激光装置的制作方法

本发明涉及激光装置。

本申请主张于2019年2月27日在日本申请的专利申请2019-034375号的优先权，并在此引用其内容。

背景技术：

在激光装置内，公知有一旦发生光纤烧损则朝向光源而在光纤的纤芯产生破损的被称为“光纤熔断”的现象。若发生光纤熔断，在从发生光纤熔断的位置到光源之间所存在的部件则产生破损。

在近年，伴随激光的高输出化，光纤熔断的进行速度也在上升，在光纤熔断发生时，在装置内受到损伤的区域存在增大的趋势。专利文献1记载有如下技术，即：用配置于光纤侧面的光接收器来监视在发生光纤熔断时从被加热至高温的纤芯放出的可见光，并利用从该监视器检测到的信号使装置停止。

专利文献1：日本国特开2012-127903号公报

在这样的现有的光纤熔断监视器中，光纤熔断从配置有光接收器的部位通过才能够最初检测到光纤熔断的发生。

因此，在检测到光纤熔断发生的阶段，至少在直至光接收器之前的光纤的纤芯、光部件都会破损。另外，在直至光源的光回路内，难以预测在哪个部位发生光纤熔断。虽然可以考虑以遍及光回路全长的方式配置多个光接收器，但需要与其相应的空间，因此装置大型化，电路复杂化而导致成本上升。

技术实现要素：

本发明是鉴于这样的现有技术的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够在早期检测光纤熔断的激光装置。

为了解决上述课题，本发明的第1方式所涉及的激光装置具备：至少一个光源；传输光纤，其传播从光源射出的激光；监视光纤，其与传输光纤光学耦合，传播在传输光纤中向与上述激光的传播方向相反的方向传播的光的一部分；以及光接收部，其接收由监视光纤传播的光，光接收部对包含于可见光的波长带的第1光进行检测。

当在传输光纤发生了光纤熔断的情况下，在传输光纤的纤芯内产生可见光。根据上述那样的结构，在传输光纤的纤芯的内部向光源侧传播的该可见光的一部分向监视光纤耦合，并向光接收部传播。

这样，相比光纤熔断到达光接收部，可见光更早地传播到光接收部，因此能够在早期检测到光纤熔断。

另外，产生的可见光一边被封入在传输光纤的纤芯的内部和监视光纤的纤芯的内部，一边传播到光接收部，因此能够确保在光接收部接收到的光量较多。由此，能够正确地检测光纤熔断。

另外，相比包含于近红外光的波长带的第2光，光接收部优先检测到包含于可见光的波长带的第1光。由此，在从激光装置输出的信号光的波长包含于近红外光的波长带的情况(例如，1070nm)下，即使是信号光的返回光向光接收部传播的情况，也能够在光接收部相比该信号光的返回光而优先地检测到可见光，因此能够抑制误检测光纤熔断的情况，从而能够正确地对光纤熔断进行检测。

另外，也可以构成为，光接收部具备：反射镜，对于该反射镜，上述第1光的反射率低于包含于近红外光的波长带的第2光的反射率，并且上述第1光的透过率高于上述第2光的透过率；以及光电转换部，其供透过反射镜的光射入。

根据这样的结构，在从向光接收部传播的光分离出近红外光(第2光)和可见光(第1光)的基础上，能够使分离出的可见光向光电转换部传播。由此，能够抑制误检测光纤熔断的情况，从而能够正确地对光纤熔断进行检测。

另外，也可以构成为，光接收部具备：反射镜，对于该反射镜，上述第1光的反射率高于包含于近红外光的波长带的第2光的反射率；以及光电转换部，其供由反射镜反射的光射入。

根据这样的结构，向光电转换部射入的近红外光(第2光)减少，因此能够增加向光电转换部射入的光中的可见光(第1光)的比例。由此，能够抑制误检测光纤熔断的情况，从而能够正确地对光纤熔断进行检测。

另外，也可以构成为，对于反射镜，上述第2光的透过率高于上述第1光的透过率，在俯视观察光接收部的情况下，透过反射镜的光所到达的光接收部的内壁面相对于透过上述反射镜的光传播的方向的倾斜角度为大于0°小于90°。

根据这样的结构，能够抑制透过反射镜的近红外光(第2光)在光接收部的内壁面反射而向监视光纤侧返回的情况。由此，能够抑制在监视光纤附近产生发热的情况。

另外，也可以构成为，对于反射镜，上述第2光的透过率高于上述第1光的透过率，在俯视观察光接收部的情况下，透过反射镜的光所到达的光接收部的内壁面为曲面。

根据这样的结构，能够抑制透过反射镜的近红外光(第2光)在光接收部的内壁面反射而向监视光纤侧返回的情况。由此，能够抑制在监视光纤附近产生发热的情况。

另外，也可以构成为，在俯视观察上述光接收部的情况下，反射镜的入射面相对于从上述监视光纤射出的光的传播方向以45°倾斜。

根据这样的结构，在俯视观察光接收部的情况下，能够在从监视光纤向光接收部射入的光的传播方向上、或者在与从监视光纤向光接收部射入的光的传播方向垂直的方向上配置光电转换部的位置。

另外，也可以构成为，光电转换部的可见光的波长带的光电转换效率高于近红外光的波长带的光电转换效率。

根据这样的结构，能够相比近红外光而优先地将可见光转换为光电流，能够正确地检测光纤熔断。

也可以构成为，属于近红外光的波长带的第2光是从光源射出的激光。

根据这样的结构，即使是从光源射出的激光的返回光向光接收部传播的情况，通过上述的结构，在光接收部中，相比该激光的返回光而优先地检测到可见光，因此能够抑制误检测光纤熔断的情况，从而能够正确地对光纤熔断进行检测。

也可以构成为，激光装置具备：多个输入光纤，其与多个光源光学耦合；以及桥式光纤，其具有入射端面和出射端面，且在上述入射端面连接有上述多个输入光纤，监视光纤的一个端面连接于桥式光纤的入射端面，传输光纤的一个端面连接于桥式光纤的出射端面。

根据这样的结构，能够使用将来自多个光源的光合波的桥式光纤的空闲口作为监视光纤，从而不需要在传输光纤使用光耦合器来分支监视用的光，由此实现结构的简化。另外，激光不产生由光耦合器导致的插入损失，因此能够抑制激光的输出下降。另外，由于不因光耦合器的插入损失而产生热，因此能够提高激光装置的安全性。

另外，也可以构成为，在俯视观察桥式光纤的上述入射端面的情况下，上述监视光纤的一个端面包含于上述传输光纤的一个端面。

根据这样的结构，从传输光纤向光源侧(向与激光的传播方向相反的方向)传播的可见光变得容易耦合于监视光纤。因此，能够稳定地检测光纤熔断。

另外，也可以构成为，激光装置还具备：滤光器，其配置于反射镜与光电转换部之间，且对于该滤光器，包含于可见光的波长带的第1光的透过率高于第2光的透过率。

根据这样的结构，向光电转换部射入的激光减少，因此能够抑制误检测光纤熔断的情况，从而能够正确地对光纤熔断进行检测。

另外，也可以构成为，在俯视观察光接收部的情况下，滤光器的入射面相对于向光电转换部射入的光的传播方向的倾斜角度为大于0°小于90°。

根据这样的结构，与滤光器的入射面相对于向光电转换部射入的光的传播方向的倾斜角度为90°的情况相比，能够抑制在滤光器反射的光向监视光纤侧返回的情况。由此，能够抑制在监视光纤的端面附近产生发热。

也可以构成为，光电转换部具备将在光电二极管产生的电流信号转换为电压信号的跨阻电路，跨阻电路具备将电压信号的ac成分去除的低通滤波器。

在采用激光装置进行加工的情况下，根据加工状态的不同而存在随机地产生等离子体的情况。根据这样的结构，能够将由等离子体光产生的噪声信号去除，能够正确地检测光纤熔断。

另外，也可以构成为，光电转换部具备光电二极管，光电二极管的上述第1光的光电转换效率高于上述第2光的光电转换效率。

根据这样的结构，能够相比近红外光(第2光)而优先地将可见光(第1光)转换为光电流，从而能够正确地检测光纤熔断。

另外，也可以构成为，光电转换部具备将在光电二极管产生的电流信号转换为电压信号的跨阻电路，跨阻电路具备将电压信号的ac成分去除的低通滤波器。

在采用激光装置进行加工的情况下，根据加工状态的不同而存在随机地产生等离子体的情况。根据这样的结构，能够将由等离子体光产生的噪声信号去除，能够正确地检测光纤熔断。

另外，也可以构成为，在光接收部的内壁面实施有阻尼处理。

根据这样的结构，能够抑制在光接收部的内壁面反射的光向监视光纤侧返回的情况。由此，能够抑制在监视光纤的端面附近产生发热。

另外，也可以构成为，激光装置还具备：判断部，其基于来自光接收部的信号来判断是否产生了光纤熔断；以及控制部，其基于判断部的判断来控制从光源输出的激光的功率。

根据这样的结构，能够在发生光纤熔断后控制从光源的输出。由此，能够提高激光装置的安全性。

也可以构成为，激光的功率为1kw以上，且从判断部判断为发生了光纤熔断起到控制部使激光的功率停止为止的时间为100msec以下。

伴随激光的高输出化而光纤熔断的进行速度也上升。特别是，若功率为1kw以上，则熔断成为以10m/s的速度进行。根据这样的结构，能够减小在发生光纤熔断时在装置内受到损伤的区域。

根据激光装置，能够在早期检测到光纤熔断。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的激光装置的示意图。

图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的光接收部的示意图。

图3是表示将在图2示出的光接收部的一部分变形后的变形例的示意图。

图4是表示将在图2示出的光接收部的一部分变形后的变形例的示意图。

图5是表示将在图2示出的光接收部的一部分变形后的变形例的示意图。

图6是表示在图2示出的光接收部的变形例的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的激光装置的优选实施方式详细地进行说明。

(第一实施方式)

对本实施方式的激光装置的结构进行说明。

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的激光装置的示意图。如图1所示，本实施方式的激光装置1具备多个光源10、桥式光纤20、传输光纤21、监视光纤31、以及光接收部40而作为主要的结构。在本实施方式中，采用多模光纤作为传输光纤21。

光源10是射出规定的波长的信号光的激光光源，例如是光纤激光装置、或固体激光装置。在光源10为光纤激光装置的情况下，能够采用共振器型的光纤激光装置、或mo-pa(masteroscillatorpoweramplifier)型的光纤激光装置。从各个光源10射出的信号光是包含于近红外光的波长的第2光，在本实施方式中，是1070nm波长的光。

在各个光源10连接有传播从光源10射出的激光的输入光纤(输入光纤束)11。各个输入光纤11例如是纤芯的直径为20μm左右的熔断模式光纤。因此，从各个光源10射出的激光以2～10左右的lp模式在各个输入光纤11中传播。

桥式光纤20是将多个输入光纤11的纤芯和传输光纤21的纤芯连接起来的部件。桥式光纤20具有连接有多个输入光纤11的入射端面20a、和连接有传输光纤21的出射端面20b。

在多个输入光纤11中传播的激光由桥式光纤20合波而生成输出光。生成的输出光在传输光纤21中传播，并向激光装置1的外部输出。输出光的功率例如为1kw以上。

这里，当在传输光纤21发生了“光纤熔断”现象的情况下，从在光纤熔断发生时被加热至高温的纤芯放出可见光。该可见光的一部分在传输光纤21的纤芯的内部向光源10侧(向于输出光的传播方向相反的方向)传播。在传输光纤21中传播的可见光射入至桥式光纤20的出射端面20b，并且从桥式光纤20的入射端面20a射出。

此时，该可见光的一部分向连接于桥式光纤20的入射端面20a的监视光纤31的纤芯耦合，在监视光纤31传播的该可见光的一部分向光接收部40传播。这样，发生了光纤熔断的传输光纤21的纤芯和光接收部40被光学耦合，能够使在发生光纤熔断时产生的可见光向光接收部40传播。相比光纤熔断到达光接收部40，可见光更早地传播到光接收部40，因此能够在早期检测到光纤熔断。

另外，产生的可见光一边被封入在传输光纤21的纤芯的内部和监视光纤31的纤芯的内部，一边传播到光接收部40，因此能够确保在光接收部40接收到的光量较多。由此，能够正确地检测光纤熔断。

另外，优选为：在从沿着光轴的方向俯视观察桥式光纤20的入射端面20a的情况下，连接于桥式光纤20的入射端面20a的监视光纤31的一个端面包含于连接于桥式光纤20的出射端面20b的传输光纤21的一个端面。

根据这样的结构，从传输光纤21向光源10侧(向与激光的传播方向相反的方向)传播的可见光变得容易耦合于监视光纤31。因此，能够稳定地检测光纤熔断。

在光接收部40中可见光被光电转换。光电转换后的可见光作为监视信号而被输入至判断部50。接下来，在判断部50中，将预先决定的阈值与监视信号的值进行比较。在监视信号的值超过了预先决定的阈值的情况下，判断部50判断为发生了光纤熔断。基于该判断结果，控制部60控制光源10的电流来截断光源10的输出功率，或者使输出功率下降。

根据本实施方式，能够在早期检测到光纤熔断，因此通过进行该控制，能够使在发生光纤熔断时在激光装置1内受到损伤的区域减少，能够使伴随部件交换等修理的成本降低。

另外，优选为：从判断部50判断为发生了光纤熔断起到控制部60使激光的功率停止为止的时间为100msec以下。伴随激光的高输出化而光纤熔断的进行速度也上升。特别是，若输出光的功率为1kw以上，则光纤熔断成为以10m/s的速度进行。根据该结构，能够进一步减小在发生光纤熔断时在装置内受到损伤的区域。

然而，存在从激光装置1向外部输出的输出光被激光的照射对象物反射而作为返回光返回至激光装置1内的情况(以下，称为返回光)。该返回光从传输光纤21射入，向光源侧(向与输出光的传播方向相反的方向)传播。与上述的可见光相同地，该返回光也传播到光接收部40，因此有可能对光纤熔断的发生误检测。

这里，光接收部40检测包括作为可见光的波长带(400nm～700nm)的第1光的光。具体而言，光接收部40相比作为近红外光的波长带(800～2500nm)的第2光而优先地检测到作为可见光的波长带的第1光。因此，即使是属于近红外光的波长带的输出光的返回光向光接收部40传播的情况，在光接收部40中，相比该返回光而优先地检测到可见光，因此能够抑制误检测光纤熔断的情况，从而能够正确地对光纤熔断进行检测。

(光接收部)

使用图2～图6对第1实施方式所涉及的光接收部40进行说明。此外，在图2～图6中，对相同或者相当的结构要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。如图2所示，光接收部40具备光接收部主体41、光电转换部43、可见光反射型镜42、以及监视光纤31的一部分而作为主要的结构。另外，光电转换部43、可见光反射型镜42、以及监视光纤31的一部分配置于光接收部主体41的内部。

如图2所示，在监视光纤31中传播并射入至光接收部40的光射入至可见光反射型镜42。另外，在俯视观察光接收部40的情况下，可见光反射型镜42的入射面相对于从监视光纤31的一端部射出的光的传播方向以45°倾斜。另外，在与从监视光纤31向光接收部射入的光的传播方向垂直的方向上、且是在由可见光反射型镜42反射的光的传播方向上，配置有光电转换部43。

对于可见光反射型镜42，属于可见光的波长带的光(第1光)的反射率高于属于近红外光的波长带的光(第2光)的反射率。因此，射入至可见光反射型镜42的光中的、属于可见光的波长带的激光由可见光反射型镜42反射而射入至光电转换部43。根据这样的结构，在监视光纤31中传播的光中，能够相比近红外光而优先地使可见光射入至光电转换部43。

属于上述近红外光的波长带的光优选为从光源10输出的激光。能够抑制上述的返回光向光电转换部43射入，从而能够正确地检测光纤熔断。

光电转换部43将射入的光(主要为可见光)转换为监视信号。光电转换部43具备：光电二极管；以及跨阻电路，该跨阻电路将在该光电二极管产生的光电流转换为电压(监视信号)。这里，该光电二极管的包含于可见光的波长带的光的光电转换效率高于包含于近红外光的波长带的光的光电转换效率。因此，能够相比近红外光而优先地将可见光向监视信号转换。由此，能够正确地检测光纤熔断。

作为上述光电二极管，优选采用由gap形成的光电二极管。这是因为，能够使包含于近红外光的波长带的光的光电转换效率较小(几乎为零)。

属于上述近红外光的波长带的光优选为从光源10输出的激光。由此，在射入至光电二极管的光中，能够相比激光而优先地将可见光向监视信号转换，从而能够正确地探测光纤熔断。

另外，光电转换部43的跨阻电路具备将监视信号的ac成分去除的低通滤波器。具体而言，相对于跨阻电阻而并联地插入有电容器。在采用激光装置进行加工的情况下，因加工状态的不同，存在在被加工体的附近随机地产生等离子体的情况。根据这样的结构，能够将因加工而产生的等离子体光所导致的噪声从监视信号去除，从而能够正确地检测光纤熔断。

另外，对于可见光反射型镜42，属于近红外光的波长带的光(第2光)的透过率高于属于可见光的波长带的光(第1光)的透过率。更具体而言，从光源10输出的激光的透过率高于属于可见光的波长带的光的透过率。因此，射入至可见光反射型镜42的光中的、返回光的成分(从光源10输出的激光的成分)透过可见光反射型镜42而射入至光接收部主体41的内壁面41a。

这里，在供透过可见光反射型镜42的光射入的光接收部主体41的内壁面41a实施有黑色的硬质氧化铝膜处理。由此，射入至内壁面41a的光在内壁面被吸收而转换为热。另外，在供透过可见光反射型镜42的光射入的光接收部主体41的内壁面41a进行了化学性地使表面粗糙的消光(梨皮纹)处理。

由此，能够使射入的光散射。这样，通过实施有不使射入至光接收部主体41的内壁面41a的光返回至监视光纤31这样的阻尼处理，能够抑制因光被监视光纤31的包覆吸收等而引起的、在监视光纤31附近产生发热的情况。

并且，光接收部40也可以具有不使射入至光接收部主体41的内壁面的光返回至监视光纤31的结构。例如，如图3所示，光接收部40也可以形成有倾斜面(内壁面)41b，在俯视观察光接收部40的情况下，该倾斜面(内壁面)41b相对于透过可见光反射型镜42的光的传播方向倾斜。透过可见光反射型镜42的光到达倾斜面41b。倾斜面41b的倾斜角度44优选为大于0°小于90°。根据这样的结构，能够进一步抑制透过可见光反射型镜42的近红外光在光接收部主体41的内壁面反射而向监视光纤31侧返回。由此，能够抑制在监视光纤31附近产生发热的情况。

并且，光接收部40也可以具有用于不使射入至光接收部主体41的内壁面的光返回至监视光纤31的结构。例如，如图4所示，在光接收部40也可以形成弯曲面(内壁面)41c，在俯视观察光接收部40的情况下，该弯曲面(内壁面)41c相对于透过可见光反射型镜42的光的传播方向弯曲。透过可见光反射型镜42的光到达弯曲面41c。弯曲面41c优选为朝向光接收部主体41的外侧而凸出的曲面。根据这样的结构，能够抑制透过可见光反射型镜42的近红外光在光接收部主体41的内壁面反射而向监视光纤31侧返回的情况。由此，能够抑制在监视光纤31附近产生发热的情况。

另外，作为用于使在监视光纤31中传播的光中的可见光相比近红外光而优先地向光电转换部43射入的结构，如图5所示，优选在可见光反射型镜42与光电转换部43之间配置滤光器46，该滤光器46使作为可见光的波长带的第1光相比激光而优先地透过(换言之，第1光的透过率高于第2光的透过率)。

在本实施方式中，对作为传输光纤21而采用多模光纤的情况进行了说明，但光纤的种类并不特别限定。

滤光器46例如也可以由电介质多层膜构成。

(光接收部的变形例)

图6示出了光接收部40的变形例。如图6所示，在监视光纤31中传播的光射入至近红外光反射型镜45。另外，在俯视观察光接收部40的情况下，近红外光反射型镜45的入射面相对于从监视光纤31射出的光的传播方向以45°倾斜。另外，在从监视光纤31向光接收部40射入的光的传播方向、且是透过近红外光反射型镜45的光的传播方向上，配置有光电转换部43。此外，也可以构成为，在近红外光反射型镜45与光电转换部43之间，还具备使包含于可见光的波长带的光透过的滤光器。

对于近红外光反射型镜45，属于近红外光的波长带的光(第1光)的反射率高于属于可见光的波长带的光(第2光)的反射率。因此，射入至近红外光反射型镜45的光中的、主要属于近红外光的波长带的光(主要从光源输出的激光的返回光成分)由近红外光反射型镜45反射而射入至光接收部主体41的内壁面41d。在该内壁面41d，优选如上述那样实施有阻尼处理。

另外，对于近红外光反射型镜45，属于可见光的波长带的光(第1光)的透过率高于属于近红外光的波长带的光(第2光)的透过率。更具体而言，可见光的透过率高于从光源10输出的激光的透过率。因此，射入至近红外光反射型镜45的光中的可见光的成分透过近红外光反射型镜45而射入至光电转换部43。

根据这样的结构，能够使在监视光纤31中传播的光中的可见光相比近红外光而优先地向光电转换部43射入。

在本变形例中叙述的属于近红外光的波长带的光优选为从光源10输出的激光。

附图标记说明

1…激光装置；10…光源；11…输入光纤；20…桥式光纤；21…传输光纤；31…监视光纤；40…光接收部；42…可见光反射型镜；43…光电转换部；45…近红外光反射型镜；50…判断部；60…控制部。