JP2015159208A - ファイバレーザ装置及びその異常検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価な構成により広い範囲にわたって装置内の光ファイバの異常を検出することができるファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】ファイバレーザ装置１００は、複数のファイバレーザユニット１１０と、ファイバレーザユニット１１０から出力される出力レーザ光を光学的に結合して結合レーザ光を生成するコンバイナ１２０と、結合レーザ光を出射するレーザ出射部１３０と、ファイバレーザユニット１１０のそれぞれの出力レーザ光のパワーを検出する出力レーザ光パワー検出部１７０と、結合レーザ光のパワーを検出する結合レーザ光パワー検出部１４０と、検出された出力レーザ光のパワーの合計（合算レーザ光パワー）と検出された結合レーザ光のパワーとを比較して、合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光のパワーの比が所定の閾値Ｔを下回った場合にファイバレーザユニット１１０に異常が生じたものと判断する異常検出部１６０とを備える。【選択図】図１
Description
本発明は、ファイバレーザ装置及びその異常検出方法に係り、特に複数のファイバレーザユニットからのレーザ光を光学的に結合して出射するファイバレーザ装置及びその異常検出方法に関するものである。
近年、ファイバレーザの高出力化が進んでおり、複数のファイバレーザユニットを設けてそれぞれのファイバレーザユニットからのレーザ出力を結合してキロワット級の高出力を得ることができるファイバレーザ装置が開発されている。このようなファイバレーザ装置では、高出力であるがゆえに、融着部での損失やファイバの曲げによる高次モードの発生による損失といった過剰損失分の光量が大きくなることがある。このような過剰損失によって発熱量も大きくなり、過剰損失による発熱がファイバの断線などの故障に直結してしまうことがある。このため、このような高出力のファイバレーザ装置には、ファイバの断線などの異常を検出する手段が設けられることが多い。
例えば、特許文献１には、このようなファイバレーザ装置における異常を検出する方法として、ファイバレーザ装置内部の融着部から不具合発生時に漏れ出すレーザ光を撮像手段（光検出器）により検出し、これによりファイバレーザ装置内の光部品の破損を検出する技術が開示されている。しかしながら、この方法では、破損が生じる可能性のある部位を予め推定してその部位ごとに撮像手段（光検出器）を配置する必要があり、破損を推定した箇所以外の箇所で光ファイバの断線などが生じた場合には、そのような異常を検出することができない。したがって、破損が生じる可能性のある部位が広い範囲にわたって存在する場合には、多数の撮像手段が必要となり装置のコストが高くなってしまう。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安価な構成により広い範囲にわたって装置内の光ファイバの異常を検出することができるファイバレーザ装置を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、複数のファイバレーザユニットを備えたファイバレーザ装置において、安価な構成により広い範囲にわたって装置内の光ファイバの異常を検出することができるファイバレーザ装置の異常検出方法を提供することを第２の目的とする。
本発明の第１の態様によれば、安価な構成により広い範囲にわたって装置内の光ファイバの異常を検出することができるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、上記レーザ光を発振させる光共振器とを有する複数のファイバレーザユニットと、上記複数のファイバレーザユニットから出力される出力レーザ光を光学的に結合して結合レーザ光を生成するコンバイナと、上記コンバイナにより生成された結合レーザ光を出射するレーザ出射部と、上記複数のファイバレーザユニットのそれぞれの上記光共振器から出力される出力レーザ光のパワーを検出する複数の出力レーザ光パワー検出部と、上記コンバイナにより生成された結合レーザ光のパワーを検出する結合レーザ光パワー検出部とを備えている。ファイバレーザ装置は、上記複数のファイバレーザユニットの出力レーザ光パワー検出部により検出された出力レーザ光のパワーを合計した合算レーザ光パワーを算出する合算部と、上記合算部により算出された合算レーザ光パワーと上記結合レーザ光パワー検出部により検出された結合レーザ光のパワーとを比較する比較部と、上記合算レーザ光パワーに対する上記結合レーザ光のパワーの比が所定の閾値Ｔを下回った場合に、上記複数のファイバレーザユニットのうちの少なくとも１台に異常が生じたものと判断する判定部とを有する異常検出部を備えている。
本発明の第２の態様によれば、レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、上記レーザ光を発振させる光共振器とを有する複数のファイバレーザユニットから出力される出力レーザ光をコンバイナで光学的に結合した結合レーザ光を出射するファイバレーザ装置における異常を検出する方法が提供される。この方法では、上記複数のファイバレーザユニットのそれぞれの上記光共振器から出力される出力レーザ光のパワーを検出し、上記コンバイナの下流側での上記結合レーザ光のパワーを検出し、上記検出された上記複数のファイバレーザユニットからの出力レーザ光のパワーを合計して合算レーザ光パワーを算出し、上記合算レーザ光パワーと上記検出された結合レーザ光のパワーとを比較し、上記合算レーザ光パワーに対する上記結合レーザ光のパワーの比が所定の閾値Ｔを下回った場合に、上記複数のファイバレーザユニットのうちの少なくとも１台に異常が生じたものと判断する。
上記複数のファイバレーザユニットの台数をＵとして、上記所定の閾値Ｔを（Ｕ−１）／Ｕに設定してもよい。このとき、上記異常検出部の判定部は、上記合算レーザ光パワーに対する上記結合レーザ光のパワーの比が上記所定の閾値Ｔを下回った場合に、複数のファイバレーザユニットのうちの１台に異常が生じたものと判断する。あるいは、上記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、１以上Ｕ以下の整数をｎとして、上記所定の閾値Ｔを（Ｕ−ｎ）／Ｕに設定してもよい。この場合には、上記異常検出部の判定部は、上記合算レーザ光パワーに対する上記結合レーザ光のパワーの比が上記所定の閾値Ｔを下回った場合に、上記複数のファイバレーザユニットのうちｎ台に異常が生じたものと判断する。
さらに、上記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、上記出力レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±α、上記結合レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±βとして、上記所定の閾値Ｔを下記の不等式を満足するように設定してもよい。このとき、上記異常検出部の判定部は、上記合算レーザ光パワーに対する上記結合レーザ光のパワーの比が上記所定の閾値Ｔを下回った場合に、複数のファイバレーザユニットのうちの１台に異常が生じたものと判断する。
また、上記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、１以上Ｕ以下の整数をｎ、上記出力レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±α、上記結合レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±βとして、上記所定の閾値Ｔを下記の不等式を満足するように設定してもよい。このとき、上記異常検出部の判定部は、上記合算レーザ光パワーに対する上記結合レーザ光のパワーの比が上記所定の閾値Ｔを下回った場合に、複数のファイバレーザユニットのうちのｎ台に異常が生じたものと判断する。
さらに、上記異常検出部は、上記複数のファイバレーザユニットの励起光源に供給する電流を制御して上記複数のファイバレーザユニットのうち少なくとも１台のファイバレーザユニットを順番に駆動させる駆動制御部を備えていてもよい。このとき、上記異常検出部の判定部は、上記合算部により算出された合算レーザ光パワーと上記結合レーザ光パワー検出部により検出された結合レーザ光のパワーとの相違に基づいて、上記駆動制御部により駆動されている少なくとも１台のファイバレーザユニットから異常が生じているファイバレーザユニットを特定する。
また、上記結合レーザ光パワー検出部は、上記コンバイナと上記レーザ出射部とを接続する光ファイバに設けられた融着部からの漏れ光を受光する光検出器を有していてもよい。この場合において、この光検出器を上記融着部の後流側に配置すれば、ファイバレーザ装置から出射された結合レーザ光が加工物で反射して戻ってくる戻り光の影響を低減することができる。
本発明によれば、各ファイバレーザユニットの出力レーザ光パワー検出部により得られる出力レーザ光のパワーの合計（合算レーザ光パワー）と、ファイバレーザユニットの出力レーザ光を結合するコンバイナの下流に設置された結合レーザ光パワー検出部により得られる結合レーザ光パワーとを比較することにより、各ファイバレーザユニットの出力レーザ光パワー検出部とその下流にある結合レーザ光パワー検出部との間でファイバ断線などの異常が生じているか否かを検出することができる。すなわち、出力レーザ光パワー検出部と結合レーザ光パワー検出部との間であれば、いずれの箇所でファイバ断線などの異常が生じてもその異常を検出することができる。したがって、出力レーザ光パワー検出部と結合レーザ光パワー検出部という２つの検出部を各ファイバレーザユニットに設けるだけで、出力レーザ光パワー検出部から結合レーザ光パワー検出部までの間の広い範囲にわたって光ファイバの異常を検出することが可能となる。このように、各ファイバレーザユニットに多数の検出部（光検出器）を設ける必要がなくなるため、ファイバレーザ装置のコストを低減することができる。
以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図５を参照して詳細に説明する。なお、図１から図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態におけるファイバレーザ装置１００の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１００は、レーザ光を出力可能な複数のファイバレーザユニット１１０（図１に示す例では７台のファイバレーザユニット１１０）と、ファイバレーザユニット１１０のそれぞれから出力されるレーザ光（出力レーザ光）を合波するコンバイナ１２０と、コンバイナ１２０により結合されたレーザ光を例えば被処理物に向けて出射するレーザ出射部１３０とを備えている。
図２は、複数のファイバレーザユニット１１０のうちの１つを模式的に示す図である。図２に示すように、ファイバレーザユニット１１０は、例えばＹｂ（イッテルビウム）などの希土類元素が添加された増幅用光ファイバ１１２と、増幅用光ファイバ１１２の第１の端部１１２Ａ側に接続された高反射ファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating（ＦＢＧ））１１１と、増幅用光ファイバ１１２の第２の端部１１２Ｂ側に接続された低反射ＦＢＧ１１３と、増幅用光ファイバ１１２の第１の端部１１２Ａから増幅用光ファイバ１１２に励起光を導入する複数の励起光源１１４Ａと、複数の励起光源１１４Ａからの励起光を合波するコンバイナ１１６Ａと、増幅用光ファイバ１１２の第２の端部１１２Ｂから増幅用光ファイバ１１２に励起光を導入する複数の励起光源１１４Ｂと、複数の励起光源１１４Ｂからの励起光を合波するコンバイナ１１６Ｂとを備えている。
励起光源１１４Ａ，１１４Ｂとしては、例えば、波長９１５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。励起光源１１４Ａからの励起光は、コンバイナ１１６Ａにより合波され、高反射ＦＢＧ１１１側から増幅用光ファイバ１１２に導入される。同様に、励起光源１１４Ｂからの励起光は、コンバイナ１１６Ｂにより合波され、低反射ＦＢＧ１１３側から増幅用光ファイバ１１２に導入される。増幅用光ファイバ１１２は、内部クラッドと、内部クラッドの屈折率よりも低い外部クラッドとを備えたダブルクラッド構造を有することが好ましい。コンバイナ１１６Ｂには、ファイバレーザユニット１１０の外部に延びるシングルクラッドの光ファイバ（デリバリファイバ）１１８が接続されている。
ここで、高反射ＦＢＧ１１１及び低反射ＦＢＧ１１３は、レーザ光の波長に対応した波長の光を反射するように構成されており、所定の共振条件を満たすように配置されており、増幅用光ファイバ１１２、高反射ＦＢＧ１１１、及び低反射ＦＢＧ１１３により、増幅用光ファイバ１１２に生じたレーザ光を発振させる光共振器１１９が構成されている。高反射ＦＢＧ１１１の反射率は９０％〜１００％であることが好ましく、低反射ＦＢＧ１１３の反射率は３０％以下であることが好ましい。
このような構成において、励起光源１１４Ａ，１１４Ｂから例えば９１５ｎｍの波長の励起光を増幅用光ファイバ１１２に導入すると、増幅用光ファイバ１１２のＹｂが励起され、１０００ｎｍ帯の波長の放出光を発する。このＹｂ放出光は、所定の共振条件を満たすように配置された高反射ＦＢＧ１１１及び低反射ＦＢＧ１１３により１０００ｎｍ帯の波長でレーザ発振する。光共振器１１９内で生じたレーザ光は、その一部が低反射ＦＢＧ１１３で反射して増幅用光ファイバ１１２に戻るが、そのほとんどが低反射ＦＢＧ１１３を透過して光ファイバ１１８を通ってファイバレーザユニット１１０から出力レーザ光として出力される。それぞれのファイバレーザユニット１１０から出力された出力レーザ光は、図１に示すように、コンバイナ１２０により合波されて高パワーの結合レーザ光となり、この光パワーの結合レーザ光がレーザ出射部１３０から出射される。
図２に示すように、それぞれのファイバレーザユニット１１０には、光共振器１１９から発される出力レーザ光のパワーを検出する出力レーザ光パワー検出部１７０が設けられている。この出力レーザ光パワー検出部１７０は、光ファイバ１１８に形成された融着部１１８Ａからの漏れ光を検出する光検出器１７２と、光検出器１７２の検出信号を出力レーザ光のパワーに換算する出力レーザ光パワー換算部１７４とを含んでいる。この出力レーザ光パワー換算部１７４からの信号線は、後述する異常検出部１６０の合算部１６２に接続される。融着部１１８Ａは光ファイバ１１８のクラッドよりも屈折率の高い樹脂で覆われており、光検出器１７２はこの融着部１１８Ａの近傍に配置される。なお、本実施形態では、出力レーザ光パワー検出部１７０がファイバレーザユニット１１０の内部に設置されている例について説明するが、出力レーザ光パワー検出部１７０はファイバレーザユニット１１０の外部に配置されていてもよい。
図１に示すように、ファイバレーザ装置１００は、コンバイナ１２０により結合された結合レーザ光のパワーを検出する結合レーザ光パワー検出部１４０を備えている。この結合レーザ光パワー検出部１４０は、コンバイナ１２０とレーザ出射部１３０とを接続する光ファイバ１５０に形成された融着部１５０Ａからの漏れ光を検出する光検出器１４２と、光検出器１４２の検出信号を結合レーザ光のパワー（以下、結合レーザ光パワーという）に換算する結合レーザ光パワー換算部１４４とを含んでいる。この結合レーザ光パワー換算部１４４からの信号線は、後述する異常検出部１６０の比較部１６４に接続される。融着部１５０Ａは光ファイバ１５０のクラッドよりも屈折率の高い樹脂で覆われており、光検出器１４２はこの融着部１５０Ａの近傍に配置される。
図１に示すように、ファイバレーザ装置１００は、ファイバレーザユニット１１０に異常が生じたことを検出する異常検出部１６０を備えている。この異常検出部１６０は、それぞれのファイバレーザユニット１１０に対応する出力レーザ光パワー換算部１７４から入力される出力レーザ光のパワーを合計した合算レーザ光パワーを算出する合算部１６２と、合算部１６２で算出された合算レーザ光パワーと結合レーザ光パワー換算部１４４から入力される結合レーザ光パワーとを比較する比較部１６４と、ファイバレーザユニット１１０に異常が生じたことを検出するために用いられる閾値などを格納した記憶部１６６と、比較部１６４における比較結果に基づいてファイバレーザユニット１１０に異常が生じたか否かを判定する判定部１６８とを備えている。
それぞれのファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０から結合レーザ光パワー検出部１４０までの間の光路に何も異常がなければ、結合レーザ光パワー検出部１４０により得られる結合レーザ光パワーは、それぞれの出力レーザ光パワー検出部１７０により得られる出力レーザ光のパワーの合計にほぼ等しくなるはずである。しかしながら、いずれかのファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０とコンバイナ１２０との間の光ファイバ１１８に何らかの異常がある場合には、異常のある部分から後流に出力レーザ光が供給されなくなるため、結合レーザ光パワー検出部１４０により得られる結合レーザ光パワーが、それぞれの出力レーザ光パワー検出部１７０により得られる出力レーザ光のパワーの合計よりも小さくなる。本実施形態における判定部１６８は、この現象を利用してファイバレーザユニット１１０に異常が生じたか否かを判定している。
より具体的には、それぞれのファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０からコンバイナ１２０までの間の光ファイバ１１８が正常である場合には、図３の●で示すように、結合レーザ光パワーと合算レーザ光パワーはほぼ同じ値を示す。例えば、いずれか１台のファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０とコンバイナ１２０との間の光ファイバ１１８に異常（断線）が生じた場合には、結合レーザ光パワーは、ファイバレーザユニット１１０の１台分の出力レーザ光のパワーだけ減少したものとなる。したがって、本実施形態においては、ファイバレーザユニット１１０が７台あるため、判定部１６８は、合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光パワーの比が６／７を下回ったときに、ファイバレーザユニット１１０のうち１台に異常が生じたものと判定する。すなわち、図３に示す例では、異常を判定する閾値Ｔとして６／７を設定し、合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光パワーの比がこの閾値Ｔ（図３において▲で示す）を下回った場合に、ファイバレーザユニット１１０のうち１台に異常が生じたものと判定する。判定部１６８により異常が検出されると、すべてのファイバレーザユニット１１０が停止される。
ファイバレーザユニット１１０の台数が７台以外の場合は次のようになる。ファイバレーザユニット１１０の台数をＵとすると、閾値Ｔ＝（Ｕ−１）／Ｕが記憶部１６６に格納され、合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光パワーの比が、この記憶部１６６に格納された閾値Ｔ＝（Ｕ−１）／Ｕを下回った場合に、判定部１６８はファイバレーザユニット１１０のうち１台に異常が生じたものと判断する。
ここで、図１に示すように、異常検出部１６０は、各ファイバレーザユニット１１０の励起光源１１４Ａ，１１４Ｂの電源に接続された駆動制御部１６９を備えており、この駆動制御部１６９によって各ファイバレーザユニット１１０の励起光源１１４Ａ，１１４Ｂに供給する電流を制御してファイバレーザユニット１１０を１台ずつ順番に駆動できるようになっている。上述のようにしてファイバレーザユニット１１０のうち１台に異常が生じたものと判定部１６８により判定されると、駆動制御部１６９は、ファイバレーザユニット１１０を１台ずつ順番に駆動する。駆動しているファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０とコンバイナ１２０との間に異常がなければ、結合レーザ光パワーと合算レーザ光パワーはほぼ同じ値を示す。一方、駆動しているファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０とコンバイナ１２０との間にファイバ断線などの異常があれば、合算レーザ光パワーは得られるにもかかわらず、結合レーザ光パワーは得られない。したがって、駆動制御部１６９によりファイバレーザユニット１１０を１台ずつ順番に駆動し、合算レーザ光パワーと結合レーザ光のパワーとを比較することにより、現在駆動されているファイバレーザユニット１１０に異常が生じていると判断することができる。なお、このとき、駆動制御部１６９によりファイバレーザユニット１１０を複数台ずつ駆動し、合算レーザ光パワーと結合レーザ光のパワーとの相違に基づいて異常を生じているファイバレーザユニット１１０を特定してもよい。また、各ファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワーをファイバレーザユニット１１０ごとに異なる値に設定し、結合レーザ光パワーが低下した量に対応する出力レーザ光パワーを有するファイバレーザユニット１１０を特定することにより異常が生じているファイバレーザユニットを判別することもできる。
このように、本実施形態によれば、各ファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０により得られる出力レーザ光のパワーの合計（合算レーザ光パワー）と、ファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光を結合するコンバイナ１２０の下流に設置された結合レーザ光パワー検出部１４０により得られる結合レーザ光パワーとを比較することにより、各ファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０とその下流にある結合レーザ光パワー検出部１４０との間でファイバ断線などの異常が生じているか否かを検出することができる。すなわち、出力レーザ光パワー検出部１７０と結合レーザ光パワー検出部１４０との間であれば、いずれの箇所でファイバ断線などの異常が生じてもその異常を検出することができる。したがって、出力レーザ光パワー検出部１７０と結合レーザ光パワー検出部１４０という２つの検出部を各ファイバレーザユニット１１０に設けるだけで、出力レーザ光パワー検出部１７０から結合レーザ光パワー検出部１４０までの間の広い範囲にわたって光ファイバ１１８，１５０の異常を検出することが可能となる。このように、各ファイバレーザユニット１１０に多数の検出部（光検出器）を設ける必要がなくなるため、ファイバレーザ装置１００のコストを低減することができる。
また、各ファイバレーザユニット１１０の出力レーザ光パワー検出部１７０で得られた出力レーザ光のパワーの合計（合算レーザ光パワー）と結合レーザ光パワー検出部１４０で得られた結合レーザ光のパワーとを比較しているため、出力レーザ光パワー検出部１７０の上流側で生じた異常の影響を受けることなく、出力レーザ光パワー検出部１７０から結合レーザ光パワー検出部１４０の間で生じた異常を検出することができる。例えば、いずれかのファイバレーザユニット１１０において、出力レーザ光パワー検出部１７０の上流側にある励起光源１１４Ａ，１１４Ｂが劣化して出力が低下した場合には、出力レーザ光のパワーが低下するとともに結合レーザ光のパワーもそれに伴って低下する。したがって、合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光パワーの比は変化することがないので、励起光源１１４Ａ，１１４Ｂの劣化による影響を受けることなく出力レーザ光パワー検出部１７０から結合レーザ光パワー検出部１４０の間で生じた異常を検出することができる。
また、上述した実施形態では、判定部１６８は、ファイバレーザユニット１１０のうち１台に異常が生じたことを判定するものであったが、ファイバレーザユニット１１０のうち複数台に異常が生じたことを判定することもできる。すなわち、複数台のファイバレーザユニット１１０に異常が生じると、異常が生じたファイバレーザユニット１１０の台数に比例して結合レーザ光パワーが低下する。したがって、ファイバレーザユニット１１０の台数に応じて複数の閾値Ｔを記憶部１６６に格納しておき、これらの閾値Ｔと合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光パワーの比とを比較すれば、異常が生じたファイバレーザユニット１１０の台数を決定することができる。
図４は、ファイバレーザユニット１１０の台数に応じて設定される複数の閾値を示すものである。図４において、Ｎは正常である場合の結合レーザ光パワーと合算レーザ光パワーとの関係を示しており、Ｔ1〜Ｔ6はそれぞれ１台〜６台のファイバレーザユニット１１０に異常が生じたことを判定するための閾値を表すものである。Ｔ7は、すべてのファイバレーザユニット１１０に異常が生じたこと又はコンバイナ１２０と結合レーザ光パワー検出部１４０との間に異常が生じたことを判定するための閾値を表している。具体的には、Ｔ1＝６／７、Ｔ2＝５／７、Ｔ3＝４／７、Ｔ4＝３／７、Ｔ5＝２／７、Ｔ6＝１／７となっている。すなわち、ファイバレーザユニット１１０の台数をＵとすると、ｎ台のファイバレーザユニット１１０に異常が生じたことを判定するための閾値ＴｎはＴｎ＝（Ｕ−ｎ）／Ｕとなっている。なお、この式によればＴ7＝０となるが、コンバイナ１２０から後流側で異常が生じたことを判定するために、図４においては０より大きくＴ6未満の値に設定されている。
上述した実施形態では、出力レーザ光パワー検出部１７０におけるパワーの検出精度と結合レーザ光パワー検出部１４０におけるパワーの検出精度を考慮していないが、これらの検出精度を考慮して上記閾値Ｔを設定することも可能である。すなわち、ファイバレーザユニット１１０の台数をＵ、出力レーザ光パワー検出部１７０におけるパワーの検出精度を±α、結合レーザ光パワー検出部１４０におけるパワーの検出精度を±βとすると、以下の不等式を満足するように閾値Ｔを設定してもよい。
例えば、ファイバレーザユニット１１０の台数が７台、α＝βとすると、上記不等式を満足する閾値ＴはＴ＝０．９２６となり、検出精度はα＝β＝３．８５％となる。このように出力レーザ光パワー検出部１７０及び結合レーザ光パワー検出部１４０における検出精度を考慮することにより、異常検出部１６０における誤判定を回避することができる。
また、上記不等式は、Ｕ台のファイバレーザユニット１１０のうちの１台に異常が生じたものと判断する場合に用いられるものであるが、Ｕ台のファイバレーザユニット１１０のうちのｎ台に異常が生じたことを検出する場合には、以下の不等式を満足するように閾値Ｔを設定すればよい。
上述した実施形態では、出力レーザ光パワー検出部１７０は融着部１１８Ａからの漏れ光を光検出器１７２で受光して検出し、結合レーザ光パワー検出部１４０は融着部１５０Ａからの漏れ光を光検出器１４２で受光して検出する構成としているが、これに限られるものではない。例えば、光カプラによって光ファイバ１１８又は１５０を伝搬するレーザ光の一部を取り出して光検出器１７２又は１４２で検出したり、光ファイバ１１８又は１５０を曲げることによってこの湾曲部から光ファイバ１１８又は１５０を伝搬するレーザ光の一部を放射させて光検出器１７２又は１４２で検出したりしてもよい。
また、ファイバレーザ装置１００から出射された結合レーザ光が加工物で反射して戻ってくる戻り光の影響を低減するためには、結合レーザ光パワー検出部１４０の光検出器１４２を融着部１５０Ａの後流側に配置することが好ましい。あるいは、結合レーザ光パワー検出部１４０を、例えば融着部１５０Ａの上流側など戻り光を受光できる位置に配置すれば、戻り光が許容量以上となったときにファイバレーザ装置１００を停止させることも可能である。すなわち、戻り光がある場合には、結合レーザ光パワー検出部１４０で得られる結合レーザ光パワーが正常時の結合レーザ光パワーよりも戻り光のパワーの分だけ大きくなる。したがって、図５に示すように、戻り光が許容量以上あることを判定するための閾値Ｒとして１よりも大きな値を設定し、合算レーザ光パワーに対する結合レーザ光パワーの比がこの閾値Ｒ以上になった場合に、許容量以上の戻り光があると判定し、ファイバレーザ装置１００を停止させる。
上述した実施形態では、高反射ＦＢＧ１１１側と低反射ＦＢＧ１１３側の双方に励起光源１１４Ａ，１１４Ｂとコンバイナ１１６Ａ，１１６Ｂが設けられており、双方向励起型のファイバレーザ装置となっているが、高反射ＦＢＧ１１１側と低反射ＦＢＧ１１３側のいずれか一方にのみ励起光源とコンバイナを設置することとしてもよい。
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
１００ ファイバレーザ装置
１１０ ファイバレーザユニット
１１１ 高反射ＦＢＧ
１１２ 増幅用光ファイバ
１１２Ａ 第１の端部
１１２Ｂ 第２の端部
１１３ 低反射ＦＢＧ
１１４Ａ，１１４Ｂ 励起光源
１１６Ａ，１１６Ｂ コンバイナ
１１８ 光ファイバ
１１８Ａ 融着部
１１９ 光共振器
１２０ コンバイナ
１３０ レーザ出射部
１４０ 結合レーザ光パワー検出部
１４２ 光検出器
１４４ 結合レーザ光パワー換算部
１５０ 光ファイバ
１５０Ａ 融着部
１６０ 異常検出部
１６２ 合算部
１６４ 比較部
１６６ 記憶部
１６８ 判定部
１６９ 駆動制御部
１７０ 出力レーザ光パワー検出部
１７２ 光検出器
１７４ 出力レーザ光パワー換算部
１１０ ファイバレーザユニット
１１１ 高反射ＦＢＧ
１１２ 増幅用光ファイバ
１１２Ａ 第１の端部
１１２Ｂ 第２の端部
１１３ 低反射ＦＢＧ
１１４Ａ，１１４Ｂ 励起光源
１１６Ａ，１１６Ｂ コンバイナ
１１８ 光ファイバ
１１８Ａ 融着部
１１９ 光共振器
１２０ コンバイナ
１３０ レーザ出射部
１４０ 結合レーザ光パワー検出部
１４２ 光検出器
１４４ 結合レーザ光パワー換算部
１５０ 光ファイバ
１５０Ａ 融着部
１６０ 異常検出部
１６２ 合算部
１６４ 比較部
１６６ 記憶部
１６８ 判定部
１６９ 駆動制御部
１７０ 出力レーザ光パワー検出部
１７２ 光検出器
１７４ 出力レーザ光パワー換算部
Claims (14)
- レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、前記レーザ光を発振させる光共振器とを有する複数のファイバレーザユニットと、
前記複数のファイバレーザユニットから出力される出力レーザ光を光学的に結合して結合レーザ光を生成するコンバイナと、
前記コンバイナにより生成された結合レーザ光を出射するレーザ出射部と、
前記複数のファイバレーザユニットのそれぞれの前記光共振器から出力される出力レーザ光のパワーを検出する複数の出力レーザ光パワー検出部と、
前記コンバイナにより生成された結合レーザ光のパワーを検出する結合レーザ光パワー検出部と、
前記複数のファイバレーザユニットの出力レーザ光パワー検出部により検出された出力レーザ光のパワーを合計した合算レーザ光パワーを算出する合算部と、前記合算部により算出された合算レーザ光パワーと前記結合レーザ光パワー検出部により検出された結合レーザ光のパワーとを比較する比較部と、前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちの少なくとも１台に異常が生じたものと判断する判定部とを有する異常検出部と、
を備えたことを特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵとして、前記所定の閾値Ｔは（Ｕ−１）／Ｕに設定され、
前記異常検出部の判定部は、前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、複数のファイバレーザユニットのうちの１台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。 - 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、１以上Ｕ以下の整数をｎとして、前記所定の閾値Ｔは（Ｕ−ｎ）／Ｕに設定され、
前記異常検出部の判定部は、前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちｎ台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。 - 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、前記出力レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±α、前記結合レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±βとして、前記所定の閾値Ｔは、下記の不等式を満足するように設定され、
前記異常検出部の判定部は、前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、複数のファイバレーザユニットのうちの１台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
- 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、１以上Ｕ以下の整数をｎ、前記出力レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±α、前記結合レーザ光パワー検出部におけるパワーの検出精度を±βとして、前記所定の閾値Ｔは、下記の不等式を満足するように設定され、
前記異常検出部の判定部は、前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、複数のファイバレーザユニットのうちのｎ台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
- 前記異常検出部は、前記複数のファイバレーザユニットの励起光源に供給する電流を制御して前記複数のファイバレーザユニットのうち少なくとも１台のファイバレーザユニットを順番に駆動させる駆動制御部を備え、
前記異常検出部の判定部は、前記合算部により算出された合算レーザ光パワーと前記結合レーザ光パワー検出部により検出された結合レーザ光のパワーとの相違に基づいて、前記駆動制御部により駆動されている少なくとも１台のファイバレーザユニットから異常が生じているファイバレーザユニットを特定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。 - 前記結合レーザ光パワー検出部は、前記コンバイナと前記レーザ出射部とを接続する光ファイバに設けられた融着部からの漏れ光を受光する光検出器であって、該融着部の後流側に配置された光検出器を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
- レーザ光を増幅可能な増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光源と、前記レーザ光を発振させる光共振器とを有する複数のファイバレーザユニットから出力される出力レーザ光をコンバイナで光学的に結合した結合レーザ光を出射するファイバレーザ装置における異常を検出する方法であって、
前記複数のファイバレーザユニットのそれぞれの前記光共振器から出力される出力レーザ光のパワーを検出し、
前記コンバイナの下流側での前記結合レーザ光のパワーを検出し、
前記検出された前記複数のファイバレーザユニットからの出力レーザ光のパワーを合計して合算レーザ光パワーを算出し、
前記合算レーザ光パワーと前記検出された結合レーザ光のパワーとを比較し、
前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちの少なくとも１台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とするファイバレーザ装置の異常検出方法。 - 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵとして、前記所定の閾値Ｔを（Ｕ−１）／Ｕに設定し、
前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちの１台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザ装置の異常検出方法。 - 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、１以上Ｕ以下の整数をｎとして、前記所定の閾値Ｔを（Ｕ−ｎ）／Ｕに設定し、
前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちｎ台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザ装置の異常検出方法。 - 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、前記出力レーザ光のパワーを検出するときの検出精度を±α、前記結合レーザ光のパワーを検出するときの検出精度を±βとして、前記所定の閾値Ｔを下記の不等式を満足するように設定し、
前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちの１台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザ装置の異常検出方法。
- 前記複数のファイバレーザユニットの台数をＵ、１以上Ｕ以下の整数をｎ、前記出力レーザ光のパワーを検出するときの検出精度を±α、前記結合レーザ光のパワーを検出するときの検出精度を±βとして、前記所定の閾値Ｔを下記の不等式を満足するように設定し、
前記合算レーザ光パワーに対する前記結合レーザ光のパワーの比が前記所定の閾値Ｔを下回った場合に、前記複数のファイバレーザユニットのうちのｎ台に異常が生じたものと判断する
ことを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザ装置の異常検出方法。
- 前記複数のファイバレーザユニットのうちの少なくとも１台に異常が生じたものと判断された場合に、前記複数のファイバレーザユニットの励起光源に供給する電流を制御して前記複数のファイバレーザユニットのうち少なくとも１台のファイバレーザユニットを順番に駆動させ、
前記合算レーザ光パワーと前記結合レーザ光のパワーとの相違に基づいて、前記駆動されている少なくとも１台のファイバレーザユニットから異常が生じているファイバレーザユニットを特定する
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置の異常検出方法。 - 前記結合レーザ光のパワーの検出は、前記コンバイナの下流側に設けられた融着部からの漏れ光を該融着部の後流側で受光することにより行われることを特徴とする請求項８から１３のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置の異常検出方法。
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