CN110892595B - 激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法 - Google Patents

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Abstract

激光装置(1)具备：光源(2)，其具有多个激光二极管(21)；驱动电流峰值保持部(52)，其对施加至多个激光二极管(21)的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；光功率峰值保持部(53)，其对从光源(2)射出的光的功率在规定期间内的最大值进行保持；存储器(56)，其对驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源(2)的劣化度的关系进行存储；以及劣化度推定部(54)，其参照存储器(56)，并根据保持于驱动电流峰值保持部(52)的驱动电流在规定期间内的最大值以及保持于光功率峰值保持部(53)的光的功率在规定期间内的最大值，对劣化度进行推定。

Description

激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法
技术领域
本发明涉及可适当地对使用有激光二极管的光源的劣化的状态进行检测的激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法。
背景技术
光纤激光装置能获得聚光性优异、功率密度高、小束斑的光，所以被用于激光加工领域、医疗领域等各种领域中。因此，光纤激光装置有时与加工机组合使用。
在光纤激光装置中，通常使用多个激光二极管(LD)作为激励光源。激光二极管存在由于各种原因而发生故障或输出变弱的情况。若光纤激光装置中的一部分的激光二极管发生故障或输出降低，则存在通过使从其它激光二极管射出的光的功率增大等方法而继续使用激励光源的情况。但是，在来自激励光源的光的功率降低一定比例以上的情况下，存在必须更换激励光源的情况、光纤激光装置迎来了使用寿命而必须更换该光纤激光装置的情况。因此，存在想要推定激励光源的劣化度的要求。
在下述专利文献1记载有能够对激励光源的劣化度进行判定的光放大器。在该光放大器中，比较初始状态下的激光二极管等激励光源元件的驱动电流与射出的激励光的功率的关系以及使用了一定时间后的状态下的激励光源元件的驱动电流与射出的激励光的功率的关系。根据该比较结果来判定激励光源元件的劣化度。
专利文献1:专利第4532249号说明书
在专利文献1中，使用激光二极管等激励光源元件的驱动电流与射出的激励光的功率的关系，判定各个激励光源元件的劣化度。但是，存在施加至激光二极管的驱动电流的时机与从激光二极管射出的光的时机相互错开而不一致的情况。因此，在较大的驱动电流施加至激光二极管的时机，未必总是从激励光源射出功率较大的光，而存在在较小的驱动电流施加至激光二极管的时机从激励光源射出功率较大的光的时机，或在较大的驱动电流施加至激光二极管的时机从激励光源射出功率较小的光的时机。因此，仅单纯地对输入至激光二极管的驱动电流的大小与从激励光源射出的光的功率的关系进行比较，担心根据判断劣化度的时机而判断为激励光源劣化、或判断为激励光源并不那么劣化等之类的、激励光源的劣化度的推定变得不稳定，无法适当地推定该劣化度。即使是光纤激光以外的激光装置，只要是使用有激光二极管的激光装置，也可设想这种担心。
发明内容
因此，本发明的目在于，提供一种可适当地对使用有激光二极管的光源的劣化的状态进行推定的激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法。
为了解决上述课题，本发明为一种激光装置，其特征在于，具备：光源，其具有多个激光二极管；驱动电流峰值保持部，其对施加至上述多个激光二极管的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；光功率峰值保持部，其对从上述光源射出的光的功率在上述规定期间内的最大值进行保持；存储器，其对上述驱动电流的大小、上述光的功率的大小以及上述光源的劣化度的关系进行存储；以及劣化度推定部，其参照上述存储器，并根据保持于上述驱动电流峰值保持部的上述驱动电流在上述规定期间内的最大值以及保持于上述光功率峰值保持部的上述光的功率在上述规定期间内的最大值，对上述劣化度进行推定。
如上述那样，存在施加至激光二极管的驱动电流的时机与从激光二极管射出的光的时机相互错开而不一致的情况。因此，存在施加至激光二极管的驱动电流的大小成为最大的时机以及从具有多个激光二极管的光源射出的光的功率成为最大的时机不一致的情况。换句话说，存在如下情况：最大的驱动电流施加至激光二极管，经过规定时间之后，利用该最大的驱动电流而射出最大的功率的光。因此，即使在驱动电流的大小成为最大的时机与光的功率成为最大的时机不一致的情况下，驱动电流的大小的最大值与从光源射出的光的功率的最大值也大体对应。因此，能够如本发明那样，根据在规定期间内的驱动电流的最大值与光的功率的最大值来推定光源的劣化度，从而适当地对光源的劣化的状态进行推定。此外，驱动电流的最大值、光的功率的最大值不包括由于尖峰噪声等而瞬间流动的较大的电流、由于不期望的振荡等而瞬间射出的尖峰值较高的光等。
另外，优选上述存储器还对上述劣化度与上述光源到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系进行存储，上述激光装置还具备使用寿命时间推定部，上述使用寿命时间推定部参照上述存储器，根据推定出的上述劣化度对到达上述使用寿命为止的时间进一步进行推定。
即使适当地推定出光源的劣化的状态，使用者也难以基于推定出的劣化度而掌握激光装置的到达使用寿命为止的时间。但是，如上述那样，通过根据光源的劣化度对到达预先决定的使用寿命为止的时间进行推定，激光装置的使用者能够容易地掌握光源到达使用寿命为止的时间，而能够在适当的时期准备备用的光源等。
另外，优选上述激光装置还具备：控制部；驱动电源部，其对上述多个激光二极管施加电流；以及光功率监视部，其对从上述光源射出的光的功率进行监视，在从上述光功率监视部输入表示上述光的功率降低的信号的情况下，上述控制部对上述驱动电源部进行控制，以便在从上述光源射出的上述光的功率不超过从上述光功率监视部输入表示上述光的功率降低的信号之前的上述光的功率的范围内增大上述驱动电流。
在该情况下，即使是光源中的多个激光二极管的几个出现劣化、且从光源射出的光的功率降低的情况，也能够控制驱动电源部使驱动电流增大，从而抑制从激光装置射出的光的功率不足的情况。另外，通过增大驱动电流，保持于驱动电流峰值保持部的驱动电流的最大值得到更新。另一方面，保持于光功率峰值保持部的光的功率的最大值保持从光功率监视部输入表示光的功率降低的信号之前的样子不变。在光源劣化的情况下，即使射出的光的功率一定，驱动电流也会增大。因此，根据该激光装置，能够更适当地对光源的劣化的状态进行推定。
另外，优选上述激光装置还具备：控制部；驱动电源部，其对上述多个激光二极管施加电流；以及光功率监视部，其对从上述光源射出的光的功率进行监视，在从上述光功率监视部输入表示上述光的功率降低的信号的情况下，上述控制部对上述驱动电源部进行控制，以使从上述光源射出的上述光的功率与从上述光功率监视部输入表示上述光的功率降低的信号之前的上述光的功率同等。
通过这样进行控制，能够更加抑制从激光装置射出的光的功率不足的情况。另外，通过以使射出的光的功率与输入表示光的功率降低的信号之前的功率相同的方式增大驱动电流，保持于驱动电流峰值保持部的驱动电流的最大值得到更新。因此，能够更适当地对光源的劣化的状态进行推定。
另外，优选上述驱动电流峰值保持部在经过上述规定期间后，将该规定期间内存储的上述驱动电流的最大值消除，上述光功率峰值保持部在经过上述规定期间后，将该规定期间内存储的上述光的功率的最大值消除。
这样，通过在经过规定期间后将驱动电流的最大值、光的功率的最大值消除，能够减小驱动电流峰值保持部、光功率峰值保持部内的临时存储部的容量。另外，即使在使用者切换为低输出的动作而长期运用的情况下，也能够抑制成为内存已满的情况并对现状下的激光二极管劣化度进行诊断。
另外，优选上述光源还具有放大用光纤，上述放大用光纤添加了被从上述多个激光二极管射出的光激励的活性元素。
在该情况下，光源由光纤激光装置形成，多个激光二极管成为射出激励光的激励光源部。在这种光源中，从多个激光二极管射出的光对活性元素进行激励，且从被激励的活性元素放射的光从放大用光纤射出。在该情况下，与从激光二极管射出的光从直接光源射出的情况相比，对激光二极管施加电流的时机与从光源射出光的时机处于更加错开的趋势。但是，根据由驱动电流的最大值和光的功率的最大值来推定光源的劣化度的本发明的激光装置，即使在具有上述那种放大用光纤的情况下，也能够适当地推定光源的劣化的状态。
另外，也可以为：上述激光装置还具备放大用光纤，上述放大用光纤添加了被从上述光源射出的光激励的活性元素，上述驱动电流峰值保持部对入射至上述放大用光纤之前的上述光的功率的最大值进行保持。
在该情况下，从光源射出的光对放大用光纤的活性元素进行激励，因而光源能够理解为激励光源，激光装置整体构成光纤激光装置。即使在这种情况下，也能够适当地推定光源的劣化的状态。另外，在该情况下，通过组合其它监视器，更加能够推定光纤激光整体的故障部位。
另外，为了解决上述课题，本发明为一种激光装置的光源劣化度推定方法，其特征在于，上述光源具有多个激光二极管，上述激光装置的光源劣化度推定方法具备：驱动电流峰值保持步骤，其中，对施加至上述多个激光二极管的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；光功率峰值保持步骤，其中，对从上述光源射出的光的功率在上述规定期间内的最大值进行保持；以及劣化度推定步骤，其中，参照对上述驱动电流的大小、上述光的功率的大小以及上述光源的劣化度的关系进行存储的存储器，并根据在上述驱动电流峰值保持步骤保持的上述驱动电流在上述规定期间内的最大值以及在上述光功率峰值保持步骤保持的上述光的功率在上述规定期间内的最大值，对上述劣化度进行推定。
根据这种激光装置的光源劣化度推定方法，根据在规定期间内的驱动电流的最大值与光的功率的最大值对光源的劣化度进行推定，从而能够适当地对光源的劣化的状态进行推定。
另外，优选上述存储器还对上述劣化度与上述光源到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系进行存储，激光装置的光源劣化度推定方法还具备使用寿命时间推定步骤，在使用寿命时间推定步骤中，根据推定出的上述劣化度对到达上述使用寿命为止的时间进一步进行推定。
根据这种激光装置的光源劣化度推定方法，激光装置的使用者能够掌握光源到达使用寿命为止的时间，而能够在适当的时期准备备用的光源等。
如以上说明的那样，根据本发明，提供一种可适当地对使用有激光二极管的光源的劣化的状态进行推定的激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式中的激光装置的图。
图2是示意性地表示存储于存储器的驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源的劣化度的关系的图。
图3是示意性地表示存储于存储器的劣化度与光源到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系的图。
图4是表示处理器的动作的流程图。
图5是示意性地表示在光源劣化的情况下，且在控制部对驱动电源部进行控制来增加驱动电流的情况下，驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源的劣化度的关系的图。
图6是表示本发明的第2实施方式中的激光装置的图。
图7是表示本发明的第3实施方式中的激光装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法的适宜的实施方式详细地进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本实施方式所涉及的激光装置的图。如图1所示，本实施方式的激光装置1具备光源2、光功率监视部30、驱动电源部41、驱动电流监视部42、处理器50以及存储器56作为主要结构。
光源2具备如下部件作为主要结构：激励光源部20，其射出激励光；放大用光纤13，其供从激励光源部20射出的激励光入射，并添加被激励光激励的活性元素；光纤12，其连接于放大用光纤13的一端；高反射率FBG16，其设置于光纤12；组合器10，其用于向光纤12入射激励光；光纤14，其连接于放大用光纤13的另一端；以及低反射率FBG17，其设置于光纤14。能够理解为由放大用光纤13、高反射率FBG16以及低反射率FBG17形成共振器，光源2由光纤激光装置构成。
激励光源部20由多个激光二极管21构成，并射出对添加于放大用光纤13的活性元素进行激励的波长的激励光。激励光源部20的各个激光二极管21连接于激励光用光纤25，从激光二极管21射出的光在光学连接于各个激光二极管21的激励光用光纤25传播。作为激励光用光纤25，例如能够举出多模光纤，在该情况下，激励光在激励光用光纤25中作为多模光进行传播。此外，如后述那样，在添加于放大用光纤13的活性元素为镱的情况下，激励光的波长例如为915nm。
放大用光纤13由纤芯、无间隙地包围纤芯的外周面的内侧包层、覆盖内侧包层的外周面的外侧包层以及覆盖外侧包层的外周面的覆盖层构成。作为构成放大用光纤13的纤芯的材料，例如可举出添加了使折射率上升的锗等元素以及被从激励光源部20射出的光激励的镱(Yb)等活性元素的石英。作为这种活性元素，可举出稀土元素，作为稀土元素，除上述镱之外，可举出铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)、铒(Er)等。此外，作为活性元素，除稀土元素之外，可举出铋(Bi)等。另外，作为构成放大用光纤13的内侧包层的材料，例如可举出不添加任何掺杂剂的纯石英。此外，在未对纤芯添加有使折射率上升的元素的情况下，包层例如由添加了氟等使折射率降低的元素的石英构成。另外，作为构成放大用光纤13的外侧包层的材料，例如可举出折射率低于内侧包层的树脂，作为构成放大用光纤13的覆盖层的材料，例如可举出与构成外侧包层的树脂不同的紫外线固化树脂。放大用光纤13形成为主要传播基本模的光的单模光纤，但也可以以使功率较大的信号光能够在放大用光纤的纤芯传播的方式形成为如下结构：使纤芯的直径形成为与多模光纤的纤芯相同，并且也主要传播基本模的光。或者，放大用光纤13也可以形成为维持在纤芯传播的光的光束品质并且对多模的光进行传播的少模光纤，也可以在不在乎光束品质的情况下形成为多模光纤。
光纤12除未在纤芯添加活性元素这方面之外，形成为与放大用光纤13相同的结构。光纤12的纤芯的中心轴与放大用光纤13的纤芯的中心轴对齐，且光纤12连接于放大用光纤13的一端。因此，放大用光纤13的纤芯与光纤12的纤芯光学耦合，放大用光纤13的内侧包层与光纤12的内侧包层光学耦合。
另外，高反射率FBG16设置于光纤12的纤芯。这样，高反射率FBG16设置于放大用光纤13的一端侧。高反射率FBG16通过沿着光纤12的长边方向以一定的周期重复折射率增高的部分而构成。通过调整该周期，高反射率FBG16对激励状态下的放大用光纤13的活性元素所放射的光中的特定波长的光进行反射。在如上述那样添加于放大用光纤13的活性元素为镱的情况下，高反射率FBG16以例如99％以上的反射率对例如波长为1060nm的光进行反射。
另外，在组合器10中，在光纤12的内侧包层连接有激励光用光纤25的纤芯。这样，跟激励光源部20连接的激励光用光纤25与放大用光纤13的内侧包层经由光纤12的内侧包层而光学耦合。
光纤14除未添加有活性元素之外，由与放大用光纤13的纤芯相同的纤芯、无间隙地包围该纤芯的外周面并与放大用光纤13的内侧包层相同的结构的包层以及对包层的外周面进行覆盖的覆盖层构成。光纤14连接于放大用光纤13的另一端，且放大用光纤13的纤芯与光纤14的纤芯光学耦合。
另外，低反射率FBG17设置于光纤14的纤芯。这样，低反射率FBG17设置于放大用光纤13的另一端侧。低反射率FBG17构成为：沿着光纤14的长边方向以一定的周期重复折射率增高的部分，并以低于高反射率FBG16的反射率对高反射率FBG16所反射的光的至少一部分的波长的光进行反射。低反射率FBG17例如构成为：以50％的反射率对与高反射率FBG16所反射的光相同的波长的光进行反射。因此，在如上述那样高反射率FBG16对波长为1060nm的光进行反射的情况下，该波长的光的一部分透过低反射率FBG17，且透过的光从光纤14射出。
因此，在本实施方式中，光源2形成至光纤14的包括低反射率FBG17的至少一部分为止。
另外，在光纤14的与放大用光纤13侧相反的一侧设置有耦合器15，在耦合器15中，输送光纤亦即光纤18以及监视用光纤亦即光纤19连接于光纤14。此外，光纤14与光纤18也可以形成为一体且由一个光纤构成。在光纤14传播的光的大部分在耦合器15中传播至光纤18，在光纤14传播的光中的一定比例的光在耦合器15中分支至光纤19。
在光纤19连接有光功率监视部30。光功率监视部30具有受光元件31和A/D转换部32。受光元件31由光电二极管等构成，并输出与从光纤19射出的光的功率相应的电压。另外，A/D转换部32电连接于受光元件31，并输出以输入的电压为基础的信号。因此，从光功率监视部30输出有以在光纤19传播的光的功率为基础的信号。在光纤19传播的光如上所述，是在光纤14传播的光中的一定比例的光，因而从光功率监视部30输出有以在光纤14传播的光的功率为基础的信号。因此，光功率监视部30能够理解为对从光源2射出的光的功率进行监视。此外，光功率监视部30只要对从光源2射出的光的功率进行监视即可，并不限定于上述结构。
此外，在本实施方式中，利用耦合器15对在光纤14传播的光的一部分进行分支，并由光功率监视部30对光的功率进行监视，但也可以不使用耦合器15，而利用对在光纤14传播的光的瑞利光进行监视的瑞利监视器，对在光纤14传播的光的功率进行监视。
在光功率监视部30电连接有处理器50。在处理器50电连接有驱动电源部41。驱动电源部41基于从处理器50接收的信号，对光源2的激励光源部20的多个激光二极管21施加规定的电流。
另外，在从驱动电源部41至光源2的激励光源部20的电路径电连接有驱动电流监视部42。驱动电流监视部42对驱动电源部41施加至多个激光二极管21的电流的大小进行监视。驱动电流监视部42电连接于处理器50，并将以驱动电源部41施加至多个激光二极管21的电流的大小为基础的信号输入至处理器50。
处理器50具有控制部51、驱动电流峰值保持部52、光功率峰值保持部53、劣化度推定部54以及使用寿命时间推定部55。另外，在处理器50电连接有存储器56。
控制部51进行驱动电源部41、处理器50内的控制部51以外的区域的控制。
驱动电流峰值保持部52构成为包括例如内部存储器和比较器，并对从驱动电流监视部42输入的驱动电流的电流值的最大值进行保持。此外，该内部存储器也可以由存储器56的一部分代替。在本实施方式中，驱动电流峰值保持部52每隔规定期间被复位，并每经过规定期间后就将保持的驱动电流的最大值消除。因此，驱动电流峰值保持部52对施加至多个激光二极管21的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持。该消除可以由驱动电流峰值保持部52每隔规定期间进行，也可以由控制部51每隔规定期间地控制驱动电流峰值保持部52来进行。另外，该规定期间并不被特别限定，例如形成为1至24小时。
光功率峰值保持部53构成为包括例如内部存储器和比较器，并对从光功率监视部30输入的光功率的最大值进行保持。此外，该内部存储器也可以由存储器56的一部分代替。如上述那样，光功率监视部30能够理解为对从光源2射出的光的功率进行监视，因而对从光功率监视部30输入的光功率的最大值进行存储的光功率峰值保持部53能够理解为对从光源2射出的光的功率的最大值进行保持。在本实施方式中，光功率峰值保持部53每隔驱动电流峰值保持部52被复位的上述的规定期间而被复位，并每经过规定期间后就将保持的光的功率的最大值消除。因此，光功率峰值保持部53对从光源2射出的光的功率在规定期间内的最大值进行保持。该消除可以由光功率峰值保持部53每隔规定期间进行，也可以由控制部51每隔规定期间地控制光功率峰值保持部53来进行。另外，光功率峰值保持部53被复位的规定期间形成为与驱动电流峰值保持部52被复位的规定期间相同。
劣化度推定部54参照存储器56，并根据保持于驱动电流峰值保持部52的驱动电流的最大值以及保持于光功率峰值保持部53的光的功率的最大值，对光源2的劣化度进行推定。
因此，在存储器56存储有驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源的劣化度的关系。图2是示意性地表示存储于存储器56的驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系的图。在图2中，横轴表示施加至激励光源部20的多个激光二极管21的驱动电流的大小，纵轴表示从光源2射出的光的功率。在图2中，实线表示在激励光源部20的多个激光二极管21的效率并未降低的状态下的驱动电流的大小与光的功率的大小，虚线表示在激励光源部20的多个激光二极管21为10％的劣化度的状态下的驱动电流的大小与光的功率的大小。该劣化度表示：在应在各个激光二极管21并未劣化的状态下施加至多个激光二极管21的驱动电流被施加至光源2已劣化的多个激光二极管21的情况下，从光源2射出的光的功率的降低程度。因此，该劣化度与光源2的效率的降低处于规定的关系。例如，使光源2的激励光源部20具备10个激光二极管21，在来自1个激光二极管21的光的功率为0％、其它激光二极管并未劣化且以光的功率为100％而射出光的情况下，光源2的劣化度为10％。在该情况下，与多个激光二极管21中出现故障的激光二极管21的比率、即故障比率相等。另外，例如，当在最初的驱动电流施加至光源2的多个激光二极管21的状态下，来自多个激光二极管21的每一个的光的功率降低10％时，光源2的劣化度为10％。根据图2可知，在从光源2射出一定的功率的光的情况下，对于施加至激励光源部20的多个激光二极管21的驱动电流而言，光源2劣化的状态下的驱动电流大于光源2未劣化的状态下的驱动电流。此外，在图2中，作为光源2劣化的例子，仅记载有劣化度为10％的情况，但存储器56中例如存储有光源2的劣化度为0％、5％、10％、15％、20％、25％的情况下的驱动电流的大小与光的功率的大小的关系。
劣化度推定部54读出保持于驱动电流峰值保持部52的驱动电流的最大值以及保持于光功率峰值保持部53的光的功率的最大值。然后，判断读出的驱动电流的最大值与光的功率的最大值的关系接近存储于存储器56的哪个劣化度。例如，在从光源2射出的光的功率为5kW、且驱动电流为9.5A的情况下，劣化度推定部54根据图2推定所有激光二极管21无劣化地进行动作，并将其结果输出。另外，例如，在从光源2射出的光的功率为5kW、且驱动电流为10.5A的情况下，劣化度推定部54根据图2推定光源2的劣化度为10％，并将其结果输出。
另外，使用寿命时间推定部55参照存储器56，根据由劣化度推定部54推定出的光源2的劣化度，对光源2到达预先决定的使用寿命为止的时间进行推定。
因此，在存储器56存储有光源2的劣化度与光源2到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系。图3是示意性地表示存储于存储器56的劣化度与光源到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系的图。在图3中，横轴表示光源2的劣化度，纵轴表示从光源2射出的光的大小。如图3所示，在本实施方式中，光源2在所有激光二极管21无劣化地进行动作的情况下，于12万小时后迎来使用寿命，在光源2的劣化度为10％的情况下，于4万小时后迎来使用寿命，在光源2的劣化度为15％的情况下，于2万小时后迎来使用寿命，然后，在光源2的劣化度为25％的情况下，形成为迎来了使用寿命的状态。
使用寿命时间推定部55读取与劣化度推定部54输出的光源2的劣化度相关的信号，若劣化度推定部54的推定结果是光源2的劣化度为10％这一结果，则推定光源2的到达使用寿命为止的时间为4万小时，若劣化度推定部54的推定结果是光源2的劣化度为25％以上这一结果，则将光源2迎来使用寿命的结果输出。
此外，虽然并未特别进行图示，但优选由劣化度推定部54推定出的光源2的劣化度、由使用寿命时间推定部55推定出的光源2的到达使用寿命为止的时间被输出至监视器等输出部而被可视化。
接下来，对激光装置1的动作进行说明。
首先，控制部51控制驱动电源部41，驱动电源部41将规定的驱动电流施加至激励光源部20的各个激光二极管21。于是，从各个激光二极管21射出激励光。从激励光源部20射出的激励光从激励光用光纤25经由光纤12的内侧包层，而入射至放大用光纤13的内侧包层。入射至放大用光纤13的内侧包层的激励光主要在内侧包层传播，并在通过放大用光纤13的纤芯时对添加至纤芯的活性元素进行激励。激励状态下的活性元素放射特定的波长的自发放射光。该自发放射光在放大用光纤13的纤芯传播，一部分的波长的光被高反射率FBG16反射，被反射的光中的可由低反射率FBG17反射的波长的光又被低反射率FBG17反射，从而在高反射率FBG16与低反射率FBG17之间、即在共振器内往返。该光在放大用光纤13的纤芯传播时由于受激辐射而被放大，成为激光振荡状态。然后，被放大的光中的一部分的光透过低反射率FBG17而从光纤14射出。从光纤14射出的大部分光在耦合器15中传播至光纤18，并从光纤18射出。这样，从激光装置1射出光。
接下来，对激光装置1的光源2的劣化度推定方法以及光源2的使用寿命时间推定方法进行说明。
图4是表示光源2的劣化度推定方法以及光源2的使用寿命时间推定方法的流程图。
如上述那样，若从驱动电源部41将规定的驱动电流施加至激励光源部20的各个激光二极管21，则驱动电流监视部42对该驱动电流进行检测，并将与驱动电流的大小相关的信号输入至处理器50。若对处理器50输入与驱动电流的大小相关的信号，则在驱动电流峰值保持步骤ST1中，控制部51对驱动电流峰值保持部52进行控制。被控制部51控制的驱动电流峰值保持部52对驱动电流峰值保持部52在规定期间内已经保持的驱动电流的最大值以及从驱动电流监视部42输入的驱动电流的大小进行比较。若比较的结果是从驱动电流监视部42输入的驱动电流的大小大于驱动电流峰值保持部52已经保持的驱动电流的最大值，则驱动电流峰值保持部52将从驱动电流监视部42输入的驱动电流的大小保持为新的驱动电流的最大值。另一方面，若比较的结果是驱动电流峰值保持部52已经保持的驱动电流的最大值大于从驱动电流监视部42输入的驱动电流的大小，则驱动电流峰值保持部52将一直保持的驱动电流的最大值保持不动。此外，为了排除尖峰噪声等，优选驱动电流监视部42具有低通滤波器，例如不对时间宽度为10μs以下的驱动电流的峰值进行检测。或者，驱动电流峰值保持部52也可以被控制为：在成为驱动电流的最大值的时间宽度为规定的时间、例如10μs以下的情况下，视为尖峰噪声而不作为驱动电流的最大值进行处理。
另外，若如上述那样从光源2射出光，则在光纤14传播的多数光在耦合器15中传播至输送光纤亦即光纤18，但在光纤14传播的光中的一定比例的光传播至光纤19。传播至光纤19的光由受光元件31进行受光。受光元件31输出以受光到的光的功率为基础的电压，该电压输入至A/D转换部32。A/D转换部32输出以输入的电压为基础的信号，该信号输入至处理器50。因此，如上述那样，从包括A/D转换部32的光功率监视部30输出有以在光纤19传播的光的功率为基础的信号。如上述那样，该信号也是以在光纤14传播的光的功率为基础的信号。若对处理器50输入以在光纤14传播的光的功率为基础的信号，则在光功率峰值保持步骤ST2中，控制部51对光功率峰值保持部53进行控制。被控制部51控制的光功率峰值保持部53对光功率峰值保持部53在规定期间内已经保持的光的功率的最大值以及从光功率监视部30输入的光的功率的大小进行比较。若比较的结果是从光功率监视部30输入的光的功率的大小大于光功率峰值保持部53已经保持的光的功率的最大值，则光功率峰值保持部53将从光功率监视部30输入的光的功率的大小保持为新的光的功率的最大值。另一方面，若比较的结果是光功率峰值保持部53已经保持的光的功率的最大值大于从光功率监视部30输入的光的功率的大小，则光功率峰值保持部53将一直保持的光的功率的最大值保持不动。此外，为了将尖峰值高的不期望的光等排除，优选光功率监视部30具有低通滤波器，例如不对时间宽度为10μs以下的光的峰值进行检测。或者，光功率峰值保持部53也可以被控制为：在成为光的功率的最大值的时间长度为规定的时间、例如10μs以下的情况下，视为不期望的光而不作为光的功率的最大值进行处理。
接下来，控制部51在劣化度推定步骤ST3中对劣化度推定部54进行控制。被控制部51控制的劣化度推定部54参照存储器56，并根据保持于驱动电流峰值保持部52的在规定期间内的驱动电流的最大值以及保持于光功率峰值保持部53的在规定期间内的光的功率的最大值，如上述那样对光源2的劣化度进行推定。此外，在如上述那样设置有输出部的情况下，推定出的光源2的劣化度被从该输出部输出。
接下来，控制部51在使用寿命时间推定步骤ST4中控制使用寿命时间推定部55。被控制部51控制的使用寿命时间推定部55参照存储器56，根据如上述那样由劣化度推定部54推定出的光源2的劣化度，对光源2到达预先决定的使用寿命为止的时间进行推定。此外，在如上述那样设置有输出部的情况下，推定出的光源2的到达使用寿命为止的时间被从该输出部输出。
这样，根据本实施方式的激光装置1，对光源2的劣化度以及光源2的到达使用寿命为止的时间进行推定。
若这样推定出的光源2的劣化度以及光源2到达使用寿命为止的时间在规定期间内，则除非更新驱动电流峰值保持部52保持的驱动电流的最大值、或者光功率峰值保持部53保持的光的功率的最大值，否则不进行更新。另外，如上述那样，驱动电流峰值保持部52以及光功率峰值保持部53每隔规定期间被复位，从而在复位后，再次在驱动电流峰值保持部52保持有驱动电流的最大值，并且在光功率峰值保持部53保持有光的功率的最大值。因此，在复位后，再次对光源2的劣化度以及光源2到达使用寿命为止的时间进行推定。
接下来，对光源2劣化导致从光源2射出的光的功率降低的情况下的激光装置1的动作、激光装置1的光源2的劣化度推定方法以及光源2的使用寿命时间推定方法进行说明。
在光源2的激励光源部20中的多个激光二极管21劣化的情况下，从光源2射出的光的功率降低。于是，从光功率监视部30向处理器50输入表示光的功率降低的信号。在本实施方式中，若从光功率监视部30向处理器50输入表示光的功率降低的信号，则控制部51对驱动电源部41进行控制，以便在从光源2射出的光的功率不超过从光功率监视部30输入表示光的功率降低的信号之前的光的功率的范围内增大驱动电流。
图5是示意性地表示在光源2劣化的情况下，且在控制部51对驱动电源部41进行控制来增加驱动电流的情况下，驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系的图。此外，在图5中，示出光源2从未劣化的状态劣化10％的情况下的例子。在如上述那样驱动电源部41被控制的状态下，驱动电源部41如图5中虚线箭头所示那样使电流的值增加。在该情况下，与如图5中点线箭头所示那样驱动电流根本没有增加的情况相比，从光源2射出的光的功率增加。但是，在本例的情况下，与光源2劣化之前、即从光功率监视部30向处理器输入表示光的功率降低的信号之前相比，从光源2射出的光的功率减小。因此，保持于驱动电流峰值保持部52的驱动电流的最大值被更新，但保持于光功率峰值保持部53的光的功率的最大值保持从光功率监视部30输入表示光的功率降低的信号之前的状态不变。但是，由于保持于驱动电流峰值保持部52的驱动电流的最大值被更新，所以与如图5中点线箭头所示那样驱动电流根本没有增加的情况相比，在劣化度推定步骤ST3中，劣化度推定部54能够适当地对光源2的劣化度进行推定，在使用寿命时间推定步骤ST4中，使用寿命时间推定部55能够正确地对光源2到达使用寿命为止的时间进行推定。
另外，优选在光源2的激励光源部20中的多个激光二极管21劣化，且从光功率监视部30向处理器50输入表示光的功率降低的信号的情况下，对驱动电源部41进行控制，以使从光源2射出的光的功率与从光功率监视部30输入表示光的功率降低的信号之前的光的功率同等。即，若表示光的功率降低的信号输入至处理器50，则控制部51增大从驱动电源部41输出的电流，从而以从光源2射出的光的功率变小的状态成为暂时的方式进行反馈控制。在该情况下，驱动电源部41如图5中实线箭头所示那样增加电流的值。通过这样进行控制，保持于光功率峰值保持部53的光的功率的最大值不发生变化，但保持于驱动电流峰值保持部52的驱动电流的最大值被更新。因此，在劣化度推定步骤ST3中，劣化度推定部54能够更适当地对光源2的劣化度进行推定。因此，在使用寿命时间推定步骤ST4中，使用寿命时间推定部55能够更正确地对光源2到达使用寿命为止的时间进行推定。
如以上说明的那样，本实施方式的激光装置1具备：光源2，其具有多个激光二极管21；驱动电流峰值保持部52，其对施加至多个激光二极管21的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；光功率峰值保持部53，其对从光源2射出的光的功率在该规定期间内的最大值进行保持；存储器56，其对驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系进行存储；以及劣化度推定部54，其参照存储器56，并根据保持于驱动电流峰值保持部52的驱动电流在规定期间内的最大值以及保持于光功率峰值保持部53的光的功率在规定期间内的最大值，对劣化度进行推定。
另外，在本实施方式的激光装置1的光源2的劣化度推定方法中，具备：驱动电流峰值保持步骤ST1，其中，对施加至多个激光二极管21的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；光功率峰值保持步骤ST2，其中，对从光源2射出的光的功率在该规定期间内的最大值进行保持；以及劣化度推定步骤ST3，其中，参照对驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系进行存储的存储器56，并根据在驱动电流峰值保持步骤ST1保持的驱动电流在规定期间内的最大值以及在光功率峰值保持步骤ST2保持的光的功率在规定期间内的最大值，对劣化度进行推定。
根据这种本实施方式的激光装置1、激光装置1的光源2的劣化度推定方法，即使在施加至激光二极管的驱动电流的大小成为最大的时机以及从具有多个激光二极管的光源射出的光的功率成为最大的时机不一致的情况下，通过根据在规定期间内的驱动电流的最大值与光的功率的最大值来推定光源的劣化度，也能够适当地对光源的劣化的状态进行推定。
另外，在本实施方式的激光装置1中，存储器56还对劣化度与光源2到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系进行存储，激光装置1还具备使用寿命时间推定部55，使用寿命时间推定部55参照存储器56，根据推定出的劣化度对到达该使用寿命为止的时间进一步进行推定。另外，在本实施方式的激光装置1的光源2的劣化度推定方法中，还具备使用寿命时间推定步骤ST4，在使用寿命时间推定步骤ST4中，根据推定出的劣化度对光源2到达预先决定的使用寿命为止的时间进一步进行推定。
即使适当地推定出光源2的劣化的状态，使用者也难以基于推定出的劣化度而掌握激光装置1的到达使用寿命为止的时间。但是，如本实施方式那样，通过根据光源2的劣化度对到达使用寿命为止的时间进行推定，激光装置1的使用者能够容易地掌握到达使用寿命为止的时间，而能够在适当的时期准备备用的光源等。
(第2实施方式)
接下来，参照图6对本发明的第2实施方式详细地进行说明。此外，针对与第1实施方式相同或者同等的构成要素，除特别进行说明的情况之外，标注相同的参照附图标记并省略重复的说明。
图6是表示本实施方式所涉及的激光装置1的图。如图6所示，在本实施方式的激光装置1中，放大用光纤13配置于光源2的外侧，光源2形成为与第1实施方式的激励光源部20相同的结构。
光源2的各个激光二极管21与第1实施方式的激励光源部20相同地连接于激励光用光纤25。各个激励光用光纤25与第1实施方式相同地，在组合器10中连接于形成有高反射率FBG16的光纤12。光纤12的与组合器10侧相反的一侧的端部与第1实施方式相同地连接于放大用光纤13。放大用光纤13的与光纤12侧相反的一侧的端部与第1实施方式相同地连接于形成有低反射率FBG17的光纤14。光纤14的与放大用光纤13侧相反的一侧连接于输送光纤亦即光纤18。
在本实施方式中，在光纤12中的组合器10与高反射率FBG16之间设置有耦合器15。在光纤12传播的光的大部分在耦合器15中保持原样不变地继续在光纤12传播，但在光纤12传播的光中的一定比例的光在耦合器15中分支至光纤19。
本实施方式的激光装置1包括光源2和放大用光纤13而构成光纤激光装置。换句话说，在第1实施方式的激光装置1中，由光功率监视部30对从放大用光纤13射出的光的功率进行监视，相对于此，在本实施方式的激光装置1中，光功率监视部30对入射至放大用光纤13之前的光的功率进行监视，光功率峰值保持部53对入射至放大用光纤13之前的光的功率在规定期间内的最大值进行保持。因此，在劣化度推定部54所参照的存储器56存储的驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系与第1实施方式中的存储于存储器56的驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系不同。此外，在本实施方式中，也可以不使用耦合器15，而利用对在光纤12传播的光的瑞利光进行监视的瑞利监视器，对在光纤12传播的光的功率进行监视。
在这种本实施方式的激光装置1中，与第1实施方式的激光装置1的光源2的劣化度推定方法以及光源2的使用寿命时间推定方法相同地，可对光源2的劣化度以及光源2到达使用寿命为止的时间进行推定。
根据本实施方式的激光装置1，能够对作为激励光源部的光源2的劣化度、使用寿命时间进行推定。
(第3实施方式)
接下来，参照图7对本发明的第3实施方式详细地进行说明。此外，针对与第1实施方式相同或者同等的构成要素，除特别进行说明的情况之外，标注相同的参照附图标记并省略重复的说明。
图7是表示本实施方式所涉及的激光装置1的图。如图7所示，在本实施方式的激光装置1中，光源2具备多个激光单元2a。各个激光单元2a形成为与第1实施方式的光源2相同的结构。换句话说，本实施方式的激光装置1中的光源2形成为具有多个第1实施方式的光源2的结构。但是，本实施方式的激光单元2a的激励光源部20也可以具有1个以上的激光二极管21。从各个光源2射出光的各个光纤14在组合器60中连接于输送光纤亦即光纤18。
在本实施方式中，在光纤18的中途设置有耦合器15。因此，在光纤18传播的光的大部分在耦合器15中保持原样不变地继续在光纤18传播，但在光纤18传播的光中的一定比例的光在耦合器15中分支至光纤19。
如上述那样，各个激光单元2a是与第1实施方式的光源2相同的结构，因而第1实施方式的激光装置1能够理解为利用光功率监视部30对从1个激光单元射出的光的功率进行监视，相对于此，在本实施方式的激光装置1中，由光功率监视部30对从多个激光单元2a射出的光的功率进行监视。但是，在由光功率监视部30对从具有多个激光二极管21的光源2射出的光的功率进行监视这方面，第1实施方式的激光装置1与本实施方式的激光装置1都相同。此外，在本实施方式中，也可以不使用耦合器15，而利用对在光纤18传播的光的瑞利光进行监视的瑞利监视器，对在光纤18传播的光的功率进行监视。光功率峰值保持部53对从多个激光单元2a射出的光的功率在规定期间内的最大值进行保持。因此，在劣化度推定部54所参照的存储器56存储的驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系与第1实施方式中的存储于存储器56的驱动电流的大小、光的功率的大小以及光源2的劣化度的关系不同。
这样，即使在光源2由多个激光单元2a构成的情况下，也与第1实施方式的激光装置1的光源2的劣化度推定方法以及光源2的使用寿命时间推定方法相同地，可对光源2的劣化度以及光源2到达预先决定的使用寿命为止的时间进行推定。
以上，以上述实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式，而能够适当地进行变更。
例如，在第1、第2实施方式中，放大用光纤13、高反射率FBG16以及低反射率FBG17并非必需的结构。在省略该结构的情况下，第1实施方式的激光装置1与第2实施方式的激光装置实质上成为相同的结构。另外，第3实施方式的各激光单元2a也可以形成为与第2实施方式的光源2相同的结构。
另外，在上述实施方式中，即使在使用有放大用光纤13的情况下，高反射率FBG16以及低反射率FBG17也不是必需的。例如，第1实施方式的光源2、第2实施方式的激光装置1、第3实施方式的各激光单元2a也可以由具有与激励光源部不同的种光源部的MO-PA(MasterOscillator-Power Amplifier：主控振荡器的功率放大器)型的光纤激光装置构成。
另外，在上述实施方式中，激光装置1具有驱动电流监视部42，驱动电流峰值保持部52根据来自驱动电流监视部42的信号，对从驱动电流监视部42输入的驱动电流的电流值的最大值进行保持。但是，驱动电流监视部42不是必需的，例如，驱动电流峰值保持部52也可以基于用于使控制部51对驱动电源部41进行控制的信号，对驱动电流的最大值进行保持。
根据本发明，提供一种可适当地对使用有激光二极管的光源的劣化的状态进行推定的激光装置、激光装置的光源劣化度推定方法，能够在激光加工领域、医疗领域等各种产业中使用。
附图标记说明：
1…激光装置；2…光源；2a…激光单元；13…放大用光纤；16…高反射率FBG；17…低反射率FBG；20…激励光源部；21…激光二极管；30…光功率监视部；41…驱动电源部；42…驱动电流监视部；50…处理器；51…控制部；52…驱动电流峰值保持部；53…光功率峰值保持部；54…劣化度推定部；55…使用寿命时间推定部；56…存储器；ST1…驱动电流峰值保持步骤；ST2…光功率峰值保持步骤；ST3…劣化度推定步骤；ST4…使用寿命时间推定步骤

Claims (9)

1.一种激光装置，其特征在于，具备：
光源，其具有多个激光二极管；
驱动电流峰值保持部，其对施加至所述多个激光二极管的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；
光功率峰值保持部，其对从所述光源射出的光的功率在所述规定期间内的最大值进行保持；
存储器，其对所述驱动电流的大小、所述光的功率的大小以及所述光源的劣化度的关系进行存储；以及
劣化度推定部，其参照所述存储器，并根据保持于所述驱动电流峰值保持部的所述驱动电流在所述规定期间内的最大值以及保持于所述光功率峰值保持部的所述光的功率在所述规定期间内的最大值，对所述劣化度进行推定。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，
所述存储器还对所述劣化度与所述光源到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系进行存储，
所述激光装置还具备使用寿命时间推定部，所述使用寿命时间推定部参照所述存储器，根据推定出的所述劣化度对到达所述使用寿命为止的时间进一步进行推定。
3.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，还具备：
控制部；
驱动电源部，其对所述多个激光二极管施加电流；以及
光功率监视部，其对从所述光源射出的光的功率进行监视，
在从所述光功率监视部输入表示所述光的功率降低的信号的情况下，所述控制部对所述驱动电源部进行控制，以便在从所述光源射出的所述光的功率不超过从所述光功率监视部输入表示所述光的功率降低的信号之前的所述光的功率的范围内增大所述驱动电流。
4.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，还具备：
控制部；
驱动电源部，其对所述多个激光二极管施加电流；以及
光功率监视部，其对从所述光源射出的光的功率进行监视，
在从所述光功率监视部输入表示所述光的功率降低的信号的情况下，所述控制部对所述驱动电源部进行控制，以使从所述光源射出的所述光的功率与从所述光功率监视部输入表示所述光的功率降低的信号之前的所述光的功率同等。
5.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，
所述驱动电流峰值保持部在经过所述规定期间后，将该规定期间内存储的所述驱动电流的最大值消除，
所述光功率峰值保持部在经过所述规定期间后，将该规定期间内存储的所述光的功率的最大值消除。
6.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，
所述光源还具有放大用光纤，所述放大用光纤添加了被从所述多个激光二极管射出的光激励的活性元素。
7.根据权利要求1或2所述的激光装置，其特征在于，
所述激光装置还具备放大用光纤，所述放大用光纤添加了被从所述光源射出的光激励的活性元素，
所述驱动电流峰值保持部对入射至所述放大用光纤之前的所述光的功率的最大值进行保持。
8.一种激光装置的光源劣化度推定方法，其特征在于，
所述光源具有多个激光二极管，
所述激光装置的光源劣化度推定方法具备：
驱动电流峰值保持步骤，其中，对施加至所述多个激光二极管的驱动电流在规定期间内的最大值进行保持；
光功率峰值保持步骤，其中，对从所述光源射出的光的功率在所述规定期间内的最大值进行保持；以及
劣化度推定步骤，其中，参照对所述驱动电流的大小、所述光的功率的大小以及所述光源的劣化度的关系进行存储的存储器，并根据在所述驱动电流峰值保持步骤保持的所述驱动电流在所述规定期间内的最大值以及在所述光功率峰值保持步骤保持的所述光的功率在所述规定期间内的最大值，对所述劣化度进行推定。
9.根据权利要求8所述的激光装置的光源劣化度推定方法，其特征在于，
所述存储器还对所述劣化度与所述光源到达预先决定的使用寿命为止的时间的关系进行存储，
所述激光装置的光源劣化度推定方法还具备使用寿命时间推定步骤，在使用寿命时间推定步骤中，根据推定出的所述劣化度对到达所述使用寿命为止的时间进一步进行推定。
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