CN111771310B - 激光振荡装置 - Google Patents

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Abstract

激光振荡装置(100)具有：激光振荡部，其是产生波长彼此不同的多个第1激光的激光振荡部；以及多个传感器(32a、32b、32c)，它们的表示相对于多个第1激光的波长的受光灵敏度的灵敏度特性彼此不同，输出与多个第1激光的输出相对应的第1电压。激光振荡装置(100)具有运算部(4)，该运算部(4)用于使用多个传感器(32a、32b、32c)各自的灵敏度特性对多个第1电压进行校正，通过校正后的多个第1电压即多个第2电压对激光振荡部进行控制。

Description

激光振荡装置
技术领域
本发明涉及将波长彼此不同的多个激光耦合而作为1个激光进行输出的激光振荡装置。
背景技术
近年来，在工业用的激光加工机中下述技术正在受到关注，即，通过将从输出波长彼此不同的激光的多个半导体激光器射出的激光进行耦合而实现高输出。专利文献1中公开的激光装置具有：频谱检测器，其是对波长彼此不同的多个激光的输出进行检测而输出与检测到的激光的输出相对应的电压值的激光输出检测部；多波长振荡控制机构，其对多个激光的波长峰值的能量进行控制；以及控制部，其基于由频谱检测器得到的检测结果而对所述多波长振荡控制机构进行控制。专利文献1中公开的激光装置，基于1个频谱检测器的检测结果对激光的输出进行控制。
专利文献1：日本特开2013－062484号公报
发明内容
如上述频谱检测器那样，对激光的输出进行检测的输出检测部的灵敏度根据波长而不同，因此即使在向输出检测部射入相同强度的激光的情况下，从输出检测部输出的电压值也会根据每个波长而成为不同的值。在专利文献1的激光装置中，例如在多个波长内、第1波长的激光的输出降低的情况下，通过从受光到第1波长的激光的输出检测部输出的电压值对多个波长的激光的输出一律地进行控制。因此，存在下述课题，即，无法使波长彼此不同的多个激光耦合后的1个激光的输出值与目标值一致。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够使波长彼此不同的多个激光耦合后的1个激光的输出控制的精度提高的激光振荡装置。
为了解决上述的课题，并达到目的，本发明的激光振荡装置具有：激光振荡部，其产生多个波长彼此不同的第1激光；以及多个传感器，它们的表示相对于多个第1激光各自的波长的受光灵敏度的灵敏度特性彼此不同，输出与多个第1激光的输出相对应的第1电压。激光振荡装置具有运算部，其用于使用多个传感器各自的灵敏度特性对多个第1电压进行校正，通过校正后的多个第1电压即多个第2电压对激光振荡部进行控制。
发明的效果
本发明所涉及的激光振荡装置具有下述效果，即，能够使波长彼此不同的多个激光耦合后的1个激光的输出控制的精度提高。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的激光振荡装置的结构图。
图2是用于对图1所示的多个传感器各自的灵敏度特性和传感器输出进行说明的图。
图3是用于对图1所示的激光振荡装置的动作进行说明的流程图。
图4是本发明的实施方式的第1变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。
图5是本发明的实施方式的第2变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。
图6是本发明的实施方式的第3变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。
图7是用于对图6所示的激光振荡装置的动作进行说明的流程图。
图8是本发明的实施方式的第4变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。
图9是用于对图8所示的激光振荡装置的动作进行说明的流程图。
图10是表示实现本发明的实施方式的激光输出控制部的硬件结构的一个例子的图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的激光振荡装置详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。
实施方式.
图1是本发明的实施方式所涉及的激光振荡装置的结构图。实施方式所涉及的激光振荡装置100具有：激光谐振器1，其是将波长彼此不同的多个激光耦合而作为1个激光10输出的激光振荡部；第1部分反射镜2，其对从激光谐振器1输出的激光10的一部分进行反射；输出检测部3，其对由第1部分反射镜2反射出的激光进行检测；运算部4；控制部5；存储部6；以及驱动电源7。运算部4、控制部5及存储部6构成激光输出控制部300。
激光谐振器1具有全反射镜1a、第2部分反射镜1b和激励部200。例如，在半导体激光器的情况下，向激励部200的有源层供给来自驱动电源7的电力。在YAG激光器的情况下，通过将来自驱动电源7的电力向灯供给而向激励部200的YAG棒照射来自灯的光，或通过将来自驱动电源7的电力向激光二极管供给而向激励部200的YAG棒照射来自激光二极管的激光。在气体激光器的情况下，通过向激励部200内的激光气体供给来自驱动电源7的电力而进行放电。如果如上所述从驱动电源7向激励部200供给电力，则从激励部200输出的光在全反射镜1a和第2部分反射镜1b之间共振，共振后的光的一部分作为激光10从激光谐振器1输出。激光10例如是将如波长λ1、波长λ2、波长λ3及波长λ4这样彼此不同波长的激光耦合后的光。此外，激光10所包含的波长数为多个即可，并不限定于4个。
以下有时将波长λ1简称为λ1。同样地，以下有时将波长λ2、波长λ3、波长λ4简称为λ2、λ3、λ4。从激光谐振器1输出的激光10，其大半透过第1部分反射镜2，剩余的一部分射入至输出检测部3。λ2比λ1长，λ3比λ2长，λ4比λ3长。
对激光进行检测的输出检测部3检测从第1部分反射镜2射入的激光的输出，将与检测出的激光的输出相对应的电压值进行输出。输出检测部3具有：积分球33，其被从第1部分反射镜2射入激光；以及多个传感器32a、32b、32c，它们设置于积分球33。
多个传感器32a、32b、32c各自的灵敏度特性相互不同，该灵敏度特性表示相对于射入至积分球33的激光的波长的受光灵敏度。多个传感器32a、32b、32c各自与射入至积分球33的激光的强度和灵敏度特性相应地，将针对每个波长的第1电压即电压值进行输出。即，多个传感器32a、32b、32c各自的灵敏度特性相互不同，将与多个第1激光的输出相对应的第1电压进行输出，该灵敏度特性表示相对于多个第1激光各自的波长的受光灵敏度。下面，有时将多个传感器32a、32b、32c各自称为各传感器。有时将从多个传感器32a、32b、32c各自输出的针对每个波长的电压值称为传感器输出。
图2是用于对图1所示的多个传感器各自的灵敏度特性和传感器输出进行说明的图。在图2中从上向下依次示出多个传感器各自的灵敏度特性、彼此不同波长的多个激光各自的频谱、传感器32a的输出、传感器32b的输出和传感器32c的输出。
从图2的上方起在第1层示出相对于射入的激光的波长的传感器32a的受光灵敏度、相对于射入的激光的波长的传感器32b的受光灵敏度、以及相对于射入的激光的波长的传感器32c的受光灵敏度。如图2所示，传感器32a、32b、32c各自的受光灵敏度是与波长相对应而不同的值。如从图2的上方起第1层所示，传感器32a的灵敏度特性是在λ1和λ2处灵敏度变高这样的灵敏度特性，传感器32b的灵敏度特性是在λ2和λ3处灵敏度变高这样的灵敏度特性，传感器32c的灵敏度特性是在λ3和λ4处灵敏度变高这样的灵敏度特性。
从图2的上方起在第2层作为激光输出而示出了向积分球33射入的激光的一个例子。在图2所示的例子中，激光输出的λ1、λ2、λ3及λ4中的功率都为1kW。
从图2的上方起在3层示出了图2的第2层所示的激光射入至从图2的上方起在第1层所示的受光灵敏度的传感器32a时的传感器输出。如从图2的上方起第3层所示，从传感器32a输出的传感器输出中的与λ1相对应的值为1.0V，从传感器32a输出的传感器输出中的与λ2相对应的值为0.6V。在图2所示的例子中，从传感器32a输出的传感器输出的各波长的电压值的合计成为1.6V。
从图2的上方起在第4层示出了图2的第2层所示的激光射入至从图2的上方起第1层所示的受光灵敏度的传感器32b时的传感器输出。如从图2的上方起第4层所示，从传感器32b输出的传感器输出中的与λ2相对应的值为0.4V，从传感器32b输出的传感器输出中的与λ3相对应的值为0.5V。在图2所示的例子中，从传感器32b输出的传感器输出的各波长的电压值的合计成为0.9V。
从图2的上方起在第5层示出了图2的第2层所示的激光射入至从图2的上方起第1层所示的受光灵敏度的传感器32c时的传感器输出。如从图2的上方起第5层所示，从传感器32c输出的传感器输出中的与λ3相对应的值为0.1V，从传感器32c输出的传感器输出中的与λ4相对应的值为0.3V。在图2所示的例子中，从传感器32c输出的传感器输出的各波长的电压值的合计成为0.4V。
如上所述，图1所示的输出检测部3使用灵敏度特性不同的3个传感器32a、32b、32c，3个传感器32a、32b、32c的传感器输出成为不同的值。
实施方式所涉及的激光振荡装置100具有运算部4，该运算部4为了使从激光谐振器1输出的激光10的输出与目标输出一致，对具有图2所示的灵敏度特性的3个传感器32a、32b、32c各自的传感器输出进行校正，使用校正后的传感器输出对各波长的激光输出进行控制。运算部4是运算单元，其用于使用多个传感器各自的灵敏度特性对多个第1电压进行校正，通过校正后的多个第1电压即多个第2电压对激光振荡部进行控制。另外，运算部4使用多个第2电压的合计值对激光振荡部进行控制，以使得将多个第1激光耦合后的第2激光的输出值与目标值一致。接下来，使用图3对图1所示的激光振荡装置100的动作进行说明。
图3是用于对图1所示的激光振荡装置的动作进行说明的流程图。
在步骤S1中，进行激光振荡装置100的初始状态的设定。在设定内容中举出下面的内容。这些设定内容存储于存储部6。此外，在下面的设定内容中，尾标的“a”表示全部波长。尾标的“0”表示初始。“k”(k＝1、2、···、km)表示传感器的编号，例如传感器32a的编号为1，传感器32b的编号为2，传感器32c的编号为3。Km表示传感器的数量。“n”表示波长的编号。
(1)λ1至λ4的多个激光的输出的合计值Wa0[W]
(2)各传感器的传感器输出的合计值Va0(k)[V]
(3)λ1至λ4的多个激光各自的输出的值W0(n)[W]
(4)与λ1至λ4的多个激光各自的输出相对应的各传感器的传感器输出V0(k，n)[V]
(5)相对应λ1至λ4的多个激光各自的各传感器的传感器灵敏度α(k，n)[kW/V]
(6)相对于各传感器的各波长的输出比例β0(k，n)
(7)由各传感器检测的激光的波长f(k，n)
(8)对同一波长进行检测的多个传感器g(k，n)
关于上述(7)的激光的波长f，例如作为由传感器32a检测的激光的波长为λ1及λ2，作为由传感器32b检测的激光的波长为λ2及λ3，作为由传感器32c检测的激光的波长为λ3及λ4。上述(8)的多个传感器g，例如都是对λ2的激光输出进行检测的传感器32a及传感器32b。作为上述(8)的多个传感器g的其他例，都是对λ3的激光输出进行检测的传感器32b及传感器32c。
在步骤S2中，在激光振荡装置100动作中，通过加工条件等对输入的激光振荡条件进行设定。在激光振荡条件中举出下面的条件。这些激光振荡条件存储于存储部6。
(9)激光输出Wa[W]
(10)各传感器的目标输出电压Va(k)[V](Va＝Va0×Wa÷Wa0)
(11)相对于各传感器的各波长的目标输出电压V(k，n)[V](V＝Va×β0)
在步骤S3中，按照在步骤S2中所设定的条件进行激光振荡。在进行了激光振荡时，运算部4通过下述(1)对各传感器的目标输出电压Va和各传感器的传感器输出的值即反馈的合计值Va－buck(k)[V]的输出比γ(k)[％]进行运算。
γ＝Va－buck÷Va(k)···(1)
另外在进行了激光振荡时，运算部4对各传感器的输出比γ的平均值γave[％]、该各传感器的传感器输出比的最大值γmax[％]和各传感器的传感器输出比的最小值γmin[％]进行运算。
另外，在进行了激光振荡时，运算部4通过下述(2)式对各传感器间的输出比波动σ[％]进行运算。
σ＝(γmax－γmin)÷γave···(2)
计算出输出比γ的运算部4将输出比γ小于或等于100±2％的传感器所包含的波长作为q(n)而登记于存储部6。并且运算部4将仅对q(n)的波长进行检测的传感器作为r(k)而登记于存储部6。
在步骤S4中，运算部4对λ1至λ4各自的激光的输出是否同样地变化进行判定。例如，在各传感器的输出比波动σ全部小于或等于±5％的情况下(S4，Yes)，λ1至λ4各自的激光的输出同样地变化，因此运算部4根据波长而视作在激光输出变化中没有差异，执行步骤S5的处理。
另一方面，运算部4在输出比波动σ及输出比波动σc超过±5％的情况下(S4，No)，在λ1至λ4的激光内，存在一部分激光的输出变化，根据波长而判定为在激光输出变化中存在差异，执行步骤S7的处理。
在步骤S5中，运算部4通过下述(3)式对输出校正率ηave进行运算。
ηave＝1÷γave···(3)
在步骤S6中，运算部4通过下述(4)式，对各传感器的校正后的目标输出电压Va(k)’[V]进行运算。
Va(k)’＝Va(k)×ηave···(4)
在步骤S7中，运算部4设为k＝1，对是否将多个传感器g或仅对q(n)的波长进行检测的传感器r(k)登记于存储部6进行判定。
在多个传感器g或仅对q(n)的波长进行检测的传感器r(k)登记于存储部6的情况下(S7，Yes)，运算部4执行步骤S8的处理。
在多个传感器g或仅对q(n)的波长进行检测的传感器r(k)没有登记于存储部6的情况下(S7，No)，运算部4执行步骤S14的处理。
在步骤S8中，运算部4将登记的多个传感器g各自的输出比γ[％]进行比较，对它们的差异是否小于或等于±10％进行判定。
在多个传感器g各自的输出比γ的差异小于或等于±10％的情况下(S8，Yes)，运算部4执行步骤S14的处理。具体地说，在λ1的输出比γ为95％、λ2的输出比γ为100.0％的情况下，仅λ1的输出比γ降低，但激光10整体的输出的变化小，因此运算部4视作λ1至λ4各自的激光的输出同样地变化，执行步骤S14的处理。
另一方面，在多个传感器g各自的输出比γ的差异超过±10％的情况下(S8，No)，运算部4执行步骤S9的处理。
在步骤S9中，运算部4将登记于存储部6的q(n)以外的波长作为激光输出发生了变化的波长h(n)而登记于存储部6。
具体地说，在λ1的输出比γ为87.5％、λ2的输出比γ为100.0％的情况下，尽管由传感器32a及传感器32b这两者检测的λ2的输出比γ没有降低，但仅由传感器32a检测的λ1的输出比γ不断降低，因此运算部4推定为不是由传感器32a的历时劣化引起的传感器输出的降低，而是λ1的激光输出降低。而且运算部4将推定出的激光输出的λ1作为波长h(n)而登记于存储部6。运算部4在登记波长h(n)后，执行步骤S10的处理。
在步骤S10中，运算部4针对各传感器的反馈值，推定各波长下的反馈电压。具体地说，在步骤S10中，运算部4通过下述(5)式对波长h(n)以外的波长q(n)的反馈值Vbuck1(k，n)[V]进行运算。
Vbuck1＝V(k，n)···(5)
另外，在步骤S10中，在波长h(n)的数量在各传感器中为1个的情况下，运算部4通过下述(6)式对波长h(n)的反馈值Vbuck2(k，n)[V]进行运算。
Vbuck2＝Va－Vbuck1(k，n)···(6)
另外，在步骤S10中，在波长h(n)的数量在各传感器中为多个的情况下，运算部4通过下述(7)式对各传感器的各波长下的输出Vbuck3(k，n)[V]进行运算。Va－buck1(k，n)是将各传感器的传感器输出内与发生了变化的波长相对应的传感器输出合计得到的反馈值。βh(k，n)是在各传感器中发生了变化的各波长的输出比例。
Vbuck3＝Va－buck1×βh(k，n)···(7)
在步骤S11中，在“k”小于“km”的情况下(S11，Yes)，运算部4在步骤S12中将“k”加1，然后，重复步骤S7至步骤S11为止的处理。在“k”等于“km”的情况下(S11，No)，运算部4执行步骤S13的处理。
在步骤S13中，运算部4通过下述(8)式对针对每个波长的传感器输出的输出校正率ηave进行运算。
ηave＝Wa÷Wa－buck···(8)
上述(8)式的推定合计输出Wa－buck[kW]是被推定的激光10的输出，通过Wa－buck＝Σ(Wbuck－ave(m))进行运算。M为大于或等于1的整数。Wbuck－ave是各波长的推定传感器输出Wbuck(k，n)[kW]的平均值。Wbuck通过Wbuck＝Vbuck×α进行运算。Vbuck(k，n)[V]是针对各传感器的反馈值推定各波长下的输出电压而得到的值。
在步骤S13的处理后，运算部4在步骤S6中，使用在步骤S13中运算出的传感器输出的输出校正率ηave，对各传感器的校正后的目标输出电压Va(k)’[V]进行运算。
在步骤S14中，运算部4如下述(9)式所示，使各传感器的反馈值Va－buck(k，n)乘以相对于各传感器的各波长的输出比例β0(k，n)，由此推定各波长下的反馈电压Vbuck(k，n)[V]。推定出反馈电压Vbuck(k，n)[V]的运算部4执行步骤S11的处理。
Vbuck＝Va－buck×β0···(9)
图1所示的控制部5使用在步骤S6中运算出的目标输出电压Va(k)’[V]对驱动电源7进行控制，以使得进行耦合的1个激光10的输出值与目标值一致。
在激光振荡装置100中，多个传感器各自的传感器的灵敏度，即相对于激光输出的传感器输出根据波长而不同，因此为了使用传感器输出而高精度地控制激光10的输出，需要考虑相对于激光的波长的各传感器的传感器灵敏度。各传感器输出将与各波长各自相对应的多个传感器输出相加得到的值，因此在各波长各自的激光输出同样地变化的情况下，无需对激光振荡装置100设定考虑了传感器灵敏度的反馈值。此外，在特定波长的激光输出与其他波长的激光输出相比较而大幅地变化的情况下，需要对激光振荡装置100设定基于传感器灵敏度的反馈值。因此，激光振荡装置100在传感器输出变化的情况下，根据相对于各传感器输出的目标值的差异而运算出各波长各自的激光输出是同样地变化、还是特定波长的激光输出与其他波长的激光输出相比较而大幅地变化。
另外，在激光振荡装置100所利用的多个传感器中，存在被输入同一波长的激光输出的传感器。激光振荡装置100对被输入同一波长的激光输出的多个传感器各自的传感器输出的差异进行确定，根据确定出的传感器输出的差异而对输出变化的激光输出的波长进行确定，推定为确定出的波长以外的波长的激光输出没有变化。另外，在无法确定输出变化的激光输出的波长的情况下，激光振荡装置100视作各波长各自的激光输出同样地变化。
另外，激光振荡装置100预想各传感器的针对每个波长的输出电压，使用该输出电压和输出灵敏度对激光10的输出即合计输出进行推定。另外，激光振荡装置100对表示推定出的合计输出相对于作为激光振荡条件所设定出的激光输出Wa为何种程度不同的输出校正率ηave进行运算，使用输出校正率ηave对各传感器的目标输出电压Va(k)’[V]进行运算。
此外，实施方式的激光振荡装置100的结构并不限定于图1所示的例子，也可以如以下这样构成。
图4是本发明的实施方式的第1变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。图4所示的激光振荡装置100A具有激光谐振器1A而取代图1所示的激光谐振器1。在激光谐振器1A中，在全反射镜1a和第2部分反射镜1b之间设置有第1部分反射镜2。
在按照上述方式构成的情况下，也向输出检测部3导入由第1部分反射镜2反射出的激光10的一部分，因此运算部4能够推定输出检测部3所具有的各传感器的传感器输出，对校正后的目标输出电压Va(k)’[V]进行运算。另外，在激光振荡装置100A中，在激光谐振器1A的制造时，第1部分反射镜2装入至激光谐振器1A，因此与在激光谐振器1A的外部设置有第1部分反射镜2的情况相比，第1部分反射镜2的安装位置的调整和激光10向第1部分反射镜2的入射角的调整容易化。
图5是本发明的实施方式的第2变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。图5所示的激光振荡装置100B具有激光谐振器1B和多个驱动电源30、31、32而取代图1所示的激光谐振器1和驱动电源7。
激光谐振器1B具有输出波长彼此不同的激光的多个激光共振模块20、21、22。向激光共振模块20供给来自驱动电源30的电力。向激光共振模块21供给来自驱动电源31的电力。向激光共振模块22供给来自驱动电源32的电力。
从多个激光共振模块20、21、22各自输出的激光，彼此耦合而作为激光10输出。在按照上述方式构成的情况下，也向输出检测部3导入由第1部分反射镜2反射出的激光10的一部分，因此运算部4能够推定输出检测部3所具有的各传感器的传感器输出，对校正后的目标输出电压Va(k)’[V]进行运算。另外，在激光振荡装置100B中使用多个激光共振模块20、21、22，因此与使用图1所示的激光谐振器1的情况相比，在激光振荡装置100B中，对激光共振模块数进行变更，由此激光10的输出调整容易化。
图6是本发明的实施方式的第3变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。图6所示的激光振荡装置100D在第1部分反射镜2的基础上，还具有多个第4部分反射镜81、82、83。
第4部分反射镜81对从激光共振模块20输出的激光的一部分进行反射，使剩余的激光透过。第4部分反射镜82对从激光共振模块21输出的激光的一部分进行反射，使剩余的激光透过。第4部分反射镜83对从激光共振模块22输出的激光的一部分进行反射，使剩余的激光透过。将多个第4部分反射镜81、82、83透过的激光彼此耦合，作为激光10而射入至第1部分反射镜2。此外，以下有时将多个激光共振模块20、21、22各自称为各模块。另外，有时将激光10称为耦合后的激光。
另外，激光振荡装置100D具有多个输出检测部40、41、42、43而取代图5所示的输出检测部3。
输出检测部40与输出检测部3同样地构成。在输出检测部41设置被射入由第4部分反射镜81反射出的激光的传感器。该传感器例如是相当于图1所示的传感器32a的传感器。
在输出检测部42设置被射入由第4部分反射镜82反射出的激光的传感器。该传感器例如是相当于图1所示的传感器32b的传感器。
在输出检测部43设置被射入由第4部分反射镜83反射出的激光的传感器。该传感器例如是相当于图1所示的传感器32c的传感器。
在输出检测部40设置被射入由第1部分反射镜2反射出的激光的多个传感器。该多个传感器例如是图1所示的传感器32a、32b、32c。
图7是用于对图6所示的激光振荡装置的动作进行说明的流程图。在步骤S21中，进行激光振荡装置100D的初始状态的设定。在设定内容中举出下面的内容。这些设定内容存储于存储部6。此外，在下面的设定内容中，尾标的“a”表示全部。尾标的“0”表示初始。尾标的“c”表示耦合后。“k”(k＝1、2、···km)表示传感器的编号，例如传感器32a的编号表示1，传感器32b的编号表示2。Km表示传感器的数量。“n”表示波长的编号。“m”(m＝1、2、···mm)表示激光共振模块的编号，例如激光共振模块20的编号表示1，激光共振模块21的编号表示2。Mm表示激光共振模块的数量。
(1)各模块的激光输出Wa0(m)[W]
(2)耦合后的激光输出的值Wca0[W]
(3)在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的传感器输出(各波长的合计)Va0(m，k)[V]
(4)在输出检测部40设置的多个传感器的传感器输出的合计值(各波长的合计)Vca0(k)[V]
(5)各模块的针对每个波长的激光输出W0(m，n)[W]
(6)与W0相对应的各传感器输出电压V0(m，k，n)[V]
(7)耦合后的激光输出的针对每个波长的激光输出Wco(n)[W]
(8)与Wco相对应的各传感器输出电压Vco(k，n)[V]
(9)在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的针对每个波长的传感器灵敏度α(m，k，n)[kW/V]
(10)在输出检测部40设置的多个传感器的针对每个波长的传感器灵敏度αc(k，n)[kW/V]
(11)在多个输出检测部41、42、43各自设置的相对于传感器的各波长的输出比例β0(m，k，n)
(12)在输出检测部40设置的多个传感器的相对于各波长的输出比例βc0(k，n)
(13)由各传感器检测的激光的波长f(m，k，n)
(14)对同一波长进行检测的多个传感器g(m，k，n)
在步骤S22中对激光振荡条件进行设定。在激光振荡条件中举出下面的条件。这些激光振荡条件存储于存储部6。
(15)激光输出Wca[W]
(16)在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的目标输出电压Va(m，k)[V](Va＝Va0×Wca÷Wca0)
(17)在输出检测部40设置的多个传感器的目标输出电压Vca(k)[V](Vca＝Vca0×Wca÷Wca0)
(18)在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的相对于各波长的目标输出电压V(m，k，n)[V](V＝Va×β0)
(19)在输出检测部40设置的多个传感器的相对于各波长的目标输出电压Vc(k，n)[V](Vc＝Vca(k)×βc0(k，n))
在步骤S23中，按照在步骤S22中所设定的条件进行激光振荡。在进行了激光振荡时，运算部4通过下述(10)式对在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的目标输出电压Va的合计值、和在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的传感器输出的值即反馈值Va－buck(m，k)[V]的输出比γ(m)[％]进行运算。
γ＝ΣVa－buck÷ΣVa···(10)
另外，在进行了激光振荡时，运算部4通过下述(11)式，对来自耦合后的各传感器的输出反馈值Vca－buck(k)[V]和设定值Vca(k)[V]的输出比γc(k)[％]进行运算。
γc＝Vca－buck÷Vca···(11)
另外，在进行了激光振荡时，运算部4对在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器的输出比γ(m)[％]的平均值γave(m)[％]、该传感器的传感器输出的最大值γmax(m)[％]和该传感器的传感器输出的最小值γmin(m)[％]进行运算。
另外，在进行了激光振荡时，运算部4对在输出检测部40设置的多个传感器的输出比γc(k)[％]、该多个传感器的传感器输出的平均值γc－ave[％]、该多个传感器的传感器输出的最大值γc－max[％]和该多个传感器的传感器输出的最小值γc－min[％]进行运算。
另外，在进行了激光振荡时，运算部4通过下述(12)式对在多个输出检测部41、42、43各自设置的传感器间的输出比波动σ[％]进行运算。
σ＝(γmax－γmin)÷γave···(12)
另外，在进行了激光振荡时，运算部4通过下述(13)式对在输出检测部40设置的多个传感器间的输出比波动σc[％]进行运算。
σc＝(γc－max－γc－min)÷γc－ave···(13)
另外，运算部4将输出比γ及输出比γc小于或等于100±2％的传感器所包含的波长作为q(n)而登记于存储部6。另外，运算部4将仅对q(n)的波长进行检测的传感器作为r(k)而登记于存储部6。
在步骤S24中，运算部4对各模块的输出是否同样地变化进行判定。例如，在输出比波动σ及输出比波动σc全部小于或等于±5％的情况下，运算部4判定为各模块的输出同样地变化(S24，Yes)。即，运算部4根据波长而视作在各模块的输出变化中没有差异，执行步骤S25的处理。
另一方面，运算部4在各传感器的输出比波动σ及输出比波动σc的任意者超过±5％的情况下，判定为在各模块的输出内，一部分的模块的输出存在变化(S24，No)。即，运算部4根据波长而判定为在各模块的输出变化存在差异，执行步骤S27的处理。
在步骤S25中，运算部4通过下述(14)式对输出校正率ηc－ave进行运算。
ηc－ave＝1÷γc－ave···(14)
在步骤S26中，运算部4通过下述(15)式，对各传感器的校正后的目标输出电压Va(m，k)’[V]进行运算。
Va(m，k)’＝Va(m，k)×ηc－ave···(15)
在步骤S27中，运算部4设为m＝1，对各模块的输出比γ(m)是否小于或等于±5％进行判定。
在各模块的输出比γ(m)小于或等于±5％的情况下(S27，Yes)，运算部4执行步骤S38的处理。
在各模块的输出比γ(m)超过±5％的情况下(S27，No)，运算部4执行步骤S28的处理。
在步骤S28中，运算部4对λ1至λ4各自的激光的输出是否同样地变化进行判定。例如，在输出比波动σc全部小于或等于±5％的情况下(S28，Yes)，λ1至λ4各自的激光的输出同样地变化，因此运算部4根据波长而视作在激光输出变化中没有差异，执行步骤S38的处理。
另一方面，运算部4在输出比波动σc超过±5％的情况下(S28，No)，在λ1至λ4的激光内，存在一部分的激光的输出变化，根据波长而判定为在激光输出变化中存在差异，执行步骤S29的处理。
在步骤S29中，运算部4设为k＝1，对多个传感器g(m，k，n)或仅对q(n)的波长进行检测的传感器r(k)是否登记于存储部6进行判定。
在多个传感器g或仅对q(n)的波长进行检测的传感器r(k)登记于存储部6的情况下(S29，Yes)，运算部4执行步骤S30的处理。
在多个传感器g或仅对q(n)的波长进行检测的传感器r(k)没有登记于存储部6的情况下(S29，No)，运算部4执行步骤S39的处理。
在步骤S30中，运算部4将登记的多个传感器g各自的输出比γ[％]进行比较，对它们的差异是否小于或等于±10％进行判定。
在多个传感器g各自的输出比γ的差异小于或等于±10％的情况下(S30，Yes)，运算部4执行步骤S39的处理。
在多个传感器g各自的输出比γ的差异超过±10％的情况下(S30，No)，运算部4执行步骤S31的处理。
在步骤S31中，运算部4将登记于存储部6的q(n)以外的波长作为激光输出发生了变化的波长h(m，k，n)而登记于存储部6，在登记了波长h(m，k，n)后，执行步骤S32的处理。
在步骤S32中，运算部4相对于各传感器的反馈值，对各波长下的反馈电压进行推定。具体地说，在步骤S32中，运算部4通过下述(16)式对波长h(m，k，n)以外的波长q(n)的反馈值Vbuck1(m，k，n)[V]进行运算。
Vbuck1＝V(m，k，n)···(16)
另外，在步骤S32中，在波长h(m，k，n)的数量在各传感器中为1个的情况下，运算部4通过下述(17)式对波长h(m，k，n)的反馈值Vbuck2(m，k，n)[V]进行运算。
Vbuck2＝Va(m，k)－Vbuck1(m，k，n)···(17)
另外，在步骤S32中，在波长h(m，k，n)的数量在各传感器中为多个的情况下，运算部4通过下述(18)式对Vbuck3(m，k，n)[V]进行运算。Va－buck1(m，k，n)是相对于各模块中的各传感器的反馈值而推定出各波长下的输出电压的值。βh(m，k，n)是在各传感器中发生了变化的各波长的输出比例。
Vbuck3＝Va－buck1(m，k，n)×βh(m，k，n)···(18)
在步骤S33中，在“k”小于“km”的情况下(S33，Yes)，运算部4在步骤S34中使“k”加1，然后，重复步骤S29至步骤S33为止的处理。在“k”等于“km”的情况下(S33，No)，运算部4执行步骤S35的处理。
在步骤S35中，运算部4通过下述(19)式对针对每个波长的传感器输出的输出校正率ηave(m)进行运算。
ηave＝Wa(m)÷Wa－buck(m)···(19)
上述(19)式的推定合计输出Wa－buck(m)[kW]是被推定的激光10的输出，通过Wa－buck＝Σ(Wbuck－ave(k，n))进行运算。K为大于或等于1的整数。Wbuck－ave是各波长的推定传感器输出Wbuck(m，k，n)[kW]的平均值。Wbuck通过Wbuck＝Vbuck×α进行运算。Vbuck(k，n)[V]是相对于各传感器的反馈值而推定出各波长下的输出电压的值。
在步骤S35的处理后，在步骤S36中“m”小于“mm”的情况下(S36，Yes)，运算部4在步骤S37中使“m”加1，然后，重复步骤S27至步骤S36为止的处理。在“m”等于“mm”的情况下(S36，No)，运算部4执行步骤S26的处理。
在步骤S36的处理后，运算部4在步骤S26中使用在步骤S35中运算出的传感器输出的输出校正率ηave，对各传感器的校正后的目标输出电压Va(k)’[V]进行运算。
在步骤S38中，运算部4通过下述(20)式对输出校正率ηc－ave(m)进行运算。在步骤S38中运算出输出校正率ηc－ave(m)的运算部4执行步骤S36的处理。
ηc－ave＝1÷γave(m)···(20)
在步骤S39中，运算部4如下述(21)式所示，使各传感器的反馈值Va－buck(m，k，n)乘以各传感器的相对于各波长的输出比例β0(m，k，n)，由此对各波长下的反馈电压Vbuck(m，k，n)[V]进行推定。推定出反馈电压Vbuck(m，k，n)[V]的运算部4执行步骤S33的处理。
Vbuck＝Va－buck×β0···(21)
图6所示的控制部5使用在步骤S26中运算出的目标输出电压Va(k)’[V]对各驱动电源进行控制，以使得进行耦合的1个激光10的输出值与目标值一致。
在激光振荡装置100D中，对各模块的激光输出和耦合后的激光输出是否同样地变化进行判定，而对传感器输出的输出校正率进行设定。另外，在激光振荡装置100D中，不仅能够管理来自各模块的激光输出的总和，而且能够进行各模块各自的输出管理和输出控制。例如，在激光共振模块20和激光共振模块21以相同波长振荡出激光的情况下，无法通过输出检测部40对该激光是从多个激光共振模块20、21、22内的哪个激光共振模块输出进行判别。在如上所述的情况下，在激光振荡装置100D中，也使用多个输出检测部41、42、43，由此能够进行各模块各自的输出管理和输出控制。
图8是本发明的实施方式的第4变形例所涉及的激光振荡装置的结构图。图8所示的激光振荡装置100E具有输出检测部8而取代输出检测部3。输出检测部8具有积分球33、多个传感器32a、32b、32c和热敏传感器34。
热敏传感器34是用于根据温度变化对激光输出的强度进行检测的传感器，与多个传感器32a、32b、32c相比，传感器输出的变动少，因此在定期性的传感器输出的校正中被使用。
图9是用于对图8所示的激光振荡装置的动作进行说明的流程图。步骤S1至步骤S14与图3所示的流程图相同。在图9所示的流程图中追加了步骤S40及步骤S41。
在步骤S40中，运算部4进行定期性的输出校正，因此使用热敏传感器34的传感器输出，进行激光振荡装置100E的初始状态的重新设定。
(1)λ1至λ4的多个激光的输出的合计值Wa0－ck[W]
(2)各传感器的传感器输出的合计值Va0－ck(k)[V]
(3)简易校正率s(s＝(Va0－ck/Wa0－ck)/(Va0/Wa0))
另外，在步骤S40中，运算部4使用简易校正率s和预先设定出的设定值x对是否需要校正进行判定。具体地说，在热敏传感器34的传感器输出和激光输出之间存在相关性，因此运算部4将热敏传感器34的传感器输出和响应速度快的多个传感器32a、32b、32c的输出进行比较。比较的结果为，在简易校正率s的变化量处于±Δs以内的情况下，运算部4判定为处于设定误差范围内，将表示不需要校正的标志登记于存储部6。在简易校正率s为1－x≤s≤1+x的情况下，运算部4判定为处于设定误差范围内，将表示不需要校正的标志登记于存储部6。在简易校正率s为s＜1－x、1+x＞s的情况下，运算部4判定为处于设定范围外，在多个传感器32a、32b、32c中可能发生了异常，因此将通知异常的信息进行输出。
在步骤S41中，与步骤S2同样地，将激光输出Wa[W]、各传感器的目标输出电压Va(k)[V]、各传感器的相对于各波长的目标输出电压V(k，n)[V]等激光振荡条件进行重新设定。
根据图8所示的激光振荡装置100E，将响应速度快的多个传感器32a、32b、32c的输出和热敏传感器34的传感器输出进行比较，由此能够确认多个传感器32a、32b、32c的检测灵敏度以何种程度降低。因此，能够对多个传感器32a、32b、32c是否历时劣化、在多个传感器32a、32b、32c中是否发生了异常等进行诊断。
在这里，对实施方式所涉及的激光振荡装置所具有的激光输出控制部的硬件结构进行说明。图10是表示实现本发明的实施方式的激光输出控制部的硬件结构的一个例子的图。
激光输出控制部300是由处理器400及存储器401实现的。
处理器400为CPU(也称为Central Processing Unit、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、DSP(Digital Signal Processor))、或系统LSI(Large Scale Integration)。存储器401相当于RAM(Random Access Memory)、ROM(ReadOnly Memory)、闪存、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、或EEPROM(注册商标)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)这样的半导体存储器。半导体存储器可以为非易失性存储器、也可以为易失性存储器。另外，存储器401除了半导体存储器以外，也可以为磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘或DVD(Digital VersatileDisc)。
将用于执行图3、图7及图9所示的处理的程序预先储存于存储器401，将储存于存储器401的程序由处理器400读出而执行，由此实现激光输出控制部300的功能。
另外，本实施方式所涉及的激光振荡装置具有积分球33，该积分球33设置多个传感器32a、32b、32c，在射入至积分球33的激光在积分球33内扩散后，照射至多个传感器32a、32b、32c各自的受光面，因此向多个传感器32a、32b、32c各自射入的激光的强度均一化。因此，在从多个传感器32a、32b、32c各自输出的第1电压中准确地反映多个传感器32a、32b、32c各自的灵敏度特性。
另外，本实施方式所涉及的激光振荡装置具有根据温度变化对激光输出的强度进行检测的热敏传感器34，由此与没有使用热敏传感器34的情况相比，相对于从多个传感器32a、32b、32c各自输出的第1电压的变动的鲁棒性提高，并且能够进行定期性的传感器输出的校正。
以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1、1A、1B、1C激光谐振器，1a全反射镜，1b第2部分反射镜，2第1部分反射镜，3、8、40、41、42、43、60输出检测部，4运算部，5控制部，6存储部，7、30、31、32驱动电源，10激光，20、21、22激光共振模块，32a、32b、32c传感器，33积分球，34热敏传感器，50第3部分反射镜，70衍射光栅，81、82、83第4部分反射镜，100、100A、100B、100C、100D、100E激光振荡装置，200激励部，LD1、LD2、LD3激光二极管。

Claims (11)

1.一种激光振荡装置，其特征在于，具有：
激光振荡部，其产生多个波长彼此不同的第1激光；
多个传感器，它们的表示相对于多个所述第1激光各自的波长的受光灵敏度的灵敏度特性彼此不同，输出与多个所述第1激光的输出相对应的针对每个波长的第1电压；以及
运算部，其用于对通过加工条件所设定的所述各传感器的目标输出电压和所述第1电压的输出比进行运算，在所述各传感器间的输出比的波动大于设定值的情况下，基于针对所述第1激光的每个波长而计算出的各传感器的输出电压的推定值，针对每个所述多个传感器对输出校正率进行运算，通过由基于所述输出校正率运算出的校正后的相对于各波长的目标输出电压而决定的多个第2电压对所述激光振荡部的输出进行控制。
2.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，
在所述各传感器间的所述输出比的波动小于或等于设定值的情况下，基于所述各传感器的输出比的平均值对输出校正率进行运算，通过由基于所述输出校正率运算出的所述校正后的目标输出电压决定的所述多个第2电压对所述激光振荡部的输出进行控制。
3.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述多个波长中的最短的所述波长和最长的所述波长的差比任意的所述灵敏度特性的频带长。
4.根据权利要求2所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述多个波长中的最短的所述波长和最长的所述波长的差比任意的所述灵敏度特性的频带长。
5.根据权利要求1所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述运算部使用多个所述第2电压的合计值对所述激光振荡部进行控制，以使得将多个所述第1激光耦合后的第2激光的输出值与目标值一致。
6.根据权利要求2所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述运算部使用多个所述第2电压的合计值对所述激光振荡部进行控制，以使得将多个所述第1激光耦合后的第2激光的输出值与目标值一致。
7.根据权利要求3所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述运算部使用多个所述第2电压的合计值对所述激光振荡部进行控制，以使得将多个所述第1激光耦合后的第2激光的输出值与目标值一致。
8.根据权利要求4所述的激光振荡装置，其特征在于，
所述运算部使用多个所述第2电压的合计值对所述激光振荡部进行控制，以使得将多个所述第1激光耦合后的第2激光的输出值与目标值一致。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
具有积分球，该积分球设置多个所述传感器。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，
具有热敏传感器。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的激光振荡装置，其特征在于，具有：
积分球，其设置所述多个传感器；以及
热敏传感器，其设置于所述积分球，
所述运算部使用由所述热敏传感器检测出的电压而求出所述多个传感器的所述灵敏度特性。
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