ファイバレーザ装置用光ファイバ及びファイバレーザ装置
【課題】光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバを提供する。
【解決手段】中実のコア２とクラッド３を備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバ１において、クラッド３に隣接して金属層６が形成されているものである。
【解決手段】中実のコア２とクラッド３を備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバ１において、クラッド３に隣接して金属層６が形成されているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバ及びファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療用途への適用を目的として、より高出力で安価な光源の開発が求められている。これらの要求に対し、ファイバレーザおよび光増幅器は、高効率でしかもシングルモードのレーザ光を容易に取り出すことができるという理由で注目を集めている。
【０００３】
現在開発されているファイバレーザの一般的な構成を図６に示す。図６に示すファイバレーザ装置７１では、半導体レーザ（ＬＤ）７２からの励起光は、励起光コンバイナ７３を介して希土類イオン（希土類元素）が添加されたファイバレーザ用光ファイバ７４へ入射される。高出力を得るために、ＬＤ７２はファイバレーザ用光ファイバ７４に複数個接続される。
【０００４】
希土類元素が添加されたファイバレーザ用光ファイバ７４の励起光が入射される側には、励起光波長に対しては透過し、発振光波長に対しては高い反射率を有するファイバグレーティング（ＦＢＧ）７５が形成されている。また励起光入射側とは反対側には、部分的に発振光を反射する別のＦＢＧ７６が形成されている。この２つのＦＢＧ７５，７６は、レーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働き、レーザ発振光Ｌが出力される。
【０００５】
ファイバレーザ装置７１は、グレーティングによる共振器構造を形成せず、誘導放出光の波長に一致する信号光を励起光と重畳させて伝搬させれば、光増幅器としても機能する。
【０００６】
希土類イオンが添加されたファイバレーザ用光ファイバ７４としては、図７に示すようなダブルクラッド型光ファイバを一般に使用している。ダブルクラッド型光ファイバのコア領域７７にはＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｈ等の希土類元素が添加されている。クラッドはコア領域７７より屈折率が低い第１クラッド領域７８と、これよりもさらに屈折率が低い第２クラッド領域７９とからなる。なお、図示されていないが第２クラッド領域７９の周囲には、慣用の材料からなる被覆層等が設けられる。
【０００７】
励起光Ｌｅは第１クラッド領域７８内をマルチモードで伝搬し、次第に中心のコア領域７１に吸収されて減衰する。このようなダブルクラッド構造の光ファイバを用いた端面励起方式のファイバ型レーザは、励起光Ｌｅからレーザ発振光Ｌへの変換効率が高く、年々出力を増大させ、１０ｋＷ級の発振も実現している。
【０００８】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００９】
【特許文献１】特表２００２−５４１５０７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、ファイバレーザは優れたビーム品質を持ち、さらに、最近は高出力化も進んでおり、１０ｋＷ級のファイバレーザが実現されるに至っている。そのため、各種加工用途、特に、金属材等の溶接や切断用のレーザ光発振源としての期待が高まっている。このように高出力化したファイバレーザを実用化する際の課題として、安全対策の問題が挙げられる。
【００１１】
中でも、ファイバ断線時のレーザ光遮断機能はファイバレーザ装置では必須の機能である。仮にファイバが断線すると、その断線個所からエネルギー密度の高いレーザ光が出射し、周囲のものを破壊することもある。通常このような状態を回避するために、ファイバレーザ本体やファイバレーザ用光ファイバの断線を検知するシステムが導入されている。
【００１２】
具体的には、ファイバレーザ用光ファイバ本体ではなく、ファイバレーザ用光ファイバが組み込まれているケーブル構造に工夫が施されている。例えば、図８に示すようなファイバレーザ断線検知用ケーブル８１は、ファイバレーザ用光ファイバ８２を螺旋状に取り巻くように金属製のテープ８３をケーブル外皮８４の内側に設け、その金属テープ８３に通電し、ファイバレーザ用光ファイバ８２が断線してレーザ光が漏れ、金属テープ８３を断線させることで検知する仕組みである。
【００１３】
この構造では、ファイバレーザ用光ファイバ８２とケーブル外皮８４との間に金属テープ８３をフレキシブルに組み込み、かつ金属テープ８３同士が接しても、そこで短絡しないような絶縁処理を施す必要があるため、製造が難しく、手間がかかるなどの問題点がある。
【００１４】
また、ファイバレーザ用光ファイバ８２の外周に、金属テープ８３が必要となるため、ケーブル全体の構造も複雑であり、外径が太くなるので重量も増し、ファイバレーザ伝送系のケーブルの取り回しがしにくくなるといった問題点があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、上記ファイバレーザ装置用光ファイバを用いることで、光ファイバ断線時に、瞬時にレーザ発振を停止することができるファイバレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、中実のコアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバにおいて、上記クラッドに隣接して金属層が形成されているファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００１８】
請求項２の発明は、上記ファイバレーザ装置用光ファイバは、上記コアに希土類イオンを添加し、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となる金属被覆ファイバレーザ用光ファイバである請求項１記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００１９】
請求項３の発明は、上記金属層は、内部金属層と外部金属層からなる請求項１又は２記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２０】
請求項４の発明は、上記内部金属層と外部金属層のうち、一方の金属層は上記クラッドと密着性が高い金属からなり、かつ厚さが１〜３μｍであり、他方の金属層は導電性が高い金属からなり、かつ厚さが５〜１５μｍである請求項３記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２１】
請求項５の発明は、最外層に絶縁被覆層をさらに形成した請求項１〜４いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２２】
請求項６の発明は、上記絶縁被覆層は、ポリイミド樹脂からなる請求項５記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２３】
請求項７の発明は、コアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するためのファイバレーザ装置用光ファイバに励起光を入射し、その励起光を上記ファイバレーザ装置用光ファイバで反射励振させてレーザ発振光を出力するファイバレーザ装置において、
上記ファイバレーザ装置用光ファイバとして請求項１〜７いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバを用い、そのファイバレーザ装置用光ファイバに常時通電する通電手段と、上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電状況を監視する監視手段とを備えたファイバレーザ装置である。
【００２４】
請求項８の発明は、４上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電が遮断されたとき、上記励起光を遮断する遮断手段をさらに備えた請求項７記載のファイバレーザ装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２７】
図１は、本発明の好適な第１実施形態を示すファイバレーザ装置用光ファイバの横断面図である。
【００２８】
図１に示すように、第１実施形態に係るファイバレーザ装置用光ファイバとしての金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、中実のコア２と、クラッド３とを備え、高出力のレーザ光を伝送するための光ファイバである。コア２は、純粋石英にＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｈ等の希土類イオンを添加してなる。
【００２９】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、コア２に希土類イオンを添加しているため、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、図５で後述するように、発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体ともなる。
【００３０】
クラッド３は、コア２の周囲に形成されてコア２よりも実効的に屈折率が低い第１クラッド部（第１クラッド層）３ａと、その第１クラッド部３ａの外側に形成される第２クラッド部（第２クラッド層）３ｂとを備える。第１および第２クラッド部３ａ，３ｂは、例えば純粋石英にＦを添加して形成される。
【００３１】
第１クラッド部３ａ内でコア２の周囲には、実効的な屈折率をコア２よりも低くするために、コア２の長さ方向に沿って屈折率が１となる空孔４が、横断面視で散点状（あるいはハニカム状）となるように複数個形成される。
【００３２】
第１クラッド部３ａと第２クラッド部３ｂの境界には、コア２に添加されている希土類イオンを励起して光を発光させるための励起光を第１クラッド部３ａ内に効率的に閉じこめるため、複数個の空孔４が横断面視で六角形状に配列されてなる空孔層５が形成される。
【００３３】
クラッド３に隣接する部分として、第２クラッド部３ｂの外周には、金属層６が形成される。この金属層６は、内部金属層６ａと外部金属層６ｂとからなる。
【００３４】
内部金属層６ａは、Ｎｉなどのクラッド３と密着性が高い金属からなり、かつ厚さが１〜３μｍである。外部金属層６ｂは、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇなどの導電性が高い金属からなり、厚さが５〜１５μｍである。
【００３５】
すなわち、金属層６の材質としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどを適用し、それらの金属をメッキ法によって多層にした構造とする。石英ファイバ上に無電解メッキを施すことから、石英ファイバ直上の金属被覆にはＮｉメッキを施し、その上にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属メッキを施す。また、酸化などの影響を受けて金属が変質することを考慮し、Ｎｉの上にＡｕあるいはＰｔを施すことが望ましい。
【００３６】
さらに、金属層６において、Ｎｉの上に被覆する金属の厚さが５μｍよりも薄いと、石英ファイバの強度保証の点で問題があり、また、１５μｍよりも厚い場合は、金属層６の金属剛性が強くなり、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１が曲げにくくなってしまうことや、材料コストも高くなるなどの理由から、Ｎｉの上に被覆する金属の厚さを５〜１５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
この金属層６についてより詳細に説明する。
【００３８】
まず、被覆金属材としては腐食も酸化することもなく、展性の高いＡｕが最適であるが、第２クラッド部３ｂにＡｕを直接被覆するにはスパッタリング法を用いなくてはならず、長尺の光ファイバを製造することが困難である。
【００３９】
そこで、石英ガラス表面に無電解メッキが可能なＮｉ層を第１層目（内部金属層６ａ）とし、Ｎｉ層の形成による導電性により、Ａｕ層を第２層目（外部金属層６ｂ）に電解メッキする構造とした。
【００４０】
ここで、無電解メッキによるＮｉ層の厚さは１〜３μｍ程度が望ましい。１μｍ以上のＮｉ層が必要な理由は、まず、次工程のＡｕ電解メッキではＮｉ層に電極を接しながら通電し、Ａｕメッキ膜を形成する。具体的には、シアン化金カリウム液層に浸しながらＡｕ層の形成を行うので、Ｎｉ層が１μｍ未満になると電極との接点において、Ｎｉメッキ光ファイバが傷つき、断線する可能性が高いからである。
【００４１】
Ｎｉ層の厚さを３μｍ以下とする理由は、無電解法によるＮｉメッキはその安定化が難しく、本発明者らの実験によると、３μｍを超える厚膜化ではメッキ層の割れによる剥離の頻度が多発し、歩留りが著しく低下するからである。Ｎｉを電解メッキしてさらに厚膜化する方法もあるが、Ｎｉ層は酸化しやすく、酸化したＮｉ層はもろく剥離しやすい。そこで、酸化しないＡｕ層をＮｉ層上に電解法でメッキした。
【００４２】
金属層６の形成にメッキを用いたのは、スパッタリング法を用いると、大抵の金属を石英表面に被覆（蒸着）することもできるが、製造コストが高くなり、金属層の厚膜化、長尺化が困難なので、現実的ではないからである。
【００４３】
また、本実施形態では、Ａｕ層の厚さは５μｍとした。これはＮｉ層とＡｕ層のトータル膜厚が薄いと、金属層６に電気（後述する監視用電流）を流した際に、その電気抵抗による自己発熱で膜質が劣化（発熱によって金属層が劣化）し、最終的に金属層が断線することがあるからである。
【００４４】
ここで、厚さ１．５μｍのＮｉ層の上にＡｕ層を２，５，８μｍメッキした金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ（ガラスファイバ部の直径（第２クラッド部３ｂの外径）１２５μｍ）１の金属層６に、監視用電流としては十分な０．６〜１．６Ａ程度の電流を流した際の電流とファイバ断線時間の実験結果を図２に示す。図２より、Ａｕ層厚が５μｍ以上あれば、０．６Ａ程度の電流を１０万時間通電しても断線しないという結論が得られた。
【００４５】
第２クラッド部３ｂの外周となる最外層には、絶縁被覆層７が形成される。絶縁被覆層７としては、耐熱絶縁性のあるポリイミド樹脂からなるものを使用する。
【００４６】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、通常、図３（ａ）に示すようなボビン３１に巻き取られた状態で保持されたり、ボビンなしで図３（ｂ）に示すようなコイル３２にされて保持されたりする。
【００４７】
その際、通電を行う光ファイバの金属層同士が接触すると電気的な短絡を起こし、導通によるファイバ断線監視が不可能となるばかりか、場合によっては短絡時に発生する火花による発熱で、金属層が損傷し、最悪の場合、断線を起こすこともある。
【００４８】
そこで、ファイバ同士が接触しても短絡を生じないようにするために、金属層６の外周に、最外層となる絶縁被覆層７を形成するとよい。高出力レーザ光を発振または伝送する際に、レーザ光の持つエネルギーの一部が熱に変わり、ファイバ本体（金属層６の内側部分）の温度が上昇することも予想されるので、特に大出力のシステムにおいては、金属層６の上に耐熱絶縁性に優れる（例えば、ポリイミド樹脂）樹脂を施し、これを絶縁被覆層７とすることが有効な手段となる。
【００４９】
また、絶縁被覆層７としては、一般的に光ファイバによく用いられている紫外線硬化型樹脂や熱硬化型のシリコーン樹脂等を用いてもよい。これらの樹脂も一般に絶縁性は良好である。
【００５０】
すなわち、金属層６の上に絶縁被覆層７を形成することで、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１を巻き取ったり、コイル状に収納したりする際に、ファイバ同士が接触してもその接触点での電気的な絶縁状態を保つことができる。
【００５１】
本実施形態では、第２クラッド部３ｂの上に、内部金属層６ａとしてＮｉ層を１．５μｍ無電解メッキ法でメッキし、さらにその外周に外部被覆層６ｂとしてＡｕ層を８μｍ電解メッキ法によりメッキし、さらに耐熱性に優れたポリイミド樹脂からなる絶縁被覆層７を最外層部に厚さ１５μｍ被覆した。金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の外径は、一般に使用されているファイバレーザ用光ファイバの外径とほぼ同じである。
【００５２】
次に、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１を用いたファイバレーザ装置を、図５で説明する。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態に係るファイバレーザ装置５１は、レーザ発振光Ｌを出力するための光学部５２と、光学部５２を構成する光ファイバの断線を検知するための検知部５３とで主に構成される。
【００５４】
光学部５２は、高出力の励起光を得るための複数個の励起光源５４と、これら励起光源５２にそれぞれ接続された複数本の励起光用光ファイバ５５と、これら励起光用光ファイバ５５と共に束ねられ、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となる金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と、その金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に接続され、レーザ発振光Ｌを伝送する第２の実施形態に係るファイバレーザ装置用光ファイバとしてのファイバレーザ伝送用光ファイバ４１と、これと金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１を光学的に接続する接続器５６とからなる。
【００５５】
励起光源５４としては、ＬＤを用いる。複数本の励起光用光ファイバ５７と金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１が束ねられた部分は、励起コンバイナ５７となる。
【００５６】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の励起光の入射側（励起コンバイナ５７よりも下流側の端部）には、励起光波長に対しては透過し、発振光波長に対しては高い反射率を有するＦＢＧ５８が形成される。また、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１のレーザ発振光Ｌの出射側（接続器５６よりも上流側の端部）には、部分的に発振光を反射する別のＦＢＧ５９（ＦＢＧ５８とは格子間隔が異なる）が形成される。これら２つのＦＢＧ５８，５９は、レーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働く。ＦＢＧ５８，５９は、図１の金属層６を形成する前に予め形成しておく。
【００５７】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１のうち、励起コンバイナ５７になる部分には金属層６を形成しないか、あるいは励起コンバイナ５７になる部分にある金属層６を剥離しておく。
【００５８】
また、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の出射側端部には、接続器５６を介してレーザ発振光Ｌを伝送させるためのファイバレーザ伝送用ファイバ４１が接続されている。
【００５９】
ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１は、図４に示すように、純粋石英からなる中実のコア４２と、そのコア４２の外周に設けられ、純粋石英にＦが添加されてなるクラッド４３と、そのクラッド４３の外周に設けられた図１の金属層６と、最外層の絶縁被覆層７とからなる。
【００６０】
本実施形態では、コア４２の直径を４００μｍ、クラッド４３の外径を６００μｍとした。金属層６、絶縁被覆層７、外径は図１の金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と同じ寸法にした。
【００６１】
検知部５３は、全ての励起光源５４に接続されて励起光源５４を駆動する駆動・制御装置６０と、その駆動・制御装置６０に接続され、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の金属層６に流す監視用電流（検知電流）を測定する電流センサとしての電流測定器６１と、金属層６に検知電流を流して常時通電する通電手段（通電装置）としての電流供給装置６２と、これら電流測定器６１と電流供給装置６２とを接続すると共に、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１，ファイバレーザ光伝送用光ファイバ４１に沿って設けられる通電用のツイストメタルコード６３とからなる。
【００６２】
駆動・制御装置６０には、電流測定器６１で測定した検知電流測定値により、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電状況を監視する監視手段と、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電が遮断されたとき、励起光を遮断する遮断手段とを備える。
【００６３】
電流供給装置６２としては、直流、交流どちらの電源でも差し支えはなく、また、その出力も微弱でよい。１０Ａを超えるような電流では、省エネの観点から無駄なエネルギーを使用することとなり、ごくわずかな電流では制御しにくいことから、１Ａ程度の電流を検知電流として用いることが好ましい。
【００６４】
つまり、市販のテスターで金属層６の導通を監視する程度の検知電流でも十分である。ただし、望ましくは導通状態を簡単な電気信号として出力する仕組みが備わっていれば、その出力信号を励起光制御用のモニタ信号として使用できるので都合がよい。
【００６５】
光学部５２と検知部５３の接続は、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の励起コンバイナ５７とＦＢＧ５８間に位置する励起光入力部Ｅにおいて、ツイストメタルコード６３と金属層６を電気的に接続することで行う。
【００６６】
ツイストメタルコード６３は、一端が電流測定器６１、電流供給装置６２、励起光入力部Ｅにそれぞれ接続され、接続器５６で電気的にも接続されて延長され、他端がファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の出力端６４に接続される。
【００６７】
これにより、ファイバレーザ装置５１では、電流供給装置６２の出力端子から供給される電流は、ツイストメタルコード６３、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の金属層６、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の金属層６、その出射端６４で折り返されてツイストメタルコード６３、再び電流供給装置６２の入力端子に達するような電気回路が区画形成される。
【００６８】
第１実施形態の作用をファイバレーザ装置５１の動作と共に説明する。
【００６９】
駆動・制御装置６０により、各励起光源５２を駆動すると、各励起光源５２から励起光が出射され、励起コンバイナ５７、励起光入力部Ｅを介して金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に入射される。
【００７０】
入射した励起光は、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の内部で増幅され、さらにＦＢＧ５９，５９がレーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働くことで、レーザ発振光Ｌが生成され、これがファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の出射端６４から出力される。
【００７１】
このレーザ発振時に、ファイバレーザ装置５１の駆動・制御装置６０は、電流供給装置６２を制御して金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に常時通電を行い、設定した検知電流を金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の金属層６に流す。検知電流は、上述した電気回路を巡って再び電流供給装置６２に達し、そのときの値が電流測定器６１で測定され、駆動・制御装置６０にフィードバックされる。
【００７２】
駆動・制御装置６０は、検知電流測定値により、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電状況を監視し、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の断線の有無を判別する。
【００７３】
より詳細には、駆動・制御装置６０は、検知電流測定値が予め設定したしきい値を超えているとき、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１が断線なしの健全状態であると判断し、ファイバレーザ装置５１の運転を継続する。
【００７４】
一方、駆動・制御装置６０は、検知電流測定値が予め設定したしきい値以下になったとき、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の断線や、その金属層６が損傷・劣化が発生した異常時と判断する。
【００７５】
異常時、駆動・制御装置６０は、電流供給装置６２を停止し、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電を遮断し、これと同時に励起光源５４への通電も遮断して励起光源５４の駆動を停止し、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１への励起光の入射を停止し、励起光を遮断する。これにより、駆動・制御装置６０はファイバレーザ装置５１を停止する。
【００７６】
また、ファイバレーザ装置５１では、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に接続器５６を介してファイバレーザ伝送用光ファイバ４１を接続しており、その金属層６にも検知電流が流れるため、上述と同様にして、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の通電状況を監視し、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の断線の有無も判別できる。
【００７７】
このように、ファイバレーザ装置５１は、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１とファイバレーザ伝送用光ファイバ４１を用いて光学部５２を構成し、その光学部５２に検知部５３を接続し、ファイバ自体に通電を行っている。
【００７８】
このため、ファイバレーザ装置５１は、両ファイバの金属層６に流した検知電流を監視することで、どちらかのファイバの異常時を判断できる。
【００７９】
さらに、ファイバレーザ装置５１では、検知部５３を構成する駆動・制御装置６０により、ファイバ異常時に、瞬時にレーザ発振を停止するので、ファイバレーザ装置５１の安全性を保証できる。
【００８０】
しかも、第１実施形態に係る金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と、第２実施形態に係るファイバレーザ伝送用光ファイバ４１とは、基本的には光ファイバ金属層６を備えた簡単な構成であり、検知部５３の構成も簡単なので、ファイバレーザ装置５１の安全システムを簡単にかつ安価に構築できる。
【００８１】
つまり、本実施形態に係るファイバレーザ装置５１によれば、光ファイバの金属層６に常時通電を行い、その通電状況を監視することで、光ファイバの健全性（断線なし状態、あるいは断線あり状態など）が判断でき、ファイバ異常時に励起光源５４の駆動を停止すれば、ファイバレーザ装置５１の運転を停止することができるので、ファイバレーザ装置５１の安全性を保証できる。
【００８２】
また、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、クラッド３に隣接する部分の１つである第２クラッド部３ｂの外周に薄い金属層６を形成しており、光ファイバ自体に断線検知のための金属層６を備えており、光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００８３】
このため、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、図８の従来のファイバレーザ断線検知用ケーブル８１と比べて、ケーブル自体の細径化、軽量化、柔軟性の確保が可能となり、フレキシブルで低コスト化も可能である。
【００８４】
ここで、ケーブルの細径、軽量化のより詳細な根拠を説明する。
【００８５】
従来のファイバレーザ断線検知用ケーブル８１は、ファイバレーザ用光ファイバ８２の外周に、絶縁被覆を施した金属テープ８３を取り囲むように螺旋状に配置させる必要がある。螺旋状にする理由は、ケーブルにフレキシブルな特性を持たせるためである。
【００８６】
金属テープ８３をファイバレーザ用光ファイバ８２に直接巻き付けると、ケーブルを曲げた際に、金属テープ８３からファイバレーザ用光ファイバ８２に側圧がかかり、光伝送特性に悪影響を与える可能性がある。また、ファイバ被覆を傷つけてファイバレーザ用光ファイバ８２を断線させたりする可能性もある。そのために、螺旋状の金属テープ８３とファイバレーザ用光ファイバ８２の間には空間が必要で、かつその空間形状を保持する必要もある。
【００８７】
以上の点を保証するためには、ケーブル構造の再設計が必要で、かつ空間部を確保するためにはケーブル外径が太くなる。ケーブル外径が太くなると曲げ剛性も大きくなるので、曲げにくく、曲げ径も大きくなり、フレキシブル特性が劣化してしまう。
【００８８】
これに対し、第１実施形態に係る金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と、第２実施形態に係るファイバレーザ伝送用光ファイバ４１とは、通常の光ファイバの構造（直径）とほぼ同じであり、通電機能を有しているので、通常の光ファイバと同じ使い勝手でケーブル構造を設計することが可能である。
【００８９】
さらに、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、ファイバレーザ装置５１に用いた場合に断線検知用の電流を流せ、しかも高出力の励起光やレーザ発振光を金属層６の内側に閉じこめることができる。金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１のこれら作用効果は、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１についても同じである。
【００９０】
上記実施形態の金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１では、クラッド３に隣接する部分の１つとして、第２クラッド部３ｂの外周に薄い金属層６を形成した例で説明したが、クラッド３に隣接する部分としては、空孔４の１つに金属層６と同様の２層構造の金属層を形成してもよい。この場合、外部被覆層をクラッド３と密着性が高い金属で形成し、内部被覆層を導電性が高い金属で形成する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の好適な第１実施形態を示すファイバレーザ装置用光ファイバ（金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ）の横断面図である。
【図２】図１に示した金属被覆ファイバレーザ用光ファイバの通電による断線発生時間の金属層厚依存性を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、図１に示した金属被覆ファイバレーザ用光ファイバの収納状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置用光ファイバ（ファイバレーザ伝送用光ファイバ）の横断面図である。
【図５】本実施形態に係るファイバレーザ装置の概略図である。
【図６】従来のファイバレーザ装置の概略図である。
【図７】従来のファイバレーザ用ダブルクラッド光ファイバの概略図である。
【図８】従来のファイバレーザ断線検知用ケーブルの構造例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ（ファイバレーザ装置用光ファイバ）
２ コア
３ クラッド
３ａ 第１クラッド部
３ｂ 第２クラッド部
６ 金属層
６ａ 内部金属層
６ｂ 外部金属層
７ 絶縁被覆層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバ及びファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療用途への適用を目的として、より高出力で安価な光源の開発が求められている。これらの要求に対し、ファイバレーザおよび光増幅器は、高効率でしかもシングルモードのレーザ光を容易に取り出すことができるという理由で注目を集めている。
【０００３】
現在開発されているファイバレーザの一般的な構成を図６に示す。図６に示すファイバレーザ装置７１では、半導体レーザ（ＬＤ）７２からの励起光は、励起光コンバイナ７３を介して希土類イオン（希土類元素）が添加されたファイバレーザ用光ファイバ７４へ入射される。高出力を得るために、ＬＤ７２はファイバレーザ用光ファイバ７４に複数個接続される。
【０００４】
希土類元素が添加されたファイバレーザ用光ファイバ７４の励起光が入射される側には、励起光波長に対しては透過し、発振光波長に対しては高い反射率を有するファイバグレーティング（ＦＢＧ）７５が形成されている。また励起光入射側とは反対側には、部分的に発振光を反射する別のＦＢＧ７６が形成されている。この２つのＦＢＧ７５，７６は、レーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働き、レーザ発振光Ｌが出力される。
【０００５】
ファイバレーザ装置７１は、グレーティングによる共振器構造を形成せず、誘導放出光の波長に一致する信号光を励起光と重畳させて伝搬させれば、光増幅器としても機能する。
【０００６】
希土類イオンが添加されたファイバレーザ用光ファイバ７４としては、図７に示すようなダブルクラッド型光ファイバを一般に使用している。ダブルクラッド型光ファイバのコア領域７７にはＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｈ等の希土類元素が添加されている。クラッドはコア領域７７より屈折率が低い第１クラッド領域７８と、これよりもさらに屈折率が低い第２クラッド領域７９とからなる。なお、図示されていないが第２クラッド領域７９の周囲には、慣用の材料からなる被覆層等が設けられる。
【０００７】
励起光Ｌｅは第１クラッド領域７８内をマルチモードで伝搬し、次第に中心のコア領域７１に吸収されて減衰する。このようなダブルクラッド構造の光ファイバを用いた端面励起方式のファイバ型レーザは、励起光Ｌｅからレーザ発振光Ｌへの変換効率が高く、年々出力を増大させ、１０ｋＷ級の発振も実現している。
【０００８】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００９】
【特許文献１】特表２００２−５４１５０７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、ファイバレーザは優れたビーム品質を持ち、さらに、最近は高出力化も進んでおり、１０ｋＷ級のファイバレーザが実現されるに至っている。そのため、各種加工用途、特に、金属材等の溶接や切断用のレーザ光発振源としての期待が高まっている。このように高出力化したファイバレーザを実用化する際の課題として、安全対策の問題が挙げられる。
【００１１】
中でも、ファイバ断線時のレーザ光遮断機能はファイバレーザ装置では必須の機能である。仮にファイバが断線すると、その断線個所からエネルギー密度の高いレーザ光が出射し、周囲のものを破壊することもある。通常このような状態を回避するために、ファイバレーザ本体やファイバレーザ用光ファイバの断線を検知するシステムが導入されている。
【００１２】
具体的には、ファイバレーザ用光ファイバ本体ではなく、ファイバレーザ用光ファイバが組み込まれているケーブル構造に工夫が施されている。例えば、図８に示すようなファイバレーザ断線検知用ケーブル８１は、ファイバレーザ用光ファイバ８２を螺旋状に取り巻くように金属製のテープ８３をケーブル外皮８４の内側に設け、その金属テープ８３に通電し、ファイバレーザ用光ファイバ８２が断線してレーザ光が漏れ、金属テープ８３を断線させることで検知する仕組みである。
【００１３】
この構造では、ファイバレーザ用光ファイバ８２とケーブル外皮８４との間に金属テープ８３をフレキシブルに組み込み、かつ金属テープ８３同士が接しても、そこで短絡しないような絶縁処理を施す必要があるため、製造が難しく、手間がかかるなどの問題点がある。
【００１４】
また、ファイバレーザ用光ファイバ８２の外周に、金属テープ８３が必要となるため、ケーブル全体の構造も複雑であり、外径が太くなるので重量も増し、ファイバレーザ伝送系のケーブルの取り回しがしにくくなるといった問題点があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、上記ファイバレーザ装置用光ファイバを用いることで、光ファイバ断線時に、瞬時にレーザ発振を停止することができるファイバレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、中実のコアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバにおいて、上記クラッドに隣接して金属層が形成されているファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００１８】
請求項２の発明は、上記ファイバレーザ装置用光ファイバは、上記コアに希土類イオンを添加し、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となる金属被覆ファイバレーザ用光ファイバである請求項１記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００１９】
請求項３の発明は、上記金属層は、内部金属層と外部金属層からなる請求項１又は２記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２０】
請求項４の発明は、上記内部金属層と外部金属層のうち、一方の金属層は上記クラッドと密着性が高い金属からなり、かつ厚さが１〜３μｍであり、他方の金属層は導電性が高い金属からなり、かつ厚さが５〜１５μｍである請求項３記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２１】
請求項５の発明は、最外層に絶縁被覆層をさらに形成した請求項１〜４いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２２】
請求項６の発明は、上記絶縁被覆層は、ポリイミド樹脂からなる請求項５記載のファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００２３】
請求項７の発明は、コアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するためのファイバレーザ装置用光ファイバに励起光を入射し、その励起光を上記ファイバレーザ装置用光ファイバで反射励振させてレーザ発振光を出力するファイバレーザ装置において、
上記ファイバレーザ装置用光ファイバとして請求項１〜７いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバを用い、そのファイバレーザ装置用光ファイバに常時通電する通電手段と、上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電状況を監視する監視手段とを備えたファイバレーザ装置である。
【００２４】
請求項８の発明は、４上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電が遮断されたとき、上記励起光を遮断する遮断手段をさらに備えた請求項７記載のファイバレーザ装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２７】
図１は、本発明の好適な第１実施形態を示すファイバレーザ装置用光ファイバの横断面図である。
【００２８】
図１に示すように、第１実施形態に係るファイバレーザ装置用光ファイバとしての金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、中実のコア２と、クラッド３とを備え、高出力のレーザ光を伝送するための光ファイバである。コア２は、純粋石英にＮｄ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｔｈ等の希土類イオンを添加してなる。
【００２９】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、コア２に希土類イオンを添加しているため、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、図５で後述するように、発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体ともなる。
【００３０】
クラッド３は、コア２の周囲に形成されてコア２よりも実効的に屈折率が低い第１クラッド部（第１クラッド層）３ａと、その第１クラッド部３ａの外側に形成される第２クラッド部（第２クラッド層）３ｂとを備える。第１および第２クラッド部３ａ，３ｂは、例えば純粋石英にＦを添加して形成される。
【００３１】
第１クラッド部３ａ内でコア２の周囲には、実効的な屈折率をコア２よりも低くするために、コア２の長さ方向に沿って屈折率が１となる空孔４が、横断面視で散点状（あるいはハニカム状）となるように複数個形成される。
【００３２】
第１クラッド部３ａと第２クラッド部３ｂの境界には、コア２に添加されている希土類イオンを励起して光を発光させるための励起光を第１クラッド部３ａ内に効率的に閉じこめるため、複数個の空孔４が横断面視で六角形状に配列されてなる空孔層５が形成される。
【００３３】
クラッド３に隣接する部分として、第２クラッド部３ｂの外周には、金属層６が形成される。この金属層６は、内部金属層６ａと外部金属層６ｂとからなる。
【００３４】
内部金属層６ａは、Ｎｉなどのクラッド３と密着性が高い金属からなり、かつ厚さが１〜３μｍである。外部金属層６ｂは、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇなどの導電性が高い金属からなり、厚さが５〜１５μｍである。
【００３５】
すなわち、金属層６の材質としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇなどを適用し、それらの金属をメッキ法によって多層にした構造とする。石英ファイバ上に無電解メッキを施すことから、石英ファイバ直上の金属被覆にはＮｉメッキを施し、その上にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇなどの金属メッキを施す。また、酸化などの影響を受けて金属が変質することを考慮し、Ｎｉの上にＡｕあるいはＰｔを施すことが望ましい。
【００３６】
さらに、金属層６において、Ｎｉの上に被覆する金属の厚さが５μｍよりも薄いと、石英ファイバの強度保証の点で問題があり、また、１５μｍよりも厚い場合は、金属層６の金属剛性が強くなり、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１が曲げにくくなってしまうことや、材料コストも高くなるなどの理由から、Ｎｉの上に被覆する金属の厚さを５〜１５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
この金属層６についてより詳細に説明する。
【００３８】
まず、被覆金属材としては腐食も酸化することもなく、展性の高いＡｕが最適であるが、第２クラッド部３ｂにＡｕを直接被覆するにはスパッタリング法を用いなくてはならず、長尺の光ファイバを製造することが困難である。
【００３９】
そこで、石英ガラス表面に無電解メッキが可能なＮｉ層を第１層目（内部金属層６ａ）とし、Ｎｉ層の形成による導電性により、Ａｕ層を第２層目（外部金属層６ｂ）に電解メッキする構造とした。
【００４０】
ここで、無電解メッキによるＮｉ層の厚さは１〜３μｍ程度が望ましい。１μｍ以上のＮｉ層が必要な理由は、まず、次工程のＡｕ電解メッキではＮｉ層に電極を接しながら通電し、Ａｕメッキ膜を形成する。具体的には、シアン化金カリウム液層に浸しながらＡｕ層の形成を行うので、Ｎｉ層が１μｍ未満になると電極との接点において、Ｎｉメッキ光ファイバが傷つき、断線する可能性が高いからである。
【００４１】
Ｎｉ層の厚さを３μｍ以下とする理由は、無電解法によるＮｉメッキはその安定化が難しく、本発明者らの実験によると、３μｍを超える厚膜化ではメッキ層の割れによる剥離の頻度が多発し、歩留りが著しく低下するからである。Ｎｉを電解メッキしてさらに厚膜化する方法もあるが、Ｎｉ層は酸化しやすく、酸化したＮｉ層はもろく剥離しやすい。そこで、酸化しないＡｕ層をＮｉ層上に電解法でメッキした。
【００４２】
金属層６の形成にメッキを用いたのは、スパッタリング法を用いると、大抵の金属を石英表面に被覆（蒸着）することもできるが、製造コストが高くなり、金属層の厚膜化、長尺化が困難なので、現実的ではないからである。
【００４３】
また、本実施形態では、Ａｕ層の厚さは５μｍとした。これはＮｉ層とＡｕ層のトータル膜厚が薄いと、金属層６に電気（後述する監視用電流）を流した際に、その電気抵抗による自己発熱で膜質が劣化（発熱によって金属層が劣化）し、最終的に金属層が断線することがあるからである。
【００４４】
ここで、厚さ１．５μｍのＮｉ層の上にＡｕ層を２，５，８μｍメッキした金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ（ガラスファイバ部の直径（第２クラッド部３ｂの外径）１２５μｍ）１の金属層６に、監視用電流としては十分な０．６〜１．６Ａ程度の電流を流した際の電流とファイバ断線時間の実験結果を図２に示す。図２より、Ａｕ層厚が５μｍ以上あれば、０．６Ａ程度の電流を１０万時間通電しても断線しないという結論が得られた。
【００４５】
第２クラッド部３ｂの外周となる最外層には、絶縁被覆層７が形成される。絶縁被覆層７としては、耐熱絶縁性のあるポリイミド樹脂からなるものを使用する。
【００４６】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、通常、図３（ａ）に示すようなボビン３１に巻き取られた状態で保持されたり、ボビンなしで図３（ｂ）に示すようなコイル３２にされて保持されたりする。
【００４７】
その際、通電を行う光ファイバの金属層同士が接触すると電気的な短絡を起こし、導通によるファイバ断線監視が不可能となるばかりか、場合によっては短絡時に発生する火花による発熱で、金属層が損傷し、最悪の場合、断線を起こすこともある。
【００４８】
そこで、ファイバ同士が接触しても短絡を生じないようにするために、金属層６の外周に、最外層となる絶縁被覆層７を形成するとよい。高出力レーザ光を発振または伝送する際に、レーザ光の持つエネルギーの一部が熱に変わり、ファイバ本体（金属層６の内側部分）の温度が上昇することも予想されるので、特に大出力のシステムにおいては、金属層６の上に耐熱絶縁性に優れる（例えば、ポリイミド樹脂）樹脂を施し、これを絶縁被覆層７とすることが有効な手段となる。
【００４９】
また、絶縁被覆層７としては、一般的に光ファイバによく用いられている紫外線硬化型樹脂や熱硬化型のシリコーン樹脂等を用いてもよい。これらの樹脂も一般に絶縁性は良好である。
【００５０】
すなわち、金属層６の上に絶縁被覆層７を形成することで、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１を巻き取ったり、コイル状に収納したりする際に、ファイバ同士が接触してもその接触点での電気的な絶縁状態を保つことができる。
【００５１】
本実施形態では、第２クラッド部３ｂの上に、内部金属層６ａとしてＮｉ層を１．５μｍ無電解メッキ法でメッキし、さらにその外周に外部被覆層６ｂとしてＡｕ層を８μｍ電解メッキ法によりメッキし、さらに耐熱性に優れたポリイミド樹脂からなる絶縁被覆層７を最外層部に厚さ１５μｍ被覆した。金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の外径は、一般に使用されているファイバレーザ用光ファイバの外径とほぼ同じである。
【００５２】
次に、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１を用いたファイバレーザ装置を、図５で説明する。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態に係るファイバレーザ装置５１は、レーザ発振光Ｌを出力するための光学部５２と、光学部５２を構成する光ファイバの断線を検知するための検知部５３とで主に構成される。
【００５４】
光学部５２は、高出力の励起光を得るための複数個の励起光源５４と、これら励起光源５２にそれぞれ接続された複数本の励起光用光ファイバ５５と、これら励起光用光ファイバ５５と共に束ねられ、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となる金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と、その金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に接続され、レーザ発振光Ｌを伝送する第２の実施形態に係るファイバレーザ装置用光ファイバとしてのファイバレーザ伝送用光ファイバ４１と、これと金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１を光学的に接続する接続器５６とからなる。
【００５５】
励起光源５４としては、ＬＤを用いる。複数本の励起光用光ファイバ５７と金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１が束ねられた部分は、励起コンバイナ５７となる。
【００５６】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の励起光の入射側（励起コンバイナ５７よりも下流側の端部）には、励起光波長に対しては透過し、発振光波長に対しては高い反射率を有するＦＢＧ５８が形成される。また、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１のレーザ発振光Ｌの出射側（接続器５６よりも上流側の端部）には、部分的に発振光を反射する別のＦＢＧ５９（ＦＢＧ５８とは格子間隔が異なる）が形成される。これら２つのＦＢＧ５８，５９は、レーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働く。ＦＢＧ５８，５９は、図１の金属層６を形成する前に予め形成しておく。
【００５７】
金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１のうち、励起コンバイナ５７になる部分には金属層６を形成しないか、あるいは励起コンバイナ５７になる部分にある金属層６を剥離しておく。
【００５８】
また、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の出射側端部には、接続器５６を介してレーザ発振光Ｌを伝送させるためのファイバレーザ伝送用ファイバ４１が接続されている。
【００５９】
ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１は、図４に示すように、純粋石英からなる中実のコア４２と、そのコア４２の外周に設けられ、純粋石英にＦが添加されてなるクラッド４３と、そのクラッド４３の外周に設けられた図１の金属層６と、最外層の絶縁被覆層７とからなる。
【００６０】
本実施形態では、コア４２の直径を４００μｍ、クラッド４３の外径を６００μｍとした。金属層６、絶縁被覆層７、外径は図１の金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と同じ寸法にした。
【００６１】
検知部５３は、全ての励起光源５４に接続されて励起光源５４を駆動する駆動・制御装置６０と、その駆動・制御装置６０に接続され、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の金属層６に流す監視用電流（検知電流）を測定する電流センサとしての電流測定器６１と、金属層６に検知電流を流して常時通電する通電手段（通電装置）としての電流供給装置６２と、これら電流測定器６１と電流供給装置６２とを接続すると共に、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１，ファイバレーザ光伝送用光ファイバ４１に沿って設けられる通電用のツイストメタルコード６３とからなる。
【００６２】
駆動・制御装置６０には、電流測定器６１で測定した検知電流測定値により、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電状況を監視する監視手段と、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電が遮断されたとき、励起光を遮断する遮断手段とを備える。
【００６３】
電流供給装置６２としては、直流、交流どちらの電源でも差し支えはなく、また、その出力も微弱でよい。１０Ａを超えるような電流では、省エネの観点から無駄なエネルギーを使用することとなり、ごくわずかな電流では制御しにくいことから、１Ａ程度の電流を検知電流として用いることが好ましい。
【００６４】
つまり、市販のテスターで金属層６の導通を監視する程度の検知電流でも十分である。ただし、望ましくは導通状態を簡単な電気信号として出力する仕組みが備わっていれば、その出力信号を励起光制御用のモニタ信号として使用できるので都合がよい。
【００６５】
光学部５２と検知部５３の接続は、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の励起コンバイナ５７とＦＢＧ５８間に位置する励起光入力部Ｅにおいて、ツイストメタルコード６３と金属層６を電気的に接続することで行う。
【００６６】
ツイストメタルコード６３は、一端が電流測定器６１、電流供給装置６２、励起光入力部Ｅにそれぞれ接続され、接続器５６で電気的にも接続されて延長され、他端がファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の出力端６４に接続される。
【００６７】
これにより、ファイバレーザ装置５１では、電流供給装置６２の出力端子から供給される電流は、ツイストメタルコード６３、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の金属層６、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の金属層６、その出射端６４で折り返されてツイストメタルコード６３、再び電流供給装置６２の入力端子に達するような電気回路が区画形成される。
【００６８】
第１実施形態の作用をファイバレーザ装置５１の動作と共に説明する。
【００６９】
駆動・制御装置６０により、各励起光源５２を駆動すると、各励起光源５２から励起光が出射され、励起コンバイナ５７、励起光入力部Ｅを介して金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に入射される。
【００７０】
入射した励起光は、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の内部で増幅され、さらにＦＢＧ５９，５９がレーザ共振器の全反射鏡および出力鏡として働くことで、レーザ発振光Ｌが生成され、これがファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の出射端６４から出力される。
【００７１】
このレーザ発振時に、ファイバレーザ装置５１の駆動・制御装置６０は、電流供給装置６２を制御して金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に常時通電を行い、設定した検知電流を金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の金属層６に流す。検知電流は、上述した電気回路を巡って再び電流供給装置６２に達し、そのときの値が電流測定器６１で測定され、駆動・制御装置６０にフィードバックされる。
【００７２】
駆動・制御装置６０は、検知電流測定値により、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電状況を監視し、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の断線の有無を判別する。
【００７３】
より詳細には、駆動・制御装置６０は、検知電流測定値が予め設定したしきい値を超えているとき、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１が断線なしの健全状態であると判断し、ファイバレーザ装置５１の運転を継続する。
【００７４】
一方、駆動・制御装置６０は、検知電流測定値が予め設定したしきい値以下になったとき、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の断線や、その金属層６が損傷・劣化が発生した異常時と判断する。
【００７５】
異常時、駆動・制御装置６０は、電流供給装置６２を停止し、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１の通電を遮断し、これと同時に励起光源５４への通電も遮断して励起光源５４の駆動を停止し、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１への励起光の入射を停止し、励起光を遮断する。これにより、駆動・制御装置６０はファイバレーザ装置５１を停止する。
【００７６】
また、ファイバレーザ装置５１では、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１に接続器５６を介してファイバレーザ伝送用光ファイバ４１を接続しており、その金属層６にも検知電流が流れるため、上述と同様にして、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の通電状況を監視し、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１の断線の有無も判別できる。
【００７７】
このように、ファイバレーザ装置５１は、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１とファイバレーザ伝送用光ファイバ４１を用いて光学部５２を構成し、その光学部５２に検知部５３を接続し、ファイバ自体に通電を行っている。
【００７８】
このため、ファイバレーザ装置５１は、両ファイバの金属層６に流した検知電流を監視することで、どちらかのファイバの異常時を判断できる。
【００７９】
さらに、ファイバレーザ装置５１では、検知部５３を構成する駆動・制御装置６０により、ファイバ異常時に、瞬時にレーザ発振を停止するので、ファイバレーザ装置５１の安全性を保証できる。
【００８０】
しかも、第１実施形態に係る金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と、第２実施形態に係るファイバレーザ伝送用光ファイバ４１とは、基本的には光ファイバ金属層６を備えた簡単な構成であり、検知部５３の構成も簡単なので、ファイバレーザ装置５１の安全システムを簡単にかつ安価に構築できる。
【００８１】
つまり、本実施形態に係るファイバレーザ装置５１によれば、光ファイバの金属層６に常時通電を行い、その通電状況を監視することで、光ファイバの健全性（断線なし状態、あるいは断線あり状態など）が判断でき、ファイバ異常時に励起光源５４の駆動を停止すれば、ファイバレーザ装置５１の運転を停止することができるので、ファイバレーザ装置５１の安全性を保証できる。
【００８２】
また、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、クラッド３に隣接する部分の１つである第２クラッド部３ｂの外周に薄い金属層６を形成しており、光ファイバ自体に断線検知のための金属層６を備えており、光ファイバ自体に断線検知機能を持たせたファイバレーザ装置用光ファイバである。
【００８３】
このため、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、図８の従来のファイバレーザ断線検知用ケーブル８１と比べて、ケーブル自体の細径化、軽量化、柔軟性の確保が可能となり、フレキシブルで低コスト化も可能である。
【００８４】
ここで、ケーブルの細径、軽量化のより詳細な根拠を説明する。
【００８５】
従来のファイバレーザ断線検知用ケーブル８１は、ファイバレーザ用光ファイバ８２の外周に、絶縁被覆を施した金属テープ８３を取り囲むように螺旋状に配置させる必要がある。螺旋状にする理由は、ケーブルにフレキシブルな特性を持たせるためである。
【００８６】
金属テープ８３をファイバレーザ用光ファイバ８２に直接巻き付けると、ケーブルを曲げた際に、金属テープ８３からファイバレーザ用光ファイバ８２に側圧がかかり、光伝送特性に悪影響を与える可能性がある。また、ファイバ被覆を傷つけてファイバレーザ用光ファイバ８２を断線させたりする可能性もある。そのために、螺旋状の金属テープ８３とファイバレーザ用光ファイバ８２の間には空間が必要で、かつその空間形状を保持する必要もある。
【００８７】
以上の点を保証するためには、ケーブル構造の再設計が必要で、かつ空間部を確保するためにはケーブル外径が太くなる。ケーブル外径が太くなると曲げ剛性も大きくなるので、曲げにくく、曲げ径も大きくなり、フレキシブル特性が劣化してしまう。
【００８８】
これに対し、第１実施形態に係る金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１と、第２実施形態に係るファイバレーザ伝送用光ファイバ４１とは、通常の光ファイバの構造（直径）とほぼ同じであり、通電機能を有しているので、通常の光ファイバと同じ使い勝手でケーブル構造を設計することが可能である。
【００８９】
さらに、金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１は、ファイバレーザ装置５１に用いた場合に断線検知用の電流を流せ、しかも高出力の励起光やレーザ発振光を金属層６の内側に閉じこめることができる。金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１のこれら作用効果は、ファイバレーザ伝送用光ファイバ４１についても同じである。
【００９０】
上記実施形態の金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ１では、クラッド３に隣接する部分の１つとして、第２クラッド部３ｂの外周に薄い金属層６を形成した例で説明したが、クラッド３に隣接する部分としては、空孔４の１つに金属層６と同様の２層構造の金属層を形成してもよい。この場合、外部被覆層をクラッド３と密着性が高い金属で形成し、内部被覆層を導電性が高い金属で形成する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の好適な第１実施形態を示すファイバレーザ装置用光ファイバ（金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ）の横断面図である。
【図２】図１に示した金属被覆ファイバレーザ用光ファイバの通電による断線発生時間の金属層厚依存性を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、図１に示した金属被覆ファイバレーザ用光ファイバの収納状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置用光ファイバ（ファイバレーザ伝送用光ファイバ）の横断面図である。
【図５】本実施形態に係るファイバレーザ装置の概略図である。
【図６】従来のファイバレーザ装置の概略図である。
【図７】従来のファイバレーザ用ダブルクラッド光ファイバの概略図である。
【図８】従来のファイバレーザ断線検知用ケーブルの構造例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 金属被覆ファイバレーザ用光ファイバ（ファイバレーザ装置用光ファイバ）
２ コア
３ クラッド
３ａ 第１クラッド部
３ｂ 第２クラッド部
６ 金属層
６ａ 内部金属層
６ｂ 外部金属層
７ 絶縁被覆層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中実のコアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバにおいて、上記クラッドに隣接して金属層が形成されていることを特徴とするファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項２】
上記ファイバレーザ装置用光ファイバは、上記コアに希土類イオンを添加し、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となる金属被覆ファイバレーザ用光ファイバである請求項１記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項３】
上記金属層は、内部金属層と外部金属層からなる請求項１又は２記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項４】
上記内部金属層と外部金属層のうち、一方の金属層は上記クラッドと密着性が高い金属からなり、かつ厚さが１〜３μｍであり、他方の金属層は導電性が高い金属からなり、かつ厚さが５〜１５μｍである請求項３記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項５】
最外層に絶縁被覆層をさらに形成した請求項１〜４いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項６】
上記絶縁被覆層は、ポリイミド樹脂からなる請求項５記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項７】
コアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するためのファイバレーザ装置用光ファイバに励起光を入射し、その励起光を上記ファイバレーザ装置用光ファイバで反射励振させてレーザ発振光を出力するファイバレーザ装置において、
上記ファイバレーザ装置用光ファイバとして請求項１〜７いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバを用い、そのファイバレーザ装置用光ファイバに常時通電する通電手段と、上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電状況を監視する監視手段とを備えたことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項８】
上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電が遮断されたとき、上記励起光を遮断する遮断手段をさらに備えた請求項７記載のファイバレーザ装置。
【請求項１】
中実のコアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するファイバレーザ装置用光ファイバにおいて、上記クラッドに隣接して金属層が形成されていることを特徴とするファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項２】
上記ファイバレーザ装置用光ファイバは、上記コアに希土類イオンを添加し、所定の励起を行うことで発光する発光機能を有し、その発光した光を反射励振させることでレーザ発振媒体となる金属被覆ファイバレーザ用光ファイバである請求項１記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項３】
上記金属層は、内部金属層と外部金属層からなる請求項１又は２記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項４】
上記内部金属層と外部金属層のうち、一方の金属層は上記クラッドと密着性が高い金属からなり、かつ厚さが１〜３μｍであり、他方の金属層は導電性が高い金属からなり、かつ厚さが５〜１５μｍである請求項３記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項５】
最外層に絶縁被覆層をさらに形成した請求項１〜４いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項６】
上記絶縁被覆層は、ポリイミド樹脂からなる請求項５記載のファイバレーザ装置用光ファイバ。
【請求項７】
コアとクラッドを備えて高出力のレーザ光を伝送するためのファイバレーザ装置用光ファイバに励起光を入射し、その励起光を上記ファイバレーザ装置用光ファイバで反射励振させてレーザ発振光を出力するファイバレーザ装置において、
上記ファイバレーザ装置用光ファイバとして請求項１〜７いずれかに記載のファイバレーザ装置用光ファイバを用い、そのファイバレーザ装置用光ファイバに常時通電する通電手段と、上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電状況を監視する監視手段とを備えたことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項８】
上記ファイバレーザ装置用光ファイバの通電が遮断されたとき、上記励起光を遮断する遮断手段をさらに備えた請求項７記載のファイバレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１４１０６６（Ｐ２００８−１４１０６６Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２７３５９（Ｐ２００６−３２７３５９）
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月４日（２００６．１２．４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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