JP6879879B2 - 光検出装置及びレーザ装置 - Google Patents

光検出装置及びレーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6879879B2
JP6879879B2 JP2017197261A JP2017197261A JP6879879B2 JP 6879879 B2 JP6879879 B2 JP 6879879B2 JP 2017197261 A JP2017197261 A JP 2017197261A JP 2017197261 A JP2017197261 A JP 2017197261A JP 6879879 B2 JP6879879 B2 JP 6879879B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
clad
core
light
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017197261A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019070598A (ja
Inventor
真一 阪本
真一 阪本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP2017197261A priority Critical patent/JP6879879B2/ja
Priority to PCT/JP2018/037552 priority patent/WO2019073957A1/ja
Priority to US16/754,932 priority patent/US11366009B2/en
Priority to EP18866219.1A priority patent/EP3696521B1/en
Priority to CN201880064861.2A priority patent/CN111183341B/zh
Publication of JP2019070598A publication Critical patent/JP2019070598A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6879879B2 publication Critical patent/JP6879879B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
    • 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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • 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
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4287—Optical modules with tapping or launching means through the surface of the waveguide
    • G02B6/429—Optical modules with tapping or launching means through the surface of the waveguide by surface irregularities on the light guide, e.g. by mechanical modification of the surface of the light guide on its exterior
    • 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
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • 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
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • 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
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • 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
    • G02B6/4296—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with sources of high radiant energy, e.g. high power lasers, high temperature light sources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Description

本発明は、光検出装置及び当該光検出装置を備えるレーザ装置に関する。
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。このような高効率なレーザ装置によって良好な加工品質を実現するためには、光ファイバを伝搬する光の強度を正確に検出することが求められる。
例えば、下記特許文献１には、光ファイバ同士の接続部から漏れる光を検出することによって光ファイバを伝搬する光の強度を推定し得るファイバレーザ装置が記載されている。また、下記特許文献２には、光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱を検出することによって光ファイバを伝搬する光の強度を推定し得るセンサユニットが記載されている。
国際公開第２０１２／０７３９５２号公報 国際公開第２０１４／０３５５０５号公報
上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置では、光ファイバ同士の接続部からの漏れ光を利用しており、その漏れ光を光ファイバの外に取り出す際に熱が生じる。このような発熱は、光ファイバを伝搬する光のエネルギーが高くなるにつれてより顕著になる。このため、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置では、光ファイバを伝搬する光のエネルギーが高くなるにつれて、検出器及び検出器までの経路において熱の影響が大きくなり、検出結果と当該検出結果から推定される光ファイバを伝搬する光の強度との関係の線形性が失われる傾向にある。よって、光ファイバを伝搬する光の強度を正確に検出することが難しくなる。
また、特許文献２に記載のセンサユニットでは、レイリー散乱を検出しており、レイリー散乱は全方位に生じるため、光ファイバのどちらの方向に伝搬する光のレイリー散乱であるかを判別することが難しい。このため、特許文献２に記載のセンサユニットでは、光ファイバを所定の方向に伝搬する光の強度を精度よく検出することが難しい。特に金属加工等の高反射材加工ではレーザの出力方向とは逆方向に伝搬する反射光が発生しうるため、光ファイバを所定の方向に伝搬する光の強度を精度よく検出することが難しくなる。
そこで、本発明は、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る光検出装置、及び当該光検出装置を備えるレーザ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の光検出装置は、第１コア及び前記第１コアを囲う第１クラッドを有する第１光ファイバと、前記第１コアより直径が大きく前記第１コアに接続される第２コア及び前記第２コアを囲う第２クラッドを有する第２光ファイバと、前記第１クラッドの外側に設けられる第１クラッドモードストリッパと、第１光検出部及び第２光検出部と、を備え、前記第１光ファイバの長手方向において、前記第１クラッドモードストリッパの一方側に前記第１光検出部が配置されると共に他方側に前記第２光検出部が配置され、前記第１光検出部は前記第１光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱を検出し、前記第２光検出部は前記第１光ファイバまたは前記第２光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱を検出し、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの少なくとも一方はマルチモードファイバであることを特徴とする。
上記本発明の光検出装置では、第１光検出部は、第１光ファイバを伝搬する光、すなわち、第１コア及び第１クラッドを双方向に伝搬する光のレイリー散乱を検出する。また、第２光検出部は、第１光ファイバまたは第２光ファイバを伝搬する光、すなわち、第１コア及び第１クラッド、または第２コア及び第２クラッドを双方向に伝搬する光のレイリー散乱を検出する。また、上記本発明の光検出装置では、相対的に直径が小さい第１コアと相対的に直径が大きい第２コアとが互いに接続されている。このため、第２コアから第１コア側に伝搬する光の少なくとも一部は第１クラッドに入射する。また、第１クラッドを伝搬する光の少なくとも一部は、第１クラッドモードストリッパにおいて第１光ファイバの外側に放出される。よって、第１クラッドモードストリッパを挟むように配置される第１光検出部及び第２光検出部での検出結果では、少なくとも第１クラッドモードストリッパで放出された光の分の差が生じる。この差の大きさは、少なくとも第２コアから第１コア側に伝搬する光の強度に依存する。このため、第１光検出部での検出結果と第２光検出部での検出結果との差を用いて、第２コアから第１コア側に向かって伝搬する光の強度を推定することができる。また、第１光検出部及び第２光検出部はそれぞれ上記のように第１光ファイバまたは第２光ファイバを双方向に伝搬する光のレイリー散乱を検出する。ここで、上記のように第２コアから第１コア側に向かって伝搬する光の強度を推定することによって、第１光検出部または第２光検出部での検出結果から、第１コアから第２コア側に向かって伝搬する光の強度も推定することもできる。さらに、上記本発明の光検出装置では、第１光検出部及び第２光検出部はそれぞれレイリー散乱を検出している。このため、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置のように漏れ光を検出する場合に比べて、光ファイバを伝搬する光の強度が強い場合であっても検出結果と当該検出結果から推定される光ファイバを伝搬する光の強度との関係の線形性が保たれ得る。したがって、上記本発明の光検出装置は、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る。
また、前記第２光ファイバがマルチモードファイバであることが好ましい。
相対的に直径が小さい第１コア及び相対的に直径が大きい第２コアのうち、少なくとも第２コアをマルチモードで光が伝搬することによって、第２コアから第１コア側に伝搬する光の一部が第１クラッドに入射し易くなる。そのため、第１光検出部での検出結果と第２光検出部での検出結果との上記差が大きくなり易く、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の検出精度がより向上され得る。
また、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの長手方向において、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続部を挟んで前記第１光検出部と前記第２光検出部とが配置されることが好ましい。
本発明の光検出装置では、上記のように第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部で生じるクラッドモード光が第１クラッドモードストリッパで除去されることによって生じる第１光検出部での検出結果と第２光検出部での検出結果との差を利用する。ところで、クラッドとコアとでは添加物の濃度に差があるため、コアを伝搬する光とクラッドを伝搬する光とではレイリー散乱の割合が異なる。よって、第１光検出部及び第２光検出部は、それぞれコアまたはクラッドのいずれか一方を伝搬する光のレイリー散乱を検出することが好ましい。ここで、第２コアの直径は相対的に第１コアの直径より大きいため、第１コアから第２コア側に伝搬する光は、接続部での損失が抑制されて第２コアを伝搬する。一方、第２コアから第１コア側に伝搬する光は、上記のように接続部において少なくとも一部が第１クラッドに入射する。ただし、このように第１クラッドに入射する光の少なくとも一部は、第１光検出部よりも手前で第１クラッドモードストリッパにおいて外部に放出される。よって、接続部を挟んで第１光検出部と第２光検出部とが配置されることにより、第１光検出部は主に第１コアを伝搬する光のレイリー散乱を検出し、第２光検出部は主に第２コアを伝搬する光のレイリー散乱を検出する。このように第１光検出部及び第２光検出部がそれぞれ主にコアを伝搬する光のレイリー散乱を検出することにより、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度がより向上され得る。
また、前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバを伝搬する光を出射する光源からの光の伝搬方向において前記第１光ファイバよりも下流側に配置されることが好ましい。
以下、光源からの光の伝搬方向の上流側を単に上流側といい、光源からの光の伝搬方向の下流側を単に下流側という場合がある。互いに接続される第１光ファイバ及び第２光ファイバのうち相対的に直径が大きな第２コアを有する第２光ファイバが下流側とされることによって、上流側から下流側に伝搬する光の損失が抑制され得る。
また、前記第２クラッドの外側に第２クラッドモードストリッパが設けられることが好ましい。
第２クラッドを伝搬するクラッドモード光が除去されない場合、第２クラッドから第１クラッド側に伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は第１クラッドを伝搬し得る。よって、上記のように第２光ファイバに第２クラッドモードストリッパが設けられることによって、第２クラッドを伝搬するクラッドモード光が低減されると共に、第１クラッドを伝搬するクラッドモード光も低減され得る。また、上記のように、第１光検出部は第１コア及び第１クラッドを伝搬する光のレイリー散乱を検出し、第２光検出部は第１コア及び第１クラッドまたは第２コア及び第２クラッドを伝搬する光のレイリー散乱を検出する。上記のように第２クラッド及び第１クラッドを伝搬するクラッドモード光が低減され得ることによって、当該クラッドモード光が第１光検出部及び第２光検出部の検出結果に与える影響が抑制され、第１コアまたは第２コアを伝搬する光の強度がより正確に検出され得る。光ファイバのコアを伝搬する光とクラッドモード光とではレイリー散乱の度合い異なるため、クラッドモード光を低減させてコアを伝搬する光のレイリー散乱を検出することによって、光ファイバを伝搬する光の強度をより正確に検出し得る。
また、前記第１光検出部は、前記第１クラッドモードストリッパよりも前記第２光ファイバ側とは反対側に配置され、前記第２光検出部は、前記第２クラッドモードストリッパよりも前記第１光ファイバ側とは反対側に配置されることが好ましい。
このように第１光検出部、第２光検出部、第１クラッドモードストリッパ及び第２クラッドモードストリッパが配置されることによって、第１光ファイバから第２光ファイバ側に伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は第２光検出部の手前で第２クラッドモードストリッパにおいて第２光ファイバの外側に放出される。また、第２光ファイバから第１光ファイバ側に伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は第１光検出部の手前で第１クラッドモードストリッパにおいて第１光ファイバの外側に放出される。よって、第１光検出部では第１コアを伝搬する光の強度をより正確に検出し得るようになり、第２光検出部では第２コアを伝搬する光の強度をより正確に検出し得るようになる。
また、前記第１コア及び前記第２コアにドーパントが非添加とされることが好ましい。
第１コア及び第２コアにドーパントが非添加とされることによって、ドーパントの濃度分布によって第１光検出部及び第２光検出部での検出結果に誤差が生じることが抑制され得る。
また、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続部から前記第１クラッドモードストリッパまでは、前記第１クラッドより屈折率が低い低屈折率樹脂で前記第１クラッドが被覆されることが好ましい。
このように第１クラッドが低屈折率樹脂で被覆されることによって、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部で生じるクラッドモード光は、当該接続部近傍で漏れることが抑制され、第１クラッドモードストリッパまで伝搬し得る。このように接続部近傍で光が漏れることが抑制されることによって、接続部近傍での発熱が抑制され、接続部での光の損失量の変化が抑制され得る。よって、第１光検出部及び第２光検出部においてより正確に光の強度が検出され得る。
また、前記第１クラッドの外径と前記第２クラッドの外径とが互いに等しいことが好ましい。
第１クラッドの外径と第２クラッドの外径とが互いに等しいことによって、第１光ファイバと第２光ファイバとを融着接続させる際に、接続部において不均一な段差が形成されることが抑制され、接続部において曲げが生じることが抑制され得る。よって、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続部における光の損失が抑制され得る。
また、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバのうちマルチモードファイバである光ファイバのコア内において伝搬するそれぞれのモードの光のエネルギー差を低減するモードスクランブラ部が設けられることが好ましい。
マルチモードで光を伝搬するコア内において伝搬する光を散乱させるモードスクランブラ部が設けられることによって、当該コア内において、伝搬する光のエネルギー密度分布の差を低減し得る。このため、第２コアと第１コアとの接続部において、伝搬する光の角度に因る損失量の差を低減し得る。よって、第１光検出部及び第２光検出部での検出結果のばらつきが抑制され得る。
また、上記課題を解決するため、本発明のレーザ装置は、上記光検出装置と、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバを伝搬する光を出射する少なくとも一つの光源と、を備えることを特徴とする。
上記のように、上記本発明の光検出装置によれば、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る。よって、当該光検出装置を備えるレーザ装置によれば、光ファイバを伝搬する光の強度に基づく制御の正確性を向上し得る。
以上のように、本発明によれば、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る光検出装置、及び当該光検出装置を備えるレーザ装置が提供される。
本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。 図１に示す光検出装置の一部を概略的に示す断面図である。 本発明の変形例に係る光検出装置の一部を概略的に示す断面図である。 本発明の他の変形例に係る光検出装置の一部を概略的に示す断面図である。
以下、本発明に係る光検出装置及びレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ装置の構成を概略的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、光検出装置２、光源５、及び制御部ＣＰを主な構成として備える。
光源５は、励起光源５０、光コンバイナ５３、増幅用光ファイバ５５、増幅用光ファイバ５５の一方側に接続される光ファイバ５４、光ファイバ５４に設けられる第１ＦＢＧ５７、増幅用光ファイバ５５の他方側に接続される光ファイバ５６、及び光ファイバ５６に設けられる第２ＦＢＧ５８を主な構成として備える。また、増幅用光ファイバ５５と第１ＦＢＧ５７と第２ＦＢＧ５８とで共振器を構成している。
励起光源５０は、複数のレーザダイオード５１から構成され、レーザダイオード５１は、本実施形態においては、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１は光ファイバ５２に接続されており、レーザダイオード５１から出射する励起光は光ファイバ５２を例えばマルチモード光として伝播する。
増幅用光ファイバ５５は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも低くされている。増幅用光ファイバ５５のコアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素、及び、励起光源５０から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。増幅用光ファイバ５５の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、ドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができる。なお、内側クラッドの材料には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されてもよい。外側クラッドは、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば紫外線硬化性樹脂が挙げられ、石英としては例えば内側クラッドよりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。増幅用光ファイバ５５の被覆層を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられ、外側クラッドが樹脂の場合、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化性樹脂とされる。
増幅用光ファイバ５５の一方側に接続される光ファイバ５４は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ５４のコアは、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ５５のコアと略同様の構成とされる。光ファイバ５４のコアは増幅用光ファイバ５５のコアと接続され、光ファイバ５４の内側クラッドは増幅用光ファイバ５５の内側クラッドと接続されている。また光ファイバ５４のコアには、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ５７が設けられている。こうして第１ＦＢＧ５７は、増幅用光ファイバ５５の一方側に設けられている。第１ＦＢＧ５７は、光ファイバ５４の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ５５の活性元素が放出する光うち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ５７の反射率は、後述の第２ＦＢＧ５８の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を９０％以上で反射することが好ましく、９９％以上で反射することがより好ましい。また第１ＦＢＧ５７が反射する光の波長は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば１０９０ｎｍとされる。
増幅用光ファイバ５５の他方側に接続される光ファイバ５６は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ５６のコアは増幅用光ファイバ５５のコアと接続され、光ファイバ５６のクラッドは増幅用光ファイバ５５の内側クラッドと接続されている。また、光ファイバ５６のコアには、第２ミラーとしての第２ＦＢＧ５８が設けられている。こうして第２ＦＢＧ５８は、増幅用光ファイバ５５の他方側に設けられている。第２ＦＢＧ５８は、光ファイバ５６の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ５７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ５７よりも低い反射率で反射するように構成される。第２ＦＢＧ５８は、第１ＦＢＧ５７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を５％〜５０％の反射率で反射することが好ましく、５％〜１０％の反射率で反射することがより好ましい。
光コンバイナ５３では、それぞれの光ファイバ５２のコアと光ファイバ５４の内側クラッドとが接続されている。従って、それぞれのレーザダイオード５１から出射する励起光が伝播する光ファイバ５２と増幅用光ファイバ５５の内側クラッドとは、光ファイバ５４の内側クラッドを介して光学的に結合されている。
図２は、図１に示す光検出装置２の一部を概略的に示す断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の光検出装置２は、第１光ファイバ１０、第２光ファイバ２０、低屈折率樹脂層３１、第１クラッドモードストリッパ１５、第２クラッドモードストリッパ２５、第１光検出部１４、第２光検出部２４、第１ＡＤ変換部１６、第２ＡＤ変換部２６、モードスクランブラ部３５、及び計算部４０を主な構成として備える。
第１光ファイバ１０は、上記光ファイバ５６の一部であってもよく、光ファイバ５６に接続される他の光ファイバであってもよい。第１光ファイバ１０は、第１コア１１、第１コア１１を囲う第１クラッド１２、第１クラッド１２を囲う第１被覆層１３を有する。第１コア１１は、ドーパントが添加されていない純粋石英からなる。第１クラッド１２は第１コア１１より屈折率が低い材料からなる。第１クラッド１２を構成する材料としては、例えば、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英を挙げることができる。第１被覆層１３は第１クラッド１２より屈折率が低い材料からなる。第１被覆層１３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられる。このような第１光ファイバ１０は、例えば、第１コア１１の直径が８０μｍ程度、第１クラッド１２の外径が３６０μｍ程度の光ファイバとされる。また、本実施形態の第１光ファイバ１０はマルチモードファイバとされる。
第１クラッドモードストリッパ１５は、第１光ファイバ１０の第１クラッド１２の外側に設けられている。第１クラッドモードストリッパ１５は、第１クラッド１２を伝搬するクラッドモード光を第１光ファイバ１０の外側に放出できるように構成されるものであれば特に限定されない。本実施形態の第１クラッドモードストリッパ１５は、第１クラッド１２よりも屈折率が高い樹脂からなる高屈折率部１５ｈが第１クラッド１２の外側に断続的に複数設けられることによって構成される。
第２光ファイバ２０は、第２コア２１、第２コア２１を囲う第２クラッド２２、第２クラッド２２を囲う第２被覆層２３を有する。第２コア２１は、ドーパントが添加されていない純粋石英からなる。第２クラッド２２は第２コア２１より屈折率が低い材料からなる。第２クラッド２２を構成する材料としては、例えば、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英を挙げることができる。第２被覆層２３は第２クラッド２２より屈折率が低い材料からなる。第２被覆層２３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂が挙げられる。このような第２光ファイバ２０は、例えば、第２コア２１の直径が１００μｍ程度、第２クラッド２２の外径が３６０μｍ程度の光ファイバとされる。第２クラッド２２の外径は、第１クラッド１２の外径と等しいことが好ましい。第１クラッド１２の外径と第２クラッド２２の外径とが等しいことによって、第１光ファイバと第２光ファイバとを融着接続させる際に、接続部において不均一な段差が形成されることが抑制され、接続部において曲げが生じることが抑制され得る。よって、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０との接続部における光の損失が抑制され得る。また、本実施形態の第２光ファイバ２０はマルチモードファイバとされる。
第２クラッドモードストリッパ２５は、第２光ファイバ２０の第２クラッド２２の外側に設けられている。第２クラッドモードストリッパ２５は、第２クラッド２２を伝搬するクラッドモード光を第２光ファイバ２０の外側に放出できるように構成されるものであれば特に限定されない。本実施形態の第２クラッドモードストリッパ２５は、第２クラッド２２よりも屈折率が高い樹脂からなる高屈折率部２５ｈが第２クラッド２２の外側に断続的に複数設けられることによって構成される。
第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とは互いに一方の端面が接続されており、第１コアと第２コアとは互いに接続され、第１クラッド１２は第２クラッド２２及び第２コア２１の外周側の一部と接続されている。第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０と接続は、例えば互いの端面を酸水素バーナ等によって融着することによって行われる。また、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０との接続部３０の近傍では、第１被覆層１３及び第２被覆層２３が剥がされている。第１被覆層１３及び第２被覆層２３が剥がされている部位は、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とが接続された状態で、低屈折率樹脂層３１により被覆される。低屈折率樹脂層３１は、第１クラッド１２の屈折率及び第２クラッド２２の屈折率よりも屈折率が低い低屈折率樹脂で構成される。本実施形態の低屈折率樹脂層３１は、第１クラッドモードストリッパ１５から第２クラッドモードストリッパ２５までの間に形成される。すなわち、接続部３０から第１クラッドモードストリッパ１５までの間及び接続部３０から第２クラッドモードストリッパ２５までの間では、第１クラッド１２及び第２クラッド２２が低屈折率樹脂層３１に被覆される。このような低屈折率樹脂層３１は、例えば、紫外線硬化性樹脂によって構成される。
図１に示すモードスクランブラ部３５は、第２光ファイバ２０に形成される。モードスクランブラ部３５は、第２コア２１を伝搬する光を散乱させる。本実施形態の第２光ファイバ２０はマルチモードファイバであり、モードスクランブラ部３５は、第２コア２１内において伝搬するそれぞれのモードの光のエネルギー差を低減する。本実施形態のモードスクランブラ部３５は、図１に示すように第２光ファイバ２０の一部を環状に曲げることによって形成される。
本実施形態において、第１光検出部１４は、第１光ファイバ１０の外側に配置され、第１光ファイバ１０を伝搬する光のレイリー散乱を検出する。また、第２光検出部２４は、第２光ファイバ２０の外側に配置され、第２光ファイバ２０を伝搬する光のレイリー散乱を検出する。なお、レイリー散乱は全方位に生じるため、ただ単にレイリー散乱を検出するだけでは、光ファイバのどちらの方向に伝搬する光のレイリー散乱であるかを判別することが難しい。例えば、金属加工等の高反射材加工にレーザ装置を用いる場合、光ファイバには、レーザの出力方向とは逆方向に伝搬する反射光も伝搬する場合がある。このような場合において、本実施形態の光検出装置２では、後に詳述するように、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る。また、第１光検出部１４は、第１クラッドモードストリッパ１５よりも第２光ファイバ２０側とは反対側に設けられ、第２光検出部２４は、第２クラッドモードストリッパ２５よりも第１光ファイバ１０側とは反対側に設けられる。すなわち、第１光検出部１４は、第１クラッドモードストリッパ１５よりも光源５からの光の伝搬方向の上流側に配置され、第２光検出部２４は、第２クラッドモードストリッパ２５よりも光源５からの光の伝搬方向の下流側に配置される。第１光検出部１４及び第２光検出部２４は、それぞれ第１クラッドモードストリッパ１５及び第２クラッドモードストリッパ２５から離して配置されることが好ましい。第１光検出部１４及び第２光検出部２４が第１クラッドモードストリッパ１５及び第２クラッドモードストリッパ２５から離して配置されることによって、第１光検出部１４及び第２光検出部２４が第１クラッドモードストリッパ１５及び第２クラッドモードストリッパ２５で生じる熱の影響を受けることが抑制され得る。このような第１光検出部１４及び第２光検出部２４、それぞれ例えばフォトダイオードからなる。
第１ＡＤ変換部１６は、第１光検出部１４からの信号をＡＤ変換して計算部４０へと送る部位である。また、第２ＡＤ変換部２６は、第２光検出部２４からの信号をＡＤ変換して計算部４０へと送る部位である。
計算部４０は、第１ＡＤ変換部１６を介して送られる第１光検出部１４での検出結果及び第２ＡＤ変換部２６を介して送られる第２光検出部２４での検出結果に基づく計算によって、後述するようにして第１コア１１を伝搬する光の強度及び第２コア２１を伝搬する光の強度を推定する部位である。
図１に示す制御部ＣＰは、計算部４０からの信号に基づいて、後述するように光源５を制御する部位である。
次に、本実施形態のレーザ装置１及び光検出装置２の動作および作用について説明する。
まず、励起光源５０のそれぞれのレーザダイオード５１から励起光が出射されると、この励起光が光ファイバ５４の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ５５の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ５５の内側クラッドに入射した励起光は主に増幅用光ファイバ５５の内側クラッドを伝播して、増幅用光ファイバ５５のコアを通過する際に当該コアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、例えば活性元素がイッテルビウムである場合、１０９０ｎｍの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ５５のコアを伝播して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ５７により反射され、反射された光のうち第２ＦＢＧ５８が反射する波長の光が第２ＦＢＧ５８で反射されて、共振器内を往復する。そして、第１ＦＢＧ５７及び第２ＦＢＧ５８で反射される光が増幅用光ファイバ５５のコアを伝播するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第１ＦＢＧ５７と第２ＦＢＧ５８との間を共振する光のうち一部の光が第２ＦＢＧ５８を透過し、第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０を介して出射する。
第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０を伝搬する光は、主に第１コア１１及び第２コア２１を伝搬する。そして、第２光ファイバ２０から出射した光は加工対象物等に照射される。また、加工対象物等に照射される光の一部は加工対象物等の表面で反射され、さらにその反射光の一部は第２光ファイバ２０に戻ることがある。以下の説明では、第１光ファイバ１０から第２光ファイバ２０側へと向かう方向を順方向といい、第２光ファイバ２０から第１光ファイバ１０側へと向かう方向を逆方向という場合がある。
第２コア２１は第１コア１１より直径が大きいため、順方向に伝搬する光は接続部３０での損失が抑制されて第１コア１１から第２コア２１へと入射する。よって、第１コア１１を順方向に伝搬する光の接続部３０での損失を無視し、第１コア１１を順方向で伝搬する光の強度をＰｆ、第２コア２１を逆方向で伝搬する光の強度をＰｒとすると、第２光検出部２４で検出されるレイリー散乱から求められる光の強度Ｍ２は下記式（１）で表すことができる。
Ｍ２＝Ｐｆ＋Ｐｒ ・・・（１）
一方、第２コア２１は第１コア１１より直径が大きいため、第２コア２１を逆方向に伝搬する光の少なくとも一部は、接続部３０において第１クラッド１２に入射してクラッドモード光となる。また、このように第１クラッド１２に入射して第１クラッド１２を伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は、第１クラッドモードストリッパ１５において第１光ファイバの外側に放出される。よって、第２コア２１から第１コア１１へ入射する光は、第２コア２１を逆方向に伝搬する光の一部である。第２コア２１を逆方向に伝搬する光のうち第１コア１１へ入射する光の割合をαとすると、第１光検出部１４で検出されるレイリー散乱から求められる光の強度Ｍ１は下記式（２）で表すことができる。すなわち、第１コア１１を逆方向に伝搬する光の強度をαＰｒとすることができる。
Ｍ１＝Ｐｆ＋αＰｒ ・・・（２）
第１光検出部１４及び第２光検出部２４での検出結果は第１ＡＤ変換部１６及び第２ＡＤ変換部２６を介して計算部４０へと入力され、計算部４０において上記式（１）、（２）の計算が行われる。さらに、上記式（１）、（２）から、第1コア１１を順方向に伝搬する光の強度Ｐｆ及び第２コア２１を逆方向に伝搬する光の強度Ｐｒが下記式（３）、（４）のように求められる。
Ｐｒ＝（Ｍ２−Ｍ１）／（１−α） ・・・（３）
Ｐｆ＝（αＭ２−Ｍ１）／（α−１） ・・・（４）
なお、上記αは、第１コア１１の直径と第２コア２１の直径との比から計算することができる。例えば、第１コア１１の直径と第２コア２１の直径との比が１：２である場合、第１コア１１の端面と第２コア２１の端面との面積比は１：４となり、αを１／４とすることができる。
また、第１コア１１と第２コア２１との接続部における双方向に伝搬する光の接続損失も考慮する場合は、第１光検出部１４で検出されるレイリー散乱から求められる光の強度Ｍ１及び第２光検出部２４で検出されるレイリー散乱から求められる光の強度Ｍ２は、それぞれ下記式（５）、（６）で表すことができる。ここで、βは、第１コア１１を順方向に伝搬する光のうち第２コア２１に入射して第２光検出部２４で検出される位置まで達する光の割合であり、γは、第２コア２１を逆方向に伝搬する光のうち第１コア１１に入射して第１光検出部１４で検出される位置まで達する光の割合である。すなわち、第１コア１１を伝搬する逆方向の光の強度をγＰｒ、第２コア２１を伝搬する順方向の光の強度をβＰｆとすることができる。
Ｍ１＝Ｐｆ＋γＰｒ ・・・（５）
Ｍ２＝βＰｆ＋Ｐｒ ・・・（６）
そして、上記式（５）、（６）から、第１コア１１を順方向に伝搬する光の強度Ｐｆ及び第２コア２１を逆方向に伝搬する光の強度Ｐｒが下記式（７）、（８）のように求められる。
Ｐｒ＝（γＭ２−Ｍ１）／（γβ−１） ・・・（７）
Ｐｆ＝（βＭ１−Ｍ２）／（γβ−１） ・・・（８）
なお、上記β及びγは、事前に第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０に順方向及び逆方向に光を伝搬させる試験を行うことによって求めることができる。具体的には、まず、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とを接続し、第２光ファイバ２０の下流側の端面から出射する光のエネルギーを測定するカロリーメータを配置する。そして、第１光ファイバ１０の上流側から順方向に光を伝搬させ、このように第１光ファイバ１０に入射させた光のエネルギーとカロリーメータで測定されるエネルギーとの比をβとすることができる。また、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０とを接続し、第１光ファイバ１０の上流側の端面から出射する光のエネルギーを測定するカロリーメータを配置する。そして、第２光ファイバ２０の下流側から逆方向に光を伝搬させ、このように第２光ファイバ２０に入射させた光のエネルギーとカロリーメータで測定されるエネルギーとの比をγとすることができる。なお、第１コア１１の直径と第２コア２１の直径との比が既知の場合は、β及びγのうち一方のみを上記のように求め、第１コア１１の直径と第２コア２１の直径との比を用いて他方を求めることもできる。例えば、第１コア１１の直径と第２コア２１の直径との比が１：２である場合、第１コア１１の端面と第２コア２１の端面との面積比は１：４となり、β：γ＝１：１／４とすることができる。
上記のようにして計算部４０で順方向の光の強度Ｐｆ及び逆方向の光の強度Ｐｒを求めた後、この計算結果に基づいて制御部ＣＰによってレーザ装置１に対して所定の制御を行うことができる。例えば、順方向の光の強度Ｐｆに応じて光源５からの出力を調整する制御を行ったり、逆方向の光の強度Ｐｆが許容値を超える場合にレーザ装置１から出射されるレーザ光を止める制御を行ったりすることができる。
以上のように、本実施形態の光検出装置２では、第１光検出部１４は、第１光ファイバ１０を伝搬する光、すなわち、第１コア１１及び第１クラッド１２を双方向に伝搬する光のレイリー散乱を検出する。また、第２光検出部２４は、第２光ファイバ２０を伝搬する光、すなわち、第２コア２１及び第２クラッド２２を双方向に伝搬する光のレイリー散乱を検出する。また、本実施形態の光検出装置２では、相対的に直径が小さい第１コア１１と相対的に直径が大きい第２コア２１とが互いに接続されている。このため、第２コア２１から第１コア１１側に伝搬する光の少なくとも一部は第１クラッド１２に入射する。また、第１クラッド１２を伝搬する光の少なくとも一部は、第１クラッドモードストリッパ１５において第１光ファイバ１０の外側に放出される。よって、第１クラッドモードストリッパを挟むように配置される第１光検出部１４及び第２光検出部２４での検出結果では、少なくとも第１クラッドモードストリッパ１５で放出された光の分の差が生じる。この差の大きさは、少なくとも第２コア２１から第１コア１１側に伝搬する光の強度に依存する。このため、第１光検出部１４での検出結果と第２光検出部２４での検出結果との差を用いて、第２コア２１から第１コア１１側に向かって伝搬する光の強度を推定することができる。また、第１光検出部１４及び第２光検出部２４はそれぞれ上記のように第１光ファイバ１０または第２光ファイバ２０を双方向に伝搬する光のレイリー散乱を検出する。ここで、上記のように第２コア２１から第１コア１１側に向かって伝搬する光の強度を推定することによって、第１光検出部１４または第２光検出部２４での検出結果から、第１コア１１から第２コア２１側に向かって伝搬する光の強度も推定することもできる。さらに、本実施形態の光検出装置２では、第１光検出部１４及び第２光検出部２４はそれぞれレイリー散乱を検出している。このため、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置のように漏れ光を検出する場合に比べて、光ファイバを伝搬する光の強度が強い場合であっても検出結果と当該検出結果から推定される光ファイバを伝搬する光の強度との関係の線形性が保たれ得る。したがって、本実施形態の光検出装置２では、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る。
また、本実施形態の光検出装置２では、第２光ファイバ２０が第１光ファイバ１０よりも光源５からの光の伝搬方向の下流側とされる。互いに接続される第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０のうち相対的に直径が大きな第２コア２１を有する第２光ファイバ２０が下流側とされることによって、上流側から下流側に伝搬する光の損失が抑制され得る。すなわち、順方向に伝搬する光の損失が抑制され得る。
また、本実施形態の光検出装置２では、第１光検出部１４は、第１クラッドモードストリッパ１５よりも光源５からの光の伝搬方向の上流側に配置され、第２光検出部２４は、第２クラッドモードストリッパ２５よりも光源５からの光の伝搬方向の下流側に配置される。このように第１光検出部１４、第２光検出部２４、第１クラッドモードストリッパ１５及び第２クラッドモードストリッパ２５が配置されることによって、上流側から下流側に伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は第２光検出部２４の手前で第２クラッドモードストリッパ２５において第２光ファイバ２０の外側に放出される。また、下流側から上流側に伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は第１光検出部１４の手前で第１クラッドモードストリッパ１５において第１光ファイバ１０の外側に放出される。よって、第１光検出部１４では第１コア１１を伝搬する光の強度をより正確に検出し得るようになり、第２光検出部２４では第２コア２１を伝搬する光の強度をより正確に検出し得るようになる。
また、本実施形態の光検出装置２では、第１コア１１及び第２コア２１にドーパントが非添加とされることによって、ドーパントの濃度分布によって第１光検出部１４及び第２光検出部２４での検出結果に誤差が生じることが抑制され得る。
また、本実施形態の光検出装置２では、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０との接続部３０から第１クラッドモードストリッパ１５まで、第１クラッド１２は低屈折率樹脂層３１により被覆されている。このように第１クラッド１２が低屈折率樹脂層３１に被覆されることによって、接続部３０で生じる逆方向に伝搬するクラッドモード光は、接続部３０近傍で漏れることが抑制され、第１クラッドモードストリッパ１５まで伝搬し得る。また、本実施形態の光検出装置２では、接続部３０から第２クラッドモードストリッパ２５までも、第２クラッド２２が低屈折率樹脂層３１により被覆されている。このように第２クラッド２２が低屈折率樹脂層３１に被覆されることによって、接続部３０で生じる順方向に伝搬するクラッドモード光は、接続部３０近傍で漏れることが抑制され、第２クラッドモードストリッパ２５まで伝搬し得る。このように接続部３０近傍で光が漏れることが抑制されることによって、接続部３０近傍での発熱が抑制され、接続部３０での光の損失量の変化が抑制され得る。よって、第１光検出部１４及び第２光検出部２４においてより正確に光の強度が検出され得る。
また、本実施形態の光検出装置２では、第２光ファイバ２０にモードスクランブラ部３５が形成され、第２コア２１内においてマルチモードで伝搬する光が散乱する。よって、第２コア２１内において、伝搬する光のエネルギー密度分布の差が低減され得る。このため、第２コア２１と第１コア１１との接続部において、伝搬する光の角度に因る損失量の差が低減され得る。よって、第１光検出部１４及び第２光検出部２４での検出結果のばらつきが抑制され得る。
また、本実施形態のレーザ装置１は、光検出装置２と、第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０を伝搬する光を出射する光源５と、を備える。上記のように、光検出装置２によれば、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度を向上し得る。よって、光検出装置２を備えるレーザ装置１によれば、光ファイバを伝搬する光の強度に基づく制御の正確性を向上し得る。
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第２光ファイバ２０に第２クラッドモードストリッパ２５が設けられる例を挙げて説明したが、第２クラッドモードストリッパ２５は必須の構成ではない。ただし、第２光ファイバ２０に第２クラッドモードストリッパ２５が設けられることによって、以下に説明するように光ファイバを伝搬する光の強度をより正確に検出し得る。第２クラッド２２を伝搬するクラッドモード光が除去されない場合、第２クラッド２２から第１クラッド１２側に伝搬するクラッドモード光の少なくとも一部は第１クラッド１２を伝搬し得る。よって、第２光ファイバ２０に第２クラッドモードストリッパ２５が設けられることによって、第２クラッド２２を伝搬するクラッドモード光が低減されると共に、第１クラッド１２を伝搬するクラッドモード光も低減され得る。また、上記のように、第１光検出部１４は第１コア１１及び第１クラッド１２を伝搬する光のレイリー散乱を検出し、第２光検出部２４は第２コア２１及び第２クラッド２２を伝搬する光のレイリー散乱を検出する。上記のように第２クラッド２２及び第１クラッド１２を伝搬するクラッドモード光が低減され得ることによって、当該クラッドモード光が第１光検出部１４及び第２光検出部２４の検出結果に与える影響が抑制され、第１コア１１または第２コア２１を伝搬する光の強度をより正確に検出し得る。光ファイバのコアを伝搬する光とクラッドモード光とではレイリー散乱の度合い異なるため、クラッドモード光を低減させてコアを伝搬する光のレイリー散乱を検出することによって、光ファイバを伝搬する光の強度をより正確に検出し得る。
また、図３に示すように、第２光検出部２４の下流側に更に他のクラッドモードストリッパ２５ａが設けられてもよい。図３は、本発明の変形例に係る光検出装置２ａの一部を概略的に示す断面図である。本変形例において、上記実施形態と同様の構成には同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。第２光ファイバ２０から出射されて第２光ファイバ２０に戻ってくる反射光の一部はクラッドモード光となる場合がある。第２光検出部２４の下流側にも他のクラッドモードストリッパ２５ａが設けられることによって、このような反射光に起因するクラッドモード光が第２光検出部２４の手前で除去され得るため、第２光検出部２４での検出結果の精度がより向上され得る。
また、上記実施形態では第１光検出部１４が第１光ファイバ１０の外側に設けられ、第２光検出部２４が第２光ファイバ２０の外側に設けられる例を挙げて説明したが、本発明は当該形態に限定されない。図４は、本発明の他の変形例に係る光検出装置２ｂの一部を概略的に示す断面図である。本変形例において、上記実施形態と同様の構成には同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。第１光検出部１４及び第２光検出部２４は第１クラッドモードストリッパ１５を挟むように配置されていればよく、図４に示すように第１光検出部１４及び第２光検出部２４がともに第１光ファイバ１０の外側に設けられもよい。ただし、上記実施形態にように第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０との接続部３０を挟んで第１光検出部１４及び第２光検出部２４が配置されることが好ましい。上記のように、光検出装置２では、第１光ファイバ１０と第２光ファイバ２０との接続部３０で生じるクラッドモード光が第１クラッドモードストリッパ１５で除去されることによって生じる第１光検出部１４での検出結果と第２光検出部２４での検出結果との差を利用する。ところで、クラッドとコアとでは添加物の濃度に差があるため、コアを伝搬する光とクラッドを伝搬する光とではレイリー散乱の割合が異なる。よって、第１光検出部１４及び第２光検出部２４は、それぞれコアまたはクラッドのいずれか一方を伝搬する光のレイリー散乱を検出することが好ましい。ここで、第２コア２１の直径は相対的に第１コア１１の直径より大きいため、第１コア１１から第２コア２１側に伝搬する光は、接続部３０での損失が抑制されて第２コア２１を伝搬する。一方、第２コア２１から第１コア１１側に伝搬する光は、上記のように接続部３０において少なくとも一部が第１クラッド１２に入射する。ただし、このように第１クラッド１２に入射する光の少なくとも一部は、第１光検出部１４よりも手前で第１クラッドモードストリッパ１５において外部に放出される。よって、接続部３０を挟んで第１光検出部１４と第２光検出部２４とが配置されることにより、第１光検出部１４は主に第１コア１１を伝搬する光のレイリー散乱を検出し、第２光検出部２４は主に第２コア２１を伝搬する光のレイリー散乱を検出する。このように第１光検出部１４及び第２光検出部２４がそれぞれ主にコアを伝搬する光のレイリー散乱を検出することにより、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の強度の検出精度がより向上され得る。
また、上記実施形態では第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０がともにマルチモードファイバである例を挙げて説明したが、第１光ファイバ１０及び第２光ファイバ２０のうち少なくとも一方がマルチモードで光を伝搬すればよい。ただし、相対的に小さな第１コア１１及び相対的に大きな第２コア２１のうち、少なくとも第２コア２１をマルチモードで光が伝搬することによって、第２コア２１と第１コア１１との接続部において第２コア２１を伝搬する光を第１クラッド１２へ入射させ易くなる。そのため、第１光検出部１４での検出結果と第２光検出部２４での検出結果との上記差を大きくし易くなり、光ファイバの双方向に伝搬するそれぞれの光の検出精度がより向上され得る。また、順方向に伝搬する光の透過率の低下を抑制する観点からは、少なくとも順方向の下流側に配置される光ファイバがマルチモードファイバであることが好ましい。
また、上記実施形態では第２光ファイバ２０が第１光ファイバ１０より下流側である例を挙げて説明したが、第２光ファイバ２０は第１光ファイバ１０より上流側とされてもよい。
また、上記実施形態では第１コア１１及び第２コア２１に何らドーパントが添加されていない例を挙げて説明したが、第１コア１１及び第２コア２１にはゲルマニウム等の屈折率を高くするドーパント等が添加されていてもよい。
また、上記実施形態では第２光ファイバ２０にモードスクランブラ部３５が設けられる例を挙げて説明したが、モードスクランブラ部３５は必須の構成ではない。また、モードスクランブラ部３５が設けられる場合、モードスクランブラ部３５は上記実施形態にように光ファイバを環状に曲げる形態に限定されず、例えば光ファイバを螺旋状や波線状に折り曲げることによってモードスクランブラ部３５が形成されてもよい。
また、上記実施形態では光源５が共振器型のファイバレーザ装置である例を挙げて説明したが、光源５は、他のファイバレーザ装置や固体レーザ装置であってもよい。光源５がファイバレーザ装置とされる場合、ＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置であってもよい。また、光源５の数は特に限定されず、少なくとも１つ備えられていればよい。
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバの双方向に伝搬する光の検出精度を向上し得る光検出装置及びレーザ装置が提供され、ファイバレーザ装置や光ファイバ通信等の分野で利用することが期待される。
１・・・レーザ装置
２，２ａ，２ｂ・・・光検出装置
５・・・光源
１０・・・第１光ファイバ
１１・・・第１コア
１２・・・第１クラッド
１４・・・第１光検出部
１５・・・第１クラッドモードストリッパ
１６・・・第１ＡＤ変換部
２０・・・第２光ファイバ
２１・・・第２コア
２２・・・第２クラッド
２４・・・第２光検出部
２５・・・第２クラッドモードストリッパ
２６・・・第２ＡＤ変換部
３０・・・接続部
３１・・・低屈折率樹脂層
３５・・・モードスクランブラ部
４０・・・計算部
ＣＰ・・・制御部

Claims (11)

  1. 第１コア及び前記第１コアを囲う第１クラッドを有する第１光ファイバと、
    前記第１コアより直径が大きく前記第１コアに接続される第２コア及び前記第２コアを囲う第２クラッドを有する第２光ファイバと、
    前記第１クラッドの外側に設けられる第１クラッドモードストリッパと、
    第１光検出部及び第２光検出部と、
    を備え、
    前記第１光ファイバの長手方向において、前記第１クラッドモードストリッパの一方側に前記第１光検出部が配置されると共に他方側に前記第２光検出部が配置され、
    前記第１光検出部は前記第１光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱を検出し、
    前記第２光検出部は前記第１光ファイバまたは前記第２光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱を検出し、
    前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの少なくとも一方はマルチモードファイバである
    ことを特徴とする光検出装置。
  2. 前記第２光ファイバがマルチモードファイバである
    ことを特徴とする請求項１に記載の光検出装置。
  3. 前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの長手方向において、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続部を挟んで前記第１光検出部と前記第２光検出部とが配置され、
    前記第２光検出部は前記第２光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱を検出する
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の光検出装置。
  4. 前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバを伝搬する光を出射する光源からの光の伝搬方向において前記第１光ファイバよりも下流側に配置される
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光検出装置。
  5. 前記第２クラッドの外側に第２クラッドモードストリッパが設けられる
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光検出装置。
  6. 前記第１光検出部は、前記第１クラッドモードストリッパよりも前記第２光ファイバ側とは反対側に配置され、
    前記第２光検出部は、前記第２クラッドモードストリッパよりも前記第１光ファイバ側とは反対側に配置される
    ことを特徴とする請求項５に記載の光検出装置。
  7. 前記第１コア及び前記第２コアにドーパントが非添加とされる
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光検出装置。
  8. 前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの接続部から前記第１クラッドモードストリッパまでは、前記第１クラッドより屈折率が低い低屈折率樹脂で前記第１クラッドが被覆される
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光検出装置。
  9. 前記第１クラッドの外径と前記第２クラッドの外径とが互いに等しい
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光検出装置。
  10. 前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバのうちマルチモードファイバである光ファイバのコア内において伝搬するそれぞれのモードの光のエネルギー差を低減するモードスクランブラ部が設けられる
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光検出装置。
  11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の光検出装置と、
    前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバを伝搬する光を出射する少なくとも一つの光源と、
    を備える
    ことを特徴とするレーザ装置。

JP2017197261A 2017-10-10 2017-10-10 光検出装置及びレーザ装置 Active JP6879879B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017197261A JP6879879B2 (ja) 2017-10-10 2017-10-10 光検出装置及びレーザ装置
PCT/JP2018/037552 WO2019073957A1 (ja) 2017-10-10 2018-10-09 光検出装置及びレーザ装置
US16/754,932 US11366009B2 (en) 2017-10-10 2018-10-09 Light detection device and laser device
EP18866219.1A EP3696521B1 (en) 2017-10-10 2018-10-09 Light detection device and laser device
CN201880064861.2A CN111183341B (zh) 2017-10-10 2018-10-09 光检测装置以及激光装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017197261A JP6879879B2 (ja) 2017-10-10 2017-10-10 光検出装置及びレーザ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019070598A JP2019070598A (ja) 2019-05-09
JP6879879B2 true JP6879879B2 (ja) 2021-06-02

Family

ID=66100887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017197261A Active JP6879879B2 (ja) 2017-10-10 2017-10-10 光検出装置及びレーザ装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11366009B2 (ja)
EP (1) EP3696521B1 (ja)
JP (1) JP6879879B2 (ja)
CN (1) CN111183341B (ja)
WO (1) WO2019073957A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6716422B2 (ja) * 2016-10-21 2020-07-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 バーナ装置、バーナ装置の冷却管破損検出方法、およびバーナ装置の冷却媒体制御方法
JP6596544B1 (ja) * 2018-06-22 2019-10-23 株式会社フジクラ 光検出装置及びレーザ装置
KR102143426B1 (ko) * 2019-04-23 2020-08-11 주식회사 라이콤 클래드 모드 스트리퍼 및 이를 이용한 광섬유 레이저
JP7304789B2 (ja) * 2019-10-08 2023-07-07 株式会社フジクラ レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法
CN113031156A (zh) * 2021-03-31 2021-06-25 湖南大科激光有限公司 一种带包层功率剥除功能的光纤模场适配器及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2427626A1 (fr) * 1978-05-30 1979-12-28 Comp Generale Electricite Dispositif de derivation pour detecter la lumiere parcourant une fibre optique
AU551638B2 (en) * 1981-04-27 1986-05-08 Raychem Corporation Optical fibre alignment
JPH0697187B2 (ja) * 1984-11-30 1994-11-30 バブコツク日立株式会社 光ファイバを用いた火炎監視装置
JP2008216577A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Hitachi Cable Ltd モニタリング用ファイバカプラ及びそれを用いた光ファイバ式物理量測定装置
JP5260885B2 (ja) * 2007-04-24 2013-08-14 古河電気工業株式会社 光ファイバの漏洩光処理構造
EP2648291A4 (en) 2010-11-29 2018-04-04 Furukawa Electric Co., Ltd. Fiber laser apparatus, and method of detecting abnormality of fiber laser apparatus
WO2012141847A1 (en) * 2011-04-15 2012-10-18 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Integrated parameter monitoring in a fiber laser/amplifier
JP6140072B2 (ja) * 2011-05-31 2017-05-31 古河電気工業株式会社 レーザ装置および加工装置
JP5786143B2 (ja) * 2012-04-09 2015-09-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ファイバー部品及びレーザ装置
JP6294312B2 (ja) 2012-05-30 2018-03-14 アイピージー フォトニクス コーポレーション レーザパワーセンサ
US8988669B2 (en) * 2013-04-23 2015-03-24 Jds Uniphase Corporation Power monitor for optical fiber using background scattering
JP5680170B1 (ja) * 2013-11-14 2015-03-04 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置
JP6334952B2 (ja) * 2014-02-24 2018-05-30 株式会社フジクラ 光パワーモニタ装置、ファイバレーザおよび光パワーモニタ方法
WO2015157574A2 (en) * 2014-04-11 2015-10-15 Lockheed Martin Corporation System and method for non-contact optical-power measurement
CN105720463B (zh) * 2014-08-01 2021-05-14 恩耐公司 光纤和光纤传输的激光器中的背向反射保护与监控
JP5865977B1 (ja) * 2014-10-06 2016-02-17 株式会社フジクラ ファイバレーザ装置、光パワーモニタ装置、及び光パワーモニタ方法
JP6468867B2 (ja) * 2015-01-30 2019-02-13 株式会社フジクラ 光パワーモニタ装置、光パワーモニタ方法、およびファイバレーザ装置
JP6734683B2 (ja) * 2016-03-31 2020-08-05 株式会社フジクラ 光モニタ装置及びレーザ装置
JP6564418B2 (ja) * 2017-04-20 2019-08-21 ファナック株式会社 光パワーモニタ装置およびレーザ装置
JP6596544B1 (ja) * 2018-06-22 2019-10-23 株式会社フジクラ 光検出装置及びレーザ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200292383A1 (en) 2020-09-17
WO2019073957A1 (ja) 2019-04-18
CN111183341A (zh) 2020-05-19
EP3696521A1 (en) 2020-08-19
JP2019070598A (ja) 2019-05-09
EP3696521A4 (en) 2021-07-21
CN111183341B (zh) 2022-05-31
US11366009B2 (en) 2022-06-21
EP3696521B1 (en) 2024-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6879879B2 (ja) 光検出装置及びレーザ装置
US20160254637A1 (en) Fiber laser device
CN109417263B (zh) 光纤以及激光装置
JP6694754B2 (ja) レーザ装置及びレーザシステム
US20130020474A1 (en) Light intensity monitoring circuit and fiber laser system
JP6980482B2 (ja) 光検出装置及びレーザ装置
US7412135B2 (en) Fiber optic coupler, optical fiber useful with the coupler and/or a pump light source, and methods of coupling light
CN111989550B (zh) 光检测装置以及激光装置
JP6999352B2 (ja) 光検出装置及びレーザ装置
JP6734683B2 (ja) 光モニタ装置及びレーザ装置
JP6744074B2 (ja) 光ファイバグレーティング用光ファイバおよびファイバレーザ装置
JP5335613B2 (ja) レーザ装置
WO2019131971A1 (ja) 光ファイバ、及び、レーザ装置
US20150222074A1 (en) Fiber laser device
WO2020203136A1 (ja) ファイバレーザ装置
WO2019189317A1 (ja) 光検出装置及びレーザシステム
JP6874083B2 (ja) 光検出装置及びレーザ装置
JP7304789B2 (ja) レーザ装置及びレーザ装置の光源制御方法
KR102333205B1 (ko) 반사광 모니터링 장치 및 이를 포함하는 레이저 빔 결합기
JP7164460B2 (ja) 光コンバイナ、レーザ装置、及び光コンバイナの製造方法
JP2019129206A (ja) 光パワー推定装置、レーザ装置、及び光パワー推定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200615

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20200730

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210413

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210430

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6879879

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250