JP2014060251A - 光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザダイオードモジュールの故障を検出することができ、過剰な挿入損失が発生せず、光ファイバの曲げによる危険性や障害を抑制することができるとともに、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を監視することができる、光パワー監視装置を提供する。
【解決手段】光パワー監視装置５０は、レーザダイオードモジュール２０のレーザ光出力用光ファイバとしての励起光出力用光ファイバ２２とレーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光としての励起光を利用する光学機器との接続部３３の側面に配置される光検出器５２を含み、光検出器５２で接続部３３の側面より漏れる励起光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量を測定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置に関し、特にたとえば光ファイバ出力のレーザダイオードをレーザ媒質励起に使用した光ファイバ増幅器および光ファイバレーザの励起光などのレーザ光、並びに、光ファイバ出力のレーザダイオードを利用したレーザマーカ用レーザ光源、レーザ加工機用光源、照明用光源および光センサ光源におけるレーザ光の光量を測定する光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置に関する。

光ファイバ中にエルビウム（Ｅｒ）やイッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素を添加した希土類元素添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器や光ファイバレーザが急速に普及している。１９９０年代初頭からエルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が光通信用途で普及し、出力パワーは年々増大している。また、１９９５年頃より、イッテルビウム添加光ファイバを用いた高出力の光ファイバ増幅器とそれを利用した高出力の光ファイバレーザの開発が進み、現在では、出力パワーが数ｋＷを超えるような光ファイバレーザが実用化されている（非特許文献１（Ｒ． Ｐａｓｃｈｏｔｔａ ｅｔ ａｌ．， “Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，” ＩＥＥＥ Ｊ． Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．， ｖｏｌ． ３３， ｎｏ． ７， ｐｐ． １０４９−１０５６， １９９７）および非特許文献２（Ｈ． Ｍ． Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．， “Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ： Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ １−１．２ μｍ ｒｅｇｉｏｎ，” ＩＥＥＥ Ｊ． Ｓｅｌ． Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．， ｖｏｌ． １， ｎｏ． １， ｐｐ． ２−１３， １９９５）参照）。

従来の基本的な光ファイバ増幅器は、たとえば、光直接増幅を行う希土類元素添加光ファイバと、希土類元素添加光ファイバを励起するための励起光などのレーザ光を出力するレーザダイオードを有するレーザダイオードモジュールと、励起光および増幅される信号光を合波し、希土類元素添加光ファイバに注入する合波装置とを有する。
このような従来の光ファイバ増幅器では、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードから出力される励起光を取り出す励起光出力用光ファイバを、合波装置の励起光入力用光ファイバに接続することにより、励起光を、合波装置を介して希土類添加光ファイバに注入する。

このような従来の光ファイバ増幅器および光ファイバレーザの動作状態の監視や安定化制御の目的で、レーザダイオードモジュールの出力光量を測定することが必要である。
一般的には、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードと励起光出力用光ファイバとが結合されているポートの反対の方向に出射される光量をフォトダイオードで測定する方法が多く取られている。たとえば、レーザダイオードモジュール内にフォトダイオードを置き、レーザダイオードからの出力を直接測定している。
また、たとえば、非特許文献１（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｒｕｋａｗａ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｕｋｕｒｕ／ｐｄｆ／ｏｐｔｓｏｇｏ／ｏｐｔｓｏｇｏ＿７＿０４．ｐｄｆ）などに開示されているように、通常の光ファイバ通信などでは、光ファイバカプラを用いてモニタ対象の光信号のパワーの一部を取り出すことによって、パワーを取り出す方法が一般的である。
さらに、たとえば、特許文献１（特許第３９６６２８７号公報）などに開示されているように、光ファイバを小さな曲げ半径で曲げることにより、曲げ損失として光ファイバ内部に伝搬する光を意図的に外部に取り出す方法が提案されている。

特許第３９６６２８７号公報

Ｒ． Ｐａｓｃｈｏｔｔａ ｅｔ ａｌ．， "Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，" ＩＥＥＥ Ｊ． Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．， ｖｏｌ． ３３， ｎｏ． ７， ｐｐ． １０４９−１０５６， １９９７ Ｈ． Ｍ． Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．， "Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒｓ： Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ １−１．２ μｍ ｒｅｇｉｏｎ，" ＩＥＥＥ Ｊ． Ｓｅｌ． Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．， ｖｏｌ． １， ｎｏ． １， ｐｐ． ２−１３， １９９５ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｕｒｕｋａｗａ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｕｋｕｒｕ／ｐｄｆ／ｏｐｔｓｏｇｏ／ｏｐｔｓｏｇｏ＿７＿０４．ｐｄｆ

しかしながら、レーザダイオードからの出力を直接測定する方法では、レーザダイオードが結合されている励起光出力用光ファイバから出力される光量を測定しているわけではない。そのため、レーザダイオードと励起光出力用光ファイバとの間での結合損失に変動がある場合には、励起光出力用光ファイバから出力される光量は変化するが、レーザダイオードモジュール内のフォトダイオードでは、この変化を検出することができない。実際に、レーザダイオードモジュールの故障の多くは、レーザダイオード自身の故障ではなく、レーザダイオードと励起光出力用光ファイバなどのレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因する。
また、光ファイバカプラを用いる方法では、このような光ファイバカプラは挿入損失があるため、励起光の光量が高い場合には、光損失や熱が発生してしまい、光ファイバ増幅器の出力低下や信頼性低下などの問題を引き起こす。
さらに、光ファイバを小さな曲げ半径で曲げる方法では、高出力動作している光ファイバに曲げを作る行為自体に危険性があり、曲げ損失が過剰に発生した場合は、漏れ光による加熱や光ファイバの破損など大きな障害をもたらす可能性がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードとレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュールの故障を検出することができ、過剰な挿入損失が発生せず、しかも、光ファイバの曲げによる危険性や障害を抑制することができるとともに、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定することができる、光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置を提供することである。

この発明にかかる光パワー監視装置は、レーザ光を出力するレーザダイオードおよびレーザダイオードに結合されレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する光パワー監視装置であって、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバとレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面に配置される光検出器を含み、光検出器で接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視装置である。
この発明にかかる光パワー監視装置は、たとえば、光学機器が、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光および増幅される信号光を合波するための合波装置と、合波装置によって合波されたレーザ光および増幅される信号光が注入され、レーザ光によって励起され、光直接増幅を行う希土類元素添加光ファイバとを含み、レーザダイオードモジュール、合波装置および希土類元素添加光ファイバを含む光ファイバ増幅器に用いられる。
また、この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光学機器は、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバおよび合波装置間に接続されるレーザ光入力用光ファイバを含み、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される。
この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光学機器は、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を集光するための集光光学系と、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバおよび集光光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバとを含み、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される。
また、この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光学機器は、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を拡散するための拡散光学系と、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバおよび拡散光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバとを含み、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される。
さらに、この発明にかかる光パワー監視装置では、たとえば、光検出器は、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面を覆うカバーと、カバーに設けられ、レーザ光出力用光ファイバおよびレーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に対向するフォトダイオードとを含む。
この発明にかかるレーザ発生装置は、レーザ光を出力するレーザダイオードおよびレーザダイオードに結合されレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールと、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器と、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定するこの発明にかかる光パワー監視装置とを含む、レーザ発生装置である。
この発明にかかる光パワー監視方法は、レーザ光を出力するレーザダイオードおよびレーザダイオードに結合されレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する光パワー監視方法であって、この発明にかかる光パワー監視装置を用いて、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバとレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視方法である。
この発明にかかる光パワー監視方法では、たとえば、測定されたレーザ光の一部の光量に一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する。
また、この発明にかかる光パワー監視方法では、たとえば、測定されたレーザ光の一部の光量に他の一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器に注入されるレーザ光の光量を測定する。

この発明によれば、レーザダイオードモジュールのレーザ光出力用光ファイバとレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する。
そのため、この発明によれば、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードとレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュールの故障を検出することができる。
また、この発明によれば、光ファイバカプラを用いる必要がないので、過剰な挿入損失が発生しない。そのため、レーザ光の光量が高くても、光損失や熱が抑制され、光増幅器の出力低下や信頼性低下などの問題を引き起こしにくくなる。
さらに、この発明によれば、光ファイバを曲げる必要がないので、光ファイバの曲げによる危険性や漏れ光による加熱や光ファイバの破損など大きな障害を抑制することができる。

この発明によれば、レーザダイオードモジュールのレーザダイオードとレーザ光出力用光ファイバとの結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュールの故障を検出することができ、過剰な挿入損失が発生せず、しかも、光ファイバの曲げによる危険性や障害を抑制することができるとともに、レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を監視することができる、光パワー監視装置、光パワー監視方法および光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置が得られる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置の一例を示す図解図である。 図１に示す光パワー監視装置に用いられる光検出器の一方側から見た分解斜視図である。 図１に示す光パワー監視装置に用いられる光検出器の他方側から見た分解斜視図である。 実験例１の光検出器から出力される信号の電圧（Ｖ）とレーザダイオードモジュールから出力される励起光の出力光量（Ｗ）との関係を示すグラフである。 実験例１の光検出器から出力される信号の電圧（Ｖ）と励起光入力用光ファイバに注入される励起光の入力光量（Ｗ）との関係を示すグラフである。 励起光出力用光ファイバと励起光入力用光ファイバとの融着した接続部を示す模式図である。 実験例２のレーザダイオードモジュールから出力される励起光の出力光量（Ｗ）と光検出器から出力される信号の電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。 この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置の他の例を示す図解図である。 この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置のさらに他の例を示す図解図である。

図１に示すレーザ発生装置１０は、基本的な光ファイバ増幅器の基本構造を有し、レーザダイオードモジュール２０を含む。レーザダイオードモジュール２０は、レーザ光としての励起光を出力する半導体レーザと呼ばれるレーザダイオード（図示せず）と、そのレーザダイオードに結合されそのレーザダイオードから出力されるレーザ光としての励起光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバとしての励起光出力用光ファイバ２２とを有する。

励起光は、後述の希土類元素添加光ファイバ４０を励起するためのものである。たとえば、希土類元素添加光ファイバ４０としてイッテルビウム添加光ファイバが用いられ、波長１μｍ帯の光ファイバ増幅器として用いられるイッテルビウム添加光ファイバ増幅器においては、励起光として波長９１５ｎｍ、９４０ｎｍ、９７６ｎｍ近辺で発振するレーザダイオードが用いられる。

励起光の光量は、現在ではたとえば数ワットから百ワットと高出力化しており、これに合わせて、レーザダイオードモジュール２０に付属する励起光出力用光ファイバ２２もたとえばコア径が１００μｍを超えるマルチモード光ファイバが用いられる。

レーザ発生装置１０は、さらに、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光を利用する光学機器を含む。光学機器は、たとえば、合波装置３０および希土類元素添加光ファイバ４０を含む。

合波装置３０は、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光および外部からの増幅される信号光を合波するためのものである。励起光および信号光を合波する合波装置３０としては、たとえば、波長帯ごとに結合比の異なる光ファイバカプラ（波長分割多重（ＷＤＭ）カプラ）や光ファイバのクラッドモードを利用した光ファイバコンバイナ（たとえば米国特許第５，４５９，８０４号参照）などが存在する。
さらに、合波装置３０は、合波装置３０によって合波された励起光および信号光を希土類元素添加光ファイバ４０に注入するためのものである。
そのため、合波装置３０は、レーザ光入力用光ファイバとしての励起光入力用光ファイバ３２、信号光入力用光ファイバ３４および合波光出力用光ファイバ３６を有する。励起光入力用光ファイバ３２は、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光としての励起光を合波装置３０に入力するためのものである。信号光入力用光ファイバ３４は、外部からの増幅される信号光を合波装置３０に入力するためのものである。合波光出力用光ファイバ３６は、合波装置３０で合波された励起光および信号光を合波装置３０から希土類元素添加光ファイバ４０に出力するためのものである。
ここで、レーザダイオードモジュール２０のレーザダイオードから出力される励起光を取り出す励起光出力用光ファイバ２２を、合波装置３０の励起光入力用光ファイバ３２に接続することにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光を、合波装置３０を介して希土類元素添加光ファイバ４０に注入することができる。
このような励起光出力用光ファイバ２２および励起光入力用光ファイバ３２を接続した接続部３３には、それらを接続するために主に光ファイバ融着が施されるが、その代わりに光コネクタが用いられてもよい。

希土類元素添加光ファイバ４０は、合波装置３０によって合波された励起光および増幅される信号光が注入されるものである。また、希土類元素添加光ファイバ４０は、励起光によって励起されるものであって、光直接増幅を行うためのものである。すなわち、希土類元素添加光ファイバ４０において、信号光の振幅が増幅される。

レーザ発生装置１０は、さらに、光パワー監視装置５０を含む。光パワー監視装置５０は、レーザダイオードモジュール２０、合波装置３０および希土類元素添加光ファイバ４０を含む光ファイバ増幅器に用いられ、すなわち希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器に用いられる。また、光パワー監視装置５０は、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量を測定するためのものである。

光パワー監視装置５０は、光検出器５２を含む。光検出器５２は、レーザダイオードモジュール２０の励起光出力用光ファイバ２２とレーザダイオードモジュール２０から出力される励起光を利用する光学機器との接続部３３の側面に配置される。光検出器５２によって、接続部３３の側面より漏れる励起光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量を測定する。
ここで、光学機器は、レーザダイオードモジュール２０の励起光出力用光ファイバ２２および合波装置３０間に接続される励起光入力用光ファイバ３２を含む。そのため、光検出器５２は、励起光出力用光ファイバ２２および励起光入力用光ファイバ３２の接続部３３の側面に配置される。

光検出器５２は、励起光出力用光ファイバ２２および励起光入力用光ファイバ３２の接続部３３の側面を覆うカバーとして、たとえば熱伝導率のよい金属からなるベースカバー５４および本体カバー５６を含む。ベースカバー５４および本体カバー５６は、接続部３３の側面を挟むように、接続部３３の側面の両側に配置される。この場合、ベースカバー５４および本体カバー５６によって、光ファイバ２２、３２の接続部３３に対して接続部３３以外からの周囲の光を遮るために、光ファイバ２２、３２の接続部３３の周囲が覆われて遮光される。

本体カバー５６には、接続部３３に対向する主面の一端から他端にわたって光ファイバ２２、３２の幅より広い幅の直線状の溝５８が形成されている。本体カバー５６の溝５８内の両側部には、比較的柔らかい材料からなるクッション材６０、６０がそれぞれ設けられている。クッション材６０、６０は、光ファイバ２２、３２の接続部３３をカバー５４、５６で挟んだときに、光ファイバ２２、３２に傷を付けないようにするためのものである。また、本体カバー５６には、溝５８内の中央部に、たとえば円形の貫通孔６２が形成されている。この貫通孔６２は、後述のフォトダイオード６６を配置するための孔である。

光検出器５２の本体カバー５６の外側には、基板６４が設けられる。なお、基板６４は、本体カバー５６にねじなどの固着具で固着されるとともに、本体カバー５６も、ベースカバー５４にねじなどの固着具で固着される。

光検出器５２は、さらに、フォトダイオード６６を含む。フォトダイオード６６は、基板６４に取り付けられるとともに、本体カバー５６の貫通孔６２内に配置される。この場合、フォトダイオード６６は、励起光出力用光ファイバ２２および励起光入力用光ファイバ３２の接続部３３の側面に対向するように配置される。そのため、フォトダイオード６６によって、光ファイバ２２、３２の接続部３３からの励起光の漏れ光の光量を光検出信号として測定することができる。この場合、接続部３３およびフォトダイオード６６は、カバー５４、５６によって外部からの光が遮られているので、接続部３３からの励起光の漏れ光の光量を正確に測定することができる。

また、基板６４には、フォトダイオード６６からの光検出信号を増幅、あるいはノイズ除去といった信号処理をするための電子回路（図示せず）が搭載されており、その電子回路は、接続配線６８に電気的に接続されている。したがって、フォトダイオード６６からの光検出信号の光検出感度や精度を向上させることができる。このようにして、フォトダイオード６６へ入射した光パワーに応じた光検出信号は、光検出器５２から出力することができる。光検出器５２からの出力信号は、たとえば、電圧の大きさとして表現される。なお、光量を測定するに際しては、フォトダイオード６６に限ることなく、フォトダイオード６６に替えて、光パワーに対して反応するような光デバイスを用いてもよい。

光検出器５２は、接続配線６８を介して、制御部７０に電気的に接続される。制御部７０は、光検出器５２から出力される信号に基づいて、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量などを演算するためのものである。さらに、制御部７０は、演算された光量を表示するための表示部、または、光検出器５２から出力される信号を表示するための表示部（図示せず）を有する。

制御部７０は、たとえば、光検出器５２から出力された信号に一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量を演算する。たとえば、レーザダイオードモジュール２０からの出力光量が光検出器５２で測定された励起光の光量の１００倍である場合、一定の係数として１００を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量が演算される。

また、制御部７０は、光検出器５２から出力された信号に他の一定の係数を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光を利用する光学機器にすなわち励起光入力用光ファイバ３２に注入される励起光の光量を演算する。たとえば、励起光入力用光ファイバ３２に注入される励起光の入力光量が光検出器５２で測定された励起光の光量の９８倍である場合、他の一定の係数として９８を乗ずることにより、励起光入力用光ファイバ３２に注入される励起光の光量が演算される。

このレーザ発生装置１０では、レーザダイオードモジュール２０の励起光出力用光ファイバ２２とレーザダイオードモジュール２０から出力される励起光を利用する光学機器との接続部３３の側面より漏れる励起光の一部の光量を測定することにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の光量を測定することができる。そのため、このレーザ発生装置１０では、レーザダイオードモジュール２０のレーザダイオードと励起光出力用光ファイバ２２との結合部分の故障に起因するレーザダイオードモジュール２０の故障を検出することができる。

また、このレーザ発生装置１０によれば、光ファイバカプラなどの光学部品を追加して用いる必要がないので、過剰な挿入損失が発生しない。そのため、励起光の光量が高くても、光損失や熱が抑制され、光増幅器の出力低下や信頼性低下などの問題を引き起こしにくくなる。

さらに、このレーザ発生装置１０によれば、光ファイバを曲げる必要がないので、曲げにより過剰な損失を作る場合のような機械的な変形も伴わずに、光ファイバの曲げによる危険性や漏れ光による加熱や光ファイバの破損など大きな障害を抑制することができ、安全である。

また、このレーザ発生装置１０では、接続部３３の周囲にカバー５４、５６を設けているので、外乱を防ぐだけでなく、接続部３３からの漏れ光が外部に漏れないので、安全性が高まる。

さらに、このレーザ発生装置１０では、カバー５４、５６が熱伝導率のよい金属で形成されているので、接続部３３が万一発熱した場合でも、カバー５４、５６が放熱器として働くため、安全性が高まる。

（実験例１）
図１に示すレーザ発生装置１０を用いて、図４および図５に示すグラフを得た実験例１について説明する。
この実験例１で使用した図１に示すレーザ発生装置１０のレーザダイオードモジュール２０は、波長９７６ｎｍで発振し、コア径が１０５μｍでクラッド径が１２５μｍであるマルチモード光ファイバを励起光出力用光ファイバ２２として、励起光を出力する。この励起光出力用光ファイバ２２を、同種のマルチモード光ファイバを入力端として持つ合波装置３０と融着して接続し、融着した接続部３３あたりに光パワー監視装置５０を取り付けた。このとき、接続部３３の位置が光パワー監視装置５０のフォトダイオード６６のほぼ正面にくるように、それらを配置した。

図４は、レーザダイオードモジュール２０に流す励起電流を変化させることにより出力光量を変化させた場合の、光検出器５２から出力される信号の電圧（Ｖ）とレーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の出力光量（Ｗ）との関係を示すグラフである。図４に示すグラフより、それらに良好な直線関係が得られており、光検出器５２から出力される信号の電圧（Ｖ）に係数６．４９を乗ずることにより、レーザダイオードモジュール２０から出力される励起光の出力光量（Ｗ）を測定することができる。

また、同様に、図５は、光検出器５２から出力される信号の電圧（Ｖ）とレーザダイオードモジュール２０から出力される励起光を利用する光学機器にすなわち励起光入力用光ファイバ３２に注入される励起光の入力光量（Ｗ）との関係を示すグラフである。図５に示すグラフでも、それらに良好な直線関係が得られており、光検出器５２から出力される信号の電圧（Ｖ）に係数５．９８を乗ずることにより、励起光入力用光ファイバ３２に注入される励起光の入力光量（Ｗ）を測定することができる。

（実験例２）
実験例２では、図１に示すレーザ発生装置１０において、光ファイバ２２、３２の接続部３３に対するフォトダイオード６６の位置による感度について調べた。
図１に示すレーザ発生装置１０において、光ファイバ２２および３２の接続部３３の接続の方法として融着接続を用いる場合は、フォトダイオード６６の位置を接続箇所の直下ではなく、励起光入力用光ファイバ３２側の被覆端の近傍に配置することにより、接続部３３からの漏れ光を効率よくフォトダイオード６６に導くことができる。このため、漏れ光の光量が小さい場合でも、感度よく測定することが可能になる。

図６は、励起光出力用光ファイバ２２と励起光出力用光ファイバ３２との融着した接続部３３を示す模式図である。レーザダイオードモジュール２０に接続されている励起光出力用ファイバ２２と、励起光を利用する光学機器にすなわち励起光入力用光ファイバ３２とは、両方ともファイバを機械的に保護するためにＵＶ硬化樹脂などの被覆が施されており、接続のために、一部の被覆を剥いて、融着して接続される。被覆を剥く長さは、通常３〜９ｍｍ程度である。このような構造では、レーザダイオードモジュール２０からの励起光の一部が融着点（接続部３３）で散乱される。その際、融着点で発生する漏れ光は、クラッドの外部にすべて直接漏れ出すのではなく、一般的にクラッドモードと呼ばれるように、クラッド表面で反射されながら内部を伝搬し、励起光入力用光ファイバ３２側の被覆で散乱されて外部に漏れ出す。このため、励起光入力用光ファイバ３２側の被覆端の近傍で漏れ光の光量は、接続部３３からの漏れ光の光量よりも大きくなる。

図７は、実験例２によって得られた、レーザダイオードモジュールから出力される励起光の出力光量（Ｗ）と光検出器から出力される信号の電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。図７のグラフには、光パワー監視装置５０のフォトダイオード６６を接続部３３の正面付近に配置した場合のそれらの関係と、光パワー監視装置５０のフォトダイオード６６を励起光入力用光ファイバ３２側の被覆端の正面付近に配置した場合のそれらの関係とを示す。
図７に示すグラフより、等しいレーザダイオードモジュール２０の出力光量に対して、光検出器５２から出力される信号の電圧は、フォトダイオード６６を励起光入力用光ファイバ３２側の被覆端の正面付近に配置した場合の方が、フォトダイオード６６を接続部３３の正面付近に配置した場合の方と比べて、約５０倍になっており、つまり、感度が５０倍良くなっている。

図８は、この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置の他の例を示す図解図である。図８に示すレーザ発生装置１０は、図１に示すレーザ発生装置１０と比べて、合波装置３０に励起光を信号光と逆方向に注入する後方励起と呼ばれる方式である。
図１に示すレーザ発生装置１０は、合波装置３０に励起光を信号光と同じ方向に注入する前方励起と呼ばれる方式であるが、この発明にかかるレーザ発生装置は、図８に示すレーザ発生装置１０のように、合波装置３０に励起光を信号光と逆方向に注入する後方励起と呼ばれる方式であってもよい。
なお、図８に示すレーザ発生装置１０は、図１に示すレーザ発生装置１０と比べて、励起光入力用光ファイバ３４が希土類元素添加光ファイバ４０を介して合波装置３０に接続されている。

また、この発明にかかるレーザ発生装置は、合波装置３０に励起光を両方向から注入する両方向励起と呼ばれる方式であってもよい。

なお、上述のレーザ発生装置は、基本的な光ファイバ増幅器の基本構造を有するが、この発明は、基本的な光ファイバレーザの基本構造を有するレーザ発生装置にも適用されうる。

図９は、この発明にかかる光パワー監視装置を用いたレーザ発生装置のさらに他の例を示す図解図である。図９に示すレーザ発生装置１０は、図１に示すレーザ発生装置１０と比べて、レーザダイオードモジュール２０が、レーザ光を出力するレーザダイオード（図示せず）と、そのレーザダイオードに結合されそのレーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバ２２´とを有する。

図９に示すレーザ発生装置１０は、さらに、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光を利用する光学機器を含む。光学機器は、たとえば、光学系として集光光学系３１を含む。集光光学系３１は、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光を集光するためのものであり、たとえば複数または単数のミラーや複数または単数のレンズなどの光学素子が用いられる。そのため、レーザダイオードモジュール２０のレーザ光出力用光ファイバ２２´および集光光学系３１間には、レーザ光入力用光ファイバ３２´が設けられる。レーザ光入力用光ファイバ３２´は、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光を集光光学系３１側に導光するためのものである。このようなレーザ光出力用光ファイバ２２´およびレーザ光入力用光ファイバ３２´を接続した接続部３３には、それらを接続するために主に光ファイバ融着が施されるが、その代わりに光コネクタが用いられてもよい。

また、図９に示すレーザ発生装置１０では、光パワー監視装置５０の光検出器５２は、レーザ光出力用光ファイバ２２´とレーザ光入力用光ファイバ３２´との接続部３３の側面に配置される。

図９に示すレーザ発生装置１０では、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光をレーザ光入力用光ファイバ３２´で集光光学系３１側に導光し、集光光学系３１で集光し、外部に出力し取り出して利用する。この用途としては、たとえば、レーザ光を用いてマーキングを行うレーザマーカ、加工を行うレーザ加工機、照明器具、光センサ用光源などの多くの装置が挙げられる。

また、図９に示すレーザ発生装置１０において、光学系として集光光学系３１の代わりに、たとえば複数または単数のミラーや複数または単数のレンズなどの光学素子が用いられた拡散光学系が用いられてもよい。このようにすれば、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光をレーザ光入力用光ファイバ３２´で拡散光学系側に導光し、拡散光学系で拡散し、外部に出力し取り出して利用する。この用途としては、たとえば、レーザ光のビームを広げて用いるような用途、たとえば照明などが挙げられる。

また、図９に示すレーザ発生装置１０でも、図１に示すレーザ発生装置１０と同様に、レーザダイオードモジュール２０のレーザ光出力用光ファイバ２２´とレーザ光入力用光ファイバ３２´との接続部３３近傍に光パワー監視装置５０の光検出器５２を配置することによって、レーザダイオードモジュール２０から出力されるレーザ光の光量およびレーザ光入力用光ファイバ３２´から出力されるレーザ光の光量を測定することができる。

この発明にかかるパワー監視装置は、特に、たとえば光ファイバ増幅器、光ファイバレーザ、レーザマーカ、レーザ加工機、照明器具および光センサ用光源などのレーザ発生装置に好適に用いられる。

１０ レーザ発生装置
２０ レーザダイオードモジュール
２２ 励起光出力用光ファイバ
２２´ レーザ光出力用光ファイバ
３０ 合波装置
３１ 集光光学系
３２ 励起光入力用光ファイバ
３２´ レーザ光入力用光ファイバ
３３ 接続部
３４ 信号光入力用光ファイバ
３６ 合波光出力用光ファイバ
４０ 希土類元素添加光ファイバ
５０ 光パワー監視装置
５２ 光検出器
５４ ベースカバー
５６ 本体カバー
５８ 溝
６０ クッション材
６２ 孔
６４ 基板
６６ フォトダイオード
６８ 接続配線
７０ 制御部

Claims (10)

1. レーザ光を出力するレーザダイオードおよび前記レーザダイオードに結合され前記レーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する光パワー監視装置であって、
   前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバと前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面に配置される光検出器を含み、前記光検出器で前記接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視装置。
2. 前記光学機器は、
   前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光および増幅される信号光を合波するための合波装置、および
   前記合波装置によって合波されたレーザ光および増幅される信号光が注入され、前記レーザ光によって励起され、光直接増幅を行う希土類元素添加光ファイバを含み、
   前記レーザダイオードモジュール、前記合波装置および前記希土類元素添加光ファイバを含む光ファイバ増幅器に用いられる、請求項１に記載の光パワー監視装置。
3. 前記光学機器は、前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記合波装置間に接続されるレーザ光入力用光ファイバを含み、
   前記光検出器は、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される、請求項２に記載の光パワー監視装置。
4. 前記光学機器は、
   前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を集光するための集光光学系、および
   前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記集光光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバを含み、
   前記光検出器は、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される、請求項１に記載の光パワー監視装置。
5. 前記光学機器は、
   前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を拡散するための拡散光学系、および
   前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記拡散光学系間に設けられるレーザ光入力用光ファイバを含み、
   前記光検出器は、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に配置される、請求項１に記載の光パワー監視装置。
6. 前記光検出器は、
   前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面を覆うカバー、および
   前記カバーに設けられ、前記レーザ光出力用光ファイバおよび前記レーザ光入力用光ファイバの接続部の側面に対向するフォトダイオードを含む、請求項３または請求項５に記載の光パワー監視装置。
7. レーザ光を出力するレーザダイオードおよび前記レーザダイオードに結合され前記レーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュール、
   前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器、および
   前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光パワー監視装置を含む、レーザ発生装置。
8. レーザ光を出力するレーザダイオードおよび前記レーザダイオードに結合され前記レーザダイオードから出力されるレーザ光を出力するためのレーザ光出力用光ファイバを有するレーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する光パワー監視方法であって、
   請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光パワー監視装置を用いて、前記レーザダイオードモジュールの前記レーザ光出力用光ファイバと前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器との接続部の側面より漏れるレーザ光の一部の光量を測定することにより、前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、光パワー監視方法。
9. 前記測定された前記レーザ光の一部の光量に一定の係数を乗ずることにより、前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光の光量を測定する、請求項８に記載の光パワー監視方法。
10. 前記測定された前記レーザ光の一部の光量に他の一定の係数を乗ずることにより、前記レーザダイオードモジュールから出力されるレーザ光を利用する光学機器に注入されるレーザ光の光量を測定する、請求項８または請求項９に記載の光パワー監視方法。

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