專利名稱：光放大裝置及激光加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明a涉及光放大裝置及激光加工裝置，特別涉及用于從MOPA (MasterOscillator and Power Amplifier :主控振蕩器的功率放大器)方式的光纖放大器穩定地生成光脈沖的技術。
背景技術：
在激光加工裝置中，激光的功率對加工品質帶來影響。因此，到目前為止提出了用于對從激光加工裝置發出的激光的功率進行控制的技術。例如日本特開2010 - 10274號公報(專利文獻I)公開了如下結構測定從光纖激光振蕩器輸出的激光脈沖的平均功率及峰值功率，并將其測定結果反饋至LD (激光二極管) 驅動電路。另外，例如日本特開2010 — 171131號公報(專利文獻2)公開了如下方法發出用于入射至光纖激光器中的種子光的激光源，在主照射期間發出脈沖光，在預照射期間則發出實際的連續光。連續光的功率小于脈沖光的峰值功率。進而，在日本特開2010 — 171131號公報(專利文獻2)中，公開了將預照射期間的激發光的功率降低到小于主照射期間的激發光的功率的技術。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2010 - 10274號公報專利文獻2 :日本特開2010 - 171131號公報在日本特開2010 - 10274號公報(專利文獻I)所公開的方法中，測定激光脈沖的平均功率及峰值功率。在該方法中，由于不能監視多個脈沖的強度的均勻性，因而可知難以均勻控制多個脈沖的強度。另一方面，日本特開2010 - 171131號公報(專利文獻2)未具體公開用于檢測脈沖的功率的結構。大多使用激光二極管(LD)來激發光纖放大器。然而,在使光纖放大器的激光輸出發生變化的情況下，從激發LD的輸出發生變化開始到激光輸出發生變化為止的時間(響應時間)，需要Ims左右或Ims以上。因此，脈沖的重復頻率越高，則越難以針對每個脈沖測定其強度并將測定結果反饋至脈沖強度的控制中。基于這樣的理由，在光纖放大器中，一般而言，將激光輸出的平均功率的測定值反饋至激光輸出的控制中。另一方面，用于輸入至光纖放大器中的種子光的光源，大多使用LD。從而,能夠多樣地改變種子光脈沖的條件。例如，能夠使重復頻率在大范圍內發生變化，或者，能夠生成由具有ns程度的脈沖寬度的多個脈沖構成的脈沖組。若這樣使種子光發生變化，則峰值的變動范圍變得極大。因此，在光纖放大器的情況下，更加難以針對每個脈沖而檢測峰值。另一方面，為了使激光輸出穩定，需要均勻地控制多個脈沖的強度。

發明內容
本發明的目的在于，提供用于對使用光放大光纖的光放大裝置的每個輸出光脈沖的峰值進行檢測的技術。本發明的一個技術方案的光放大裝置具有光放大光纖，其通過激發光來放大種子光；種子光源，其在發光期間生成多次種子光，以作為由多個脈沖構成的脈沖組；激發光源，其在剛剛進入發光期間之前的非發光期間生成具有第一能級的功率的激發光，在發光期間則生成具有比第一能級高的第二能級的功率的激發光；檢測器，其檢測從光放大光纖輸出的輸出光脈沖組的功率；控制部，其基于檢測器的檢測值，來控制非發光期間的激發光的功率，由此控制輸出光脈沖組的功率。檢測器包括受光元件，其接收輸出光脈沖組；積分電路，其對受光元件的輸出信號進行積分；AD (模擬/數字)轉換電路，其基于積分電路的輸出信號來生成檢測值。優選地,檢測器還包括可變增益放大器,該可變增益放大器對積分電路的輸出信號進行放大，并將放大后的該輸出信號賦予AD轉換電路。控制部根據在發光期間應該生成 的脈沖組的重復頻率，來改變可變增益放大器的增益。優選地，控制部，重復頻率越高則使增益越高。優選地，控制部，控制AD轉換電路執行模擬數字轉換的時刻，使得AD轉換電路對可變增益放大器的輸出信號的峰值進行模擬數字轉換。時刻是根據延遲時間來決定的，延遲時間是從生成了包含在脈沖組中的多個脈沖中的最初的脈沖開始的。優選地，控制部，根據重復頻率以及包含在脈沖組中的多個脈沖的個數來改變延遲時間。本發明的另一技術方案的激光加工裝置，具有在上述任一項中記載的光放大裝置。若采用本發明，則能夠對使用光放大光纖的光放大裝置的每個輸出光脈沖的峰值進行檢測。


圖I是示出了本發明的第一實施方式的激光加工裝置的結構例的圖。圖2是第一實施方式的激光加工裝置發出激光的時序圖。圖3是更詳細地說明圖2所示的發出激光的時刻的圖。圖4A、圖4B是用于說明第一個脈沖的功率基于預激發期間內的激發光功率而發生變化的情況的波形圖。圖5是對第一實施方式的使脈沖功率穩定的原理進行說明的波形圖。圖6是示出了用于檢測脈沖的峰值功率的具體的結構例的框圖。圖7是示意性示出了延遲時間的保存形式的圖。圖8是示出了脈沖組的平均功率及脈沖組的峰值功率與脈沖組的重復頻率之間的關系的圖。圖9是用于說明AD電路的AD轉換時刻的圖。圖IOA 圖IOC是示出了圖9所示的波形的具體例的圖。圖11是示出了輸入至AD轉換電路34的信號的振幅和PGA (Programmable GainAmplifier :可編程增益放大器)33的增益之間的關系的圖。圖12是示出了設定PGA33的增益的其他例的圖。圖13是第二實施方式的激光加工裝置的結構圖。附圖標記的說明1、8光放大光纖IG脈沖組Ia種子光脈沖2 種子 LD 3、9A、9B 激發 LD4、6、11 隔離器5、10 合成儀(combiner)7 稱合器(coupler) 12 端蓋13分光器14激光束掃描機構15、17受光元件16、18峰值檢測器20控制裝置21 23驅動器25輸入部31電流/電壓轉換電路32積分電路33 PGA (Programmable Gain Amplifier :可編程增益放大器)34AD轉換電路(模擬數字轉換電路)40信號處理電路41存儲器50加工對象物100、101激光加工裝置L 激光
具體實施例方式下面，參照附圖，對本發明的實施方式進行詳細的說明。此外，對圖中的相同或等同的部分標注相同的附圖標記，并不反復對其進行說明。在本說明書中，“脈沖組”術語表示在時間軸上以某一時間間隔排列的多個光脈沖。其中，除了明確地指定包含在脈沖組中的光脈沖的情況之外，在本說明書中，將脈沖組稱之為“脈沖”。另外，在本說明書中，“LD”術語表示半導體激光器。<第一實施方式>圖I是示出了本發明的第一實施方式的激光加工裝置的結構例的圖。參照圖1，激光加工裝置100包括光放大裝置和激光束掃描機構14，其中，該激光束掃描機構14用于利用來自該光放大裝置的激光來進行掃描。光放大裝置具有光放大光纖I ;種子LD2 ;激發LD3 ;隔離器(isolator) 4、6 ;合成儀5 ;端蓋12 ;驅動器21、22 ;受光元件15 ;峰值檢測器16 ;控制裝置20 ;輸入部25。光放大光纖I具有纖芯，其是光放大成分，且在該纖芯中添加了稀土類兀素；金屬包層(clad)，其設在該纖芯的周圍。添加到纖芯中的稀土類元素的種類并不特別限定，例如有Er (鉺)、Yb (鐿)、Nd (釹)等。在下面說明稀土類元素是Yb的情況。光放大光纖I例如可以是在纖芯周圍設置了 I層金屬包層的單包層光纖，也可以是在纖芯周圍設置了 2層金屬包層的雙包層光纖。種子LD2是發出種子光的激光源。種子光的波長例如是從1000 IlOOnm的范圍中選擇的波長。驅動器21向種子LD2反復施加脈沖狀的電流，由此對種子LD2進行脈沖驅動。即，從種子LD2發出脈沖狀的種子光。從種子LD2出射的種子光通過隔離器4。隔離器4的功能在于，僅使單一方向的光透過，并遮斷向與該光相反的方向入射的光。本發明的實施方式中，隔離器4使來自種子 LD2的種子光透過，并且，遮斷來自光放大光纖I的返回光。由此，能夠防止來自光放大光纖I的返回光入射至種子LD2。如果來自光放大光纖I的返回光入射至種子LD2，則有可能導致種子LD2損壞，但通過設置隔離器4能夠防止這樣的問題。激發LD3是發出激發光的激發光源，所述激發光用于對添加在光放大光纖I的纖芯中的稀土類元素的原子進行激發。在稀土類元素是Yb的情況下，激發光的波長例如是915 土 10nm。驅動器22對激發LD3進行驅動。合成儀5對來自種子LD2的種子光和來自激發LD3的激發光進行合成，并將合成后的光入射至光放大光纖I。光放大光纖I、種子 LD2 及激發 LD3 構成 MOPA (Master Oscillatorand PowerAmplifier :主控振蕩器的功率放大器)方式的光纖放大器。包含在纖芯中的稀土類兀素的原子，吸收入射至光放大光纖I的激發光，由此原子被激發。來自種子LD2的種子光在光放大光纖I的纖芯中傳輸時，由于由被激發的原子使種子光產生受激發射，因而種子光被放大。即，光放大光纖I利用激發光來放大種子光。在光放大光纖I是單包層光纖的情況下，種子光及激發光均入射至纖芯。相對于此，在光放大光纖I是雙包層光纖的情況下，種子光入射至纖芯，激發光則入射至第一金屬包層。雙包層光纖的第一金屬包層作為激發光的波導來發揮功能。在入射至第一金屬包層的激發光在第一金屬包層中傳輸的過程中，以通過纖芯的模式來激發纖芯中的稀土類元素。隔離器6使被光放大光纖I放大且從光放大光纖I出射的種子光(光脈沖)通過，并且遮斷向光放大光纖I返回的光。通過了隔離器6的光脈沖，從光纖的端面出射至空氣中。為了防止將峰值功率高的光脈沖從光纖出射至空氣中時在光纖的端面和空氣之間的界面發生光脈沖損失，因而設置端蓋12。分光器13將從端蓋12輸出的光脈沖分成兩個脈沖。將一個脈沖作為加工用激光而輸入至激光束掃描機構14，并為了監視激光的功率而將另一個脈沖輸入至受光元件15。受光元件15例如由光電二極管構成。峰值檢測器16根據來自受光元件15的信號來對光脈沖的峰值功率(峰值)進行檢測。將峰值檢測器16所檢測出的峰值發送至控制裝置20。激光束掃描機構14用于使激光在二維方向上進行掃描。雖未圖75,但激光束掃描機構14例如也可以包括準直透鏡、電流掃描儀(galvano scanner)>f 0透鏡等,其中,準直透鏡用于將來自端蓋12的出射光即激光束的直徑調整為規定大小；電流掃描儀用于使通過了準直透鏡之后的激光束在加工對象物50的表面上進行二維方向的掃描；f 9透鏡用于使激光束會聚。在加工對象物50的表面上，使激光L即來自激光加工裝置100的輸出光在二維方向上進行掃描，由此對以金屬等作為坯料的加工對象物50的表面進行加工。例如在加工對象物50的表面打印(標記)由文字或圖形等構成的信息。控制裝置20通過控制驅動器21、22及激光束掃描機構14，來整體控制激光加工裝置100的動作。輸入部25例如接受來自用戶的信息。控制裝置20基于來自輸入部25的信息，來控制驅動器21、22，并且，控制激光束掃描機構14的動作。例如由執行規定程序的個人計算機來實現控制裝置20。就輸入部25而言，只要是用戶能夠輸入信息的裝置即可，沒有特別限定，例如能夠使用鼠標、鍵盤、觸摸面板等。 種子LD、激發LD、隔離器等的特性，因溫度而發生變化。因此，優選在激光加工裝置內配置溫度控制器，該溫度控制器用于恒定保持這些元件的溫度。在從激光加工裝置100輸出激光的情況下，種子LD2被驅動器21驅動而生成脈沖狀的種子光。在從種子LD2反復生成種子光的情況下，種子光的重復頻率取決于從驅動器21供給至種子LD2的脈沖電流的重復頻率。由控制裝置20對從驅動器21輸出的脈沖電流的重復頻率進行控制。控制裝置20通過控制驅動器22，來使激發LD3所發出的激發光的功率發生變化。激發LD3輸出具有與從驅動器22接收到的偏置電流(bias current)相對應的功率的激發光。由控制裝置20對從驅動器22輸出的偏置電流的大小進行控制。圖2是第一實施方式的激光加工裝置發出激光的時序圖。參照圖2，在預激發期間，驅動器22將偏置電流(在圖2中表示為“激發LD電流”)供給至激發LD3而使該激發LD3生成激發光，而使種子LD2不生成光脈沖(在圖2中表示為“種子LD脈沖”)。另一方面，在正式激發期間，生成激發光及種子LD脈沖的雙方。因此，在正式激發期間，從光纖放大器輸出激光。預激發期間的激發LD電流小于正式激發期間的激發LD電流。SM敫發LD3，在預激發期間生成第一能級的功率的激發光，在正式激發期間則生成第二能級的功率的激發光。第二能級高于第一能級。圖3是更詳細地說明圖2所示的發出激光的時刻的圖。參照圖3，種子LD2，在正式激發期間以周期tprd反復生成由多個種子光脈沖Ia構成的脈沖組1G。通過對種子LD2的偏置電流進行調制，以規定的周期生成脈沖組1G。正式激發期間與從光纖放大器輸出激光的發光期間相對應。另一方面，由于在預激發期間不向種子LD2供給偏置電流，因而成為非發光期間。下面，將在正式激發期間內從光纖放大器輸出的多個脈沖組中的第一次輸出的脈沖組和最后一次輸出的脈沖組，分別稱之為“第一個脈沖”和“最后一個脈沖”。圖4A、圖4B是對基于預激發期間的激發光功率而第一個脈沖的功率發生變化的情況進行說明的波形圖。圖4A是示出了在預激發期間的減小激發光功率的情況下從光纖放大器輸出的脈沖的波形圖。圖4B是示出了在預激發期間的增大激發光功率的情況下從光纖放大器輸出的脈沖的波形圖。參照圖4A及圖4B，由于在預激發期間的激發LD電流小的情況下，激發光功率小，因而在預激發期間內蓄積到光放大光纖I中的能量少。因此，第一個脈沖的功率小。在反復向光放大光纖I供給激發光功率和從光放大光纖I放出光能量的過程中，蓄積到光放大光纖I中的能量增加而達到大致恒定的能級。由此，使脈沖的功率穩定。與此相反，在預激發期間的激發LD電流大的情況下，在預激發期間內蓄積到光纖中的能量變大。因此，第一個脈沖的功率變大。此時，在反復向光放大光纖I供給激發光功率和從光放大光纖I放出光能量的過程中，蓄積在光放大光纖I中的能量減少而達到大致恒定的能級。由此，使脈沖的功率穩定。如圖4A、圖4B所示，在預激發期間的激發光的功率(激發LD電流)不恰當的情況下，第一個脈沖的功率和經過規定時間后的脈沖的功率之間產生差分。基于這樣的功率之 差而發生加工品質的降低這樣的問題。圖5是對第一實施方式的使脈沖功率穩定的原理進行說明的波形圖。參照圖5，在第一實施方式中，對第一個脈沖的峰值功率和最后一個脈沖的峰值功率進行比較。將它們的比較結果反饋到預激發期間內的激發LD的偏置電流值，由此使第一個脈沖的功率和最后一個脈沖的功率之間的差分接近O。由此，能夠從第一個脈沖開始得到穩定的激光輸出。如圖I所示，使用受光元件15及峰值檢測器16來對脈沖的峰值功率進行檢測。圖6是示出了用于檢測脈沖的峰值功率的具體的結構例的框圖。參照圖6，峰值檢測器16包括電流/電壓轉換電路31、積分電路32、PGA (Programmable Gain Amplifier 可編程增益放大器)33及AD (模擬/數字)轉換電路34。另外，控制裝置20包括信號處理電路40和存儲器41。受光元件15接收光脈沖而將該光脈沖轉換為電流信號。電流/電壓轉換電路31將從受光兀件15輸出的電流轉換為電壓。積分電路32對電流/電壓轉換電路31的輸出電壓進行積分。如圖3所示，在本實施方式中，生成由多個短脈沖(例如時間跨度為ns的序列(order))構成的脈沖組。積分電路32以規定的時間常數對多個短脈沖的波形進行積分。由此，能夠降低振幅的變化，從而能夠得到一個脈沖組的峰值功率(振幅)，其中，振幅的變化取決于包含在脈沖組中的短脈沖個數。脈沖組的峰值，根據包含在其脈沖組中的脈沖的個數而發生變化。因此，峰值的變動范圍變得極大。示出一例，假設重復頻率的范圍是兩位數(I倍 100倍)，且包含在脈沖組中的脈沖的個數在I 20內發生變化。此時，脈沖組的峰值變動得接近1000倍。因此，難以檢測每個脈沖的峰值。在相同的激發功率的情況下，與脈沖數無關地，脈沖組的能量的積分值大致相同。在第一實施方式中，利用這一點，由積分電路32對包含在脈沖組中的脈沖進行平均化。由此，能夠與包含在脈沖組中的脈沖的個數無關地，使從積分電路32輸出的電信號的振幅大致相同。能夠通過積分電路32來降低因包含在脈沖組中的短脈沖個數而導致的振幅變化，因而能夠得到一個脈沖組的峰值功率(振幅)。PGA33放大從積分電路32輸出的信號。PGA33是可變增益放大器，根據來自信號處理電路40的增益設定信號來設定其增益。由于重復頻率越高則一個脈沖組的峰值功率(振幅)越低，因而信號處理電路40以重復頻率越高則使增益越高的方式調整PGA33的增益。此外，以使輸入到AD轉換電路34的信號的振幅在AD轉換電路34的動態范圍內的方式，設定PGA33的增益。例如由高速AD轉換電路實現AD轉換電路34，用于將從PGA33輸出的模擬信號轉換為數字信號。根據來自信號處理電路40的控制信號來控制AD轉換電路34的AD轉換時亥IJ。具體而言，從開始發出種子光(發出包含在脈沖組中的多個脈沖中的最初的脈沖)開始經過了規定的延遲時間之后，對來自PGA33的信號進行AD轉換。以使得AD轉換電路34在脈沖組的功率的峰值處進行AD轉換的方式，來決定延遲時間。由此，獲取脈沖組的峰值功率即峰值，來作為檢測值。將由AD轉換電路34獲取的峰值(數字信號)，從AD轉換電路34發送至信號處理電路40。信號處理電路40對第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值進行比較。在第一個脈沖的峰值高于最后一個脈沖的峰值的情況下，信號處理電路40生成用于降低預激發期間的激發LD的偏置電流值的信號，并在預激發期間將該信號賦予驅動器22。與此相反，在第一·個脈沖的峰值低于最后一個脈沖的峰值的情況下，信號處理電路40生成用于提高預激發期間的激發LD的偏置電流值的信號，并在預激發期間將該信號賦予驅動器22。驅動器22根據來自信號處理電路40的信號，來使預激發期間的激發LD3的偏置電流值降低或上升。由此，來自激發LD3的激發光的功率發生變化。例如由非易失性存儲器來實現存儲器41，用于預先存儲與AD轉換電路34的AD轉換時刻相關的信息，即用于預先存儲上述延遲時間。圖7是示意性示出了延遲時間的保存形式的圖。參照圖7，以表形式將延遲時間保存至存儲器41。具體而言，針對脈沖組的重復頻率的范圍(示出一例為IOOkHz 120kHz)和包含在一個脈沖組中的脈沖個數的組合，確定一個最佳值。此外，延遲時間的保存形式并不限定于表形式，例如也可以以數據庫形式存儲在存儲器41中。接著，對基于圖6所示的電路結構來進行的脈沖峰值的檢測，進行更詳細的說明。圖8是示出了脈沖組的平均功率及脈沖組的峰值功率與脈沖組的重復頻率之間的關系的圖。參照圖8，在激發光的功率恒定的情況下，重復頻率越高則脈沖的峰值功率越低。相對于此，平均功率相對于重復頻率而大致保持恒定。此外，在平均功率相同的情況下，脈沖的峰值與重復頻率大致成反比例。圖9是用于說明AD電路的AD轉換時刻的圖。參照圖6及圖9，由受光元件15及電流/電壓轉換電路31，輸出由多個脈沖構成的電信號。積分電路32對多個脈沖進行積分。由PGA33放大來自積分電路32的輸出信號。從生成最初的脈沖起經過了規定的延遲時間d之后，向AD轉換電路34發送AD時刻信號。以使得AD轉換電路34在來自PGA33的信號的峰值附近進行AD轉換的方式，決定延遲時間d。由此，能夠獲取脈沖組的峰值功率的值。此外，在圖9中，多個脈沖的包絡線的形狀形成為向右側升高的三角形。其中，多個脈沖的包絡線的形狀并不限定于該形狀，也可以是其他形狀。例如，也可以是多個脈沖的強度為全部相同的形狀。與包絡線的形狀無關地，通過積分電路，得到能夠降低多個脈沖之間的峰值的變動這樣的效果。
圖IOA 圖IOC是示出了圖9所示的波形的具體例的圖。圖IOA是示出了包含在脈沖組中的脈沖的個數為I的情況的激光脈沖的波形和進行積分處理之后的電信號波形的圖。圖IOB是示出了包含在脈沖組中的脈沖的個數為20的情況的激光脈沖的波形和進行積分處理之后的電信號波形的圖。圖IOC是用于說明進行積分處理及放大之后的信號波形的AD轉換時刻的波形圖。參照圖IOA及圖10B，若基于電壓的幅度評定激光脈沖波形的峰值，則圖IOA所示的激光波形的峰值和圖IOB所示的激光波形的峰值的比率大約是5 :2。S卩，圖IOA所示的激光脈沖波形的峰值是圖IOB所示的激光脈沖波形的峰值的大約2. 5倍(基于電壓幅度的評定)。這與圖IOA所示的激光脈沖的峰值是圖IOB所示的激光脈沖的峰值的大約7倍的情況相對應。另一方面，若觀察進行積分處理之后的電信號，則圖IOA所示的電信號和圖IOB所示的電信號具有大致相同的峰值。參照圖10C，從生成包含在脈沖組中的最初的脈沖光(該脈沖光可以是種子光，也可以是輸出脈沖光)開始延遲規定時間而生成AD轉換時刻信號。由此，能夠檢測由積分電 路及PGA進行了處理的電信號。進而，通過對電信號進行積分，使信號的脈沖寬度變寬，因而能夠得到降低AD轉換值的變動相對于AD時刻信號的時間變動的比例這樣的效果。圖11是示出了輸入至AD轉換電路34的信號的振幅和PGA33的增益之間的關系的圖。參照圖11，隨著重復頻率變高，PGA33的增益以階梯狀變高。頻率fl f5表示增益被切換時的重復頻率。根據從信號處理電路40發送至PGA33的增益設定信號，來實現這樣的增益的變化。如圖8所示，重復頻率越高則峰值功率越小。在增益不被切換的情況(例如固定為最大的增益的情況)下，重復頻率越低，則AD轉換電路34的輸入信號的振幅越大。因此，存在AD轉換電路34的輸入信號的振幅超過AD轉換電路34的動態范圍的可能性。通過如圖11示出那樣改變增益，能夠以不超過AD轉換電路34的動態范圍的方式抑制信號振幅的能級。因此，能夠檢測信號的峰值。圖12是示出了設定PGA33的增益的其他例的圖。參照圖12，在AD轉換電路34的輸入信號的振幅是標準能級的情況下，增益切換頻率是fl、f2、f3、f4、f5。相對于此，在輸入信號的振幅高于標準能級的情況下，增益切換頻率是fla、f2a、f3a、f4a、f5a。這樣,也可以根據輸入信號的振幅的能級，來逐個地設定增益切換頻率。由此，能夠吸收PGA的增益的偏差。若如上所述采用第一實施方式，則光放大裝置具有受光元件15，其接收來自光放大光纖I的輸出光脈沖組；積分電路32,其對受光兀件15的輸出信號進行積分；AD轉換電路34，其基于積分電路32的輸出信號來生成檢測值。由積分電路32來降低多個脈沖之間的峰值的變動。由此，能夠檢測包含短脈沖(例如脈沖寬度為ns等級)的輸出光脈沖組的功率。并且，若采用第一實施方式，則光放大裝置還具有可變增益放大器(PGA33)，該可變增益放大器對積分電路32的輸出信號進行放大后賦予AD轉換電路34。信號處理電路40根據應在發光期間生成的脈沖組的重復頻率，改變PGA33的增益。由此，即使在重復頻率大幅度變化的情況下，也能夠檢測輸出光脈沖組的功率。因此，若采用第一實施方式，則能夠針對每個輸出光脈沖組而檢測峰值。由此，控制裝置20能夠利用其檢測出的峰值來控制非發光期間(預激發期間)的激發光的功率。因此，若采用第一實施方式，則能夠在使用光纖放大器的激光加工裝置上實現激光脈沖的峰值的均勻化。<第二實施方式>圖13是第二實施方式的激光加工裝置的結構圖。參照圖13，激光加工裝置101具有由兩級光纖放大器構成的光放大器。第二實施方式的激光加工裝置，在該點上與第一實施方式的激光加工裝置不同。參照圖I及圖13，激光加工裝置101與激光加工裝置100的不同點在于，激光加工裝置101還具有耦合器7 ;光放大光纖8 ;激發LD9A、9B ;合成儀10 ；隔離器11 ;受光元件17 ;峰值檢測器18 ;驅動器23。耦合器7將從光放大光纖I經由隔離器6輸出的光脈沖，分為發送至合成儀10的光脈沖和發送至受光元件17的光脈沖。合成儀10對來自耦合器7的激光和來自激發LD9A、9B的激光進行合成,并將合成后的光入射至光放大光纖8。 驅動器23驅動激發LD9A、9B。控制裝置20控制驅動器23。光放大光纖8使用來自激發LD9A、9B的激光來放大來自耦合器7的激光。即，來自耦合器7的激光是種子光，來自激發LD9A、9B的激光是激發光。從激發LD9A、9B發出的激發光的功率，在預激發期間減少，在正式激發期間則增大。隔離器11使從光放大光纖8輸出的激光通過，并且遮斷向光放大光纖8返回的激光。受光兀件17接收來自稱合器7的光脈沖而輸出表不該光脈沖的強度的信號。峰值檢測器18基于來自受光元件17的信號來檢測光脈沖的峰值。將由峰值檢測器18檢測出的峰值發送至控制裝置20。受光元件17及峰值檢測器18的結構，分別與受光元件15及峰值檢測器16的結構相同。因此，控制裝置20通過與第一實施方式同樣的方法，從峰值檢測器18獲取從光放大光纖I出射的輸出光脈沖組的功率值。同樣地，控制裝置20通過與第一實施方式同樣的方法，從峰值檢測器16獲取從光放大光纖8出射的輸出光脈沖組的功率值。激光加工裝置101的其他部分的結構，與激光加工裝置100相對應的部分的結構相同，因而以后不重復說明。若采用第二實施方式，則控制裝置20基于由受光元件17及峰值檢測器18檢測出的脈沖的峰值，來控制驅動器22。由此，能夠以使從光放大光纖I出射的脈沖組的第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相等的方式，控制從光放大光纖I出射的脈沖。進而，控制裝置20基于由受光元件15及峰值檢測器16檢測出的脈沖的峰值，來控制驅動器23。由此，能夠以使從最后的放大級即光放大光纖8出射的多個脈沖中的第一個脈沖和最后一個脈沖的峰值相等的方式，控制從光放大光纖8出射的脈沖。用于控制從光放大光纖8出射的脈沖的方法，能夠應用與第一實施方式的控制方法相同的方法，因而以后不重復詳細的說明。若采用第二實施方式，則與第一實施方式同樣地，能夠針對每個輸出光脈沖組而檢測功率。因此，若采用第二實施方式，則即使放大級的個數為多個，也能夠從最后的放大級得到穩定的激光脈沖輸出。此外，只要放大級的個數是多個即可，并不限定于兩個級，也可以是三個級或更多的級。
另外，對各放大級設置的激發LD的個數并非如圖I或圖12示出那樣限定，而能夠任意地設定激發LD的個數。另外，在上述實施方式中，“重復頻率”是種子光脈沖的重復頻率,但也可以是從光放大光纖輸出的輸出光脈沖的重復頻率。在任意情況下，在本發明的實施方式中，也設定為應在發光期間生成的脈沖(種子光脈沖或從光放大光纖輸出的輸出光脈沖)的重復頻率越高則使PGA的增益越高。進而，在上述各實施方式中，公開了激光加工裝置來作為光放大裝置的利用方式之一，但本發明的實施方式的光放大裝置的用途并不限定于激光加工裝置。
應當認為本公開的實施方式是在全部點的例示而非限制。本發明的范圍并不由上述的說明來表示，而是由權利要求書來表示，意在包括在與權利要求書均勻的意思和范圍 內的全部變更。
權利要求
1.一種光放大裝置，其特征在于， 具有: 光放大光纖，其通過激發光來放大種子光， 種子光源，其在發光期間生成多次所述種子光，以作為由多個脈沖構成的脈沖組， 激發光源，其在剛剛進入所述發光期間之前的非發光期間生成具有第一能級的功率的所述激發光，在所述發光期間則生成具有比所述第一能級高的第二能級的功率的所述激發光， 檢測器，其檢測從所述光放大光纖輸出的輸出光脈沖組的功率， 控制部，其基于所述檢測器的檢測值，來控制所述非發光期間的所述激發光的功率，由此控制所述輸出光脈沖組的功率； 所述檢測器包括 受光元件，其接收所述輸出光脈沖組， 積分電路，其對所述受光元件的輸出信號進行積分， AD轉換電路，其基于所述積分電路的輸出信號，來生成所述檢測值。
2.根據權利要求I記載的光放大裝置，其特征在于， 所述檢測器還包括可變增益放大器，該可變增益放大器對所述積分電路的輸出信號進行放大，并將放大后的該輸出信號賦予所述AD轉換電路； 所述控制部，根據在所述發光期間應該生成的脈沖組的重復頻率，來改變所述可變增益放大器的增益。
3.根據權利要求2記載的光放大裝置，其特征在于， 所述控制部，所述重復頻率越高則使所述增益越高。
4.根據權利要求2或3記載的光放大裝置，其特征在于， 所述控制部，控制所述AD轉換電路執行模擬數字轉換的時刻，使得所述AD轉換電路對所述可變增益放大器的輸出信號的峰值進行模擬數字轉換； 所述時刻是根據延遲時間來決定的，所述延遲時間是從生成了包含在所述脈沖組中的所述多個脈沖中的最初的脈沖開始的。
5.根據權利要求4記載的光放大裝置，其特征在于， 所述控制部，根據所述重復頻率以及包含在所述脈沖組中的所述多個脈沖的個數來改變所述延遲時間。
6.—種激光加工裝置,其特征在于， 具有權利要求I 5中的任一項記載的光放大裝置。
全文摘要
提供光放大裝置及激光加工裝置。峰值檢測器(16)檢測從光放大光纖輸出的輸出光脈沖組的功率。受光元件(15)接收包含在多個脈沖中的光脈沖組來將其轉換為電流信號。電流/電壓轉換電路(31)將從受光元件(15)輸出的電流轉換為電壓。積分電路(32)對電流/電壓轉換電路(31)的輸出電壓進行積分。PGA(Programmable Gain Amplifier可編程增益放大器)(33)對從積分電路(32)輸出的信號進行放大后賦予AD轉換電路(34)。根據來自信號處理電路(40)的增益設定信號設定PGA(33)的增益。信號處理電路(40)以脈沖組的重復頻率越高則使增益越高的方式調整PGA(33)的增益。
文檔編號H01S3/067GK102801089SQ20121014764
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月11日 優先權日2011年5月26日
發明者大垣龍男 申請人:歐姆龍株式會社