JP6210532B2

JP6210532B2 - レーザ装置

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Publication number: JP6210532B2
Application number: JP2013141992A
Authority: JP
Inventors: 栄介大谷
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: JP2015015398A

Description

本発明は、レーザ装置に関するものである。

近年、様々な高出力のレーザ装置が実用化されている。特に高出力なレーザ装置として、コア部に希土類元素が添加された光ファイバを増幅媒体とした光ファイバレーザが注目され、金属の加工等に使用されている。このような、高出力のレーザ装置においては、当該レーザ装置を構成する各構成要素が、非常に強い光強度の光を照射されるため、各構成要素の故障が起こりやすくなる。レーザ装置のいずれかの構成要素が故障すると、その故障した構成要素の役割によって、レーザ装置が使用できなくなる、または、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまう等の不具合が生じる。そのため、高出力動作状態においても、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置が求められている。

また、近年、様々な用途にレーザが使われるようになってきている。たとえば、医療の分野において、手術などの用途でレーザが用いられている。このような、医療用のレーザ装置においては、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置が求められている。さらに、航空、宇宙等の分野においてもレーザが用いられている。このような分野で、たとえば、人工衛星などに用いられるレーザ装置が故障すると、修復が非常に困難な場合がある。そのため、故障せずに長期間信頼性の保たれた出力状態を維持することができる信頼性の高いレーザ装置が求められている。

このような、信頼性の高いレーザ装置を実現するため、レーザ装置から出力されるレーザ光をモニタし、出力状態に異常がみられた場合に、出力レーザ光を遮断したり、弱めたりする技術が開示されている（たとえば特許文献１、２参照）。

特開平６−３０２８９０号公報特開２０１２−７６１０６号公報

上述したようにレーザ装置の高出力化、さらに、多用途化に伴い、より信頼性の高いレーザ装置が望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性の高いレーザ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ装置は、レーザ部と、前記レーザ部から出力されるレーザ光の一部を複数の分岐光に分岐する１つ以上の分岐部と、各分岐光の光強度を検出する複数の光検出器と、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度から求めた１つ以上の判定用パラメータにより、当該レーザ装置の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるか、を判定する判定部と、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、当該レーザ装置からレーザ光を出力させるように制御し、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、当該レーザ装置からレーザ光出力させないように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定部は、前記判定用パラメータが、所定の許容範囲内の値であるかを判定し、該判定結果である第１判定結果を出力する第１判定部と、前記第１判定結果により、当該レーザ装置の出力状態が、前記正常状態であるか、前記異常状態であるか、を判定し、該判定結果を出力する第２判定部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記第２判定部は、前記第１判定結果において、前記判定用パラメータの全てが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記正常状態と判定し、前記判定用パラメータの少なくとも１つが前記所定の許容範囲外の値である場合に、前記異常状態であると判定することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記第２判定部は、前記第１判定結果において、前記判定用パラメータの少なくとも１つが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記正常状態と判定し、前記判定用パラメータの全てが前記所定の許容範囲外の値である場合に、前記異常状態であると判定することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記光検出器と、前記第１判定部とを３つ以上備え、前記第１判定部は３つ以上の前記前記第１判定結果を出力し、第２判定部は、３つ以上の前記第１判定結果において、前記判定用パラメータの少なくとも２つが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記正常状態と判定し、３つ以上の前記判定用パラメータのうち、０または１つが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記異常状態であると判定することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定用パラメータの１つ以上が前記所定の許容範囲外にあると前記第１判定部が判定した場合、前記制御部は、該所定の許容範囲外と前記第１判定部に判定された前記判定用パラメータを求めるための光強度を検出した前記光検出器以外の前記光検出器の検出した光強度を用いて、当該レーザ装置の出力状態を制御することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記第１判定部が、前記複数の光検出器ごとに別設されていることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記第１判定部のうち、１つの第１判定部は、前記第１判定結果と、光強度とを出力し、前記１つの第１判定部以外の前記第１判定部は前記第１判定結果のみを出力することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度であることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度から、当該レーザ装置が出力するレーザ光強度を算出した値であることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度の比であることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度の差であることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記分岐部が分岐する前記レーザ光の一部は、当該レーザ装置の出力側から前記レーザ部側に戻る反射光であることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記制御部は、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、前記レーザ部からレーザ光を出力させるように制御し、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、前記レーザ部からレーザ光を出力させないように制御することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記レーザ部は、励起光源と、増幅用光ファイバと、を備える光ファイバレーザであって、前記制御部は、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、前記励起光源に駆動電流を印加するように制御し、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、前記励起光源に駆動電流を印加しないように制御することを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、前記レーザ部から出力されたレーザ光を通過させ、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、前記レーザ部から出力されたレーザ光を遮断する光遮断部を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るレーザ装置は、上記発明において、前記判定部の判定した判定結果、前記光検出器が検出した光強度、前記光検出器から前記判定部に入力される電流値、前記判定部から前記制御部に入力される電流値、前記判定用パラメータ、当該レーザ装置の出力状態のいずれか１つ以上を表示する表示部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、信頼性の高いレーザ装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図２は、図１に示したレーザ装置のレーザ部の模式的な構成図である。図３は、本発明の変形例１に係るレーザ装置のレーザ部の模式的な構成図である。図４は、本発明の実施の形態２に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図５は、本発明の実施の形態３に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図６は、本発明の実施の形態４に係るレーザ装置の模式的な構成図である。

以下に、図面を参照して本発明に係るレーザ装置の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係るレーザ装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図１に示すとおり、レーザ装置１０は、本実施の形態１に係るレーザ装置１０は、レーザ部１１と、分岐部１２と、光検出器１３と、判定部１４と、分岐部１５と、光検出器１６と、制御部１７と、を備えている。

レーザ部１１は、電流を印加されて発光する機能を有するあらゆる種類の装置であってよいが、たとえば、励起光源と、増幅用光ファイバと、を備える光ファイバレーザであってよい。図２は、図１に示したレーザ装置のレーザ部の模式的な構成図である。図２に示すように、この光レーザ部１１は、制御部１７から駆動電流Ｅ１７が入力され、励起光を発振する複数の励起光源１０１と、複数の励起光源１０１から出力された複数の励起光を合波するＴＦＢ（ＴａｐｅｒｅｄＦｉｂｅｒＢｕｎｄｌｅ）１０２と、ＦＢＧ（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）１０３ａを形成したダブルクラッド光ファイバ１０３と、増幅用光ファイバとしてコアに希土類元素が添加されたダブルクラッド光ファイバである希土類添加光ファイバ１０４と、ＦＢＧ１０５ａを形成したダブルクラッド光ファイバ１０５と、シングルモード光ファイバ１０６とを有する。ＦＢＧ１０３ａ、１０５ａは光共振器を構成する。ダブルクラッド光ファイバ１０５とシングルモード光ファイバ１０６とは融着接続部１０７で融着接続されている。シングルモード光ファイバ１０６の一端は、分岐部１２に接続され、レーザ光Ｌ１１を出力する。

この光レーザ部１１は、いわゆるダブルクラッド励起構造を有する。そして、たとえば９１５ｎｍの波長の励起光を、希土類元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）がコアに添加された希土類添加光ファイバ１０４に供給することで、たとえば数Ｗ〜数１００Ｗの光強度を有する１．１μｍ波長帯のレーザ光Ｌ１１を分岐部１２へと出力できるものである。

分岐部１２は、レーザ部１１から出力されるレーザ光Ｌ１１を、出力用のレーザ光であるレーザ光Ｌ１２ａとして透過させる。このとき、レーザ光Ｌ１１の一部（たとえば−６０ｄＢ〜−２０ｄＢ）を、分岐された光強度検出用の分岐光であるレーザ光Ｌ１２ｂとして分岐する。分岐部１２は、光カプラ、ビームスプリッタ、ビームサンプラなどを用いて実現される。分岐部１５は、分岐部１２と同一の構成であってよく、入力されたレーザ光Ｌ１２ａを、出力用のレーザ光であるレーザ光Ｌ１５ａとして透過させ、レーザ光Ｌ１２ａの一部を、分岐された光強度検出用の分岐光であるレーザ光Ｌ１５ｂとして分岐する。

光検出器１３は、レーザ光Ｌ１２ｂを受光し、レーザ光Ｌ１２ｂの光強度を測定し、その光強度を電気信号Ｅ１３に変換して出力する。このようなＯ／Ｅ変換は、たとえば測定した光強度と比例した電流を有する電気信号を出力することによって実現される。光検出器１３は、Ｐｉｎ−ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）、ＡＰＤ（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）などを用いて実現される。光検出器１６は、光検出器１３と同一の構成であってよく、レーザ光Ｌ１５ｂを受光し、レーザ光Ｌ１５ｂの光強度を測定し、その光強度を電気信号Ｅ１６に変換して出力する。

なお、本来、レーザ装置を小型化するため、分岐部はカプラのみからなることが好ましい。しかしながら、カプラの分岐比は最大でも−２０ｄＢ程度である。たとえば、レーザ部の出力するレーザ光の光強度が５００Ｗであり、分岐部において、−２０ｄＢ（１％）の光が分岐されたとすると、分岐されたレーザ光の光強度は５Ｗである。このように強い光強度のレーザ光を直接光検出器に入力すると光検出器が故障するため、光検出器に入力する光強度を弱める機構が必要となる。これによりレーザ装置の構成が複雑になると、故障が発生しやすくなり、信頼性を低下させる原因となるため好ましくない。

一方で、分岐部としてビームスプリッタやビームサンプラを用いた場合、分岐比を最大−６０ｄＢ程度とすることができ、このとき、たとえば、レーザ部の出力するレーザ光の光強度が５００Ｗであるとすると、光検出器に入力される光強度は５×１０^−４Ｗ（０．５ｍＷ）と十分小さくすることができる。したがって、光強度を弱める機構は必要とならず、レーザ装置の複雑化による信頼性の低下も生じない。しかし、ビームスプリッタやビームサンプラなどのようなレンズを用いた装置は、設置の際に微調整を要し、さらに、振動に弱いという問題がある。そこで、光検出器を複数設けることにより、光検出器の冗長化を図るとともに、光検出器１個あたりに入力される光強度を低くすることができ、信頼性の高いレーザ装置を得ることが可能となる。

判定部１４は、レーザ光Ｌ１２ｂの光強度に比例した電気信号Ｅ１３と、レーザ光Ｌ１５ｂの光強度に比例した電気信号Ｅ１６とから求めた判定用パラメータにより、レーザ装置の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるか、を判定する。そして、その判定結果を電気信号Ｅ１４として、出力する。これは、たとえば判定部１４は、正常状態と判定したとき、所定の電流を有する電気信号Ｅ１４を制御部１７に印加し、異常状態と判定したとき、電気信号Ｅ１４を制御部１７に印加しないことにより実現される。

なお、判定部は、判定用パラメータが、所定の許容範囲内の値であるかを判定し、その判定結果である第１判定結果を出力する第１判定部と、その第１判定結果により、レーザ装置１０の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるか、を判定し、判定結果を出力する第２判定部と、に別設されていてもよいが、判定部１４は、第１判定部と第２判定部とが一体とされた構成である。

制御部１７は、判定部１４の判定結果である電気信号Ｅ１４が、正常状態の場合、レーザ装置からレーザ光を出力させるように制御し、異常状態の場合、レーザ装置からレーザ光を出力させないように制御する。これは、たとえば、制御部１７は、正常状態の場合、レーザ部１１の励起光源１０１に駆動電流Ｅ１７を印加するように制御し、異常状態の場合、レーザ部１１の励起光源１０１に駆動電流Ｅ１７を印加しないように制御することによって実現される。

つぎに、本実施の形態１に係るレーザ装置１０の動作について説明する。まず、図２に示すように、制御部１７がレーザ部１１の励起光源１０１に駆動電流Ｅ１７を印加すると、各励起光源１０１は励起光を発振する。その励起光は、ＴＦＢ１０２によって合波され、ダブルクラッド光ファイバ１０３に入力される。さらに、励起光はダブルクラッド光ファイバ１０３のＦＢＧ１０３ａを通過し、ＦＢＧ１０３ａと、希土類添加光ファイバ１０４と、ＦＢＧ１０５ａが形成する、光共振器に入力される。この共振器内において、励起光により、たとえば、光強度Ａ_Ｌ１１を有するレーザ光が出力される。そのレーザ光は、融着接続部１０７を経て、シングルモード光ファイバ１０６に入力される。そして、レーザ部１１から、最終的な出力レーザ光であるレーザ光Ｌ１１が出力される。なお、以下において、各図における各レーザ光ＬＸＸの光強度を、光強度Ａ_ＬＸＸと表記するものとする。

レーザ部１１が出力したレーザ光Ｌ１１は、図１に示すように、分岐部１２に入力され、分岐部１２を透過するレーザ光Ｌ１２ａと、分岐部１２に分岐されたレーザ光Ｌ１２ｂとに分岐される。このとき、分岐率をＢ_１とするとレーザ光Ｌ１２ａの光強度Ａ_Ｌ１２ａは、（１−Ｂ_１）Ａ_Ｌ１１と、レーザ光Ｌ１２ｂの光強度Ａ_Ｌ１２ｂは、Ｂ_１Ａ_Ｌ１１と表せる。同様に分岐部１５は、レーザ光Ｌ１２ａを、レーザ光Ｌ１５ａと、レーザ光Ｌ１５ｂとに分岐する。このとき、分岐率をＢ_２とするとレーザ光Ｌ１５ａの光強度Ａ_Ｌ１５ａは、（１−Ｂ_１）（１−Ｂ_２）Ａ_Ｌ１１と、レーザ光Ｌ１５ｂの光強度Ａ_Ｌ１５ｂは、（１−Ｂ_１）Ｂ_２Ａ_Ｌ１１と表せる。なお、ここでは説明の簡略化のため、各分岐部における吸収や散乱は無視できるほど小さいとする。

そして、レーザ光Ｌ１２ｂは、光検出器１３に、レーザ光Ｌ１５ｂは、光検出器１６に、それぞれ入力される。光検出器１３と光検出器１６とは、それぞれレーザ光Ｌ１２ｂとレーザ光Ｌ１５ｂとを受光し、たとえば、その光強度に比例した電流である電気信号Ｅ１３と電気信号Ｅ１６とを出力する。この電気信号Ｅ１３の電流をＩ_１、電気信号Ｅ１６の電流をＩ_２とする。判定部１４は、電流Ｉ_１と電流Ｉ_２とから、判定用パラメータを算出し、その判定用パラメータから、レーザ装置１０の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるか、を判定する。そして、判定結果を電気信号Ｅ１４として、出力する。制御部１７は、判定結果によって、正常状態の場合、レーザ部１１の励起光源１０１に駆動電流Ｅ１７を印加し、レーザ装置１０を出力させるよう制御し、異常状態の場合、レーザ部１１の励起光源１０１に駆動電流Ｅ１７を印加せずに、レーザ装置１０の出力を停止する。

次に、判定部１４の判定方法について、具体的に説明する。
（判定例１）
判定例１として、判定用パラメータは、複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度である場合について説明する。まず、判定部１４に光検出器１３から印加される電流Ｉ_１は、レーザ光Ｌ１２ａの光強度Ａ_Ｌ１２ｂと比例するはずであるから、その比例定数をｃとすると、Ｉ_１＝ｃＡ_Ｌ１２ｂである。このとき、１つ目の判定用パラメータＰ_１１を、光強度Ａ_Ｌ１２ｂとすると、Ｐ_１１＝Ａ_Ｌ１２ｂ＝Ｉ_１／ｃである。一方で、光強度Ａ_Ｌ１２ｂは、光強度Ａ_Ｌ１１と分岐率Ｂ_１とから、Ａ_Ｌ１２ｂ＝Ｂ_１Ａ_Ｌ１１である。ここで、光強度Ａ_Ｌ１１は、レーザ部１１の出力特性と駆動電流Ｅ１７とから既知であり、分岐率Ｂ_１はレーザ装置１０の設計時に決まる既知の定数である。

このとき、レーザ装置１０の出力状態が正常な状態であれば、Ｐ_１１＝Ｉ_１／ｃ＝Ｂ_１Ａ_Ｌ１１が成り立つ。しかしながら、たとえば、光検出器１３が故障すると、電流Ｉ_１が低下、または、増大し、この式の関係が成り立たなくなる。そこで、たとえば、このような判定用パラメータＰ_１１、すなわち、光強度Ａ_Ｌ１２ｂの変化について、正常な状態からａ％の低下およびｂ％の上昇を許容するものとし、所定の許容範囲として設定すると、判定用パラメータＰ_１１および電流Ｉ_１は下記の所定の許容範囲内で許容されることとなる。

同様に、２つ目の判定用パラメータＰ_１２を、光強度Ａ_Ｌ１５ｂとすると、Ｐ_１２＝Ａ_Ｌ１５ｂ＝Ｉ_２／ｃである。なお、比例係数ｃは判定用パラメータごとに異なってもよいが、ここでは説明の簡略化のため、同一とした。一方で、光強度Ａ_Ｌ１５ｂは、光強度Ａ_Ｌ１１と分岐率Ｂ_１と分岐率Ｂ_２とから、Ａ_Ｌ１５ｂ＝（１−Ｂ_１）Ｂ_２Ａ_Ｌ１１である。

このとき、レーザ装置１０の出力状態が正常な状態であれば、Ｐ_１２＝Ｉ_２／ｃ＝（１−Ｂ_１）Ｂ_２Ａ_Ｌ１１の関係が成り立つ。しかしながら、たとえば、光検出器１６が故障すると、電流Ｉ_２が低下、または、増大し、この関係が成り立たなくなる。そこで、たとえば、判定用パラメータＰ_１２、すなわち、光強度Ａ_Ｌ１５ｂの変化について、正常な状態からａ％の低下およびｂ％の上昇を許容するものとし、所定の許容範囲として設定すると、判定用パラメータＰ_１２および電流Ｉ_２は下記の所定の許容範囲内で許容されることとなる。

したがって、判定部は、まず式（１）および式（２）を用いて、判定用パラメータＰ_１１および判定用パラメータＰ_１２のそれぞれが、あらかじめ定めた所定の許容範囲の値であるかどうかを判定する。この結果、判定用パラメータが、所定の許容範囲外であるとは、つまり、分岐部１２から判定部１４まで、または、分岐部１５から判定部１４までの間にある、たとえば光検出器等の構成要素が故障していることを表す。

ここで、判定部は、判定用パラメータＰ_１１および判定用パラメータＰ_１２の全てが、式（１）と式（２）とで表される所定の許容範囲内の値である場合に、正常状態と判定し、判定用パラメータＰ_１１または判定用パラメータＰ_１２の少なくとも１つが、式（１）と式（２）とで表される所定の許容範囲外の値である場合に、異常状態であると判定する構成であってよい。このとき、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか一方の光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。さらに、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが正常に機能している状態で出力を停止するので、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置である。

また、判定部は、判定用パラメータＰ_１１または判定用パラメータＰ_１２の少なくとも１つが、式（１）と式（２）とで表される所定の許容範囲内の値である場合に、正常状態と判定し、判定用パラメータＰ_１１および判定用パラメータＰ_１２の全てが、式（１）と式（２）とで表される所定の許容範囲外の値である場合に、異常状態であると判定する構成であってもよい。このとき、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか一方の光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。また、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６との両方が故障するまで、レーザ装置１０を使用することができるので、故障せずに長期間信頼性の保たれた出力状態を維持することができる信頼性の高いレーザ装置である。

このように、判定部が、各判定用パラメータに対して、正常状態であるか、異常状態であるか、判定を行う条件を変えることで、レーザ装置の特性を変えることができる。つまり、故障せずに長期間信頼性の保たれた出力状態を維持することができる信頼性の高いレーザ装置が求められる、航空、宇宙といった分野に使用する場合は、全ての判定用パラメータが所定の許容範囲外の値である場合に、異常状態であると判定する構成であれよい。このとき、複数ある光検出器の全てが故障するまで、レーザ装置を使用することができる。一方、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置が求められる金属加工、医療といった分野に使用する場合は、いずれか２つ以上の判定用パラメータが所定の許容範囲内の値である場合に、正常状態であると判定する構成であればよい。このとき、正常な２つ以上の光検出器でレーザ装置１０の出力状態をモニタしているから、意図しない光強度の出力レーザ光が出力される恐れは極めて少ない。

以上説明したように、本実施の形態１に係るレーザ装置は、複数の光検出器によって、レーザ装置１０の出力状態をモニタするモニタ機構が、冗長構成とされている。これによって、いずれかの光検出器が故障したとしても、正常な動作を行うことができる信頼性の高いレーザ装置を実現している。

（判定例２）
判定例２として、判定用パラメータは、複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度から、レーザ装置１０が出力するレーザ光強度を算出した値である場合について説明する。まず、１つ目の判定用パラメータＰ_２１および２つ目の判定用パラメータＰ_２２は、レーザ装置１０が出力するレーザ光Ｌ１５ａの光強度Ａ_Ｌ１５ａであるから、Ｐ_２１＝Ｐ_２２＝Ａ_Ｌ１５ａである。これを判定例１の場合と同様に、光強度Ａ_Ｌ１１と分岐率Ｂ_１と分岐率Ｂ_２とで表すと、Ｐ_２１＝Ｐ_２２＝Ａ_Ｌ１５ａ＝（１−Ｂ_１）（１−Ｂ_２）Ａ_Ｌ１１となる。

ここで、レーザ装置１０の出力状態が正常な状態であれば、Ａ_Ｌ１１は電流Ｉ_１によって、Ａ_Ｌ１１＝Ｉ_１／ｃＢ_１と表すことができる。このとき、たとえば、判定用パラメータＰ_２１、すなわち、光強度Ａ_Ｌ１５ａの変化について、正常な状態からａ％の低下およびｂ％の上昇を許容するものとし、所定の許容範囲として設定すると、判定用パラメータＰ_２１および電流Ｉ_１は下記の所定の許容範囲内で許容されることとなる。

同様に、レーザ装置１０の出力状態が正常な状態であれば、Ａ_Ｌ１１は電流Ｉ_２によって、Ａ_Ｌ１１＝Ｉ_２／（ｃ（１−Ｂ_１）Ｂ_２）と表すことができる。このとき、たとえば、判定用パラメータＰ_２２、すなわち、光強度Ａ_Ｌ１５ａの変化について、正常な状態からａ％の低下およびｂ％の上昇を許容するものとし、所定の許容範囲として設定すると、判定用パラメータＰ_２２および電流Ｉ_１は下記の所定の許容範囲内で許容されることとなる。

ここで、判定部は、判定用パラメータＰ_２１および判定用パラメータＰ_２２の全てが、式（３）と式（４）とで表される所定の許容範囲内の値である場合に、正常状態と判定し、判定用パラメータＰ_２１および判定用パラメータＰ_２２の少なくとも１つが、式（３）と式（４）とで表される所定の許容範囲外の値である場合に、異常状態であると判定する構成であってよい。このとき、光検出器１３と光検出器１６とどちらかが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか一方の光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。さらに、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが正常に機能している状態で出力を停止するので、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置である。

また、判定部は、判定用パラメータＰ_２１および判定用パラメータＰ_２２の少なくとも１つが、式（３）と式（４）とで表される所定の許容範囲内の値である場合に、正常状態と判定し、判定用パラメータＰ_２１および判定用パラメータＰ_２２の全てが、式（３）と式（４）とで表される所定の許容範囲外の値である場合に、異常状態であると判定する構成であってもよい。このとき、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか一方の光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。また、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６との両方が故障するまで、レーザ装置１０を使用することができるので、故障せずに長期間信頼性の保たれた出力状態を維持することができる信頼性の高いレーザ装置である。

（判定例３）
判定例３として、判定用パラメータは、複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度の比である場合について説明する。まず、判定用パラメータＰ_３は、光検出器１３と光検出器１６とが検出した光強度Ａ_Ｌ１２ｂと光強度Ａ_Ｌ１５ｂとの比であるから、Ｐ_３＝Ａ_Ｌ１２ｂ／Ａ_Ｌ１５ｂである。さらに、Ａ_Ｌ１２ｂ＝Ｉ_１／ｃ、Ａ_Ｌ１５ｂ＝Ｉ_２／ｃであるから、すなわち、Ｐ_３＝Ｉ_１／Ｉ_２である。これを判定例１の場合と同様に、光強度Ａ_Ｌ１１と分岐率Ｂ_１と分岐率Ｂ_２とで表すと、Ｐ_３＝Ｉ_１／Ｉ_２＝Ｂ_１／（（１−Ｂ_１）Ｂ_２）となる。この判定用パラメータＰ_３に判定例１の場合と同様に、正常な状態からａ％の低下およびｂ％の上昇を許容するものとし、所定の許容範囲として設定すると、判定用パラメータＰ_３は下記の所定の許容範囲内で許容されることとなる。

このとき、判定部１４は、判定用パラメータＰ_３が式（５）で表される所定の許容範囲内にある場合を正常状態とし、判定用パラメータＰ_３が式（５）で表される所定の許容範囲害にある場合を異常状態とする。このとき、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか一方の光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。さらに、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが正常に機能している状態で出力を停止するので、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置である。

（判定例４）
判定例４として、判定用パラメータは、複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度の差である場合について説明する。まず、判定用パラメータＰ_４は、光検出器１３と光検出器１６とが検出した光強度Ａ_Ｌ１２ｂと光強度Ａ_Ｌ１５ｂとの差であるから、Ｐ_４＝Ａ_Ｌ１２ｂ−Ａ_Ｌ１５ｂである。さらに、Ａ_Ｌ１２ｂ＝Ｉ_１／ｃ、Ａ_Ｌ１５ｂ＝Ｉ_２／ｃであるから、すなわち、Ｐ_４＝（Ｉ_１−Ｉ_２）／ｃである。これを判定例１の場合と同様に、光強度Ａ_Ｌ１１と分岐率Ｂ_１と分岐率Ｂ_２とで表すと、Ｐ_４＝（Ｉ_１−Ｉ_２）／ｃ＝（（Ｂ_１−１＋Ｂ_１Ｂ_２）Ａ_Ｌ１１）／ｃとなる。この判定用パラメータＰ_４に判定例１の場合と同様に、正常な状態からａ％の低下およびｂ％の上昇を許容するものとし、所定の許容範囲として設定すると、判定用パラメータＰ_４は下記の所定の許容範囲内で許容されることとなる。

このとき、判定部１４は、判定用パラメータＰ_４が式（６）で表される所定の許容範囲内にある場合を正常状態とし、判定用パラメータＰ_４が式（６）で表される所定の許容範囲害にある場合を異常状態とする。このとき、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか一方の光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。さらに、レーザ装置１０は、光検出器１３と光検出器１６とのどちらかが正常に機能している状態で出力を停止するので、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置である。

以上説明したように、本実施の形態１に係るレーザ装置１０は、信頼性の高いレーザ装置である。

（変形例１）
つぎに、本発明の変形例１に係るレーザ装置について説明する。変形例１に係るレーザ装置は、実施の形態１に係るレーザ装置１０のレーザ部１１のみを置き換えた構成であるので、以下においてレーザ部１１の構成について説明する。図３は、本発明の変形例１に係るレーザ装置のレーザ部の模式的な構成図である。図３に示すように、この光レーザ部１１は、増幅用光ファイバにおいて増幅を受ける種光を発振する光源２０１と、制御部１７から駆動電流Ｅ１７を入力され、励起光を発振する複数の励起光源２０２と、複数の励起光源１０１から出力された複数の励起光を合波するＴＦＢ（ＴａｐｅｒｅｄＦｉｂｅｒＢｕｎｄｌｅ）２０３と、増幅用光ファイバとしてコアに希土類元素が添加されたダブルクラッド光ファイバである希土類添加光ファイバ２０４と、シングルモード光ファイバ２０６とを有する。光源２０１は、制御部１７から駆動電流Ｅ１７ａを入力されてもよく、別途光源２０１用の電源から駆動電流を印加される構成であってもよい。希土類添加光ファイバ２０４の出力端付近には光フィルタ２０５が形成され、出力光から励起光を取り除くが、光フィルタ２０５が形成されておらず、光増幅に使われずに残留した励起光も出力される構成であってもよい。希土類添加光ファイバ２０４とシングルモード光ファイバ２０６とは融着接続部２０７で融着接続されている。シングルモード光ファイバ２０６の一端は、分岐部１２に接続され、レーザ光Ｌ１１を出力する。

この光レーザ部１１は、いわゆるダブルクラッド励起構造を有する。そして、たとえば
９１５ｎｍの波長の励起光を、希土類元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）がコアに添加された希土類添加光ファイバ２０４に供給することで、たとえば光源２０１から入力された１．１μｍ波長帯の種光を、数Ｗ〜数１０Ｗの光強度を有する１．１μｍ波長帯のレーザ光Ｌ１１に光増幅し、分岐部１２へと出力できるものである。このように変形例１のレーザ装置は、レーザ部１１が実施の形態１のレーザ部と異なる構成であるが、それ以外の構成は同じであってよい。したがって、変形例１に係るレーザ装置は、実施の形態１のレーザ装置と同様の動作を行うため、信頼性の高いレーザ装置である。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係るレーザ装置について説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図４に示すとおり、本実施の形態２に係るレーザ装置２０は、分岐部２２と分岐部２５とが、光カプラからなり、レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２ａ、Ｌ２２ｂ、Ｌ２５ａ、Ｌ２５ｂは全て光ファイバ中を伝搬する構成である。それ以外の構成は、実施の形態１と同一であってよく、それぞれレーザ部１１とレーザ部２１と、光検出器１３と光検出器２３と、光検出器１６と光検出器２６と、判定部１４と判定部２４と、制御部１７と制御部２７とが、対応する。

レーザ装置２０において、まず、レーザ部２１が出力したレーザ光Ｌ２１は、分岐部２２でレーザ光Ｌ２２ａと、レーザ光Ｌ２２ｂとに分岐され、レーザ光Ｌ２２ｂは光検出器２３に入力される。さらに、レーザ光Ｌ２２ａは、分岐部２５で、レーザ光Ｌ２５ａと、レーザ光Ｌ２５ｂとに分岐され、レーザ光Ｌ２５ｂは光検出器２６に入力される。光検出器２３は、レーザ光Ｌ２２ｂの光強度に比例する電流の電気信号Ｅ２３を出力する。光検出器２６は、レーザ光Ｌ２５ｂの光強度に比例する電流の電気信号Ｅ２６を出力する。判定部２４は、実施の形態１と同様に、第１判定部と第２判定部とが一体とされた構成であり、たとえば、判定例１〜４の判定方法によって、電気信号Ｅ２３と電気信号Ｅ２６とにより、レーザ装置２０の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるかを判定し、判定結果を電気信号Ｅ２４として出力する。制御部２７は、電気信号Ｅ２４が正常状態であれば、レーザ装置２０が出力されるように駆動電流Ｅ２７を出力し、電気信号Ｅ２４が異常状態であれば、レーザ装置２０が出力されないように駆動電流Ｅ２７を出力しない。このように、本実施の形態２に係るレーザ装置２０は、実施の形態１のレーザ装置と同様の動作を行うため、信頼性の高いレーザ装置である。

なお、光カプラの分岐比は最大でも−２０ｄＢ程度であり、分岐部が分岐した光を、フィルタ等を介さずに直接光検出器に入力する場合、レーザ部の出力光強度は数Ｗ程度とする必要があることに留意すべきである。逆に、レーザ部の出力光強度が強い場合には、分岐部が分岐した光の光強度を、フィルタ等で弱めてから光検出器に入力する、または、分岐部が分岐した光を一度反射板に照射し、その散乱光の一部を光検出器で検出する等の構成とする必要がある。ただし、このような構成はレーザ装置の小型化を妨げるので好ましくない。

（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係るレーザ装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図５に示すとおり、本実施の形態３に係るレーザ装置３０は、分岐部３２と分岐部３３とが、光カプラからなり、分岐部３２と分岐部３３とが、分岐するレーザ光の一部は、レーザ装置３０の出力側からレーザ部側に戻る反射光のレーザ光Ｌ３１ａである。それ以外の構成は実施の形態２と同一であってよい。

レーザ装置３０において、まず、レーザ部３１が出力したレーザ光Ｌ３１は、分岐部３２と分岐部３３とを透過し、レーザ装置３０から出力される。出力されたレーザ光Ｌ３１は、たとえば、加工する対象物に照射され、その一部は対象物の表面で反射する。そして、その反射光の一部がレーザ装置３０の出力端から、レーザ装置３０内に戻る戻り光であるレーザ光Ｌ３１ａとして入力される。レーザ光Ｌ３１ａは、分岐部３３でレーザ光Ｌ３３ａと、レーザ光Ｌ３３ｂとに分岐され、レーザ光は光検出器３４に入力される。さらに、レーザ光Ｌ３３ａは、分岐部３２で、レーザ光Ｌ３２として分岐される。なお、分岐部３２において、レーザ光Ｌ３３ａのレーザ部３１方向へ透過する成分があってもよいが、その透過光がレーザ部３１の動作を不安定にする場合があるので、このような透過光があることは好ましくない。そして、レーザ光Ｌ３２は光検出器３６に入力される。

光検出器３４は、レーザ光Ｌ３３ｂの光強度に比例する電流の電気信号Ｅ３４を出力する。光検出器３６は、レーザ光Ｌ３２の光強度に比例する電流の電気信号Ｅ３６を出力する。判定部３６は、電気信号Ｅ３４と電気信号Ｅ３６とにより、レーザ装置３０の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるかを判定し、判定結果を電気信号Ｅ３５として出力する。制御部３７は、実施の形態１と同様に、第１判定部と第２判定部とが一体とされた構成であり、たとえば、判定例１〜４の判定方法によって、電気信号Ｅ３５が正常状態であれば、レーザ装置３０が出力されるように駆動電流Ｅ３７を出力し、電気信号Ｅ３５が異常状態であれば、レーザ装置３０が出力されないように駆動電流Ｅ３７を出力しない。このように、本実施の形態３に係るレーザ装置３０は、実施の形態１のレーザ装置と同様の動作を行うため、信頼性の高いレーザ装置である。

なお、本実施の形態３において、戻り光は光強度が十分弱いため、たとえば、レーザ部の出力光強度が数１００Ｗであっても、信頼性の高いレーザ装置を実現することができる。

（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係るレーザ装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態４に係るレーザ装置の模式的な構成図である。図６に示すとおり、本実施の形態４に係るレーザ装置４０は、１つの分岐部４２が、３つの分岐面４２ａ、４２ｂ、４２ｃを備える構成である。さらに、光検出器は、光検出器４３、４５、４６の３つが配設されている構成である。そして、判定部４４は、複数の光検出器ごとに別設されている第１判定部４４ａａ、４４ａｂ、４４ａｃと、各第１判定部の出力を入力される第２判定部とからなる。このように、判定部は、第１判定部が別設された複数の装置からなる構成であってもよく、第１判定部と第２判定部とが別設されていてもよい。また、制御部４７には、表示部４８と光遮断部４９とが接続されている。

レーザ装置４０において、まず、レーザ部４１が出力したレーザ光Ｌ４１は、分岐部４２の分岐面４２ａでレーザ光Ｌ４２ａａと、レーザ光Ｌ４２ａｂとに分岐され、レーザ光Ｌ４２ａｂは光検出器４３に入力される。さらに、レーザ光Ｌ４２ａａは、分岐面４２ｂで、レーザ光Ｌ４２ｂａと、レーザ光Ｌ４２ｂｂとに分岐され、レーザ光Ｌ４２ｂｂは光検出器４５に入力される。そして、レーザ光Ｌ４２ｂａは、分岐面４２ｃで、レーザ光Ｌ４２ｃａと、レーザ光Ｌ４２ｃｂとに分岐され、レーザ光Ｌ４２ｃｂは光検出器４６に入力される。

光検出器４３は、レーザ光Ｌ４２ａｂの光強度に比例する電流の電気信号Ｅ４３を出力する。そして、電気信号Ｅ４３を入力された第１判定部４４ａａは、たとえば、判定方法１または２の判定方法によって、判定用パラメータが、所定の許容範囲内の値であるかどうかを判定する。そして、第１判定部４４ａａは、その判定結果である第１判定結果を、電気信号Ｅ４４ａａとして出力する。同様に、光検出器４５は、レーザ光Ｌ４２ｂｂの光強度に比例する電流の電気信号Ｅ４５を出力し、電気信号Ｅ４５を入力された第１判定部４４ａｂは、判定用パラメータが、所定の許容範囲内の値であるかどうかを判定する。そして、第１判定部４４ａｂは、その判定結果である第１判定結果を、電気信号Ｅ４４ａｂとして出力する。さらに、光検出器４６は、レーザ光Ｌ４２ｃｂの光強度に比例する電流の電気信号Ｅ４６を出力し、電気信号Ｅ４６を入力された第１判定部４４ａｃは、判定用パラメータが、所定の許容範囲内の値であるかどうかを判定する。そして、第１判定部４４ａｃは、その判定結果である第１判定結果を、電気信号Ｅ４４ａｃとして出力する。

このとき、電気信号Ｅ４３、Ｅ４５、Ｅ４６は、各第１判定部の判定結果である第１判定結果の情報を有する電気信号ある。しかしながら、電気信号Ｅ４３、Ｅ４５、Ｅ４６は、各光検出器が検出した分岐光の光強度から算出したレーザ装置４０の最終的な出力レーザ光であるレーザ光Ｌ４９の光強度の情報を有する電気信号であることが好ましい。これは、制御部４７が、レーザ装置４０の最終的な出力レーザ光であるレーザ光Ｌ４９の光強度を制御できるようにするために必要な情報だからである。

ここで、電気信号Ｅ４３、Ｅ４５、Ｅ４６の全てがレーザ光Ｌ４９の光強度の情報を有する電気信号であってもよい。また、電気信号Ｅ４３、Ｅ４５、Ｅ４６のいずれか１つがレーザ光Ｌ４９の光強度の情報を有する電気信号であってもよい。このとき、第１判定部のうち、１つの第１判定部は、第１判定結果と、レーザ光Ｌ４９の光強度の情報とを有する電気信号を出力し、その１つの第１判定部以外の第１判定部は第１判定結果のみを出力する構成であってもよい。これによって、レーザ光Ｌ４９の光強度の情報を有する電気信号を出力する第１判定部以外の構成を、簡略化することができる。

また、電気信号Ｅ４３、Ｅ４５、Ｅ４６は、各第１判定部が、判定用パラメータを、所定の許容範囲内の値であると判定した場合に、第１判定結果と、レーザ光Ｌ４９の光強度の情報とを有する電気信号を出力し、各第１判定部が、判定用パラメータを、所定の許容範囲外であると判定した場合に、第１判定結果のみを出力する構成であってもよい。このとき、各光検出器等の故障によって、制御部４７がレーザ光Ｌ４９の光強度の情報を誤認することがなく信頼性の高いレーザ装置となる。

このように、第２判定部４４ｂには、電気信号Ｅ４４ａａと電気信号Ｅ４４ａｂと電気信号Ｅ４４ａｃとから、３つの第１判定結果が与えられる。このとき、第２判定部４４ｂは、３つの第１判定結果が全て正常状態、すなわち、３つの光検出器により求めた３つの判定用パラメータの全てが、所定の許容範囲内の値である場合に、最終的な判定結果を正常状態と判定する構成であってよい。このとき、レーザ装置４０は、光検出器４３、４５、４６のいずれか１つが故障するまでは、３つの光検出器でレーザ装置４０の出力状態を判定するので、いずれか１つの光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。さらに、レーザ装置４０は、光検出器４３、４５、４６のいずれか２つが正常に機能している状態で出力を停止するので、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置である。

また、第２判定部４４ｂは、３つの第１判定結果が少なくとも１つが正常状態、すなわち、３つの光検出器により求めた３つの判定用パラメータのうち、少なくとも１つが所定の許容範囲内の値である場合に、最終的な判定結果を正常状態と判定する構成であってよい。このとき、レーザ装置４０は、光検出器４３、４５、４６のうち、いずれか２つが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置４０は、の出力状態を判定するので、いずれか２つの光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。また、レーザ装置４０は、光検出器４３、４５、４６の全てが故障するまで、レーザ装置１０を使用することができるので、故障せずに長期間信頼性の保たれた出力状態を維持することができる信頼性の高いレーザ装置である。

さらに、第２判定部４４ｂは、３つの第１判定結果のうち、いずれか２つが正常状態、すなわち、３つの光検出器により求めた３つの判定用パラメータのうち、いずれか２つが所定の許容範囲内の値である場合に、最終的な判定結果を正常状態と判定する構成であってよい。このとき、レーザ装置４０は、光検出器４３、４５、４６のうち、いずれか２つが故障するまでは、２つの光検出器でレーザ装置１０の出力状態を判定するので、いずれか２つの光検出器が故障しても、信頼性を保つことができる信頼性の高いレーザ装置である。さらに、レーザ装置４０は、光検出器４３、４５、４６のいずれか１つが正常に機能している状態で出力を停止するので、意図しない光強度の出力レーザ光が出力されてしまうことのない信頼性の高いレーザ装置である。また、光検出器４３、４５、４６のうち、いずれか２つが故障するまで、レーザ装置１０を使用することができるので、故障せずに長期間信頼性の保たれた出力状態を維持することができる信頼性の高いレーザ装置である。

そして、第２判定部４４ｂは、判定結果を電気信号Ｅ４４ｂとして出力する。制御部４７は、入力された電気信号Ｅ４４ｂが正常状態のとき、レーザ装置４０が出力されるように駆動電流Ｅ４７ａを印加し、入力された電気信号Ｅ４４ｂが異常状態であれば、レーザ装置４０が出力されないように駆動電流Ｅ４７ａを印加しない構成であってよい。また、制御部４７は、表示部４８に電気信号Ｅ４７ｂを出力し、光遮断部４９に電気信号Ｅ４７ｃを出力する。

なお、駆動電流Ｅ４７ａの電流値は、判定部４４から入力された電気信号Ｅ４４ｂに含まれる、各光検出器が検出した分岐光の光強度から算出した、レーザ装置４０の最終的な出力レーザ光であるレーザ光Ｌ４９の光強度の情報によって、レーザ光Ｌ４９の光強度が所望の光強度となるように制御される。ここで、３つの光検出器により、３つのレーザ光Ｌ４９の光強度の情報が入力されたとする。このとき、判定用パラメータの１つ以上が所定の許容範囲外にあると第１判定部が判定した場合、制御部４７は、判定用パラメータが所定の許容範囲外と第１判定部に判定された判定用パラメータを求めるための光強度を検出した光検出器以外の光検出器の検出した光強度を用いて、レーザ装置４０の出力状態を制御する構成であってよい。これによって、光検出器等の故障によって、制御部４７がレーザ光Ｌ４９の光強度の情報を誤認することがなく信頼性の高いレーザ装置となる。

表示部４８は、判定部４４の判定した判定結果、つまり、第２判定部４４ｂの最終的な判定結果、さらには、３つの第１判定部４４ａａ、４４ａｂ、４４ａｃの第１判定結果を表示する。また、各光検出器が検出した各分岐光の光強度、各判定用パラメータ、レーザ装置４０の出力状態などを表示する構成であってもよい。これにより、レーザ装置４０の出力状態をモニタすることができるだけでなく、３つの光検出器のうち、どの光検出器が故障しているのかを確認することができる。したがって、当該故障した光検出器を故障していない光検出器に交換することで、常に正常な２つ以上の光検出器で、レーザ装置４０の出力状態を管理することができ、長期的に非常に信頼性の高いレーザ装置を実現することができる。

光遮断部４９は、判定部４４が、レーザ装置４０の出力状態を正常状態と判定した場合、レーザ部４１から出力されたレーザ光Ｌ４２ｃａをレーザ光Ｌ４９として通過させ、レーザ装置４０からレーザ光が出力された状態とする。一方、判定部４４が、レーザ装置４０の出力状態を異常状態と判定した場合、レーザ部４１から出力されたレーザ光Ｌ４２ｃａを遮断し、レーザ装置４０からレーザ光が出力されていない状態とする。このように、判定結果によって、レーザ光Ｌ４２ｃａを直接遮断するので、制御部４７が駆動電流Ｅ４７ａを制御することによって、レーザ部４１、つまり、レーザ装置４０の出力を遮断するよりも、確実に出力を遮断することができる。したがって、レーザ装置４０から意図しない出力レーザ光が出力されることを防いだ、より信頼性の高いレーザ装置である。

なお、制御部４７と光遮断部４９との両方がレーザ装置４０の出力を制御する構成であってもよく、どちらか一方がレーザ装置４０の出力を制御する構成であってもよい。つまり、制御部４７は、判定部の判定結果に関わらず、常に一定の駆動電流Ｅ４７ａを印加し、判定部４４の判定結果が異常状態となった場合には、光遮断部４９が、レーザ光Ｌ４２ｃａを遮断する構成であってもよい。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、信頼性の高いレーザ装置を提供することができる。

なお、上記実施の形態では、２つまたは３つの光検出器を備えたレーザ装置について説明をしたが、本発明は複数の光検出器によって、レーザ装置の出力状態をモニタするモニタ機構が、冗長構成とされていればよい。すなわち、さらに複数の光検出器を備え、多段階の冗長構成とされていてもよい。このとき、言うまでもなく、さらに信頼性の高いレーザ装置が実現される。

また、上記実施の形態では、判定例１〜４の判定方法について説明したが、判定方法はこれらに限らない。判定用パラメータは、光検出器の検出した光強度から求められるあらゆる数値でよく、たとえば、電流Ｉ_１自体や電流Ｉ_１から求めたレーザ部１１の光強度などであってもよい。さらには、３つ以上の光検出器の検出した各分岐光の光強度のうち、３つ以上の光強度の比や差を用いてもよい。

また、レーザ装置は、アイソレータや波長フィルタ等を備えていてもよい。レーザ部が、たとえば、半導体レーザであって、出力レーザ光の波長が可変である場合には、波長モニタ機構や波長制御機構が、さらに備えられていてもよい。また、レーザ装置の出力端は、光ファイバであってよいが、出力するレーザ光を照射すべき対象物に集光する集光部を備えていてもよいし、他の装置に接続することができるコネクタなどを備えていてもよい。さらに、実施の形態３を除いて、戻り光によるレーザ部の故障を防ぐため、レーザ装置の出力端に反射防止機構が形成されていてもよい。

また、上記実施の形態においては、光検出器の故障に対して信頼性の高いレーザ装置である旨、説明したが、本発明はこれに限られない。たとえば分岐部や、分岐部と光検出器との間に配置された光学素子、いずれかの第１判定部等が故障したような場合にも信頼性の高いレーザ装置である。つまり、分岐部以降判定部までの複数のモニタ系のうち、いずれか１つのモニタ系において、いずれかの要素が故障しても、他のモニタ系があれば信頼性の高いレーザ装置としての動作を実現することができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１０、２０、３０、４０レーザ装置
１１、２１、３１、４１レーザ部
１２、１５、２２、２５、３２、３３、４２分岐部
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ分岐面
１３、１６、２３、２６、３４、３６、４３、４５、４６光検出器
１４、２４、３５、４４判定部
１７、２７、３７、４７制御部
４４ａａ、４４ａｂ、４４ａｃ第１判定部
４４ｂ第２判定部
４８表示部
４９光遮断部
１０１、２０２励起光源
１０２、２０３ＴＦＢ
１０３、１０５ダブルクラッド光ファイバ
１０３ａ、１０５ａＦＢＧ
１０４、２０４希土類添加光ファイバ
１０６、２０６シングルモード光ファイバ
１０７、２０７融着接続部
２０１光源
２０５光フィルタ
Ｌ１１、Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ、Ｌ１５ａ、Ｌ１５ｂ、Ｌ２１、Ｌ２２ａ、Ｌ２２ｂ、Ｌ２５ａ、Ｌ２５ｂ、Ｌ３１、Ｌ３１ａ、Ｌ３２、Ｌ３３ａ、Ｌ３３ｂ、Ｌ４１、Ｌ４２ａａ、Ｌ４２ａｂ、Ｌ４２ｂａ、Ｌ４２ｂｂ、Ｌ４２ｃａ、Ｌ４２ｃｂ、Ｌ４９レーザ光
Ｅ１３、Ｅ１４、Ｅ１６、Ｅ２３、Ｅ２４、Ｅ２６、Ｅ２７、Ｅ３４、Ｅ３５、Ｅ３６、Ｅ４３、Ｅ４５、Ｅ４６、Ｅ４４ａａ、Ｅ４４ａｂ、Ｅ４４ａｃ、Ｅ４４ｂ、Ｅ４７ｂ、Ｅ４７ｃ、Ｅ４８、Ｅ４９電気信号
Ｅ１７、Ｅ１７ａ、Ｅ２７、Ｅ３７、Ｅ４７ａ駆動電流

Claims

レーザ部と、
前記レーザ部から出力されるレーザ光の一部を分岐する複数の分岐部と、
前記複数の分岐部から分岐された各分岐光の光強度を検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度から求めた１つ以上の判定用パラメータにより、当該レーザ装置の出力状態が、正常状態であるか、異常状態であるか、を判定するとともに、前記各光検出器が異常であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、当該レーザ装置からレーザ光を出力させるように制御し、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、当該レーザ装置からレーザ光出力させないように制御する制御部と、を備え、
前記レーザ部は、励起光源と、増幅用光ファイバと、を備える光ファイバレーザであって、
前記制御部は、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、前記励起光源に駆動電流を印加するように制御し、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、前記励起光源に駆動電流を印加しないように制御する
ことを特徴とするレーザ装置。
前記判定部は、前記判定用パラメータが、所定の許容範囲内の値であるかを判定し、該判定結果である第１判定結果を出力する第１判定部と、前記第１判定結果により、当該レーザ装置の出力状態が、前記正常状態であるか、前記異常状態であるか、を判定し、該判定結果を出力する第２判定部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
前記第２判定部は、前記第１判定結果において、前記判定用パラメータの全てが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記正常状態と判定し、前記判定用パラメータの少なくとも１つが前記所定の許容範囲外の値である場合に、前記異常状態であると判定することを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
前記第２判定部は、前記第１判定結果において、前記判定用パラメータの少なくとも１つが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記正常状態と判定し、前記判定用パラメータの全てが前記所定の許容範囲外の値である場合に、前記異常状態であると判定することを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
前記光検出器と、前記第１判定部とを３つ以上備え、前記第１判定部は３つ以上の前記前記第１判定結果を出力し、第２判定部は、３つ以上の前記第１判定結果において、前記判定用パラメータの少なくとも２つが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記正常状態と判定し、３つ以上の前記判定用パラメータのうち、０または１つが前記所定の許容範囲内の値である場合に、前記異常状態であると判定することを特徴とする請求項２に記載のレーザ装置。
前記判定用パラメータの１つ以上が前記所定の許容範囲外にあると前記第１判定部が判定した場合、前記制御部は、該所定の許容範囲外と前記第１判定部に判定された前記判定用パラメータを求めるための光強度を検出した前記光検出器以外の前記光検出器の検出した光強度を用いて、当該レーザ装置の出力状態を制御することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記第１判定部が、前記複数の光検出器ごとに別設されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記第１判定部のうち、１つの第１判定部は、前記第１判定結果と、光強度とを出力し、前記１つの第１判定部以外の前記第１判定部は前記第１判定結果のみを出力することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度から、当該レーザ装置が出力するレーザ光強度を算出した値であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度の比であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記判定用パラメータは、前記複数の光検出器が検出した各分岐光の光強度の差であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記分岐部が分岐する前記レーザ光の一部は、当該レーザ装置の出力側から前記レーザ部側に戻る反射光であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記制御部は、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、前記レーザ部からレーザ光を出力させるように制御し、前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、前記レーザ部からレーザ光を出力させないように制御することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記判定部が、当該レーザ装置の出力状態を前記正常状態と判定した場合、前記レーザ部から出力されたレーザ光を通過させ、当該レーザ装置の出力状態を前記異常状態と判定した場合、前記レーザ部から出力されたレーザ光を遮断する光遮断部を備えることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１つに記載のレーザ装置。
前記判定部の判定した判定結果、前記光検出器が検出した光強度、前記光検出器から前記判定部に入力される電流値、前記判定部から前記制御部に入力される電流値、前記判定用パラメータ、当該レーザ装置の出力状態のいずれか１つ以上を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載のレーザ装置。