レーザ装置
【課題】増幅光の出力を安定化させることのできるレーザ装置を提供する。
【解決手段】このレーザ装置では、信号用半導体レーザ１０から希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を出射するときに、第１励起用半導体レーザ２２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２１を励起させる。そして、励起状態となっている希土類ドープ光ファイバ２１を通じて、信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を増幅し、増幅光として出射する。ここでは、第１励起用半導体レーザ２２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２３から希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を出射することにより、同光ファイバ２１を予備励起させる。また、第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が停止されたとき、その時点から所定時間が経過するまでの期間、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を停止する。
【解決手段】このレーザ装置では、信号用半導体レーザ１０から希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を出射するときに、第１励起用半導体レーザ２２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２１を励起させる。そして、励起状態となっている希土類ドープ光ファイバ２１を通じて、信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を増幅し、増幅光として出射する。ここでは、第１励起用半導体レーザ２２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２３から希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を出射することにより、同光ファイバ２１を予備励起させる。また、第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が停止されたとき、その時点から所定時間が経過するまでの期間、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を停止する。
【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レーザ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レーザ光がパルス発振されるとともに、このレーザ光が、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、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レーザ光は、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。したがって、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パルスで十分な出力を得られない場合があり、このことがマーキングの品質を低下させる一つの要因となっている。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のレーザ加工装置では、図７に示すように、例えば時刻ｔ２０でマーキング動作が開始されたとすると、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ２０から所定時間が経過する時刻ｔ２１までの期間、励起用半導体レーザから最大のレーザ出力Ｌｍａｘでレーザ光を連続発振させるようにしている。また、時刻ｔ２１以降は、励起用半導体レーザから最大レーザ出力Ｌｍａｘよりも低いレーザ出力Ｌｅでレーザ光を連続発振させる。そして、このレーザ加工装置では、図７（ｂ）に示すように、信号用半導体レーザからのレーザ光のパルス発振を、時刻ｔ２１から行うこととしている。なお、低レーザ出力Ｌｅは、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のできるレーザ出力に設定されている。これにより、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの期間に希土類ドープ光ファイバが予備励起されるため、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即座に励起させることができる。よって、図７（ｃ）に示すように、増幅光の第１パルスＰ２０で所定出力Ｌｆ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４４５２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、こうしたレーザ加工装置では、例えば複数のワークに連続してマーキングを行うような場合、マーキング動作の開始及び停止が連続して行われることがある。このような場合、図７（ｃ）に示すように、例えば増幅光の第１光パルス列の出射が時刻ｔ２２で一旦停止されたとすると、その直後の時刻ｔ２３でマーキング動作が再開されて、増幅光の第２光パルス列が出射されることとなる。このような状況では、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの時間間隔Ｔｄが短いと、第１光パルス列の出射が完了する時刻ｔ２２までの期間に希土類ドープ光ファイバに蓄積されたエネルギが残留したままの状態となる。このため、図７（ｃ）に示すように、時刻ｔ２４で第２光パルス列の出射が開始されたときに、その初期パルスＰ２１，Ｐ２２の出力が所定出力Ｌｆよりも大きくなるおそれがある。すなわち、第２光パルス列の初期パルスＰ２１，Ｐ２２がジャイアントパルスになるおそれがある。このように、こうしたレーザ加工装置では、増幅光の出力を安定化させるといった点で、なお改良の余地を残すものとなっている。
【０００７】
なお、このような課題は、レーザ光の照射により加工対象物にマーキング、穴あけ、切断及び溶接等の加工を行うレーザ加工装置に限らず、希土類ドープ光ファイバ等の光増幅部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共通する課題である。
【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、増幅光の出力を安定化させることのできる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】
上記課題を解決するために、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レーザ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レーザ光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置において、前記第１励起用レーザ光源のレーザ出力よりも低いレーザ出力を有する第２励起用レーザ光源と、前記第１励起用レーザ光源からレーザ光を出射していないときに、前記第２励起用レーザ光源から第１レーザ出力で前記光増幅部にレーザ光を出射して同光増幅部を予備励起させるとともに、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されることを条件に、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第１レーザ出力よりも低い第２レーザ出力に所定時間だけ設定する制御手段とを備えることを要旨とする。
【００１０】
同構成によれば、第１励起用レーザ光源がレーザ光の出射を行っていないとき、第２励起用レーザ光源から第１レーザ出力で出射されるレーザ光により光増幅部が予備励起される。よって、第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始されたときに、光増幅部を高励起状態に即座に励起させることができるため、レーザ光の初期パルスで十分な出力を確保することができる。また、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条件に、第２励起用レーザ光源のレーザ出力が第１レーザ出力から第２レーザ出力に所定時間だけ低下するため、光増幅部の励起が弱くなる。よって、それまでに光増幅部に蓄積された残留エネルギを除去することができるため、直後にレーザ装置が増幅光の出射を行う場合であっても、増幅光の初期パルスがジャイアントパルスになることを抑制することもできる。したがって、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【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、前記制御手段は、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されたとき、その時点から前記所定時間が経過するまでの期間、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第２レーザ出力に設定することを要旨とする。
【００１２】
同構成によれば、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た直後に、第２励起用レーザ光源のレーザ出力が第１レーザ出力から第２レーザ出力に所定時間だけ低下するため、光増幅部に蓄積された残留エネルギが除去され易くなる。よって、増幅光の初期パルスがジャイアントパルスになることを効果的に抑制することができるため、増幅光の出力をより安定化させることができるようになる。
【００１３】
そしてこの場合、請求項３に記載の発明によるように、前記第２レーザ出力を、前記第２励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されるレーザ出力とする、といった構成を採用することが有効であり、これにより、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条件に、光増幅部の励起が行われなくなるため、光増幅部に蓄積された残留エネルギが更に除去され易くなる。よって、増幅光の初期パルスがジャイアントパルスになることを更に抑制することができるため、増幅光の出力を更に安定化させることができるようになる。
【００１４】
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、前記信号用レーザ光源からのレーザ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要旨とする。
【００１５】
同構成によるように、信号用レーザ光源からのレーザ光の第１パルスの出射を、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うようにした場合、信号用レーザ光源から出射されたレーザ光の第１パルスは、予備励起の際に光増幅部に蓄積されたエネルギによって増幅されるため、増幅光の第１パルスで十分な出力を確保することが可能である。これにより、十分な出力を有する増幅光をより早く出射することができるため、ユーザの待機時間を短縮することができるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかるレーザ装置によれば、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の一実施形態についてその概略構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態のレーザ加工装置による予備励起の処理の手順を示すフローチャート。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、同実施形態のレーザ加工装置についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の他の例についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の他の例についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の他の例についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、従来のレーザ加工装置についてそ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】
【００１８】
以下、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態にかかるレーザ加工装置は、レーザ光の照射によりワークに文字や図形等をマーキングするものである。はじめに、図１を参照して、本実施形態にかかるレーザ加工装置の概要について説明する。
【００１９】
図１に示すように、このレーザ加工装置では、ユーザが入力部３に文字や図形等を入力すると、レーザ生成部１において生成されたレーザ光がヘッド部２を介してワークＷに照射されて、文字や図形等がワークＷにマーキングされる。
【００２０】
レーザ生成部１は、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と、同半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を増幅する増幅器２０とを備えている。信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光は、光ファイバ２６ａを介して増幅器２０に入力されて増幅された後、同増幅器２０の後端に設けられた光ファイバ２６ｄを介してヘッド部２に入射される。
【００２１】
増幅器２０は、例えば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２１と、該光ファイバ２１をマーキングの可能な高励起状態に励起させることの可能なレーザ出力を有する第１励起用半導体レーザ２２とを備えている。また、増幅器２０は、第１励起用半導体レーザ２２よりもレーザ出力の低い第２励起用半導体レーザ２３を備えている。なお、本実施形態では、希土類ドープ光ファイバ２１が光増幅部となっている。また、第１及び第２の励起用半導体レーザ２２，２３が第１及びの第２励起用レーザ光源となっている。
【００２２】
第１励起用半導体レーザ２２は、光ファイバ２６ｃを介して希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を入射する。また、第２励起用半導体レーザ２３は、光ファイバ２６ｂを介して希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を入射する。
【００２３】
一方、希土類ドープ光ファイバ２１は、図示しない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。なお、同図では、希土類ドープ光ファイバ２１において入射端２１ａから出射端２１ｂに向かう方向を矢印ａで示している。希土類ドープ光ファイバ２１の入射端２１ａ及び出射端２１ｂには、第１及び第２の光結合部２４，２５がそれぞれ設けられている。
【００２４】
第１光結合部２４には、信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光が光ファイバ２６ａを介して入射されるとともに、第２励起用半導体レーザ２３から出射されたレーザ光が光ファイバ２６ｂを介して入射される。第１光結合部２４は、信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光、及び第２励起用半導体レーザ２３から出射されたレーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１の入射端２１ａに矢印ａで示す方向にそれぞれ入射させる。そして、第２励起用半導体レーザ２３から出射されたレーザ光が第１光結合部２４を介して希土類ドープ光ファイバ２１に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ２１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。
【００２５】
一方、第２光結合部２５には、希土類ドープ光ファイバ２１の出射端２１ｂから出射されたレーザ光が入射されるとともに、第１励起用半導体レーザ２２から出射されたレーザ光が光ファイバ２６ｃを介して入射される。第２光結合部２５は、第１励起用半導体レーザ２２から出射されたレーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１の出射端２１ｂに矢印ａで示す方向と逆の方向に入射させる。これにより、希土類ドープ光ファイバ２１がマーキング可能な高励起状態に励起される。また、第２光結合部２５は、希土類ドープ光ファイバ２１の出射端２１ｂから出射されたレーザ光（増幅光）を光ファイバ２６ｄを介してヘッド部２に出射する。
【００２６】
なお、光ファイバ２６ａには、レーザ光を矢印ａで示す方向にのみ通過させる光アイソレータ２７が設けられている。すなわち、この光アイソレータ２７によって、光ファイバの接合部分やレーザ反射面で反射された光が信号用半導体レーザ１０に逆流して同半導体レーザ１０が損傷することが防止されている。
【００２７】
一方、ヘッド部２は、レーザ生成部１の光ファイバ２６ｄ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４０を備えている。コリメータレンズ４０を通じて絞られた増幅光は、ヘッド部２に設けられた光走査機構４１によって所要の方向に反射される。光走査機構４１は、増幅光を反射する２つのガルバノミラーを有して構成されるものであって、各ガルバノミラーの傾斜角度を変化させることにより、コリメータレンズ４０を通じて絞られた増幅光を所要の方向に走査させるものである。光走査機構４１にて反射された増幅光は、集光レンズ４２によりスポットレーザ光に絞り込まれる。そして、絞り込まれた増幅光がワークＷ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。
【００２８】
また、入力部３は、上述のように、ワークＷに印字する文字や図形等が入力される部分であるとともに、ユーザによってマーキングの開始及び停止などの操作が行われる部分でもある。入力部３は、文字や図形などが入力されると、その入力情報を出力する。また、入力部３は、マーキング開始操作及び停止操作が行われると、そのことを示す操作信号を出力する。そして、これら入力部３の出力は、マイクロコンピュータを中心に構成された制御部（制御手段）５に取り込まれる。
【００２９】
制御部５は、入力部３の出力に基づきドライバ３０〜３２を通じて半導体レーザ１０，２２，２３の供給電流量をそれぞれ制御することで、各半導体レーザ１０，２２，２３の駆動、停止、並びにレーザ出力を制御する。また、制御部５は、光走査機構４１の駆動も制御する。具体的には、制御部５は、入力部３から入力情報が送信されると、これを内蔵するメモリ５ａに記憶させる。その後、入力部３から出力される操作信号に基づきマーキング開始操作が行われたことを検知すると、まず、ドライバ３２を介して第２励起用半導体レーザ２３を駆動させることにより、希土類ドープ光ファイバ２１を予備励起させる処理を実行する。この処理では、希土類ドープ光ファイバ２１の予備励起が所定時間だけ行われることを条件にマーキング動作が許可される。
【００３０】
一方、制御部５は、マーキング動作が許可されると、メモリ５ａに記憶された入力情報に基づき、ドライバ３０，３１を介して信号用半導体レーザ１０及び第１励起用半導体レーザ２２を駆動させるとともに、光走査機構４１を駆動させることにより、文字や図形等をワークＷにマーキングする。このマーキング動作では、制御部５は、まず、ドライバ３０を介して信号用半導体レーザ１０をパルス発振させる。そして、信号用半導体レーザ１０からレーザ光の出射が開始されたときにその第１パルスが出射されてから第２パルスが出射されるまでの間に、ドライバ３１を介して第１励起用半導体レーザ２２を高レーザ出力Ｌａで連続発振させる。なお、高レーザ出力Ｌａは、増幅光の出力に基づき設定されるものであって、希土類ドープ光ファイバ２１をマーキングの可能な高励起状態に励起させることのできるレーザ出力である。そして、第１励起用半導体レーザ２２から出射されたレーザ光が希土類ドープ光ファイバ２１に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ２１が高励起状態に励起される。よって、信号用半導体レーザ１０から出射されたパルスレーザ光が、高励起状態となっている希土類ドープ光ファイバ２１を通過する際に増幅されて、光ファイバ２６ｄからヘッド部２に入射される。そして、制御部５は、これら半導体レーザ１０，２２の駆動に併せて光走査機構４１の駆動を制御することにより、ヘッド部２に入力されたレーザ光を所要の方向に走査させ、文字や図形等をワークＷ上にマーキングする。
【００３１】
次に、図２を参照して、予備励起処理について説明する。なお、図２に示す処理は、入力部３から出力される操作信号に基づきマーキング開始操作が行われたことが検知されたときに実行される。
【００３２】
同図２に示すように、この処理では、まず、ドライバ３２を介して第２励起用半導体レーザ２３から低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振させるとともに（ステップＳ１）、所定時間が経過したか否かが監視される（ステップＳ２）。なお、低レーザ出力Ｌｂは、上記高レーザ出力Ｌａよりも低い値であって、希土類ドープ光ファイバ２１をマーキングの不可能な低励起状態に励起させることのできる値に設定されている。また、所定時間は、上記高レーザ出力Ｌａの大きさに依存して決定されるものであって、増幅光の各光パルス列の第１パルスで十分なレーザ出力を確保することのできる長さに設定されている。そして、所定時間が経過した場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、マーキング動作が許可されるとともに（ステップＳ３）、マーキング動作が開始されたか否かが監視される（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理では、具体的には、信号用半導体レーザ１０及び第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光がそれぞれ出射されることをもって、マーキング動作が開始されたと判断される。そして、マーキング動作が開始された場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、第１励起用半導体レーザ２２においてレーザ光の連続発振が停止されたか否かが監視される（ステップＳ５）。ここで、第１励起用半導体レーザ２２においてレーザ光の連続発振が停止された場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、マーキング動作が禁止されるとともに（ステップＳ６）、第２励起用半導体レーザ２３においてレーザ光の発振が所定時間Ｔｂだけ停止された後（ステップＳ７）、上記ステップＳ１の処理に戻る。
【００３３】
なお、図２に示す処理は、入力部３から出力される操作信号に基づきマーキング停止操作が行われたことが検知されたときに中断される。
次に、図３を参照して、本実施形態にかかるレーザ加工装置の動作例（作用）について説明する。なお、図３（ｅ）では、マーキング動作に伴ってレーザ装置から最初に出射される増幅光のパルス列を第１光パルス列として示すとともに、その次に出射される増幅光のパルス列を第２光パルス列として示している。
【００３４】
図３に示すように、例えば時刻ｔ１でユーザが入力部３に対してマーキング開始操作を行ったとすると、図３（ｂ）に示すように、同時刻ｔ１で第２励起用半導体レーザ２３が低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振する。これにより、希土類ドープ光ファイバ２１は、第２励起用半導体レーザ２３から出射されるレーザ光によってマーキングの不可能な低励起状態に予備励起される。そして、時刻ｔ１から所定時間Ｔａ１だけ経過した時刻ｔ２の時点で、第１光パルス列の第１パルスで十分な出力を確保することが可能なレベルまで希土類ドープ光ファイバ２１が励起されて、マーキング動作が許可される。ここで、時刻ｔ２でマーキング動作が開始されたとすると、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ２で信号用半導体レーザ１０がレーザ光のパルス発振を開始する。このとき、予備励起の際に希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積されたエネルギによって、信号用半導体レーザ１０から出射されるレーザ光の第１パルスＰ１０が増幅されるため、図３（ｅ）に示すように、増幅光の第１パルスＰ１で十分な出力Ｌｃを確保することができる。また、信号用半導体レーザ１０からレーザ光の第１パルスＰ１０が出射された直後の時刻ｔ３の時点で、図３（ａ）に示すように、第１励起用半導体レーザ２２が高レーザ出力Ｌａでレーザ光を連続発振するため、時刻ｔ３から希土類ドープ光ファイバ２１が高励起状態に励起される。よって、時刻ｔ３以降に信号用半導体レーザ１０からパルス発振されるレーザ光は、高励起状態となっている希土類ドープ光ファイバ２１を通じて増幅されるため、図３（ｅ）に示すように、同増幅光の第２パルス以降のパルスについても十分な出力Ｌｃが確保される。したがって、ワークＷへのマーキングが適切に行われる。
【００３５】
その後、時刻ｔ４でマーキング動作が一旦停止されたとすると、図３（ａ），（ｄ）に示すように、信号用半導体レーザ１０及び第１励起用半導体レーザ２２においてレーザ光の発振が停止される。またこのとき、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ４から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ５までの期間、第２励起用半導体レーザ２３においてもレーザ光の発振が停止される。よって、図３（ｃ）に示すように、この期間は励起光源の総レーザ出力が「０」となって、希土類ドープ光ファイバ２１の励起が行われなくなる。このため、希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積された残留エネルギが除去される。また、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ５以降、第２励起用半導体レーザ２３が低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振するため、希土類ドープ光ファイバ２１が再び予備励起される。そして、時刻ｔ５から所定時間Ｔａ２が経過した時刻ｔ６の時点で、第２光パルス列の第１パルスで十分な出力を確保することが可能なレベルまで希土類ドープ光ファイバ２１が励起されて、マーキング動作が許可される。これにより、図３（ｅ）に示すように、第２光パルス列の初期パルスＰ２，Ｐ３の出力を所定出力Ｌｃとすることができるため、ジャイアントパルスの発生を抑制することができる。したがって、増幅光の出力を安定化させることができる。
【００３６】
なおその後、時刻ｔ７でマーキング動作が完了したとすると、図３（ａ），（ｂ），（ｄ）に示すように、各半導体レーザ１０，２２，２３においてレーザ光の発振が停止される。また、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ７から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ８の時点で、第２励起用半導体レーザ２３が低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振する。そしてその後、時刻ｔ９でユーザが入力部３に対してマーキング停止操作を行ったとすると、第２励起用半導体レーザ２３においてレーザ光の発振が停止されて、レーザ加工装置が停止する。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態にかかるレーザ加工装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）第１励起用半導体レーザ２２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２３を設けることとした。そして、第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光を出射していないときに、第２励起用半導体レーザ２３から希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を出射することにより、同光ファイバ２１を予備励起させることとした。また、第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されたとき、その時点から所定時間Ｔｂが経過するまでの期間、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を停止することとした。これにより、レーザ加工装置から光パルス列を連続して出射する場合であっても、各光パルス列の初期パルスがジャイアントパルスになることを抑制することができ、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【００３８】
（２）信号用半導体レーザ１０からのレーザ光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射を、第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光が出射されるよりも前に行うこととした。これにより、十分なレーザ出力を有する増幅光をより早く出射することができるため、ユーザの待機時間を短縮することができるようになる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を、例えば図４及び図５に示すように変化させてもよい。すなわち、図４（ａ）に示すように、時刻ｔ４で第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が停止されたとき、同時刻ｔ４から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ５までの期間、図４（ｂ）に示すように、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を低レーザ出力Ｌｂよりも低いレーザ出力Ｌｄに設定してもよい。また、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を低レーザ出力Ｌｂから漸次低下させた後、時刻ｔ５から所定時間が経過した時刻ｔ１０までの期間、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を低レーザ出力Ｌｂまで漸次増加させてもよい。このような構成であっても、希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積された残留エネルギを除去することが可能であるため、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【００４０】
・また、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を、例えば図６に示すように変化させてもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、時刻ｔ４で第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が停止されたとき、図６（ｂ）に示すように、同時刻ｔ４から所定時間Ｔｃが経過した時刻ｔ１１までの期間は、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を継続する。そして、時刻ｔ１１から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ１２までの期間、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を停止する。このような構成であっても、希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積された残留エネルギを除去することが可能であるため、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。なお、同様の構成を、先の図４及び図５に例示した変形例に適用してもよい。
【００４１】
・信号用半導体レーザ１０からレーザ光の出射を開始する時期を、第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光が出射されたとき、あるいはそれ以降に設定してもよい。
・上記実施形態では、本発明にかかるレーザ加工装置を、２つの励起用半導体レーザを備えるレーザ加工装置に適用することとしたが、例えば３つ以上の励起用半導体レーザを備えるレーザ加工装置に適用することも可能である。
【００４２】
・上記実施形態では、本発明にかかるレーザ装置を、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２１等の光増幅部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。
【００４３】
＜付記＞
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）加工対象物にレーザ光を照射することにより前記加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、前記加工対象物に前記レーザ光を照射する装置として、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置が用いられていることを特徴とするレーザ加工装置。上述のように、レーザ加工装置では、加工精度を高める上で、増幅光の出力の安定化が強く望まれることから、こうしたレーザ加工装置に上述したレーザ装置を用いることの意義は大きい。
【符号の説明】
【００４４】
Ｗ…ワーク、１…レーザ生成部、２…ヘッド部、３…入力部、５…制御部、５ａ…メモリ、１０…信号用半導体レーザ、２０…増幅器、２１…希土類ドープ光ファイバ、２１ａ…入射端、２１ｂ…出射端、２２…第１励起用半導体レーザ、２３…第２励起用半導体レーザ、２４…第１光結合部、２５…第２光結合部、２６ａ〜２６ｄ…光ファイバ、２７…光アイソレータ、３０〜３２…ドライバ、４０…コリメータレンズ、４１…光走査機構、４２…集光レンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号用レーザ光源から出射されたレーザ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レーザ光がパルス発振されるとともに、このレーザ光が、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、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レーザ光は、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。したがって、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パルスで十分な出力を得られない場合があり、このことがマーキングの品質を低下させる一つの要因となっている。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のレーザ加工装置では、図７に示すように、例えば時刻ｔ２０でマーキング動作が開始されたとすると、図７（ａ）に示すように、時刻ｔ２０から所定時間が経過する時刻ｔ２１までの期間、励起用半導体レーザから最大のレーザ出力Ｌｍａｘでレーザ光を連続発振させるようにしている。また、時刻ｔ２１以降は、励起用半導体レーザから最大レーザ出力Ｌｍａｘよりも低いレーザ出力Ｌｅでレーザ光を連続発振させる。そして、このレーザ加工装置では、図７（ｂ）に示すように、信号用半導体レーザからのレーザ光のパルス発振を、時刻ｔ２１から行うこととしている。なお、低レーザ出力Ｌｅは、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のできるレーザ出力に設定されている。これにより、時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの期間に希土類ドープ光ファイバが予備励起されるため、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即座に励起させることができる。よって、図７（ｃ）に示すように、増幅光の第１パルスＰ２０で所定出力Ｌｆ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４４５２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、こうしたレーザ加工装置では、例えば複数のワークに連続してマーキングを行うような場合、マーキング動作の開始及び停止が連続して行われることがある。このような場合、図７（ｃ）に示すように、例えば増幅光の第１光パルス列の出射が時刻ｔ２２で一旦停止されたとすると、その直後の時刻ｔ２３でマーキング動作が再開されて、増幅光の第２光パルス列が出射されることとなる。このような状況では、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までの時間間隔Ｔｄが短いと、第１光パルス列の出射が完了する時刻ｔ２２までの期間に希土類ドープ光ファイバに蓄積されたエネルギが残留したままの状態となる。このため、図７（ｃ）に示すように、時刻ｔ２４で第２光パルス列の出射が開始されたときに、その初期パルスＰ２１，Ｐ２２の出力が所定出力Ｌｆよりも大きくなるおそれがある。すなわち、第２光パルス列の初期パルスＰ２１，Ｐ２２がジャイアントパルスになるおそれがある。このように、こうしたレーザ加工装置では、増幅光の出力を安定化させるといった点で、なお改良の余地を残すものとなっている。
【０００７】
なお、このような課題は、レーザ光の照射により加工対象物にマーキング、穴あけ、切断及び溶接等の加工を行うレーザ加工装置に限らず、希土類ドープ光ファイバ等の光増幅部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共通する課題である。
【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、増幅光の出力を安定化させることのできる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】
上記課題を解決するために、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レーザ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レーザ光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置において、前記第１励起用レーザ光源のレーザ出力よりも低いレーザ出力を有する第２励起用レーザ光源と、前記第１励起用レーザ光源からレーザ光を出射していないときに、前記第２励起用レーザ光源から第１レーザ出力で前記光増幅部にレーザ光を出射して同光増幅部を予備励起させるとともに、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されることを条件に、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第１レーザ出力よりも低い第２レーザ出力に所定時間だけ設定する制御手段とを備えることを要旨とする。
【００１０】
同構成によれば、第１励起用レーザ光源がレーザ光の出射を行っていないとき、第２励起用レーザ光源から第１レーザ出力で出射されるレーザ光により光増幅部が予備励起される。よって、第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始されたときに、光増幅部を高励起状態に即座に励起させることができるため、レーザ光の初期パルスで十分な出力を確保することができる。また、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条件に、第２励起用レーザ光源のレーザ出力が第１レーザ出力から第２レーザ出力に所定時間だけ低下するため、光増幅部の励起が弱くなる。よって、それまでに光増幅部に蓄積された残留エネルギを除去することができるため、直後にレーザ装置が増幅光の出射を行う場合であっても、増幅光の初期パルスがジャイアントパルスになることを抑制することもできる。したがって、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【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、前記制御手段は、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されたとき、その時点から前記所定時間が経過するまでの期間、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第２レーザ出力に設定することを要旨とする。
【００１２】
同構成によれば、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た直後に、第２励起用レーザ光源のレーザ出力が第１レーザ出力から第２レーザ出力に所定時間だけ低下するため、光増幅部に蓄積された残留エネルギが除去され易くなる。よって、増幅光の初期パルスがジャイアントパルスになることを効果的に抑制することができるため、増幅光の出力をより安定化させることができるようになる。
【００１３】
そしてこの場合、請求項３に記載の発明によるように、前記第２レーザ出力を、前記第２励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されるレーザ出力とする、といった構成を採用することが有効であり、これにより、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条件に、光増幅部の励起が行われなくなるため、光増幅部に蓄積された残留エネルギが更に除去され易くなる。よって、増幅光の初期パルスがジャイアントパルスになることを更に抑制することができるため、増幅光の出力を更に安定化させることができるようになる。
【００１４】
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、前記信号用レーザ光源からのレーザ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要旨とする。
【００１５】
同構成によるように、信号用レーザ光源からのレーザ光の第１パルスの出射を、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うようにした場合、信号用レーザ光源から出射されたレーザ光の第１パルスは、予備励起の際に光増幅部に蓄積されたエネルギによって増幅されるため、増幅光の第１パルスで十分な出力を確保することが可能である。これにより、十分な出力を有する増幅光をより早く出射することができるため、ユーザの待機時間を短縮することができるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかるレーザ装置によれば、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の一実施形態についてその概略構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態のレーザ加工装置による予備励起の処理の手順を示すフローチャート。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、同実施形態のレーザ加工装置についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の他の例についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の他の例についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の他の例についてその動作例を示すタイミングチャート。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、従来のレーザ加工装置についてそ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】
【００１８】
以下、本発明にかかるレーザ装置を適用したレーザ加工装置の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態にかかるレーザ加工装置は、レーザ光の照射によりワークに文字や図形等をマーキングするものである。はじめに、図１を参照して、本実施形態にかかるレーザ加工装置の概要について説明する。
【００１９】
図１に示すように、このレーザ加工装置では、ユーザが入力部３に文字や図形等を入力すると、レーザ生成部１において生成されたレーザ光がヘッド部２を介してワークＷに照射されて、文字や図形等がワークＷにマーキングされる。
【００２０】
レーザ生成部１は、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と、同半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を増幅する増幅器２０とを備えている。信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光は、光ファイバ２６ａを介して増幅器２０に入力されて増幅された後、同増幅器２０の後端に設けられた光ファイバ２６ｄを介してヘッド部２に入射される。
【００２１】
増幅器２０は、例えば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２１と、該光ファイバ２１をマーキングの可能な高励起状態に励起させることの可能なレーザ出力を有する第１励起用半導体レーザ２２とを備えている。また、増幅器２０は、第１励起用半導体レーザ２２よりもレーザ出力の低い第２励起用半導体レーザ２３を備えている。なお、本実施形態では、希土類ドープ光ファイバ２１が光増幅部となっている。また、第１及び第２の励起用半導体レーザ２２，２３が第１及びの第２励起用レーザ光源となっている。
【００２２】
第１励起用半導体レーザ２２は、光ファイバ２６ｃを介して希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を入射する。また、第２励起用半導体レーザ２３は、光ファイバ２６ｂを介して希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を入射する。
【００２３】
一方、希土類ドープ光ファイバ２１は、図示しない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。なお、同図では、希土類ドープ光ファイバ２１において入射端２１ａから出射端２１ｂに向かう方向を矢印ａで示している。希土類ドープ光ファイバ２１の入射端２１ａ及び出射端２１ｂには、第１及び第２の光結合部２４，２５がそれぞれ設けられている。
【００２４】
第１光結合部２４には、信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光が光ファイバ２６ａを介して入射されるとともに、第２励起用半導体レーザ２３から出射されたレーザ光が光ファイバ２６ｂを介して入射される。第１光結合部２４は、信号用半導体レーザ１０から出射されたレーザ光、及び第２励起用半導体レーザ２３から出射されたレーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１の入射端２１ａに矢印ａで示す方向にそれぞれ入射させる。そして、第２励起用半導体レーザ２３から出射されたレーザ光が第１光結合部２４を介して希土類ドープ光ファイバ２１に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ２１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。
【００２５】
一方、第２光結合部２５には、希土類ドープ光ファイバ２１の出射端２１ｂから出射されたレーザ光が入射されるとともに、第１励起用半導体レーザ２２から出射されたレーザ光が光ファイバ２６ｃを介して入射される。第２光結合部２５は、第１励起用半導体レーザ２２から出射されたレーザ光を希土類ドープ光ファイバ２１の出射端２１ｂに矢印ａで示す方向と逆の方向に入射させる。これにより、希土類ドープ光ファイバ２１がマーキング可能な高励起状態に励起される。また、第２光結合部２５は、希土類ドープ光ファイバ２１の出射端２１ｂから出射されたレーザ光（増幅光）を光ファイバ２６ｄを介してヘッド部２に出射する。
【００２６】
なお、光ファイバ２６ａには、レーザ光を矢印ａで示す方向にのみ通過させる光アイソレータ２７が設けられている。すなわち、この光アイソレータ２７によって、光ファイバの接合部分やレーザ反射面で反射された光が信号用半導体レーザ１０に逆流して同半導体レーザ１０が損傷することが防止されている。
【００２７】
一方、ヘッド部２は、レーザ生成部１の光ファイバ２６ｄ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４０を備えている。コリメータレンズ４０を通じて絞られた増幅光は、ヘッド部２に設けられた光走査機構４１によって所要の方向に反射される。光走査機構４１は、増幅光を反射する２つのガルバノミラーを有して構成されるものであって、各ガルバノミラーの傾斜角度を変化させることにより、コリメータレンズ４０を通じて絞られた増幅光を所要の方向に走査させるものである。光走査機構４１にて反射された増幅光は、集光レンズ４２によりスポットレーザ光に絞り込まれる。そして、絞り込まれた増幅光がワークＷ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。
【００２８】
また、入力部３は、上述のように、ワークＷに印字する文字や図形等が入力される部分であるとともに、ユーザによってマーキングの開始及び停止などの操作が行われる部分でもある。入力部３は、文字や図形などが入力されると、その入力情報を出力する。また、入力部３は、マーキング開始操作及び停止操作が行われると、そのことを示す操作信号を出力する。そして、これら入力部３の出力は、マイクロコンピュータを中心に構成された制御部（制御手段）５に取り込まれる。
【００２９】
制御部５は、入力部３の出力に基づきドライバ３０〜３２を通じて半導体レーザ１０，２２，２３の供給電流量をそれぞれ制御することで、各半導体レーザ１０，２２，２３の駆動、停止、並びにレーザ出力を制御する。また、制御部５は、光走査機構４１の駆動も制御する。具体的には、制御部５は、入力部３から入力情報が送信されると、これを内蔵するメモリ５ａに記憶させる。その後、入力部３から出力される操作信号に基づきマーキング開始操作が行われたことを検知すると、まず、ドライバ３２を介して第２励起用半導体レーザ２３を駆動させることにより、希土類ドープ光ファイバ２１を予備励起させる処理を実行する。この処理では、希土類ドープ光ファイバ２１の予備励起が所定時間だけ行われることを条件にマーキング動作が許可される。
【００３０】
一方、制御部５は、マーキング動作が許可されると、メモリ５ａに記憶された入力情報に基づき、ドライバ３０，３１を介して信号用半導体レーザ１０及び第１励起用半導体レーザ２２を駆動させるとともに、光走査機構４１を駆動させることにより、文字や図形等をワークＷにマーキングする。このマーキング動作では、制御部５は、まず、ドライバ３０を介して信号用半導体レーザ１０をパルス発振させる。そして、信号用半導体レーザ１０からレーザ光の出射が開始されたときにその第１パルスが出射されてから第２パルスが出射されるまでの間に、ドライバ３１を介して第１励起用半導体レーザ２２を高レーザ出力Ｌａで連続発振させる。なお、高レーザ出力Ｌａは、増幅光の出力に基づき設定されるものであって、希土類ドープ光ファイバ２１をマーキングの可能な高励起状態に励起させることのできるレーザ出力である。そして、第１励起用半導体レーザ２２から出射されたレーザ光が希土類ドープ光ファイバ２１に入射されることにより、希土類ドープ光ファイバ２１が高励起状態に励起される。よって、信号用半導体レーザ１０から出射されたパルスレーザ光が、高励起状態となっている希土類ドープ光ファイバ２１を通過する際に増幅されて、光ファイバ２６ｄからヘッド部２に入射される。そして、制御部５は、これら半導体レーザ１０，２２の駆動に併せて光走査機構４１の駆動を制御することにより、ヘッド部２に入力されたレーザ光を所要の方向に走査させ、文字や図形等をワークＷ上にマーキングする。
【００３１】
次に、図２を参照して、予備励起処理について説明する。なお、図２に示す処理は、入力部３から出力される操作信号に基づきマーキング開始操作が行われたことが検知されたときに実行される。
【００３２】
同図２に示すように、この処理では、まず、ドライバ３２を介して第２励起用半導体レーザ２３から低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振させるとともに（ステップＳ１）、所定時間が経過したか否かが監視される（ステップＳ２）。なお、低レーザ出力Ｌｂは、上記高レーザ出力Ｌａよりも低い値であって、希土類ドープ光ファイバ２１をマーキングの不可能な低励起状態に励起させることのできる値に設定されている。また、所定時間は、上記高レーザ出力Ｌａの大きさに依存して決定されるものであって、増幅光の各光パルス列の第１パルスで十分なレーザ出力を確保することのできる長さに設定されている。そして、所定時間が経過した場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、マーキング動作が許可されるとともに（ステップＳ３）、マーキング動作が開始されたか否かが監視される（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理では、具体的には、信号用半導体レーザ１０及び第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光がそれぞれ出射されることをもって、マーキング動作が開始されたと判断される。そして、マーキング動作が開始された場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、第１励起用半導体レーザ２２においてレーザ光の連続発振が停止されたか否かが監視される（ステップＳ５）。ここで、第１励起用半導体レーザ２２においてレーザ光の連続発振が停止された場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、マーキング動作が禁止されるとともに（ステップＳ６）、第２励起用半導体レーザ２３においてレーザ光の発振が所定時間Ｔｂだけ停止された後（ステップＳ７）、上記ステップＳ１の処理に戻る。
【００３３】
なお、図２に示す処理は、入力部３から出力される操作信号に基づきマーキング停止操作が行われたことが検知されたときに中断される。
次に、図３を参照して、本実施形態にかかるレーザ加工装置の動作例（作用）について説明する。なお、図３（ｅ）では、マーキング動作に伴ってレーザ装置から最初に出射される増幅光のパルス列を第１光パルス列として示すとともに、その次に出射される増幅光のパルス列を第２光パルス列として示している。
【００３４】
図３に示すように、例えば時刻ｔ１でユーザが入力部３に対してマーキング開始操作を行ったとすると、図３（ｂ）に示すように、同時刻ｔ１で第２励起用半導体レーザ２３が低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振する。これにより、希土類ドープ光ファイバ２１は、第２励起用半導体レーザ２３から出射されるレーザ光によってマーキングの不可能な低励起状態に予備励起される。そして、時刻ｔ１から所定時間Ｔａ１だけ経過した時刻ｔ２の時点で、第１光パルス列の第１パルスで十分な出力を確保することが可能なレベルまで希土類ドープ光ファイバ２１が励起されて、マーキング動作が許可される。ここで、時刻ｔ２でマーキング動作が開始されたとすると、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ２で信号用半導体レーザ１０がレーザ光のパルス発振を開始する。このとき、予備励起の際に希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積されたエネルギによって、信号用半導体レーザ１０から出射されるレーザ光の第１パルスＰ１０が増幅されるため、図３（ｅ）に示すように、増幅光の第１パルスＰ１で十分な出力Ｌｃを確保することができる。また、信号用半導体レーザ１０からレーザ光の第１パルスＰ１０が出射された直後の時刻ｔ３の時点で、図３（ａ）に示すように、第１励起用半導体レーザ２２が高レーザ出力Ｌａでレーザ光を連続発振するため、時刻ｔ３から希土類ドープ光ファイバ２１が高励起状態に励起される。よって、時刻ｔ３以降に信号用半導体レーザ１０からパルス発振されるレーザ光は、高励起状態となっている希土類ドープ光ファイバ２１を通じて増幅されるため、図３（ｅ）に示すように、同増幅光の第２パルス以降のパルスについても十分な出力Ｌｃが確保される。したがって、ワークＷへのマーキングが適切に行われる。
【００３５】
その後、時刻ｔ４でマーキング動作が一旦停止されたとすると、図３（ａ），（ｄ）に示すように、信号用半導体レーザ１０及び第１励起用半導体レーザ２２においてレーザ光の発振が停止される。またこのとき、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ４から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ５までの期間、第２励起用半導体レーザ２３においてもレーザ光の発振が停止される。よって、図３（ｃ）に示すように、この期間は励起光源の総レーザ出力が「０」となって、希土類ドープ光ファイバ２１の励起が行われなくなる。このため、希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積された残留エネルギが除去される。また、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ５以降、第２励起用半導体レーザ２３が低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振するため、希土類ドープ光ファイバ２１が再び予備励起される。そして、時刻ｔ５から所定時間Ｔａ２が経過した時刻ｔ６の時点で、第２光パルス列の第１パルスで十分な出力を確保することが可能なレベルまで希土類ドープ光ファイバ２１が励起されて、マーキング動作が許可される。これにより、図３（ｅ）に示すように、第２光パルス列の初期パルスＰ２，Ｐ３の出力を所定出力Ｌｃとすることができるため、ジャイアントパルスの発生を抑制することができる。したがって、増幅光の出力を安定化させることができる。
【００３６】
なおその後、時刻ｔ７でマーキング動作が完了したとすると、図３（ａ），（ｂ），（ｄ）に示すように、各半導体レーザ１０，２２，２３においてレーザ光の発振が停止される。また、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ７から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ８の時点で、第２励起用半導体レーザ２３が低レーザ出力Ｌｂでレーザ光を連続発振する。そしてその後、時刻ｔ９でユーザが入力部３に対してマーキング停止操作を行ったとすると、第２励起用半導体レーザ２３においてレーザ光の発振が停止されて、レーザ加工装置が停止する。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態にかかるレーザ加工装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）第１励起用半導体レーザ２２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２３を設けることとした。そして、第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光を出射していないときに、第２励起用半導体レーザ２３から希土類ドープ光ファイバ２１にレーザ光を出射することにより、同光ファイバ２１を予備励起させることとした。また、第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されたとき、その時点から所定時間Ｔｂが経過するまでの期間、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を停止することとした。これにより、レーザ加工装置から光パルス列を連続して出射する場合であっても、各光パルス列の初期パルスがジャイアントパルスになることを抑制することができ、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【００３８】
（２）信号用半導体レーザ１０からのレーザ光の出射を開始するに際して、その第１パルスの出射を、第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光が出射されるよりも前に行うこととした。これにより、十分なレーザ出力を有する増幅光をより早く出射することができるため、ユーザの待機時間を短縮することができるようになる。
【００３９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を、例えば図４及び図５に示すように変化させてもよい。すなわち、図４（ａ）に示すように、時刻ｔ４で第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が停止されたとき、同時刻ｔ４から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ５までの期間、図４（ｂ）に示すように、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を低レーザ出力Ｌｂよりも低いレーザ出力Ｌｄに設定してもよい。また、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を低レーザ出力Ｌｂから漸次低下させた後、時刻ｔ５から所定時間が経過した時刻ｔ１０までの期間、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を低レーザ出力Ｌｂまで漸次増加させてもよい。このような構成であっても、希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積された残留エネルギを除去することが可能であるため、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。
【００４０】
・また、第２励起用半導体レーザ２３のレーザ出力を、例えば図６に示すように変化させてもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、時刻ｔ４で第１励起用半導体レーザ２２からのレーザ光の出射が停止されたとき、図６（ｂ）に示すように、同時刻ｔ４から所定時間Ｔｃが経過した時刻ｔ１１までの期間は、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を継続する。そして、時刻ｔ１１から所定時間Ｔｂが経過した時刻ｔ１２までの期間、第２励起用半導体レーザ２３からのレーザ光の出射を停止する。このような構成であっても、希土類ドープ光ファイバ２１に蓄積された残留エネルギを除去することが可能であるため、増幅光の出力を安定化させることができるようになる。なお、同様の構成を、先の図４及び図５に例示した変形例に適用してもよい。
【００４１】
・信号用半導体レーザ１０からレーザ光の出射を開始する時期を、第１励起用半導体レーザ２２からレーザ光が出射されたとき、あるいはそれ以降に設定してもよい。
・上記実施形態では、本発明にかかるレーザ加工装置を、２つの励起用半導体レーザを備えるレーザ加工装置に適用することとしたが、例えば３つ以上の励起用半導体レーザを備えるレーザ加工装置に適用することも可能である。
【００４２】
・上記実施形態では、本発明にかかるレーザ装置を、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２１等の光増幅部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。
【００４３】
＜付記＞
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）加工対象物にレーザ光を照射することにより前記加工対象物の加工を行うレーザ加工装置において、前記加工対象物に前記レーザ光を照射する装置として、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ装置が用いられていることを特徴とするレーザ加工装置。上述のように、レーザ加工装置では、加工精度を高める上で、増幅光の出力の安定化が強く望まれることから、こうしたレーザ加工装置に上述したレーザ装置を用いることの意義は大きい。
【符号の説明】
【００４４】
Ｗ…ワーク、１…レーザ生成部、２…ヘッド部、３…入力部、５…制御部、５ａ…メモリ、１０…信号用半導体レーザ、２０…増幅器、２１…希土類ドープ光ファイバ、２１ａ…入射端、２１ｂ…出射端、２２…第１励起用半導体レーザ、２３…第２励起用半導体レーザ、２４…第１光結合部、２５…第２光結合部、２６ａ〜２６ｄ…光ファイバ、２７…光アイソレータ、３０〜３２…ドライバ、４０…コリメータレンズ、４１…光走査機構、４２…集光レンズ。
【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レーザ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レーザ光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置において、
前記第１励起用レーザ光源のレーザ出力よりも低いレーザ出力を有する第２励起用レーザ光源と、
前記第１励起用レーザ光源からレーザ光を出射していないときに、前記第２励起用レーザ光源から第１レーザ出力で前記光増幅部にレーザ光を出射して同光増幅部を予備励起させるとともに、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されることを条件に、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第１レーザ出力よりも低い第２レーザ出力に所定時間だけ設定する制御手段とを備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されたとき、その時点から前記所定時間が経過するまでの期間、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第２レーザ出力に設定する
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第２レーザ出力が、前記第２励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されるレーザ出力である
請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記信号用レーザ光源からのレーザ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１〜３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レーザ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レーザ光を増幅し、増幅光として出射するレーザ装置において、
前記第１励起用レーザ光源のレーザ出力よりも低いレーザ出力を有する第２励起用レーザ光源と、
前記第１励起用レーザ光源からレーザ光を出射していないときに、前記第２励起用レーザ光源から第１レーザ出力で前記光増幅部にレーザ光を出射して同光増幅部を予備励起させるとともに、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されることを条件に、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第１レーザ出力よりも低い第２レーザ出力に所定時間だけ設定する制御手段とを備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が開始された後にこれが停止されたとき、その時点から前記所定時間が経過するまでの期間、前記第２励起用レーザ光源のレーザ出力を前記第２レーザ出力に設定する
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第２レーザ出力が、前記第２励起用レーザ光源からのレーザ光の出射が停止されるレーザ出力である
請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記信号用レーザ光源からのレーザ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１〜３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６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５３１００（Ｐ２０１２−２５３１００Ａ）
【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２０１１−１２２８４８（Ｐ２０１１−１２２８４８）
【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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