されたスラントグレーティングにて反射された反射光を検出する、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタするモニタ装置を、簡単な構成で実現することができる。
　本発明の態様１０に係るモニタ方法は、電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する光ファイバについて、前記ｎ個の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタするモニタ方法であって、前記光ファイバの側面に対向するように配置されたｍ個（ｍはｎ以上の自然数）の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、前記ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算工程と、を含んでおり、ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂは、下記連立方程式が可解となるように設定されている、という構成が採用されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタすることができる。
　本発明の態様１１に係るレーザ装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出力された光を導波する光ファイバと、態様１～９の何れか一態様に係るモニタ装置と、を備え、前記モニタ装置を用いて前記光ファイバを導波される電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタする、という構成が採用されている。
　上記の構成によれば、光ファイバの側面に対向するように配置された光検出器を用いて、その光ファイバを導波される電界分布の異なる複数の光の強度を個別にモニタするという機能を備えたレーザ装置を実現することができる。
　（付記事項）
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　　　　　　モニタ装置
　１１　　　　　第１光検出器
　１１ａ　　　　光電変換素子
　１１ｂ　　　　遮光マスク
　１２　　　　　第２光検出器
　１２ａ　　　　光電変換素子
　１２ｂ　　　　遮光マスク
　１３　　　　　演算装置

Claims (11)

  1. 　電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する光ファイバについて、前記ｎ個の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタするモニタ装置であって、
    　前記光ファイバの側面に対向するように配置されたｍ個（ｍはｎ以上の自然数）の光検出器と、
    　前記ｍ個の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、前記ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算装置と、を備えており、
    　ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂは、下記連立方程式が可解となるように設定されている、
    ことを特徴とするモニタ装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2. 　前記光ファイバは、少なくともｎ個の光導波路を有し、
    　前記ｎ個の光の各々は、前記ｎ個の光導波路の各々を導波される光である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
  3. 　前記光ファイバは、前記少なくともｎ個の光導波路として、センターコアとリングコアとを有する、
    ことを特徴とする請求項２に記載のモニタ装置。
  4. 　前記光ファイバは、少なくともｎ個の導波モードを有し、
    　前記ｎ個の光の各々は、前記ｎ個の導波モードの各々である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
  5. 　前記光ファイバは、少なくとも波長の異なるｎ個の光を導波し、
    　前記ｎ個の光の各々は、波長の異なる前記ｎ個の光である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
  6. 　前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、遮光マスクと光電変換素子とにより構成されており、
    　前記遮光マスクは、上記連立方程式が可解となるように設計されている、
    ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のモニタ装置。
  7. 　前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、前記ｎ個の光の少なくとも１つについて、その光が導波される光導波路において生じたレイリー散乱光を検出する、
    ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載のモニタ装置。
  8. 　前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、前記ｎ個の光の少なくとも１つについて、その光が導波される光導波路の構造が不連続に変化する点においてその光導波路から漏出した漏出光を検出する、
    ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載のモニタ装置。
  9. 　前記ｍ個の光検出器の少なくとも１つは、前記ｎ個の光の少なくとも１つについて、その光が導波される光導波路に形成されたスラントグレーティングにて反射された反射光を検出する、
    ことを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載のモニタ装置。
  10. 　電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光を導波する光ファイバについて、前記ｎ個の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタするモニタ方法であって、
    　前記光ファイバの側面に対向するように配置されたｍ個（ｍはｎ以上の自然数）の光検出器の出力Ｄ１，Ｄ２，…,Ｄｍから、前記ｎ個の光の強度Ｌ１,Ｌ２,…,Ｌｎを算出する演算工程と、を含んでおり、
    　ａ番目（ａは１以上ｎ以下の自然数）の光に対するｂ番目（ｂは１以上ｍ以下の自然数）の光検出器の感度Ｓａｂは、下記連立方程式が可解となるように設定されている、
    ことを特徴とするモニタ方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  11. 　レーザ光源と、前記レーザ光源から出力された光を導波する光ファイバと、請求項１～９の何れか一項に記載のモニタ装置と、を備え、
    　前記モニタ装置を用いて前記光ファイバを導波される電界の空間分布が異なるｎ個（ｎは２以上の自然数）の光の強度Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎをモニタする、
    ことを特徴とするレーザ装置。
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