JP2012044098A

JP2012044098A - レーザ出射方法

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Publication number: JP2012044098A
Application number: JP2010186193A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kusakabe; 和人日下部
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: JP5612964B2

Abstract

【課題】ポンプパワーの供給状態及びシードレーザ光の出力状態を容易に制御して、増幅レーザ光の立ち上がり特性を向上する。
【解決手段】レーザ出射方法は、ポンプパワーＰＢが、加工処理の開始後の定常状態において増幅レーザ光ＡＢが加工処理を行う出力量となる基準量で供給される。また、シードレーザ光ＳＢが継続的に発振出力される期間において、基準量よりも小さく、且つ増幅レーザ光ＡＢによって被対象物が加工処理されないようにポンプパワーＰＢを供給する待機時供給ステップと、加工処理の開始時に、基準量よりも大きなポンプパワーＰＢとなるように供給する処理開始時供給ステップと、加工処理の開始後の定常状態において、基準量となるポンプパワーＰＢを供給する処理時供給ステップと、を順次実施する。これにより、ポンプパワーＰＢの供給量を制御するだけで、増幅レーザ光ＡＢの立ち上がり特性を向上することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ発振手段から発振出力されるシードレーザ光を、レーザ増幅手段においてポンプパワーの供給量に応じて増幅し、増幅レーザ光としてレーザ増幅手段から出力して被対象物に加工処理を行うレーザ出射方法に関する。

近年、レーザ発振手段（ＭａｓｔｅｒＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）と、レーザ増幅手段（ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）とを備えたファイバレーザ加工装置、いわゆるＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置によって高出力の増幅レーザ光を生成し、この増幅レーザ光を用いて被対象物に所定の加工処理（例えば、レーザマーキング加工、レーザ溶接加工等）を行う技術が注目されている。

本出願人が先に出願した特許文献１には、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置によってレーザ加工を行う技術が開示されている。前記特許文献１に示されるファイバレーザ加工装置は、シードレーザ発振部、ファイバコア励起部、増幅用の光ファイバ（以下、アクティブファイバともいう）、レーザ出射部、加工テーブル、制御部等を備えている。シードレーザ発振部はシードレーザ光をアクティブファイバに向けて発振出力する。ファイバコア励起部はコア励起用のレーザ光をアクティブファイバに向けて連続発振する。アクティブファイバは、コア励起用のレーザ光がコアを励起させることでシードレーザ光を増幅させる。これにより高出力の加工用レーザ光（すなわち増幅レーザ光）を出力する。レーザ出射部は、ファイバアンプから出力された加工用レーザ光を加工テーブル上の被加工物に集光照射する。制御部は、シードレーザ発振部、ファイバコア励起部、レーザ射出部等に接続されており、各レーザ光の出力状態（出力量や照射時間等）を制御して被加工物のレーザ加工を実施する。

図５は、特許文献１のファイバレーザ加工装置においてシードレーザ光、コア励起用のレーザ光、加工用レーザ光の照射状態を模式的に示す波形図である。図５Ａに示すように、シードレーザ光ＳＢは、レーザ加工を実施する際に、制御部によって出力量や出力タイミングが制御され、パルス波形として発振出力される。一方、コア励起用のレーザ光は、既述したようにシードレーザ光ＳＢを増幅するポンプ用の光として出力される（以下、コア励起用のレーザ光をポンプパワーともいう）。図５Ｂに示すように、ポンプパワーＰＢは、制御部によって当該ポンプパワーＰＢの供給状態（供給量や供給時間）が制御され、レーザ加工前の待機時に、レーザ加工の供給量よりも低い供給量に抑制されて供給される。また、ポンプパワーＰＢは、レーザ加工を実施する際に、制御部によってアップスロープ勾配となるように供給量が増加され、その後一定時間連続的に同じ供給量で供給され、レーザ加工の実施後は緩やかに供給量が減少される。その結果、図５Ｃに示すように、ポンプパワーＰＢの供給状態に基づいてシードレーザ光ＳＢが増幅されて、増幅レーザ光ＡＢ（加工用レーザ光）としてアクティブファイバから照射される。

特開２０１０−１１５６９８号公報

しかしながら、特許文献１のファイバレーザ加工装置では、図５Ｂに示すように、ポンプパワーＰＢを所定の供給量までアップスロープ勾配となるように緩やかに立ち上げるため、レーザ加工の開始後、すぐに所望の出力量となった増幅レーザ光ＡＢを得ることができない。

また、ポンプパワーＰＢの供給量をアップスロープ勾配に制御しつつ、最初のシードレーザ光ＳＢを出力するため、ポンプパワーＰＢとシードレーザ光ＳＢの出力タイミングを制御することが難しくなる。

さらに、ポンプパワーＰＢを所定の供給量まで急勾配となるように立ち上げても、ファイバコア励起部やアクティブファイバ等が物理的特性の影響を受けることによって、レーザ加工の開始直後に増幅レーザ光の出力量が不足することがある。その結果、例えば、増幅レーザ光ＡＢを用いて被加工物をレーザ加工する場合には、増幅レーザ光ＡＢの出力量の不足によって照射箇所ににじみ等が形成され、加工品質を低下させる等の問題が生じる。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、ポンプパワーの供給状態及びシードレーザ光の出力状態を容易に制御して、増幅レーザ光の立ち上がり特性を向上することができ、それによって反応性に優れた増幅レーザ光を出力するレーザ出射方法を提供することを目的とする。

前記の主要な目的を達成するために、本発明は、レーザ発振手段から発振出力されるシードレーザ光をレーザ増幅手段によってポンプパワーの供給量に応じて増幅し、増幅レーザ光を前記レーザ増幅手段から出力して被対象物に加工処理を行うレーザ装置のレーザ出射方法であって、前記ポンプパワーは、前記加工処理の開始後の定常状態においては、前記増幅レーザ光が所定の出力量となる基準量で供給されるものであり、前記シードレーザ光が継続的に発振出力される期間において、前記加工処理の開始前に、前記基準量よりも小さく、且つ前記増幅レーザ光によって前記被対象物が加工処理されないように前記ポンプパワーを供給する待機時供給ステップと、前記加工処理の開始時に、前記基準量よりも大きい供給量となるように前記ポンプパワーを供給する処理開始時供給ステップと、前記加工処理の開始後の定常状態において、前記基準量で前記ポンプパワーを供給する処理時供給ステップと、を順次実施することを特徴とする。

上記の構成によれば、シードレーザ光を発振出力している期間中に、待機時供給ステップ、処理開始時供給ステップ、処理時供給ステップを順次実施することで、加工処理の開始直後に当該ポンプパワーが急峻に立ち上がるため、レーザ増幅手段は、増幅レーザ光が加工処理を行う出力量までシードレーザ光を短時間に増幅させることができる。したがって、増幅レーザ光の立ち上がり特性を向上することができ、加工処理の開始直後でも充分な出力量をもって増幅レーザ光を出力することができる。これにより、例えば、増幅レーザ光を用いて被加工物をレーザ加工する場合は、増幅レーザ光の照射箇所ににじみ等を生じさせない安定した加工品質を得ることができる。

前記処理開始時供給ステップは、前記増幅レーザ光の出力量が前記所定の出力量に対して一定の割合以上になるまで実施することが好ましい。

上記ステップによれば、処理開始時供給ステップの実施期間を増幅レーザ光の出力量に応じて適切な時間に設定することができ、増幅レーザ光の立ち上がり特性を一層向上することができる。

また、前記処理時供給ステップの実施終了直後に、前記ポンプパワーの供給を停止する処理後停止ステップを実施することが好ましい。

このように処理後停止ステップを実施することで、被対象物への加工処理が終了したとき、増幅レーザ光の出力量を急速に立ち下げることができ、増幅レーザ光の照射を短時間に停止することができる。

さらに、前記レーザ装置は、前記レーザ増幅手段が出力する前記増幅レーザ光の出力量を測定する増幅レーザ光測定手段と、前記ポンプパワーの供給量を制御する待機時制御手段と、を有し、前記待機時供給ステップでは、前記増幅レーザ光測定手段により測定された前記増幅レーザ光の出力量に基づいて、前記待機時制御手段により前記ポンプパワーの供給量を制御してもよい。

このように、増幅レーザ光測定手段によって測定された増幅レーザ光の出力量に基づいて、待機時制御手段がポンプパワーの供給量を制御することで、待機時供給ステップにおいてポンプパワーを最適な供給量に制御することができ、増幅レーザ光の出力量を確実に所定の加工処理を行わない出力量に保つことができる。

さらに、前記レーザ装置は、前記レーザ増幅手段が出射する前記増幅レーザ光の出力量を測定する増幅レーザ光測定手段と、前記ポンプパワーの供給量を制御する開始時制御手段と、を有し、前記処理時供給ステップでは、前記増幅レーザ光の出力量が前記増幅レーザ光測定手段により測定され、前記処理開始時供給ステップでは、前記測定された増幅レーザ光の出力量に基づいて、前記開始時制御手段により前記ポンプパワーの供給量を制御することもできる。

このように、処理時供給ステップの増幅レーザ光の出力量に基づいて、処理開始時供給ステップにおけるポンプパワーの供給量を制御することで、開始時制御手段は適当なポンプパワーの供給量を供給指示することができ、例えば、ポンプパワーの供給量を大きくし過ぎてオーバーシュートを発生させる等の不具合を回避しつつ、増幅レーザ光の立ち上がりを確実に急峻にすることができる。

本発明によれば、ポンプパワーの供給状態及びシードレーザ光の出力状態を容易に制御して、増幅レーザ光の立ち上がり特性を向上することができる。その結果、レーザ増幅手段は反応性に優れた増幅レーザ光を出力することができ、レーザマーキング加工、レーザ溶接加工等の種々の加工処理に好適なレーザ出射方法となる。例えば、本発明に係るレーザ出射方法によってレーザ加工を行う場合は、立ち上がり特性が優れていることで、増幅レーザ光の照射箇所ににじみ等を生じさせない安定した加工品質を得ることができる。

第１実施形態に係るファイバレーザ加工装置の要部を示したブロック図である。本発明に係るレーザ出射方法におけるシードレーザ光、ポンプパワー、増幅レーザ光の照射状態を模式的に示す波形図であり、図２Ａはシードレーザ光を示す図、図２Ｂはポンプパワーを示す図、図２Ｃは増幅レーザ光を示す図である。所定の加工処理を行う際のポンプパワーの出力量と増幅レーザ光の出力量の関係を重ねて示す波形図であり、図３Ａは本発明に係るレーザ出射方法を示す波形図、図３Ｂはポンプパワーの出力量をゼロの状態から立ち上げた場合を示す波形図である。第２実施形態に係るファイバレーザ加工装置の要部を示したブロック図である。特許文献１のファイバレーザ加工装置において各レーザ光の照射状態を模式的に示す波形図であり、図５Ａはシードレーザ光を示す図、図５Ｂはポンプパワーを示す図、図５Ｃは増幅レーザ光を示す図である。

以下、本発明に係るレーザ出射方法について好適な実施の形態（第１、第２実施形態）を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係るファイバレーザ加工装置は、シードレーザ光を発振出力させてアクティブファイバのコアに伝搬させるとともに、コア励起用のレーザ光（ポンプパワー）をコアに供給することにより、当該シードレーザ光を増幅し所定波長の増幅レーザ光を出射するＭＯＰＡ方式のファイバレーザ加工装置として構成されている。この増幅レーザ光は、例えば、レーザによるマーキング加工、レーザを用いた溶接加工等の加工処理に利用される。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。ファイバレーザ加工装置１０は、シードレーザ光発振部１１、第１、第２の増幅用光ファイバ（アクティブファイバ）１２、１４、及び光ビーム照射部１６を、アイソレータ１８、２０、２２及び光結合器２４、２６を介して光学的に縦続接続している。

シードレーザ光発振部１１は、シードレーザ光ＳＢ’を発振出力するシード用のレーザダイオード（以下、レーザダイオードは単にＬＤという）３０と、このシードＬＤ３０にパルス波形の電流を供給してパルス発振させるシード用ＬＤ電源回路３２と、シードＬＤ３０の温度を制御するＬＤ温調部３４とを有している。シードＬＤ３０は、レーザダイオード素子を有するファイバカップリングＬＤとして構成されている。

シードレーザ光発振部１１と第１のアクティブファイバ１２との間に設けられる光結合器２４は、複数（図１では３つ）の入力ポート２４ＩＮ（１）、２４ＩＮ（２）、２４ＩＮ（３）と１つの出力ポート２４ＯＵＴとを有している。第１の入力ポート２４ＩＮ（１）には、アイソレータ１８を介してシードＬＤ３０が接続される。第２の入力ポート２４ＩＮ（２）には、第１のアクティブファイバ１２のコアを励起するための励起用ＬＤ（以下、ポンプＬＤという）３６が接続される。第３の入力ポート２４ＩＮ（３）は、増設ポートであり、ここに別のポンプＬＤ３６（図示せず）を接続することも可能となっている。出力ポート２４ＯＵＴには、アクティブファイバ１２の入力端が接続される。

ポンプＬＤ３６は、シードＬＤ３０と同様に、ファイバカップリングＬＤによって構成されており、図示しないＬＤ電源回路から励起用の電流が供給されることで、所定の波長を有する連続波（ｃｗ）の励起光ＰＢ_１’を出力する。このポンプＬＤ３６は、ＬＤ電源回路を介して主制御部４４に接続され、出力する励起光ＰＢ_１’の出力量や出力時間が制御される。

第１のアクティブファイバ１２は、少なくともＹｂイオンを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲む例えば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）が例えば３〜１５ｍに選ばれている。第１のアクティブファイバ１２（第１段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３６の総合出力により、例えば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。

この第１のアクティブファイバ１２には、シードレーザ光発振部１１、アイソレータ１８及び光結合器２４からシードレーザ光ＳＢ’が供給されるとともに、ポンプＬＤ３６及び光結合器２４から励起光ＰＢ_１’が供給される。

第１のアクティブファイバ１２は、シードレーザ光ＳＢ’をコアとクラッドとの境界面での全反射によって閉じ込められながらコアの中を軸方向にファイバ出力端側に向って伝搬させる。これと同時に、第１のアクティブファイバ１２は、励起光ＰＢ_１’をクラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながら軸方向に伝搬させる。この伝搬中に、励起光ＰＢ_１’がコアを何度も横切ることで、コア中のＹｂイオンが光励起される。こうして、アクティブファイバ１２は、シードレーザ光ＳＢ’と励起光ＰＢ_１’が伝搬する間に、Ｙｂ添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシードレーザ光スペクトルの誘導放出とが内部で繰り返し行われるようになり、その出力端から所望のパワー（たとえば２００Ｗのピークパワー）に増幅したシードレーザ光ＳＢ（第１段増幅パルスの光ビーム）を出力することができる。

一方、第１のアクティブファイバ１２と第２のアクティブファイバ１４との間に設けられる光結合器２６は、複数（図１では７つ）の入力ポート２６ＩＮ（１）、２６ＩＮ（２）〜２６ＩＮ（７）と１つの出力ポート２６ＯＵＴとを有している。第１の入力ポート２６ＩＮ（１）には、アイソレータ２０を介して第１のアクティブファイバ１２の出力端が接続される。第２〜第５の入力ポート２６ＩＮ（２）〜２６ＩＮ（５）には、第２のアクティブファイバ１４のコアを励起するための複数のポンプＬＤ３８がそれぞれ接続される。第６および第７の入力ポート２６ＩＮ（６）、２６ＩＮ（７）は空きポートとなっているが、必要に応じてポンプＬＤ３８を増設することもできる。出力ポート２６ＯＵＴには、第２のアクティブファイバ１４の入力端が接続される。

また、複数のポンプＬＤ３８は、前記ポンプＬＤ３６と同様に構成することができ、図示しないＬＤ電源回路から励起用の電流が供給されることで、所定波長の連続波（ｃｗ）の励起光ＰＢ_２’を出力する。複数のポンプＬＤ３８が出力する各励起光ＰＢ_２’は、光結合器２６において重ね合わされて、ポンプパワーＰＢとして第２のアクティブファイバ１４のコアに供給される。また、複数のポンプＬＤ３８は、ＬＤ電源回路を介して主制御部４４にそれぞれ接続され、出力する各励起光ＰＢ_２’の出力量や出力時間が制御される。

さらに、第２のアクティブファイバ１４も、第１のアクティブファイバ１２と同様に、少なくともＹｂを添加した石英からなるコアと、このコアを同軸に取り囲むたとえば石英からなるクラッドとを有しており、全長（ファイバ長）が例えば３〜１５ｍに選ばれている。第２のアクティブファイバ１４（第２段アンプ）の利得は、ポンプＬＤ３８の総合出力により例えば１０〜４０ｄＢの範囲で調節可能となっている。

第２のアクティブファイバ１４には、第１のアクティブファイバ１２から出力されたシードレーザ光ＳＢがアイソレータ２０及び光結合器２６を介して供給されるとともに、複数のポンプＬＤ３８から出力された各励起光ＰＢ_２’が光結合器２６において統合されポンプパワーＰＢとして供給される。

第２のアクティブファイバ１４では、シードレーザ光ＳＢがコアの中を伝搬し、この伝搬中に、ポンプパワーＰＢがコア中のＹｂイオンを光励起することで当該シードレーザ光ＳＢを増幅させる。これにより、第２のアクティブファイバ１４は、増幅したシードレーザ光ＳＢを増幅レーザ光ＡＢ（第２段増幅パルスの光ビーム）として出力端から出力する。

光ビーム照射部１６は、第２のアクティブファイバ１４の出力端より出力されるパルス波形の増幅レーザ光（加工用光ビーム）ＡＢをたとえばコリメータ３９、ビームスプリッタ４０等の光伝送系を介して受け取り、受け取った増幅レーザ光ＡＢをステージ４２上の被対象物Ｗ表面の所望の位置に集光照射するようになっている。例えば、レーザマーキング加工を行う場合、光ビーム照射部１６にはガルバノスキャナが搭載される。

また、ビームスプリッタ４０では、増幅レーザ光ＡＢの一部（例えば、増幅レーザ光ＡＢの全出力量の１％程度）が取り出され、取り出された一部の増幅レーザ光ＡＢは増幅レーザ光測定部４８に導かれる。増幅レーザ光測定部４８は、この増幅レーザ光ＡＢの出力量を測定して、その測定データを主制御部４４に送信する。増幅レーザ光測定部４８の測定素子としては、例えばフォトダイオードが利用される。

主制御部４４は、キーボード或いはマウス等の入力部４６およびディスプレイ（図示せず）等を含むコンピュータによって構成することができる。主制御部４４は、シードレーザ光発振部１１のＬＤ電源回路３２及びＬＤ温調部３４、ポンプＬＤ３６、ポンプＬＤ３８、光ビーム照射部１６及び増幅レーザ光測定部４８等が接続され、これによりファイバレーザ加工装置１０内の各部及び装置全体の制御を行う。主制御部４４による制御時には、ユーザから入力部４６を介して必要な情報が入力される。

次に、第１実施形態に係るファイバレーザ加工装置１０において、マーキング加工を行う場合の主制御部４４による各装置の制御及び各レーザ光の動作について具体的に説明する。

マーキング加工を行う場合、主制御部４４は、シードレーザ光発振部１１のＬＤ電源回路３２を介して、シードＬＤ３０に供給する電流の大きさ（電流量）、周波数等を適宜調整することで、シードＬＤ３０が出力するシードレーザ光ＳＢ’の出力状態（出力量、出力時間、周波数等）を制御する。これにより、シードレーザ光（ＬＤ光）ＳＢ’が所望のパルス幅（例えば、０．１〜２００ｎｓ）、所望のピークパワー（例えば、１０〜１０００ｍＷ）及び所望の周波数（例えば、２０〜５００ｋＨｚ）に制御されて、パルス波形として出力される。このシードレーザ光ＳＢ’は、アイソレータ１８及び光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに供給される。

また、主制御部４４は、シードレーザ光ＳＢ’の出力制御と同時に、ポンプＬＤ３６に供給する電流の大きさ（電流量）等を調整することで、励起光ＰＢ_１’の出力状態を制御する。これにより、励起光ＰＢ_１’は連続波としてポンプＬＤ３６より出力され、光結合器２４を介して第１のアクティブファイバ１２のコアに供給される。

第１のアクティブファイバ１２内に供給されたシードレーザ光ＳＢ’は、同じく第１のアクティブファイバ１２内に供給された励起光ＰＢ_１’によって、コアを伝搬する間に増幅されて、第１のアクティブファイバ１２の出力端から増幅されたシードレーザ光ＳＢ（第１段増幅パルスの光ビーム）として出力される。このシードレーザ光ＳＢは、アイソレータ２０および光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４のコアに供給される。

一方、主制御部４４は、複数のポンプＬＤ３８に供給する電流の大きさ（電流量）等を適宜調整することで、各ポンプＬＤ３８が出力する励起光ＰＢ_２’の出力状態（出力量や出力時間等）を制御することができる。これら各励起光ＰＢ_２’は、光結合器２６内で統合されてポンプパワーＰＢとなる。すなわち、主制御部４４は、複数のポンプＬＤ３８が出力する各励起光ＰＢ_２’の出力状態を変化させることで、第２のアクティブファイバ１４に供給されるポンプパワーＰＢの供給状態（供給量及び供給時間）を制御することができる。

ここで、主制御部４４には、第２のアクティブファイバ１４に供給されるポンプパワーＰＢの供給状態を制御するレーザ出射方法の複数のステップがプログラミングされ記憶されている。これら複数のステップについては後述する。主制御部４４は、ファイバレーザ加工装置１０の動作に応じて必要なステップを読み出し、読み出したステップに基づいて、複数のポンプＬＤ３８が出力する各励起光ＰＢ_２’を調整し、ポンプパワーＰＢの供給状態を制御する。

第２のアクティブファイバ１４では、ポンプパワーＰＢによってシードレーザ光ＳＢが増幅されて、第２のアクティブファイバ１４の出力端より所望のパワー（例えば、２０ｋＷのピークパワー）を有する増幅レーザ光ＡＢ（第２段増幅パルスの光ビーム）が出力される。増幅レーザ光ＡＢは、上述したようにポンプパワーＰＢの供給状態が制御されることで、その出力状態（出力量や出力時間等）が制御されることになる。

第２のアクティブファイバ１４の出力端から出力された増幅レーザ光ＡＢは、コリメータ３９、ビームスプリッタ４０を介して光ビーム照射部１６へ導かれる。このとき、増幅レーザ光ＡＢは、増幅レーザ光測定部４８によって出力量が測定され、この測定データは主制御部４４に送信される。主制御部４４は、待機時制御部（待機時制御手段）４４ａ及び開始時制御部４４ｂ（開始時制御手段）を内部に有しており、これら待機時制御部４４ａ及び開始時制御部４４ｂは、増幅レーザ光測定部４８が測定した増幅レーザ光ＡＢの出力量の測定データと、予め記憶された光ファイバの長さ及びコア径等の光ファイバ情報とに基づいて、各励起光ＰＢ_２’の出力量、出力時間等を補正することで、第２のアクティブファイバ１４に供給するポンプパワーＰＢの供給量、供給時間等の補正を行うことができる。

なお、増幅レーザ光測定部４８で異常パルスが測定された場合は、ポンプＬＤ３６、３８に供給する各電流の大きさ等を変更させるように制御することが好ましい。これにより、各励起光ＰＢ_１’、ＰＢ_２’に起因する異常パルスの発生を抑制することができ、第２のアクティブファイバ１４から最終的に出力される増幅レーザ光ＡＢの出力状態を安定化することができる。

光ビーム照射部１６は、マーキング加工用のガルバノスキャナおよびｆθレンズを備えている。ガルバノスキャナは、直交する２方向に首振り運動の可能な一対の可動ミラーを有しており、主制御部４４の制御の下でシードレーザ光発振部１１のパルス発振動作に同期して両可動ミラーの向きを所定角度に制御することで、増幅レーザ光ＡＢをステージ４２上の被加工物Ｗ表面の所望の位置に集光照射する。被加工物Ｗの表面に施されるレーザ加工は、典型的には文字や図形等を描画するマーキング加工であるが、トリミング等の他の表面除去加工等も可能である。

このファイバレーザ加工装置１０においては、上記のようにシードＬＤ３０より出力されるパルス波形のシードレーザ光ＳＢ’を第１及び第２のアクティブファイバ１２、１４の中で増幅して増幅レーザ光ＡＢとしている。このため、シードレーザ光ＳＢ’の特性（パルス幅、ピーク値、周波数等）がそのまま、または一定の比例関係で、増幅レーザ光ＡＢの特性を左右する。

次に、本発明の形態に係るレーザ出射方法について図２を参照して説明する。ファイバレーザ加工装置１０の主制御部４４は、動作開始後、増幅レーザ光ＡＢが所定の加工処理（レーザマーキング加工）を行う準備段階（待機期間）において、ＬＤ電源回路３２からシードＬＤ３０に電流を供給させて、出力量（ピーク値）及び周波数が一定に保たれたシードレーザ光ＳＢ’を連続的に発振出力させる。

さらに、主制御部４４は、ポンプＬＤ３６に電流を供給させて、出力量が一定に保たれた励起光ＰＢ_１’を連続的に発振出力させる。これにより、第１のアクティブファイバ１２では、シードレーザ光ＳＢ’が励起光ＰＢ_１’によって増幅され、その出力端からは、出力量及び周波数が一定に保たれたシードレーザ光ＳＢが発振出力される（図２Ａ参照）。

主制御部４４は、上述したシードレーザ光ＳＢが発振出力されている期間において、待機時供給ステップ、処理開始時供給ステップ、処理時供給ステップ、処理後停止ステップを順次連続して実施する。すなわち、各ステップに従って複数のポンプＬＤ３８から出力される各励起光ＰＢ_２’の出力量を制御することで、光結合器２６を介して第２のアクティブファイバ１４に供給されるポンプパワーＰＢの供給量を制御する。

図２Ｂに示すように、マーキング加工開始前に実施する待機時供給ステップでは、増幅レーザ光ＡＢによって被対象物Ｗがマーキング加工されないように、マーキング加工の基準量よりも小さいポンプパワーＰＢを供給する。すなわち、主制御部４４は、待機用の電流量に設定した電流を複数のポンプＬＤ３８に供給させて、各励起光ＰＢ_２’を連続的に出力させる。この待機用の電流量としては、ポンプパワーＰＢの供給量がポンプパワーＰＢの最大供給量の１０％以下となるように設定することが好ましい。これにより、ポンプパワーＰＢによって増幅する増幅レーザ光ＡＢが確実にマーキング加工を行わない出力量とすることができる。

この待機時供給ステップでは、ポンプパワーＰＢが第２のアクティブファイバ１４に供給されると、光ファイバのコアを励起してシードレーザ光ＳＢを増幅させるが、図２Ｃに示すように、生成される増幅レーザ光ＡＢの出力量はマーキング加工を行わない程度に抑えられる。このため、第２のアクティブファイバ１４から増幅レーザ光ＡＢが出射されても、増幅レーザ光ＡＢが被加工物Ｗに行うマーキング加工には影響を及ぼすことがない。

待機期間において待機時供給ステップを実施した後、増幅レーザ光ＡＢが所定の加工処理を行う期間（処理期間）に移ると、次に処理開始時供給ステップを実施する。図２Ｂに示すように、処理開始時供給ステップでは、ポンプパワーＰＢがマーキング加工の基準量よりも大きくなるように供給し、増幅レーザ光ＡＢの出力量を短時間に立ち上げる。すなわち、主制御部４４は、ポンプＬＤ３８のＬＤ電源回路に対して、マーキング加工を行うときに供給する電流量よりも大きい開始時用の電流量に設定した電流を、複数のポンプＬＤ３８に供給するように供給指示を行う。

この開始時用の電流量としては、ポンプパワーＰＢの供給量が、マーキング加工を行うときのポンプパワーＰＢの供給量の１１０％以上となるように設定することが好ましい。また、処理開始時供給ステップの実施時間は、処理時供給ステップにおいて増幅レーザ光ＡＢがマーキング加工を行う出力量に対して、一定の割合以上になるように設定することが好ましい。この場合、例えば、処理開始時供給ステップの実施時間は、処理開始時供給ステップを実施しないときに、増幅レーザ光ＡＢが実際にマーキング加工を行う出力量に達するまでの時間の２０％以上とすることができる。このようにポンプパワーＰＢの供給量及び供給時間を制御することにより、増幅レーザ光ＡＢの立ち上がり特性を一層確実に向上することができる。よって、図２Ｃに示すように、待機時供給ステップ後に、第２のアクティブファイバ１４では、急峻に立ち上がったポンプパワーＰＢによって短時間に所定の出力量に増幅した増幅レーザ光ＡＢが出力される。

処理開始時供給ステップを実施した後は、処理時供給ステップを実施する。処理時供給ステップでは、ポンプＬＤ３８からマーキング加工を行う基準量となるポンプパワーＰＢを供給させる。これにより、基準量のポンプパワーＰＢが第２のアクティブファイバ１４に供給されて、光ファイバのコアを励起させシードレーザ光ＳＢを増幅させる。そして、第２のアクティブファイバ１４から増幅レーザ光ＡＢが出力されることで、被対象物Ｗにマーキング加工が行われる。

さらに、処理時供給ステップの実施終了直後に、処理後停止ステップを実施する。処理後停止ステップでは、ポンプパワーＰＢが一定時間供給停止となるように誘導する。すなわち、主制御部４４は、ポンプＬＤ３８に供給する電流を停止して、ポンプパワーＰＢを急激に立ち下げる。この処理後停止ステップの実施時間は、処理後停止ステップを実施しないときに、増幅レーザ光ＡＢが実際に出力値がゼロとなるまでの時間の２０％以上であることが好ましい。これにより、第２のアクティブファイバ１４では、ポンプパワーＰＢによるシードレーザ光ＳＢの増幅が短時間に停止されることとなり、増幅レーザ光ＡＢの出射をすぐに停止することができる。

また、増幅レーザ光ＡＢによって再度マーキング加工を行う場合は、処理後停止ステップを実施した後の待機期間中に、改めて待機時供給ステップを実施しておくことで、再度処理期間に移ったときに所望の出力状態となった増幅レーザ光ＡＢを得ることができる。

以上のように、第１実施形態のレーザ出射方法では、上述した各ステップに従って、ポンプパワーＰＢの供給状態を容易に制御することができ、所望の増幅レーザ光ＡＢを得ることができる。

図３は所定の加工処理を行う際のポンプパワーＰＢの出力量と増幅レーザ光ＡＢの出力量の関係を重ねて示す波形図であり、図３Ａは本発明に係るレーザ出射方法を示す波形図、図３ＢはポンプパワーＰＢの出力量をゼロの状態から立ち上げた場合を示す波形図である。

続いて、図３Ａに示す本発明に係るレーザ出射方法と、図３Ｂに示す他のレーザ出射方法とを比較することで、本発明に係るレーザ出射方法の作用効果を説明する。図３Ｂに示す他のレーザ出射方法では、待機期間においてポンプパワーＰＢの供給量がゼロであり、処理期間に移行して所定の加工処理を開始するときに、増幅レーザ光ＡＢが所定の加工処理を行う出力量となるようにポンプパワーＰＢの供給量を立ち上げている。この場合、第２のアクティブファイバ１４は、主制御部４４の供給状態の指示に応じてポンプパワーＰＢが供給されても、実際には光ファイバのコアやクラッド等が物理的特性の影響を受けることで、光ファイバにおいてすぐに増幅された増幅レーザ光ＡＢを出力することができず、遅れ時間が経過した後に出力を開始する。このため、増幅レーザ光ＡＢの生成には時間ロスが生じる。同様に、図５に示す特許文献１のレーザ出射方法でも、ポンプパワーＰＢの供給後にシードレーザ光ＳＢを発振出力するように制御しているため、増幅レーザ光ＡＢの生成が遅れることになる。

これに対し、図３Ａに示す本発明に係るレーザ出射方法では、待機期間中の待機時供給ステップにおいて、コアを励起するポンプパワーＰＢを第２のアクティブファイバ１４に供給しておくことで、この第２のアクティブファイバ１４のコアを励起状態に維持している。このため、処理期間に移行した処理開始時供給ステップでは、当該第２のアクティブファイバ１４からすぐに増幅レーザ光ＡＢを出力することができる。したがって、増幅レーザ光ＡＢは、第２のアクティブファイバ１４の遅れ時間による時間ロスがなく生成される。このように、増幅レーザ光ＡＢのロス時間がなくなることで、増幅レーザ光ＡＢを用いて被加工物Ｗをマーキング加工する場合は、作業効率を向上することができ、マーキング加工の高速化を実現することが可能となる。

また、待機時供給ステップにおいて、主制御部４４の待機時制御部４４ａは、増幅レーザ光測定部４８が送信してきた増幅レーザ光ＡＢの出力量の測定データに基づいて、ポンプＬＤ３８に供給する待機用の電流量を逐次補正している。これにより、ポンプパワーＰＢを最適な供給量に制御することが可能となり、待機時供給ステップにおいて増幅レーザ光ＡＢの出力量を確実にマーキング加工を行わない出力量に保つことができ、しかもマーキング加工開始時の遅れ時間を一層確実に短縮することができる。

なお、待機時供給ステップは、処理開始時供給ステップを行う直前の一定時間だけ実施する構成としてもよい。このように処理開始時供給ステップの直前に待機時供給ステップを実施しても、第２のアクティブファイバ１４を励起状態とすることができ、処理開始時供給ステップでは、第２のアクティブファイバ１４からすぐに増幅レーザ光ＡＢを出力することができる。しかも、処理開始時供給ステップの直前の一定時間だけ電流をポンプＬＤ３８に供給するため、マーキング加工実施時のエネルギコスト等を低減することができる。

さらに、図３Ｂに示す他のレーザ出射方法では、光ファイバのコアやクラッド等が物理的特性の影響を受けることで、実際にはマーキング加工の開始直後に第２のアクティブファイバ１４がシードレーザ光ＳＢを急峻に増幅させることができない。よって、シードレーザ光ＳＢが緩やかに増幅され、増幅レーザ光ＡＢの出力開始時の出力量を不足させることになる。同様に、図５に示す特許文献１のレーザ出射方法も、ポンプパワーＰＢをアップスロープ勾配となるように緩やかに立ち上げるため、増幅レーザ光ＡＢの出射開始時の出力量を不足させる。

これに対し、図３Ａに示す本発明に係るレーザ出射方法では、処理開始時供給ステップにおいて、増幅レーザ光ＡＢがマーキング加工を行う出力量（基準量）よりも大きな出力量のポンプパワーＰＢを一定時間供給する。このため、マーキング加工の開始直後に、第２のアクティブファイバ１４は、コアが大きく励起することになり、シードレーザ光ＳＢを短時間に増幅させることができる。よって、増幅レーザ光ＡＢの出力開始時であっても充分な出力量をもって増幅レーザ光ＡＢを出射することができる。これにより、例えば、増幅レーザ光ＡＢを用いて被加工物Ｗをマーキング加工する場合は、増幅レーザ光ＡＢの照射箇所ににじみ等を生じさせない安定した加工品質を得ることができる。

また、主制御部４４の開始時制御部４４ｂは、処理時供給ステップにおいて、増幅レーザ光測定部４８が送信してきた増幅レーザ光ＡＢの出力量の測定データに基づいて、処理開始時供給ステップにおけるポンプパワーＰＢの供給量を自動的に設定している。この自動的に設定したポンプパワーＰＢの供給量に基づき、開始時制御部４４ｂは開始時用の電流量を補正し、次回にマーキング加工を行う場合に、当該補正した開始時用の電流量を供給させる。これにより、例えば、ポンプパワーＰＢの供給量を大きくし過ぎてオーバーシュートを発生させる等の不具合を回避しつつ、ポンプパワーＰＢの立ち上がりを確実に急峻にすることができる。

以上、第１実施形態のファイバレーザ加工装置１０は、本発明に係るレーザ出射方法を容易に実施することができ、シードレーザ光ＳＢが継続的に発振出力している期間に、ポンプパワーＰＢの供給量を各ステップに応じて制御するだけで、増幅レーザ光ＡＢの立ち上がり特性を向上することができる。すなわち、本発明に係るレーザ出射方法は、ファイバレーザ加工装置１０において反応性に優れた増幅レーザ光ＡＢを出射させることができ、レーザマーキング加工、レーザ溶接加工等の種々の加工処理に適用可能な汎用性を有するものである。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係るファイバレーザ加工装置の要部を示したブロック図である。第２実施形態に係るファイバレーザ加工装置１００は、第１実施形態に係るファイバレーザ加工装置１０と異なり、ＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍＧａｒｎｅｔ）からなるレーザ結晶を用いてシードレーザ光ＳＢを生成する構成であり、この場合でも本発明に係るレーザ出射方法を適用することができる。

図４に示すように、ファイバレーザ加工装置１００は、ポンプパワーＰＢを供給するポンプパワー供給部１０２と、シードレーザ光ＳＢを出力するシードレーザ光発振部１０４と、ポンプパワーＰＢを所定の光路に導くためのミラー１０６と、シードレーザ光ＳＢをポンプパワーＰＢにより増幅し増幅レーザ光ＡＢとして出射するアクティブファイバ部（レーザ増幅手段）１０８と、増幅レーザ光ＡＢの出力量を測定するための増幅レーザ光測定部（増幅レーザ光測定手段）１１０と、主制御部１１２と、を含む構成である。

ポンプパワー供給部１０２は、ＬＤ部１１４と、電源部１１６と、を有している。ＬＤ部１１４は、複数のレーザダイオード素子を有するファイバカップリングＬＤとして構成されている。ＬＤ部１１４は、電源部１１６から供給された電流によって発光駆動され、コアを励起するための励起光であるポンプパワーＰＢを出力する。

電源部１１６は、電流の大きさ（電流量）を、主制御部１１２の供給指示に基づいて変更できるＬＤ電源回路として形成されている。なお、電源部１１６は、例えば励起電流が４０Ａ以下の範囲内で変更できるように形成することができる。

シードレーザ光発振部１０４は、シード励起用光源１１８と、電源部１２０と、シードレーザ光出力部１２２と、を備える。シード励起用光源１１８は、ファイバカップリングＬＤによってＹＡＧ用励起光ＥＢを発振出力する。シード励起用光源１１８及び電源部１２０は、発振波長やパワー等が異なるが、ポンプパワー供給部１０２のＬＤ部１１４及び電源部１１６と同様の構成でよい。

シードレーザ光出力部１２２は、活性媒質としてのＹＡＧロッド１２４と、ＹＡＧロッド１２４とシード励起用光源１１８との間の光路に設けられた第１共振器ミラー１２６と、ＹＡＧロッド１２４を挟んで第１共振器ミラー１２６と対向する第２共振器ミラー１２８と、ＹＡＧロッド１２４と第２共振器ミラー１２８との間に設けられたＱスイッチ素子１３０と、を備えている。

ＹＡＧロッド１２４は、シード励起用光源１１８から発振されるＹＡＧ用励起光ＥＢが通過することで、ＹＡＧからなるレーザ結晶が連続的にポンピングされる。シードレーザ光ＳＢは、この連続ポンピングによってＹＡＧロッド１２４の励起エネルギが蓄積された後、蓄積状態から誘導放出されることで出力される。

第１及び第２共振器ミラー１２６、１２８は、ＹＡＧロッド１２４から出力されるシードレーザ光ＳＢのエネルギを共振増幅させる。第１共振器ミラー１２６は、シード励起用光源１１８から出力されたＹＡＧ用励起光ＥＢを透過させ、且つＹＡＧロッド１２４から導かれたシードレーザ光ＳＢをその光軸に沿って全反射させる。第２共振器ミラー１２８は、ＹＡＧロッド１２４から導かれたシードレーザ光ＳＢをその光軸に沿って部分反射させ、一部のシードレーザ光ＳＢを透過させる。

Ｑスイッチ素子１３０は、例えば音響光学スイッチを適用することができる。この場合、Ｑスイッチ素子１３０は、主制御部１１２から導かれる高周波電気信号によってスイッチング駆動する。具体的には、Ｑスイッチ素子１３０は、主制御部１１２によって高周波電気信号が印加されている時に、ＹＡＧ用励起光ＥＢによって連続ポンピングしたＹＡＧロッド１２４の励起エネルギを蓄積増大させ（電子のエネルギ準位を反転分布状態とし）、前記高周波電気信号の印加が停止された時に、蓄積した励起エネルギを誘導放出する（反転分布状態を下げる）ことで、ジャイアントパルスのシードレーザ光ＳＢを出射させる。なお、Ｑスイッチ素子１３０として、電気光学Ｑスイッチ又は機械的Ｑスイッチ等を適用してもよい。

また、第２実施形態では活性媒質としてＹＡＧを用いているが、これに代えて、ネオジム添加ＹＡＧを用いたＮｄ：ＹＡＧ、またはＹＶＯ_４等といった他の媒質を用いることもできる。

ミラー１０６は、シードレーザ光ＳＢの光路上に設けられ、シードレーザ光ＳＢを透過させるとともに、ポンプパワーＰＢをシードレーザ光ＳＢの光軸方向に全反射させる。これにより、ポンプパワーＰＢ及びシードレーザ光ＳＢをアクティブファイバ部１０８に導くことができる。

アクティブファイバ部１０８は、アクティブファイバ１３２と、第１集光レンズ１３４と、コリメートレンズ１３６と、を有する。アクティブファイバ１３２は、中心軸上に延びたコア１３８と、コア１３８と同軸に設けられてコア１３８を取り囲むクラッド１４０と、クラッド１４０を覆う被覆１４２とを含む。コア１３８は、例えば希土類元素としてイオンがドープされた石英ガラスから形成されている。希土類元素としては、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）やネオジム（Ｎｄ）等が用いられる。コアの直径（コア径）は、任意に設定してよいが１００μｍ以下、例えば５０μｍに設定することができる。

クラッド１４０は、コア１３８を覆うインナークラッド（図示せず）と、当該インナークラッドを覆うアウタークラッド（図示せず）とを有しており、いわゆるダブルクラッドファイバーとして構成されている。

アクティブファイバ１３２の一端部には、ポンプパワーＰＢ及びシードレーザ光ＳＢが入射される入力端１４４が形成され、他端部には増幅レーザ光ＡＢを出射するための出力端１４６が形成される。コア１３８及びクラッド１４０は、これら入力端１４４及び出力端１４６に臨むように形成されている。アクティブファイバ１３２の長さは、本実施の形態では３０ｍ以内の長さに設定しているが、任意に設定することができる。

第１集光レンズ１３４は、ミラー１０６から導かれるポンプパワーＰＢ及びシードレーザ光ＳＢをアクティブファイバ１３２の入力端１４４に集光する。

コリメートレンズ１３６は、アクティブファイバ１３２の出力端１４６から出射される増幅レーザ光ＡＢをコリメート（平行化）して増幅レーザ光測定部１１０に入射する。

増幅レーザ光測定部１１０は、アクティブファイバ１３２から出力された増幅レーザ光ＡＢを透過又は反射して所定方向に分離するビームスプリッタ１４８と、ビームスプリッタ１４８にて反射された増幅レーザ光ＡＢを集光する集光レンズ１５０と、集光レンズ１５０にて集光された増幅レーザ光ＡＢの出力を測定する測定部１５２とを有する。ビームスプリッタ１４８は、反射された増幅レーザ光ＡＢのエネルギが反射される前の増幅レーザ光ＡＢが有するエネルギの１％程度になるように設定されている。測定部１５２としては、例えばフォトダイオードが利用される。増幅レーザ光測定部１１０は、アクティブファイバ部１０８が出射する増幅レーザ光ＡＢの出力量を測定すると、その測定データを主制御部１１２に送信する。

主制御部１１２は、第１実施形態と同様に、コンピュータ等によって構成することができ、図示しない入出力部を介して、ポンプパワー供給部１０２、シードレーザ光発振部１０４に接続されている。主制御部１１２は、待機時制御部（待機時制御手段）１１２ａ及び開始時制御部（開始時制御手段）１１２ｂを有し、ポンプパワー供給部１０２からアクティブファイバ部１０８に供給されるポンプパワーＰＢの供給状態（供給量や供給時間等）を制御するとともに、シードレーザ光発振部１０４において出力されるシードレーザ光ＳＢの出力状態（出力量や出力時間等）を制御する。

ポンプパワーＰＢの供給状態を制御する場合は、主制御部１１２がポンプパワー供給部１０２の電源部１１６に対して供給指示の信号を送り、ＬＤ部１１４に供給する電流の大きさ（電流量）を適宜制御する。この電流の制御により、ＬＤ部１１４が出力するポンプパワーＰＢの供給量、供給時間を変化させ、ポンプパワーＰＢが所望の波形となるように制御することができる。また、主制御部１１２には、ポンプパワーＰＢの供給量及び供給時間を制御する本発明に係るレーザ出射方法の複数のステップがプログラミングされ記憶されている。レーザ出射方法の複数のステップは、第１実施形態と同様である。主制御部１１２は、ファイバレーザ加工装置１００の動作に応じて必要なステップを読み出し、読み出したステップに基づいて、ポンプパワーＰＢの供給状態を制御することで、アクティブファイバ部１０８から出射される増幅レーザ光ＡＢを所望の出力状態（出力量や出力時間等）に近づけることができる。

一方、シードレーザ光ＳＢの出力状態を制御する場合は、主制御部１１２が電源部１２０に対して出力指示の信号を送り、シード励起用光源１１８に供給する電流の大きさ（電流量）を適宜制御する。この電流の制御により、シード励起用光源１１８が出力するＹＡＧ用励起光ＥＢの出力量、出力時間、周波数等を変化させることができる。さらに、主制御部１１２は、シードレーザ光出力部１２２のＱスイッチ素子１３０のスイッチング駆動を制御することで、ＹＡＧ用励起光ＥＢがポンピングするＹＡＧロッド１２４の励起エネルギを変化させる。これにより当該励起エネルギの放出と蓄積を継続的に繰り返すシードレーザ光ＳＢをシードレーザ光出力部１２２から発振出力させる。なお、Ｑスイッチ素子１３０の制御は、例えば主制御部１１２内に高周波を発生する発振回路を設けることで、当該発振回路が出力する高周波電気信号によってスイッチング駆動するように構成してもよい。

また、主制御部１１２は、増幅レーザ光測定部１１０の測定部１５２が接続されており、当該測定部１５２から増幅レーザ光ＡＢの出力量が測定されて測定データとして受け取る。主制御部１１２の待機時制御部１１２ａ及び開始時制御部１１２ｂは、測定部１５２が測定した出力量の測定データと、予め記憶された光ファイバの長さ及びコア径等の光ファイバ情報とに基づいて、ポンプパワーＰＢの供給量、供給時間、或いはＹＡＧ用励起光ＥＢの出力量、出力時間の補正を行う。

なお、主制御部１１２は、例えば、測定部１５２で異常パルスが測定された場合に、各電源部１１６、１２０が供給する電流の大きさ、或いはＱスイッチ素子１３０がスイッチングする周波数のうち少なくともいずれか１つが変更されるように制御することが好ましい。これにより、アクティブファイバ部１０８に供給されるポンプパワーＰＢの供給状態やシードレーザ光ＳＢの出力状態を変更することができるので、ポンプパワーＰＢ及びシードレーザ光ＳＢに起因する異常パルスの発生を抑制することができる。

次に、本ファイバレーザ加工装置１００における各レーザ光ＥＢ、ＳＢ、ＡＢ及びポンプパワーＰＢの経路について具体的に説明する。既述したように、シードレーザ光ＳＢはＹＡＧ用励起光ＥＢによって励起される。ＹＡＧ用励起光ＥＢは、主制御部１１２からの出力指示により電源部１２０から励起用の電流がシード励起用光源１１８に供給されることで出力される。出力されたＹＡＧ用励起光ＥＢは、シードレーザ光出力部１２２の第１共振器ミラー１２６を透過しＹＡＧロッド１２４に導かれる。これによりＹＡＧロッド１２４が励起される。シードレーザ光ＳＢは、このＹＡＧロッド１２４の励起エネルギと、高周波電気信号によってスイッチング駆動したＱスイッチ素子１３０に基づいて出力される。すなわち、シードレーザ光ＳＢは、Ｑスイッチ素子１３０のスイッチング駆動によって励起エネルギの誘導放出（ピーク出力値）と蓄積（ゼロ出力値）とを繰り返すパルス波として発振出力される。シードレーザ光ＳＢは、Ｑスイッチ素子１３０を通過して第１及び第２共振器ミラー１２６、１２８にて共振増幅された後に、第２共振器ミラー１２８を透過してシードレーザ光出力部１２２から出力される。その後、シードレーザ光ＳＢは、ミラー１０６を透過して、アクティブファイバ部１０８の第１集光レンズ１３４にて集光され、アクティブファイバ１３２の入力端１４４に入射される。

一方、ポンプパワーＰＢは、ポンプパワー供給部１０２の電源部１１６から励起用の電流がＬＤ部１１４に供給されることで出力される。出力されたポンプパワーＰＢは、ミラー１０６に反射されて、アクティブファイバ部１０８に供給される。

アクティブファイバ部１０８に供給されたポンプパワーＰＢは、第１集光レンズ１３４にて集光されてアクティブファイバ１３２の入力端１４４に入射することで、コア１３８を複数回横切りながらクラッド１４０内を伝搬してコア１３８内の希土類元素を励起する。これにより、同じく入力端１４４から入射されたシードレーザ光ＳＢは、アクティブファイバ１３２のコア１３８を伝搬している間に、活性状態のコア１３８の中で所定の出力量まで増幅され、増幅レーザ光ＡＢとして出力端１４６から出力される。ポンプパワーＰＢは、加工処理（例えば、レーザマーキング加工）の開始後の定常状態（図２Ｃに示す処理期間中に増幅レーザ光が安定的に出力される状態）において、アクティブファイバ部１０８に基準量が供給される。これにより、加工処理が行われる出力量まで増幅レーザ光ＡＢを増幅させることができる。

アクティブファイバ１３２の出力端１４６から出力された増幅レーザ光ＡＢは、コリメートレンズ１３６及びビームスプリッタ１４８を透過し、所定の加工処理（例えば、マーキング加工）に用いられる。

ここで、本発明に係るレーザ出射方法は、シードレーザ光ＳＢが継続的に発振出力している期間に、ポンプパワーＰＢの供給量を各ステップに応じて制御する構成となっているため、第２実施形態に係るファイバレーザ加工装置１００においても容易に実施することが可能である。

すなわち、ファイバレーザ加工装置１００がレーザ加工を行う場合、シードレーザ光ＳＢが発振出力されている期間において、主制御部１１２は、待機時供給ステップ、処理開始時供給ステップ、処理時供給ステップ、処理後停止ステップを順次連続して実施し、ポンプパワー供給部１０２からアクティブファイバ部１０８に供給するポンプパワーＰＢの供給量を制御する。これにより、第２実施形態に係るファイバレーザ加工装置１００でも、増幅レーザ光ＡＢの立ち上がり特性を向上することができる。その結果、反応性に優れた増幅レーザ光ＡＢを出射することができ、レーザマーキング加工、レーザ溶接等の種々の加工処理に好適な汎用性が高いレーザ出射方法となる。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０、１００…ファイバレーザ加工装置１１、１０４…シードレーザ光発振部
１２…第１のアクティブファイバ１４…第２のアクティブファイバ
１６…光ビーム照射部２４、２６…光結合器
３０…シードＬＤ３６、３８…ポンプＬＤ
４４、１１２…主制御部４８、１１０…増幅レーザ光測定部
１０２…ポンプパワー供給部１０８…アクティブファイバ部
１２２…シードレーザ光出力部１３２…アクティブファイバ
ＡＢ…増幅レーザ光ＥＢ…ＹＡＧ用励起光
ＰＢ…ポンプパワーＳＢ、ＳＢ’…シードレーザ光

Claims

レーザ発振手段から発振出力されるシードレーザ光をレーザ増幅手段によってポンプパワーの供給量に応じて増幅し、増幅レーザ光を前記レーザ増幅手段から出力して被対象物に加工処理を行うレーザ装置のレーザ出射方法であって、
前記ポンプパワーは、前記加工処理の開始後の定常状態においては、前記増幅レーザ光が所定の出力量となる基準量で供給されるものであり、
前記シードレーザ光が継続的に発振出力される期間において、
前記加工処理の開始前に、前記基準量よりも小さく、且つ前記増幅レーザ光によって前記被対象物が加工処理されないように前記ポンプパワーを供給する待機時供給ステップと、
前記加工処理の開始時に、前記基準量よりも大きい供給量となるように前記ポンプパワーを供給する処理開始時供給ステップと、
前記加工処理の開始後の定常状態において、前記基準量で前記ポンプパワーを供給する処理時供給ステップと、
を順次実施することを特徴とするレーザ出射方法。
請求項１記載のレーザ出射方法において、
前記処理開始時供給ステップは、前記増幅レーザ光の出力量が前記所定の出力量に対して一定の割合以上になるまで実施することを特徴とするレーザ出射方法。
請求項１又は２記載のレーザ出射方法において、
前記処理時供給ステップの実施終了直後に、前記ポンプパワーの供給を停止する処理後停止ステップを実施することを特徴とするレーザ出射方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ出射方法において、
前記レーザ装置は、前記レーザ増幅手段が出力する前記増幅レーザ光の出力量を測定する増幅レーザ光測定手段と、前記ポンプパワーの供給量を制御する待機時制御手段と、を有し、
前記待機時供給ステップでは、前記増幅レーザ光測定手段により測定された前記増幅レーザ光の出力量に基づいて、前記待機時制御手段により前記ポンプパワーの供給量が制御されることを特徴とするレーザ出射方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ出射方法において、
前記レーザ装置は、前記レーザ増幅手段が出射する前記増幅レーザ光の出力量を測定する増幅レーザ光測定手段と、前記ポンプパワーの供給量を制御する開始時制御手段と、を有し、
前記処理時供給ステップでは、前記増幅レーザ光の出力量が前記増幅レーザ光測定手段により測定され、
前記処理開始時供給ステップでは、前記測定された増幅レーザ光の出力量に基づいて、前記開始時制御手段により前記ポンプパワーの供給量が制御されることを特徴とするレーザ出射方法。