JP2024018430A - Laser processing equipment, control method and program for laser processing equipment - Google Patents

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    • H01S3/067Fibre lasers

Abstract

【課題】MOPA型ファイバレーザにより構成されるレーザ加工装置において、レーザ光のビーム品質を維持しつつレーザ平均出力を上げるための技術を提供する。【解決手段】レーザ加工装置100は、シード光源2と、励起光源3,9A,9Bと、シード光と励起光とが入射されることによりシード光を増幅するように構成された増幅ファイバ1,8を含むレーザ増幅部と、レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構14と、シード光源2および励起光源3,9A,9Bを制御する制御部20とを備える。制御部20は、シード光源2から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、シード光源2を制御する。制御部20は、パルス列に関するパラメータに従って、複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、光パルスの光量の増加の曲率を制御する。【選択図】図1The present invention provides a technique for increasing the average laser output while maintaining the beam quality of laser light in a laser processing apparatus configured with a MOPA type fiber laser. A laser processing apparatus 100 includes a seed light source 2, excitation light sources 3, 9A, 9B, and an amplification fiber 1 configured to amplify the seed light by inputting the seed light and the excitation light. 8, a scanning mechanism 14 that scans the laser light output from the laser amplification section, and a control section 20 that controls the seed light source 2 and the excitation light sources 3, 9A, and 9B. The control unit 20 controls the seed light source 2 so that the seed light source 2 repeatedly generates a pulse train including a plurality of light pulses, and the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curve with respect to time. The control unit 20 controls the amount of light of the first light pulse among the plurality of light pulses and the curvature of increase in the amount of light of the light pulses, according to parameters related to the pulse train. [Selection diagram] Figure 1

Description

本開示は、レーザ加工装置、レーザ加工装置の制御方法およびプログラムに関する。 The present disclosure relates to a laser processing device, a method of controlling the laser processing device, and a program.

増幅ファイバを利用したMOPA(Master Oscillator and Power Amplifier)方式を採用し、シード光として半導体レーザ(LD)からの光を利用するレーザ加工装置が提案されている。上記のレーザ加工装置は、出射光の繰り返し周波数、ピークパワー、パルス幅等を互いに独立に変更できることにより、加工対象に応じて最適なパラメータを選択し易いという特徴を有する。 A laser processing apparatus has been proposed that employs a MOPA (Master Oscillator and Power Amplifier) method using an amplifying fiber and uses light from a semiconductor laser (LD) as seed light. The above-mentioned laser processing apparatus is characterized in that the repetition frequency, peak power, pulse width, etc. of the emitted light can be changed independently of each other, so that it is easy to select the optimum parameters depending on the object to be processed.

このようなレーザ加工装置において、出力パワーを安定化させるための方法がこれまでに提案されている。たとえば、特開2011-181761号公報(特許文献1)は、MOPA型ファイバレーザの非発光期間における励起光の強度を制御することにより、レーザ加工装置から出力されるパルス光のエネルギを非発光期間の長さによらず安定化させることを開示する。特開2017-168549号公報(特許文献2)は、MOPA型ファイバレーザにおける励起光のパワーを制御するための2つのモードを有するレーザ加工装置を開示する。2つのモードのうちの一方のモードでは、増幅光のパルス幅の設定値が大きくなるほど、パルス幅の最小設定値における閾値以内で増幅光のピークエネルギーが増大するように励起光のパワーが制御される。 In such laser processing apparatuses, methods for stabilizing the output power have been proposed so far. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-181761 (Patent Document 1) discloses that by controlling the intensity of excitation light during the non-emission period of a MOPA type fiber laser, the energy of pulsed light output from a laser processing device is reduced during the non-emission period. Discloses that it can be stabilized regardless of its length. JP2017-168549A (Patent Document 2) discloses a laser processing device having two modes for controlling the power of excitation light in a MOPA type fiber laser. In one of the two modes, the power of the pumping light is controlled so that the larger the set value of the pulse width of the amplified light is, the more the peak energy of the amplified light increases within the threshold of the minimum set value of the pulse width. Ru.

特開2011-181761号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-181761 特開2017-168549号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-168549

近年、レーザ印字には、より深い印字加工を、より短いタクトで実現するための手段が求められている。このためには、レーザ光のビーム品質を維持しながら、パルスエネルギおよびレーザ平均出力を上げる必要がある。 In recent years, there has been a need for laser printing to provide a means to achieve deeper marking in a shorter takt time. For this purpose, it is necessary to increase the pulse energy and laser average output while maintaining the beam quality of the laser light.

MOPA型ファイバレーザにおいてパルスエネルギを上げるための1つの方法は、繰返し周波数を下げることである。繰返し周波数を下げることによって、パルス間隔が長くなる。これにより、増幅ファイバ内では、励起光によりポンピングされる希土類元素の蓄積量が増加するので、増幅ファイバから出力される光パルスのエネルギを高めることができる。しかし一方で、瞬間的なピークパワーが高くなることにより、非線形効果の一種である誘導ラマン散乱(SRS)が生じる可能性がある。SRSが発生した場合、増幅ファイバから出力される光の波長成分が広がるため、ビーム品質が低下するという問題がある。 One way to increase the pulse energy in MOPA type fiber lasers is to decrease the repetition frequency. By lowering the repetition frequency, the pulse interval becomes longer. As a result, the amount of accumulated rare earth elements pumped by the excitation light increases in the amplification fiber, so that the energy of the optical pulse output from the amplification fiber can be increased. However, on the other hand, the increased instantaneous peak power may cause stimulated Raman scattering (SRS), which is a type of nonlinear effect. When SRS occurs, the wavelength components of the light output from the amplification fiber are broadened, resulting in a problem that the beam quality is degraded.

一般的には、励起光量を下げることにより、ファイバレーザから出力される光の瞬間的なピークパワーを、SRSが発生しない程度のピークパワーに制御する。しかしながら、励起光量を下げることによって、レーザ平均出力も下がる。 Generally, by lowering the amount of pumping light, the instantaneous peak power of the light output from the fiber laser is controlled to a level that does not cause SRS. However, by lowering the amount of excitation light, the average laser output also decreases.

本開示の目的は、MOPA型ファイバレーザにより構成されるレーザ加工装置において、レーザ光のビーム品質を維持しつつレーザ平均出力を上げるための技術を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a technique for increasing the average laser output while maintaining the beam quality of laser light in a laser processing apparatus configured with a MOPA type fiber laser.

本開示の一例に従うレーザ加工装置は、シード光を発生させるシード光源と、励起光を発生させる励起光源と、シード光と励起光とが入射されることによりシード光を増幅するように構成された増幅ファイバを含むレーザ増幅部と、レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構と、シード光源および励起光源を制御する制御部とを備える。制御部は、シード光源から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、シード光源を制御する。制御部は、パルス列に関するパラメータに従って、複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、光パルスの光量の増加の曲率を制御する。 A laser processing device according to an example of the present disclosure includes a seed light source that generates seed light, an excitation light source that generates excitation light, and is configured to amplify the seed light by inputting the seed light and the excitation light. It includes a laser amplification section including an amplification fiber, a scanning mechanism that scans the laser light output from the laser amplification section, and a control section that controls the seed light source and the excitation light source. The control unit controls the seed light source so that the seed light source repeatedly generates a pulse train including a plurality of light pulses, and the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curved manner with respect to time. The control unit controls the light amount of the first light pulse among the plurality of light pulses and the curvature of increase in the light amount of the light pulses according to parameters regarding the pulse train.

上記の構成によれば、MOPA型ファイバレーザにより構成されるレーザ加工装置において、レーザのビーム品質を維持しつつレーザ平均出力を上げることができる。複数の光パルスが増幅ファイバに入射した際の出力光の瞬間的なピークパワーを抑えることにより、SRSを抑制することができるので、レーザ光のビーム品質を維持することができる。したがって、非線形効果の発生を抑制しつつレーザ平均出力を上げることができる。 According to the above configuration, in a laser processing apparatus configured with a MOPA type fiber laser, it is possible to increase the average laser output while maintaining the laser beam quality. SRS can be suppressed by suppressing the instantaneous peak power of the output light when a plurality of light pulses are incident on the amplification fiber, so the beam quality of the laser light can be maintained. Therefore, the average laser output can be increased while suppressing the occurrence of nonlinear effects.

上述の開示において、増幅ファイバは、シード光源からのシード光を励起光源からの第1の励起光によって増幅する第1の光ファイバと、第1の光ファイバから出力された光を励起光源からの第2の励起光によって増幅する第2の光ファイバとを含む。励起光源は、第1の励起光を発する第1の励起光源と、第2の励起光を発する第2の励起光源とを含む。制御部は、第1の光ファイバから出射される複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、第1の励起光のパワーを制御する。 In the above disclosure, the amplification fiber includes a first optical fiber that amplifies seed light from a seed light source with first excitation light from an excitation light source, and a first optical fiber that amplifies seed light from a seed light source with first excitation light from an excitation light source; and a second optical fiber amplified by the second excitation light. The excitation light source includes a first excitation light source that emits first excitation light and a second excitation light source that emits second excitation light. The control unit controls the power of the first excitation light so that the amount of light of the plurality of light pulses emitted from the first optical fiber increases in a curved manner with respect to time.

上記の構成によれば、1段目、2段目の光ファイバによる光増幅の両方において、非線形効果の発生を抑制しつつレーザ光を増幅できる。したがってレーザ平均出力を上げることができる。 According to the above configuration, laser light can be amplified while suppressing the occurrence of nonlinear effects in both optical amplification by the first-stage and second-stage optical fibers. Therefore, the average laser output can be increased.

上述の開示において、制御部は、パルス列に関するパラメータと、最初の光パルスの光量、および、光パルスの光量の増加の曲率との関係を定めるテーブルに従って、シード光源を制御する。 In the above disclosure, the control unit controls the seed light source in accordance with a table that defines the relationship between parameters regarding the pulse train, the light amount of the first light pulse, and the curvature of increase in the light amount of the light pulse.

上記の構成によれば、最初の光パルスの光量およびパルスの光量の増加の曲率をテーブルに従って決定することにより、パルス列の制御が容易となる。 According to the above configuration, the pulse train can be easily controlled by determining the light amount of the first light pulse and the curvature of increase in the light amount of the pulse according to the table.

上述の開示において、パルス列に関するパラメータは、パルス列の繰り返し周波数、複数の光パルスの各々のパルスの幅、複数の光パルスの間の間隔、および、複数の光パルスの本数、パルス列の平均出力、および、励起光源に供給される励起電流のうちの少なくとも1つを含む。 In the above disclosure, the parameters regarding the pulse train include the repetition frequency of the pulse train, the width of each of the plurality of optical pulses, the interval between the plurality of optical pulses, the number of the plurality of optical pulses, the average output of the pulse train, and , at least one of the excitation currents supplied to the excitation light source.

上記の構成によれば、繰り返し周波数、パルス幅等のパラメータが互いに独立であるため、それらのパラメータを任意に組み合わせてMOPA型ファイバレーザを制御することにより、MOPA型ファイバレーザから、所望の品質および所望の出力を有するレーザ光を出力することができる。 According to the above configuration, parameters such as repetition frequency and pulse width are independent from each other, so by controlling the MOPA fiber laser by arbitrarily combining these parameters, desired quality and quality can be obtained from the MOPA fiber laser. Laser light having a desired output can be output.

上述の開示において、制御部は、レーザ増幅部から出力されるレーザ光のパルス列内の複数のパルスのうちの最初の光パルスの強度と、少なくとも、2番目の光パルス、最大光量の光パルスおよび最小光量の光パルスのうちのいずれかのパルスの強度との比を用いて、次回以降にシード光源から発生させるパルス列における複数のパルスの光量、または、励起光源から発生させる励起光の光量を補正するフィードバック制御を行う。 In the above disclosure, the control unit controls the intensity of the first optical pulse among the plurality of pulses in the pulse train of the laser light output from the laser amplification unit, the second optical pulse, the maximum light amount of the optical pulse, and Corrects the light intensity of multiple pulses in the pulse train generated from the seed light source from the next time onwards, or the light intensity of the excitation light generated from the excitation light source, using the ratio of the intensity of one of the light pulses with the minimum light intensity. performs feedback control.

上記の構成によれば、制御部が、レーザ増幅部から出力されるレーザ光の強度に基づいてシード光あるいは励起光の光量を制御するフィードバック制御を行うことにより、レーザ増幅部から出力されるレーザ光のパルス列に含まれる複数のパルスの強度を安定させることができる。 According to the above configuration, the control unit performs feedback control to control the amount of the seed light or excitation light based on the intensity of the laser light output from the laser amplification unit, so that the laser output from the laser amplification unit The intensity of a plurality of pulses included in a light pulse train can be stabilized.

本開示の一例に従うレーザ加工装置の制御方法は、シード光を発生させるシード光源と、励起光を発生させる励起光源と、シード光と励起光とが入射されることによりシード光を増幅するように構成された増幅ファイバを含むレーザ増幅部と、レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構と、シード光源および励起光源を制御する制御部とを備えたレーザ加工装置の制御方法である。制御方法は、シード光源から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、シード光源を制御するステップを備える。シード光源を制御するステップは、パルス列に関するパラメータに従って、複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、光パルスの光量の増加の曲率を制御するステップを含む。 A method for controlling a laser processing apparatus according to an example of the present disclosure includes a seed light source that generates seed light, an excitation light source that generates excitation light, and amplification of the seed light by inputting the seed light and the excitation light. A method for controlling a laser processing device comprising: a laser amplification section including an amplification fiber configured as described above; a scanning mechanism for scanning laser light output from the laser amplification section; and a control section for controlling a seed light source and an excitation light source. . The control method includes the steps of repeatedly generating a pulse train including a plurality of light pulses from the seed light source and controlling the seed light source so that the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curved manner with respect to time. The step of controlling the seed light source includes the step of controlling the light intensity of the first light pulse of the plurality of light pulses and the curvature of increase in the light intensity of the light pulses according to parameters regarding the pulse train.

上記の構成によれば、MOPA型ファイバレーザにより構成されるレーザ加工装置において、レーザのビーム品質を維持しつつレーザ平均出力を上げることができる。複数の光パルスが増幅ファイバに入射した際の出力光の瞬間的なピークパワーを抑えることにより、SRSを抑制することができるので、レーザ光のビーム品質を維持することができる。したがって、非線形効果の発生を抑制しつつレーザ平均出力を上げることができる。 According to the above configuration, in a laser processing apparatus configured with a MOPA type fiber laser, it is possible to increase the average laser output while maintaining the laser beam quality. SRS can be suppressed by suppressing the instantaneous peak power of the output light when a plurality of light pulses are incident on the amplification fiber, so the beam quality of the laser light can be maintained. Therefore, the average laser output can be increased while suppressing the occurrence of nonlinear effects.

本開示の一例に従うプログラムは、シード光を発生させるシード光源と、励起光を発生させる励起光源と、シード光と励起光とが入射されることによりシード光を増幅するように構成された増幅ファイバを含むレーザ増幅部と、レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構と、シード光源および励起光源を制御する制御部とを備えたレーザ加工装置の制御方法を制御部に実行させるプログラムである。制御方法は、シード光源から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、シード光源を制御するステップを備える。シード光源を制御するステップは、パルス列に関するパラメータに従って、複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、光パルスの光量の増加の曲率を制御するステップを含む。 A program according to an example of the present disclosure includes a seed light source that generates seed light, an excitation light source that generates excitation light, and an amplification fiber configured to amplify the seed light by inputting the seed light and the excitation light. A program that causes a control unit to execute a method for controlling a laser processing apparatus including a laser amplification unit including a laser amplification unit, a scanning mechanism that scans a laser beam output from the laser amplification unit, and a control unit that controls a seed light source and an excitation light source. It is. The control method includes the steps of repeatedly generating a pulse train including a plurality of light pulses from the seed light source and controlling the seed light source so that the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curved manner with respect to time. The step of controlling the seed light source includes the step of controlling the light intensity of the first light pulse of the plurality of light pulses and the curvature of increase in the light intensity of the light pulses according to parameters regarding the pulse train.

上記の構成によれば、MOPA型ファイバレーザにより構成されるレーザ加工装置において、レーザのビーム品質を維持しつつレーザ平均出力を上げることができる。複数の光パルスが増幅ファイバに入射した際の出力光の瞬間的なピークパワーを抑えることにより、SRSを抑制することができるので、レーザ光のビーム品質を維持することができる。したがって、非線形効果の発生を抑制しつつレーザ平均出力を上げることができる。 According to the above configuration, in a laser processing apparatus configured with a MOPA type fiber laser, it is possible to increase the average laser output while maintaining the laser beam quality. SRS can be suppressed by suppressing the instantaneous peak power of the output light when a plurality of light pulses are incident on the amplification fiber, so the beam quality of the laser light can be maintained. Therefore, the average laser output can be increased while suppressing the occurrence of nonlinear effects.

本開示によれば、MOPA型ファイバレーザにより構成されるレーザ加工装置において、レーザのビーム品質を維持しつつレーザ平均出力を上げることが可能となる。 According to the present disclosure, in a laser processing apparatus configured with a MOPA type fiber laser, it is possible to increase the average laser output while maintaining the laser beam quality.

本開示の実施形態に従うレーザ加工装置の利用場面の一例を模式的に例示する図である。1 is a diagram schematically illustrating an example of a usage scene of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure. 図1に示した増幅ファイバの構造の一例を示した図である。2 is a diagram showing an example of the structure of the amplification fiber shown in FIG. 1. FIG. 実施形態における、シード光および励起光の制御を説明した図である。It is a figure explaining control of seed light and excitation light in an embodiment. 増幅ファイバのエネルギ準位図、および増幅ファイバによる光増幅を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an energy level diagram of an amplification fiber and optical amplification by the amplification fiber. 残留反転分布と、入力光エネルギと、出力光エネルギとの関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between residual population inversion, input optical energy, and output optical energy. 図1に示した制御装置の機能ブロックの例を示す図である。2 is a diagram showing an example of functional blocks of the control device shown in FIG. 1. FIG. 制御装置の記憶部に記憶されるテーブルの構成の一例を示した図である。It is a figure showing an example of composition of a table stored in a storage part of a control device. 図7に示したテーブルにより定義されるパターンのうちの1つについて、マルチパルスの波形の制御の例を模式的に示した図である。8 is a diagram schematically showing an example of controlling a multi-pulse waveform for one of the patterns defined by the table shown in FIG. 7. FIG. 図7および図8に示すテーブルに従って制御される入力信号(マルチパルス)の波形の例を示した図である。9 is a diagram showing an example of the waveform of an input signal (multipulse) controlled according to the tables shown in FIGS. 7 and 8. FIG. シード光パルスの波形の制御の他の例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of controlling the waveform of a seed light pulse. 本実施の形態におけるシード光パルスの制御によって、増幅ファイバから出力されるパルスの波形の具体的な例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific example of the waveform of a pulse output from an amplification fiber by controlling a seed light pulse in the present embodiment. 本実施の形態に従うシード光パルスの制御によるシード光パルスの波形の例、および、MOPA型ファイバレーザからの出力波形の例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a waveform of a seed light pulse obtained by controlling the seed light pulse according to the present embodiment, and an example of an output waveform from a MOPA type fiber laser. 本実施の形態によるレーザ加工装置の制御方法の一例を示したフローチャートである。3 is a flowchart showing an example of a method of controlling the laser processing apparatus according to the present embodiment. レーザ光出力のフィードバック制御のための構成の例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a configuration for feedback control of laser light output. フィードバック制御のための制御装置の構成を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control device for feedback control. 本実施の形態に係るフィードバック制御の例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of feedback control according to the present embodiment. フィードバック制御に用いる入力光制御の補正量を説明した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a correction amount of input light control used for feedback control. 本実施の形態に係るフィードバック制御によってシードLD電流値が補正される場合のフローを示したフローチャートである。7 is a flowchart showing a flow when a seed LD current value is corrected by feedback control according to the present embodiment. 本実施の形態に係るフィードバック制御によって1段目の増幅部の励起LDの電流値が補正される場合のフローを示したフローチャートである。7 is a flowchart showing a flow when the current value of the excitation LD of the first stage amplifier is corrected by feedback control according to the present embodiment.

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the figures are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

本明細書では「パルス列」および「マルチパルス」との用語は、ある時間間隔で時間軸上に並べられた複数の光パルスからなる1つのグループを意味する。また、本明細書では、マルチパルスの繰り返しの周波数を「繰り返し周波数」と称する。以下の説明において、レーザダイオードを「LD」と表記する。 As used herein, the terms "pulse train" and "multipulse" refer to a group of a plurality of optical pulses arranged on the time axis at certain time intervals. Further, in this specification, the frequency of repetition of multi-pulses is referred to as "repetition frequency". In the following description, a laser diode will be referred to as "LD".

<A.適用例>
図1は、本開示の実施形態に従うレーザ加工装置100の利用場面の一例を模式的に例示する図である。図1に示すように、レーザ加工装置100は、種光用半導体レーザ(シードLD)のレーザ信号光を、多段の増幅ファイバで増幅して、高いパワーを有するレーザ光を出力するように構成される。具体的には、レーザ加工装置100は、光ファイバ1,8と、シードLD2と、励起LD3,9A,9Bと、アイソレータ4,6,11と、バンドパスフィルタ(BPF)7と、コンバイナ5,10と、エンドキャップ12と、ドライバ21,22,23A,23Bとを備える。レーザ加工装置100は、さらに、レーザビーム走査機構14と、制御装置20と、入力部25とを備える。
<A. Application example>
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a usage scene of a laser processing apparatus 100 according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 100 is configured to amplify the laser signal light of a seed light semiconductor laser (seed LD) using multistage amplification fibers and output a laser light having high power. Ru. Specifically, the laser processing apparatus 100 includes optical fibers 1 and 8, a seed LD 2, excitation LDs 3, 9A, and 9B, isolators 4, 6, and 11, a bandpass filter (BPF) 7, a combiner 5, 10, an end cap 12, and drivers 21, 22, 23A, and 23B. The laser processing apparatus 100 further includes a laser beam scanning mechanism 14, a control device 20, and an input section 25.

図1に示す構成において、レーザ増幅部は、増幅部101および増幅部102により構成される。増幅部101は、光ファイバ1、シードLD2および励起LD3を含み、シードLD2からのシード光を増幅する。増幅部102は、光ファイバ8および励起LD9A,9Bを含み、増幅部101から出力されたレーザ光を増幅する。 In the configuration shown in FIG. 1, the laser amplification section includes an amplification section 101 and an amplification section 102. The amplifying section 101 includes an optical fiber 1, a seed LD2, and a pumping LD3, and amplifies the seed light from the seed LD2. Amplifying section 102 includes optical fiber 8 and pumping LDs 9A and 9B, and amplifies the laser light output from amplifying section 101.

光ファイバ1,8は増幅ファイバであり、光増幅成分である希土類元素が添加されたコア、およびそのコアの周囲に設けられるクラッドを有する。コアに添加される希土類元素の種類は特に限定されず、たとえばEr(エルビウム)、Yb(イッテルビウム)、Nd(ネオジム)などがある。一例として光ファイバ1,8は、Ybがコアに添加された増幅ファイバである。 The optical fibers 1 and 8 are amplification fibers and have a core doped with a rare earth element as an optical amplification component, and a cladding provided around the core. The type of rare earth element added to the core is not particularly limited, and examples include Er (erbium), Yb (ytterbium), and Nd (neodymium). As an example, the optical fibers 1 and 8 are amplification fibers in which Yb is added to the core.

光ファイバ1,8の各々は、たとえばコアの周囲に1層のクラッドが設けられたシングルクラッドファイバでもよく、コアの周囲に2層のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバでもよい。なお、この実施形態では、光ファイバ1,8は、ともにダブルクラッドファイバである。 Each of the optical fibers 1 and 8 may be, for example, a single-clad fiber with one layer of cladding around the core, or a double-clad fiber with two layers of cladding around the core. Note that in this embodiment, both optical fibers 1 and 8 are double clad fibers.

図2は、図1に示した増幅ファイバの構造の一例を示した図である。図2(A)および図2(B)は、シングルクラッドファイバの一例の断面図であり、ファイバの延在方向に対して垂直方向および平行方向の断面をそれぞれ示している。図2(A)および図2(B)を参照して、シングルクラッドファイバは、希土類元素が添加されたコア31と、コア31の周囲に設けられ、かつコア31よりも屈折率が低いクラッド32とを含む。クラッド32の外表面は外皮34に覆われる。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of the amplification fiber shown in FIG. 1. FIGS. 2(A) and 2(B) are cross-sectional views of an example of a single-clad fiber, showing cross sections in a direction perpendicular to and parallel to the extending direction of the fiber, respectively. Referring to FIGS. 2(A) and 2(B), the single clad fiber includes a core 31 doped with a rare earth element, and a cladding 32 provided around the core 31 and having a lower refractive index than the core 31. including. The outer surface of the cladding 32 is covered with an outer skin 34.

図2(C)および図2(D)は、ダブルクラッドファイバの一例の断面図であり、ファイバの延在方向に対して垂直方向および平行方向の断面をそれぞれ示している。図2(C)および図2(D)を参照して、ダブルクラッドファイバは、希土類元素が添加されたコア35と、コア35の周囲に設けられ、かつコア35よりも屈折率が低い第1クラッド36と、第1クラッド36の周囲に設けられ、かつ第1クラッド36よりも屈折率が低い第2クラッド37とを含む。たとえば第1クラッド36の材料はガラスであり、第2クラッド37の材料は低屈折率樹脂である。第2クラッド37の外表面は外皮38に覆われる。 FIG. 2(C) and FIG. 2(D) are cross-sectional views of an example of a double-clad fiber, showing cross sections in a direction perpendicular and parallel to the extending direction of the fiber, respectively. Referring to FIG. 2(C) and FIG. 2(D), the double clad fiber includes a core 35 doped with a rare earth element, and a first layer provided around the core 35 and having a lower refractive index than the core 35. It includes a cladding 36 and a second cladding 37 that is provided around the first cladding 36 and has a lower refractive index than the first cladding 36. For example, the material of the first cladding 36 is glass, and the material of the second cladding 37 is a low refractive index resin. The outer surface of the second cladding 37 is covered with an outer skin 38.

図1に戻り、シードLD2はシード光を発するレーザ光源である。シード光の波長は、たとえば1000~1100nmの範囲から選択された波長である。ドライバ21はシードLD2にパルス状の電流を繰り返して注入することにより、シードLD2をパルス駆動する。したがってシードLD2からはシード光のパルスが発せられる。 Returning to FIG. 1, the seed LD2 is a laser light source that emits seed light. The wavelength of the seed light is, for example, a wavelength selected from the range of 1000 to 1100 nm. The driver 21 pulse-drives the seed LD2 by repeatedly injecting a pulsed current into the seed LD2. Therefore, a pulse of seed light is emitted from the seed LD2.

シードLD2から出射されるシード光はアイソレータ4を通過する。アイソレータ4は一方向の光のみを透過し、その光と逆方向に入射する光を遮断する機能を実現する。本実施の形態では、アイソレータ4はシードLD2からのシード光を透過させるとともに光ファイバ1からの戻り光を遮断する。これによって光ファイバ1からの戻り光がシードLD2に入射するのを防ぐことができる。 The seed light emitted from the seed LD2 passes through the isolator 4. The isolator 4 has the function of transmitting light in only one direction and blocking light incident in the opposite direction. In this embodiment, the isolator 4 transmits the seed light from the seed LD 2 and blocks the return light from the optical fiber 1. This can prevent the return light from the optical fiber 1 from entering the seed LD 2.

励起LD3は、光ファイバ1のコアに添加された希土類元素を励起するための第1の励起光を発する励起光源である。希土類元素がYbの場合、励起光の波長はたとえば940±10nmとなる。ドライバ22は、励起LD3を駆動する。 The excitation LD 3 is an excitation light source that emits first excitation light for exciting the rare earth element added to the core of the optical fiber 1 . When the rare earth element is Yb, the wavelength of the excitation light is, for example, 940±10 nm. The driver 22 drives the excitation LD3.

コンバイナ5はシードLD2からのシード光と励起LD3からの励起光とを結合して、第1の光ファイバである光ファイバ1に入射させる。 The combiner 5 combines the seed light from the seed LD2 and the excitation light from the excitation LD3, and makes the combined light enter the optical fiber 1, which is the first optical fiber.

光ファイバ1に入射した励起光はコアに含まれる希土類元素に吸収され、希土類元素が励起される。シードLD2からのシード光が光ファイバ1のコアを伝搬すると、励起された希土類元素がシード光により誘導放出を起こすためシード光が増幅される。なお、光ファイバ1がシングルクラッドファイバである場合、シード光および励起光はともにコアに入射する。これに対し、光ファイバ1がダブルクラッドファイバである場合、シード光はコアに入射し、励起光は第1クラッドに入射する。ダブルクラッドファイバの第1クラッドは励起光の導波路として機能する。第1クラッドに入射した励起光が第1クラッドを伝搬する過程で、コアを通過するモードによりコア中の希土類元素が励起される。 The excitation light incident on the optical fiber 1 is absorbed by the rare earth element contained in the core, and the rare earth element is excited. When the seed light from the seed LD 2 propagates through the core of the optical fiber 1, the excited rare earth element causes stimulated emission by the seed light, so that the seed light is amplified. Note that when the optical fiber 1 is a single-clad fiber, both the seed light and the excitation light enter the core. On the other hand, when the optical fiber 1 is a double-clad fiber, the seed light enters the core and the excitation light enters the first cladding. The first cladding of the double-clad fiber functions as a waveguide for pumping light. During the process in which the excitation light incident on the first cladding propagates through the first cladding, the rare earth element in the core is excited by the mode passing through the core.

アイソレータ6は、光ファイバ1によって増幅され、かつ光ファイバ1から出射されたシード光(光パルス)を通過させるとともに光ファイバ1に戻る光を遮断する。 The isolator 6 allows the seed light (light pulse) that has been amplified by the optical fiber 1 and is emitted from the optical fiber 1 to pass therethrough, and blocks the light that returns to the optical fiber 1 .

バンドパスフィルタ7は、光ファイバ1から出力される光パルスのピーク波長を含む波長帯の光を通過させるとともに、その波長帯と異なる波長帯の光を除去する。 The bandpass filter 7 passes light in a wavelength band including the peak wavelength of the optical pulse output from the optical fiber 1, and removes light in a wavelength band different from this wavelength band.

励起LD9A,9Bは、第2の光ファイバである光ファイバ8のコアに含まれる希土類元素を励起するための第2の励起光を発する。ドライバ23A,23Bは励起LD9A,9Bのそれぞれを駆動する。図1に示す例では、増幅部102の励起LDの個数は2個であるが、励起LDの個数はこのように限定されるものではない。 The excitation LDs 9A and 9B emit second excitation light for exciting the rare earth element contained in the core of the optical fiber 8, which is the second optical fiber. Drivers 23A and 23B drive excitation LDs 9A and 9B, respectively. In the example shown in FIG. 1, the number of pump LDs in the amplification section 102 is two, but the number of pump LDs is not limited to this.

コンバイナ10は、バンドパスフィルタ7を通過した光パルスと、励起LD9A,9Bからの励起光とを結合して光ファイバ8に入射させる。光ファイバ1における光増幅作用と同じ作用によって、光ファイバ8に入射した光パルスが励起光によって増幅される。 The combiner 10 combines the optical pulse that has passed through the bandpass filter 7 and the excitation light from the excitation LDs 9A and 9B, and makes the combined light pulses enter the optical fiber 8. The optical pulse incident on the optical fiber 8 is amplified by the excitation light by the same optical amplification effect as in the optical fiber 1.

アイソレータ11は、光ファイバ8に戻る光を遮断する。エンドキャップ12は、ピークパワーの高い光パルスが光ファイバから大気中に出射される際に光ファイバの端面と大気との境界面で生じるダメージを防止するために設けられる。 Isolator 11 blocks light returning to optical fiber 8 . The end cap 12 is provided to prevent damage occurring at the interface between the end face of the optical fiber and the atmosphere when a light pulse with a high peak power is emitted from the optical fiber into the atmosphere.

レーザビーム走査機構14は、レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査するための走査機構である。図示しないが、レーザビーム走査機構14は、たとえばエンドキャップ12からの出射光であるレーザビームの径を所定の大きさに調整するためのコリメータレンズ、および、コリメータレンズを通過後のレーザビームを加工対象物50の表面上で二次元方向に走査するためのガルバノスキャナ、レーザビームを集光するためのfθレンズ等を含んでもよい。加工対象物50の表面上でレーザ光L、すなわちレーザ増幅部からの出力光が二次元方向に走査されることにより、金属等を素材とする加工対象物50の表面が加工される。たとえば加工対象物50の表面に文字や図形等からなる情報が印字(マーキング)される。 The laser beam scanning mechanism 14 is a scanning mechanism for scanning the laser beam output from the laser amplification section. Although not shown, the laser beam scanning mechanism 14 includes a collimator lens for adjusting the diameter of the laser beam that is emitted from the end cap 12 to a predetermined size, and processes the laser beam after passing through the collimator lens. It may also include a galvano scanner for scanning the surface of the object 50 in two-dimensional directions, an fθ lens for focusing the laser beam, and the like. The surface of the workpiece 50 made of metal or the like is processed by scanning the laser beam L, that is, the output light from the laser amplification section, in two-dimensional directions on the surface of the workpiece 50 . For example, information consisting of characters, figures, etc. is printed (marked) on the surface of the workpiece 50.

制御装置20は、ドライバ21,22,23A,23Bおよびレーザビーム走査機構14を制御することによりレーザ加工装置100の動作を統括的に制御する。したがって、制御装置20は、シードLD2、励起LD3、9A、9Bを制御する。 The control device 20 comprehensively controls the operation of the laser processing apparatus 100 by controlling the drivers 21, 22, 23A, 23B and the laser beam scanning mechanism 14. Therefore, the control device 20 controls the seed LD2 and the excitation LD3, 9A, and 9B.

入力部25は、たとえばユーザからの情報(たとえば加工対象物50の表面に印字される文字、記号等の情報)を受付けて、その受付けた情報を制御装置20に送信する。制御装置20は、たとえば入力部25からの情報に基づいて、ドライバ21,22,23A,23Bの動作開始および動作終了を制御するとともに、ドライバ21,22,23A,23Bを動作させている間、レーザビーム走査機構14の動作を制御する。 The input unit 25 receives, for example, information from a user (for example, information on characters, symbols, etc. printed on the surface of the workpiece 50), and transmits the received information to the control device 20. The control device 20 controls the start and end of the operations of the drivers 21, 22, 23A, and 23B based on information from the input unit 25, for example, and while operating the drivers 21, 22, 23A, and 23B, Controls the operation of the laser beam scanning mechanism 14.

制御装置20はドライバ22,23A,23Bを制御することによって励起LD3,9A,9Bが発する励起光のパワーを変化させる。励起LD3,9A,9Bは、ドライバ22,23A,23Bからそれぞれ供給される駆動電流に応じたパワーを有する励起光を出力する。各ドライバ22,23A,23Bから出力される駆動電流の大きさは制御装置20によって制御される。 The control device 20 changes the power of the excitation light emitted by the excitation LDs 3, 9A, and 9B by controlling the drivers 22, 23A, and 23B. The excitation LDs 3, 9A, and 9B output excitation light having powers corresponding to drive currents supplied from the drivers 22, 23A, and 23B, respectively. The magnitude of the drive current output from each driver 22, 23A, 23B is controlled by the control device 20.

制御装置20は、たとえば所定のプログラムを実行するパーソナルコンピュータにより実現される。入力部25はユーザが情報を入力することができる装置であれば特に限定されず、たとえばマウス、キーボード、タッチパネル等を用いることができる。 The control device 20 is realized, for example, by a personal computer that executes a predetermined program. The input unit 25 is not particularly limited as long as it is a device that allows the user to input information, and for example, a mouse, keyboard, touch panel, etc. can be used.

図3は、実施形態における、シード光および励起光の制御を説明した図である。図3に示すように、実施形態では、シードLDから、シード光のパルス列、すなわちマルチパルスを所定の周波数で繰り返し出力させる。繰り返し周波数は、たとえば10kHz~1000kHzの範囲内で可変である。マルチパルスに含まれるパルスの本数は、任意に設定可能である。 FIG. 3 is a diagram illustrating control of seed light and excitation light in the embodiment. As shown in FIG. 3, in the embodiment, the seed LD repeatedly outputs a pulse train of seed light, that is, a multipulse at a predetermined frequency. The repetition frequency is variable within a range of, for example, 10 kHz to 1000 kHz. The number of pulses included in a multi-pulse can be set arbitrarily.

図3において、マルチパルスに含まれる複数のパルスの一部を時間的に拡大して示す。マルチパルス内のパルス幅、およびパルスの間の間隔は、たとえばナノ秒レベル(たとえば10ナノ秒程度)である。なお、パルス幅は、各パルスのFWHM(半値全幅)により定義することができる。 In FIG. 3, a portion of a plurality of pulses included in a multi-pulse is temporally expanded and shown. The pulse width within a multipulse and the interval between pulses are, for example, on the nanosecond level (for example, on the order of 10 nanoseconds). Note that the pulse width can be defined by the FWHM (full width at half maximum) of each pulse.

パルスの「ピークパワー」を、そのパルスの最大光強度であると定義する。「パルスエネルギ」とは、1パルスのエネルギであり、エネルギとパルス幅の積分によって求められる。「レーザ平均出力」とは一定時間におけるレーザ出力の平均値であり、パルスレーザでは、パルスエネルギと繰返し周波数の積算によって定義される。 The "peak power" of a pulse is defined as the maximum optical intensity of that pulse. "Pulse energy" is the energy of one pulse, and is determined by integrating the energy and pulse width. "Laser average output" is the average value of laser output over a certain period of time, and in the case of a pulsed laser, it is defined by the integration of pulse energy and repetition frequency.

図3に示すように、シード光を増幅ファイバに入力するに先立ち、光増幅物質である希土類元素を予め励起するため、励起光が増幅ファイバに入力される。このときの励起光の光量は、シード光の増幅時の励起光の光量に比べて小さい。シード光の入力に同期して増幅ファイバに入力される励起光の光量を大きくする。 As shown in FIG. 3, before inputting the seed light into the amplification fiber, excitation light is input into the amplification fiber in order to excite the rare earth element, which is an optical amplification substance, in advance. The amount of excitation light at this time is smaller than the amount of excitation light during amplification of the seed light. The amount of pumping light input into the amplification fiber is increased in synchronization with the input of seed light.

本実施の形態では、シード光パルスをマルチパルスにすることにより、増幅ファイバに蓄積される励起光量のエネルギを、マルチパルス内の各パルスによって消費させる。これにより、レーザ加工装置から出力されるパルスの1本あたりのピークパワーを下げる。この結果、出力光の瞬間的なピークパワー(特に1本目のパルスのピークパワー)を抑えることができるので、SRSなどの非線形効果の発生を抑制することができる。 In this embodiment, by making the seed light pulse into a multi-pulse, the energy of the amount of excitation light accumulated in the amplification fiber is consumed by each pulse in the multi-pulse. This reduces the peak power per pulse output from the laser processing device. As a result, the instantaneous peak power of the output light (particularly the peak power of the first pulse) can be suppressed, so the occurrence of nonlinear effects such as SRS can be suppressed.

本実施の形態では、さらに、マルチパルス内の各パルスの光量を曲線的に増加させる。「曲線的に増加」とは、マルチパルス内におけるパルスの光量の変化が、時間的に後のパルスほど大きくなることを意味する。なお、図3では、マルチパルスに関連する各種のパラメータを説明するため、便宜上、マルチパルスに含まれる各パルスのピークパワーがほぼ等しいように示されている。マルチパルス内の各パルスの光量を曲線的に増加させる例については、後に詳細に説明する。 In this embodiment, the amount of light of each pulse within the multi-pulse is further increased in a curved manner. "Increasing in a curved manner" means that the change in the light amount of a pulse within a multipulse becomes larger as the pulse becomes later in time. In addition, in FIG. 3, in order to explain various parameters related to the multi-pulse, for convenience, the peak power of each pulse included in the multi-pulse is shown to be approximately equal. An example of increasing the light amount of each pulse in a multi-pulse in a curved manner will be described in detail later.

マルチパルス内のk番目のパルスのピークパワーをp(kは1以上の整数)とする。たとえば、「曲線的に増加」に含まれる1つの例は、(pk+1-p)<(pk+2-pk+1)という関係である。なお、「曲線的に増加」とは、時間的に隣り合う3つのパルスの間のピークパワーの大小関係によって決まるように限定されるものではない。本実施の形態では、パルスの光量の変化の傾きが時間的に後のパルスほど大きくなるのであればよい。たとえば、複数のパルスのうちのあるパルスの光量が、そのパルスの1つ前のパルスの光量と同じ(または減少してもよい)であり、次のパルスの光量がそのパルスの光量よりも大きいというのでもよい。本実施の形態では、複数のパルスの光量が全体として曲線的に増加していればよい。 Let the peak power of the k-th pulse in the multipulse be p k (k is an integer greater than or equal to 1). For example, one example included in "increasing curvilinearly" is the relationship (p k+1 - p k )<(p k+2 - p k+1 ). Note that "increasing in a curved manner" is not limited to being determined by the magnitude relationship of peak powers between three temporally adjacent pulses. In this embodiment, it is sufficient that the slope of the change in the light amount of the pulse becomes larger as the pulse becomes temporally later. For example, the light intensity of one pulse among multiple pulses is the same as (or may decrease) the light intensity of the previous pulse, and the light intensity of the next pulse is greater than the light intensity of that pulse. You can say that. In this embodiment, it is sufficient that the light amount of the plurality of pulses increases in a curved manner as a whole.

複数のパルスのうち光量が最も小さいのは、最初のパルスである。本実施の形態では、最初のパルスの光量および光パルスの光量の増加の曲率を、マルチパルスに関するパラメータに従って決定する。たとえば、マルチパルスの繰り返し周波数に従って最初のパルスの光量および光パルスの光量の増加の曲率が決定される。これにより、マルチパルスのパルス毎のピークパワーを誘導ラマン散乱の発生閾値以下としつつレーザ平均出力を高めることができる。 The first pulse has the smallest amount of light among the plurality of pulses. In this embodiment, the light amount of the first pulse and the curvature of increase in the light amount of the light pulse are determined according to parameters related to multipulses. For example, the light intensity of the first pulse and the curvature of increase in the light intensity of the light pulse are determined according to the repetition frequency of the multi-pulse. Thereby, the average laser output can be increased while keeping the peak power of each pulse of the multi-pulse below the threshold for generating stimulated Raman scattering.

<B.増幅ファイバにおける光増幅>
図4は、増幅ファイバのエネルギ準位図、および増幅ファイバによる光増幅を模式的に示した図である。図4において白抜きの円は、基底状態に遷移するYbイオンを表わす。図4においてハッチングを付した円は、誘導放出されたYbイオンを表わす。
<B. Optical amplification in amplification fiber>
FIG. 4 is a diagram schematically showing an energy level diagram of an amplifying fiber and optical amplification by the amplifying fiber. In FIG. 4, open circles represent Yb ions transitioning to the ground state. The hatched circles in FIG. 4 represent stimulated released Yb ions.

Ybは原子番号70の元素であり、Yb3+イオンの電子配置は[Xe]4f13構造をしているため、基底状態7/2と励起状態5/2しか存在しない。基底状態7/2は4つのシュタルク準位で形成され、励起状態5/2は3つのシュタルク準位で形成される。このため励起光の波長と誘導放出光(信号光)の波長とは異なる。ただし図4では基底状態の4つのシュタルク準位および、励起状態の3つのシュタルク準位の図示を簡略化し、単に基底状態および励起状態として示している。 Yb is an element with an atomic number of 70, and the electronic configuration of the Yb 3+ ion has a [Xe]4f 13 structure, so that only the ground state 2 F 7/2 and the excited state 2 F 5/2 exist. The ground state 2 F 7/2 is formed by four Stark levels, and the excited state 2 F 5/2 is formed by three Stark levels. Therefore, the wavelength of the excitation light and the wavelength of the stimulated emission light (signal light) are different. However, in FIG. 4, the four Stark levels in the ground state and the three Stark levels in the excited state are simplified and shown simply as the ground state and the excited state.

図4(A)は、励起光によりYbイオンが励起されている状態を示す。Yb添加ファイバの場合、たとえば、基底準位E1のYbイオンは、波長940nmの励起光を吸収することにより、励起準位E2にポンプアップされる。この状態で、たとえば1062nmの信号光を入射すると、図4(B)および図4(C)に示すように、誘導放出が生じる。これにより信号光が増幅されるとともに、励起準位E2のYbイオンが基底準位E1に緩和する。なお、励起光によるポンピングが継続されている間は、信号光パルスが増幅ファイバに入射されるごとに誘導放出が生じて信号光パルスが増幅される。 FIG. 4A shows a state in which Yb ions are excited by excitation light. In the case of the Yb-doped fiber, for example, Yb ions at the ground level E1 are pumped up to the excitation level E2 by absorbing excitation light with a wavelength of 940 nm. In this state, when a signal light of, for example, 1062 nm is incident, stimulated emission occurs as shown in FIGS. 4(B) and 4(C). As a result, the signal light is amplified, and the Yb ions at the excited level E2 are relaxed to the ground level E1. Note that while the pumping by the excitation light is continued, stimulated emission occurs and the signal light pulse is amplified every time the signal light pulse enters the amplification fiber.

図4(B)は、マルチパルスのうちの最初のパルスの入射による誘導放出を模式的に示す。図4(C)は、マルチパルスのうちの2番目のパルスの入射による誘導放出を模式的に示す。励起光によるYbイオンのポンピングは、最初のパルスが入射する直前に最大となる。したがって、最初のパルスが大きく増幅される。一方、パルスの間隔が十分に小さい場合(例えば10ナノ秒程度)、最初のパルスで消費されるYbイオンに対して2番目以降のパルスまでに励起されるYbイオンが少なくなるため、2番目以降のパルスに対しては、増幅ファイバによる増幅率が下がる。 FIG. 4(B) schematically shows stimulated emission due to the incidence of the first pulse of the multipulses. FIG. 4(C) schematically shows stimulated emission due to the incidence of the second pulse of the multipulses. The pumping of Yb ions by the excitation light reaches its maximum just before the first pulse is incident. Therefore, the first pulse is greatly amplified. On the other hand, if the interval between pulses is sufficiently small (for example, about 10 nanoseconds), fewer Yb ions will be excited by the second and subsequent pulses compared to the Yb ions consumed in the first pulse, so The amplification factor of the amplifying fiber decreases for pulses of

本実施の形態では、マルチパルスのうちの最初のパルスの光量を低くする。これにより、励起準位から基底準位に緩和するYbイオンの数を少なくする。励起準位にあるYbイオンの原子密度分布は、2番目以降のパルスに対しても、ある程度確保されている。したがって、2番目以降のパルスの光量を徐々に上げることによって、増幅ファイバから誘導放出により出力されるレーザ光パルスのピークパワーを高めることができる。これにより、増幅後の各パルスのピークパワーをSRSの発生閾値以下としつつ、レーザ平均出力を高めることができる。 In this embodiment, the light intensity of the first pulse of the multipulses is reduced. This reduces the number of Yb ions relaxing from the excited level to the ground level. The atomic density distribution of Yb ions at the excited level is maintained to some extent even for the second and subsequent pulses. Therefore, by gradually increasing the light intensity of the second and subsequent pulses, the peak power of the laser light pulse output from the amplification fiber by stimulated emission can be increased. Thereby, the average laser output can be increased while keeping the peak power of each pulse after amplification below the SRS generation threshold.

増幅ファイバから出力されるパルスのエネルギは、主に励起光量と信号光量とによって制御可能である。しかし、マルチパルス内の各パルスがナノ秒レベルのパルスである場合、各パルスに対して励起光の光量を制御することは容易ではない。したがって本実施の形態では、励起光量を変化させずに、マルチパルス内の各パルスの光量を制御することにより、レーザ平均出力を制御する。 The energy of the pulse output from the amplification fiber can be controlled mainly by the amount of excitation light and the amount of signal light. However, if each pulse in the multipulse is a nanosecond level pulse, it is not easy to control the amount of excitation light for each pulse. Therefore, in this embodiment, the laser average output is controlled by controlling the light amount of each pulse in the multi-pulse without changing the excitation light amount.

<C.マルチパルス波形>
増幅ファイバから出力されるレーザ光のパワーPは、励起準位の原子分布密度N2、信号光量I、および増幅ファイバの固有パラメータ(放出断面積、結合効率など)を用いて表現することができる。
<C. Multipulse waveform>
The power P of the laser beam output from the amplification fiber can be expressed using the atomic distribution density N2 of the excited level, the signal light amount I, and the characteristic parameters of the amplification fiber (emission cross section, coupling efficiency, etc.).

マルチパルス内の複数のパルスを、時間の早いほうから順にn1,n2,・・・,n*とラベル付けする。各パルス番号のパルスによる入力光エネルギI1,I2,・・・,I*に対する増幅ファイバ出力光エネルギをP1,P2,・・・,P*と表わす。P1,P2,・・・,P*は、以下のように表わすことができる。 A plurality of pulses within a multi-pulse are labeled n1, n2, . . . , n* in order from the earliest in time. The amplification fiber output optical energy for the input optical energy I1, I2, . . . , I* due to the pulse of each pulse number is expressed as P1, P2, . P1, P2, . . . , P* can be expressed as follows.

P1=I1+A×σ21×I1
P2=I2+(C1+B(t))×σ21×I2
P3=I3+(C2+B(t))×σ21×I3
・・・
ここで、Aは、n1のパルスが入射する直前の反転分布密度であり、B(t)はn1のパルスの入射後からn2のパルスが入射するまでの間に、励起光によって増加する反転分布密度であり、C1は、n1のパルスの入射直後に残留する反転分布密度であり、σ21は、増幅ファイバの放出断面積である。なお、B(t)は時間と励起光量とに依存する。
P1=I1+A×σ21×I1
P2=I2+(C1+B(t))×σ21×I2
P3=I3+(C2+B(t))×σ21×I3
...
Here, A is the population inversion density immediately before the n1 pulse enters, and B(t) is the population inversion density that increases due to the excitation light from the n1 pulse until the n2 pulse enters. where C1 is the population inversion density remaining immediately after the incidence of the n1 pulse, and σ21 is the emission cross section of the amplification fiber. Note that B(t) depends on time and the amount of excitation light.

P1,P2,P3,・・・の各式における第一項を、第二項に対して十分に小さいとして無視する。また、パルス間隔が一定であるとして、B(t)を定数Bとみなす。さらに、Pn,In(n=1,2,3…)を、時間の関数として表現すると、出力光エネルギPを、以下の式(1)のように表わすことができる。 The first term in each equation of P1, P2, P3, . . . is ignored as it is sufficiently smaller than the second term. Further, assuming that the pulse interval is constant, B(t) is regarded as a constant B. Furthermore, if Pn, In (n=1, 2, 3, . . . ) are expressed as a function of time, the output optical energy P can be expressed as in the following equation (1).

P(t)=(C(t)+B))×σ21×I(t)・・・(1)
一方、エネルギ保存測により、以下の式(2)が成り立つ。式(2)において、aは、n1のパルスの入射によって誘導放出に使用された反転密度分布と、上記Aとの比を表わす。
P(t)=(C(t)+B))×σ21×I(t)...(1)
On the other hand, the following equation (2) holds according to energy conservation measurement. In Equation (2), a represents the ratio of the inverted density distribution used for stimulated emission by the incidence of the n1 pulse and the above A.

Cn=Cn-1+B(t)-a×Pn-1・・・(2)
式(2)を変形すると、Cn-Cn-1=B(t)-a×Pn-1と表わされる。B(t)を定数Bに置き換えて、上記の式を時間の関数として表現すると、dC(t)/dt=B-a×P(t)と表わすことができる。
Cn=Cn-1+B(t)-a×Pn-1...(2)
When formula (2) is modified, it is expressed as Cn-Cn-1=B(t)-a×Pn-1. When B(t) is replaced with a constant B and the above equation is expressed as a function of time, it can be expressed as dC(t)/dt=B-a×P(t).

ここで、P(t)が時間によらず一定であるとすると、P(t)を定数Pと置くことができる。したがって、dC(t)/dt=B-a×Pとなる。この式の両辺を時間tで積分することにより、以下の式(3)が得られる。なお、Dは定数である。 Here, assuming that P(t) is constant regardless of time, P(t) can be set as a constant P. Therefore, dC(t)/dt=B-a×P. By integrating both sides of this equation over time t, the following equation (3) is obtained. Note that D is a constant.

C(t)=(B-a×P)×t+D・・・(3)
残留反転分布C(t)は、時間tについての一次式である。さらに、基底準位から励起準位に原子が励起される速度よりも、励起準位から基底準位に原子が緩和する速度のほうが早いとすると、B<a×Pとなるので、比例定数(B-a×P)は負となる。したがって残留反転分布C(t)は、時間とともに単調に減少する関数である。
C(t)=(B-a×P)×t+D...(3)
The residual population inversion C(t) is a linear expression with respect to time t. Furthermore, if the rate at which atoms relax from the excited level to the ground level is faster than the rate at which atoms are excited from the ground level to the excited level, then B<a×P, so the proportionality constant ( B-a×P) is negative. Therefore, the residual population inversion C(t) is a function that monotonically decreases with time.

次に、式(1)に式(2)を代入すると、出力光エネルギ(パワー)Pは、以下の式(4)で表わされる。 Next, by substituting equation (2) into equation (1), output optical energy (power) P is expressed by equation (4) below.

P=((B-a×P)×t+D+B))×σ21×I(t)・・・(4)
式(4)を変形すると、入力光エネルギI(t)は式(5)のように表わすことができる。
P=((B-a×P)×t+D+B))×σ21×I(t)...(4)
By transforming equation (4), input optical energy I(t) can be expressed as equation (5).

I(t)=P/{((B-a×P)×t+D+B)}/σ21・・・(5)
B-a×P=α、P/σ21=β、D+B=γ(α、β、γは定数、α<0、β>0、γ>0)と置くと、入力光エネルギI(t)は、式(6)のように表わすことができる。
I(t)=P/{((B-a×P)×t+D+B)}/σ21...(5)
If we set B-a×P=α, P/σ21=β, D+B=γ (α, β, γ are constants, α<0, β>0, γ>0), the input optical energy I(t) is , can be expressed as in equation (6).

I(t)=β/(α×t+γ)・・・(6)
図5は、残留反転分布C(t)と、入力光エネルギI(t)と、出力光エネルギP(t)との関係を示した図である。図5に示すように、式(3)で表現される残留反転分布C(t)は、時間に対して線形な単調減少関数である。これに対して、式(5)に従う入力光エネルギI(t)は、時間に対して曲線的に上昇する関数である。式(3)で表現される残留反転分布C(t)と式(5)に従う入力光エネルギI(t)との組み合わせにより、マルチパルス内の各パルスに対して増幅ファイバから取り出される出力光エネルギP(t)は一定になる。
I(t)=β/(α×t+γ)...(6)
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between residual population inversion C(t), input optical energy I(t), and output optical energy P(t). As shown in FIG. 5, the residual inverted population C(t) expressed by equation (3) is a linear monotonically decreasing function with respect to time. In contrast, the input optical energy I(t) according to equation (5) is a function that increases in a curved manner with respect to time. The output optical energy extracted from the amplifying fiber for each pulse in the multi-pulse is determined by the combination of the residual population inversion C(t) expressed by equation (3) and the input optical energy I(t) according to equation (5). P(t) becomes constant.

ここで式(6)を詳しくみると、入力光エネルギI(t)は、時間tの-1乗に基づいた関数となっている。具体的には、tの係数にあたるα/βは負であり、t=-γ/αのとき分母が0になることから、式(6)により表現される関数は、t=-γ/αを原点とし、さらに、符号を反転させた反比例の関数になっていることがわかる。したがって、入力光エネルギーを上昇させる際には、時間tの-1乗に基づいた関数に沿うように、入力光エネルギーを上昇させることがより望ましいといえる。 Looking at equation (6) in detail here, the input optical energy I(t) is a function based on time t to the -1 power. Specifically, α/β, which is the coefficient of t, is negative, and the denominator becomes 0 when t = -γ/α, so the function expressed by equation (6) is t = -γ/α. It can be seen that it is an inversely proportional function with the origin as the origin and the sign reversed. Therefore, when increasing the input optical energy, it is more desirable to increase the input optical energy so as to follow a function based on the -1 power of time t.

<D.パルス制御のための構成>
図6は、図1に示した制御装置の機能ブロックの例を示す図である。図6に示すように、制御装置20は、記憶部201と、条件設定部202と、シードLD制御部203と、励起LD制御部206とを備える。図6に示した構成は、ハードウェア(電子回路)によって実現されてもよく、ソフトウェアによって実現されてもよい。
<D. Configuration for pulse control>
FIG. 6 is a diagram showing an example of functional blocks of the control device shown in FIG. 1. As shown in FIG. 6, the control device 20 includes a storage section 201, a condition setting section 202, a seed LD control section 203, and an excitation LD control section 206. The configuration shown in FIG. 6 may be realized by hardware (electronic circuit) or software.

記憶部201は、シード光および励起光に関する条件を、レーザ加工装置からの出力光(以下では、単に「出力光」とも呼ぶ)の条件と関連付けて記憶する。この記憶内容には、たとえば出力光のパワーに対するシード光(マルチパルス)および励起光パワーおよびの条件等がある。このような条件関係は、たとえばテーブル、関数、マップ等の形式に従って記憶部201に記憶される。 The storage unit 201 stores conditions regarding seed light and excitation light in association with conditions for output light from a laser processing device (hereinafter also simply referred to as "output light"). The stored contents include, for example, conditions for seed light (multipulse) and excitation light power with respect to output light power. Such conditional relationships are stored in the storage unit 201 in a format such as a table, function, or map.

条件設定部202は、入力部25に入力された情報および、記憶部201に記憶された条件に基づいて、シードLDおよび励起LDの駆動条件を設定する。たとえばレーザ加工装置の出力(平均出力)、マルチパルスの繰り返し周波数等の条件が入力部25に入力される。条件設定部202は、入力部25に入力された条件、記憶部201に記憶されているシード光(マルチパルス)および励起光の条件に従って、シード光および励起光の制御のための条件を設定する。 The condition setting unit 202 sets driving conditions for the seed LD and the excitation LD based on the information input to the input unit 25 and the conditions stored in the storage unit 201. For example, conditions such as the output (average output) of the laser processing device and the repetition frequency of multi-pulses are input to the input section 25. The condition setting unit 202 sets conditions for controlling the seed light and the excitation light according to the conditions input to the input unit 25 and the conditions of the seed light (multipulse) and excitation light stored in the storage unit 201. .

シードLD制御部203は、条件設定部202によって設定された条件に従ってシードLD2を駆動するためのドライバ21を制御する。ドライバ21は、シードLD制御部203の制御により、シードLD2に駆動電流を供給する。 The seed LD control section 203 controls the driver 21 for driving the seed LD 2 according to the conditions set by the condition setting section 202. The driver 21 supplies a drive current to the seed LD 2 under the control of the seed LD control section 203 .

励起LD制御部206は、条件設定部202によって設定された条件に従って、励起LD3を駆動するためのドライバ22、励起LD9Aを駆動するためのドライバ23Aおよび、励起LD9Bを駆動するためのドライバ23Bを制御する。ドライバ22,23A,23Bの各々は、励起LD制御部206の制御により、対応する励起LDに駆動電流を供給する。 The excitation LD control unit 206 controls the driver 22 for driving the excitation LD 3, the driver 23A for driving the excitation LD 9A, and the driver 23B for driving the excitation LD 9B according to the conditions set by the condition setting unit 202. do. Each of the drivers 22, 23A, and 23B supplies a drive current to the corresponding excitation LD under the control of the excitation LD control section 206.

一実施形態では、シード光(マルチパルス)の条件は、たとえばテーブルの形式で記憶部201に記憶される。図7は、制御装置20の記憶部201に記憶されるテーブルの構成の一例を示した図である。図8は、図7に示したテーブルにより定義されるパターンのうちの1つについて、マルチパルスの波形の制御の例を模式的に示した図である。 In one embodiment, the seed light (multipulse) conditions are stored in the storage unit 201 in the form of a table, for example. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a table stored in the storage unit 201 of the control device 20. FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of controlling the multi-pulse waveform for one of the patterns defined by the table shown in FIG. 7.

図7に示されるように、テーブルでは、平均出力、マルチパルスの繰り返し周波数、マルチパルスに含まれるパルスの本数、マルチパルス内のパルスの間の間隔、マルチパルス内の各パルスの幅、シードLDに注入される電流のパターンが設定される。一例として、平均出力がA(mJ)、繰り返し周波数f(kHz)、パルス本数が10、パルス間隔がt1(nsec)、パルス幅がt2(nsec)の場合のシードLD電流パターンが、パターン1と定義される。パルス間隔t1およびパルス幅t2は、パターンによらない装置固定値であってもよい。あるいはパルス間隔t1およびパルス幅t2は、パターンに応じて制御される値であってもよい。 As shown in Figure 7, the table includes the average output, the repetition frequency of the multipulse, the number of pulses included in the multipulse, the interval between pulses in the multipulse, the width of each pulse in the multipulse, and the seed LD. The pattern of the current injected into the current is set. As an example, the seed LD current pattern is pattern 1 when the average output is A (mJ), the repetition frequency f (kHz), the number of pulses is 10, the pulse interval is t1 (nsec), and the pulse width is t2 (nsec). defined. The pulse interval t1 and the pulse width t2 may be fixed values for the device regardless of the pattern. Alternatively, the pulse interval t1 and pulse width t2 may be values that are controlled according to the pattern.

図8には、シードLD電流パターンがパターン1である例が示されている。テーブルには、パルス番号(n1,n2,・・・,n10)ごとにシードLD電流値(i1,i2,・・・,i10)が定義される。基本的には、シードLDは、シードLD電流が閾値電流を上回った時点から発光し、その後は、シードLDの出力は、シードLD電流の増加量に比例して増加する。図7および図8から理解されるように、シードLD電流のパターンとして、シード電流の変化の周期(図7に示されるようなパルス間隔t1およびパルス幅t2)、および、図8に示されるようなパルスごとのシード電流の値を設定することにより、シードLDから発せられるパルスの間隔および出力を任意に設定できる。 FIG. 8 shows an example in which the seed LD current pattern is pattern 1. In the table, seed LD current values (i1, i2, . . . , i10) are defined for each pulse number (n1, n2, . . . , n10). Basically, the seed LD emits light from the point in time when the seed LD current exceeds the threshold current, and after that, the output of the seed LD increases in proportion to the amount of increase in the seed LD current. As can be understood from FIGS. 7 and 8, the pattern of the seed LD current includes the period of change of the seed current (pulse interval t1 and pulse width t2 as shown in FIG. 7), and the pattern of the seed LD current (pulse interval t1 and pulse width t2 as shown in FIG. By setting the value of the seed current for each pulse, the interval and output of the pulses emitted from the seed LD can be arbitrarily set.

本実施の形態では、平均出力、繰り返し周波数、パルス本数、パルスの間隔、パルス幅等のパラメータが互いに独立であるため、それらのパラメータを任意に組み合わせてMOPA型ファイバレーザを制御することにより、MOPA型ファイバレーザから、所望の品質および所望の出力を有するレーザ光を出力することができる。本実施の形態の一例によれば、図7および図8に従って、シード光パルスを制御する。したがって、マルチパルス内の最初のパルスの光量および、パルスの光量の増加の曲率を、繰り返し周波数、マルチパルス内の各々のパルスの幅、および、パルスの間の間隔のうちの少なくとも1つに従って決定することができる。 In this embodiment, since parameters such as average output, repetition frequency, number of pulses, pulse interval, and pulse width are mutually independent, the MOPA type fiber laser can be controlled by arbitrarily combining these parameters. A type fiber laser can output laser light having a desired quality and a desired output. According to an example of this embodiment, seed light pulses are controlled according to FIGS. 7 and 8. Therefore, the light intensity of the first pulse in the multipulse and the curvature of the increase in the light intensity of the pulses are determined according to at least one of the repetition frequency, the width of each pulse in the multipulse, and the spacing between the pulses. can do.

図9は、図7および図8に示すテーブルに従って制御される入力信号(マルチパルス)の波形の例を示した図である。図9には、パルス本数が10本、20本および30本の例について、入力信号の光量の時間に対する変化が示される。シードLD電流を制御することにより、パルスの光量を、時間に対して曲線的に増加させるように制御できることが分かる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the waveform of an input signal (multipulse) controlled according to the tables shown in FIGS. 7 and 8. FIG. 9 shows changes in the amount of light of the input signal over time for examples in which the number of pulses is 10, 20, and 30. It can be seen that by controlling the seed LD current, the amount of light of the pulse can be controlled so as to increase in a curve with respect to time.

図10は、シード光パルスの波形の制御の他の例を示した図である。図10に示す例では、シード光パルス(入力信号)の光量が一定値に達した後に、光量が、その値に保たれる。 FIG. 10 is a diagram showing another example of controlling the waveform of the seed light pulse. In the example shown in FIG. 10, after the light amount of the seed light pulse (input signal) reaches a certain value, the light amount is maintained at that value.

上記の通り、シードLDの出力は、閾値電流に対するシードLD電流の増加量に比例して増加する。しかし、シードLDの出力に上限があることが十分に想定される。シードLDの出力の上限を超える電流をシードLDに供給した場合には、シードLDが故障することが起こりえる。パルス本数が多い場合、あるいは、シード光パルスの強度の増加の曲率を大きくする場合、シードLDから発せられるパルスの数が、予め設定された本数に達する前に、シード光パルスの強度が、その上限に達する可能性がある。 As described above, the output of the seed LD increases in proportion to the amount of increase in the seed LD current relative to the threshold current. However, it is fully assumed that there is an upper limit to the output of the seed LD. If a current exceeding the upper limit of the output of the seed LD is supplied to the seed LD, the seed LD may fail. When the number of pulses is large, or when the curvature of increase in the intensity of the seed light pulse is increased, the intensity of the seed light pulse increases before the number of pulses emitted from the seed LD reaches the preset number. The upper limit may be reached.

したがって、図10に示されるように、シードLDの出力が上限に達しないように、シードLDの出力に制限値を設けてもよい。制限値は、たとえば、シードLDの出力の上限値に対して所定の割合(たとえば90%)を乗じた値に設定されてもよい。図10に示すように電流パターンを設定することにより、シードLDの故障を防ぎつつ、レーザ加工装置の平均出力を上げることができるという効果を得ることができる。 Therefore, as shown in FIG. 10, a limit value may be set for the output of the seed LD so that the output of the seed LD does not reach the upper limit. The limit value may be set, for example, to a value obtained by multiplying the upper limit value of the output of the seed LD by a predetermined percentage (for example, 90%). By setting the current pattern as shown in FIG. 10, it is possible to obtain the effect of increasing the average output of the laser processing apparatus while preventing failure of the seed LD.

なお、図7および図8に示したテーブルの内容は、本実施の形態によるシード光パルスの制御の一例を示すものである。したがって、テーブルの設定に応じて、シード光パルスをより柔軟に制御することができる。以下に、シード光パルスの制御の他の例を示す。ただし、シード光パルスの制御は、以下に記載した内容にのみ限定されるものではない。 Note that the contents of the tables shown in FIGS. 7 and 8 show an example of seed light pulse control according to this embodiment. Therefore, the seed light pulse can be controlled more flexibly according to the table settings. Other examples of seed light pulse control will be shown below. However, the control of the seed light pulse is not limited to what is described below.

たとえばマルチパルス内のパルスの光量の変化の曲率を、パルス本数に応じて設定しても良い。したがって、パルス本数に応じてパルスの光量の変化の曲率が異なっていてもよい。ただし、マルチパルス内のパルスの本数が増えるほど、増幅ファイバ内において、より多くのポンピング電子が誘導放出に使用されるため、ピークパワーが減少する。したがって、マルチパルスのうちの最初のパルスの光量、および、パルスの光量の変化の曲率を、より小さいパルス数(たとえばパルス数が10)の時の条件に揃えておいてもよい。これにより、パルス数が増えた場合(たとえばパルス数が20あるいは30の場合)にも、ビーム品質を保つことができる。 For example, the curvature of the change in the amount of light of a pulse within a multi-pulse may be set depending on the number of pulses. Therefore, the curvature of the change in the amount of light of the pulses may differ depending on the number of pulses. However, as the number of pulses in a multipulse increases, more pumping electrons are used for stimulated emission within the amplification fiber, which reduces the peak power. Therefore, the light amount of the first pulse of the multi-pulse and the curvature of the change in the light amount of the pulse may be made the same as the conditions when the number of pulses is smaller (for example, the number of pulses is 10). Thereby, beam quality can be maintained even when the number of pulses increases (for example, when the number of pulses is 20 or 30).

また、繰返し周波数を小さくした場合には、ポンピング時間が増えるため、マルチパルス内の最初のパルスが入射する直前において、ポンピング電子の量がより多くなる。このため、マルチパルス内の最初のパルスによって増幅ファイバから出射されるパルスのピークパワーが高くなりやすい。さらに、増幅ファイバから出射される2番目以降のパルスのピークパワーが大きく減衰する可能性がある。したがって、マルチパルスのうちの最初のパルスの光量および、パルスの光量の変化の曲率を、繰返し周波数が低いときの条件に揃えておいてもよい。あるいは、繰返し周波数が低いほど、マルチパルスのうちの最初のパルスの光量が小さくなるように、最初のパルスの光量が設定されてもよい。これにより、繰返し周波数を変化させた場合に、MOPA型ファイバレーザから出力されるパルスのピークパワーを安定させることができる。 Furthermore, when the repetition frequency is decreased, the pumping time increases, and the amount of pumping electrons increases immediately before the first pulse in the multi-pulse is incident. Therefore, the peak power of the pulse emitted from the amplification fiber tends to increase due to the first pulse in the multi-pulse. Furthermore, the peak power of the second and subsequent pulses emitted from the amplification fiber may be significantly attenuated. Therefore, the light amount of the first pulse of the multi-pulse and the curvature of the change in the light amount of the pulse may be made equal to the conditions when the repetition frequency is low. Alternatively, the light intensity of the first pulse may be set such that the lower the repetition frequency, the smaller the light intensity of the first pulse of the multipulses. Thereby, when the repetition frequency is changed, the peak power of the pulse output from the MOPA type fiber laser can be stabilized.

また、マルチパルス内の各パルスの幅が大きいほど、より多くのポンピング電子が誘導放出に使用される。この点を考慮して、各パルスの幅が大きいほど、マルチパルス内の最初のパルスの光量を大きくしてもよい。 Also, the larger the width of each pulse within the multipulse, the more pumping electrons are used for stimulated emission. Taking this into consideration, the greater the width of each pulse, the greater the light intensity of the first pulse within the multi-pulse.

また、マルチパルス内のパルスの間隔が短いほど、より多くのポンピング電子が誘導放出に使用される。したがって、パルスの間隔が短いほど、パルスの光量の変化の曲率を最初は小さくしてもよい。たとえば、パルスの間隔が短いほど、マルチパルス内の最初のパルスの光量を大きくすることにより、パルスの光量の変化の曲率を、最初のほうのパルスに対して小さくし、後のほうのパルスに対して大きくするのでもよい。 Also, the shorter the interval between pulses within a multipulse, the more pumping electrons are used for stimulated emission. Therefore, the shorter the interval between pulses, the smaller the curvature of the change in the amount of light of the pulses may initially be. For example, the shorter the interval between pulses, the larger the light intensity of the first pulse in a multipulse, the smaller the curvature of the change in light intensity of the pulse with respect to the first pulse, and the smaller the curvature of the change in light intensity of the pulse with respect to the first pulse. It may be possible to make it larger.

<E.パルス制御および出力の例>
図11は、本実施の形態におけるシード光パルスの制御によって、増幅ファイバから出力されるパルスの波形の具体的な例を示した図である。
<E. Example of pulse control and output>
FIG. 11 is a diagram showing a specific example of the waveform of the pulse output from the amplification fiber by controlling the seed light pulse in this embodiment.

図11には、シード光パルスの波形パターンとして、パルスの光量が時間に対して直線的に変化するパターン、および、パルスの光量が時間に対して曲線的に変化するパターンとが示される。さらに、パルスの光量が時間に対して曲線的に変化するパターンについては、1本目のパルス光量がより大きいパターンと、1本目のパルス光量がより小さいパターン(図11において「入力減少」と表記)とが示される。なお、シード光パルス波形が時間に対して直線的に変化するパターンは、本実施の形態との比較のためのパターンである。 FIG. 11 shows, as waveform patterns of seed light pulses, a pattern in which the amount of pulse light changes linearly with respect to time, and a pattern in which the amount of light in the pulse changes curvedly with respect to time. Furthermore, regarding the patterns in which the light intensity of the pulse changes in a curved manner with respect to time, there are patterns in which the first pulse light intensity is larger and patterns in which the first pulse light intensity is smaller (denoted as "input decrease" in Fig. 11). is shown. Note that the pattern in which the seed light pulse waveform changes linearly over time is a pattern for comparison with this embodiment.

図11では、増幅ファイバから出力されるパルスとして、増幅段に入力されるパルスの波形、および、増幅段から出力されるパルスの波形が示される。「増幅段」は、図1に示す増幅部102に相当する。したがって、増幅段の入力波形とは、図1の増幅部101から出力されたパルスの波形に相当する。増幅段の出力波形とは、増幅部101から出力されたパルスが増幅部102に入力されることによって増幅部102から出力されたパルスの波形である。 FIG. 11 shows the waveforms of pulses input to the amplification stage and the waveforms of pulses output from the amplification stage as pulses output from the amplification fiber. The "amplification stage" corresponds to the amplification section 102 shown in FIG. Therefore, the input waveform of the amplification stage corresponds to the waveform of the pulse output from the amplification section 101 in FIG. The output waveform of the amplification stage is the waveform of the pulse output from the amplification section 102 when the pulse output from the amplification section 101 is input to the amplification section 102.

まず、シード光パルス波形パターンと増幅段の入力波形とを比較する。パルスの光量が時間に対して直線的に変化するパターン、時間に対して曲線的に変化するパターンの両方とも、増幅段の入力波形におけるパルスの光量の変化は、元のシード光パルス波形パターンにおけるパルスの光量の変化を反映している。すなわち、パルスの光量が時間に対して直線的に変化するパターンの場合、増幅段の入力波形におけるパルスの光量も時間に対して直線的に変化する。パルスの光量が時間に対して曲線的に変化するパターンの場合、増幅段の入力波形におけるパルスの光量も時間に対して曲線的に変化する。本明細書では、このような関係を「比例」と呼ぶ。すなわち増幅部101から出力されるパルスの強度は、シード光パルスの強度と比例の関係にある。 First, the seed light pulse waveform pattern and the input waveform of the amplification stage are compared. In both patterns, in which the light intensity of the pulse changes linearly with respect to time, and in patterns in which it changes curvedly with respect to time, the change in the light intensity of the pulse in the input waveform of the amplification stage is the same as that in the original seed light pulse waveform pattern. It reflects the change in the amount of light of the pulse. That is, in the case of a pattern in which the amount of light of the pulse changes linearly with respect to time, the amount of light of the pulse in the input waveform of the amplification stage also changes linearly with respect to time. In the case of a pattern in which the amount of light of the pulse changes in a curved manner with respect to time, the amount of light of the pulse in the input waveform of the amplification stage also changes in a curved manner with respect to time. In this specification, such a relationship is referred to as "proportional." That is, the intensity of the pulse output from the amplifying section 101 is proportional to the intensity of the seed light pulse.

増幅部101の光ファイバ1は、入力されたシード光パルスを増幅する。光ファイバ1において、励起準位にある原子の一部は、入力されたマルチパルスによって消費されるものの、励起準位にある原子が十分に残っている。これは、光ファイバ1では、放出断面積などのファイバ固有値が光ファイバ8よりも小さいため、光ファイバ1の出力が小さい一方で、励起光パワーが光ファイバ1に十分に供給されているためである。すなわち、1段目の増幅ファイバである光ファイバ1では、マルチパルスの増幅に用いられる励起光エネルギよりも、光ファイバ1に供給される励起光エネルギが十分に大きい。この結果、光ファイバ1から出力されるパルス光の強度が、入射されるパルス光の強度に比例する。光ファイバ1に供給される励起光エネルギを大きくするためには、励起光のパワーを適切に制御すればよい。制御装置20は、ドライバ22を制御することにより、ドライバ22から励起LD3に供給される励起電流を制御する。したがって、制御装置20により、励起LD3から光ファイバ1に入射される励起光のパワーが制御される。これにより、光ファイバ1に供給される励起光エネルギを大きくすることができる。 The optical fiber 1 of the amplifying section 101 amplifies the input seed light pulse. In the optical fiber 1, although some of the atoms at the excited level are consumed by the input multi-pulse, a sufficient number of atoms at the excited level remain. This is because in optical fiber 1, the fiber eigenvalues such as the emission cross section are smaller than in optical fiber 8, so while the output of optical fiber 1 is small, the pumping light power is sufficiently supplied to optical fiber 1. be. That is, in the optical fiber 1 which is the first stage amplification fiber, the pumping light energy supplied to the optical fiber 1 is sufficiently larger than the pumping light energy used for multi-pulse amplification. As a result, the intensity of the pulsed light output from the optical fiber 1 is proportional to the intensity of the input pulsed light. In order to increase the pumping light energy supplied to the optical fiber 1, the power of the pumping light may be appropriately controlled. The control device 20 controls the excitation current supplied from the driver 22 to the excitation LD 3 by controlling the driver 22 . Therefore, the control device 20 controls the power of the pumping light that enters the optical fiber 1 from the pumping LD 3. Thereby, the excitation light energy supplied to the optical fiber 1 can be increased.

一方、増幅段の入力波形と、増幅段の出力波形とを比較する。増幅段に入力されるパルスの強度が時間に対して直線的に変化するパターンの場合、最初のパルスのピークパワーが大きい。この結果、2番目のパルスのピークパワーが最初のパルスのピークパワーに対して大きく減衰する。増幅段の出力波形は、増幅段の入力波形に対して、いわば「反転」している。 On the other hand, the input waveform of the amplification stage and the output waveform of the amplification stage are compared. In the case of a pattern in which the intensity of the pulses input to the amplification stage changes linearly with respect to time, the peak power of the first pulse is large. As a result, the peak power of the second pulse is significantly attenuated relative to the peak power of the first pulse. The output waveform of the amplification stage is, so to speak, "inverted" with respect to the input waveform of the amplification stage.

増幅段に入力されるパルスの強度が時間に対して曲線的に変化するパターンの場合、に変化するパターンの場合、増幅段の出力波形では、パルスの強度が時間に対して減少する。しかし、その減衰の程度は、直線的に変化する入力波形パターンに対する増幅段の出力波形に比べて緩やかである。さらに、マルチパルスの最初のパルス強度を減少させることにより、増幅段の出力波形での減衰の程度を抑えることができる。 In the case of a pattern in which the intensity of the pulse input to the amplification stage changes in a curved manner with respect to time, in the case of a pattern in which the intensity of the pulse input to the amplification stage changes in a curved manner, in the output waveform of the amplification stage, the intensity of the pulse decreases with respect to time. However, the degree of attenuation is gentler than the output waveform of the amplification stage for a linearly varying input waveform pattern. Furthermore, by reducing the initial pulse intensity of the multi-pulse, the degree of attenuation in the output waveform of the amplification stage can be suppressed.

図12は、本実施の形態に従うシード光パルスの制御によるシード光パルスの波形の例、および、MOPA型ファイバレーザからの出力波形の例を示した図である。図12から、マルチパルス内の複数のパルスの強度を時間に対して曲線的に増加させること、および、マルチパルス内の最初のパルスの強度を小さくすることによって、増幅段から出力される最初のパルスのピークパワーを抑えることができるとともに、各パルスのピークパワーの変動を小さくすることができることが分かる。この状態で増幅段の増幅ファイバに入力される励起光パワーを上昇させることにより、SRSの発生を防ぎつつ平均出力を高めることができる。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a waveform of a seed light pulse obtained by controlling the seed light pulse according to this embodiment, and an example of an output waveform from a MOPA type fiber laser. From FIG. 12, it can be seen that by increasing the intensity of the multiple pulses in the multipulse curvedly with respect to time and decreasing the intensity of the first pulse in the multipulse, the first output from the amplification stage It can be seen that the peak power of the pulses can be suppressed and the fluctuations in the peak power of each pulse can be reduced. By increasing the power of the pumping light input to the amplification fiber of the amplification stage in this state, it is possible to increase the average output while preventing the occurrence of SRS.

図13は、本実施の形態によるレーザ加工装置の制御方法の一例を示したフローチャートである。このフローチャートに示された処理は、たとえば制御装置20が、記憶部201からプログラムを読み出すことにより実行されてもよい。言い換えると、プログラムは、コンピュータである制御装置20に、図13に示す制御方法を実行させるように構成される。 FIG. 13 is a flowchart showing an example of a method for controlling the laser processing apparatus according to the present embodiment. The processing shown in this flowchart may be executed, for example, by the control device 20 reading a program from the storage unit 201. In other words, the program is configured to cause the control device 20, which is a computer, to execute the control method shown in FIG.

図13を参照して、処理が開始されると、ステップS1において、制御装置20(条件設定部202)は、入力部25(図1を参照)に入力された条件に基づき、記憶部201に記憶されたテーブル(図7、図8を参照)を参照して、シード光パルスパターンを選択する(S1)。条件設定部202は、記憶部201に記憶されたテーブルを参照して、入力部25(図1を参照)に入力された条件(たとえば平均出力、繰り返し周波数等)の条件に該当するマルチパルスの条件(マルチパルスの繰り返し周波数、パルス本数、パルス間隔、パルス幅、およびシードLD電流パターン)を決定する。これにより、複数の光パルスのうちの最初の光パルスの強度、およびマルチパルス内の複数のパルスの強度の変化の曲率が決定される。 Referring to FIG. 13, when the process is started, in step S1, control device 20 (condition setting section 202) stores data in storage section 201 based on the conditions input to input section 25 (see FIG. 1). A seed light pulse pattern is selected with reference to the stored table (see FIGS. 7 and 8) (S1). The condition setting unit 202 refers to the table stored in the storage unit 201 and selects a multi-pulse that corresponds to the conditions (for example, average output, repetition frequency, etc.) input to the input unit 25 (see FIG. 1). The conditions (multi-pulse repetition frequency, number of pulses, pulse interval, pulse width, and seed LD current pattern) are determined. This determines the intensity of the first optical pulse of the plurality of optical pulses and the curvature of the change in intensity of the plurality of pulses within the multipulse.

制御装置20は、決定されたシード光パルスパターンに従って、ドライバ21を制御することにより、シードLD2を制御する(ステップS2)。シードLD2は、制御装置20の制御により、複数の光パルスの強度が時間に対して曲線的に増加するようにマルチパルスを発する。同様に、ステップS2において、制御装置20は、ドライバ22,23A,23Bをそれぞれ制御することにより、励起LD3,9A,9Bを制御する(ステップS2)。これにより、励起LD3から、シード光パルスを増幅するための励起光が光ファイバ1に入射される。また、励起LD9A,9Bからは、光ファイバ1から出力されるパルスを増幅するための励起光が光ファイバ8に入射される。この結果、光ファイバ8からは、加工対象物50の加工のためのレーザ光が出力される。 The control device 20 controls the seed LD2 by controlling the driver 21 according to the determined seed light pulse pattern (step S2). The seed LD 2 emits multi-pulses under the control of the control device 20 such that the intensity of the plurality of optical pulses increases in a curved manner with respect to time. Similarly, in step S2, the control device 20 controls the excitation LDs 3, 9A, and 9B by controlling the drivers 22, 23A, and 23B, respectively (step S2). As a result, excitation light for amplifying the seed light pulse is input from the excitation LD 3 into the optical fiber 1. Furthermore, excitation light for amplifying the pulse output from the optical fiber 1 is input into the optical fiber 8 from the excitation LDs 9A and 9B. As a result, the optical fiber 8 outputs laser light for processing the workpiece 50.

<F.他の実施の形態>
図7~図10を参照して説明した例では、励起LD9A,9Bから光ファイバ1に入射される励起光のパワーが一定であるとした。しかしながら、マルチパルス内のパルスの本数が増えるにつれて、励起LD9A,9Bから光ファイバ1に入射される励起光のパワーを上げてもよい。これにより、レーザ平均出力を上げることができる。したがって、本実施の形態では、パルス列に関するパラメータとして、パルス列の繰り返し周波数、複数の光パルスの各々のパルスの幅、複数の光パルスの間の間隔、複数の光パルスの本数、パルス列の平均出力、励起光源に供給される励起電流のうちの少なくとも1つに従って、複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、光パルスの光量の増加の曲率を制御してもよい。
<F. Other embodiments>
In the examples described with reference to FIGS. 7 to 10, it is assumed that the power of the pump light incident on the optical fiber 1 from the pump LDs 9A and 9B is constant. However, as the number of pulses in a multi-pulse increases, the power of the pumping light incident on the optical fiber 1 from the pumping LDs 9A and 9B may be increased. This allows the average laser output to be increased. Therefore, in this embodiment, the parameters regarding the pulse train include the repetition frequency of the pulse train, the width of each of the plurality of optical pulses, the interval between the plurality of optical pulses, the number of the plurality of optical pulses, the average output of the pulse train, The amount of light of the first light pulse of the plurality of light pulses and the curvature of increase in the amount of light of the light pulses may be controlled according to at least one of the excitation currents supplied to the excitation light source.

また、本実施の形態によれば、レーザ加工装置は、レーザ光出力パワーに基づいて、シード光あるいは励起光のパワーを制御するフィードバック制御を行うことができる。フィードバック制御のための構成を以下に説明する。 Further, according to this embodiment, the laser processing apparatus can perform feedback control to control the power of the seed light or the excitation light based on the laser light output power. The configuration for feedback control will be explained below.

図14は、レーザ光出力のフィードバック制御のための構成の例を示した図である。図14に示すように、レーザ加工装置100Aは、レーザ加工装置100の構成要素(図1参照)に加えて、光分岐器13と、受光素子15とを備える。光分岐器13は、光ファイバ8から出射されたパルス光を分岐する。光分岐器13は、たとえばファイバータップであるが、これに限定されない。受光素子15は、光分岐器13によって分岐されたパルス光を受光して、受光したパルス光の強度を示す受光信号を制御装置20に出力する。したがって、2段目の光ファイバ8による増幅後のパルスパターン(受光素子15にて取得されたパルス番号n1~n*の光パルスのパターン)が、制御装置20に入力される。 FIG. 14 is a diagram showing an example of a configuration for feedback control of laser light output. As shown in FIG. 14, the laser processing apparatus 100A includes an optical splitter 13 and a light receiving element 15 in addition to the components of the laser processing apparatus 100 (see FIG. 1). The optical splitter 13 branches the pulsed light emitted from the optical fiber 8. The optical splitter 13 is, for example, a fiber tap, but is not limited thereto. The light receiving element 15 receives the pulsed light branched by the optical splitter 13 and outputs a light reception signal indicating the intensity of the received pulsed light to the control device 20. Therefore, the pulse pattern after amplification by the second-stage optical fiber 8 (pattern of light pulses with pulse numbers n1 to n* acquired by the light receiving element 15) is input to the control device 20.

2段目の光ファイバ8による増幅後のパルスパターンを検出する位置は、上記のように限定されるものではない。たとえば、レーザビーム走査機構14においてパルス光を分岐させて、受光素子15は、その分岐されたパルス光を受光してもよい。受光素子15に入力される光の強度は、その場でイニシャライズされてもよく、事前に光学素子(減衰層など)で調整されることにより上限が決まっていてもよい。設定値にイニシャライズされていることにより、受光素子15の所定の破壊閾値に対してどのくらいの余裕度があるかを確認することができる。 The position at which the pulse pattern after amplification by the second-stage optical fiber 8 is detected is not limited to the above. For example, the pulsed light may be branched in the laser beam scanning mechanism 14, and the light receiving element 15 may receive the branched pulsed light. The intensity of the light input to the light receiving element 15 may be initialized on the spot, or the upper limit may be determined by adjusting it in advance with an optical element (such as an attenuation layer). By initializing it to the set value, it is possible to check how much margin there is for the predetermined destruction threshold of the light receiving element 15.

制御装置20は、受光素子15からの受光信号に基づいて、シード光のパターンを補正する、または、1段目の増幅部101の励起光パワーを調整する。なお、2段目の増幅部102の励起LD9A,9Bの制御に比べると、1段目の増幅部101の励起LD3の制御のほうがフィードバック制御が容易である。しかし、本実施の形態に係るフィードバック制御では、受光素子15からの受光信号に基づいて、増幅部102の励起LD9A,9Bを制御してもよい。 The control device 20 corrects the seed light pattern or adjusts the excitation light power of the first stage amplification section 101 based on the light reception signal from the light receiving element 15. Note that feedback control of the pump LD 3 of the first stage amplifier 101 is easier than control of the pump LDs 9A and 9B of the second stage amplifier 102. However, in the feedback control according to the present embodiment, the excitation LDs 9A and 9B of the amplification section 102 may be controlled based on the light reception signal from the light reception element 15.

図15は、フィードバック制御のための制御装置の構成を示したブロック図である。図6に示した構成に加えて、制御装置20は、補正部205を備える。補正部205は、受光素子15からの入力信号である増幅後のパルスパターンに基づき、条件設定部202によって設定されたシードLD2の駆動条件、または励起LD3の駆動条件を補正する。 FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a control device for feedback control. In addition to the configuration shown in FIG. 6, the control device 20 includes a correction section 205. The correction unit 205 corrects the drive conditions for the seed LD 2 or the drive conditions for the excitation LD 3 set by the condition setting unit 202 based on the amplified pulse pattern that is the input signal from the light receiving element 15 .

一例では、補正部205は、受光素子15から入力されたパルスパターンから、制御の補正値を算出する。補正部205は、その補正値を用いて、シードLD2に注入する電流のパターンを補正する。あるいは、補正部205は、算出された補正値を用いて、励起LD3に注入する電流の大きさを補正する。励起LD3に注入する電流の大きさを補正することにより、励起LD3から出力される励起光のパワーが補正される。これにより、1段目の光ファイバ1によるパルスの増幅量が調整されるので、2段目の光ファイバ8に入力されるパルス光の強度およびパターンを補正することができる。 In one example, the correction unit 205 calculates a control correction value from the pulse pattern input from the light receiving element 15. The correction unit 205 uses the correction value to correct the pattern of the current injected into the seed LD2. Alternatively, the correction unit 205 corrects the magnitude of the current injected into the excitation LD 3 using the calculated correction value. By correcting the magnitude of the current injected into the pump LD 3, the power of the pump light output from the pump LD 3 is corrected. As a result, the amount of amplification of the pulse by the first-stage optical fiber 1 is adjusted, so that the intensity and pattern of the pulsed light input to the second-stage optical fiber 8 can be corrected.

図16は、本実施の形態に係るフィードバック制御の例を示した図である。なお、図16に示した数値は、一例であり、本実施の形態を限定することを意図していない。図16に示されるように、出力光に関する項目「Max/n1」、「Min/n1」、「n2/n1」と、入力光に関する項目「補正」および「補正量」とが対応付けられる。「出力光」とは、2段目の光ファイバ8による増幅後のマルチパルスである。「入力光」とは、シード光、または、1段目の光ファイバ1に入射される励起光を意味する。 FIG. 16 is a diagram showing an example of feedback control according to this embodiment. Note that the numerical values shown in FIG. 16 are just an example, and are not intended to limit this embodiment. As shown in FIG. 16, the items "Max/n1", "Min/n1", and "n2/n1" related to output light are associated with the items "correction" and "correction amount" related to input light. The "output light" is the multi-pulse after being amplified by the second-stage optical fiber 8. "Input light" means seed light or excitation light input into the first-stage optical fiber 1.

項目「Max/n1」は、増幅後のマルチパルスにおける、n1のパルスの強度に対する、強度が最大となるパルスの強度比である。「Min/n1」は、増幅後のマルチパルスにおける、n1のパルスの強度に対する、ピークパワーが最小となるパルスの強度比である。「n2/n1」は、増幅後のマルチパルスにおける、n1パルスの強度に対するn2パルスの強度比である。入力光に関する項目「補正」はシードLD2に供給される電流の値の補正、または励起LD3に供給される電流の値の補正の有無を意味する。「補正量」は、その補正における補正量を示す。 The item "Max/n1" is the intensity ratio of the pulse having the maximum intensity to the intensity of the pulse n1 in the multipulse after amplification. "Min/n1" is the intensity ratio of the pulse with the minimum peak power to the intensity of the pulse n1 in the multipulse after amplification. "n2/n1" is the intensity ratio of the n2 pulse to the intensity of the n1 pulse in the multipulse after amplification. The item "correction" regarding input light means whether or not the value of the current supplied to the seed LD2 is corrected or the value of the current supplied to the excitation LD3 is corrected. “Correction amount” indicates the amount of correction in the correction.

「Max/n1」、「Min/n1」、「n2/n1」のすべてが1に近い値であるほど、出力光のマルチパルスに含まれる各パルスの強度が揃っていることを示す。図16に示した例では、たとえばMax/n1=1.03で入力光の補正量値を規定化したとする。すなわちMax/n1=1.03のときには、入力光の補正は「なし」であり、補正量は「0」である。 The closer all of "Max/n1", "Min/n1", and "n2/n1" are to 1, the more consistent the intensities of the pulses included in the multipulse of output light are. In the example shown in FIG. 16, it is assumed that the correction amount value of the input light is specified as Max/n1=1.03, for example. That is, when Max/n1=1.03, the correction of the input light is "none" and the correction amount is "0".

出力光のマルチパルスにおいて、n1パルスの強度が最大であり、n2以後のパルスでは強度が減衰する場合、Max/n1の値は1.00であり、Min/n1およびn2/n1の値は1よりも小さい。特に、マルチパルス内の複数のパルスの間で強度が大きく減衰するほど、Min/n1およびn2/n1の値が小さくなる。したがって、このような場合には、たとえばシードLD2に供給される電流を補正量だけ減少させる。Min/n1およびn2/n1の値が小さいほど補正量が大きい。 In the multi-pulse of output light, if the intensity of the n1 pulse is the maximum and the intensity attenuates in the pulses after n2, the value of Max/n1 is 1.00, and the values of Min/n1 and n2/n1 are 1. smaller than In particular, the greater the intensity attenuation between multiple pulses within a multipulse, the smaller the values of Min/n1 and n2/n1 become. Therefore, in such a case, for example, the current supplied to the seed LD2 is reduced by the correction amount. The smaller the values of Min/n1 and n2/n1, the larger the correction amount.

一方、Max/n1の値が1.03よりも大きい場合、マルチパルス内の複数のパルスの間では、n1パルスのピークパワーよりも、n2以後のパルスの強度が大きい。このような場合にも、「Max/n1」、「Min/n1」、「n2/n1」の値に応じて補正量が決定されて、シードLD2に供給される電流値が、その補正量に従って補正される。この場合、たとえばシードLD2に供給される電流を補正量だけ増加させる。なお、補正量を減少させる場合と比較すると、補正量を増加させる制御のほうが、補正量は小さい。 On the other hand, when the value of Max/n1 is larger than 1.03, the intensity of the pulses after n2 is greater than the peak power of the n1 pulse among a plurality of pulses in the multi-pulse. In such a case, the correction amount is determined according to the values of "Max/n1", "Min/n1", and "n2/n1", and the current value supplied to the seed LD2 is adjusted according to the correction amount. Corrected. In this case, for example, the current supplied to the seed LD2 is increased by the correction amount. Note that, compared to the case where the correction amount is decreased, the correction amount is smaller when the correction amount is increased.

図17は、フィードバック制御に用いる入力光制御の補正量を説明した図である。図17に示す2つのグラフは、出力光のMin/n1(図17では「n_min/n1」と表記)に対する補正量の例、および出力光のMax/n1(図17では「n_max/n1」と表記)に対する補正量の例を示す。図17のグラフでは、出力光のMax/n1=1.3で補正量の値を規定化している。また、比較のため、2つのグラフは、縦軸のスケールおよび横軸のスケールを同一としている。 FIG. 17 is a diagram illustrating the amount of correction for input light control used in feedback control. The two graphs shown in FIG. 17 are examples of the amount of correction for the output light Min/n1 (indicated as "n_min/n1" in FIG. 17) and the correction amount for the output light Max/n1 (indicated as "n_max/n1" in FIG. 17). An example of the correction amount for (notation) is shown below. In the graph of FIG. 17, the value of the correction amount is specified by the output light Max/n1=1.3. Further, for comparison, the two graphs have the same scale on the vertical axis and the same scale on the horizontal axis.

図17に示すように、出力光の項目Max/n1(n_max/n1)に従って補正量を決定するよりも、出力光の項目Min/n1(n_min/n1)に従って補正量を決定するほうが、入力光の制御のための補正量が大きくなる。これは出力光のMin/n1が小さいほど、出力光のマルチパルスの波形において、n1パルスの強度が最大であり、n2以後のパルスにおいての強度の減衰が大きいためである。 As shown in FIG. 17, it is better to determine the correction amount according to the output light item Min/n1 (n_min/n1) than to determine the correction amount according to the output light item Max/n1 (n_max/n1). The amount of correction for controlling becomes larger. This is because the smaller Min/n1 of the output light, the greater the intensity of the n1 pulse in the multi-pulse waveform of the output light, and the greater the attenuation of the intensity of the pulses after n2.

補正量の決定について、制御装置20は、たとえば図16に示される関係を、テーブルの形式で記憶していてもよい。補正部205は、そのテーブルに従って補正量を決定することができる。また、図17に示されるように、n_min/n1に対する補正量の関係、およびn_max/n1に対する補正量の関係は、適切な関数式によって近似することが可能である。したがって、制御装置20は、n_min/n1に対する補正量の傾向を表わす近似式、および、n_max/n1に対する補正量の傾向を表わす近似式を予め記憶してもよい。補正部205は、それらの近似式に基づき、n_min/n1の値、およびn_max/n1の値から補正量を決定することができる。 Regarding the determination of the correction amount, the control device 20 may store, for example, the relationship shown in FIG. 16 in the form of a table. The correction unit 205 can determine the amount of correction according to the table. Furthermore, as shown in FIG. 17, the relationship between the correction amount and n_min/n1 and the relationship between the correction amount and n_max/n1 can be approximated by appropriate functional expressions. Therefore, the control device 20 may store in advance an approximate expression representing the tendency of the correction amount with respect to n_min/n1 and an approximate expression representing the tendency of the correction amount with respect to n_max/n1. The correction unit 205 can determine the correction amount from the value of n_min/n1 and the value of n_max/n1 based on these approximate expressions.

決定された補正量をシードLD2の電流の制御に適用する場合、n1~n*のパルスに対応するシードLD電流値に補正量が一律に適用されてもよい。すなわち、シードLD電流値が補正量に相当する分だけ全体的に増加あるいは減少してもよい。しかし、補正量の適用はこのように限定されるものではない。特定の番号のパルスのシード電流値にのみ補正量が適用されるのでもよい。たとえば、シード光のマルチパルス内のn1のパルスの光量を補正するために、n1のパルスに対応するシードLD電流値のみ補正されてもよい。あるいは、シード光のマルチパルス内での複数のパルスの光量の増加の曲率を調整するために、1つまたは複数の特定のパルスに対応するシードLD電流値が補正されてもよい。 When applying the determined correction amount to the control of the current of the seed LD2, the correction amount may be uniformly applied to the seed LD current values corresponding to the pulses n1 to n*. That is, the seed LD current value may be increased or decreased overall by an amount corresponding to the correction amount. However, the application of the correction amount is not limited to this. The correction amount may be applied only to the seed current value of a pulse with a specific number. For example, in order to correct the light intensity of the n1 pulse in the multi-pulse of seed light, only the seed LD current value corresponding to the n1 pulse may be corrected. Alternatively, the seed LD current value corresponding to one or more specific pulses may be corrected in order to adjust the curvature of increase in light intensity of multiple pulses within a multi-pulse of seed light.

図18は、本実施の形態に係るフィードバック制御によってシードLD電流値が補正される場合のフローを示したフローチャートである。図18に示すように、処理が開始されると、ステップS11において、受光素子15は、レーザ光パルスを受光する。これにより受光素子15から制御装置20にレーザ光パルスのパルスパターンが入力される。 FIG. 18 is a flowchart showing a flow when the seed LD current value is corrected by feedback control according to the present embodiment. As shown in FIG. 18, when the process is started, the light receiving element 15 receives a laser light pulse in step S11. As a result, a pulse pattern of laser light pulses is input from the light receiving element 15 to the control device 20.

ステップS12において、制御装置20は、レーザ光パルスのパルスパターンに基づき、レーザ光パルスの強度に関する項目n_min/n1、n_max/n1、n2/n1の各々が設定閾値内であるかどうかを判定する。なお、この判定のために設定閾値が制御装置20に予め入力される。判定の基準となる閾値の設定は以下の例に限定されないが、たとえばn_min/n1が0.5以上、n_max/n1が1.3以下、n2/n1が0.5以上とされる。なお、ステップS12において、n2/n1を判定の基準としてもよい。また、ステップS12の判定は、制御装置20内において、たとえば補正部205により実行される。 In step S12, the control device 20 determines whether each of the items n_min/n1, n_max/n1, and n2/n1 regarding the intensity of the laser light pulse is within a set threshold based on the pulse pattern of the laser light pulse. Note that a set threshold value is input into the control device 20 in advance for this determination. Although the setting of the threshold values serving as the criteria for determination is not limited to the following example, for example, n_min/n1 is set to 0.5 or more, n_max/n1 is set to 1.3 or less, and n2/n1 is set to 0.5 or more. Note that in step S12, n2/n1 may be used as a criterion for determination. Further, the determination in step S12 is executed by, for example, the correction unit 205 within the control device 20.

項目n_min/n1、n_max/n1、n2/n1の各々が設定閾値内であると判定される場合(ステップS12においてYES)、補正は完了する。一方、ある項目が設定閾値内にない場合(ステップS12においてNO)、処理はステップS13に進む。ステップS13では、制御装置20において、レーザ光パルスのパルスパターン(マルチパルス)における複数のパルス(パルス番号n1,n2,・・・,n*のパルス)の関係から、シードLD2に注入される電流の補正値が算出される。上記のように、補正部205は、テーブルまたは関数(図16および図17を参照)に従って、補正量を決定することができる。なお、補正について、補正部205は、ステップS13において決定した補正量に従って、記憶部201に予め記憶されたテーブル(図7および図8を参照)に登録された値を書き換えてもよい。あるいは、補正部205は、記憶部201に予め記憶されたテーブルに登録された値を読み出して、その読み出した値を補正してもよい。この場合、テーブルに登録された値はそのまま維持される。 If it is determined that each of the items n_min/n1, n_max/n1, and n2/n1 is within the set threshold (YES in step S12), the correction is completed. On the other hand, if a certain item is not within the set threshold (NO in step S12), the process proceeds to step S13. In step S13, the control device 20 determines the current injected into the seed LD2 based on the relationship between multiple pulses (pulses with pulse numbers n1, n2, ..., n*) in the pulse pattern (multipulse) of the laser light pulse. A correction value is calculated. As described above, the correction unit 205 can determine the correction amount according to a table or a function (see FIGS. 16 and 17). Regarding the correction, the correction unit 205 may rewrite the values registered in the table (see FIGS. 7 and 8) stored in advance in the storage unit 201 according to the correction amount determined in step S13. Alternatively, the correction unit 205 may read values registered in a table stored in advance in the storage unit 201 and correct the read values. In this case, the values registered in the table are maintained as they are.

ステップS13に続き、ステップS14では、制御装置20から、シードLD2を駆動するドライバ21(図1を参照)に、補正した電流パターンが注入される。ステップS14の処理の後、全体の処理は、ステップS11に戻される。 Following step S13, in step S14, the corrected current pattern is injected from the control device 20 into the driver 21 (see FIG. 1) that drives the seed LD2. After the process in step S14, the entire process returns to step S11.

図19は、本実施の形態に係るフィードバック制御によって1段目の増幅部101の励起LD3の電流値が補正される場合のフローを示したフローチャートである。図19に示すフローは、基本的には、図18に示すフローと同じである。したがって、図18に示すフローでの処理と同様の処理については、簡単に説明する。 FIG. 19 is a flowchart showing a flow when the current value of the excitation LD 3 of the first stage amplification section 101 is corrected by the feedback control according to the present embodiment. The flow shown in FIG. 19 is basically the same as the flow shown in FIG. 18. Therefore, processing similar to the processing in the flow shown in FIG. 18 will be briefly described.

処理が開始されると、ステップS21において、受光素子15は、レーザ光パルスを受光する。ステップS22において、制御装置20は、レーザ光パルスのパルスパターンに基づき、レーザ光パルスの強度に関する項目n_min/n1、n_max/n1、n2/n1の各々が設定閾値内であるかどうかを判定する。項目n_min/n1、n_max/n1、n2/n1の各々が設定閾値内であると判定される場合(ステップS22においてYES)、補正は完了する。一方、ある項目が設定閾値内にない場合(ステップS22においてNO)、処理はステップS23に進む。 When the process is started, the light receiving element 15 receives a laser light pulse in step S21. In step S22, the control device 20 determines whether each of the items n_min/n1, n_max/n1, and n2/n1 regarding the intensity of the laser light pulse is within a set threshold based on the pulse pattern of the laser light pulse. If it is determined that each of the items n_min/n1, n_max/n1, and n2/n1 is within the set threshold (YES in step S22), the correction is completed. On the other hand, if a certain item is not within the set threshold (NO in step S22), the process proceeds to step S23.

ステップS23では、制御装置20において、レーザ光パルスのパルスパターン(マルチパルス)における複数のパルス(パルス番号n1,n2,・・・,n*のパルス)の関係から、1段目の増幅部101の励起LD3に注入される電流の補正値が算出される。補正部205は、テーブルまたは関数(図16および図17を参照)に従って、補正量を決定することができる。補正部205は、ステップ23において決定した補正量に従って、記憶部201に予め記憶されたテーブル(図7および図8を参照)に登録された値を書き換えてもよく、記憶部201に予め記憶されたテーブルに登録された値を読み出して、その読み出した値を補正してもよい。 In step S23, in the control device 20, the first stage amplifier 101 A correction value for the current injected into the excitation LD3 is calculated. The correction unit 205 can determine the correction amount according to a table or a function (see FIGS. 16 and 17). The correction unit 205 may rewrite the values registered in the table (see FIGS. 7 and 8) stored in advance in the storage unit 201 according to the correction amount determined in step 23, or The value registered in the table may be read out and the read value may be corrected.

ステップS23に続き、ステップS24では、制御装置20から、励起LD3を駆動するドライバ22(図1を参照)に、補正した電流パターンが注入される。ステップS24の処理の後、全体の処理は、ステップS21に戻される。 Following step S23, in step S24, the corrected current pattern is injected from the control device 20 into the driver 22 (see FIG. 1) that drives the excitation LD 3. After the process in step S24, the entire process returns to step S21.

図18または図19に示したフィードバック制御を実行するタイミングは特に限定されない。たとえば、フィードバック制御は、実際の加工に先立って、レーザビーム走査機構14のシャッターを閉じた状態で実行されてもよく、加工中に実施されてもよい。 The timing for executing the feedback control shown in FIG. 18 or 19 is not particularly limited. For example, the feedback control may be performed with the shutter of the laser beam scanning mechanism 14 closed prior to actual processing, or may be performed during processing.

<G.付記>
以上のように、本実施の形態は以下のような開示を含む。
<G. Additional notes>
As described above, this embodiment includes the following disclosures.

(構成1)
シード光を発生させるシード光源(2)と、
励起光を発生させる励起光源(3,9A,9B)と、
前記シード光と前記励起光とが入射されることにより前記シード光を増幅するように構成された増幅ファイバ(1,8)を含むレーザ増幅部と、
前記レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構(14)と、
前記シード光源(2)および前記励起光源(3,9A,9B)を制御する制御部(20)とを備え、
前記制御部(20)は、前記シード光源(2)から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、前記複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記シード光源(2)を制御し、
前記制御部(20)は、前記パルス列に関するパラメータに従って、前記複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率を制御する、レーザ加工装置(100)。
(Configuration 1)
a seed light source (2) that generates seed light;
an excitation light source (3, 9A, 9B) that generates excitation light;
a laser amplification unit including an amplification fiber (1, 8) configured to amplify the seed light by inputting the seed light and the excitation light;
a scanning mechanism (14) that scans the laser light output from the laser amplification section;
A control unit (20) that controls the seed light source (2) and the excitation light source (3, 9A, 9B),
The control unit (20) repeatedly generates a pulse train including a plurality of optical pulses from the seed light source (2), and controls the control unit (20) so that the amount of light of the plurality of optical pulses increases in a curved manner with respect to time. controlling the seed light source (2);
A laser processing device (100), wherein the control unit (20) controls the light intensity of the first light pulse among the plurality of light pulses and the curvature of increase in the light intensity of the light pulse, according to parameters related to the pulse train. .

(構成2)
前記増幅ファイバ(1,8)は、
前記シード光源(2)からの前記シード光を前記励起光源(3,9A,9B)からの第1の励起光によって増幅する第1の光ファイバ(1)と、
前記第1の光ファイバから出力された光を前記励起光源(3,9A,9B)からの第2の励起光によって増幅する第2の光ファイバ(8)とを含み、
前記励起光源(3,9A,9B)は、
前記第1の励起光を発する第1の励起光源(3)と、
前記第2の励起光を発する第2の励起光源(9A,9B)とを含み、
前記制御部(20)は、前記第1の光ファイバから出射される複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記第1の励起光のパワーを制御する、構成1に記載のレーザ加工装置(100)。
(Configuration 2)
The amplification fiber (1, 8) is
a first optical fiber (1) that amplifies the seed light from the seed light source (2) with first excitation light from the excitation light source (3, 9A, 9B);
a second optical fiber (8) that amplifies the light output from the first optical fiber with a second excitation light from the excitation light source (3, 9A, 9B),
The excitation light source (3, 9A, 9B) is
a first excitation light source (3) that emits the first excitation light;
a second excitation light source (9A, 9B) that emits the second excitation light,
The control unit (20) is configured to control the power of the first excitation light so that the amount of light of the plurality of light pulses emitted from the first optical fiber increases in a curved manner with respect to time. 1. The laser processing apparatus (100) according to 1.

(構成3)
前記制御部(20)は、前記パルス列に関する前記パラメータと、前記最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率との関係を定めるテーブルに従って、前記シード光源(2)を制御する、構成1または構成2に記載のレーザ加工装置(100)。
(Configuration 3)
The control unit (20) controls the seed light source (2) in accordance with a table that defines the relationship between the parameters regarding the pulse train, the light intensity of the first light pulse, and the curvature of increase in the light intensity of the light pulse. The laser processing apparatus (100) according to Configuration 1 or Configuration 2.

(構成4)
前記パルス列に関する前記パラメータは、
前記パルス列の繰り返し周波数、
前記複数の光パルスの各々のパルスの幅、
前記複数の光パルスの間の間隔、
前記複数の光パルスの本数、
前記パルス列の平均出力、
前記励起光源(3,9A,9B)に供給される励起電流
のうちの少なくとも1つを含む、構成1から構成3のいずれか1つに記載のレーザ加工装置(100)。
(Configuration 4)
The parameters regarding the pulse train are:
the repetition frequency of the pulse train;
a pulse width of each of the plurality of light pulses;
an interval between the plurality of light pulses;
the number of the plurality of optical pulses,
the average output of the pulse train;
The laser processing apparatus (100) according to any one of configurations 1 to 3, including at least one of excitation currents supplied to the excitation light source (3, 9A, 9B).

(構成5)
前記制御部(20)は、前記レーザ増幅部から出力される前記レーザ光のパルス列内の複数のパルスのうちの最初の光パルスの強度と、少なくとも、2番目の光パルス、最大光量の光パルスおよび最小光量の光パルスのうちのいずれかのパルスの強度との比を用いて、次回以降に前記シード光源(2)から発生させる前記パルス列における前記複数のパルスの光量、または、前記励起光源(3,9A,9B)から発生させる前記励起光の光量を補正するフィードバック制御を行う、構成1から構成4のいずれか1つに記載のレーザ加工装置(100)。
(Configuration 5)
The control unit (20) is configured to control the intensity of the first optical pulse of a plurality of pulses in the pulse train of the laser beam output from the laser amplification unit, the intensity of at least the second optical pulse, and the optical pulse with the maximum amount of light. The light intensity of the plurality of pulses in the pulse train to be generated from the seed light source (2) from the next time onwards, or the light intensity of the excitation light source ( 3, 9A, 9B), the laser processing device (100) according to any one of configurations 1 to 4, which performs feedback control to correct the amount of the excitation light generated from the laser processing device (100).

(構成6)
シード光を発生させるシード光源(2)と、励起光を発生させる励起光源(3,9A,9B)と、前記シード光と前記励起光とが入射されることにより前記シード光を増幅するように構成された増幅ファイバ(1,8)を含むレーザ増幅部と、前記レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構(14)と、前記シード光源(2)および前記励起光源(3,9A,9B)を制御する制御部(20)とを備えたレーザ加工装置(100)の制御方法であって、
前記シード光源(2)から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、前記複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記シード光源(2)を制御するステップ(S1,S2)を備え、
前記シード光源(2)を制御するステップは、
前記パルス列に関するパラメータに従って、前記複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率を制御するステップ(S2)を含む、レーザ加工装置(100)の制御方法。
(Configuration 6)
A seed light source (2) that generates seed light, an excitation light source (3, 9A, 9B) that generates excitation light, and the seed light and the excitation light are input to amplify the seed light. a laser amplification unit including the configured amplification fibers (1, 8), a scanning mechanism (14) that scans the laser light output from the laser amplification unit, the seed light source (2) and the excitation light source (3, 9A, 9B) A control method for a laser processing apparatus (100) comprising:
The seed light source (2) is controlled so that the seed light source (2) repeatedly generates a pulse train including a plurality of light pulses, and the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curve with respect to time. comprising steps (S1, S2),
The step of controlling the seed light source (2) comprises:
Control of the laser processing apparatus (100), including a step (S2) of controlling the light intensity of the first optical pulse of the plurality of optical pulses and the curvature of increase in the light intensity of the optical pulses according to parameters related to the pulse train. Method.

(構成7)
シード光を発生させるシード光源(2)と、励起光を発生させる励起光源(3,9A,9B)と、前記シード光と前記励起光とが入射されることにより前記シード光を増幅するように構成された増幅ファイバ(1,8)を含むレーザ増幅部と、前記レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構(14)と、前記シード光源(2)および前記励起光源(3,9A,9B)を制御する制御部(20)とを備えたレーザ加工装置(100)の制御方法を前記制御部(20)に実行させるプログラムであって、
前記制御方法は、
前記シード光源(2)から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、前記複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記シード光源(2)を制御するステップ(S1,S2)を備え、
前記シード光源(2)を制御するステップは、
前記パルス列に関するパラメータに従って、前記複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率を制御するステップ(S2)を含む、プログラム。
(Configuration 7)
A seed light source (2) that generates seed light, an excitation light source (3, 9A, 9B) that generates excitation light, and the seed light and the excitation light are input to amplify the seed light. a laser amplification unit including the configured amplification fibers (1, 8), a scanning mechanism (14) that scans the laser light output from the laser amplification unit, the seed light source (2) and the excitation light source (3, 9A, 9B), the program causes the control unit (20) to execute a method for controlling a laser processing apparatus (100), the program comprising:
The control method includes:
The seed light source (2) is controlled so that the seed light source (2) repeatedly generates a pulse train including a plurality of light pulses, and the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curve with respect to time. comprising steps (S1, S2),
The step of controlling the seed light source (2) comprises:
A program comprising a step (S2) of controlling a light amount of a first light pulse among the plurality of light pulses and a curvature of increase in the light amount of the light pulses according to a parameter regarding the pulse train.

本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described, the embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

1,8 光ファイバ、2 シードLD、3,9A,9B 励起LD、4,6,11 アイソレータ、5,10 コンバイナ、7 バンドパスフィルタ、12 エンドキャップ、13 光分岐器、14 レーザビーム走査機構、15 受光素子、20 制御装置、21,22,23A,23B ドライバ、25 入力部、31,35 コア、32 クラッド、34,38 外皮、36 第1クラッド、37 第2クラッド、50 加工対象物、100 レーザ加工装置、101 増幅部、102 増幅部、201 記憶部、202 条件設定部、203 シードLD制御部、205 補正部、206 励起LD制御部、E1 基底準位、E2 励起準位、N1,N2 原子分布密度、S1,S2,S11~S14,S21~S24 ステップ。 1, 8 optical fiber, 2 seed LD, 3, 9A, 9B excitation LD, 4, 6, 11 isolator, 5, 10 combiner, 7 band pass filter, 12 end cap, 13 optical splitter, 14 laser beam scanning mechanism, 15 light receiving element, 20 control device, 21, 22, 23A, 23B driver, 25 input section, 31, 35 core, 32 cladding, 34, 38 outer skin, 36 first cladding, 37 second cladding, 50 workpiece, 100 Laser processing device, 101 amplification section, 102 amplification section, 201 storage section, 202 condition setting section, 203 seed LD control section, 205 correction section, 206 excitation LD control section, E1 base level, E2 excitation level, N1, N2 Atomic distribution density, S1, S2, S11-S14, S21-S24 steps.

Claims (7)

シード光を発生させるシード光源と、
励起光を発生させる励起光源と、
前記シード光と前記励起光とが入射されることにより前記シード光を増幅するように構成された増幅ファイバを含むレーザ増幅部と、
前記レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構と、
前記シード光源および前記励起光源を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記シード光源から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、前記複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記シード光源を制御し、
前記制御部は、前記パルス列に関するパラメータに従って、前記複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率を制御する、レーザ加工装置。
a seed light source that generates seed light;
an excitation light source that generates excitation light;
a laser amplification section including an amplification fiber configured to amplify the seed light by receiving the seed light and the excitation light;
a scanning mechanism that scans the laser light output from the laser amplification section;
comprising a control unit that controls the seed light source and the excitation light source,
The control unit controls the seed light source so that the seed light source repeatedly generates a pulse train including a plurality of light pulses, and the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curved manner with respect to time,
A laser processing apparatus, wherein the control unit controls a light amount of a first light pulse among the plurality of light pulses and a curvature of increase in the light amount of the light pulse according to a parameter regarding the pulse train.
前記増幅ファイバは、
前記シード光源からの前記シード光を前記励起光源からの第1の励起光によって増幅する第1の光ファイバと、
前記第1の光ファイバから出力された光を前記励起光源からの第2の励起光によって増幅する第2の光ファイバとを含み、
前記励起光源は、
前記第1の励起光を発する第1の励起光源と、
前記第2の励起光を発する第2の励起光源とを含み、
前記制御部は、前記第1の光ファイバから出射される複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記第1の励起光のパワーを制御する、請求項1に記載のレーザ加工装置。
The amplification fiber is
a first optical fiber that amplifies the seed light from the seed light source with first excitation light from the excitation light source;
a second optical fiber that amplifies the light output from the first optical fiber with a second excitation light from the excitation light source,
The excitation light source is
a first excitation light source that emits the first excitation light;
a second excitation light source that emits the second excitation light,
2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls the power of the first excitation light so that the amount of light of the plurality of light pulses emitted from the first optical fiber increases in a curved manner with respect to time. The laser processing device described.
前記制御部は、前記パルス列に関する前記パラメータと、前記最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率との関係を定めるテーブルに従って、前記シード光源を制御する、請求項1に記載のレーザ加工装置。 2. The control unit controls the seed light source according to a table that defines a relationship between the parameter regarding the pulse train, the light amount of the first light pulse, and the curvature of increase in the light amount of the light pulse. The laser processing device described. 前記パルス列に関する前記パラメータは、
前記パルス列の繰り返し周波数、
前記複数の光パルスの各々のパルスの幅、
前記複数の光パルスの間の間隔、
前記複数の光パルスの本数、
前記パルス列の平均出力、および
前記励起光源に供給される励起電流
のうちの少なくとも1つを含む、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The parameters regarding the pulse train are:
the repetition frequency of the pulse train;
a pulse width of each of the plurality of light pulses;
an interval between the plurality of light pulses;
the number of the plurality of optical pulses,
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, comprising at least one of an average output of the pulse train and an excitation current supplied to the excitation light source.
前記制御部は、前記レーザ増幅部から出力される前記レーザ光のパルス列内の複数のパルスのうちの最初の光パルスの強度と、少なくとも、2番目の光パルス、最大光量の光パルスおよび最小光量の光パルスのうちのいずれかのパルスの強度との比を用いて、次回以降に前記シード光源から発生させる前記パルス列における前記複数のパルスの光量、または、前記励起光源から発生させる前記励起光の光量を補正するフィードバック制御を行う、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The control unit is configured to control the intensity of a first optical pulse among a plurality of pulses in the pulse train of the laser beam output from the laser amplification unit, at least a second optical pulse, a maximum light amount optical pulse, and a minimum light amount. The light intensity of the plurality of pulses in the pulse train to be generated from the seed light source from the next time onwards, or the amount of the excitation light to be generated from the excitation light source, using the ratio with the intensity of any one of the optical pulses of The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, which performs feedback control to correct the amount of light. シード光を発生させるシード光源と、励起光を発生させる励起光源と、前記シード光と前記励起光とが入射されることにより前記シード光を増幅するように構成された増幅ファイバを含むレーザ増幅部と、前記レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構と、前記シード光源および前記励起光源を制御する制御部とを備えたレーザ加工装置の制御方法であって、
前記シード光源から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、前記複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記シード光源を制御するステップを備え、
前記シード光源を制御するステップは、
前記パルス列に関するパラメータに従って、前記複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率を制御するステップを含む、レーザ加工装置の制御方法。
A laser amplification unit including a seed light source that generates seed light, a pump light source that generates pump light, and an amplification fiber configured to amplify the seed light by receiving the seed light and the pump light. A method for controlling a laser processing apparatus, comprising: a scanning mechanism that scans laser light output from the laser amplification section; and a control section that controls the seed light source and the excitation light source.
comprising the step of repeatedly generating a pulse train including a plurality of light pulses from the seed light source, and controlling the seed light source so that the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curved manner with respect to time;
The step of controlling the seed light source includes:
A method for controlling a laser processing apparatus, comprising the step of controlling the amount of light of a first light pulse of the plurality of light pulses and the curvature of increase in the amount of light of the light pulses according to a parameter regarding the pulse train.
シード光を発生させるシード光源と、励起光を発生させる励起光源と、前記シード光と前記励起光とが入射されることにより前記シード光を増幅するように構成された増幅ファイバを含むレーザ増幅部と、前記レーザ増幅部から出力されるレーザ光を走査する走査機構と、前記シード光源および前記励起光源を制御する制御部とを備えたレーザ加工装置の制御方法を前記制御部に実行させるプログラムであって、
前記制御方法は、
前記シード光源から複数の光パルスを含むパルス列を繰り返し発生させ、かつ、前記複数の光パルスの光量が時間に対して曲線的に増加するように、前記シード光源を制御するステップを備え、
前記シード光源を制御するステップは、
前記パルス列に関するパラメータに従って、前記複数の光パルスのうちの最初の光パルスの光量、および、前記光パルスの光量の増加の曲率を制御するステップを含む、プログラム。
A laser amplification unit including a seed light source that generates seed light, a pump light source that generates pump light, and an amplification fiber configured to amplify the seed light by receiving the seed light and the pump light. and a scanning mechanism that scans a laser beam output from the laser amplification unit, and a control unit that controls the seed light source and the excitation light source. There it is,
The control method includes:
comprising the step of repeatedly generating a pulse train including a plurality of light pulses from the seed light source, and controlling the seed light source so that the amount of light of the plurality of light pulses increases in a curved manner with respect to time;
The step of controlling the seed light source includes:
A program comprising: controlling a light amount of a first light pulse among the plurality of light pulses and a curvature of increase in the light amount of the light pulse according to a parameter regarding the pulse train.
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