高功率脉冲光产生装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及高功率脉冲光产生装置，其具备：产生时钟信号的主时钟发生器；产生与上述主时钟信号同步的脉冲光的光振荡器；将从上述光振荡器射出的脉冲光放大而输出高功率脉冲光的光放大器；产生对上述光放大器进行激发的激发用脉冲光的激发半导体激光器；通过与上述主时钟信号同步的脉冲状的驱动电流来驱动上述激发半导体激光器的驱动部；以及通过使上述脉冲状的驱动电流的脉冲宽度发生变化而使上述激发用脉冲光的脉冲宽度发生变化，来控制每一个脉冲的上述光放大器的增益，对上述驱动部进行控制的控制部。
【专利说明】高功率脉冲光产生装置【技术领域】
[0001]本发明涉及使用半导体激光器作为光放大器的激发光源，将从脉冲光源射出的脉冲光在上述光放大器内放大并射出的高功率脉冲光产生装置，尤其涉及适用于激光加工的高功率脉冲光产生装置。
[0002]本申请基于2011年7月20日向日本申请的特愿2011-158847号主张优先权，并在这里引用其内容。
【背景技术】
[0003]一般而言，作为具有脉冲光放大功能的高功率脉冲光产生装置，具备作为脉冲光源而使用的光振荡器、和对从光振荡器输出的脉冲光进行放大的光放大器，并使用了光纤输出的半导体激光器(Laser Diode:LD)作为光放大器激发用的光源的装置较多。另外，大多情况下，光放大器激发用的LD (以下记为激发LD)具备电阻值小、精度高的作为电阻器的分流型恒流驱动电路，通常被附属的驱动器(Driver)控制成激发LD的输出恒定。然而，在这样的对激发LD进行驱动的电路中，按照输出电流在Isec-1hr的期间恒定的方式进行最佳化。因此，大多被设计成驱动电路的响应时间为Imsec以上,难以使从激发LD射出的输出光以高速开启-关闭(0N-0FF)。
[0004]另一方面，为了容易实现使用了恒压电路的电源电路或者电力供给电路的设备中的低损耗化，应用了能够脉冲驱动激发LD的开关元件的恒压电路也已被使用。如现有技术文献所记载那样，还公知有一种通过对驱动电流进行脉冲驱动来进行控制，以使激发LD的输出波形成为脉冲状的方法(例如参照专利文献1、专利文献2)。
[0005]并且，例如专利文献3~专利文献5公开了在高功率脉冲光产生装置中，为了高效地放大从光振荡器射出的脉冲光(以下称为振荡脉冲光)而对激发LD进行脉冲驱动的技术。另外，还公知有一种使激发LD的驱动电流值的波形以脉冲状变化，使脉冲激光光源的信号频率和激发LD的脉冲输出的频率同步来提高增益的技术。
[0006]在进行实际的激光加工的情况下，通常反复进行下述动作:在某一时间持续射出从高功率脉冲光产生装置输出的加工用的脉冲光(以下称为输出脉冲光)，然后，在使脉冲光的输出暂时停止之后，再次射出脉冲光。
[0007]这里，将从高功率脉冲光产生装置持续进行输出脉冲光的出射的状态称为开启(ON)状态，将从高功率脉冲光产生装置停止输出脉冲光的出射的状态称为停止(OFF)状态。这样的高功率脉冲光产生装置的开启状态和关闭状态的切换通常通过将产生用于对光放大器进行激发的脉冲光(以下称为激发用脉冲光)的激发部(激发LD)的脉冲状驱动电流接通-断开(ON-OFF)来进行。因此，在激发部中没有流动脉冲状驱动电流的状态下，高功率脉冲光产生装置成为关闭状态，如果激发部中流过脉冲状驱动电流，则高功率脉冲光产生装置成为开启状态。其中，激发用脉冲光与脉冲状驱动电流同步，一般，激发用脉冲光的脉冲状驱动电流的各脉冲的脉冲宽度恒定，另外，通常激发用脉冲光的脉冲宽度与输出脉冲光的脉冲宽度相比会被设定得足够长。[0008]在使用了这样的脉冲驱动的高功率脉冲光产生装置的情况下，当从关闭状态切换至开启状态时，会发生刚切换之后的高功率脉冲光产生装置内的光放大器的每一个脉冲的增益变小，然后，按每个脉冲增益渐渐变大而达到稳态的增益这一现象。另外，当为了缩短增益达到稳态为止的时间而想要提高刚向开启状态切换后的脉冲中的光放大器的增益时，有时刚切换后的脉冲的增益变得过大而导致过冲(over shoot)。
[0009]如以上那样，在刚将高功率脉冲光产生装置从关闭状态向开启状态切换后，存在光放大器的每一个脉冲的增益不稳定，高功率脉冲光产生装置的输出脉冲光的每一个脉冲的功率不稳定这一问题。
[0010]其中，在本发明中，将如以上那样在将高功率脉冲光产生装置从关闭状态向开启状态切换之后，到输出脉冲光的功率稳定化为止的期间称为过渡期间，将在过渡期间内按输出脉冲光的每个脉冲发生功率的变动的现象称为过渡现象。
[0011]尤其在将高功率脉冲光产生装置作为激光加工装置的光源使用的情况下，上述那样的过渡期间内的输出脉冲光的功率变动是增大激光加工中的加工质量或者加工度等加工特性的偏差的主要原因。因此，需要在过渡期间内不进行激光加工而使装置待机。另外，这样的待机时间使激光加工装置的工作效率低下。
[0012]然而，在上述任何一个专利文献中，都完全没有考虑在将高功率脉冲光产生装置从关闭状态向开启状态切换时，抑制因过渡现象造成的输出脉冲光的脉冲功率的变动。因此，在现有的高功率脉冲光产生装置中，当被从关闭状态向开启状态切换时，难以从刚切换之后便获得脉冲功率一致的输出脉冲光。因此，无法避免因上述那样的待机期间而导致高功率脉冲光产生装置的工作效率低下的情况。
[0013]专利文献1:美国专利第5325383号说明书
[0014]专利文献2:美国专利第5283794号说明书
[0015]专利文献3:美国专利第5867305号说明书
[0016]专利文献4:美国专利第5933271号说明书
[0017]专利文献5:美国专利第6081369号说明书
[0018]在图7中，针对在现有的高功率脉冲光产生装置中被输入输出脉冲光出射的开始信号的状态下的从光放大器的激发LD射出的脉冲输出(激发用脉冲光)、从光放大器射出的输出脉冲光、光放大器的增益变化、和主时钟信号，表不了依存于时间的相互关系。
[0019]如图7所示，关于光放大器的增益，刚将高功率脉冲光产生装置从关闭状态切换至开启状态后的输出脉冲光的第I脉冲的功率比开启状态的稳定时的脉冲功率(脉冲高度)小，然后，每当射出脉冲便渐渐变大，在进行了数个脉冲射出之后达到稳定时的脉冲功率。这样，在刚将高功率脉冲光产生装置从关闭状态切换至开启状态后射出比在稳定时射出的输出脉冲光的脉冲功率小的功率的脉冲，然后功率达到稳态之前，导致每一个脉冲的功率发生变动。
[0020]可认为发生这样的现象原因如下。即，可认为这是因为在关闭状态下，光放大器的增益比开启状态的稳定时(以下称为稳定时)的最低增益低。并且，可认为这是因为总是将针对激发LD的脉冲状驱动电流的脉冲宽度设为恒定，控制成从激发LD输出的激发用脉冲光的脉冲宽度恒定。其中，在图7的例子中，虽然如上述那样控制成从激发LD输出的激发用脉冲光的脉冲宽度恒定，但将高功率脉冲光产生装置从关闭状态切换至开启状态的时刻(输出开始触发的时刻)与主时钟信号的脉冲的上升时刻偏离。因此，刚切换至开启状态后的激发用脉冲光的第I脉冲的宽度变小。从而，光放大器的增益也在第I脉冲中变得极小。
[0021]如上述那样，在现有的高功率脉冲光产生装置中，当将高功率脉冲光产生装置从关闭状态切换至开启状态时，输出脉冲光的脉冲功率发生变动。因此，在将现有的高功率脉冲光产生装置用于激光加工的情况下，不得不将从关闭状态切换至开启状态时的脉冲功率发生变动的期间(过渡期间)设为不进行激光加工的待机期间。因此，工作效率低下。
【发明内容】
[0022]本发明是以上述的情况为背景而完成的发明，提供一种能够抑制高功率脉冲光产生装置的输出脉冲光的功率变动，例如即使在将高功率脉冲光产生装置从关闭状态向开启状态切换时，也能够尽早使输出脉冲光的各脉冲的功率稳定化，来防止上述那样的过渡现象的产生的高功率脉冲光产生装置。
[0023]本发明基本上通过具备如下结构来解决上述课题:通过控制激发LD的脉冲状驱动电流的脉冲宽度，来使激发LD的脉冲输出(激发用脉冲光)的脉冲宽度发生变化，能够按每个脉冲来控制光放大器的增益。
[0024]本发明的第I方式的高功率脉冲光产生装置具备:主时钟发生器，其产生主时钟信号；光振荡器，其产生与上述主时钟信号同步的脉冲光；光放大器，其将从上述光振荡器射出的脉冲光放大，来输出高功率脉冲光；激发半导体激光器，其产生对上述光放大器进行激发的激发用脉冲光；驱动部，其通过与上述主时钟信号同步的脉冲状的驱动电流来驱动上述激发半导体激光器；和控制部，通过使上述脉冲状的驱动电流的脉冲宽度变化而使上述激发用脉冲光的脉冲宽度变化，来控制每一个脉冲的上述光放大器的增益，对上述驱动部进行控制。
[0025]由于通过使用上述的高功率脉冲光产生装置，能够控制光放大器的每一个脉冲的增益，所以可使高功率脉冲光产生装置的输出脉冲光的脉冲功率稳定化。另外，由于能够如上述那样控制光放大器的每一个脉冲的增益，所以能够飞跃性地扩大激光加工的自由度。并且，通过使激发LD的脉冲状驱动电流以及激发用脉冲光与主时钟信号同步，来进行脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation:PWM)，能够简单且高速地使输出脉冲光上升。
[0026]在本发明的第I方式的高功率脉冲光产生装置中，优选上述控制部构成为:在刚从上述激发半导体激光器的驱动停止而不从上述光放大器输出高功率脉冲光的关闭状态切换至上述激发半导体激光器的驱动开始而从上述光放大器输出高功率脉冲光的开启状态后，便调整上述激发用脉冲光的脉冲宽度，以使即将射出输出脉冲光之前的光放大器的增益接近于上述光放大器的开启状态的稳定时的最大增益。
[0027]通过使用上述的高功率脉冲光产生装置，能够调整刚将高功率脉冲光产生装置从关闭状态切换至开启状态后的激发用脉冲光的脉冲宽度，调整成使输出脉冲光即将射出前的光放大器的增益接近于开启状态的稳定时的最大增益。因此，能够使刚切换至开启状态后的输出脉冲光的第I脉冲的功率与稳定时的输出脉冲光的脉冲功率大致相等。
[0028]因此，能可获得从上述刚切换后的第I个脉冲起功率变动少的输出脉冲光，抑制上述那样的过渡现象。从而，例如能够在激光加工中不设置待机期间，或者至少能够缩短待机期间。[0029]在本发明的第I方式的高功率脉冲光产生装置中，优选上述控制部构成为:在将刚切换至上述开启状态后的上述激发用脉冲光的脉冲宽度与上述开启状态的稳定时的脉冲宽度之差定义为调整宽度的情况下，上述调整宽度的绝对值从刚切换至上述开启状态后开始逐渐减少。
[0030]若使用上述的高功率脉冲光产生装置，则控制成每一个脉冲的激发LD的激发用脉冲光的脉冲宽度的调整宽度变得比紧接其之前的脉冲的调整宽度短。因此，调整宽度在短时间收敛于O (零)。结果，能够在短时间使脉冲功率稳定化。另外，能够将过渡期间中的每一个脉冲的调整宽度作为数据表而预先输入至控制部。另外，该情况下，由于上述激发LD的脉冲输出的脉冲宽度根据数据表被自动设定，所以能够容易地自动控制激发LD的脉冲状驱动电流。
[0031]在本发明的第I方式的高功率脉冲光产生装置中，优选在上述光放大器的出射侧设置有监视输出脉冲光的监视器，上述监视器对射入至上述监视器的上述输出脉冲光的受光量进行测定，上述控制部构成为:按从上述光放大器射出的每一个上述高功率脉冲光，将由上述监视器测定出的上述受光量输入至上述控制部，根据上述受光量的变化来控制上述激发用脉冲光的上述脉冲宽度。
[0032]通过使用上述的高功率脉冲光产生装置，能够利用监视器监视输出脉冲光的每一个脉冲的出射功率。并且，能够根据出射功率的变化在短时间使输出脉冲光的脉冲功率稳定化。
[0033]在本发明的第I方式的高功率脉冲光产生装置中，优选在上述光放大器的出射侧设置有监视输出脉冲光的监视器，上述监视器对射入至上述监视器的上述输出脉冲光的受光量进行测定，上述控制部构成为:按从上述光放大器射出的每一个上述高功率脉冲光，由上述监视器测定出的上述受光量被输入至上述控制部，根据上述受光量的变化来控制上述
调整宽度。
[0034]通过使用上述的高功率脉冲光产生装置，能够利用监视器监视输出脉冲光的每一个脉冲的出射功率。并且，能够根据出射功率的变化使上述调整宽度准确且在短时间收敛至0，使输出脉冲光的脉冲功率在更短时间稳定化。
[0035]在本发明的第I方式的高功率脉冲光产生装置中，优选在刚从上述激发半导体激光器的驱动停止而不从上述光放大器输出高功率脉冲光的关闭状态切换至上述激发半导体激光器的驱动开始而从上述光放大器输出高功率脉冲光的开启状态后，上述光振荡器便能够通过调整上述激发用脉冲光的输出定时来调整脉冲宽度。
[0036]根据本发明的高功率脉冲光产生装置，可控制高功率脉冲光产生装置内的光放大器的激发LD的驱动电流，使激发LD的脉冲输出(激发用脉冲光)的脉冲宽度变化，对输出脉冲光的每一个脉冲的功率进行控制。因此，能够抑制输出脉冲光的脉冲功率的变动，使输出脉冲光稳定化。从而，例如若将本发明的高功率脉冲光产生装置作为激光加工用的光源来使用，则由于能够使加工特性稳定化，另外，能够控制光放大器的每一个脉冲的增益，所以也能够飞跃性地扩大激光加工的自由度。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是用于表示本发明的高功率脉冲光产生装置的基本结构的简图。[0038]图2是用于表示本发明的高功率脉冲光产生装置中的输出脉冲光、光放大器的激发LD的激发用脉冲光的脉冲宽度、光放大器的增益和主时钟信号的关系的图。
[0039]图3是表示基于本发明的第I实施方式涉及的高功率脉冲光产生装置的整体结构的简图。
[0040]图4是表示本发明的第I实施方式涉及的作为高功率脉冲光产生装置的PWM驱动器发挥功能的分流(shunt)型恒流电路的基本结构的简图。
[0041]图5是用于对本发明的第I实施方式涉及的高功率脉冲光产生装置的开启状态与关闭状态切换时的激发LD的脉冲状的驱动电流的控制方法进行说明的图。
[0042]图6A是用于表示本发明的第I实施方式涉及的高功率脉冲光产生装置中的激发LD的脉冲输出的脉冲宽度与调整宽度的增减之间的关系的图。
[0043]图6B是用于表示本发明的第I实施方式涉及的高功率脉冲光产生装置中的激发LD的脉冲输出的脉冲宽度和调整宽度的增减之间的关系的图。
[0044]图7是用于表示现有的高功率脉冲光产生装置中的输出脉冲光、光放大器的激发LD的激发用脉冲光的脉冲宽度、光放大器的增益和主时钟信号的关系的图。
【具体实施方式】
[0045]参照图1、图2对本发明的基本原理进行说明。
[0046]图1表示了本发明的高功率脉冲光产生装置的基本结构。在图1中，从高功率脉冲光产生装置的光振荡器I射出的脉冲光(以下记为振荡脉冲光)被导向光放大器31。另夕卜，从激发LD3射出的激发用脉冲光被赋予给光放大器31。而且，未图示的放大介质内的激发物质被上述振荡脉冲光激发，通过受激发射射出被放大后的输出脉冲光。
[0047]控制部40与光振荡器I和激发LD3连接。对光振荡器I输出切换开启状态和关闭状态的输出控制信号。与从激发LD输出的激发用脉冲光的脉冲宽度相关的控制信号被输出至激发LD3。
[0048]图2针对向高功率脉冲光产生装置输入了输出开始触发的状态、即从关闭状态切换至开启状态时的从光放大器的激发LD射出的激发用脉冲光、从光放大器射出的输出脉冲光、光放大器的增益变化和主时钟信号，不意性地表不了依存于时间的相互的输出定时。其中，从激发LD射出的激发用脉冲光与脉冲状驱动电流同步，上述脉冲状驱动电流由控制部控制。在图2中，将输出开始触发刚被输入至控制部后的、输出脉冲光的第I脉冲中的激发用脉冲光的脉冲宽度设为最大，另一方面，第2脉冲中的激发用脉冲光的脉冲宽度比第I脉冲的脉冲宽度短第I脉冲中的增益的若干过冲量。并且，第3脉冲的激发用脉冲光的脉冲宽度比第2脉冲的脉冲宽度长第2脉冲中的光放大器的增益的若干下冲量。通过如此使激发用脉冲光的脉冲宽度变化来逐渐接近于开启状态下的稳定脉冲宽度，能够从第I脉冲开始出射功率一致的输出脉冲光。即，通过用于对激发LD进行激发的脉冲状驱动电流的脉冲宽度的控制，来控制从激发LD射出的激发用脉冲光的脉冲宽度。由此，可防止在现有的高功率脉冲光产生装置中产生的过渡现象的发生。
[0049]根据以上的理由，为了在本发明中产生图2所示的状态，控制用于对光放大器的激发LD进行驱动的脉冲状驱动电流的脉冲宽度。
[0050]其中，在图2的激发LD的脉冲驱动中，与激发LD的驱动开始的触发同时按照预先决定的流程，通过控制部来控制激发LD的驱动电流和激发用脉冲光的脉冲宽度。
[0051]接下来，参照图3、图4对本发明的【具体实施方式】进行以下说明。
[0052]图3表示本发明的高功率脉冲光产生装置的一个实施方式。在本发明的高功率脉冲光产生装置中设置有光纤10、光振荡器1、光放大器31、控制部40和输出脉冲光监视器50。光放大器31具有:作为放大介质的掺镱(Yb)双包层光纤(DCF)2、通过激发LD稱合器8与掺镱DCF2光学连接的激发LD3、和作为用于驱动激发LD3的驱动部的PWM驱动器4(以后将参照图4进行说明)。另外，光振荡器I和激发LD3的驱动器4为了切换开启状态和关闭状态，或者为了接收与脉冲状驱动电流的脉冲宽度相关的控制信号而与控制部40连接。控制部40为了接收主时钟信号和与来自用户的指示相关的信号，与主时钟发生器9以及外部控制器45连接。并且，用于对从光放大器31射出的输出脉冲光的每一各脉冲的功率进行测定的输出脉冲光监视器50经由光纤耦合器49与掺镱DCF连接。
[0053]接下来，对图3所示的高功率脉冲光产生装置的基本动作和功能进行说明。
[0054]从光振荡器I射出的振荡脉冲光入射至设于光放大器31的掺镱DCF2。上述振荡脉冲光和从PWM驱动器4输出的激发LD3的脉冲状驱动电流被控制部40控制成与从主时钟发生器9输出的主时钟信号同步。上述的脉冲调制后的驱动电流(脉冲状驱动电流)被施加到激发LD3，从激发LD3射出激发光。当对掺镱DCF2射入了从激发LD3射出的激发光时，掺镱DCF2所含的镱元素被激发，掺镱DCF2中的增益增大，反转分布率变高。在该状态下，若如上述那样从光振荡器I射出的振荡脉冲光射入到掺镱DCF2,则发生受激释放,从掺镱DCF2射出被放大后的脉冲光，作为上述输出脉冲光从高功率脉冲光产生装置射出。
[0055]另外，来自用户的对高功率脉冲光产生装置的开启状态和关闭状态进行切换等的指示被输入至外部控制器45，并被传递至控制部40。
[0056]接着，参照图4对作为激发LD3的驱动部即PWM驱动器4发挥作用的分流型恒流电路的PWM动作进行说明。
[0057]图4所示的分流型恒流电路由分流电阻52、比较器53、晶体管54构成。通过由脉冲宽度调制后的电压脉冲信号51向决定恒流电路的设定电流的比较器53输入电压，可对激发LD的脉冲状驱动电流施加PWM。
[0058]然后，PWM驱动器4根据从控制部40输出的控制信号，针对从主时钟发生器9输出的主时钟信号模式，生成对脉冲宽度进行了调整的电压脉冲信号51，并将电压脉冲信号51输入至由上述分流型恒流电路构成的PWM驱动器4。PWM驱动器4将与脉冲宽度被调制后的电压脉冲信号51对应的脉冲状驱动电流55流向激发LD。
[0059]这里，优选通过将PWM驱动器4的分流电压设为参照电压，并根据激发LD3的发光阈值电流设定上述分流电压，来决定上述PWM的转换的状态。通过进行这样的控制，能够抑制因转换引起的过冲，减轻激发LD3的负担。
[0060]另外，也可以通过将输出电压的温度补偿设备与激发LD3串联连接，由此通过进行简单的电压控制来使上述输出电压不受激发LD3的温度特性的影响。
[0061]若在现有的分流型恒流电路中使用PWM以高速切换开启-停止(ON-OFF)从来缩短时间常数，则一般会存在电流的稳定性变差的倾向。另一方面，在本实施方式中，恒流不会流过Isec以上的时间。因此，在本发明中，不会有电流的稳定性变差的问题。
[0062]基于以上内容，参照图5对于在上述的高功率脉冲光产生装置的输出脉冲光出射中，由用户将输出脉冲光停止信号(以下称为停止信号)输入至外部控制器45，然后，被输入了输出脉冲光开始信号(以下称为开始信号)时的详细动作进行说明。其中，表示了图5的激发LD3的脉冲状驱动电流被以与主时钟信号相同的频率脉冲调制的例子，但上述脉冲状驱动电流只要与主时钟信号同步即可。因此，即使上述脉冲状驱动电流成为主时钟信号的2倍波、3倍波，也能够以同样的控制方法来控制激发LD的驱动电流的脉冲宽度。
[0063]这里，
[0064]T2:从外部控制器45向控制部40输入了停止信号的时间，
[0065]T4:从外部控制器45向控制部40输入了开始信号的时间，
[0066]T20:从T2开始经过了掺镱DCF2的增益保持时间tlO后的时间，
[0067]tlO:掺镱DCF2的增益保持时间，
[0068]tt:从T2至T4的时间差。
[0069]若从外部控制器45将停止信号输入至控制部40，则由控制部40减小激发LD3的激发用脉冲光的输出，并保持激发用脉冲光的输出小的状态直至接下来开始信号被输入至控制部40为止。即使当停止信号或者开始信号被输入至外部控制器45时，主时钟信号也持续输出与稳定时相同的矩形脉冲模式。
[0070]对于掺镱DCF2的增益而言，从T2至T20为止保持T2时刻的增益，然后，在至T4为止的期间降低。由于tlO是极短的时间，所以在T4时刻掺镱DCF2的增益通常比上述稳定时的最低增益低。
[0071]若从外部控制器45将开始信号输入至控制部40，则从控制部40朝向光振荡器I和PWM驱动器4发送开始信号。在控制部40中，将为了恢复T20处的掺镱DCF2的增益与稳定时的最低增益之差、即从T20至T4为止的掺镱DCF2的增益的降低量DA而需要的向激发LD3的驱动电流施加时间(脉冲宽度)dt赋予给PWM驱动器4。
[0072]若向激发LD3的作为驱动电流施加时间数据的dt被输入至PWM驱动器4，则从PWM驱动器4向激发LD3施加具有对稳定时的驱动电流的施加时间附加了 dt的脉冲宽度的驱动电流的脉冲。结果，如图5所示，在T4以后激发LD3的驱动电流的脉冲最初上升(即，激发LD3的激发用脉冲光的输出变大)的时刻成为比T3早dt的时刻(图5的T3’)。从激发LD3输出具有对稳定时的激发用脉冲光的脉冲宽度、即稳定脉冲宽度附加了与dt相当的调整宽度的合计脉冲宽度的脉冲。
[0073]另外，从光振荡器I输出的振荡脉冲光在上述dt被确保的时刻输出，恰当控制振荡脉冲光的脉冲功率。即，在刚从激发LD3的驱动停止而不从上述光放大器输出高功率脉冲光的关闭状态切换至激发LD3的驱动开始而从光放大器31输出高功率脉冲光的开启状态之后，光振荡器I通过按照与激发LD3的输出定时相匹配地调整成使信号脉冲的输出定时延迟I个时钟量，来使LD3的驱动条件成为能够调整上述输出脉冲宽度的范围。
[0074]通过上述的动作，开始信号刚被输入至控制部40后的输出脉冲光的脉冲功率变得与稳定时的输出脉冲光的脉冲功率大致相等。
[0075]这里，
[0076]t0:稳定时的激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度，
[0077]tm:高功率脉冲光产生装置被从关闭状态切换至开启状态后，输出脉冲光的第m个脉冲(以下称为第m脉冲)被射出时的激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度，[0078]Λ tm:第m脉冲被射出时的激发LD3的激发用脉冲光的调整宽度。
[0079]这时，用于射出第m脉冲的激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度tm用tm = t0 +Δ tm表不。
[0080]而且，第I脉冲(m = I)的脉冲宽度tl被表示为tl = t0 + Atl。
[0081]根据在T4时刻掺镱DCF2的增益变得比稳定时的最低增益低，为了使即将射出第I脉冲前的掺镱DCF2的增益接近于稳定时的掺镱DCF2的最大增益，使Atl > O。
[0082]接着，第2脉冲(m = 2)的脉冲宽度t2被表示为t2 = t0 + At2。
[0083]当在刚射出第I脉冲后，掺镱DCF2的增益变得比稳定时的最低增益高时，若设Λ t2 = 0，则第2脉冲即将射出前的掺镱DCF2的增益变得比上述稳定时的掺镱DCF2的最大增益高。该情况下如图6A所示，通过设At2<0，使得第2脉冲即将射出前的掺镱DCF2的增益接近于上述稳定时的掺镱DCF2的增益。
[0084]与图6A的情况相对，若在第I脉冲刚射出后的掺镱DCF2的增益变得比稳定时的最低增益低的情况下，设At2 = 0，则上述第2脉冲即将射出前的掺镱DCF2的增益变得比上述稳定时的掺镱DCF2的最低增益低。该情况下如图6B所示，通过设At2 > 0，使得第2脉冲即将射出前的掺镱DCF2的增益接近于稳定时的掺镱DCF2的增益。
[0085]同样，第3脉冲以后的用于射出第m脉冲的激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度tm由控制部经由PWM驱动器4来控制。
[0086]S卩，在该激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度的控制方法中，如在图6A或图6B的任意一个中所示那样来决定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的方式进行激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度的控制。结果，从刚将高功率脉冲光产生装置由关闭状态切换至开启状态后开始，进行与稳定时相同功率的输出脉冲光的脉冲射出。
[0087]由于上述的控制被以前馈方式进行，所以需要将Atl?Atn的η个调整宽度的值作为数据表，在高功率脉冲光产生装置的使用前预先输入至控制部。对于输出脉冲光的第(η+1)脉冲以后的射出，进行与稳定时同样的激发LD3的脉冲状驱动电流的控制。
[0088]并且，在该实施方式的高功率脉冲光产生装置中，如图3所示，掺镱DCF2的射出部经由光纤耦合器49与输出脉冲光监视器50连接。输出脉冲光监视器50可应用光电探测器等。在刚将高功率脉冲光产生装置从关闭状态切换至开启状态后，使用上述输出脉冲光监视器50来测定输出脉冲光的每一个脉冲的功率，将测定出的输出脉冲光的功率(受光量)按每个脉冲输入至控制部。接着，控制部根据上述受光量来决定用于进行输出脉冲光的第m脉冲的射出的激发LD3的调整宽度Λ tm的值。通过将所决定的Λ tm的值向PWM驱动器4输出，并在PWM驱动器4中调整激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度，来使Λ tm准确且在短时间收敛于O。通过进行这样的控制，能够从高功率脉冲光产生装置得到功率变动少的输出脉冲光。
[0089]如上所述，通过由控制部40调整从PWM驱动器4输出的用于对激发LD3进行激发的脉冲状驱动电流的脉冲宽度，可调整激发LD3的激发用脉冲光的脉冲宽度，即使在刚将高功率脉冲光产生装置从开启状态切换至关闭状态之后，输出脉冲光的每一个脉冲的出射功率的变动也被抑制。
[0090]另外，通过自如操作dt等控制参数，也能够按每个脉冲控制输出脉冲光的出射功率。
[0091]以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。在不脱离本发明主旨的范围内，能够进行结构的附加、省略、置换以及其他的变更。
[0092]此外，本发明的高功率脉冲光产生装置最适用于激光加工用的光源，但并不限定于此，在需要高功率的脉冲光的用途中都能应用。
[0093]附图标记说明:1…光振荡器；3…激发LD ;4…PWM驱动器(驱动部)；9…主时钟发生器；31...光放 大器；40...控制部；50…输出脉冲光监视器。
【权利要求】
1.一种高功率脉冲光产生装置，其特征在于，具备， 主时钟发生器，其产生主时钟信号； 光振荡器，其产生与所述主时钟信号同步的脉冲光； 光放大器，其将从所述光振荡器射出的脉冲光放大，来输出高功率脉冲光； 激发半导体激光器，其产生对所述光放大器进行激发的激发用脉冲光； 驱动部，其通过与所述主时钟信号同步的脉冲状的驱动电流来驱动所述激发半导体激光器；以及 控制部，其通过使所述脉冲状的驱动电流的脉冲宽度发生变化而使所述激发用脉冲光的脉冲宽度发生变化，来控制每一个脉冲的所述光放大器的增益，对所述驱动部进行控制。
2.根据权利要求1所述的高功率脉冲光产生装置，其特征在于， 所述控制部构成为:在刚从所述激发半导体激光器的驱动停止而不从所述光放大器输出高功率脉冲光的关闭状态切换至所述激发半导体激光器的驱动开始而从所述光放大器输出高功率脉冲光的开启状态之后，便调整所述激发用脉冲光的脉冲宽度，以使即将射出输出脉冲光之前的光放大器的增益接近于所述光放大器的开启状态的稳定时的最大增益。
3.根据权利要求2所述的高功率脉冲光产生装置，其特征在于， 所述控制部构成为:在将刚切换至所述开启状态之后的所述激发用脉冲光的脉冲宽度与所述开启状态的稳定时的脉冲宽度之差定义为调整宽度的情况下，所述调整宽度的绝对值从刚切换至所述开启状态之后开始逐渐减少。
4.根据权利要求2所述的高功率脉冲光产生装置，其特征在于， 在所述光放大器的出射侧设置有对输出脉冲光进行监视的监视器， 所述监视器对射入至所述监视器的所述输出脉冲光的受光量进行测定， 所述控制部构成为:按从所述光放大器射出的每一个所述高功率脉冲光，由所述监视器测定出的所述受光量被输入至所述控制部，根据所述受光量的变化来控制所述激发用脉冲光的所述脉冲宽度。
5.根据权利要求3所述的高功率脉冲光产生装置，其特征在于， 在所述光放大器的出射侧设置有对输出脉冲光进行监视的监视器， 所述监视器对射入至所述监视器的所述输出脉冲光的受光量进行测定， 所述控制部构成为:按从所述光放大器射出的每一个所述高功率脉冲光，由所述监视器测定出的所述受光量被输入至所述控制部，根据所述受光量的变化来控制所述调整宽度。
6.根据权利要求1所述的高功率脉冲光产生装置，其特征在于， 在刚从所述激发半导体激光器的驱动停止而不从所述光放大器输出高功率脉冲光的关闭状态切换至所述激发半导体激光器的驱动开始而从所述光放大器输出高功率脉冲光的开启状态之后，所述光振荡器便能够通过调整所述激发用脉冲光的输出定时来调整脉冲览度。
【文档编号】H01S3/131GK103650262SQ201280034919
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月18日 优先权日:2011年7月20日
【发明者】中居道弘 申请人:株式会社藤仓