JP6752604B2 - ファイバレーザシステム、及び、その制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のファイバレーザユニットを備えたファイバレーザシステムに関する。また、そのようなファイバレーザシステムの制御方法に関する。

加工用のレーザ装置として、複数のファイバレーザユニットを備えたファイバレーザシステムが用いられている。このようなファイバレーザシステムにおいては、加工の種類や加工対象物の形状などに応じて、出力光の拡がり角を変更するための構成を含んでいることが好ましい。例えば、加工対象物の切断時には、拡がり角の相対的に小さい出力光が求められ、加工対象物の溶接時には、拡がり角の相対的に大きい出力光が必要になる。出力光の拡がり角を変更するための構成を含んでいれば、加工対象対物の切断にも加工対象物の溶接にも用いることが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。

特許文献１には、出力光の拡がり角を変更するための構成を含んだファイバレーザ装置が記載されている。特許文献１に記載のファイバレーザ装置においては、増幅用ファイバとデリバリファイバとの間の挿入された空間光学系を用いて、出力光の拡がり角を変更している。

特開２００９−１７８７２０（公開日：２００９年８月１３日）

しかしながら、特許文献１に記載のファイバレーザ装置のように、空間光学系を用いて出力光の拡がり角を変更する場合、以下の問題を生じる。

ひとつめの問題は、所期の性能を保つために、空間光学系の定期的なアライメントが必要になるという問題である。ふたつ目の問題は、空間光学系の占有体積が大きいため、装置の小型化が困難になるという問題である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間光学系を用いることなく、出力光の拡がり角を変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るファイバレーザシステムは、それぞれレーザ光を生成するＮ個（Ｎ≧２）のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットからのレーザ光を合波する出力コンバイナであって、各ファイバレーザユニットからのレーザ光として、ＮＡのパワー累積分布が異なるレーザ光を含む出力光を生成する出力コンバイナと、上記出力光においてＮ−１個以下の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する制御部と、を備えている、ことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る制御方法は、それぞれレーザ光を生成するＮ個（Ｎ≧２）のファイバレーザユニットと、各ファイバレーザユニットからのレーザ光を合波する出力コンバイナであって、各ファイバレーザユニットからのレーザ光として、ＮＡのパワー累積分布が異なるレーザ光を含む出力光を生成する出力コンバイナと、を備えたファイバレーザシステムの制御方法において、上記出力光においてＮ−１個以下の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する工程を含んでいる、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、空間光学系を用いることなく、出力光においてＮ−１個以下のパワー累積比率に対応する上限ＮＡを指定した値に変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。すなわち、空間光学系を用いることなく、出力光のＮＡのパワー累積分布を変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。なお、出力光のＮＡは、出力光の拡がり角に比例する。したがって、本発明の効果は、空間光学系を用いることなく、出力光の拡がり角のパワー累積分布を変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる、と言い換えてもよい。

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、上記出力光においてＮ−１個の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、対応する上限ＮＡを操作者等が指定することができるパワー累積比率の個数が最大となる。すなわち、上記の構成によれば、出力光のＮＡのパワー累積分布を最もきめ細かく変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、上記出力光においてＮ−２個の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、かつ、上記出力光においてビームプロファイルが指定されたビームプロファイルに近づくように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、出力光のＮＡのパワー累積分布を変更することに加えて、出力光のビームプロファイルを変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。

本発明によれば、空間光学系を用いることなく、出力光のＮＡのパワー累積分布を変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。換言すれば、空間光学系を用いることなく、出力光の拡がり角のパワー累積分布を変更することが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係るファイバレーザシステムの構成を示すブロック図である。 図１に示すファイバレーザシステムが備える各ファイバレーザユニットの構成を示すブロック図である。 図１に示すファイバレーザシステムが備える出力コンバイナの構成を示す斜視図である。 図１に示すファイバレーザシステムが備える各ファイバレーザユニットからのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布を例示したグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るファイバレーザシステムの構成を示すブロック図である。 図５に示すファイバレーザシステムが備える各ファイバレーザユニットからのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布を例示したグラフである。 パワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致するという条件を満たすときに、図５に示すファイバレーザシステムからの出力光が取り得るＮＡのパワー累積分布の範囲（の境界）を示すグラフである。 パワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致し、パワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最小値０．０３６に一致するという条件、及び、パワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致し、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最大値０．０４９に一致するという条件を満たすときに得られる、図５に示すファイバレーザシステムからの出力光のビームプロファイルを示すグラフである。

［用語の定義］
光ファイバのコアを導波される光のＮＡとは、そのコアの屈折率をｎ、その光の伝搬角をθとして、ＮＡ＝ｎｓｉｎθにより定義される量のことである。光ファイバのコアを導波された光が屈折率ｎ’の媒質（例えば空気）に入射する場合、当該媒質における光の広がり角θ’を測定すれば、光ファイバのコアを導波される光のＮＡを、ＮＡ＝ｎ’ｓｉｎθ’（＝ｎｓｉｎθ）により評価することができる。

光ファイバのコアを導波される光には、様々なＮＡを有する成分光が含まれる。ＮＡの上限値ＮＡｍａｘを決めると、パワー累積比率ｘ＝Ｐ（ＮＡｍａｘ）／Ｐｔｏｔａｌ［％］が決まる。ここで、Ｐｔｏｔａｌは、光ファイバのコアを導波される光のパワーであり、Ｐ（ＮＡｍａｘ）は、光ファイバのコアを導波される光のうち、上限値ＮＡｍａｘ以下のＮＡを有する成分光のパワーである。すなわち、パワー累積比率ｘは、ＮＡの上限値ＮＡｍａｘの関数ｘ（ＮＡｍａｘ）と見做すことができる。

この関数ｘ（ＮＡｍａｘ）は単調増加関数なので、その逆関数ＮＡｍａｘ（ｘ）を考えることができる。この逆関数ＮＡｍａｘ（ｘ）のことを、以下、「ＮＡのパワー累積分布」という。また、特定のパワー累積比率ｘ０に対するこの逆関数ＮＡｍａｘ（ｘ）の値ＮＡｍａｘ（ｘ０）のことを、以下、「パワー累積比率ｘ０に対応するＮＡの上限値」という。

なお、レーザ加工の分野では、パワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が、出力光のビーム品質の指標としてしばしば用いられる。例えば、出力光のＮＡｍａｘ（８６％）が相対的に小さいファイバレーザは、加工対象物の切断に適しており、出力光のＮＡｍａｘ（８６％）が相対的に大きいファイバレーザは、加工対象物の溶接に適している。

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

ファイバレーザシステムＦＬＳは、図１に示すように、２つのファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ２、出力コンバイナＯＣ、レーザヘッドＬＨ、３本のデリバリファイバＤＦ１〜ＤＦ３、及び制御部ＣＵを備えている。

各ファイバレーザユニットＦＬＵｉ（ｉ＝１，２）は、レーザ光を生成するための構成である。ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されるレーザ光のパワーＰｉは、可変であり、制御部ＣＵにより制御されている。ファイバレーザユニットＦＬＵｉは、デリバリファイバＤＦｉを介して出力コンバイナＯＣの入力ポートＰｉｎｉに接続されており、ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されたレーザ光は、デリバリファイバＤＦｉを導波された後、出力コンバイナＯＣに入力される。なお、ファイバレーザユニットＦＬＵｉの構成例については、参照する図面を代えて後述する。

出力コンバイナＯＣは、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ２の各々にて生成されたレーザ光を合波することによって、出力光を得るための構成である。出力コンバイナＯＣにて得られた出力光には、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光として、ＮＡのパワー累積分布が異なるレーザ光が含まれる。出力コンバイナＯＣの出力ポートＰｏｕｔは、デリバリファイバＤＦ３を介してレーザヘッドＬＨに接続されており、出力コンバイナＯＣにて得られた出力光は、デリバリファイバＤＦ３を導波された後、レーザヘッドＬＨに入力される。なお、出力コンバイナＯＣの構成例については、参照する図面を代えて後述する。

レーザヘッドＬＨは、デリバリファイバＤＦ３から出射された出力光が加工対象物により反射され、デリバリファイバＤＦ３に再入射することを防止するための構成であり、例えば、ガラスブロックと、このガラスブロックを収容する筐体とにより構成される。レーザヘッドＬＨから出射された出力光は、加工対象物に照射される。

制御部ＣＵは、出力光において予め定められたパワー累積比率ｘ０に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（ｘ０）が（例えば、操作者により）指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する。例えば、出力光においてパワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が０．０８に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する。

（ファイバレーザユニットの構成例）
各ファイバレーザユニットＦＬＵｉの構成例について、図２を参照して説明する。図２は、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉの構成例を示すブロック図である。

ファイバレーザユニットＦＬＵｉは、例えば図２に示すように、電流源ＣＳ、ｍ個のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍ、ポンプコンバイナＰＣ、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１、ダブルクラッドファイバＤＣＦ、及び低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２により構成することができる。なお、図２には、ｍ＝３の場合の構成を例示しているが、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍの個数ｍは任意である。

各レーザダイオードＬＤｊは、ポンプ光を生成するための構成である（ｊ＝１，２，…，ｍ）。各レーザダイオードＬＤｊは、ポンプコンバイナＰＣの入力ポートに接続されており、各レーザダイオードＬＤｊにて生成されたポンプ光は、ポンプコンバイナＰＣに入力される。

ポンプコンバイナＰＣは、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｍの各々にて生成されたポンプ光を合波することによって、合成ポンプ光を得るための構成である。ポンプコンバイナＰＣの出力ポートは、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を介してダブルクラッドファイバＤＣＦに接続されており、ポンプコンバイナＰＣにて得られた合成ポンプ光は、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過した後、ダブルクラッドファイバＤＣＦのインナークラッドに入力される。

ダブルクラッドファイバＤＣＦは、ポンプコンバイナＰＣにて合波されたポンプ光をレーザ光に変換するための構成である。ダブルクラッドファイバＤＣＦのコアには、Ｙｂ等の希土類元素が添加されており、ポンプコンバイナＰＣにて得られた合成ポンプ光は、この希土類元素を反転分布状態に維持するために利用される。ダブルクラッドファイバＤＣＦは、入力端に接続された高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１及び出力端に接続された低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２と共に共振器を構成している。ダブルクラッドファイバＤＣのコアにおいては、反転分布状態に維持された希土類元素が誘導放出を繰り返すことにより、レーザ光が生成される。ダブルクラッドファイバＤＣＦの出力端は、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介してレーザコンバイナＬＣの入力ポートに接続されており、ダブルクラッドファイバＤＣＦにて生成されたレーザ光のうち、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光は、ファイバレーザユニットＦＬＵｉに接続されたデリバリファイバＤＦｉ（図１参照）に入力される。

なお、ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されるレーザ光のパワーＰｉは、各レーザダイオードＬＤｊからダブルクラッドファイバＤＣＦに供給されるポンプ光のパワーに応じて決まる。また、各レーザダイオードＬＤｊからダブルクラッドファイバＤＣＦに供給されるポンプ光のパワーは、電流源ＣＳから各レーザダイオードＬＤｊに供給される駆動電流Ｉの大きさに応じて決まる。このため、ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されるレーザ光のパワーＰｉは、電流源ＣＳから各レーザダイオードＬＤｊに供給される駆動電流Ｉの大きさによって決まる。すなわち、ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されるレーザ光のパワーＰｉをある値に設定するという制御部ＣＵの機能は、その値に応じた大きさの駆動電流Ｉが電流源ＣＳから各レーザダイオードＬＤｊへと供給されるように制御部ＣＵが電流源ＣＳを制御することによって実現される。

（出力コンバイナの構成例）
出力コンバイナＯＣの構成例について、図３を参照して説明する。図３は、出力コンバイナＯＣの構成例を示す斜視図である。

出力コンバイナＯＣは、例えば図３に示すように、入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ２、縮径部Ｓ、及び出力ポートＰｏｕｔにより構成することができる。

縮径部Ｓは、石英ガラスにより構成された円錐台状の構造体であり、エアクラッド型の光導波路として機能する。入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ２は、それぞれ、出射端面が縮径部Ｓの入射端面（面積が広い方の端面）に融着された光ファイバである。出力ポートＰｏｕｔは、入射端面が縮径部Ｓの出射端面（面積が狭い方の端面）に融着された光ファイバである。

出力コンバイナＯＣにおいて注目すべき点は、入力ポートＰｉｎ１の出射端面が縮径部Ｓの入射端面の中心付近に融着されているのに対して、入力ポートＰｉｎ２の出射端面が縮径部Ｓの外周付近に融着されている点である。

入力ポートＰｉｎ１〜Ｐｉｎ２から縮径部Ｓに入射した光は、それぞれ、ＮＡを増加させながら縮径部Ｓを伝播する。この際、入力ポートＰｉｎ２から縮径部Ｓに入射した光におけるＮＡの増加率は、入力ポートＰｉｎ１から縮径部Ｓに入射した光におけるＮＡの増加率よりも大きくなる。なぜなら、縮径部Ｓの外周付近を伝播する光（入力ポートＰｉｎ２から縮径部Ｓに入射した光）は、縮径部Ｓの中心付近を伝播する光（入力ポートＰｉｎ１から縮径部Ｓに入射した光）よりも、縮径部ＳによるＮＡ拡大作用を強く受けるからである。

ファイバレーザシステムＦＬＳにおいて、ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されたレーザ光は、対応する入力ポートＰｉｎｉから出力コンバイナＯＣに入力される。このため、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ２にて生成されたレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布は、出力コンバイナＯＣの前段において一致していたとしても、出力コンバイナＯＣの後段において相違する。

（パワー設定処理）
上述したように、制御部ＣＵは、出力光において予め定められたパワー累積比率ｘ０に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（ｘ０）が指定値に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する。例えば、出力光においてパワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する場合、パワー設定処理は、以下のステップを順に実行することにより実現される。

ステップ１：ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光において指定値０．０８に対応するパワー累積比率ｘ１、及び、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光において指定値０．０８に対応するパワー累積比率ｘ２をそれぞれ特定する。なお、パワー累積比率ｘ１，ｘ２を特定する処理は、例えば、ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光におけるＮＡの上限値ＮＡｍａｘとパワー累積比率ｘ１との対応関係を与えるテーブル、及び、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光におけるＮＡの上限値ＮＡｍａｘとパワー累積比率ｘ２との対応関係を与えるテーブルを用いたテーブル参照により実現することができる。

ステップ２：ステップ１にて特定したパワー累積比率ｘ１，ｘ２を係数として含む以下の連立方程式を解く。なお、以下の連立方程式を解く処理は、公知の数値解法を用いて実現することができる。

（１）α・ｘ１＋β・ｘ２＝８６％、
（２）α＋β＝１。

ステップ３：ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光のパワーＰ１、及び、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光のパワーＰ２を、パワーの比Ｐ１：Ｐ２がステップ２にて得た解の比α：βに一致するように設定する。例えば、合計パワーＰが予め定められている場合、ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光のパワーＰ１をＰ×αに設定し、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光のパワーＰ２をＰ×βに設定する。

図４は、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ２からのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布を例示したグラフである。なお、図４に例示したグラフでは、パワー累積比率ｘを縦軸とし、ＮＡの上限値ＮＡｍａｘを横軸としている。

ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布、及び、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布が図４に例示したグラフのように与えられている場合、ステップ１にて特定されるパワー累積比率ｘ１，ｘ２は、それぞれ、８９．５％，８１．８％となる。したがって、ステップ２にて解くべき連立方程式は、下記のようになる。

（１）８９．５・α＋８１．１・β＝８６
（２）α＋β＝１。

このため、ステップ２にて得られる解α，βは、それぞれ、４２．８％，５７．１％となる。例えば、合計パワーＰが１ｋＷと定められている場合、ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光のパワーＰ１は４２８Ｗに設定され、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光のパワーＰ１は５７１Ｗに設定される。

［第２の実施形態］
（ファイバレーザシステムの構成）
本発明の第２の実施形態に係るファイバレーザシステムＦＬＳの構成について、図５を参照して説明する。図５は、ファイバレーザシステムＦＬＳの構成を示すブロック図である。

ファイバレーザシステムＦＬＳは、図５に示すように、３つのファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ３、出力コンバイナＯＣ、レーザヘッドＬＨ、４本のデリバリファイバＤＦ１〜ＤＦ４、及び制御部ＣＵを備えている。

各ファイバレーザユニットＦＬＵｉ（ｉ＝１，２，３）は、レーザ光を生成するための構成である。ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されるレーザ光のパワーＰｉは、可変であり、制御部ＣＵにより制御されている。ファイバレーザユニットＦＬＵｉは、デリバリファイバＤＦｉを介して出力コンバイナＯＣの入力ポートＰｉｎｉに接続されており、ファイバレーザユニットＦＬＵｉにて生成されたレーザ光は、デリバリファイバＤＦｉを導波された後、出力コンバイナＯＣに入力される。なお、ファイバレーザユニットＦＬＵｉの構成例については、第１の実施形態と同様である。

出力コンバイナＯＣは、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ３の各々にて生成されたレーザ光を合波することによって、出力光を得るための構成である。出力コンバイナＯＣにて得られた出力光には、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光として、ＮＡのパワー累積分布が異なるレーザ光が含まれる。出力コンバイナＯＣの出力ポートＰｏｕｔは、デリバリファイバＤＦ４を介してレーザヘッドＬＨに接続されており、出力コンバイナＯＣにて得られた出力光は、デリバリファイバＤＦ４を導波された後、レーザヘッドＬＨに入力される。なお、出力コンバイナＯＣの構成例については、第１の実施形態と同様である。

レーザヘッドＬＨは、デリバリファイバＤＦ４から出射された出力光が加工対象物により反射され、デリバリファイバＤＦ４に再入射することを防止するための構成であり、例えば、ガラスブロックと、このガラスブロックを収容する筐体とにより構成される。レーザヘッドＬＨから出射された出力光は、加工対象物に照射される。

制御部ＣＵは、出力光において予め定められたパワー累積比率ｘ０１に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（ｘ０１）、及び、出力光において予め定められたパワー累積比率ｘ０２に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（ｘ０２）がそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する。例えば、出力光においてパワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が０．０８に一致し、かつ、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が０．０４に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する。

（パワー設定処理）
上述したように、制御部ＣＵは、出力光において予め定められたパワー累積比率ｘ０１，ｘ０２に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（ｘ０１），ＮＡｍａｘ（ｘ０２）がそれぞれ指定値に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する。例えば、出力光においてパワー累積比率８６％，５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％），ＮＡｍａｘ（５０％）がそれぞれ指定値０．０８，０．０４に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する場合、パワー設定処理は、以下のステップを順に実行することにより実現される。

ステップ１：ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光において指定値０．０８に対応するパワー累積比率ｘ１１、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光において指定値０．０８に対応するパワー累積比率ｘ１２、及びファイバレーザユニットＦＬＵ３からのレーザ光において指定値０．０８に対応するパワー累積比率ｘ１３を特定する。また、ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光において指定値０．０４に対応するパワー累積比率ｘ２１、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光において指定値０．０４に対応するパワー累積比率ｘ２２、及びファイバレーザユニットＦＬＵ３からのレーザ光において指定値０．０４に対応するパワー累積比率ｘ２３を特定する。

ステップ２：ステップ１にて特定したパワー累積比率ｘ１１，ｘ１２，ｘ１３，ｘ２１，ｘ２２，ｘ２３を係数として含む以下の連立方程式を解く。

（１）α・ｘ１１＋β・ｘ１２＋γ・ｘ１３＝８６％、
（２）α・ｘ２１＋β・ｘ２２＋γ・ｘ２３＝５０％、
（３）α＋β＋γ＝１。

ステップ３：ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光のパワーＰ１、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光のパワーＰ２、ファイバレーザユニットＦＬＵ３からのレーザ光のパワーＰ３を、パワーの比Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３がステップ２にて得た解の比α：β：γに一致するように設定する。例えば、合計パワーＰが予め定められている場合、ファイバレーザユニットＦＬＵ１からのレーザ光のパワーＰ１をＰ×αに設定し、ファイバレーザユニットＦＬＵ２からのレーザ光のパワーＰ２をＰ×βに設定し、ファイバレーザユニットＦＬＵ３からのレーザ光のパワーＰ３をＰ×γに設定する。

図６は、ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ３からのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布を例示したグラフである。なお、図６に例示したグラフでは、パワー累積比率ｘを縦軸とし、ＮＡの上限値ＮＡｍａｘを横軸としている。

ファイバレーザユニットＦＬＵ１〜ＦＬＵ３からのレーザ光におけるＮＡのパワー累積分布が図６に例示したグラフのように与えられている場合、ステップ１にて特定されるパワー累積比率ｘ１１，ｘ１２は，ｘ１３、それぞれ、９７．４％，７９．７％，７４．５％となり、ステップ１にて特定されるパワー累積比率ｘ２１，ｘ２２は，ｘ２３、それぞれ、７４．５％，２０．６％，３３．５％となる。したがって、ステップ２にて解くべき連立方程式は、下記のようになる。

（１）９７．４・α＋７９．７・β＋７４．５・γ＝８６、
（２）７４．５・α＋２０．６・β＋３３．５・γ＝５０、
（３）α＋β＋γ＝１。

（変形例）
本実施形態に係るファイバレーザシステムＦＬＳにおいては、出力光において予め定められた２個（ファイバレーザユニット個数−１個）のパワー累積比率に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する構成が採用されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上記の構成に代えて、出力光において予め定められた１個（ファイバレーザユニットの個数−２個）のパワー累積比率に対応する上限ＮＡが指定された値に一致するように、かつ、出力光においてビームプロファイルが指定されたビームプロファイルに近づくように、各ファイバレーザユニットＦＬＵｉからのレーザ光のパワーＰｉを設定する構成を採用してもよい。

図７は、出力光においてパワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致するという条件を満たすときに、出力光が取り得るＮＡのパワー累積分布の範囲（の境界）を示すグラフである。例えば、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）は、０．０３６以上０．０４９以下の範囲で変化させることができる。

図８は、出力光においてパワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致し、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最小値０．０３６に一致する出力光のビームプロファイルと、出力光においてパワー累積比率８６％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（８６％）が指定値０．０８に一致し、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最大値０．０４９に一致する出力光のビームプロファイルとを示すグラフである。

図８に示すように、（１）出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最小値０．０３６に一致するときには、出力光のビームプロファイルが、加工対象物の溶接に適したブロードなビームプロファイルになり、（２）出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最大値０．０４９に一致するときには、出力光のビームプロファイルが、加工対象物の切断に適したシャープなビームプロファイルになる。したがって、（１）操作者等によりブロードなビームプロファイルが指定されたときには、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最小値０．０３６を取るようにパワーの比Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３を設定し、（２）操作者等によりシャープなビームプロファイルが指定されたときには、出力光においてパワー累積比率５０％に対応するＮＡの上限値ＮＡｍａｘ（５０％）が最大値０．０４９を取るようにパワーの比Ｐ１：Ｐ２：Ｐ３を設定することが考えられる。

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

ＦＬＳ ファイバレーザシステム
ＦＬＵｉ ファイバレーザユニット
ＯＣ 出力コンバイナ
ＬＨ レーザヘッド
ＤＦｉ デリバリファイバ
ＣＵ 制御部

Claims (4)

1. それぞれレーザ光を生成するＮ個（Ｎ≧２）のファイバレーザユニットと、
   石英ガラスにより構成された構造体の入射端面に融着された複数の光ファイバの各々を導波された、各ファイバレーザユニットからのレーザ光を、上記構造体において合波する出力コンバイナであって、各ファイバレーザユニットからのレーザ光として、ＮＡのパワー累積分布が異なるレーザ光を含む出力光を生成する出力コンバイナと、
   上記出力光においてＮ−１個以下の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する制御部と、を備えている、ことを特徴とするファイバレーザシステム。
2. 上記制御部は、上記出力光においてＮ−１個の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
3. 上記制御部は、上記出力光においてＮ−２個の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、かつ、上記出力光においてビームプロファイルが指定されたビームプロファイルに近づくように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
4. それぞれレーザ光を生成するＮ個（Ｎ≧２）のファイバレーザユニットと、石英ガラスにより構成された構造体の入射端面に融着された複数の光ファイバの各々を導波された、各ファイバレーザユニットからのレーザ光を、上記構造体において合波する出力コンバイナであって、各ファイバレーザユニットからのレーザ光として、ＮＡのパワー累積分布が異なるレーザ光を含む出力光を生成する出力コンバイナと、を備えたファイバレーザシステムの制御方法において、
   上記出力光においてＮ−１個以下の予め定められたパワー累積比率の各々に対応する上限ＮＡがそれぞれ指定された値に一致するように、各ファイバレーザユニットからのレーザ光のパワーを設定する工程を含んでいる、ことを特徴とする制御方法。

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