JP2018534787A - レーザーフォールトトレランスおよびセルフキャリブレーションシステム - Google Patents

レーザーフォールトトレランスおよびセルフキャリブレーションシステム Download PDF

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Abstract

レーザーダイオードシステムは、複数のレーザーダイオードドライバおよび複数のレーザーダイオード素子とを含む複数のレーザーポンプを含む。複数のレーザーダイオードドライバの各々は、複数のレーザーダイオード素子の少なくとも２つに電力を供給するために電気的に結合されている。結合器は、複数のレーザーダイオード素子に電気的に結合され、複数のレーザーポンプのそれぞれの出力を合成して、結合された出力光を生成する。コントローラーは、故障したレーザーポンプまたは故障したレーザーダイオード素子を特定し、コントローラーへのアクセスを得るためにエンコードキーを受信し、少なくとも一部はエンコードキーの認証に基づいて、故障したレーザーポンプまたは故障したレーザーダイオード素子を動作不能にする。【選択図】図２Ａ

Description

（関連出願）
本出願は、２０１５年１１月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／２５７，６６９号の優先権を主張する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
本発明は、レーザーフォールトトレランス（laser fault tolerance）及びセルフキャリブレーションシステムに関する。
ファイバーレーザーは、ロッド、スラブ、またはディスクよりむしろクラッドファイバーを含む光学レーザーのタイプである。ファイバーレーザーは、光子の流れがファイバー内の原子を刺激するように、光キャビティを通って光を反射する。その原子は、有用な波長で光エネルギーを蓄積し、放出する。ファイバータイプ、コアサイズ、開口数、屈折率、およびファイバーのドーピングは、ファイバーレーザーを使用する光伝播の可能性および範囲に貢献する。
ファイバーレーザー１００を図１Ａおよび１Ｂに示す。ファイバーレーザー１００は、クラッド１０４と、保護コーティング１０６とで囲まれたコア１０２を含む。コア１０２は、クラッド１０４とは異なる屈折率を有する。サイズ、屈折率、および波長に応じて、コア１０２は、単一モードが多くの用途に好ましいが、単一モードであってもマルチモードであってもよい。コア１０２は、公知のシリカ系材料を含む様々な材料で作られる。コア１０２は、有用な波長で光エネルギーを放出するエルビウムまたはイッテルビウムを含むランタニド系列の化学物質からのドーパント１０３を含む。ファイバーレーザー１００は、光源１１０によって照らされる。その光源１１０は、例えば、対応する制御ユニットを有するレーザーダイオードドライバによって駆動されるレーザーダイオード素子を含むレーザーポンプである。光源１１０は、単一のダイオード、ダイオードのアレイ、または多くの別個のポンプダイオードであってもよく、それぞれがカプラに入るファイバーを有する。ファイバーレーザー１００は、コイル１１１の両端に回折格子１１４をさらに含む。それにより、光源１１０を操作またはフィルタリングして、レーザービーム１１６としてそれを放つ。ファイバーレーザー１００は、金属の重いシートの溶接、自動車の製造に使用される高強度の鋼の切断、コンクリートの切断および穿孔、およびマイクロスケールおよびナノスケール機械加工を含む種々の用途で使用される。
いくつかの用途では、ファイバーレーザー１００は、数ミリメートル〜数百メートルの長さ（最も一般的には１〜３０メートルの範囲の長さ）を有する。ファイバーレーザー１００は、一般的に許容される曲げ半径１０〜２０ミリメートでコイル１１１にされている。ファイバーレーザー１００は、コア１０２またはクラッド１０４の損傷を回避するために、効率的に熱の除去を必要とする動作中に熱を放出する。
ファイバーレーザー１００は、光源１１０に含まれる構成要素のいずれかまたは組合せの故障を含む様々な理由により、顧客の現場に設置された後に故障または機能不全になる。ファイバーレーザー１００（特に、光源１１０）は、モジュール構成要素を使用して構築される。そのモジュール構成要素は、ファイバーレーザー１００が少なくとも低減された出力レベルで動作し続けることを可能にするために、モジュール構成要素のいくつかを無効にする（動作を停止させるdisabling）かまたは交換することによって、故障修復を可能にする。
加えて、光源１１０における偽のセンサ読取値は、ファイバーレーザー１００が誤動作しているように見えることを引き起こす。偽のセンサ読取値を無効にする、または無視することによって動作を継続する能力が望ましい。
改良されたレーザーフォールトトレランスおよびセルフキャリブレーションシステムが依然として必要とされている。
本開示は、様々な実施形態を記載する。その実施形態は、以下の図面と共に理解され、完全に理解され得る。
図１Ａは、本開示によるファイバーレーザーの断面の実施形態を示す図である。 図１Ｂは、本開示によるレーザーシステムの一実施形態を示す図である。 図２Ａは、本開示によるレーザーシステムの一実施形態を示す図である。 図２Ｂは、本開示によるレーザーシステムの一実施形態を示す図である。 図３は、故障検出後の再較正信号の一実施形態を示す図である。 図４Ａは、本開示によるレーザーシステムにおけるエラー検出の一実施形態を示す図である。 図４Ｂは、本開示によるレーザーシステムにおけるエラー検出の一実施形態を示す図である。 図５は、本開示によるファイバーレーザーシステムを動作させる方法の一実施形態を示す図である。
本開示は、上に列挙した図面を参照して実施形態を説明する。当業者であれば、詳細な説明および図面は、開示を限定するのではなく、説明するものであり、一般的に図面は、説明を明瞭にするために縮尺通りに描かれていないことを理解する。そのような当業者は、本明細書に含まれる本発明の原理を適用することによりさらに多くの実施形態が可能であり、そのような実施形態は特許請求の範囲によって限定されない本開示の範囲内に入ることも理解する。
図２Ａは、本開示によるレーザーシステムの一実施形態を示す図である。図２Ｂは、本開示によるレーザーシステムの一実施形態を示す図である。図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、レーザーシステム２００は、ファイバーレーザー（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されているファイバーレーザー１００）を通って光源からレーザー光を調達、発生、またはポンプする複数のレーザーポンプ２０２（例えば、ポンプ２０２Ａ、ポンプ２０２Ｂ、ポンプ２０２Ｃ、およびポンプ２０２Ｄ）を含む。複数のポンプ２０２のそれぞれは、当業者に知られている任意の波長および任意の出力レベル（power level）でレーザー光を調達、発生、またはポンプする。
複数のポンプ２０２（ポンプ２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃおよび２０２Ｄを含む）のそれぞれは、１つまたは複数のレーザーダイオードドライバ（ＬＤＤ）２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃおよび２０４Ｄを含む。各ＬＤＤ２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ、または２０４Ｄは、少なくとも２つのレーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａと、２０６Ｂおよび２０８Ｂと、２０６Ｃおよび２０８Ｃと、２０６Ｄおよび２０８Ｄとをそれぞれ駆動するように電気的に結合されている。したがって、ポンプ２０２Ａは、レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａに電気的に結合された少なくとも１つのＬＤＤ２０４Ａを含む。ポンプ２０２Ｂは、レーザーダイオード素子２０６Ｂおよび２０８Ｂに電気的に結合された少なくとも１つのＬＤＤ２０４Ｂを含む。同様に、ポンプ２０２Ｃは、レーザーダイオード素子２０６Ｃおよび２０８Ｃに電気的に結合された少なくとも１つのＬＤＤ２０４Ｃを含む。ポンプ２０２Ｄは、レーザーダイオード素子２０６Ｄおよび２０８Ｄに電気的に結合された少なくとも１つのＬＤＤ２０４Ｄを含む。
図２Ａおよび図２Ｂは、４つのポンプ２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃおよび２０２Ｄを示している。しかし、当業者は、任意の数のポンプがレーザーダイオードシステム２００の一部であることを認識すべきである。
簡略化のために、本開示は、ＬＤＤ２０４Ａおよびレーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａの実施形態を説明する。ＬＤＤ２０４Ｂ、２０４Ｃおよび２０４Ｄの実施形態は、ＬＤＤ２０４Ａと同様に構成され、動作する。レーザーダイオード素子２０６Ｂ、２０８Ｂ、２０６Ｃ、２０８Ｃ、２０６Ｄおよび２０８Ｄの実施形態は、レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａと同様に構成され、動作する。
一実施形態では、ＬＤＤ２０４Ａは、当業者に周知の電源および付随電気回路を使用して、レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａを駆動するために必要な電流を生成する。ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄは、温度変化または経時変化によるレーザー特性の変化にもかかわらず、一定の光パワー（optical power）を維持するための自動出力制御（automatic power control）を提供する。自動出力制御は、レーザーからの平均光パワーを検知する周知のフィードバックループによって実行され、一定の光パワーを維持するようにレーザーバイアス電流を調整する。
ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄは、バイアス電流または電源（図示せず）によって供給されるバイアス電流を用いて、レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄを駆動する。レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄをバイアスすることに加えて、ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄは、データ通信アプリケーション用の信号（例えば、デジタルデータなど）の送信を制御する。これに関して、ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄは、伝送用のデジタルデータを変調するために変調電流源とともに、電気回路（例えば、差動トランジスタ）を含む。ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄは、自動出力制御機能を提供するように、レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄのバイアス電流を制御する。
ＬＤＤ２０４Ａは、少なくとも２つのレーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ｂに電気的に接続される。それらのレーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａは、当業者に知られている任意の波長および任意の出力レベルで動作する。各レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａは、対応するレーザーダイオード素子出力信号２１１を生成する。これは、次に、結合器（combiner）２１０によって受信される。各レーザーダイオード素子２０６Ａまたは２０８Ａは、数ナノメートルの帯域幅に及ぶ範囲の信号２１１を生成する。各レーザーダイオード素子２０６Ａまたは２０８Ａの波長範囲出力をより狭く集束させるために、ポンプ２０２Ａは、波長選択素子（例えば、外部ファイバーグレーティングデバイス（図示せず））を含む。
一実施形態では、結合器２１０は、複数のポンプ２０２の全部または一部からの出力信号２１１を結合する。結合器２１０は、例えば、偏光ビームスプリッター、偏光マルチプレクサ、複屈折素子、または任意の他の素子またはレーザー光源信号２１４を生成することができる当業者に知られている回路を含む。結合器２１０は、複数の波長のレーザー光源信号２１４（例えば、１つ以上の波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ））に複数の波長信号２１１を組み合わせることができる任意の装置を含む。結合器２１０は、複数のポンプ２０２から受信したレーザーダイオード素子出力信号２１１を受信し、個々のレーザーダイオード出力信号２１１の出力レベルを超える出力レベルで、レーザーダイオード素子出力信号２１１を混合する。これにより、レーザー光源信号２１４を生成する。すなわち、結合器２１０は、レーザーダイオード素子出力信号２１１の組合せに対応する出力パワーレベル（output power level）を有するレーザー光源信号２１４を生成する。
一実施形態では、結合器２１０は、出力信号２１１に実質的に比例する電圧を生成するために、レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄに対応する複数の光センサ２１２を含む。各光センサ２１２は、対応するレーザーダイオード素子２０６Ａ〜ＤＤまたは２０８Ａ〜Ｄの出力レーザーダイオード光パワーに対して実質的に比例する電圧信号を生成する。光センサ２１２は、当業者に知られている任意のタイプのフォトダイオードを含む。
図２Ｂに示す実施形態では、レーザーダイオードシステム２００は、複数のゲイン素子、ユニットまたはステージ２２８を含む。各ゲイン素子２２８は、複数のポンプ２０２の１つに対応する。例えば、ゲイン２２８Ａは、ポンプ２０２Ａにおいて、レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａからのレーザーダイオード素子出力信号２１１を受信するために電気的に結合されている。一方、ゲイン２２８Ｂは、ポンプ２０２Ｂにおいて、レーザーダイオード素子２０６Ｂおよび２０８Ｂからのレーザーダイオード素子出力信号２１１を受信するために電気的に結合されている。複数のゲイン素子２２８は、結合器２１０に接続される。複数のゲイン素子２２８は、当業者に周知のように、レーザーダイオード素子出力信号２１１の電力出力レベルを増加させるように働く。
一実施形態では、複数のゲイン素子２２８の各々は、複数の光センサ２２９を含む。その光センサ２２９は、光センサ２１２と同様に、出力信号２１１に実質的に比例する電圧を生成するレーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄに対応する。各光センサ２２９は、対応するレーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄまたは２０８Ａ〜Ｄの出力レーザーダイオード光パワーに実質的に比例する電圧信号を生成する。光センサ２２９は、当業者に知られている任意のタイプのフォトダイオードを含む。
制御ユニット２１６は、複数のポンプ２０２と、ゲイン素子２２８と、結合器２１０との動作を制御する。制御ユニット２１６は、プロセッサまたは処理装置２１６Ａと、メモリ２１６Ｂとを含む。制御ユニット２１６は、コンポーネント、オブジェクト、ルーチン、プログラム、命令、データ構造、仮想マシンなどを定義する命令を実行する。それは、特定のタスクまたは機能を実行、または、特定のデータタイプを実装する。命令は、当業者に知られている任意のコンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ２１６Ｂ）に保存される。プログラムの一部または全部は、処理装置（例えば、処理装置２１６Ｂ）に含まれる１つまたは複数のプロセッサによって、実行時間でインスタンス化される。当業者であれば、レーザーダイオードシステムの例示的な実施形態に関連する概念の多くは、コンピュータの命令、ファームウェア、ハードウェア、または様々なコンピューティングアーキテクチャのいずれかのソフトウェア（例えば、制御ユニット２１６）として実行され、同じまたは同等の結果を成し遂げる。
遠隔制御ユニット２２６は、同様に、単独でまたは制御ユニット２１６と組み合わせて、複数のポンプ２０２、ゲイン素子２２８、および結合器２１０の動作を制御する。遠隔制御ユニット２２６は、当業者に知られている任意の手段を使用して、グローバル通信ネットワーク２２２（例えば、インターネット）を介して制御ユニット２１６に接続される。
さらに、当業者であれば、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、任意のタイプのコンピューティングアーキテクチャで実行されることを認識する。例えば、汎用コンピュータまたはパーソナルコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、モバイル通信デバイス、テーブルコンピューティングデバイス、ラップトップコンピューティングデバイス、マイクロプロセッサベースまたはプログラマブル民生用電子機器、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、特定用途向け集積回路などが挙げられる。
当業者であれば、システム２００の例示的な実施形態は、分散システム（distributed system）で実行される。その分散システムにおいて、しばしば互いに地理的に離れた様々なコンピューティングエンティティまたはデバイス（例えば、制御ユニット２１６および遠隔制御ユニット２２６）は、特定のタスクを実行し、または、特定のオブジェクト、コンポーネント、ルーチン、プログラム、命令、データ構造などを実行する。例えば、システム２００の例示的な実施形態は、グローバルネットワーク２２２を介して接続されたサーバ／クライアント構成で実施される（例えば、遠隔制御ユニット２２６はサーバとして動作し、制御ユニット２１６はクライアントとして動作し、それらは全てネットワーク２２２を介して接続されている）。分散コンピューティングシステムでは、アプリケーションプログラムは、内部メモリ、外部メモリ、またはリモートメモリを含むメモリ２１６Ｂまたは２２６Ｂに格納され、および／または、そこから実行される。メモリ２１６Ｂおよび２２６Ｂは、当業者に知られている、揮発性または不揮発性メモリ、着脱式または非着脱式メモリの任意の種類であってもよい。それは、不揮発性メモリ、揮発性メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、強誘電体ＲＡＭ、磁気記憶装置、光ディスクなどを含む。メモリ２１６Ｂまたは２２６Ｂは、１または複数の個別のメモリデバイスのいずれのタイプであってもよい。
制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、当業者に周知のように、ユーザからの指示を受け取るためのグラフィカルユーザーインターフェースを付加的に含む。例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）オペレーティングシステムによって提供されるウィンドウイング環境などである。グラフィカルユーザーインターフェースを提供する他のオペレーティングシステムは、例えば、Ａｐｐｌｅ（登録商標）のＭａｃｉｎｔｏｓｈ（登録商標）オペレーティングシステムやＩＢＭ（登録商標）のＯＳ／２ Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｒなどを使用することもできる。
プロセッサまたは処理装置２１６Ａまたは２２６Ａはそれぞれ、単一の中央処理装置または複数の処理装置に具体化されてもよい。プロセッサまたは処理装置２１６Ａまたは２２６Ａは、いずれも、任意のタイプの速度、容量、機能性を有する任意のタイプの処理装置であってもよく、あるいは当業者に知られている任意のタイプの処理装置であってもよい。
制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、さらに、デバイスインターフェース（図示せず）を含む。デバイスインターフェースは、複数のポンプ２０２および結合器２１０のいずれかと制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６を動作可能に結合する。デバイスインターフェースは、１つのインターフェースまたは様々な異なるインターフェースを表す。それぞれは、それがインターフェースで接続する特定のデバイスをサポートするように特別に構成されている。デバイスインターフェースは、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６にディレクション（direction）を提供するために、および、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６から情報を受信するために、ユーザによって利用される入力デバイスまたは出力デバイスをさらにインターフェースで接続する。これら入力デバイスまたは出力デバイスは、音声認識デバイス、ジェスチャ認識デバイス、タッチ認識デバイス、キーボード、ディスプレイ、モニタ、マウス、ポインティングデバイス、スピーカ、スタイラス、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星放送受信アンテナ、プリンタ、スキャナ、カメラ、ビデオ機器、モデム、モニタ等（図示せず）を含む。デバイスインターフェースは、シリアルインタフェース、パラレルポート、ゲームポート、ファイヤワイヤポート、ユニバーサルシリアルバス、または当業者に知られている他の任意のインターフェースであってもよい。デバイスインターフェースは、当業者に周知のように、有線でも無線でもよい。
一実施形態では、制御ユニット２１６は、遠隔制御ユニット２２６から地理的に離れており、ネットワーク２２２を介して遠隔制御ユニット２２６に結合されている。制御ユニット２１６は、複数のポンプ２０２および結合器２１０に電気的に結合されている。遠隔制御ユニット２２６は、複数のポンプ２０２および／または結合器２１０を直接的にまたは制御ユニット２１６を介して制御する。
当業者であれば、システム２００および制御ユニット２１６、２２６は、コンピュータによってアクセス可能な任意のタイプのコンピュータ可読媒体を使用することを認識する。その媒体は、例えば、磁気カセット、フラッシュメモリカード、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、カートリッジ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブなどである。本明細書で説明されるコンピュータ可読媒体は、任意のタイプのコンピュータプログラム製品、コンピュータ記憶装置、機械可読記憶装置などを含む。
制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、デバイスインターフェースに含まれる、またはデバイスインターフェースに結合されるモデムまたは他の通信デバイスを介してネットワーク２２２に接続する。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、別の方法として、無線デバイスまたはモデム（図示せず）を使用して、ネットワーク２２２、複数のポンプ２０２、または結合器２１０に接続する。ネットワーク２２２は、ローカル、ワイド、グローバル、またはその他であってもよく、当業者に知られているように、電気、光、電磁気、音響または他のキャリアを使用する有線または無線接続を含む。
本開示は、メモリ（例えば、メモリ２１６Ｂおよび２２６Ｂ）内のデータビットに対する演算のアルゴリズムおよび記号表現（symbolic representations）を使用して、例示的なシステム２００のいくつかの部分を説明する。当業者であれば、これらのアルゴリズムおよび記号表現は、当業者の仕事の内容を当業者に最も効果的に伝えるものとして理解する。アルゴリズムは、所望の結果をもたらす自己矛盾のないシーケンス（self-consistent sequence）である。そのシーケンスは、物理量（physical quantities）の物理的操作を必要とする。通常、必ずしも必要ではないが、これらの量は、物理的装置（例えば、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６）によって、記憶され、転送され、結合され、比較され、および他の方法で操作されることが可能な電気信号または磁気信号の形態を取る。簡単にするために、本開示は、これらの物理的信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数などと称する。この用語は、単なる便利なラベルである。用語（例えば、コンピューティング、計算、生成、ロードティング、決定、表示など）は、コンピューティングデバイス（例えば、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６）の動作およびプロセスを参照することを当業者は認識する。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、メモリ内の物理的電子量（phyisical electronic quantities）として表されるデータを操作して、それをメモリ内の物理的電子量として同様に表される他のデータに変換する。
ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄは、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６から動作パラメータ２３０を受け取る。一実施形態では、デフォルト動作パラメータ２３０は、ＬＤＤ２０４Ａの製造時に、ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄにプログラムされる。動作パラメータ２３０は、レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄを動作させるために、当業者に知られている任意のパラメータ（例えば、波長、動作電流レベル、動作電圧レベル、エラー閾値、フィードバックモードなど）を含む。例えば、ＬＤＤ２０４Ａは、電流設定動作パラメータ２３０に基づいて、レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａに電力を供給するために電流を生成する。または、ＬＤＤ２０４Ａは、誤差閾値動作パラメータ２３０に基づいて電流誤差閾値を設定する。別の例として、ＬＤＤ２０４Ａは、限界回路動作パラメータ２３０に基づいて、レーザーダイオード素子２０６Ａおよび２０８Ａを保護するために制限回路を設定する。ＬＤＤ２０４Ａは、安全動作パラメータ２３０（例えば、ブラウンアウト、スロースタート、遅延、イネーブル／ディスエーブル、静電気放電（ＥＳＤ）、保護限界など）に基づいて様々な安全機能を設定する。
ポンプ２０２Ｄの特定のレーザーダイオード２０９Ｂは、システム２００が設置場所に設置された後、様々な周知の理由により故障する。例えば、レーザーダイオード２０９Ｂは、出力信号２１１を全く生成しない、または、期待される出力レベルでない出力信号２１１を生成する。その出力レベルは、ＬＤＤ２０４Ｂによって、または、下流のゲイン素子２２８、結合器２１０、またはフォトダイオードセンサ２１２、２２９によって測定されるようなレベルである。特定のポンプ（例えば、ポンプ２０２Ｄ）は、システム２００が顧客のサイトに設置された後、様々な周知の理由により故障することもある。例えば、ポンプ２０２Ｄは、ＬＤＤ２０４Ｄに含まれる電源の故障のために、レーザーダイオード素子２０６Ｄまたは２０８Ｄのいずれかからの出力信号２１１を生成しない。
ゲイン素子２２８Ｂ、結合器２１０、または光センサ２１２は、特定のレーザーダイオード素子２０９Ｂの故障またはポンプ２０２Ｄの故障を検出し、ネットワーク２２２を介して制御ユニット２１６および／または遠隔制御ユニット２２６にその故障を報告する。ゲイン素子２２８または結合器２１０に含まれる光センサ２１２または２２９は、測定された電流が以下でより詳細に説明する特定の閾値までで予想電流よりも下回った場合、レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄまたは２０８Ａ〜Ｄのパワー出力（power output）に実質的に比例する電圧を生成する。それらのレーザーダイオード素子は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを検出することができる。
制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、グラフィカルユーザーインターフェースを使用して、顧客またはユーザに検出された故障を表示する。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、グラフィカルユーザーインターフェースを使用して、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを特定する。一実施形態では、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、当業者に知られている任意の手段によって、一度検出された故障を顧客またはユーザに警告する。例えば、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを特定するグラフィカルユーザーインターフェースのメッセージを視覚的に表示すること、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６を使用して警報音を鳴らす（audible alarm）または警報すること、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの特定を含む電子メールまたはテキストメッセージを生成し、それらを制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６から任意の外部装置（例えばモバイル装置）へ送信すること、任意の既知のアプリケーション上で警告メッセージを生成し送信することなどが挙げられる。
故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの検出に応答して、結合器２１０、光センサ２１２、またはゲイン素子２２８は、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６が故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの動作を停止させる（disable）ことをリクエストする。そのリクエストは、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを具体的に特定する。
一実施形態では、ユーザは、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６を使用して入力された安全キー（secure key）２３２の使用を通して、動作パラメータ２３０を入力するために、または、レーザーシステム２００の故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを無効にする（disable）ために認証される。故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを検出し、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄをユーザに警告することに基づいて、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、安全キー２３２をデコードする。それによって、ユーザを認証し、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６へのアクセスを許可している。安全キー２３２は、当業者に知られている暗号アルゴリズムまたはスキームの種類のいずれかを使用してエンコードされる。例えば、それらは、アイデンティティベースの暗号または暗号化、公開／秘密キーのペア、属性ベースの暗号化などを含む。一実施形態では、安全キー２３２は、周知のセキュリティプロトコルを使用するアクセスパスワードであってもよい。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、安全キー２３２に基づいてレーザーシステム２００の制御へのアクセスを許可または拒否する。一実施形態では、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、安全キー２３２のデコードおよび認証に基づいて、ユーザが故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを無効にすることを許可または拒否する。別の実施形態では、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを特定することに基づいて、ユーザの介入なしに、および／またはセキュリティキー２３２を必要とせずに、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを自動的に無効にする。
制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの検出、および／または故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの無効化に基づいて、レーザーシステム２００の再較正を動作させるまたは開始する。一実施形態では、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、ユーザの介入なしに、自動的にレーザーシステム２００の再較正を動作させるまたは開始する。あるいは、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、認証安全キー２３２に基づいて、レーザーシステム２００の再較正を動作させるまたは開始する。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄから生じる減少したパワー出力を動作不能にするためにレーザーシステム２００の動的再較正を動作させるまたは開始する。そうすることにより、レーザーシステム２００は、低減された出力レーザー光源信号２１４で動作し続けることができる。同様に、レーザーシステム２００は、フルパワー出力を必要としないタスクを完了することができる。
故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄは、ソフトウェアまたはファームウェアを介して、動作を停止する。レーザーシステム２００は、制御ユニット２１６、遠隔制御ユニット２２６、結合器２１０、またはゲイン素子２２８を介して、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの総数を管理する。
図３は、故障検出後の再較正信号の一実施形態を示す。図２Ａ、２Ｂおよび３を参照すると、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、対応する較正閾値３３４とともにレーザー光源信号３１４を有するように、レーザーシステム２００を最初に較正する。したがって、レーザー光源信号３１４が較正閾値３３４より下がった場合、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、レーザーシステム２００（例えば、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄ）の故障を検出する。故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを検出または動作不能にすると、制御ユニット２１６は、誤ったエラー表示を避けるために、対応する低減された低再較正閾値３２５とともに再較正され低減された期待応答信号３１５を有するように、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを動作不能にするためにレーザーシステム２００を再較正する。これは、期待応答信号３１５を低減しながら、校正された低閾値信号３３４が維持される場合、誤ったエラー指示を有する可能性が高くなるからである。レーザーシステム２００の所定の閾値は、元々システム２００にあるモジュールの数と比較して、無効化されたモジュール（例えば、レーザーダイオードまたはポンプ）の数に比例して低減される。例えば、故障したポンプ２０２Ｄが４つのポンプのうちの１つである場合、低減された期待応答値３３４および低減された低閾値は、予想される較正応答３１４および較正された低閾値３１５と比較して４分の１に低減される。
図４Ａおよび図４Ｂは、本開示によるレーザーシステムにおけるエラー検出の実施形態を示す図である。図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、例えば、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを検出または無効にするため、出力レベルの予期しない低下を検出するためにレーザー光源信号２１４を追跡するようにプログラムされる。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、信号４１４として結合器２１０から出力されたレーザー光源信号２１４を追跡し、信号４３４として予測され較正された閾値を追跡する。いくつかの実施形態では、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、サンプリングされた点が期待される閾値信号４３４を下回るかどうかを決定するために、時間間隔で、周期的に、または他の方法で、レーザー光源信号２１４をサンプリングする。いくつかの場合において、レーザー光源信号４３４または期待される閾値信号４３５は、ＬＤＤ２０４Ａ〜Ｄのいずれかの電源スパイクを含む様々な偽の事象、しばしば一時的な事象が原因で、理想から逸脱する。実際の故障モードを示すことを避けるために、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、レーザー光源信号４３４のいくつかのサンプルを分析し、閾値信号４３５と比較して、一時的または偽の故障よりむしろ実際の故障が生じたかどうかを決定する。一実施形態では、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、故障を検出してそれを示す前に、閾値信号４３５と比較されたレーザー信号４３４の測定サンプル（例えば、３、１０または５０）の範囲外の閾値数を設定する。
いくつかの実施形態では、結合器２１０は、レーザー光源信号４３４を追跡して測定し、それを閾値信号４３５と比較する。制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２３６のファームウェアは、範囲外の値を読み取るフォトダイオードセンサ２１２を絶えず（２００マイクロ秒ごとに）分析する。通常、これらの範囲外の読取値は、レーザーシステム２００をシャットダウンするエラー状態をもたらす。故障を引き起こす前に範囲外測定の閾値数を確立することにより、レーザーシステム２００を不必要にシャットダウンすることが回避される。それにより、緊急サービス訪問の必要性を評価するための時間を可能にする。
一実施形態では、おそらく動作パラメータ２３０に含まれるファームウェアの設定は、範囲外の読取りの数を特定する。その範囲外の読取りは、エラーまたは故障状態が報告される前に、スキップされる。誤った読み取り値がスキップ閾値を超えて存続しない場合、エラー状態は発生しない。
図５は、本開示によるファイバーレーザーシステムを動作させる方法の一実施形態を示す図である。図２Ａ、図２Ｂおよび図５を参照すると、方法５００は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの全部または一部の故障を検出する（５０２）。方法５００は、当業者に知られている任意の手段を使用して、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ３０２Ｄを検出する。方法は、レーザーダイオード素子２０６Ａ〜Ｄおよび２０８Ａ〜Ｄの出力に実質的に比例する電圧を生成するためにフォトセンサ２１２または２２９を使用する工程と、動作パラメータ２３０に基づいて予想された電流に対してフォトセンサ２１２から生成された電流を測定する工程とを含む。
方法５００は、当業者に知られている任意の手段によって、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ３０２Ｄを示す（５０４）。この方法は、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニットの２２６グラフィカルユーザーインターフェース上に故障の表示を視覚的に表示する工程と、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６上で警報音を鳴らすまたは警報を発動させる工程と、電子メールまたはテキストメッセージを構成し送信する工程と、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６から任意の外部装置（例えば、モバイル装置）に故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの特定を含む電子メールまたはテキストメッセージを生成して送信する工程と、任意の既知のアプリケーションで警告メッセージを生成し送信する工程となどを含む。
方法５００は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ３０２Ｄの特定を含む、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ３０２Ｄを無効にするリクエストを任意に受け取る（５０６）。実施形態（結合器２１０またはゲイン素子２２８が、動作パラメータ２３０に基づいて予想される電流に対してフォトダイオードセンサ２１０によって生成された測定電流を測定する）では、結合器２１０は、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６にリクエストを送信する。
方法５００の５０８において、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６は、エンコードキー２３２を受信し、例えば、エンコードキー２３２をデコードすることによって、エンコードキー２３２を認証する。エンコードキー２３２が認証されない場合、方法５００は、制御ユニット２１６または遠隔制御ユニット２２６を使用してシステムへのアクセスを拒否する（５１４）。
方法５００がエンコードキー２３２を認証すると、方法５００は、当業者に知られている任意の手段によって、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ３０２Ｄを無効にする（５１０）。一実施形態では、方法５００は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄの完全なまたは部分的な故障の検出時に、ユーザの介入なしに、および／またはセキュリティキーの認証を必要とせずに、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄを自動的に無効化する。
方法５００は、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ２０２Ｄに起因する減少したパワー出力を動作不能にするために、故障したレーザーダイオード素子２０９Ｂまたは故障したポンプ３０２Ｄを動作不能にするために、レーザーダイオードシステムを再較正する（５１２）。そうすることにより、レーザーシステム２００は、低減されたパワーのレーザー光源信号２１４で動作し続けることができる。同様に、レーザーシステム２００は、フルパワー出力を必要としないタスクを完了することができる。
当業者であれば、本開示は、特に上に示され、説明されたものに限定されないことを理解する。むしろ、本開示の範囲は、上述した様々な特徴のコンビネーションおよびサブコンビネーション、ならびに、前述の説明を読むことで当業者に起こる修正および変形の両方を含む。したがって、添付の特許請求の範囲のみが本開示を限定する。

Claims (20)

  1. 複数のレーザーポンプに配置された複数のレーザーダイオード素子を含むレーザーダイオードシステムにおいて、故障したレーザーダイオード素子または故障したレーザーポンプをコンピューティングデバイスで検出する工程と、
    前記検出後、前記コンピューティングデバイスを用いてエンコードキーを受信する工程と、
    少なくとも一部は前記エンコードキーに基づいて、前記レーザーダイオードシステム内の前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを、前記コンピューティングデバイスを用いて無効化する工程と、を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記コンピューティングデバイスを用いて前記エンコードキーを認証する工程と、
    少なくとも一部は前記認証工程に基づいて、前記レーザーダイオードシステム内の前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを、前記コンピューティングデバイスを用いて無効化する工程と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
  3. 前記コンピューティングデバイスを用いて前記レーザーダイオードシステム内の前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを無効化するリクエストを受信する工程と、
    少なくとも一部は前記リクエストに基づいて、前記レーザーダイオードシステム内の前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを無効化する工程と、をさらに含む請求項１に記載の方法。
  4. 前記リクエストにおいて、前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプの特定を前記コンピューティングデバイスで受信する工程をさらに含む請求項３に記載の方法。
  5. 前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを無効化する工程の後、前記コンピューティングデバイスを用いて、前記レーザーダイオードシステムを再較正する工程をさら含む請求項１に記載の方法。
  6. 前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを動作不能にするために、前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したレーザーポンプを無効化する工程の後、前記コンピューティングデバイスを用いて、前記レーザーダイオードシステムを再較正する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
  7. 少なくとも一部はエンコードキーを認証する工程の失敗に基づいて、前記レーザーダイオードシステムへのアクセスを拒否する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
  8. 複数のレーザーダイオードドライバおよび対応する複数のレーザーダイオード素子を含む複数のレーザーポンプと、
    前記複数のレーザーダイオード素子に電気的に結合され、前記複数のレーザーポンプのそれぞれの出力を合成して、合成出力光を生成する結合器と、
    コントローラーと、を含み、
    前記複数のレーザーダイオードドライバの各々は、前記複数のレーザーダイオード素子の少なくとも２つに電力を供給するために電気的に結合され、
    前記コントローラーは、故障したレーザーポンプまたは故障したレーザーダイオード素子を特定し、
    前記コントローラーへのアクセスを得るためにエンコードキーを受信し、
    少なくとも一部は前記エンコードキーの認証に基づいて、前記故障したレーザーポンプまたは前記故障したレーザーダイオード素子を無効化することを特徴とするレーザーダイオードシステム。
  9. 前記コントローラーは、前記故障したレーザーダイオードシステムまたは前記故障したレーザーダイオード素子を動作不能にするために、前記レーザーダイオードシステムをさらに再較正する請求項８に記載のレーザーダイオードシステム。
  10. 前記コントローラーは、少なくとも一部は前記故障したレーザーポンプまたは前記故障したレーザーダイオード素子に基づいて、前記結合器をさらに再較正する請求項９に記載のレーザーダイオードシステム。
  11. 前記コントローラーは、前記故障したレーザーダイオードドライバの数または前記故障したレーザーダイオード素子の数に比例してパワー出力を低減することによって、前記レーザーダイオードシステムをさらに再較正する請求項８に記載のレーザーダイオードシステム。
  12. 前記複数のレーザーダイオードドライバの各々は、対応する電源を含み、
    前記コントローラーは、故障した電源を特定するためのコントローラーである請求項８に記載のレーザーダイオードシステム。
  13. 前記コントローラーは、少なくとも一部は前記エンコードキーを認証することができないことに基づいて、前記レーザーダイオードシステムへのアクセスをさらに拒否する請求項８に記載のレーザーダイオードシステム。
  14. 前記コントローラーは、前記故障したレーザーダイオードドライバまたは前記故障したレーザーダイオード素子をさらに追跡する請求項８に記載のレーザーダイオードシステム。
  15. 複数のレーザーダイオードドライバおよび対応する複数のレーザーダイオード素子を含む複数のレーザーポンプと、
    故障したレーザーポンプまたは故障したレーザーダイオード素子を特定し、少なくとも一部は前記故障したレーザーポンプまたは前記故障したレーザーダイオード素子を特定することに基づいて、前記故障したレーザーポンプまたは前記故障したレーザーダイオード素子を自動的に無効化するコントローラーと、を有し、
    前記複数のレーザーダイオードドライバの各々は、前記複数のレーザーダイオード素子の少なくとも２つに電力を供給するために電気的に結合されていることを特徴とするレーザーダイオードシステム。
  16. 前記複数のレーザーダイオード素子に電気的に結合され、前記複数のレーザーポンプの各々の出力を合成して、合成出力光を生成する結合器をさらに有する請求項１５に記載のレーザーダイオードシステム。
  17. 前記複数のレーザーダイオードドライバから出力される複数のレーザー素子出力信号の出力レベルを増加させるために、前記複数のポンプに電気的に結合された複数のゲイン素子をさらに含む請求項１５に記載のレーザーダイオードシステム。
  18. 前記コントローラーは、少なくとも一部はエンコードセキュリティキーのデコードに基づいて、前記故障したレーザーポンプまたは前記故障したレーザーダイオード素子を自動的に無効にする請求項１５に記載のレーザーダイオードシステム。
  19. 前記コントローラー、少なくとも一部は前記エンコードセキュリティキーに基づいて、前記レーザーダイオードシステムへのアクセスを拒否する請求項１８に記載のレーザーダイオードシステム。
  20. 前記コントローラーは、前記故障したレーザーダイオード素子または前記故障したポンプを自動的に無効化した後、前記レーザーダイオードシステムを再較正する請求項１５に記載のレーザーダイオードシステム。
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