JP5863669B2 - ファイバレーザ装置およびファイバレーザ装置の異常検出方法 - Google Patents
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Description
このような構成によれば、ファイバヒューズをはじめ、ファイバの断線などのファイバに発生した異常を確実に検出することが可能となる。
このような構成によれば、信号光の強度を検出するための新たな光学部品を追加する必要がなくなるので、製造コストを低減することができる。
このような構成によれば、信号光の強度を検出するための新たな光学部品を追加する必要がなくなるので、製造コストを低減することができるとともに、漏れ信号光の強度が比較的安定している融着部を用いることで、確実かつ安定してファイバの異常の発生を検出することができる。
このような構成によれば、信号光の強度を検出するための新たな光学部品を追加する必要がなくなるので、製造コストを低減することができるとともに、このような接続部は比較的サイズが大きいことから、検出部の設置場所を容易に確保することができる。
このような構成によれば、装置内のいずれの位置においてファイバの異常が発生した場合でもこれを検出して進行を停止させることができる。
このような構成によれば、全反射ファイバグレーティングから漏れ出る信号光によって発生するファイバの異常を検出し、進行を停止させることが可能になる。
このような構成によれば、漏れ信号光に励起光が混入している場合であっても、ファイバの異常の発生を確実に検出することができる。
このような構成によれば、周囲温度によるフォトダイオードの検出誤差を更正し、誤検出の発生を防止することが可能になる。
このような構成によれば、増幅部が存在する場合であっても、ファイバの異常の発生を確実に検出して進行を停止させることができる。
このような構成によれば、ファイバの異常がどこまで進行したかを知ることが可能になるため、修理または交換の対象となる光学部品を迅速に知ることができる。
このような構成によれば、使用目的等に応じて閾値を設定することにより、使用目的等によらずファイバの異常の発生を確実に検出することができる。
このような構成によれば、パルスレーザ光を発生する場合であっても、ファイバの異常の発生を確実に検出することができる。
このような構成によれば、これらの可視光導入ポートを利用して、異常の発生箇所を迅速に特定することができる。
このような方法によれば、ファイバの異常の発生を確実に検出することが可能となる。
図1は、本発明の第1実施形態の構成例を示す図である。この図に示すように、第1実施形態に係るファイバレーザ装置1は、終端部11、光ファイバ12、励起光合波器(TFB(Tapered Fiber Bundle))13,17、HR14、増幅用光ファイバ15、OC16、励起用LD(Laser Diode)18,20、励起用LD駆動電源19,21(請求項中の「停止部」に対応)、制御部40(請求項中の「判定部」に対応)、PD(Photo Diode)50(請求項中の「検出部」に対応)、励起光カットフィルタ51(請求項中の「減衰部」に対応)、および、出力光学部60を主要な構成要素としている。なお、終端部11、光ファイバ12、励起光合波器13,17、HR14、増幅用光ファイバ15、OC16、励起用LD18,20、および、励起用LD駆動電源19,21はレーザ発振装置10を構成するものとする。
ファイバレーザ装置1では、加工対象の種類や加工目的に応じて、出力光の強度を変更することが可能である場合が多いが、第1番目の例としては、出力光の強度に拘わらず、閾値を常に一定(固定値)とすることが考えられる。なお、この場合の閾値の設定方法としては、例えば、ファイバレーザ装置1の出力強度が最も低い場合における漏れ信号光の強度をLpminとした場合に、Th=γ×Lpmin(ここで、γ<1(例えば、γ=0.1))として決定することができる。
ファイバレーザ装置1が出力光の強度を変更可能である場合、制御部40は出力光の設定値に応じて励起用LD駆動電源19,21を駆動する。したがって、設定値が分かれば光出力値が分かり、また、漏れ信号光の強度もある程度推定できる。漏れ信号光の強度が推定できれば、推定された漏れ信号光の強度を所定の割合だけ低い値に設定することにより閾値を得ることができる。すなわち、第2番目の例としては、例えば、設定値と閾値とを対応付けしたテーブルを作成し、設定値に応じた閾値をテーブルから読み出して使用することが考えられる。なお、設定値Svと漏れ信号光の強度Lpとの間に一定の関係(例えば、Lp=f(Sv)(f()は所定の関数))が存在する場合には、テーブルを使用するのではなく、閾値Thを、Th=α×f(Sv)として求めるようにしてもよい。ここで、α<1である。
制御部40は、励起用LD18,20に流れる電流をモニタしている。モニタされる電流値は、その時点における光出力を正確に反映する値である。そこで、モニタされる電流値Imを、前述した(2)の設定値Svと同様に用いることにより、閾値Thを求めることができる。具体的には、モニタされる電流値Imと閾値Thを対応付けしたテーブルを作成したり、あるいは、閾値Thを、Th=β×f(Im)として求めたりするようにしてもよい。ここで、β<1である。あるいは、モニタを2つ用意し、一方を励起光パワーモニタ(ファイバレーザ出力波長のカットフィルタを有するモニタ、もしくは、フィルタなしのモニタ)とし、他方をファイバレーザのパワーモニタ(ファイバレーザ波長のみを透過フィルタを有するモニタ)として、両者の比等の関係を用いて閾値を設定してもよい。
ここで、Δ=L−Lmin(Δ>0)である。
図4は、本発明の第2実施形態の構成例を示すブロック図である。この図において、図1と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図4に示す第2実施形態のファイバレーザ装置1Aでは、図1の場合と比較して、励起用LD20、励起用LD駆動電源21、および、励起光合波器17が除外されている。つまり、図1の実施形態では、双方向励起方式が採用されているが、第2実施形態では前方励起方式が採用されている。また、PD50は、OC16と出力光学部60の間の融着部71からの漏れ信号光を検出する。
図5は、本発明の第3実施形態の構成例を示すブロック図である。この図において、図1と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図5に示す第3実施形態のファイバレーザ装置1Bでは、図1の場合と比較して、励起用LD18、励起用LD駆動電源19、および、励起光合波器13が除外されている。つまり、図1の実施形態では、双方向励起方式が採用されているが、第3実施形態では後方励起方式が採用されている。後方励起方式の場合、励起光は融着部36側には出力されないので、励起光カットフィルタ51は除外されている。
図6は、本発明の第4実施形態の構成例を示すブロック図である。図6に示す第4実施形態のファイバレーザ装置1Cでは、図1,4,5に示すレーザ発振装置10,10A,10Bがレーザ発振装置70として記載されている。レーザ発振装置70から出力された信号光は、後段のレーザ増幅装置110に入力され、光強度が増幅された後、出力光学部60を介して出力される。ここで、レーザ増幅装置110は、光ファイバ112、励起光合波器113,117、増幅用光ファイバ115、励起用LD118,120、および、励起用LD駆動電源119,121を主要な構成要素としている。融着部131〜134は、各光部品が有する光ファイバ112が融着されて形成されたものである。制御部40は、励起用LD駆動電源119,121を制御するとともに、レーザ発振装置70に内蔵されている励起用LD駆動電源を制御する。
図7は、本発明の第5実施形態の構成例を示すブロック図である。なお、図7において、図6と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明を省略する。図7に示す第5実施形態のファイバレーザ装置1Dでは、図6の場合と比較して、励起光合波器117、励起用LD120、および、励起用LD駆動電源121が除外されている。また、PD150は、融着部171からの漏れ信号光を検出する。それ以外の構成は、図6の場合と同様である。
図8は、本発明の第6実施形態の構成例を示すブロック図である。なお、図8において、図6と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明を省略する。図8に示す第6実施形態のファイバレーザ装置1Eでは、図6の場合と比較して、励起光合波器113、励起用LD118、および、励起用LD駆動電源119が除外されている。それ以外の構成は、図6の場合と同様である。
図9は、本発明の第7実施形態の構成例を示すブロック図である。図9に示す第7実施形態のファイバレーザ装置1Fは、制御部40、PD50,150、励起光カットフィルタ51,151、出力光学部60、レーザ発振装置70、レーザ増幅装置80、および、光ファイバ112を主要な構成要素としている。ここで、レーザ発振装置70は、図1,4,5に記載されているレーザ発振装置10,10A,10Bのいずれかによって構成されている。また、レーザ増幅装置80は、図6,7,8に記載されているレーザ増幅装置110,110A,110Bのいずれかによって構成されている。PD50は融着部134からの漏れ信号光を励起光カットフィルタ51を介して検出し、PD150は融着部131からの漏れ信号光を励起光カットフィルタ151を介して検出する。
図10は、本発明の第8実施形態の構成例を示すブロック図である。図10において図1と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図10に示す第8実施形態のファイバレーザ装置1Gでは、図1の場合と比較して、融着部31からの漏れ信号光を検出するためのPD250および励起光カットフィルタ251が設けられ、PD250は制御部40に接続されている。その他の構成は、図1の場合と同様である。
図11は、本発明の第9実施形態の構成例を示すブロック図である。図11において図10と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図11に示す第9実施形態のファイバレーザ装置1Hでは、図10の場合と比較して、終端部11がPD11Aに置換され、また、PD250および励起光カットフィルタ251が除外されている。その他の構成は図10の場合と同様である。
図12は、本発明の第10実施形態の構成例を示すブロック図である。図12において図9と対応する部分には同一の符号を付してあるのでその説明は省略する。図12に示す第10実施形態のファイバレーザ装置1Iでは、図9の場合と比較して、PD50に対してサーミスタ52が熱的に結合されて配置されるとともに、サーミスタ52が制御部40に接続されている。また、PD150に対してサーミスタ152が熱的に結合されて配置されるとともに、サーミスタ152が制御部40に接続されている。その他の構成は、図9の場合と同様である。
なお、上記の各実施形態は、一例であって、これ以外にも各種の変形実施態様が存在する。例えば、以上の各実施形態では、融着部からの漏れ信号光を検出するようにしたが、図13に示すように、光学系(光ファイバまたは集光レンズ等)同士が所定の距離を隔てて光学的に接続されている部分からの漏れ信号光を検出するようにしてもよい。図13の例では、信号光は接続部160を経由し、光ファイバ164を通過し、出力光学部165を介して加工対象物に対して照射される。ここで、接続部160は、出力光学部161と入力光学部162を有しており、出力光学部161と入力光学部162は所定の間隔を隔てて配置されている。PD163は、出力光学部161のコアから漏れ出る漏れ信号光を入射し、対応する電気信号に変換して制御部40に供給する。このように、融着部以外であっても、融着部に限定されることなく、コアからの漏れ信号光が検出することができる。
10,10A,10B,10C,10D,70 レーザ発振装置
110,110A,110B,80 レーザ増幅装置
11 終端部
11A PD
12 光ファイバ
13,17 励起光合波器
15 増幅用光ファイバ
14,16 FBG
18,20 励起用LD
19,21 励起用LD駆動電源(停止部)
31〜36 融着部
40 制御部(判定部、更正部の一部)
43 RAM(記憶部)
50 PD(検出部)
51 励起光カットフィルタ
52 サーミスタ(更正部の一部)
60 出力光学部
70 レーザ発振装置
80 レーザ増幅装置(増幅部)
Claims (13)
- 光ファイバに励起光を導入してレーザ光を生成するファイバレーザ装置において、
前記光ファイバのコアから漏れる信号としての漏れ信号光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記漏れ信号光の強度が減少した場合に、前記光ファイバの異常が発生したと判定する判定部と、
前記判定部によって前記光ファイバの異常が発生したと判定された場合に、前記励起光の前記光ファイバへの導入を停止する停止部と、
励起用の前記励起光を合波する前方励起光用合波器とを有し、
前記検出部は、前記レーザ光の出力側と反対側に設けられた全反射ファイバグレーティングから漏れ出る前記漏れ信号光と、前記前方励起光用合波器の更に終端部側から漏れ出る漏れ信号光とを検出すること
を特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記漏れ信号光の強度が所定の閾値よりも小さくなった場合に、前記前方励起光用合波器よりも終端部側で前記光ファイバの異常が発生したと判定して、励起光を停止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。
- 光ファイバに励起光を導入してレーザ光を生成するファイバレーザ装置において、
前記光ファイバのコアから漏れる信号としての漏れ信号光を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記漏れ信号光の強度が減少した場合に、前記光ファイバの異常が発生したと判定する判定部と、
前記判定部によって前記光ファイバの異常が発生したと判定された場合に、前記励起光の前記光ファイバへの導入を停止する停止部と、
前記レーザ光を前記光ファイバによって増幅する増幅部と、
前記レーザ光を発振するレーザ発振部と前記増幅部との間に、漏れ信号光を検出する他の検出部を有し、
前記検出部は、前記光ファイバ同士の接続部から漏れる前記漏れ信号光を検出し、
前記接続部は、前記レーザ光が出力される出力端の最も近くに位置している接続部であり、
前記検出部は、前記増幅部から出力される前記レーザ光が前記光ファイバのコアから漏れ出る漏れ信号光を検出し、
前記判定部は、前記検出部および前記他の検出部の双方の検出結果に基づいて、前記光ファイバの異常が発生した位置を特定すること
を特徴とするファイバレーザ装置。 - 前記判定部は、固定値としての閾値、前記励起光もしくは前記レーザ光の強度の設定値に応じて変動する閾値、または、前記励起光を生成するレーザダイオードに流れる電流値に応じて変動する閾値に基づいて前記光ファイバの異常の発生を判定することを特徴とする請求項3に記載のファイバレーザ装置。
- 前記レーザ光がパルス光である場合に、前記判定部による前記光ファイバの異常発生の判定に、前記パルス光の1周期または複数の周期分の遅延時間を設け、
前記判定部は、前記検出部によって前記漏れ信号光の強度低下が検出されたときから前記遅延時間が経過した後に、前記光ファイバの異常を判定し、
前記検出部によって前記漏れ信号光の強度低下が検出されたときから前記停止部によって前記励起光が停止されるまでの間にファイバヒューズが進行する長さよりも、各光部品のファイバ長が長いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。 - 前記接続部は、前記光ファイバ同士が融着された融着部であり、前記検出部は前記融着部から漏れ出る前記漏れ信号光を検出することを特徴とする請求項3に記載のファイバレーザ装置。
- 前記接続部は前記光ファイバ同士が所定の距離を隔てて配置されており、前記検出部は前記光ファイバ同士の間から拡散して漏れ出る前記漏れ信号光を検出することを特徴とする請求項3に記載のファイバレーザ装置。
- 前記検出部は、前記レーザ光を透過させ、前記励起光を減衰させる減衰部を介して前記漏れ信号光を検出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記検出部はフォトダイオードによって構成され、
前記フォトダイオードの温度を検出し、検出された温度に基づいて前記フォトダイオードの検出信号を更正する更正部を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。 - 前記漏れ信号光の強度の減少を検出してから前記励起光を停止するまでの時間を示す情報を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記判定部は、前記レーザ光がパルス光である場合には、複数の周期における前記漏れ信号光の強度の平均値が閾値よりも小さくなった場合に、前記光ファイバの異常の発生を判定することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 前記光ファイバに前記励起光を導入する励起光合波器は複数の励起光導入ポートに空きポートを有し、前記レーザ光の出力側と反対側の終端部および空きポートのうち、少なくとも一方が可視光導入ポートとされることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
- 光ファイバに励起光を導入してレーザ光を生成するファイバレーザ装置の異常検出方法において、
前記光ファイバのコアから漏れる信号光として、前記レーザ光の出力側と反対側に設けられた全反射ファイバグレーティングから漏れ出る漏れ信号光を検出すると共に、励起用の前記励起光を合波する前方励起光用合波器の更に終端部側から漏れ出る漏れ信号光を検出して、
検出された前記漏れ信号光の強度が減少した場合に、前記光ファイバの異常が発生したと判定し、
前記光ファイバの異常が発生したと判定された場合に、前記励起光の前記光ファイバへの導入を停止する、
ことを特徴とするファイバレーザ装置の異常検出方法。
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