JP2012084630A - Fiber laser processing device and laser diode for excitation power supply device - Google Patents

Fiber laser processing device and laser diode for excitation power supply device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To exhibit the optical output from a laser diode for excitation fully while securely preventing failure due to an overcurrent in a laser diode for excitation power supply device used in a fiber laser processing device.SOLUTION: A pump LD power supply circuit 50 has a DC power supply 52 which supplies power to a pump LD 36(38), and a switching element 54 connected in series between the DC power supply 52 and the pump LD 36(38). A current sensor 62 is attached to a current path (a conductor) through which a driving current Iflows. In order to protect the pump LD 36(38) from an excessive driving current I, the pump LD power supply circuit 50 is further provided with a driving current monitoring unit 66 which monitors the driving current Ibased on the nature each of a normal rated current Iand an absolute maximum rated current I.

Description

本発明は、シード光を光ファイバの中で増幅して得られる光ビームを被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置およびこれに使用可能な励起用レーザダイオード電源装置に関する。   The present invention relates to a fiber laser processing apparatus that performs desired laser processing by irradiating a workpiece with a light beam obtained by amplifying seed light in an optical fiber, and an excitation laser diode power supply apparatus that can be used therefor .

最近、ファイバレーザで生成したレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うファイバレーザ加工装置が普及している。その中で、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式のファイバレーザ加工装置も注目されている。   Recently, fiber laser processing apparatuses that perform desired laser processing by irradiating a workpiece with laser light generated by a fiber laser have become widespread. Among them, a fiber laser processing apparatus of the MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) method has been attracting attention.

MOPA方式は、コアにYb等の希土類元素を添加した光ファイバをレーザ増幅用のアクティブファイバに使用し、シードレーザで生成した比較的低い出力のシード光を一端から該アクティブファイバのコアに入れて他端まで伝播させながら、コアを励起光で励起することによって、コアの中でシード光を高出力の加工用光ビームに増幅または変換するものであり、光/光変換効率が高くてビームモードが安定している等の特長を有している。   In the MOPA system, an optical fiber with a rare earth element such as Yb added to the core is used as an active fiber for laser amplification, and seed light with a relatively low output generated by a seed laser is inserted into the core of the active fiber from one end. By pumping the core with excitation light while propagating to the other end, the seed light is amplified or converted into a high-power processing light beam in the core, and the beam mode is high in light / light conversion efficiency. Has features such as being stable.

従来より、MOPA方式ファイバレーザ加工装置では、アクティブファイバを励起するための光源にレーザダイオード(LD)がよく用いられている(たとえば特許文献1)。   Conventionally, in a MOPA fiber laser processing apparatus, a laser diode (LD) is often used as a light source for exciting an active fiber (for example, Patent Document 1).

MOPA方式ファイバレーザ加工装置において、たとえばマーキング加工が行われる場合、励起用のLDは、1回の連続したストロークの描画が終了するといったんそこで励起光の発振出力を停止し、次のストロークの描画が開始すると励起光の発振出力を再開するようになっており、この一連のタイミングはマーキングパターンに応じて異なる。つまり、励起光の発振出力は、描画ストロークの長さに応じて任意の時間持続し、相前後するストローク間の離間距離に応じて任意の時間中断する。また、励起光のパワーまたはピークパワーは、被加工物の材質やマーキング仕様に応じて随時変更される。   In the MOPA type fiber laser processing apparatus, for example, when marking is performed, the excitation LD stops the oscillation output of the excitation light once drawing of one continuous stroke is completed, and drawing of the next stroke is performed. When started, the oscillation output of the excitation light is resumed, and this series of timings differs depending on the marking pattern. That is, the oscillation output of the excitation light lasts for an arbitrary time according to the length of the drawing stroke, and is interrupted for an arbitrary time according to the separation distance between successive strokes. Further, the power or peak power of the excitation light is changed as needed according to the material of the workpiece and the marking specifications.

しかしながら、一般に、LDに流せる電流には許容限界または定格がある。すなわち、定格電流を超える電流が流れると、当該LDが破壊し、または動作上の信頼性が保証されなくなる。このことから、励起用LDを駆動するための従来の励起用LD電源装置は、励起用LDに供給する駆動電流の電流値が監視値(定格電流値)を越えた時は直ちに駆動電流を切るか、または制限するなどの安全措置を取るようにしている。   However, in general, the current that can be passed through the LD has an allowable limit or rating. That is, when a current exceeding the rated current flows, the LD is broken or operational reliability is not guaranteed. Therefore, the conventional excitation LD power supply device for driving the excitation LD immediately cuts off the drive current when the current value of the drive current supplied to the excitation LD exceeds the monitored value (rated current value). Or try to take safety measures such as restricting.

米国特許第6275250号US Pat. No. 6,275,250

近年、市場で入手可能な励起用LDの中には、通常定格電流と絶対最大定格電流の2種類の定格電流を有するものが増えてきている。ここで、通常定格電流とは、これを少しでも超えたならだめというわけではなく、所定時間以上連続して超えてはならないという意味の定格電流である。一方、絶対最大定格電流とは、いかなる使用条件でも瞬時たりとも超えてはならないという意味の定格電流である。   In recent years, there are an increasing number of excitation LDs available on the market having two types of rated currents, a normal rated current and an absolute maximum rated current. Here, the normal rated current is a rated current that means that it should not be exceeded for a predetermined period of time or longer, if it exceeds even a little. On the other hand, the absolute maximum rated current is a rated current which means that it should not be exceeded instantaneously under any use conditions.

しかるに、従来の励起用LD電源装置は、通常定格電流もしくは絶対最大定格電流のいずれか一方だけを監視値とし、励起用LDに供給される駆動電流がその監視値を超えた時は直ちに上記のような安全措置を取るようにしていた。このため、通常定格電流を監視値に選んだ場合は、当該励起用LDの性能(特に光出力)をフルに発揮させることができないという制限があった。一方で、絶対最大定格電流を監視値に選んだ場合は、通常定格電流を超える駆動電流が上記所定時間以上連続して流れるのを見逃してしまって、当該励起用LDが故障しやすくなるという問題があった。   However, the conventional excitation LD power supply device uses only one of the normal rated current and the absolute maximum rated current as a monitored value, and immediately when the drive current supplied to the excitation LD exceeds the monitored value, I was trying to take such safety measures. For this reason, when the normal rated current is selected as the monitoring value, there is a limitation that the performance (particularly the light output) of the excitation LD cannot be fully exhibited. On the other hand, when the absolute maximum rated current is selected as the monitoring value, it is overlooked that the drive current exceeding the normal rated current continuously flows for the predetermined time or more, and the excitation LD is likely to fail. was there.

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するものであり、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止するようにした励起用レーザダイオード電源装置およびこれを用いるファイバレーザ加工装置を提供する。   The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and makes it possible to sufficiently exhibit the optical output of the laser diode for excitation and to reliably prevent failure due to overcurrent. A laser diode power supply device and a fiber laser processing device using the same are provided.

本発明の励起用レーザダイオード電源装置は、ファイバレーザ加工装置において励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続される電流制御素子と、前記レーザダイオードに供給される駆動電流を前記電流制御素子を通じて制御する制御部と、前記駆動電流の電流値を検出する電流センサと、前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第1の監視値を超えた否かを監視する第1の監視部と、前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第2の監視値以上の値を設定時間以上持続したか否かを監視する第2の監視部とを有する。   An excitation laser diode power supply apparatus according to the present invention is an excitation laser diode power supply apparatus for driving a laser diode that generates excitation light in a fiber laser processing apparatus, and is a DC power supply for supplying power to the laser diode. A current control element connected between the DC power supply and the laser diode, a control unit for controlling the drive current supplied to the laser diode through the current control element, and detecting a current value of the drive current Based on an output signal of the current sensor, a first monitoring unit that monitors whether or not the current value of the drive current exceeds a first monitoring value, and an output signal of the current sensor, A second monitoring unit that monitors whether the current value of the driving current has maintained a value equal to or greater than a second monitoring value for a set time or more.

上記の装置構成においては、励起用のレーザダイオードが通常定格電流および絶対最大定格電流の2種類の定格電流を有する場合に、絶対最大定格電流に照らして第1の監視値を選定し、通常定格電流に照らして第2の監視値および設定時間を選定することにより、駆動電流が絶対最大定格電流を瞬時たりとも超えないようにすることができるとともに、駆動電流がたとえ通常定格電流以上になったとしても、その状態が通常定格電流に係わる所定時間以上持続しないようにすることができる。これよって、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ過電流による故障を確実に防止することができる。   In the above device configuration, when the excitation laser diode has two types of rated currents, the normal rated current and the absolute maximum rated current, the first monitoring value is selected in light of the absolute maximum rated current, and the normal rating is selected. By selecting the second monitoring value and set time in light of the current, the drive current can be prevented from exceeding the absolute maximum rated current even momentarily, and the drive current has exceeded the normal rated current. However, it is possible to prevent the state from continuing for a predetermined time related to the normal rated current. As a result, the optical output of the excitation laser diode can be fully exerted, and failure due to overcurrent can be reliably prevented.

本発明の好適な一態様によれば、第1の監視部は、駆動電流の電流値が第1の監視値を超えたことを検出した時に、駆動電流を切るか、または減少させるために第1の過電流検出信号を発生する。この場合、好ましくは、制御部が、第1の過電流検出信号に応答して、電流制御素子を通じて、駆動電流を切るか、または減少させる。   According to a preferred aspect of the present invention, when the first monitoring unit detects that the current value of the drive current exceeds the first monitor value, the first monitoring unit is configured to turn off or decrease the drive current. 1 overcurrent detection signal is generated. In this case, the control unit preferably cuts or reduces the drive current through the current control element in response to the first overcurrent detection signal.

別の好適な一態様によれば、第2の監視部は、駆動電流の電流値が第2の監視値以上の値を設定時間以上持続した時に、駆動電流を切るか、または減少させるために第2の過電流検出信号を発生する。この場合、好ましくは、制御部が、第2の過電流検出信号に応答して、電流制御素子を通じて、駆動電流を切るか、または減少させる。   According to another preferable aspect, the second monitoring unit is configured to turn off or decrease the drive current when the current value of the drive current has exceeded the second monitor value for a set time or longer. A second overcurrent detection signal is generated. In this case, the control unit preferably cuts or reduces the drive current through the current control element in response to the second overcurrent detection signal.

好適な一態様において、第1の監視値はレーザダイオードの最大定格電流よりも低い値に設定され、第2の監視値はレーザダイオードの通常定格電流と同じ値またはその付近の値に設定される。   In a preferred aspect, the first monitoring value is set to a value lower than the maximum rated current of the laser diode, and the second monitoring value is set to a value that is the same as or close to the normal rated current of the laser diode. .

好適な一態様によれば、第2の監視部は、電流センサの出力信号を設定時間に対応したカットオフ周波数でなまらせるローパス・フィルタと、ローパス・フィルタの出力信号と第2の監視値に対応する基準値とを比較し、その大小関係に応じて第2の過電流検出信号を条件的に発生するコンパレータとを有する。   According to a preferred aspect, the second monitoring unit converts the output signal of the current sensor at a cutoff frequency corresponding to the set time, the output signal of the low-pass filter, and the second monitoring value. A comparator that compares the corresponding reference value and conditionally generates a second overcurrent detection signal according to the magnitude relationship.

別の好適な一態様によれば、第2の監視部は、駆動電流に対応する電流センサの出力信号と第2の監視値に対応する基準値とを比較して、その大小関係を表わす出力信号を発生するコンパレータと、このコンパレータの出力信号に基づいて、駆動電流の電流値が第2の監視値を超えた時から設定時間を計時するタイマと、このタイマが設定時間を計時した時に、コンパレータの出力信号に応じて第2の過電流検出信号を条件的に発生する判定回路とを有する。   According to another preferable aspect, the second monitoring unit compares the output signal of the current sensor corresponding to the drive current with the reference value corresponding to the second monitored value, and outputs the magnitude relationship thereof. A comparator that generates a signal, a timer that counts the set time from when the current value of the drive current exceeds the second monitoring value based on the output signal of the comparator, and when the timer counts the set time, And a determination circuit that conditionally generates a second overcurrent detection signal in accordance with the output signal of the comparator.

また、好適な一態様によれば、電流制御素子はスイッチング素子である。そして、制御部はパルス幅制御方式によりスイッチング素子を一定の周波数でスイッチング制御する。   According to a preferred aspect, the current control element is a switching element. And a control part carries out switching control of a switching element with a fixed frequency by a pulse width control system.

別の好適な一態様によれば、電流制御素子は、増幅機能を有する駆動トランジスタである。そして、制御部は、駆動トランジスタの制御端子にアナログの制御信号を与える。   According to another preferred aspect, the current control element is a drive transistor having an amplification function. And a control part gives an analog control signal to the control terminal of a drive transistor.

本発明の第1の観点におけるファイバレーザ加工装置は、MOPA方式のファイバレーザ加工装置であって、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともYbを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形の光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部とを有する。   A fiber laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention is a MOPA type fiber laser processing apparatus, comprising: a seed light source for generating seed light; and a core added with at least Yb as a rare earth element, An optical fiber for amplification that amplifies by stimulated emission while introducing seed light into the core from the input end and propagating the seed light toward the output end, and excitation light for exciting the core of the optical fiber for amplification An excitation laser diode for generating light, an excitation laser diode power supply device of the present invention for lighting and driving the excitation laser diode, the seed light source and the excitation laser diode at the input end of the amplification optical fiber An optical coupler that optically couples, and a light beam with a pulse waveform that exits from the output end of the amplification optical fiber is focused on the workpiece. And an optical beam irradiation unit for morphism.

本発明の第2の観点におけるファイバレーザ加工装置は、MOPA方式のファイバレーザ加工装置であって、シード光を生成するためのシード光源と、希土類元素として少なくともYbを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する第1の増幅用光ファイバと、前記第1の増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する第1の励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための第1の本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記シード光源および前記第1の励起用レーザダイオードを前記第1の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第1の光結合器と、希土類元素として少なくともYbを添加した第2のコアを有し、前記第1の増幅用光ファイバの出力端からの前記第1段増幅パルスの光ビームを入力端より前記第2のコアの中に入れ、前記第1段増幅パルスの光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第2段増幅パルスの光ビームを出す第2の増幅用光ファイバと、前記第2の増幅用光ファイバの第2のコアを励起するための第2の励起光を発生する第2の励起用レーザダイオードと、前記第2の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための第2の本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記第1の増幅用光ファイバの出力端および前記第2の励起用レーザダイオードを前記第2の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第2の光結合器と、前記第2の増幅用光ファイバの出力端から出た前記第2段増幅パルスの光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部とを有する。   A fiber laser processing apparatus according to a second aspect of the present invention is a MOPA type fiber laser processing apparatus, comprising: a seed light source for generating seed light; and a core to which at least Yb is added as a rare earth element, A first amplifying optical fiber that amplifies by stimulated emission while introducing seed light into the core from the input end and propagating the seed light toward the output end, and a core of the first amplifying optical fiber. A first pumping laser diode for generating pumping light for pumping, a pumping laser diode power supply device of the first invention for lighting and driving the pumping laser diode, the seed light source, and the first light source A first optical coupler that optically couples the pumping laser diode to the input end of the first amplification optical fiber, and at least Yb as a rare earth element A light beam of the first-stage amplification pulse from the output end of the first amplification optical fiber is introduced into the second core from the input end, and the first stage A second amplification optical fiber that amplifies the light beam of the amplification pulse by stimulated emission while propagating the light beam and outputs a light beam of the second-stage amplification pulse from the output end, and a second of the second amplification optical fiber A second pumping laser diode for generating second pumping light for pumping the core, and a pumping laser diode power supply device according to the second invention for driving and lighting the second pumping laser diode; A second optical coupler for optically coupling the output terminal of the first amplification optical fiber and the second pumping laser diode to the input terminal of the second amplification optical fiber; From the output end of the optical fiber for amplification And an optical beam irradiation unit for irradiating light collecting the light beam of the second stage amplification pulses to the workpiece.

本発明の第3の観点におけるファイバレーザ加工装置は、発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための本発明の励起用レーザダイオード電源装置と、前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部とを有する。   A fiber laser processing apparatus according to a third aspect of the present invention optically opposes an oscillation optical fiber having a core containing a light emitting element and a clad surrounding the core via the core of the oscillation optical fiber. A pair of resonator mirrors, a pumping laser diode that generates pumping light for pumping the core of the amplification optical fiber, and a pumping laser diode power supply device of the present invention for lighting and driving the pumping laser diode And a laser irradiation unit for condensing and irradiating the laser beam output from the resonator mirror toward a processing point of the workpiece.

上記第1、第2および第3の観点におけるファイバレーザ加工装置は、本発明の励起用レーザダイオード電源装置により、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させるとともに過電流による故障を確実に防止できるので、レーザ加工の加工能力および信頼性を向上させることができる。   The fiber laser processing apparatus according to the first, second, and third aspects can sufficiently exhibit the optical output of the excitation laser diode and reliably cause a failure due to an overcurrent by the excitation laser diode power supply apparatus of the present invention. Therefore, the processing capability and reliability of laser processing can be improved.

本発明の励起用レーザダイオード電源装置によれば、上記のような構成および作用により、励起用レーザダイオードの光出力を十二分に発揮させ、かつ励起用レーザダイオードを過電流から適確に保護することができる。   According to the pumping laser diode power supply apparatus of the present invention, the optical output of the pumping laser diode can be fully exerted and the pumping laser diode can be appropriately protected from overcurrent by the configuration and operation as described above. can do.

また、本発明のファイバレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、レーザ加工の加工能力および信頼性を向上させることができる。   Moreover, according to the fiber laser processing apparatus of this invention, the processing capability and reliability of laser processing can be improved by the above structures and operations.

本発明の一実施形態におけ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。It is a block diagram which shows the structure of the fiber laser processing apparatus in one Embodiment of this invention. 上記ファイバレーザ加工装置における一実施例によるポンプLD電源装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the pump LD power supply device by one Example in the said fiber laser processing apparatus. 上記ポンプLD電源装置に組み込まれるLD電流監視部内の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure in the LD electric current monitoring part integrated in the said pump LD power supply device. 上記LD電流監視部に含まれる第1および第2監視部の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the 1st and 2nd monitoring part contained in the said LD electric current monitoring part. 第2監視部における第2監視値および設定時間の波形上の意味を示す図である。It is a figure which shows the meaning on the waveform of the 2nd monitoring value and setting time in a 2nd monitoring part. 第2監視部における一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action in a 2nd monitoring part. 第2監視部における一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action in a 2nd monitoring part. 第2監視部における一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action in a 2nd monitoring part. 第2監視部の別の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows another structural example of a 2nd monitoring part. 図9の第2監視部における一作用を示す図である。It is a figure which shows one effect | action in the 2nd monitoring part of FIG. 別の実施例によるポンプLD電源装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the pump LD power supply device by another Example. 本発明の別の実施形態におけ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。It is a block diagram which shows the structure of the fiber laser processing apparatus in another embodiment of this invention.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に、本発明の一実施形態におけるMOPA方式ファイバレーザ加工装置の構成を示す。このファイバレーザ加工装置は、シード光発生部10、第1および第2の増幅用光ファイバ(以下「アクティブファイバ」と称する)12,14および光ビーム照射部16をアイソレータ18,20,22および光結合器24,26を介して光学的に縦続接続している。   FIG. 1 shows the configuration of a MOPA fiber laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. This fiber laser processing apparatus includes a seed light generator 10, first and second amplification optical fibers (hereinafter referred to as “active fibers”) 12, 14, and a light beam irradiation unit 16, and isolators 18, 20, 22 and light. Optically cascaded via couplers 24 and 26.

シード光発生部10は、シード用のレーザダイオード(以下「シードLD」と称する。)30と、このシードLD30をパルス波形の電流で駆動してパルス発振させるシード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、ファイバカップリングLDとして構成されている。   The seed light generator 10 includes a seed laser diode (hereinafter referred to as “seed LD”) 30, a seed LD power supply circuit 32 that drives the seed LD 30 with a pulse waveform current to generate pulse oscillation, and a seed LD 30. And an LD temperature control unit 34 for controlling the temperature. The seed LD 30 is configured as a fiber coupling LD.

シード光発生部10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、複数たとえば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」と称する。)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。   The optical coupler 24 provided between the seed light generator 10 and the first active fiber 12 includes a plurality of, for example, three input ports 24IN (1), 24IN (2), 24IN (3) and one output port 24OUT. And have. A seed LD 30 is connected to the first input port 24IN (1) through the isolator 18. An excitation LD (hereinafter referred to as “pump LD”) 36 for exciting the core of the first active fiber 12 is connected to the second input port 24IN (2). The third input port 24IN (3) is an expansion port, and another pump LD 36 (not shown) can be connected thereto. The input port of the active fiber 12 is connected to the output port 24OUT.

シード光発生部10、アイソレータ18および光結合器24によって、第1のアクティブファイバ12に対するシード光注入部が構成されている。また、ポンプLD36および光結合器24によって、第1のアクティブファイバ12に対する励起光注入部が構成されている。   The seed light generation unit 10, the isolator 18, and the optical coupler 24 constitute a seed light injection unit for the first active fiber 12. Further, the pump LD 36 and the optical coupler 24 constitute a pumping light injection unit for the first active fiber 12.

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)がたとえば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の総合出力によりたとえば10〜40dBの範囲で調節可能となっている。   The first active fiber 12 has a core made of quartz to which at least Yb ions are added and a clad made of, for example, quartz surrounding the core coaxially, and the total length (fiber length) is selected to be, for example, 3 to 15 m. It is. The gain of the first active fiber 12 (first stage amplifier) can be adjusted, for example, in the range of 10 to 40 dB by the total output of the pump LD 36.

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、複数たとえば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(2),26IN(7)は空きポートとなっているが、必要に応じてポンプLD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。   The optical coupler 26 provided between the first active fiber 12 and the second active fiber 14 includes a plurality of, for example, seven input ports 26IN (1), 26IN (2) to 26IN (7) and one output port. 26 OUT. The output terminal of the first active fiber 12 is connected to the first input port 26IN (1) via the isolator 20. Pumps LD 38 for exciting the core of the second active fiber 14 are connected to the second to fifth input ports 26IN (2) to 26IN (5), respectively. The sixth and seventh input ports 26IN (2) and 26IN (7) are vacant ports, but a pump LD can be added as necessary. The input port of the second active fiber 14 is connected to the output port 26OUT.

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)がたとえば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の総合出力によりたとえば10〜40dBの範囲で調節可能となっている。   Similarly to the first active fiber 12, the second active fiber 14 also has a core made of quartz to which at least Yb is added, and a clad made of, for example, quartz surrounding the core coaxially. For example, 3-15 m. The gain of the second active fiber 14 (second stage amplifier) can be adjusted in the range of, for example, 10 to 40 dB by the total output of the pump LD38.

光ビーム照射部16は、第2のアクティブファイバ14の出力端より取り出されるパルス波形の加工用光ビームLBをたとえばコリメータ39、ベントミラー40等の光伝送系を介して受け取り、受け取った光ビームLB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ようになっている。たとえば、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。   The light beam irradiation unit 16 receives a processing light beam LB having a pulse waveform extracted from the output end of the second active fiber 14 via an optical transmission system such as a collimator 39 or a vent mirror 40, and receives the received light beam LB. Is condensed and applied to a desired position on the surface of the workpiece W on the stage 42. For example, when marking is performed, a galvano scanner is mounted on the light beam irradiation unit 16.

主制御部44は、キーボードあるいはマウス等の入力装置46およびディスプレイ(図示せず)等と接続するマイクロコンピュータからなり、メモリに格納された制御プログラムに基づいて上述した装置内の各部および装置全体の制御を行う。   The main control unit 44 includes a microcomputer connected to an input device 46 such as a keyboard or a mouse, a display (not shown), and the like. Based on a control program stored in a memory, the main control unit 44 and each unit in the above-described device and the entire device. Take control.

このMOPA方式ファイバレーザ加工装置においてマーキング加工を行う場合、シード光発生部10は、所定の波長を有するパルス波形のシード光(LD光)を所望のパルス幅(たとえば0.1〜200ns)、所望のピークパワー(たとえば10〜100mW)および所望の繰り返し周波数(たとえば20〜500kHz)で出力するように構成されている。なお、繰り返し周波数は、10kHz〜1MHzの範囲で出力するように構成することができる。シード光発生部10より出力されたパルス波形のシード光は、アイソレータ18および光結合器24を介して第1のアクティブファイバ12のコアに注入される。   When marking is performed in this MOPA type fiber laser processing apparatus, the seed light generation unit 10 generates a desired pulse width (for example, 0.1 to 200 ns) and a desired pulse width of seed light (LD light) having a predetermined wavelength. Output at a peak power (for example, 10 to 100 mW) and a desired repetition frequency (for example, 20 to 500 kHz). The repetition frequency can be configured to output in the range of 10 kHz to 1 MHz. The seed light having a pulse waveform output from the seed light generator 10 is injected into the core of the first active fiber 12 via the isolator 18 and the optical coupler 24.

一方、ポンプLD36は、所定の波長を有する連続波(cw)の励起光を出力するように構成されている。ポンプLD36より出力される連続波の励起光は光結合器24を介して第1のアクティブファイバ12のコアに注入される。
第1のアクティブファイバ12の中で、シード光は、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する。一方、励起光は、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アクティブファイバ12の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中のYbイオンを光励起する。
On the other hand, the pump LD 36 is configured to output continuous wave (cw) excitation light having a predetermined wavelength. The continuous wave excitation light output from the pump LD 36 is injected into the core of the first active fiber 12 through the optical coupler 24.
In the first active fiber 12, the seed light propagates in the axial direction toward the fiber output end while being confined by total reflection at the interface between the core and the clad. On the other hand, the excitation light propagates in the active fiber 12 in the axial direction while being confined by total reflection at the cladding outer peripheral interface, and optically excites Yb ions in the core by crossing the core many times during the propagation.

こうして、シード光と励起光がアクティブファイバ12を伝搬する間に、そのYb添加コアにおいて励起光スペクトルの吸収とシード光スペクトルの誘導放出とが繰り返し行われ、アクティブファイバ12の出力端より所望のパワー(たとえば200Wのピークパワー)を有するまでに増幅されたシード光つまり第1段増幅パルスの光ビームが出される。   In this way, while the seed light and the pump light propagate through the active fiber 12, absorption of the pump light spectrum and stimulated emission of the seed light spectrum are repeatedly performed in the Yb-doped core, and a desired power is output from the output end of the active fiber 12. The seed light that has been amplified up to (for example, 200 W peak power), that is, the light beam of the first-stage amplified pulse is emitted.

第1のアクティブファイバ12の出力端から出た第1段増幅パルスの光ビームは、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のコアに注入される。一方で、ポンプLD38からの連続波(cw)の励起光が光結合器26を介して第2のアクティブファイバ14のコアに注入される。   The light beam of the first stage amplified pulse that has exited from the output end of the first active fiber 12 is injected into the core of the second active fiber 14 via the isolator 20 and the optical coupler 26. On the other hand, continuous wave (cw) excitation light from the pump LD 38 is injected into the core of the second active fiber 14 via the optical coupler 26.

第2のアクティブファイバ14においても、増幅対象の光ビームが異なるだけで、つまりシード光が第1段増幅光ビームに置き換わるだけで、第1のアクティブファイバ12と同様の誘導放出機構による光増幅が行われ、アクティブファイバ14の出力端より所望のパワー(たとえば20kWのピークパワー)を有する第2段増幅パルスの光ビームが出される。   Also in the second active fiber 14, only the light beam to be amplified is different, that is, the seed light is replaced with the first-stage amplified light beam, so that light amplification by the stimulated emission mechanism similar to that of the first active fiber 12 is performed. The second stage amplification pulse light beam having a desired power (for example, 20 kW peak power) is emitted from the output end of the active fiber 14.

こうして、第2のアクティブファイバ14の出力端から取り出された第2段増幅パルスの光ビームが、加工用の光ビームLBとして、たとえばコリメータ39、ベントミラー40を介して光ビーム照射部16へ送られる。   In this way, the light beam of the second-stage amplification pulse extracted from the output end of the second active fiber 14 is sent to the light beam irradiation unit 16 through the collimator 39 and the vent mirror 40 as a processing light beam LB, for example. It is done.

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、制御部44の制御の下でシード光発生部10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、加工用光ビームLB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。
The light beam irradiation unit 16 includes a galvano scanner for marking and an fθ lens. The galvano scanner has a pair of movable mirrors capable of swinging in two directions orthogonal to each other. Under the control of the control unit 44, the galvano scanner is synchronized with the pulse oscillation operation of the seed light generation unit 10. By controlling the direction to a predetermined angle, the processing light beam LB is condensed and applied to a desired position on the surface of the workpiece W on the stage 42. Laser processing applied to the surface of the workpiece W is typically marking processing for drawing characters, figures, etc., but other surface removal processing such as trimming is also possible.
The

このMOPA方式ファイバレーザ加工装置において、第1および第2のアクティブファイバ12,14のポンピングに用いられる各々のポンプLD36,38は、主制御部44の制御(制御信号PC)の下でポンプLD電源回路50によって駆動される。   In this MOPA type fiber laser processing apparatus, the pumps LD 36 and 38 used for pumping the first and second active fibers 12 and 14 are pump LD power sources under the control of the main control unit 44 (control signal PC). Driven by circuit 50.

以下、この実施形態におけるポンプLD電源回路50の構成および作用を説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of the pump LD power supply circuit 50 in this embodiment will be described.

図2に示すように、このポンプLD電源回路50は、ポンプLD36(38)に電力を供給するための直流電源52と、この直流電源52とポンプLD36(38)との間に直列に接続されるスイッチング素子54およびチョークコイル56を有している。さらに、直流電源52と並列に平滑用のコンデンサ58を接続するとともに、チョークコイル56およびポンプLD36(38)と並列にフライホイール・ダイオード60を接続し、駆動電流Idが流れる電流路(導体)にたとえばホール素子からなる電流センサ62を取り付けている。 As shown in FIG. 2, the pump LD power supply circuit 50 is connected in series between a DC power supply 52 for supplying power to the pump LD 36 (38), and the DC power supply 52 and the pump LD36 (38). Switching element 54 and choke coil 56. Further, a smoothing capacitor 58 is connected in parallel with the DC power supply 52, and a flywheel diode 60 is connected in parallel with the choke coil 56 and the pump LD 36 (38), and a current path (conductor) through which the drive current I d flows. For example, a current sensor 62 composed of a Hall element is attached.

直流電源52は、たとえばAC−DCコンバータ、DC−DCコンバータあるいはバッテリからなり、一定レベルの直流電圧を安定に出力するようになっている。スイッチング素子54は、応答速度の高いトランジスタ、たとえば電界効果型トランジスタ(FET)からなる。   The DC power source 52 is composed of, for example, an AC-DC converter, a DC-DC converter, or a battery, and stably outputs a DC voltage at a certain level. The switching element 54 is a transistor having a high response speed, such as a field effect transistor (FET).

制御部64は、主制御部44からの制御信号PCにしたがって、ポンプLD36(38)の発振出力持続時間およびピークパワーを制御し、たとえばパルス幅制御(PWM)方式によりスイッチング素子54を一定の高い周波数でスイッチング制御する。スイッチング素子54がスイッチング・オフしている期間中は、チョークコイル56に蓄積されていた電磁エネルギーが駆動電流IdとなってポンプLD36(38)およびフライホイール・ダイオード60を還流するようになっている。 The control unit 64 controls the oscillation output duration and the peak power of the pump LD 36 (38) in accordance with the control signal PC from the main control unit 44. For example, the switching element 54 is set to a constant high level by a pulse width control (PWM) method. Switching control with frequency. During the period when the switching element 54 is switched off, the electromagnetic energy accumulated in the choke coil 56 becomes the drive current I d and flows back through the pump LD 36 (38) and the flywheel diode 60. Yes.

こうして、スイッチング素子54がスイッチング動作を行っている間は、ポンプLD36(38)に直流の駆動電流Idが持続的に流れ、ポンプLD36(38)より駆動電流Idの電流値に応じた光出力を有するLD光が励起光として生成される。 Thus, while the switching element 54 is performing the switching operation, the direct current drive current I d continuously flows through the pump LD 36 (38), and the light corresponding to the current value of the drive current I d from the pump LD 36 (38). LD light having an output is generated as excitation light.

たとえばマーキング加工が行われる場合は、1回の連続したストロークの描画が終了すると、いったんそこでスイッチング素子54のスイッチング動作つまりポンプLD36(38)の駆動が停止し、次のストロークの描画が開始すると、スイッチング素子54のスイッチング動作つまりポンプLD36(38)の駆動が再開する。その際、制御信号PCにしたがって、ポンプLD36(38)に供給する駆動電流Idの電流値および/または持続時間は随時可変されるようになっている。 For example, when marking processing is performed, once drawing of one continuous stroke is finished, once the switching operation of the switching element 54, that is, driving of the pump LD 36 (38) is stopped, and drawing of the next stroke is started, The switching operation of the switching element 54, that is, the driving of the pump LD 36 (38) is resumed. At that time, according to the control signal PC, the current value and / or the duration of the drive current I d supplied to the pump LD 36 (38) can be varied at any time.

もっとも、ポンプLD36(38)に流せる駆動電流Idには許容限界つまり定格がある。このMOPA方式ファイバレーザ加工装置で用いるポンプLD36(38)は、通常定格電流IRSおよび絶対最大定格電流IRMの2種類の定格電流を有している。ここで、通常定格電流IRSは、これを少しでも超えたならだめというわけではなく、所定時間TS以上連続して超えてはならないという意味の定格電流である。特に、この種のLDは、所定時間TG(たとえば10ms)以上の時間間隔を空ければ、通常定格電流IRSを超える所定時間TS以内の通電を何度続けても故障しないことが本発明者によって確認されている。一方、絶対最大定格電流IRMは、いかなる使用条件でも瞬時たりとも超えてはならないという意味の定格電流である。 However, the drive current I d that can be passed through the pump LD 36 (38) has an allowable limit, that is, a rating. The pump LD 36 (38) used in this MOPA type fiber laser processing apparatus has two types of rated currents, that is, a normal rated current I RS and an absolute maximum rated current I RM . Here, the normal rated current I RS is not rated if it exceeds a little, but it is a rated current that means it should not exceed the predetermined time T S continuously. In particular, this type of LD may not fail even if the energization is continued within the predetermined time T S exceeding the normal rated current I RS as long as the time interval equal to or longer than the predetermined time T G (for example, 10 ms) is provided. Confirmed by the inventor. On the other hand, the absolute maximum rated current I RM is a rated current meaning that it should not be exceeded instantaneously under any use condition.

このポンプLD電源回路50は、ポンプLD36(38)を過大な駆動電流Idから保護するために、通常定格電流IRSおよび絶対最大定格電流IRMのそれぞれの性質を踏まえて駆動電流Idを監視する駆動電流監視部66を備えている。 The pump LD power source circuit 50, in order to protect the pump LD36 (38) from an excessive driving current I d, the drive current I d usually light of the respective properties of the rated current I RS and the absolute maximum rated current I RM A drive current monitoring unit 66 for monitoring is provided.

駆動電流監視部66は、電流センサ62より駆動電流Idの電流値を表わす電圧信号(駆動電流検出信号)MIdを受け取り、通常定格電流IRSおよび絶対最大定格電流IRMに照らして駆動電流Idが過大になっていると判定したときは、その二値出力信号をたとえばLレベルに下げて、これを過電流検出信号ES-とするようになっている。制御部64は、駆動電流監視部66より過電流検出信号ES-が発生された時は、それに応答して、スイッチング素子54のスイッチング動作を止めて駆動電流Idを切るようにしている。 The drive current monitoring unit 66 receives a voltage signal (drive current detection signal) MI d representing the current value of the drive current I d from the current sensor 62, and drives the drive current in light of the normal rated current I RS and the absolute maximum rated current I RM. When it is determined that I d is excessive, the binary output signal is lowered to, for example, the L level, and this is used as the overcurrent detection signal ES . Control unit 64, overcurrent detection signal ES from the driving current monitoring unit 66 - when is generated, in response thereto, so that off the drive current I d to stop the switching operation of the switching element 54.

図3に示すように、この駆動電流監視部66は、絶対最大定格電流用の第1監視部68と通常定格電流用の第2監視部70とを有している。第1監視部68は、絶対最大定格電流IRMに照らして駆動電流Idが過大であるか否かを監視し、過大であると判定したときはLレベルの出力信号を第1過電流検出信号ES1-として発生するようになっている。一方、第2監視部70は、通常定格電流IRSに照らして駆動電流Idが過大であるか否かを監視し、過大であると判定したときはLレベルの出力信号を第2過電流検出信号ES2-として発生するようになっている。第1過電流検出信号ES1-または第2過電流検出信号ES2-のいずれかが発生されたときは、ANDゲートからなる出力回路72よりLレベルの過電流検出信号ES-が出力されるようになっている。 As shown in FIG. 3, the drive current monitoring unit 66 includes a first monitoring unit 68 for absolute maximum rated current and a second monitoring unit 70 for normal rated current. The first monitoring unit 68 monitors whether or not the drive current I d is excessive in light of the absolute maximum rated current I RM. If it is determined that the drive current I d is excessive, the first monitoring unit 68 detects the L level output signal as the first over current. The signal ES 1− is generated. On the other hand, the second monitoring unit 70 monitors whether or not the drive current I d is excessive in light of the normal rated current I RS, and if it is determined that the drive current I d is excessive, the second monitoring unit 70 outputs the L level output signal to the second over current. The detection signal ES 2- is generated. When either the first overcurrent detection signal ES 1− or the second overcurrent detection signal ES 2− is generated, an L level overcurrent detection signal ES is output from the output circuit 72 formed of an AND gate. It is like that.

図4に、一実施例における第1監視部68および第2監視部70の回路構成を示す。   FIG. 4 shows circuit configurations of the first monitoring unit 68 and the second monitoring unit 70 in one embodiment.

第1監視部68は、第1基準値発生部74および第1コンパレータ76を有している。第1基準値発生部74は、抵抗分圧回路からなり、一定の電源電圧VBBに対して所望の比率A1(ただし、0<A1<1)を有する分圧電圧A1*VBBを第1監視値IK1に対応する第1基準値K1として発生する。ここで、第1監視値IK1は、ポンプLD36(38)の絶対最大定格電流IRM(たとえば200A)に照らし、好ましくは絶対最大定格電流IRMよりも幾らか低い電流値(たとえば195A)に選ばれる。 The first monitoring unit 68 includes a first reference value generation unit 74 and a first comparator 76. The first reference value generator 74, a resistor divider, the desired ratio A 1 for a constant supply voltage V BB (However, 0 <A 1 <1) the divided voltage A1 * V BB having It is generated as a first reference value K 1 corresponding to the first monitoring value I K1 . Here, the first monitoring value I K1 is in light of the absolute maximum rated current I RM (eg, 200 A) of the pump LD 36 (38), and preferably is a current value (eg, 195 A) somewhat lower than the absolute maximum rated current I RM. To be elected.

コンパレータ76は、演算増幅器からなり、その非反転入力端子(+)に第1基準値発生部74からの第1基準値K1を入力し、その反転入力端子(-)に電流センサ62の出力信号(駆動電流検出信号)MIdを入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、MId≦K1のときはHレベルの出力信号を発生し、MId>K1のときはLレベルの出力信号を第1過電流検出信号ES1-として発生するようになっている。なお、コンパレータ74の出力端子は、プルアップ抵抗78を介してHレベルの電源電圧VBBに接続されている。 The comparator 76 is composed of an operational amplifier, and the first reference value K 1 from the first reference value generator 74 is input to the non-inverting input terminal (+), and the output of the current sensor 62 is input to the inverting input terminal (−). A signal (drive current detection signal) MI d is input, and an output signal of H level is generated when MI d ≦ K 1 , and L when MI d > K 1 , according to the magnitude relationship between the two input signals. A level output signal is generated as the first overcurrent detection signal ES 1- . The output terminal of the comparator 74 is connected to the H level power supply voltage V BB via the pull-up resistor 78.

このように、第1監視部68は、ポンプLD36(38)を流れる駆動電流Idが第1監視値IK1を超えたことを検出した時に、第1過電流検出信号ES1-を発生するようになっている。そして、第1監視部68より第1過電流検出信号ES1-が発生されると、制御部64が直ちにスイッチング素子54のスイッチング動作を止めて駆動電流Idを切るようになっている。その際、駆動電流Idが第1監視値IK1を超えた時から駆動電流Idが切られる時までに一定の時間遅れがある場合は、この時間遅れの間に駆動電流Idが絶対最大定格電流IRMを超えることがないように、第1監視値IK1を選定するのが好ましい。 Thus, the first monitoring unit 68 generates the first overcurrent detection signal ES 1− when detecting that the drive current I d flowing through the pump LD 36 (38) exceeds the first monitoring value I K1. It is like that. When the first overcurrent detection signal from the first monitoring portion 68 ES 1-is generated, so that the cutting drive current I d controller 64 immediately stops the switching operation of the switching element 54. At that time, if there is a certain time delay from when the drive current I d exceeds the first monitoring value I K1 to when the drive current I d is cut off, the drive current I d must be absolute during this time delay. The first monitoring value I K1 is preferably selected so that the maximum rated current I RM is not exceeded.

こうして、駆動電流Idは絶対最大定格電流IRMを瞬時たりとも超えることはない。したがって、ポンプLD36(38)に供給する駆動電流Idを常に絶対最大定格電流IRM以下に保持することができる。 Thus, the drive current I d does not exceed the absolute maximum rated current I RM instantaneously. Therefore, the drive current I d supplied to the pump LD 36 (38) can always be kept below the absolute maximum rated current I RM .

第2監視部70は、第2基準値発生部80、ローパス・フィルタ82および第2コンパレータ84を有している。   The second monitoring unit 70 includes a second reference value generation unit 80, a low-pass filter 82, and a second comparator 84.

ここで、第2基準値発生部80は、抵抗分圧回路からなり、一定の電源電圧VBBに対して所望の比率A2(ただし、0<A2<1)を有する分圧電圧A2*VBBを第2監視値IK2に対応する第2基準値K2として発生する。ここで、第2監視値IK2は、ポンプLD36(38)の通常定格電流IRS(たとえば100A)に照らし、好ましくは通常定格電流IRS(100A)と同じか、またはその付近の電流値に選ばれる。 Here, the second reference value generating unit 80 is formed of a resistance voltage dividing circuit, and a divided voltage A 2 having a desired ratio A 2 (where 0 <A 2 <1) with respect to a constant power supply voltage V BB . * generating a V BB as the second reference value K 2 corresponding to the second monitoring value I K2. Here, the second monitoring value I K2 is in light of the normal rated current I RS (eg, 100 A) of the pump LD 36 (38), and is preferably the same as or close to the normal rated current I RS (100 A). To be elected.

ローパス・フィルタ82は、たとえば抵抗86およびコンデンサ88からなるRCフィルタ回路として構成されており、通常定格電流IRSに係わる上記所定時間TS(たとえば1ms)に照らし、好ましくは上記所定時間TSよりも幾らか短い設定時間TS'(たとえば0.95ms)に対応するカットオフ周波数または遅延時定数を有している。 The low-pass filter 82 is configured as an RC filter circuit including, for example, a resistor 86 and a capacitor 88, and in light of the predetermined time T S (for example, 1 ms) related to the normal rated current I RS , preferably from the predetermined time T S. Has a cut-off frequency or delay time constant corresponding to a somewhat shorter set time T S ′ (eg, 0.95 ms).

ローパス・フィルタ82は、電流センサ62からの駆動電流検出信号MIdを入力し、この信号MIdを上記設定時間TS'に対応したカットオフ周波数または遅延時定数でなまらせた信号MId'を出力するようになっている。 Low-pass filter 82 inputs the driving current detection signal MI d from the current sensor 62, the signal MI d the set time T S 'signal was blunted at the cutoff frequency or the delay time constant corresponding to the MI d' Is output.

すなわち、図5に示すように、あるストロークの描画において、第2監視値IK2に等しいピーク値を有する駆動電流IdがポンプLD36(38)に供給されたときは、通電開始時点t0から上記設定時間TS'を経過した時点tSでローパス・フィルタ82の出力信号MId'が第2基準値K2付近まで立ち上がり、かつそのレベルで飽和するようになっている。 That is, as shown in FIG. 5, when a drive current I d having a peak value equal to the second monitoring value I K2 is supplied to the pump LD 36 (38) in drawing a certain stroke, the energization start time t 0 is started. At the time t S when the set time T S ′ has elapsed, the output signal MI d ′ of the low-pass filter 82 rises to near the second reference value K 2 and saturates at that level.

コンパレータ84は、演算増幅器からなり、その非反転入力端子(+)に第2基準値発生部80からの第2基準値K2を入力し、その反転入力端子(-)にローパス・フィルタ82の出力信号MId'を入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、MId'<K2のときはHレベルの出力信号を発生し、MId'≧K2のときはLレベルの出力信号を第2過電流検出信号ES2-として発生するようになっている。なお、コンパレータ84の出力端子は、プルアップ抵抗90を介してHレベルの電源電圧VBBに接続されている。 The comparator 84 is composed of an operational amplifier, and the second reference value K 2 from the second reference value generator 80 is input to the non-inverting input terminal (+), and the low-pass filter 82 is input to the inverting input terminal (−). An output signal MI d ′ is input, and an output signal of H level is generated when MI d ′ <K 2, and an L level signal is output when MI d ′ ≧ K 2 , depending on the magnitude relationship between the two input signals. The output signal is generated as the second overcurrent detection signal ES 2- . The output terminal of the comparator 84 is connected to the H level power supply voltage V BB via the pull-up resistor 90.

上記のような第2監視値IK2に等しいピーク値を有する駆動電流IdがポンプLD36(38)に供給されたときは、通電開始時点t0から上記設定時間TS'を経過した時点tSでローパス・フィルタ82の出力信号MId'が飽和レベルの第2基準値K2付近まで立ち上がり、コンパレータ84より第2過電流検出信号ES2-が発生される。そして、第2監視部70より第2過電流検出信号ES2-が発生されると、制御部64がスイッチング素子54のスイッチング動作を止めて駆動電流Idを切るようになっている。その際、上記設定時間TS'を経過した時点から駆動電流Idが切られる時までに時間遅れがあっても、ポンプLD36(38)の通常定格電流IRSに係わる上記所定時間TSを超えるまでは至らないように上記設定時間TS'を選定するのが好ましい。 When the drive current I d having a peak value equal to the second monitoring value I K2 as described above is supplied to the pump LD 36 (38), the time t when the set time T S ′ has elapsed from the start time t 0 of energization. At S , the output signal MI d ′ of the low-pass filter 82 rises to near the second reference value K 2 at the saturation level, and the second overcurrent detection signal ES 2− is generated from the comparator 84. When the second overcurrent detection signal from the second monitoring portion 70 ES 2-is generated, the control unit 64 is adapted to turn off the drive current I d to stop the switching operation of the switching element 54. At this time, even if there is a time lag from when the set time T S ′ has elapsed until the drive current I d is cut off, the predetermined time T S related to the normal rated current I RS of the pump LD 36 (38) is reduced. It is preferable to select the set time T S ′ so as not to exceed.

別の例として、図6に示すように、第2監視値IK2より低いピーク値を有する駆動電流IdがポンプLD36(38)に供給されたとする。この場合は、通電開始時点t0から上記設定時間TS'を経過した時点tSはもちろんその後もローパス・フィルタ82の出力信号MId'が第2基準値K2には届かず、したがってコンパレータ84より第2過電流検出信号ES2-が発生されることはない。 As another example, as shown in FIG. 6, it is assumed that a drive current I d having a peak value lower than the second monitoring value I K2 is supplied to the pump LD 36 (38). In this case, the output signal MI d ′ of the low-pass filter 82 does not reach the second reference value K 2 at the time t S when the set time T S ′ has elapsed from the start time t 0 of energization. No second overcurrent detection signal ES 2- is generated from 84.

別の例として、図7に示すように、第1監視値IK1よりは低くて第2監視値IK2よりも高いピーク値を有する駆動電流IdがポンプLD36(38)に供給されたとする。この場合は、通電開始時点t0から上記設定時間TS'を経過する前にローパス・フィルタ82の出力信号MId'が第2基準値K2を超えてしまい、その時点teでコンパレータ84より第2過電流検出信号ES2-が発生され、駆動電流Idが切られる。 As another example, as shown in FIG. 7, it is assumed that a drive current I d having a peak value lower than the first monitoring value I K1 and higher than the second monitoring value I K2 is supplied to the pump LD 36 (38). . In this case, the energization start time point t 0 'output signal MI d of the low-pass filter 82 before the expiration of' the set time T S may exceed the second reference value K 2, the comparator 84 at that time t e Accordingly, the second overcurrent detection signal ES 2- is generated, and the drive current I d is cut off.

しかし、図8に示すように、同じ高いピーク値を有する駆動電流IdがポンプLD36(38)に供給される場合でも、元々の持続時間Tfが通電開始時点t0から上記時点teに達するまでの時間よりも短いときは、ローパス・フィルタ82の出力信号MId'は第2基準値K2を超えないので、コンパレータ84より第2過電流検出信号ES2-が発生されることはない。 However, as shown in FIG. 8, even when the drive current I d having the same high peak value is supplied to the pump LD 36 (38), the original duration T f is changed from the energization start time t 0 to the time t e . When it is shorter than the time until it reaches, since the output signal MI d ′ of the low-pass filter 82 does not exceed the second reference value K 2 , the second overcurrent detection signal ES 2− is generated from the comparator 84. Absent.

このように、第2監視部70は、ポンプLD36(38)を流れる駆動電流Idの電流値が第2監視値IK2以上の値を設定時間TS'以上持続した時に、第2過電流検出信号ES2-を発生するようになっている。そして、第2監視部70より第2過電流検出信号ES2-が発生されると、制御部64がスイッチング素子54のスイッチング動作を止めて駆動電流Idを切るようになっている。 As described above, the second monitoring unit 70 detects the second overcurrent when the current value of the drive current I d flowing through the pump LD 36 (38) has maintained a value equal to or greater than the second monitor value I K2 for the set time T S ′. A detection signal ES 2- is generated. When the second overcurrent detection signal from the second monitoring portion 70 ES 2-is generated, the control unit 64 is adapted to turn off the drive current I d to stop the switching operation of the switching element 54.

こうして、駆動電流Idがたとえ通常定格電流IRS(100A)以上になったとしても、その状態が所定時間(1ms)以上持続することはない。したがって、ポンプLD36(38)に供給する駆動電流Idを常に通常定格電流IRSの許容限界内に保持することができる。 Thus, even if the drive current I d becomes equal to or higher than the normal rated current I RS (100 A), the state does not last for a predetermined time (1 ms) or longer. Therefore, the drive current I d supplied to the pump LD 36 (38) can be always maintained within acceptable limits of normal rated current I RS.

なお、上記のように、この実施形態で用いるポンプLD36(38)は、所定時間TG(たとえば10ms)以上の時間間隔を空ければ、通常定格電流IRSを超える所定時間TS以内の通電を何度続けても故障しないことが本発明者によって確認されている。この所定時間TGの時間管理は、主制御部44ないし制御部64においてソフトウェア的に行うのが好ましい。 As described above, the pump LD 36 (38) used in this embodiment is energized within a predetermined time T S exceeding the normal rated current I RS if a time interval equal to or longer than a predetermined time T G (for example, 10 ms) is available. It has been confirmed by the present inventor that no trouble occurs no matter how many times are repeated. The time management of the predetermined time TG is preferably performed by software in the main control unit 44 to the control unit 64.

この実施形態におけるポンプLD電源回路50は、上記のような構成および機能を有する駆動電流監視部66を備えることにより、ポンプLD36(38)の光出力を十二分に発揮させ、かつ過大な駆動電流IdからポンプLD36(38)を適確に保護することができる。 The pump LD power supply circuit 50 according to this embodiment includes the drive current monitoring unit 66 having the above-described configuration and function, so that the optical output of the pump LD 36 (38) can be sufficiently exerted, and excessive driving is performed. The pump LD 36 (38) can be properly protected from the current I d .

また、この実施形態のMOPA方式ファイバレーザ加工装置は、上記のようなポンプLD電源回路50によってポンプLD36(38)を駆動するので、マーキングやトリミング等の表面除去加工における加工能力および信頼性を向上させることができる。   Further, the MOPA fiber laser processing apparatus of this embodiment drives the pump LD 36 (38) by the pump LD power supply circuit 50 as described above, so that the processing capability and reliability in surface removal processing such as marking and trimming are improved. Can be made.

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。   As mentioned above, although one suitable embodiment of the present invention was described, the above-mentioned embodiment does not limit the present invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.

たとえば、駆動電流監視部66の第2監視部70について、図9に示すような別の実施例も可能である。この実施例における第2監視部70は、コンパレータ92、タイマ94、ORゲート96およびラッチ回路98を有している。   For example, another embodiment as shown in FIG. 9 is possible for the second monitoring unit 70 of the drive current monitoring unit 66. The second monitoring unit 70 in this embodiment includes a comparator 92, a timer 94, an OR gate 96, and a latch circuit 98.

コンパレータ92は、演算増幅器からなり、その反転入力端子(-)に第2基準値発生部(図示せず)からの第2基準値K2を入力し、その非反転入力端子(+)にローパス・フィルタ82の出力信号MId'を入力し、それら両入力信号の大小関係に応じて、MId'<K2のときはLレベルの出力信号を発生し、MId'≧K2のときはHレベルの出力信号を発生するようになっている。コンパレータ92の出力端子は、タイマ94の入力端子に接続されるとともに、タイマ94のデータ入力端子(D)に接続されている。 The comparator 92 is composed of an operational amplifier, and receives the second reference value K 2 from the second reference value generator (not shown) at its inverting input terminal (−) and low-pass at its non-inverting input terminal (+). -The output signal MI d ′ of the filter 82 is input, and an output signal of L level is generated when MI d ′ <K 2 , and when MI d ′ ≧ K 2 , depending on the magnitude relationship between the two input signals. Generates an H level output signal. The output terminal of the comparator 92 is connected to the input terminal of the timer 94 and to the data input terminal (D) of the timer 94.

タイマ94は、たとえばモノマルチからなり、コンパレータ92よりHレベルの出力信号が発生された時は、その立ち上がりエッジに応動して、一定時間つまり上記設定時間TS'のパルス幅を有するHレベルのパルスを出力するようになっている。タイマ94の出力端子は、ORゲート96を介してラッチ回路98のクロック端子(CL)に接続されている。 The timer 94 is composed of, for example, a mono-multi, and when an H level output signal is generated from the comparator 92, the timer 94 responds to the rising edge and has an H level having a pulse width of a predetermined time, that is, the set time T S ′. A pulse is output. The output terminal of the timer 94 is connected to the clock terminal (CL) of the latch circuit 98 via the OR gate 96.

ラッチ回路98は、たとえばD型フリッブプフロップ回路からなり、クロック端子(CL)に入力されるパルスの立下りエッジに応動して、その時データ入力端子(D)に入力されている信号を取り込み、反転出力端子(Q-)に入力信号と逆論理値の信号を出力するようになっている。つまり、ラッチ回路98は、タイマ94が設定時間TS'を計時した時に、コンパレータ92の出力信号(H/Lレベル)に応じて反転出力端子(Q-)よりLレベルの第2過電流検出信ES2-を条件的に発生する判定回路として機能するようになっている。 The latch circuit 98 is composed of, for example, a D-type flip-flop circuit, and takes in the signal input to the data input terminal (D) at that time in response to the falling edge of the pulse input to the clock terminal (CL). The inverting output terminal (Q ) outputs a signal having an inverse logical value to the input signal. That is, the latch circuit 98 detects the second overcurrent at the L level from the inverting output terminal (Q ) according to the output signal (H / L level) of the comparator 92 when the timer 94 measures the set time T S ′. It functions as a judgment circuit that conditionally generates the signal ES 2- .

図10に、この実施例における第2監視部70の作用の一例を示す。たとえば、第1監視値IK1よりは低くて第2監視値IK2よりも高いピーク値を有する駆動電流IdがポンプLD36(38)に供給されたとする。この場合、コンパレータ84よりHレベルの出力信号が発生され、それに応動してタイマ94よりHレベルのパルスが発生される。そして、設定時間TS'が経過した時点で、つまりタイマ出力パルスの立下りエッジでコンパレータ84のHレベルの出力信号がラッチ回路98に取り込まれ、ラッチ回路98の反転出力端子(Q-)よりLレベルの出力信号が第2過電流検出信号ES2-として発生される。 FIG. 10 shows an example of the operation of the second monitoring unit 70 in this embodiment. For example, it is assumed that a drive current I d having a peak value lower than the first monitoring value I K1 and higher than the second monitoring value I K2 is supplied to the pump LD 36 (38). In this case, an H level output signal is generated from the comparator 84, and an H level pulse is generated from the timer 94 in response thereto. When the set time T S 'elapses, that is, at the falling edge of the timer output pulse, the H-level output signal of the comparator 84 is taken into the latch circuit 98 and is output from the inverting output terminal (Q ) of the latch circuit 98. An L level output signal is generated as the second overcurrent detection signal ES 2- .

なお、制御部64は、第2監視部70より第2過電流検出信号ES2-を受け取って駆動電流Idを切った後に、ラッチ回路98のクロック端子(CL)にORゲート96を介してリセットパルスを与え、ラッチ回路98の反転出力をHレベルに戻しておく。 The control unit 64 receives the second overcurrent detection signal ES 2- from the second monitoring unit 70 and cuts the drive current I d, and then connects the clock terminal (CL) of the latch circuit 98 via the OR gate 96. A reset pulse is applied, and the inverted output of the latch circuit 98 is returned to the H level.

上述した実施形態では、ポンプ用LD電源回路50において、直流電源52とポンプLD36(38)との間にスイッチング素子54を接続して、これを電流制御素子とした。しかし、スイッチング素子54に代えて、たとえば図11に示すように駆動トランジスタ100を電流制御素子に用いることも可能である。図11の構成例における駆動トランジスタ100は、たとえばNPN型のバイポーラトランジスタからなり、コレクタ接地のアナログ増幅回路を形成している。なお、駆動トランジスタ100は、バイポーラトランジスタに限らず、電界効果型トランジスタ(FET)等も好適に使用できる。   In the embodiment described above, in the pump LD power supply circuit 50, the switching element 54 is connected between the DC power supply 52 and the pump LD 36 (38), and this is used as the current control element. However, instead of the switching element 54, for example, as shown in FIG. 11, the driving transistor 100 can be used as a current control element. The drive transistor 100 in the configuration example of FIG. 11 is composed of, for example, an NPN-type bipolar transistor, and forms a collector-grounded analog amplifier circuit. Note that the drive transistor 100 is not limited to a bipolar transistor, and a field effect transistor (FET) or the like can be preferably used.

上記実施形態では、駆動電流監視部66より過電流検出信号ES-が発生された時は、制御部64が電流制御素子(スイッチング素子54、駆動トランジスタ100)を通じて駆動電流Idを切るようにした。しかし、駆動電流Idを切らずに、一定の割合で、あるいは一定のレベルまで減少させるようにしてもよい。また、駆動電流監視部66より過電流検出信号ES-が発生された時は、制御部64あるいは電流制御素子とは別個のインターロック回路または安全回路が働いて駆動電流Idを切るか、あるいは減少させるようにしてもよい。 In the above embodiment, when the overcurrent detection signal ES is generated from the drive current monitoring unit 66, the control unit 64 cuts the drive current I d through the current control element (switching element 54, drive transistor 100). . However, the drive current I d may be reduced at a constant rate or to a constant level without turning off. The drive current monitor section 66 from the overcurrent detection signal ES - when is generated, the control unit 64 or the current control element works separate interlock circuit or safety circuit off or drive current I d, or You may make it reduce.

また、第1監視部68より発生される第1過電流検出信号ES1-と第2監視部70より発生される第2過電流検出信号ES2-とを個別に制御部64またはインターロック回路に与えるようにしてもよい。 The first overcurrent detection signal ES 1− generated from the first monitoring unit 68 and the second overcurrent detection signal ES 2− generated from the second monitoring unit 70 are individually controlled by the control unit 64 or the interlock circuit. You may make it give to.

なお、電流センサ62の出力信号(駆動電流検出信号)MIdを制御部64にフィードバックし、駆動電流測定値が設定値に一致するように制御部64がスイッチング素子54または駆動トランジスタ100を制御する構成とすることも可能である。 Incidentally, by feeding back the output signal (driving current detection signal) MI d of the current sensor 62 to the control unit 64, the control unit 64 so that the driving current measurement value matches the setting value and controls the switching element 54 or the driving transistor 100 A configuration is also possible.

上記実施形態のMOPA方式ファイバレーザ加工装置(図1)は、第1のアクティブファイバ12に第2のアクティブファイバ14を従続接続して2段アンプとしている。しかし、第2のアクティブファイバ14を省いて一段(単)アンプの構成とすることや、あるいは第2のアクティブファイバ14の後段に第3のアクティブファイバを接続して3段アンプの構成とすることも可能である。   In the MOPA fiber laser processing apparatus (FIG. 1) of the above embodiment, the second active fiber 14 is continuously connected to the first active fiber 12 to form a two-stage amplifier. However, the second active fiber 14 may be omitted to form a single-stage (single) amplifier, or the third active fiber may be connected to the subsequent stage of the second active fiber 14 to form a three-stage amplifier. Is also possible.

上記実施形態はMOPA方式のファイバレーザ加工装置に係わるものであったが、本発明はMOPA方式以外のファイバレーザ加工装置にも適用可能であり、たとえば図12に示すようなファイバレーザ加工装置にも適用可能である。   The above embodiment relates to a MOPA type fiber laser processing apparatus. However, the present invention can also be applied to a fiber laser processing apparatus other than the MOPA type, for example, a fiber laser processing apparatus as shown in FIG. Applicable.

このファイバレーザ加工装置は、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接に好適に使用可能なレーザ加工機であり、主としてファイバレーザ発振器100、励起用LD102、励起用LD電源回路104、ファイバ伝送系106、レーザ出射部108、主制御部110、タッチパネル112等で構成されている。   This fiber laser processing apparatus is a laser processing machine that can be suitably used for laser processing using, for example, laser welding using a long-pulse fiber laser beam, and mainly includes a fiber laser oscillator 100, an excitation LD 102, an excitation LD power supply circuit 104, and fiber transmission. The system 106 includes a laser emitting unit 108, a main control unit 110, a touch panel 112, and the like.

ファイバレーザ発振器100は、発振用の光ファイバ(以下「発振ファイバ」と称する。)114と、この発振ファイバ114を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー116,118とを有している。   The fiber laser oscillator 100 includes an oscillation optical fiber (hereinafter referred to as “oscillation fiber”) 114 and a pair of optical resonator mirrors 116 and 118 that are optically opposed to each other via the oscillation fiber 114. ing.

励起用のLD102は、励起用LD電源回路104より供給されるパルス状の駆動電流Idによって発光駆動され、ファイバレーザ発振器100内のレーザ励起(ポンピング)に用いるロングパルスのLD光つまり励起光MBを発振出力する。LD102を構成するLD素子の個数は任意であり、アレイ構造またはスタック構造をとることも可能である。 The pumping LD 102 is driven to emit light by a pulsed drive current I d supplied from the pumping LD power supply circuit 104, and is a long-pulse LD light used for laser pumping (pumping) in the fiber laser oscillator 100, that is, pumping light MB. Is output. The number of LD elements constituting the LD 102 is arbitrary, and an array structure or a stack structure can also be taken.

ファイバレーザ発振器100内の光学レンズ120は、LD102からの励起光MBを発振ファイバ112の一端面に集光入射させる。LD102と光学レンズ120との間に配置される光共振器ミラー116は、LD102側から入射した励起光MBを透過させ、発振ファイバ114側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するようにコーティングがなされている。   The optical lens 120 in the fiber laser oscillator 100 condenses and enters the excitation light MB from the LD 102 onto one end face of the oscillation fiber 112. The optical resonator mirror 116 disposed between the LD 102 and the optical lens 120 transmits the excitation light MB incident from the LD 102 side, and totally reflects the oscillation light beam incident from the oscillation fiber 114 side on the optical axis of the resonator. The coating is made to do.

発振ファイバ114は、希土類元素をドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝搬光路としている。上記のようにして発振ファイバ114の一端面に入射した励起光MBは、クラッド外周境界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ114の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の発光元素を光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー116,118の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー118より該所定波長を有するパルスのファイバレーザ光FBが取り出される。   The oscillation fiber 114 has a core doped with a rare earth element and a clad surrounding the core coaxially. The core is used as an active medium, and the clad is used as a propagation optical path of excitation light. The excitation light MB incident on one end face of the oscillation fiber 114 as described above propagates in the oscillation fiber 114 in the axial direction while being confined by total reflection at the outer peripheral boundary surface of the cladding, and the core passes through the core several times during the propagation. Crossing the light also photoexcites the light emitting element in the core. Thus, an oscillating light beam having a predetermined wavelength is emitted from both end faces of the core in the axial direction, and this oscillating light beam travels back and forth between the optical resonator mirrors 116 and 118 many times, and is amplified by resonance. A fiber laser beam FB having a predetermined wavelength is extracted from the optical resonator mirror 118.

なお、ファイバレーザ発振器100内の光学レンズ122は、発振ファイバ114の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー118へ通し、光共振器ミラー118で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ114の端面に集光させる。また、発振ファイバ114を通り抜けた励起用レーザ光MBは、光学レンズ122および光共振器ミラー118を透過したのち折り返しミラー124にて側方のレーザ吸収体126に向けて折り返される。光共振器ミラー118より出力されたファイバレーザ光FBは、この折り返しミラー124をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ128を通ってからファイバ伝送系106のレーザ入射部130に入る。   The optical lens 122 in the fiber laser oscillator 100 collimates the oscillating light beam emitted from the end face of the oscillating fiber 114 into parallel light, passes it through the optical resonator mirror 118, reflects off the optical resonator mirror 118, and returns. The oscillating light beam is condensed on the end face of the oscillating fiber 114. Further, the excitation laser beam MB that has passed through the oscillation fiber 114 passes through the optical lens 122 and the optical resonator mirror 118 and is then folded back toward the side laser absorber 126 by the folding mirror 124. The fiber laser light FB output from the optical resonator mirror 118 passes straight through the folding mirror 124, and then passes through the beam splitter 128 before entering the laser incident portion 130 of the fiber transmission system 106.

ビームスプリッタ128は、入射したファイバレーザ光FBの一部(たとえば1%)を所定方向つまりパワーモニタ用の受光素子たとえばフォトダイオード(PD)132側へ反射する。フォトダイオード(PD)132の正面に、ビームスプリッタ128からの反射光またはモニタ光RFBを集光させる集光レンズ134が配置されてよい。 The beam splitter 128 reflects a part (for example, 1%) of the incident fiber laser beam FB in a predetermined direction, that is, a light receiving element for power monitoring, for example, a photodiode (PD) 132 side. A condensing lens 134 that condenses the reflected light from the beam splitter 128 or the monitor light R FB may be disposed in front of the photodiode (PD) 132.

フォトダイオード(PD)132は、ビームスプリッタ128からのモニタ光RFBを光電変換して、ファイバレーザ光FBのレーザ出力(レーザパワー)を表す電気信号(レーザ出力測定信号)を出力する。レーザ出力測定回路136は、フォトダイオード132の出力信号を基に、アナログ信号処理によってファイバレーザ光FBのレーザ出力測定値MFBを求める。レーザ出力測定回路136で得られたレーザ出力測定値MFBは、パワーフィードバック制御用のフィードバック信号として励起用LD電源回路104に与えられる。 The photodiode (PD) 132 photoelectrically converts the monitor light R FB from the beam splitter 128 and outputs an electrical signal (laser output measurement signal) representing the laser output (laser power) of the fiber laser light FB. The laser output measurement circuit 136 obtains the laser output measurement value M FB of the fiber laser light FB by analog signal processing based on the output signal of the photodiode 132. The laser output measurement value M FB obtained by the laser output measurement circuit 136 is given to the excitation LD power supply circuit 104 as a feedback signal for power feedback control.

ビームスプリッタ128をまっすぐ透過してレーザ入射部130に入ったファイバレーザ光FBは、最初にベントミラー138で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット140内で集光レンズ142により集光されてファイバ伝送系106の伝送用光ファイバ(以下「伝送ファイバ」と称する。)144の一端面に入射する。伝送用光ファイバ144は、たとえばSI(ステップインデックス)形ファイバからなり、入射ユニット140内で入射したファイバレーザ光FBをレーザ出射部108の出射ユニット146まで伝送する。出射ユニット146は、伝送ファイバ52の終端面より出たファイバレーザ光FBを平行光にコリメートするコリメートレンズ148と、平行光のファイバレーザ光FBを所定の焦点位置に集光させる集光レンズ150とを有している。   The fiber laser beam FB that passes straight through the beam splitter 128 and enters the laser incident portion 130 is first folded in a predetermined direction by the vent mirror 138, and then condensed by the condensing lens 142 in the incident unit 140 and transmitted through the fiber. The light is incident on one end face of a transmission optical fiber (hereinafter referred to as “transmission fiber”) 144 of the system 106. The transmission optical fiber 144 is made of, for example, an SI (step index) fiber, and transmits the fiber laser light FB incident in the incident unit 140 to the emission unit 146 of the laser emission unit 108. The emission unit 146 includes a collimator lens 148 that collimates the fiber laser light FB emitted from the end surface of the transmission fiber 52 into parallel light, and a condensing lens 150 that condenses the parallel fiber laser light FB at a predetermined focal position. have.

レーザ溶接加工が行われる時は、励起用LD電源回路104より波形制御された駆動電流IdがLD102に供給(注入)され、ファイバレーザ発振器100内でLD102より駆動電流Idの波形に対応した出力波形の励起光MBが発振ファイバ104に供給(注入)され、ファイバレーザ発振器100よりLD出力波形に対応したレーザ出力波形を有するファイバレーザ光FBが発振出力される。この波形制御されたファイバレーザ光FBが、レーザ入射部130、ファイバ伝送系106およびレーザ出射部108を介して被加工物Wの溶接ポイントまたは溶接ラインに集光照射される。該溶接ポイントまたは溶接ラインにおいては、ファイバレーザ光FBのエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。 When laser welding is performed, the drive current I d whose waveform is controlled by the excitation LD power supply circuit 104 is supplied (injected) to the LD 102, and the LD 102 corresponds to the waveform of the drive current I d in the fiber laser oscillator 100. The pumping light MB having the output waveform is supplied (injected) to the oscillation fiber 104, and the fiber laser oscillator 100 oscillates and outputs the fiber laser beam FB having a laser output waveform corresponding to the LD output waveform. The waveform-controlled fiber laser beam FB is focused and irradiated on the welding point or welding line of the workpiece W via the laser incident part 130, the fiber transmission system 106, and the laser emitting part 108. At the welding point or welding line, the workpiece material is melted by the energy of the fiber laser beam FB, and solidifies after the pulse irradiation to form a nugget.

このファイバレーザ加工装置においては、励起用LD電源回路104に本発明を適用することができる。この励起用LD電源回路104は、上記実施形態におけるポンプLD電源回路50と同様の構成を有してよく、直流電源52、スイッチング素子54、電流センサ62、制御部64等を備えている(図2)。   In this fiber laser processing apparatus, the present invention can be applied to the excitation LD power supply circuit 104. The excitation LD power supply circuit 104 may have the same configuration as the pump LD power supply circuit 50 in the above embodiment, and includes a DC power supply 52, a switching element 54, a current sensor 62, a control unit 64, and the like (see FIG. 2).

この場合、パワーフィードバック制御を行うために、励起用LD電源回路104内の制御部64は、レーザ出力測定回路136からのレーザ出力測定値MFBをフィードバック信号として入力するとともに、主制御部44からファイバレーザ光FBに係るレーザパワーの基準値または設定値を入力して、PWM方式のスイッチング制御信号を生成する。 In this case, in order to perform a power feedback control, the control unit 64 in the excitation LD power source circuit 104 inputs the laser output measurement value M FB from the laser output measuring circuit 136 as a feedback signal, from the main control unit 44 A reference value or set value of the laser power related to the fiber laser beam FB is input, and a PWM switching control signal is generated.

この励起用LD電源回路104も、上記実施形態と同様の駆動電流監視部66(図2〜図4)を備えており、上記と同様の作用により通常定格電流および絶対最大定格電流のそれぞれの性質を踏まえて励起用LD102の光出力を十二分に発揮させ、かつ過大な駆動電流Idから励起用LD102を適確に保護することができる。 The excitation LD power supply circuit 104 also includes a drive current monitoring unit 66 (FIGS. 2 to 4) similar to that in the above embodiment, and has the same characteristics as the above, and the properties of the normal rated current and the absolute maximum rated current are the same. Based on the above, the optical output of the excitation LD 102 can be fully exhibited, and the excitation LD 102 can be appropriately protected from an excessive driving current I d .

また、この実施形態の方式ファイバレーザ加工装置は、上記のような励起用LD電源回路104によって励起用LD102を駆動するので、ロンクパルスのファイバレーザ光を用いるレーザ加工たとえばレーザ溶接における加工能力および信頼性を向上させることができる。   Also, since the fiber laser processing apparatus of this embodiment drives the pumping LD 102 by the pumping LD power supply circuit 104 as described above, laser processing using a long pulse fiber laser beam, for example, processing capability and reliability in laser welding. Can be improved.

なお、本発明のファイバレーザ加工装置は、マーキング等の表面除去加工や溶接加工に限るものではなく、穴あけ、切断等の他のレーザ加工にも使用可能である。   The fiber laser processing apparatus of the present invention is not limited to surface removal processing such as marking and welding processing, but can also be used for other laser processing such as drilling and cutting.

10 シード光発生部
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
30 シードLD
32 シード用LD電源回路
36,38 ポンプLD
50 ポンプLD電源回路
52 直流電源
54 スイッチング素子
62 電流センサ
64 制御部
66 駆動電流監視部
68 第1監視部
70 第2監視部
100 駆動トランジスタ
104 励起用LD電源回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Seed light generation part 12 1st active fiber 14 2nd active fiber 16 Light beam irradiation part 30 Seed LD
32 LD power supply circuit for seed 36,38 Pump LD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Pump LD power supply circuit 52 DC power supply 54 Switching element 62 Current sensor 64 Control part 66 Drive current monitoring part 68 1st monitoring part 70 2nd monitoring part 100 Drive transistor 104 LD power supply circuit for excitation

Claims (15)

ファイバレーザ加工装置において励起光を発生するレーザダイオードを駆動するための励起用レーザダイオード電源装置であって、
前記レーザダイオードに電力を供給するための直流電源と、
前記直流電源と前記レーザダイオードとの間に接続される電流制御素子と、
前記レーザダイオードに供給される駆動電流を前記電流制御素子を通じて制御する制御部と、
前記駆動電流の電流値を検出する電流センサと、
前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第1の監視値を超えた否かを監視する第1の監視部と、
前記電流センサの出力信号に基づき、前記駆動電流の電流値が第2の監視値以上の値を設定時間以上持続したか否かを監視する第2の監視部と
を有する励起用レーザダイオード電源装置。
An excitation laser diode power supply device for driving a laser diode that generates excitation light in a fiber laser processing apparatus,
A DC power supply for supplying power to the laser diode;
A current control element connected between the DC power source and the laser diode;
A control unit for controlling the drive current supplied to the laser diode through the current control element;
A current sensor for detecting a current value of the drive current;
A first monitoring unit that monitors whether the current value of the drive current exceeds a first monitoring value based on an output signal of the current sensor;
A pumping laser diode power supply apparatus comprising: a second monitoring unit that monitors whether a current value of the driving current has maintained a value equal to or greater than a second monitoring value for a set time or longer based on an output signal of the current sensor; .
前記第1の監視値が前記第2の監視値よりも高い、請求項1に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   The excitation laser diode power supply device according to claim 1, wherein the first monitoring value is higher than the second monitoring value. 前記第1の監視部は、前記駆動電流の電流値が前記第1の監視値を超えたことを検出した時に、前記駆動電流を切るか、または減少させるために第1の過電流検出信号を発生する、請求項1または請求項2に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   When the first monitoring unit detects that the current value of the driving current exceeds the first monitoring value, the first monitoring unit outputs a first overcurrent detection signal to cut or reduce the driving current. The pumping laser diode power supply device according to claim 1, which is generated. 前記制御部が、前記第1の過電流検出信号に応答して、前記電流制御素子を通じて、前記駆動電流を切るか、または減少させる、請求項3に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   4. The excitation laser diode power supply device according to claim 3, wherein the control unit cuts or reduces the drive current through the current control element in response to the first overcurrent detection signal. 5. 前記第1の監視値は、前記レーザダイオードの最大定格電流よりも低い値に設定される、請求項3または請求項4に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   5. The excitation laser diode power supply device according to claim 3, wherein the first monitoring value is set to a value lower than a maximum rated current of the laser diode. 前記第2の監視部は、前記駆動電流の電流値が前記第2の監視値以上の値を前記設定時間以上持続した時に、前記駆動電流を切るか、または減少させるために第2の過電流検出信号を発生する、請求項1または請求項2に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   The second monitoring unit includes a second overcurrent for turning off or reducing the drive current when the current value of the drive current has maintained a value equal to or greater than the second monitor value for the set time or longer. The laser diode power supply for excitation according to claim 1 or 2, which generates a detection signal. 前記制御部が、前記第2の過電流検出信号に応答して、前記電流制御素子を通じて、前記駆動電流を切るか、または減少させる、請求項6に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   The pumping laser diode power supply device according to claim 6, wherein the control unit cuts or reduces the drive current through the current control element in response to the second overcurrent detection signal. 前記第2の監視値は、前記レーザダイオードの通常定格電流と同じ値またはその付近の値に設定される、請求項6または請求項7に記載の励起用レーザダイオード電源装置。   8. The excitation laser diode power supply device according to claim 6, wherein the second monitoring value is set to a value that is the same as or close to a normal rated current of the laser diode. 前記第2の監視部は、
前記電流センサの出力信号を前記設定時間に対応したカットオフ周波数でなまらせるローパス・フィルタと、
前記ローパス・フィルタの出力信号と前記第2の監視値に対応する基準値とを比較し、その大小関係に応じて前記第2の過電流検出信号を条件的に発生するコンパレータと
を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
The second monitoring unit includes:
A low-pass filter for smoothing the output signal of the current sensor at a cutoff frequency corresponding to the set time;
A comparator that compares the output signal of the low-pass filter with a reference value corresponding to the second monitoring value and conditionally generates the second overcurrent detection signal according to the magnitude relationship thereof. Item 9. The laser diode power supply for excitation according to any one of Items 1 to 8.
前記第2の監視部は、
前記駆動電流に対応する前記電流センサの出力信号と前記第2の監視値に対応する基準値とを比較して、その大小関係を表わす出力信号を発生するコンパレータと、
前記コンパレータの出力信号に基づいて、前記駆動電流の電流値が前記第2の監視値を超えた時から前記設定時間を計時するタイマ回路と、
前記タイマ回路が前記設定時間を計時した時に、前記コンパレータの出力信号に応じて前記第2の過電流検出信号を条件的に発生する判定回路と
を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
The second monitoring unit includes:
A comparator that compares an output signal of the current sensor corresponding to the drive current and a reference value corresponding to the second monitoring value, and generates an output signal representing the magnitude relationship;
A timer circuit that counts the set time from when the current value of the drive current exceeds the second monitoring value based on the output signal of the comparator;
A determination circuit that conditionally generates the second overcurrent detection signal according to an output signal of the comparator when the timer circuit measures the set time. A laser diode power supply device for excitation as described in 1.
前記電流制御素子は、スイッチング素子であり、
前記制御部は、パルス幅制御方式により前記スイッチング素子を一定の周波数でスイッチング制御する、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
The current control element is a switching element;
The control unit performs switching control of the switching element at a constant frequency by a pulse width control method.
The laser diode power supply for excitation according to any one of claims 1 to 10.
前記電流制御素子は、増幅機能を有する駆動トランジスタであり、
前記制御部は、前記駆動トランジスタの制御端子にアナログの制御信号を与える、
請求項1〜10のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置。
The current control element is a drive transistor having an amplification function,
The control unit provides an analog control signal to a control terminal of the drive transistor.
The laser diode power supply for excitation according to any one of claims 1 to 10.
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともYbを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項1〜12のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記励起用レーザダイオードを前記増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する光結合器と、
前記増幅用光ファイバの出力端から出るパルス波形の光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部と
を有するMOPA方式ファイバレーザ加工装置。
A seed light source for generating seed light;
An amplification optical fiber having a core to which at least Yb is added as a rare earth element, the seed light entering the core from the input end, and being amplified by stimulated emission while propagating the seed light toward the output end;
An excitation laser diode that generates excitation light for exciting the core of the amplification optical fiber;
The pumping laser diode power supply device according to any one of claims 1 to 12, for lighting and driving the pumping laser diode,
An optical coupler for optically coupling the seed light source and the excitation laser diode to an input end of the amplification optical fiber;
A MOPA type fiber laser processing apparatus, comprising: a light beam irradiation unit that focuses and irradiates a workpiece with a light beam having a pulse waveform that is output from an output end of the amplification optical fiber.
シード光を生成するためのシード光源と、
希土類元素として少なくともYbを添加したコアを有し、前記シード光を入力端より前記コアの中に入れ、前記シード光を出力端に向けて伝搬させながら誘導放出により増幅する第1の増幅用光ファイバと、
前記第1の増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する第1の励起用レーザダイオードと、
前記第1の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項1〜12のいずれか一項に記載の第1の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記シード光源および前記第1の励起用レーザダイオードを前記第1の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第1の光結合器と、
希土類元素として少なくともYbを添加した第2のコアを有し、前記第1の増幅用光ファイバの出力端からの前記第1段増幅パルスの光ビームを入力端より前記第2のコアの中に入れ、前記第1段増幅パルスの光ビームを伝搬させながら誘導放出により増幅して、出力端より第2段増幅パルスの光ビームを出す第2の増幅用光ファイバと、
前記第2の増幅用光ファイバの第2のコアを励起するための第2の励起光を発生する第2の励起用レーザダイオードと、
前記第2の励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項1〜12のいずれか一項に記載の第2の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記第1の増幅用光ファイバの出力端および前記第2の励起用レーザダイオードを前記第2の増幅用光ファイバの入力端に光学的に結合する第2の光結合器と、
前記第2の増幅用光ファイバの出力端から出た前記第2段増幅パルスの光ビームを被加工物に集光照射する光ビーム照射部と
を有するMOPA方式ファイバレーザ加工装置。
A seed light source for generating seed light;
A first amplification light having a core to which at least Yb is added as a rare earth element, the seed light entering the core from the input end, and being amplified by stimulated emission while propagating the seed light toward the output end Fiber,
A first excitation laser diode that generates excitation light for exciting the core of the first amplification optical fiber;
The first pumping laser diode power supply device according to any one of claims 1 to 12, for lighting and driving the first pumping laser diode;
A first optical coupler that optically couples the seed light source and the first excitation laser diode to an input end of the first amplification optical fiber;
A second core to which at least Yb is added as a rare earth element, and the light beam of the first-stage amplified pulse from the output end of the first amplification optical fiber enters the second core from the input end A second amplification optical fiber that amplifies by stimulated emission while propagating the light beam of the first-stage amplification pulse and emits the light beam of the second-stage amplification pulse from the output end;
A second pump laser diode for generating second pump light for pumping a second core of the second amplification optical fiber;
The second pumping laser diode power supply device according to any one of claims 1 to 12, for driving and driving the second pumping laser diode.
A second optical coupler for optically coupling the output end of the first amplification optical fiber and the second excitation laser diode to the input end of the second amplification optical fiber;
And a light beam irradiating unit for condensing and irradiating the workpiece with the light beam of the second-stage amplification pulse emitted from the output end of the second amplification optical fiber.
発光元素を含むコアとこのコアを取り囲むクラッドとを有する発振用の光ファイバと、
前記発振用光ファイバのコアを介して光学的に対向する一対の共振器ミラーと、
前記増幅用光ファイバのコアを励起するための励起光を発生する励起用レーザダイオードと、
前記励起用レーザダイオードを点灯駆動するための請求項1〜12のいずれか一項に記載の励起用レーザダイオード電源装置と、
前記共振器ミラーより出力された前記レーザ光を被加工物の加工点に向けて集光照射するレーザ照射部と
を有するファイバレーザ加工装置。
An optical fiber for oscillation having a core containing a light emitting element and a clad surrounding the core;
A pair of resonator mirrors optically opposed via the core of the oscillation optical fiber;
An excitation laser diode that generates excitation light for exciting the core of the amplification optical fiber;
The pumping laser diode power supply device according to any one of claims 1 to 12, for lighting and driving the pumping laser diode,
And a laser irradiation unit for condensing and irradiating the laser beam output from the resonator mirror toward a processing point of the workpiece.
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