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WO2015115301A1 - ビーム結合装置およびビーム結合装置の出力回復方法 - Google Patents

ビーム結合装置およびビーム結合装置の出力回復方法 Download PDF

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WO2015115301A1
WO2015115301A1 PCT/JP2015/051663 JP2015051663W WO2015115301A1 WO 2015115301 A1 WO2015115301 A1 WO 2015115301A1 JP 2015051663 W JP2015051663 W JP 2015051663W WO 2015115301 A1 WO2015115301 A1 WO 2015115301A1
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WO
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light source
beam combining
light sources
package
optical system
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PCT/JP2015/051663
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English (en)
French (fr)
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今野　進
正人 河▲崎▼
大嗣 森田
智毅 桂
藤川　周一
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a beam combiner that uses a plurality of laser beams in a single light beam, and an output recovery method of the beam combiner, and particularly to redundancy using a backup light source (a recovery function in the event of a light source failure).
  • an optical fiber is fixed to each of a plurality of laser light emitting units, and these optical fibers are bundled to form a handle portion of the optical fiber.
  • the laser beam has a configuration for combining a plurality of laser beams.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to add a spare light source without reducing the upper limit of the laser output by combining a plurality of laser beams with a flexible structure.
  • the purpose is to obtain a beam combiner.
  • the present invention relates to a plurality of light sources, one or a plurality of auxiliary light sources, and a beam combining optical system that outputs a beam from each of the light sources and the auxiliary light source by combining it with a beam combining element.
  • a beam that enters the beam combining optical system from a light source is combined after passing through the beam combining element, a monitor unit that monitors the beam from each of the light sources to detect a failure, and a failure of the light source is detected.
  • at least a part of each of the light sources, the spare light source and the beam combining optical system is moved by a movable part provided in at least one part of each of the light sources, the spare light source and the beam combining optical system.
  • a beam is incident on the beam combining optical system from the auxiliary light source, and the compound is transmitted in the optical path after the beam combining element.
  • a beam coupling device or the like and a light source switching unit for coupling the beam from the light source In the beam coupling device or the like and a light source switching unit for coupling the beam from the light source.
  • a beam combining device or the like in which a spare light source can be added without lowering the upper limit of laser output by combining a plurality of laser beams with a flexible structure.
  • FIG. 4 is a side view of the LD package of FIG. 3. It is a schematic block diagram of the beam combining apparatus by Embodiment 3 of this invention. It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a beam combining device 100 including a wavelength-coupled external resonator combines light from a laser diode (LD) element, which is a light source, into one beam by dispersibility and outputs it.
  • LD laser diode
  • the operation mechanism will be briefly described with reference to FIG.
  • a laser beam emitted from the LD package 1a-1e, which is a light source equipped with an LD bar, is provided with a bending mirror 2 provided for each LD package 1a-1e (an optical element that changes the beam direction on the optical path). Then, the direction is changed and the light enters the cylindrical lens 4.
  • the laser beam is superimposed on a diffraction grating 5 which is a beam combining element by a cylindrical lens 4, and is superimposed on one beam between the diffraction grating 5 and the partial transmission mirror 6 due to the dispersibility of the diffraction grating 5.
  • a housing 7 is provided for housing the LD package 1a-1e, each bending mirror 2, a rail 3, a cylindrical lens 4, a diffraction grating 5, and a partial transmission mirror 6 to be described later.
  • An output transmission element 56 having functions of a transmission element and a dispersion optical element is disposed.
  • an LD package 1e is a spare light source, which is equivalent to other LD packages.
  • a collimating lens CL is provided as necessary (the same applies hereinafter).
  • FIG. 2 shows how the spare LD package 1e operates when the LD package 1b fails in the configuration of FIG.
  • the folding mirror 2 placed on the laser beam output side of the LD package 1b is removed or moved out of the optical path of the laser beam of the LD package 1b. Instead, the folding mirror 2 of the spare LD package 1e is moved over the rail 3. It moves and the optical path of the LD package 1b is arranged so that the optical path overlaps.
  • the folding mirror 2 is arranged with sufficient arrangement accuracy to function as an alternative to the LD package 1b.
  • the rail 3 is offset from the optical path so as not to block the laser beam (for example, offset to the back side of the drawing in the figure).
  • the rail 3 may be provided in each of the LD packages 1a-1e, and the folding mirror 2 may be moved to each. Further, the folding mirror 2 of the LD package 1e, the folding mirror 2 of the LD package 1b, and the folding mirrors of other LD packages can be moved manually or electrically, and can be performed from the outside of the housing 7. A mechanism is provided and can move without opening the housing 7. Further, it is desirable to provide a monitor mechanism (monitor unit 102) as shown in FIG. 1 so that the output reduction of the LD package 1a-1e can be monitored individually inside or outside the casing 7 as needed. In FIG. 2 and subsequent figures, illustration of the configuration outside the housing 7 is omitted.
  • each LD package 1a-1e is subjected to power supply adjustment and on / off from the power supply circuit.
  • Each LD package 1a-1e is provided with a drive motor (not shown) for moving the bending mirror 2 on the rail 3.
  • These light source switching functions are shown as a light source switching mechanism 101.
  • an LD package state monitor device for detecting a failure of the LD package 1a-1e (the wavelength of the laser beam output from the LD package, the laser beam intensity (output), the emission direction, the voltage at the LD of the LD package, etc. Is shown as the monitor unit 102.
  • a control unit 100c including a computer or the like provided outside the housing 7 is connected to the light source switching mechanism 101 and the monitor unit 102, and controls the light source switching mechanism 101 to turn on / off the LD package (specifically, from the power supply circuit).
  • the power supply circuit is turned on and off to connect and disconnect the power supply circuit), the power supply is adjusted, and the movement of the bending mirror 2 is controlled according to the input from the operator. Further, the failure LD package is determined according to the state of the LD package monitored by the monitor unit 102.
  • the control unit 100c determines the failed LD package from the state of the LD package from the monitor unit 102, controls the light source switching mechanism 101 according to the determination result, disconnects the failed LD package from the power supply circuit, and supplies the spare LD package instead. It may be connected to a circuit, the folding mirror of the failed LD package may be removed from the optical path, and the folding mirror of the spare LD package may be moved so that the optical path is superimposed on the optical path of the failed LD package.
  • the operator manually operates an operating rod having one end connected to the folding mirror 2 and the other end penetrating the housing 7 and protruding outside.
  • the LD chip may be a single chip.
  • the number of LD packages is four when the operation is started and the number of spare LD packages is one, the number of LD packages and spare LD packages is not limited to this. For example, a plurality of spare LD packages may be provided.
  • the transmissive diffraction grating 5 is used as a dispersive medium (wavelength-coupled external resonator).
  • wavelength-coupled external resonator wavelength-coupled external resonator
  • spatial coupling a similar device (beam coupled external resonator) can be configured.
  • the light source is coupled to the optical fiber OP (see FIG. 1) on the output side of the beam combiner, even if there is a difference between the light from the LD package 1b and the light from the LD package 1e due to an optical path difference or the like, If it is to some extent, the effect of beam fluctuation caused by switching to the spare LD can be mitigated by the isotropic effect of the beam mode by fiber propagation.
  • the light source switching mechanism 101 in FIG. 1 schematically shows a movable portion 1101 for performing the above-described operation and a drive portion 1102 that drives the movable portion 1101.
  • the movable unit 1101 is, for example, a mechanism that moves the bending mirror 2 onto the rail 3, and a mechanism that performs adjustment and on / off control of power supply from the power supply circuit to each LD package 1a-1e, for example, as shown in FIG. Including electric switches.
  • the drive unit 1102 includes, for example, a drive motor for driving the above-described movable unit, a power supply circuit to the LD package, and a power source for these.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a beam combiner with high redundancy may be configured by providing a movable spare LD package so that the optical path can be switched.
  • the laser beams generated from the LD packages 1f, 1g, and 1h are collimated by the cylindrical lens 11 and superimposed on the diffraction grating 5a.
  • the beams are superimposed between the diffraction grating 5a and the partial transmission mirror 6a, and different optical paths are formed between the diffraction grating 5a and the LD packages 1f, 1g, and 1h. Due to the dispersibility of the diffraction grating 5a, beams from different LD packages have different wavelengths and are diffracted at different angles, so that the beams are extracted as one beam from the partial transmission mirror 6a.
  • FIG. 4 shows a side view of the LD package 1h from the direction of arrow A in FIG.
  • the movable mirrors 2a and 2b move when the LD package fails.
  • the optical path is launched (the optical path is translated upward) and can be superimposed on the optical path from the LD package 1h to the diffracted photon 5a.
  • the LD package 1i and its movable mirrors 2a and 2b are configured to be able to move in the direction of rotation about the diffraction grating 5a as shown by the dotted arrows in FIG.
  • the optical paths of the LD packages 1f and 1g can be superimposed.
  • the LD package 1i In the beam combiner configured as described above, the LD package 1i, its cylindrical lens 11b, and the movable mirror 2a for launching (optical path translation), regardless of which of the LD packages 1f, 1g, 1h fails, As 2b is rotated and swung up, the optical path of the failed LD package is replaced, and the spare LD package can be started in place of the failed package.
  • a control unit 100c, a light source switching mechanism 101, 111, and a monitor unit 102 are provided in the same manner as in the above embodiment, and the LD packages 1f, 1g, It is preferable to determine which one of the 1h has failed and replace the failed LD package with the spare LD package 1i.
  • the monitor unit 102 of the failed LD package is a wavelength coupled resonator, it may be equipped with a device for monitoring the wavelength, or an existing wavelength measuring device is used only during monitoring to reduce the cost of the wavelength measuring device.
  • a fiber terminal that can be coupled may be provided.
  • each LD package may be monitored. Further, when the diffraction grating 5a from which the 0th-order light from the diffraction grating 5a leaks is used, the direction of the leakage light may be monitored to detect which LD package has failed.
  • the monitor unit operates automatically, or the monitor unit is provided outside the casing 7a of the apparatus. Further, the mechanism and the wiring for moving the movable unit are switched, and the current flows to the failed LD package. It is desirable that a mechanism for switching so that a current flows in the spare LD package is provided outside the casing of the apparatus, and switching is possible without opening the casing.
  • the light source switching mechanism 101 moves the LD package 1i, its cylindrical lens 11b, and the movable mirrors 2a and 2b for launching (optical path parallel movement) in the direction of rotation about the diffraction grating 5a, and is further movable.
  • the mirrors 2a and 2b are moved up.
  • the LD package 1i, the cylindrical lens 11b, and the movable mirrors 2a and 2b are provided, for example, on a movable support portion (not shown) provided with a drive motor for performing these operations, and the light source switching mechanism 101 has a movable support portion. Control to move.
  • the power supply of each LD package is adjusted and turned on / off.
  • the monitor unit 102 monitors the state of the LD packages 1f, 1g, and 1h.
  • the control unit 100c determines the failed LD package from the monitoring result of the state of the LD package from the monitor unit 102, controls the light source switching mechanism 101 according to the determination result, and disconnects the failed LD package (for example, 1h) from the power supply circuit. Instead, the spare LD package 1i is connected to the power supply circuit, and the LD package 1i, its cylindrical lens 11b, and the movable mirrors 2a and 2b are rotated to the lower side of the failed LD package to move the movable mirrors 2a and 2b up. Make it.
  • the detection result of the LD package state from the monitor unit 102 is displayed on the display unit (not shown) of the control unit 100c, and the operator determines the failed LD package from the display, and the failed LD package is made a spare LD package.
  • An operator may input a switching instruction to the control unit 100c, and the light source switching mechanism 101 may perform the switching operation according to a control signal from the control unit 100c according to the input instruction.
  • a monitor unit 102 is provided outside the housing 7a, and detection from a sensor (not shown) that detects the laser beam wavelength, laser beam intensity (output), emission direction, voltage at the LD of the LD package, and the like in the housing. You may make it receive a signal outside the housing
  • the connection and disconnection of the LD package to the power supply circuit are provided outside the housing 7a by providing a wiring switching box for switching the wiring. Alternatively, the wiring switching may be performed by providing an electric switch in the wiring switching box and performing on / off control with a control signal from the control unit 100c. The same applies to the other embodiments.
  • the beam combiner configured as described above, since it is possible to replace the failed LD package with a spare LD package when the LD package fails, it is not necessary to open an optical path for the spare LD package in advance. It is possible to generate a larger output. In addition, when replacing, it is possible to detect a faulty part and perform an operation from the outside of the casing, thereby reducing the influence of the fault due to contamination. In addition, the time and labor required for replacement can be reduced.
  • the LD packages 1f, 1g, and 1h which are a plurality of light sources, are arranged concentrically around the diffraction grating 5a that is a beam coupling element, for example.
  • the LD package 1i which is a preliminary light source, moves on a concentric orbit having a radius smaller than that of the LD packages 1f, 1g, and 1h and offset in a direction perpendicular to a plane including the concentric circles.
  • the movable part of the light source switching mechanism 101 is, for example, an LD package 1i, a cylindrical lens 11b, and movable mirrors 2a and 2b that are movably supported as described above. Further, for example, an LD as shown in FIG.
  • the drive unit includes an electric switch SW of a mechanism for adjusting power supply from a power supply circuit to the package and performing on / off control.
  • the drive unit includes a drive motor that moves these movable units, a power supply circuit to the LD package, and a power source for these.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • one optical path for a spare light source (spare LD package) is provided in a wavelength-coupled external resonator using dispersibility.
  • the optical path can be changed only by switching the wiring from the power source. It is good also as a structure to switch.
  • the LD packages 1f, 1g, and 1h on which the LD bar is mounted are connected in series on the wiring switching box 10 that connects and disconnects the power supply circuit of the LD package.
  • a common optical path is provided between the partial transmission mirror 6b and the diffraction grating 5a, and a diffraction angle between the diffraction grating 5a and the LD packages 1f, 1g, and 1h varies depending on the wavelength due to the dispersibility of the diffraction grating 5a.
  • An optical path is formed.
  • the spare (light source) LD package 1j is connected to the + (positive electrode) terminal and the-(negative electrode) terminal at the start of use in order to prevent failure.
  • a cylindrical lens 11c is provided in each of the LD packages 1f, 1g, 1h and the spare (light source) LD package 1j.
  • FIG. 6 shows how the spare light source (LD package) 1j substitutes for the operation of the LD package 1g when the LD package 1g fails.
  • the spare LD package 1j is configured such that a beam is incident on and superposed on the same position as the other LD in the diffraction grating 5a on which the light from the LD package 1f-1h is incident. Between the part 5a and the partial transmission mirror 6b, it is configured to have the same optical axis as other beams.
  • the spare LD package 1j has a gain sufficient to substitute another LD in a wavelength band corresponding to the diffraction angle at the position as shown in FIG.
  • the spare LD package 1j is arranged at the end, but it is not necessarily arranged at the end, and it may be arranged between the LD packages or at both ends.
  • the number of spare LD packages 1j need not be limited to one, and any number of spare LD packages 1j may be arranged according to the redundancy required for the apparatus.
  • operations such as being able to share the optical path from the diffraction grating 5a to the partially transmissive mirror 6b with other LD packages, obtaining a predetermined output, and a predetermined light collecting property are performed in advance before using the apparatus. It has been adjusted.
  • the method for detecting a failed LD package may monitor the voltage of each LD package or monitor the laser beam output, emission direction, wavelength, etc. of each LD package. Good. Further, only a terminal for monitoring and a light receiving unit may be provided, and a fiber, a console, and a PC (personal computer) may be connected at the time of inspection.
  • the operator stops supplying current to the LD package 1g in the wiring switching box 10 arranged outside the housing 7b as shown in FIG.
  • the spare LD package 1j is connected to the power supply circuit, the wiring is switched so that the current supply is started, and the apparatus is operated.
  • the output of the LD package may be adjusted by adjusting the current and voltage by the power supply PS shown in FIG.
  • the power supply PS can also be used as a power supply for the drive motor of each drive unit.
  • the wiring switching box 10 which is a light source switching mechanism is provided outside the casing, and the wiring can be switched without opening the casing. Contamination to elements and LD elements and adverse effects of moisture can be avoided. In addition, since wiring switching and monitoring can be performed quickly, the burden on the operator performing maintenance can be reduced. If possible, it is desirable to automatically perform either or both of detection of a failed LD package and switching of wiring.
  • the control unit 100c determines the failed LD package from the monitoring result of the LD package state from the monitor unit 102, and exemplifies FIG. 16 according to the determination result. , Outputs an open / close control signal to the electric switch SW provided on the wiring switching box 10 serving as a light source switching mechanism (including a movable part and a driving part) for connecting and disconnecting the power, and feeds the failed LD package. Disconnect from the circuit and connect the spare LD package 1j to the power supply circuit instead. Furthermore, the current and voltage may be adjusted by controlling the power supply PS of the power feeding circuit.
  • the LD package 1f-1h and the spare LD package 1j are connected in series, and a short circuit including the electric switch SW is provided in each LD package.
  • the electric switch SW of the short circuit of the spare LD package 1j is turned on (connected and energized), and the electric switch SW of the short circuit of the LD packages 1f, 1g, and 1h. Is off (not connected and cannot be energized), the LD packages 1f, 1g, and 1h operate, and the device performs its function. For example, when the LD package 1g as shown in FIG.
  • the short-circuit electric switch SW provided in the LD package 1g changes from the OFF state to the ON state, and the short-circuit electric switch provided in the spare LD package 1j.
  • the SW changes from the on state to the off state
  • the LD packages 1f and 1h and the spare LD package 1j operate.
  • the configuration of the switching circuit is an example, and an appropriate configuration may be used in accordance with the application.
  • the wiring switching box 10 may be provided outside the housing, and a mechanism for manually switching may be provided. That is, the effect of the present invention is more greatly exhibited when the current supplied to the light source exceeds 1 A.
  • a separate optical path is provided in the spare package to configure the wavelength coupled external oscillator, so that the failure can be achieved only by switching the wiring without providing a moving mechanism or the like as in the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • laser modules 12a to 12h are wavelength-coupled external resonators each including the spare LD package described in the third embodiment, for example.
  • 5 includes, for example, the LD package 1f-1h, the spare LD package 1j, the cylindrical lens 11c, the diffraction grating 5a, the partial transmission mirror 6b, the housing 7b, and the wiring switching box 10, the monitor unit 102, and the control unit 100c.
  • adjacent laser modules that is, 12a and 12b, 12c and 12d, 12e and 12f, and 12g and 12h, are spatially coupled (position coupled), and a total of eight outgoing beams from each module. Will be four.
  • the laser beams generated from the laser modules 12 a and 12 b are collected by the first cylindrical lens 13. Then, it is collimated by the second cylindrical lens 14 disposed after passing through the condensing point, and the interval is narrower than when entering the first cylindrical lens 13. In the laser beam thus narrowed, the light condensing property as a whole of the two beams that are spatially coupled (position coupled) is improved as compared to immediately after they are emitted from the laser modules 12a and 12b.
  • the fiber diameter and fiber NA (Numerical Aperture) are selected appropriately, the size and divergence angle that can be incident on the fiber can be accommodated, and the beam can be substantially combined. I can say that.
  • the method shown in FIG. 8 is an example, and various other optical systems are conceivable.
  • the number of beams that are spatially coupled (position coupled) depends on the condensing property of the beam emitted from the laser module and can be incident on the fiber. If the light property can be maintained, the number may be increased.
  • the spatially-coupled (position-coupled) beams are polarization-coupled to form a total of two beams.
  • the polarization coupling will be described with reference to FIG.
  • the polarization direction of the laser beams generated from the laser modules 12a and 12b is rotated by 90 degrees as shown in FIG. 9 by a polarization rotation element 15 such as a wave plate or a polarization rotator.
  • the polarization direction of the beams generated from the laser modules 12a and 12b is 90 degrees different from the polarization direction of the beams generated from the laser modules 12c and 12d, and is superimposed on one beam by the polarizing element 16. .
  • wavelength coupling As shown in FIG. Wavelength coupling will be described with reference to FIG.
  • the beams from the laser modules 12 a to 12 d and the beams from the laser modules 12 e to 12 h are combined by the wavelength coupling mirror 17 to be combined into one beam.
  • the laser modules 12a-12d and the laser modules 12e-12h need to use laser diodes having different wavelengths.
  • the number of wavelength-coupled beams is not limited to two, and may be three or more. For this purpose, it is necessary to prepare laser diodes having different specifications.
  • LD LD
  • one laser module it is not always the case that one LD package (LD) fails in one laser module as shown in FIGS. 5 and 6, but one laser module. It is possible that two or more LD packages will fail. In addition, a failure may occur due to disconnection, contamination, or the like, and one laser module may not operate at a time (all LD packages in one laser module are in a state of failure or incapable of outputting a beam).
  • FIG. 11 is a diagram showing the operation of the beam combining device of the present invention when the laser module 12e becomes inoperable.
  • the laser module 12e stops operating.
  • the decrease in output due to the stop of the laser module 12e is compensated, the operation is continued, and the operation until the maintenance is continued. Therefore, each laser module may be provided with a plurality of spare LD packages, or there may be a laser module without any spare LD package.
  • the operation may be continued by increasing the current in addition to the operation of the spare LD package.
  • two or more LD packages fail in one laser module and it is sufficient to operate a part of the spare LD packages, it is not necessary to operate all the spare LD packages.
  • the operation may be continued only by moving the LD package.
  • each laser module including one spare LD package can be reduced when the number of LD packages included in one laser module exceeds the number of beam combinations after emission from the laser module.
  • the only way to increase the number of beam couplings is to increase the number of spatial coupling (position coupling) or wavelength coupling.
  • Increasing the number of spatially coupled (positionally coupled) beams degrades the beam condensing performance of the entire device.
  • To increase the number of wavelength couplings it is necessary to increase the wavelength, which leads to an increase in cost and difficulty in maintenance.
  • the number of beam combinations after emission from the laser module is limited, and it is advantageous to increase the number of wavelength couplings using a diffraction grating or a dispersion optical element, which is a beam combining element in the module, in order to improve the output.
  • a wavelength coupling device using a dispersive optical element the effect of the present invention is exhibited more greatly.
  • the apparatus can be configured with a smaller number of parts and the probability of failure can be reduced. Moreover, the apparatus can be miniaturized.
  • the possibility of dealing with various failures will be expanded.
  • one spare laser module when one spare laser module is provided, it is possible that the spare laser module fails and normal operation cannot be performed.
  • the output reduction of one laser module can be reduced by another. If it is configured so as to be supplemented with a laser module, it is possible to cover even when one laser module is broken.
  • the number of LD packages required to ensure the redundancy can be reduced.
  • the monitoring results from the respective monitor units 102 of all the laser modules in the beam combiner are input in a concentrated manner.
  • Laser module 102a that monitors a state for detecting a defect (failure) of each LD package in the laser module and the laser module, and a failure laser based on a monitoring result of the state of the laser module and LD package from laser monitor unit 102a
  • Control for determining a module and a failed LD package and outputting an open / close control signal for performing open / close control of an electric switch (not shown) provided on the wiring switching box 10 according to the determination result to the controller 100c of the corresponding laser module, for example.
  • a laser control unit 100cc for sending a signal may be provided.
  • the laser control unit 100cc performs control for causing the control unit 100c of the corresponding laser module to perform control for increasing the output of the normal LD package in order to compensate for the output of the failed LD package.
  • the control unit 100c may perform control to increase the LD current of the LD package.
  • each laser module is not limited to the configuration of the third embodiment, and may have a configuration including a spare LD package described in other embodiments.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the beam combining device of FIG. 12 includes wavelength-coupled external resonators having dispersibility in a plurality of laser modules, which perform coupling by space (position), polarization, and wavelength. A laser beam combined into one beam.
  • the laser modules 12f and 12g are not provided with a spare LD package.
  • FIG. 13 illustrates a laser module that does not include a spare LD package.
  • FIG. 14 shows a wiring change when one of the LD packages shown in FIG. 13 fails.
  • no spare LD package is provided in the laser module.
  • the wiring switching box 10 is provided so that the wiring can be switched outside the housing 7b so that the LD package can be short-circuited regardless of which LD package is defective. Same as 5 and 6.
  • the positive and negative terminals of the failed LD package 1f are short-circuited by wiring, and the operation is stopped.
  • the LD package 1f stops operating, the output of the entire laser module is reduced.
  • the above wiring is equivalent to the LD package 1f being disconnected from the power supply circuit.
  • the LD package 1f may be wired so as to be disconnected from the power feeding circuit.
  • the LD package stops operating as shown in FIG. 12, not only the same laser module but also spare laser modules arranged inside other laser modules also operate. It is not necessary to provide an LD package, and the operation can be continued until maintenance is performed. Further, the number of spare LD packages is not necessarily limited to one per module, and may be increased as necessary. Even if the number of spare LD packages is equal to one laser module, the optical element and the housing can be omitted. In such a configuration, since the number of parts is small, the apparatus can be miniaturized. In addition, the probability of failure occurrence can be reduced.
  • Embodiment 6 FIG.
  • the operating current value of the LD of the LD package is, for example, a device whose limit is 60A and the output increases depending on the current in a current region of 60A or less, it is always operated at 40A or 50A.
  • the LD package fails, only the failed LD package is disconnected from the power supply circuit by switching the wiring, the current value is increased to, for example, 55 A, etc., the necessary output is secured, and the operation is continued until maintenance can be performed. Also good.
  • the apparatus can be reduced in size.
  • FIG. FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • the LD package 1i, 1j, 1k in which failure may occur the casing 18 in which optical components such as the cylindrical lens 11c around the LD package are arranged, the diffraction grating 5b, and the part
  • the housing 7c including other optical elements such as the transmission mirror 6c may be provided separately. In this case, the adjustment is performed while arranging the LD packages one by one, and finally, all the LD packages are not arranged so as to operate normally.
  • a positioning member 19 that provides positional accuracy such as an abutment surface and a pin may be provided, and the housing 7c and the housing 18 may be arranged with a positional accuracy higher than a predetermined accuracy.
  • the housing 18 and the housing 7c may be configured such that a window W is provided and the inside of the housing 18 and the housing 7c is not affected by contamination or moisture even if it is removed on site. Further, the cover may be applied only when the window is removed so that the window does not affect the normal operation.
  • the housing 18 may be adjusted at another place by preparing another housing 7c as a reference for adjusting the housing 18.
  • the monitor unit 102 and the control unit 100c are provided, but these devices may be provided on the housing 7c side as shown in FIG. It may be provided separately.
  • the LD package can be easily replaced by separating the LD package and the optical component casing.
  • an adjustment mechanism for finely adjusting the positional relationship between the housing 18 and the housing 7c may be provided.
  • an adjustment mechanism may be provided in part or all of the diffraction grating 5b, the partial reflection mirror 6c, and the like of the components constituting the housing 7c, and adjustment control may be performed from the control unit 100c.
  • the adjusting mechanism be a mechanism that can be finely moved without opening the housing.
  • all the LD packages are stored in one casing 18, but as shown by a broken line, one part is put in another casing and only a part of the LD package casings is replaced. You may do it.
  • another casing 18 may be prepared as a replacement part, and only the casing 18 may be replaced when a failure occurs.
  • a spare LD package may be included in the LD packages 1i, 1j, and 1k.
  • FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a beam combining device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • a switching configuration between a failed LD package (light source) and a spare LD package (backup light source) is shown in relation to the first embodiment.
  • the LD package 1e is a spare light source
  • the LD packages 1a, 1b, and 1c are a plurality of light sources.
  • an LD package 1a, 1b, 1c, a bending mirror 2A-2F, a cylindrical lens 4, a dispersion optical element 5c as a beam coupling element, and an output coupling element 6d as an output optical element constitute an external resonator.
  • the light emitted from the LD packages 1a, 1b, and 1c is coupled to one beam between the output coupling element 6d and the dispersion optical element 5c, and is extracted from the output coupling element 6d. Further, part of the beam incident on the output coupling element 6d is returned to the LD packages 1a, 1b, and 1c via the dispersion optical element 5c.
  • part of the light from the LD packages 1a, 1b, and 1c is incident on the monitor unit 102, and can be detected when the output is reduced, for example, by comparison with the intensity of the output signal at the normal time. Yes.
  • control unit 100c operates the light source switching mechanism 101 according to the failure location in accordance with the detection result of the failure location of the LD packages 1a, 1b, and 1c from the monitor unit 102, and the failed LD package and the dispersion optical element 5c.
  • the optical path connecting the spare LD package 1e and the dispersion optical element 5c is in the operating state.
  • the spare LD package 1e can replace the operation of the LD package 1a by moving the folding mirrors 2A, 2E, and 2F.
  • the spare LD package 1e can replace the operation of the LD package 1b by moving the folding mirrors 2B and 2F as shown in FIG.
  • the spare LD package 1e can replace the operation of the LD package 1c by moving the folding mirror 2C.
  • FIG. 21 shows a folding mirror that moves and a folding mirror that remains stationary with respect to failure of each LD package.
  • the distance between the spare LD package 1e and the dispersion optical element 5c and the distance between the LD packages 1a, 1b, 1c and the dispersion optical element 5c may be equal.
  • a lens illustrated by a broken line in FIG. 17
  • a circuit for switching the circuit of the failed LD package from the power supply circuit and switching the power supply to the spare LD package 1 e may be provided.
  • the method of removing the folding mirror from the optical path is not limited to movement as long as the optical path is not affected by the bending mirror, and is not limited to movement, but is rotated (indicated by a broken line in the folding mirror 2A in FIG. 17), or moved and rotated. The same effect can be obtained even by applying the combination.
  • the bending mirrors 2A to 2F are configured to move on the rails 3a and 3b and to rotate about, for example, the center of the bending mirror by a drive motor (not shown). Further, the LD packages 1a, 1b, 1c and the spare LD package 1e are provided on the moving substrate 112 shown in FIG. 17 so as to be movable in the xy plane by a drive motor (not shown), thereby changing the positions of the LD packages. Thus, it becomes possible to support the failed LD package by the spare LD package.
  • LD package 1a-1d is a light source
  • LD package 1e is a spare light source
  • the diffraction grating 5 is a beam coupling element
  • the bending mirror 2, the cylindrical lens 4, the diffraction grating 5, and the partial transmission mirror 6 include a beam coupling optical system
  • the monitor unit 102 is a monitor unit
  • the light source switching mechanisms 101 and 111 and the control unit 100c are power supply switching units, Configure.
  • a mechanism for moving the bending mirror 2 onto the rail 3 and further an electric switch SW of a mechanism for adjusting the power supply from the power supply circuit to each LD package 1a-1e and controlling on / off as shown in FIG. And the like constitute a movable part of the light source switching mechanism 101.
  • a drive motor for driving the movable part, a power supply circuit to the LD package, and a power source thereof constitute a drive part of the light source switching mechanism 101.
  • LD packages 1f, 1g, 1h are light sources
  • LD package 1i is a spare light source
  • the diffraction grating 5a is a beam coupling element
  • the cylindrical lens 11, the movable mirrors 2a and 2b, the diffraction grating 5a, and the partial transmission mirror 6a are a beam coupling optical system
  • the monitor unit 102 is a monitor unit
  • the light source switching mechanism 101 and the control unit 100c are a power source switching unit, Configure.
  • the LD package 1i, the cylindrical lens 11b, and the movable mirrors 2a and 2b are movably supported by a movable support portion, and further, for example, as shown in FIG.
  • An electric switch SW or the like of a mechanism that performs control constitutes a movable part of the light source switching mechanism 101.
  • a drive motor that moves these movable parts, a power supply circuit to the LD package, and a power source thereof constitute a drive part of the light source switching mechanism 101.
  • LD packages 1f, 1g, 1h are light sources
  • LD package 1j is a spare light source
  • the diffraction grating 5a is a beam coupling element
  • the cylindrical lens 11c, the diffraction grating 5a, and the partial transmission mirror 6b are a beam coupling optical system
  • the monitor unit 102 is a monitor unit
  • the wiring switching box 10 is a wiring switching box
  • the housing 7b is a housing
  • the control unit 100c (light source switching mechanism 101) is a power switching unit, Configure.
  • the movable switch of the light source switching mechanism 101 is configured by the electric switch SW of the mechanism for adjusting the power supply from the power supply circuit to the LD package and controlling on / off as shown in FIG. To do.
  • the power supply circuit to the LD package, its power supply, and the like constitute a drive unit of the light source switching mechanism 101.
  • Laser modules 12a-12h are laser modules
  • the spatial coupling (position coupling) unit, the polarization coupling unit, the wavelength coupling unit, and the fiber coupling unit are a module beam coupling optical system 500
  • the laser monitor unit 102a is a laser monitor unit
  • the laser control unit 100cc is a laser control unit, Configure. The configuration in each laser module follows the configuration of other embodiments.
  • LD packages 1i, 1j, and 1k are light sources and auxiliary light sources
  • the diffraction grating 5b is a beam coupling element
  • the cylindrical lens 11c, the diffraction grating 5b, and the partial transmission mirror 6c are a beam coupling optical system
  • the housing 7c is the main housing
  • a case 18 (including each divided case) is a sub-case
  • the positioning member 19 is a positioning portion; Configure.
  • LD package 1a-1c is a light source
  • LD package 1e is a spare light source
  • the bending mirror 2A-2E is an optical element
  • the dispersion optical element 5c is a beam coupling element
  • the output coupling element 6d is an output optical element
  • the bending mirror 2A-2E, the cylindrical lens 4, the dispersion optical element 5c, and the output coupling element 6d are a beam coupling optical system
  • the monitor unit 102 is a monitor unit
  • the light source switching mechanism 101 and the control unit 100c are a power source switching unit, Configure.
  • the electric switch SW or the like of a mechanism that performs adjustment of power supply from the power supply circuit to 1e and on / off control constitutes a movable portion of the light source switching mechanism 101.
  • each drive motor for driving the movable part, a power supply circuit to the LD package, and a power source thereof constitute a drive part of the light source switching mechanism 101.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes all possible combinations thereof. Further, the light source switching of the beam combining device of each embodiment may be performed manually or automatically by a control unit or the like.
  • the configuration of the beam combining device according to the present invention can be applied to beam light sources in various fields.
  • 1a-1j LD package 2,2A-2F bending mirror, 2a, 2b movable mirror, 3, 3a, 3b rail, 4, 11, 11b, 11c cylindrical lens, 5, 5a, 5b diffraction grating, 5c dispersion optical element, 6, 6a, 6b, 6c partial transmission mirror, 6d output coupling element, 7, 7a, 7b, 7c, 18 housing, 10 wiring switching box, 12a-12h laser module, 13 first cylindrical lens, 14 second cylindrical lens, 15 polarization rotation element, 16 polarization element, 17 wavelength coupling mirror, 19 positioning member, 100 beam coupling device, 100c control unit, 100cc laser control unit, 101, 111 light source switching mechanism, 102 monitor unit, 102a laser monitor unit, movable unit 1011, drive unit 1012, SW Electric switch, W window.

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Abstract

　複数の光源および１つまたは複数の予備光源からのビームを、ビーム結合光学系に入射させ、ビーム結合素子通過後に結合させて出力させるビーム結合装置において、前記複数の光源の故障を検出し、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させるビーム結合装置等を提供する。

Description

ビーム結合装置およびビーム結合装置の出力回復方法
　この発明は、複数のレーザ光を１本の光束にまとめて使用するビーム結合装置およびビーム結合装置の出力回復方法、特に予備光源による冗長化(光源故障時のリカバリー機能)等に関するものである。
　例えば下記特許文献１に開示された従来のこの種のビーム結合装置では、複数設けられたレーザ光出射ユニットにそれぞれ光ファイバが固定され、これらの光ファイバを束ねて光ファイバのハンドル部を形成する、複数のレーザビームを結合する構成を有していた。
特許第５２７０９４９号明細書(４頁５０行－５頁８行、図１－５)
　このような従来のビーム結合装置にあっては、各レーザ光出射ユニットにそれぞれ光ファイバが固定されているため、複数のレーザビームを結合させる際に自由度がない。このため例えば、故障時のための予備のレーザ光出射ユニットを設けた場合、結合できるビーム本数に限りがあるため、予備のレーザ光出射ユニットが結合する本数の一部を占有することから、レーザ出力の上限が低くなってしまう。
　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数のレーザビームの結合を自由度のある構造とし、レーザ出力の上限を下げることなく、予備光源を追加可能なビーム結合装置等を得ることを目的としている。
　この発明は、複数の光源と、１つまたは複数の予備光源と、前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記各光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、故障を検出するために前記各光源からのビームをモニタするモニタ部と、前記光源の故障が検出された時に、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系の少なくとも１部に設けられた可動部により、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させる光源切替え部と、を備えたビーム結合装置等にある。
　この発明では、複数のレーザビームの結合を自由度のある構造とし、レーザ出力の上限を下げることなく、予備光源を追加可能なビーム結合装置等を提供できる。
この発明の実施の形態１によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態２によるビーム結合装置の概略構成図である。 図３のＬＤパッケージの側面図である。 この発明の実施の形態３によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態３によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の空間結合(位置結合)を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の偏光結合を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置の波長結合を説明するための図である。 この発明の実施の形態４によるビーム結合装置のモジュール停止時の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態５によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態５によるビーム結合装置の予備光源を搭載しないレーザモジュールの構成の一例を示す図である。 この発明の実施の形態５によるビーム結合装置の予備光源を搭載しないレーザモジュールの光源故障時の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態７によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態３によるビーム結合装置の配線切替ボックスの別の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態８によるビーム結合装置の各ＬＤパッケージの故障に対する折り曲げミラーの制御を示す図である。
　以下、この発明によるビーム結合装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一または相当部分は同一または相当する符号で示し、重複する説明は省略する。
　実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１によるビーム結合装置の概略構成図である。波長結合外部共振器を含むビーム結合装置１００は、光源であるレーザダイオード(ＬＤ)素子からの光を分散性によって、１本のビームに結合して出力する。図１を使用して動作機構を簡単に説明する。ＬＤバーを搭載した光源であるＬＤパッケージ１ａ－１ｅから出射したレーザビームは、各ＬＤパッケージ１ａ－１ｅに対して各１個設けられた折り曲げミラー２(光路上でビーム方向を変更する光学素子)で方向が変更されて、シリンドリカルレンズ４に入射される。レーザビームはシリンドリカルレンズ４によってビーム結合素子である回折格子５で重畳され、回折格子５の分散性によって、回折格子５と部分透過ミラー６の間で１本のビームに重畳される。ＬＤパッケージ１ａ－１ｅ、各折り曲げミラー２、後述するレール３、シリンドリカルレンズ４、回折格子５、部分透過ミラー６を収納する筐体７が設けられており、筐体７からビームを取り出すよう、ビーム透過素子および分散光学素子の機能を有する出力透過素子５６等が配置されている。図１において、ＬＤパッケージ１ｅは予備光源であり、他のＬＤパッケージと同等のものが搭載されている。また、破線で例示するようにコリメートレンズＣＬを必要に応じて、適宜設ける(以下同様)。
　図２は、図１の構成において、ＬＤパッケージ１ｂが故障した際に、予備のＬＤパッケージ１ｅが動作する様子を示したものである。ＬＤパッケージ１ｂのレーザビーム出力側に置かれていた折り曲げミラー２は取り除かれまたはＬＤパッケージ１ｂのレーザビームの光路外に移動され、代わりに予備のＬＤパッケージ１ｅの折り曲げミラー２がレール３の上を動いて、ＬＤパッケージ１ｂの光路があった位置と光路が重なるよう配置される。折り曲げミラー２は、ＬＤパッケージ１ｂの代替として機能し得るに充分な配置精度で配置されている。なお、レール３はレーザビームを遮らないように光路からオフセット(例えば図の紙面裏面側にオフセット)されている。
　なお、レール３を各ＬＤパッケージ１ａ－１ｅのそれぞれに設けて、折り曲げミラー２をそれぞれに移動させるようにしてもよい。また、ＬＤパッケージ１ｅの折り曲げミラー２およびＬＤパッケージ１ｂの折り曲げミラー２、さらにはその他のＬＤパッケージの折り曲げミラー他の移動は、手動または電動で行い、筐体７の外側から行うことができるような機構が設けてあり、筐体７を開けることなく、移動することができる。また、ＬＤパッケージ１ａ－１ｅの出力低下は随時、筐体７の内側または外側で個別にモニタできるような図１に示すようなモニタ機構(モニタ部１０２)が設けられていることが望ましい。なお、図２以降では筐体７の外側の構成の図示は省略する。
　具体的には、各ＬＤパッケージ１ａ－１ｅは給電回路から電力供給の調整、オンオフが施される。また各ＬＤパッケージ１ａ－１ｅはそれぞれレール３上に折り曲げミラー２を移動させる駆動モータ(図示省略)を備えている。これらの光源切替え機能を光源切替え機構１０１として示す。またＬＤパッケージ１ａ－１ｅの故障を検出するためのＬＤパッケージの状態のモニタ装置(ＬＤパッケージから出力されるレーザビームの波長、レーザビーム強度(出力)、出射方向、ＬＤパッケージのＬＤでの電圧等をモニタする)をモニタ部１０２として示す。筐体７の外側に設けられたコンピュータ等からなる制御部１００ｃは、光源切替え機構１０１およびモニタ部１０２に接続され、光源切替え機構１０１を制御してＬＤパッケージのオンオフ(具体的には給電回路からの給電のオンオフにより給電回路への接続、切り離しを行う)、供給電力の調整、オペレータからの入力に従って折り曲げミラー２の移動の制御を行う。また、モニタ部１０２がモニタしたＬＤパッケージの状態に従って故障ＬＤパッケージを判定する。
　制御部１００ｃは、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態から故障ＬＤパッケージを判定し、判定結果に従って光源切替え機構１０１を制御して、故障ＬＤパッケージを給電回路から切り離し、代わりに予備ＬＤパッケージを給電回路に接続し、さらに故障ＬＤパッケージの折り曲げミラーを光路から外し、予備ＬＤパッケージの折り曲げミラーを光路が故障ＬＤパッケージの光路に重畳するように移動させるようにしてもよい。
　また、折り曲げミラー２の移動を手動で行う場合には、一端が折り曲げミラー２に連結され他端が筐体７を貫通して外部に突出した操作棒をオペレータが手動で操作する。
　このように構成されたビーム結合装置においては、筐体７を開けることなく、故障の発生したＬＤパッケージの代わりに、予備のＬＤパッケージの動作を開始することが可能である。
　この実施の形態においては、ＬＤパッケージがＬＤバーを搭載した場合について述べたが、ＬＤチップはシングルチップでもよい。
　また、ＬＤパッケージの個数は、運転開始時に４個が動作し、予備ＬＤパッケージが１個である場合について示したが、ＬＤパッケージ、予備ＬＤパッケージの数はこれに限定されない。例えば予備ＬＤパッケージを複数設けてもよい。
　また、この実施の形態においては、透過型の回折格子５を分散性媒質として使用しているが(波長結合外部共振器)、ビームを結合する方法であれば、波長結合、偏光結合、空間結合(位置結合)、いずれの場合においても同様の装置(ビーム結合外部共振器)を構成することができる。
　また、光源をビーム結合装置の出力側で光ファイバＯＰ(図１参照)に結合する場合は、光路差等によって、ＬＤパッケージ１ｂからの光とＬＤパッケージ１ｅからの光に差異が生じても、ある程度であれば、ファイバ伝播によるビームモードの等方化効果によって、予備ＬＤへの切り替えによるビームの変動の影響を緩和することができる。
　この実施の形態においては、ＬＤパッケージの光出力が低下する等により、正常動作ができなくなった際に、筐体中に配置された予備のＬＤパッケージが動作を開始することによって、正常動作を継続することができる。また、正常動作時には、予備のＬＤパッケージは波長結合外部発振器の光路を全く占有しないため、予備のＬＤパッケージがあることによって、正常動作時の出力の限界が下がることもない。そのため、同じ数のＬＤパッケージを使用した場合に、ＬＤ故障時に予備ＬＤパッケージによる代替動作ができることによる冗長性を保持しながら、光路を占有しないことにより、出力の限界を下げないで冗長性を確保する効果がある。また、どのＬＤパッケージが故障したかを自動計測する装置を備えたことにより、筐体を開けることをせずに、代替動作が可能である。そのため、コンタミネーションや湿気の影響を受けない交換が可能である。
　なお、図１の光源切替え機構１０１に上記の動作を行うための可動部１１０１とこの可動部１１０１を駆動する駆動部１１０２を模式的示した。
　可動部１１０１は例えば、折り曲げミラー２をレール３上に移動させる機構、さらに例えば図１６に示されるような、各ＬＤパッケージ１ａ－１ｅへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチ等を含む。
　駆動部１１０２は例えば、上述の可動部を駆動するための駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等を含む。
　なお、これらの具体的な構成は使用形態により適当な構成のものを選択して設ければよい(以下同様)。
　なお、光源切替え機構１０１の一部は後述するように筐体７の外に設けた方が好ましい場合もあり、光源切替え機構１１１として示した。
　なお、図２以降の図ではこれらの図示を省略する。
　実施の形態２．
　図３はこの発明の実施の形態２によるビーム結合装置の概略構成図である。図３に示すように、移動式の予備ＬＤパッケージを設けて光路を切替えられるようにして、冗長性の高いビーム結合装置を構成してもよい。図３において、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈから発生したレーザビームは、シリンドリカルレンズ１１によってコリメートされ、回折格子５ａで重畳される。回折格子５ａから部分透過ミラー６ａの間ではビームは重畳しており、回折格子５ａからＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの間では異なる光路となっている。回折格子５ａの持つ分散性によって、異なるＬＤパッケージからのビームが異なる波長を持ち、異なる角度で回折されるため、部分透過ミラー６ａから１本のビームとしてビームは取り出される。
　図４には図３の矢印Ａの方向からのＬＤパッケージ１ｈを側面から見た図を示す。この実施の形態においては、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの下部側(図３において図面用紙の裏面方向)に設けられた予備ＬＤパッケージ１ｉは、ＬＤパッケージ故障時、可動ミラー２ａ，２ｂが移動することによって、光路を打ち上げ(光路を上方に平行移動させる)、ＬＤパッケージ１ｈから回折光子５ａに至る光路と重畳させることができるよう構成されている。また、ＬＤパッケージ１ｉおよびその可動ミラー２ａ，２ｂは、図３において点線の矢印で示したように、回折格子５ａを中心として回転する方向に移動することができるよう構成されており、故障時に、ＬＤパッケージ１ｈだけでなく、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇの光路にも重畳できるよう構成されている。
　このように構成されたビーム結合装置においては、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈのどれが故障した場合においても、ＬＤパッケージ１ｉ、そのシリンドリカルレンズ１１ｂ、および打ち上げ(光路平行移動)用の可動ミラー２ａ，２ｂが回転していき、迫り上がることによって、故障したＬＤパッケージの光路が代替され、予備ＬＤパッケージを故障パッケージに替わって動作開始させることができる。
　この実施の形態内には詳細は図示されていないが、望ましくは、上記実施の形態と同様に例えば、制御部１００ｃ，光源切替え機構１０１，１１１，モニタ部１０２を設け、ＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈのどれが故障したかを判定して、故障したＬＤパッケージを予備ＬＤパッケージ１ｉで代替するのがよい。故障したＬＤパッケージのモニタ部１０２は、波長結合共振器なので、波長をモニタする装置を搭載していてもよいし、波長測定装置の分のコスト削減のため、モニタ時のみ既存の波長測定装置を結合できるファイバ端子を設けてもよい。
　また、各ＬＤパッケージの電圧をモニタしてもよい。さらに、回折格子５ａの０次光が漏れて来る回折格子５ａを使用している場合には、漏れ光の方向をモニタし、どのＬＤパッケージが故障したか、検出してもよい。
　また、望ましくは、モニタ部は自動で動作するか、モニタ部が装置の筐体７ａ外に設けられていて、さらに、可動部を移動させる機構と、配線を切り替え、故障ＬＤパッケージに電流が流れないようにし、予備ＬＤパッケージに電流が流れるよう切替える機構が装置の筐体外に設けられていて、筐体を開けないでも切替えが可能である方が望ましい。
　この場合、例えば光源切替え機構１０１は、ＬＤパッケージ１ｉ、そのシリンドリカルレンズ１１ｂ、および打ち上げ(光路平行移動)用の可動ミラー２ａ，２ｂを、回折格子５ａを中心として回転する方向に移動させ、さらに可動ミラー２ａ，２ｂの迫り上がり動作を行わせる。ＬＤパッケージ１ｉ、シリンドリカルレンズ１１ｂ、可動ミラー２ａ，２ｂは例えばこれらの動作を行わせるそれぞれ駆動モータを設けた可動支持部(図示省略)上に設けられており、光源切替え機構１０１は可動支持部を動かす制御を行う。また上記実施の形態と同様に、各ＬＤパッケージの給電の調整、オンオフを行う。モニタ部１０２はＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈの状態をモニタする。制御部１００ｃは、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態のモニタ結果から故障ＬＤパッケージを判定し、判定結果に従って光源切替え機構１０１を制御して、故障ＬＤパッケージ(例えば１ｈ)を給電回路から切り離し、代わりに予備ＬＤパッケージ１ｉを給電回路に接続し、さらにＬＤパッケージ１ｉ、そのシリンドリカルレンズ１１ｂ、および可動ミラー２ａ，２ｂを故障ＬＤパッケージ下方まで回転させ、可動ミラー２ａ，２ｂを迫り上がらせる動作を行わせる。
　なお、制御部１００ｃの表示部(図示省略)に、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態の検出結果を表示し、表示からオペレータが故障ＬＤパッケージを判定して、故障ＬＤパッケージを予備ＬＤパッケージに切り替える指示をオペレータが制御部１００ｃに入力し、入力された指示に従った制御部１００ｃからの制御信号に従って光源切替え機構１０１が上記切替え動作をするようにしてもよい。
　また、モニタ部１０２を筐体７ａの外に設け、筐体内のレーザビーム波長、レーザビーム強度(出力)、出射方向、ＬＤパッケージのＬＤでの電圧等を検出するセンサ(図示省略)からの検出信号を筐体７ａの外で受けるようにしてもよい。または筐体７ａの一部を透明にして、離れた場所から検出可能なレーザビームの状態を筐体７ａの外からモニタするようにしてもよい。また、光源切替え機構１０１に関し、ＬＤパッケージの給電回路への接続、切り離しを、以降の実施の形態でも説明するように、筐体７ａの外に、配線切替えを行う配線切替ボックスを設けて、手動、または配線切替ボックスに電動スイッチを設けて制御部１００ｃからの制御信号でオンオフ制御して、配線切替えを行ってもよい。これは他の実施の形態についても同様である。
　このように構成されたビーム結合装置においては、ＬＤパッケージ故障時に故障したＬＤパッケージを予備ＬＤパッケージに交換することが可能であるため、予め、予備ＬＤパッケージのための光路を開けておく必要はなく、より大きな出力を発生させることが可能である。また、交換の際に、故障部品を検知して筐体外部から操作を行うことができ、コンタミネーションによる故障の影響を緩和できる。また、交換に必要とされる時間と手間を軽減することができる。
　なお、複数の光源であるＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈは例えば、ビーム結合素子である回折格子５ａを中心として同心円状に配置されている。予備光源であるＬＤパッケージ１ｉは、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈより半径が小さくかつ同心円を含む面に対して直交する方向にオフセットされた同心円状の軌道を移動する。
　光源切替え機構１０１の可動部は例えば、ＬＤパッケージ１ｉ、シリンドリカルレンズ１１ｂ、可動ミラー２ａ，２ｂを上記のように移動可能に支持するは可動支持部、さらに例えば例えば図１６に示されるような、ＬＤパッケージへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ、等を含む。駆動部は、これらの可動部を動かす駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等を含む。
　実施の形態３．
　図５はこの発明の実施の形態３によるビーム結合装置の概略構成図である。図５に示すように、分散性を利用した波長結合外部共振器内に、予備光源(予備ＬＤパッケージ)用光路を１つ設け、故障(不良)発生時に、電源からの配線切替えのみで光路を切替える構成としてもよい。図５に示す実施の形態において、ＬＤ装置の使用開始時には、ＬＤバーを搭載したＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈが、ＬＤパッケージの給電回路との接続、切り離しを行う配線切替ボックス１０上で直列に接続されていて動作しており、実施の形態２と同様に、外部共振器を形成している。すなわち、部分透過ミラー６ｂと回折格子５ａの間は共通の光路、回折格子５ａとＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの間は、回折格子５ａの分散性によって回折角が波長によって異なることにより、別々の光路が形成されている。また、予備(光源)ＬＤパッケージ１ｊは、故障防止のため、使用開始時、＋(正極)端子と－(負極)端子が接続されている。ＬＤパッケージ１ｆ，１ｇ，１ｈ、予備(光源)ＬＤパッケージ１ｊにはシリンドリカルレンズ１１ｃがそれぞれ設けられている。
　次に、ＬＤパッケージ１ｇが故障した場合に予備光源(ＬＤパッケージ)１ｊがＬＤパッケージ１ｇの動作を代替する様子を図６に示した。図６において予備ＬＤパッケージ１ｊは、ＬＤパッケージ１ｆ－１ｈからの光が入射している回折格子５ａにおいて、ビームが他ＬＤと同じ位置に入射し、重畳するよう構成されており、また、回折格子５ａから部分透過ミラー６ｂまでの間で他のビームと同一光軸となるよう構成されている。
　また、予備ＬＤパッケージ１ｊは、図６のように配置された位置での回折角に対応した波長帯に他ＬＤを代替するのに充分な利得を有する。
　また図６においては、予備ＬＤパッケージ１ｊが端に配置されているが、必ずしも端に配置されている必要はなく、ＬＤパッケージ間でも、両端に配置されていてもよい。
　また、予備ＬＤパッケージ１ｊの数は１つと限る必要はなく、装置に必要とされる冗長性に応じて、いくつ配置してもよい。
　また、回折格子５ａから部分透過ミラー６ｂまでの光路を他のＬＤパッケージと共有できること、予め定められた出力、予め定められた集光性が得られること等の動作は装置の使用開始前に予め調整されている。
　ＬＤパッケージ１ｇが故障した際、まず、どのＬＤパッケージが故障したかを、モニタ部１０２、モニタ結果を表示する表示部を設けた制御部１００ｃにより検知、表示する。故障ＬＤパッケージの検知方法は、実施の形態２に記したように、各ＬＤパッケージの電圧をモニタしてもよいし、また各ＬＤパッケージのレーザビーム出力、出射方向、波長等をモニタしてもよい。また、モニタするための端子や受光部だけを設けておき、検査時にファイバやコンソール、ＰＣ(パーソナルコンピュータ)を接続してもよい。どのＬＤパッケージが故障したか検知され表示されると、オペレータは、筐体７ｂの外に配置されている配線切替ボックス１０において、図６に示したように、ＬＤパッケージ１ｇへの電流供給を止め(給電回路から切り離す)、予備ＬＤパッケージ１ｊを給電回路に接続して電流供給が開始されるように配線を切替え、装置を動作させる。
　なおこの際、給電回路の図５に示した電源ＰＳにより電流、電圧を調整してＬＤパッケージの出力を調整するようにしてもよい。またこの電源ＰＳは各駆動部の駆動モータの電源としても使用可能である。
　この実施の形態においては、光源切替え機構である配線切替ボックス１０が筐体の外に設けられていて、筐体を開けることなく、配線の切替が可能であるため、筐体内に配置された光学素子やＬＤ素子へのコンタミネーション、湿気の及ぼす悪影響を避けることができる。また、配線の切替えとモニタを早く行うことができるため、メンテナンスを行うオペレータの負担を軽くすることができる。可能であれば、故障ＬＤパッケージの検知と配線の切替えのうち、どちらか、もしくは両方を自動で行うことが望ましい。
　すなわち、上記実施の形態で説明したのと同様に、制御部１００ｃで、モニタ部１０２からのＬＤパッケージの状態のモニタ結果から故障ＬＤパッケージを判定し、判定結果に従って、図１６に例示するように、光源切替え機構(可動部、駆動部を含む)となる配線切替ボックス１０上に設けられた、配線の接続、切り離しを行う電動スイッチＳＷへの開閉制御信号を出力して、故障ＬＤパッケージを給電回路から切り離し、代わりに予備ＬＤパッケージ１ｊを給電回路に接続する。またさらに、給電回路の電源ＰＳを制御して電流、電圧の調整を行うようにしてもよい。
　図１６について簡単に説明すると、ＬＤパッケージ１ｆ－１ｈ、および予備ＬＤパッケージ１ｊは直列に接続されており、電動スイッチＳＷを備えた短絡回路が各ＬＤパッケージに設けられている。図５の状態に相当する初期には、予備ＬＤパッケージ１ｊの短絡回路の電動スイッチＳＷがオン(接続されて通電状態)になっており、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈの短絡回路の電動スイッチＳＷはオフ(非接続、通電できない状態)で、ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈが動作し、装置が機能を発揮する。そして例えば図６に示すようなＬＤパッケージ１ｇが故障した場合、ＬＤパッケージ１ｇに設けられた短絡回路の電動スイッチＳＷがオフ状態からオン状態となり、予備ＬＤパッケージ１ｊに設けられた短絡回路の電動スイッチＳＷが逆にオン状態からオフ状態となることにより、ＬＤパッケージ１ｆ，１ｈ、予備ＬＤパッケージ１ｊが動作する。なおこの切替え回路の構成は一例であり、用途に合わせて適当な構成とすればよい。
　従来、電流が小さい場合は自動での電流切替が容易であったが、この実施の形態のように、数Ａ以上のレベルの大電流の切替は自動化が難しく、装置が大型化してしまう場合があるため、配線切替ボックス１０を、筐体外に設け、手動で切替える機構を設けてもよい。すなわち、この発明の効果は光源に通電される電流が１Ａを超える電流の場合、より大きく発揮される。
　この実施の形態のように、予備パッケージに別途、光路を設けて波長結合外部発振器を構成することにより、実施の形態２のように、移動機構等を設けなくとも、配線の切り替えだけによって、故障時に正常動作を継続することが可能である。移動機構を省くことにより、装置の小型化、交換時間の短縮を図ることができる。
　実施の形態４．
　図７はこの発明の実施の形態４によるビーム結合装置の概略構成図である。図７において、レーザモジュール１２ａ－１２ｈは、それぞれ例えば実施の形態３ｄで説明した予備ＬＤパッケージを備えた波長結合外部共振器である。すなわち例えば図５のＬＤパッケージ１ｆ－１ｈ，予備ＬＤパッケージ１ｊ、シリンドリカルレンズ１１ｃ、回析格子５ａ、部分透過ミラー６ｂ、筐体７ｂ、さらに配線切替ボックス１０，モニタ部１０２，制御部１００ｃを含む。この実施の形態において、隣のレーザモジュール、すなわち、１２ａと１２ｂ、１２ｃと１２ｄ、１２ｅと１２ｆ、１２ｇと１２ｈはそれぞれ、空間結合(位置結合)されて、各モジュールからの合計８本の出射ビームは４本となる。
　空間結合(位置結合)について、図８を用いて簡単に説明する。図８において、レーザモジュール１２ａと１２ｂから発生したレーザビームは、第１のシリンドリカルレンズ１３によって、集光される。そして、集光点を過ぎた後に配置された第２のシリンドリカルレンズ１４によってコリメートされ、第１のシリンドリカルレンズ１３に入射したときより間隔を狭められる。このようにして間隔を狭められたレーザビームは、空間結合(位置結合)した２本のビーム全体としての集光性が、レーザモジュール１２ａと１２ｂから出射された直後に比べて向上しており、１本のビームに重畳はしていないが、ファイバ径、ファイバのＮＡ(Numerical Aperture)を適切に選択すれば、ファイバに入射可能なサイズと拡がり角に収めることができ、実質的に結合できたといえる。また、図８に示した方法は一例であり、光学系は他にも多種考えられる。また、ここでは２本のビームを結合した場合について示したが、空間結合(位置結合)するビームの本数はレーザモジュールから出射されるビームの集光性に依存して、ファイバに入射可能な集光性を維持できれば、本数を増やしてもよい。
　次に、図７のように空間結合(位置結合)されたビームが偏光結合され、全部で２本のビームとなる。図９を用いて偏光結合について説明する。図９において、レーザモジュール１２ａと１２ｂから発生したレーザビームは、波長板や偏光ローテータ等の偏光回転素子１５によって図９に示したように偏光方向を９０度回転させられる。その結果、レーザモジュール１２ａと１２ｂから発生したビームの偏光方向は、レーザモジュール１２ｃと１２ｄから発生したビームの偏光方向と９０度異なる状態になり、偏光素子１６によって、１本のビームに重畳される。
　次にさらに、図７のように波長結合によって、１本のビームに結合される。波長結合について図１０を用いて説明する。レーザモジュール１２ａ－１２ｄからのビームと、レーザモジュール１２ｅ～１２ｈからのビームを波長結合ミラー１７で結合することによって、１本のビームにまとめている。レーザモジュール１２ａ－１２ｄと、レーザモジュール１２ｅ－１２ｈは異なる波長のレーザダイオードを使用する必要がある。また、波長結合のビーム本数も、２本に限ることはなく、３本以上、いくつでもよいが、そのためには異なる仕様のレーザダイオードを用意する必要がある。最後に図７にあるようにファイバ結合され使用される。
　以上のように構成されたビーム結合装置においては、必ずしも図５、６のように１個のレーザモジュール内に各１個のＬＤパッケージ(ＬＤ)が故障すると限ったわけではなく、１個のレーザモジュール内で２個以上のＬＤパッケージが故障することもあり得る。また、断線やコンタミネーション等によって故障し、レーザモジュール１個が一度に動作しなくなることもあり得る(１個のレーザモジュール内の全てのＬＤパッケージが故障またはビームが出力できない状態になる)。
　図１１は、レーザモジュール１２ｅが動作できなくなった場合の、この発明のビーム結合装置の動作を示した図である。図１１にあるように、レーザモジュール１２ｅが故障して動作できない場合、レーザモジュール１２ｅは動作が停止してしまう。このとき、他のレーザモジュールに搭載された予備ＬＤパッケージを全部稼動することによって、応急処置として、レーザモジュール１２ｅの停止による出力低下を補い、運転を続け、メンテナンスまでの動作継続を行う。そのために、各レーザモジュールには、複数の予備ＬＤパッケージを備え付けてもよいし、１個も予備ＬＤパッケージを備え付けないレーザモジュールがあってもよい。また、応急処置において、予備ＬＤパッケージ稼動以外に、電流を増すことによって、運転を継続してもよい。また、１個のレーザモジュール内に２個以上のＬＤパッケージが故障し、予備ＬＤパッケージを一部稼動すればよい場合には、全ての予備ＬＤパッケージを稼動する必要はなく、必要数だけの予備ＬＤパッケージを動かすだけで動作を継続してもよい。
　このように構成されたビーム結合装置においては、予備として、別のレーザモジュールを１台設ける必要はなく、ビーム結合装置全体の冗長性を向上することが可能であり、１台レーザモジュールが停止した場合にも所望の出力を維持しての運転が可能である。また、予備ＬＤパッケージ１個を各レーザモジュールが備えるコストは、１個のレーザモジュール内に備えるＬＤパッケージ数を、レーザモジュール出射後のビーム結合本数が上回る場合、コストを安くすることができる。
　ビーム結合本数を増やすためには、空間結合(位置結合)または、波長結合の本数を増やすしかない。空間結合(位置結合)のビーム本数を増やすと装置全体のビームの集光性を悪化させる。波長結合の本数を増やそうとすると、波長を増やす必要があり、コスト増加とメンテナンスの困難化につながる。以上のことから、レーザモジュール出射後のビーム結合本数は限られており、出力向上にはモジュール内のビーム結合素子である回折格子や分散光学素子を用いて波長結合数を増やす方が有利であり、分散光学素子を使用した波長結合装置の場合、この発明の効果はより大きく発揮される。
　この発明と別の冗長性確保の方法である予備のレーザモジュールを設けた場合に比べ、より少ない部品点数で装置を構成することができ、故障の発生確率を小さいものとすることができる。また、装置を小型化できる。
　また、様々な故障に対して、対応の可能性が広がる。例えば、予備レーザモジュールを１台設けた場合には、予備レーザモジュールが故障して正常動作が行えなくなることも考えられるが、この実施の形態のように、１つのレーザモジュールの出力低下を別のレーザモジュールで補うような構成としておけば、１個のレーザモジュールが壊れた場合でもカバーすることができる。また、その冗長性を確保するために必要とされるＬＤパッケージの個数も少ないものとすることができる。
　さらに図７に代表して破線で示すように(以降の実施の形態でも同様)、ビーム結合装置内の全てのレーザモジュールのそれぞれのモニタ部１０２からのモニタ結果を集中して入力して、各レーザモジュールさらにはレーザモジュール内の各ＬＤパッケージの不良(故障)を検出するための状態をモニタするレーザモニタ部１０２ａと、レーザモニタ部１０２ａからのレーザモジュールおよびＬＤパッケージの状態のモニタ結果から故障レーザモジュール、故障ＬＤパッケージを判定し、例えば該当するレーザモジュールの制御部１００ｃに、判定結果に従って配線切替ボックス１０上に設けられた電動スイッチ(図示省略)の開閉制御を行う開閉制御信号を出力させる制御信号を送るレーザ制御部１００ｃｃを設けてもよい。
　またこの場合、レーザ制御部１００ｃｃが、後述するように、故障ＬＤパッケージの出力を補うために、正常なＬＤパッケージの出力をアップさせる制御を該当するレーザモジュールの制御部１００ｃに行わせる制御を行い、制御部１００ｃが担当するＬＤパッケージのＬＤの電流を増加させる制御を行うようにしてもよい。
　また、各レーザモジュールの制御部１００ｃを介さずに、レーザ制御部１００ｃｃで全てのレーザモジュール、ＬＤパッケージの制御(配線切替ボックス１０での配線切替制御、出力調整等を含む)を直接行うようにしてもよい。
　また、各レーザモジュールは、実施の形態３の構成に限らず、その他の実施の形態で説明する予備ＬＤパッケージを備えた構成のものであってもよい。
　実施の形態５．
　図１２はこの発明の実施の形態５によるビーム結合装置の概略構成図である。図１２のビーム結合装置では実施の形態４のもの同様に、複数のレーザモジュール内に分散性を持った波長結合外部共振器を備え、それらが、空間(位置)、偏光、波長による結合を行って１つのビームに結合されたレーザビームを発生する。ビーム結合装置によっては、レーザモジュール全体の不良が殆どなく、不良が発生するのは、ＬＤパッケージ単体の場合が殆どであり、レーザモジュールの動作停止に備える必要がない場合がある。図１２においてはレーザモジュール１２ｆ，１２ｇには予備のＬＤパッケージが備え付けられていない。
　予備のＬＤパッケージを備えていないレーザモジュールを図示したものが図１３である。また、図１３に示したＬＤパッケージのうち、１個が故障したときの配線変更を示したものが図１４である。図１３において、レーザモジュール内には予備ＬＤパッケージが備えられていない。一方、配線については、どのＬＤパッケージが不良を起こしても、そのＬＤパッケージを短絡できるよう、筐体７ｂ外で配線の切替が行えるように、配線切替ボックス１０が設けられている点は、図５，６と同じである。故障時においては、図１４のように、故障したＬＤパッケージ１ｆの正負両端子間が配線で短絡され、動作を停止する。ＬＤパッケージ１ｆが動作を停止したことにより、レーザモジュール全体の出力が低下する。
　なお上記配線はＬＤパッケージ１ｆが給電回路から切り離されたに等しい。またこの場合、ＬＤパッケージ１ｆを給電回路から切り離されるように配線されてもよい。
　ＬＤパッケージが動作を停止した場合、図１２に示すように、同じレーザモジュール内だけでなく、他のレーザモジュール内部に配置された予備レーザモジュールも動作するため、必ずしも全てのレーザモジュールに対して予備ＬＤパッケージを設ける必要はなく、メンテナンスを行うまで、動作を継続することが可能である。また、予備ＬＤパッケージは必ずしも１モジュール当たり１個と限る必要はなく、必要に応じて、増やしてもよい。予備ＬＤパッケージ数が１個のレーザモジュール分となっても光学素子や筐体等を省くことができる。このような構成にあっては、部品点数が少ないため、装置を小型化することが可能である。また、故障の発生確率を小さいものとすることができる。
　実施の形態６．
　また、ＬＤパッケージのＬＤの動作電流値が例えば、６０Ａが限界の装置で、６０Ａ以下の電流域で出力が電流に依存して増えるような特性である場合、常時、４０Ａや５０Ａで動作させておき、ＬＤパッケージ故障時に、故障したＬＤパッケージのみ、配線切替によって給電回路から切り離し、電流値を例えば５５Ａ等までアップして、必要出力を確保し、メンテナンスが行えるまで、動作を続けるという運用方法としてもよい。
　この場合、電流アップによって、ＬＤパッケージ数個の故障をカバーできるだけ、総ＬＤパッケージ個数が十分多く、また、レーザモジュール１個が突然、停止するという可能性が極めて低ければ、予備のＬＤパッケージを全く搭載しなくてもよい。また、予備のＬＤパッケージの個数を大幅に減らした構成としてもよい。すなわち、故障確率(頻度)と、起こりうる故障の深刻度に応じて、予備ＬＤパッケージの個数を低減できる。このような方法で冗長性を確保すれば、必要なＬＤパッケージの個数を少なくすることができ、故障の発生確率を小さいものとすることができる。また、装置を小型化することが可能である。
　実施の形態７．
　図１５はこの発明の実施の形態７によるビーム結合装置の概略構成図である。図１５に示すように、故障の発生する可能性のあるＬＤパッケージ１ｉ，１ｊ，１ｋと、ＬＤパッケージ周辺のシリンドリカルレンズ１１ｃ等の光学部品の配置された筐体１８と、回析格子５ｂ、部分透過ミラー６ｃ等のその他の光学素子を含む筐体７ｃを別々にしてもよい。この場合、ＬＤパッケージを１個ずつ配置しながら調整して、最終的に全てのＬＤパッケージが、正常動作するように配置するのではなく、別のところで、筐体１８だけで調整を行っておき、現場では、当接面やピン等の位置精度を出す位置決め部材１９を設け、筐体７ｃと筐体１８が予め定められた精度以上の位置精度で配置されるようにしてもよい。また、筐体１８と筐体７ｃは、ウィンドウＷを設けて、現場で取り外しても、内部にコンタミネーションや湿気の影響が及ばないよう構成してもよい。また、通常の動作にウィンドウが影響しないよう、取り外すときのみ覆いが施されるようにしてもよい。また、筐体１８の調整には別の基準となる筐体７ｃを用意して、別の場所で調整できるようにしてもよい。図１５においてもモニタ部１０２、制御部１００ｃが備えられているが、これらの装置は図１５のように、筐体７ｃ側に設けてもよいし、筐体１８側に設けても、両側に分けて設けてもよい。
　このようにＬＤパッケージと光学部品の筐体を分離することにより、簡易にＬＤパッケージの交換を行うことができる。また、図１５において、筐体１８と筐体７ｃの位置関係を微動調整する調整機構を設けてもよい。また、筐体７ｃを構成する部品の回折格子５ｂ、部分反射ミラー６ｃ等の一部もしくは全部に調整機構を設けて制御部１００ｃから調整制御するようにしてもよい。その調整機構は筐体を開けることなく微動可能な機構とすることがコンタミネーション、湿気を避ける上で望ましい。
　また、図１５においては全てのＬＤパッケージが１つの筐体１８に格納されているが、破線で示すように、１部を別の筐体に入れて、一部のＬＤパッケージ筐体のみ交換するようにしてもよい。また、交換部品として別の筐体１８を用意しておき、故障時、筐体１８のみを交換してもよい。
　このような構成にあっては、交換時に、ＬＤパッケージがコンタミネーションや湿気の影響を受ける可能性を低くすることができるため、ＬＤパッケージの寿命を長くすることができる。
　なお、ＬＤパッケージ１ｉ，１ｊ，１ｋの中に予備ＬＤパッケージが含まれていてもよい。
　実施の形態８．
　図１７はこの発明の実施の形態８によるビーム結合装置の概略構成図である。この実施の形態では実施の形態１に関連して、故障ＬＤパッケージ(光源)と予備ＬＤパッケージ(予備光源)との切替え構成を示す。ＬＤパッケージ１ｅは予備光源、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃは複数の光源である。図１において、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃおよび、折り曲げミラー２Ａ－２Ｆ、シリンドリカルレンズ４、ビーム結合素子である分散光学素子５ｃ、出力光学素子である出力結合素子６ｄは外部共振器を構成する。
　ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃから出た光は、出力結合素子６ｄと分散光学素子５ｃの間で１本のビームに結合し、出力結合素子６ｄから取り出される。また、出力結合素子６ｄに入射したビームの一部は、分散光学素子５ｃを介してＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃに戻される。ここで、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃからの光の一部はモニタ部１０２に入射し、例えば、正常時の出力信号の強度との比較などにより出力が低下した際、検出できるようになっている。このとき制御部１００ｃが、モニタ部１０２からのＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃの故障個所の検出結果に従って、故障個所に応じて光源切替え機構１０１を動作させて、故障したＬＤパッケージと分散光学素子５ｃを結ぶ光路が停止状態となり、予備ＬＤパッケージ１ｅと分散光学素子５ｃを結ぶ光路が動作状態となる。
　例えば、ＬＤパッケージ１ａが故障した場合、図１８に示すように、折り曲げミラー２Ａ，２Ｅ，２Ｆを移動することにより、予備ＬＤパッケージ１ｅがＬＤパッケージ１ａの動作を代替することができる。
　また、ＬＤパッケージ１ｂが故障した場合、図１９に示すように、折り曲げミラー２Ｂ，２Ｆを移動することにより、ＬＤパッケージ１ｂの動作を予備ＬＤパッケージ１ｅが代替することができる。
　また、ＬＤパッケージ１ｃが故障した場合、図２０に示すように、折り曲げミラー２Ｃを移動することにより予備ＬＤパッケージ１ｅがＬＤパッケージ１ｃの動作を代替することができる。
　予備ＬＤパッケージ１ｅは、折り曲げミラー２Ａ，２Ｂ，２Ｃを取り除いた状態で、折り曲げミラー２Ｄ，２Ｅ，２Ｆを調整し、折り曲げミラー２Ｄ，２Ｅ，２Ｆのどのミラーでも波長結合外部共振器が動作できるよう調整しておく。各ＬＤパッケージの故障に対し、移動する折り曲げミラーと静止したままの折り曲げミラーを図２１にまとめて示した。
　詳細には図示されていないが、予備ＬＤパッケージ１ｅと分散光学素子５ｃの間の距離、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃと分散光学素子５ｃの間の距離が等しくなるように配置してもよいし、例えば、予備ＬＤパッケージ１ｅの位置の像が、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃからの光路と重なる位置に転写されるようにレンズ(図１７に破線で例示)等を光路中に設けてもよい。また、必要に応じて、例えば図５，６，１６等に示すように、故障ＬＤパッケージの回路を給電回路から切り離し、予備ＬＤパッケージ１ｅに給電するよう切り替える回路を設けてもよい。また、折り曲げミラーの光路からの除去方法は、光路が折り曲げミラーの作用を受けないようにすればよく、移動に限られず、回転(図１７の折り曲げミラー２Ａに破線で示す)、もしくは移動と回転の組み合わせを適用しても同様の効果が得られる。
　なお、折り曲げミラー２Ａ－２Ｆはそれぞれ駆動モータ(図示省略)により、レール３ａ，３ｂ上を移動したり、折り曲げミラーの例えば中心を軸として回転するように構成されている。
　また、ＬＤパッケージ１ａ，１ｂ，１ｃおよび予備ＬＤパッケージ１ｅを、図１７に示す移動基板１１２上で、駆動モータ(図示省略)によりｘｙ面内に移動可能に設けることで、ＬＤパッケージの位置を入れ替えて、予備ＬＤパッケージにより故障ＬＤパッケージのサポートを行うことが可能となる。
　なお、上記実施の形態１(図１，２)において、
ＬＤパッケージ１ａ－１ｄが光源、
ＬＤパッケージ１ｅが予備光源、
回折格子５がビーム結合素子、
折り曲げミラー２とシリンドリカルレンズ４と回折格子５と部分透過ミラー６がビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
光源切替え機構１０１，１１１と制御部１００ｃが電源切替え部、
を構成する。
　また、折り曲げミラー２をレール３上に移動させる機構、さらに例えば図１６に示されるような、各ＬＤパッケージ１ａ－１ｅへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、可動部を駆動するための駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
　上記実施の形態２(図３，４)において、
ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈが光源、
ＬＤパッケージ１ｉが予備光源、
回折格子５ａがビーム結合素子、
シリンドリカルレンズ１１と可動ミラー２ａ，２ｂと回折格子５ａと部分透過ミラー６ａがビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
光源切替え機構１０１と制御部１００ｃが電源切替え部、
を構成する。
　また、ＬＤパッケージ１ｉ、シリンドリカルレンズ１１ｂ、可動ミラー２ａ，２ｂを移動可能に支持するは可動支持部、さらに例えば図１６に示されるような、ＬＤパッケージへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、これらの可動部を動かす駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
　上記実施の形態３(図５，６)において、
ＬＤパッケージ１ｆ、１ｇ、１ｈが光源、
ＬＤパッケージ１ｊが予備光源、
回折格子５ａがビーム結合素子、
シリンドリカルレンズ１１ｃと回折格子５ａと部分透過ミラー６ｂがビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
配線切替ボックス１０が配線切替ボックス、
筐体７ｂが筐体、
制御部１００ｃ(光源切替え機構１０１)が電源切替え部、
を構成する。
　また光源を自動で制御した場合、図１６に示されるような、ＬＤパッケージへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、ＬＤパッケージへの給電回路およびその電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
　上記実施の形態４－６(図７，１４)において、
レーザモジュール１２ａ－１２ｈがレーザモジュール、
空間結合(位置結合)部と偏光結合部と波長結合部とファイバ結合部がモジュールビーム結合光学系５００、
レーザモニタ部１０２ａがレーザモニタ部、
レーザ制御部１００ｃｃがレーザ制御部、
を構成する。
　なお、各レーザモジュール内の構成は他の実施の形態の構成に従う。
　上記実施の形態７(図１５)において、
ＬＤパッケージ１ｉ，１ｊ，１ｋが光源および予備光源、
回折格子５ｂがビーム結合素子、
シリンドリカルレンズ１１ｃと回折格子５ｂと部分透過ミラー６ｃがビーム結合光学系、
筐体７ｃが主筐体、
筐体１８(分割された各筐体も含む)が副筐体、
位置決め部材１９が位置決め部、
を構成する。
　上記実施の形態８(図１７－２１)において、
ＬＤパッケージ１ａ－１ｃが光源、
ＬＤパッケージ１ｅが予備光源、
折り曲げミラー２Ａ－２Ｅが光学素子、
分散光学素子５ｃがビーム結合素子、
出力結合素子６ｄが出力光学素子、
折り曲げミラー２Ａ－２Ｅとシリンドリカルレンズ４と分散光学素子５ｃと出力結合素子６ｄがビーム結合光学系、
モニタ部１０２がモニタ部、
光源切替え機構１０１と制御部１００ｃが電源切替え部、
を構成する。
　また、折り曲げミラー２Ａ－２Ｅをレール３ａ，３ｂ上に移動させる機構、ＬＤパッケージ１ａ－１ｃを移動基板１１２上に移動させる機構、さらに例えば図１６に示されるような、各ＬＤパッケージ１ａ－１ｃ，１ｅへの給電回路からの電力供給の調整、オンオフ制御を行う機構の電動スイッチＳＷ等が光源切替え機構１０１の可動部を構成する。また、可動部を駆動するための各駆動モータ、ＬＤパッケージへの給電回路、およびこれらの電源等が光源切替え機構１０１の駆動部を構成する。
　また、この発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含む。また、各実施の形態のビーム結合装置の光源切替えは手動で行っても、または制御部等により自動で行ってもよい。
産業上の利用の可能性
　この発明によるビーム結合装置の構成は種々の分野のビーム光源に適用可能である。
　１ａ－１ｊ　ＬＤパッケージ、２，２Ａ－２Ｆ　折り曲げミラー、
２ａ，２ｂ　可動ミラー、３，３ａ，３ｂ　レール、
４，１１，１１ｂ，１１ｃ　シリンドリカルレンズ、５，５ａ，５ｂ　回析格子、
５ｃ　分散光学素子、６，６ａ，６ｂ，６ｃ　部分透過ミラー、６ｄ　出力結合素子、
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，１８　筐体、１０　配線切替ボックス、
１２ａ－１２ｈ　レーザモジュール、１３　第１のシリンドリカルレンズ、
１４　第２のシリンドリカルレンズ、１５　偏光回転素子、１６　偏光素子、
１７　波長結合ミラー、１９　位置決め部材、１００　ビーム結合装置、
１００ｃ　制御部、１００ｃｃ　レーザ制御部、１０１，１１１　光源切替え機構、１０２　モニタ部、１０２ａ　レーザモニタ部、可動部　１０１１、駆動部　１０１２、
ＳＷ　電動スイッチ、Ｗ　ウィンドウ。

Claims (12)

  1. 　複数の光源と、
    　１つまたは複数の予備光源と、
    　前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記各光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、
    　故障を検出するために前記各光源からのビームをモニタするモニタ部と、
    　前記光源の故障が検出された時に、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系の少なくとも１部に設けられた可動部により、前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させる光源切替え部と、
    　を備えたビーム結合装置。
  2. 　前記ビーム結合光学系の前記１つまたは複数の予備光源の光路上に前記可動部を設けた請求項１に記載のビーム結合装置。
  3. 　前記ビーム結合光学系が、前記各光源および予備光源の光路上でビーム方向を変更する光学素子を含み、
    　前記予備光源の光学素子が、前記各光源の前記光学素子のビーム方向変更後の光路の後方延長上に光路が重なるように設けられ、
    　前記可動部として、前記光学素子が移動可能であり、
    　前記光源切替え部において、故障した前記光源の前記光学素子が光路上から外されると共に、前記予備光源から前記光学素子を介して前記ビーム結合光学系にビームを入射させる、
    　請求項１に記載のビーム結合装置。
  4. 　前記複数の光源が前記ビーム結合素子を中心として同心円状に配置され、
    　前記可動部として、前記予備光源を、前記複数の光源の同心円より半径が小さくかつ同心円を含む面に対して直交する方向にオフセットされた同心円状の軌道を移動させる機構を有する、
    　請求項１または２に記載のビーム結合装置。
  5. 　複数の光源と、
    　１つまたは複数の予備光源と、
    　前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記複数の光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、
    　故障を検出するために前記各光源からのビームをモニタするモニタ部と、
    　前記光源の故障が検出された時に、故障した前記光源を電気的に短絡させ、前記予備光源を給電配線に結線する配線切り替えボックスと、
    　を備え、
    　前記各光源および予備光源、および前記ビーム結合光学系が１つの筐体内に収納され、前記配線切り替えボックスが前記筐体の外に設けられたビーム結合装置。
  6. 　それぞれに複数の光源からのビームがビーム結合素子を含むビーム結合光学系により１つに結合される複数のレーザモジュールと、
    　前記複数のレーザモジュールからのビームを結合させて出力するモジュールビーム結合光学系と、
    　前記レーザモジュールの出力低下を検出するために前記各レーザモジュールからのビームをモニタするレーザモニタ部と、
    　前記レーザモジュールの出力低下が検出された時に、出力低下した前記レーザモジュール以外の１つまたは複数の前記レーザモジュールの出力を上げるレーザ制御部と、
    　を備えたビーム結合装置。
  7. 　前記複数のレーザモジュールのうちの１つまたは複数のレーザモジュールが予備光源を搭載した請求項６に記載のビーム結合装置。
  8. 　複数の光源と、
    　１つまたは複数の予備光源と、
    　前記各光源および予備光源からのビームをビーム結合素子に結合させて出力するビーム結合光学系であって、前記複数の光源および予備光源から前記ビーム結合光学系に入射したビームが前記ビーム結合素子通過後に結合するものと、
    　を備え、
    　前記ビーム結合素子から以降の光路のビーム結合光学系が１つの主筐体に収納され、前記各光源および予備光源が前記主筐体に着脱可能でかつ位置決め部材で位置決めされた１つまたは複数の副筐体に分けられて収納された、ビーム結合装置。
  9. 　前記ビーム結合素子が分散光学素子からなる請求項１から８までのいずれか１項に記載のビーム結合装置。
  10. 　前記ビーム結合光学系が、前記分散光学素子と出力結合素子を含み、
    　前記分散光学素子が、前記各光源および予備光源からのビームを受けて前記出力結合素子へと送り、
    　前記出力結合素子が、前記分散光学素子からの光を受けて、一部を出力し、一部を前記分散光学素子を介して前記各光源および予備光源へ返す、
    　請求項９に記載のビーム結合装置。
  11. 　複数の光源および１つまたは複数の予備光源からのビームを、ビーム結合光学系に入射させ、ビーム結合素子通過後に結合させて出力させるビーム結合装置において、
    　前記複数の光源の故障を検出するステップと、
    　前記各光源および予備光源および前記ビーム結合光学系のうちの少なくとも一部を移動させて、故障した前記光源のビームの代わりに、前記予備光源から前記ビーム結合光学系にビームを入射させて、前記ビーム結合素子後の光路で前記複数の光源からのビームと結合させるステップと、
    　を備えたビーム結合装置の出力回復方法。
  12. 　それぞれに複数の光源からのビームがビーム結合素子を含むビーム結合光学系により１つに結合される複数のレーザモジュールからのビームをモジュールビーム結合光学系で結合させて出力するビーム結合装置において、
    　前記レーザモジュールの出力低下を検出するステップと、
    　出力低下した前記レーザモジュール以外の１つまたは複数の前記レーザモジュールにおいて電源の出力増加または予備光源への切り替えにより出力を上げるステップと、
    　を備えたビーム結合装置の出力回復方法。
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