レーザ加工装置、及びレーザ発振装置
【課題】戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できるレーザ加工装置、及びレーザ発振装置を提供すること。
【解決手段】信号用レーザ光を増幅する主増幅部と、増幅したレーザ光Ｌを出射するレーザ出射部の間に設けられ、主増幅部から第１の光路Ｌ１を通って入射されるレーザ光Ｌをレーザ出射部側の第２の光路Ｌ２へ出射する一方で、第２の光路Ｌ２を通って入射される戻り光を第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３へ出射する偏波無依存型の光アイソレータ５０と、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する受光素子５７と、受光素子５７が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する制御部を備えた。
【解決手段】信号用レーザ光を増幅する主増幅部と、増幅したレーザ光Ｌを出射するレーザ出射部の間に設けられ、主増幅部から第１の光路Ｌ１を通って入射されるレーザ光Ｌをレーザ出射部側の第２の光路Ｌ２へ出射する一方で、第２の光路Ｌ２を通って入射される戻り光を第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３へ出射する偏波無依存型の光アイソレータ５０と、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する受光素子５７と、受光素子５７が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する制御部を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅して出射するレーザ加工装置、及びレーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において、信号用レーザ光を励起用レーザ光により増幅して出射するレーザ加工装置やレーザ発振装置（所謂ファイバレーザ装置）が知られている。このようなファイバレーザ装置では、希土類添加光ファイバから出射されたレーザ光の一部が希土類添加光ファイバ内に戻り光として入射されるとともに増幅され、レーザ光を出射する半導体素子などのレーザ光源に悪影響を与える虞がある。このため、従来のファイバレーザ装置では、一般に希土類添加光ファイバの後段に光アイソレータを配設し、戻り光が希土類添加光ファイバ内に入射されることを抑制している。
【０００３】
そして、従来のファイバレーザ装置の中には、光アイソレータを通過して希土類添加光ファイバ内に入射された戻り光の光量を測定するとともに、戻り光の光量値が所定値を超えた場合に励起用レーザ光の出力を減じる制御を実行するものもある（例えば、特許文献１）。このような構成を備えた特許文献１のファイバレーザ装置では、戻り光が増幅されてレーザ光源などに悪影響を及ぼすことが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のファイバレーザ装置では、希土類添加光ファイバに接続されたモニタポートに伝播する戻り光の光量を測定する構成からも明らかなように、希土類添加光ファイバにおける励起状態に応じて増幅された戻り光の光量を測定するものである。このため、特許文献１では、戻り光の光量が希土類添加光ファイバの励起状態に応じて変化するため、必ずしも正確な戻り光の光量を測定できず、それに伴って戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できない虞がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できるレーザ加工装置、及びレーザ発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光を収束手段により収束させるとともに、光走査機構により方向を変更して照射位置を走査させつつレーザ出射部から加工対象物に照射するレーザ加工装置であって、前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、レーザ出射部側の第２の光路から偏波無依存型光アイソレータ内に入射された戻り光は、レーザ光を増幅する希土類添加光ファイバからレーザ光が入射される第１の光路とは異なる第３の光路へ出射されるため、希土類添加光ファイバに戻り光が入射されて光源に悪影響を及ぼすことが抑制される。そして、第３の光路へ出射された戻り光を検出手段により検出するとともに、この検出手段により出力された検出信号に基づき戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定するようにしている。このため、希土類添加光ファイバにより増幅される前の戻り光の光量を直接的に検出することで、希土類添加光ファイバの励起状態にかかわらず、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記戻り光の光量が所定の光量を超えていることを報知する報知手段をさらに備えたことを要旨とする。
【００１０】
これによれば、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かが報知される。このため、作業員などに対し、戻り光により光源に悪影響を与える可能性があることを正確に報知することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ出射部から出射するレーザ光の出力を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記レーザ光の出力を低下させることを要旨とする。
【００１２】
これによれば、戻り光の光量が所定の光量を超えていると判定された場合に、レーザ出射部から出射するレーザ光の出力が低下される。このため、加工対象物からの戻り光を減少させ、光源に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、前記偏波無依存型光アイソレータと前記検出手段の間には、前記偏波無依存型光アイソレータから出射される戻り光を減衰させる減衰手段がさらに設けられていることを要旨とする。
【００１４】
これによれば、戻り光を減衰手段により減衰させた後に検出手段で検出できる。したがって、強い戻り光によって検出手段に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
請求項５に記載の発明は、種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光をレーザ出射部から外部に出射するレーザ発振装置であって、前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１５】
これによれば、希土類添加光ファイバにより増幅される前の戻り光の光量を直接的に検出することで、希土類添加光ファイバの励起状態にかかわらず、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】レーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、光アイソレータを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１０は、本体ユニット１１と、本体ユニット１１にファイバケーブル１２及び電気ケーブル（図示略）を介して接続されたヘッドユニット１３とを備えている。
【００１９】
本体ユニット１１は、所定の波長帯域の信号用レーザ光を出力する種光源２１と、信号用レーザ光を増幅する予備増幅部２２と、制御部２３とを備えている。
種光源２１は、制御部２３の制御によりドライバ２４を介して駆動され、その駆動にて出力された信号用レーザ光は、種光源２１の後段に配置された予備増幅部２２で加工対象物としてのワークＷへの加工が可能なレベルより低い光強度まで増幅される。
【００２０】
予備増幅部２２は、信号用レーザ光が入射されるドープファイバ２５と、励起光としての励起用レーザ光を出力する励起光源２６（レーザダイオード）とを備えている。ドープファイバ２５は、希土類元素である例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を添加した可撓性を有する希土類添加光ファイバであり、図示しないボビンに巻回されることで所要の長さの光路が確保されている。ドープファイバ２５には、ファイバカプラ等よりなる光結合部２７が設けられており、励起光源２６から出力された励起用レーザ光は、光結合部２７を介してドープファイバ２５に入射されるようになっている。制御部２３は、ドライバ２８を介して励起光源２６の出力制御を行う。尚、ドープファイバ２５の後段には、光アイソレータ２９が設けられている。光アイソレータ２９は、ドープファイバ２５にて伝送される正方向（図１において右方向）の光を通過させる一方、逆方向の光（戻り光）を遮るようになっている。
【００２１】
本実施形態のレーザ加工装置１０は、光増幅手段を２つ備えており、その１つは上述した予備増幅部２２であり、もう１つは主増幅部３０である。
主増幅部３０は、本体ユニット１１に設けられた一対の励起光源３１（レーザダイオード）と、その一対の励起光源３１が出力する励起用レーザ光をヘッドユニット１３側にそれぞれ伝送する一対の伝送用ファイバ３２と、ヘッドユニット１３に設けられたドープファイバ３３とを備えている。ドープファイバ３３は、予備増幅部２２のドープファイバ２５と同様に、希土類元素である例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を添加した可撓性を有する希土類添加光ファイバであり、図示しないボビンに巻回されることで所要の長さの光路が確保されている。
【００２２】
ドープファイバ３３の前段側及び後段側にはそれぞれ、ファイバカプラ等よりなる前段側光結合部３４及び後段側光結合部３５が設けられ、この光結合部３４，３５は、一対の伝送用ファイバ３２の出射側端部とそれぞれ接続されている。励起光源３１から出力された励起用レーザ光は、伝送用ファイバ３２を通って本体ユニット１１側からヘッドユニット１３側に伝送され、光結合部３４，３５を介してドープファイバ３３に入射されるようになっている。制御部２３は、ドライバ３６を介して励起光源３１の出力制御を行う。
【００２３】
本体ユニット１１とヘッドユニット１３とを繋ぐファイバケーブル１２は、前述の各伝送用ファイバ３２と、予備増幅部２２にて増幅されたレーザ光（予備増幅光）をヘッドユニット１３側に伝送するための伝送用ファイバ３７とが外皮部材３８にて被覆されて一本のケーブルとして構成されている。このファイバケーブル１２は、両端部がそれぞれ本体ユニット１１及びヘッドユニット１３の各ハウジング（図示略）に対して着脱可能に構成されている。
【００２４】
ヘッドユニット１３において、伝送用ファイバ３７の出射側端部と主増幅部３０の前段側光結合部３４との間には、バンドパスフィルタ４０が設けられている。バンドパスフィルタ４０は、所定波長の光を透過させるとともに、それ以外の波長の光を透過させないという特性を有している。伝送用ファイバ３７にて伝送されたレーザ光（予備増幅光）は、バンドパスフィルタ４０を介して主増幅部３０のドープファイバ３３に入射されるように構成されている。
【００２５】
ヘッドユニット１３において、主増幅部３０の光結合部３５の後段には、主増幅部３０から出射されたレーザ光Ｌの出力を測定するためのレーザ出力測定部４１が設けられている。レーザ出力測定部４１は、レーザ光Ｌの光軸上に配置された例えばビームスプリッタ等よりなる光分岐部４２と、その光分岐部４２の近傍に設けられた受光素子４３とを備えている。光分岐部４２は、主増幅部３０から出射されたレーザ光Ｌの一部を受光素子４３に向かって反射する。受光素子４３は、光分岐部４２からのレーザ光Ｌを受光し、その受光結果に基づく検出信号を制御部２３に出力する。
【００２６】
また、ヘッドユニット１３において、光分岐部４２の後段には、主増幅部３０から出射され光分岐部４２を透過したレーザ光Ｌを平行光あるいは収束光に絞るコリメータレンズ４４を備えている。コリメータレンズ４４を通じて絞られたレーザ光Ｌは、ヘッドユニット１３に設けられた光走査機構４５によって所要の方向に反射される。光走査機構４５は、レーザ光Ｌを反射する２つのガルバノミラーを有して構成されるものであって、各ガルバノミラーの傾斜角度（回動角度）を変化させることにより、コリメータレンズ４４を通じて絞られたレーザ光Ｌを所要の方向に走査させるものであり、制御部２３によってドライバ４６を介して駆動制御される。光走査機構４５にて反射されたレーザ光Ｌは、集光レンズ４７にてスポットレーザ光に絞り込まれる。そして、その絞り込まれたレーザ光Ｌがヘッドユニット１３のレーザ出射部１３ａから外部に出射されて、ワークＷの表面上を走査されることにより所望の加工が行われる。本実施形態では、集光レンズ４７がレーザ光Ｌを収束する収束手段となる。
【００２７】
そして、本実施形態のレーザ加工装置１０では、ヘッドユニット１３内の光軸上において、主増幅部３０の後段側光結合部３５と、レーザ出力測定部４１の光分岐部４２の間に、光アイソレータ５０が設けられている。光アイソレータ５０は、主増幅部３０から出射される正方向（図１において右方向）の光を通過させる一方で、逆方向の光（戻り光）を遮るようになっている。以下、光アイソレータ５０の構成及び原理について説明する。
【００２８】
図２に示すように、光アイソレータ５０は、主増幅部３０側（図２において左側）からレーザ出射部１３ａ側（図２において右側）へ向かって、複屈折結晶板５１、ファラデー旋光子５２、１／２波長板５３（補償板）、及び複屈折結晶板５４を順に配置して構成された偏波無依存型光アイソレータとされている。複屈折結晶板５１，５４は、例えばルチル結晶や、イットリウム・バナデイト結晶などの複屈折性を有する結晶からなる。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、主増幅部３０から出射されたレーザ光Ｌは、第１の光路Ｌ１を通って光アイソレータ５０に入射されると、まず複屈折結晶板５１によって常光線と異常光線に分離されるとともに、分離された各分離光は、その偏光方向がファラデー旋光子５２の磁界中で何れも光の進行方向に対して右回りに４５°の回転を受ける。さらに各分離光は、その偏光方向が１／２波長板５３によって、光の進行方向に対して右回りに４５°の回転を受けて複屈折結晶板５４に入射される。複屈折結晶板５４に入射された各分離光は、その偏光方向が複屈折結晶板５１によって分離された時点と入れ替わっているため、複屈折結晶板５４によって合成され、レーザ出射部１３ａ側（レーザ出力測定部４１側）の第２の光路Ｌ２へ出射される。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、レーザ出射部１３ａ（レーザ出力測定部４１側）側から戻ってきた戻り光は、第２の光路Ｌ２を通って光アイソレータ５０に入射されると、まず複屈折結晶板５４によって常光線と異常光線に分離されるとともに、各分離光は光の進行方向に対して右回りに４５°の回転を受けてファラデー旋光子５２に入射される。しかしながら、ファラデー旋光子５２に入射した戻り光の各分離光は、ファラデー旋光子５２の磁界中で光の進行方向に対して左回りに４５°の回転を受けて複屈折結晶板５１に入射される。このため、複屈折結晶板５１に入射された各分離光は、その偏光方向が複屈折結晶板５４によって分離された時点と同一であるため、複屈折結晶板５１によってさらに分離がすすみ、第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３に出射される。このように、光アイソレータ５０は、主増幅部３０からのレーザ光Ｌをレーザ出射部１３ａ側へ通過させる一方で、レーザ出射部１３ａ側からの戻り光を主増幅部３０（ドープファイバ３３）へ入射させないようになっている。
【００３１】
また、本実施形態のレーザ加工装置１０において、ヘッドユニット１３には、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射された戻り光の光量（強度）を測定するための戻り光測定部５６が設けられている。戻り光測定部５６は、光アイソレータ５０の主増幅部３０側において、各第３の光路Ｌ３上にそれぞれ設けられた一対の検出手段としての受光素子５７と、光アイソレータ５０から出射される戻り光を減衰（減光）させる減衰手段としての一対の減光フィルタ５８とを備えている。各減光フィルタ５８は、第３の光路Ｌ３上において、光アイソレータ５０と各受光素子５７の間にそれぞれ配設されている。
【００３２】
また、各受光素子５７は、光アイソレータ５０から出射された戻り光を受光（検出）し、受光（検出）した戻り光の光量（強度）に応じた検出信号を出力する。本実施形態において、一方の受光素子５７は、光アイソレータ５０から出射される戻り光のうち、第３の光路Ｌ３に直交する第１方向の直線偏光成分（常光線）を受光する一方で、他方の受光素子５７は、第３の光路Ｌ３及び第１方向と直交する第２方向の直線偏光成分（異常光線）を受光する。そして、各受光素子５７から出力された検出信号は、ヘッドユニット１３に設けられた図示しない加算器（加算回路）により加算され、総和を示す検出信号として制御部２３に出力される。
【００３３】
なお図１に示すように、レーザ加工装置１０には、例えばコンソール等の操作部６０が設けられている。操作部６０は、本体ユニット１１に接続されており、この操作部６０にてレーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力値を含む加工情報の設定を行うことができる。操作部６０にて設定された加工情報は、制御部２３に入力され、制御部２３は、その加工情報に基づいて本体ユニット１１及びヘッドユニット１３を制御する。また、操作部６０には、レーザ加工装置１０に異常状態が発生していることを報知する報知手段としての異常ランプ６０ａが設けられている。
【００３４】
次に、上記実施形態の作用について説明する。
予備増幅部２２において、励起光源２６から出力された励起用レーザ光が光結合部２７を介してドープファイバ２５に入射されると、その励起用レーザ光によってドープファイバ２５内の希土類元素が励起状態とされる。この状態で、種光源２１から出力された信号用レーザ光がドープファイバ２５に入射されると、その信号用レーザ光は、ドープファイバ２５内においてワークＷへの加工が可能なレベルより低い光強度まで増幅される。そして、その増幅されたレーザ光（予備増幅光）は、ファイバケーブル１２の伝送用ファイバ３７を通ってヘッドユニット１３側に伝送されるとともに、伝送用ファイバ３７にてヘッドユニット１３側に伝送されたレーザ光は、バンドパスフィルタ４０を介して主増幅部３０のドープファイバ３３に入射される。主増幅部３０において、各励起光源３１から出力された励起用レーザ光が伝送用ファイバ３２及び光結合部３４，３５を介してドープファイバ３３に入射されると、その励起用レーザ光によってドープファイバ３３内の希土類元素が励起状態とされる。この状態で、バンドパスフィルタ４０を通過した予備増幅光がドープファイバ３３に入射されると、その予備増幅光は、ドープファイバ３３内においてワークＷへの加工が可能なレベルに増幅される。そして、主増幅部３０にて増幅されたレーザ光Ｌは、コリメータレンズ４４、光走査機構４５及び集光レンズ４７を介してレーザ出射部１３ａから外部に出射され、ワークＷへの加工がなされる。
【００３５】
また、本実施形態のレーザ加工装置１０では、予備増幅光が伝送用ファイバ３７にて伝送される際に、ラマン散乱によって予備増幅光の副波長帯成分が増大してしまっても、主増幅部３０の前段のバンドパスフィルタ４０によって副波長帯成分が除去される。これにより、ヘッドユニット１３から外部に出射されるレーザ光Ｌの副波長帯成分が低減され、その結果、ワークＷ表面でのレーザ光Ｌの焦点ぼけが抑えられて加工精度が向上するようになっている。
【００３６】
制御部２３は、レーザ出力測定部４１の受光素子４３から出力された検出信号に基づき、レーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力が所望のパワーとなるように種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１のフィードバック制御を行う。
【００３７】
また、制御部２３は、戻り光測定部５６の各受光素子５７から出力された検出信号（加算器による加算後の検出信号）に基づき、戻り光の光量値（強度値）が予め定めた閾値を超えるか否かの異常判定を実行する。即ち、異常判定において、制御部２３は、戻り光の光量が所定の光量を超えるか否かを判定する。制御部２３は、この異常判定の判定結果が肯定の場合、異常判定の判定結果が否定となる迄の間、操作部６０に異常信号を出力して異常ランプ６０ａを点灯させ、戻り光の光量値が閾値を超えていることを報知させる。これにより、本実施形態では、作業員などに対して、戻り光の光量値が閾値を超えていることを認識させ、適切な処置をとらせることができる。また、制御部２３は、異常判定の判定結果が肯定の場合、異常判定の判定結果が否定となる迄の間、レーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力を一定時間毎に所定量ずつ低下させるように、種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１を制御する。これにより、本実施形態では、ワークＷで反射されて主増幅部３０（ドープファイバ３３）に戻ろうとする戻り光の光量を低減し、レーザ加工装置１０に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
【００３８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）レーザ出射部１３ａ側の第２の光路Ｌ２から光アイソレータ５０内に入射された戻り光は、主増幅部３０（ドープファイバ３３）からレーザ光Ｌが入射される第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３へ出射されるため、ドープファイバ３３に戻り光が入射されて各光源２１，２６，３１に悪影響を及ぼすことが抑制される。そして、第３の光路Ｌ３へ出射された戻り光を受光素子５７により検出するとともに、この受光素子５７により出力された検出信号に基づき戻り光の光量値が閾値を超えているか否かを判定するようにしている。このため、主増幅部３０（ドープファイバ３３）により増幅される前の戻り光の光量を直接的に検出することで、ドープファイバ３３の励起状態にかかわらず、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【００３９】
（２）異常ランプ６０ａにより、戻り光の光量値が閾値を超えているか否かが報知される。このため、作業員などに対して、戻り光により光源に悪影響を与える可能性があることを正確に報知することができる。
【００４０】
（３）制御部２３は、戻り光の光量値が閾値を超えていると判定された場合に、レーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力を低下させる。このため、ワークＷからの戻り光を減少させ、光源２１，２６，３１に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００４１】
（４）各受光素子５７と光アイソレータ５０の間に減光フィルタ５８をそれぞれ設けた。このため、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射される戻り光を減衰（減光）させた後に受光素子５７で検出できる。したがって、強い戻り光によって受光素子５７に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
【００４２】
（５）また、戻り光の光量が受光素子５７の検出限界を超えることで正確な戻り光の光量が測定できなくなることを抑制できる。
（６）制御部２３は、各受光素子５７の検出信号を加算器（加算回路）で加算した検出信号に基づき異常判定を実行する。したがって、戻り光の偏光方向が所定方向に偏っていた場合であっても、正確に戻り光の光量を測定し、判定することができる。
【００４３】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・減光フィルタ５８を設けない構成としてもよい。
・減光フィルタ５８に代えて又は加えて、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射される戻り光を発散（拡散）させる拡散レンズを設けてもよい。
【００４４】
・減光フィルタ５８に代えて又は加えて、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射される戻り光の一部を所定方向へ反射する光分岐器を設けてもよい。この場合には、反射された戻り光を受光素子５７で受光してもよく、反射されないで光分岐器を透過した戻り光を受光素子５７で受光してもよい。なお、受光素子５７で受光しない戻り光は、光吸収器により吸収させるとよい。
【００４５】
・各受光素子５７のうち、一方の受光素子５７を省略した構成としてもよい。また、光アイソレータ５０から出射される戻り光の全てを受光可能な単一の受光素子５７を設けてもよい。この場合には、加算器（加算回路）を省略できる。
【００４６】
・各受光素子５７の検出信号は、加算器（加算回路）により加算することなく制御部２３に出力するようにしてもよい。この場合、戻り光の光量を偏光方向ごとに独立してモニタすることができる。
【００４７】
・ヘッドユニット１３に判定手段として比較器（比較回路）を設け、受光素子５７から出力される信号の電圧が基準電圧を超えた場合に異常信号を出力するようにしてもよい。この場合、制御部２３は、異常信号を入力した場合に上述した異常判定を肯定判定するようにすればよい。
【００４８】
・制御部２３は、異常判定の判定結果が肯定の場合、種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１を制御してレーザ出射部１３ａからのレーザ光Ｌの出射を停止させてもよい。
・制御部２３は、異常判定の判定結果が肯定の場合、閾値を超える戻り光の光量値（差分）に相当する分だけレーザ光Ｌの出力が低下するように種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１を制御してもよい。
【００４９】
・音声出力を行うスピーカや、所定のメッセージを表示可能なモニタなどを報知手段として設け、戻り光の光量値が閾値を超えていることを報知してもよい。
・光アイソレータ５０は、第２の光路Ｌ２を通って入射される戻り光を第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３に出射させるものであれば、その構成を適宜変更してもよい。例えば複屈折結晶板の個数を変更してもよい。
【００５０】
・複数の主増幅部３０を直列に配置してもよい。この場合、光アイソレータ５０は、最も後段側（レーザ出射部１３ａ側）に配置された主増幅部３０の後段側光結合部３５と、レーザ出力測定部４１の光分岐部４２の間に設けるとよい。
【００５１】
・本体ユニット１１とヘッドユニット１３を一体としたレーザ加工装置に具体化してもよい。この場合、予備増幅部２２を省略してもよい。
・コリメータレンズ４４、光走査機構４５、ドライバ４６、及び集光レンズ４７などを省略したレーザ発振装置（レーザ発振器）として具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…レーザ加工装置、１３ａ…レーザ出射部、２１…種光源、２３…制御部（判定手段、制御手段）、２５…ドープファイバ（希土類添加光ファイバ）、２６…励起光源、３１…励起光源、３３…ドープファイバ（希土類添加光ファイバ）、４５…光走査機構、４７…集光レンズ（収束手段）、５０…光アイソレータ（偏波無依存型光アイソレータ）、５７…受光素子（検出手段）、５８…減光フィルタ（減衰手段）、６０ａ…異常ランプ（報知手段）、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１の光路、Ｌ２…第２の光路、Ｌ３…第３の光路、Ｗ…ワーク（加工対象物）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅して出射するレーザ加工装置、及びレーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において、信号用レーザ光を励起用レーザ光により増幅して出射するレーザ加工装置やレーザ発振装置（所謂ファイバレーザ装置）が知られている。このようなファイバレーザ装置では、希土類添加光ファイバから出射されたレーザ光の一部が希土類添加光ファイバ内に戻り光として入射されるとともに増幅され、レーザ光を出射する半導体素子などのレーザ光源に悪影響を与える虞がある。このため、従来のファイバレーザ装置では、一般に希土類添加光ファイバの後段に光アイソレータを配設し、戻り光が希土類添加光ファイバ内に入射されることを抑制している。
【０００３】
そして、従来のファイバレーザ装置の中には、光アイソレータを通過して希土類添加光ファイバ内に入射された戻り光の光量を測定するとともに、戻り光の光量値が所定値を超えた場合に励起用レーザ光の出力を減じる制御を実行するものもある（例えば、特許文献１）。このような構成を備えた特許文献１のファイバレーザ装置では、戻り光が増幅されてレーザ光源などに悪影響を及ぼすことが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のファイバレーザ装置では、希土類添加光ファイバに接続されたモニタポートに伝播する戻り光の光量を測定する構成からも明らかなように、希土類添加光ファイバにおける励起状態に応じて増幅された戻り光の光量を測定するものである。このため、特許文献１では、戻り光の光量が希土類添加光ファイバの励起状態に応じて変化するため、必ずしも正確な戻り光の光量を測定できず、それに伴って戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できない虞がある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できるレーザ加工装置、及びレーザ発振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光を収束手段により収束させるとともに、光走査機構により方向を変更して照射位置を走査させつつレーザ出射部から加工対象物に照射するレーザ加工装置であって、前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを要旨とする。
【０００８】
これによれば、レーザ出射部側の第２の光路から偏波無依存型光アイソレータ内に入射された戻り光は、レーザ光を増幅する希土類添加光ファイバからレーザ光が入射される第１の光路とは異なる第３の光路へ出射されるため、希土類添加光ファイバに戻り光が入射されて光源に悪影響を及ぼすことが抑制される。そして、第３の光路へ出射された戻り光を検出手段により検出するとともに、この検出手段により出力された検出信号に基づき戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定するようにしている。このため、希土類添加光ファイバにより増幅される前の戻り光の光量を直接的に検出することで、希土類添加光ファイバの励起状態にかかわらず、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記戻り光の光量が所定の光量を超えていることを報知する報知手段をさらに備えたことを要旨とする。
【００１０】
これによれば、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かが報知される。このため、作業員などに対し、戻り光により光源に悪影響を与える可能性があることを正確に報知することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ出射部から出射するレーザ光の出力を制御する制御手段をさらに備え、前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記レーザ光の出力を低下させることを要旨とする。
【００１２】
これによれば、戻り光の光量が所定の光量を超えていると判定された場合に、レーザ出射部から出射するレーザ光の出力が低下される。このため、加工対象物からの戻り光を減少させ、光源に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置において、前記偏波無依存型光アイソレータと前記検出手段の間には、前記偏波無依存型光アイソレータから出射される戻り光を減衰させる減衰手段がさらに設けられていることを要旨とする。
【００１４】
これによれば、戻り光を減衰手段により減衰させた後に検出手段で検出できる。したがって、強い戻り光によって検出手段に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
請求項５に記載の発明は、種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光をレーザ出射部から外部に出射するレーザ発振装置であって、前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１５】
これによれば、希土類添加光ファイバにより増幅される前の戻り光の光量を直接的に検出することで、希土類添加光ファイバの励起状態にかかわらず、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】レーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、光アイソレータを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１及び図２にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１０は、本体ユニット１１と、本体ユニット１１にファイバケーブル１２及び電気ケーブル（図示略）を介して接続されたヘッドユニット１３とを備えている。
【００１９】
本体ユニット１１は、所定の波長帯域の信号用レーザ光を出力する種光源２１と、信号用レーザ光を増幅する予備増幅部２２と、制御部２３とを備えている。
種光源２１は、制御部２３の制御によりドライバ２４を介して駆動され、その駆動にて出力された信号用レーザ光は、種光源２１の後段に配置された予備増幅部２２で加工対象物としてのワークＷへの加工が可能なレベルより低い光強度まで増幅される。
【００２０】
予備増幅部２２は、信号用レーザ光が入射されるドープファイバ２５と、励起光としての励起用レーザ光を出力する励起光源２６（レーザダイオード）とを備えている。ドープファイバ２５は、希土類元素である例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を添加した可撓性を有する希土類添加光ファイバであり、図示しないボビンに巻回されることで所要の長さの光路が確保されている。ドープファイバ２５には、ファイバカプラ等よりなる光結合部２７が設けられており、励起光源２６から出力された励起用レーザ光は、光結合部２７を介してドープファイバ２５に入射されるようになっている。制御部２３は、ドライバ２８を介して励起光源２６の出力制御を行う。尚、ドープファイバ２５の後段には、光アイソレータ２９が設けられている。光アイソレータ２９は、ドープファイバ２５にて伝送される正方向（図１において右方向）の光を通過させる一方、逆方向の光（戻り光）を遮るようになっている。
【００２１】
本実施形態のレーザ加工装置１０は、光増幅手段を２つ備えており、その１つは上述した予備増幅部２２であり、もう１つは主増幅部３０である。
主増幅部３０は、本体ユニット１１に設けられた一対の励起光源３１（レーザダイオード）と、その一対の励起光源３１が出力する励起用レーザ光をヘッドユニット１３側にそれぞれ伝送する一対の伝送用ファイバ３２と、ヘッドユニット１３に設けられたドープファイバ３３とを備えている。ドープファイバ３３は、予備増幅部２２のドープファイバ２５と同様に、希土類元素である例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を添加した可撓性を有する希土類添加光ファイバであり、図示しないボビンに巻回されることで所要の長さの光路が確保されている。
【００２２】
ドープファイバ３３の前段側及び後段側にはそれぞれ、ファイバカプラ等よりなる前段側光結合部３４及び後段側光結合部３５が設けられ、この光結合部３４，３５は、一対の伝送用ファイバ３２の出射側端部とそれぞれ接続されている。励起光源３１から出力された励起用レーザ光は、伝送用ファイバ３２を通って本体ユニット１１側からヘッドユニット１３側に伝送され、光結合部３４，３５を介してドープファイバ３３に入射されるようになっている。制御部２３は、ドライバ３６を介して励起光源３１の出力制御を行う。
【００２３】
本体ユニット１１とヘッドユニット１３とを繋ぐファイバケーブル１２は、前述の各伝送用ファイバ３２と、予備増幅部２２にて増幅されたレーザ光（予備増幅光）をヘッドユニット１３側に伝送するための伝送用ファイバ３７とが外皮部材３８にて被覆されて一本のケーブルとして構成されている。このファイバケーブル１２は、両端部がそれぞれ本体ユニット１１及びヘッドユニット１３の各ハウジング（図示略）に対して着脱可能に構成されている。
【００２４】
ヘッドユニット１３において、伝送用ファイバ３７の出射側端部と主増幅部３０の前段側光結合部３４との間には、バンドパスフィルタ４０が設けられている。バンドパスフィルタ４０は、所定波長の光を透過させるとともに、それ以外の波長の光を透過させないという特性を有している。伝送用ファイバ３７にて伝送されたレーザ光（予備増幅光）は、バンドパスフィルタ４０を介して主増幅部３０のドープファイバ３３に入射されるように構成されている。
【００２５】
ヘッドユニット１３において、主増幅部３０の光結合部３５の後段には、主増幅部３０から出射されたレーザ光Ｌの出力を測定するためのレーザ出力測定部４１が設けられている。レーザ出力測定部４１は、レーザ光Ｌの光軸上に配置された例えばビームスプリッタ等よりなる光分岐部４２と、その光分岐部４２の近傍に設けられた受光素子４３とを備えている。光分岐部４２は、主増幅部３０から出射されたレーザ光Ｌの一部を受光素子４３に向かって反射する。受光素子４３は、光分岐部４２からのレーザ光Ｌを受光し、その受光結果に基づく検出信号を制御部２３に出力する。
【００２６】
また、ヘッドユニット１３において、光分岐部４２の後段には、主増幅部３０から出射され光分岐部４２を透過したレーザ光Ｌを平行光あるいは収束光に絞るコリメータレンズ４４を備えている。コリメータレンズ４４を通じて絞られたレーザ光Ｌは、ヘッドユニット１３に設けられた光走査機構４５によって所要の方向に反射される。光走査機構４５は、レーザ光Ｌを反射する２つのガルバノミラーを有して構成されるものであって、各ガルバノミラーの傾斜角度（回動角度）を変化させることにより、コリメータレンズ４４を通じて絞られたレーザ光Ｌを所要の方向に走査させるものであり、制御部２３によってドライバ４６を介して駆動制御される。光走査機構４５にて反射されたレーザ光Ｌは、集光レンズ４７にてスポットレーザ光に絞り込まれる。そして、その絞り込まれたレーザ光Ｌがヘッドユニット１３のレーザ出射部１３ａから外部に出射されて、ワークＷの表面上を走査されることにより所望の加工が行われる。本実施形態では、集光レンズ４７がレーザ光Ｌを収束する収束手段となる。
【００２７】
そして、本実施形態のレーザ加工装置１０では、ヘッドユニット１３内の光軸上において、主増幅部３０の後段側光結合部３５と、レーザ出力測定部４１の光分岐部４２の間に、光アイソレータ５０が設けられている。光アイソレータ５０は、主増幅部３０から出射される正方向（図１において右方向）の光を通過させる一方で、逆方向の光（戻り光）を遮るようになっている。以下、光アイソレータ５０の構成及び原理について説明する。
【００２８】
図２に示すように、光アイソレータ５０は、主増幅部３０側（図２において左側）からレーザ出射部１３ａ側（図２において右側）へ向かって、複屈折結晶板５１、ファラデー旋光子５２、１／２波長板５３（補償板）、及び複屈折結晶板５４を順に配置して構成された偏波無依存型光アイソレータとされている。複屈折結晶板５１，５４は、例えばルチル結晶や、イットリウム・バナデイト結晶などの複屈折性を有する結晶からなる。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、主増幅部３０から出射されたレーザ光Ｌは、第１の光路Ｌ１を通って光アイソレータ５０に入射されると、まず複屈折結晶板５１によって常光線と異常光線に分離されるとともに、分離された各分離光は、その偏光方向がファラデー旋光子５２の磁界中で何れも光の進行方向に対して右回りに４５°の回転を受ける。さらに各分離光は、その偏光方向が１／２波長板５３によって、光の進行方向に対して右回りに４５°の回転を受けて複屈折結晶板５４に入射される。複屈折結晶板５４に入射された各分離光は、その偏光方向が複屈折結晶板５１によって分離された時点と入れ替わっているため、複屈折結晶板５４によって合成され、レーザ出射部１３ａ側（レーザ出力測定部４１側）の第２の光路Ｌ２へ出射される。
【００３０】
一方、図２（ｂ）に示すように、レーザ出射部１３ａ（レーザ出力測定部４１側）側から戻ってきた戻り光は、第２の光路Ｌ２を通って光アイソレータ５０に入射されると、まず複屈折結晶板５４によって常光線と異常光線に分離されるとともに、各分離光は光の進行方向に対して右回りに４５°の回転を受けてファラデー旋光子５２に入射される。しかしながら、ファラデー旋光子５２に入射した戻り光の各分離光は、ファラデー旋光子５２の磁界中で光の進行方向に対して左回りに４５°の回転を受けて複屈折結晶板５１に入射される。このため、複屈折結晶板５１に入射された各分離光は、その偏光方向が複屈折結晶板５４によって分離された時点と同一であるため、複屈折結晶板５１によってさらに分離がすすみ、第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３に出射される。このように、光アイソレータ５０は、主増幅部３０からのレーザ光Ｌをレーザ出射部１３ａ側へ通過させる一方で、レーザ出射部１３ａ側からの戻り光を主増幅部３０（ドープファイバ３３）へ入射させないようになっている。
【００３１】
また、本実施形態のレーザ加工装置１０において、ヘッドユニット１３には、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射された戻り光の光量（強度）を測定するための戻り光測定部５６が設けられている。戻り光測定部５６は、光アイソレータ５０の主増幅部３０側において、各第３の光路Ｌ３上にそれぞれ設けられた一対の検出手段としての受光素子５７と、光アイソレータ５０から出射される戻り光を減衰（減光）させる減衰手段としての一対の減光フィルタ５８とを備えている。各減光フィルタ５８は、第３の光路Ｌ３上において、光アイソレータ５０と各受光素子５７の間にそれぞれ配設されている。
【００３２】
また、各受光素子５７は、光アイソレータ５０から出射された戻り光を受光（検出）し、受光（検出）した戻り光の光量（強度）に応じた検出信号を出力する。本実施形態において、一方の受光素子５７は、光アイソレータ５０から出射される戻り光のうち、第３の光路Ｌ３に直交する第１方向の直線偏光成分（常光線）を受光する一方で、他方の受光素子５７は、第３の光路Ｌ３及び第１方向と直交する第２方向の直線偏光成分（異常光線）を受光する。そして、各受光素子５７から出力された検出信号は、ヘッドユニット１３に設けられた図示しない加算器（加算回路）により加算され、総和を示す検出信号として制御部２３に出力される。
【００３３】
なお図１に示すように、レーザ加工装置１０には、例えばコンソール等の操作部６０が設けられている。操作部６０は、本体ユニット１１に接続されており、この操作部６０にてレーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力値を含む加工情報の設定を行うことができる。操作部６０にて設定された加工情報は、制御部２３に入力され、制御部２３は、その加工情報に基づいて本体ユニット１１及びヘッドユニット１３を制御する。また、操作部６０には、レーザ加工装置１０に異常状態が発生していることを報知する報知手段としての異常ランプ６０ａが設けられている。
【００３４】
次に、上記実施形態の作用について説明する。
予備増幅部２２において、励起光源２６から出力された励起用レーザ光が光結合部２７を介してドープファイバ２５に入射されると、その励起用レーザ光によってドープファイバ２５内の希土類元素が励起状態とされる。この状態で、種光源２１から出力された信号用レーザ光がドープファイバ２５に入射されると、その信号用レーザ光は、ドープファイバ２５内においてワークＷへの加工が可能なレベルより低い光強度まで増幅される。そして、その増幅されたレーザ光（予備増幅光）は、ファイバケーブル１２の伝送用ファイバ３７を通ってヘッドユニット１３側に伝送されるとともに、伝送用ファイバ３７にてヘッドユニット１３側に伝送されたレーザ光は、バンドパスフィルタ４０を介して主増幅部３０のドープファイバ３３に入射される。主増幅部３０において、各励起光源３１から出力された励起用レーザ光が伝送用ファイバ３２及び光結合部３４，３５を介してドープファイバ３３に入射されると、その励起用レーザ光によってドープファイバ３３内の希土類元素が励起状態とされる。この状態で、バンドパスフィルタ４０を通過した予備増幅光がドープファイバ３３に入射されると、その予備増幅光は、ドープファイバ３３内においてワークＷへの加工が可能なレベルに増幅される。そして、主増幅部３０にて増幅されたレーザ光Ｌは、コリメータレンズ４４、光走査機構４５及び集光レンズ４７を介してレーザ出射部１３ａから外部に出射され、ワークＷへの加工がなされる。
【００３５】
また、本実施形態のレーザ加工装置１０では、予備増幅光が伝送用ファイバ３７にて伝送される際に、ラマン散乱によって予備増幅光の副波長帯成分が増大してしまっても、主増幅部３０の前段のバンドパスフィルタ４０によって副波長帯成分が除去される。これにより、ヘッドユニット１３から外部に出射されるレーザ光Ｌの副波長帯成分が低減され、その結果、ワークＷ表面でのレーザ光Ｌの焦点ぼけが抑えられて加工精度が向上するようになっている。
【００３６】
制御部２３は、レーザ出力測定部４１の受光素子４３から出力された検出信号に基づき、レーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力が所望のパワーとなるように種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１のフィードバック制御を行う。
【００３７】
また、制御部２３は、戻り光測定部５６の各受光素子５７から出力された検出信号（加算器による加算後の検出信号）に基づき、戻り光の光量値（強度値）が予め定めた閾値を超えるか否かの異常判定を実行する。即ち、異常判定において、制御部２３は、戻り光の光量が所定の光量を超えるか否かを判定する。制御部２３は、この異常判定の判定結果が肯定の場合、異常判定の判定結果が否定となる迄の間、操作部６０に異常信号を出力して異常ランプ６０ａを点灯させ、戻り光の光量値が閾値を超えていることを報知させる。これにより、本実施形態では、作業員などに対して、戻り光の光量値が閾値を超えていることを認識させ、適切な処置をとらせることができる。また、制御部２３は、異常判定の判定結果が肯定の場合、異常判定の判定結果が否定となる迄の間、レーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力を一定時間毎に所定量ずつ低下させるように、種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１を制御する。これにより、本実施形態では、ワークＷで反射されて主増幅部３０（ドープファイバ３３）に戻ろうとする戻り光の光量を低減し、レーザ加工装置１０に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
【００３８】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）レーザ出射部１３ａ側の第２の光路Ｌ２から光アイソレータ５０内に入射された戻り光は、主増幅部３０（ドープファイバ３３）からレーザ光Ｌが入射される第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３へ出射されるため、ドープファイバ３３に戻り光が入射されて各光源２１，２６，３１に悪影響を及ぼすことが抑制される。そして、第３の光路Ｌ３へ出射された戻り光を受光素子５７により検出するとともに、この受光素子５７により出力された検出信号に基づき戻り光の光量値が閾値を超えているか否かを判定するようにしている。このため、主増幅部３０（ドープファイバ３３）により増幅される前の戻り光の光量を直接的に検出することで、ドープファイバ３３の励起状態にかかわらず、戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを正確に判定できる。
【００３９】
（２）異常ランプ６０ａにより、戻り光の光量値が閾値を超えているか否かが報知される。このため、作業員などに対して、戻り光により光源に悪影響を与える可能性があることを正確に報知することができる。
【００４０】
（３）制御部２３は、戻り光の光量値が閾値を超えていると判定された場合に、レーザ出射部１３ａから出射するレーザ光Ｌの出力を低下させる。このため、ワークＷからの戻り光を減少させ、光源２１，２６，３１に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００４１】
（４）各受光素子５７と光アイソレータ５０の間に減光フィルタ５８をそれぞれ設けた。このため、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射される戻り光を減衰（減光）させた後に受光素子５７で検出できる。したがって、強い戻り光によって受光素子５７に悪影響を及ぼすことを抑制できる。
【００４２】
（５）また、戻り光の光量が受光素子５７の検出限界を超えることで正確な戻り光の光量が測定できなくなることを抑制できる。
（６）制御部２３は、各受光素子５７の検出信号を加算器（加算回路）で加算した検出信号に基づき異常判定を実行する。したがって、戻り光の偏光方向が所定方向に偏っていた場合であっても、正確に戻り光の光量を測定し、判定することができる。
【００４３】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・減光フィルタ５８を設けない構成としてもよい。
・減光フィルタ５８に代えて又は加えて、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射される戻り光を発散（拡散）させる拡散レンズを設けてもよい。
【００４４】
・減光フィルタ５８に代えて又は加えて、光アイソレータ５０から第３の光路Ｌ３に出射される戻り光の一部を所定方向へ反射する光分岐器を設けてもよい。この場合には、反射された戻り光を受光素子５７で受光してもよく、反射されないで光分岐器を透過した戻り光を受光素子５７で受光してもよい。なお、受光素子５７で受光しない戻り光は、光吸収器により吸収させるとよい。
【００４５】
・各受光素子５７のうち、一方の受光素子５７を省略した構成としてもよい。また、光アイソレータ５０から出射される戻り光の全てを受光可能な単一の受光素子５７を設けてもよい。この場合には、加算器（加算回路）を省略できる。
【００４６】
・各受光素子５７の検出信号は、加算器（加算回路）により加算することなく制御部２３に出力するようにしてもよい。この場合、戻り光の光量を偏光方向ごとに独立してモニタすることができる。
【００４７】
・ヘッドユニット１３に判定手段として比較器（比較回路）を設け、受光素子５７から出力される信号の電圧が基準電圧を超えた場合に異常信号を出力するようにしてもよい。この場合、制御部２３は、異常信号を入力した場合に上述した異常判定を肯定判定するようにすればよい。
【００４８】
・制御部２３は、異常判定の判定結果が肯定の場合、種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１を制御してレーザ出射部１３ａからのレーザ光Ｌの出射を停止させてもよい。
・制御部２３は、異常判定の判定結果が肯定の場合、閾値を超える戻り光の光量値（差分）に相当する分だけレーザ光Ｌの出力が低下するように種光源２１、励起光源２６又は励起光源３１を制御してもよい。
【００４９】
・音声出力を行うスピーカや、所定のメッセージを表示可能なモニタなどを報知手段として設け、戻り光の光量値が閾値を超えていることを報知してもよい。
・光アイソレータ５０は、第２の光路Ｌ２を通って入射される戻り光を第１の光路Ｌ１とは異なる第３の光路Ｌ３に出射させるものであれば、その構成を適宜変更してもよい。例えば複屈折結晶板の個数を変更してもよい。
【００５０】
・複数の主増幅部３０を直列に配置してもよい。この場合、光アイソレータ５０は、最も後段側（レーザ出射部１３ａ側）に配置された主増幅部３０の後段側光結合部３５と、レーザ出力測定部４１の光分岐部４２の間に設けるとよい。
【００５１】
・本体ユニット１１とヘッドユニット１３を一体としたレーザ加工装置に具体化してもよい。この場合、予備増幅部２２を省略してもよい。
・コリメータレンズ４４、光走査機構４５、ドライバ４６、及び集光レンズ４７などを省略したレーザ発振装置（レーザ発振器）として具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…レーザ加工装置、１３ａ…レーザ出射部、２１…種光源、２３…制御部（判定手段、制御手段）、２５…ドープファイバ（希土類添加光ファイバ）、２６…励起光源、３１…励起光源、３３…ドープファイバ（希土類添加光ファイバ）、４５…光走査機構、４７…集光レンズ（収束手段）、５０…光アイソレータ（偏波無依存型光アイソレータ）、５７…受光素子（検出手段）、５８…減光フィルタ（減衰手段）、６０ａ…異常ランプ（報知手段）、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１の光路、Ｌ２…第２の光路、Ｌ３…第３の光路、Ｗ…ワーク（加工対象物）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光を収束手段により収束させるとともに、光走査機構により方向を変更して照射位置を走査させつつレーザ出射部から加工対象物に照射するレーザ加工装置であって、
前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、
前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記戻り光の光量が所定の光量を超えていることを報知する報知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ出射部から出射するレーザ光の出力を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記レーザ光の出力を低下させることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記偏波無依存型光アイソレータと前記検出手段の間には、前記偏波無依存型光アイソレータから出射される戻り光を減衰させる減衰手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光をレーザ出射部から外部に出射するレーザ発振装置であって、
前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、
前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項１】
種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光を収束手段により収束させるとともに、光走査機構により方向を変更して照射位置を走査させつつレーザ出射部から加工対象物に照射するレーザ加工装置であって、
前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、
前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記戻り光の光量が所定の光量を超えていることを報知する報知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ出射部から出射するレーザ光の出力を制御する制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記レーザ光の出力を低下させることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記偏波無依存型光アイソレータと前記検出手段の間には、前記偏波無依存型光アイソレータから出射される戻り光を減衰させる減衰手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
種光源から出射されたレーザ光を、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ内において励起光源からの励起光により増幅し、該増幅されたレーザ光をレーザ出射部から外部に出射するレーザ発振装置であって、
前記希土類添加光ファイバと前記レーザ出射部の間に設けられ、前記希土類添加光ファイバから第１の光路を通って入射されるレーザ光を前記レーザ出射部側の第２の光路へ出射する一方で、前記第２の光路を通って入射される戻り光を前記第１の光路とは異なる第３の光路へ出射する偏波無依存型光アイソレータと、
前記偏波無依存型光アイソレータから前記第３の光路へ出射された戻り光を検出し、検出した戻り光の光量に応じた検出信号を出力する検出手段と、
前記検出手段が出力する検出信号に基づいて戻り光の光量が所定の光量を超えているか否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするレーザ発振装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−５５０８４（Ｐ２０１３−５５０８４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９００７７（Ｐ２０１１−１９００７７）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック デバイスＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック デバイスＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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