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WO2023112591A1 - レーザ装置 - Google Patents

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Publication number
WO2023112591A1
WO2023112591A1 PCT/JP2022/042719 JP2022042719W WO2023112591A1 WO 2023112591 A1 WO2023112591 A1 WO 2023112591A1 JP 2022042719 W JP2022042719 W JP 2022042719W WO 2023112591 A1 WO2023112591 A1 WO 2023112591A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical fiber
return
laser
light
laser light
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/042719
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐司 松岡
フイ カン グェン
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 JP2023567632A priority Critical patent/JP7639180B2/ja
Priority to EP22907122.0A priority patent/EP4450208A4/en
Publication of WO2023112591A1 publication Critical patent/WO2023112591A1/ja
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • 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
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/36—Mechanical coupling means
    • G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
    • G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
    • G02B6/3636—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means the mechanical coupling means being grooves

Definitions

  • the present invention relates to a laser device, and more particularly to a laser device capable of outputting laser light from an output optical fiber having a plurality of optical waveguides.
  • the laser beam irradiated from the laser emitting portion onto the object to be processed is reflected, for example, on the surface of the object to be processed, and returns from the laser emitting portion to the inside of the laser device as return light. be done. Since such returned light can damage the components of the laser system, it is necessary to monitor the returned light during operation of the laser system.
  • return light propagates through the respective optical waveguides independently of each other. There is a need for a technology that can detect light with a simple and inexpensive configuration.
  • the present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides a laser device capable of detecting return light propagating through a plurality of optical waveguides in an output optical fiber with a simple and inexpensive configuration. intended to
  • a laser device capable of detecting return light propagating through a plurality of optical waveguides in an output optical fiber with a simple and inexpensive configuration.
  • This laser device comprises an output optical fiber including a first optical waveguide and a second optical waveguide, at least one first laser light source for generating laser light, and at least one first laser light source for generating laser light.
  • At least one first input optical fiber through which the generated laser light propagates; at least one second laser light source that generates laser light; and the laser light generated by the at least one second laser light source propagating at least one second input optical fiber, said at least one first input optical fiber being optically connected to said first optical waveguide of said output optical fiber, said at least one second An input optical fiber is configured to be optically connected to the second optical waveguide, and the laser light from the at least one first laser light source and the at least one second laser light source is coupled to the output light.
  • an optical combiner capable of being introduced into said first optical waveguide and said second optical waveguide of a fiber; said optical combiner being introduced into said first optical waveguide and said second optical waveguide of said output optical fiber from said optical combiner; a laser emitting section for emitting laser light; and a first return optical fiber through which the first return light propagates from the laser emitting section through the first optical waveguide of the output optical fiber and returning toward the optical combiner. a second return optical fiber through which a second return light returning from the laser emitting portion to the optical combiner through the second optical waveguide of the output optical fiber propagates; and the first return light.
  • a return light detection unit capable of detecting both the first return light propagated through the fiber and the second return light propagated through the second return optical fiber.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a laser device according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section of an output optical fiber of the laser device shown in FIG. 1 together with a refractive index distribution along the radial direction.
  • 3 is a perspective view showing an optical combiner of the laser device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the optical combiner shown in FIG. 3.
  • FIG. 5A is a plan view schematically showing a return light detection section of the laser device shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a graph exemplifying the relationship between the power of the return light propagating through the first return optical fiber and the second return optical fiber shown in FIG. 5B and the voltage detected by the photodetector.
  • FIG. 7A is a plan view schematically showing a return light detection section of a laser device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 7A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a modified example of the returned light detection section shown in FIG.
  • FIG. 9A is a plan view schematically showing the return light detection section of the laser device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a graph exemplifying the relationship between the power of the return light propagating through the first return optical fiber and the second return optical fiber shown in FIG. 9B and the voltage detected by the photodetector.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the return light detection section of the laser device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic block diagram showing the configuration of a laser device according to the fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 1 to 12 An embodiment of a laser device according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 12.
  • FIG. 1 to 12 the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.
  • the scale and dimensions of each component may be exaggerated, and some components may be omitted.
  • terms such as “first” and “second” are used only to distinguish components from each other and indicate a particular rank or order. not a thing
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a laser device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • a laser device 1 includes a plurality of first laser light sources 11 that generate laser light, a plurality of second laser light sources 12 that generate laser light, and a first laser A first input optical fiber 20 through which the laser light generated by the light source 11 propagates, a second input optical fiber 30 through which the laser light generated by the second laser light source 12 propagates, and a plurality of an output optical fiber 40 having an optical waveguide; an optical combiner 2 optically connecting each of the first input optical fiber 20 and the second input optical fiber 30 to the optical waveguide of the output optical fiber 40; , a control unit 4 for controlling the laser light sources 11 and 12, and a stage 5 for holding the object W to be processed.
  • Fiber lasers and semiconductor lasers for example, can be used as the laser light sources 11 and 12 .
  • the laser device 1 in this embodiment includes six first laser light sources 11 and five second laser light sources 12, but the number of laser
  • the laser device 1 includes a first return optical fiber 50, a second return optical fiber 60, and a return light beam capable of detecting light propagating through the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60. and a detection unit 70 .
  • the direction from the laser light sources 11, 12 or the return light detection unit 70 to the laser emitting unit 3 is called the "downstream side” unless otherwise specified, and the opposite direction is called the "upstream side”. side”.
  • FIG. 2 is a diagram showing the cross section of the output optical fiber 40 together with the refractive index distribution along the radial direction.
  • the output optical fiber 40 includes a center core 41, an inner clad 42 surrounding the center core 41, a ring core 43 surrounding the inner clad 42, and an outer clad 44 surrounding the ring core 43. have.
  • the refractive index of the inner clad 42 is lower than that of the center core 41 and the ring core 43
  • the refractive index of the outer clad 44 is lower than that of the ring core 43 .
  • an optical waveguide for example, a first optical waveguide
  • an optical waveguide for example, a second optical waveguide
  • the center core 41 and the ring core 43 which are independent optical waveguides, are concentrically arranged inside the output optical fiber 40.
  • the outer clad 44 is formed around the ring core 43 as a low refractive index medium having a lower refractive index than the ring core 43.
  • Such a low refractive index medium is an outer
  • the material is not limited to a coating layer such as the clad 44.
  • an air layer may be formed around the ring core 43 and used as the low refractive index medium.
  • the outer diameter of the center core 41, the outer diameter of the inner clad 42, the outer diameter of the ring core 43, and the outer diameter of the outer clad 44 of the output optical fiber 40 are important in determining the intensity distribution of the laser light L emitted from the laser emitting part 3. However, it can be arbitrarily set according to the application and output specifications of the laser device 1 . Also, the refractive index of the inner clad 42 and the refractive index of the outer clad 44 may be the same or different.
  • this optical combiner 2 includes a downstream end of a first input optical fiber 20, a downstream end of a first return optical fiber 50 and a first input optical fiber 20 and the first return optical fiber 50, an intermediate optical fiber 90 connected to the bridge fiber 80, the downstream end of the second input optical fiber 30, and the second return light. It includes the downstream end of fiber 60 and the upstream end of output optical fiber 40 .
  • the optical combiner 2 in this embodiment optically connects the downstream end of the first input optical fiber 20 to the center core 41 of the output optical fiber 40, and outputs the downstream end of the second input optical fiber 30. It is optically connected to the ring core 43 of the optical fiber 40 .
  • the first input optical fiber 20 has a core 21 and a clad 22 surrounding the core 21 , and the clad 22 has a lower refractive index than the core 21 .
  • an optical waveguide through which light propagates is formed inside the core 21 of the first input optical fiber 20 . Therefore, laser light generated by the first laser light source 11 propagates through the core 21 of the first input optical fiber 20 .
  • the first return optical fiber 50 has a core 51 and a clad 52 surrounding the core 51 , and the refractive index of the clad 52 is lower than that of the core 51 . As a result, an optical waveguide through which light propagates is formed inside the core 51 of the first return optical fiber 50 .
  • the same optical fiber as the first input optical fiber 20 may be used as the first return optical fiber 50 .
  • first input optical fibers 20A and a first return optical fiber 50 surround one first input optical fiber 20B to form a second optical fiber. It is connected to the bridge fiber 80 while being placed in contact with the outer peripheral surface of one input optical fiber 20B. At this time, the adjacent first input optical fiber 20 and first return optical fiber 50 are in contact with each other. Note that the positions of the first return optical fiber 50 and the first input optical fiber 20B may be interchanged.
  • the bridge fiber 80 has a core 81 and a clad 82 surrounding the core 81 .
  • the clad 82 has a lower refractive index than the core 81 , and an optical waveguide through which light propagates is formed inside the core 81 .
  • the bridge fiber 80 having such a core-clad structure inside has a first cylindrical portion 83 extending with a constant outer diameter along the optical axis and a gradually increasing outer diameter from the first cylindrical portion 83 along the optical axis. and a second cylindrical portion 85 extending from the reduced diameter portion 84 along the optical axis direction with a constant outer diameter.
  • the downstream end of the first input optical fiber 20 and the downstream end of the first return optical fiber 50 are fusion-spliced to the upstream end face (bridge incident face) of the first cylindrical portion 83 .
  • the upstream end of the intermediate optical fiber 90 is fusion spliced to the downstream end face of the second cylindrical portion 85 .
  • the size of the core 81 at the upstream end face of the bridge fiber 80 is such that the core 21 of the first input optical fiber 20 and the core 51 of the first return optical fiber 50 can be included therein.
  • the first input optical fiber 20 and the first return optical fiber 50 are arranged such that the core 21 of the first input optical fiber 20 and the core 51 of the first return optical fiber 50 are in the area of the core 81 at the upstream end face of the bridge fiber 80 .
  • the bridge fiber 80 is configured to propagate the laser light propagating through the core 21 of the first input optical fiber 20 inside the core 81 and reduce the beam diameter by the diameter reducing portion 84 .
  • the refractive index of the core 81 of the bridge fiber 80 is set to that of the first input optical fiber
  • the refractive index of 20 is preferably substantially the same as that of core 21 .
  • the intermediate optical fiber 90 has a core 91 and a clad 92 surrounding the core 91 .
  • the refractive index of the clad 92 is lower than that of the core 91 , and an optical waveguide through which light propagates is formed inside the core 91 .
  • the size of the core 91 of the intermediate optical fiber 90 is equal to or larger than the size of the core 81 at the downstream end face of the bridge fiber 80, and the bridge fiber 80 and the intermediate optical fiber 90 are located at the downstream end face of the bridge fiber 80.
  • Core 81 is fusion spliced so that it lies within the region of core 91 of intermediate optical fiber 90 .
  • the intermediate optical fiber 90 is configured to propagate the laser light propagated from the bridge fiber 80 inside its core 91 .
  • the refractive index of the core 91 of the intermediate optical fiber 90 is set to the refractive index of the core 81 of the bridge fiber 80. It is preferably substantially the same as the ratio.
  • the second input optical fiber 30 has a core 31 and a clad 32 surrounding the core 31 , and the clad 32 has a lower refractive index than the core 31 .
  • an optical waveguide through which light propagates is formed inside the core 31 of the second input optical fiber 30 . Therefore, the laser light generated by the second laser light source 12 propagates inside the core 31 of the second input optical fiber 30 .
  • the second return optical fiber 60 has a core 61 and a clad 62 surrounding the core 61 , and the clad 62 has a lower refractive index than the core 61 .
  • an optical waveguide through which light propagates is formed inside the core 61 of the second return optical fiber 60 .
  • the same optical fiber as the second input optical fiber 30 may be used as the second return optical fiber 60 .
  • the downstream end of the intermediate optical fiber 90 On the upstream end face of the output optical fiber 40 are the downstream end of the intermediate optical fiber 90 described above, the downstream end of the second input optical fiber 30, and the downstream end of the second return optical fiber 60. are spliced together. As shown in FIGS. 3 and 4, in this embodiment, five second input optical fibers 30 and second return optical fibers 60 surround the intermediate optical fiber 90 to is connected to the output optical fiber 40 while being placed in contact with the . At this time, the adjacent second input optical fiber 30, second return optical fiber 60, and intermediate optical fiber 90 are in contact with each other.
  • the downstream end of intermediate optical fiber 90 is fusion spliced to the upstream end of output optical fiber 40 such that core 91 of intermediate optical fiber 90 is located within the area of center core 41 of output optical fiber 40 . .
  • 90% or more (more preferably 95% or more) of the light propagating through the core 91 of the intermediate optical fiber 90 is optically coupled to the center core 41 of the output optical fiber 40 .
  • the downstream end of the second input optical fiber 30 and the downstream end of the second return optical fiber 60 are the core 31 of the second input optical fiber 30 and the core 61 of the second return optical fiber 60 .
  • 90% or more (more preferably 95% or more) of the light propagating through the core 31 of the second input optical fiber 30 is optically coupled to the ring core 43 of the output optical fiber 40.
  • laser light generated by each first laser light source 11 propagates through the core 21 of the first input optical fiber 20 and is introduced into the core 81 of the bridge fiber 80 of the optical combiner 2. .
  • the laser light introduced into the core 81 of the bridge fiber 80 enters the core 91 of the intermediate optical fiber 90 with its beam diameter reduced by the diameter reducing portion 84 .
  • the laser light incident on the core 91 of the intermediate optical fiber 90 propagates through the core 91 and is introduced into the center core 41 of the output optical fiber 40 .
  • the laser light incident on the center core 41 of the output optical fiber 40 propagates inside the center core 41 and is irradiated from the laser emitting section 3 toward the workpiece W on the stage 5 as part of the laser light L (Fig. 1).
  • each second laser light source 12 propagates through the core 31 of the second input optical fiber 30 and is introduced into the ring core 43 of the output optical fiber 40 by the optical combiner 2 .
  • the laser light incident on the ring core 43 of the output optical fiber 40 propagates inside the ring core 43 and is emitted from the laser emission part 3 toward the workpiece W on the stage 5 as part of the laser light L (Fig. 1).
  • the center side contains the laser light generated by the first laser light source 11
  • the outer side contains the laser light generated by the second laser light source 12.
  • Light L is emitted from the laser emitting portion 3 toward the workpiece W on the stage 5 .
  • control unit 4 controls the current supplied to the first laser light source 11 and the current supplied to the second laser light source 12, for example, so that the first laser light source 11 and the second laser light source 12 can be controlled.
  • the control unit 4 controls the power of the laser light generated by the first laser light source 11 and the power of the laser light generated by the second laser light source 12
  • the power of the laser light emitted can be changed.
  • the controller 4 controls the first laser light source 11 and the second laser light source 12 to control the intensity of the laser light introduced from the first laser light source 11 into the center core 41 of the output optical fiber 40 and the second The ratio of the intensity of the laser light introduced from the laser light source 12 of the output optical fiber 40 into the ring core 43 of the output optical fiber 40 can be adjusted. That is, the control unit 4 in this embodiment controls the power of the laser light introduced into the center core 41 of the output optical fiber 40 from the first laser light source 11 and the power of the laser light introduced into the ring core 43 from the second laser light source 12. It is configured so that the power can be changed. Such control by the control unit 4 makes it possible to adjust the power on the center side and the power on the outer side of the laser light L output from the laser emission unit 3 of the laser device 1, thereby facilitating the profile of the laser light L. can be changed.
  • a cladding mode light for removing cladding mode light propagating in the outer cladding 44 of the output optical fiber 40 is provided in the output optical fiber 40 between the optical combiner 2 and the laser emitting section 3.
  • a remover 6 is provided in the output optical fiber 40 between the optical combiner 2 and the laser emitting section 3. Since a known cladding mode removing structure can be used as the cladding mode removing unit 6, the detailed description thereof will be omitted.
  • the cladding mode removing section 6 can remove unnecessary cladding mode light from the laser light propagating through the output optical fiber 40 , so that such cladding mode light is reflected in the laser light L emitted from the laser emission section 3 . It is possible to suppress adverse effects.
  • first return light the light recoupled to the center core 41 of the output optical fiber 40 at the laser emission section 3
  • this first return light is transmitted from the center core 41 of the output optical fiber 40 to the optical combiner 2 .
  • the core 81 of the bridge fiber 80 is optically connected to the core 51 of the first return optical fiber 50, so part of the first return light is The light enters the core 51 of the fiber 50, propagates through the core 51 of the first return optical fiber 50, and reaches the return light detection section 70 described above.
  • the light recombined with the ring core 43 of the output optical fiber 40 at the laser emission section 3 travels from the laser emission section 3 through the ring core 43 toward the optical combiner 2 upstream. propagates through As described above, since the core 61 of the second return optical fiber 60 is optically connected to the ring core 43 of the output optical fiber 40, part of the second return light is The light enters the core 61 of the fiber 60, propagates through the core 61 of the second return optical fiber 60, and reaches the return light detection section 70 described above.
  • the return light detection unit 70 will be described in detail.
  • 5A is a plan view schematically showing the returned light detection section 70
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5A.
  • the return light detection unit 70 in this embodiment includes a fiber accommodation unit 72 in which grooves 71 are formed to accommodate the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60. , the resin 73 for fixing the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60 in the groove 71 of the fiber housing portion 72, and the terminal end portions of the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60.
  • a beam damper 74 connected to the beam damper 74, a frame 75 covering the fiber housing portion 72 and the beam damper 74 (shown through in FIG. 5A), and a photodetector 76 attached to the ceiling surface 75A of the frame 75. contains.
  • the +Z direction in FIG. 5B is referred to as "up” or “upper” and the -Z direction is referred to as “down” or “downward” for convenience.
  • the fiber housing portion 72 includes a base portion 101, a first side wall 102 extending in the +Z direction (height direction) from the base portion 101, and a second side wall 103 extending in the +Z direction at a position separated from the first side wall 102.
  • a first side wall 102 and a second side wall 103 extend parallel to each other along the X direction.
  • the groove 71 of the fiber housing portion 72 is defined by the base portion 101, the first side wall 102 and the second side wall 103, and extends along the X direction.
  • a first return optical fiber 50 and a second return optical fiber 60 are housed in the groove 71 along the X direction. 73.
  • the photodetector 76 is arranged near (above) the two return optical fibers 50 and 60 housed in the groove 71 of the fiber housing portion 72 .
  • a photodetector capable of detecting Rayleigh scattered light is used as the photodetector 76 .
  • a photodetector capable of detecting such Rayleigh scattered light has a high response speed and is capable of highly accurate detection.
  • the Rayleigh scattered light has a power corresponding to the power of the light propagating through the optical fiber regardless of the direction of the light propagating through the optical fiber, a photodetector capable of detecting the Rayleigh scattered light can Only by arranging it on the side of the optical fibers 50 and 60, it is possible to detect the return light propagating inside them.
  • the coating of the return optical fibers 50 and 60 is removed and a high refractive index resin is applied to extract the return light propagating through the return optical fibers 50 and 60.
  • Return light can be detected with a simple configuration without the need for processing such as
  • the first returned light that propagates upstream through the center core 41 of the output optical fiber 40 and the second returned light that propagates upstream through the ring core 43 of the output optical fiber 40 are detected by the returned light detection unit 70 as described above. Both can be detected simultaneously. Therefore, even if the reflected light of the laser beam L reflected on the surface of the workpiece W is recombined with the center core 41 and/or the ring core 43 of the output optical fiber 40, the return light propagates through the center core 41 and/or the ring core 43. can be detected by the returned light detector 70 . In this way, since the return light propagating through different optical waveguides can be detected by a single return light detection section 70, the number of photodetectors 76 required in the return light detection section 70 can be minimized.
  • the detection circuit and the like can be simplified.
  • the return light propagating through different optical waveguides can be detected with a simple and inexpensive configuration, and the influence of these return lights on the laser light sources 11 and 12 and other components in the laser device 1 can be accurately determined. It is possible to evaluate and operate the laser device 1 under safe conditions.
  • the measured voltage when measuring the Rayleigh scattered light of light propagating through an optical fiber with a photodetector is inversely proportional to the square of the distance from the center of the core of the optical fiber to the center of the photodetector. That is, the farther the optical fiber is placed from the photodetector, the less sensitive the photodetector is to light propagating through the optical fiber. In the example shown in FIG.
  • the distance from the center C 1 of the core 51 of the first return optical fiber 50 to the center P of the photodetector 76 and the distance from the center C 2 of the core 61 of the second return optical fiber 60 are arranged such that the distances to the center P of the detector 76 are equal.
  • the sensitivity of the photodetector 76 to the first return light propagating in the first return optical fiber 50 and the light to the second return light propagating in the second return optical fiber 60 are The sensitivity of the detector 76 is equal.
  • the relationship between the power of the first return light propagating through the first return optical fiber 50 and the voltage detected by the photodetector 76 is as shown in FIG.
  • the relationship between the power of the second return light propagating through and the voltage detected by the photodetector 76 is also as shown in FIG.
  • the configuration is such that an abnormality is determined when the detected voltage of the photodetector 76 exceeds the threshold value of 0.5 V, the power of the return light propagating through the center core 41 and/or the ring core 43 exceeds 1000 W. When it exceeds, it can be determined that there is an abnormality.
  • the detection signal of the returned light detection section 70 is input to the control section 4. Therefore, the control section 4 can appropriately control the first laser light source 11 and the second laser light source 12 according to the detection result of the return light detection section 70 .
  • the control unit 4 determines from the detection signal of the return light detection unit 70 that the amount of the first return light and/or the second return light is increasing (in the above example, the detection voltage is 0. 5 V)
  • the output of the first laser light source 11 and/or the second laser light source 12 is reduced, or the output of the first laser light source 11 and/or the second laser light source is stopped. 12 may be controlled. In this manner, by controlling the first laser light source 11 and the second laser light source 12 by the control unit 4 when an abnormality occurs in the laser device 1, it is possible to prevent the laser device 1 from breaking down. .
  • the intensity of the first return light is considered to be lower than that of the laser light generated by the first laser light source 11, When the laser light propagates, it becomes difficult to detect the first return light.
  • the first input optical fiber 20 connected to the first laser light source 11 and the first return optical fiber 50 are both optically connected to the center core 41 of the output optical fiber 40. Therefore, the structure is such that the laser light generated by the first laser light source 11 is less likely to enter the first return optical fiber 50 . Therefore, in the return light detection section 70, the influence of the laser light generated by the first laser light source 11 is reduced, and the first return light can be detected with high accuracy.
  • the intensity of the second return light is also considered to be low relative to the laser light and the laser light generated by the second laser light source 12 . Therefore, when the laser light generated by the second laser light source 12 propagates through the second return optical fiber 60, it becomes difficult to detect the second return light.
  • both the second input optical fiber 30 connected to the second laser light source 12 and the second return optical fiber 60 are optically connected to the ring core 43 of the output optical fiber 40. Therefore, the structure is such that the laser light generated by the second laser light source 12 is less likely to enter the second return optical fiber 60 . Therefore, in the return light detection section 70, the influence of the laser light generated by the second laser light source 12 is reduced, and the second return light can be detected with high accuracy.
  • the optical combiner 2 in this embodiment is configured such that the plurality of first input optical fibers 20 are connected to the center core 41 of the output optical fiber 40 by the bridge fiber 80 having the reduced diameter portion 84 and the intermediate optical fiber 90. , the laser light from the plurality of first laser light sources 11 can be introduced into the center core 41 of the output optical fiber 40, and the power of the laser light output from the center core 41 of the output optical fiber 40 is increased. be able to.
  • FIG. 7A is a plan view schematically showing the returned light detection section 170 of the laser device according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 7A.
  • the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60 are accommodated inside the single groove 71 formed in the fiber accommodation portion 72, but in this embodiment , and the fiber accommodating portion 172 formed with two grooves 171A and 171B extending in parallel along the X direction.
  • the groove 171A (first groove) accommodates the first return optical fiber 50
  • the second groove accommodates the second return optical fiber 60 .
  • the fiber housing portion 172 includes a base portion 201, a first side wall 202 extending in the +Z direction (height direction) from the base portion 201, and a first side wall 202 extending in the +Z direction at a position spaced apart from the first side wall 202. 2 side walls 203 and an intermediate wall 204 extending in the +Z direction between the first side wall 202 and the second side wall 203 .
  • the first side wall 202, the second side wall 203, and the intermediate wall 204 extend parallel to each other along the X direction.
  • the groove 171A of the fiber housing portion 172 is defined by the base portion 201, the first side wall 202 and the intermediate wall 204, and extends along the X direction.
  • the first return optical fiber 50 is accommodated inside the groove 171A along the X direction, and the first return optical fiber 50 is fixed at both ends of the fiber accommodation portion 172 in the X direction with resin 173A.
  • the groove 171B of the fiber housing portion 172 is defined by the base portion 201, the intermediate wall 204 and the second side wall 203 and extends along the X direction.
  • the second return optical fiber 60 is accommodated in the X direction inside the groove 171B, and the second return optical fiber 60 is fixed at both ends of the fiber accommodation portion 172 in the X direction with resin 173B. In this way, each return optical fiber 50, 60 can be secured in a separate groove 171A, 171B so that each return optical fiber 50, 60 can be more accurately and easily positioned.
  • the height of the intermediate wall 204 from the base 201 is less than the height of the first sidewall 202 and the second sidewall 203 from the base 201 so that the intermediate wall 204 of 172 does not interfere.
  • the center core 41 and the ring core 43 may differ in resistance to return light in the output optical fiber 40, for example, the center core 41 is detected as abnormal when the return light exceeding 1000 W is propagated, and the ring core 43 is detected as being abnormal. It is conceivable that it may be desirable to treat return light exceeding 2000 W as an anomaly when it propagates. The following embodiments are applicable in such cases.
  • FIG. 9A is a plan view schematically showing a return light detection section 270 of a laser device according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 9A.
  • the center P of the photodetector 76 is equidistant from the center C 1 of the first return optical fiber 50 and the center C 2 of the second return optical fiber 60, and the first The sensitivity of the photodetector 76 to the first return light propagating through the return optical fiber 50 is equal to the sensitivity of the photodetector 76 to the second return light propagating through the second return optical fiber 60.
  • the sensitivity of the photodetector 76 to the second return light propagating through the second return optical fiber 60 is changed to that propagating through the first return optical fiber 50. is lower than the sensitivity of the photodetector 76 to the first returned light.
  • the relationship between the power of the first return light propagating through the first return optical fiber 50 and the power of the second return light propagating through the second return optical fiber 60 and the voltage detected by the photodetector 76 is shown in FIG. 10. Therefore, when it is determined that an abnormality occurs when the detected voltage of the photodetector 76 exceeds the threshold value of 0.5 V, the power of the first return light propagating through the center core 41 exceeds 1000 W. When the power of the second returned light propagating through the ring core 43 exceeds 2000 W, it can be determined to be abnormal. Abnormalities can be detected according to differences in resistance.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the returned light detection section 370 according to the fourth embodiment of the invention.
  • the sensitivity of the photodetector 76 to the first return light and the second return light is adjusted by shifting the position of the photodetector 76 in the Y direction.
  • the sensitivity of the photodetector 76 can also be adjusted by the configuration shown.
  • the returned light detector 370 in this embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment shown in FIG.
  • the second return optical fiber 60 is accommodated and fixed in this deeper groove 171B.
  • the second return optical fiber 60 is positioned in the -Z direction from the first return optical fiber 50, and the distance from the center C2 of the second return optical fiber 60 to the center P of the photodetector 76 is , is longer than the distance from the center C 1 of the first return optical fiber 50 to the center P of the photodetector 76 . Therefore, the sensitivity of the photodetector 76 to the second return light propagating through the second return optical fiber 60 is greater than the sensitivity of the photodetector 76 to the first return light propagating through the first return optical fiber 50. lower.
  • the inner surface of one of the grooves 171A and 171B is gold-plated to increase the light reflectance.
  • Part of the first return light propagating through one return optical fiber 50 is reflected on the inner surface of the groove 171A, and the first return light propagating through the first return optical fiber 50 is transferred to the second return optical fiber 60.
  • the sensitivity of the photodetector 76 to the first returned light can be made higher than the sensitivity of the photodetector 76 to the second returned light.
  • the inner surface of one of the grooves 171A and 171B can be alumite treated to absorb light
  • the inner surface of the groove 171B is alumite treated so that the second return optical fiber 60 propagates through the second return optical fiber 60. part of the return light is absorbed by the inner surface of the groove 171B, and the second return light propagating through the second return optical fiber 60 is more light than the first return light propagating through the first return optical fiber 50. It can be made difficult to enter the detector 76 . Thereby, the sensitivity of the photodetector 76 to the second return light can be made lower than the sensitivity of the photodetector 76 to the first return light.
  • FIG. 12 is a schematic block diagram showing the configuration of a laser device 401 according to the fifth embodiment of the invention.
  • the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60 are directly connected to the return light detector 70.
  • the first return light The fiber 50 and the second return optical fiber 60 are connected to an optical combiner 500 , and the return light propagating through the first return optical fiber 50 and the second return optical fiber 60 is combined by the optical combiner 500 into an optical fiber 510 .
  • the return light propagating through the optical fiber 510 may be detected by the return light detector 70 .
  • the output optical fiber 40 in the above-described embodiment has two optical waveguides consisting of the center core 41 and the ring core 43, the output optical fiber 40 may have three or more optical waveguides, Also, the cross-sectional shape of the core is not limited to the illustrated circular shape or annular shape.
  • the wavelength of the laser light may be different between the multiple first laser light sources 11 or between the multiple second laser light sources 12 .
  • the optical combiner 2 described above is an optical combiner configured by fusion splicing optical fibers.
  • the form is not limited to this.
  • the resins 73, 173A, 173B for fixing the return optical fibers 50, 60 are arranged at both ends of the grooves 71, 171A, 171B of the fiber accommodating portions 72, 172 in the X direction.
  • the resin 73, 173A, 173B may be arranged in other locations of the grooves 71, 171A, 171B of the fiber accommodating portions 72, 172, or the resin 73 may be arranged over the entire length of the grooves 71, 171A, 171B.
  • 173A, 173B may be filled.
  • a laser device capable of detecting return light propagating through a plurality of optical waveguides in an output optical fiber with a simple and inexpensive configuration.
  • This laser device comprises an output optical fiber including a first optical waveguide and a second optical waveguide, at least one first laser light source for generating laser light, and at least one first laser light source for generating laser light.
  • At least one first input optical fiber through which the generated laser light propagates; at least one second laser light source that generates laser light; and the laser light generated by the at least one second laser light source propagating at least one second input optical fiber, said at least one first input optical fiber being optically connected to said first optical waveguide of said output optical fiber, said at least one second An input optical fiber is configured to be optically connected to the second optical waveguide, and the laser light from the at least one first laser light source and the at least one second laser light source is coupled to the output light.
  • an optical combiner capable of being introduced into said first optical waveguide and said second optical waveguide of a fiber; said optical combiner being introduced into said first optical waveguide and said second optical waveguide of said output optical fiber from said optical combiner; a laser emitting section for emitting laser light; and a first return optical fiber through which the first return light propagates from the laser emitting section through the first optical waveguide of the output optical fiber and returning toward the optical combiner. a second return optical fiber through which a second return light returning from the laser emitting portion to the optical combiner through the second optical waveguide of the output optical fiber propagates; and the first return light.
  • a return light detection unit capable of detecting both the first return light propagated through the fiber and the second return light propagated through the second return optical fiber.
  • the reflected light or the like is recoupled to either the first optical waveguide or the second optical waveguide of the output optical fiber, and becomes return light to the first optical waveguide or the second optical waveguide.
  • the returned light detector can detect the first returned light propagating through the first optical waveguide and the second returned light propagating through the second optical waveguide.
  • returned light propagating through different optical waveguides can be detected by a single returned light detection section, so the number of detectors required in the returned light detection section can be minimized, and detection Circuits can also be simplified.
  • the return light propagating through different optical waveguides can be detected with a simple and inexpensive configuration, and the effects of these return lights on the laser light source and other components in the laser device can be accurately evaluated. It becomes possible to operate the laser device under safe conditions.
  • the return light detection unit detects Rayleigh scattered light of the first return light that has propagated through the first return optical fiber and Rayleigh scattered light of the second return light that has propagated through the second return optical fiber.
  • the return light detection unit preferably includes a photodetector that can also detect the Since such a photodetector can detect the returned light simply by arranging it on the side of the return optical fiber, the coating of the return optical fiber must be removed to extract the return light propagating through the return optical fiber. Returned light can be detected with a simple configuration without the need for processing such as applying a refractive index resin.
  • the return light detection section includes a fiber accommodation section formed with at least one groove for accommodating the first return optical fiber and the second return optical fiber along and at least one of the fiber accommodation sections. It is preferable that the groove contains resin for fixing the first return optical fiber and the second return optical fiber. By fixing the return optical fiber inside the groove using resin, the return optical fiber can be accurately and easily positioned.
  • the fiber housing portion includes a base, a first side wall extending in the height direction from the base, a second side wall extending in the height direction from the base at a position spaced apart from the first side wall, and the second side wall.
  • the at least one groove of the fiber receiving portion is defined by the base portion, the first side wall, and the intermediate wall, and includes a first groove along which the first return optical fiber is received, and the base portion. and a second groove defined by said intermediate wall and said second side wall for accommodating said second return optical fiber therewith.
  • the height of the intermediate wall from the base may be lower than the height of the first side wall and the second side wall from the base.
  • the output optical fiber includes a center core as the first optical waveguide formed at the center, an inner clad having a lower refractive index than the center core and surrounding the center core, and the inner clad.
  • a ring core as the second optical waveguide that has a higher refractive index than the refractive index and surrounds the inner clad; and a low refractive index that has a lower refractive index than the ring core and surrounds the ring core. and a refractive index medium.
  • the laser device detects the at least one first laser light source and the at least one second laser light source based on the first returned light and the second returned light detected by the returned light detection section.
  • the control unit for controlling the
  • the present invention is suitably used for a laser device capable of outputting laser light from an output optical fiber having a plurality of optical waveguides.
  • Reference Signs List 1 401 laser device 2 optical combiner 3 laser emitting section 4 control section 5 stage 6 cladding mode removing section 11 first laser light source 12 second laser light source 20 first input optical fiber 30 second input optical fiber 40 output Optical fiber 41 Center core 42 Inner clad 43 Ring core 44 Outer clad 50 First return optical fiber 60 Second return optical fiber 70, 170, 270, 370 Return light detector 71 Groove 72, 172 Fiber housing 73, 173A, 173B Resin 74 Beam damper 75 Frame 76 Photodetector 80 Bridge fiber 90 Intermediate optical fiber 101, 201 Base 102, 202 First side wall 103, 203 Second side wall 171A (first) groove 171B (second) groove 204 Intermediate wall 500 Optical combiner 510 Optical fiber L Laser beam W Object to be processed

Landscapes

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Abstract

出力光ファイバ中の複数の光導波路を伝搬する戻り光を簡易で安価な構成で検出することができるレーザ装置を提供する。レーザ装置１は、センタコア４１とリングコア４３とを含む出力光ファイバ４０と、レーザ光を生成する複数のレーザ光源１１，１２と、レーザ光が伝搬する入力光ファイバ２０，３０と、入力光ファイバ２０，３０が出力光ファイバ４０のセンタコア４１とリングコア４３に光学的に接続されるように構成される光コンバイナ５０と、出力光ファイバ４０のセンタコア４１とリングコア４３に導入されたレーザ光を出射するレーザ出射部６０と、レーザ出射部６０から出力光ファイバ４０のセンタコア４１を通って光コンバイナ５０に向かって戻る第１の戻り光とレーザ出射部６０から出力光ファイバ４０のリングコア４３を通って光コンバイナ５０に向かって戻る第２の戻り光とを併せて検出可能な戻り光検出部７とを備える。

Description

レーザ装置
　本発明は、レーザ装置に係り、特に複数の光導波路を有する出力光ファイバからレーザ光を出力可能なレーザ装置に関するものである。
　レーザ加工の分野では、加工速度や加工品質などの加工性能を向上する上で、加工対象物に照射するレーザ光のビームプロファイルを加工対象物の材料や厚みに合わせて変更することが重要である。近年、このような観点から、出力側の光ファイバに複数の光導波路を形成し、これらの光導波路のそれぞれに導入するレーザ光を制御することによって、加工対象物に照射されるレーザ光のビームプロファイルを所望の形態に変化させることができる技術も開発されている。例えば、異なる光源からのレーザ光を出力光ファイバの中心コアとその周囲に配置された外側コアとに導入してレーザ加工を行うレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　このようなレーザ装置においては、レーザ出射部から加工対象物に照射されたレーザ光が、例えば加工対象物の表面で反射してレーザ出射部から戻り光としてレーザ装置内に戻ってくることが考えられる。そのような戻り光はレーザ装置の構成要素にダメージを与える可能性があるため、レーザ装置の作動中に戻り光をモニタリングしておく必要がある。特に、上述のように複数の光導波路を有する出力光ファイバを用いる場合には、戻り光はそれぞれの光導波路の内部を互いに独立して伝搬することになるが、複数の光導波路を伝搬する戻り光を簡易で安価な構成で検出できる技術が必要とされている。
特表２０１８－５２４１７４号公報
　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、出力光ファイバ中の複数の光導波路を伝搬する戻り光を簡易で安価な構成で検出することができるレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様によれば、出力光ファイバ中の複数の光導波路を伝搬する戻り光を簡易で安価な構成で検出することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、第１の光導波路と第２の光導波路とを含む出力光ファイバと、レーザ光を生成する少なくとも１つの第１のレーザ光源と、上記少なくとも１つの第１のレーザ光源で生成された上記レーザ光が伝搬する少なくとも１つの第１の入力光ファイバと、レーザ光を生成する少なくとも１つの第２のレーザ光源と、上記少なくとも１つの第２のレーザ光源で生成された上記レーザ光が伝搬する少なくとも１つの第２の入力光ファイバと、上記少なくとも１つの第１の入力光ファイバが上記出力光ファイバの上記第１の光導波路に光学的に接続され、上記少なくとも１つの第２の入力光ファイバが上記第２の光導波路に光学的に接続されるように構成され、上記少なくとも１つの第１のレーザ光源及び上記少なくとも１つの第２のレーザ光源からの上記レーザ光を上記出力光ファイバの上記第１の光導波路及び上記第２の光導波路に導入可能な光コンバイナと、上記光コンバイナから上記出力光ファイバの上記第１の光導波路及び上記第２の光導波路に導入された上記レーザ光を出射するレーザ出射部と、上記レーザ出射部から上記出力光ファイバの上記第１の光導波路を通って上記光コンバイナに向かって戻る第１の戻り光が伝搬する第１の戻り光ファイバと、上記レーザ出射部から上記出力光ファイバの上記第２の光導波路を通って上記光コンバイナに向かって戻る第２の戻り光が伝搬する第２の戻り光ファイバと、上記第１の戻り光ファイバを伝搬してきた上記第１の戻り光と上記第２の戻り光ファイバを伝搬してきた上記第２の戻り光とを併せて検出可能な戻り光検出部とを備える。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ装置の構成を示す模式的ブロック図である。 図２は、図１に示すレーザ装置の出力光ファイバの断面を半径方向に沿った屈折率分布とともに示す図である。 図３は、図１に示すレーザ装置の光コンバイナを示す斜視図である。 図４は、図３に示す光コンバイナの分解斜視図である。 図５Ａは、図１に示すレーザ装置の戻り光検出部を模式的に示す平面図である。 図５Ｂは、図５ＡのＡ－Ａ線断面図である。 図６は、図５Ｂに示す第１の戻り光ファイバ及び第２の戻り光ファイバを伝搬する戻り光のパワーと光検出器による検出電圧との関係を例示的に示すグラフである。 図７Ａは、本発明の第２の実施形態におけるレーザ装置の戻り光検出部を模式的に示す平面図である。 図７Ｂは、図７ＡのＢ－Ｂ線断面図である。 図８は、図７に示す戻り光検出部の変形例を模式的に示す断面図である。 図９Ａは、本発明の第３の実施形態におけるレーザ装置の戻り光検出部を模式的に示す平面図である。 図９Ｂは、図９ＡのＣ－Ｃ線断面図である。 図１０は、図９Ｂに示す第１の戻り光ファイバ及び第２の戻り光ファイバを伝搬する戻り光のパワーと光検出器による検出電圧との関係を例示的に示すグラフである。 図１１は、本発明の第４の実施形態におけるレーザ装置の戻り光検出部を模式的に示す断面図である。 図１２は、本発明の第５の実施形態におけるレーザ装置の構成を示す模式的ブロック図である。
　以下、本発明に係るレーザ装置の実施形態について図１から図１２を参照して詳細に説明する。図１から図１２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。また、図１から図１２においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。以下の説明では、特に言及がない場合には、「第１」や「第２」などの用語は、構成要素を互いに区別するために使用されているだけであり、特定の順位や順番を表すものではない。
　図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザ装置１の構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すように、本実施形態におけるレーザ装置１は、レーザ光を生成する複数の第１のレーザ光源１１と、レーザ光を生成する複数の第２のレーザ光源１２と、第１のレーザ光源１１で生成されたレーザ光が伝搬する第１の入力光ファイバ２０と、第２のレーザ光源１２で生成されたレーザ光が伝搬する第２の入力光ファイバ３０と、後述するように複数の光導波路を有する出力光ファイバ４０と、第１の入力光ファイバ２０及び第２の入力光ファイバ３０のそれぞれを出力光ファイバ４０の光導波路に光学的に接続する光コンバイナ２と、出力光ファイバ４０の端部に設けられたレーザ出射部３と、レーザ光源１１，１２を制御する制御部４と、加工対象物Ｗを保持するステージ５とを備えている。レーザ光源１１，１２としては例えばファイバレーザや半導体レーザを用いることができる。本実施形態におけるレーザ装置１は、６つの第１のレーザ光源１１と５つの第２のレーザ光源１２とを含んでいるが、レーザ光源１１，１２の数はこれらに限られるものではない。
　また、レーザ装置１は、第１の戻り光ファイバ５０と、第２の戻り光ファイバ６０と、第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する光を検出可能な戻り光検出部７０とを含んでいる。なお、本実施形態では、特に言及がない場合には、レーザ光源１１，１２又は戻り光検出部７０からレーザ出射部３に向かう方向を「下流側」といい、それとは逆の方向を「上流側」ということとする。
　図２は、出力光ファイバ４０の断面を半径方向に沿った屈折率分布とともに示す図である。図２に示すように、出力光ファイバ４０は、センタコア４１と、センタコア４１の周囲を覆う内側クラッド４２と、内側クラッド４２の周囲を覆うリングコア４３と、リングコア４３の周囲を覆う外側クラッド４４とを有している。内側クラッド４２の屈折率はセンタコア４１及びリングコア４３の屈折率よりも低くなっており、外側クラッド４４の屈折率はリングコア４３の屈折率よりも低くなっている。これにより、センタコア４１の内部には光が伝搬する光導波路（例えば第１の光導波路）が形成され、リングコア４３の内部には光が伝搬する光導波路（例えば第２の光導波路）が形成される。このように、本実施形態では、それぞれ独立した光導波路であるセンタコア４１とリングコア４３とが出力光ファイバ４０の内部に同心状に配置されている。また、本実施形態では、リングコア４３の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率媒質として、リングコア４３の周囲に外側クラッド４４が形成されているが、このような低屈折率媒質は、外側クラッド４４のような被覆層に限られるものではなく、例えばリングコア４３の周囲に空気の層を形成し、この空気の層を低屈折率媒質として用いてもよい。
　出力光ファイバ４０のセンタコア４１の外径、内側クラッド４２の外径、リングコア４３の外径、及び外側クラッド４４の外径はレーザ出射部３から出射されるレーザ光Ｌの強度分布を決定する重要なファクターであるが、レーザ装置１の用途や出力仕様に応じて任意に設定することができる。また、内側クラッド４２の屈折率と外側クラッド４４の屈折率とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　図３は光コンバイナ２を示す斜視図、図４は分解斜視図である。図３及び図４に示すように、この光コンバイナ２は、第１の入力光ファイバ２０の下流側端部と、第１の戻り光ファイバ５０の下流側端部と、第１の入力光ファイバ２０及び第１の戻り光ファイバ５０が接続されるブリッジファイバ８０と、ブリッジファイバ８０に接続される中間光ファイバ９０と、第２の入力光ファイバ３０の下流側端部と、第２の戻り光ファイバ６０の下流側端部と、出力光ファイバ４０の上流側端部とを含んでいる。本実施形態における光コンバイナ２は、第１の入力光ファイバ２０の下流側端部を出力光ファイバ４０のセンタコア４１に光学的に接続し、第２の入力光ファイバ３０の下流側端部を出力光ファイバ４０のリングコア４３に光学的に接続するものである。
　第１の入力光ファイバ２０は、コア２１と、コア２１の周囲を覆うクラッド２２とを有しており、クラッド２２の屈折率はコア２１の屈折率よりも低くなっている。これにより、第１の入力光ファイバ２０のコア２１の内部には光が伝搬する光導波路が形成される。したがって、第１のレーザ光源１１で生成されたレーザ光は、第１の入力光ファイバ２０のコア２１を伝搬するようになっている。
　第１の戻り光ファイバ５０は、コア５１と、コア５１の周囲を覆うクラッド５２とを有しており、クラッド５２の屈折率はコア５１の屈折率よりも低くなっている。これにより、第１の戻り光ファイバ５０のコア５１の内部には光が伝搬する光導波路が形成される。この第１の戻り光ファイバ５０として第１の入力光ファイバ２０と同一の光ファイバを用いてもよい。
　図３及び図４に示すように、本実施形態においては、５本の第１の入力光ファイバ２０Ａと第１の戻り光ファイバ５０とが１本の第１の入力光ファイバ２０Ｂを取り囲んで第１の入力光ファイバ２０Ｂの外周面に接するように配置された状態でブリッジファイバ８０に接続されている。このとき、隣り合う第１の入力光ファイバ２０及び第１の戻り光ファイバ５０は互いに接した状態となっている。なお、第１の戻り光ファイバ５０と第１の入力光ファイバ２０Ｂの位置を入れ替えてもよい。
　ブリッジファイバ８０は、コア８１と、コア８１の周囲を覆うクラッド８２とを有している。クラッド８２の屈折率はコア８１の屈折率よりも低くなっており、コア８１の内部には光が伝搬する光導波路が形成されている。例えば、コア８１の周囲に空気の層を形成し、この空気の層をクラッド８２の代わりに用いることも可能である。このようなコア－クラッド構造を内部に有するブリッジファイバ８０は、光軸に沿って一定の外径で延びる第１の円筒部８３と、第１の円筒部８３から光軸に沿って次第に外径が小さくなる縮径部８４と、縮径部８４から光軸方向に沿って一定の外径で延びる第２の円筒部８５とを含んでいる。
　第１の円筒部８３の上流側端面（ブリッジ入射面）には、第１の入力光ファイバ２０の下流側端部と第１の戻り光ファイバ５０の下流側端部とが融着接続されている。また、第２の円筒部８５の下流側端面には、中間光ファイバ９０の上流側端部が融着接続されている。ブリッジファイバ８０の上流側端面におけるコア８１の大きさは、第１の入力光ファイバ２０のコア２１及び第１の戻り光ファイバ５０のコア５１を内部に包含できるような大きさとなっており、第１の入力光ファイバ２０及び第１の戻り光ファイバ５０は、第１の入力光ファイバ２０のコア２１及び第１の戻り光ファイバ５０のコア５１がブリッジファイバ８０の上流側端面におけるコア８１の領域内に位置するようにブリッジファイバ８０に融着接続される。これにより、第１の入力光ファイバ２０のコア２１を伝搬する光の９０％以上（より好ましくは９５％以上）の光がブリッジファイバ８０のコア８１に光学的に結合するようになっている。
　このように、ブリッジファイバ８０は、第１の入力光ファイバ２０のコア２１を伝搬するレーザ光をそのコア８１の内部に伝搬させ、縮径部８４によってそのビーム径を小さくするように構成されている。なお、第１の入力光ファイバ２０のコア２１からブリッジファイバ８０のコア８１にレーザ光が入射する際の反射を抑えるために、ブリッジファイバ８０のコア８１の屈折率は、第１の入力光ファイバ２０のコア２１の屈折率と略同一であることが好ましい。
　中間光ファイバ９０は、コア９１と、コア９１の周囲を覆うクラッド９２とを有している。クラッド９２の屈折率はコア９１の屈折率よりも低くなっており、コア９１の内部には光が伝搬する光導波路が形成されている。中間光ファイバ９０のコア９１の大きさは、ブリッジファイバ８０の下流側端面におけるコア８１の大きさ以上となっており、ブリッジファイバ８０と中間光ファイバ９０とは、ブリッジファイバ８０の下流側端面におけるコア８１が中間光ファイバ９０のコア９１の領域内に位置するように融着接続される。これにより、ブリッジファイバ８０のコア８１を伝搬する光の９０％以上（より好ましくは９５％以上）の光が中間光ファイバ９０のコア９１に光学的に結合するようになっている。このように、中間光ファイバ９０は、ブリッジファイバ８０から伝搬してきたレーザ光をそのコア９１の内部に伝搬させるように構成されている。なお、ブリッジファイバ８０のコア８１から中間光ファイバ９０のコア９１にレーザ光が入射する際の反射を抑えるために、中間光ファイバ９０のコア９１の屈折率は、ブリッジファイバ８０のコア８１の屈折率と略同一であることが好ましい。
　第２の入力光ファイバ３０は、コア３１と、コア３１の周囲を覆うクラッド３２とを有しており、クラッド３２の屈折率はコア３１の屈折率よりも低くなっている。これにより、第２の入力光ファイバ３０のコア３１の内部には光が伝搬する光導波路が形成される。したがって、第２のレーザ光源１２で生成されたレーザ光は、第２の入力光ファイバ３０のコア３１の内部を伝搬するようになっている。
　第２の戻り光ファイバ６０は、コア６１と、コア６１の周囲を覆うクラッド６２とを有しており、クラッド６２の屈折率はコア６１の屈折率よりも低くなっている。これにより、第２の戻り光ファイバ６０のコア６１の内部には光が伝搬する光導波路が形成される。この第２の戻り光ファイバ６０として第２の入力光ファイバ３０と同一の光ファイバを用いてもよい。
　出力光ファイバ４０の上流側端面には、上述した中間光ファイバ９０の下流側端部と、第２の入力光ファイバ３０の下流側端部と、第２の戻り光ファイバ６０の下流側端部とが融着接続されている。図３及び図４に示すように、本実施形態においては、５本の第２の入力光ファイバ３０と第２の戻り光ファイバ６０とが中間光ファイバ９０を取り囲んで中間光ファイバ９０の外周面に接するように配置された状態で出力光ファイバ４０に接続されている。このとき、隣り合う第２の入力光ファイバ３０、第２の戻り光ファイバ６０、及び中間光ファイバ９０は互いに接した状態となっている。
　中間光ファイバ９０の下流側端部は、中間光ファイバ９０のコア９１が出力光ファイバ４０のセンタコア４１の領域内に位置するように出力光ファイバ４０の上流側端部に融着接続されている。これにより、中間光ファイバ９０のコア９１を伝搬する光の９０％以上（より好ましくは９５％以上）の光が出力光ファイバ４０のセンタコア４１に光学的に結合するようになっている。また、第２の入力光ファイバ３０の下流側端部及び第２の戻り光ファイバ６０の下流側端部は、第２の入力光ファイバ３０のコア３１及び第２の戻り光ファイバ６０のコア６１が出力光ファイバ４０のリングコア４３の領域内に位置するように出力光ファイバ４０の上流側端部に融着接続されている。これにより、第２の入力光ファイバ３０のコア３１を伝搬する光の９０％以上（より好ましくは９５％以上）の光が出力光ファイバ４０のリングコア４３に光学的に結合するようになっている。
　このような構成において、それぞれの第１のレーザ光源１１で生成されたレーザ光は、第１の入力光ファイバ２０のコア２１を伝搬して光コンバイナ２のブリッジファイバ８０のコア８１に導入される。ブリッジファイバ８０のコア８１に導入されたレーザ光は、縮径部８４によってそのビーム径が小さくされた状態で中間光ファイバ９０のコア９１に入射する。中間光ファイバ９０のコア９１に入射したレーザ光は、コア９１を伝搬して出力光ファイバ４０のセンタコア４１に導入される。出力光ファイバ４０のセンタコア４１に入射したレーザ光は、センタコア４１の内部を伝搬してレーザ出射部３からレーザ光Ｌの一部としてステージ５上の加工対象物Ｗに向けて照射される（図１参照）。
　また、それぞれの第２のレーザ光源１２で生成されたレーザ光は、第２の入力光ファイバ３０のコア３１を伝搬して光コンバイナ２により出力光ファイバ４０のリングコア４３に導入される。出力光ファイバ４０のリングコア４３に入射したレーザ光は、リングコア４３の内部を伝搬してレーザ出射部３からレーザ光Ｌの一部としてステージ５上の加工対象物Ｗに向けて出射される（図１参照）。
　このように、本実施形態のレーザ装置１においては、中心側に第１のレーザ光源１１で生成されたレーザ光を含み、その外側に第２のレーザ光源１２で生成されたレーザ光を含むレーザ光Ｌがレーザ出射部３からステージ５上の加工対象物Ｗに向けて照射される。
　ここで、制御部４は、例えば第１のレーザ光源１１に供給する電流及び第２のレーザ光源１２に供給する電流を制御することなどによって、第１のレーザ光源１１及び第２のレーザ光源１２を制御できるようになっている。このように、制御部４によって第１のレーザ光源１１及び第２のレーザ光源１２を制御することによって、第１のレーザ光源１１によって生成されるレーザ光のパワー及び第２のレーザ光源１２によって生成されるレーザ光のパワーを変更することができる。したがって、制御部４によって第１のレーザ光源１１及び第２のレーザ光源１２を制御して、第１のレーザ光源１１から出力光ファイバ４０のセンタコア４１に導入されるレーザ光の強度と、第２のレーザ光源１２から出力光ファイバ４０のリングコア４３に導入されるレーザ光の強度の割合を調整することができる。すなわち、本実施形態における制御部４は、第１のレーザ光源１１から出力光ファイバ４０のセンタコア４１に導入されるレーザ光のパワーと第２のレーザ光源１２からリングコア４３に導入されるレーザ光のパワーとを変更できるように構成されている。このような制御部４による制御により、レーザ装置１のレーザ出射部３から出力されるレーザ光Ｌの中心側のパワーとその外側のパワーを調整することができ、レーザ光Ｌのプロファイルを容易に変化させることができる。
　ここで、図１に示すように、光コンバイナ２とレーザ出射部３との間の出力光ファイバ４０には、出力光ファイバ４０の外側クラッド４４を伝搬するクラッドモード光を除去するためのクラッドモード除去部６が設けられている。このクラッドモード除去部６としては公知のクラッドモード除去構造を用いることができるため、その詳細については説明を省略する。このクラッドモード除去部６によって、出力光ファイバ４０を伝搬するレーザ光から不要なクラッドモード光を除去することができるため、このようなクラッドモード光がレーザ出射部３から出射されるレーザ光Ｌに悪影響を与えることを抑制できる。
　例えば、レーザ出射部３からステージ５上の加工対象物Ｗに向けてレーザ光Ｌを照射して加工対象物Ｗを加工する際には、レーザ光Ｌが加工対象物Ｗの表面で反射して、この反射光がレーザ出射部３で出力光ファイバ４０に再結合することが考えられる。このような光のうち、レーザ出射部３で出力光ファイバ４０のセンタコア４１に再結合した光（以下、「第１の戻り光」という）は、レーザ出射部３からセンタコア４１を通って上流の光コンバイナ２に向かって伝搬する。出力光ファイバ４０のセンタコア４１には、光コンバイナ２の中間光ファイバ９０のコア９１が光学的に接続されているため、この第１の戻り光は、出力光ファイバ４０のセンタコア４１から光コンバイナ２の中間光ファイバ９０のコア９１に導入され、ブリッジファイバ８０のコア８１に至る。上述したように、このブリッジファイバ８０のコア８１には、第１の戻り光ファイバ５０のコア５１が光学的に接続されているため、第１の戻り光の一部は、第１の戻り光ファイバ５０のコア５１に入射し、この第１の戻り光ファイバ５０のコア５１を伝搬して上述した戻り光検出部７０に至る。
　また、レーザ出射部３で出力光ファイバ４０のリングコア４３に再結合した光（以下、「第２の戻り光」という）は、レーザ出射部３からリングコア４３を通って上流の光コンバイナ２に向かって伝搬する。上述したように、出力光ファイバ４０のリングコア４３には、第２の戻り光ファイバ６０のコア６１が光学的に接続されているため、第２の戻り光の一部は、第２の戻り光ファイバ６０のコア６１に入射し、この第２の戻り光ファイバ６０のコア６１を伝搬して上述した戻り光検出部７０に至る。
　ここで、戻り光検出部７０について詳細に説明する。図５Ａは、戻り光検出部７０を模式的に示す平面図、図５Ｂは、図５ＡのＡ－Ａ線断面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本実施形態における戻り光検出部７０は、第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０を収容する溝７１が形成されたファイバ収容部７２と、ファイバ収容部７２の溝７１内に第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０を固定する樹脂７３と、第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０の終端部に接続されるビームダンパ７４と、ファイバ収容部７２とビームダンパ７４とを覆う枠体７５（図５Ａでは透過して示されている）と、枠体７５の天井面７５Ａに取り付けられる光検出器７６とを含んでいる。本実施形態では、便宜的に、図５Ｂにおける＋Ｚ方向を「上」又は「上方」といい、－Ｚ方向を「下」又は「下方」ということとする。
　ファイバ収容部７２は、基部１０１と、基部１０１から＋Ｚ方向（高さ方向）に延びる第１の側壁１０２と、第１の側壁１０２から離間した位置で＋Ｚ方向に延びる第２の側壁１０３とを有しており、第１の側壁１０２と第２の側壁１０３は互いに平行にＸ方向に沿って延びている。ファイバ収容部７２の溝７１は、基部１０１と第１の側壁１０２と第２の側壁１０３とにより規定されており、Ｘ方向に沿って延びている。この溝７１の内部に第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０がＸ方向に沿って収容され、ファイバ収容部７２のＸ方向の両端でこれらの戻り光ファイバ５０，６０が樹脂７３により固定されている。このように、樹脂７３を用いて戻り光ファイバ５０，６０を溝７１の内部に固定することで、戻り光ファイバ５０，６０を正確かつ簡単に位置決めすることができる。
　光検出器７６は、ファイバ収容部７２の溝７１に収容された２つの戻り光ファイバ５０，６０の近傍（上方）に配置されている。本実施形態においては、光検出器７６としてレイリー散乱光を検出可能なフォトディテクタが用いられる。このようなレイリー散乱光を検出可能なフォトディテクタは応答速度が良く高精度の検出が可能である。また、レイリー散乱光は、光ファイバを伝搬する光の導波方向とは関係なく光ファイバを伝搬する光のパワーに応じたパワーを有するため、レイリー散乱光を検出可能な光検出器は、戻り光ファイバ５０，６０の側方に配置するだけでその内部を伝搬する戻り光を検出することができる。したがって、レイリー散乱光を検出可能な光検出器を用いることで、戻り光ファイバ５０，６０を伝搬する戻り光を取り出すために戻り光ファイバ５０，６０の被覆を除去して高屈折率樹脂を塗布するなどの処理が必要なく、簡易な構成で戻り光を検出することができる。
　このような戻り光検出部７０によって出力光ファイバ４０のセンタコア４１を上流に向かって伝搬する第１の戻り光と出力光ファイバ４０のリングコア４３を上流に向かって伝搬する第２の戻り光とを併せて同時に検出することができる。したがって、加工対象物Ｗの表面で反射したレーザ光Ｌの反射光などが出力光ファイバ４０のセンタコア４１及び／又はリングコア４３に再結合しても、センタコア４１及び／又はリングコア４３を伝搬する戻り光の量を戻り光検出部７０により検出することができる。このように、異なる光導波路を伝搬する戻り光を単一の戻り光検出部７０で検出することができるので、戻り光検出部７０で必要とされる光検出器７６を最小限にすることができるとともに、検出回路なども簡単にすることができる。これにより、異なる光導波路を伝搬する戻り光を簡易かつ安価な構成で検出することができ、これらの戻り光によるレーザ装置１内のレーザ光源１１，１２や他の構成部品への影響を正確に評価するとともに、安全な条件でレーザ装置１を作動させることが可能となる。
　一般に、光ファイバを伝搬する光のレイリー散乱光をフォトディテクタによって測定したときの測定電圧は、光ファイバのコアの中心からフォトディテクタの中央までの距離の２乗に反比例する。すなわち、フォトディテクタから光ファイバをより遠くに配置すれば、その光ファイバを伝搬する光に対するフォトディテクタの感度がより低くなる。図５Ｂに示す例では、第１の戻り光ファイバ５０のコア５１の中心Ｃ1から光検出器７６の中央Ｐまでの距離と、第２の戻り光ファイバ６０のコア６１の中心Ｃ2から光検出器７６の中央Ｐまでの距離が等しくなるように光検出器７６及び戻り光ファイバ５０，６０が配置されている。このため、図５Ｂに示す例では、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光に対する光検出器７６の感度と第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光に対する光検出器７６の感度とが等しくなっている。
　例えば、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光のパワーと光検出器７６による検出電圧との関係が図６に示すようなものであったとすると、第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光のパワーと光検出器７６による検出電圧との関係も図６に示すようなものになる。例えば、光検出器７６の検出電圧が閾値０．５Ｖを超えたときに異常であると判断するように構成した場合には、センタコア４１及び／又はリングコア４３を伝搬する戻り光のパワーが１０００Ｗを超えたときに異常であると判断することができる。
　本実施形態では、図１に示すように、戻り光検出部７０の検出信号が制御部４に入力されるようになっている。したがって、制御部４は、戻り光検出部７０の検出結果に応じて、第１のレーザ光源１１及び第２のレーザ光源１２を適切に制御することができる。例えば、制御部４は、戻り光検出部７０の検出信号から第１の戻り光及び／又は第２の戻り光の量が増加していると判断した場合（上記の例では検出電圧が０．５Ｖを超えたとき）に、第１のレーザ光源１１及び／又は第２のレーザ光源１２の出力を下げるか、あるいは出力を停止するように第１のレーザ光源１１及び／又は第２のレーザ光源１２を制御してもよい。このように、レーザ装置１に異常が生じた場合に制御部４によって第１のレーザ光源１１及び第２のレーザ光源１２を制御することで、レーザ装置１が故障することを防止することができる。
　また、レーザ出射部３で出力光ファイバ４０の外側クラッド４４に再結合して上流に向かって伝搬する光があったとしても、戻り光検出部７０とレーザ出射部３との間には上述したクラッドモード除去部６が設けられているため、そのような戻り光をクラッドモード除去部６によって除去することができる。したがって、このような戻り光が戻り光検出部７０の検出結果に悪影響を与えることを抑制することができ、第１の戻り光及び第２の戻り光の検出精度を向上することができる。
　ここで、第１の戻り光の強度は、第１のレーザ光源１１で生成されるレーザ光に対して低いと考えられるため、第１の戻り光ファイバ５０に第１のレーザ光源１１で生成されるレーザ光が伝搬すると第１の戻り光の検出が難しくなる。本実施形態の光コンバイナ２では、第１のレーザ光源１１に接続される第１の入力光ファイバ２０と第１の戻り光ファイバ５０とがともに出力光ファイバ４０のセンタコア４１に光学的に接続されるため、第１のレーザ光源１１で生成されるレーザ光が第１の戻り光ファイバ５０に入射しにくい構造となっている。このため、戻り光検出部７０において、第１のレーザ光源１１で生成されるレーザ光の影響が低減され、第１の戻り光を高精度で検出することができる。
　同様に、第２の戻り光の強度もレーザ光や第２のレーザ光源１２で生成されるレーザ光に対して低いと考えられる。したがって、第２の戻り光ファイバ６０に第２のレーザ光源１２で生成されるレーザ光が伝搬すると第２の戻り光の検出が難しくなる。本実施形態の光コンバイナ２では、第２のレーザ光源１２に接続される第２の入力光ファイバ３０と第２の戻り光ファイバ６０とがともに出力光ファイバ４０のリングコア４３に光学的に接続されるため、第２のレーザ光源１２で生成されるレーザ光が第２の戻り光ファイバ６０に入射しにくい構造となっている。このため、戻り光検出部７０において、第２のレーザ光源１２で生成されるレーザ光の影響が低減され、第２の戻り光を高精度で検出することができる。
　また、本実施形態における光コンバイナ２は、縮径部８４を有するブリッジファイバ８０と中間光ファイバ９０とにより複数の第１の入力光ファイバ２０が出力光ファイバ４０のセンタコア４１に接続されるように構成されているため、複数の第１のレーザ光源１１からのレーザ光を出力光ファイバ４０のセンタコア４１に導入することができ、出力光ファイバ４０のセンタコア４１から出力されるレーザ光のパワーを上げることができる。
　図７Ａは、本発明の第２の実施形態におけるレーザ装置の戻り光検出部１７０を模式的に示す平面図、図７Ｂは、図７ＡのＢ－Ｂ線断面図である。上述した第１の実施形態では、ファイバ収容部７２に形成した単一の溝７１の内部に第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０を収容しているが、本実施形態では、Ｘ方向に沿って平行に延びる２本の溝１７１Ａ，１７１Ｂを形成したファイバ収容部１７２を用い、溝１７１Ａ（第１の溝）には第１の戻り光ファイバ５０を収容し、溝１７１Ｂ（第２の溝）には第２の戻り光ファイバ６０を収容している。
　より具体的には、ファイバ収容部１７２は、基部２０１と、基部２０１から＋Ｚ方向（高さ方向）に延びる第１の側壁２０２と、第１の側壁２０２から離間した位置で＋Ｚ方向に延びる第２の側壁２０３と、第１の側壁２０２と第２の側壁２０３との間で＋Ｚ方向に延びる中間壁２０４とを有している。第１の側壁２０２、第２の側壁２０３、及び中間壁２０４は互いに平行にＸ方向に沿って延びている。ファイバ収容部１７２の溝１７１Ａは、基部２０１と第１の側壁２０２と中間壁２０４とにより規定されており、Ｘ方向に沿って延びている。この溝１７１Ａの内部には第１の戻り光ファイバ５０がＸ方向に沿って収容され、この第１の戻り光ファイバ５０はファイバ収容部１７２のＸ方向の両端で樹脂１７３Ａによって固定されている。ファイバ収容部１７２の溝１７１Ｂは、基部２０１と中間壁２０４と第２の側壁２０３とにより規定されており、Ｘ方向に沿って延びている。この溝１７１Ｂの内部には第２の戻り光ファイバ６０がＸ方向に沿って収容され、この第２の戻り光ファイバ６０はファイバ収容部１７２のＸ方向の両端で樹脂１７３Ｂによって固定されている。このように、それぞれの戻り光ファイバ５０，６０を別個の溝１７１Ａ，１７１Ｂに固定することができるので、それぞれの戻り光ファイバ５０，６０をより正確かつ簡単に位置決めすることができる。
　この場合において、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する戻り光のレイリー散乱光及び第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する戻り光のレイリー散乱光が光検出器７６に入射することをファイバ収容部１７２の中間壁２０４が阻害しないように、図８に示すように、中間壁２０４の基部２０１からの高さを第１の側壁２０２及び第２の側壁２０３の基部２０１からの高さよりも低くしてもよい。このような構成により、第１の戻り光及び第２の戻り光をより精度良く検出することができる。
　ここで、出力光ファイバ４０における戻り光に対する耐性がセンタコア４１とリングコア４３で異なる場合もあるため、例えば、センタコア４１については１０００Ｗを超える戻り光が伝搬したときに異常として検出し、リングコア４３については２０００Ｗを超える戻り光が伝搬したときに異常としたい場合も考えられる。以下の実施形態は、このような場合に適用できるものである。
　図９Ａは、本発明の第３の実施形態におけるレーザ装置の戻り光検出部２７０を模式的に示す平面図、図９Ｂは、図９ＡのＣ－Ｃ線断面図である。上述した第２の実施形態では、光検出器７６の中央Ｐが第１の戻り光ファイバ５０の中心Ｃ1及び第２の戻り光ファイバ６０の中心Ｃ2から等距離の位置にあり、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光に対する光検出器７６の感度と第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光に対する光検出器７６の感度とが等しくなっているが、本実施形態では、光検出器７６をＹ方向にずらすことにより、第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光に対する光検出器７６の感度を第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光に対する光検出器７６の感度よりも低くしている。
　例えば、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光のパワー及び第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光のパワーと光検出器７６による検出電圧との関係は図１０に示すようなものになる。したがって、光検出器７６の検出電圧が閾値０．５Ｖを超えたときに異常であると判断するように構成した場合には、センタコア４１を伝搬する第１の戻り光のパワーが１０００Ｗを超えたときに異常であると判断することができ、リングコア４３を伝搬する第２の戻り光のパワーが２０００Ｗを超えたときに異常であると判断することができ、戻り光に対するセンタコア４１及びリングコア４３の耐性の相違に応じて異常を検出することができる。
　図１１は、本発明の第４の実施形態における戻り光検出部３７０を模式的に示す断面図である。第２の実施形態においては、光検出器７６のＹ方向の位置をずらすことにより、第１の戻り光と第２の戻り光に対する光検出器７６の感度を調整しているが、図１１に示すような構成によっても光検出器７６の感度を調整することができる。
　本実施形態における戻り光検出部３７０は、図７に示す第２の実施形態と類似の構成を有しているが、ファイバ収容部３７２の一方の溝１７１Ｂを他方の溝１７１Ａよりも深くし、この深い方の溝１７１Ｂに第２の戻り光ファイバ６０を収容し固定している。これにより、第２の戻り光ファイバ６０が第１の戻り光ファイバ５０よりも－Ｚ方向に位置し、第２の戻り光ファイバ６０の中心Ｃ2から光検出器７６の中央Ｐまでの距離が、第１の戻り光ファイバ５０の中心Ｃ1から光検出器７６の中央Ｐまでの距離よりも長くなる。このため、第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光に対する光検出器７６の感度が第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光に対する光検出器７６の感度よりも低くなる。
　また、上述した第２の実施形態において、溝１７１Ａ，１７１Ｂのうち一方の内面に金めっきを施すことで光の反射率を上げることができるので、例えば溝１７１Ａの内面に金めっきを施し、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光の一部を溝１７１Ａの内面で反射させて、第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光を第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光よりも光検出器７６に入射しやすくすることができる。これにより、第１の戻り光に対する光検出器７６の感度を第２の戻り光に対する光検出器７６の感度よりも高くすることができる。
　また、溝１７１Ａ，１７１Ｂのうち一方の内面にアルマイト処理を施すことで光を吸収させることができるので、例えば溝１７１Ｂの内面にアルマイト処理を施し、第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光の一部を溝１７１Ｂの内面に吸収させて、第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する第２の戻り光を第１の戻り光ファイバ５０を伝搬する第１の戻り光よりも光検出器７６に入射しにくくすることができる。これにより、第２の戻り光に対する光検出器７６の感度を第１の戻り光に対する光検出器７６の感度よりも低くすることができる。
　図１２は、本発明の第５の実施形態におけるレーザ装置４０１の構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すレーザ装置１では、第１の戻り光ファイバ５０と第２の戻り光ファイバ６０をそのまま戻り光検出部７０に接続しているが、本実施形態のように、第１の戻り光ファイバ５０と第２の戻り光ファイバ６０とを光コンバイナ５００に接続し、第１の戻り光ファイバ５０及び第２の戻り光ファイバ６０を伝搬する戻り光を光コンバイナ５００によって光ファイバ５１０に結合し、光ファイバ５１０を伝搬する戻り光を戻り光検出部７０において検出するように構成してもよい。
　上述した実施形態における出力光ファイバ４０は、センタコア４１とリングコア４３とからなる２つの光導波路を有するものであったが、出力光ファイバ４０は３つ以上の光導波路を有していてもよく、またそのコアの断面形状も図示したような円形状や円環形状に限られるものではない。
　上述した実施形態において、複数の第１のレーザ光源１１の間又は複数の第２のレーザ光源１２の間でレーザ光の波長が異なっていてもよい。
　また、上述した光コンバイナ２は、光ファイバを融着接続することにより構成される光コンバイナであるが、光ファイバ２０，３０と出力光ファイバ４０のセンタコア４１及びリングコア４３とを接続する光コンバイナの形態はこれに限られるものではない。例えば、特定の波長を選択的に反射するミラーや回折格子を用いて光コンバイナを構成することも可能である。
　上述した実施形態では、戻り光ファイバ５０，６０を固定する樹脂７３，１７３Ａ，１７３Ｂは、ファイバ収容部７２，１７２の溝７１，１７１Ａ，１７１ＢのＸ方向の両端部に配置されているが、これに限られるものではなく、ファイバ収容部７２，１７２の溝７１，１７１Ａ，１７１Ｂの別の箇所に樹脂７３，１７３Ａ，１７３Ｂを配置してもよく、あるいは溝７１，１７１Ａ，１７１Ｂの全長にわたって樹脂７３，１７３Ａ，１７３Ｂを充填してよい。
　以上述べたように、本発明の一態様によれば、出力光ファイバ中の複数の光導波路を伝搬する戻り光を簡易で安価な構成で検出することができるレーザ装置が提供される。このレーザ装置は、第１の光導波路と第２の光導波路とを含む出力光ファイバと、レーザ光を生成する少なくとも１つの第１のレーザ光源と、上記少なくとも１つの第１のレーザ光源で生成された上記レーザ光が伝搬する少なくとも１つの第１の入力光ファイバと、レーザ光を生成する少なくとも１つの第２のレーザ光源と、上記少なくとも１つの第２のレーザ光源で生成された上記レーザ光が伝搬する少なくとも１つの第２の入力光ファイバと、上記少なくとも１つの第１の入力光ファイバが上記出力光ファイバの上記第１の光導波路に光学的に接続され、上記少なくとも１つの第２の入力光ファイバが上記第２の光導波路に光学的に接続されるように構成され、上記少なくとも１つの第１のレーザ光源及び上記少なくとも１つの第２のレーザ光源からの上記レーザ光を上記出力光ファイバの上記第１の光導波路及び上記第２の光導波路に導入可能な光コンバイナと、上記光コンバイナから上記出力光ファイバの上記第１の光導波路及び上記第２の光導波路に導入された上記レーザ光を出射するレーザ出射部と、上記レーザ出射部から上記出力光ファイバの上記第１の光導波路を通って上記光コンバイナに向かって戻る第１の戻り光が伝搬する第１の戻り光ファイバと、上記レーザ出射部から上記出力光ファイバの上記第２の光導波路を通って上記光コンバイナに向かって戻る第２の戻り光が伝搬する第２の戻り光ファイバと、上記第１の戻り光ファイバを伝搬してきた上記第１の戻り光と上記第２の戻り光ファイバを伝搬してきた上記第２の戻り光とを併せて検出可能な戻り光検出部とを備える。
　このような構成によれば、反射光などが出力光ファイバの第１の光導波路及び第２の光導波路のいずれかに再結合して戻り光となって第１の光導波路又は第２の光導波路を伝搬したとしても、第１の光導波路を伝搬する第１の戻り光及び第２の光導波路を伝搬する第２の戻り光を戻り光検出部により検出することができる。このように、異なる光導波路を伝搬する戻り光を単一の戻り光検出部で検出することができるので、戻り光検出部で必要とされる検出器を最小限にすることができるとともに、検出回路なども簡単にすることができる。これにより、異なる光導波路を伝搬する戻り光を簡易かつ安価な構成で検出することができ、これらの戻り光によるレーザ装置内のレーザ光源や他の構成部品への影響を正確に評価するとともに、安全な条件でレーザ装置を作動させることが可能となる。
　上記戻り光検出部は、上記第１の戻り光ファイバを伝搬してきた上記第１の戻り光のレイリー散乱光と上記第２の戻り光ファイバを伝搬してきた上記第２の戻り光のレイリー散乱光を併せて検出可能な光検出器を含んでいることが好ましい。このような光検出器は戻り光ファイバの側方に配置するだけで戻り光を検出することができるため、戻り光ファイバを伝搬する戻り光を取り出すために戻り光ファイバの被覆を除去して高屈折率樹脂を塗布するなどの処理が必要なく、簡易な構成で戻り光を検出することができる。
　上記戻り光検出部は、上記第１の戻り光ファイバ及び上記第２の戻り光ファイバを沿わせて収容する少なくとも１つの溝が形成されたファイバ収容部と、上記ファイバ収容部の上記少なくとも１つの溝の内部に上記第１の戻り光ファイバ及び上記第２の戻り光ファイバを固定する樹脂とを含むことが好ましい。樹脂を用いて戻り光ファイバを溝の内部に固定することで、戻り光ファイバを正確かつ簡単に位置決めすることができる。
　上記ファイバ収容部は、基部と、上記基部から高さ方向に延びる第１の側壁と、上記第１の側壁から離間した位置で上記基部から上記高さ方向に延びる第２の側壁と、上記第１の側壁と上記第２の側壁との間で上記基部から延びる中間壁とを有していてもよい。上記ファイバ収容部の上記少なくとも１つの溝は、上記基部と上記第１の側壁と上記中間壁とにより規定され、上記第１の戻り光ファイバを沿わせて収容する第１の溝と、上記基部と上記中間壁と上記第２の側壁とにより規定され、上記第２の戻り光ファイバを沿わせて収容する第２の溝とを含んでいてもよい。このような構成によれば、第１の戻り光ファイバと第２の戻り光ファイバとをそれぞれ別個の溝に固定することができるので、それぞれの戻り光ファイバをより正確かつ簡単に位置決めすることができる。
　上記中間壁の上記基部からの高さは、上記第１の側壁及び上記第２の側壁の上記基部からの高さよりも低くてもよい。このような構成によれば、第１の戻り光ファイバ及び第２の戻り光ファイバから光検出器に入射する光を中間壁が阻害することを抑制することができるので、第１の戻り光及び第２の戻り光をより精度良く検出することができる。
　上記出力光ファイバは、中心に形成される上記第１の光導波路としてのセンタコアと、上記センタコアの屈折率よりも低い屈折率を有し、上記センタコアの周囲を覆う内側クラッドと、上記内側クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有し、上記内側クラッドの周囲を覆う上記第２の光導波路としてのリングコアと、上記リングコアの屈折率よりも低い屈折率を有し、上記リングコアの周囲を覆う低屈折率媒質とを有していてもよい。このような出力光ファイバのそれぞれの光導波路に導入するレーザ光を制御することによって、加工対象物に照射されるレーザ光のビームプロファイルを所望の形態に変化させることができる。
　上記レーザ装置は、上記戻り光検出部により検出される上記第１の戻り光及び上記第２の戻り光に基づいて、上記少なくとも１つの第１のレーザ光源及び上記少なくとも１つの第２のレーザ光源を制御する制御部をさらに備えていてもよい。このように、レーザ装置に異常が生じた場合に制御部によって第１のレーザ光源及び第２のレーザ光源を制御することで、レーザ装置が故障することを防止することができる。
　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。
　本出願は、２０２１年１２月１５日に提出された日本国特許出願特願２０２１－２０３１５６号に基づくものであり、当該出願の優先権を主張するものである。当該出願の開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
　本発明は、複数の光導波路を有する出力光ファイバからレーザ光を出力可能なレーザ装置に好適に用いられる。
　　１，４０１　　　レーザ装置
　　２　　　光コンバイナ
　　３　　　レーザ出射部
　　４　　　制御部
　　５　　　ステージ
　　６　　　クラッドモード除去部
　１１　　　第１のレーザ光源
　１２　　　第２のレーザ光源
　２０　　　第１の入力光ファイバ
　３０　　　第２の入力光ファイバ
　４０　　　出力光ファイバ
　４１　　　センタコア
　４２　　　内側クラッド
　４３　　　リングコア
　４４　　　外側クラッド
　５０　　　第１の戻り光ファイバ
　６０　　　第２の戻り光ファイバ
　７０，１７０，２７０，３７０　　　戻り光検出部
　７１　　　溝
　７２，１７２　　　ファイバ収容部
　７３，１７３Ａ，１７３Ｂ　　樹脂
　７４　　　ビームダンパ
　７５　　　枠体
　７６　　　光検出器
　８０　　　ブリッジファイバ
　９０　　　中間光ファイバ
１０１，２０１　　　基部
１０２，２０２　　　第１の側壁
１０３，２０３　　　第２の側壁
１７１Ａ　　（第１の）溝
１７１Ｂ　　（第２の）溝
２０４　　　中間壁
５００　　　光コンバイナ
５１０　　　光ファイバ
　　Ｌ　　　レーザ光
　　Ｗ　　　加工対象物
 

Claims (7)

  1. 　第１の光導波路と第２の光導波路とを含む出力光ファイバと、
    　レーザ光を生成する少なくとも１つの第１のレーザ光源と、
    　前記少なくとも１つの第１のレーザ光源で生成された前記レーザ光が伝搬する少なくとも１つの第１の入力光ファイバと、
    　レーザ光を生成する少なくとも１つの第２のレーザ光源と、
    　前記少なくとも１つの第２のレーザ光源で生成された前記レーザ光が伝搬する少なくとも１つの第２の入力光ファイバと、
    　前記少なくとも１つの第１の入力光ファイバが前記出力光ファイバの前記第１の光導波路に光学的に接続され、前記少なくとも１つの第２の入力光ファイバが前記第２の光導波路に光学的に接続されるように構成され、前記少なくとも１つの第１のレーザ光源及び前記少なくとも１つの第２のレーザ光源からの前記レーザ光を前記出力光ファイバの前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に導入可能な光コンバイナと、
    　前記光コンバイナから前記出力光ファイバの前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に導入された前記レーザ光を出射するレーザ出射部と、
    　前記レーザ出射部から前記出力光ファイバの前記第１の光導波路を通って前記光コンバイナに向かって戻る第１の戻り光が伝搬する第１の戻り光ファイバと、
    　前記レーザ出射部から前記出力光ファイバの前記第２の光導波路を通って前記光コンバイナに向かって戻る第２の戻り光が伝搬する第２の戻り光ファイバと、
    　前記第１の戻り光ファイバを伝搬してきた前記第１の戻り光と前記第２の戻り光ファイバを伝搬してきた前記第２の戻り光とを併せて検出可能な戻り光検出部と
    を備えた、レーザ装置。
  2. 　前記戻り光検出部は、前記第１の戻り光ファイバを伝搬してきた前記第１の戻り光のレイリー散乱光と前記第２の戻り光ファイバを伝搬してきた前記第２の戻り光のレイリー散乱光を併せて検出可能な光検出器を含む、請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記戻り光検出部は、
    　　前記第１の戻り光ファイバ及び前記第２の戻り光ファイバを沿わせて収容する少なくとも１つの溝が形成されたファイバ収容部と、
    　　前記ファイバ収容部の前記少なくとも１つの溝の内部に前記第１の戻り光ファイバ及び前記第２の戻り光ファイバを固定する樹脂と
    を含む、請求項１又は２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記ファイバ収容部は、
    　　基部と、
    　　前記基部から高さ方向に延びる第１の側壁と、
    　　前記第１の側壁から離間した位置で前記基部から前記高さ方向に延びる第２の側壁と、
    　　前記第１の側壁と前記第２の側壁との間で前記基部から延びる中間壁と
    を有し、
    　前記ファイバ収容部の前記少なくとも１つの溝は、
    　　前記基部と前記第１の側壁と前記中間壁とにより規定され、前記第１の戻り光ファイバを沿わせて収容する第１の溝と、
    　　前記基部と前記中間壁と前記第２の側壁とにより規定され、前記第２の戻り光ファイバを沿わせて収容する第２の溝と
    を含む、請求項３に記載のレーザ装置。
  5. 　前記中間壁の前記基部からの高さは、前記第１の側壁及び前記第２の側壁の前記基部からの高さよりも低い、請求項４に記載のレーザ装置。
  6. 　前記出力光ファイバは、
    　　中心に形成される前記第１の光導波路としてのセンタコアと、
    　　前記センタコアの屈折率よりも低い屈折率を有し、前記センタコアの周囲を覆う内側クラッドと、
    　　前記内側クラッドの屈折率よりも高い屈折率を有し、前記内側クラッドの周囲を覆う前記第２の光導波路としてのリングコアと、
    　　前記リングコアの屈折率よりも低い屈折率を有し、前記リングコアの周囲を覆う低屈折率媒質と
    を有する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
  7. 　前記戻り光検出部により検出される前記第１の戻り光及び前記第２の戻り光に基づいて、前記少なくとも１つの第１のレーザ光源及び前記少なくとも１つの第２のレーザ光源を制御する制御部をさらに備えた、請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
     
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