レーザ装置
【課題】予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることが可能なレーザ装置を提供すること。
【解決手段】励起用半導体レーザ４０から出射されるレーザ光によって増幅器５０を励起させる前に、低励起用の励起用半導体レーザ２０及び高励起用の励起用半導体レーザ３０からそれぞれ出射されるレーザ光によって増幅器５０を予備励起させる。その予備励起では、低励起用の励起用半導体レーザ２０のレーザ出力を一定とする一方、高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整する。
【解決手段】励起用半導体レーザ４０から出射されるレーザ光によって増幅器５０を励起させる前に、低励起用の励起用半導体レーザ２０及び高励起用の励起用半導体レーザ３０からそれぞれ出射されるレーザ光によって増幅器５０を予備励起させる。その予備励起では、低励起用の励起用半導体レーザ２０のレーザ出力を一定とする一方、高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号用レーザ光源から出射された入力光を光増幅部を通じて増幅し、増幅光として出射するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーザ装置としては、例えばレーザ光の照射により加工対象物にマーキングを行うレーザ加工装置が実用されている。この装置では、信号用半導体レーザから入力光がパルス発振されるとともに、この入力光が、光増幅部として機能する希土類ドープ光ファイバに入射される。希土類ドープ光ファイバは、上記信号用半導体レーザとは別の励起用半導体レーザから出射されるレーザ光により高励起状態に励起されている。よって、信号用半導体レーザから希土類ドープ光ファイバに入射された入力光は、希土類ドープ光ファイバを通過する際に増幅されるとともに、その出射端面から増幅光として出射される。この増幅光は、収束レンズを介してワーク上に集光され、この集光された増幅光がワークの表面上を走査することにより所望のマーキングが行われる。
【０００３】
ところで、このようなレーザ加工装置では、マーキング開始時に希土類ドープ光ファイバを高励起状態に励起させようとすると、実際に高励起状態に励起されるまでにある程度の時間を要する。従って、マーキング開始時にレーザ加工装置から出射される増幅光の初期のパルスで十分な出力を得られない場合があり、マーキングの品質が低下する虞がある。
【０００４】
そこで、従来のレーザ加工装置では、例えば特許文献１に見られるように、希土類ドープ光ファイバを高励起状態に励起させることが可能なレーザ出力を有する第１励起用半導体レーザ、及び同第１励起用半導体レーザのレーザ出力よりも低いレーザ出力を有する第２励起用半導体レーザを設けるようにしている。そして、図５に示すように、例えば時刻ｔ３０でレーザ加工装置に設けられたスイッチがオン操作されたとすると、図５（ｂ）に示すように、その時点で第２励起用半導体レーザのみがレーザ出力Ｌ１でレーザ光を連続発振する。これにより、第２励起用半導体レーザから出射されるレーザ光によって希土類ドープ光ファイバがマーキングが不可能な状態にて予備励起される。
【０００５】
その後、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ３１で第１励起用半導体レーザがレーザ出力Ｌ２でレーザ光を連続発振するとともに、図５（ｄ）に示すように、同時刻ｔ３１で信号用半導体レーザが入力光をパルス発振する。このとき、既に予備励起されている希土類ドープ光ファイバは、第１励起用半導体レーザから出射されるレーザ光によって高励起状態まで即座に励起される。よって、図５（ｅ）に示すように、増幅光の初期パルスＰ３０で十分な出力Ｌ３を確保することができるため、マーキングの品質を高めることが可能となる。尚、図５（ｃ）は、希土類ドープ光ファイバの励起に利用されるレーザ光源の総レーザ出力を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４１１８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、増幅光のパルス幅、繰り返し周波数、パルス高さ等といった動作条件を変更する場合、入力光が出力されないＯＦＦ区間中の第２励起用半導体レーザのレーザ出力を次回の動作条件に合わせて変更する必要がある。例えば、第１パルス列の増幅光に対し、第２パルス列の増幅光のパルス高さが大きくなるよう動作条件が変更される場合、第２励起用半導体レーザのレーザ出力として、前者よりも大きなものが後者に必要となる。しかしながら、上記第２励起用半導体レーザのような低いレーザ出力を有するものを単独で予備励起に用いた場合、上記第２パルス列の増幅光のように大きなパルス高さが必要となる際には、自ずと予備励起の期間が長くなり、そうすると第１パルス列と第２パルス列との間のＯＦＦ区間を短くすることができない。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることが可能なレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、信号用レーザ光源から光増幅部に入力光をパルス発振する際に、第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させ、励起状態となっている前記光増幅部を通じて、前記信号用レーザ光源から出射された入力光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置であって、前記第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させる前に、低励起用の第２励起用レーザ光源及び高励起用の第３励起用レーザ光源からそれぞれ出射されるレーザ光によって前記光増幅部を予備励起させるとともに、その予備励起では、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を一定とする一方、前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することをその要旨としている。
【００１０】
同構成によると、低励起用の第２励起用レーザ光源が単独で予備励起に用いられるのではなく、予備励起では第２励起用レーザ光源に加え高励起用の第３励起用レーザ光源も用いられる。これにより、予備励起において、第２励起用レーザ光源によるエネルギーの不足分を第３励起用レーザ光源によるエネルギーで補えるとともに、光パルス列間で増幅光の動作条件が変更される場合でも、これに対応でき、さらに、ＯＦＦ区間が短い場合でも、第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで対応できるようになる。従って、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、前記第３励起用レーザ光源には、最大定格電流が供給されるとともに、その最大定格電流の供給時間が調整されることで当該第３励起用レーザ光源のレーザ出力が調整され、当該調整に基づき、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーが調整されることをその要旨としている。
【００１２】
同構成によると、第３励起用レーザ光源には最大定格電流として規定される大きな電流が供給されるため、第２励起用レーザ光源によるエネルギーの不足分を十分に補えるとともに、予備励起に必要なエネルギーが短時間で蓄積され、供給時間を短縮できるようになる。従って、ＯＦＦ区間をより短くすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ装置において、増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス幅を含み、同パルス幅の大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整されることをその要旨としている。
【００１４】
同構成によると、例えば、パルス幅の小さなパルスによる光パルス列からパルス幅の大きなパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、第３励起用レーザ光源のレーザ出力が高められる。このように第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置において、増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数を含み、同パルスの繰り返し周波数の高低に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整されることをその要旨としている。
【００１６】
同構成によると、例えば、繰り返し周波数の低いパルスによる光パルス列から繰り返し周波数の高いパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、第３励起用レーザ光源のレーザ出力が高められる。このように第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置において、増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス高さを含み、同パルスのパルス高さの大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整されることをその要旨としている。
【００１８】
同構成によると、例えば、パルス高さの小さなパルスによる光パルス列からパルス高さの大きなパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、第３励起用レーザ光源のレーザ出力が高められる。このように第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記信号用レーザ光源からの入力光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射が、前記第１励起用レーザ光源からレーザ光が出射されるよりも前に行われることをその要旨としている。
【００２０】
同構成によると、信号用レーザ光源から出射された入力光の第１パルスは、予備励起の際に蓄積されたエネルギーによって増幅される。このように第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射を待たずして第１パルスが増幅されるため、増幅光をより早く出射することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記信号用レーザ光源からの入力光について最終パルスの出射が完了された後の段階で、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されることをその要旨としている。
【００２２】
同構成によると、最終パルスの増幅に必要なエネルギーが確保された上で第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されるため、最終パルスに至るまで増幅光を安定的に出力できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態のレーザ加工装置について、その概略構成を示すブロック図。
【図２】同じくレーザ加工装置の動作例を示すタイミングチャート。
【図３】他の実施形態のレーザ加工装置について、その概略構成を示すブロック図。
【図４】同じくレーザ加工装置の動作例を示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は従来のレーザ加工装置の動作例を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明をレーザ加工装置に具体化した一実施形態について説明する。尚、本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ光の照射により加工対象物であるワークに文字や図形等のマーキングを行うものである。
【００２６】
図１に示すように、レーザ加工装置１では、ユーザが入力部２を操作して文字や図形等を入力すると、制御部３による制御のもと、レーザ生成部４において生成されたレーザ光がヘッド部５を介してワーク６に照射され、このワーク６に文字や図形等がマーキングされる。
【００２７】
レーザ生成部４は、入力光として赤外線レーザをパルス発振する信号用レーザ光源としての信号用半導体レーザ１０を備えるとともに、この信号用半導体レーザ１０は、ドライバ１１を通じて供給電流量が制御される。また、レーザ生成部４は、低励起用の第２励起用レーザ光源としての励起用半導体レーザ２０、高励起用の第３励起用レーザ光源としての励起用半導体レーザ３０、第１励起用レーザ光源としての励起用半導体レーザ４０を備えるとともに、これら３つの励起用半導体レーザを含むかたちで増幅器５０が構成されている。尚、上記励起用半導体レーザ２０は、ドライバ２１を通じて供給電流量が制御されるとともに、上記励起用半導体レーザ３０及び４０は、ドライバ３１を通じて供給電流量が制御される。
【００２８】
前記増幅器５０には光結合部５１が設けられるとともに、この光結合部５１の下流側には、希土類元素であるイットリビウム（Ｙｂ）を含むガラスファイバからなる希土類ドープ光ファイバ５２が設けられている。尚、上記希土類ドープ光ファイバ５２は、ボビンに多数回巻回されることにより所要長の光路が確保された構造を有している。そして、上記光結合部５１に対し、信号用半導体レーザ１０から出射された入力光が光ファイバを介して入射されるとともに、励起用半導体レーザ２０から出射されたレーザ光が光ファイバを介して入射される。そして、励起用半導体レーザ２０から出射されたレーザ光が光結合部５１を介して希土類ドープ光ファイバ５２に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ５２がマーキングの不可能な低励起状態にて予備励起される。
【００２９】
前記増幅器５０において希土類ドープ光ファイバ５２の下流側には光結合部５３が設けられるとともに、この光結合部５３の下流側には、希土類ドープ光ファイバ５４が設けられている。そして、上記光結合部５３に対し、希土類ドープ光ファイバ５２から出射されたレーザ光が入射されるとともに、励起用半導体レーザ３０及び４０から出射されたレーザ光が光ファイバを介して入射される。そして、励起用半導体レーザ３０から出射されたレーザ光が光結合部５３を介して希土類ドープ光ファイバ５４に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ５４が希土類ドープ光ファイバ５２による予備励起を補うかたちでマーキング可能な高励起状態に励起される。尚、この励起によるエネルギーによって、入力光の第１パルスが増幅され、増幅光の第１パルスとしてヘッド部５に出射される。
【００３０】
また、励起用半導体レーザ４０から出射されたレーザ光が光結合部５３を介して希土類ドープ光ファイバ５４に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ５４がマーキング可能な高励起状態に励起され、この励起によるエネルギーによって、入力光の第２パルス以降が増幅され、増幅光の第２パルス以降としてヘッド部５に出射される。
【００３１】
ヘッド部５は、上記のようにレーザ生成部４から出射される増幅光を平行光あるいは収束光に絞るコリメータレンズを始め、その絞られた増幅光を所要の方向に反射させる２つのガルバノミラー、その反射された増幅光をスポットレーザ光に絞り込む集光レンズを備えて構成されている。そして、その絞り込まれた増幅光がワーク６の表面上を走査することにより所望のマーキングが行われるようになっている。
【００３２】
次に、レーザ加工装置１の作用について説明する。
図２に示すように、入力部２に対するマーキング開始操作が行われてから時刻ｔ１までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤ（励起用半導体レーザ２０〜４０の総称）に待機電流が流れる。尚、低励起用の励起用半導体レーザ２０に供給される電流は、予備励起に必要な最低値に設定される。
【００３３】
そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間において、引き続き低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、高励起用の励起用半導体レーザ３０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤに立上電流が流れる。尚、高励起用の励起用半導体レーザ３０には、最大定格電流が供給される。
【００３４】
そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間において、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する電流の供給が停止され、これにより、励起ＬＤに待機電流が流れる。尚、時刻ｔ３に達する前に入力光の第１パルス列の第１パルスが出射され、これが出射されるまでに蓄積された低励起用の励起用半導体レーザ２０及び高励起用の励起用半導体レーザ３０による励起エネルギーによって当該第１パルスが増幅される。
【００３５】
そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、励起用半導体レーザ４０に所要の電流が供給され、入力光の第１パルス列の第２パルス以降が増幅される。尚、時刻ｔ４に達する前に入力光の第１パルス列の最終パルスの出射が完了され、すなわち当該最終パルスの出射が完了された後の段階で、低励起用の励起用半導体レーザ２０及び励起用半導体レーザ４０に対する電流の供給が停止される。
【００３６】
そして、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０を含む全ての励起ＬＤに対する電流の供給が停止され、これにより、余剰エネルギーが除去される。
【００３７】
そして、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの区間において、次回の予備励起にあたり、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤに待機電流が流れる。
【００３８】
そして、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの区間において、引き続き低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、高励起用の励起用半導体レーザ３０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤに立上電流が流れる。尚、高励起用の励起用半導体レーザ３０には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間と同様、最大定格電流が供給されるが、その供給時間は前記区間よりも長い時間に設定される。
【００３９】
そして、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの区間において、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する電流の供給が停止され、これにより、励起ＬＤに待機電流が流れる。尚、時刻ｔ８に達する前に入力光の第２パルス列の第１パルスが出射され、これが出射されるまでに蓄積された低励起用の励起用半導体レーザ２０及び高励起用の励起用半導体レーザ３０による励起エネルギーによって当該第１パルスが増幅される。
【００４０】
そして、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、励起用半導体レーザ４０に所要の電流が供給され、入力光の第２パルス列の第２パルス以降が増幅される。尚、時刻ｔ９に達する前に入力光の第２パルス列の最終パルスの出射が完了され、すなわち当該最終パルスの出射が完了された後の段階で、低励起用の励起用半導体レーザ２０及び励起用半導体レーザ４０に対する電流の供給が停止される。
【００４１】
そして、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０を含む全ての励起ＬＤに対する電流の供給が停止され、これにより、余剰エネルギーが除去される。
【００４２】
そして、時刻ｔ１０において、励起ＬＤに対する待機電流の供給が開始され、これにより、次回の予備励起が開始される。尚、以降の動作については割愛する。
そして、こうした動作を経て本実施形態では、増幅光について、第１パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数に対し、第２パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数が１／２倍に設定され、また、前者パルスのパルス高さに対し、後者パルスのパルス高さが２倍に設定されるといったように、動作条件の変更された増幅光が出射される。そして、これに伴い、まず第２パルス列の第１パルスが当該動作条件に適うよう、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する最大定格電流の供給時間が調整され、これにより、予備励起に必要なエネルギーが調整される。また、第２パルス列の第２パルス以降については、繰り返し周波数が１／２倍、パルス高さが２倍であることから、こうした増幅に必要なエネルギーは第１パルス列の増幅時と同様のエネルギーとなり、したがって励起用半導体レーザ４０に対する供給電流量がそのまま適用される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）低励起用の励起用半導体レーザ２０が単独で予備励起に用いられるのではなく、予備励起では励起用半導体レーザ２０に加え高励起用の励起用半導体レーザ３０も用いられる。これにより、予備励起において、励起用半導体レーザ２０によるエネルギーの不足分を励起用半導体レーザ３０によるエネルギーで補えるとともに、光パルス列間で増幅光の動作条件が変更される場合でも、これに対応でき、さらに、ＯＦＦ区間が短い場合でも、励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで対応できるようになる。従って、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることができる。
【００４４】
（２）励起用半導体レーザ３０には最大定格電流として規定される大きな電流が供給されるため、励起用半導体レーザ２０によるエネルギーの不足分を十分に補えるとともに、予備励起に必要なエネルギーが短時間で蓄積され、供給時間を短縮できるようになる。従って、ＯＦＦ区間をより短くすることができる。
【００４５】
（３）パルス高さの小さなパルスによる第１パルス列からパルス高さの大きなパルスによる第２パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、励起用半導体レーザ３０のレーザ出力が高められる。このように励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００４６】
（４）信号用半導体レーザ１０からの入力光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射が、励起用半導体レーザ４０からレーザ光が出射されるよりも前に行われる。言い換えると、信号用半導体レーザ１０から出射された入力光の第１パルスは、予備励起の際に蓄積されたエネルギーによって増幅される。このように励起用半導体レーザ４０からのレーザ光の出射を待たずして第１パルスが増幅されるため、増幅光をより早く出射することができる。
【００４７】
（５）信号用半導体レーザ１０からの入力光について最終パルスの出射が完了された後の段階で、励起用半導体レーザ４０からのレーザ光の出射が停止される。このように最終パルスの増幅に必要なエネルギーが確保された上で励起用半導体レーザ４０からのレーザ光の出射が停止されるため、最終パルスに至るまで増幅光を安定的に出力できる。
【００４８】
尚、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力の調整は、これに対する供給電流の波高値（高さ）を変更することで行ってもよく、或いは、上記実施形態によるように電流の供給時間（幅）を変更することで行ってもよく、さらには、両者を変更することで行ってもよい。尚、高励起用の励起用半導体レーザ３０に最大定格電流が供給される構成に限定されない。
【００４９】
・低励起用の励起用半導体レーザ２０について、例えば高励起用の励起用半導体レーザ３０の最大定格電流よりも小さな最大定格電流を有するものを採用し、この低励起用の励起用半導体レーザ２０にその最大定格電流が供給されてもよい。このように構成すれば、予備励起に必要な最低値の電流といったような小さな電流でありながら、それが低励起用の励起用半導体レーザ２０にとっての最大定格電流であるので、熱損失が抑制される。
【００５０】
・励起用半導体レーザ４０について、低励起用の励起用半導体レーザ２０の最大定格電流よりも大きな最大定格電流であって、且つ、高励起用の励起用半導体レーザ３０の最大定格電流よりも小さな最大定格電流を有するものを採用し、この励起用半導体レーザ４０にその最大定格電流が供給されてもよい。
【００５１】
・図３に示すように、励起ＬＤとして、励起用半導体レーザ２０〜４０に加え、新たな励起用半導体レーザ４５を設けることで、図４に示すような動作条件の変更に対応できるようにしてもよい。図４に示す態様では、第１パルス列を構成するパルスのパルス高さに対し、第２パルス列を構成するパルスのパルス高さが２倍に設定されるとともに、繰り返し周波数については前者と後者とで同一となるよう設定されている。
【００５２】
この場合、まず第２パルス列の第１パルスが当該動作条件に適うよう、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの区間において、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する最大定格電流の供給時間が調整され、これにより、予備励起に必要なエネルギーが調整される。
【００５３】
そして、時刻ｔ１７から時刻ｔ１８までの区間において、励起ＬＤに待機電流が流れ、時刻ｔ１８に達する前に入力光の第２パルス列の第１パルスが増幅される。
そして、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、上記新たな励起用半導体レーザ４５に所要の電流が供給され、入力光の第２パルス列の第２パルス以降が増幅される。
【００５４】
尚、単一の励起用半導体レーザに対する供給電流を制御することで、この単一の励起用半導体レーザのレーザ出力を可変できるような構成を採用してもよい。このように励起用半導体レーザを流用することとすれば、新たなレーザ光源を設ける必要がないため、部品点数の増加を回避することができる。
【００５５】
・上記実施形態では触れなかったが、増幅光の動作条件に、光パルス列を構成するパルスのパルス幅が含まれてもよく、この場合、同パルス幅の大小に合わせて高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力の大小が調整される。同構成によると、例えば、パルス幅の小さなパルスによる光パルス列からパルス幅の大きなパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力が高められる。そして、このように高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００５６】
・増幅光の動作条件に、光パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数が含まれる構成において、同パルスの繰り返し周波数の高低に合わせて高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力の大小が調整されるようにしてもよい。尚、この構成は、光パルス列の第２パルスの増幅までを予備励起で賄う場合に有効となる。同構成によると、例えば、繰り返し周波数の低いパルスによる光パルス列から繰り返し周波数の高いパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力が高められる。そして、このように高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００５７】
・上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置を、ワークにマーキングを行うレーザ加工装置（レーザマーカー）に適用することとしたが、例えばワークに穴あけ、切断、及び溶接等の加工を行うレーザ加工装置に適用することも可能である。また、レーザ加工装置に限らず、希土類ドープ光ファイバを通じてレーザ光を増幅して出射する各種レーザ装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…レーザ加工装置（レーザ装置）、２…入力部、３…制御部、４…レーザ生成部、５…ヘッド部、６…ワーク、１０…信号用半導体レーザ（信号用レーザ光源）、１１…ドライバ、２０…励起用半導体レーザ（低励起用の第２励起用レーザ光源）、２１…ドライバ、３０…励起用半導体レーザ（高励起用の第３励起用レーザ光源）、３１…ドライバ、４０…励起用半導体レーザ（第１励起用レーザ光源）、４５…励起用半導体レーザ（第１励起用レーザ光源）、５０…増幅器（光増幅部）、５１…光結合部、５２…希土類ドープ光ファイバ、５３…光結合部、５４…希土類ドープ光ファイバ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号用レーザ光源から出射された入力光を光増幅部を通じて増幅し、増幅光として出射するレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーザ装置としては、例えばレーザ光の照射により加工対象物にマーキングを行うレーザ加工装置が実用されている。この装置では、信号用半導体レーザから入力光がパルス発振されるとともに、この入力光が、光増幅部として機能する希土類ドープ光ファイバに入射される。希土類ドープ光ファイバは、上記信号用半導体レーザとは別の励起用半導体レーザから出射されるレーザ光により高励起状態に励起されている。よって、信号用半導体レーザから希土類ドープ光ファイバに入射された入力光は、希土類ドープ光ファイバを通過する際に増幅されるとともに、その出射端面から増幅光として出射される。この増幅光は、収束レンズを介してワーク上に集光され、この集光された増幅光がワークの表面上を走査することにより所望のマーキングが行われる。
【０００３】
ところで、このようなレーザ加工装置では、マーキング開始時に希土類ドープ光ファイバを高励起状態に励起させようとすると、実際に高励起状態に励起されるまでにある程度の時間を要する。従って、マーキング開始時にレーザ加工装置から出射される増幅光の初期のパルスで十分な出力を得られない場合があり、マーキングの品質が低下する虞がある。
【０００４】
そこで、従来のレーザ加工装置では、例えば特許文献１に見られるように、希土類ドープ光ファイバを高励起状態に励起させることが可能なレーザ出力を有する第１励起用半導体レーザ、及び同第１励起用半導体レーザのレーザ出力よりも低いレーザ出力を有する第２励起用半導体レーザを設けるようにしている。そして、図５に示すように、例えば時刻ｔ３０でレーザ加工装置に設けられたスイッチがオン操作されたとすると、図５（ｂ）に示すように、その時点で第２励起用半導体レーザのみがレーザ出力Ｌ１でレーザ光を連続発振する。これにより、第２励起用半導体レーザから出射されるレーザ光によって希土類ドープ光ファイバがマーキングが不可能な状態にて予備励起される。
【０００５】
その後、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ３１で第１励起用半導体レーザがレーザ出力Ｌ２でレーザ光を連続発振するとともに、図５（ｄ）に示すように、同時刻ｔ３１で信号用半導体レーザが入力光をパルス発振する。このとき、既に予備励起されている希土類ドープ光ファイバは、第１励起用半導体レーザから出射されるレーザ光によって高励起状態まで即座に励起される。よって、図５（ｅ）に示すように、増幅光の初期パルスＰ３０で十分な出力Ｌ３を確保することができるため、マーキングの品質を高めることが可能となる。尚、図５（ｃ）は、希土類ドープ光ファイバの励起に利用されるレーザ光源の総レーザ出力を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４１１８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、増幅光のパルス幅、繰り返し周波数、パルス高さ等といった動作条件を変更する場合、入力光が出力されないＯＦＦ区間中の第２励起用半導体レーザのレーザ出力を次回の動作条件に合わせて変更する必要がある。例えば、第１パルス列の増幅光に対し、第２パルス列の増幅光のパルス高さが大きくなるよう動作条件が変更される場合、第２励起用半導体レーザのレーザ出力として、前者よりも大きなものが後者に必要となる。しかしながら、上記第２励起用半導体レーザのような低いレーザ出力を有するものを単独で予備励起に用いた場合、上記第２パルス列の増幅光のように大きなパルス高さが必要となる際には、自ずと予備励起の期間が長くなり、そうすると第１パルス列と第２パルス列との間のＯＦＦ区間を短くすることができない。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることが可能なレーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、信号用レーザ光源から光増幅部に入力光をパルス発振する際に、第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させ、励起状態となっている前記光増幅部を通じて、前記信号用レーザ光源から出射された入力光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置であって、前記第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させる前に、低励起用の第２励起用レーザ光源及び高励起用の第３励起用レーザ光源からそれぞれ出射されるレーザ光によって前記光増幅部を予備励起させるとともに、その予備励起では、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を一定とする一方、前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することをその要旨としている。
【００１０】
同構成によると、低励起用の第２励起用レーザ光源が単独で予備励起に用いられるのではなく、予備励起では第２励起用レーザ光源に加え高励起用の第３励起用レーザ光源も用いられる。これにより、予備励起において、第２励起用レーザ光源によるエネルギーの不足分を第３励起用レーザ光源によるエネルギーで補えるとともに、光パルス列間で増幅光の動作条件が変更される場合でも、これに対応でき、さらに、ＯＦＦ区間が短い場合でも、第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで対応できるようになる。従って、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ装置において、前記第３励起用レーザ光源には、最大定格電流が供給されるとともに、その最大定格電流の供給時間が調整されることで当該第３励起用レーザ光源のレーザ出力が調整され、当該調整に基づき、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーが調整されることをその要旨としている。
【００１２】
同構成によると、第３励起用レーザ光源には最大定格電流として規定される大きな電流が供給されるため、第２励起用レーザ光源によるエネルギーの不足分を十分に補えるとともに、予備励起に必要なエネルギーが短時間で蓄積され、供給時間を短縮できるようになる。従って、ＯＦＦ区間をより短くすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ装置において、増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス幅を含み、同パルス幅の大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整されることをその要旨としている。
【００１４】
同構成によると、例えば、パルス幅の小さなパルスによる光パルス列からパルス幅の大きなパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、第３励起用レーザ光源のレーザ出力が高められる。このように第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置において、増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数を含み、同パルスの繰り返し周波数の高低に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整されることをその要旨としている。
【００１６】
同構成によると、例えば、繰り返し周波数の低いパルスによる光パルス列から繰り返し周波数の高いパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、第３励起用レーザ光源のレーザ出力が高められる。このように第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置において、増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス高さを含み、同パルスのパルス高さの大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整されることをその要旨としている。
【００１８】
同構成によると、例えば、パルス高さの小さなパルスによる光パルス列からパルス高さの大きなパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、第３励起用レーザ光源のレーザ出力が高められる。このように第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記信号用レーザ光源からの入力光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射が、前記第１励起用レーザ光源からレーザ光が出射されるよりも前に行われることをその要旨としている。
【００２０】
同構成によると、信号用レーザ光源から出射された入力光の第１パルスは、予備励起の際に蓄積されたエネルギーによって増幅される。このように第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射を待たずして第１パルスが増幅されるため、増幅光をより早く出射することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記信号用レーザ光源からの入力光について最終パルスの出射が完了された後の段階で、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されることをその要旨としている。
【００２２】
同構成によると、最終パルスの増幅に必要なエネルギーが確保された上で第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されるため、最終パルスに至るまで増幅光を安定的に出力できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態のレーザ加工装置について、その概略構成を示すブロック図。
【図２】同じくレーザ加工装置の動作例を示すタイミングチャート。
【図３】他の実施形態のレーザ加工装置について、その概略構成を示すブロック図。
【図４】同じくレーザ加工装置の動作例を示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は従来のレーザ加工装置の動作例を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明をレーザ加工装置に具体化した一実施形態について説明する。尚、本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ光の照射により加工対象物であるワークに文字や図形等のマーキングを行うものである。
【００２６】
図１に示すように、レーザ加工装置１では、ユーザが入力部２を操作して文字や図形等を入力すると、制御部３による制御のもと、レーザ生成部４において生成されたレーザ光がヘッド部５を介してワーク６に照射され、このワーク６に文字や図形等がマーキングされる。
【００２７】
レーザ生成部４は、入力光として赤外線レーザをパルス発振する信号用レーザ光源としての信号用半導体レーザ１０を備えるとともに、この信号用半導体レーザ１０は、ドライバ１１を通じて供給電流量が制御される。また、レーザ生成部４は、低励起用の第２励起用レーザ光源としての励起用半導体レーザ２０、高励起用の第３励起用レーザ光源としての励起用半導体レーザ３０、第１励起用レーザ光源としての励起用半導体レーザ４０を備えるとともに、これら３つの励起用半導体レーザを含むかたちで増幅器５０が構成されている。尚、上記励起用半導体レーザ２０は、ドライバ２１を通じて供給電流量が制御されるとともに、上記励起用半導体レーザ３０及び４０は、ドライバ３１を通じて供給電流量が制御される。
【００２８】
前記増幅器５０には光結合部５１が設けられるとともに、この光結合部５１の下流側には、希土類元素であるイットリビウム（Ｙｂ）を含むガラスファイバからなる希土類ドープ光ファイバ５２が設けられている。尚、上記希土類ドープ光ファイバ５２は、ボビンに多数回巻回されることにより所要長の光路が確保された構造を有している。そして、上記光結合部５１に対し、信号用半導体レーザ１０から出射された入力光が光ファイバを介して入射されるとともに、励起用半導体レーザ２０から出射されたレーザ光が光ファイバを介して入射される。そして、励起用半導体レーザ２０から出射されたレーザ光が光結合部５１を介して希土類ドープ光ファイバ５２に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ５２がマーキングの不可能な低励起状態にて予備励起される。
【００２９】
前記増幅器５０において希土類ドープ光ファイバ５２の下流側には光結合部５３が設けられるとともに、この光結合部５３の下流側には、希土類ドープ光ファイバ５４が設けられている。そして、上記光結合部５３に対し、希土類ドープ光ファイバ５２から出射されたレーザ光が入射されるとともに、励起用半導体レーザ３０及び４０から出射されたレーザ光が光ファイバを介して入射される。そして、励起用半導体レーザ３０から出射されたレーザ光が光結合部５３を介して希土類ドープ光ファイバ５４に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ５４が希土類ドープ光ファイバ５２による予備励起を補うかたちでマーキング可能な高励起状態に励起される。尚、この励起によるエネルギーによって、入力光の第１パルスが増幅され、増幅光の第１パルスとしてヘッド部５に出射される。
【００３０】
また、励起用半導体レーザ４０から出射されたレーザ光が光結合部５３を介して希土類ドープ光ファイバ５４に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ５４がマーキング可能な高励起状態に励起され、この励起によるエネルギーによって、入力光の第２パルス以降が増幅され、増幅光の第２パルス以降としてヘッド部５に出射される。
【００３１】
ヘッド部５は、上記のようにレーザ生成部４から出射される増幅光を平行光あるいは収束光に絞るコリメータレンズを始め、その絞られた増幅光を所要の方向に反射させる２つのガルバノミラー、その反射された増幅光をスポットレーザ光に絞り込む集光レンズを備えて構成されている。そして、その絞り込まれた増幅光がワーク６の表面上を走査することにより所望のマーキングが行われるようになっている。
【００３２】
次に、レーザ加工装置１の作用について説明する。
図２に示すように、入力部２に対するマーキング開始操作が行われてから時刻ｔ１までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤ（励起用半導体レーザ２０〜４０の総称）に待機電流が流れる。尚、低励起用の励起用半導体レーザ２０に供給される電流は、予備励起に必要な最低値に設定される。
【００３３】
そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間において、引き続き低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、高励起用の励起用半導体レーザ３０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤに立上電流が流れる。尚、高励起用の励起用半導体レーザ３０には、最大定格電流が供給される。
【００３４】
そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間において、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する電流の供給が停止され、これにより、励起ＬＤに待機電流が流れる。尚、時刻ｔ３に達する前に入力光の第１パルス列の第１パルスが出射され、これが出射されるまでに蓄積された低励起用の励起用半導体レーザ２０及び高励起用の励起用半導体レーザ３０による励起エネルギーによって当該第１パルスが増幅される。
【００３５】
そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、励起用半導体レーザ４０に所要の電流が供給され、入力光の第１パルス列の第２パルス以降が増幅される。尚、時刻ｔ４に達する前に入力光の第１パルス列の最終パルスの出射が完了され、すなわち当該最終パルスの出射が完了された後の段階で、低励起用の励起用半導体レーザ２０及び励起用半導体レーザ４０に対する電流の供給が停止される。
【００３６】
そして、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０を含む全ての励起ＬＤに対する電流の供給が停止され、これにより、余剰エネルギーが除去される。
【００３７】
そして、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの区間において、次回の予備励起にあたり、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤに待機電流が流れる。
【００３８】
そして、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの区間において、引き続き低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、高励起用の励起用半導体レーザ３０に所要の電流が供給され、これにより、励起ＬＤに立上電流が流れる。尚、高励起用の励起用半導体レーザ３０には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間と同様、最大定格電流が供給されるが、その供給時間は前記区間よりも長い時間に設定される。
【００３９】
そして、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの区間において、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する電流の供給が停止され、これにより、励起ＬＤに待機電流が流れる。尚、時刻ｔ８に達する前に入力光の第２パルス列の第１パルスが出射され、これが出射されるまでに蓄積された低励起用の励起用半導体レーザ２０及び高励起用の励起用半導体レーザ３０による励起エネルギーによって当該第１パルスが増幅される。
【００４０】
そして、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、励起用半導体レーザ４０に所要の電流が供給され、入力光の第２パルス列の第２パルス以降が増幅される。尚、時刻ｔ９に達する前に入力光の第２パルス列の最終パルスの出射が完了され、すなわち当該最終パルスの出射が完了された後の段階で、低励起用の励起用半導体レーザ２０及び励起用半導体レーザ４０に対する電流の供給が停止される。
【００４１】
そして、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０を含む全ての励起ＬＤに対する電流の供給が停止され、これにより、余剰エネルギーが除去される。
【００４２】
そして、時刻ｔ１０において、励起ＬＤに対する待機電流の供給が開始され、これにより、次回の予備励起が開始される。尚、以降の動作については割愛する。
そして、こうした動作を経て本実施形態では、増幅光について、第１パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数に対し、第２パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数が１／２倍に設定され、また、前者パルスのパルス高さに対し、後者パルスのパルス高さが２倍に設定されるといったように、動作条件の変更された増幅光が出射される。そして、これに伴い、まず第２パルス列の第１パルスが当該動作条件に適うよう、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する最大定格電流の供給時間が調整され、これにより、予備励起に必要なエネルギーが調整される。また、第２パルス列の第２パルス以降については、繰り返し周波数が１／２倍、パルス高さが２倍であることから、こうした増幅に必要なエネルギーは第１パルス列の増幅時と同様のエネルギーとなり、したがって励起用半導体レーザ４０に対する供給電流量がそのまま適用される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）低励起用の励起用半導体レーザ２０が単独で予備励起に用いられるのではなく、予備励起では励起用半導体レーザ２０に加え高励起用の励起用半導体レーザ３０も用いられる。これにより、予備励起において、励起用半導体レーザ２０によるエネルギーの不足分を励起用半導体レーザ３０によるエネルギーで補えるとともに、光パルス列間で増幅光の動作条件が変更される場合でも、これに対応でき、さらに、ＯＦＦ区間が短い場合でも、励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで対応できるようになる。従って、予備励起により光パルス列を安定的に出力できるとともに、動作条件を変更する場合でも、ＯＦＦ区間を短くすることができる。
【００４４】
（２）励起用半導体レーザ３０には最大定格電流として規定される大きな電流が供給されるため、励起用半導体レーザ２０によるエネルギーの不足分を十分に補えるとともに、予備励起に必要なエネルギーが短時間で蓄積され、供給時間を短縮できるようになる。従って、ＯＦＦ区間をより短くすることができる。
【００４５】
（３）パルス高さの小さなパルスによる第１パルス列からパルス高さの大きなパルスによる第２パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、励起用半導体レーザ３０のレーザ出力が高められる。このように励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００４６】
（４）信号用半導体レーザ１０からの入力光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射が、励起用半導体レーザ４０からレーザ光が出射されるよりも前に行われる。言い換えると、信号用半導体レーザ１０から出射された入力光の第１パルスは、予備励起の際に蓄積されたエネルギーによって増幅される。このように励起用半導体レーザ４０からのレーザ光の出射を待たずして第１パルスが増幅されるため、増幅光をより早く出射することができる。
【００４７】
（５）信号用半導体レーザ１０からの入力光について最終パルスの出射が完了された後の段階で、励起用半導体レーザ４０からのレーザ光の出射が停止される。このように最終パルスの増幅に必要なエネルギーが確保された上で励起用半導体レーザ４０からのレーザ光の出射が停止されるため、最終パルスに至るまで増幅光を安定的に出力できる。
【００４８】
尚、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力の調整は、これに対する供給電流の波高値（高さ）を変更することで行ってもよく、或いは、上記実施形態によるように電流の供給時間（幅）を変更することで行ってもよく、さらには、両者を変更することで行ってもよい。尚、高励起用の励起用半導体レーザ３０に最大定格電流が供給される構成に限定されない。
【００４９】
・低励起用の励起用半導体レーザ２０について、例えば高励起用の励起用半導体レーザ３０の最大定格電流よりも小さな最大定格電流を有するものを採用し、この低励起用の励起用半導体レーザ２０にその最大定格電流が供給されてもよい。このように構成すれば、予備励起に必要な最低値の電流といったような小さな電流でありながら、それが低励起用の励起用半導体レーザ２０にとっての最大定格電流であるので、熱損失が抑制される。
【００５０】
・励起用半導体レーザ４０について、低励起用の励起用半導体レーザ２０の最大定格電流よりも大きな最大定格電流であって、且つ、高励起用の励起用半導体レーザ３０の最大定格電流よりも小さな最大定格電流を有するものを採用し、この励起用半導体レーザ４０にその最大定格電流が供給されてもよい。
【００５１】
・図３に示すように、励起ＬＤとして、励起用半導体レーザ２０〜４０に加え、新たな励起用半導体レーザ４５を設けることで、図４に示すような動作条件の変更に対応できるようにしてもよい。図４に示す態様では、第１パルス列を構成するパルスのパルス高さに対し、第２パルス列を構成するパルスのパルス高さが２倍に設定されるとともに、繰り返し周波数については前者と後者とで同一となるよう設定されている。
【００５２】
この場合、まず第２パルス列の第１パルスが当該動作条件に適うよう、時刻ｔ１６から時刻ｔ１７までの区間において、高励起用の励起用半導体レーザ３０に対する最大定格電流の供給時間が調整され、これにより、予備励起に必要なエネルギーが調整される。
【００５３】
そして、時刻ｔ１７から時刻ｔ１８までの区間において、励起ＬＤに待機電流が流れ、時刻ｔ１８に達する前に入力光の第２パルス列の第１パルスが増幅される。
そして、時刻ｔ１８から時刻ｔ１９までの区間において、低励起用の励起用半導体レーザ２０に所要の電流が供給されるとともに、上記新たな励起用半導体レーザ４５に所要の電流が供給され、入力光の第２パルス列の第２パルス以降が増幅される。
【００５４】
尚、単一の励起用半導体レーザに対する供給電流を制御することで、この単一の励起用半導体レーザのレーザ出力を可変できるような構成を採用してもよい。このように励起用半導体レーザを流用することとすれば、新たなレーザ光源を設ける必要がないため、部品点数の増加を回避することができる。
【００５５】
・上記実施形態では触れなかったが、増幅光の動作条件に、光パルス列を構成するパルスのパルス幅が含まれてもよく、この場合、同パルス幅の大小に合わせて高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力の大小が調整される。同構成によると、例えば、パルス幅の小さなパルスによる光パルス列からパルス幅の大きなパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力が高められる。そして、このように高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００５６】
・増幅光の動作条件に、光パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数が含まれる構成において、同パルスの繰り返し周波数の高低に合わせて高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力の大小が調整されるようにしてもよい。尚、この構成は、光パルス列の第２パルスの増幅までを予備励起で賄う場合に有効となる。同構成によると、例えば、繰り返し周波数の低いパルスによる光パルス列から繰り返し周波数の高いパルスによる光パルス列が構成されるよう増幅光の動作条件が変更される場合、予備励起に必要なエネルギーとして大きなエネルギーが必要となるため、この場合、高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力が高められる。そして、このように高励起用の励起用半導体レーザ３０のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整することができる。
【００５７】
・上記実施形態では、本発明に係るレーザ装置を、ワークにマーキングを行うレーザ加工装置（レーザマーカー）に適用することとしたが、例えばワークに穴あけ、切断、及び溶接等の加工を行うレーザ加工装置に適用することも可能である。また、レーザ加工装置に限らず、希土類ドープ光ファイバを通じてレーザ光を増幅して出射する各種レーザ装置に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…レーザ加工装置（レーザ装置）、２…入力部、３…制御部、４…レーザ生成部、５…ヘッド部、６…ワーク、１０…信号用半導体レーザ（信号用レーザ光源）、１１…ドライバ、２０…励起用半導体レーザ（低励起用の第２励起用レーザ光源）、２１…ドライバ、３０…励起用半導体レーザ（高励起用の第３励起用レーザ光源）、３１…ドライバ、４０…励起用半導体レーザ（第１励起用レーザ光源）、４５…励起用半導体レーザ（第１励起用レーザ光源）、５０…増幅器（光増幅部）、５１…光結合部、５２…希土類ドープ光ファイバ、５３…光結合部、５４…希土類ドープ光ファイバ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号用レーザ光源から光増幅部に入力光をパルス発振する際に、第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させ、励起状態となっている前記光増幅部を通じて、前記信号用レーザ光源から出射された入力光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置であって、
前記第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させる前に、低励起用の第２励起用レーザ光源及び高励起用の第３励起用レーザ光源からそれぞれ出射されるレーザ光によって前記光増幅部を予備励起させるとともに、その予備励起では、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を一定とする一方、前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第３励起用レーザ光源には、最大定格電流が供給されるとともに、その最大定格電流の供給時間が調整されることで当該第３励起用レーザ光源のレーザ出力が調整され、当該調整に基づき、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーが調整される
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス幅を含み、同パルス幅の大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整される
請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数を含み、同パルスの繰り返し周波数の高低に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整される
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス高さを含み、同パルスのパルス高さの大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整される
請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記信号用レーザ光源からの入力光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射が、前記第１励起用レーザ光源からレーザ光が出射されるよりも前に行われる
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記信号用レーザ光源からの入力光について最終パルスの出射が完了された後の段階で、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止される
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１】
信号用レーザ光源から光増幅部に入力光をパルス発振する際に、第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させ、励起状態となっている前記光増幅部を通じて、前記信号用レーザ光源から出射された入力光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置であって、
前記第１励起用レーザ光源から出射されるレーザ光によって前記光増幅部を励起させる前に、低励起用の第２励起用レーザ光源及び高励起用の第３励起用レーザ光源からそれぞれ出射されるレーザ光によって前記光増幅部を予備励起させるとともに、その予備励起では、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を一定とする一方、前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力を調整することで、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーを調整する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記第３励起用レーザ光源には、最大定格電流が供給されるとともに、その最大定格電流の供給時間が調整されることで当該第３励起用レーザ光源のレーザ出力が調整され、当該調整に基づき、増幅光の動作条件に合わせて予備励起に必要なエネルギーが調整される
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス幅を含み、同パルス幅の大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整される
請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスの繰り返し周波数を含み、同パルスの繰り返し周波数の高低に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整される
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
増幅光の動作条件は、光パルス列を構成するパルスのパルス高さを含み、同パルスのパルス高さの大小に合わせて前記第３励起用レーザ光源のレーザ出力の大小が調整される
請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記信号用レーザ光源からの入力光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射が、前記第１励起用レーザ光源からレーザ光が出射されるよりも前に行われる
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記信号用レーザ光源からの入力光について最終パルスの出射が完了された後の段階で、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止される
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５３１０３（Ｐ２０１２−２５３１０３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２２８５１（Ｐ２０１１−１２２８５１）
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック デバイスＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３１日（２０１１．５．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック デバイスＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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