专利名称：光放大装置及激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光放大装置及激光加工装置，特别涉及用于从MOPA (MasterOscillator and Power Amplifier :主控振荡器的功率放大器)方式的光纤放大器稳定地生成光脉冲的技术。
背景技术：
在激光加工装置中，激光的功率对加工品质带来影响。因此，到目前为止提出了用于对从激光加工装置发出的激光的功率进行控制的技术。例如日本特开2000 - 340872号公报(专利文献I)公开了一种激光加工装置，该激光加工装置具有包含稀土类元素的光纤和用于激发该稀土类元素的激光源。激光源包括第一半导体激光器，其被连续驱动而输出低功率的光；第二半导体激光器，其被脉冲驱动而输出高功率的光。在非发光期间，来自第一半导体激光器的激发光使稀土掺杂光纤处于预·激发状态。另一方面，在进行加工时，来自第二半导体激光器的激发光使稀土掺杂光纤处于高激发状态。通过将信号光入射至高激发状态的稀土掺杂光纤中，从而从稀土掺杂光纤出射高功率的激光。使用低功率的激光来预激发稀土掺杂光纤，以此能够使加工时的脉冲输出稳定。另外，例如日本特开2010 - 10274号公报(专利文献2)公开了如下结构，该结构是，测定从光纤激光振荡器输出的激光脉冲的平均功率及峰值功率，并将其测定结果反馈至LD (激光二极管)驱动电路的结构。另外，例如日本特开2010 — 171131号公报(专利文献3)公开了如下方法发出用于入射至光纤激光器中的种子光的激光源，在主照射期间发出脉冲光，在预照射期间则发出实际的连续光的方法。连续光的功率小于脉冲光的峰值功率。并且，在日本特开2010 —171131号公报(专利文献3)中，公开了将预照射期间的激发光的功率降低到小于主照射期间的激发光的功率的技术。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2000 - 340872号公报专利文献2 :日本特开2010 - 10274号公报专利文献3 :日本特开2010 - 171131号公报在日本特开2000 - 340872号公报(专利文献I)中公开的激光加工装置采用光纤激光器。光纤激光器能够相互独立地设定以下的与激光相关的各种条件等，这些条件有
(I)脉冲的重复频率；(2)脉冲宽度；(3)脉冲的功率。另一方面，低功率激光的最佳的输出值可能因这些条件而有所不同。在低功率激光的输出值不恰当的情况下，在第一个脉冲的强度和进行稳定化之后的脉冲的强度之间产生差异。此时，可能会降低加工品质。另外，在日本特开2010 - 10274号公报(专利文献2)所公开的方法中，激光脉冲的平均功率用于反馈控制。因此难以对每个脉冲进行控制。
另外，在日本特开2010 - 171131号公报(专利文献3)所公开的结构中，不仅在主照射期间从光放大光纤出射放大光，在预照射期间也从光放大光纤出射放大光。通过在预照射期间从光放大光纤出射放大光，能够防止在预照射期间蓄积在光纤中的能量过大。由此，能够抑制在主照射期间第一个脉冲的功率变得过大。然而，在日本特开2010 — 171131号公报(专利文献3)中，并未具体地公开那样的用于可靠地控制脉冲功率的结构。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够从第一个起稳定地输出激光脉冲的光放大装置及激光加工装置。本发明的一个技术方案的光放大装置，具有光放大光纤，其通过激发光来放大种子光；种子光源，其在发光期间生成多次脉冲状的种子光；激发光源，其在刚刚进入发光期间之前的非发光期间生成具有第一能级的功率的激发光，在发光期间则生成具有比第一能级高的第二能级的功率的激发光；检测器，其检测从光放大光纤输出的输出光脉冲的功率； 控制部，其基于检测器的检测值，以使在发光期间内生成的最初的输出光脉冲和最后的输出光脉冲之间的功率相同的方式，控制非发光期间的激发光的功率。优选地，控制部，在起动光放大装置时，按照每个输出光脉冲的预先设定的条件，控制非发光期间的激发光的功率，由此获取与特定激发光的功率相关的数据，该特定激发光是指，用于使最初的输出光脉冲和最后的输出光脉冲之间的功率相同的激发光。光放大装置还具有存储部，在该存储部中，与输出光脉冲的预先设定的条件相关联对应地存储数据。优选地，在光放大装置运转时，控制部基于存储在存储部中的数据，来设定非发光期间的激发光的功率。优选地，激发光源是半导体激光器。数据是半导体激光器的偏置电流(biascurrent)的数据。在变更了输出光脉冲的条件的情况下，控制部将与变更前的条件相对应的偏置电流的数据的变动，反应到与变更后的条件相对应的偏置电流的数据中。优选地,光放大装置还具有光闸，该光闸用于防止使输出光脉冲输出到光放大装置的外部。控制部，在关闭光闸的状态下，获取在起动光放大装置时的数据。本发明的另一技术方案的激光加工装置，具有在上述任一项中记载的光放大装置。若采用本发明，则能够实现能够从第一个(脉冲)开始就能够稳定输出激光脉冲的光放大装置及激光加工装置。
图I是示出了本发明的第一实施方式的激光加工装置的结构例的图。图2是第一实施方式的激光加工装置发出激光的时序图。图3是更详细地说明图2所示的发出激光的时刻的图。图4A、图4B是用于说明第一个脉冲的功率依赖于预激发期间的激发光功率而发生变化的情况的波形图。图5是对第一实施方式的使脉冲功率稳定的原理进行说明的波形图。
图6是示出了用于检测脉冲的峰值功率的具体的结构例的框图。图7是用于说明起动第一实施方式的激光加工装置时的处理的流程图。图8是示意性示出了偏置电流值的最佳值的保存形式的图。图9是用于说明起动第一实施方式的激光加工装置之后的处理的流程图。图10A、图IOB是示出了提高重复频率的同时增加脉冲组中的脉冲数的情况的激光输出的波形图。图11A、图IlB是示出了降低重复频率的同时减少脉冲组中的脉冲数的情况的激光输出的波形图。图12是第二实施方式的激光加工装置的结构图。
附图标记的说明I、8光放大光纤IG脉冲组Ia种子光脉冲2 种子 LD3、9A、9B 激发 LD4、6、11 隔离器5、10 合成仪(combiner)7 稱合器(coupler)12 端盖13分光器14激光束扫描机构15、17受光元件16、18峰值检测器19 光闸20控制装置21 23驱动器25输入部31电压转换电路32积分电路33PGA (Programmable Gain Amplifier :可编程增益放大器)34AD转换电路(模拟数字转换电路)40信号处理电路41存储器50加工对象物100、101激光加工装置
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，对图中的相同或等同的部分标注相同的附图标记，并不反复对其进行说明。
在本说明书中，“脉冲组”术语表示在时间轴上以某一时间间隔排列的多个光脉冲。其中，除了明确地指定包含在脉冲组中的光脉冲的情况之外，在本说明书中，将脉冲组称之为“脉冲”。另外，在本说明书中，“LD”术语表示半导体激光器。<第一实施方式>图I是示出了本发明的第一实施方式的激光加工装置的结构例的图。参照图1，激光加工装置100包括光放大装置和激光束扫描机构14，其中，该激光束扫描机构14利用来自该光放大装置的激光来进行扫描。光放大装置具有光放大光纤I ;种子LD2 ;激发LD3 ；隔离器(isolator)4、6 ;合成仪5 ;端盖12 ;驱动器21、22 ;受光兀件15 ;峰值检测器16 ;光闸19 ;控制装置20 ;输入部25。 光放大光纤I具有纤芯，其是光放大成分，且在该纤芯中添加了稀土类兀素；金属包层(clad)，其设在该纤芯的周围。添加到纤芯中的稀土类元素的种类并不特别限定，例如有Er (铒)、Yb (镱)、Nd (钕)等。在下面说明稀土类元素是Yb的情况。光放大光纤I例如可以是在纤芯周围设置了 I层金属包层的单包层光纤，也可以是在纤芯周围设置了 2层金属包层的双包层光纤。种子LD2是发出种子光的激光源。种子光的波长例如是从1000 IlOOnm的范围中选择的波长。驱动器21向种子LD2反复施加脉冲状的电流，由此对种子LD2进行脉冲驱动。即，从种子LD2发出脉冲状的种子光。从种子LD2出射的种子光通过隔离器4。隔离器4的功能在于，仅使单一方向的光透过，并遮断向与该光相反的方向入射的光。本发明的实施方式中，隔离器4使来自种子LD2的种子光透过，并且，遮断来自光放大光纤I的返回光。由此，能够防止来自光放大光纤I的返回光入射至种子LD2。如果来自光放大光纤I的返回光入射至种子LD2，则有可能导致种子LD2损坏，但通过设置隔离器4能够防止这样的问题。激发LD3是发出激发光的激发光源，所述激发光用于对添加在光放大光纤I的纤芯中的稀土类元素的原子进行激发。在稀土类元素是Yb的情况下，激发光的波长例如是915 土 10nm。驱动器22对激发LD3进行驱动。合成仪5对来自种子LD2的种子光和来自激发LD3的激发光进行合成，并将合成后的光入射至光放大光纤I。光放大光纤I、种子 LD2 及激发 LD3 构成 MOPA (Master OsciIIatorandPowerAmplifier :主控振荡器的功率放大器)方式的光纤放大器。包含在纤芯中的稀土类兀素的原子，吸收入射至光放大光纤I的激发光，由此原子被激发。来自种子LD2的种子光在光放大光纤I的纤芯中传输时，由于由被激发的原子使种子光产生受激发射，因而种子光被放大。即，光放大光纤I利用激发光来放大种子光。在光放大光纤I是单包层光纤的情况下，种子光及激发光均入射至纤芯。相对于此，在光放大光纤I是双包层光纤的情况下，种子光入射至纤芯，激发光则入射至第一金属包层。双包层光纤的第一金属包层作为激发光的波导来发挥功能。在入射至第一金属包层的激发光在第一金属包层中传输的过程中，以通过纤芯的模式来激发纤芯中的稀土类元素。隔离器6使被光放大光纤I放大且从光放大光纤I出射的种子光(光脉冲)通过，并且遮断向光放大光纤I返回的光。通过了隔离器6的光脉冲，从光纤的端面出射至空气中。为了防止将峰值功率高的光脉冲从光纤出射至空气中时在光纤的端面和空气之间的界面发生光脉冲损失，因而设置端盖12。分光器13将从端盖12输出的光脉冲分成两个脉冲。将一个脉冲作为加工用激光而输入至激光束扫描机构14，并为了监视激光的功率而将另一个脉冲输入至受光元件15。为了防止加工用激光输出到光放大装置的外部，而设置光闸19。由控制装置20开闭光闸19。如图I所示，例如光闸19配置在分光器13和激光束扫描机构14之间。受光元件15例如由光电二极管构成。峰值检测器16根据来自受光元件15的信号来对光脉冲的峰值功率(峰值)进行检测。将峰值检测器16所检测出的峰值发送至控制装置20。激光束扫描机构14用于使激光在二维方向上进行扫描。虽未图75,但激光束扫描机构14例如也可以包括准直透镜、电流扫描仪(galvano scanner)>f 0透镜等,其中,准直 透镜用于将来自端盖12的出射光即激光束的直径调整为规定大小；电流扫描仪用于使通过了准直透镜之后的激光束在加工对象物50的表面上进行二维方向的扫描；f 9透镜用于使激光束会聚。在加工对象物50的表面上，使激光L即来自激光加工装置100的输出光在二维方向上进行扫描，由此对以金属等作为坯料的加工对象物50的表面进行加工。例如在加工对象物50的表面打印(标记)由文字或图形等构成的信息。控制装置20通过控制驱动器21、22及激光束扫描机构14，来整体控制激光加工装置100的动作。输入部25例如接受来自用户的信息。控制装置20基于来自输入部25的信息，来控制驱动器21、22，并且，控制激光束扫描机构14的动作。例如由执行规定程序的个人计算机来实现控制装置20。就输入部25而言，只要是用户能够输入信息的装置即可，没有特别限定，例如能够使用鼠标、键盘、触摸面板等。种子LD、激发LD、隔离器等的特性，因温度而发生变化。因此，优选在激光加工装置内配置温度控制器，该温度控制器用于恒定保持这些元件的温度。在从激光加工装置100输出激光的情况下，种子LD2被驱动器21驱动而生成脉冲状的种子光。在从种子LD2反复生成种子光的情况下，种子光的重复频率取决于从驱动器21供给至种子LD2的脉冲电流的重复频率。由控制装置20对从驱动器21输出的脉冲电流的重复频率进行控制。控制装置20通过控制驱动器22，来使激发LD3所发出的激发光的功率发生变化。激发LD3输出具有与从驱动器22接收到的偏置电流(bias current)相对应的功率的激发光。由控制装置20对从驱动器22输出的偏置电流的大小进行控制。图2是第一实施方式的激光加工装置发出激光的时序图。参照图2，在预激发期间，驱动器22将偏置电流(在图2中表示为“激发LD电流”)供给至激发LD3而使该激发LD3生成激发光，而使种子LD2不生成光脉冲(在图2中表示为“种子LD脉冲”)。另一方面，在正式激发期间，生成激发光及种子LD脉冲的双方。因此，在正式激发期间，从光纤放大器输出激光。预激发期间的激发LD电流小于正式激发期间的激发LD电流。SM敫发LD3，在预激发期间生成第一能级的功率的激发光，在正式激发期间则生成第二能级的功率的激发光。第二能级高于第一能级。图3是更详细地说明图2所示的发出激光的时刻的图。参照图3，种子LD2，在正式激发期间以周期tprd反复生成(发出)由多个种子光脉冲Ia构成的脉冲组1G。通过对种子LD2的偏置电流进行调制，以规定的周期生成脉冲组1G。正式激发期间与从光纤放大器输出激光的发光期间相对应。另一方面，由于在预激发期间不向种子LD2供给偏置电流，因而成为非发光期间。下面，将在正式激发期间内从光纤放大器输出的多个脉冲组中的第一次输出的脉冲组和最后一次输出的脉冲组，分别称之为“第一个脉冲”和“最后一个脉冲”。图4A、图4B是对基于预激发期间的激发光功率而第一个脉冲的功率发生变化的情况进行说明的波形图。图4A是示出了在减小预激发期间的激发光功率的情况下从光纤放大器输出的脉冲的波形图。图4B是示出了在增大预激发期间的激发光功率的情况下从光纤放大器输出的脉冲的波形图。参照图4A及图4B，由于在预激发期间的激发LD电流小的情况下，激发光功率小，因而在预激发期间内蓄积到光放大光纤I中的能量少。因此，第一个脉冲的功率小。在反复向光放大光纤I供给激发光功率和从光放大光纤I放出光能量的过程中，蓄积在光放大光纤I中的能量增加而达到大致恒定的能级。由此，使脉冲的功率 稳定。与此相反，在预激发期间的激发LD电流大的情况下，在预激发期间内蓄积在光纤中的能量变大。因此，第一个脉冲的功率变大。此时，在反复向光放大光纤I供给激发光功率和从光放大光纤I放出光能量的过程中，蓄积在光放大光纤I中的能量减少而达到大致恒定的能级。由此，使脉冲的功率稳定。如图4A、图4B所示，在预激发期间的激发光的功率(激发LD电流)不恰当的情况下，第一个脉冲的功率和经过规定时间后的脉冲的功率之间产生差分。基于这样的功率之差而发生加工品质的降低这样的问题。图5是对第一实施方式的使脉冲功率稳定的原理进行说明的波形图。参照图5，在第一实施方式中，对第一个脉冲的峰值功率和最后一个脉冲的峰值功率进行比较。将它们的比较结果反馈到预激发期间内的激发LD的偏置电流值，由此使第一个脉冲的功率和最后一个脉冲的功率之间的差分接近O。由此，能够从第一个脉冲开始得到稳定的激光输出。如图I所示，使用受光元件15及峰值检测器16来对脉冲的峰值功率进行检测。图6是示出了用于检测脉冲的峰值功率的具体的结构例的框图。参照图6，峰值检测器16包括电流/电压转换电路31、积分电路32、PGA (Programmable Gain Amplifier 可编程增益放大器)33及AD (模拟/数字)转换电路34。另外，控制装置20包括信号处理电路40和存储器41。受光元件15接收光脉冲而将该光脉冲转换为电流信号。电流/电压转换电路31将从受光兀件15输出的电流转换为电压。积分电路32对电流/电压转换电路31的输出电压进行积分。如图3所示，在本实施方式中，生成由多个短脉冲(例如时间跨度为ns的序列(order))构成的脉冲组。积分电路32以规定的时间常数对多个短脉冲的波形进行积分。由此，能够降低振幅的变化，从而能够得到一个脉冲组的峰值功率(振幅)，其中，振幅的变化取决于包含在脉冲组中的短脉冲个数。PGA33放大从积分电路32输出的信号。根据来自信号处理电路40的增益设定信号来设定PGA33的增益。由于重复频率越高则一个脉冲组的峰值功率(振幅)越低，因而根据重复频率对PGA33的增益进行调整来使增益变高。进而，对PGA33的增益进行设定，使得输入至AD转换电路34的信号的振幅在AD转换电路34的动态范围内。例如由高速AD转换电路来实现AD转换电路34，该AD转换电路34将从PGA33输出的模拟信号转换为数字信号。根据来自信号处理电路40的控制信号，来控制AD转换电路34的AD转换时刻。具体而言，从开始发出激光起经过了规定的延迟时间之后，对来自PGA33的信号进行AD转换。以使得AD转换电路34在脉冲组的功率的峰值附近进行AD转换的方式，来决定延迟时间。由此，获取脉冲组的峰值功率，即峰值。例如考虑重复频率及积分电路32对信号进行积分的时间常数等，来决定该延迟时间。将由AD转换电路34获取的峰值，从AD转换电路34发送至信号处理电路40。信号处理电路40对第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值进行比较。在第一个脉冲的峰值高于最后一个脉冲的峰值的情况下，信号处理电路40生成用于降低预激发期间的激发LD的偏置电流值的信号，并在预激发期间将该信号赋予驱动器22。与此相反，在第一个脉冲的峰值低于最后一个脉冲的峰值的情况下，信号处理电路40生成用于提高预激发期间的激发LD的偏置电流值的信号，并在预激发期间将该信号赋予驱动器22。驱动器22 根据来自信号处理电路40的信号，来使预激发期间的激发LD3的偏置电流值降低或上升。由此，来自激发LD3的激发光的功率发生变化。例如由非易失性存储器来实现存储器41，用于针对每个激光条件保存激发LD3的偏置电流值的最佳值。并且，根据信号处理电路40对激发LD3的偏置电流的调整结果，来更新存储在存储器41中的最佳值。图7是用于说明起动第一实施方式的激光加工装置时的处理的流程图。参照图7，在步骤SI中，接通激光加工装置100的电源。由此，控制装置20、驱动器21、22等各种电路被起动。在步骤S2中，在控制装置20的内部设定激光生成条件。例如信号处理电路40参照存储在存储器41中的表，来设定默认条件。由此，决定脉冲的重复频率、预激发期间和正式激发期间的激发LD的偏置电流值等。在步骤S3中，发出激光。具体而言，控制装置20按照在步骤S2的处理中设定的条件来控制驱动器21、22。驱动器21、22分别驱动种子LD2及激发LD3。由此,来自种子LD2的种子光和来自激发LD3的激发光输入到光放大光纤I中，由此从光放大光纤I输出激光脉冲。分光器13分割从光放大光纤I输出的激光脉冲。一个激光脉冲被输入至受光元件15而由峰值检测器16检测其峰值。此外，控制装置20使光闸19关闭。因此，光闸19使另一个激光脉冲不出射至激光束扫描机构14。接着，在步骤S4中，控制装置20使用受光元件15及峰值检测器16而检测第一个脉冲和最后一个脉冲。接着，在步骤S5中，控制装置20判断第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值是否相同。此外，“峰值相同”的判定基准包括两个峰值相一致的情况，但并不限定于此。例如，也可以在两个峰值的比率在预先设定的范围内的情况下，判断为“峰值相同”。在判断为第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值不同的情况下(步骤S5 否”)，处理进入步骤S9。在步骤S9中，控制装置20 (信号处理电路40)对预激发期间的激发LD3的偏置电流进行调整。在第一个脉冲的峰值大于最后一个脉冲的峰值的情况下，控制装置20减小预激发期间的激发LD3的偏置电流。另一方面，在第一个脉冲的峰值小于最后一个脉冲的峰值的情况下，控制装置20增大预激发期间的激发LD3的偏置电流。若步骤S9的处理结束，则全部处理返回至步骤S3。即，对与一个激光条件相对应的激发LD3的偏置电流进行调整，直到判断为第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相同为止。另一方面，在判断为第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相同的情况下(步骤S5 “是”)，处理进入步骤S6。在步骤S6中，控制装置20将与设定激光条件相对应的激发LD3的偏置电流值保存至存储器41。由此，针对某个激光条件，决定用于使第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相同的激发LD3的偏置电流值(预激发期间的偏置电流值)。接着，控制装置20判断是否对所有的激光条件求出了激发LD3的偏置电流值。在 存在未决定偏置电流值的激光条件的情况下(步骤S7 否”)，处理进入步骤S8。在步骤S8中，信号处理电路40选择下一个激光条件。若步骤S8的处理结束，则全部处理返回至步骤S2。另一方面，在判断为对所有的激光条件求出了激发LD3的偏置电流值的情况下(步骤S7 是”)，处理进入Sll (参照图9)。图8是示意性示出了偏置电流值的最佳值的保存形式的图。参照图8，激发LD3的偏置电流的最佳值以表形式保存在存储器41中。具体而言，在表中保存与脉冲组的重复频率的范围(示出一例为IOOkHz 120kHz)和包含在一个脉冲组中的脉冲的个数的组合相对应的最佳值。例如，预先设定与某一个激光条件相对应的偏置电流值来作为默认的条件。通过步骤S3、S4、S6、S9的处理，来决定与其他激光条件相对应的偏置电流值，以作为与该默认电流值之间的差分。此外，最佳值的保存形式并不限定于表形式，例如也可以是数据库形式。并且，也可以以图8示出那样的表形式，将正式激发期间的激发LD3的偏置电流值保存在存储器41中。图9是用于说明起动第一实施方式的激光加工装置之后的处理的流程图。此外，“起动后”与激光加工装置运转时相对应。参照图9，在步骤Sll中，控制装置20 (信号处理电路40)根据激光生成条件来设定偏置电流值。例如基于由用户通过输入部25 (图I)输入的信息，并参照图8所示的表，来决定激光生成条件。激光生成条件包含重复频率以及包含在脉冲组针对脉冲的个数等，但并不限定于它们。通过该处理，决定正式激发期间和预激发期间中的每个期间的激发LD3的偏置电流值。此外，在激光加工装置运转时，由控制装置20开放光闸19。在步骤S12中，开始发出激光。控制装置20将通过步骤Sll的处理而设定的正式激发期间的偏置电流值和预激发期间的偏置电流值赋予驱动器22。驱动器22将与该偏置电流值相对应的电流供给至激发LD3。在步骤S13中，控制装置20执行对偏置电流的反馈控制。具体而言，控制装置20执行与步骤S3、S4、S5、S6、S9的处理同样的处理。由此，在激光加工装置进行动作的过程中，能够对激发LD3的预激发期间的偏置电流进行调整，从而使第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相同。在步骤S14中，结束发出激光。在步骤S15中，控制装置20判断激光生成条件是否有变更。例如在变更了加工条件的情况下，判断为激光生成条件有变更。此时(步骤S15:“是”)，处理返回至步骤S11。另一方面，在激光生成条件没有变更的情况下(步骤S15 否”)，处理返回至步骤S12。此外，在图7所示的处理中，在起动激光加工装置时决定与所有的激光条件相对应的激发LD3的偏置电流的最佳值。其中，在能够确保第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值的偏差在容许范围内的情况下，保存在表中的偏置电流的最佳值的一部分或全部也可以是固定值。在这些情况下，能够简化或省略在起动时用于求出最佳偏置电流值的处理。由此，例如能够缩短起动时间。进而，在第一实施方式中，通过起动后的偏置电流的反馈控制，对与某个激光条件相对应的偏置电流的最佳值进行调整。在变更了激光条件的情况下，将对与变更前的激光条件相对应的最佳偏置电流的调整量，反应到与变更后的激光条件相对应的最佳偏置电流上(加上或减去调整量)。根据激发LD3的温度特性，存在激光加工装置的运转过程中最佳偏置电流被调整的可能性。通过如上所述的偏置电流的调整，能够得到考虑了激发LD3的温度特性的最佳偏置电流。
例如，假设第一激光条件的起动时的偏置电流是10，且对第二激光条件的偏置电流设定了对第一激光条件的偏置电流加5 (+ 5)的值，从而设定得两者互不相同。由此，第二激光条件的起动时的偏置电流为15。假设在以第一激光条件使激光加工装置运转的期间，激发LD的偏置电流从10变成了 11。在从第一激光条件变更为第二激光条件的情况下，偏置电流成为11 + 5 = 16。即，与变更后的激光条件相对应的偏置电流，相对于与变更前的激光条件的相对应的偏置电流而发生变化。此外，这些数值是用于说明的，并不限定本发明。图10A、图IOB是示出了提高重复频率的同时增加脉冲组中的脉冲数的情况的激光输出的波形图。图IOA是示出了未执行第一实施方式的反馈控制的情况下的激光输出的波形图。图IOB是示出了执行了第一实施方式的反馈控制的情况下的激光输出的波形图。参照图IOA及图10B，通过第一实施方式的反馈控制，加上或减去激光条件变更前后的偏置电流值的差分。由此，在变更了激光条件的情况下，也能够使第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相等。图11A、图IlB是示出了降低重复频率的同时减少脉冲组中的脉冲数的情况的激光输出的波形图。图IlA是示出了未执行第一实施方式的反馈控制的情况下的激光输出的波形图。图IlB是示出了执行了第一实施方式的反馈控制的情况下的激光输出的波形图。参照图IlA及图11B，通过第一实施方式的反馈控制，加上或减去激光条件变更前后的偏置电流值的差分。由此，在变更了激光条件的情况下，也能够使第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相等。这样，在第一实施方式中，在发出激光之前对光放大光纤I进行预激发，从而能够从第一个脉冲开始得到稳定的功率。并且，在第一实施方式中，针对每个脉冲(脉冲组)而测定峰值，并基于其测定结果，来以使第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相同的方式，对激发LD3的偏置电流值进行调整。由此，能够从第一个脉冲起得到稳定的激光输出。从而，若采用第一实施方式，则能够进行高品质的加工。并且，若采用第一实施方式，则在起动激光加工装置时，对每个激光条件设定偏置电流值的最佳值，并以表的方式保持其最佳值。由此，能够根据激光条件，来改变预激发期间的激发光的功率。并且，若采用第一实施方式，则在激光加工装置进行动作的过程中，也通过反馈控制而设定偏置电流值的最佳值。由此，即使变更激光条件，也能够得到稳定的激光输出。若采用第一实施方式，则在起动激光加工装置时以及在进行动作时通过反馈控制来设定偏置电流的最佳值，因而不仅能够抑制因结构部件性能偏差引起的激光输出功率偏差，还能够抑制因结构部件性能温度特性引起的激光输出功率偏差。因此，也可以不需为准备表而针对每个激光加工装置测定偏置电流值的最佳值。另外，也可以不准备考虑了温度特定的表。由此，能够抑制激光加工装置的成本上升。<第二实施方式>图12是第二实施方式的激光加工装置的结构图。参照图12，激光加工装置101具有由两级光纤放大器构成的光放大器。第二实施方式的激光加工装置，在该点上与第一实施方式的激光加工装置不同。参照图I及图12，激光加工装置101与激光加工装置100的 不同点在于，激光加工装置101还具有耦合器7 ;光放大光纤8 ;激发LD9A、9B ;合成仪10 ；隔离器11 ;受光元件17 ;峰值检测器18 ;驱动器23。耦合器7将从光放大光纤I经由隔离器6输出的光脉冲，分为发送至合成仪10的光脉冲和发送至受光元件17的光脉冲。合成仪10对来自耦合器7的激光和来自激发LD9A、9B的激光进行合成,并将合成后的光入射至光放大光纤8。驱动器23驱动激发LD9A、9B。控制装置20控制驱动器23。光放大光纤8使用来自激发LD9A、9B的激光来放大来自耦合器7的激光。即，来自耦合器7的激光是种子光，来自激发LD9A、9B的激光是激发光。从激发LD9A、9B发出的激发光的功率，在预激发期间减小，在正式激发期间则增大。隔离器11使从光放大光纤8输出的激光通过，并且遮断向光放大光纤8返回的激光。受光兀件17接收来自f禹合器7的光脉冲而输出表不该光脉冲的强度的信号。峰值检测器18基于来自受光元件17的信号来检测光脉冲的峰值。将由峰值检测器18检测出的峰值发送至控制装置20。受光元件17及峰值检测器18的结构，分别与受光元件15及峰值检测器16的结构相同。在第二实施方式中，由受光兀件17及峰值检测器18检测从光放大光纤I输出的光脉冲的峰值，并由受光元件15及峰值检测器16检测从光放大光纤8输出的光脉冲的峰值。激光加工装置101的其他部分的结构，与激光加工装置100的相对应的部分的结构相同，因而以后不重复说明。若采用第二实施方式，则控制装置20基于由受光元件17及峰值检测器18检测出的脉冲的峰值，来控制驱动器22。由此，能够以使从光放大光纤I出射的脉冲组的第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相等的方式，控制从光放大光纤I出射的脉冲。并且，控制装置20基于由受光元件15及峰值检测器16检测出的脉冲的峰值，来控制驱动器23。由此，能够以使从最后的放大级即光放大光纤8出射的多个脉冲中的第一个脉冲和最后一个脉冲的峰值相等的方式，控制从光放大光纤8出射的脉冲。用于控制从光放大光纤8出射的脉冲的方法，能够应用与第一实施方式的控制方法相同的方法，因而以后不重复详细的说明。
这样，若根据第二实施方式，则即使放大级的个数为多个，也能够从最后的放大级得到稳定的激光脉冲输出。此外，只要放大级的个数是多个即可，并不限定于两级，也可以是二级或更多级。另外，对各放大级设置的激发LD的个数并非如图I或图12示出那样限定，而能够任意地设定激发LD的个数。进而，在上述各实施方式中，公开了激光加工装置来作为光放大装置的使用方式之一，但本发明的实施方式的光放大装置的用途并不限定于激光加工装置。应当认为本公开的实施方式是在全部点的例示而非限制。本发明的范围并不由上 述的说明来表示，而是由权利要求书来表示，意在包括在与权利要求书均匀的意思和范围内的全部变更。
权利要求
1.一种光放大装置，其特征在于， 具有: 光放大光纤，其通过激发光来放大种子光； 种子光源，其在发光期间生成多次脉冲状的所述种子光； 激发光源，其在刚刚进入所述发光期间之前的非发光期间生成具有第一能级的功率的所述激发光，在所述发光期间生成具有比所述第一能级高的第二能级的功率的所述激发光; 检测器，其检测从所述光放大光纤输出的输出光脉冲的功率； 控制部，其基于所述检测器的检测值，以使在所述发光期间内生成的最初的输出光脉冲和最后的输出光脉冲之间的功率相同的方式，控制所述非发光期间的所述激发光的功率。
2.根据权利要求I记载的光放大装置，其特征在于， 所述控制部，在起动所述光放大装置时，按照每个所述输出光脉冲的预先设定的条件，控制所述非发光期间的所述激发光的功率，由此获取与特定激发光的功率相关的数据，该特定激发光是指，用于使所述最初的输出光脉冲和所述最后的输出光脉冲之间的功率相同的所述激发光； 所述光放大装置还具有存储部，在该存储部中，与所述输出光脉冲的所述预先设定的条件相关联对应地存储所述数据。
3.根据权利要求2记载的光放大装置，其特征在于， 在所述光放大装置运转时，所述控制部基于存储在所述存储部中的数据，来设定所述非发光期间的所述激发光的功率。
4.根据权利要求3记载的光放大装置，其特征在于， 所述激发光源是半导体激光器； 所述数据是所述半导体激光器的偏置电流的数据； 在变更了所述输出光脉冲的条件的情况下，所述控制部将与变更前的条件相对应的所述偏置电流的数据的变动，反应到与变更后的条件相对应的所述偏置电流的数据中。
5.根据权利要求2记载的光放大装置，其特征在于， 还具有光闸，该光闸用于防止使所述输出光脉冲输出到所述光放大装置的外部； 所述控制部，在关闭所述光闸的状态下，获取在起动所述光放大装置时的所述数据。
6.—种激光加工装置,其特征在于， 具有权利要求I 5中的任一项记载的光放大装置。
全文摘要
能够从第一个脉冲起稳定输出激光脉冲的光放大装置及激光加工装置。激光加工装置(100)具有光放大光纤(1)；种子LD(2)，在发光期间生成多次脉冲状的种子光；激发LD(3)，在刚刚进入发光期间之前的非发光期间生成具有第一能级的功率的激发光，在发光期间则生成具有比第一能级高的第二能级的功率的激发光；受光元件(15)及峰值检测器(16)，检测从光放大光纤(1)输出的输出光脉冲的功率；控制装置(20)。控制装置(20)，基于峰值检测器(16)的检测值，来以使在发光期间内生成的最初的输出光脉冲和最后的输出脉冲之间的功率相同的方式，控制非发光期间的激发光的功率(驱动器(22)的偏置电流)。
文档编号H01S3/067GK102801088SQ20121014688
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月26日
发明者大垣龙男 申请人:欧姆龙株式会社