JP2017135192A

JP2017135192A - ファイバレーザシステム、製造方法、及び加工方法

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Publication number: JP2017135192A
Application number: JP2016012461A
Authority: JP
Inventors: 正浩柏木; Masahiro Kashiwagi
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-26
Also published as: WO2017130542A1; EP3223377A1; CN107231820B; JP6422454B2; EP3223377A4; CN107231820A

Abstract

【課題】反射耐性の高いファイバレーザを実現する。【解決手段】各ファイバレーザ（ＦＬ２）の個別光路上の各点において、前進ストークス光（ＳＦ）のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光（ＳＢ）のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光（ＳＦ）のパワーの半値半幅と後進ストークス光（ＳＢ）のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという条件を満たすように、光ファイバＭＭＦの長さを設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムに関する。また、そのようなフィアバレーザシステムを製造する製造方法に関する。また、そのようなファイバレーザシステムを用いて対象物を加工する加工方法に関する。

材料加工の分野では、近年、ｋＷ級の出力を有するレーザ装置が求められている。しかしながら、このようなレーザ装置を単一のファイバレーザにより実現することは困難である。そこで、複数のファイバレーザと、各ファイバレーザから出力されたレーザ光を合波するコンバイナとを備えたファイバレーザシステムが、材料加工の分野で用いられ始めている。

このようなファイバレーザシステムにおいては、加工対象物にて反射されたレーザ光がファイバレーザシステムに再入射することによって、ファイバレーザシステムに不具合を生じさせることがある。

例えば、ファイバレーザシステム内を順方向に伝播する前進レーザ光に、加工対象物にて反射された後、ファイバレーザシステム内を逆方向に伝播する後進レーザ光が加わると、ファイバレーザシステムの各点に入射するレーザ光のパワーが著しく高くなる。そうすると、ファイバレーザシステムの各点において誘導ラマン散乱が促進され、場合によってはストークス光の発振が起こる。ファイバレーザシステムにおいてストークスの発振が起こると、各ファイバレーザにおけるレーザ発振が不安定になったり、各ファイバレーザが故障したりすることが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１５−９５６４１号公報（２０１５年５月１８日公開）

ところで、ファイバレーザでは、励起光源を点灯した直後にレーザ光のパワーが極大値を取るという性質がある（この性質は、励起光のパワーを立ち上げる時間を短くするほど顕著になる）。このため、ファイバレーザシステムを順方向に伝播する前進レーザ光のパワーは、各ファイバレーザにおいて励起光源を点灯した直後に極大値を取る。このとき、加工対象物にて反射されたレーザ光がファイバレーザシステムに再入射すると、前進レーザ光のパワーのピークと後進レーザ光のパワーのピークとが重なり、ファイバレーザシステムの各部に入射するレーザ光のパワーが特異的に高くなることがある。

ストークス光のパワーについても同様のことが言える。すなわち、ファイバレーザシステムを順方向に伝播する前進ストークス光のパワーは、前進レーザ光のパワーが極大値を取った直後に極大値を取る。このとき、加工対象物にて反射されたストークス光がファイバレーザシステムに再入射すると、前進ストークス光のパワーのピークと後進ストークス光のパワーのピークとが重なり、ファイバレーザシステムの各部に入射するストークス光のパワーが特異的に高くなることがある。

以上のように、ファイバレーザシステムにおいては、各ファイバレーザにおいて励起光源を点灯した直後に、ファイバレーザシステムの各部に入射するレーザ光及びストークス光のパワーが特異的に高くなる場合がある。この場合、ストーク光の発振が生じる確率が上昇し、これにより、ファイバレーザシステムの信頼性が低下する。したがって、信頼性の高いファイバレーザシステムを実現するためには、各ファイバレーザにおいて励起光源を点灯した直後にレーザ光及びストークス光のパワーが特異的に高くなることを避け、もってストークス光の発振が生じる確率を低下させることが肝要である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも信頼性の高いファイバレーザシステム、特に、各ファイバレーザにおいて励起光源を点灯した直後にストークス光の発振が生じる確率が従来よりも低いファイバレーザシステムを実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るファイバレーザシステムは、レーザ光を生成する複数のファイバレーザと、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光を合波するコンバイナと、上記コンバイナにて合波されたレーザ光を、入力端に接続された上記コンバイナから出射端に接続された出力部まで導く光ファイバと、を備えたファイバレーザシステムであって、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波される前の個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第１の条件が満たされるように、該ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波された後の共通光路の光路長が設定されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記個別光路上の各点に入射するストークス光のパワーが、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後に後進ストークス光の存在により上昇することを回避できる。これにより、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後にストークス光の発振が生じる確率を低下させることができる。

本発明係るファイバレーザシステムにおいては、上記個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進レーザ光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第２の条件を更に満たすように、上記共通光路の光路長が設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記個別光路上の各点に入射する前進ストークス光のパワーと後進レーザ光のパワーとの積が、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後に後進レーザ光の存在により上昇することを回避できる。これにより、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後にストークス光の発振が生じる確率を低下させることができる。

本発明係るファイバレーザシステムにおいては、上記個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進レーザ光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第３の条件を更に満たすように、上記共通光路の光路長が設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記個別光路上の各点に入射する前進レーザ光のパワーと後進ストークス光のパワーとの積が、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後に後進ストークス光の存在により上昇することを回避できる。これにより、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後にストークス光の発振が生じる確率を低下させることができる。

本発明係るファイバレーザシステムにおいては、上記個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに、前進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻と後進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進レーザ光のパワーの半値半幅と後進レーザ光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第４の条件を更に満たすように、上記共通光路の光路長が設定されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記個別光路上の各点に入射するレーザ光のパワーが、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後に後進レーザ光の存在により上昇することを回避できる。これにより、各ファイバレーザの励起光源を点灯した直後にストークス光の発振が生じる確率を低下させることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るファイバレーザシステムの製造方法は、ファイバレーザシステムを製造する製造方法であって、上記ファイバレーザシステムは、レーザ光を生成する複数のファイバレーザと、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光を合波するコンバイナと、上記コンバイナにて合波されたレーザ光を、入力端に接続された上記コンバイナから出射端に接続された出力部まで導く光ファイバと、を備えており、当該製造方法は、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波される前の個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第１の条件が満たされるように、該ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波された後の共通光路の光路長を設定する工程を含んでいる、ことを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る加工方法は、ファイバレーザシステムを用いて対象物を加工する加工方法において、上記ファイバレーザシステムは、レーザ光を生成する複数のファイバレーザと、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光を合波するコンバイナと、上記コンバイナにて合波されたレーザ光を、入力端に接続された上記コンバイナから出射端に接続された出力部まで導く光ファイバと、を備えており、当該加工方法は、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波される前の個別光路上の各点において、前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第１の条件を満たすように、上記出力部から上記対象物までの距離を設定する工程を含んでいる、ことを特徴とする。

本発明によれば、各ファイバレーザにおいて励起光源を点灯した直後にストークス光の発振が生じる確率が従来よりも低いファイバレーザシステムを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るファイバレーザシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すファイバレーザシステムに関し、注目光路上の点における前進レーザ光（ＬＦ）、後進レーザ光（ＬＢ）、前進ストークス光（ＳＦ）、及び後進ストークス光（ＳＢ）のパワーの時間変化を模式的に示すグラフである。

（ファイバレーザシステムの構成）
本発明の一実施形態に係るファイバレーザシステムＦＬＳの構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバレーザシステムＦＬＳの構成を示すブロック図である。

ファイバレーザシステムＦＬＳは、図１に示すように、ｎ個のファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎ、レーザコンバイナＬＣ、光ファイバＭＭＦ、及び出力部Ｃを備えている。図１には、ｎ＝３の場合の構成を例示しているが、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの個数ｎは任意である。

各ファイバレーザＦＬｉは、レーザ光を生成するレーザ光源として機能する（ｉ＝１，２，…，ｎ）。各ファイバレーザＦＬｉは、レーザコンバイナＬＣの入力ポートの何れかに接続されており、各ファイバレーザＦＬｉにて生成されたレーザ光は、この入力ポートを介してレーザコンバイナＬＣに入力される。

レーザコンバイナＬＣは、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの各々にて生成されたレーザ光を合波する。レーザコンバイナＬＣの出力ポートは、光ファイバＭＭＦの入力端に接続されており、レーザコンバイナＬＣにて合波されたレーザ光は、光ファイバＭＭＦのコアに入力される。

光ファイバＭＭＦは、レーザコンバイナＬＣにて合波されたレーザ光を導波する。光ファイバＭＭＦの出射端は、出力部Ｃに接続されており、光ファイバＭＭＦを導波された光は、出力部Ｃを介して外部に出力される。

なお、本実施形態においては、光ファイバＭＭＦとして、マルチモードファイバを用いる。これにより、高出力レーザ光を導波する過程で生じ得る各種非線形効果を抑制することができる。また、本実施形態においては、出力部Ｃとして、コリメータを用いる。これにより、出力部Ｃを介して外部に出力されるレーザ光を、コリメートされた状態で加工対象物Ｗに照射することができる。

上述したファイバレーザシステムＦＬＳを構成する各ファイバレーザＦＬｉは、図１に示すように、ｍ個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍ、ポンプコンバイナＰＣ、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１、増幅用光ファイバＤＣＦ、及び低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２により構成することができる。図１には、ｍ＝３の場合の構成を例示しているが、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍの個数ｍは任意である。

各レーザダイオードＬＤｊは、ポンプ光を生成するポンプ光源として機能する（ｊ＝１，２，…，ｍ）。各レーザダイオードＬＤｊは、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されている。各レーザダイオードＬＤｊにて生成されたポンプ光は、この入力ポートを介してポンプコンバイナＰＣに入力される。

ポンプコンバイナＰＣは、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍの各々にて生成されたポンプ光を合波する。ポンプコンバイナＰＣの出力ポートは、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を介して増幅用光ファイバＤＣＦに接続されている。ポンプコンバイナＰＣにて合波されたポンプ光は、この高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過し、増幅用光ファイバＤＣＦのインナークラッドに入力される。

増幅用光ファイバＤＣＦは、コアに希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバであり、入力端に接続された高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１及び出射端に接続された低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２と共にレーザ発振器を構成する。増幅用光ファイバＤＣＦの出射端は、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介してレーザコンバイナＬＣの入力ポートに接続されている。増幅用光ファイバＤＣＦにて生成されたレーザ光のうち、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光は、レーザコンバイナＬＣに入力される。

（ファイバレーザシステムの特徴）
以下、或るファイバレーザＦＬｉにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザＦＬｋ（ｋ≠ｉ）にて生成されたレーザ光と合波されるまでの個別光路に注目する。図１に示す構成を採用した場合には、そのファイバレーザＦＬｉの増幅用光フィアバＤＣＦと、そのファイバレーザＦＬｉに接続された、レーザコンバイナＬＣの入力ポートとが当該光路を構成する。ファイバレーザＦＬｉとレーザコンバイナＬＣの入力ポートとの間に伝送用光ファイバを介在させる場合には、この伝送用光ファイバも当該光路に含まれる。当該個別光路のことを、以下、「注目光路」と記載する。

注目光路上の各点においては、誘導ラマン散乱が生じ得る。ここで、誘導ラマン散乱とは、注目光路の構成媒質である石英ガラスの格子振動との相互作用によって、レーザ光がストークス光（レーザ光よりも波長の長い散乱光）に変換される現象のことを指す。注目光路上の各点において誘導ラマン散乱により生じるストークス光のパワーＰは、その点に入射するレーザ光ＬのパワーＰ_Ｌとその点に入射するストークス光ＳのパワーＰ_Ｓとの積Ｐ_Ｌ×Ｐ_Ｓに比例する。

ここで、注目光路上の各点に入射するレーザ光ＬのパワーＰ_Ｌには、順方向（レーザダイオードＬＤｉから出力部Ｃに向かう方向）に伝播する前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦのみならず、逆方向（出力部ＣからレーザダイオードＬＤｉに向かう方向）に伝播する後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢも含まれる。同様に、注目光路上の各点に入射するストークス光ＳのパワーＰ_Ｓには、順方向に伝播する前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦのみならず、逆方向に伝播する後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢも含まれる。したがって、注目光路上の各点において誘導ラマン散乱により生じるストークス光のパワーＰは、Ｐ_Ｌ×Ｐ_Ｓ＝（Ｐ_ＬＦ＋Ｐ_ＬＢ）×（Ｐ_ＳＦ＋Ｐ_ＳＢ）に比例することになる。なお、後進レーザ光ＬＢ及び後進ストークス光ＳＢは、主に、前進レーザ光ＬＦ及び前進ストークス光ＳＦが加工対象物Ｗにおいて反射されることにより生じる。

図１においては、ファイバレーザＦＬ２の個別光路上の点、より具体的には、ファイバレーザＦＬ２に接続された、レーザコンバイナＬＣの入力ポート上の点Ｐに入射する前進レーザ光ＬＦ、前進ストークス光ＳＦ、後進レーザ光ＬＢ、及び後進ストークス光ＳＢを模式的に示している。

ところで、注目光路上の各点に入射する前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦ及び前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦは、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤＮを点灯した直後に極大値を取り、その後、同点に入射する後進レーザＬＢ（前進レーザ光ＬＦの反射光）のパワーＰ_ＬＢ及び後進ストークス光ＳＢ（前進ストークス光ＳＢの反射光）のパワーＰ_ＳＢが極大値を取る。このため、生成されるストークス光のパワー（入射するストークス光ＳのパワーＰ_Ｓと入射するレーザ光ＬのパワーＰ_Ｌとの積に比例）が増大する時間帯、すなわち、ストークス光の発振に至る確率（以下、「ストークス発振確率」と記載）の高い時間帯は、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤＮを点灯した直後である。

特に、前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦが極大値を取る時刻ｔ_ＳＦと後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢが極大値を取る時刻ｔ_ＳＢとの時間差Δｔ_ｓ＝ｔ_ＳＢ−ｔ_ＳＦが、前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦのピークの半値半幅Ｗ_ＳＦ／２と後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢのピークの半値半幅Ｗ_ＳＢ／２との和（Ｗ_ＳＦ＋Ｗ_ＳＢ）／２以下となる場合、ストークス光ＳのパワーＰｓ＝Ｐ_ＳＦ＋Ｐ_ＳＢの極大値が前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦの極大値よりも大きくなり得る。これは、後進ストークス光ＳＢの存在（加工対象物Ｗにおける反射の存在）により、ストークス発振確率が上昇することを意味する。

同様に、前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦが極大値を取る時刻ｔ_ＬＦと後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢが極大値を取る時刻ｔ_ＬＢとの時間差Δｔ_Ｌ＝ｔ_ＬＢ−ｔ_ＬＦが、前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦのピークの半値半幅Ｗ_ＬＦ／２と後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢのピークの半値半幅Ｗ_ＬＢ／２との和（Ｗ_ＬＦ＋Ｗ_ＬＢ）／２以下となる場合、全レーザ光ＬのパワーＰＬ＝Ｐ_ＬＦ＋Ｐ_ＬＢの極大値が前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦの極大値よりも大きくなり得る。これは、後進レーザ光ＬＢの存在（加工対象物Ｗにおける反射の存在）により、ストークス発振確率が上昇することを意味する。

更に、（１）前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦが極大値を取る時刻ｔ_ＳＦから後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢが極大値を取る時刻ｔ_ＬＢまでの時間差Δｔ_ＳＬ＝ｔ_ＬＢ−ｔ_ＳＦが、前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦのピークの半値半幅Ｗ_ＳＦ／２と後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢのピークの半値半幅Ｗ_ＬＢ／２との和（Ｗ_ＳＦ＋Ｗ_ＬＢ）／２以下になる場合、及び、（２）前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦが極大値を取る時刻ｔ_ＬＦから後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢが極大値を取る時刻ｔ_ＳＢまでの時間差Δｔ_ＬＳ＝ｔ_ＳＢ−ｔ_ＬＦが、前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦのピークの半値半幅Ｗ_ＬＦ／２と後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢのピークの半値半幅Ｗ_ＳＢ／２との和（Ｗ_ＬＦ＋Ｗ_ＳＢ）／２以下になる場合にも、ストークス発振確率が上昇する。これは、誘導ラマン散乱により生じるストークス光のパワーＰは、Ｐ_Ｌ×Ｐ_Ｓ＝（Ｐ_ＬＦ＋Ｐ_ＬＢ）×（Ｐ_ＳＦ＋Ｐ_ＳＢ）に比例するためである。

以上のように、前進ストークス光ＳＦ又は前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦ，Ｐ_ＳＦのピークと、後進ストークス光ＳＢ又は後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢ，Ｐ_ＳＢのピークとが、時間軸上で有意に重なり合う場合、ストークス発振確率が上昇する。そこで、本実施形態に係るファイバレーザシステムＦＬＳにおいては、加工対象物Ｗ等の反射体を出力部Ｃの出射面に接触させたときに、注目光路上の各点Ｐにおいて下記条件１〜４を満たすように、光ファイバＭＭＦの長さ（共通光路の光路長）を設定する。

条件１：前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦが極大値を取る時刻ｔ_ＳＦと後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢが極大値を取る時刻ｔ_ＳＢとの時間差Δｔ_ｓ＝ｔ_ＳＢ−ｔ_ＳＦが、前進ストークス光ＳＦのパワーのピークの半値半幅Ｗ_ＳＦ／２と後進ストークス光ＳＢのパワーのピークの半値半幅Ｗ_ＳＢ／２との和（Ｗ_ＳＦ＋Ｗ_ＳＢ）／２よりも大きくなる。

条件２：前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦが極大値を取る時刻ｔ_ＳＦから後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢが極大値を取る時刻ｔ_ＬＢまでの時間差Δｔ_ＳＬ＝ｔ_ＬＢ−ｔ_ＳＦが、前進ストークス光ＳＦのパワーのピークの半値半幅Ｗ_ＳＦ／２と後進レーザ光ＬＢのパワーのピークの半値半幅Ｗ_ＬＢ／２との和（Ｗ_ＳＦ＋Ｗ_ＬＢ）／２よりも大きくなる。

条件３：前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦが極大値を取る時刻ｔ_ＬＦから後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢが極大値を取る時刻ｔ_ＳＢまでの時間差Δｔ_ＬＳ＝ｔ_ＳＢ−ｔ_ＬＦが、前進レーザ光ＬＦのパワーのピークの半値半幅Ｗ_ＬＦ／２と後進ストークス光ＳＢのパワーのピークの半値半幅Ｗ_ＳＢ／２との和（Ｗ_ＬＦ＋Ｗ_ＳＢ）／２よりも大きくなる。

条件４：前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦが極大値を取る時刻ｔ_ＬＦと後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢが極大値を取る時刻ｔ_ＬＢとの時間差Δｔ_Ｌ＝ｔ_ＬＢ−ｔ_ＬＦが、前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦのピークの半値半幅Ｗ_ＬＦ／２と後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢのピークの半値半幅Ｗ_ＬＢ／２との和（Ｗ_ＬＦ＋Ｗ_ＬＢ）／２よりも大きくなる。

図２は、上記条件１〜４の全てを満たす点Ｐにおける、前進レーザ光ＬＦ、後進レーザ光ＬＢ、前進ストークス光ＳＦ、及び後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＬＦ，Ｐ_ＬＢ，Ｐ_ＳＦ，Ｐ_ＳＢの時間変化を模式的に示すグラフである。

上記条件１〜４を満たす点Ｐにおいては、図２に示すように、前進ストークス光ＳＦ又は前進レーザ光ＬＦのパワーＰ_ＬＦ，Ｐ_ＳＦのピークと、後進ストークス光ＳＢ又は後進レーザ光ＬＢのパワーＰ_ＬＢ，Ｐ_ＳＢのピークとが、時間軸上で互いに分離される。したがって、上記条件１〜４を満たす点Ｐにおいては、生成されるストークス光のパワーが後進ストークス光ＳＢ又は後進レーザ光ＬＢにより増大することを回避できる。

注目光路上の各点Ｐにおいて上記条件１〜４が満たされていることにより、注目光路上にて生成されるストークス光のパワーが後進ストークス光ＳＢ又は後進レーザ光ＬＢにより増大することを回避できる。これにより、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを点灯した直後に生じ得るストークス発振確率の上昇を抑え込むことができる。すなわち、従来よりも耐反射性の高いファイバレーザシステムを実現することができる。

なお、加工対象物Ｗが出力部Ｃの出射面に接触している場合に注目光路上の点Ｐにおいて上記条件１〜４が満たされていれば、加工対象物Ｗが出力部Ｃの出射面に接触していない場合にも該点Ｐにおいて上記条件１〜４が自動的に満たされる。なぜなら、前者の場合よりも後者の場合の方が、該点Ｐから加工対象物Ｗまでの光路長が長くなり、その結果、上記各時間差Δｔ_Ｓ，Δｔ_Ｓ，Δｔ_ＬＳ，Δｔ_Ｌが大きくなるためである。したがって、上述したとおり、加工対象物Ｗが出力部Ｃの出射面に接触している場合に注目光路上の各点Ｐにおいて上記条件１〜４が満たされるように光ファイバＭＭＦの長さを設定しておけば、その使用方法に何らの制限を課すことなく、従来よりも耐反射性の高いファイバレーザシステムＦＬＳを実現することができる。

また、前進レーザ光ＬＦのピークの半値幅Ｗ_ＬＦは、前進ストークス光ＳＦのパワーのピークの半値幅Ｗ_ＳＦよりも広く、前進レーザ光ＬＦが極大値を取る時刻ｔ_ＬＦと前進ストークス光ＳＦが極大値を取る時刻ｔ_ＳＦとの時間差ｔ_ＳＦ−ｔ_ＬＦは、これらの半値幅Ｗ_ＬＦ，Ｗ_ＳＦと比べて無視できる程度に小さい（図２参照）。同様に、後進レーザ光ＬＢのピークの半値幅Ｗ_ＬＢは、後進ストークス光ＳＢのパワーのピークの半値幅Ｗ_ＳＢよりも広く、後進レーザ光ＬＢが極大値を取る時刻ｔ_ＬＢと後進ストークス光ＳＢが極大値を取る時刻ｔ_ＳＢとの時間差ｔ_ＳＢ−ｔ_ＬＢは、これらの半値幅Ｗ_ＬＢ，Ｗ_ＳＢと比べて無視できる程度に小さい（図２参照）。このため、上記条件４が満たされていれば、上記条件１〜３が自動的に満たされ、上記条件２又は上記条件３が満たされていれば、上記条件１が自動的に満たされる。したがって、（ａ）上記条件１〜４が全て満たされる場合、（ｂ）上記条件１〜３のみが満たされる場合、（ｃ）上記条件１、２のみが満たされる場合、（ｄ）上記条件１、３のみが満たされる場合、（ｅ）上記条件１のみが満たされる場合の５通りの場合が考えられる。最も高い耐反射性を得られるのが（ａ）の場合であり、その次に高い耐反射性を得られるのが（ｂ）の場合であり、その次に高い反射耐性を得られるのが（ｃ）又は（ｄ）の場合であり、その次に高い反射耐性を得られるのが（ｅ）の場合である。ただし、（ｅ）の場合であっても、上記条件１が満たされない場合（従来技術）よりも高い反射耐性が得られる点に変わりはない。

なお、本実施形態においては、加工対象物Ｗ等の反射体を出力部Ｃの出射面に接触させたときに注目光路上の各点Ｐにおいて上記条件１〜４を満たすよう、製造時に光ファイバＭＭＦの長さが設定されたファイバレーザシステムＦＬＳについて説明した。しかしながら、注目光路上の各点において上記条件１〜４を満たすよう、使用時に出力部Ｃから加工対象物Ｗまでの距離を設定することによっても、注目光路上の各点において上記条件１〜４を満たすよう、製造時に光ファイバＭＭＦの長さを設定することによって得られる効果と同等の効果を得ることができる。すなわち、ファイバレーザシステムＦＬＳを用いて加工対象部Ｗを加工する加工方法であって、注目光路上の各点において上記条件１〜４を満たすよう、出力部Ｃから加工対象物Ｗまでの距離を設定する工程を含む加工方法を実施ことによっても、注目光路上の各点において上記条件１〜４を満たすよう、光ファイバＭＭＦの長さを設定する工程を含む製造方法を実施することによって得られる効果と同等の効果を得ることができる。

（実施例）
ここで、前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦのピークの半値幅Ｗ_ＳＦ及び後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢのピークの半値幅Ｗ_ＳＢがそれぞれ３００ｎｓである場合を例に、上記条件１を満たすために必要なファイバレーザシステムＦＬＳの具体例について簡単に説明する。

前進ストークス光ＳＦのパワーＰ_ＳＦが極大値を取る時刻ｔ_ＳＦと後進ストークス光ＳＢのパワーＰ_ＳＢが極大値を取る時刻ｔ_ＳＢとの時間差ｔ_ＳＢ−ｔ_ＳＦをΔｔ_ｓとして、条件１は、（Ｗ_ＳＦ＋Ｗ_ＳＢ）／２＜Δｔ_ｓと表現することができる。注目光路上の点Ｐにおいて条件１を満たすためには、点Ｐから出力部Ｃまでの光路長をｘ［ｍ］として、（Ｗ_ＳＦ＋Ｗ_ＳＢ）／２＜２ｘ／ｖを満たせばよい。ここで、ｖ［ｍ／ｓ］は、ファイバレーザシステムＦＬＳ内を伝播する光の速度である。

ここで、Ｗ_ＳＦ＝Ｗ_ＳＢ＝３００ｎｓ、ｖ＝２．０×１０^８ｍ／ｓとすると、上記条件１は、最終的にｘ＞３０ｍと書き換えられる。したがって、例えば、光ファイバＭＭＦの長さを３０ｍに設定すれば、注目光路上の任意の点Ｐから出力部Ｃまでの光路長ｘは３０ｍよりも大きくなるので、上記条件１を満たす。これにより、従来よりも耐反射性の高いファイバレーザシステムＦＬＳを実現できることについては、上述したとおりである。

（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

ＦＬＳファイバレーザシステム
ＦＬ１〜ＦＬｎファイバレーザ
ＬＣレーザコンバイナ（コンバイナ）
ＭＭＦ光ファイバ
Ｃ出力部
ＬＤ１〜ＬＤＮレーザダイオード
ＰＣポンプコンバイナ
ＦＢＧ１高反射ファイバブラッググレーティング
ＤＣＦ増幅用光フィアバ
ＦＢＧ２低反射ファイバブラッググレーティング
Ｗ加工対象物（反射体）

Claims

レーザ光を生成する複数のファイバレーザと、
各ファイバレーザにて生成されたレーザ光を合波するコンバイナと、
上記コンバイナにて合波されたレーザ光を、入力端に接続された上記コンバイナから出射端に接続された出力部まで導く光ファイバと、を備えたファイバレーザシステムであって、
各ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波される前の個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第１の条件が満たされるように、該ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波された後の共通光路の光路長が設定されている、
ことを特徴とするファイバレーザシステム。
上記個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進レーザ光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第２の条件を更に満たすように、上記共通光路の光路長が設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
上記個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進レーザ光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第３の条件を更に満たすように、上記共通光路の光路長が設定されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバレーザシステム。
上記個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに、前進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻と後進レーザ光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進レーザ光のパワーの半値半幅と後進レーザ光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第４の条件を更に満たすように、上記共通光路の光路長が設定されている、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のファイバレーザシステム。
ファイバレーザシステムを製造する製造方法であって、
上記ファイバレーザシステムは、レーザ光を生成する複数のファイバレーザと、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光を合波するコンバイナと、上記コンバイナにて合波されたレーザ光を、入力端に接続された上記コンバイナから出射端に接続された出力部まで導く光ファイバと、を備えており、
当該製造方法は、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波される前の個別光路上の各点において、反射体を上記出力部の出射面に接触させたときに前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第１の条件が満たされるように、該ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波された後の共通光路の光路長を設定する工程を含んでいる、
ことを特徴とする製造方法。
ファイバレーザシステムを用いて対象物を加工する加工方法において、
上記ファイバレーザシステムは、レーザ光を生成する複数のファイバレーザと、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光を合波するコンバイナと、上記コンバイナにて合波されたレーザ光を、入力端に接続された上記コンバイナから出射端に接続された出力部まで導く光ファイバと、を備えており、
当該加工方法は、各ファイバレーザにて生成されたレーザ光の、他のファイバレーザにて生成されたレーザ光と合波される前の個別光路上の各点において、前進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻と後進ストークス光のパワーが極大値を取る時刻との差が前進ストークス光のパワーの半値半幅と後進ストークス光のパワーの半値半幅との和よりも大きくなるという第１の条件を満たすように、上記出力部から上記対象物までの距離を設定する工程を含んでいる、
ことを特徴とする加工方法。