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JP2021082796A - Laser device and laser system - Google Patents

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JP2021082796A
JP2021082796A JP2019211773A JP2019211773A JP2021082796A JP 2021082796 A JP2021082796 A JP 2021082796A JP 2019211773 A JP2019211773 A JP 2019211773A JP 2019211773 A JP2019211773 A JP 2019211773A JP 2021082796 A JP2021082796 A JP 2021082796A
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JP
Japan
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optical fiber
fluid
temperature sensor
excitation light
temperature
Prior art date
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Ceased
Application number
JP2019211773A
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Japanese (ja)
Inventor
真一 阪本
Shinichi Sakamoto
真一 阪本
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a laser device and a laser system that make it possible to suppress a reduction in design flexibility.SOLUTION: A laser device 1 comprises: a heat generation part for emitting light and generating heat by receiving input of predetermined energy; a flow passage 13 through which a fluid flows to thereby cool the heat generation part; an input energy detection part 18 for detecting the input energy inputted into the heat generation part; an output energy detection part 14 for detecting output energy of the light emitted from the heat generation part; an upstream side temperature sensor 15 that detects a temperature of the fluid on an upstream end of a section, in which the heat generation part is cooled, of the flow passage 13; a downstream side temperature sensor 16 that detects a temperature of the fluid flowing on a downstream side of the flow passage 13 with respect to the heat generation part; and a calculation part 90. The calculation part 90 estimates a flow rate of the fluid flowing through the flow passage 13 by performing calculation based on a difference between the input energy and the output energy and a difference between the temperature detected by the downstream side temperature sensor 16 and the temperature detected by the upstream side temperature sensor 15.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザ装置及びレーザシステムに関し、具体的には、発熱部を冷却することが可能なレーザ装置及びレーザシステムに関する。 The present invention relates to a laser device and a laser system, and specifically to a laser device and a laser system capable of cooling a heat generating portion.

レーザ装置の一つとして、例えば下記特許文献1に記載されているように、レーザ光を発振させるためのレーザ発振器が冷却水によって冷却されるものが知られている。このようなレーザ装置において冷却水の流量が減少すると、レーザ発振器などの発熱部位の温度が過度に上昇して不具合を引き起こし得る。このため、冷却水の流量を検出することが求められる場合がある。このような冷却水の流量をモニタする方法として、下記特許文献2に記載されているように、流量計を用いる方法が知られている。 As one of the laser devices, for example, as described in Patent Document 1 below, a laser oscillator for oscillating a laser beam is known to be cooled by cooling water. When the flow rate of the cooling water decreases in such a laser device, the temperature of a heat generating portion such as a laser oscillator may rise excessively, which may cause a malfunction. Therefore, it may be required to detect the flow rate of the cooling water. As a method of monitoring the flow rate of such cooling water, a method using a flow meter is known as described in Patent Document 2 below.

特開2006−054408号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-054408 特開2018−098391号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-098391

しかし、流量計の多くは流体が流れる配管内に設置する必要があるため、流量計を設置する配管をある程度太くする必要がある。また、流量計の一部には配管の外部に設置できるものもあるが、このような流量計を用いる場合、配管の材質によっては適切に流量が測れない傾向にあるため、配管の材質を所定の材質にする必要がある。このように、冷却水の流量を計測するために流量計を用いる場合、レーザ装置の設計の自由度が低下する傾向にある。 However, since most of the flowmeters need to be installed in the pipe through which the fluid flows, it is necessary to make the pipe in which the flowmeter is installed thick to some extent. In addition, some flow meters can be installed outside the piping, but when using such a flow meter, the flow rate tends to be difficult to measure properly depending on the material of the piping, so the material of the piping is specified. It is necessary to use the material of. As described above, when the flow meter is used to measure the flow rate of the cooling water, the degree of freedom in designing the laser device tends to decrease.

そこで、本発明は、設計の自由度が低下することを抑制し得るレーザ装置及び当該レーザ装置を備えるレーザシステムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a laser device capable of suppressing a decrease in the degree of freedom in design and a laser system including the laser device.

上記目的の達成のため、本発明のレーザ装置は、所定のエネルギーが入力されることにより光を出射するとともに発熱する発熱部と、流体が流れて前記発熱部を冷却する流路と、前記発熱部に入力するエネルギーを入力エネルギーとして検出する入力エネルギー検出部と、前記発熱部から出射する前記光のエネルギーを出力エネルギーとして検出する出力エネルギー検出部と、前記流路のうち前記発熱部を冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出する上流側温度センサと、前記流路のうち前記発熱部を冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出する下流側温度センサと、演算部と、を備え、前記演算部は、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差と、前記下流側温度センサで検出される温度と前記上流側温度センサで検出される温度との差分に基づく演算によって、前記流路を流れる前記流体の流量を推定することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the laser apparatus of the present invention has a heat generating portion that emits light and generates heat when a predetermined energy is input, a flow path through which fluid flows to cool the heat generating portion, and the heat generation. The input energy detection unit that detects the energy input to the unit as input energy, the output energy detection unit that detects the energy of the light emitted from the heat generation unit as output energy, and the heat generation unit in the flow path are cooled. An upstream temperature sensor that detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section, a downstream temperature sensor that detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section that cools the heat generating portion of the flow path, and a calculation unit. , The calculation unit is calculated based on the difference between the input energy and the output energy and the difference between the temperature detected by the downstream temperature sensor and the temperature detected by the upstream temperature sensor. It is characterized in that the flow rate of the fluid flowing through the flow path is estimated.

所定のエネルギーが入力することで所定のエネルギーの光が出射する部位を有するレーザ装置では、一般的に、当該部位が発熱する。このような部位を発熱部と呼ぶと、発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量は、発熱部に入力するエネルギーと当該発熱部から出力する光のエネルギーとの差分と、発熱部の下流側を流れる流体の温度と当該発熱部の上流側を流れる流体の温度との差分とに依存することを発明者は見出した。 In a laser device having a portion where light of a predetermined energy is emitted by inputting a predetermined energy, the portion generally generates heat. When such a part is called a heat generating part, the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the heat generating part is the difference between the energy input to the heat generating part and the light energy output from the heat generating part, and the downstream of the heat generating part. The inventor has found that it depends on the difference between the temperature of the fluid flowing on the side and the temperature of the fluid flowing on the upstream side of the heat generating portion.

本発明のレーザ装置は、発熱部に入力するエネルギーを入力エネルギーとして検出するエネルギー検出部と、発熱部から出射する光のエネルギーを出力エネルギーとして検出するエネルギー検出部とを備える。さらに、この本発明のレーザ装置は、流路のうち発熱部を冷却する区間の上流端における流体の温度を検出する上流側温度センサと、発熱部を冷却する区間の下流端における流体の温度を検出する下流側温度センサとを備える。したがって、演算部が、入力エネルギーと出力エネルギーとの差、及び、下流側温度センサが検出する温度と上流側温度センサが検出する温度との差に基づく演算を行うことによって、発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量を推定することができる。 The laser device of the present invention includes an energy detection unit that detects energy input to the heat generating unit as input energy, and an energy detection unit that detects the energy of light emitted from the heat generating unit as output energy. Further, the laser device of the present invention has an upstream temperature sensor that detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section that cools the heat generating portion of the flow path, and a fluid temperature at the downstream end of the section that cools the heat generating portion. It is equipped with a downstream temperature sensor for detection. Therefore, the calculation unit cools the heat generating unit by performing a calculation based on the difference between the input energy and the output energy and the difference between the temperature detected by the downstream temperature sensor and the temperature detected by the upstream temperature sensor. The flow rate of the fluid flowing through the flow path can be estimated.

ところで、流路を流れる流体の流量を測定する方法として、上記特許文献2のように流量計を使用する方法が挙げられる。しかし、流量計を使用する場合において、配管内に流量計を配置する場合、配管をある程度太くすることが必要であり、また、流量計を配管上に配置する場合、配管の材料が限られる傾向にあるため、設計の自由度が低下する傾向にある。一方、流体の温度を検出する温度センサは、流量計に比べて小さなスペースに配置することができ、配管を太くせずとも温度センサを配管内に配置し得る。また、温度センサによれば、配管に伝わってくる流体の熱を測定できるため、配管上に温度センサを配置する場合でも、配管の材料に左右されることが抑制されつつ熱を測定し得る。本発明のレーザ装置は、流量を測定する手段として、このような温度センサを用いるものである。このため、本発明のレーザ装置によれば、レーザ装置の設計の自由度が低下することを抑制しつつ流量を検出することができる。 By the way, as a method of measuring the flow rate of a fluid flowing through a flow path, there is a method of using a flow meter as in Patent Document 2. However, when using a flow meter, when arranging the flow meter in the pipe, it is necessary to make the pipe thick to some extent, and when arranging the flow meter on the pipe, the material of the pipe tends to be limited. Therefore, the degree of freedom in design tends to decrease. On the other hand, the temperature sensor that detects the temperature of the fluid can be arranged in a smaller space than the flow meter, and the temperature sensor can be arranged in the pipe without thickening the pipe. Further, since the temperature sensor can measure the heat of the fluid transmitted to the pipe, even when the temperature sensor is arranged on the pipe, the heat can be measured while being suppressed from being influenced by the material of the pipe. The laser apparatus of the present invention uses such a temperature sensor as a means for measuring the flow rate. Therefore, according to the laser apparatus of the present invention, it is possible to detect the flow rate while suppressing a decrease in the degree of freedom in designing the laser apparatus.

また、上記レーザ装置は、所定の電力が入力されて励起光を出射する励起光源と、前記励起光が入射して活性元素が励起される増幅用光ファイバと、を前記発熱部として有し、前記入力エネルギー検出部は、前記励起光源に入力する前記電力を前記入力エネルギーとして検出し、前記出力エネルギー検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する前記光のエネルギーを前記出力エネルギーとして検出し、前記流体が前記励起光源側から前記増幅用光ファイバ側に流れる場合、前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出し、前記流体が前記増幅用光ファイバ側から前記励起光源側に流れる場合、前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出することが好ましい。 Further, the laser apparatus has, as the heat generating portion, an excitation light source for which a predetermined power is input to emit excitation light, and an amplification optical fiber for which the excitation light is incident and the active element is excited. The input energy detection unit detects the power input to the excitation light source as the input energy, and the output energy detection unit detects the energy of the light emitted from the amplification optical fiber as the output energy. When the fluid flows from the excitation light source side to the amplification optical fiber side, the upstream side temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path for cooling the excitation light source, and the above. The downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber, and when the fluid flows from the amplification optical fiber side to the excitation light source side, The upstream side temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber, and the downstream side temperature sensor cools the excitation light source in the flow path. It is preferable to detect the temperature of the fluid at the downstream end of the section.

本レーザ装置では、励起光源に所定の電力が入力することによって励起光が生成され、この励起光によって、出力エネルギーとしての光が増幅用光ファイバから出射する。このようなレーザ装置では、入力エネルギーとしての励起光源に入力する電力と、出力エネルギーとしての増幅用光ファイバから出射する光のエネルギーとの差が、レーザ装置に入力する入力エネルギーとレーザ装置から出射する出力エネルギーとの差に概ね等しい。なお、増幅用光ファイバではレーザ光が生成される。また、このようなレーザ装置では、励起光が生成される励起光源における発熱量と、レーザ光が生成される増幅用光ファイバにおける発熱量とが、レーザ装置における発熱量の総量に概ね等しい。したがって、レーザ装置全体を1つの発熱部と考えた場合、当該レーザ装置全体を冷却することによる流体の温度変化量は、励起光源及び増幅用光ファイバを冷却することによる流体の温度変化量と概ね等しい。よって、例えば、流体が励起光源側から増幅用光ファイバ側に流れる場合、流路のうち励起光源を冷却する区間の上流端における流体の温度と、流路のうち増幅用光ファイバを冷却する区間の下流端における流体の温度との差は、発熱部としてのレーザ装置全体を冷却する場合における流体の温度変化と見做し得る。したがって、例えば、流体が励起光源側から増幅用光ファイバ側に流れる場合、励起光源に入力する電力と増幅用光ファイバから出射する光のエネルギーとの差と、励起光源を冷却する区間の上流端における流体の温度と増幅用光ファイバを冷却する区間の下流端における流体の温度との差とに基づく演算を行うことによって、レーザ装置を冷却する流路を流れる流体の流量をより正確に推定し得る。 In this laser device, excitation light is generated by inputting a predetermined power to the excitation light source, and the excitation light emits light as output energy from the amplification optical fiber. In such a laser device, the difference between the power input to the excitation light source as input energy and the energy of light emitted from the amplification optical fiber as output energy is emitted from the input energy input to the laser device and the laser device. It is almost equal to the difference from the output energy. Laser light is generated in the amplification optical fiber. Further, in such a laser device, the calorific value in the excitation light source in which the excitation light is generated and the calorific value in the amplification optical fiber in which the laser light is generated are substantially equal to the total calorific value in the laser device. Therefore, when the entire laser device is considered as one heat generating portion, the amount of temperature change of the fluid by cooling the entire laser device is approximately the same as the amount of temperature change of the fluid by cooling the excitation light source and the amplification optical fiber. equal. Therefore, for example, when the fluid flows from the excitation light source side to the amplification optical fiber side, the temperature of the fluid at the upstream end of the section for cooling the excitation light source in the flow path and the section for cooling the amplification optical fiber in the flow path. The difference from the temperature of the fluid at the downstream end of the above can be regarded as the temperature change of the fluid when the entire laser device as the heat generating portion is cooled. Therefore, for example, when a fluid flows from the excitation light source side to the amplification optical fiber side, the difference between the power input to the excitation light source and the energy of the light emitted from the amplification optical fiber and the upstream end of the section for cooling the excitation light source. By performing a calculation based on the difference between the temperature of the fluid in the above and the temperature of the fluid at the downstream end of the section for cooling the amplification optical fiber, the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the laser device can be estimated more accurately. obtain.

あるいは、上記レーザ装置は、所定の電力が入力されて励起光を出射する励起光源を前記発熱部として有し、前記入力エネルギー検出部は、前記励起光源に入力する前記電力を前記入力エネルギーとして検出し、前記出力エネルギー検出部は、前記励起光源から出射する前記励起光のエネルギーを前記出力エネルギーとして検出し、前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出してもよい。 Alternatively, the laser device has an excitation light source that emits excitation light when a predetermined power is input as the heat generating unit, and the input energy detection unit detects the power input to the excitation light source as the input energy. Then, the output energy detection unit detects the energy of the excitation light emitted from the excitation light source as the output energy, and the upstream temperature sensor is the upstream end of the section of the flow path for cooling the excitation light source. The downstream temperature sensor may detect the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path for cooling the excitation light source.

この場合、発熱部としての励起光源に入力する電力と当該励起光源から出射する光である励起光のエネルギーとの差と、励起光源を冷却する区間の上流端における流体の温度と当該区間の下流端における流体の温度との差とに基づく演算を行うことによって、流路のうち励起光源を冷却する区間を流れる流体の流量を推定し得る。 In this case, the difference between the power input to the excitation light source as the heat generating portion and the energy of the excitation light which is the light emitted from the excitation light source, the temperature of the fluid at the upstream end of the section for cooling the excitation light source, and the downstream of the section. By performing an operation based on the difference from the temperature of the fluid at the end, the flow rate of the fluid flowing in the section of the flow path for cooling the excitation light source can be estimated.

また、あるいは、上記レーザ装置は、励起光が入射して活性元素が励起される増幅用光ファイバを前記発熱部として有し、前記入力エネルギー検出部は、前記増幅用光ファイバに入射する前記励起光のエネルギーを前記入力エネルギーとして検出し、前記出力エネルギー検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する光のエネルギーを前記出力エネルギーとして検出し、前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出してもよい。 Alternatively, the laser apparatus has an amplification optical fiber in which excitation light is incident to excite an active element as the heat generating portion, and the input energy detection unit is the excitation that is incident on the amplification optical fiber. The light energy is detected as the input energy, the output energy detection unit detects the energy of the light emitted from the amplification optical fiber as the output energy, and the upstream temperature sensor detects the energy of the light emitted from the amplification optical fiber as the output energy. The temperature of the fluid at the upstream end of the section for cooling the amplification optical fiber is detected, and the downstream temperature sensor measures the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber. It may be detected.

この場合、発熱部としての増幅用光ファイバに入射する励起光のエネルギーと当該増幅用光ファイバから出射する光のエネルギーとの差と、増幅用光ファイバを冷却する流路の区間の上流端における流体の温度と当該区間の下流端における流体の温度との差とに基づく演算を行うことによって、流路のうち増幅用光ファイバを冷却する区間を流れる流体の流量を推定し得る。 In this case, the difference between the energy of the excitation light incident on the amplification optical fiber as the heat generating portion and the energy of the light emitted from the amplification optical fiber and the upstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber. By performing an operation based on the difference between the temperature of the fluid and the temperature of the fluid at the downstream end of the section, the flow rate of the fluid flowing in the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber can be estimated.

また、前記演算部は、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差を前記下流側温度センサで検出される温度と前記上流側温度センサで検出される温度との差で除する演算を行うことが好ましい。 Further, the calculation unit may perform a calculation of dividing the difference between the input energy and the output energy by the difference between the temperature detected by the downstream temperature sensor and the temperature detected by the upstream temperature sensor. preferable.

演算部がこのような演算を行うことによって、発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量をより正確に推定し得る。 By performing such an operation by the arithmetic unit, the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the heat generating portion can be estimated more accurately.

この場合、前記演算部は、下記式に基づく演算を行うことが好ましい。

Figure 2021082796
ただし、上記式において、Lbは、前記流体の流量[単位:L/min]を示し、Pdisは、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差[単位:W(J/s)]を示し、γbは、前記流体の密度[単位:g/cm3]を示し、Cbは、前記流体の比熱[単位:Cal/(g×℃)]を示し、Toutは、前記下流側温度センサで検出される前記流体の温度[単位:℃]を示し、Tinは、前記上流側温度センサで検出される前記流体の温度[単位:℃]を示す。 In this case, it is preferable that the calculation unit performs a calculation based on the following formula.
Figure 2021082796
However, in the above formula, Lb indicates the flow rate of the fluid [unit: L / min], Pdis indicates the difference between the input energy and the output energy [unit: W (J / s)], and γb. Indicates the density of the fluid [unit: g / cm 3 ], Cb indicates the specific heat of the fluid [unit: Cal / (g × ° C)], and Tout is detected by the downstream temperature sensor. The temperature [unit: ° C.] of the fluid is indicated, and Tin indicates the temperature [unit: ° C.] of the fluid detected by the upstream temperature sensor.

この場合、前記流体は水であり、前記演算部は、下記式に基づく演算を行ってもよい。

Figure 2021082796
In this case, the fluid is water, and the calculation unit may perform a calculation based on the following equation.
Figure 2021082796

また、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差が100W以上であることが好ましい。 Further, it is preferable that the difference between the input energy and the output energy is 100 W or more.

入力エネルギーと出力エネルギーとの差が100W以上であれば、レーザ装置に供給される流体の流量をより正確に求め得る。 When the difference between the input energy and the output energy is 100 W or more, the flow rate of the fluid supplied to the laser device can be obtained more accurately.

また、本発明のレーザシステムは、複数の上記いずれかに記載のレーザ装置と、それぞれの前記レーザ装置から出射する光を合波する光コンバイナと、前記光コンバイナから出射する光を伝搬するデリバリファイバと、を備えることを特徴とするものである。 Further, the laser system of the present invention includes a plurality of laser devices according to any one of the above, an optical combiner that combines the light emitted from each of the laser devices, and a delivery fiber that propagates the light emitted from the optical combiner. It is characterized in that it is provided with.

このようなレーザシステムによれば、各レーザ装置1に流れる冷却流体の流量をレーザ装置ごとに推定することができる。このため、レーザシステム全体に供給される冷却流体の流量をモニタする場合に比べて、レーザシステムの不具合などをより適切に推定し得る。また、流量を測定する手段として温度センサが用いられるため、レーザシステムの設計の自由度の低下が抑制され得る。 According to such a laser system, the flow rate of the cooling fluid flowing through each laser device 1 can be estimated for each laser device. Therefore, as compared with the case of monitoring the flow rate of the cooling fluid supplied to the entire laser system, it is possible to more appropriately estimate the malfunction of the laser system. Further, since the temperature sensor is used as a means for measuring the flow rate, a decrease in the degree of freedom in designing the laser system can be suppressed.

また、上記レーザシステムは、複数の前記レーザ装置のそれぞれの前記演算部に接続される制御部と、前記制御部に接続される警告部と、をさらに備え、前記制御部は、前記演算部において演算される前記流体の流量と所定の基準流量との差に基づいて前記警告部の動作を制御してもよい。 Further, the laser system further includes a control unit connected to the calculation unit of each of the plurality of laser devices and a warning unit connected to the control unit, and the control unit is provided in the calculation unit. The operation of the warning unit may be controlled based on the calculated difference between the flow rate of the fluid and the predetermined reference flow rate.

この場合、レーザ装置に適切な流量の流体が供給されているか否かより適切に把握し得る。 In this case, it is possible to more appropriately grasp whether or not a fluid having an appropriate flow rate is supplied to the laser apparatus.

以上のように、本発明によれば、設計の自由度の低下が抑制され得るレーザ装置及び当該レーザ装置を備えるレーザシステムが提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a laser device capable of suppressing a decrease in the degree of freedom in design and a laser system including the laser device.

本発明のレーザ装置によって構成されるレーザシステムを概念的に示す図である。It is a figure which conceptually shows the laser system which comprises the laser apparatus of this invention. 第1実施形態に係るレーザ装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematicly the laser apparatus which concerns on 1st Embodiment. レーザ装置を構成する光モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the optical module which comprises the laser apparatus. 図2に示す増幅用光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。It is sectional drawing which is perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber for amplification shown in FIG. レーザシステムの構成の一部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a part of the structure of a laser system. 第2実施形態に係るレーザ装置を図2と同様の視点で示す図である。It is a figure which shows the laser apparatus which concerns on 2nd Embodiment from the same viewpoint as FIG. 第3実施形態に係るレーザ装置を図2と同様の視点で示す図である。It is a figure which shows the laser apparatus which concerns on 3rd Embodiment from the same viewpoint as FIG.

以下、本発明に係るレーザ装置を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the laser apparatus according to the present invention will be illustrated together with the accompanying drawings. The embodiments illustrated below are for facilitating the understanding of the present invention, and are not for limiting the interpretation of the present invention. The present invention can be modified or improved from the following embodiments without departing from the spirit of the present invention. Further, in the present specification, the dimensions of each member may be exaggerated for ease of understanding.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るレーザシステムを概念的に示す図である。図1に示すように、レーザシステム100は、複数のレーザ装置1と、複数の光ファイバ106と、光コンバイナ101と、デリバリファイバ102と、出力端103と、表示部104と、を主な構成として備える。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram conceptually showing a laser system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the laser system 100 mainly includes a plurality of laser devices 1, a plurality of optical fibers 106, an optical combiner 101, a delivery fiber 102, an output terminal 103, and a display unit 104. Prepare as.

複数のレーザ装置1からは、所定の波長を有する光が出射する。 Light having a predetermined wavelength is emitted from the plurality of laser devices 1.

複数の光ファイバ106は、各レーザ装置1に接続されており、コアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層と主な構成として備える。 The plurality of optical fibers 106 are connected to each laser device 1 and are provided as a main configuration with a core, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad.

デリバリファイバ102は、コアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備え、レーザ装置1から出射する光をレーザシステム100の出射端に向かって伝搬させる。デリバリファイバ102のコアの一方側の端部は、光コンバイナ101を介して、複数の光ファイバ106のコアの一方側の端部と光学的に結合される。 The delivery fiber 102 mainly includes a core, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad, and emits light emitted from the laser device 1 of the laser system 100. Propagate toward the exit end. One end of the core of the delivery fiber 102 is optically coupled to one end of the core of the plurality of optical fibers 106 via an optical combiner 101.

出力端103は、レーザシステム100の出射端を含んでおり、デリバリファイバ102の他方側の端部に接続される。出力端103は、例えば直方体状のガラスから形成され、デリバリファイバ102よりも大きな直径を有している。なお、このような出力端103を必ずしも設けなくてもよい。 The output end 103 includes the exit end of the laser system 100 and is connected to the other end of the delivery fiber 102. The output end 103 is formed of, for example, rectangular parallelepiped glass, and has a diameter larger than that of the delivery fiber 102. It should be noted that such an output end 103 does not necessarily have to be provided.

表示部104は、各レーザ装置1に接続されており、各レーザ装置1から入力する信号に基づいて所定の表示を行う。 The display unit 104 is connected to each laser device 1 and performs a predetermined display based on a signal input from each laser device 1.

次に、レーザシステム100を構成するレーザ装置1について詳細に説明する。なお、複数のレーザ装置1のそれぞれは同じ構成を有している。 Next, the laser device 1 constituting the laser system 100 will be described in detail. Each of the plurality of laser devices 1 has the same configuration.

図2は、第1実施形態に係るレーザ装置1を概略的に示す図である。図2に示すように、レーザシステム100の各レーザ装置1は、入力配線17と、励起光源2と、光コンバイナ3と、増幅用光ファイバ5と、光ファイバ4と、第1FBG(Fiber Bragg Grating)7と、光ファイバ6と、第2FBG8と、ベース12と、入力エネルギー検出部18と、出力エネルギー検出部14と、上流側温度センサ15と、下流側温度センサ16と、演算部90と、を主な構成として備える。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the laser device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, each laser device 1 of the laser system 100 includes an input wiring 17, an excitation light source 2, an optical combiner 3, an amplification optical fiber 5, an optical fiber 4, and a first FBG (Fiber Bragg Grating). ) 7, optical fiber 6, second FBG8, base 12, input energy detection unit 18, output energy detection unit 14, upstream side temperature sensor 15, downstream side temperature sensor 16, calculation unit 90, Is provided as the main configuration.

入力配線17は、励起光源2に接続されており、励起光源2に所定の電力を供給する。 The input wiring 17 is connected to the excitation light source 2 and supplies a predetermined electric power to the excitation light source 2.

励起光源2は、励起光が出射する複数の光モジュールユニット10と、各光モジュールユニットに接続される複数の光ファイバ11と、を含んでいる。光ファイバ11は、コアと、コアをこのコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層と主な構成として備えている。 The excitation light source 2 includes a plurality of optical module units 10 from which excitation light is emitted, and a plurality of optical fibers 11 connected to each optical module unit. The optical fiber 11 is mainly provided with a core, a clad that surrounds the core without gaps, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad.

各光モジュールユニット10は同じ構成を有しており、各光モジュールユニット10には、上記入力配線17からの電力が均等に分配されて入力する。光モジュールユニット10は、同様に構成される複数の光モジュール20を含んでいる。 Each optical module unit 10 has the same configuration, and the electric power from the input wiring 17 is evenly distributed and input to each optical module unit 10. The optical module unit 10 includes a plurality of optical modules 20 having the same configuration.

図3は、光モジュール20を示す平面図である。図3において、光モジュール20における光の光路が破線で示されている。図3に示すように、光モジュール20は、筐体21と、筐体21内に収容される後述の光学部品と、一部の光学部品に電力を供給する不図示のコネクタとを備えている。 FIG. 3 is a plan view showing the optical module 20. In FIG. 3, the optical path of light in the optical module 20 is shown by a broken line. As shown in FIG. 3, the optical module 20 includes a housing 21, an optical component described later housed in the housing 21, and a connector (not shown) for supplying power to some of the optical components. ..

筐体21は、熱伝導性が高い例えば銅等の金属材料で構成され、マウント24を含んでいる。マウント24の一部は階段状に形成されており、この階段状の部分に一部の上記光学部品が実装される。 The housing 21 is made of a metal material such as copper having high thermal conductivity, and includes a mount 24. A part of the mount 24 is formed in a stepped shape, and a part of the above optical components is mounted on the stepped part.

光学部品は、複数のレーザダイオード31と、複数の第1コリメートレンズ36と、複数の第2コリメートレンズ37と、複数のミラー33と、第1集光レンズ34と、第2集光レンズ35と、光ファイバ29と、を含んで構成される。光ファイバ29の一端は筐体21内に収容されており、他端は筐体21の外側に配置されている。また、レーザダイオード31、第1コリメートレンズ36、第2コリメートレンズ37、及びミラー33の数は同じである。すなわち、1つのレーザダイオード31に対して、第1コリメートレンズ36、第2コリメートレンズ37、及びミラー33が1つずつ設けられている。 The optical components include a plurality of laser diodes 31, a plurality of first collimating lenses 36, a plurality of second collimating lenses 37, a plurality of mirrors 33, a first condensing lens 34, and a second condensing lens 35. , The optical fiber 29, and the like. One end of the optical fiber 29 is housed in the housing 21, and the other end is arranged outside the housing 21. Further, the number of the laser diode 31, the first collimating lens 36, the second collimating lens 37, and the mirror 33 is the same. That is, one first collimating lens 36, one second collimating lens 37, and one mirror 33 are provided for one laser diode 31.

複数のレーザダイオード31は、マウント24における階段状の部分の各段上に一つずつ配置される。本実施形態において、それぞれのレーザダイオード31は、活性層を含む複数の半導体層が積層されて成るファブリペロー構造を有する素子であり、複数の半導体層の積層方向が設置面に対して垂直となるように配置される。よって、各レーザダイオード31は、設置される面に対して垂直な方向がファスト軸となり、設置される面に対して平行な方向がスロー軸となる光を出射する。例えば、この光は、例えば波長が900nm帯の光であってもよい。 The plurality of laser diodes 31 are arranged one by one on each step of the stepped portion of the mount 24. In the present embodiment, each laser diode 31 is an element having a Fabry-Perot structure in which a plurality of semiconductor layers including an active layer are laminated, and the stacking direction of the plurality of semiconductor layers is perpendicular to the installation surface. Arranged like this. Therefore, each laser diode 31 emits light whose fast axis is in the direction perpendicular to the installation surface and whose slow axis is in the direction parallel to the installation surface. For example, this light may be, for example, light having a wavelength in the 900 nm band.

第1コリメートレンズ36は、レーザダイオード31から出射する光のファスト軸方向の成分をコリメートするレンズである。 The first collimating lens 36 is a lens that collimates the components in the fast axis direction of the light emitted from the laser diode 31.

第2コリメートレンズ37は、レーザダイオード31から出射する光のスロー軸方向の成分をコリメートするレンズである。 The second collimating lens 37 is a lens that collimates the components in the slow axis direction of the light emitted from the laser diode 31.

それぞれのミラー33は、対応するそれぞれのレーザダイオード31から出射する光の出射方向側に設けられている。したがって、それぞれのミラー33は、レーザダイオード31から出射してコリメートレンズ36,37でコリメートされた光を反射して、当該光の伝搬方向を変える。本実施形態では、ミラー33は、上記光の伝搬方向を90度変化させる。 Each mirror 33 is provided on the emission direction side of the light emitted from the corresponding laser diode 31. Therefore, each mirror 33 emits light from the laser diode 31 and reflects the light collimated by the collimating lenses 36 and 37 to change the propagation direction of the light. In the present embodiment, the mirror 33 changes the propagation direction of the light by 90 degrees.

第1集光レンズ34は、ミラー33で反射して90度方向転換した各光の光路上に配置されており、当該各光をファスト軸方向に集光する。第1集光レンズ34は、例えば、シリンドリカルレンズであってもよい。 The first condensing lens 34 is arranged on the optical path of each light reflected by the mirror 33 and turned 90 degrees, and condenses the light in the fast axis direction. The first condensing lens 34 may be, for example, a cylindrical lens.

第2集光レンズ35は、ミラー33で反射して90度方向転換した各光の光路上に配置されており、第1集光レンズ34から出射する各光をスロー軸方向に集光する。第2集光レンズ35は、例えば、シリンドリカルレンズであってもよい。 The second condensing lens 35 is arranged on the optical path of each light reflected by the mirror 33 and turned 90 degrees, and condenses each light emitted from the first condensing lens 34 in the slow axis direction. The second condenser lens 35 may be, for example, a cylindrical lens.

光ファイバ29は、コアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備え、第2集光レンズ35から出射する光の光路上に配置されている。光ファイバ29の一端は、第2集光レンズ35から出射する光が、光ファイバ29のコアに入射可能な位置とされる。図2に示すように、それぞれの光モジュール20の光ファイバ29は、それぞれ光コンバイナ19に接続され、当該光コンバイナ19を介して光ファイバ11に光学的に結合される。 The optical fiber 29 mainly includes a core, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad, and the light emitted from the second condenser lens 35. It is located on the street. One end of the optical fiber 29 is positioned so that the light emitted from the second condenser lens 35 can enter the core of the optical fiber 29. As shown in FIG. 2, the optical fibers 29 of each optical module 20 are connected to the optical combiner 19, and are optically coupled to the optical fiber 11 via the optical combiner 19.

次に、レーザ装置1の増幅用光ファイバ5について説明する。 Next, the amplification optical fiber 5 of the laser device 1 will be described.

増幅用光ファイバ5は、活性元素を有しており、当該活性元素は励起光によって励起される。図4は、このような増幅用光ファイバ5の長手方向に垂直な断面図である。図4に示すように、増幅用光ファイバ5は、コア5aと、コア5aの外周面を隙間なく囲む内側クラッド5bと、内側クラッド5bの外周面を被覆する外側クラッド5cと、外側クラッド5cを被覆する被覆層5dとを主な構成として備え、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッド5bの屈折率はコア5aの屈折率よりも低く、外側クラッド5cの屈折率は内側クラッド5bの屈折率よりも低くされている。 The amplification optical fiber 5 has an active element, and the active element is excited by excitation light. FIG. 4 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of such an amplification optical fiber 5. As shown in FIG. 4, the amplification optical fiber 5 includes a core 5a, an inner clad 5b that surrounds the outer peripheral surface of the core 5a without gaps, an outer clad 5c that covers the outer peripheral surface of the inner clad 5b, and an outer clad 5c. It is provided with a coating layer 5d to be coated as a main configuration, and has a so-called double clad structure. The refractive index of the inner clad 5b is lower than that of the core 5a, and the refractive index of the outer clad 5c is lower than that of the inner clad 5b.

コア5aを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム(Ge)等の元素、及び、励起光源2から出射される励起光により励起されるイッテルビウム(Yb)等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ybの他にツリウム(Tm)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、エルビウム(Er)等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス(Bi)等を挙げることができる。 As a material constituting the core 5a, for example, an element such as germanium (Ge) that increases the refractive index and an active element such as ytterbium (Yb) that is excited by the excitation light emitted from the excitation light source 2 are added. Ytterbium can be mentioned. Examples of such active elements include rare earth elements, and examples of rare earth elements include thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), erbium (Er), and the like, in addition to the above Yb. Can be mentioned. Further, as the active element, bismuth (Bi) and the like can be mentioned in addition to the rare earth element.

内側クラッド5bを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英を挙げることができる。なお、内側クラッド5bの材料には、屈折率を低下させるフッ素(F)等の元素が添加されてもよい。外側クラッド5cは、樹脂または石英から成る。このような樹脂としては、例えば、紫外線硬化樹脂或いは熱硬化樹脂が挙げられる。石英としては、例えば、内側クラッド5bよりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素(F)等のドーパントが添加された石英が挙げられる。被覆層5dを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられ、外側クラッド5cが樹脂の場合、例えば、外側クラッド5cを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が用いられる。 Examples of the material constituting the inner clad 5b include pure quartz to which no dopant is added. An element such as fluorine (F) that lowers the refractive index may be added to the material of the inner clad 5b. The outer clad 5c is made of resin or quartz. Examples of such a resin include an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin. Examples of quartz include quartz to which a dopant such as fluorine (F), which lowers the refractive index so as to have a lower refractive index than that of the inner clad 5b, is added. Examples of the material constituting the coating layer 5d include an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin, and when the outer clad 5c is a resin, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin different from the resin constituting the outer clad 5c. Is used.

図2に示すように、光ファイバ4は、一方側の端部において上記のような構成を有する増幅用光ファイバ5の一方側の端部に接続される。この光ファイバ4は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ4のコアは、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ5のコア5aと略同様の構成とされる。光ファイバ4のコアは増幅用光ファイバ5のコア5aと接続され、光ファイバ4の内側クラッドは増幅用光ファイバ5の内側クラッド5bと接続されている。また、光ファイバ4の他方側において、光ファイバ4の内側クラッドは、光コンバイナ3を介して励起光源2の複数の光ファイバ11のそれぞれのコアに接続される。 As shown in FIG. 2, the optical fiber 4 is connected to one end of the amplification optical fiber 5 having the above configuration at one end. The optical fiber 4 includes a core to which no active element is added, an inner clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, an outer clad that covers the outer peripheral surface of the inner clad, and a coating layer that covers the outer clad. Is provided as the main configuration. The core of the optical fiber 4 has substantially the same configuration as the core 5a of the optical fiber 5 for amplification except that no active element is added. The core of the optical fiber 4 is connected to the core 5a of the optical fiber 5 for amplification, and the inner clad of the optical fiber 4 is connected to the inner clad 5b of the optical fiber 5 for amplification. Further, on the other side of the optical fiber 4, the inner cladding of the optical fiber 4 is connected to each core of a plurality of optical fibers 11 of the excitation light source 2 via an optical combiner 3.

光ファイバ6は、一方側の端部において増幅用光ファイバ5の他方側の端部に接続される。この光ファイバ6は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ6のコアは、増幅用光ファイバ5のコア5aと接続され、光ファイバ6のクラッドは増幅用光ファイバ5の内側クラッド5bと接続される。一方、光ファイバ6の他方側において、光ファイバ6のコアは光ファイバ106のコアに接続されている。 The optical fiber 6 is connected to the other end of the amplification optical fiber 5 at one end. The optical fiber 6 mainly includes a core to which no active element is added, a clad that surrounds the outer peripheral surface of the core without gaps, and a coating layer that covers the outer peripheral surface of the clad. The core of the optical fiber 6 is connected to the core 5a of the optical fiber 5 for amplification, and the clad of the optical fiber 6 is connected to the inner clad 5b of the optical fiber 5 for amplification. On the other hand, on the other side of the optical fiber 6, the core of the optical fiber 6 is connected to the core of the optical fiber 106.

第1FBG7は、光ファイバ4のコアに設けられている。この第1FBG7は、増幅用光ファイバ5の一方側において増幅用光ファイバ5のコア5aと光学的に結合している。第1FBG7は、光ファイバ4の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返された構成を有する。この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ5の活性元素が放出する光のうち、少なくとも一部の波長の光が反射される。第1FBG7の反射率は、後述の第2FBG8の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を例えば99%以上で反射する。なお、第1FBG7が反射する光の波長は、上述のように活性元素がイッテルビウムである場合、例えば1070nmとされる。 The first FBG 7 is provided in the core of the optical fiber 4. The first FBG 7 is optically coupled to the core 5a of the amplification optical fiber 5 on one side of the amplification optical fiber 5. The first FBG 7 has a configuration in which a portion in which the refractive index is periodically increased along the longitudinal direction of the optical fiber 4 is repeated. By adjusting this period, at least a part of the light emitted by the active element of the excited optical fiber 5 for amplification is reflected. The reflectance of the first FBG 7 is higher than the reflectance of the second FBG 8 described later, and the light of a desired wavelength among the light emitted by the active element is reflected at, for example, 99% or more. The wavelength of the light reflected by the first FBG7 is, for example, 1070 nm when the active element is ytterbium as described above.

第2FBG8は、光ファイバ6のコアに設けられている。この第2FBG8は、増幅用光ファイバ5の他方側において増幅用光ファイバ5のコア5aと光学的に結合している。第2FBG8は、光ファイバ6の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返された構成を有する。第2FBG8は、第1FBG7が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第1FBG7よりも低い反射率で反射するように構成される。例えば、第2FBG8は、第1FBG7が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を5%〜50%の反射率で反射する。 The second FBG 8 is provided in the core of the optical fiber 6. The second FBG 8 is optically coupled to the core 5a of the amplification optical fiber 5 on the other side of the amplification optical fiber 5. The second FBG 8 has a configuration in which a portion where the refractive index increases at regular intervals is repeated along the longitudinal direction of the optical fiber 6. The second FBG 8 is configured to reflect light having at least a part of the wavelengths of the light reflected by the first FBG 7 with a reflectance lower than that of the first FBG 7. For example, the second FBG 8 reflects light having at least a part of the wavelengths of the light reflected by the first FBG 7 with a reflectance of 5% to 50%.

ベース12は、励起光源2や増幅用光ファイバ5などが実装される部材であり、熱伝導性の高い材料で形成される。本実施形態では、ベース12は銅などの金属で構成される。ベース12の内部には、励起光源2や増幅用光ファイバ5などを冷却するための冷却流体が流れる流路13が形成されている。 The base 12 is a member on which the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5 are mounted, and is made of a material having high thermal conductivity. In this embodiment, the base 12 is made of a metal such as copper. Inside the base 12, a flow path 13 through which a cooling fluid for cooling the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5 flows is formed.

この流路13は、ベース12から露出した配管と、ベース12の内部に形成された配管とによって形成されている。流路13は、ベース12上に実装された励起光源2の直下に位置する第1区間13Aと、ベース12上に実装された増幅用光ファイバ5の直下に位置する第2区間13Bとを含んでいる。なお、図2において、ベース12の内部に形成された流路13の配管は破線で示されている。 The flow path 13 is formed by a pipe exposed from the base 12 and a pipe formed inside the base 12. The flow path 13 includes a first section 13A located directly below the excitation light source 2 mounted on the base 12 and a second section 13B located directly below the amplification optical fiber 5 mounted on the base 12. I'm out. In FIG. 2, the piping of the flow path 13 formed inside the base 12 is shown by a broken line.

また、図3において1点鎖線で示すように、本実施形態では、第1区間13Aは、各光モジュール20を平面視した場合に光モジュール20と重なる位置に設けられており、各光モジュール20の直下を蛇行する軌跡を有している。具体的には、第1区間13Aは、各レーザダイオード31の直下の位置に各レーザダイオード31が整列される方向に沿って形成された区間と、各ミラー33の直下の位置に各ミラー33が整列される方向に沿って形成された区間と、含んでいる。第1区間13Aがこのような軌跡を有することにより、第1区間13Aの全長を長くし得、冷却効果が高まり得る。 Further, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 3, in the present embodiment, the first section 13A is provided at a position where each optical module 20 overlaps with the optical module 20 when viewed in a plan view, and each optical module 20 is provided. It has a meandering trajectory just below. Specifically, in the first section 13A, a section formed along the direction in which each laser diode 31 is aligned at a position directly below each laser diode 31 and each mirror 33 at a position directly below each mirror 33. Includes sections formed along the alignment direction. When the first section 13A has such a trajectory, the total length of the first section 13A can be lengthened, and the cooling effect can be enhanced.

また、図2に示すように、本実施形態では、第2区間13Bは、平面視した場合に増幅用光ファイバ5の少なくとも一部と重なる位置に設けられており、増幅用光ファイバ5の直下を蛇行する軌跡を有している。第2区間13Bがこのような軌跡を有することにより、第2区間13Bの全長を長くし得、冷却効果が高まり得る。 Further, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the second section 13B is provided at a position where it overlaps with at least a part of the amplification optical fiber 5 when viewed in a plan view, and is directly below the amplification optical fiber 5. It has a meandering trajectory. Since the second section 13B has such a trajectory, the total length of the second section 13B can be lengthened, and the cooling effect can be enhanced.

なお、本実施形態では、冷却流体は水であり、流路13は、冷却水が第1区間13A及び第2区間13Bの順に流れるように形成されている。 In the present embodiment, the cooling fluid is water, and the flow path 13 is formed so that the cooling water flows in the order of the first section 13A and the second section 13B.

次に、上述の出力エネルギー検出部14、入力エネルギー検出部18、上流側温度センサ15、及び、下流側温度センサ16について説明する。 Next, the output energy detection unit 14, the input energy detection unit 18, the upstream temperature sensor 15, and the downstream temperature sensor 16 will be described.

図2に示すように、入力エネルギー検出部18は、入力配線17に設けられており、演算部90に接続されている。入力エネルギー検出部18は、入力配線17における電流値と、入力配線17における電圧値とに基づいて、入力配線17からレーザ装置1の励起光源に入力する電力を入力エネルギーPinとして検出し、この電力Pinのデータを演算部90に出力する。 As shown in FIG. 2, the input energy detection unit 18 is provided in the input wiring 17 and is connected to the calculation unit 90. The input energy detection unit 18 detects the electric power input from the input wiring 17 to the excitation light source of the laser device 1 as the input energy Pin based on the current value in the input wiring 17 and the voltage value in the input wiring 17, and this electric power. The Pin data is output to the calculation unit 90.

出力エネルギー検出部14は、光ファイバ6に設けられており、演算部90に接続されている。本実施形態では、出力エネルギー検出部14は、フォトダイオードを含んでおり、例えば、光ファイバ6における出力エネルギー検出部14が設けられた箇所を伝搬する光のレイリー散乱に基づいて、光ファイバ6を伝搬する光のエネルギー、すなわち、増幅用光ファイバ5から出射する光のエネルギーを出力エネルギーPoutとして検出する。出力エネルギー検出部14は、出力エネルギーPoutのデータを演算部90に出力する。 The output energy detection unit 14 is provided in the optical fiber 6 and is connected to the calculation unit 90. In the present embodiment, the output energy detection unit 14 includes a photodiode, for example, an optical fiber 6 is provided based on Rayleigh scattering of light propagating in a portion of the optical fiber 6 where the output energy detection unit 14 is provided. The propagating light energy, that is, the light energy emitted from the amplification optical fiber 5, is detected as the output energy Pout. The output energy detection unit 14 outputs the data of the output energy Pout to the calculation unit 90.

本実施形態では、上流側温度センサ15は、励起光源2の直下に位置する上記第1区間13Aよりも僅かに上流側に設けられており、演算部90に接続されている。具体的には、上流側温度センサ15は、第1区間13Aの上流側の端部13Aaよりも僅かに上流側に位置するベース12の外縁部に設けられている。ベース12の外側には流路13を形成する配管が設けられている。上流側温度センサ15は、例えばサーミスタであり、配管内に取り付けられてもよく、配管上に取り付けられてもよい。上流側温度センサ15は、励起光源2を冷却する直前の冷却水の温度Tinを検出し、この温度Tinのデータを演算部90に出力する。 In the present embodiment, the upstream temperature sensor 15 is provided slightly upstream of the first section 13A located directly below the excitation light source 2, and is connected to the calculation unit 90. Specifically, the upstream temperature sensor 15 is provided on the outer edge of the base 12 located slightly upstream of the upstream end 13Aa of the first section 13A. A pipe forming the flow path 13 is provided on the outside of the base 12. The upstream temperature sensor 15 is, for example, a thermistor, and may be mounted in the pipe or may be mounted on the pipe. The upstream temperature sensor 15 detects the temperature Tin of the cooling water immediately before cooling the excitation light source 2, and outputs the data of this temperature Tin to the calculation unit 90.

本実施形態では、下流側温度センサ16は、増幅用光ファイバ5の直下に位置する上記第2区間13Bよりも僅かに下流側に設けられており、演算部90に接続されている。具体的には、下流側温度センサ16は、第2区間13Bの下流側の端部13Bbよりも僅かに下流側に位置するベース12の外縁部に設けられている。下流側温度センサ16は、例えばサーミスタであり、ベース12の外側の配管内に取り付けられてもよく、ベース12の外側の配管上に取り付けられてもよい。下流側温度センサ16は、増幅用光ファイバ5を冷却した直後の冷却水の温度Toutを検出し、この温度Toutのデータを演算部90に出力する。 In the present embodiment, the downstream temperature sensor 16 is provided slightly downstream of the second section 13B located directly below the amplification optical fiber 5, and is connected to the calculation unit 90. Specifically, the downstream temperature sensor 16 is provided on the outer edge of the base 12 located slightly downstream of the downstream end 13Bb of the second section 13B. The downstream temperature sensor 16 is, for example, a thermistor, and may be mounted in the pipe outside the base 12 or may be mounted on the pipe outside the base 12. The downstream temperature sensor 16 detects the temperature Tout of the cooling water immediately after cooling the amplification optical fiber 5, and outputs the data of this temperature Tout to the calculation unit 90.

演算部90は、出力エネルギー検出部14、入力エネルギー検出部18、上流側温度センサ15、及び、下流側温度センサ16から入力されたデータに基づいて、流路13を流れる冷却水の流量を演算する。演算部90は、表示部104に接続されており、演算した流量のデータを表示部104に出力する。このような演算部90としては、例えば、マイクロコントローラ、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large-scale Integrated Circuit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの集積回路、或いはNC(Numerical Control)装置を挙げることができる。また、演算部90は、NC装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。 The calculation unit 90 calculates the flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13 based on the data input from the output energy detection unit 14, the input energy detection unit 18, the upstream temperature sensor 15, and the downstream temperature sensor 16. To do. The calculation unit 90 is connected to the display unit 104, and outputs the calculated flow rate data to the display unit 104. Examples of such a calculation unit 90 include integrated circuits such as microcontrollers, ICs (Integrated Circuits), LSIs (Large-scale Integrated Circuits), and ASICs (Application Specific Integrated Circuits), and NC (Numerical Control) devices. be able to. Further, when the NC device is used, the calculation unit 90 may use a machine learning device or may not use a machine learning device.

次に、レーザ装置1及びレーザシステム100の動作について説明する。 Next, the operations of the laser device 1 and the laser system 100 will be described.

入力配線17からレーザ装置1の励起光源2に電力が供給されると、当該電力が光モジュールユニット10のそれぞれに均等に分配される。このため、各光モジュールユニット10において、分配された電力が各光モジュール20に供給され、当該電力の一部がレーザダイオード31に消費されて光に変換される。 When electric power is supplied from the input wiring 17 to the excitation light source 2 of the laser device 1, the electric power is evenly distributed to each of the optical module units 10. Therefore, in each optical module unit 10, the distributed electric power is supplied to each optical module 20, and a part of the electric power is consumed by the laser diode 31 and converted into light.

なお、入力配線17から励起光源2に入力する電力Pinは入力エネルギー検出部18によって検出される。そして、入力エネルギー検出部18は、この電力Pinのデータを演算部90に出力する。 The power Pin input from the input wiring 17 to the excitation light source 2 is detected by the input energy detection unit 18. Then, the input energy detection unit 18 outputs the data of the power Pin to the calculation unit 90.

光モジュール20の各レーザダイオード31において生成されたそれぞれの光は、レーザダイオード31から所定の方向に出射する。このような光は、上記のように例えば波長が900nm帯の光とされる。 Each light generated in each laser diode 31 of the optical module 20 is emitted from the laser diode 31 in a predetermined direction. Such light is, for example, light having a wavelength in the 900 nm band as described above.

各レーザダイオード31から出射する光は、コリメートレンズ36,37によってファスト軸方向及びスロー軸方向にコリメートされてミラー33に入射し、ミラー33によって反射されて90度方向転換する。各ミラー33で反射されたそれぞれの光は、第1集光レンズ34に入射し、当該第1集光レンズ34においてファスト軸方向に集光される。第1集光レンズ34において集光された後、上記それぞれの光は、第2集光レンズ35に入射し、当該第2集光レンズ35においてスロー軸方向に集光される。こうして、ファスト軸方向及びスロー軸方向に集光された光が光ファイバ29のコアに入射し、光ファイバ29のコア内を伝搬する。 The light emitted from each laser diode 31 is collimated in the fast axis direction and the slow axis direction by the collimating lenses 36 and 37, incident on the mirror 33, reflected by the mirror 33, and turned 90 degrees. The light reflected by each mirror 33 is incident on the first condensing lens 34, and is condensed in the fast axis direction by the first condensing lens 34. After being condensed by the first condenser lens 34, each of the above lights is incident on the second condenser lens 35 and is condensed in the slow axis direction by the second condenser lens 35. In this way, the light focused in the fast axis direction and the slow axis direction is incident on the core of the optical fiber 29 and propagates in the core of the optical fiber 29.

それぞれの光ファイバ29のコア内を伝搬する光は、光コンバイナ19において合波され、合波された光が光ファイバ11のコア内を伝搬する。 The light propagating in the core of each optical fiber 29 is combined in the optical combiner 19, and the combined light propagates in the core of the optical fiber 11.

他の光モジュールユニット10においても、上記と同様に、それぞれの光ファイバ29のコア内を伝搬する光が光コンバイナ19において合波され、合波された光が光ファイバ11のコア内を伝搬する。 In the other optical module units 10, similarly to the above, the light propagating in the core of each optical fiber 29 is combined in the optical combiner 19, and the combined light propagates in the core of the optical fiber 11. ..

上述のように、それぞれの光ファイバ11のコアは、光コンバイナ3を介して光ファイバ4の内側クラッドに接続されている。このため、それぞれの光ファイバ11のコアを伝搬する光は、光コンバイナ3により合波されて、この合波された光が光ファイバ4の内側クラッドを伝搬する。 As described above, the core of each optical fiber 11 is connected to the inner cladding of the optical fiber 4 via the optical combiner 3. Therefore, the light propagating in the core of each optical fiber 11 is combined by the optical combiner 3, and the combined light propagates in the inner cladding of the optical fiber 4.

また、光ファイバ4の内側クラッドを伝搬する光は、増幅用光ファイバ5の内側クラッド5bに入射する。内側クラッド5bに入射した光は、主に内側クラッド5bを伝搬してコア5aを通過する。こうして、コア5aに入射する光の一部は、コア5aに添加されている活性元素に吸収され、その結果、当該活性元素が励起される。こうして、増幅用光ファイバ5に入射する光が励起光となり、励起光によって励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。このときの自然放出光は、例えば活性元素がイッテルビウムである場合、1070nmの波長を含み一定の波長帯域を有する光である。この自然放出光は、増幅用光ファイバ5のコア5aを伝搬して、一部の波長の光が第1FBG7により反射され、このように反射された光のうち第2FBG8が反射する波長の光が第2FBG8で反射される。こうして、増幅用光ファイバ5と、第1FBG7と、第2FBG8とによって共振器が構成され、この共振器内を光が往復する。そして、第1FBG7及び第2FBG8で反射される光が増幅用光ファイバ5のコア5aを伝搬するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第1FBG7と第2FBG8との間を共振する光のうち一部の光が第2FBG8を透過して、レーザ光として光ファイバ6のコア内を伝搬する。 Further, the light propagating in the inner clad of the optical fiber 4 is incident on the inner clad 5b of the optical fiber 5 for amplification. The light incident on the inner clad 5b mainly propagates through the inner clad 5b and passes through the core 5a. In this way, a part of the light incident on the core 5a is absorbed by the active element added to the core 5a, and as a result, the active element is excited. In this way, the light incident on the amplification optical fiber 5 becomes the excitation light, and the active element excited by the excitation light emits naturally emitted light having a specific wavelength. The naturally emitted light at this time is, for example, light having a certain wavelength band including a wavelength of 1070 nm when the active element is ytterbium. This naturally emitted light propagates through the core 5a of the amplification optical fiber 5, and light of a part of the wavelength is reflected by the first FBG7, and among the light reflected in this way, the light of the wavelength reflected by the second FBG8 is emitted. It is reflected by the second FBG8. In this way, the amplification optical fiber 5, the first FBG7, and the second FBG8 form a resonator, and light reciprocates in the resonator. Then, when the light reflected by the first FBG7 and the second FBG8 propagates through the core 5a of the amplification optical fiber 5, stimulated emission occurs and this light is amplified, and the gain and loss in the cavity become equal. It becomes a laser oscillation state. Then, a part of the light resonating between the first FBG7 and the second FBG8 passes through the second FBG8 and propagates in the core of the optical fiber 6 as laser light.

なお、光ファイバ6のコアを伝搬する光の出力エネルギーPoutは、出力エネルギー検出部14によって検出される。そして、出力エネルギー検出部14は、この出力エネルギーPoutのデータを演算部90に出力する。 The output energy Pout of the light propagating in the core of the optical fiber 6 is detected by the output energy detection unit 14. Then, the output energy detection unit 14 outputs the data of the output energy Pout to the calculation unit 90.

図1に示すように、レーザシステム100は、このようなレーザ装置1を複数備えており、各レーザ装置1は同じ構成を有するとともに、各レーザ装置1の励起光源2には同じ大きさの電力が供給される。このため、各レーザ装置1から出射する光は、概ね同じ波長及びエネルギーを有する。したがって、光ファイバ6のコアを伝搬する各光は、光ファイバ106を伝搬した後、光コンバイナ101において合波され、この合波された光がデリバリファイバ102のコアを伝搬する。 As shown in FIG. 1, the laser system 100 includes a plurality of such laser devices 1, each laser device 1 has the same configuration, and the excitation light source 2 of each laser device 1 has the same amount of electric power. Is supplied. Therefore, the light emitted from each laser device 1 has substantially the same wavelength and energy. Therefore, each light propagating in the core of the optical fiber 6 propagates in the optical fiber 106 and then is combined in the optical combiner 101, and the combined light propagates in the core of the delivery fiber 102.

上述のように、デリバリファイバ102のうち光コンバイナ101側とは反対側の端部には、出力端103が接続されている。したがって、デリバリファイバ102を伝搬する光は出力端103に入射する。また、上述のように、出力端103は、デリバリファイバ102よりも大きな直径を有する。したがって、出力端103に入射した光は、広がりながら出力端103内を伝搬して出力端103の出射面から出射される。出力端103から出射する光は、例えば、不図示の加工ヘッドによって集光されて加工対象物に照射される。 As described above, the output end 103 is connected to the end of the delivery fiber 102 on the side opposite to the optical combiner 101 side. Therefore, the light propagating through the delivery fiber 102 is incident on the output end 103. Further, as described above, the output end 103 has a diameter larger than that of the delivery fiber 102. Therefore, the light incident on the output end 103 propagates in the output end 103 while spreading, and is emitted from the exit surface of the output end 103. The light emitted from the output end 103 is collected by, for example, a processing head (not shown) and irradiates the object to be processed.

ところで、各レーザダイオード31に供給された電力Pinの一部は、光に変換されずに熱に変換される。したがって、レーザ装置1が動作すると、各光モジュール20の温度が上昇する。こうして、複数の光モジュール20によって構成される各光モジュールユニット10の温度が上昇し、複数の光モジュールユニット10から構成される励起光源2の温度が上昇する。つまり、レーザ装置1において、励起光源2は、入出力するエネルギーによって発熱する発熱部として作用する。 By the way, a part of the electric power Pin supplied to each laser diode 31 is not converted into light but is converted into heat. Therefore, when the laser device 1 operates, the temperature of each optical module 20 rises. In this way, the temperature of each optical module unit 10 composed of the plurality of optical modules 20 rises, and the temperature of the excitation light source 2 composed of the plurality of optical module units 10 rises. That is, in the laser device 1, the excitation light source 2 acts as a heat generating portion that generates heat by the input / output energy.

また、増幅用光ファイバ5の活性元素が光を放出する際に熱を放出する。したがって、レーザ装置1が動作すると、活性元素が放出する熱によって増幅用光ファイバ5の温度が上昇する。つまり、レーザ装置1において、増幅用光ファイバ5は、入出力するエネルギーによって発熱する発熱部として作用する。 Further, when the active element of the amplification optical fiber 5 emits light, it releases heat. Therefore, when the laser device 1 operates, the temperature of the amplification optical fiber 5 rises due to the heat emitted by the active element. That is, in the laser device 1, the amplification optical fiber 5 acts as a heat generating portion that generates heat by the input / output energy.

上述のように、レーザ装置1には、励起光源2側から増幅用光ファイバ5側に冷却水が流れる流路13が形成されている。したがって、流路13を流れる冷却水は、まず第1区間13Aを流れる。第1区間13Aは上述のように励起光源2の直下に位置しており、また、励起光源2を実装するベース12は上述のように熱伝導性の高い銅などの金属で構成されているため、励起光源2で生じた熱はベース12を介して冷却水に吸収される。こうして、励起光源2が効果的に冷却される。一方、第1区間13Aを流れた直後の冷却水の温度は、冷却水が励起光源2の熱を吸収することによって上昇する。このように、第1区間13Aは、流路13のうち励起光源2を冷却する区間として作用する。 As described above, the laser apparatus 1 is formed with a flow path 13 through which cooling water flows from the excitation light source 2 side to the amplification optical fiber 5 side. Therefore, the cooling water flowing through the flow path 13 first flows through the first section 13A. The first section 13A is located directly below the excitation light source 2 as described above, and the base 12 on which the excitation light source 2 is mounted is made of a metal such as copper having high thermal conductivity as described above. The heat generated by the excitation light source 2 is absorbed by the cooling water via the base 12. In this way, the excitation light source 2 is effectively cooled. On the other hand, the temperature of the cooling water immediately after flowing through the first section 13A rises as the cooling water absorbs the heat of the excitation light source 2. In this way, the first section 13A acts as a section of the flow path 13 for cooling the excitation light source 2.

なお、発熱部を冷却する区間は、流路13のうち発熱部の直下に位置する区間よりも長い区間であってもよく、短い区間であってもよい。すなわち、「励起光源2を冷却する区間」は、第1区間13Aよりも長い区間であってもよく、短い区間であってもよい。本実施形態では、上流側温度センサ15が下流側温度センサ16よりも下流に配置されないことを条件として、第1区間13Aの上流側の端部13Aaにおける冷却水の温度を基準として温度が±0.5℃となる流路13の箇所から、第1区間13Aの下流側の端部13Abにおける冷却水の温度を基準として温度が±0.5℃となる流路13の箇所までの区間が「励起光源2を冷却する区間」とされる。 The section for cooling the heat generating portion may be a section longer than the section located directly below the heat generating portion in the flow path 13, or may be a shorter section. That is, the "section for cooling the excitation light source 2" may be a section longer than the first section 13A or a section shorter than the first section 13A. In the present embodiment, the temperature is ± 0 with reference to the temperature of the cooling water at the upstream end 13Aa of the first section 13A, provided that the upstream temperature sensor 15 is not arranged downstream of the downstream temperature sensor 16. The section from the location of the flow path 13 where the temperature is 5.5 ° C to the location of the flow path 13 where the temperature is ± 0.5 ° C with reference to the temperature of the cooling water at the downstream end 13Ab of the first section 13A is ". It is referred to as a "section for cooling the excitation light source 2."

次に、冷却水は第2区間13Bを流れる。第2区間13Bは上述のように増幅用光ファイバ5の直下に位置しており、また、増幅用光ファイバ5を実装するベース12は上述のように熱伝導性の高い銅などの金属で構成されているため、増幅用光ファイバ5で生じた熱はベース12を介して冷却水に吸収される。こうして、増幅用光ファイバ5が効果的に冷却される。一方、第2区間13Bを流れた直後の冷却水の温度は、冷却水が増幅用光ファイバ5の熱を吸収することによって、第1区間13Aを流れた直後よりも上昇する。このように、第2区間13Bは、流路13のうち増幅用光ファイバ5を冷却する区間として作用する。 Next, the cooling water flows through the second section 13B. The second section 13B is located directly below the amplification optical fiber 5 as described above, and the base 12 on which the amplification optical fiber 5 is mounted is made of a metal such as copper having high thermal conductivity as described above. Therefore, the heat generated in the amplification optical fiber 5 is absorbed by the cooling water via the base 12. In this way, the amplification optical fiber 5 is effectively cooled. On the other hand, the temperature of the cooling water immediately after flowing through the second section 13B is higher than immediately after flowing through the first section 13A because the cooling water absorbs the heat of the amplification optical fiber 5. In this way, the second section 13B acts as a section of the flow path 13 for cooling the amplification optical fiber 5.

なお、「増幅用光ファイバ5を冷却する区間」は、第2区間13Bよりも長い区間であってもよく、短い区間であってもよい。本実施形態では、下流側温度センサ16が上流側温度センサ15よりも上流に配置されないことを条件として、第2区間13Bの上流側の端部13Baにおける冷却水の温度を基準として温度が±0.5℃となる流路13の箇所から、第2区間13Bの下流側の端部13Bbにおける冷却水の温度を基準として温度が±0.5℃となる流路13の箇所までの区間が「増幅用光ファイバ5を冷却する区間」とされる。 The "section for cooling the amplification optical fiber 5" may be a section longer than the second section 13B or a section shorter than the second section 13B. In the present embodiment, the temperature is ± 0 with reference to the temperature of the cooling water at the upstream end 13Ba of the second section 13B, provided that the downstream temperature sensor 16 is not arranged upstream of the upstream temperature sensor 15. The section from the location of the flow path 13 where the temperature is 5.5 ° C to the location of the flow path 13 where the temperature is ± 0.5 ° C with reference to the temperature of the cooling water at the downstream end 13Bb of the second section 13B is ". It is referred to as a "section for cooling the amplification optical fiber 5".

このように、本実施形態のレーザ装置1には、冷却水が流れる流路13が形成されているため、レーザ装置1の動作に伴って励起光源2や増幅用光ファイバ5などの発熱部が発熱した場合でも、このような発熱部が冷却水によって冷却され、発熱部の温度が過度に上昇することが抑制される。 As described above, since the laser device 1 of the present embodiment is formed with the flow path 13 through which the cooling water flows, heat generating portions such as the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5 are generated as the laser device 1 operates. Even when heat is generated, such a heat-generating portion is cooled by the cooling water, and the temperature of the heat-generating portion is suppressed from rising excessively.

上述のように、本実施形態では、上流側温度センサ15は、第1区間13Aの上流側の端部13Aaよりも僅かに上流側に位置するベース12の外縁部に配置されている。上述のように、本実施形態における上流側温度センサ15の配置位置は、上流側温度センサ15が下流側温度センサ16よりも下流に配置されないことを条件として第1区間13Aの上流側の端部13Aaの温度を基準として±0.5℃となる温度範囲に収まる流路13の箇所である。このような温度範囲に収まる位置において測定された温度であれば、励起光源2を冷却する直前の冷却水の温度と見做し得る。したがって、この上流側温度センサ15の配置位置が、本実施形態における励起光源2を冷却する区間の上流端に相当する。こうして、上流側温度センサ15によって励起光源2を冷却する直前の冷却水の温度Tinが検出され、この温度Tinのデータが演算部90に出力される。 As described above, in the present embodiment, the upstream temperature sensor 15 is arranged at the outer edge of the base 12 located slightly upstream of the upstream end 13Aa of the first section 13A. As described above, the arrangement position of the upstream temperature sensor 15 in the present embodiment is the upstream end of the first section 13A on the condition that the upstream temperature sensor 15 is not arranged downstream of the downstream temperature sensor 16. This is the location of the flow path 13 that falls within the temperature range of ± 0.5 ° C. with respect to the temperature of 13Aa. If the temperature is measured at a position within such a temperature range, it can be regarded as the temperature of the cooling water immediately before cooling the excitation light source 2. Therefore, the arrangement position of the upstream temperature sensor 15 corresponds to the upstream end of the section for cooling the excitation light source 2 in the present embodiment. In this way, the temperature Tin of the cooling water immediately before cooling the excitation light source 2 is detected by the upstream temperature sensor 15, and the data of this temperature Tin is output to the calculation unit 90.

なお、上流側温度センサ15の配置位置は、上記温度範囲に収まる箇所であれば、図2の配置位置に限定されない。例えば、図2の位置よりも上流側であってもよいし、下流側であってもよい。また、図2の位置よりも下流側に上流側温度センサ15を配置する場合、上流側温度センサ15の配置位置は、第1区間13Aの上流側の端部13Aaであってもよいし、上記温度範囲に収まるのであれば、上流側温度センサ15が下流側温度センサ16よりも下流に配置されないことを条件として端部13Aaよりも下流側であってもよい。 The arrangement position of the upstream temperature sensor 15 is not limited to the arrangement position shown in FIG. 2 as long as it falls within the above temperature range. For example, it may be on the upstream side or the downstream side from the position shown in FIG. Further, when the upstream temperature sensor 15 is arranged on the downstream side of the position of FIG. 2, the arrangement position of the upstream temperature sensor 15 may be the upstream end 13Aa of the first section 13A, as described above. As long as it falls within the temperature range, it may be on the downstream side of the end 13Aa, provided that the upstream temperature sensor 15 is not arranged downstream of the downstream temperature sensor 16.

上述のように、本実施形態では、下流側温度センサ16は、第2区間13Bの下流側の端部13Bbよりも僅かに下流側に位置するベース12の外縁部に配置されている。上述のように、本実施形態における下流側温度センサ16の配置位置は、下流側温度センサ16が上流側温度センサ15よりも上流に配置されないことを条件として第2区間13Bの下流側の端部13Bbの温度を基準として±0.5℃となる温度範囲に収まる流路13の箇所である。このような温度範囲に収まる位置において測定された温度であれば、増幅用光ファイバ5が冷却された直後の冷却水の温度と見做し得る。したがって、この下流側温度センサ16の配置位置が、本実施形態における増幅用光ファイバ5を冷却する区間の下流端に相当する。こうして、下流側温度センサ16によって増幅用光ファイバ5を冷却した直後の冷却水の温度Toutが検出され、この温度Toutのデータが演算部90に出力される。 As described above, in the present embodiment, the downstream temperature sensor 16 is arranged at the outer edge of the base 12 located slightly downstream of the downstream end 13Bb of the second section 13B. As described above, the arrangement position of the downstream temperature sensor 16 in the present embodiment is the downstream end of the second section 13B on the condition that the downstream temperature sensor 16 is not arranged upstream of the upstream temperature sensor 15. This is the location of the flow path 13 that falls within the temperature range of ± 0.5 ° C. with respect to the temperature of 13Bb. If the temperature is measured at a position within such a temperature range, it can be regarded as the temperature of the cooling water immediately after the amplification optical fiber 5 is cooled. Therefore, the arrangement position of the downstream temperature sensor 16 corresponds to the downstream end of the section for cooling the amplification optical fiber 5 in the present embodiment. In this way, the temperature Tout of the cooling water immediately after cooling the amplification optical fiber 5 is detected by the downstream temperature sensor 16, and the data of this temperature Tout is output to the calculation unit 90.

なお、下流側温度センサ16の配置位置は、上記温度範囲に収まる箇所であれば、図2の配置位置に限定されない。例えば、図2の位置よりも下流側であってもよいし、上流側であってもよい。また、図2の位置よりも上流側に下流側温度センサ16を配置する場合、下流側温度センサ16の配置位置は、第2区間13Bの下流側の端部13Bbであってもよいし、上記温度範囲に収まるのであれば、下流側温度センサ16が上流側温度センサ15よりも上流に配置されないことを条件として端部13Bbよりも上流側であってもよい。 The arrangement position of the downstream temperature sensor 16 is not limited to the arrangement position shown in FIG. 2 as long as it falls within the above temperature range. For example, it may be on the downstream side or the upstream side from the position shown in FIG. Further, when the downstream temperature sensor 16 is arranged on the upstream side of the position of FIG. 2, the arrangement position of the downstream temperature sensor 16 may be the downstream end 13Bb of the second section 13B, as described above. As long as it falls within the temperature range, the downstream temperature sensor 16 may be on the upstream side of the end portion 13Bb, provided that the downstream temperature sensor 16 is not arranged upstream of the upstream temperature sensor 15.

ところで、所定のエネルギーが入力することにより光を出射するとともに発熱する発熱部を有するレーザ装置において、当該発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量が、発熱部に入力するエネルギーと当該発熱部から出射する光のエネルギーとの差、及び、発熱部の上流側を流れる流体の温度と当該発熱部の下流側を流れる流体の温度との差に依存することを発明者は見出した。具体的には、上記流量が、上記エネルギーの差に比例するとともに、上記流体の温度の差に反比例することを発明者は見出した。例えば、発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量をLb[単位:L/min]とすると、流量Lbを以下の式(1)によって推定することができる。

Figure 2021082796
ただし、上記式(1)において、Pdisは、入力エネルギーPin[単位:W(J/s)]と出力エネルギーPout[単位:W(J/s)]との差を示す。γbは、流体の密度[単位:g/cm3]を表す。Cbは、流体の比熱[単位:Cal/(g×℃)]を示す。Toutは、下流側温度センサで検出される流体の温度[単位:℃]を示す。Tinは、上流側温度センサで検出される流体の温度[単位:℃]を示す。また、上記式(1)における数値0.07は、比熱Cbを単位(J/s)に換算するための定数である。 By the way, in a laser device having a heat generating portion that emits light and generates heat when a predetermined energy is input, the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the heat generating portion is the energy input to the heat generating portion and the heat generating portion. The inventor has found that it depends on the difference from the energy of the light emitted from the heat generating portion and the difference between the temperature of the fluid flowing on the upstream side of the heat generating portion and the temperature of the fluid flowing on the downstream side of the heat generating portion. Specifically, the inventor has found that the flow rate is proportional to the difference in energy and inversely proportional to the difference in temperature of the fluid. For example, assuming that the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the heat generating portion is Lb [unit: L / min], the flow rate Lb can be estimated by the following equation (1).
Figure 2021082796
However, in the above equation (1), Pdis indicates the difference between the input energy Pin [unit: W (J / s)] and the output energy Pout [unit: W (J / s)]. γb represents the density of the fluid [unit: g / cm 3 ]. Cb indicates the specific heat of the fluid [unit: Cal / (g × ° C.)]. Tout indicates the temperature [unit: ° C.] of the fluid detected by the downstream temperature sensor. Tin indicates the temperature [unit: ° C.] of the fluid detected by the upstream temperature sensor. Further, the numerical value 0.07 in the above formula (1) is a constant for converting the specific heat Cb into a unit (J / s).

なお、本実施形態において上記流体は水であるため、上記式(1)におけるγb及びCbの値はともに1である。したがって、本実施形態において、上記式(1)は以下の式(2)で表すことができる。

Figure 2021082796
Since the fluid is water in this embodiment, the values of γb and Cb in the above formula (1) are both 1. Therefore, in the present embodiment, the above formula (1) can be expressed by the following formula (2).
Figure 2021082796

上述のように、本実施形態のレーザ装置1は、電力が入力エネルギーPinとして入力して励起光が出射することによって発熱する励起光源2と、励起光が入射して光が出力エネルギーPoutとして出射することによって発熱する増幅用光ファイバ5と、を発熱部として有している。このようなレーザ装置1では、励起光源2に入力する電力エネルギーと増幅用光ファイバ5から出射する光のエネルギーとの差が、レーザ装置1に入力する入力エネルギーとレーザ装置から出力する出力エネルギーとの差に概ね等しい。また、このようなレーザ装置1では、励起光が生成される励起光源2における発熱量と、光が生成される増幅用光ファイバ5における発熱量とが、レーザ装置1における発熱量の総量に概ね等しい。したがって、レーザ装置1全体を1つの発熱部と考えた場合、当該レーザ装置1全体を冷却することによる冷却水の温度変化量は、励起光源2及び増幅用光ファイバ5を冷却することによる冷却水の温度変化量と概ね等しい。よって、流路13のうち励起光源2を冷却する区間の上流端における冷却水の温度と、流路13のうち増幅用光ファイバ5を冷却する区間の下流端における冷却水の温度との差は、発熱部としてのレーザ装置1全体を冷却する場合における冷却水の温度変化と見做し得る。したがって、励起光源2に入力する電力と増幅用光ファイバ5から出射する光のエネルギーとの差と、励起光源2を冷却する区間の上流端における冷却水の温度と増幅用光ファイバ5を冷却する区間の下流端における冷却水の温度との差とに基づいて、上記式(2)による演算を行うことによって、流路13を流れる冷却水の流量をより正確に推定し得る。 As described above, in the laser device 1 of the present embodiment, the excitation light source 2 that generates heat when power is input as input energy Pin and the excitation light is emitted, and the excitation light is incident and the light is emitted as output energy Pout. The amplification optical fiber 5 that generates heat by the operation is provided as a heat generating portion. In such a laser device 1, the difference between the power energy input to the excitation light source 2 and the energy of the light emitted from the amplification optical fiber 5 is the input energy input to the laser device 1 and the output energy output from the laser device. Is roughly equal to the difference between. Further, in such a laser device 1, the calorific value of the excitation light source 2 in which the excitation light is generated and the calorific value of the amplification optical fiber 5 in which the light is generated are approximately the total calorific value of the laser device 1. equal. Therefore, when the entire laser device 1 is considered as one heat generating portion, the amount of temperature change of the cooling water by cooling the entire laser device 1 is the cooling water by cooling the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5. It is almost equal to the amount of temperature change in. Therefore, the difference between the temperature of the cooling water at the upstream end of the section of the flow path 13 for cooling the excitation light source 2 and the temperature of the cooling water at the downstream end of the section of the flow path 13 for cooling the amplification optical fiber 5 is It can be regarded as a temperature change of the cooling water when the entire laser device 1 as a heat generating portion is cooled. Therefore, the difference between the power input to the excitation light source 2 and the energy of the light emitted from the amplification optical fiber 5, the temperature of the cooling water at the upstream end of the section for cooling the excitation light source 2, and the amplification optical fiber 5 are cooled. The flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13 can be estimated more accurately by performing the calculation according to the above equation (2) based on the difference from the temperature of the cooling water at the downstream end of the section.

演算部90は、入力エネルギー検出部18から入力される入力エネルギーPinのデータと、出力エネルギー検出部14から入力される出力エネルギーPoutのデータとに基づいて、入力エネルギーPinと出力エネルギーPoutとの差Pdisの値を演算する。また、演算部90は、下流側温度センサ16から入力される温度のデータToutと、上流側温度センサ15から入力される温度Tinのデータと、Pdisのデータとに基づいて、上記式(2)による演算を行う。こうして、レーザ装置1を冷却する流路13を流れる冷却水の流量Lbを推定し得る。 The calculation unit 90 is the difference between the input energy Pin and the output energy Pout based on the data of the input energy Pin input from the input energy detection unit 18 and the data of the output energy Pout input from the output energy detection unit 14. Calculate the value of Pdis. Further, the calculation unit 90 uses the above equation (2) based on the temperature data Tout input from the downstream temperature sensor 16, the temperature Tin data input from the upstream temperature sensor 15, and the Pdis data. Performs the calculation by. In this way, the flow rate Lb of the cooling water flowing through the flow path 13 for cooling the laser device 1 can be estimated.

なお、上記Pdisの値は100W以上であることが好ましい。Pdisの値が100W以上であれば、レーザ装置1の流路13を流れる冷却水の流量をより正確に推定し得る。 The value of Pdis is preferably 100 W or more. When the value of Pdis is 100 W or more, the flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13 of the laser device 1 can be estimated more accurately.

本実施形態のレーザシステム100では、各レーザ装置1の演算部90において演算された流量Lbのデータに基づいて、各レーザ装置1に供給される冷却水の流量の適否が判断される。すなわち、レーザシステム100は表示部104を備えており、この表示部104によって流量の適否の判断等が行われる。 In the laser system 100 of the present embodiment, the suitability of the flow rate of the cooling water supplied to each laser device 1 is determined based on the data of the flow rate Lb calculated by the calculation unit 90 of each laser device 1. That is, the laser system 100 includes a display unit 104, and the display unit 104 determines whether or not the flow rate is appropriate.

図5は、レーザシステム100の構成の一部を示すブロック図である。図5に示すように、レーザシステム100の表示部104は、複数の発光部104Lと、制御部104Cと、記憶部104Mとを含んでいる。 FIG. 5 is a block diagram showing a part of the configuration of the laser system 100. As shown in FIG. 5, the display unit 104 of the laser system 100 includes a plurality of light emitting units 104L, a control unit 104C, and a storage unit 104M.

複数の発光部104Lは、各レーザ装置1に対応して1つの発光部104Lが設けられている。複数の発光部104Lのそれぞれは、制御部104Cに接続されており、制御部104Cから入力する信号に基づいて発光する。このような発光部104Lとして、例えば発光ダイオードを挙げることができる。 The plurality of light emitting units 104L are provided with one light emitting unit 104L corresponding to each laser device 1. Each of the plurality of light emitting units 104L is connected to the control unit 104C and emits light based on a signal input from the control unit 104C. As such a light emitting unit 104L, for example, a light emitting diode can be mentioned.

記憶部104Mは、制御部104Cに接続されており、流路13に流れる冷却水の適切な流量である基準流量を示す基準流量データなどを格納している。このような記憶部104Mとして、例えば半導体メモリなどを用いてもよい。 The storage unit 104M is connected to the control unit 104C and stores reference flow rate data indicating a reference flow rate, which is an appropriate flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13. As such a storage unit 104M, for example, a semiconductor memory or the like may be used.

制御部104Cは、各レーザ装置1の演算部90に接続されている。制御部104Cは、演算部90から入力する信号、及び、記憶部104Mから読み出したデータに基づいて、レーザ装置1を冷却する流体の流量の適否を判断し、流量が適切でない場合に各発光部104Lに信号を出力する。このような制御部104Cとしては、例えば、マイクロコントローラ、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large-scale Integrated Circuit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などの集積回路、或いはNC(Numerical Control)装置を挙げることができる。また、制御部104Cは、NC装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。 The control unit 104C is connected to the calculation unit 90 of each laser device 1. The control unit 104C determines the appropriateness of the flow rate of the fluid that cools the laser device 1 based on the signal input from the calculation unit 90 and the data read from the storage unit 104M, and if the flow rate is not appropriate, each light emitting unit The signal is output to 104L. Examples of such a control unit 104C include an integrated circuit such as a microcontroller, an IC (Integrated Circuit), an LSI (Large-scale Integrated Circuit), and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an NC (Numerical Control) device. be able to. Further, when the NC device is used, the control unit 104C may use a machine learning device or may not use a machine learning device.

この制御部104Cは、例えば以下のように動作する。 The control unit 104C operates as follows, for example.

流路13を流れる流量Lbのデータが各レーザ装置1の演算部90から制御部104Cに入力すると、制御部104Cは、記憶部104Mから基準流量データを読み出し、流量Lbのデータと基準流量データとを比較する。そして、制御部104Cは、あるレーザ装置1の演算部90から入力した流量Lbのデータと基準流量データとの差の絶対値が所定の値よりも大きい場合に、このレーザ装置1に対応する発光部104Lに信号を出力する。こうして、この信号によって当該発光部104Lが発光する。なお、演算部90から入力した流量Lbのデータと基準流量データとの差の絶対値が所定の値よりも大きくなる場合として、レーザ装置1に供給される流体の流量が基準流量よりも一定量以上下回る場合が想定される。一方、他のレーザ装置1から入力した流量Lbのデータと基準流量データとの差の絶対値が所定の値以下の場合、制御部104Cは、当該他のレーザ装置1に対応する発光部104Lに信号を出力しない。すなわち、当該他のレーザ装置1に対応する発光部104Lは発光しない。したがって、レーザシステム100の使用者は、複数のレーザ装置1のうち適切な流量の冷却水が供給されていないレーザ装置1を適切に把握し得る。このように、本実施形態において、制御部104Cは、演算部90において演算される流体の流量Lbと上記基準流量との差に基づいて複数の発光部104Lの動作を制御する。そして、上記複数の発光部104Lは、適切な流量の冷却水が供給されていないレーザ装置1が存在することをレーザシステム100の使用者に通知する警告部として機能する。 When the data of the flow rate Lb flowing through the flow path 13 is input from the calculation unit 90 of each laser device 1 to the control unit 104C, the control unit 104C reads out the reference flow rate data from the storage unit 104M, and the data of the flow rate Lb and the reference flow rate data To compare. Then, when the absolute value of the difference between the flow rate Lb data input from the calculation unit 90 of a certain laser device 1 and the reference flow rate data is larger than a predetermined value, the control unit 104C emits light corresponding to the laser device 1. A signal is output to unit 104L. In this way, the light emitting unit 104L emits light by this signal. Assuming that the absolute value of the difference between the flow rate Lb data input from the calculation unit 90 and the reference flow rate data is larger than a predetermined value, the flow rate of the fluid supplied to the laser device 1 is a constant amount larger than the reference flow rate. It is expected that it will fall below the limit. On the other hand, when the absolute value of the difference between the flow rate Lb data input from the other laser device 1 and the reference flow rate data is equal to or less than a predetermined value, the control unit 104C sends the light emitting unit 104L corresponding to the other laser device 1 to the light emitting unit 104L. No signal is output. That is, the light emitting unit 104L corresponding to the other laser device 1 does not emit light. Therefore, the user of the laser system 100 can appropriately grasp the laser device 1 to which the cooling water of an appropriate flow rate is not supplied among the plurality of laser devices 1. As described above, in the present embodiment, the control unit 104C controls the operation of the plurality of light emitting units 104L based on the difference between the flow rate Lb of the fluid calculated by the calculation unit 90 and the reference flow rate. Then, the plurality of light emitting units 104L function as warning units for notifying the user of the laser system 100 that there is a laser device 1 to which cooling water having an appropriate flow rate is not supplied.

なお、上記のような表示部104の構成及び動作は例示的なものであり、個々のレーザ装置1に流れる冷却水の流量をレーザ装置1ごとに把握できるのであれば、表示部104の構成はこれに限られず、あるいは表示部104を設ける必要もない。また、上記のような制御に限定されるものではない。 The configuration and operation of the display unit 104 as described above are exemplary, and if the flow rate of the cooling water flowing through each laser device 1 can be grasped for each laser device 1, the configuration of the display unit 104 is Not limited to this, or it is not necessary to provide the display unit 104. Further, the control is not limited to the above.

このような本実施形態のレーザ装置1及びレーザシステム100によれば、以下のような効果を得ることができる。 According to the laser device 1 and the laser system 100 of the present embodiment as described above, the following effects can be obtained.

所定のエネルギーが入出力することにより発熱する発熱部を有するレーザ装置において、発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量は、発熱部に入力するエネルギーと当該発熱部から出力するエネルギーとの差であるエネルギー差と、発熱部の下流側を流れる流体の温度と当該発熱部の上流側を流れる流体の温度との差である温度差とに依存する。具体的に、上記流量は、エネルギー差を温度差で除した値に比例し、上記式(1)によって推定することができる。特に流体が水の場合は、上記式(2)によって推定することができる。 In a laser device having a heat generating part that generates heat when a predetermined energy is input and output, the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the heat generating part is the difference between the energy input to the heat generating part and the energy output from the heat generating part. It depends on the energy difference, which is the difference between the temperature of the fluid flowing on the downstream side of the heat generating portion and the temperature of the fluid flowing on the upstream side of the heat generating portion. Specifically, the flow rate is proportional to the value obtained by dividing the energy difference by the temperature difference, and can be estimated by the above equation (1). Especially when the fluid is water, it can be estimated by the above equation (2).

本実施形態のレーザ装置1は、発熱部である励起光源2に入力する入力エネルギーPinを検出するエネルギー検出部14と、発熱部である増幅用光ファイバ5から出力する出力エネルギーPoutを検出するエネルギー検出部18とを備える。さらに、レーザ装置1は、励起光源2を冷却する区間の上流端における冷却水の温度Tinを検出する上流側温度センサ15と、増幅用光ファイバ5を冷却する区間の下流端における冷却水の温度Toutを検出する下流側温度センサ16とを備える。また、演算部90は、出力エネルギー検出部14が検出する入力エネルギーPinと出力エネルギー検出部14が検出する出力エネルギーPoutとのエネルギー差Pdis、及び、下流側温度センサ16が検出する温度Toutと上流側温度センサ15が検出する温度Tinとの温度差(Tout−Tin)に基づいて、上記式(2)による演算を行う。したがって、本実施形態のレーザ装置1によれば、流路13を流れる冷却水の流量を推定することができる。 The laser device 1 of the present embodiment has an energy detection unit 14 that detects an input energy Pin input to an excitation light source 2 that is a heat generating unit, and an energy that detects an output energy Pout that is output from an amplification optical fiber 5 that is a heat generating unit. A detection unit 18 is provided. Further, the laser device 1 has an upstream temperature sensor 15 that detects the temperature Tin of the cooling water at the upstream end of the section that cools the excitation light source 2, and a cooling water temperature at the downstream end of the section that cools the amplification optical fiber 5. It is provided with a downstream temperature sensor 16 that detects Tout. Further, the calculation unit 90 has an energy difference Pdis between the input energy Pin detected by the output energy detection unit 14 and the output energy Pout detected by the output energy detection unit 14, and the temperature Tout and the upstream side detected by the downstream temperature sensor 16. Based on the temperature difference (Tout-Tin) from the temperature Tin detected by the side temperature sensor 15, the calculation according to the above equation (2) is performed. Therefore, according to the laser apparatus 1 of the present embodiment, the flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13 can be estimated.

また、レーザ装置1全体を1つの発熱部と考えた場合、当該レーザ装置1全体を冷却することによる冷却水の温度変化量は、励起光源2及び増幅用光ファイバ5を冷却することによる冷却水の温度変化量と概ね等しい。よって、増幅用光ファイバ5を冷却する区間の下流端における冷却水の温度Toutと、励起光源2を冷却する区間の上流端における冷却水の温度Tinとの温度差(Tout−Tin)は、発熱部としてのレーザ装置1全体を冷却する場合における冷却水の温度変化と見做し得る。したがって、励起光源2に入力する入力エネルギーPinと増幅用光ファイバ5から出射する光の出力エネルギーPoutとのエネルギー差Pdisと、温度差(Tout−Tin)とに基づいて上記式(2)から得られる流量Lbは、流路13を流れる冷却水の実際の流量により近い値になり得る。こうして、本実施形態のレーザ装置1によれば、より正確に冷却水の流量を推定し得る。 Further, when the entire laser device 1 is considered as one heat generating portion, the amount of temperature change of the cooling water by cooling the entire laser device 1 is the cooling water by cooling the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5. It is almost equal to the amount of temperature change in. Therefore, the temperature difference (Tout-Tin) between the temperature Tout of the cooling water at the downstream end of the section for cooling the amplification optical fiber 5 and the temperature Tin of the cooling water at the upstream end of the section for cooling the excitation light source 2 is heat generation. It can be regarded as a temperature change of the cooling water when the entire laser device 1 as a part is cooled. Therefore, it is obtained from the above equation (2) based on the energy difference Pdis between the input energy Pin input to the excitation light source 2 and the output energy Pout of the light emitted from the amplification optical fiber 5 and the temperature difference (Tout-Tin). The flow rate Lb to be generated can be a value closer to the actual flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13. Thus, according to the laser apparatus 1 of the present embodiment, the flow rate of the cooling water can be estimated more accurately.

ところで、流路を流れる流体の流量を測定する方法として、上記特許文献2のように流量計を使用する方法が挙げられる。しかし、流量計を使用する場合において、配管内に流量計を配置する場合、配管をある程度太くすることが必要であり、また、流量計を配管上に配置する場合、配管の材料が限られる傾向にあるため、設計の自由度が低下する傾向にある。一方、このような流量計に比べて、流体の温度を検出する温度センサは、流量計に比べて小さなスペースに配置することができ、配管を太くせずとも当該温度センサを配管内に配置し得る。また、温度センサによれば、配管に伝わってくる流体の熱を測定できるため、配管上に配置する場合でも、配管の材料に左右されることを抑制しつつ、当該温度センサを配管上に配置して熱を測定し得る。本実施形態のレーザ装置1は、流量を測定する手段として、上流側温度センサ15及び下流側温度センサ16を用いるものである。このため、レーザ装置1によれば、レーザ装置の設計の自由度が低下することを抑制しつつ流量を検出することができる。 By the way, as a method of measuring the flow rate of a fluid flowing through a flow path, there is a method of using a flow meter as in Patent Document 2. However, when using a flow meter, when arranging the flow meter in the pipe, it is necessary to make the pipe thick to some extent, and when arranging the flow meter on the pipe, the material of the pipe tends to be limited. Therefore, the degree of freedom in design tends to decrease. On the other hand, the temperature sensor that detects the temperature of the fluid can be arranged in a smaller space than the flow meter, and the temperature sensor can be arranged in the pipe without thickening the pipe. obtain. In addition, since the temperature sensor can measure the heat of the fluid transmitted to the pipe, the temperature sensor is placed on the pipe while suppressing the influence on the material of the pipe even when it is placed on the pipe. And the heat can be measured. The laser device 1 of the present embodiment uses the upstream temperature sensor 15 and the downstream temperature sensor 16 as means for measuring the flow rate. Therefore, according to the laser device 1, the flow rate can be detected while suppressing a decrease in the degree of freedom in designing the laser device.

また、本実施形態のレーザシステム100は、温度センサによって流量を推定できるレーザ装置1によって構成されるため、設計の自由度の低下が抑制され得る。また、このレーザシステム100は、複数のレーザ装置1を備えるため、ハイパワーの光を出射することができる。また、レーザシステム100は、各レーザ装置1の演算部90からの流量データに基づいて当該レーザ装置1に対応する発光部104Lを発光させる表示部104を備える。このため、それぞれのレーザ装置1を流れる冷却水の流量の適否をレーザ装置1ごとに把握することができ、レーザシステムの全体に供給される流量をモニタする場合に比べて、レーザシステムの不具合などをより適切に推定し得る。 Further, since the laser system 100 of the present embodiment is composed of the laser device 1 capable of estimating the flow rate by the temperature sensor, the decrease in the degree of freedom in design can be suppressed. Further, since the laser system 100 includes a plurality of laser devices 1, it is possible to emit high-power light. Further, the laser system 100 includes a display unit 104 that emits light of the light emitting unit 104L corresponding to the laser device 1 based on the flow rate data from the calculation unit 90 of each laser device 1. Therefore, it is possible to grasp the appropriateness of the flow rate of the cooling water flowing through each laser device 1 for each laser device 1, and as compared with the case of monitoring the flow rate supplied to the entire laser system, a malfunction of the laser system or the like can be grasped. Can be estimated more appropriately.

なお、本実施形態では、冷却水が流路13を励起光源2側から増幅用光ファイバ5側に流れる例を説明したが、冷却水が流路13を増幅用光ファイバ5側から励起光源2側に流れるようにしてもよい。この場合、レーザ装置1は、上流側温度センサが流路13のうち増幅用光ファイバ5を冷却する区間の上流端における流体の温度を検出し、下流側温度センサが流路13のうち励起光源2を冷却する区間の下流端における流体の温度を検出するように構成される。 In this embodiment, an example in which the cooling water flows through the flow path 13 from the excitation light source 2 side to the amplification optical fiber 5 side has been described, but the cooling water flows through the flow path 13 from the amplification optical fiber 5 side to the excitation light source 2. It may flow to the side. In this case, in the laser device 1, the upstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path 13 that cools the amplification optical fiber 5, and the downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid in the flow path 13 as the excitation light source. It is configured to detect the temperature of the fluid at the downstream end of the section that cools 2.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment of the present invention will be described. The same or equivalent components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted unless otherwise specified.

図6は、第2実施形態に係るレーザ装置を図2と同様の視点で示す図である。図6に示すように、本実施形態に係るレーザ装置1は、出力エネルギー検出部14及び下流側温度センサ16が第1実施形態の出力エネルギー検出部14及び下流側温度センサ16とは異なる位置に設けられる点において、第1実施形態に係るレーザ装置1と主に異なる。 FIG. 6 is a diagram showing the laser apparatus according to the second embodiment from the same viewpoint as in FIG. As shown in FIG. 6, in the laser apparatus 1 according to the present embodiment, the output energy detection unit 14 and the downstream temperature sensor 16 are located at different positions from the output energy detection unit 14 and the downstream temperature sensor 16 of the first embodiment. It is mainly different from the laser apparatus 1 according to the first embodiment in that it is provided.

具体的には、第1実施形態では出力エネルギー検出部14は光ファイバ6に設けられるのに対し、本実施形態では、出力エネルギー検出部14は光ファイバ4に設けられる。この出力エネルギー検出部14は、例えば、光ファイバ4における出力エネルギー検出部14が設けられた箇所を伝搬する励起光のレイリー散乱を検出するフォトダイオードによって構成される。上述のように、光ファイバ4のコアには、励起光源2の各光モジュールユニット10から出射して光コンバイナ3で合波された励起光が伝搬する。したがって、本実施形態では、光ファイバ4に出力エネルギー検出部14が設けられることによって、発熱部である励起光源2から出射する励起光のエネルギーが出力エネルギーPoutとして検出される。出力エネルギー検出部14は、第1実施形態と同様に、この出力エネルギーPoutのデータを演算部90に出力する。 Specifically, in the first embodiment, the output energy detection unit 14 is provided in the optical fiber 6, whereas in the present embodiment, the output energy detection unit 14 is provided in the optical fiber 4. The output energy detection unit 14 is composed of, for example, a photodiode that detects Rayleigh scattering of excitation light propagating in a portion of the optical fiber 4 where the output energy detection unit 14 is provided. As described above, the excitation light emitted from each optical module unit 10 of the excitation light source 2 and combined with the optical combiner 3 propagates to the core of the optical fiber 4. Therefore, in the present embodiment, by providing the output energy detection unit 14 in the optical fiber 4, the energy of the excitation light emitted from the excitation light source 2 which is the heat generating unit is detected as the output energy Pout. The output energy detection unit 14 outputs the data of the output energy Pout to the calculation unit 90 as in the first embodiment.

また、第1実施形態では下流側温度センサ16は、増幅用光ファイバ5を冷却する区間の下流端に設けられるのに対し、本実施形態では励起光源2を冷却する区間の下流端に設けられる。本実施形態では、この下流側温度センサ16は、例えばサーミスタであり、流路13のうち上記第1区間13Aと上記第2区間13Bとの間に設けられる。具体的には、例えば、下流側温度センサ16は、第1区間13Aの下流側の端部13Abよりも僅かに下流側の配管に設けられる。下流側温度センサ16は、このような位置に設けられることによって励起光源2を冷却した直後の冷却水の温度Toutを検出し、この温度Toutのデータを演算部90に出力する。 Further, in the first embodiment, the downstream temperature sensor 16 is provided at the downstream end of the section for cooling the amplification optical fiber 5, whereas in the present embodiment, the downstream temperature sensor 16 is provided at the downstream end of the section for cooling the excitation light source 2. .. In the present embodiment, the downstream temperature sensor 16 is, for example, a thermistor, and is provided between the first section 13A and the second section 13B of the flow path 13. Specifically, for example, the downstream temperature sensor 16 is provided in the pipe slightly downstream of the downstream end 13Ab of the first section 13A. The downstream temperature sensor 16 detects the temperature Tout of the cooling water immediately after cooling the excitation light source 2 by being provided at such a position, and outputs the data of this temperature Tout to the calculation unit 90.

なお、第1実施形態と同様に、入力エネルギー検出部18は、入力配線17に設けられ、励起光源2に入力する入力エネルギーPinを検出してこのデータを演算部90に出力する。また、第1実施形態と同様に、上流側温度センサ15は、第1区間13Aの上流側の端部13Aaよりも僅かに上流側に設けられ、励起光源2を冷却する直前の冷却水の温度Tinのデータを検出してこのデータを演算部90に出力する。 As in the first embodiment, the input energy detection unit 18 is provided in the input wiring 17, detects the input energy Pin input to the excitation light source 2, and outputs this data to the calculation unit 90. Further, as in the first embodiment, the upstream temperature sensor 15 is provided slightly upstream of the upstream end 13Aa of the first section 13A, and is the temperature of the cooling water immediately before cooling the excitation light source 2. The Tin data is detected and this data is output to the calculation unit 90.

このように、本実施形態のレーザ装置1では、励起光源2が検出対象の発熱部となっており、励起光源2を挟んだ両側にエネルギー検出部14,18及び温度センサ15,16が配置される。 As described above, in the laser apparatus 1 of the present embodiment, the excitation light source 2 is the heat generating portion to be detected, and the energy detection portions 14, 18 and the temperature sensors 15 and 16 are arranged on both sides of the excitation light source 2. To.

演算部90は、励起光源2に入力する入力エネルギーPinの値、及び、励起光源2から出力する出力エネルギーPoutの値に基づき、励起光源2で消費されたエネルギーPdisを演算する。また、演算部90は、このPdisの値、励起光源2を冷却した直後の冷却水の温度Toutの値、及び、励起光源2を冷却する直前の冷却水の温度Tinの値に基づき、上記式(2)による演算を行う。 The calculation unit 90 calculates the energy Pdis consumed by the excitation light source 2 based on the value of the input energy Pin input to the excitation light source 2 and the value of the output energy Pout output from the excitation light source 2. Further, the calculation unit 90 uses the above formula based on the value of Pdis, the value of the temperature Tout of the cooling water immediately after cooling the excitation light source 2, and the value of the temperature Tin of the cooling water immediately before cooling the excitation light source 2. Perform the calculation according to (2).

この式(2)に基づく演算によって、励起光源2を冷却する区間を流れる冷却水の流量Lbを概ね正確に推定することができる。そして、例えば、この流量Lbに所定の補正係数を乗ずることによって、レーザ装置1を冷却する流路13を流れる冷却水の流量を推定し得る。 By the calculation based on this equation (2), the flow rate Lb of the cooling water flowing through the section for cooling the excitation light source 2 can be estimated almost accurately. Then, for example, by multiplying this flow rate Lb by a predetermined correction coefficient, the flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13 for cooling the laser device 1 can be estimated.

なお、第1実施形態と同様に、上記Pdisの値は100W以上であることが好ましい。Pdisの値が100W以上であれば、流路13の第1区間13Aを流れる冷却水の流量をより正確に求め得る。 As in the first embodiment, the value of Pdis is preferably 100 W or more. When the value of Pdis is 100 W or more, the flow rate of the cooling water flowing through the first section 13A of the flow path 13 can be obtained more accurately.

また、本実施形態では、冷却水が流路13を励起光源2側から増幅用光ファイバ5側に流れる例を説明したが、冷却水が流路13を増幅用光ファイバ5側から励起光源2側に流れるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, an example in which the cooling water flows through the flow path 13 from the excitation light source 2 side to the amplification optical fiber 5 side has been described, but the cooling water flows through the flow path 13 from the amplification optical fiber 5 side to the excitation light source 2. It may flow to the side.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Third Embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The same or equivalent components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and duplicated description will be omitted unless otherwise specified.

図7は、第3実施形態に係るレーザ装置を図2と同様の視点で示す図である。図7に示すように、本実施形態に係るレーザ装置1は、入力エネルギー検出部18及び上流側温度センサ15が第1実施形態の入力エネルギー検出部18及び上流側温度センサ15とは異なる位置に設けられる点において、第1実施形態に係るレーザ装置1と主に異なる。 FIG. 7 is a diagram showing the laser apparatus according to the third embodiment from the same viewpoint as in FIG. As shown in FIG. 7, in the laser apparatus 1 according to the present embodiment, the input energy detection unit 18 and the upstream temperature sensor 15 are located at different positions from the input energy detection unit 18 and the upstream temperature sensor 15 of the first embodiment. It is mainly different from the laser apparatus 1 according to the first embodiment in that it is provided.

具体的には、第1実施形態では入力エネルギー検出部18は入力配線17に設けられるのに対し、本実施形態では、入力エネルギー検出部18は光ファイバ4に設けられる。この入力エネルギー検出部18は、例えば、光ファイバ4における入力エネルギー検出部18が設けられた箇所を伝搬する励起光のレイリー散乱を検出するフォトダイオードによって構成される。上述のように、光ファイバ4のコアには、励起光源2の各光モジュールユニット10から出射して光コンバイナ3で合波された励起光が伝搬する。したがって、本実施形態では、光ファイバ4に入力エネルギー検出部18が設けられることによって、発熱部である増幅用光ファイバ5に入射する励起光のエネルギーが入力エネルギーPinとして検出される。入力エネルギー検出部18は、第1実施形態と同様に、この入力エネルギーPinのデータを演算部90に出力する。 Specifically, in the first embodiment, the input energy detection unit 18 is provided in the input wiring 17, whereas in the present embodiment, the input energy detection unit 18 is provided in the optical fiber 4. The input energy detection unit 18 is composed of, for example, a photodiode that detects Rayleigh scattering of excitation light propagating in a portion of the optical fiber 4 where the input energy detection unit 18 is provided. As described above, the excitation light emitted from each optical module unit 10 of the excitation light source 2 and combined with the optical combiner 3 propagates to the core of the optical fiber 4. Therefore, in the present embodiment, by providing the optical fiber 4 with the input energy detection unit 18, the energy of the excitation light incident on the amplification optical fiber 5 which is the heat generating unit is detected as the input energy Pin. The input energy detection unit 18 outputs the data of the input energy Pin to the calculation unit 90 as in the first embodiment.

また、第1実施形態では上流側温度センサ15は励起光源2を冷却する区間の上流端に設けられるのに対し、本実施形態では、上流側温度センサ15は増幅用光ファイバ5を冷却する区間の上流端に設けられる。本実施形態では、この上流側温度センサ15は、例えばサーミスタであり、流路13のうち上記第1区間13Aと上記第2区間13Bとの間の部分に設けられる。具体的には、例えば、第2区間13Bの上流側の端部13Baよりも僅かに上流側のベース12の内部に設けられる。上流側温度センサ15は、このような位置に設けられることによって増幅用光ファイバ5を冷却する直前の冷却水の温度Tinを検出し、この温度Tinのデータを演算部90に出力する。 Further, in the first embodiment, the upstream temperature sensor 15 is provided at the upstream end of the section for cooling the excitation light source 2, whereas in the present embodiment, the upstream temperature sensor 15 is a section for cooling the amplification optical fiber 5. It is installed at the upstream end of. In the present embodiment, the upstream temperature sensor 15 is, for example, a thermistor, and is provided in a portion of the flow path 13 between the first section 13A and the second section 13B. Specifically, for example, it is provided inside the base 12 slightly upstream of the upstream end 13Ba of the second section 13B. The upstream temperature sensor 15 detects the temperature Tin of the cooling water immediately before cooling the amplification optical fiber 5 by being provided at such a position, and outputs the data of this temperature Tin to the calculation unit 90.

なお、第1実施形態と同様に、出力エネルギー検出部14は、光ファイバ6に設けられ、増幅用光ファイバ5から出射する光のエネルギーを出力エネルギーPoutとして検出してこのデータを演算部90に出力する。また、第1実施形態と同様に、下流側温度センサ16は、第2区間13Bの下流側の端部13Bbよりも僅かに下流側に設けられ、増幅用光ファイバ5を冷却した直後の冷却水の温度Toutを検出してこのデータを演算部90に出力する。 As in the first embodiment, the output energy detection unit 14 is provided in the optical fiber 6, detects the energy of the light emitted from the amplification optical fiber 5 as the output energy Pout, and transmits this data to the calculation unit 90. Output. Further, as in the first embodiment, the downstream temperature sensor 16 is provided slightly downstream of the downstream end 13Bb of the second section 13B, and is the cooling water immediately after cooling the amplification optical fiber 5. The temperature Tout is detected and this data is output to the calculation unit 90.

このように、本実施形態のレーザ装置1では、増幅用光ファイバ5が検出対象の発熱部となっており、増幅用光ファイバ5を挟んで両側にエネルギー検出部14,18及び温度センサ15,16が配置される。 As described above, in the laser apparatus 1 of the present embodiment, the amplification optical fiber 5 is the heat generating portion to be detected, and the energy detection portions 14, 18 and the temperature sensor 15 are located on both sides of the amplification optical fiber 5. 16 is arranged.

演算部90は、増幅用光ファイバ5に入力する入力エネルギーPinの値、及び、増幅用光ファイバ5から出力する出力エネルギーPoutの値に基づき、増幅用光ファイバ5で消費されたエネルギーPdisを演算する。また、演算部90は、このPdisの値、増幅用光ファイバ5を冷却した直後の冷却水の温度Toutの値、及び、増幅用光ファイバ5を冷却する直前の冷却水の温度Tinの値に基づき、上記式(2)による演算を行う。 The calculation unit 90 calculates the energy Pdis consumed by the amplification optical fiber 5 based on the value of the input energy Pin input to the amplification optical fiber 5 and the value of the output energy Pout output from the amplification optical fiber 5. To do. Further, the calculation unit 90 sets the Pdis value, the temperature Tout value of the cooling water immediately after cooling the amplification optical fiber 5, and the cooling water temperature Tin value immediately before cooling the amplification optical fiber 5. Based on this, the calculation according to the above equation (2) is performed.

この式(2)に基づく演算によって、増幅用光ファイバ5を冷却する区間を流れる冷却水の流量Lbを概ね正確に推定することができる。そして、例えば、この流量Lbに所定の補正係数を乗ずることによって、レーザ装置1を冷却する流路13を流れる冷却水の流量を推定し得る。 By the calculation based on this equation (2), the flow rate Lb of the cooling water flowing through the section for cooling the amplification optical fiber 5 can be estimated almost accurately. Then, for example, by multiplying this flow rate Lb by a predetermined correction coefficient, the flow rate of the cooling water flowing through the flow path 13 for cooling the laser device 1 can be estimated.

なお、第1実施形態と同様に、上記Pdisの値は100W以上であることが好ましい。Pdisの値が100W以上であれば、流路13の第2区間13Bを流れる冷却水の流量をより正確に求め得る。 As in the first embodiment, the value of Pdis is preferably 100 W or more. When the value of Pdis is 100 W or more, the flow rate of the cooling water flowing through the second section 13B of the flow path 13 can be obtained more accurately.

また、本実施形態では、冷却水が流路13を励起光源2側から増幅用光ファイバ5側に流れる例を説明したが、冷却水が流路13を増幅用光ファイバ5側から励起光源2側に流れるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, an example in which the cooling water flows through the flow path 13 from the excitation light source 2 side to the amplification optical fiber 5 side has been described, but the cooling water flows through the flow path 13 from the amplification optical fiber 5 side to the excitation light source 2. It may flow to the side.

以上、本発明について上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 Although the present invention has been described above by taking the above-described embodiment as an example, the present invention is not limited thereto.

例えば、上述の実施形態では、流路13を流れる流体が水である例を説明したが、これに限定されない。すなわち、流路13を流れる流体は、例えばエチレングリコールであってもよい。この場合、エチレングリコールの密度γbは1.11(g/cm3)であり、比熱Cbは0.57(Cal/g℃)はであるため、発熱部を冷却する流路を流れる流体の流量Lbは、下記式(3)により演算することができる。

Figure 2021082796
あるいは、エチレングリコールと水との混合液を流体として用いてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the example in which the fluid flowing through the flow path 13 is water has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the fluid flowing through the flow path 13 may be, for example, ethylene glycol. In this case, since the density γb of ethylene glycol is 1.11 (g / cm 3 ) and the specific heat Cb is 0.57 (Cal / g ° C.), the flow rate of the fluid flowing through the flow path for cooling the heat generating portion. Lb can be calculated by the following equation (3).
Figure 2021082796
Alternatively, a mixed solution of ethylene glycol and water may be used as the fluid.

また、上述の実施形態では、光のエネルギーをレイリー散乱に基づいて検出する例を説明したが、これに限られない。例えば、第1実施形態において、光ファイバ6における第2FBG8に対して増幅用光ファイバ5側とは反対側の部分にクラッドモードストリッパ等の構造を設け、この構造によって光ファイバ6から漏れた光を検出するフォトダイオード等を入力エネルギー検出部としてもよい。 Further, in the above-described embodiment, an example of detecting the energy of light based on Rayleigh scattering has been described, but the present invention is not limited to this. For example, in the first embodiment, a structure such as a clad mode stripper is provided on a portion of the optical fiber 6 opposite to the amplification optical fiber 5 side with respect to the second FBG 8, and the light leaked from the optical fiber 6 is emitted by this structure. A photodiode or the like to be detected may be used as an input energy detection unit.

また、上述の第1実施形態では、励起光源2及び増幅用光ファイバ5を発熱部として、この発熱部を挟んで両側にエネルギー検出部14,18及び温度センサ15,16を設けた例を説明した。すなわち、第1実施形態では、励起光源2に入力する電力を検出するように入力エネルギー検出部18を設け、増幅用光ファイバ5から出力する光のエネルギーを検出するように出力エネルギー検出部14を設け、励起光源2の上流側に上流側温度センサ15を設け、増幅用光ファイバ5の下流側に下流側温度センサ16を設けた。また、上述の第2実施形態では、励起光源2を発熱部として、この発熱部の両側にエネルギー検出部14,18及び温度センサ15,16を設けた例を説明した。すなわち、第2実施形態では、励起光源2に入力する電力を検出するように入力エネルギー検出部18を設け、励起光源から出力する励起光のエネルギーを検出するように出力エネルギー検出部14を設け、励起光源2の上流側に上流側温度センサ15を設け、励起光源2の下流側に下流側温度センサ16を設けた。また、上述の第3実施形態では、増幅用光ファイバ5を発熱部として、この発熱部の両側にエネルギー検出部14,18及び温度センサ15,16を設けた例を説明した。すなわち、第3実施形態では、増幅用光ファイバ5に入力する励起光のエネルギーを検出するように入力エネルギー検出部18を設け、増幅用光ファイバ5から出力する光のエネルギーを検出するように出力エネルギー検出部14を設け、増幅用光ファイバ5の上流側に上流側温度センサ15を設け、増幅用光ファイバ5の下流側に下流側温度センサ16を設けた。 Further, in the above-described first embodiment, an example will be described in which the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5 are used as heat generating portions, and energy detecting portions 14, 18 and temperature sensors 15 and 16 are provided on both sides of the heat generating portion. did. That is, in the first embodiment, the input energy detection unit 18 is provided so as to detect the electric power input to the excitation light source 2, and the output energy detection unit 14 is provided so as to detect the energy of the light output from the amplification optical fiber 5. An upstream temperature sensor 15 was provided on the upstream side of the excitation light source 2, and a downstream temperature sensor 16 was provided on the downstream side of the amplification optical fiber 5. Further, in the second embodiment described above, an example has been described in which the excitation light source 2 is used as a heat generating portion, and the energy detecting portions 14 and 18 and the temperature sensors 15 and 16 are provided on both sides of the heat generating portion. That is, in the second embodiment, the input energy detection unit 18 is provided so as to detect the power input to the excitation light source 2, and the output energy detection unit 14 is provided so as to detect the energy of the excitation light output from the excitation light source. An upstream temperature sensor 15 was provided on the upstream side of the excitation light source 2, and a downstream temperature sensor 16 was provided on the downstream side of the excitation light source 2. Further, in the third embodiment described above, an example has been described in which the amplification optical fiber 5 is used as a heat generating portion, and the energy detecting portions 14 and 18 and the temperature sensors 15 and 16 are provided on both sides of the heat generating portion. That is, in the third embodiment, the input energy detection unit 18 is provided so as to detect the energy of the excitation light input to the amplification optical fiber 5, and the light energy output from the amplification optical fiber 5 is detected. An energy detection unit 14 is provided, an upstream temperature sensor 15 is provided on the upstream side of the amplification optical fiber 5, and a downstream temperature sensor 16 is provided on the downstream side of the amplification optical fiber 5.

しかし、励起光源2及び増幅用光ファイバ5以外のレーザ装置1の所定の部材が、所定のエネルギーが入出力することにより発熱するならば、この部材の両側にエネルギー検出部14,18及び温度センサ15,16を設けてもよい。すなわち、この部材に入力するエネルギーを検出するように入力エネルギー検出部18を設け、この部材から出力するエネルギーを検出するように出力エネルギー検出部14を設け、流路13におけるこの部材の上流側に上流側温度センサ15を設け、流路13におけるこの部材の下流側に下流側温度センサ16を設けてもよい。このような構成により、流路13のうちこの部材を冷却する区間を流れる流体の流量を概ね正確に推定することができる。また、この流量に例えば所定の補正係数を乗ずることによって流路13を流れる流体の流量を推定し得る。この場合においても、所定の部材の発熱量は100W以上であることが好ましい。 However, if a predetermined member of the laser device 1 other than the excitation light source 2 and the amplification optical fiber 5 generates heat due to the input and output of predetermined energy, the energy detection units 14 and 18 and the temperature sensors are provided on both sides of the member. 15, 16 may be provided. That is, an input energy detection unit 18 is provided to detect the energy input to the member, an output energy detection unit 14 is provided to detect the energy output from the member, and the output energy detection unit 14 is provided on the upstream side of the member in the flow path 13. An upstream temperature sensor 15 may be provided, and a downstream temperature sensor 16 may be provided on the downstream side of this member in the flow path 13. With such a configuration, the flow rate of the fluid flowing through the section of the flow path 13 for cooling this member can be estimated almost accurately. Further, the flow rate of the fluid flowing through the flow path 13 can be estimated by multiplying this flow rate by, for example, a predetermined correction coefficient. Even in this case, the calorific value of the predetermined member is preferably 100 W or more.

また、図2、図3、図6、及び図7に示した流路13の軌跡は例示的なものであり、レーザ装置1の発熱部を冷却できるように流路13が形成されているのであれば、流路13の軌跡は適宜変更することができる。 Further, the loci of the flow path 13 shown in FIGS. 2, 3, 6, and 7 are exemplary, and the flow path 13 is formed so as to cool the heat generating portion of the laser device 1. If so, the locus of the flow path 13 can be changed as appropriate.

また、図1において示されるレーザ装置1の数、図2、図6、及び図7において示される光モジュールユニット10の数、図3において示される発光素子としてのレーザダイオード31の数は例示的なものであり、これらの数に限定されるものではない。 The number of laser devices 1 shown in FIG. 1, the number of optical module units 10 shown in FIGS. 2, 6 and 7, and the number of laser diodes 31 as light emitting elements shown in FIG. 3 are exemplary. It is, and is not limited to these numbers.

また、上記実施形態では、制御部104Cが発光部104Lを発光させる例を説明した。しかし、例えば、制御部104Cは、あるレーザ装置1の演算部90から入力する流量Lbのデータと基準流量データとの差の絶対値が所定の値よりも大きい場合に、このレーザ装置1に電力を供給することを停止して、当該レーザ装置1からのレーザ光の出力を停止してもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the control unit 104C emits light from the light emitting unit 104L has been described. However, for example, when the absolute value of the difference between the flow rate Lb data input from the calculation unit 90 of a certain laser device 1 and the reference flow rate data is larger than a predetermined value, the control unit 104C powers the laser device 1. The output of the laser beam from the laser device 1 may be stopped by stopping the supply of the laser beam.

また、上記実施形態では、警告部が複数のレーザ装置1のそれぞれに対応して設けられる発光部104Lから構成される例を説明したが、警告部の構成はこれに限られない。例えば、警告部が複数のレーザ装置1のそれぞれに対応して設けられる所定の警告音を発する発音部であってもよい。あるいは、複数のレーザ装置1のそれぞれに接続される1つの発光部又は発音部を警告部としてもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the warning unit is composed of the light emitting unit 104L provided corresponding to each of the plurality of laser devices 1 has been described, but the configuration of the warning unit is not limited to this. For example, the warning unit may be a sounding unit that emits a predetermined warning sound provided corresponding to each of the plurality of laser devices 1. Alternatively, one light emitting unit or sounding unit connected to each of the plurality of laser devices 1 may be used as a warning unit.

また、制御部104Cは、流量Lbのデータと基準流量データとの差の絶対値が所定の値よりも大きいレーザ装置1が少なくとも1つ存在する場合に警告部を動作させてもよい。このような警告部によって、レーザ装置に適切な流量の流体が供給されているか否かより適切に把握し得る。 Further, the control unit 104C may operate the warning unit when there is at least one laser device 1 in which the absolute value of the difference between the flow rate Lb data and the reference flow rate data is larger than a predetermined value. With such a warning unit, it is possible to more appropriately grasp whether or not a fluid having an appropriate flow rate is supplied to the laser apparatus.

本発明によれば、設計の自由度の低下が抑制され得るレーザ装置及びレーザシステムが提供され、例えばレーザ加工などの分野において利用可能である。 According to the present invention, a laser device and a laser system capable of suppressing a decrease in the degree of freedom in design are provided, and can be used in a field such as laser processing.

1・・・レーザ装置
2・・・励起光源(発熱部)
5・・・増幅用光ファイバ(発熱部)
10・・・光モジュールユニット
13・・・流路
13A・・・第1区間
13B・・・第2区間
14・・・出力エネルギー検出部
15・・・上流側温度センサ
16・・・下流側温度センサ
18・・・入力エネルギー検出部
31・・・レーザダイオード31(発光素子)
100・・・レーザシステム
104・・・表示部
1 ... Laser device 2 ... Excitation light source (heat generating part)
5 ... Amplification optical fiber (heat generating part)
10 ... Optical module unit 13 ... Flow path 13A ... First section 13B ... Second section 14 ... Output energy detection unit 15 ... Upstream side temperature sensor 16 ... Downstream side temperature Sensor 18 ... Input energy detector 31 ... Laser diode 31 (light emitting element)
100 ... Laser system 104 ... Display

Claims (10)

所定のエネルギーが入力されることにより光を出射するとともに発熱する発熱部と、
流体が流れて前記発熱部を冷却する流路と、
前記発熱部に入力するエネルギーを入力エネルギーとして検出する入力エネルギー検出部と、
前記発熱部から出射する前記光のエネルギーを出力エネルギーとして検出する出力エネルギー検出部と、
前記流路のうち前記発熱部を冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出する上流側温度センサと、
前記流路のうち前記発熱部を冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出する下流側温度センサと、
演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差と、前記下流側温度センサで検出される温度と前記上流側温度センサで検出される温度との差とに基づく演算によって、前記流路を流れる前記流体の流量を推定する
ことを特徴とするレーザ装置。
A heat-generating part that emits light and generates heat when a predetermined energy is input,
A flow path through which a fluid flows and cools the heat generating portion,
An input energy detection unit that detects the energy input to the heat generating unit as input energy,
An output energy detection unit that detects the energy of the light emitted from the heat generating unit as output energy,
An upstream temperature sensor that detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path that cools the heat generating portion, and
A downstream temperature sensor that detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path that cools the heat generating portion, and
Computational unit and
With
The calculation unit calculates the flow path based on the difference between the input energy and the output energy and the difference between the temperature detected by the downstream temperature sensor and the temperature detected by the upstream temperature sensor. A laser device for estimating the flow rate of the fluid flowing through the surface.
所定の電力が入力されて励起光が出射する励起光源と、前記励起光が入射して活性元素が励起される増幅用光ファイバと、を前記発熱部として有し、
前記入力エネルギー検出部は、前記励起光源に入力する前記電力を前記入力エネルギーとして検出し、
前記出力エネルギー検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する前記光のエネルギーを前記出力エネルギーとして検出し、
前記流体が前記励起光源側から前記増幅用光ファイバ側に流れる場合、前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出し、
前記流体が前記増幅用光ファイバ側から前記励起光源側に流れる場合、前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
The heating unit includes an excitation light source to which a predetermined electric power is input and an excitation light is emitted, and an amplification optical fiber in which the excitation light is incident to excite an active element.
The input energy detection unit detects the electric power input to the excitation light source as the input energy, and then detects the power.
The output energy detection unit detects the energy of the light emitted from the amplification optical fiber as the output energy.
When the fluid flows from the excitation light source side to the amplification optical fiber side, the upstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path for cooling the excitation light source, and the temperature of the fluid is detected. The downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path that cools the amplification optical fiber.
When the fluid flows from the amplification optical fiber side to the excitation light source side, the upstream side temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber. The laser device according to claim 1, wherein the downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path for cooling the excitation light source.
所定の電力が入力されて励起光を出射する励起光源を前記発熱部として有し、
前記入力エネルギー検出部は、前記励起光源に入力する前記電力を前記入力エネルギーとして検出し、
前記出力エネルギー検出部は、前記励起光源から出射する前記励起光のエネルギーを前記出力エネルギーとして検出し、
前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、
前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記励起光源を冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
It has an excitation light source that emits excitation light when a predetermined electric power is input as the heat generating portion.
The input energy detection unit detects the electric power input to the excitation light source as the input energy, and then detects the power.
The output energy detection unit detects the energy of the excitation light emitted from the excitation light source as the output energy.
The upstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path that cools the excitation light source.
The laser device according to claim 1, wherein the downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path that cools the excitation light source.
励起光が入射して活性元素が励起される増幅用光ファイバを前記発熱部として有し、
前記入力エネルギー検出部は、前記増幅用光ファイバに入射する前記励起光のエネルギーを前記入力エネルギーとして検出し、
前記出力エネルギー検出部は、前記増幅用光ファイバから出射する光のエネルギーを前記出力エネルギーとして検出し、
前記上流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の上流端における前記流体の温度を検出し、
前記下流側温度センサは、前記流路のうち前記増幅用光ファイバを冷却する区間の下流端における前記流体の温度を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
An amplification optical fiber in which excitation light is incident to excite active elements is provided as the heat generating portion.
The input energy detection unit detects the energy of the excitation light incident on the amplification optical fiber as the input energy.
The output energy detection unit detects the energy of the light emitted from the amplification optical fiber as the output energy, and then detects it.
The upstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the upstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber.
The laser device according to claim 1, wherein the downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid at the downstream end of the section of the flow path for cooling the amplification optical fiber.
前記演算部は、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差を前記下流側温度センサで検出される温度と前記上流側温度センサで検出される温度との差で除する演算を行う
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ装置。
The calculation unit is characterized in that it performs a calculation of dividing the difference between the input energy and the output energy by the difference between the temperature detected by the downstream temperature sensor and the temperature detected by the upstream temperature sensor. The laser device according to any one of claims 1 to 4.
前記演算部は、下記式に基づく演算を行う
ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ装置。
Figure 2021082796
ただし、上記式において、Lbは、前記流体の流量[単位:L/min]を示し、Pdisは、前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差[単位:W(J/s)]を示し、γbは、前記流体の密度[単位:g/cm3]を示し、Cbは、前記流体の比熱[単位:Cal/(g×℃)]を示し、Toutは、前記下流側温度センサで検出される前記流体の温度[単位:℃]を示し、Tinは、前記上流側温度センサで検出される前記流体の温度[単位:℃]を示す。
The laser device according to claim 4, wherein the calculation unit performs a calculation based on the following formula.
Figure 2021082796
However, in the above formula, Lb indicates the flow rate of the fluid [unit: L / min], Pdis indicates the difference between the input energy and the output energy [unit: W (J / s)], and γb. Indicates the density of the fluid [unit: g / cm 3 ], Cb indicates the specific heat of the fluid [unit: Cal / (g × ° C)], and Tout is detected by the downstream temperature sensor. The temperature [unit: ° C.] of the fluid is indicated, and Tin indicates the temperature [unit: ° C.] of the fluid detected by the upstream temperature sensor.
前記流体は水であり、
前記演算部は、下記式に基づく演算を行う
ことを特徴とする請求項5に記載のレーザ装置。
Figure 2021082796
The fluid is water
The laser device according to claim 5, wherein the calculation unit performs a calculation based on the following formula.
Figure 2021082796
前記入力エネルギーと前記出力エネルギーとの差が100W以上である
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のレーザ装置。
The laser device according to any one of claims 1 to 7, wherein the difference between the input energy and the output energy is 100 W or more.
複数の請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のレーザ装置と、
それぞれの前記レーザ装置から出射する光を合波する光コンバイナと、
前記光コンバイナから出射する光を伝搬するデリバリファイバと、
を備えることを特徴とするレーザシステム。
The laser apparatus according to any one of claims 1 to 8.
An optical combiner that combines the light emitted from each of the laser devices,
A delivery fiber that propagates the light emitted from the optical combiner,
A laser system characterized by being equipped with.
複数の前記レーザ装置のそれぞれの前記演算部に接続される制御部と、
前記制御部に接続される警告部と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記演算部において演算される前記流体の流量と所定の基準流量との差に基づいて前記警告部の動作を制御する
ことを特徴とする請求項9に記載のレーザシステム。

A control unit connected to each of the calculation units of the plurality of laser devices,
A warning unit connected to the control unit and
With more
The laser system according to claim 9, wherein the control unit controls the operation of the warning unit based on the difference between the flow rate of the fluid calculated by the calculation unit and a predetermined reference flow rate.

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