高功率脈沖光產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其具備：產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的主時(shí)鐘發(fā)生器；產(chǎn)生與上述主時(shí)鐘信號(hào)同步的脈沖光的光振蕩器；將從上述光振蕩器射出的脈沖光放大而輸出高功率脈沖光的光放大器；產(chǎn)生對(duì)上述光放大器進(jìn)行激發(fā)的激發(fā)用脈沖光的激發(fā)半導(dǎo)體激光器；通過與上述主時(shí)鐘信號(hào)同步的脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)上述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)部；以及通過使上述脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度發(fā)生變化而使上述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度發(fā)生變化，來控制每一個(gè)脈沖的上述光放大器的增益，對(duì)上述驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行控制的控制部。
【專利說明】高功率脈沖光產(chǎn)生裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用半導(dǎo)體激光器作為光放大器的激發(fā)光源，將從脈沖光源射出的脈沖光在上述光放大器內(nèi)放大并射出的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，尤其涉及適用于激光加工的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置。
[0002]本申請(qǐng)基于2011年7月20日向日本申請(qǐng)的特愿2011-158847號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并在這里引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003]一般而言，作為具有脈沖光放大功能的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，具備作為脈沖光源而使用的光振蕩器、和對(duì)從光振蕩器輸出的脈沖光進(jìn)行放大的光放大器，并使用了光纖輸出的半導(dǎo)體激光器(Laser Diode:LD)作為光放大器激發(fā)用的光源的裝置較多。另外，大多情況下，光放大器激發(fā)用的LD (以下記為激發(fā)LD)具備電阻值小、精度高的作為電阻器的分流型恒流驅(qū)動(dòng)電路，通常被附屬的驅(qū)動(dòng)器(Driver)控制成激發(fā)LD的輸出恒定。然而，在這樣的對(duì)激發(fā)LD進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電路中，按照輸出電流在Isec-1hr的期間恒定的方式進(jìn)行最佳化。因此，大多被設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)電路的響應(yīng)時(shí)間為Imsec以上,難以使從激發(fā)LD射出的輸出光以高速開啟-關(guān)閉(0N-0FF)。
[0004]另一方面，為了容易實(shí)現(xiàn)使用了恒壓電路的電源電路或者電力供給電路的設(shè)備中的低損耗化，應(yīng)用了能夠脈沖驅(qū)動(dòng)激發(fā)LD的開關(guān)元件的恒壓電路也已被使用。如現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)所記載那樣，還公知有一種通過對(duì)驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)來進(jìn)行控制，以使激發(fā)LD的輸出波形成為脈沖狀的方法(例如參照專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2)。
[0005]并且，例如專利文獻(xiàn)3~專利文獻(xiàn)5公開了在高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，為了高效地放大從光振蕩器射出的脈沖光(以下稱為振蕩脈沖光)而對(duì)激發(fā)LD進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)的技術(shù)。另外，還公知有一種使激發(fā)LD的驅(qū)動(dòng)電流值的波形以脈沖狀變化，使脈沖激光光源的信號(hào)頻率和激發(fā)LD的脈沖輸出的頻率同步來提高增益的技術(shù)。
[0006]在進(jìn)行實(shí)際的激光加工的情況下，通常反復(fù)進(jìn)行下述動(dòng)作:在某一時(shí)間持續(xù)射出從高功率脈沖光產(chǎn)生裝置輸出的加工用的脈沖光(以下稱為輸出脈沖光)，然后，在使脈沖光的輸出暫時(shí)停止之后，再次射出脈沖光。
[0007]這里，將從高功率脈沖光產(chǎn)生裝置持續(xù)進(jìn)行輸出脈沖光的出射的狀態(tài)稱為開啟(ON)狀態(tài)，將從高功率脈沖光產(chǎn)生裝置停止輸出脈沖光的出射的狀態(tài)稱為停止(OFF)狀態(tài)。這樣的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的切換通常通過將產(chǎn)生用于對(duì)光放大器進(jìn)行激發(fā)的脈沖光(以下稱為激發(fā)用脈沖光)的激發(fā)部(激發(fā)LD)的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流接通-斷開(ON-OFF)來進(jìn)行。因此，在激發(fā)部中沒有流動(dòng)脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的狀態(tài)下，高功率脈沖光產(chǎn)生裝置成為關(guān)閉狀態(tài)，如果激發(fā)部中流過脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流，則高功率脈沖光產(chǎn)生裝置成為開啟狀態(tài)。其中，激發(fā)用脈沖光與脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流同步，一般，激發(fā)用脈沖光的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的各脈沖的脈沖寬度恒定，另外，通常激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度與輸出脈沖光的脈沖寬度相比會(huì)被設(shè)定得足夠長。[0008]在使用了這樣的脈沖驅(qū)動(dòng)的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的情況下，當(dāng)從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)時(shí)，會(huì)發(fā)生剛切換之后的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置內(nèi)的光放大器的每一個(gè)脈沖的增益變小，然后，按每個(gè)脈沖增益漸漸變大而達(dá)到穩(wěn)態(tài)的增益這一現(xiàn)象。另外，當(dāng)為了縮短增益達(dá)到穩(wěn)態(tài)為止的時(shí)間而想要提高剛向開啟狀態(tài)切換后的脈沖中的光放大器的增益時(shí)，有時(shí)剛切換后的脈沖的增益變得過大而導(dǎo)致過沖(over shoot)。
[0009]如以上那樣，在剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)向開啟狀態(tài)切換后，存在光放大器的每一個(gè)脈沖的增益不穩(wěn)定，高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的輸出脈沖光的每一個(gè)脈沖的功率不穩(wěn)定這一問題。
[0010]其中，在本發(fā)明中，將如以上那樣在將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)向開啟狀態(tài)切換之后，到輸出脈沖光的功率穩(wěn)定化為止的期間稱為過渡期間，將在過渡期間內(nèi)按輸出脈沖光的每個(gè)脈沖發(fā)生功率的變動(dòng)的現(xiàn)象稱為過渡現(xiàn)象。
[0011]尤其在將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置作為激光加工裝置的光源使用的情況下，上述那樣的過渡期間內(nèi)的輸出脈沖光的功率變動(dòng)是增大激光加工中的加工質(zhì)量或者加工度等加工特性的偏差的主要原因。因此，需要在過渡期間內(nèi)不進(jìn)行激光加工而使裝置待機(jī)。另外，這樣的待機(jī)時(shí)間使激光加工裝置的工作效率低下。
[0012]然而，在上述任何一個(gè)專利文獻(xiàn)中，都完全沒有考慮在將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)向開啟狀態(tài)切換時(shí)，抑制因過渡現(xiàn)象造成的輸出脈沖光的脈沖功率的變動(dòng)。因此，在現(xiàn)有的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，當(dāng)被從關(guān)閉狀態(tài)向開啟狀態(tài)切換時(shí)，難以從剛切換之后便獲得脈沖功率一致的輸出脈沖光。因此，無法避免因上述那樣的待機(jī)期間而導(dǎo)致高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的工作效率低下的情況。
[0013]專利文獻(xiàn)1:美國專利第5325383號(hào)說明書
[0014]專利文獻(xiàn)2:美國專利第5283794號(hào)說明書
[0015]專利文獻(xiàn)3:美國專利第5867305號(hào)說明書
[0016]專利文獻(xiàn)4:美國專利第5933271號(hào)說明書
[0017]專利文獻(xiàn)5:美國專利第6081369號(hào)說明書
[0018]在圖7中，針對(duì)在現(xiàn)有的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中被輸入輸出脈沖光出射的開始信號(hào)的狀態(tài)下的從光放大器的激發(fā)LD射出的脈沖輸出(激發(fā)用脈沖光)、從光放大器射出的輸出脈沖光、光放大器的增益變化、和主時(shí)鐘信號(hào)，表不了依存于時(shí)間的相互關(guān)系。
[0019]如圖7所示，關(guān)于光放大器的增益，剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)后的輸出脈沖光的第I脈沖的功率比開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)的脈沖功率(脈沖高度)小，然后，每當(dāng)射出脈沖便漸漸變大，在進(jìn)行了數(shù)個(gè)脈沖射出之后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的脈沖功率。這樣，在剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)后射出比在穩(wěn)定時(shí)射出的輸出脈沖光的脈沖功率小的功率的脈沖，然后功率達(dá)到穩(wěn)態(tài)之前，導(dǎo)致每一個(gè)脈沖的功率發(fā)生變動(dòng)。
[0020]可認(rèn)為發(fā)生這樣的現(xiàn)象原因如下。即，可認(rèn)為這是因?yàn)樵陉P(guān)閉狀態(tài)下，光放大器的增益比開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)(以下稱為穩(wěn)定時(shí))的最低增益低。并且，可認(rèn)為這是因?yàn)榭偸菍⑨槍?duì)激發(fā)LD的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度設(shè)為恒定，控制成從激發(fā)LD輸出的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度恒定。其中，在圖7的例子中，雖然如上述那樣控制成從激發(fā)LD輸出的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度恒定，但將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)的時(shí)刻(輸出開始觸發(fā)的時(shí)刻)與主時(shí)鐘信號(hào)的脈沖的上升時(shí)刻偏離。因此，剛切換至開啟狀態(tài)后的激發(fā)用脈沖光的第I脈沖的寬度變小。從而，光放大器的增益也在第I脈沖中變得極小。
[0021]如上述那樣，在現(xiàn)有的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，當(dāng)將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)時(shí)，輸出脈沖光的脈沖功率發(fā)生變動(dòng)。因此，在將現(xiàn)有的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置用于激光加工的情況下，不得不將從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)時(shí)的脈沖功率發(fā)生變動(dòng)的期間(過渡期間)設(shè)為不進(jìn)行激光加工的待機(jī)期間。因此，工作效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明是以上述的情況為背景而完成的發(fā)明，提供一種能夠抑制高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的輸出脈沖光的功率變動(dòng)，例如即使在將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)向開啟狀態(tài)切換時(shí)，也能夠盡早使輸出脈沖光的各脈沖的功率穩(wěn)定化，來防止上述那樣的過渡現(xiàn)象的產(chǎn)生的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置。
[0023]本發(fā)明基本上通過具備如下結(jié)構(gòu)來解決上述課題:通過控制激發(fā)LD的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度，來使激發(fā)LD的脈沖輸出(激發(fā)用脈沖光)的脈沖寬度發(fā)生變化，能夠按每個(gè)脈沖來控制光放大器的增益。
[0024]本發(fā)明的第I方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置具備:主時(shí)鐘發(fā)生器，其產(chǎn)生主時(shí)鐘信號(hào)；光振蕩器，其產(chǎn)生與上述主時(shí)鐘信號(hào)同步的脈沖光；光放大器，其將從上述光振蕩器射出的脈沖光放大，來輸出高功率脈沖光；激發(fā)半導(dǎo)體激光器，其產(chǎn)生對(duì)上述光放大器進(jìn)行激發(fā)的激發(fā)用脈沖光；驅(qū)動(dòng)部，其通過與上述主時(shí)鐘信號(hào)同步的脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)上述激發(fā)半導(dǎo)體激光器；和控制部，通過使上述脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度變化而使上述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度變化，來控制每一個(gè)脈沖的上述光放大器的增益，對(duì)上述驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行控制。
[0025]由于通過使用上述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，能夠控制光放大器的每一個(gè)脈沖的增益，所以可使高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的輸出脈沖光的脈沖功率穩(wěn)定化。另外，由于能夠如上述那樣控制光放大器的每一個(gè)脈沖的增益，所以能夠飛躍性地?cái)U(kuò)大激光加工的自由度。并且，通過使激發(fā)LD的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流以及激發(fā)用脈沖光與主時(shí)鐘信號(hào)同步，來進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation:PWM)，能夠簡單且高速地使輸出脈沖光上升。
[0026]在本發(fā)明的第I方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選上述控制部構(gòu)成為:在剛從上述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)停止而不從上述光放大器輸出高功率脈沖光的關(guān)閉狀態(tài)切換至上述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)開始而從上述光放大器輸出高功率脈沖光的開啟狀態(tài)后，便調(diào)整上述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，以使即將射出輸出脈沖光之前的光放大器的增益接近于上述光放大器的開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)的最大增益。
[0027]通過使用上述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，能夠調(diào)整剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)后的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，調(diào)整成使輸出脈沖光即將射出前的光放大器的增益接近于開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)的最大增益。因此，能夠使剛切換至開啟狀態(tài)后的輸出脈沖光的第I脈沖的功率與穩(wěn)定時(shí)的輸出脈沖光的脈沖功率大致相等。
[0028]因此，能可獲得從上述剛切換后的第I個(gè)脈沖起功率變動(dòng)少的輸出脈沖光，抑制上述那樣的過渡現(xiàn)象。從而，例如能夠在激光加工中不設(shè)置待機(jī)期間，或者至少能夠縮短待機(jī)期間。[0029]在本發(fā)明的第I方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選上述控制部構(gòu)成為:在將剛切換至上述開啟狀態(tài)后的上述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度與上述開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)的脈沖寬度之差定義為調(diào)整寬度的情況下，上述調(diào)整寬度的絕對(duì)值從剛切換至上述開啟狀態(tài)后開始逐漸減少。
[0030]若使用上述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，則控制成每一個(gè)脈沖的激發(fā)LD的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度的調(diào)整寬度變得比緊接其之前的脈沖的調(diào)整寬度短。因此，調(diào)整寬度在短時(shí)間收斂于O (零)。結(jié)果，能夠在短時(shí)間使脈沖功率穩(wěn)定化。另外，能夠?qū)⑦^渡期間中的每一個(gè)脈沖的調(diào)整寬度作為數(shù)據(jù)表而預(yù)先輸入至控制部。另外，該情況下，由于上述激發(fā)LD的脈沖輸出的脈沖寬度根據(jù)數(shù)據(jù)表被自動(dòng)設(shè)定，所以能夠容易地自動(dòng)控制激發(fā)LD的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流。
[0031]在本發(fā)明的第I方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選在上述光放大器的出射側(cè)設(shè)置有監(jiān)視輸出脈沖光的監(jiān)視器，上述監(jiān)視器對(duì)射入至上述監(jiān)視器的上述輸出脈沖光的受光量進(jìn)行測(cè)定，上述控制部構(gòu)成為:按從上述光放大器射出的每一個(gè)上述高功率脈沖光，將由上述監(jiān)視器測(cè)定出的上述受光量輸入至上述控制部，根據(jù)上述受光量的變化來控制上述激發(fā)用脈沖光的上述脈沖寬度。
[0032]通過使用上述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，能夠利用監(jiān)視器監(jiān)視輸出脈沖光的每一個(gè)脈沖的出射功率。并且，能夠根據(jù)出射功率的變化在短時(shí)間使輸出脈沖光的脈沖功率穩(wěn)定化。
[0033]在本發(fā)明的第I方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選在上述光放大器的出射側(cè)設(shè)置有監(jiān)視輸出脈沖光的監(jiān)視器，上述監(jiān)視器對(duì)射入至上述監(jiān)視器的上述輸出脈沖光的受光量進(jìn)行測(cè)定，上述控制部構(gòu)成為:按從上述光放大器射出的每一個(gè)上述高功率脈沖光，由上述監(jiān)視器測(cè)定出的上述受光量被輸入至上述控制部，根據(jù)上述受光量的變化來控制上述
調(diào)整寬度。
[0034]通過使用上述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，能夠利用監(jiān)視器監(jiān)視輸出脈沖光的每一個(gè)脈沖的出射功率。并且，能夠根據(jù)出射功率的變化使上述調(diào)整寬度準(zhǔn)確且在短時(shí)間收斂至0，使輸出脈沖光的脈沖功率在更短時(shí)間穩(wěn)定化。
[0035]在本發(fā)明的第I方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，優(yōu)選在剛從上述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)停止而不從上述光放大器輸出高功率脈沖光的關(guān)閉狀態(tài)切換至上述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)開始而從上述光放大器輸出高功率脈沖光的開啟狀態(tài)后，上述光振蕩器便能夠通過調(diào)整上述激發(fā)用脈沖光的輸出定時(shí)來調(diào)整脈沖寬度。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，可控制高功率脈沖光產(chǎn)生裝置內(nèi)的光放大器的激發(fā)LD的驅(qū)動(dòng)電流，使激發(fā)LD的脈沖輸出(激發(fā)用脈沖光)的脈沖寬度變化，對(duì)輸出脈沖光的每一個(gè)脈沖的功率進(jìn)行控制。因此，能夠抑制輸出脈沖光的脈沖功率的變動(dòng)，使輸出脈沖光穩(wěn)定化。從而，例如若將本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置作為激光加工用的光源來使用，則由于能夠使加工特性穩(wěn)定化，另外，能夠控制光放大器的每一個(gè)脈沖的增益，所以也能夠飛躍性地?cái)U(kuò)大激光加工的自由度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是用于表示本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的基本結(jié)構(gòu)的簡圖。[0038]圖2是用于表示本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中的輸出脈沖光、光放大器的激發(fā)LD的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度、光放大器的增益和主時(shí)鐘信號(hào)的關(guān)系的圖。
[0039]圖3是表示基于本發(fā)明的第I實(shí)施方式涉及的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的整體結(jié)構(gòu)的簡圖。
[0040]圖4是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式涉及的作為高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的PWM驅(qū)動(dòng)器發(fā)揮功能的分流(shunt)型恒流電路的基本結(jié)構(gòu)的簡圖。
[0041]圖5是用于對(duì)本發(fā)明的第I實(shí)施方式涉及的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的開啟狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)切換時(shí)的激發(fā)LD的脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流的控制方法進(jìn)行說明的圖。
[0042]圖6A是用于表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式涉及的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中的激發(fā)LD的脈沖輸出的脈沖寬度與調(diào)整寬度的增減之間的關(guān)系的圖。
[0043]圖6B是用于表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式涉及的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中的激發(fā)LD的脈沖輸出的脈沖寬度和調(diào)整寬度的增減之間的關(guān)系的圖。
[0044]圖7是用于表示現(xiàn)有的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中的輸出脈沖光、光放大器的激發(fā)LD的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度、光放大器的增益和主時(shí)鐘信號(hào)的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]參照?qǐng)D1、圖2對(duì)本發(fā)明的基本原理進(jìn)行說明。
[0046]圖1表示了本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的基本結(jié)構(gòu)。在圖1中，從高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的光振蕩器I射出的脈沖光(以下記為振蕩脈沖光)被導(dǎo)向光放大器31。另夕卜，從激發(fā)LD3射出的激發(fā)用脈沖光被賦予給光放大器31。而且，未圖示的放大介質(zhì)內(nèi)的激發(fā)物質(zhì)被上述振蕩脈沖光激發(fā)，通過受激發(fā)射射出被放大后的輸出脈沖光。
[0047]控制部40與光振蕩器I和激發(fā)LD3連接。對(duì)光振蕩器I輸出切換開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的輸出控制信號(hào)。與從激發(fā)LD輸出的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度相關(guān)的控制信號(hào)被輸出至激發(fā)LD3。
[0048]圖2針對(duì)向高功率脈沖光產(chǎn)生裝置輸入了輸出開始觸發(fā)的狀態(tài)、即從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)時(shí)的從光放大器的激發(fā)LD射出的激發(fā)用脈沖光、從光放大器射出的輸出脈沖光、光放大器的增益變化和主時(shí)鐘信號(hào)，不意性地表不了依存于時(shí)間的相互的輸出定時(shí)。其中，從激發(fā)LD射出的激發(fā)用脈沖光與脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流同步，上述脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流由控制部控制。在圖2中，將輸出開始觸發(fā)剛被輸入至控制部后的、輸出脈沖光的第I脈沖中的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度設(shè)為最大，另一方面，第2脈沖中的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度比第I脈沖的脈沖寬度短第I脈沖中的增益的若干過沖量。并且，第3脈沖的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度比第2脈沖的脈沖寬度長第2脈沖中的光放大器的增益的若干下沖量。通過如此使激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度變化來逐漸接近于開啟狀態(tài)下的穩(wěn)定脈沖寬度，能夠從第I脈沖開始出射功率一致的輸出脈沖光。即，通過用于對(duì)激發(fā)LD進(jìn)行激發(fā)的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度的控制，來控制從激發(fā)LD射出的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度。由此，可防止在現(xiàn)有的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中產(chǎn)生的過渡現(xiàn)象的發(fā)生。
[0049]根據(jù)以上的理由，為了在本發(fā)明中產(chǎn)生圖2所示的狀態(tài)，控制用于對(duì)光放大器的激發(fā)LD進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度。
[0050]其中，在圖2的激發(fā)LD的脈沖驅(qū)動(dòng)中，與激發(fā)LD的驅(qū)動(dòng)開始的觸發(fā)同時(shí)按照預(yù)先決定的流程，通過控制部來控制激發(fā)LD的驅(qū)動(dòng)電流和激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度。
[0051]接下來，參照?qǐng)D3、圖4對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行以下說明。
[0052]圖3表示本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的一個(gè)實(shí)施方式。在本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中設(shè)置有光纖10、光振蕩器1、光放大器31、控制部40和輸出脈沖光監(jiān)視器50。光放大器31具有:作為放大介質(zhì)的摻鐿(Yb)雙包層光纖(DCF)2、通過激發(fā)LD稱合器8與摻鐿DCF2光學(xué)連接的激發(fā)LD3、和作為用于驅(qū)動(dòng)激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)部的PWM驅(qū)動(dòng)器4(以后將參照?qǐng)D4進(jìn)行說明)。另外，光振蕩器I和激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)器4為了切換開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，或者為了接收與脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度相關(guān)的控制信號(hào)而與控制部40連接?？刂撇?0為了接收主時(shí)鐘信號(hào)和與來自用戶的指示相關(guān)的信號(hào)，與主時(shí)鐘發(fā)生器9以及外部控制器45連接。并且，用于對(duì)從光放大器31射出的輸出脈沖光的每一各脈沖的功率進(jìn)行測(cè)定的輸出脈沖光監(jiān)視器50經(jīng)由光纖耦合器49與摻鐿DCF連接。
[0053]接下來，對(duì)圖3所示的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的基本動(dòng)作和功能進(jìn)行說明。
[0054]從光振蕩器I射出的振蕩脈沖光入射至設(shè)于光放大器31的摻鐿DCF2。上述振蕩脈沖光和從PWM驅(qū)動(dòng)器4輸出的激發(fā)LD3的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流被控制部40控制成與從主時(shí)鐘發(fā)生器9輸出的主時(shí)鐘信號(hào)同步。上述的脈沖調(diào)制后的驅(qū)動(dòng)電流(脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流)被施加到激發(fā)LD3，從激發(fā)LD3射出激發(fā)光。當(dāng)對(duì)摻鐿DCF2射入了從激發(fā)LD3射出的激發(fā)光時(shí)，摻鐿DCF2所含的鐿元素被激發(fā)，摻鐿DCF2中的增益增大，反轉(zhuǎn)分布率變高。在該狀態(tài)下，若如上述那樣從光振蕩器I射出的振蕩脈沖光射入到摻鐿DCF2,則發(fā)生受激釋放,從摻鐿DCF2射出被放大后的脈沖光，作為上述輸出脈沖光從高功率脈沖光產(chǎn)生裝置射出。
[0055]另外，來自用戶的對(duì)高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行切換等的指示被輸入至外部控制器45，并被傳遞至控制部40。
[0056]接著，參照?qǐng)D4對(duì)作為激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)部即PWM驅(qū)動(dòng)器4發(fā)揮作用的分流型恒流電路的PWM動(dòng)作進(jìn)行說明。
[0057]圖4所示的分流型恒流電路由分流電阻52、比較器53、晶體管54構(gòu)成。通過由脈沖寬度調(diào)制后的電壓脈沖信號(hào)51向決定恒流電路的設(shè)定電流的比較器53輸入電壓，可對(duì)激發(fā)LD的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流施加PWM。
[0058]然后，PWM驅(qū)動(dòng)器4根據(jù)從控制部40輸出的控制信號(hào)，針對(duì)從主時(shí)鐘發(fā)生器9輸出的主時(shí)鐘信號(hào)模式，生成對(duì)脈沖寬度進(jìn)行了調(diào)整的電壓脈沖信號(hào)51，并將電壓脈沖信號(hào)51輸入至由上述分流型恒流電路構(gòu)成的PWM驅(qū)動(dòng)器4。PWM驅(qū)動(dòng)器4將與脈沖寬度被調(diào)制后的電壓脈沖信號(hào)51對(duì)應(yīng)的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流55流向激發(fā)LD。
[0059]這里，優(yōu)選通過將PWM驅(qū)動(dòng)器4的分流電壓設(shè)為參照電壓，并根據(jù)激發(fā)LD3的發(fā)光閾值電流設(shè)定上述分流電壓，來決定上述PWM的轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。通過進(jìn)行這樣的控制，能夠抑制因轉(zhuǎn)換引起的過沖，減輕激發(fā)LD3的負(fù)擔(dān)。
[0060]另外，也可以通過將輸出電壓的溫度補(bǔ)償設(shè)備與激發(fā)LD3串聯(lián)連接，由此通過進(jìn)行簡單的電壓控制來使上述輸出電壓不受激發(fā)LD3的溫度特性的影響。
[0061]若在現(xiàn)有的分流型恒流電路中使用PWM以高速切換開啟-停止(ON-OFF)從來縮短時(shí)間常數(shù)，則一般會(huì)存在電流的穩(wěn)定性變差的傾向。另一方面，在本實(shí)施方式中，恒流不會(huì)流過Isec以上的時(shí)間。因此，在本發(fā)明中，不會(huì)有電流的穩(wěn)定性變差的問題。
[0062]基于以上內(nèi)容，參照?qǐng)D5對(duì)于在上述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的輸出脈沖光出射中，由用戶將輸出脈沖光停止信號(hào)(以下稱為停止信號(hào))輸入至外部控制器45，然后，被輸入了輸出脈沖光開始信號(hào)(以下稱為開始信號(hào))時(shí)的詳細(xì)動(dòng)作進(jìn)行說明。其中，表示了圖5的激發(fā)LD3的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流被以與主時(shí)鐘信號(hào)相同的頻率脈沖調(diào)制的例子，但上述脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流只要與主時(shí)鐘信號(hào)同步即可。因此，即使上述脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流成為主時(shí)鐘信號(hào)的2倍波、3倍波，也能夠以同樣的控制方法來控制激發(fā)LD的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度。
[0063]這里，
[0064]T2:從外部控制器45向控制部40輸入了停止信號(hào)的時(shí)間，
[0065]T4:從外部控制器45向控制部40輸入了開始信號(hào)的時(shí)間，
[0066]T20:從T2開始經(jīng)過了摻鐿DCF2的增益保持時(shí)間tlO后的時(shí)間，
[0067]tlO:摻鐿DCF2的增益保持時(shí)間，
[0068]tt:從T2至T4的時(shí)間差。
[0069]若從外部控制器45將停止信號(hào)輸入至控制部40，則由控制部40減小激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的輸出，并保持激發(fā)用脈沖光的輸出小的狀態(tài)直至接下來開始信號(hào)被輸入至控制部40為止。即使當(dāng)停止信號(hào)或者開始信號(hào)被輸入至外部控制器45時(shí)，主時(shí)鐘信號(hào)也持續(xù)輸出與穩(wěn)定時(shí)相同的矩形脈沖模式。
[0070]對(duì)于摻鐿DCF2的增益而言，從T2至T20為止保持T2時(shí)刻的增益，然后，在至T4為止的期間降低。由于tlO是極短的時(shí)間，所以在T4時(shí)刻摻鐿DCF2的增益通常比上述穩(wěn)定時(shí)的最低增益低。
[0071]若從外部控制器45將開始信號(hào)輸入至控制部40，則從控制部40朝向光振蕩器I和PWM驅(qū)動(dòng)器4發(fā)送開始信號(hào)。在控制部40中，將為了恢復(fù)T20處的摻鐿DCF2的增益與穩(wěn)定時(shí)的最低增益之差、即從T20至T4為止的摻鐿DCF2的增益的降低量DA而需要的向激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)電流施加時(shí)間(脈沖寬度)dt賦予給PWM驅(qū)動(dòng)器4。
[0072]若向激發(fā)LD3的作為驅(qū)動(dòng)電流施加時(shí)間數(shù)據(jù)的dt被輸入至PWM驅(qū)動(dòng)器4，則從PWM驅(qū)動(dòng)器4向激發(fā)LD3施加具有對(duì)穩(wěn)定時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流的施加時(shí)間附加了 dt的脈沖寬度的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖。結(jié)果，如圖5所示，在T4以后激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖最初上升(即，激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的輸出變大)的時(shí)刻成為比T3早dt的時(shí)刻(圖5的T3’)。從激發(fā)LD3輸出具有對(duì)穩(wěn)定時(shí)的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度、即穩(wěn)定脈沖寬度附加了與dt相當(dāng)?shù)恼{(diào)整寬度的合計(jì)脈沖寬度的脈沖。
[0073]另外，從光振蕩器I輸出的振蕩脈沖光在上述dt被確保的時(shí)刻輸出，恰當(dāng)控制振蕩脈沖光的脈沖功率。即，在剛從激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)停止而不從上述光放大器輸出高功率脈沖光的關(guān)閉狀態(tài)切換至激發(fā)LD3的驅(qū)動(dòng)開始而從光放大器31輸出高功率脈沖光的開啟狀態(tài)之后，光振蕩器I通過按照與激發(fā)LD3的輸出定時(shí)相匹配地調(diào)整成使信號(hào)脈沖的輸出定時(shí)延遲I個(gè)時(shí)鐘量，來使LD3的驅(qū)動(dòng)條件成為能夠調(diào)整上述輸出脈沖寬度的范圍。
[0074]通過上述的動(dòng)作，開始信號(hào)剛被輸入至控制部40后的輸出脈沖光的脈沖功率變得與穩(wěn)定時(shí)的輸出脈沖光的脈沖功率大致相等。
[0075]這里，
[0076]t0:穩(wěn)定時(shí)的激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，
[0077]tm:高功率脈沖光產(chǎn)生裝置被從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)后，輸出脈沖光的第m個(gè)脈沖(以下稱為第m脈沖)被射出時(shí)的激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，[0078]Λ tm:第m脈沖被射出時(shí)的激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的調(diào)整寬度。
[0079]這時(shí)，用于射出第m脈沖的激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度tm用tm = t0 +Δ tm表不。
[0080]而且，第I脈沖(m = I)的脈沖寬度tl被表示為tl = t0 + Atl。
[0081]根據(jù)在T4時(shí)刻摻鐿DCF2的增益變得比穩(wěn)定時(shí)的最低增益低，為了使即將射出第I脈沖前的摻鐿DCF2的增益接近于穩(wěn)定時(shí)的摻鐿DCF2的最大增益，使Atl > O。
[0082]接著，第2脈沖(m = 2)的脈沖寬度t2被表示為t2 = t0 + At2。
[0083]當(dāng)在剛射出第I脈沖后，摻鐿DCF2的增益變得比穩(wěn)定時(shí)的最低增益高時(shí)，若設(shè)Λ t2 = 0，則第2脈沖即將射出前的摻鐿DCF2的增益變得比上述穩(wěn)定時(shí)的摻鐿DCF2的最大增益高。該情況下如圖6A所示，通過設(shè)At2<0，使得第2脈沖即將射出前的摻鐿DCF2的增益接近于上述穩(wěn)定時(shí)的摻鐿DCF2的增益。
[0084]與圖6A的情況相對(duì)，若在第I脈沖剛射出后的摻鐿DCF2的增益變得比穩(wěn)定時(shí)的最低增益低的情況下，設(shè)At2 = 0，則上述第2脈沖即將射出前的摻鐿DCF2的增益變得比上述穩(wěn)定時(shí)的摻鐿DCF2的最低增益低。該情況下如圖6B所示，通過設(shè)At2 > 0，使得第2脈沖即將射出前的摻鐿DCF2的增益接近于穩(wěn)定時(shí)的摻鐿DCF2的增益。
[0085]同樣，第3脈沖以后的用于射出第m脈沖的激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度tm由控制部經(jīng)由PWM驅(qū)動(dòng)器4來控制。
[0086]S卩，在該激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度的控制方法中，如在圖6A或圖6B的任意一個(gè)中所示那樣來決定Atm Cm = I?η),按照I Atl I > I Δ t2 I > I Δ t3 I>...I At (η -1) I > I Atn I = O的方式進(jìn)行激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度的控制。結(jié)果，從剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置由關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)后開始，進(jìn)行與穩(wěn)定時(shí)相同功率的輸出脈沖光的脈沖射出。
[0087]由于上述的控制被以前饋方式進(jìn)行，所以需要將Atl?Atn的η個(gè)調(diào)整寬度的值作為數(shù)據(jù)表，在高功率脈沖光產(chǎn)生裝置的使用前預(yù)先輸入至控制部。對(duì)于輸出脈沖光的第(η+1)脈沖以后的射出，進(jìn)行與穩(wěn)定時(shí)同樣的激發(fā)LD3的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的控制。
[0088]并且，在該實(shí)施方式的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置中，如圖3所示，摻鐿DCF2的射出部經(jīng)由光纖耦合器49與輸出脈沖光監(jiān)視器50連接。輸出脈沖光監(jiān)視器50可應(yīng)用光電探測(cè)器等。在剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從關(guān)閉狀態(tài)切換至開啟狀態(tài)后，使用上述輸出脈沖光監(jiān)視器50來測(cè)定輸出脈沖光的每一個(gè)脈沖的功率，將測(cè)定出的輸出脈沖光的功率(受光量)按每個(gè)脈沖輸入至控制部。接著，控制部根據(jù)上述受光量來決定用于進(jìn)行輸出脈沖光的第m脈沖的射出的激發(fā)LD3的調(diào)整寬度Λ tm的值。通過將所決定的Λ tm的值向PWM驅(qū)動(dòng)器4輸出，并在PWM驅(qū)動(dòng)器4中調(diào)整激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，來使Λ tm準(zhǔn)確且在短時(shí)間收斂于O。通過進(jìn)行這樣的控制，能夠從高功率脈沖光產(chǎn)生裝置得到功率變動(dòng)少的輸出脈沖光。
[0089]如上所述，通過由控制部40調(diào)整從PWM驅(qū)動(dòng)器4輸出的用于對(duì)激發(fā)LD3進(jìn)行激發(fā)的脈沖狀驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度，可調(diào)整激發(fā)LD3的激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，即使在剛將高功率脈沖光產(chǎn)生裝置從開啟狀態(tài)切換至關(guān)閉狀態(tài)之后，輸出脈沖光的每一個(gè)脈沖的出射功率的變動(dòng)也被抑制。
[0090]另外，通過自如操作dt等控制參數(shù)，也能夠按每個(gè)脈沖控制輸出脈沖光的出射功率。
[0091]以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施方式。在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)的附加、省略、置換以及其他的變更。
[0092]此外，本發(fā)明的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置最適用于激光加工用的光源，但并不限定于此，在需要高功率的脈沖光的用途中都能應(yīng)用。
[0093]附圖標(biāo)記說明:1…光振蕩器；3…激發(fā)LD ;4…PWM驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)部)；9…主時(shí)鐘發(fā)生器；31...光放 大器；40...控制部；50…輸出脈沖光監(jiān)視器。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其特征在于，具備， 主時(shí)鐘發(fā)生器，其產(chǎn)生主時(shí)鐘信號(hào)； 光振蕩器，其產(chǎn)生與所述主時(shí)鐘信號(hào)同步的脈沖光； 光放大器，其將從所述光振蕩器射出的脈沖光放大，來輸出高功率脈沖光； 激發(fā)半導(dǎo)體激光器，其產(chǎn)生對(duì)所述光放大器進(jìn)行激發(fā)的激發(fā)用脈沖光； 驅(qū)動(dòng)部，其通過與所述主時(shí)鐘信號(hào)同步的脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)所述激發(fā)半導(dǎo)體激光器；以及 控制部，其通過使所述脈沖狀的驅(qū)動(dòng)電流的脈沖寬度發(fā)生變化而使所述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度發(fā)生變化，來控制每一個(gè)脈沖的所述光放大器的增益，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其特征在于， 所述控制部構(gòu)成為:在剛從所述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)停止而不從所述光放大器輸出高功率脈沖光的關(guān)閉狀態(tài)切換至所述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)開始而從所述光放大器輸出高功率脈沖光的開啟狀態(tài)之后，便調(diào)整所述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度，以使即將射出輸出脈沖光之前的光放大器的增益接近于所述光放大器的開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)的最大增益。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其特征在于， 所述控制部構(gòu)成為:在將剛切換至所述開啟狀態(tài)之后的所述激發(fā)用脈沖光的脈沖寬度與所述開啟狀態(tài)的穩(wěn)定時(shí)的脈沖寬度之差定義為調(diào)整寬度的情況下，所述調(diào)整寬度的絕對(duì)值從剛切換至所述開啟狀態(tài)之后開始逐漸減少。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其特征在于， 在所述光放大器的出射側(cè)設(shè)置有對(duì)輸出脈沖光進(jìn)行監(jiān)視的監(jiān)視器， 所述監(jiān)視器對(duì)射入至所述監(jiān)視器的所述輸出脈沖光的受光量進(jìn)行測(cè)定， 所述控制部構(gòu)成為:按從所述光放大器射出的每一個(gè)所述高功率脈沖光，由所述監(jiān)視器測(cè)定出的所述受光量被輸入至所述控制部，根據(jù)所述受光量的變化來控制所述激發(fā)用脈沖光的所述脈沖寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其特征在于， 在所述光放大器的出射側(cè)設(shè)置有對(duì)輸出脈沖光進(jìn)行監(jiān)視的監(jiān)視器， 所述監(jiān)視器對(duì)射入至所述監(jiān)視器的所述輸出脈沖光的受光量進(jìn)行測(cè)定， 所述控制部構(gòu)成為:按從所述光放大器射出的每一個(gè)所述高功率脈沖光，由所述監(jiān)視器測(cè)定出的所述受光量被輸入至所述控制部，根據(jù)所述受光量的變化來控制所述調(diào)整寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率脈沖光產(chǎn)生裝置，其特征在于， 在剛從所述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)停止而不從所述光放大器輸出高功率脈沖光的關(guān)閉狀態(tài)切換至所述激發(fā)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)開始而從所述光放大器輸出高功率脈沖光的開啟狀態(tài)之后，所述光振蕩器便能夠通過調(diào)整所述激發(fā)用脈沖光的輸出定時(shí)來調(diào)整脈沖覽度。
【文檔編號(hào)】H01S3/131GK103650262SQ201280034919
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月20日
【發(fā)明者】中居道弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉