JP5965903B2 - ファイバーレーザのフォーカス最適化方法及び材料加工装置、ファイバーレーザのフォーカス変化の測定方法 - Google Patents
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Description
θ=M2λ/πω
であり、ここでW0はビームウェストにおけるビーム半径であり、λは波長である。レーザビームはしばしば、“M2倍に回折制限される”といわれる。回折制限されたビームはM2因子が1であり、ガウシアンビームである。これより小さいM2の値は物理的に不可能である。ガウシアンビームの共焦点パラメータは、
Z=πwo 2/(M2λ)
で与えられる。これはビームがルート2倍に拡大した点に対応する。
A.加工物を動かすかまたはレーザビームを動かすか(またはその両方)によりフォーカスを加工物上でスキャンする。
B.図8に示す波形を利用する。これは、フィードバックレベル、したがってフォーカス品質を測定するための非常に短い、例えば50μsのテストパルスと、光学システムのレンズまたはレンズ群を加熱する作用のある、少なくともmsの持続時間を持つフルパワーの比較的長いパルスとから成る。長く、高パワーのパルスに比べるとテストパルスの継続時間ははるかに短い。従って光学システムは実効的には、スタートしてからの経過時間の間ずっとフルパワーが掛けられていたとした場合に非常に近い熱的負荷を受ける。
C.各テストパルスからのフィードバックが測定され、これで実効的にフォーカス位置が計測される。
D.光学システムの推定熱時定数の間、このプロセスが継続される。この時定数は当業者には理解されるもので、典型的には数秒である。
Claims (11)
- ファイバーレーザのフォーカス最適化方法であって、
ファイバーレーザの出力を加工物に対して位置決めし、
レーザ放射のパルスを発生させ、
前記パルスによって生ずる前記加工物からの後方反射放射の波形の少なくとも一部を測定し、
前記出力と前記加工物との間の相対位置を複数回変更し、その都度、前記パルスによって生ずる前記加工物からの後方反射放射の波形の少なくとも一部を測定し、
その結果得られる後方反射放射測定値を解析して最適フォーカスを決定する、
ことを含み、
前記後方反射放射測定値を解析することは、各相対位置における前記後方反射放射の波形の積分値を決定し、前記積分値を用いて前記積分値の最小値を決定することにより最適フォーカスを決定することを備える、
方法。 - 前記加工物からの前記出力の距離をアクティブ制御するために最適フォーカスを利用するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記後方反射放射は伝達ファイバーのクラッド層を伝送され、そこから除去される、請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 前記加工物において沸騰が起きるように前記パルスのパワー及び/又は持続時間を選択することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記加工物はステンレススチールからできており、パルスエネルギーは5〜50mJの範囲であり、パルス持続時間は100〜500μsの範囲である、請求項4に記載の方法。
- レーザ装置からのレーザビームを加工物上にフォーカスする出力を有し、前記出力と加工物が相対移動可能となっているファイバーレーザと、
前記レーザビームのパルスによって生ずる前記加工物からの後方反射放射の波形の少なくとも一部分をモニタするための手段と、
前記出力と加工物との間の選択した相対位置のそれぞれにおいて前記後方反射放射を解析するための手段と、
最適フォーカスを決定するために前記解析を利用する手段と、
を備え、
前記後方反射放射を解析するための手段は、各相対位置における前記後方反射放射の波形の積分値を決定し、前記積分値を用いて前記積分値の最小値を決定することにより最適フォーカスを決定する手段を備える、
材料加工装置。 - 後方反射可視光放射を、追加的にまたは代替的にモニタする手段を含む、請求項6に記載の材料加工装置。
- クラッドモードストリッパを含む、請求項6又は請求項7に記載の材料加工装置。
- 前記後方反射放射、及び/又は前記積分値をグラフ形式で表示する手段を含む、請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の材料加工装置。
- フォーカス位置の経時変化を測定するための、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の方法又は請求項6〜請求項9のいずれか1項に記載の材料加工装置を使用する方法。
- フォーカスモニタ装置を含む、またはフォーカスモニタ方法を利用するように適合された、請求項1〜請求項10のいずれかに記載のファイバーレーザ。
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