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JP2015149369A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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和大 北林
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Abstract

【課題】 パワーの大きな光を出射する場合であっても、出射する光のパワーを測定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1は、励起光を出射する励起光源10と、励起光により信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバ30と、増幅用光ファイバ30の一方側に設けられ信号光を反射する第1FBG45と、増幅用光ファイバ30の他方側に設けられ信号光を第1FBGよりも低い反射率で反射する第2FBG46と、第1FBG45を増幅用光ファイバ30側から透過する光のうち、第1FBG45の反射率が最大となる最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を他の波長の光よりも優先的に検出する検出部71と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、出射する光のパワーの測定することができるファイバレーザ装置に関し、特にパワーの大きな光が出射する場合に好適なものに関する。
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。
このようなファイバレーザ装置では、出射光のパワーが加工品質に影響を与えるため、出射光のパワーを測定することが好ましい。ファイバレーザ装置には、通常、ユーザーが直接出射光のパワーを測定せずとも出射光のパワー知ることができるように、ファイバレーザ装置内部にモニタ部が設けられている。
下記特許文献1には、希土類添加ファイバから出射光を分岐して測定する光ファイバ増幅器が記載されている。この光ファイバ増幅器で用いられる出射光のパワーの測定方法は、ファイバレーザ装置でも用いられている。
特開平05−206555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、希土類添加ファイバで増幅されて出射する信号光の一部を分岐して測定している。しかし、この信号光の一部を分岐する光分岐部では、光の過剰損失による熱が発生する。ファイバレーザ装置の出射光のパワーが大きい場合には、この熱による損傷が生じる虞がある。
そこで、本発明は、パワーの大きな光を出射する場合であっても、出射する光のパワーを測定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目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のファイバレーザ装置は、励起光を出射する励起光源と、前記励起光により信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記信号光を反射する第1FBG(Fiber Bragg Grating)と、前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記信号光を前記第1FBGよりも低い反射率で反射する第2FBGと、前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光のうち、前記第1FBGの反射率が最大となる最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を他の波長の光よりも優先的に検出する検出部と、を備えることを特徴とするものである。
このようなファイバレーザ装置によれば、第1FBGにおいて信号光の多くが反射されるため、増幅用光ファイバ側から第1FBGを透過する光のパワーは小さい。従って、この光の少なくとも一部を検出対象とすることで、ファイバレーザ装置がパワーの大きな光を出射する場合であっても検出部の損傷を抑制することができる。
また、増幅用光ファイバ側から第1FBGを透過する光のうち、第1FBGの最大反射波長帯域内の光のパワーは極端に小さくなる。ところで、通常FBGは、最大反射波長帯域を基準として短波長側及び長波長側の波長帯域において、最大反射波長帯域から短波長側、長波長側に離れるに従い反射率が低下する。従って、信号光のうち最大反射波長帯域とを基準として短波長側及び長波長側の波長帯域の光は、最大反射波長帯域内の光よりも高い透過率で第1FBGを透過する。このため、第1FBGを透過する光のうち、第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光のパワーは、第2FBGを透過して出射する信号光のパワーと強い相関性を有する。そこで、上記のように第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光のパワーを検出する。これにより、ファイバレーザ装置から出射する信号光のパワーを間接的に測定することができる。
また、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光を受光する受光部を有し、前記受光部は、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの受光感度が他の波長の受光感度よりも高いこととしても良い。
検出部がこのような受光部を有することで、上記の最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光と他の波長の光とを分離するための特別な部品を用いなくとも、上記信号光のパワーを測定することができる。
或いは、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光の一部を分岐する光分岐部と、分岐した光を受光する受光部と、を有し、前記光分岐部は、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を他の波長の光よりも優先的に分岐することとしても良い。
検出部がこのような光分岐部を有することで、一般的な受光部を用いることができる。また、光分岐部として、第1FBGを透過する光が伝搬する光ファイバの一部と分岐される光が伝搬する光ファイバの一部とを長手方向に沿わせた状態において一体に溶融延伸するカプラを採用する場合、分岐される光の損失を抑制しつつ、当該光を分岐して受光部まで伝搬することができる。このため第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光のパワーを検出しやすくすることができる。またこの場合、受光部が受光する光のうち、信号光のパワーと強い相関性を有する光の占める割合が多くなるので、より精度よく信号光のパワーを測定することができる。
また或いは、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光のうち、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光が他の波長の光よりも優先的に透過する光フィルタと、前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、を有することとしても良い。
光フィルタは、透過する光の波長の制御性に優れる。従って、第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を受光部が受光すべきシグナル(Signal)として、他の波長の光をノイズ(Noise)とする場合、S/N比を自由に設定することができる。特に、光フィルタを第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光のみを透過させる構成とすれば、S/N比を最良の状態とすることもできる。
また或いは、上記のファイバレーザ装置において、前記検出部は、前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光の一部を吸収して熱に変換する光熱変換部と、前記光熱変換部の温度を検出する温度検出部と、を有し、前記光熱変換部は、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光の吸収率が他の波長の光の吸収率よりも高いこととしても良い。
検出部がこのような光熱変換部と温度検出部とを有することで、光熱変換部に入射する光のうち、第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を、他の波長の光と比べて効率よく熱に変換することができる。従って、受光部を用いずとも第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光のパワーを検出することができる。
また或いは、上記のファイバレーザ装置は、前記励起光源を制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーを小さくすることが好ましい。またこの場合、前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーをゼロとすることとしても良い。
励起光のパワーを小さくしたりゼロとすることにより、出射光のパワーを小さくしたりゼロとすることができる。従って、例えば、出射光が加工体等で反射して再び増幅用光ファイバまで入射し、信号光として増幅される場合であっても、増幅用光ファイバ内の光のパワー密度を低く抑えることができる。このため、パワーの大きな戻り光が発生した場合において、励起光源が故障することを抑制することができる。
また、前記制御部は、前記励起光のパワーが小さくされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻すこととしても良い。また、前記制御部は、前記励起光のパワーがゼロとされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻すこととしても良い。
ファイバレーザ装置の周囲環境は時間の経過とともに変化する。例えば、上記のように反射光が増幅用光ファイバに入射して信号光として増幅する場合であっても、励起光のパワーを小さくしたりゼロとした直後に、反射光の状態が変化する場合もある。従って、検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、励起光のパワーを元のパワーに戻しても、再び検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上となるとは限らない。このように制御することで、出来るだけパワーの大きな光を出射することができる。
また、上記のファイバレーザ装置は、前記励起光源を制御する制御部を更に備え、前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを大きくすることが好ましい。
励起光源を使用している間に、励起光源を構成する幾つかのレーザダイオードの出力が低下したり、幾つかのレーザダイオードが破損する場合がある。このような場合には、検出部で検出される光のパワーが小さくなる。そこで、上記のように制御することで、励起光源に何らかの問題が生じる場合であっても、ファイバレーザ装置から出射する光のパワーが低下することを抑制することができる。また、制御部が、上記のように検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、励起光のパワーを小さくしたりゼロとする制御を行うことで、検出部で検出される光のパワーが小さくなる場合もある。このような場合にも、検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、励起光のパワーを大きくすることで、ファイバレーザ装置から出射する光のパワーが低下することを抑制することができる。
以上説明したように、本発明によれば、パワーの大きな光を出射する場合であっても、出射する光のパワーを測定することができるファイバレーザ装置が提供される。
本発明の第1実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 第1FBGの特性を示す図である。 本発明の第2実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 接続部を用いて第1FBGを透過する光の一部を分岐する構成を示す図である。 光散乱部を用いて第1FBGを透過する光の一部を分岐する構成を示す図である。 本発明の第3実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 光分岐部として光ファイバの曲げ部を用いる様子を示す図である。 光分岐部としてスラントFBGを用いる様子を示す図である。 本発明の第4実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 本発明の第5実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 第1FBGの光の反射特性を示す図である。 第2FBGの光の反射特性を示す図である。 第1FBGに入射する信号光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。 第1FBGを透過する光の波長に対するパワースペクトルを示す図である。 第1FBGの最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長の光のパワーと出射光のパワーとの関係を示す図である。
以下、本発明に係るファイバ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。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図1に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置1は、励起光を出射する励起光源10と、励起光源10から出射する励起光が入射し、励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ30と、増幅用光ファイバ30の一端に接続される第1光ファイバ41と、第1光ファイバ41に設けられる第1FBG45と、第1光ファイバ41に励起光を入射するためのコンバイナ50と、増幅用光ファイバ30の他端に接続される第2光ファイバ42と、第2光ファイバ42に設けられる第2FBG46と、第1FBG45を透過する光を受光する受光部61と、励起光源10を制御する制御部80と、を主な構成として備える。増幅用光ファイバ30と第1FBG45と第2FBG46とで共振器が形成され、本実施形態のファイバレーザ装置1は共振器型のファイバレーザ装置とされる。
励起光源10は、複数のレーザダイオード11から構成され、増幅用光ファイバ30に添加される活性元素を励起する波長の励起光を出射する。励起光源10のそれぞれのレーザダイオード11は、励起光用光ファイバ15に接続されており、レーザダイオード11から出射する光は、それぞれのレーザダイオード11に光学的に接続される励起光用光ファイバ15を伝搬する。励起光用光ファイバ15としては、例えば、マルチモードファイバを挙げることができ、この場合、励起光は励起光用光ファイバ15をマルチモード光として伝搬する。なお、後述のように増幅用光ファイバ30に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、励起光の波長は、例えば、915nmとされる。
増幅用光ファイバ30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、外側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。増幅用光ファイバ30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等の元素、及び、励起光源10から出射する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。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記イッテルビウムの他にツリウム(Tm)、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、エルビウム(Er)等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス(Bi)等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ30の内側クラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。また、増幅用光ファイバ30の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、内側クラッドより無屈折率の低い樹脂が挙げられ、増幅用光ファイバ30の被覆層を構成する材料としては、例えば、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。増幅用光ファイバは、シングルモードファイバとされるが、パワーの大きな信号光が増幅用光ファイバのコアを伝搬可能なように、コアの直径がマルチモードファイバと同様とされつつも、シングルモードの光を伝搬する構成とされても良い。また、コアを伝搬する光のビーム品質にこだわらない場合、増幅用光ファイバ30はマルチモードファイバとされても良い。
第1光ファイバ41は、コアに活性元素が添加されていない点を除き増幅用光ファイバ30と同じ構成とされる。第1光ファイバ41は、コアの中心軸が増幅用光ファイバ30のコアの中心軸と合わされて、増幅用光ファイバ30の一端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ30のコアと第1光ファイバ41のコアとが光学的に結合し、増幅用光ファイバ30の内側クラッドと第1光ファイバ41の内側クラッドとが光学的に結合している。
また、第1FBG45は、第1光ファイバ41のコアに設けられている。こうして第1FBG45は、増幅用光ファイバ30の一端側に設けられている。第1FBG45は、第1光ファイバ41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ることで構成されている。この周期が調整されることにより、第1FBG45は、励起状態とされた増幅用光ファイバ30の活性元素が放出する光のうち特定波長の光を反射する。第1FBG45は、上述のように増幅用光ファイバ30に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、反射率が最大となる最大反射波長帯域が1070nmを含む帯域とされ、この帯域において光を例えば99%以上の反射率で反射する。
また、コンバイナ50において、第1光ファイバ41の内側クラッドに励起光用光ファイバ15のコアが接続されている。こうして、励起光源10と接続される励起光用光ファイバ15と増幅用光ファイバ30とは、第1光ファイバ41を介して、光学的に結合される。
また、コンバイナ50において、第1光ファイバ41に光ファイバ51が接続されている。光ファイバ51は、例えば、第1光ファイバ41のコアと同じ直径のコアを有する光ファイバとされる。光ファイバ51のコアは、第1光ファイバ41のコアと接続されている。
第2光ファイバ42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30のコアと同様のコアと、当該コアの外周面を隙間なく囲み増幅用光ファイバ30の内側クラッドと同様の構成のクラッドと、クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成されている。第2光ファイバ42は、軸が増幅用光ファイバ30の軸と合わされて、増幅用光ファイバ30の他端に接続されている。従って、増幅用光ファイバ30のコアと第2光ファイバ42のコアとが光学的に結合している。
また、第2FBG46は第2光ファイバ42のコアに設けられている。こうして第2FBG46は、増幅用光ファイバ30の他端側に設けられている。第2FBG46は、第2光ファイバ42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いる。また、第2FBG46は、反射波長帯域が第1FBG45の最大反射波長帯域内とされ、第1FBG45が反射する光の少なくとも一部の波長の光を第1FBG45の最大反射波長帯域での反射率よりも低い反射率で反射するように構成されている。第2FBG46は、例えば、第1FBG45が反射する光と同じ波長の光を最大で50%の反射率で反射するように構成されている。
光ファイバ51のコンバイナ50側と反対側には、受光部61が光学的に接続されている。受光部61は、第1FBG45を増幅用光ファイバ30側から透過する光のうち、第1FBG45の最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から第1FBG45の最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光の受光感度が他の波長の光よりも高い構成とされる。このような受光部61としては、例えば、所定の波長範囲の光の受光感度が、他の波長範囲の光の受光感度よりも高いフォトダイオードを挙げることができる。本実施形態では、受光部61が検出部71とされる。従って、検出部71は、第1FBG45を増幅用光ファイバ30側から透過する光のうち、第1FBG45の最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から当該最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出することができる。検出部71からは受光部61が検出する光のパワーに係る信号が出力される。なお、検出部71は、受光部61から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてADコンバータ等を含んでいても良い。
検出部71(受光部61)には、制御部80が電気的に接続されており、検出部71からの信号は制御部80に入力する。制御部80は、例えばCPU(Central Processing Unit)を含んで構成されている。制御部80は、励起光源10を制御可能とされている。
次にファイバレーザ装置1の動作について説明する。
まず、制御部80が励起光源10を制御し、励起光源10のそれぞれのレーザダイオード11から励起光が出射する。励起光源10から出射した励起光は、励起光用光ファイバ15から第1光ファイバ41の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ30の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ30の内側クラッドに入射した励起光は主に内側クラッドを伝搬して、増幅用光ファイバ30のコアを通過する際に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。この自然放出光は、増幅用光ファイバ30のコアを伝搬して、一部の波長の光が第1FBG45により反射され、反射された光のうち第2FBG46が反射する波長の光が第2FBG46で反射されて、共振器内(第1FBG45と第2FBG46との間)を往復する。この往復する光が信号光とされる。信号光は、増幅用光ファイバ30のコアを伝搬するときに誘導放出により増幅され、レーザ発振状態となる。このようにレーザ発振状態となると、励起状態とされる活性元素のエネルギーは誘導放出に用いられるため、ASE(Amplified Spontaneous Emission)のパワーは小さくなる。そして、増幅された信号光のうちの一部が第2FBG46を透過して、出射光として第2光ファイバ42の端部から出射する。また、増幅された信号光のうち他の少なくとも一部は第1FBG45を透過する。
図2は、第1FBG45の特性を示す図である。具体的には、図2(A)は、第1FBG45が反射する光の波長と反射率との関係を示し、図2(B)は、第1FBG45に増幅用光ファイバ30側から入射する信号光の波長とパワーとの関係を示し、図2(C)は、第1FBG45を増幅用光ファイバ30側から透過する信号光の波長とパワーとの関係を示す。
第1FBG45は、反射率が最大となる最大反射波長帯域Rmaxを有しており、最大反射波長帯域Rmaxでの反射率は例えば99%以上の反射率とされる。第1FBG45は、この最大反射波長帯域Rmaxの短波長側に隣り合う波長帯域R、及び、最大反射波長帯域Rmaxの長波長側に隣り合う波長帯域Rにおいて、最大反射波長帯域Rmaxから離れるにつれて反射率が低くなる。FBGは一般的にこのような反射特性を有する。
第2FBG46で反射される信号光は、波長帯域が広がりながら増幅用光ファイバ30を第1FBG45に向かって伝搬して第1FBG45に入射する。上記のように第2FBG46の反射波長帯域は第1FBGの最大反射波長帯域Rmax内とされる。そのため、図2(B)に示すように第1FBG45に入射する信号光は、最大反射波長帯域Rmaxにパワーのピークが位置し、この波長から離れるにつれてパワーが小さくなる。従って、第1FBG45に入射する信号光の波長帯域RやRでのパワーは、最大反射波長帯域Rmaxでのパワーよりも小さくなる。しかし、図2(A)を用いた説明のように、第1FBG45の反射率は、波長帯域R及びRの方が最大反射波長帯域Rmaxよりも低い構成とされる。このため、第1FBG45を透過する光のうち、波長帯域Rや波長帯域Rの光のパワーは、最大反射波長帯域Rmaxの光のパワーよりも大きくなる。そして、本実施形態のように第1FBG45、第2FBG46で増幅用光ファイバ30を挟む共振構造を有するファイバレーザ装置1では、最大反射波長帯域Rmaxよりも15nm短い波長から最大反射波長帯域Rmaxよりも15nm長い波長までの帯域では、信号光のパワーが他の光のパワーと比べて支配的となる。最大反射波長帯域Rmaxよりも15nm短い波長とは、最大反射波長帯域Rmaxの最も短い波長から15nm短い波長であり、最大反射波長帯域Rmaxよりも15nm長い波長とは、最大反射波長帯域Rmaxの最も長い波長から15nm長い波長である。以下、最大反射波長帯域Rmaxよりも15nm短い波長から最大反射波長帯域Rmaxよりも15nm長い波長までの帯域を特定波長帯域と称することがある。
第1FBG45を透過する光は、光ファイバ51を伝搬して受光部61に入射する。上記のように受光部61は、受光感度が高い波長帯域が特定波長帯域と一致している。従って、受光部61を含む検出部71で検出される光のパワーは、信号光のパワーが支配的となる。
制御部80は、検出部71から光のパワーを示す信号が入力すると、当該パワーの大きさに基づいて第2FBG46を透過して出射する信号光のパワー、すなわち出射光のパワーを計算する。検出部71で検出される波長帯域の光のパワーは、上記のように信号光のパワーが支配的であるため、検出部71で検出される波長帯域のパワーは、出射光のパワーと強い正の相関性を有する。例えば、出射光のパワーが増加した場合は、検出部71で検出される波長帯域のパワーは増加し、また、出射光のパワーが減少した場合は、検出部71で検出される波長帯域のパワーは減少する。本実施形態では、検出部71で検出される波長帯域のパワーと出射光のパワーとが比例関係とされる。従って、制御部80は、容易に出射光のパワーを計算することができる。こうして、出射光のパワーが測定される。
このとき制御部80は、図示せぬ表示部に出射光のパワーを表示しても良い。
また、制御部80は、検出部71から光のパワーを示す信号が入力すると、励起光源10を制御する。具体的には、制御部80は、検出部71が検出する光のパワーが所定の大きさ以上であると判断する場合、励起光のパワーが小さくなるように励起光源10を制御する。或いは、制御部80は、検出部71が検出する光のパワーが所定の大きさ以上であると判断する場合、励起光源10から出射する励起光のパワーがゼロとなるように励起光源10を制御しても良い。検出部71が検出する光のパワーが大きい場合、ファイバレーザ装置1から出射する出射光のパワーが大きいことを示す。この場合、励起光源10が励起光のパワーを小さくしたりゼロとすることで、信号光の増幅率を抑えることができ、出射光のパワーを抑えることができる。このため、不安定な発振や、反射による不要な光が励起光源10に入射して励起光源10が損傷することを防止することができる。
また、制御部80は、励起光源10が励起光のパワーを小さくしたりゼロとした後、検出部71が検出する光のパワーが当該所定の大きさよりも小さくなった時点以降に再び励起光源10を制御して、励起光のパワーを再び大きくしても良い。このときの励起光のパワーは、検出部71が検出する光のパワーが所定の大きさ以上であると判断したときの励起光のパワーと同じとされても良い。これは次の理由による。すなわち、ファイバレーザ装置1の周囲環境は時間の経過とともに変化する。例えば、出射光が照射される加工対象で反射した光が増幅用光ファイバ30に入射して再び信号光として増幅する場合であっても、励起光のパワーを小さくしたりゼロとした直後に、反射光の状態が変化する場合がある。従って、検出部71で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、励起光のパワーを元のパワーに戻しても、再び検出部71で検出される光のパワーが所定の大きさ以上となるとは限らない。このように制御することで、出来るだけパワーの大きな光を出射することができるのである。或いは、再び励起光のパワーが大きくされる場合に、この励起光のパワーは、検出部71が検出する光のパワーが所定の大きさ以上であると判断したときの励起光のパワーよりも小さくされても良い。
また、制御部80は、上記のように励起光源10が励起光のパワーを小さくしたりゼロとした後に限らず、検出部71が検出する光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、励起光源10を制御して、励起光のパワーを大きくしても良い。励起光源10が励起光を出射している間に、励起光源10を構成する幾つかのレーザダイオード11の出力が低下したり、幾つかのレーザダイオード11が破損する場合がある。このような場合には、検出部71で検出される光のパワーが小さくなる。そこで、制御部80がこのように励起光源10を制御することで、励起光源10に何らかの問題が生じる場合であっても、ファイバレーザ装置1から出射する光のパワーが低下することを抑制することができる。
以上説明したように、本実施形態のファイバレーザ装置1によれば、検出部71は、第1FBG45を透過した光のうち、特定波長帯域の光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出する。第1FBG45では上記のように信号光の多くが反射されるため、増幅用光ファイバ30側から第1FBG45を透過する光のパワーは小さい。従って、この光の少なくとも一部を検出対象とすることで、ファイバレーザ装置1がパワーの大きな光を出射する場合であっても検出部71の損傷を抑制することができる。
また、上記のように、特定波長帯域の光のパワーにおいては、信号光のパワーが支配的である。このため、上記のように、検出部71が特定波長帯域の光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出することで、ファイバレーザ装置1から出射する増幅された信号光のパワーを測定することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4,5を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図3は、本発明の第2実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図3に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置2は、光ファイバ51のコンバイナ50側と反対側に光ファイバ52が接続され、光ファイバ52の光ファイバ51側と反対側に熱変換部Eが接続され、光ファイバ51と光ファイバ52との接続部57の近傍に光ファイバ53の一端が配置され、光ファイバ53に受光部61が接続されている点において、第1実施形態のファイバレーザ装置1と異なる。
図4は、光ファイバ51と光ファイバ52との接続部57付近の拡大図である。なお、図4では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。光ファイバ52及び光ファイバ53は、例えば光ファイバ51と同様の光ファイバとされる。光ファイバ同士が接続される場合、それぞれの光ファイバが可能な限り理想的な状態で接続されても、接続点からは光が漏れる。従って、光ファイバ51のコア51cから光ファイバ52のコア52cに光が入射する際に接続部57から漏れ光が生じる。そこで、図4に示すように、接続部57から漏れ光の一部が光ファイバ53のコア53cに入射するように、光ファイバ53の一方の端部が接続部57の近傍における光ファイバ52側に配置されると共に、光ファイバ53は当該端部の近傍が光ファイバ52に沿うように配置される。このような構成では、接続部57が光分岐部として機能する。
このようなファイバレーザ装置2では、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様にして、増幅用光ファイバ30で信号光が増幅され、第2光ファイバ42から増幅された信号光が出射する。このとき第1FBG45を透過する光は、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様に光ファイバ51を伝搬する。この光が光ファイバ51から光ファイバ52に伝搬する際に、接続部57において光が漏れる。この漏れ光の一部は光ファイバ53のコア53cに入射して、受光部61で受光される。つまり、第1実施形態のファイバレーザ装置1では、受光部61は、第1FBG45を透過して光ファイバ51を伝搬する光を直接受光する構成とされたが、本実施形態のファイバレーザ装置2では、第1FBG45を透過する光の一部が分岐されて、分岐された受光部61で受光されるのである。本実施形態においても、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様にして、受光部61が検出部71とされる。
そして、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様にして検出部71は、特定波長帯域の光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出する。検出部71が検出する光のパワーを示す信号が、受光部61から制御部80に入力すると、制御部80は、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様に励起光源10を制御する。
本実施形態のファイバレーザ装置2によれば、第1FBG45を透過して、光ファイバ52を伝搬する光のパワーが大きすぎる場合に、光ファイバ53に入射する光のパワーを小さくすることができる。従って、受光部61が熱により損傷することを抑制することができる。
なお、本実施形態のファイバレーザ装置2では、接続部57を光分岐部としたが、第1FBG45を透過する光が伝搬する光ファイバに光散乱部を形成して、この光散乱部を光分岐部としても良い。図5は、第1FBGを透過する光の一部を光散乱部を用いて分岐する構成を示す図である。なお、図5では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。図5に示すように、本例では、光ファイバ51のコア51cの一部に光散乱部51sが設けられる。コア51cを伝搬する光の一部は光散乱部51sにおいて散乱し、光ファイバ51の外に漏れる。このような光散乱部51sは、例えば光ファイバ51のコア51cにゲルマニウムが添加されている場合には、紫外線を光散乱部51sが形成される位置に照射することで形成することができる。そして光散乱部51sからの漏れ光の一部が光ファイバ53のコア53cに入射するように、光ファイバ53の一方の端部が光散乱部51の近傍における光ファイバ51の出射端側に配置されると共に、光ファイバ53は当該端部の近傍が光ファイバ51に沿うように配置される。このような構成によれば、光散乱部51sが光分岐部として機能し、分岐された光の一部が光ファイバ53を伝搬して上記実施形態と同様に受光部61で受光される。
また、本実施形態では、光ファイバ53により接続部57や光散乱部51sから漏れる光を受光部61に入射したが、受光部61を接続部57や光散乱部51sの隣に配置して、接続部57や光散乱部51sから漏れる光が光ファイバ53を介さずに直接受光部61に入射される構成としても良い。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図6を参照して詳細に説明する。なお、第2実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図6は、本発明の第3実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図6に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置3は、第2実施形態のファイバレーザ装置2における光ファイバ52を備えておらず、光ファイバ51の途中にカプラ58が設けられる点において第2実施形態のファイバレーザ装置2と異なる。
カプラ58は、第1FBG45を透過して光ファイバ51と伝搬する光のうち、特定波長帯域の光を分岐し、他の波長の光を透過する光分岐部とされる。このようなカプラ58は、例えば、光ファイバ51の途中において、光ファイバ51と光ファイバ53とが沿わされて延伸融着される構成とされる。この光ファイバ51と光ファイバ53とが互いに沿って融着される長さが調整されることで、上記のように所定の波長の光が分岐され、他の波長の光が透過する構成とされる。
本実施形態では、上記の光分岐部であるカプラ58と光ファイバ53と受光部61とにより、特定波長帯域の光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出する検出部73が構成される。なお、検出部73は、受光部61から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてADコンバータ等を含んでいても良い。
このようなファイバレーザ装置3では、第2実施形態のファイバレーザ装置2と同様にして、増幅用光ファイバ30で信号光が増幅され、第2光ファイバ42から増幅された信号光が出射する。このとき第1FBG45を透過する光は、第2実施形態のファイバレーザ装置2と同様に光ファイバ51を伝搬する。そしてカプラ58において、第1FBG45を透過する光のうち、特定波長帯域の光が分岐され、他の波長の光がカプラ58を透過し光ファイバ51を伝搬する。分岐された光は、光ファイバ53のコア53cを伝搬する。光ファイバ53に入射した光は、受光部61で受光され、受光部61では、特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先して検出される。第1実施形態において説明したように受光部61は、特定波長帯域の受光感度が、他の波長の受光感度よりも高い構成とされるため、カプラ58で他の波長の光がノイズとして分岐される場合に、波長による感度特性を特に有さない受光部が用いられる場合よりも、受光部61は高い精度で特定波長帯域の光のパワーを検出することができる。また、カプラ58で特定波長帯域の光が分岐されるため、受光部61に入射する光のうち特定波長帯域の光を検出すべき信号として考え、他の波長の光を検出すべきではないノイズと考える場合に、検出部73は、第2実施形態と同じ受光部61を用いつつも、第2実施形態のファイバレーザ装置2の検出部71と比べて、S/N比が良い状態で特定波長帯域の光のパワーを検出することができる。
本実施形態のファイバレーザ装置3では、光ファイバ51の一部と光ファイバ53の一部とを長手方向に沿わせた状態で一体に融着するカプラ58を光分岐部とした。このようなカプラは、分岐すべき波長帯域の光の損失が小さい状態で、当該光を分岐して受光部61まで伝搬することができる。このため特定波長帯域の光のパワーを検出しやすくすることができる。
なお、本実施形態では、受光部61が波長による感度特性を特に有さない構成であっても良い。このような構成であっても、カプラ58において、特定波長帯域の光が分岐されるため、検出部73は、特定波長帯域の光のパワーを検出することができる。ただし、上記のように、受光部61が特定波長帯域の光を他の波長の光よりも優先して検出する構成であれば、より高い精度で特定波長帯域の光のパワーを検出することができるため好ましい。また、受光部61は、特定波長帯域の光の受光感度が他の波長の光の受光感度よりも高いため、第1実施形態の検出部71と同様に受光部61を検出部と把握することも可能である。
また、本実施形態では、特定波長帯域の光を他の波長の光よりも優先的に分岐する光分岐部としてカプラ48を用いたが、このような光分岐部はカプラ48に限らない。図7は、光分岐部として光ファイバ51の曲げ部を用いる様子を示す図である。なお、図7では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。光ファイバは、コアとクラッドとの比屈折率差、及び、光ファイバの曲げ半径がそれぞれ定まる場合に、曲げ部から漏れる光の波長が概ね定まる。例えば、第1FBG45の最大反射波長帯域Rmaxが、1094.0nmから1099.5nmである場合、特定波長帯域の光を曲げ部から漏れるようにするためには、例えば、光ファイバ51のコアのNAが0.14で、モードフィールド径が6.2μmであり、光ファイバ51の曲げ半径が40mm程度であれば良い。そこで図8に示すように、特定波長帯域の光が漏れる様な曲げ半径で光ファイバ51が曲げられて曲げ部51bが形成される。そして曲げ部51bからの漏れ光の一部が光ファイバ53のコア53cに入射するように、光ファイバ53の一方の端部が曲げ部51bの近傍に配置されると共に、光ファイバ53は当該端部の近傍がデリバリファイバ51に沿うように配置される。このような構成によれば、曲げ部51bが光分岐部として機能し、特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先的に分岐される。分岐された光は光ファイバ53を伝搬して上記実施形態と同様に受光部61で受光される。
或いは、特定波長帯域の光を他の波長の光よりも優先的に分岐する光分岐部としてスラントFBGを用いることもできる。図8は、光分岐部としてスラントFBGを用いる様子を示す図である。なお、図8では、それぞれの光ファイバの被覆層が省略されている。図8に示すように、本例では、光ファイバ51のコア51cの一部にスラントFBG51fが設けられる。スラントFBG51fは、光ファイバ51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、この高屈折率部及び低屈折率部が、光ファイバ51の長手方向に垂直な面に対して傾斜することで構成されている。この周期が調整されることにより、スラントFBG51fは、特定波長帯域の光を光ファイバ51の外に反射し、他の波長の光を透過する構成とされる。そしてスラントFBG51fで反射される光の一部が光ファイバ53のコア53cに入射するように、光ファイバ53の一方の端部がスラントFBG51fの近傍における光ファイバ51の熱変換部E側に配置されると共に、光ファイバ53は当該端部の近傍が光ファイバ51に沿うように配置される。このような構成によれば、スラントFBG51fが光分岐部として機能し、特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先的に分岐され、分岐された光が光ファイバ53を伝搬して上記実施形態と同様に受光部61で受光される。
なお、曲げ部51bやスラントFBG51fが光分岐部とされる場合、光ファイバ53により曲げ部51bやスラントFBG51fから漏れる光を受光部61に入射する代わりに、受光部61を曲げ部51bやスラントFBG51fの隣に配置して、曲げ部51bやスラントFBG51fから漏れる光が光ファイバ53を介さずに直接受光部61に入射する構成としても良い。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図9を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図9は、本発明の第4実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図9に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置4は、光ファイバ51の途中に光フィルタ64が設けられている点において第1実施形態のファイバレーザ装置1と異なる。
光フィルタ64は特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先的に透過する構成とされる。このような光フィルタ64は、例えば、酸化膜の積層体から形成される。本実施形態では、光フィルタ64と受光部61とにより、特定波長帯域の光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出する検出部74が構成される。なお、検出部74は、受光部61から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてADコンバータ等を含んでいても良い。
このようなファイバレーザ装置4では、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様にして、増幅用光ファイバ30で信号光が増幅され、第2光ファイバ42から増幅された信号光が出射する。このとき、第1実施形態において説明したように第1FBG45を透過する光は光ファイバ51を伝播する。しかし、光フィルタ64により、特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先的に受光部61に入射する。従って、受光部61では、特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先して検出される。しかも、第1実施形態において説明したように受光部61は、特定波長帯域の受光感度が他の波長の受光感度よりも高い構成とされる。従って、特定波長帯域の光以外の他の波長の光が光フィルタ64をノイズとして透過する場合であっても、受光部として特定波長帯域の受光感度と他の波長の受光感度が同様の受光部が用いられる場合よりも、受光部61は高い精度で特定波長帯域の光のパワーを検出することができる。また、光フィルタ64は特定波長帯域の光が他の波長の光よりも優先して透過するため、受光部61に入射する光のうち特定波長帯域の光を検出すべき信号として考え、他の波長の光を検出すべきではないノイズと考える場合に、検出部74は、第1実施形態と同じ受光部61を用いつつも、第1実施形態のファイバレーザ装置1の検出部71と比べて、S/N比が良い状態で、特定波長帯域の光のパワーを検出することができる。
検出部74が検出する光のパワーを示す信号が、受光部61から制御部80に入力すると、制御部80は、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様に励起光源10を制御する。
光フィルタは、透過する光の波長の制御性に優れる。従って、本実施形態のファイバレーザ装置4によれば、光フィルタ64を透過する光の波長の設定により、特定波長帯域の光を受光部61が受光すべき信号として、他の波長の光をノイズとする場合、S/N比の制御を自由に設定することができる。特に、光フィルタ64を特定波長帯域の光のみを透過させる構成とすれば、S/N比を最良の状態とすることもできる。
なお、上記実施形態では、光ファイバ53の途中に光フィルタ64が設けられたが、第2実施形態のファイバレーザ装置2において、光ファイバ53の途中に光フィルタを設けても良い。或いは、第2実施形態のファイバレーザ装置2において、接続部57から漏れる光を光ファイバ53を介さずに直接光フィルタ64に入射して、光フィルタ64から出射する光を受光部61に入射しても良い。
また、第3実施形態と同様にして、受光部61の代わりに特定波長帯域の光の受光感度と他の波長の光の受光感度が同様の受光部を用いても、光フィルタ64を特定波長帯域の光が優先的に透過するため、検出部74は特定波長帯域の光のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出することができる。ただし、受光部61を用いる場合は、上記のように光フィルタ64を他の波長の光がノイズとして透過する場合であっても高い精度で特定波長帯域の光のパワーを検出することができるため好ましい。また、受光部61は、特定波長帯域の光の受光感度が他の波長の光の受光感度よりも高いため、第1実施形態の検出部71と同様に受光部61を検出部と把握することも可能である。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について図10を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
図10は、本発明の第5実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図10に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置5は、受光部61が設けられず、光ファイバ51の端部が樹脂65で被覆され、樹脂65の温度を検出する温度検出部66が設けられている点において、第1実施形態のファイバレーザ装置1と異なる。
樹脂65は、特定波長帯域の光の吸収率が他の波長の光の吸収率よりも優れる樹脂とされる。このような性質を有する樹脂としては、例えば、第1FBG45の最大反射波長帯域Rmaxが、1094.0nmから1099.5nmである場合、例えば、特定のシリコン樹脂を挙げることができる。
温度検出部66には、例えばデジタル温度計やサーミスタを用いることができる。
本実施形態では、特定波長帯域の光の少なくとも一部を吸収して熱に変換する光熱変換部である樹脂65と、樹脂65の温度を検出する温度検出部66とにより、特定波長帯域のパワーを他の波長の光のパワーよりも優先的に検出する検出部75が構成される。なお、検出部75は、温度検出部66から出力する信号がアナログの信号である場合、必要に応じてADコンバータ等を含んでいても良い。
このようなファイバレーザ装置5は、第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様にして、増幅用光ファイバ30で信号光が増幅され、第2光ファイバ42から増幅された信号光を出射する。このとき、第1FBG45を透過する光のうち特定波長帯域の光は樹脂65で主に吸収され、他の波長の光は樹脂65を主に透過する。特定波長帯域の光を吸収した樹脂65の温度は、温度検出部66で検出される。こうして特定波長帯域の光のパワーが温度として検出される。
検出部75が検出する光のパワーを示す信号が、温度検出部66から制御部80に入力し、制御部80に温度検出部から信号が入力すると、制御部80は第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様に励起光源10を制御する。
本実施形態のファイバレーザ装置5によれば、受光部を用いずとも特定の波長帯域の光のパワーを検出することができる。従って、ファイバレーザ装置の構成を簡易にすることができる。
なお、本実施形態のファイバレーザ装置5では、樹脂65が光ファイバ51の端部を被覆するように設けられた。しかし、例えば、第2実施形態のファイバレーザ装置2において、接続部57や光散乱部51sの周りを樹脂65で被覆しても良い。或いは、第3実施形態の光ファイバ51の曲げ部51bやスラントFBG51fの周りを樹脂65で被覆しても良い。また本実施形態では、光熱変換部として樹脂65を用いたが、光熱変換部は、特定波長帯域の光の吸収率が他の波長の光の吸収率よりも良い限りにおいて、樹脂に限らず他の素材が用いられても良い。
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く、適宜変更することが可能である。
以下、実施例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
第1実施形態のファイバレーザ装置1と同様のファイバレーザ装置を作製した。増幅用光ファイバ30は、コアに活性元素としてイッテルビウムが添加されたものを使用した。また、このファイバレーザ装置の第1FBG45の光の反射特性は、図11に示すとおりであり、最大反射波長帯域は1094nmから1099.5nmであった。また、第2FBG46の光の反射特性は、図12に示す通りであった。また、励起光源として、波長が915nmの光を60Wで出射するレーザダイオードを6台用いて、最大300Wの励起光が増幅用光ファイバ30に入射する構成とした。第2FBG46によって反射された光は、増幅用光ファイバ30において増幅される過程でスペクトルが広がる。このような構成のファイバレーザ装置1で第1FBG45に入射する信号光の波長に対するパワースペクトルを測定したところ図13に示す通りとなった。このスペクトルはファイバレーザ装置1を模した別実験系で測定したが、この結果はファイバレーザ装置1に適用可能である。また、第1FBG45を透過する信号光と信号光以外の光を含む光の波長に対するパワースペクトルは、図14の通りとなった。
次に、受光部61が受光する上記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から上記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長の光(特定波長帯域の光)のパワーと、第2光ファイバ46から出射する出射光のパワーとを測定した。図15は、特定波長帯域の光のパワーと出射光のパワーとの関係を示す図である。図15に示すように、この特定波長帯域の光のパワーと出射光の光のパワーとは、比例関係にあることが示された。従って、本発明によれば、出射光のパワーを測定できることが示された。
本発明によれば、パワーの長い光を出射する場合であっても、出射する光のパワーを測定することができるファイバレーザ装置が提供され、レーザ加工分野、医療分野等の様々な産業において利用可能である。
1〜5・・・ファイバレーザ装置
10・・・励起光源
20・・・信号光源
30・・・増幅用光ファイバ
45・・・第1FBG
46・・・第2FBG
50・・・コンバイナ
51〜53・・・光ファイバ
51b・・・曲げ部
51f・・・スラントFBG
51s・・・光散乱部
57・・・接続部
58・・・カプラ
61・・・受光部
64・・・光フィルタ
65・・・樹脂(光熱変換部)
66・・・温度検出部
71,73〜75・・・検出部
80・・・制御部
max・・・最大反射波長帯域

Claims (10)

  1. 励起光を出射する励起光源と、
    前記励起光により信号光を増幅して出射する増幅用光ファイバと、
    前記増幅用光ファイバの一方側に設けられ前記信号光を反射する第1FBGと、
    前記増幅用光ファイバの他方側に設けられ前記信号光を前記第1FBGよりも低い反射率で反射する第2FBGと、
    前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光のうち、前記第1FBGの反射率が最大となる最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を他の波長の光よりも優先的に検出する検出部と、
    を備える
    ことを特徴とするファイバレーザ装置。
  2. 前記検出部は、前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光を受光する受光部を有し、
    前記受光部は、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの受光感度が他の波長の受光感度よりも高い
    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。
  3. 前記検出部は、
    前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光の一部を分岐する光分岐部と、
    分岐した光を受光する受光部と、
    を有し、
    前記光分岐部は、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光を他の波長の光よりも優先的に分岐する
    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。
  4. 前記検出部は、
    前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光のうち、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光が他の波長の光よりも優先的に透過する光フィルタと、
    前記光フィルタを透過した光を受光する受光部と、
    を有する
    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。
  5. 前記検出部は、
    前記第1FBGを前記増幅用光ファイバ側から透過する光の一部を吸収して熱に変換する光熱変換部と、
    前記光熱変換部の温度を検出する温度検出部と、
    を有し、
    前記光熱変換部は、前記最大反射波長帯域よりも15nm短い波長から前記最大反射波長帯域よりも15nm長い波長までの光の吸収率が他の波長の光の吸収率よりも高い
    ことを特徴とする請求項1記載のファイバレーザ装置。
  6. 前記励起光源を制御する制御部を更に備え、
    前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーを小さくする
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
  7. 前記制御部は、前記励起光のパワーが小さくされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻す
    ことを特徴とする請求項6に記載のファイバレーザ装置。
  8. 前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさ以上である場合に、前記励起光のパワーをゼロとする
    ことを特徴とする請求項6に記載のファイバレーザ装置。
  9. 前記制御部は、前記励起光のパワーがゼロとされた後、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを元のパワーに戻す
    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。
  10. 前記励起光源を制御する制御部を更に備え、
    前記制御部は、前記検出部で検出される光のパワーが所定の大きさより小さくなった場合に、前記励起光のパワーを大きくする
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019057552A (ja) * 2017-09-20 2019-04-11 株式会社豊田中央研究所 反射鏡、ファイバ共振器、およびファイバレーザ

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9905989B1 (en) * 2016-07-25 2018-02-27 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Method for high-rate fiber laser manufacturing
CN111433549A (zh) 2017-07-17 2020-07-17 分形散热器技术有限责任公司 多重分形散热器系统及方法
EP3745545A1 (en) * 2018-01-23 2020-12-02 Fujikura, Ltd. Monitoring device, laser apparatus, monitoring method, and manufacturing method for laser apparatus
US20240055825A1 (en) * 2022-08-10 2024-02-15 Gip Technology Corporation Control system for a laser source and method for controlling an output power of the laser source
CN117543327A (zh) * 2023-10-12 2024-02-09 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种光纤激光装置的控制方法以及光纤激光装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003139656A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Nec Corp 光ファイバ伝送システム、ラマン利得効率測定装置及びラマン利得効率測定方法
JP2004312391A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Victor Co Of Japan Ltd 光無線伝送装置
JP2007184707A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Victor Co Of Japan Ltd 屋内用光無線伝送システム
JP2007271786A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバ保護体
JP2008166643A (ja) * 2007-01-04 2008-07-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 光学モジュール
JP2009218527A (ja) * 2008-03-13 2009-09-24 Nippon Avionics Co Ltd レーザ樹脂溶着機
WO2011122633A1 (ja) * 2010-03-30 2011-10-06 株式会社フジクラ 光ファイバグレーティングの製造方法、光ファイバグレーティング及びファイバレーザ
JP2012059746A (ja) * 2010-09-06 2012-03-22 Fujikura Ltd ファイバレーザ及びレーザ加工機
JP2012063269A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Sony Corp 測定装置及び測定方法
JP2013200209A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Olympus Corp 蛍光観察方法及び蛍光観察装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2728157B2 (ja) 1992-01-28 1998-03-18 日本電信電話株式会社 光増幅器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003139656A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Nec Corp 光ファイバ伝送システム、ラマン利得効率測定装置及びラマン利得効率測定方法
JP2004312391A (ja) * 2003-04-07 2004-11-04 Victor Co Of Japan Ltd 光無線伝送装置
JP2007184707A (ja) * 2006-01-05 2007-07-19 Victor Co Of Japan Ltd 屋内用光無線伝送システム
JP2007271786A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Furukawa Electric Co Ltd:The 光ファイバ保護体
JP2008166643A (ja) * 2007-01-04 2008-07-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 光学モジュール
JP2009218527A (ja) * 2008-03-13 2009-09-24 Nippon Avionics Co Ltd レーザ樹脂溶着機
WO2011122633A1 (ja) * 2010-03-30 2011-10-06 株式会社フジクラ 光ファイバグレーティングの製造方法、光ファイバグレーティング及びファイバレーザ
JP2012059746A (ja) * 2010-09-06 2012-03-22 Fujikura Ltd ファイバレーザ及びレーザ加工機
JP2012063269A (ja) * 2010-09-16 2012-03-29 Sony Corp 測定装置及び測定方法
JP2013200209A (ja) * 2012-03-26 2013-10-03 Olympus Corp 蛍光観察方法及び蛍光観察装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019057552A (ja) * 2017-09-20 2019-04-11 株式会社豊田中央研究所 反射鏡、ファイバ共振器、およびファイバレーザ

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