CN105390933A - 激光器装置以及激光加工机 - Google Patents

Abstract

激光器装置具有：种光源，其输出光；前置光放大器，其对输出的光进行光学放大；后置光放大器，其对输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；功率监视器部，其对输出的光的平均功率进行测定；种光源驱动器；前置光放大器驱动器；以及控制部，其控制种光源驱动器及前置光放大器驱动器。控制部控制种光源，以选择性地输出连续光或多个脉冲，控制部基于功率监视器部的测定结果，对前置光放大器的增益进行控制，以使得从前置光放大器输出的光的平均功率变为恒定。根据上述的结构，在使用包含具有热透镜效应的放大介质在内的光放大器的情况下，能够抑制热透镜的特性变化，并且在较大的范围内对脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。

Description

激光器装置以及激光加工机

技术领域

本发明涉及一种激光器装置以及使用该激光器装置的激光加工机，该激光器装置对从种光源输出的光进行光学放大，输出高峰值功率(peakpower)的脉冲(pulse)光。

背景技术

在使用激光的微小加工、例如小径的开孔、打标记(marking)等中，产生具有高峰值功率、高脉冲能量(pulseenergy)的光的激光器装置是有效的。并且，优选下述激光器装置，其能够与加工对象的材料、加工后的孔径、孔深等加工要求相应地，在较大的范围内独立地对脉冲频率、脉冲宽度、脉冲峰值功率等进行控制。

作为现有的输出高峰值功率、高脉冲能量的光的激光光源，已知包含Nd：YAG结晶、Nd：YVO₄结晶等激光介质在内的固体激光器的Q开关(Q-switch)振荡器。固体激光器的Q开关振荡器能够从振荡器直接得到高峰值功率、高脉冲能量的激光，但是对于输出脉冲的重复频率、脉冲宽度，只能在有限的范围内进行控制。

另外，作为输出高峰值功率、高脉冲能量的光的激光光源的其他结构，已知MOPA(MasterOscillatorandPowerAmplifier)方式的激光器装置，该激光器装置具有：振荡器，其作为种光而产生较弱的功率的激光；以及光放大器，其用于对来自振荡器的种光进行放大。例如，提出了下述的激光器装置，其将半导体激光器(LD)作为种光源使用，利用光纤(fiber)放大器进行放大。通过作为种光源而使用半导体激光器，对向半导体激光器注入的电流进行控制，从而能够在较大的范围内对输出脉冲的重复频率、脉冲宽度进行控制。

例如，在专利文献1中，在将从种光源输出的脉冲串(burst)光在光放大器中进行放大的激光系统(system)中，通过使脉冲串内的脉冲和脉冲之间的种光源的功率变化，从而将光放大器的激励功率保持为恒定不变，对放大后的单独的脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。另外，在专利文献2中，在具有光纤放大器、作为种光源的半导体激光器2、作为激励光源的半导体激光器的激光光源装置中，种光源的半导体激光器在主照射期间将脉冲光作为种光射出，在预备照射期间将具有比脉冲光的峰值功率小的功率、且实际的连续光作为种光射出，从而在射出开始时能够得到具有所期望的峰值功率的脉冲光。

专利文献1：日本特表2013－500583号公报

专利文献2：日本特开2010－171131号公报

在将种光利用光纤放大器进行放大的情况下，如果放大后的峰值功率变高，则会发生诱发拉曼(Raman)散射、自相位调制等不希望的非线性现象，或者引起光纤损伤。开始发生非线性现象的峰值功率通常受所使用的光纤的纤芯(core)直径和长度限制。由于缩短光纤会缩短放大介质的长度，因此在保持放大率不变而缩短光纤时存在一定的极限。如果光纤的纤芯直径变大，则直至较高的峰值功率为止，不发生非线性现象及光纤的损伤，但是已知放大后的激光的横模(mode)容易劣化。作为用于使激光的横模不劣化、得到更高峰值功率的方法之一，考虑追加对被放大光在激光介质中不进行波导传输的光放大器，即非波导型的光放大器，即，具备具有热透镜(lens)效应的放大介质的光放大器。如果被放大光在光放大器中不进行波导传输，则即使将被放大光的截面积增加得较大，激光的横模也难以劣化，能够在保持良好的光束(beam)品质的情况下放大至较高的峰值功率为止。

作为该非波导型的光放大器，即具有具备热透镜效应的放大介质的光放大器，例如能够使用利用了杆(rod)状的Nd：YAG结晶、Nd：YVO₄结晶等的光放大器。但是，在这样的光放大器中，已知下述现象，即，如果产生的热量变动，则热透镜的特性变化，放大后的激光束传输变化。

如专利文献1所述，在通过将光放大器的激励功率保持为恒定不变而使种光源的输出波形变化，从而对放大后脉冲的峰值功率或脉冲能量进行控制的情况下，有时放大后的平均功率变化。但是，在这里叙述的所谓平均功率，是指与脉冲串中的脉冲和脉冲之间的间隔相比充分长的时间内，对瞬时的功率进行平均时所得到的功率。另外，在这里叙述的所谓脉冲串，不仅包含具有相同波形的连续的脉冲，还单纯地包含多个脉冲，各个脉冲的波形也可以不同。如前所述，在光放大器的后段，存在非波导型的光放大器的情况下，由于向后段的光放大器入射的被放大光的平均功率不同，因此考虑到下述问题，即，从后段的光放大器作为放大光而被取出的功率变化，在后段的光放大器中产生的热量变动，因此热透镜的特性变化，放大后的激光束的传输改变。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种激光器装置以及使用该激光器装置的激光加工机，该激光器装置在使用非波导型的光放大器、即具有具备热透镜效应的放大介质的光放大器的情况下，也能够抑制热透镜的特性变化，并且在较大的范围内对脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。

为了实现上述目的，本发明所涉及的激光器装置的特征在于，具有：

种光源，其输出光；

前置光放大器，其对从所述种光源输出的光进行光学放大；

后置光放大器，其对从所述前置光放大器输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；

功率监视器(monitor)部，其对从所述前置光放大器输出的光的平均功率进行测定；

种光源驱动器(driver)，其驱动所述种光源；

前置光放大器驱动器，其驱动所述前置光放大器；以及

控制部，其对所述种光源驱动器及所述前置光放大器驱动器进行控制，

所述控制部经由所述种光源驱动器对所述种光源进行控制，以选择性地输出连续光或多个脉冲，

所述控制部基于所述功率监视器部的测定结果，经由所述前置光放大器驱动器，对所述前置光放大器的增益进行控制，以使得从所述前置光放大器输出的光的平均功率变为恒定。

另外，本发明所涉及的激光器装置的特征在于，具有：

种光源，其输出光；

前置光放大器，其对从所述种光源输出的光进行光学放大；

后置光放大器，其对从所述前置光放大器输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；

功率监视器部，其对从所述前置光放大器输出的光的平均功率进行测定；

种光源驱动器，其驱动所述种光源；

后置光放大器驱动器，其驱动所述后置光放大器；以及

控制部，其对所述种光源驱动器及所述后置光放大器驱动器进行控制，

所述控制部经由所述种光源驱动器对所述种光源进行控制，以选择性地输出连续光或多个脉冲，

所述控制部基于所述功率监视器部的测定结果，经由所述后置光放大器驱动器，对所述后置光放大器的增益进行控制，以使得所述后置光放大器后的光束的传输状态变为恒定。

另外，本发明所涉及的激光器装置的特征在于，具有：

种光源，其输出光；

前置光放大器，其对从所述种光源输出的光进行光学放大；

后置光放大器，其对从所述前置光放大器输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；

光束监视器部，其对从所述后置光放大器输出的光的光束的光束直径进行测定；

种光源驱动器，其驱动所述种光源；

后置光放大器驱动器，其驱动所述后置光放大器；以及

控制部，其对所述种光源驱动器及所述后置光放大器驱动器进行控制，

所述控制部经由所述种光源驱动器对所述种光源进行控制，以选择性地输出连续光或多个脉冲，

所述控制部经由所述前置光放大器驱动器对所述前置光放大器的增益进行控制，或者经由所述后置光放大器驱动器对所述后置光放大器的增益进行控制，以使得利用所述光束监视器部计算得到的光束直径不变化。

在本发明中，优选所述种光源是半导体激光器。

在本发明中，优选所述前置光放大器包含：光纤型放大介质；以及向该光纤型放大介质供给激励光的激励光源，

所述控制部对所述前置光放大器的激励光功率及激励光波长中的至少一者进行控制。

在本发明中，优选后置光放大器包含：具有热透镜效应的柱状放大介质；以及向该柱状放大介质供给激励光的激励光源。

在本发明中，优选后置光放大器包含：具有热透镜效应的柱状放大介质；以及向该柱状放大介质供给激励光的激励光源，

所述控制部对所述后置光放大器的激励光功率及激励光波长中的至少一者进行控制。

在本发明中，优选前置光放大器包含：光纤型放大介质；以及向该光纤型放大介质供给激励光的激励光源。

在本发明中，优选在所述后置光放大器之后包含波长变换器。

另外，本发明所涉及的激光加工机的特征在于，具有：

上述的激光器装置；

聚光光学系统，其对从所述激光器装置输出的激光束进行聚光；以及

扫描机构，其对聚光得到的激光束及被加工物相对地进行扫描。

在本发明中，优选所述激光束的波长处于紫外区域。

根据本发明，通过对前置光放大器的增益进行控制，以使得从前置光放大器输出的光的平均功率变为恒定，从而即使在种光源输出的光的波形变化的情况下，也能够抑制后置光放大器的热透镜的特性变化。其结果，能够不改变输出光束的传输，而在较大的范围内对脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。

另外，根据本发明，通过对后置光放大器的增益进行控制，以使得后置光放大器的热透镜变为恒定，从而即使在种光源输出的光的波形变化的情况下，也能够抑制后置光放大器的热透镜的特性变化。其结果，能够不改变输出光束的传输，而在较大的范围内对脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。

另外，根据本发明，通过对前置光放大器或后置光放大器的增益进行控制，以使得从后置光放大器输出的光的光束的光束直径不变化，从而即使在种光源输出的光的波形变化的情况下，也能够抑制后置光放大器的热透镜的特性变化。其结果，能够不改变输出光束的传输，而在较大的范围内对脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1、3所涉及的激光器装置的结构图。

图2是表示前置光放大器110的一个例子的结构图。

图3是表示后置光放大器120的一个例子的结构图。

图4是表示种光源的输出的瞬时功率、前置光放大器的激励功率、前置光放大器后的瞬时功率、前置光放大器后的平均功率随时间变化的一个例子的图形(graph)。

图5是表示作为对比例，在前置光放大器的激励功率为恒定的情况下，种光源的瞬时功率和前置光放大器的激励功率及放大后的功率随时间变化的一个例子的图形。

图6是表示向后置光放大器入射的信号光的平均功率和能够从后置光放大器取出的功率之间的关系的一个例子的图形。

图7是表示由于放大介质的热透镜的变化所导致的信号光的光束传输的变化的一个例子的说明图。

图8是表示第2高次谐波发生时基波的峰值功率和波长变换后的平均功率之间的关系的一个例子的图形。

图9是表示波长变换器130的一个例子的结构图。

图10是表示本发明的实施方式2、4所涉及的激光器装置的结构图。

图11是表示Yb(镱)的吸收光谱(spectrum)的图形。

图12是表示本发明的实施方式5所涉及的激光器装置的结构图。

图13是表示本发明的实施方式6所涉及的激光加工机的结构图。

标号的说明

1种光源，2控制部，3种光源驱动器，4前置光放大器驱动器，

5输出提取单元，6、8光，7功率监视器电路，

9后置光放大器驱动器，10光束提取单元，11光束监视器，

100激光器装置，110前置光放大器，

120后置光放大器，130波长变换器，

111半导体激光器，112耦合器，113光纤型放大介质，

121a、121b分色镜，122放大介质，

123a、123b激励光源，124a～124d传输光学系统，

130波长变换器，131、133透镜，132、133波长变换元件，

135波长选择元件，201光束调整光学系统，202导光反射镜，

203聚光透镜，204工作台，205激光束，

206被加工物，207工作台扫描方向，208加工孔，

lambda1～lambda3光束，

B1、B2光束传输，BM光束监视器部，PM功率监视器部。

具体实施方式

本申请以2014年8月29日在日本提出的专利申请2014－175240号为优先权的基础，本申请通过该参照而引入其公开内容。

下面，一边参照附图，一边对优选的实施方式进行说明。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光器装置的结构图。激光器装置100具有种光源1、前置光放大器110、后置光放大器120、波长变换器130、控制部2、种光源驱动器3、前置光放大器驱动器4、后置光放大器驱动器9、以及功率监视器部PM等。此外，虽未特别地予以说明，但是激光器装置100也可以在光信号通过的路径上，还包含用于抑制返回光的光隔离器(isolator)、用于传输光信号的透镜、反射镜(mirror)等的传输光学系统等。

种光源1由种光源驱动器3驱动而输出种光。种光源1优选由能够在较大的范围内对输出脉冲的重复频率和/或脉冲宽度进行控制的半导体激光器构成，例如，能够使用分布反馈型(DFB)激光器、分布反射布拉格(Bragg)型(DBR)激光器、法布里-珀罗(Fabry-Perot)型(FP)激光器、外部空腔(cavity)型激光器、垂直共振器面发光激光器(VCSEL)等。种光源1的发光波长作为一个例子是1064nm，但不限定于该值，也可以是其他波长。种光源1也可以是通过外部共振器等的构造性控制或通过外部的温度控制而使发光波长变化的波长可变激光器。

前置光放大器110与种光源1光学连接，由前置光放大器驱动器4驱动，对从种光源1输出的光进行光学放大。

图2是表示前置光放大器110的一个例子的结构图。前置光放大器110包含光纤型放大介质113、向光纤型放大介质113供给激励光的半导体激光器111、以及用于将激励光导入光纤型放大介质113的耦合器112等。

光纤型放大介质113是对被放大光进行波导传输的波导型，不具有热透镜，或者能够不受热透镜的影响而进行放大，向玻璃(glass)光纤的纤芯部添加下述稀土类元素而构成，即，例如Yb(镱)、Er(铒)、Nd(钕)、Tm(铥)、Ho(钬)、Pr(镨)等。光纤型放大介质113也可以作为双包层(doubleclad)光纤和/或偏振保持光纤而构成。此外，在图2中，对一段的光纤型放大介质113进行了例示，但是也能够作为串联连接的多段光纤型放大介质113而构成。另外，在图2中，对一段的前置光放大器110进行了例示，但是也能够将半导体激光器111、耦合器112、光纤型放大介质113的集合(set)串联连接多段而得到的结构作为前置光放大器110而构成。

控制部2经由前置光放大器驱动器4，使半导体激光器111的激励光功率变化，从而能够对前置光放大器110的增益进行控制。

回到图1，功率监视器部PM具有输出提取单元5及功率监视器电路7等，该输出提取单元5对前置光放大器110的输出的一部分进行提取，该功率监视器电路7对由输出提取单元5提取出的光6的平均功率进行测定。作为输出提取单元5，例如能够使用对光的一部分进行反射的部分反射反射镜、仅对光的一部分进行提取的光纤耦合器(coupler)等，作为一个例子，提取出前置光放大器110的输出的1％左右。功率监视器电路7包含将提取出的光变换为电信号的元件，例如热电堆(thrmopile)或光电二极管(photodiode)，以及低通滤波器(low-passfilter)等，对从前置光放大器110输出的光的平均功率进行测定，将该测定结果向控制部2发送。

后置光放大器120由后置光放大器驱动器9驱动，对从前置光放大器110输出的、通过了功率监视器部PM的光8进行光学放大。后置光放大器120是对被放大光在激光介质中不进行波导传输的光放大器，即，作为非波导型的光放大器而构成，为了抑制诱发拉曼散射(SRS)、自相位调制(SPM)等不希望的非线性现象的发生、以及放大器的射出端面的光学损坏，构成为，与前置光放大器110相比，被放大光能够以较大的截面积射入/射出。

图3是表示后置光放大器120的一个例子的结构图。后置光放大器120包含：放大介质122、分色镜(dichroic)121a、121b、传输光学系统124a、124b、124c、124d、以及激励光源123a、123b等。

放大介质122以成为对被放大光不进行波导传输的非波导型、即具有热透镜效应的结构的方式，例如具有圆柱、方柱等的柱状或者杆状的形状，例如向YAG(钇·铝·石榴石)、YVO₄、GdVO₄、蓝宝石(sapphire)、玻璃等的光学结晶或光学玻璃中添加Nd、Yb、Er、Tm、Ho、Pr、Ti等元素而构成。在放大介质122的侧面，设置用于直接地或间接地进行冷却的冷却机构。分色镜121a、121b构成为，对被放大光8的波长进行反射，透过激励光的波长。

激励光源123a、123b例如是半导体激光器、固体激光器等，从放大介质122的两端分别供给激励光。激励光的波长与放大介质122的吸收波长相应地设定，作为一个例子，在放大介质122是Nd：YVO₄的情况下，例如设定为808nm、880nm、888nm、914nm等。传输光学系统124a～124d包含透镜、反射镜等，将来自激励光源123a、123b的激励光向放大介质122传输。

关于动作，从前置光放大器110输出的光8在分色镜121a处被反射，在通过放大介质122时被放大，之后，在分色镜121b处被反射，朝向后段输出。在放大介质122中，如果由于对从激励光源123a、123b输出的激励光的吸收而产生热量，则与该热量的分布相应地形成热透镜。如果上述的热透镜的强度变动，则放大后的光束的传输变化。

此外，在图3中，对一段的放大介质122进行了例示，但是也能够作为串联连接的多段的放大介质122而构成。另外，在图3中，对一段的后置光放大器120进行了例示，但是也能够将分色镜121a、121b、放大介质122、激励光源123a、123b、传输光学系统124a～124d的集合串联连接多段而得到的结构作为后置光放大器120而构成。

回到图1，波长变换器130例如包含非线性光学结晶等，具有将从后置光放大器120输出的光的波长变换为其他波长的功能。上述的波长变换例如包含第2高次谐波发生、和频发生、差频发生、光参量(parametric)振荡、或者它们的组合。在不需要波长变换的情况下，能够省略波长变换器130。

下面，对整体动作进行说明。为了使种光源1选择性地输出连续光(CW)或脉冲串，控制部2经由种光源驱动器3对种光源1进行控制，以使得能够对CW模式和脉冲串模式进行切换。在脉冲串时，脉冲串中的脉冲和脉冲之间的功率控制为0、或者大于0而小于脉冲的峰值功率的值。另外，CW时的功率也受到控制。

如在专利文献1中的说明所示，在脉冲输出的导通(on)和停止(off)的切换中，通过调整输出脉冲串前的种光的CW的功率，从而能够使放大器后的脉冲串中包含的所有的脉冲的峰值功率在标称上恒定。另外，在脉冲串中的脉冲和脉冲之间的期间中，通过改变种光源的功率，从而能够对放大后的单独的脉冲的峰值功率进行控制。另一方面，通过在使放大器的激励功率恒定不变的情况下，对CW模式和脉冲模式进行切换，或者使脉冲串中的脉冲和脉冲之间的种光源的功率变化，从而使种光源的输出波形变化，这有时会引起使放大器后的平均功率变化的现象。在专利文献1的结构中，通过调整种光的CW时的功率、或者脉冲串中的脉冲和脉冲之间的功率，从而能够对放大器后的脉冲的峰值功率进行控制，但是在放大器的激励功率恒定的情况下，不能同时还对放大后的平均输出进行控制。

特别地，在第1段的光放大器(前置光放大器110)的后边存在第2段的光放大器(后置光放大器120)的情况下，由于如果向后置光放大器入射的平均功率变化，则在后置光放大器处在激光的放大中使用的功率变化，因此在后置光放大器处产生的热量变化。此时，在后置光放大器是不进行波导传输的非波导型、即包含具有热透镜效应的放大介质的情况下，如果在后置光放大器处产生的热量变化，则后置光放大器的热透镜的强度变化，后置光放大器后的光束的传输变化。

在本实施方式中，控制部2基于功率监视器部PM的测定结果，经由前置光放大器驱动器4使半导体激光器111的激励光功率变化，对前置光放大器110的增益进行反馈(feedback)控制，以使得前置光放大器110后的平均功率不变化。由此，即使种光源1的功率随时间而变化，也能够将前置光放大器110的平均功率保持为恒定。其结果，能够使后置光放大器120后的光束传输不变化，在较大的范围内对脉冲的峰值功率或脉冲能量进行控制。

图4(a)～(d)分别是表示种光源1的输出的瞬时功率、前置光放大器110的激励功率、前置光放大器110后的瞬时功率、前置光放大器110后的平均功率随时间变化的一个例子的图形。此外，典型的脉冲宽度是100ps～100ns左右的较短时间，与此相对，脉冲串中的脉冲和脉冲之间的间隔一般是1μs～1ms左右的非常长的时间，因此为了容易理解，在图中将脉冲和脉冲之间的间隔进行压缩表示。另外，关于与脉冲的峰值功率相对的CW的功率、以及脉冲和脉冲之间的功率，也为了容易理解而在图中夸张地表示。

在图4(a)中，对脉冲串前的CW的功率进行了调整，以使得前置光放大器110后的脉冲的峰值功率在标称上恒定。因此，种光源1的CW时的功率随着随后的脉冲串的放大后的峰值功率的大小而变化。因此，在前置光放大器110的激励功率恒定的情况下，CW时的放大后的平均功率变化。为了将前置光放大器110后的平均功率保持为恒定，使前置光放大器的激励功率与种光源1的功率相应地变化是有效的。

另外，脉冲串中的脉冲和脉冲之间的功率由放大后的脉冲的峰值功率决定。因此，在前置光放大器110的激励功率恒定的情况下，能够使放大后的脉冲的峰值功率变化，但是不能对放大后的平均功率进行控制。

因此，如图4(a)所示，种光的瞬时功率使CW和脉冲串、或者脉冲串中的脉冲和脉冲间的功率变化，并且对前置光放大器110的激励功率如图4(b)所示地进行控制。由此，能够如图4(c)所示地对前置光放大器110后的脉冲的峰值功率进行控制，且将前置光放大器110后的平均功率如图4(d)所示地保持为恒定。其结果，后置光放大器120的热透镜的特性实际上不变化，后置光放大器120后的光束的传输也实际上不变化。

图5是表示作为对比例，在前置光放大器110的激励功率恒定的情况下，种光源1的瞬时功率和前置光放大器110的激励功率以及放大后的功率随时间变化的一个例子的图形。在使种光源1的瞬时功率如图5(a)所示地变化，将前置光放大器110的激励功率如图5(b)所示地保持为恒定的情况下，能够如图5(c)所示地对前置光放大器110后的脉冲的峰值功率进行控制，但是可判断出，前置光放大器110后的平均功率如图5(d)所示地发生了变化。如前所述，上述的平均功率的变化引起后置光放大器120的热透镜的变化，后置光放大器120后的光束的传输变化。

此外，在图4及图5中，记载了种光源1输出大致2个种类的脉冲串，但是也可以输出1个种类或者大于或等于3个种类的脉冲串。另外，脉冲串中的脉冲和脉冲之间的功率也可以针对每个脉冲而变化。

图6是表示向后置光放大器120入射的信号光的平均功率和能够从后置光放大器120取出的功率之间的关系的一个例子的图形。可知，如果向后置光放大器120入射的平均功率变大，则能够从后置光放大器120取出的功率饱和。在使用向后置光放大器120入射的平均功率较小，从后置光放大器120取出的功率未饱和的区域、即非饱和区域的情况下，由于相对于向后置光放大器120入射的平均功率的变动，产生的热量发生较大的变化，因此能够更显著地得到本发明的效果。

图7是表示通过放大介质的热透镜的变化而引起的信号光的光束传输的变化的一个例子的说明图。实线表示热透镜的变化前，虚线表示热透镜的变化后。在放大介质122的内部，如果由于因光吸收引起的发热，形成某种强度的热透镜，则通过了放大介质122的光束如光束传输B1所示进行传输。之后，由于前置光放大器110的射出光的功率变化，因此在后置光放大器120的放大介质122中产生的热量变化。例如，在放大介质122的热透镜的强度变化了5％的情况下，光束如光束传输B2所示进行传输。作为该对策，在为了使前置光放大器110的输出变为恒定而对前置光放大器110的激励光功率进行控制的情况下，由于后置光放大器120的热透镜实际上不变化，因此光束传输不变化。

图8是表示第2高次谐波发生中的基波的峰值功率和波长变换后的平均功率之间的关系的一个例子的图形。如图4(c)所示，由于在CW的期间、以及脉冲串中的脉冲和脉冲之间的期间，种光与脉冲的峰值时相比，功率充分低，因此实际上能够忽略波长变换后的输出。因此，通过使基波的峰值功率变动，从而能够对波长变换后的平均功率进行控制。

图9是表示波长变换器130的一个例子的结构图。后置光放大器后的光束lambda1利用透镜131聚光，向第1波长变换元件132入射。波长变换元件132将光束lambda1的功率的一部分变换为与光束lambda1波长不同的光束lambda2。光束lambda1及lambda2利用透镜133再次聚光，向第2波长变换元件134入射。波长变换元件134将光束lambda1及lambda2的功率的一部分变换为波长与lambda1及lambda2不同的光束lambda3。光束lambda1、lambda2、lambda3向波长选择元件135入射，选择性地仅取出光束lambda3。例如，光束lambda1的波长是1064nm，光束lambda2的波长是532nm，lambda3的波长是355nm。波长变换元件131、134例如是LBO、BBO、CLBO、CBO、KBBF、KTP的结晶。波长选择元件135例如是反射/透过光束lambda3的波长、透过/反射光束lambda1及lambda2的波长的反射镜、棱镜(prism)等。在不使用本发明的结构、后置光放大器120后的光束的传输变化的情况下，波长变换元件132及134中的光束直径变化。波长变换元件中的光束直径的变化对波长变换效率、波长变换元件的寿命造成影响。如果使用本发明的结构，则能够抑制这些影响，因此如果存在波长变换器130，则本发明更具效果。

实施方式2

图10是表示本发明的实施方式2所涉及的激光器装置的结构图。激光器装置100具有种光源1、前置光放大器110、后置光放大器120、波长变换器130、控制部2、种光源驱动器3、前置光放大器驱动器4、后置光放大器驱动器9、以及功率监视器部PM等。各个结构要素是与实施方式1的结构要素相同的结构，省略重复说明。

在本实施方式中，在将前置光放大器110的激励光功率维持为恒定的状态下，即使在使种光源1的输出的状态变化的情况下，通过对后置光放大器120的增益进行控制，从而也控制为使得后置光放大器120的热透镜的强度不变化。具体地说，控制部2基于功率监视器部PM的测定结果，经由后置光放大器驱动器9，对后置光放大器120的增益、优选对激励光功率进行前馈(feedforward控制，以使得后置光放大器120的热透镜变为恒定。

在图10中，控制部2相对于功率监视器部PM的测定结果，事先测量后置光放大器120的热透镜成为恒定时的后置光放大器120的激励光功率，将二者之间的关系作为数据库(database)而保存在存储器(memory)等中。在动作时，种光源1的输出的状态变化，前置光放大器110的输出的平均功率变化，利用功率监视器部PM对该状态进行测定。控制部2从数据库读取与变化后的平均功率相对应的激励光功率目标值，经由后置光放大器驱动器9，对后置光放大器120的激励光功率进行调整，以使得后置光放大器120的热透镜不变化。其结果，能够在使前置光放大器110的激励光功率恒定不变的情况下，使后置光放大器120后的光束的传输不变化，在较大的范围内对脉冲的峰值功率或脉冲能量进行控制。

实施方式3

在本实施方式中，作为在图1的结构中对前置光放大器110的增益进行控制的方法，在使前置光放大器110的激励光功率实际上不变化的情况下，使前置光放大器110的激励光波长变化。如果使激励光波长变化，则前置光放大器110中的光纤型放大介质113的激励光吸收率变化，前置光放大器110的增益变化。由此，能够与实施方式1同样地，对前置光放大器110后的平均功率进行控制。

在图2的结构中，作为向光纤型放大介质113供给激励光的半导体激光器111，能够使用波长可变半导体激光器。作为一个例子，通过利用珀耳帖(Peltier)元件对法布里-珀罗型半导体激光器的温度进行控制，从而能够使振荡波长变化。

控制部2基于功率监视器部PM的测定结果，经由前置光放大器驱动器4，使半导体激光器111的激励光波长变化，对前置光放大器110的增益进行反馈控制，由此能够将前置光放大器110后的平均功率保持为恒定。

图11是表示Yb的吸收光谱的图形。纵轴是吸收系数，横轴是波长。例如，在向前置光放大器110的光纤型放大介质113添加了Yb的情况下，通过使激励光的波长从作为吸收光谱的峰值的976nm变化几nm，从而使吸收系数发生较大的变化。在该情况下，由于被光纤型放大介质113吸收的激励光的功率变化，因此前置光放大器110的增益也变化，能够使前置光放大器110后的平均功率变化。

实施方式4

在本实施方式中，作为在图10的结构中对后置光放大器120的增益进行控制的方法，在使后置光放大器120的激励光功率实际上不变化的情况下，使后置光放大器120的激励光波长变化。如果使激励光波长变化，则后置光放大器120中的放大介质122的激励光吸收率变化，后置光放大器120的增益变化。由此，能够与实施方式2同样地，进行控制以使得后置光放大器120的热透镜的强度不变化。

在图3的结构中，作为向放大介质122供给激励光的激励光源123a、123b，能够使用波长可变半导体激光器。作为一个例子，通过利用珀耳帖元件对法布里-珀罗型半导体激光器的温度进行控制，从而能够使振荡波长变化。

控制部2基于功率监视器部PM的测定结果，经由后置光放大器驱动器9，使激励光源123a、123b的激励光波长变化，对后置光放大器120的增益进行前馈控制，由此能够将后置光放大器120的热透镜的特性保持为恒定。

实施方式5

图12是表示本发明的实施方式5所涉及的激光器装置的结构图。激光器装置100具有种光源1、前置光放大器110、后置光放大器120、波长变换器130、控制部2、种光源驱动器3、前置光放大器驱动器4、后置光放大器驱动器9、对后置光放大器后的光束的轮廓(profile)进行监视的光束监视器部BM、以及对由提取单元10提取出的光束的轮廓进行监视的光束监视器11。各个结构要素是与实施方式1的结构要素相同的结构，省略重复说明。

在本实施方式中，光束监视器部BM由对后置光放大器后的光束的一部分进行提取的光束提取单元10、以及对入射的光束的轮廓进行测定的光束监视器11构成，对后置光放大器120后的光束的轮廓进行监视，计算光束直径。光束提取单元10例如是仅使光束的一部分反射或透过的部分反射反射镜。光束监视器11例如是CCD图像传感器(imagesensor)、CMOS图像传感器等。如果由后置光放大器120产生的热透镜的强度变化，则被光束监视器11监视的光束的轮廓变化，计算得到的光束直径变化。因此，能够根据由光束监视器部BM计算得到的光束直径的变化，对由后置光放大器120产生的热透镜的强度的变化进行观测。为了使由光束监视器部BM计算得到的光束直径不变化，控制部2通过经由前置光放大器驱动器4，对前置光放大器110的激励功率或激励波长进行调整，从而对增益进行控制，或者通过经由后置光放大器驱动器9，对后置光放大器120的激励功率或激励波长进行调整，从而对增益进行控制。其结果，能够在不对前置光放大器110的输出进行监视的情况下，将由后置光放大器120产生的热透镜的强度保持为恒定，使后置光放大器120后的光束的传输不变化，在较大的范围内对脉冲的峰值功率或脉冲能量进行控制。

实施方式6

图13是表示本发明的实施方式6所涉及的激光加工机的结构图。激光加工机200具有激光器装置100、光束调整光学系统201、导光反射镜202、聚光透镜203、以及工作(stage)台204等。激光器装置100按照本发明的实施方式1～5中的某一个所记载的方法而构成。从激光器装置100射出的激光束205利用光束调整光学系统201，调整并整形为所期望的光束直径及轮廓，在被导光反射镜202导光后，利用聚光透镜203聚光于被加工物206。工作台204在工作台扫描方向207的方向上运动，通过对被加工物206相对于激光束的位置进行扫描，从而在所期望的位置处形成微小的加工孔208。作为加工孔208的种类，例如存在止动孔或通孔等。加工孔208也可以分别是不同的大小。此外，在本实施方式中，将工作台204设为在工作台扫描方向207上进行扫描的结构，但是不限于该情况，由于进行被加工物206和激光束205之间的相对的扫描即可，因此即使将工作台204固定，利用电控(galvano)反射镜、多棱镜(polygon)等对激光束205进行扫描，也能够得到同样的效果。在该情况下，可以作为聚光透镜203而使用Fθ透镜进行照射。被加工物206例如是柔性(flexible)基板、多层基板等。由于这些基板由树脂及铜箔构成，因此特别优选激光束205的波长处于在树脂和铜箔两者中具有吸收性的紫外区域。

通过在激光器装置100中使用在本发明的实施方式1～5中的某一个中所记载的激光器装置，从而能够一边控制出相对于被加工物206形成加工孔208时最佳的脉冲能量及峰值功率，一边在使光束的传输不变化的情况下对被加工物206照射光束，因此能够使在被加工物206的位置处的光束直径不变化，稳定地形成加工孔208。

本发明将优选的实施方式及附图相关联并进行了说明，但是关于各种的变化及变更，对本领域技术人员来说是显而易见的。应当理解为，上述的变化及变更由随附的权利要求书进行定义，只要不超出其范围，则处在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种激光器装置，其特征在于，具有：

种光源，其输出光；

前置光放大器，其对从所述种光源输出的光进行光学放大；

后置光放大器，其对从所述前置光放大器输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；

功率监视器部，其对从所述前置光放大器输出的光的平均功率进行测定；

种光源驱动器，其驱动所述种光源；

前置光放大器驱动器，其驱动所述前置光放大器；以及

控制部，其对所述种光源驱动器及所述前置光放大器驱动器进行控制，

所述控制部经由所述种光源驱动器对所述种光源进行控制，以选择性地输出连续光或多个脉冲，

所述控制部基于所述功率监视器部的测定结果，经由所述前置光放大器驱动器，对所述前置光放大器的增益进行控制，以使得从所述前置光放大器输出的光的平均功率变为恒定。

2.一种激光器装置，其特征在于，具有：

种光源，其输出光；

前置光放大器，其对从所述种光源输出的光进行光学放大；

后置光放大器，其对从所述前置光放大器输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；

功率监视器部，其对从所述前置光放大器输出的光的平均功率进行测定；

种光源驱动器，其驱动所述种光源；

后置光放大器驱动器，其驱动所述后置光放大器；以及

控制部，其对所述种光源驱动器及所述后置光放大器驱动器进行控制，

所述控制部经由所述种光源驱动器对所述种光源进行控制，以选择性地输出连续光或多个脉冲，

所述控制部基于所述功率监视器部的测定结果，经由所述后置光放大器驱动器，对所述后置光放大器的增益进行控制，以使得所述后置光放大器后的光束的传输状态变为恒定。

3.一种激光器装置，其特征在于，具有：

种光源，其输出光；

前置光放大器，其对从所述种光源输出的光进行光学放大；

后置光放大器，其对从所述前置光放大器输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；

光束监视器部，其对从所述后置光放大器输出的光的光束的光束直径进行测定；

种光源驱动器，其驱动所述种光源；

前置光放大器驱动器，其驱动所述前置光放大器；

后置光放大器驱动器，其驱动所述后置光放大器；以及

控制部，其对所述种光源驱动器、所述前置光放大器驱动器及所述后置光放大器驱动器进行控制，

所述控制部经由所述种光源驱动器对所述种光源进行控制，以选择性地输出连续光或多个脉冲，

所述控制部经由所述前置光放大器驱动器对所述前置光放大器的增益进行控制，或者经由所述后置光放大器驱动器对所述后置光放大器的增益进行控制，以使得利用所述光束监视器部计算得到的光束直径不变化。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光器装置，其特征在于，

所述种光源是半导体激光器。

5.根据权利要求1或3所述的激光器装置，其特征在于，

所述前置光放大器包含：光纤型放大介质；以及向该光纤型放大介质供给激励光的激励光源，

所述控制部对所述前置光放大器的激励光功率及激励光波长中的至少一者进行控制。

6.根据权利要求1或3所述的激光器装置，其特征在于，

所述后置光放大器包含：具有热透镜效应的柱状放大介质；以及向该柱状放大介质供给激励光的激励光源。

7.根据权利要求2或3所述的激光器装置，其特征在于，

所述后置光放大器包含：具有热透镜效应的柱状放大介质；以及向该柱状放大介质供给激励光的激励光源；

所述控制部对所述后置光放大器的激励光功率及激励光波长中的至少一者进行控制。

8.根据权利要求2或3所述的激光器装置，其特征在于，

所述前置光放大器包含：光纤型放大介质；以及向该光纤型放大介质供给激励光的激励光源。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的激光器装置，其特征在于，

在所述后置光放大器之后包含波长变换器。

10.一种激光加工机，其特征在于，具有：

如权利要求1～3中任一项记载的激光器装置；

聚光光学系统，其对从所述激光器装置输出的激光束进行聚光；以及

扫描机构，其对聚光得到的激光束及被加工物相对地进行扫描。

11.根据权利要求10所述的激光加工机，其特征在于，

所述激光束的波长处于紫外区域。