專利名稱：光放大裝置及激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光放大裝置及激光加工裝置，特別涉及用于從MOPA (MasterOscillator and Power Amplifier :主控振蕩器的功率放大器)方式的光纖放大器穩(wěn)定地生成光脈沖的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在激光加工裝置中，激光的功率對加工品質(zhì)帶來影響。因此，到目前為止提出了用于對從激光加工裝置發(fā)出的激光的功率進行控制的技術(shù)。例如日本特開2000 - 340872號公報(專利文獻I)公開了一種激光加工裝置，該激光加工裝置具有包含稀土類元素的光纖和用于激發(fā)該稀土類元素的激光源。激光源包括第一半導體激光器，其被連續(xù)驅(qū)動而輸出低功率的光；第二半導體激光器，其被脈沖驅(qū)動而輸出高功率的光。在非發(fā)光期間，來自第一半導體激光器的激發(fā)光使稀土摻雜光纖處于預(yù)·激發(fā)狀態(tài)。另一方面，在進行加工時，來自第二半導體激光器的激發(fā)光使稀土摻雜光纖處于高激發(fā)狀態(tài)。通過將信號光入射至高激發(fā)狀態(tài)的稀土摻雜光纖中，從而從稀土摻雜光纖出射高功率的激光。使用低功率的激光來預(yù)激發(fā)稀土摻雜光纖，以此能夠使加工時的脈沖輸出穩(wěn)定。另外，例如日本特開2010 - 10274號公報(專利文獻2)公開了如下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是，測定從光纖激光振蕩器輸出的激光脈沖的平均功率及峰值功率，并將其測定結(jié)果反饋至LD (激光二極管)驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)。另外，例如日本特開2010 — 171131號公報(專利文獻3)公開了如下方法發(fā)出用于入射至光纖激光器中的種子光的激光源，在主照射期間發(fā)出脈沖光，在預(yù)照射期間則發(fā)出實際的連續(xù)光的方法。連續(xù)光的功率小于脈沖光的峰值功率。并且，在日本特開2010 —171131號公報(專利文獻3)中，公開了將預(yù)照射期間的激發(fā)光的功率降低到小于主照射期間的激發(fā)光的功率的技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2000 - 340872號公報專利文獻2 :日本特開2010 - 10274號公報專利文獻3 :日本特開2010 - 171131號公報在日本特開2000 - 340872號公報(專利文獻I)中公開的激光加工裝置采用光纖激光器。光纖激光器能夠相互獨立地設(shè)定以下的與激光相關(guān)的各種條件等，這些條件有
(I)脈沖的重復頻率；(2)脈沖寬度；(3)脈沖的功率。另一方面，低功率激光的最佳的輸出值可能因這些條件而有所不同。在低功率激光的輸出值不恰當?shù)那闆r下，在第一個脈沖的強度和進行穩(wěn)定化之后的脈沖的強度之間產(chǎn)生差異。此時，可能會降低加工品質(zhì)。另外，在日本特開2010 - 10274號公報(專利文獻2)所公開的方法中，激光脈沖的平均功率用于反饋控制。因此難以對每個脈沖進行控制。
另外，在日本特開2010 - 171131號公報(專利文獻3)所公開的結(jié)構(gòu)中，不僅在主照射期間從光放大光纖出射放大光，在預(yù)照射期間也從光放大光纖出射放大光。通過在預(yù)照射期間從光放大光纖出射放大光，能夠防止在預(yù)照射期間蓄積在光纖中的能量過大。由此，能夠抑制在主照射期間第一個脈沖的功率變得過大。然而，在日本特開2010 — 171131號公報(專利文獻3)中，并未具體地公開那樣的用于可靠地控制脈沖功率的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供能夠從第一個起穩(wěn)定地輸出激光脈沖的光放大裝置及激光加工裝置。本發(fā)明的一個技術(shù)方案的光放大裝置，具有光放大光纖，其通過激發(fā)光來放大種子光；種子光源，其在發(fā)光期間生成多次脈沖狀的種子光；激發(fā)光源，其在剛剛進入發(fā)光期間之前的非發(fā)光期間生成具有第一能級的功率的激發(fā)光，在發(fā)光期間則生成具有比第一能級高的第二能級的功率的激發(fā)光；檢測器，其檢測從光放大光纖輸出的輸出光脈沖的功率； 控制部，其基于檢測器的檢測值，以使在發(fā)光期間內(nèi)生成的最初的輸出光脈沖和最后的輸出光脈沖之間的功率相同的方式，控制非發(fā)光期間的激發(fā)光的功率。優(yōu)選地，控制部，在起動光放大裝置時，按照每個輸出光脈沖的預(yù)先設(shè)定的條件，控制非發(fā)光期間的激發(fā)光的功率，由此獲取與特定激發(fā)光的功率相關(guān)的數(shù)據(jù)，該特定激發(fā)光是指，用于使最初的輸出光脈沖和最后的輸出光脈沖之間的功率相同的激發(fā)光。光放大裝置還具有存儲部，在該存儲部中，與輸出光脈沖的預(yù)先設(shè)定的條件相關(guān)聯(lián)對應(yīng)地存儲數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，在光放大裝置運轉(zhuǎn)時，控制部基于存儲在存儲部中的數(shù)據(jù)，來設(shè)定非發(fā)光期間的激發(fā)光的功率。優(yōu)選地，激發(fā)光源是半導體激光器。數(shù)據(jù)是半導體激光器的偏置電流(biascurrent)的數(shù)據(jù)。在變更了輸出光脈沖的條件的情況下，控制部將與變更前的條件相對應(yīng)的偏置電流的數(shù)據(jù)的變動，反應(yīng)到與變更后的條件相對應(yīng)的偏置電流的數(shù)據(jù)中。優(yōu)選地,光放大裝置還具有光閘，該光閘用于防止使輸出光脈沖輸出到光放大裝置的外部?？刂撇?，在關(guān)閉光閘的狀態(tài)下，獲取在起動光放大裝置時的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的另一技術(shù)方案的激光加工裝置，具有在上述任一項中記載的光放大裝置。若采用本發(fā)明，則能夠?qū)崿F(xiàn)能夠從第一個(脈沖)開始就能夠穩(wěn)定輸出激光脈沖的光放大裝置及激光加工裝置。


圖I是示出了本發(fā)明的第一實施方式的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2是第一實施方式的激光加工裝置發(fā)出激光的時序圖。圖3是更詳細地說明圖2所示的發(fā)出激光的時刻的圖。圖4A、圖4B是用于說明第一個脈沖的功率依賴于預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)光功率而發(fā)生變化的情況的波形圖。圖5是對第一實施方式的使脈沖功率穩(wěn)定的原理進行說明的波形圖。
圖6是示出了用于檢測脈沖的峰值功率的具體的結(jié)構(gòu)例的框圖。圖7是用于說明起動第一實施方式的激光加工裝置時的處理的流程圖。圖8是示意性示出了偏置電流值的最佳值的保存形式的圖。圖9是用于說明起動第一實施方式的激光加工裝置之后的處理的流程圖。圖10A、圖IOB是示出了提高重復頻率的同時增加脈沖組中的脈沖數(shù)的情況的激光輸出的波形圖。圖11A、圖IlB是示出了降低重復頻率的同時減少脈沖組中的脈沖數(shù)的情況的激光輸出的波形圖。圖12是第二實施方式的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)圖。
附圖標記的說明I、8光放大光纖IG脈沖組Ia種子光脈沖2 種子 LD3、9A、9B 激發(fā) LD4、6、11 隔離器5、10 合成儀(combiner)7 稱合器(coupler)12 端蓋13分光器14激光束掃描機構(gòu)15、17受光元件16、18峰值檢測器19 光閘20控制裝置21 23驅(qū)動器25輸入部31電壓轉(zhuǎn)換電路32積分電路33PGA (Programmable Gain Amplifier :可編程增益放大器)34AD轉(zhuǎn)換電路(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路)40信號處理電路41存儲器50加工對象物100、101激光加工裝置
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進行詳細的說明。此外，對圖中的相同或等同的部分標注相同的附圖標記，并不反復對其進行說明。
在本說明書中，“脈沖組”術(shù)語表示在時間軸上以某一時間間隔排列的多個光脈沖。其中，除了明確地指定包含在脈沖組中的光脈沖的情況之外，在本說明書中，將脈沖組稱之為“脈沖”。另外，在本說明書中，“LD”術(shù)語表示半導體激光器。<第一實施方式>圖I是示出了本發(fā)明的第一實施方式的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。參照圖1，激光加工裝置100包括光放大裝置和激光束掃描機構(gòu)14，其中，該激光束掃描機構(gòu)14利用來自該光放大裝置的激光來進行掃描。光放大裝置具有光放大光纖I ;種子LD2 ;激發(fā)LD3 ；隔離器(isolator)4、6 ;合成儀5 ;端蓋12 ;驅(qū)動器21、22 ;受光兀件15 ;峰值檢測器16 ;光閘19 ;控制裝置20 ;輸入部25。 光放大光纖I具有纖芯，其是光放大成分，且在該纖芯中添加了稀土類兀素；金屬包層(clad)，其設(shè)在該纖芯的周圍。添加到纖芯中的稀土類元素的種類并不特別限定，例如有Er (鉺)、Yb (鐿)、Nd (釹)等。在下面說明稀土類元素是Yb的情況。光放大光纖I例如可以是在纖芯周圍設(shè)置了 I層金屬包層的單包層光纖，也可以是在纖芯周圍設(shè)置了 2層金屬包層的雙包層光纖。種子LD2是發(fā)出種子光的激光源。種子光的波長例如是從1000 IlOOnm的范圍中選擇的波長。驅(qū)動器21向種子LD2反復施加脈沖狀的電流，由此對種子LD2進行脈沖驅(qū)動。即，從種子LD2發(fā)出脈沖狀的種子光。從種子LD2出射的種子光通過隔離器4。隔離器4的功能在于，僅使單一方向的光透過，并遮斷向與該光相反的方向入射的光。本發(fā)明的實施方式中，隔離器4使來自種子LD2的種子光透過，并且，遮斷來自光放大光纖I的返回光。由此，能夠防止來自光放大光纖I的返回光入射至種子LD2。如果來自光放大光纖I的返回光入射至種子LD2，則有可能導致種子LD2損壞，但通過設(shè)置隔離器4能夠防止這樣的問題。激發(fā)LD3是發(fā)出激發(fā)光的激發(fā)光源，所述激發(fā)光用于對添加在光放大光纖I的纖芯中的稀土類元素的原子進行激發(fā)。在稀土類元素是Yb的情況下，激發(fā)光的波長例如是915 土 10nm。驅(qū)動器22對激發(fā)LD3進行驅(qū)動。合成儀5對來自種子LD2的種子光和來自激發(fā)LD3的激發(fā)光進行合成，并將合成后的光入射至光放大光纖I。光放大光纖I、種子 LD2 及激發(fā) LD3 構(gòu)成 MOPA (Master OsciIIatorandPowerAmplifier :主控振蕩器的功率放大器)方式的光纖放大器。包含在纖芯中的稀土類兀素的原子，吸收入射至光放大光纖I的激發(fā)光，由此原子被激發(fā)。來自種子LD2的種子光在光放大光纖I的纖芯中傳輸時，由于由被激發(fā)的原子使種子光產(chǎn)生受激發(fā)射，因而種子光被放大。即，光放大光纖I利用激發(fā)光來放大種子光。在光放大光纖I是單包層光纖的情況下，種子光及激發(fā)光均入射至纖芯。相對于此，在光放大光纖I是雙包層光纖的情況下，種子光入射至纖芯，激發(fā)光則入射至第一金屬包層。雙包層光纖的第一金屬包層作為激發(fā)光的波導來發(fā)揮功能。在入射至第一金屬包層的激發(fā)光在第一金屬包層中傳輸?shù)倪^程中，以通過纖芯的模式來激發(fā)纖芯中的稀土類元素。隔離器6使被光放大光纖I放大且從光放大光纖I出射的種子光(光脈沖)通過，并且遮斷向光放大光纖I返回的光。通過了隔離器6的光脈沖，從光纖的端面出射至空氣中。為了防止將峰值功率高的光脈沖從光纖出射至空氣中時在光纖的端面和空氣之間的界面發(fā)生光脈沖損失，因而設(shè)置端蓋12。分光器13將從端蓋12輸出的光脈沖分成兩個脈沖。將一個脈沖作為加工用激光而輸入至激光束掃描機構(gòu)14，并為了監(jiān)視激光的功率而將另一個脈沖輸入至受光元件15。為了防止加工用激光輸出到光放大裝置的外部，而設(shè)置光閘19。由控制裝置20開閉光閘19。如圖I所示，例如光閘19配置在分光器13和激光束掃描機構(gòu)14之間。受光元件15例如由光電二極管構(gòu)成。峰值檢測器16根據(jù)來自受光元件15的信號來對光脈沖的峰值功率(峰值)進行檢測。將峰值檢測器16所檢測出的峰值發(fā)送至控制裝置20。激光束掃描機構(gòu)14用于使激光在二維方向上進行掃描。雖未圖75,但激光束掃描機構(gòu)14例如也可以包括準直透鏡、電流掃描儀(galvano scanner)>f 0透鏡等,其中,準直 透鏡用于將來自端蓋12的出射光即激光束的直徑調(diào)整為規(guī)定大??；電流掃描儀用于使通過了準直透鏡之后的激光束在加工對象物50的表面上進行二維方向的掃描；f 9透鏡用于使激光束會聚。在加工對象物50的表面上，使激光L即來自激光加工裝置100的輸出光在二維方向上進行掃描，由此對以金屬等作為坯料的加工對象物50的表面進行加工。例如在加工對象物50的表面打印(標記)由文字或圖形等構(gòu)成的信息?？刂蒲b置20通過控制驅(qū)動器21、22及激光束掃描機構(gòu)14，來整體控制激光加工裝置100的動作。輸入部25例如接受來自用戶的信息?？刂蒲b置20基于來自輸入部25的信息，來控制驅(qū)動器21、22，并且，控制激光束掃描機構(gòu)14的動作。例如由執(zhí)行規(guī)定程序的個人計算機來實現(xiàn)控制裝置20。就輸入部25而言，只要是用戶能夠輸入信息的裝置即可，沒有特別限定，例如能夠使用鼠標、鍵盤、觸摸面板等。種子LD、激發(fā)LD、隔離器等的特性，因溫度而發(fā)生變化。因此，優(yōu)選在激光加工裝置內(nèi)配置溫度控制器，該溫度控制器用于恒定保持這些元件的溫度。在從激光加工裝置100輸出激光的情況下，種子LD2被驅(qū)動器21驅(qū)動而生成脈沖狀的種子光。在從種子LD2反復生成種子光的情況下，種子光的重復頻率取決于從驅(qū)動器21供給至種子LD2的脈沖電流的重復頻率。由控制裝置20對從驅(qū)動器21輸出的脈沖電流的重復頻率進行控制。控制裝置20通過控制驅(qū)動器22，來使激發(fā)LD3所發(fā)出的激發(fā)光的功率發(fā)生變化。激發(fā)LD3輸出具有與從驅(qū)動器22接收到的偏置電流(bias current)相對應(yīng)的功率的激發(fā)光。由控制裝置20對從驅(qū)動器22輸出的偏置電流的大小進行控制。圖2是第一實施方式的激光加工裝置發(fā)出激光的時序圖。參照圖2，在預(yù)激發(fā)期間，驅(qū)動器22將偏置電流(在圖2中表示為“激發(fā)LD電流”)供給至激發(fā)LD3而使該激發(fā)LD3生成激發(fā)光，而使種子LD2不生成光脈沖(在圖2中表示為“種子LD脈沖”)。另一方面，在正式激發(fā)期間，生成激發(fā)光及種子LD脈沖的雙方。因此，在正式激發(fā)期間，從光纖放大器輸出激光。預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD電流小于正式激發(fā)期間的激發(fā)LD電流。SM敫發(fā)LD3，在預(yù)激發(fā)期間生成第一能級的功率的激發(fā)光，在正式激發(fā)期間則生成第二能級的功率的激發(fā)光。第二能級高于第一能級。圖3是更詳細地說明圖2所示的發(fā)出激光的時刻的圖。參照圖3，種子LD2，在正式激發(fā)期間以周期tprd反復生成(發(fā)出)由多個種子光脈沖Ia構(gòu)成的脈沖組1G。通過對種子LD2的偏置電流進行調(diào)制，以規(guī)定的周期生成脈沖組1G。正式激發(fā)期間與從光纖放大器輸出激光的發(fā)光期間相對應(yīng)。另一方面，由于在預(yù)激發(fā)期間不向種子LD2供給偏置電流，因而成為非發(fā)光期間。下面，將在正式激發(fā)期間內(nèi)從光纖放大器輸出的多個脈沖組中的第一次輸出的脈沖組和最后一次輸出的脈沖組，分別稱之為“第一個脈沖”和“最后一個脈沖”。圖4A、圖4B是對基于預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)光功率而第一個脈沖的功率發(fā)生變化的情況進行說明的波形圖。圖4A是示出了在減小預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)光功率的情況下從光纖放大器輸出的脈沖的波形圖。圖4B是示出了在增大預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)光功率的情況下從光纖放大器輸出的脈沖的波形圖。參照圖4A及圖4B，由于在預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD電流小的情況下，激發(fā)光功率小，因而在預(yù)激發(fā)期間內(nèi)蓄積到光放大光纖I中的能量少。因此，第一個脈沖的功率小。在反復向光放大光纖I供給激發(fā)光功率和從光放大光纖I放出光能量的過程中，蓄積在光放大光纖I中的能量增加而達到大致恒定的能級。由此，使脈沖的功率 穩(wěn)定。與此相反，在預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD電流大的情況下，在預(yù)激發(fā)期間內(nèi)蓄積在光纖中的能量變大。因此，第一個脈沖的功率變大。此時，在反復向光放大光纖I供給激發(fā)光功率和從光放大光纖I放出光能量的過程中，蓄積在光放大光纖I中的能量減少而達到大致恒定的能級。由此，使脈沖的功率穩(wěn)定。如圖4A、圖4B所示，在預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)光的功率(激發(fā)LD電流)不恰當?shù)那闆r下，第一個脈沖的功率和經(jīng)過規(guī)定時間后的脈沖的功率之間產(chǎn)生差分。基于這樣的功率之差而發(fā)生加工品質(zhì)的降低這樣的問題。圖5是對第一實施方式的使脈沖功率穩(wěn)定的原理進行說明的波形圖。參照圖5，在第一實施方式中，對第一個脈沖的峰值功率和最后一個脈沖的峰值功率進行比較。將它們的比較結(jié)果反饋到預(yù)激發(fā)期間內(nèi)的激發(fā)LD的偏置電流值，由此使第一個脈沖的功率和最后一個脈沖的功率之間的差分接近O。由此，能夠從第一個脈沖開始得到穩(wěn)定的激光輸出。如圖I所示，使用受光元件15及峰值檢測器16來對脈沖的峰值功率進行檢測。圖6是示出了用于檢測脈沖的峰值功率的具體的結(jié)構(gòu)例的框圖。參照圖6，峰值檢測器16包括電流/電壓轉(zhuǎn)換電路31、積分電路32、PGA (Programmable Gain Amplifier 可編程增益放大器)33及AD (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路34。另外，控制裝置20包括信號處理電路40和存儲器41。受光元件15接收光脈沖而將該光脈沖轉(zhuǎn)換為電流信號。電流/電壓轉(zhuǎn)換電路31將從受光兀件15輸出的電流轉(zhuǎn)換為電壓。積分電路32對電流/電壓轉(zhuǎn)換電路31的輸出電壓進行積分。如圖3所示，在本實施方式中，生成由多個短脈沖(例如時間跨度為ns的序列(order))構(gòu)成的脈沖組。積分電路32以規(guī)定的時間常數(shù)對多個短脈沖的波形進行積分。由此，能夠降低振幅的變化，從而能夠得到一個脈沖組的峰值功率(振幅)，其中，振幅的變化取決于包含在脈沖組中的短脈沖個數(shù)。PGA33放大從積分電路32輸出的信號。根據(jù)來自信號處理電路40的增益設(shè)定信號來設(shè)定PGA33的增益。由于重復頻率越高則一個脈沖組的峰值功率(振幅)越低，因而根據(jù)重復頻率對PGA33的增益進行調(diào)整來使增益變高。進而，對PGA33的增益進行設(shè)定，使得輸入至AD轉(zhuǎn)換電路34的信號的振幅在AD轉(zhuǎn)換電路34的動態(tài)范圍內(nèi)。例如由高速AD轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換電路34，該AD轉(zhuǎn)換電路34將從PGA33輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)來自信號處理電路40的控制信號，來控制AD轉(zhuǎn)換電路34的AD轉(zhuǎn)換時刻。具體而言，從開始發(fā)出激光起經(jīng)過了規(guī)定的延遲時間之后，對來自PGA33的信號進行AD轉(zhuǎn)換。以使得AD轉(zhuǎn)換電路34在脈沖組的功率的峰值附近進行AD轉(zhuǎn)換的方式，來決定延遲時間。由此，獲取脈沖組的峰值功率，即峰值。例如考慮重復頻率及積分電路32對信號進行積分的時間常數(shù)等，來決定該延遲時間。將由AD轉(zhuǎn)換電路34獲取的峰值，從AD轉(zhuǎn)換電路34發(fā)送至信號處理電路40。信號處理電路40對第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值進行比較。在第一個脈沖的峰值高于最后一個脈沖的峰值的情況下，信號處理電路40生成用于降低預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD的偏置電流值的信號，并在預(yù)激發(fā)期間將該信號賦予驅(qū)動器22。與此相反，在第一個脈沖的峰值低于最后一個脈沖的峰值的情況下，信號處理電路40生成用于提高預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD的偏置電流值的信號，并在預(yù)激發(fā)期間將該信號賦予驅(qū)動器22。驅(qū)動器22 根據(jù)來自信號處理電路40的信號，來使預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD3的偏置電流值降低或上升。由此，來自激發(fā)LD3的激發(fā)光的功率發(fā)生變化。例如由非易失性存儲器來實現(xiàn)存儲器41，用于針對每個激光條件保存激發(fā)LD3的偏置電流值的最佳值。并且，根據(jù)信號處理電路40對激發(fā)LD3的偏置電流的調(diào)整結(jié)果，來更新存儲在存儲器41中的最佳值。圖7是用于說明起動第一實施方式的激光加工裝置時的處理的流程圖。參照圖7，在步驟SI中，接通激光加工裝置100的電源。由此，控制裝置20、驅(qū)動器21、22等各種電路被起動。在步驟S2中，在控制裝置20的內(nèi)部設(shè)定激光生成條件。例如信號處理電路40參照存儲在存儲器41中的表，來設(shè)定默認條件。由此，決定脈沖的重復頻率、預(yù)激發(fā)期間和正式激發(fā)期間的激發(fā)LD的偏置電流值等。在步驟S3中，發(fā)出激光。具體而言，控制裝置20按照在步驟S2的處理中設(shè)定的條件來控制驅(qū)動器21、22。驅(qū)動器21、22分別驅(qū)動種子LD2及激發(fā)LD3。由此,來自種子LD2的種子光和來自激發(fā)LD3的激發(fā)光輸入到光放大光纖I中，由此從光放大光纖I輸出激光脈沖。分光器13分割從光放大光纖I輸出的激光脈沖。一個激光脈沖被輸入至受光元件15而由峰值檢測器16檢測其峰值。此外，控制裝置20使光閘19關(guān)閉。因此，光閘19使另一個激光脈沖不出射至激光束掃描機構(gòu)14。接著，在步驟S4中，控制裝置20使用受光元件15及峰值檢測器16而檢測第一個脈沖和最后一個脈沖。接著，在步驟S5中，控制裝置20判斷第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值是否相同。此外，“峰值相同”的判定基準包括兩個峰值相一致的情況，但并不限定于此。例如，也可以在兩個峰值的比率在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)的情況下，判斷為“峰值相同”。在判斷為第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值不同的情況下(步驟S5 否”)，處理進入步驟S9。在步驟S9中，控制裝置20 (信號處理電路40)對預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD3的偏置電流進行調(diào)整。在第一個脈沖的峰值大于最后一個脈沖的峰值的情況下，控制裝置20減小預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD3的偏置電流。另一方面，在第一個脈沖的峰值小于最后一個脈沖的峰值的情況下，控制裝置20增大預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)LD3的偏置電流。若步驟S9的處理結(jié)束，則全部處理返回至步驟S3。即，對與一個激光條件相對應(yīng)的激發(fā)LD3的偏置電流進行調(diào)整，直到判斷為第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相同為止。另一方面，在判斷為第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相同的情況下(步驟S5 “是”)，處理進入步驟S6。在步驟S6中，控制裝置20將與設(shè)定激光條件相對應(yīng)的激發(fā)LD3的偏置電流值保存至存儲器41。由此，針對某個激光條件，決定用于使第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相同的激發(fā)LD3的偏置電流值(預(yù)激發(fā)期間的偏置電流值)。接著，控制裝置20判斷是否對所有的激光條件求出了激發(fā)LD3的偏置電流值。在 存在未決定偏置電流值的激光條件的情況下(步驟S7 否”)，處理進入步驟S8。在步驟S8中，信號處理電路40選擇下一個激光條件。若步驟S8的處理結(jié)束，則全部處理返回至步驟S2。另一方面，在判斷為對所有的激光條件求出了激發(fā)LD3的偏置電流值的情況下(步驟S7 是”)，處理進入Sll (參照圖9)。圖8是示意性示出了偏置電流值的最佳值的保存形式的圖。參照圖8，激發(fā)LD3的偏置電流的最佳值以表形式保存在存儲器41中。具體而言，在表中保存與脈沖組的重復頻率的范圍(示出一例為IOOkHz 120kHz)和包含在一個脈沖組中的脈沖的個數(shù)的組合相對應(yīng)的最佳值。例如，預(yù)先設(shè)定與某一個激光條件相對應(yīng)的偏置電流值來作為默認的條件。通過步驟S3、S4、S6、S9的處理，來決定與其他激光條件相對應(yīng)的偏置電流值，以作為與該默認電流值之間的差分。此外，最佳值的保存形式并不限定于表形式，例如也可以是數(shù)據(jù)庫形式。并且，也可以以圖8示出那樣的表形式，將正式激發(fā)期間的激發(fā)LD3的偏置電流值保存在存儲器41中。圖9是用于說明起動第一實施方式的激光加工裝置之后的處理的流程圖。此外，“起動后”與激光加工裝置運轉(zhuǎn)時相對應(yīng)。參照圖9，在步驟Sll中，控制裝置20 (信號處理電路40)根據(jù)激光生成條件來設(shè)定偏置電流值。例如基于由用戶通過輸入部25 (圖I)輸入的信息，并參照圖8所示的表，來決定激光生成條件。激光生成條件包含重復頻率以及包含在脈沖組針對脈沖的個數(shù)等，但并不限定于它們。通過該處理，決定正式激發(fā)期間和預(yù)激發(fā)期間中的每個期間的激發(fā)LD3的偏置電流值。此外，在激光加工裝置運轉(zhuǎn)時，由控制裝置20開放光閘19。在步驟S12中，開始發(fā)出激光。控制裝置20將通過步驟Sll的處理而設(shè)定的正式激發(fā)期間的偏置電流值和預(yù)激發(fā)期間的偏置電流值賦予驅(qū)動器22。驅(qū)動器22將與該偏置電流值相對應(yīng)的電流供給至激發(fā)LD3。在步驟S13中，控制裝置20執(zhí)行對偏置電流的反饋控制。具體而言，控制裝置20執(zhí)行與步驟S3、S4、S5、S6、S9的處理同樣的處理。由此，在激光加工裝置進行動作的過程中，能夠?qū)ぐl(fā)LD3的預(yù)激發(fā)期間的偏置電流進行調(diào)整，從而使第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相同。在步驟S14中，結(jié)束發(fā)出激光。在步驟S15中，控制裝置20判斷激光生成條件是否有變更。例如在變更了加工條件的情況下，判斷為激光生成條件有變更。此時(步驟S15:“是”)，處理返回至步驟S11。另一方面，在激光生成條件沒有變更的情況下(步驟S15 否”)，處理返回至步驟S12。此外，在圖7所示的處理中，在起動激光加工裝置時決定與所有的激光條件相對應(yīng)的激發(fā)LD3的偏置電流的最佳值。其中，在能夠確保第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值的偏差在容許范圍內(nèi)的情況下，保存在表中的偏置電流的最佳值的一部分或全部也可以是固定值。在這些情況下，能夠簡化或省略在起動時用于求出最佳偏置電流值的處理。由此，例如能夠縮短起動時間。進而，在第一實施方式中，通過起動后的偏置電流的反饋控制，對與某個激光條件相對應(yīng)的偏置電流的最佳值進行調(diào)整。在變更了激光條件的情況下，將對與變更前的激光條件相對應(yīng)的最佳偏置電流的調(diào)整量，反應(yīng)到與變更后的激光條件相對應(yīng)的最佳偏置電流上(加上或減去調(diào)整量)。根據(jù)激發(fā)LD3的溫度特性，存在激光加工裝置的運轉(zhuǎn)過程中最佳偏置電流被調(diào)整的可能性。通過如上所述的偏置電流的調(diào)整，能夠得到考慮了激發(fā)LD3的溫度特性的最佳偏置電流。
例如，假設(shè)第一激光條件的起動時的偏置電流是10，且對第二激光條件的偏置電流設(shè)定了對第一激光條件的偏置電流加5 (+ 5)的值，從而設(shè)定得兩者互不相同。由此，第二激光條件的起動時的偏置電流為15。假設(shè)在以第一激光條件使激光加工裝置運轉(zhuǎn)的期間，激發(fā)LD的偏置電流從10變成了 11。在從第一激光條件變更為第二激光條件的情況下，偏置電流成為11 + 5 = 16。即，與變更后的激光條件相對應(yīng)的偏置電流，相對于與變更前的激光條件的相對應(yīng)的偏置電流而發(fā)生變化。此外，這些數(shù)值是用于說明的，并不限定本發(fā)明。圖10A、圖IOB是示出了提高重復頻率的同時增加脈沖組中的脈沖數(shù)的情況的激光輸出的波形圖。圖IOA是示出了未執(zhí)行第一實施方式的反饋控制的情況下的激光輸出的波形圖。圖IOB是示出了執(zhí)行了第一實施方式的反饋控制的情況下的激光輸出的波形圖。參照圖IOA及圖10B，通過第一實施方式的反饋控制，加上或減去激光條件變更前后的偏置電流值的差分。由此，在變更了激光條件的情況下，也能夠使第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相等。圖11A、圖IlB是示出了降低重復頻率的同時減少脈沖組中的脈沖數(shù)的情況的激光輸出的波形圖。圖IlA是示出了未執(zhí)行第一實施方式的反饋控制的情況下的激光輸出的波形圖。圖IlB是示出了執(zhí)行了第一實施方式的反饋控制的情況下的激光輸出的波形圖。參照圖IlA及圖11B，通過第一實施方式的反饋控制，加上或減去激光條件變更前后的偏置電流值的差分。由此，在變更了激光條件的情況下，也能夠使第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相等。這樣，在第一實施方式中，在發(fā)出激光之前對光放大光纖I進行預(yù)激發(fā)，從而能夠從第一個脈沖開始得到穩(wěn)定的功率。并且，在第一實施方式中，針對每個脈沖(脈沖組)而測定峰值，并基于其測定結(jié)果，來以使第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相同的方式，對激發(fā)LD3的偏置電流值進行調(diào)整。由此，能夠從第一個脈沖起得到穩(wěn)定的激光輸出。從而，若采用第一實施方式，則能夠進行高品質(zhì)的加工。并且，若采用第一實施方式，則在起動激光加工裝置時，對每個激光條件設(shè)定偏置電流值的最佳值，并以表的方式保持其最佳值。由此，能夠根據(jù)激光條件，來改變預(yù)激發(fā)期間的激發(fā)光的功率。并且，若采用第一實施方式，則在激光加工裝置進行動作的過程中，也通過反饋控制而設(shè)定偏置電流值的最佳值。由此，即使變更激光條件，也能夠得到穩(wěn)定的激光輸出。若采用第一實施方式，則在起動激光加工裝置時以及在進行動作時通過反饋控制來設(shè)定偏置電流的最佳值，因而不僅能夠抑制因結(jié)構(gòu)部件性能偏差引起的激光輸出功率偏差，還能夠抑制因結(jié)構(gòu)部件性能溫度特性引起的激光輸出功率偏差。因此，也可以不需為準備表而針對每個激光加工裝置測定偏置電流值的最佳值。另外，也可以不準備考慮了溫度特定的表。由此，能夠抑制激光加工裝置的成本上升。<第二實施方式>圖12是第二實施方式的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)圖。參照圖12，激光加工裝置101具有由兩級光纖放大器構(gòu)成的光放大器。第二實施方式的激光加工裝置，在該點上與第一實施方式的激光加工裝置不同。參照圖I及圖12，激光加工裝置101與激光加工裝置100的 不同點在于，激光加工裝置101還具有耦合器7 ;光放大光纖8 ;激發(fā)LD9A、9B ;合成儀10 ；隔離器11 ;受光元件17 ;峰值檢測器18 ;驅(qū)動器23。耦合器7將從光放大光纖I經(jīng)由隔離器6輸出的光脈沖，分為發(fā)送至合成儀10的光脈沖和發(fā)送至受光元件17的光脈沖。合成儀10對來自耦合器7的激光和來自激發(fā)LD9A、9B的激光進行合成,并將合成后的光入射至光放大光纖8。驅(qū)動器23驅(qū)動激發(fā)LD9A、9B?？刂蒲b置20控制驅(qū)動器23。光放大光纖8使用來自激發(fā)LD9A、9B的激光來放大來自耦合器7的激光。即，來自耦合器7的激光是種子光，來自激發(fā)LD9A、9B的激光是激發(fā)光。從激發(fā)LD9A、9B發(fā)出的激發(fā)光的功率，在預(yù)激發(fā)期間減小，在正式激發(fā)期間則增大。隔離器11使從光放大光纖8輸出的激光通過，并且遮斷向光放大光纖8返回的激光。受光兀件17接收來自f禹合器7的光脈沖而輸出表不該光脈沖的強度的信號。峰值檢測器18基于來自受光元件17的信號來檢測光脈沖的峰值。將由峰值檢測器18檢測出的峰值發(fā)送至控制裝置20。受光元件17及峰值檢測器18的結(jié)構(gòu)，分別與受光元件15及峰值檢測器16的結(jié)構(gòu)相同。在第二實施方式中，由受光兀件17及峰值檢測器18檢測從光放大光纖I輸出的光脈沖的峰值，并由受光元件15及峰值檢測器16檢測從光放大光纖8輸出的光脈沖的峰值。激光加工裝置101的其他部分的結(jié)構(gòu)，與激光加工裝置100的相對應(yīng)的部分的結(jié)構(gòu)相同，因而以后不重復說明。若采用第二實施方式，則控制裝置20基于由受光元件17及峰值檢測器18檢測出的脈沖的峰值，來控制驅(qū)動器22。由此，能夠以使從光放大光纖I出射的脈沖組的第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相等的方式，控制從光放大光纖I出射的脈沖。并且，控制裝置20基于由受光元件15及峰值檢測器16檢測出的脈沖的峰值，來控制驅(qū)動器23。由此，能夠以使從最后的放大級即光放大光纖8出射的多個脈沖中的第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相等的方式，控制從光放大光纖8出射的脈沖。用于控制從光放大光纖8出射的脈沖的方法，能夠應(yīng)用與第一實施方式的控制方法相同的方法，因而以后不重復詳細的說明。
這樣，若根據(jù)第二實施方式，則即使放大級的個數(shù)為多個，也能夠從最后的放大級得到穩(wěn)定的激光脈沖輸出。此外，只要放大級的個數(shù)是多個即可，并不限定于兩級，也可以是二級或更多級。另外，對各放大級設(shè)置的激發(fā)LD的個數(shù)并非如圖I或圖12示出那樣限定，而能夠任意地設(shè)定激發(fā)LD的個數(shù)。進而，在上述各實施方式中，公開了激光加工裝置來作為光放大裝置的使用方式之一，但本發(fā)明的實施方式的光放大裝置的用途并不限定于激光加工裝置。應(yīng)當認為本公開的實施方式是在全部點的例示而非限制。本發(fā)明的范圍并不由上 述的說明來表示，而是由權(quán)利要求書來表示，意在包括在與權(quán)利要求書均勻的意思和范圍內(nèi)的全部變更。
權(quán)利要求
1.一種光放大裝置，其特征在于， 具有: 光放大光纖，其通過激發(fā)光來放大種子光； 種子光源，其在發(fā)光期間生成多次脈沖狀的所述種子光； 激發(fā)光源，其在剛剛進入所述發(fā)光期間之前的非發(fā)光期間生成具有第一能級的功率的所述激發(fā)光，在所述發(fā)光期間生成具有比所述第一能級高的第二能級的功率的所述激發(fā)光; 檢測器，其檢測從所述光放大光纖輸出的輸出光脈沖的功率； 控制部，其基于所述檢測器的檢測值，以使在所述發(fā)光期間內(nèi)生成的最初的輸出光脈沖和最后的輸出光脈沖之間的功率相同的方式，控制所述非發(fā)光期間的所述激發(fā)光的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I記載的光放大裝置，其特征在于， 所述控制部，在起動所述光放大裝置時，按照每個所述輸出光脈沖的預(yù)先設(shè)定的條件，控制所述非發(fā)光期間的所述激發(fā)光的功率，由此獲取與特定激發(fā)光的功率相關(guān)的數(shù)據(jù)，該特定激發(fā)光是指，用于使所述最初的輸出光脈沖和所述最后的輸出光脈沖之間的功率相同的所述激發(fā)光； 所述光放大裝置還具有存儲部，在該存儲部中，與所述輸出光脈沖的所述預(yù)先設(shè)定的條件相關(guān)聯(lián)對應(yīng)地存儲所述數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的光放大裝置，其特征在于， 在所述光放大裝置運轉(zhuǎn)時，所述控制部基于存儲在所述存儲部中的數(shù)據(jù)，來設(shè)定所述非發(fā)光期間的所述激發(fā)光的功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3記載的光放大裝置，其特征在于， 所述激發(fā)光源是半導體激光器； 所述數(shù)據(jù)是所述半導體激光器的偏置電流的數(shù)據(jù)； 在變更了所述輸出光脈沖的條件的情況下，所述控制部將與變更前的條件相對應(yīng)的所述偏置電流的數(shù)據(jù)的變動，反應(yīng)到與變更后的條件相對應(yīng)的所述偏置電流的數(shù)據(jù)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2記載的光放大裝置，其特征在于， 還具有光閘，該光閘用于防止使所述輸出光脈沖輸出到所述光放大裝置的外部； 所述控制部，在關(guān)閉所述光閘的狀態(tài)下，獲取在起動所述光放大裝置時的所述數(shù)據(jù)。
6.—種激光加工裝置,其特征在于， 具有權(quán)利要求I 5中的任一項記載的光放大裝置。
全文摘要
能夠從第一個脈沖起穩(wěn)定輸出激光脈沖的光放大裝置及激光加工裝置。激光加工裝置(100)具有光放大光纖(1)；種子LD(2)，在發(fā)光期間生成多次脈沖狀的種子光；激發(fā)LD(3)，在剛剛進入發(fā)光期間之前的非發(fā)光期間生成具有第一能級的功率的激發(fā)光，在發(fā)光期間則生成具有比第一能級高的第二能級的功率的激發(fā)光；受光元件(15)及峰值檢測器(16)，檢測從光放大光纖(1)輸出的輸出光脈沖的功率；控制裝置(20)?？刂蒲b置(20)，基于峰值檢測器(16)的檢測值，來以使在發(fā)光期間內(nèi)生成的最初的輸出光脈沖和最后的輸出脈沖之間的功率相同的方式，控制非發(fā)光期間的激發(fā)光的功率(驅(qū)動器(22)的偏置電流)。
文檔編號H01S3/067GK102801088SQ20121014688
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者大垣龍男 申請人:歐姆龍株式會社