JP6779897B2 - ファイバレーザシステム、その耐反射性評価方法および耐反射性向上方法、ならびにファイバレーザ - Google Patents
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Description
本発明は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステム、その耐反射性評価方法および耐反射性向上方法、ならびにファイバレーザに関する。
近年、数ｋＷ（キロワット）の出力パワーを実現するため、複数のファイバレーザのそれぞれから出射されたレーザ光を合波してマルチモード光として出力するファイバレーザシステムが注目されている。上記ファイバレーザシステムは主に、材料加工の分野において活用されている。
上記ファイバレーザシステムにおいては、材料加工の対象となる加工対象物体にて反射された光が上記ファイバレーザシステムに戻ることによって、上記ファイバレーザシステムに不具合が生じてしまう虞がある。
上記ファイバレーザシステムに不具合が生じてしまう原因としては、上記ファイバレーザシステムにおけるレーザ光の伝搬経路内にて生じる誘導ラマン散乱（以下、ＳＲＳとも称する）が挙げられる。ＳＲＳは、レーザ光からストークス光へのパワー変換過程と見做すことができるが、その変換効率（ラマンゲイン）が大きくなるとストークス光の発振が生じ易くなり、その結果、各ファイバレーザの発振状態が不安定になったり、各ファイバレーザが故障したりすることが知られている（特許文献１参照）。
従来、ファイバレーザシステムにおける複数のファイバレーザのそれぞれが互いに同じパワーのレーザ光を出射することが一般的である。一方、本願発明者は、鋭意検討の結果、これらのファイバレーザのそれぞれは、互いに同じパワーのレーザ光を出射する場合であっても、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振の生じ難さの度合、すなわち耐反射性が互いに異なり得ることを見出した。
また、本願発明者は、以下のことも見出した。すなわち、ファイバレーザシステムにおける複数のファイバレーザの何れかでＳＲＳが生じると、このファイバレーザにて発生したストークス光が、加工対象物体にて反射されて、ファイバレーザシステムに戻り、コンバイナ等を通じて他のファイバレーザに伝搬される。これにより、他のファイバレーザでもＳＲＳが生じる。結果、当該複数のファイバレーザの全てについて、上記の発振が生じる。
従って、システム全体として耐反射性の高い（上記の発振が生じ難い）ファイバレーザシステムを実現するためには、各ファイバレーザの耐反射性を評価したうえで、最も耐反射性が低い（上記の発振が生じ易い）ファイバレーザの耐反射性を、他のファイバレーザの耐反射性と同程度にまで高める制御が必要になる。
上記のような制御を行うためには、各ファイバレーザの耐反射性を評価する必要がある。ただし、評価すべき耐反射性は、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における各ファイバレーザの耐反射性である。なぜなら、ファイバレーザシステムにおいて各ファイバレーザで生じる上記の発振は、上述したように他のファイバレーザにて発生したストークス光が関与する現象だからである。各ファイバレーザの耐反射性を、ファイバレーザシステムから切り離した状態で個別に評価する従来の評価方法を用いている限り、耐反射性の高いファイバレーザシステムを実現することは困難である。
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を評価することを可能とするファイバレーザシステム、ファイバレーザシステムの耐反射性評価方法および耐反射性向上方法、ならびにファイバレーザを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明のファイバレーザシステムは、複数のファイバレーザを備えており、上記複数のファイバレーザのそれぞれは、当該ファイバレーザの低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定部と、当該ファイバレーザの高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定部と、を有していることを特徴としている。
上記の構成によれば、複数のファイバレーザのそれぞれについて、レーザ光測定部の測定結果とストークス光測定部の測定結果との関係に基づいて、複数のファイバレーザのそれぞれにおける耐反射性を評価することが可能となる。これにより、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を評価することが可能となる。
また、本発明のファイバレーザシステムの耐反射性評価方法は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいて、各ファイバレーザの耐反射性を評価する耐反射性評価方法であって、上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、当該ファイバレーザの低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定工程と、当該ファイバレーザの高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定工程と、上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーに対する上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーの比率を、上記レーザ光測定工程の測定結果と上記ストークス光測定工程の測定結果とに基づいて算出する評価工程とを含んでいることを特徴としている。
上記の構成によれば、評価工程にて上記比率を求めることによって、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を定量的に評価することができる。
また、本発明のファイバレーザシステムの耐反射性向上方法は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいて、当該ファイバレーザシステムの耐反射性を向上させる耐反射性向上方法であって、上記の耐反射性評価方法を用いて、上記複数のファイバレーザの各々について上記比率を求める評価工程と、上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択すると共に、選択されたファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる、パワー調節工程とを含んでいることを特徴としている。
上述したとおり、レーザ光のパワーが小さいほど、上記比率は小さくなる傾向にある。上記の構成によれば、パワー調節工程にて、当該傾向に基づいて、上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げ、これにより、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる。これにより、ファイバレーザシステム全体として、耐反射性を上げることが可能となる。
また、本発明のファイバレーザは、増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバの一端に設けられた低反射ミラーと、上記増幅用光ファイバの他端に設けられた高反射ミラーとを備えたファイバレーザであって、上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定部と、上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定部と、を有していることを特徴としている。
上記の構成によれば、上記ファイバレーザシステムにおいて使用可能なファイバレーザを実現することができる。上記ファイバレーザシステムにおける少なくとも１つのファイバレーザが光終端器等に置き換えられた場合においても同様である。
本発明によれば、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を評価することが可能となる。
本発明を実施するための形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るファイバレーザシステム１の構成を示す概略図である。ファイバレーザシステム１は、３つ（複数）のファイバレーザ２〜４と、出力コンバイナ５と、マルチモードファイバ６と、出力部７と、演算処理部９と、３つ（複数）の光ファイバ１０とを備えている。ファイバレーザシステム１は、加工対象物体８に対してレーザ光を照射することによって、加工対象物体８を加工するものである。加工対象物体８は例えば、鉄鋼材料（軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼等）、非鉄材料（アルミニウム、銅、マグネシウム等）、高脆性材料（セラミックス、ガラス等）、またはその他（プラスチック、樹脂等）である。加工対象物体８に照射されたレーザ光は加工対象物体８にて５〜１０％程度反射され、加工対象物体８にて反射されたレーザ光はファイバレーザシステム１に戻る場合がある。加工対象物体８にて反射されファイバレーザシステム１に戻ったレーザ光は、ファイバレーザシステム１の理想的な動作に対して悪影響を与える可能性がある。
ファイバレーザ２〜４は、それぞれがレーザ光を生成するものであり、光ファイバ１０を介して出力コンバイナ５に接続されている。ファイバレーザ２〜４と出力コンバイナ５との接続に用いられる光ファイバ１０は、シングルモード、または、いわゆる疑似シングルモードの光ファイバである。ファイバレーザ２〜４のそれぞれは、シリカガラス製の光ファイバをレーザ媒質とするものである。ファイバレーザ２〜４のそれぞれの構成については、図２を参照した説明にて後述する。
出力コンバイナ５は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれにて生成されたレーザ光を合波するものである。当該合波されたレーザ光は、マルチモードファイバ６をマルチモード光として伝搬し、出力部７からファイバレーザシステム１の外部に（すなわち、加工対象物体８に対して）出射される。
なお、ファイバレーザ２〜４を構成する光ファイバ、光ファイバ１０、およびマルチモードファイバ６は、シリカガラス製である。これらの光ファイバは一般に、１ｍあたり１０−５％程度の光の反射率を有している。上述した加工対象物体８によるレーザ光の反射と、これらの光ファイバによる光の反射とによってストークス光の再帰的な増幅が生じ、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振が顕著に発生する。なお、演算処理部９は、演算部９１と制御部９２とを備えている。演算部９１および制御部９２についての詳細な説明は後述する。
図２は、ファイバレーザシステム１の各ファイバレーザ２〜４およびその周辺の概略図である。
図２に示すように、ファイバレーザ２は、光ファイバ１０を介して出力コンバイナ５と接続されており、複数の励起光源（発光素子）２１と、ポンプコンバイナ２３と、増幅用光ファイバ２５と、ミラーとして機能する高反射ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）２４と、ハーフミラーとして機能する低反射ＦＢＧ２６と、レーザ光測定部２８と、ストークス光測定部２９とを備えている。ファイバレーザ２は、増幅用光ファイバ２５の高反射ＦＢＧ（高反射ミラー）２４と低反射ＦＢＧ（低反射ミラー）２６とに挟まれた区間を共振器とした共振器型ファイバレーザとして機能する。マルチモードファイバ６と同じく、増幅用光ファイバ２５および光ファイバ１０は、シリカガラス製のコアを有しており、このコアにてレーザ光を伝搬させる。
ポンプコンバイナ２３から増幅用光ファイバ２５までを接続する光ファイバは、増幅用光ファイバ２５と同様の構成であってもよい。ただし、ポンプコンバイナ２３から増幅用光ファイバ２５までを接続する光ファイバのコアには活性元素は添加されていない。
増幅用光ファイバ２５は、コアに活性元素（希土類元素等）が添加されたダブルクラッドファイバである。増幅用光ファイバ２５の一端には、高反射ＦＢＧ２４が形成されており、増幅用光ファイバ２５の他端には、低反射ＦＢＧ２６が形成されている。高反射ＦＢＧ２４は、増幅用光ファイバ２５にて発生したレーザ光を反射するように構成されている。レーザ光の発振波長における高反射ＦＢＧ２４の反射率は、例えば９９％以上である。低反射ＦＢＧ２６は、増幅用光ファイバ２５にて発生したレーザ光の一部を反射し、残りの部分を透過するように構成されている。レーザ光の発振波長における低反射ＦＢＧ２６の反射率は、高反射ＦＢＧ２４の反射率よりも低く設定されており、例えば１０％である。各励起光源２１は、増幅用光ファイバ２５に供給する励起光の光源であり、ポンプコンバイナ２３を介して増幅用光ファイバ２５に接続されている。
ファイバレーザ２では、各励起光源２１からの励起光が、ポンプコンバイナ２３を介して増幅用光ファイバ２５の第１クラッドに入射する。そして、増幅用光ファイバ２５の第１クラッドを導波する励起光が、コアを通過する際、コアに添加された活性元素を反転分布状態に遷移させる。反転分布状態に遷移した活性元素は、自然放出光を種光として、誘導放出の連鎖を起こす。誘導放出されたレーザ光は、高反射ＦＢＧ２４と低反射ＦＢＧ２６との間で反射を繰り返えすことで再帰的に増幅される。
レーザ光測定部２８は、低反射ＦＢＧ２６と出力コンバイナ５との間に設けられており、ファイバレーザ２の低反射ＦＢＧ２６側出力に含まれる（低反射ミラーを透過した）レーザ光のパワーを測定するものである。
ストークス光測定部２９は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれから同時に出射されたレーザ光によって生じるストークス光であって、ファイバレーザ２を伝搬するストークス光のパワーを測定するものである。ストークス光測定部２９は、高反射ＦＢＧ２４に対して増幅用光ファイバ２５の反対側（ミラーに対して出力側と反対側）に設けられており、ファイバレーザ２の高反射ＦＢＧ２４側出力に含まれる（高反射ミラーを透過した）ストークス光のパワーを測定する。
演算部９１は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、低反射ＦＢＧ２６を透過したレーザ光のパワーに対する高反射ＦＢＧ２４を透過したストークス光のパワーの比率を、レーザ光測定部２８の測定結果とストークス光測定部２９の測定結果とに基づいて算出する。また、制御部９２は、上記比率が最も大きいものを含む少なくとも１つのファイバレーザをファイバレーザ２〜４から選択すると共に、選択されたファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザ２〜４についての上記比率の最大値を低下させる。
制御部９２は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、その励起光を発光する各励起光源２１に供給する電流値を調節することによって、レーザ光のパワーを調節する。これにより、レーザ光のパワーを容易に調節することができる。
ここからは、レーザ光測定部２８およびストークス光測定部２９を用いた、ファイバレーザ２の耐反射性評価方法について説明を行う。ファイバレーザシステム１全体を動作させた（すなわち、ファイバレーザ２〜４のそれぞれから同時にレーザ光を出射した）状態におけるファイバレーザ２の耐反射性（ＳＲＳによるストークス光の波長での発振の生じ難さ）は、レーザ光測定部２８の測定結果に対するストークス光測定部２９の測定結果の比率によって求められる。ここで、ファイバレーザの耐反射性とは、ファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーに対する、ファイバレーザを伝搬するストークス光のパワーの比率である。下記の理由により、当該比率が小さい（すなわち、当該ストークス光のパワーが小さい）場合、ファイバレーザの耐反射性が高いと言える。すなわち、ストークス光のパワーが、レーザ光のパワーに対して小さいということは、同じレーザ光のパワーであってもラマンゲイン（レーザ光からストークス光へエネルギーが移る度合）が小さく、ストークス光の損失が大きいということを意味する。つまり、加工対象物体８から同じ反射率でレーザ光が戻ってきても、上記の発振の閾値が大きいので、発振しにくいことになる。なお、上記の発振によるストークス光のパワーの増幅において、ラマンゲインＧ∝ｅｘｐ（レーザ光のパワー×ファイバ長／当該ファイバの実効コア面積）となるため、レーザ光のパワーをあげるとラマンゲインが大きくなり、小さい反射であっても上記の発振が生じ、レーザ光の発振が不安定になる。従って、当該比率が小さい場合、ファイバレーザの耐反射性が高いと言える。ファイバレーザシステム１において、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの耐反射性が互いに異なる原因として例えば、増幅用光ファイバ２５または各光ファイバ１０の長さや損失が互いに異なること、出力コンバイナ５でのレーザ光の分岐比や損失が互いに異なることが挙げられる。換言すれば、当該ファイバレーザ２の耐反射性は、（ストークス光測定部２９の測定結果）／（レーザ光測定部２８の測定結果）の解によって求められる。この比率（解）が小さいほど、ファイバレーザ２の耐反射性は高いと言える。ストークス光が、レーザ光に対して大きいということは、同じレーザパワーでもラマンゲインが大きい（レーザ光からストークス光へのエネルギーの移りが大きい）、損失が小さいということを意味する。つまり対象から同じ反射率でパワーが戻ってきても、ストークス光において損失≦利得の関係が生じやすく、発振閾値が低いため、発振しやすいということになる。すなわちＳＲＳによるストークス光の波長での発振が生じやすく、耐反射性が低いと言える。
例えば、レーザ光測定部２８の測定結果、換言すれば、ファイバレーザ２から出射されるレーザ光のパワーが１ｋＷであるとする。また、例えば、ストークス光測定部２９の測定結果、換言すれば、ファイバレーザシステム１全体を動作させる際にファイバレーザ２を伝搬するストークス光のパワーが０．０００１４Ｗであるとする。このとき、演算部９１によって、ファイバレーザシステム１全体を動作させた状態におけるファイバレーザ２の耐反射性は、０．０００１４／１０００＝１．４×１０−７と評価することができる。
レーザ光測定部２８およびストークス光測定部２９のそれぞれは、所望以外の周波数を有する光を遮断するフィルタ部材を有していてもよい。より具体的には、ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、レーザ光測定部２８は、対応するファイバレーザ２〜４のいずれかの発振波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを有しており、ストークス光測定部２９は、対応するファイバレーザ２〜４のいずれかの発振波長にラマンシフトに相当する波長を加算した波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを有していてもよい。これにより、レーザ光測定部２８およびストークス光測定部２９が、それぞれ、レーザ光およびストークス光を精度よく測定することができる。
なお、ファイバレーザシステム１においては、ファイバレーザ３および４が、ファイバレーザ２と同じ構成となっている。従って、ファイバレーザ３および４についても、ファイバレーザ２と同等の耐反射性評価方法を実施することができる。ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、上述した耐反射性評価方法を実施することによって、ファイバレーザシステム１の耐反射性評価方法を実現することができる。
ファイバレーザ２〜４のそれぞれについては、上記比率が大きいほど、ＳＲＳが生じ易いと言える。演算部９１が上記比率を求めることによって、ファイバレーザシステム１全体を動作させた状態における、各ファイバレーザ２〜４の耐反射性を定量的に評価することができる。
ここからは、ファイバレーザ２〜４のそれぞれを用いた、ファイバレーザシステム１の耐反射性向上方法について、図３を参照して説明を行う。図３は、ファイバレーザ２〜４の、レーザ光のパワーと、ストークス光のパワー／レーザ光のパワー（耐反射性）との関係の一例を示すグラフである。まず、ファイバレーザシステム１全体を動作させた状態における、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの耐反射性を評価する。
なお、ファイバレーザシステム１が出射するレーザ光のパワーが３ｋＷであるとする。また、ファイバレーザシステム１の耐反射性向上前の段階において、ファイバレーザ２〜４のそれぞれが出射するレーザ光のパワー（各ファイバレーザ２〜４のレーザ光測定部２８の測定結果）が１ｋＷであるとする。また、ファイバレーザシステム１の耐反射性向上前の段階において、ファイバレーザシステム１全体を動作させた際にファイバレーザ２〜４を伝搬するストークス光のパワー（ファイバレーザ２〜４のストークス光測定部２９の測定結果）が、それぞれ、０．０００１４Ｗ（ファイバレーザ２）、０．０２Ｗ（ファイバレーザ３）、０．０７２Ｗ（ファイバレーザ４）であるとする。
演算部９１によって、ファイバレーザシステム１全体を動作させた状態における、ファイバレーザ２〜４の耐反射性は、それぞれ、０．０００１４／１０００＝１．４×１０−７（ファイバレーザ２）、０．０２／１０００＝２×１０−５（ファイバレーザ３）、０．０７２／１０００＝７．２×１０−５（ファイバレーザ４）と評価される。この場合、下記の理由により、ファイバレーザ４の耐反射性が、ファイバレーザ２の耐反射性およびファイバレーザ３の耐反射性より低いことに起因して、ファイバレーザ２および３の耐反射性が７．２×１０−５程度にまで劣化してしまう虞がある。すなわち、耐反射性の低いファイバレーザ４においてＳＲＳによりストークス光のパワーが顕著になると、そのストークス光が出力コンバイナ５を介して耐反射性の高いファイバレーザ２および３にも導かれる。結果として、耐反射性の高いファイバレーザ２および３においても、耐反射性の低いファイバレーザ４と同様、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振が生じレーザ発振が不安定になってしまう。本実施の形態において、「耐反射性の高いファイバレーザ」というのはあくまでもストークス光のパワーが小さい状態を維持することができるというものに過ぎない。「耐反射性の低いファイバレーザ」により強制的に「耐反射性の高いファイバレーザ」におけるストークス光のパワーが大きい状態にされてしまうことは、「耐反射性の高いファイバレーザ」における耐反射性の劣化と同等であると言える。
ところで、ファイバレーザ２〜４の耐反射性は、そのファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーが大きいほど、低く（悪く）なり、そのファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーが小さいほど、高く（良く）なる。なぜなら、ＳＲＳによって生じるストークス光のパワーは、レーザ光のパワーに対して指数関数的に増大するためである。また、ファイバレーザ２〜４の全てから出射されるレーザ光のパワーが互いに同じであることは必須でない。つまり、たとえファイバレーザシステム１が出射するレーザ光のパワーが３ｋＷであることが必須であっても、ファイバレーザ２〜４のそれぞれが出射するレーザ光のパワーを１ｋＷに均等化することは必須でない。
従って、ファイバレーザシステム１において、制御部９２は、少なくとも上記比率が最も高い（耐反射性が最も低い）ファイバレーザ４が出射するレーザ光のパワーを小さくして（パワーダウン制御）、各ファイバレーザ２〜４についての上記比率の最大値を低下させる。これにより、ファイバレーザシステム１全体としての耐反射性を高めることが可能である。
図３のグラフに従って、例えば、ファイバレーザシステム１の耐反射性を向上させるべく、制御部９２は、ファイバレーザ２〜４が出射するレーザ光のパワーを、それぞれ、１．１８５ｋＷ、０．９３ｋＷ、０．８８５ｋＷとする。これにより、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの耐反射性がおよそ４×１０−６に均一化され、ファイバレーザ２〜４のうちある１つの耐反射性が極端に低くなることを防ぐことができる。結果、ファイバレーザ２〜４の全てについて、耐反射性の劣化が誘発されてしまうことを防ぐことができるため、ファイバレーザシステム１の耐反射性の向上を図ることができる。なお、このとき、ファイバレーザ２（選択されなかったファイバレーザ）が出射するレーザ光のパワーを大きくしており（パワーアップ制御）、ファイバレーザ３および４（選択されたファイバレーザ）が出射するレーザ光のパワーを小さくしている（パワーダウン制御）。ただし、パワーバランスの調節後において、ファイバレーザ２の耐反射性およびファイバレーザ３の耐反射性が、パワーバランス調整前のファイバレーザ４の耐反射性を下回ることのないようにしている。これにより、システム全体としてのパワーの低下量を抑えながら、システム全体としての耐反射性の改善が図られる。システム全体としてのパワーの低下を抑える必要が無い場合、当該パワーアップ制御については省略可能である。
また、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの耐反射性を（ここでは、およそ４×１０−６に）均一化させることは必須でない。すなわち、制御部９２は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの耐反射性が所定以上となるように、ファイバレーザ２〜４のそれぞれから出射されるレーザ光のパワーを調節してもよい。ここでは、４×１０−６より大きく、かつ、７．２×１０−５より小さい所定値を設定し、ファイバレーザ２〜４のそれぞれの上記比率が当該所定値以下となるようにしてもよい。換言すれば、ファイバレーザ２〜４のうち、上記比率が予め定められた値（当該所定値）を超えるものを選択し、ファイバレーザ２〜４のうち選択されたものから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行してもよい。この場合であっても、ファイバレーザ２〜４の全てについて、耐反射性の劣化が誘発されてしまうことを防ぐことができるため、ファイバレーザシステム１の耐反射性の向上を図ることができる。
ファイバレーザシステム１によれば、ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、レーザ光測定部２８の測定結果とストークス光測定部２９の測定結果との関係に基づいて、ファイバレーザ２〜４のそれぞれにおける耐反射性を評価することが可能となる。これにより、ファイバレーザシステム１全体を動作させた状態における、各ファイバレーザ２〜４の耐反射性を評価することが可能となる。
ファイバレーザ２〜４は、互いに同じ構成を有しており、換言すれば、互いに同じファイバレーザ自身におけるストークス光測定部２９の配置関係を有している。これにより、ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、互いに同じ条件によってストークス光のパワーを測定することができる。
図４は、ファイバレーザシステム１の、特に演算処理部９を用いた耐反射性評価方法および耐反射性向上方法の流れを示すフローチャートである。なお、説明を簡潔にするために、図４については、レーザ光測定部２８によってファイバレーザ２〜４の低反射ＦＢＧ２６側出力におけるレーザ光のパワーを測定する工程（レーザ光測定工程）と、ストークス光測定部２９によってファイバレーザ２〜４の高反射ＦＢＧ２４側出力におけるストークス光のパワーを測定する工程（ストークス光測定工程）との終了後における各ステップを示している。
まず、演算部９１は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれについて、低反射ＦＢＧ２６を透過したレーザ光のパワーに対する高反射ＦＢＧ２４を透過したストークス光のパワーの比率を、レーザ光測定部２８の測定結果とストークス光測定部２９の測定結果とに基づいて算出することによって、ファイバレーザ自身の耐反射性を評価する（ステップＳ１：評価工程）。
続いて、制御部９２は、ファイバレーザ２〜４のそれぞれから出射されるレーザ光のパワーを調節する。具体的には、上記比率が最も大きいものを含む少なくとも１つをファイバレーザ２〜４から選択すると共に、ファイバレーザ２〜４のうち選択されたものから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザ２〜４についての上記比率の最大値を低下させる（ステップＳ２：パワー調節工程）。
ファイバレーザシステム１は、ファイバレーザ２〜４の全てにレーザ光測定部２８およびストークス光測定部２９を備えた構成であるが、当該構成は必須でない。すなわち、例えば、ファイバレーザ２〜４のうち、ファイバレーザシステム１の耐反射性評価および耐反射性向上を実現するために考慮する必要のないものについては、レーザ光測定部２８およびストークス光測定部２９を備えていなくてもよい。また、ファイバレーザ２〜４のうち、少なくとも１つのファイバレーザを残して、他のファイバレーザを光終端器等に置き換えてもよい。さらに、ファイバレーザ２〜４のいずれか１つを単体で製造し、ファイバレーザシステム１に組み込むことも可能である。つまり、レーザ光測定部２８およびストークス光測定部２９を備えた１つのファイバレーザについても、本発明の範疇に含まれる。この場合、当該１つのファイバレーザは、演算部９１を備えていてもよい。
本発明の一態様に係るファイバレーザシステムは、複数のファイバレーザを備えており、上記複数のファイバレーザのそれぞれは、当該ファイバレーザの低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定部と、当該ファイバレーザの高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定部と、を有している。
上記の構成によれば、複数のファイバレーザのそれぞれについて、レーザ光測定部の測定結果とストークス光測定部の測定結果との関係に基づいて、複数のファイバレーザのそれぞれにおける耐反射性を評価することが可能となる。これにより、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を評価することが可能となる。
また、本発明の別の態様に係るファイバレーザシステムは、上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、上記レーザ光測定部は、当該ファイバレーザの発振波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを有しており、上記ストークス光測定部は、当該ファイバレーザの発振波長にラマンシフトに相当する波長を加算した波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを有している。
上記の構成によれば、レーザ光測定部およびストークス光測定部が、それぞれ、レーザ光およびストークス光を精度よく測定することができる。
また、本発明の別の態様に係るファイバレーザシステムは、上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーに対する上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーの比率を、上記レーザ光測定部の測定結果と上記ストークス光測定部の測定結果とに基づいて算出する演算部を備えている。
複数のファイバレーザのそれぞれについては、上記比率が大きいほど、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振が生じ易いと言える。上記の構成によれば、演算部が上記比率を求めることによって、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を定量的に評価することができる。
また、本発明の別の態様に係るファイバレーザシステムは、上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択すると共に、選択されたファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる、制御部を備えている。
レーザ光のパワーが小さいほど、上記比率は小さくなる傾向にある。なぜなら、ＳＲＳによって生じるストークス光のパワーは、レーザ光のパワーに対して指数関数的に増大するためである。上記の構成によれば、制御部が、当該傾向に基づいて、上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げ、これにより、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる。これにより、ファイバレーザシステム全体として、耐反射性を上げることが可能となる。
また、本発明の別の態様に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、（１）上記パワーダウン制御を実行することによって、又は、（２）上記パワーダウン制御と、選択されなかったファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを上げるパワーアップ制御とを実行することによって、選択されたファイバレーザと選択されなかったファイバレーザとについての上記比率の差を小さくする。
上記の構成によれば、各ファイバレーザの耐反射性を均一化することができる。また、パワーアップ制御を実行する場合には、ファイバレーザシステム全体としてのパワーの低下を抑えながら、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を上げることが可能になる。
また、本発明の別の態様に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、レーザ光のパワーを低下させる対象として、上記比率が予め定められた値を超えるファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択してもよい。
上記の構成によれば、ファイバレーザシステム全体として、予め定められた程度を超える耐反射性を得ることができる。
また、本発明の一態様に係るファイバレーザシステムの耐反射性評価方法は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいて、各ファイバレーザの耐反射性を評価する耐反射性評価方法であって、上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、当該ファイバレーザの低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定工程と、当該ファイバレーザの高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定工程と、上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーに対する上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーの比率を、上記レーザ光測定工程の測定結果と上記ストークス光測定工程の測定結果とに基づいて算出する評価工程とを含んでいる。
上記の構成によれば、評価工程にて上記比率を求めることによって、ファイバレーザシステム全体を動作させた状態における、各ファイバレーザの耐反射性を定量的に評価することができる。
また、本発明の一態様に係るファイバレーザシステムの耐反射性向上方法は、複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいて、当該ファイバレーザシステムの耐反射性を向上させる耐反射性向上方法であって、上記の耐反射性評価方法を用いて、上記複数のファイバレーザの各々について上記比率を求める評価工程と、上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択すると共に、選択されたファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる、パワー調節工程とを含んでいる。
上述したとおり、レーザ光のパワーが小さいほど、上記比率は小さくなる傾向にある。上記の構成によれば、パワー調節工程にて、当該傾向に基づいて、上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げ、これにより、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる。これにより、ファイバレーザシステム全体として、耐反射性を上げることが可能となる。
また、本発明の一態様に係るファイバレーザは、増幅用光ファイバと、上記増幅用光ファイバの一端に設けられた低反射ミラーと、上記増幅用光ファイバの他端に設けられた高反射ミラーとを備えたファイバレーザであって、上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定部と、上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定部と、を有している。
上記の構成によれば、上記ファイバレーザシステムにおいて使用可能なファイバレーザを実現することができる。上記ファイバレーザシステムにおける少なくとも１つのファイバレーザが光終端器等に置き換えられた場合においても同様である。
また、本発明の別の態様に係るファイバレーザは、上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーに対する上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーの比率を、上記レーザ光測定部の測定結果と上記ストークス光測定部の測定結果とに基づいて算出する演算部を備えている。
ファイバレーザについては、上記比率が大きいほど、ＳＲＳによるストークス光の波長での発振が生じ易いと言える。上記の構成によれば、演算部が上記比率を求めることによって、ファイバレーザを動作させた状態における、ファイバレーザの耐反射性を定量的に評価することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１ ファイバレーザシステム
２ ファイバレーザ
３ ファイバレーザ
４ ファイバレーザ
５ 出力コンバイナ
６ マルチモードファイバ
７ 出力部
８ 加工対象物体
９ 演算処理部
１０ 光ファイバ
２１ 励起光源（発光素子）
２３ ポンプコンバイナ
２４ 高反射ＦＢＧ（高反射ミラー）
２５ 増幅用光ファイバ
２６ 低反射ＦＢＧ（低反射ミラー）
２８ レーザ光測定部
２９ ストークス光測定部
９１ 演算部
９２ 制御部
２ ファイバレーザ
３ ファイバレーザ
４ ファイバレーザ
５ 出力コンバイナ
６ マルチモードファイバ
７ 出力部
８ 加工対象物体
９ 演算処理部
１０ 光ファイバ
２１ 励起光源（発光素子）
２３ ポンプコンバイナ
２４ 高反射ＦＢＧ（高反射ミラー）
２５ 増幅用光ファイバ
２６ 低反射ＦＢＧ（低反射ミラー）
２８ レーザ光測定部
２９ ストークス光測定部
９１ 演算部
９２ 制御部
Claims (7)
- 複数のファイバレーザを備えており、
上記複数のファイバレーザのそれぞれは、
当該ファイバレーザの低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定部と、
当該ファイバレーザの高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定部と、を有しており、
上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、
上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーに対する上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーの比率であって、耐反射性を評価するために用いる比率を、上記レーザ光測定部の測定結果と上記ストークス光測定部の測定結果とに基づいて算出する演算部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。 - 上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、
上記レーザ光測定部は、当該ファイバレーザの発振波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを有しており、
上記ストークス光測定部は、当該ファイバレーザの発振波長にラマンシフトに相当する波長を加算した波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを有していることを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。 - 上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択すると共に、選択されたファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる、制御部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。
- 上記制御部は、（１）上記パワーダウン制御を実行することによって、又は、（２）上記パワーダウン制御と、選択されなかったファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを上げるパワーアップ制御とを実行することによって、選択されたファイバレーザと選択されなかったファイバレーザとについての上記比率の差を小さくする、
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザシステム。 - 上記制御部は、レーザ光のパワーを低下させる対象として、上記比率が予め定められた値を超えるファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択する、
ことを特徴とする請求項３または４に記載のファイバレーザシステム。 - 複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいて、各ファイバレーザの耐反射性を評価する耐反射性評価方法であって、
上記複数のファイバレーザのそれぞれについて、
当該ファイバレーザの低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーを測定するレーザ光測定工程と、
当該ファイバレーザの高反射ミラーを透過したストークス光のパワーを測定するストークス光測定工程と、
上記低反射ミラーを透過したレーザ光のパワーに対する上記高反射ミラーを透過したストークス光のパワーの比率を、上記レーザ光測定工程の測定結果と上記ストークス光測定工程の測定結果とに基づいて算出する評価工程とを含んでいることを特徴とする耐反射性評価方法。 - 複数のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムにおいて、当該ファイバレーザシステムの耐反射性を向上させる耐反射性向上方法であって、
請求項６に記載の耐反射性評価方法を用いて、上記複数のファイバレーザの各々について上記比率を求める評価工程と、
上記比率が最も大きいファイバレーザを含む少なくとも１つのファイバレーザを上記複数のファイバレーザから選択すると共に、選択されたファイバレーザから出射されるレーザ光のパワーを下げるパワーダウン制御を実行することによって、各ファイバレーザについての上記比率の最大値を低下させる、パワー調節工程とを含んでいることを特徴とする耐反射性向上方法。
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