专利名称：光纤激光装置以及光纤激光装置的异常检测方法
技术领域：
本发明涉及光纤激光装置以及光纤激光装置的异常检测方法。
背景技术：
最近，在激发装置或者放大装置使用了光纤的光纤激光装置逐渐高强度化，作为加工用激光的应用正在扩展。如此的光纤激光装置中，有时光纤的芯向着光源发生不可逆的破损，即出现被称作所谓“光纤熔断”的现象。在发生此光纤熔断时，因为到达光源之前所存在的光纤部件被破坏，所以经济损失增加。目前，作为检测如此的光纤熔断的方法，存在专利文献I中公开的检测光纤熔断的光、温度的方法，以及专利文献2中公开的对激励光进行分路并观测，在激励光强度下降的情况下，判定为发生光纤熔断的方法。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2003-227776号专利文献2国际公开第W02004/088881号
发明内容
发明要解决的问题`对于专利文献I公开的，检测光纤熔断自身的光、或者以此为起因的温度变化，因为需要在被认为光纤熔断传播的全部位置设置监测机构，所以成本增大。另外，存在如下问题，在监测机构的设置位置少的情况下，到激光停止需要时间，并且，因为到激光停止，光学元件已经损坏，所以修理成本增大。另一方面，在专利文献2公开的，检测激励光的方法中，存在如下的问题。S卩，因为在使用DCF (Double Clad Fiber，双包层光纤)构成的光纤激光装置中，激励光在包层中传播，所以即使发生仅仅使芯损伤的光纤熔断，也存在激励光继续传播的可能性，因而有可能不能检测出光纤熔断的发生。因此，本发明的课题是，提供能够可靠地检测光纤熔断、光纤的断线等在光纤中发生的异常的光纤激光装置以及光纤激光装置的异常检测方法。解决问题的手段为了解决所述课题，本发明的光纤激光装置的特征在于，对光纤导入激励光并产生激光，其中包含检测部，检测作为从所述光纤的芯漏出的信号光的漏出信号光；判定部，在由所述检测部检测的所述漏出信号光强度减少了的情况下，判定为光纤发生异常；停止部，在由所述判定部判定为所述光纤发生异常的情况下，停止向所述光纤导入所述激励光。根据上述结构，能够可靠地检测光纤熔断、光纤的断线等在光纤中发生的异常。
另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述检测部检测从所述光纤彼此的连接部漏出的所述漏出信号光。根据如此的结构，因为不需要追加用于检测信号光强度的新光学部件，所以能够降低制造成本。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述连接部是所述光纤彼此熔接而成的熔接部，所述检测部检测从所述熔接部漏出的所述漏出信号光。根据如此的结构，因为不需要追加用于检测信号光强度的新光学部件，所以能够降低制造成本，并且，通过使用漏出信号光强度相对稳定的熔接部，能够可靠并且稳定地检测光纤异常的发生。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述连接部将所述光纤彼此隔开指定距离进行配置，所述检测部检测从所述光纤彼此之间扩散漏出的所述漏出信号光。根据如此结构，因为不需要追加用于检测信号光强度的新光学部件，所以能够降低制造成本，并且，因为如此的连接部相对尺寸大，所以能够容易地确保检测部的设置场所。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述连接部是位于最靠近输出所述激光的输出端的位置的连接部。根据如此结构 ，在装置内的任一位置光纤发生异常的情况下，都能够检测出该异常并使其停止进行。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述检测部检测从设置于所述激光的输出侧和相反侧的全反射光纤光栅漏出的所述漏出信号光。根据如此结构，能够利用从全反射光纤光栅漏出的信号光检测发生的光纤异常，并使其停止进行。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述检测部经由透过所述激光并衰减所述激励光的衰减部，检测所述漏出信号光。根据如此结构，即使是在漏出信号光中混入激励光的情况下，也能够可靠地检测出光纤异常的发生。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述检测部由光电二极管构成，包含校准部，所述校准部检测所述光电二极管的温度，基于检测的温度校准所述光电二极管的检测信号。根据如此结构，能够修正周围温度所引起的光电二极管的检测误差，防止错误检测的发生。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，还包含放大部，所述放大部通过光纤放大所述激光，所述检测部检测从所述放大部输出的所述激光自所述光纤的芯漏出的漏出信号光。根据如此结构，即使是在存在放大部的情况下，也能够可靠地检测出光纤异常的发生，并使其停止进行。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，包含存储部，存储表示时间的信息，所述时间是从检测出所述漏出信号光强度减少直到停止所述激励光的时间。根据如此结构，因为能够知道光纤异常进行到何处，所以，能够迅速地知道作为修理或者交换对象的光学部件。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，所述判定单元基于阈值判定所述光纤异常的发生，所述阈值是作为固定值的阈值、对应于所述激励光或者所述激光的强度的设定值而变动的阈值、或者对应于流过生成所述激励光的激光二极管的电流值而变动的阈值。根据如此结构，通过对应于使用目的等设定阈值，无论使用目的等，都能够可靠地检测出光纤异常的发生。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，在所述激光为脉冲光的情况下，所述判定单元基于多个周期的所述漏出信号光的强度的平均值，判定所述光纤异常的发生。根据如此结构，即使是产生脉冲激光的情况下，也能够可靠地检测光纤异常的发生。另外，其它发明的特征在于，在上述发明的基础上，对所述光纤导入所述激励光的激励光复用器在多个激励光导入端口中具有空端口，将所述激光的输出侧和相反侧的终端部以及所述空端口中的至少一方作为可见光导入端口。根据如此结构，利用这些可见光导入端口，能够迅速地确定异常发生位置。另外，本发明的光纤激光装置的异常检测方法，其特征在于，是对光纤导入激励光并生成激光的光纤激光装置的异常检测方法，该方法检测作为从所述光纤的芯漏出的信号光的漏出信号光，在检测出的所述漏出信号光的强度减少了的情况下，判定为光纤发生异常，在判定为所述光纤发生异常的情况下，停止向所述光纤导入所述激励光。根据如此方法，能够可靠地检测光纤异常的发生。发明效果根据本发明，可以提供能够可靠地检测光纤熔断、光纤的断线等在光纤中发生的异常的光纤激光装置以及光纤激光装置的异常检测方法。
图1是表示本发明的第一实施方式的构成例的图。图2是表示图1所示的控制部的构成例的图。图3是说明图1所示的第一实施方式中执行的处理流程的流程图。图4是表示本发明的第二实施方式的构成例的图。图5是表不本发明的第三实施方式的构成例的图。图6是表示本发明的第四实施方式的构成例的图。图7是表示本发明的第五实施方式的构成例的图。图8是表示本发明的第六实施方式的构成例的图。图9是表示本发明的第七实施方式的构成例的图。图10是表示本发明的第八实施方式的构成例的图。图11是表示本发明的第九实施方式的构成例的图。图12是表示本发明的第十实施方式的构成例的图。
图13是用于说明本发明的变形实施方式的图。
具体实施例方式下面对本发明的实施方式进行说明。应予说明，在以下的实施方式中，虽然关于在发生了光纤熔断的情况下，停止其进行的各个方式进行了记载，但是不限于此。本发明具有检测光纤的断线等在光纤中发生的全部异常的功能。(A)第一实施方式图1是表示本发明的第一实施方式的构成例的图。如此图所示，第一实施方式的光纤激光装置1，以如下部件为主要构成要素:终端部11，光纤12，激励光复用器(TFB(Tapered Fiber Bundle,锥形光纤束))13、17,HR14,放大用光纤 15,0C16,激励用 UXLaserDiode，激光二极管)18、20，激励用LD驱动电源19、21 (对应于权利要求中的“停止部”)，控制部40 (对应于权利要求中的“判定部”)，PD (Photo Diode，光电二极管)50 (对应于权利要求中的“检测部”)，激励光截止滤波器51 (对应于权利要求中的“衰减部”)，以及输出光学部60。应予说明，终端部11，光纤12，激励光复用器13、17，HR14，放大用光纤15，0C16，激励用LD18、20，以及激励用LD驱动电源19、21构成激光激发装置10。此处，终端部Ii例如由产生种光的种光源、检测漏光的ro或者卷绕了光纤的衰减部等构成。光纤12例如由单模光纤构成，传播作为信号光的激光。激励光复用器13将从激励用LD18输出的激光作为激励光导入光纤的包层。HR14是被称作HR-FBG (HighReflectivity Fiber Bragg Grating,高反射率光纤布拉格光栅)的全反射光纤光栅,使光纤的折射率周期性地变化而形成，以接近100%的反射率反射来自放大用光纤15的信号光。放大用光纤15,例如由向单模芯中添加了 Er (Erbium)、Yb (Ytterbium)等稀土类的离子而得到的DCF (Double Clad Fiber)构成，例如激发并输出1080nm的信号光。应予说明，DCF的包层为2层，按激励光在内侧的包层中传播的方式构成。OC16 被称为 0C-FBG (Output Coupler Fiber Bragg Grating,输出稱合器光纤布拉格光栅)，与HR14同样，使光纤的折射率周期性地变化而形成，使来自放大用光纤15的一部分信号光(例如，10%) 通过，并且，反射剩余信号光。应予说明，由HR14，0C16以及放大用光纤15构成光纤谐振器。激励光复用器17将从激励用LD20输出的激光，作为激励光导入光纤的包层。激励用LD18、20例如由I个或者多个波长为915nm且具有数瓦(W)以上的输出光强度的多模激光二极管构成。激励用LD驱动电源19、21对应于控制部40的控制分别驱动激励用LD18、20。应予说明，如图1所示，各个光学部件由光纤构成。熔接部31 36是在熔接各个光学部件具有的光纤12时生成的连接部分。应予说明，虽然也取决于熔接种类，但是，为了将光纤彼此连接，优选各个光学部件的光纤长度具有数十厘米(cm)的长度。反之，在光纤长度变长时，由于非线性光学效果，显著地表现出在相对信号光的频率低大致14THz的频率处具有峰值的拉曼散射光。因为拉曼散射光与目标信号频率不同，所以优选尽可能对其进行抑制，优选不要使光纤长度取得过长。因此，除了放大用光纤15以外的各个光学部件的光纤长，例如，采用控制为Im左右的结构。如图2 所不，控制部 40 以 CPU (Central Processing Unit,中央处理器)41, ROM(Read Only Memory,只读存储器)42, RAM (Random Access Memory,随机存储器)43 (对应于权利要求中的“存储部”)，计时器44，显示部45，I/F (Interface，接口)46，以及总线47为主要构成要素。此处，CPU41基于存储于R0M42的程序42a以及数据42b控制各个部分。R0M42是不易失性的半导体存储装置，存储程序42a以及数据42b。RAM43是易失性的半导体存储装置，作为CPU41执行程序时的工作区域而动作。计时器44生成并输出时间信息。显示部45显示从CPU41供给的信息。I/F46例如由DAC (Digital Analog Converter,数模转换器)以及ADC (Analog Digital Converter,模数转换器)等构成,将从CPU41供给的数字数据变换为模拟信号后向激励用LD驱动电源19、21供给，并且，将从TO50输出的模拟信号变换为数字数据后向CPU41供给。总线47是信号线组，将CPU41、R0M42、RAM43、计时器44、显示部45以及I/F46相互连接，使得它们之间能够进行数据的授受。返回图1，PD50将在光纤12的芯中传播的信号光(此例中为1080nm的激光)中，经由熔接部36漏出的漏出信号光变换为电信号后向控制部40供给。激励光截止滤波器51是使漏出信号光中包含的激励光(此例中为915nm的激光)衰减，并使信号光透过的光学滤波器。输出光学部60,具有将从光纤12输出的信号光聚光于加工对象物的加工面的功能。然后，对第一实施方式的动作进行说明。图3是用于说明图1所示的第一实施方式中执行的一例处理的流程图。此流程图的处理通过图2所示的程序42a被CPU41读出并执行来实现。此流程图中，在从熔接部36漏出的漏出信号光的强度Lp小于指定阈值Th的情况下，认为光纤12中发生光纤熔断，停止激励光。开始此流程图的处理时，执行以下的步骤。步骤SlO:CPU41判定目前激光是否处于输出动作中，在输出动作中的情况(步骤SlO:Yes)下进入步骤S11，除此以外的情况(步骤S10:No)下结束处理。具体地，在激光的输出动作中，CPU41从R0M42的数据42b取得对应于所要求的光输出的驱动数据，基于该驱动数据控制激励用LD驱动电源19、21。因此，在控制激励用LD驱动电源19、21的情况下，进入步骤SI I。步骤Sll:CPU41经由I/F46输入TO50的输出信号，检测漏出信号光的强度Lp。具体而言，在光纤激光装置I处于输出动作中的情况下，从激励光复用器17输出的信号光，经由输出光学部60对加工 对象物的加工面进行照射。此时,在光纤12的芯中传播的信号光，在通过芯的介质有部分不连续的熔接部36时，其中的一部分(例如，百分之零点几左右)成为漏出信号光而漏出到外部。应予说明，此时，虽然一部分激励光从包层漏出到外部，但是，通过激励光截止滤波器51衰减至就激励光而言没有影响的水平。如前所述，从熔接部36漏出的光信号在通过激励光截止滤波器51衰减激励光后，入射到H)50。TO50将入射的漏出信号光变换为对应的电信号，向控制部40供给。在控制部40，I/F46将从TO50供给的对应于漏出信号光强度的模拟信号变换为数字数据，向CPU41供给。步骤S12:CPU41比较在步骤Sll检测的漏出信号光的强度Lp和阈值Th，在漏出信号光的强度Lp比阈值Th小的情况(步骤S12:Yes)下，认为光纤熔断发生的可能性高，并进入步骤S13，在除此以外的情况(步骤S12:No)下，返回步骤S11，重复与所述情况相同的处理。具体而言，在发生了光纤熔断的情况下，因为光纤12的芯损伤，所以信号光不在芯中传播。因此，从熔接部36漏出的漏出信号光也衰减。因此，在漏出信号光的强度Lp比阈值Th小的情况下，能够判定为发生了光纤熔断的可能性高。应予说明，作为求出阈值Th的方法，能够举出以下三种具体例。(I)不论输出光的强度都使用恒定值作为阈值的方法。
在光纤激光装置I中，通常能够对应于加工对象的种类或者加工目的，变更输出光的强度，但是，作为第一个例子，考虑不论输出光的强度，将阈值设为始终恒定(固定值)。应予说明，作为此种情况下的阈值的设定方法，例如，将在光纤激光装置I的输出强度最低时的漏出信号光的强度设为Lpmin时，可按Th=Y XLpmin (此处，Y < I (例如，γ=0.1))进行确定。(2)使用对应于输出光的设定值的阈值的方法。在光纤激光装置I能够变更输出光强度的情况下，控制部40对应于输出光的设定值驱动激励用LD驱动电源19、21。因此，只要知道设定值，即可知道光输出值，另外，还能够一定程度地推定漏出信号光的强度。如果能够推定漏出信号光强度，则能够通过设定为仅仅比推定的漏出信号光强度低指定比例的值来得到阈值。即，作为第二个例子，例如考虑制作使设定值和阈值相对应的表格，从表格读取对应于设定值的阈值而使用。应予说明，在设定值Sv和漏出信号光的强度Lp存在一定的关系(例如Lp=f (Sv) (f ()为指定的函数))的情况下，可以不使用表格，而是通过Th=Ci Xf (Sv)求得阈值Th。此处，α < I。(3)使用对应于电流监测值的阈值的方法。控制部40监测流过激励用LD18、20的电流。被监测的电流值是正确地反映此时的光输出的值。因此，能够通过与所述(2)的设定值Sv同样地使用被监测的电流值Im，求得阈值Th。具体而言，可以制作使被监测的电流值Im和阈值Th相对应的表格，或者，通过Th=^ Xf (Im)求得阈值Th。此处，β <1。或者，也可以准备2个监测器，将一个监测器作为激励光功率监测器(具有光纤激光输出波长的截止滤波器的监测器，或者没有滤波器的监测器)，将另一个监测器作为光纤激光的功率监测器(具有仅仅透过光纤激光波长的透过型滤波器的监测器)，使用两者的比例等关系设定阈值。应予说明，虽然在以上的例中假设信号光为CW (Continuous Wave，连续波)的情况，但是，在信号光为脉冲状的情况下，例如，也可以跨越一个周期或者多个周期求出漏出信号光的强度的平均值La，基于该平均值La进行判断。应予说明，关于该情况下的阈值，与CW的情况相比较，能够 对应于脉冲的占空比设为较小的值。例如，在占空比为50%的情况下，能够设为阈值Th的50%的值。另外，在占空比为40%的情况下，能够设为阈值Th的40%的值。步骤S13:CPU41从计时器44取得现在的日期时刻Ts。应予说明，从计时器44输出的信息，包含年、月、日、时刻(时、分、秒)，另外，秒例如包含1/100秒单位的信息。步骤S14:CPU41使激励用LD驱动电源19、21的动作停止。其结果是，因为不对激励用LD18、20供给驱动电流，所以，不能从激励用LD18、20输出激励光，来自光纤激光装置I的信号光的输出停止。例如，在熔接部36附近发生了光纤熔断的情况下，此光纤熔断向着激励光复用器17 (向着图的左侧)进行。因为在通过步骤S14的处理，激励光停止时，信号光向光纤熔断的供给停止，所以光纤熔断停止进行。步骤S15:CPU41从计时器44取得现在的日期时刻Te。应予说明，从计时器44输出的信息，与步骤S13的情况相同。步骤S16:CPU41将在步骤S13以及步骤S15中取得的Ts以及Te存储于RAM43。如此存储的Ts以及Te也可以显示在显示部45，从而可视。通过知道这些Ts以及Te，能够知道光纤熔断发生的日期时刻和从发生到停止进行的时间。如此，例如，不仅仅能够知道光纤熔断什么时候发生，还能够通过知道直到停止进行的时间，从而知道光纤熔断进行到了什么地方。更详细地，已知光纤熔断以约lm/sec的速度在光纤中传播，另外，已知光纤熔断多发生于信号光的强度高且介质不连续的部分(例如，光纤12和输出光学部60的连接部分等)。因此，在Ts和Te的差例如为0.05秒的情况下，能够推定光纤熔断进行至距离输出光学部60的连接部分5cm附近，所以，能够通过知道哪个光学部件损伤，从而迅速地知道成为交换对象的部件。当然，为了准确地获知上述信息，优选对光纤12的芯入射可视激光，找到不传播的点。另外，为了进行此过程，也可以利用激励光复用器(TFB)的空端口或者终端部11等，在光纤激光装置I中设置可视激光导入部。由此，能够更简便并且迅速地进行损伤部的诊断，并能够将修理需要的时间抑制为最小限度，从而使光纤激光装置I的运转率提高。如以上所说明，根据本发明的第一实施方式，检测来自光纤12的熔接部36的漏出信号光，在此漏出信号光的强度Lp变得小于指定的阈值Th的情况下，判定为发生光纤熔断，所以能够可靠地检测光纤熔断的发生。另外，在第一实施方式中，因为能够通过仅仅设置一个TO50，检测在光纤激光装置I的任意部分发生的光纤熔断，所以能够以低成本可靠地检测光纤熔断的发生。 应予说明，因为各个光学部件的光纤长度如前所述为数十厘米(cm)，所以，为了防止光纤熔断向其它部件的传播，优选从光纤熔断的发生到激励用LD的停止的时间例如为IOOms以内。因此，优选使用具有能够在例如IOOms内完成例如图3所示的流程图的步骤Sll S14的处理的速度的控制部40。当然，优选在数毫秒(ms)以内反复进行图3所示的步骤Sll、S12的处理。如果要给出一般的数值，那么在从光纤熔断的发生位置到监测位置(熔接部36)的光纤长为20m时，从光纤熔断发生开始，光强度降低的影响以充分少于I μ s的时间传播到监测位置，从光量变化到TO50的电信号变化的时间是I μ s的级别，到判定损害发生的时间为IOms左右，从电流驱动停止信号发出到激励光强度降低的时间是Ims的级另O。因此，能够以总共大致IOms多的时间停止驱动，所以光纤熔断引起的光纤的破损长度也就大约1cm。根据驱动方法或者检测方法，从防止错误检测的观点来看，需要对损害发生的判定设置延迟时间，如前所述，例如，在输出脉冲状信号光的情况下，需要设置与I个周期或者多个周期相应的延迟时间。例如，在输出IOOHz的脉冲状信号光的情况下，设置与2个周期相应的延迟时，设置0.02秒左右的延迟时间即可。由此，即使发生光纤熔断，也能够在合适的时间使激励用LD停止，从而抑制光纤熔断的进行。因此，根据本发明，能够将光学部件的故障抑制在最小限度，即使是必须修理的情况下，也能够抑制其成本。特别是，光纤熔断从熔接点开始的情况下，所有的光学部件也都可以再利用。如以上的实施方式所述，在从光纤激光的光输出发生异常到激励光阻断的时间为IOms左右的情况下，光纤熔断进行Icm左右即停止。此时，如果各部件的光纤长度为5cm程度以上，则能够通过切断光纤熔断的发生位置，并熔接剩余光纤，从而再利用光学部件。此情况下，如果各个光学部件的光纤长度为5 30cm的程度，则因为能够在发生光纤熔断后进行再利用，并且能够有效地抑制拉曼散射，所以是优选的。
进而，特别是CW驱动的光纤激光中，到判定所述损害发生的时间比向DCF的芯中添加的掺杂物的松弛时间(Ims左右)更短时，在从光纤激光的光输出发生异常到该输出停止的时间中，松弛时间具有支配性。此情况下，因为光纤熔断在Imm左右停止，所以，如果熔接需要的光纤长度为例如5_左右，则通过使各个部件的光纤长度为Icm程度以上，更具体地为I 5cm程度，能够抑制拉曼散射，并且能够再利用各个光学部件，所以是优选的。综合以上的关系，得出如下结论。将光学部件的光纤长度(一端)设为L，将熔接需要的光学部件的最小光纤长度设为Lmin，将光纤熔断的进行速度设为V (V > 0)，将从熔断发生到阻断的时间设为τ ( τ=检测时间+判定时间+光强度降低时间)，此种情况下，以下的公式成立。应予说明，“ O ”表示其左右的公式等价。Lmin< L-νX τ φ τ < (L-Lmin) τ < Δ /ν,此处，δ =L-Lmin(Λ > O)。S卩，各个光学部件的光纤长度被设定为，当只减少了从光纤熔断发生直到停止之间进行的长度(νΧ τ )时，剩余的长度比熔接需要的光学部件的最小光纤长度Lmin更长。或者，时间τ被设定为比光纤熔断只进行长度△的时间更短的时间。(B)第二实施方式图4是表示本发明的第二实施方式的构成例的框图。此图中，对于与图1对应的部分赋予同一符号，省略其说明。在图4所示的第二实施方式的光纤激光装置IA中，与图1的情况相比较，除去激励用LD20、激励用LD驱动电源21以及激励光复用器17。S卩，虽然在图1的实施方式中，采用双向激励方式，但是，在第二实施方式中采用前方激励方式。另夕卜，PD50检测来自0C16和输出光学部60之间的熔接部71的漏出信号光。在第二实施方式中，虽然激励方法与第一实施方式不同,但是,与第一实施方式同样，通过图3所示的处理，能够检测光纤熔断并使进行停止。应予说明，在第二实施方式中，因为不存在激励用LD20，所以，优选与此对应地设定步骤S12的阈值Th。(C)第三实施方式
图5是表不本发明的第三实施方式的构成例的框图。此图中，对于与图1对应的部分赋予同一符号，省略其说明。在图5所示的第三实施方式的光纤激光装置IB中，与图1的情况相比较，除去激励用LD18、激励用LD驱动电源19以及激励光复用器13。S卩，虽然在图1的实施方式中，采用双向激励方式，但是，在第三实施方式中采用后方激励方式。在后方激励方式的情况下，因为激励光没有被输出到熔接部36侧，所以除去激励光截止滤波器51。在第三实施方式中，虽然激励方法与第一实施方式不同,但是,与第一实施方式同样，通过图3所示的处理，能够检测光纤熔断并使进行停止。应予说明，在第三实施方式中，因为不存在激励用LD18，所以，优选与此对应地设定步骤S12的阈值Th。(D)第四实施方式图6是表示本发明的第四实施方式的构成例的框图。在图6所示的第四实施方式的光纤激光装置IC中，图1、4、5中所示的激光激发装置10、10AU0B被记载为激光激发装置70。从激光激发装置70输出的信号光，输入后段的激光放大装置110，在光强度被放大后，经由输出光学部60输出。此处,激光放大装置110以光纤112,激励光复用器113、117，放大用光纤115，激励用LD118U20，以及激励用LD驱动电源119、121为主要构成要素。熔接部131 134是熔接各个光学部件具有的光纤112而形成的。控制部40控制激励用LD驱动电源119、121，并且，控制内置于激光激发装置70的激励用LD驱动电源。在第四实施方式中，从激光激发装置70输出的信号光入射到光纤112的芯，对包层入射从激励用LD118U20输出的激励光。放大用光纤115基于入射到包层的激励光，将入射到芯的信号光放大，从输出光学部60输出。来自熔接部134的漏出信号光经由激励光截止滤波器51入射到TO50。TO50将漏出信号光变换为电信号后向控制部40供给。然后，对第四实施方式的动作进行说明。在第四实施方式中，在激光激发装置70以及激光放大装置110两者中，有可能发生光纤熔断。假设，在激光放大装置110的输出侧发生光纤熔断的情况下，因为光纤熔断在激光放大装置110内从图的右侧向左侧传播，所以成为信号光不向比光纤熔断更靠右的一侧传播的状态。因此，通过图3的处理，利用与所述的各个实施方式同样的动作，能够检测光纤熔断并使其停止进行。另一方面，在激光激发装置70的输出侧发生光纤熔断的情况下，也同样是在激光激发装置70内从图的右侧向左侧沿光纤12传播，所以成为信号光不向比光纤熔断更靠右的一侧传播的状态，因此，通过图3的处理，能够检测光纤熔断。应予说明，在步骤S14的处理中，能够通过使激光激发装置70以及激光放大装置110两者的激励用LD停止，使光纤熔断的进行停止。另外，在第四实施方式的情况下，激光放大装置110具有2个激励用LD118、120，激光激发装置70具有至少I个激励用LD，所以，优选对应于上述激励用LD的个数设定阈值Th。(E)第五实施方式图7是表示本发明的第五实施方式的构成例的框图。应予说明，在图7中，对于与图6对应的部分赋予同一符号,所以,省略其说明。在图7所不的第五实施方式的光纤激光装置ID中，与图6的情况相比较，除去激励光复用器117、激励用LD120、以及激励用LD驱动电源121。另外，PD150检测来自熔接部171的漏出信号光。除此以外的构成与图6的情况相同。在第五实施方式中，与第四实施方式的情况同样，通过图3所示的处理，能够检测光纤熔断，停止激励用LD，从而使光纤熔断的进行停止。应予说明，在第五实施方式中，因为激光放大装置IlOA仅具有激励用LD118，所以在步骤S14的处理中，使激励用LD驱动电源119与激光激发装置70具有的激励用LD驱动电源都停止。另外，关于阈值Th，优选对应于激励用LD的个数等进行设 定。(F)第六实施方式图8是表示本发明的第六实施方式的构成例的框图。应予说明，在图8中，对于与图6对应的部分赋予同一符号,所以省略其说明。在图8所不的第六实施方式的光纤激光装置IE中，与图6的情况相比较，除去激励光复用器113、激励用LD118、以及激励用LD驱动电源119。除此以外的构成与图6的情况相同。在第六实施方式中，与第四实施方式同样，通过图3所示的处理，能够检测光纤熔断，停止激励用LD，从而使光纤熔断停止进行。在第9实施方式中，因为激光放大装置IlOE仅具有激励用LD120，所以在步骤S14的处理中，使激励用LD驱动电源121与激光激发装置70具有的激励用LD驱动电源都停止。应予说明，虽然在图8的例子中，在TO50和熔接部134之间，设置激励光截止滤波器51，但是，在激光激发装置70为后方激励方式的情况下，因为激励光不到达熔接部134，所以能够去除激励光截止滤波器51。(G)第七实施方式图9是表示本发明的第七实施方式的构成例的框图。在图9所示的第七实施方式的光纤激光装置1F，以控制部40，PD50、150，激励光截止滤波器51、151，输出光学部60，激光激发装置70，激光放大装置80以及光纤112作为主要的构成要素。此处，激光激发装置70由图1、4、5中记载的激光激发装置10、10AU0B中的任一个构成。另外，激光放大装置80由图6、7、8中记载的激光放大装置110、110A、1 IOB中的任一个构成。Η)50经由激励光截止滤波器51检测来自熔接部134的漏出信号光，PD150经由激励光截止滤波器151检测来自熔接部131的漏出信号光。虽然在第七实施方式中，通过与图3同样的处理进行动作，但是，分别对Η)50、151执行步骤Sll、S12的处理。具体而言，在步骤Sll中，检测Η)50、151各自的漏出信号光的强度Lpl、Lp2，在步骤S12中，将其与各自的阈值Thl、Th2比较，在满足Lpl < Thl以及Th2< Lp2的任一方或者双方的情况下，进入步骤S13。然后，在步骤S14中，控制部40停止激光激发装置70以及激光放大装置80双方的激励用LD。由此，即使是在激光激发装置70或者激光放大装置80的任一方发生了光纤熔断的情况下，也能够停止激励用LD，进而使光纤熔断的进行停止。另外，在第七实施方式中，在步骤S16中，将Lpl以及Lp2与Ts以及Te一同存储时，能够知道在激光激发装置70以及激光放大装置80的哪一方发生了光纤熔断。具体地，在Lpl < Thl以及Th2 < Lp2双方都成立的情况下，能够判定为在比熔接部131更靠左(图左)的一侧发生了光纤熔断。另外，在仅仅Thl < Lpl成立的情况下，能够判定为在熔接部131和熔接部134之间发生了光纤熔断。(H)第八实施方式图10是表不本发明的第八实施方式的构成例的框图。图10中，对于与图1对应的部分赋予同一符号，所以省略其说明。在图10所示的第八实施方式的光纤激光装置IG中，与图1的情况相比较，设置用于检测来自熔接部31的漏出信号光的TO250以及激励光截止滤波器251，PD250连接于控制部40。其它的构成与图1的情况同样。图10所示的第八实施方式中，在激励光复用器13的左侧发生的光纤熔断也能够作为检测对象。即，虽然HR14反射接近99%的信号光，并返回放大用光纤15，但是，例如，1%左右的信号光作为漏出信号光通过。此处，在光纤激光装置IG的输出功率为IkW左右的情况下，漏出信号光为IOW左 右。因此，设想在激励光复用器13的左侧也发生光纤熔断的情况。因此，在第八实施方式中，能够通过TO250检测从熔接部31漏出的漏出信号光，在漏出信号光的强度小于阈值Th的情况下，判定为在激励光复用器13的左侧发生了光纤熔断，从而能够停止激励用LD18、20。具体说明的话，因为在没有发生光纤熔断的正常状态下，来自放大用光纤15的一部分信号光作为漏出信号光输出到HR14的左侧，所以，此漏出信号光经由激励光复用器13输出，并被设置在熔接部31的TO250检测出来。因此，在正常状态下，由TO250检测出漏出信号光的强度Lp。此处，在终端部11的附近发生了光纤熔断时，此光纤熔断向着图右侧进行。在光纤熔断移动至比熔接部31更靠右一侧时，因为来自HR14的漏出信号光被此光纤熔断阻断，所以，由PD250检测到的漏出信号光的强度Lp降低。因此，通过图3的步骤S12的处理，判定为Yes后进行步骤S13之后的处理，停止激励用LD18、20的驱动，从而停止光纤熔断的进行。应予说明，在图10的实施方式中，阈值Th例如能够设为在HR14的左侧输出的漏出信号光的强度的例如1/10左右。当然，也可以是除此以外的值。(I)第九实施方式图11是表不本发明的第九实施方式的构成例的框图。图11中对于与图10对应的部分赋予同一符号，所以省略其说明。在图11所示的第九实施方式的光纤激光装置IH中，与图10的情况相比较，终端部11被置换为roilA，另外，除去TO250以及激励光截止滤波器251。其它构成与图10的情况同样。在图11所示的第九实施方式中，与图10的情况同样地，在HR14的左侧漏出的漏出信号光由roilA检测，在漏出信号光的强度Lp比指定的阈值Th小的情况下，判定为发生光纤熔断，并停止激励用LD18、20的驱动。由此，与图10的情况同样地，也能够以在激励光复用器13的左侧发生的光纤熔断作为检测对象，从而使光纤熔断的进行停止。应予说明，作为阈值Th的设定方法，能够与第八实施方式的情况同样地设定。(J)第十实施方式图12是表不本发明的第十实施方式的构成例的框图。图12中,对于与图9对应的部分赋予同一符号，所以省略其说明。在图12所示的第十实施方式的光纤激光装置II中，与图9的情况相比较，热敏电阻52热耦合于TO50进行配置，并且，热敏电阻52被连接于控制部40。另外，热敏电阻152热耦合于PD150进行配置，并且，热敏电阻152被连接于控制部40。其它构成与图9的情况同样。在图12所示的第十实施方式中，控制部40通过热敏电阻52、152校准来自TO50、150的检测信号。S卩，因为TO50、150的检测电压与周围温度成反比例，所以控制部40基于由热敏电阻52、152检测的温度校准检测电压，而不依赖于周围温度。由此，能够通过Η)50、150准确地检测漏出信号光的强度，而不依赖于周围温度。在第十实施方式中，与第七实施方式的情况同样，能够知道激光激发装置70或者激光放大装置80中的哪一个发生了光纤熔断，并且，与图10、11的情况同样，也能够通过在HR14的左侧漏出的漏出信号光来检测发生的光纤熔断。即，在激光激发装置70的未图示的终端部11的附近发生光纤熔断，向图12的右侧进行，并到达激励光复用器13时，激励光复用器13被破坏，来自激励用LD18的激励光的入射被阻断。因此，例如，在激光激发装置70以及激光放大装置80中使用的激励用LD为相同光强度，激励光复用器13中激励光的入射完全中断时，信号光的强度在熔接部131衰减至1/2，在熔接部134衰减至3/4。因此，在漏出信号光的强度如前所述衰减至1/2以及3/4的情况下，能够判定为在终端部11的附近发生光纤熔断。此时，因为Η)50、150的检测信号通过热敏电阻52、152进行校准，所以，不论周围温度的变化，都能够可靠地检测检测信号的变化。另外，在第十实施方式中，还能够对在激励用LD到激励光复用器之间发生的光纤熔断进行检测。例如，在激励用LD18和激励光复用器13之间发生了光纤熔断的情况下，PD150和TO50的输出减少。例如，各个激励用LD由5个LD形成的情况下，在I个激励用LD的光纤中发生了光纤熔断的时候，PD150中仅仅减少1/10的输出，TO50中仅仅减少1/20的输出。因此，通过准确地检测漏出信号光的强度，能够检测在激励用LD和激励光复用器之间发生的光纤熔断，从而停止其进行。应予说明，以上虽然对于Η)50、150双方设置热敏电阻52、152，但是也可以对于任一方进行设置，在检测到任一所述的漏出信号光的强度变化的情况下，阻断激励用LD。
另外，在以上的各个实施方式中，可以将阈值Th设定为与驱动的激励用LD的个数大致成比例的值，或者设定为对应于驱动的激励用LD的个数和由其驱动电流给予的输出光的强度的值。由此，例如，即使是在一个激励用LD发生光纤熔断，脱离本来应该得到的光纤激光的输出光强度的范围的情况下，也能够根据此很小的输出光变动检测到光纤熔断，从而适当地停止其进行。另外，特别是在实施方式四 七、十的MOPA构成的情况下，也可以是如第十实施方式所示，分别赋予激光激发装置和激光放大装置不同的比例常数，乘以与所述驱动的激励用LD的个数大致成比例的值，或者对应于驱动的激励用LD的个数和由其驱动电流得到的输出光的强度的值，并设定对应于综合上述数值而得到的输出光的强度的阈值。由此能够更精密地设定对应于光纤激光的动作状态的阈值，并能够进行高精度的光纤熔断检测。另外，如第七、第九实施方式等那样，在激光激发装置和激光放大装置中，分别监测输出光来判定光纤熔断的发生位置的情况下，通过设置进行第七实施方式所记载的判定流程的判定部，并将其配置于控制部40内，或者与外部连接，从而能够自动地进行判定。进而，可以设置显示其判定结果的显示部，也可以设置对外部装置(PC等)进行信号输出的输出装置。(K)变形实施方式应予说明，所述的各个实施方式是一个例子，除此以外还存在各种变形实施方式。例如，虽然在以上各个实施方式中，检测来自熔接部的漏出信号光，但是，也可以如图13所示，检测来自光学系统(光纤或者聚光透镜等)彼此间隔指定距离进行光学连接的部分的漏出信号光。在图13的例中，信号光经由连接部160,穿过光纤164,并介由输出光学部165对加工对象物进行照射。此处，连接部160具有输出光学部161和输入光学部162，输出光学部161和输入光学部162间隔指定的间隔进行配置。PD163入射从输出光学部161的芯漏出的漏出信号光，变换为对应的电信号后向控制部40供给。如此，即使是在熔接部以外，也能够检测来自芯的漏出信号光，而不限定为熔接部。另外，虽然在以上的各个实施方式中，通过激励光截止滤波器使激励光衰减，但是，例如，还能够在熔接部的前段，将用于使芯光以外的光释放到外部的光纤熔接到光纤12上，并由此使激励光衰减。当然，也可以是除此以外的方法。另外，虽然在 以上的各个实施方式中，通过激励用LD驱动电源驱动激励用LD，但是也可以是，控制部40直接驱动各个激励用LD，或者，基于来自控制部的控制信号控制FET(Field Effect Transistor,场效应晶体管)，由该FET控制流过各个激励用LD的电流。另外，虽然在以上的各个实施方式中，在发生光纤熔断的情况下，停止所有的激励用LD的动作，但是，在能够通过停止一部分激励用LD的动作来停止光纤熔断的进行的情况下，也可以停止一部分激励用LD的动作。另外，虽然在以上的各个实施方式中，通过图2所示的控制部40，判定光纤熔断的发生，但是，除此以外，例如也可以使用应用了逻辑电路的硬件，或者使用FPGA(Field-Programmable Gate Array,场可编程门阵列)。符号说明1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1I 光纤激光装置10、10A、10B、10C、10D、70 激光激发装置110、110A、110B、80 激光放大装置11终端部IlA PD12 光纤
13、17激励光复用器15放大用光纤14、16 FBG18、20 激励用 LD19,21激励用LD驱动电源(停止部)31 36熔接部40控制部(判定部、校准部的一部分)43 RAM (存储部)50 PD (检测部)51激励光截止滤波器52热敏电阻(校准部的一部分)60输出光学部70激光激发装置
80激光放大装置(放大部)
权利要求
1.一种光纤激光装置，其特征在于，对光纤导入激励光并产生激光，其中包含 检测部，检测作为从所述光纤的芯漏出的信号光的漏出信号光； 判定部，在由所述检测部检测的所述漏出信号光强度减少了的情况下，判定为光纤发生异常； 停止部，在由所述判定部判定为所述光纤发生异常的情况下，停止向所述光纤导入所述激励光。
2.如权利要求I所述的光纤激光装置，其特征在于，所述检测部检测从所述光纤彼此的连接部漏出的所述漏出信号光。
3.如权利要求2所述的光纤激光装置，其特征在于，所述连接部是所述光纤彼此熔接 而成的熔接部，所述检测部检测从所述熔接部漏出的所述漏出信号光。
4.如权利要求2所述的光纤激光装置，其特征在于，所述连接部将所述光纤彼此隔开 指定距离进行配置，所述检测部检测从所述光纤彼此之间扩散并漏出的所述漏出信号光。
5.如权利要求2至4中任一项所述的光纤激光装置，其特征在于，所述连接部是位于最靠近输出所述激光的输出端的位置的连接部。
6.如权利要求I所述的光纤激光装置，其特征在于，所述检测部检测从设置于所述激光的输出侧和相反侧的全反射光纤光栅漏出的所述漏出信号光。
7.如权利要求I至6中任一项所述的光纤激光装置，其特征在于，所述检测部经由透过所述激光并衰减所述激励光的衰减部，检测所述漏出信号光。
8.如权利要求I至7中任一项所述的光纤激光装置，其特征在于， 所述检测部由光电二极管构成， 包含校准部，所述校准部检测所述光电二极管的温度，基于检测的温度校准所述光电二极管的检测信号。
9.如权利要求I至8中任一项所述的光纤激光装置，其特征在于， 还包含放大部，通过光纤放大所述激光， 所述检测部检测从所述放大部输出的所述激光自所述光纤的芯漏出的漏出信号光。
10.如权利要求I至9中任一项所述的光纤激光装置，其特征在于，包含存储部，存储表示时间的信息，所述时间是从检测出所述漏出信号光强度减少直到停止所述激励光的时间。
11.如权利要求I至10中任一项所述的光纤激光装置，其特征在于，所述判定单元基于阈值判定所述光纤异常的发生，所述阈值是作为固定值的阈值、对应于所述激励光或者所述激光的强度的设定值而变动的阈值、或者对应于流过生成所述激励光的激光二极管的电流值而变动的阈值。
12.如权利要求11所述的光纤激光装置，其特征在于，在所述激光为脉冲光的情况下，所述判定单元基于多个周期的所述漏出信号光的强度的平均值，判定所述光纤异常的发生。
13.如权利要求I所述的光纤激光装置，其特征在于，对所述光纤导入所述激励光的激励光复用器在多个激励光导入端口中具有空端口，将所述激光的输出侧和相反侧的终端部以及所述空端口中的至少一方作为可见光导入端口。
14.一种光纤激光装置的异常检测方法，其特征在于，是对光纤导入激励光并生成激光的光纤激光装置的异常检测方法，在所述检测方法中， 检测作为从所述光纤的芯漏出的信号光的漏出信号光， 在检测的所述漏出信号光的强度减少了的情况下，判定为光纤发生异常， 在判定为 所述光纤发生异常的情况下，停止向所述光纤导入所述激励光。
全文摘要
可靠地检测在光纤发生的异常。光纤激光装置1，其特征在于，对光纤导入激励光并生成激光，包含检测部(PD50)，检测作为从光纤的芯漏出的信号光的漏出信号光；判定部(控制部40)，在由检测部检测的漏出信号光强度减少了的情况下，判定为发生异常；停止部(激励用LD驱动电源)，在由判定部判定为发生异常的情况下，停止激励光的导入。
文档编号H01S3/06GK103222134SQ20118005627
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者宫户泰三, 柏木孝介, 江森芳博, 藤崎晃 申请人:古河电气工业株式会社