WO2003084013A1 - Appareil laser solide - Google Patents

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WO2003084013A1
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solid
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excitation current
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French (fr)
Inventor
Nobuaki Iehisa
Original Assignee
Kataoka Corporation
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode

Definitions

  • the present invention mainly includes a solid-state laser unit that is excited by a laser diode (hereinafter, referred to as “LD”), and greatly improves the stability of the solid-state laser output immediately after startup. And a solid-state laser device.
  • LD laser diode
  • the laser active medium that is most widely spread in the market is a rod-type Nd: YAG crystal, and an LD-pumped Nd: YAG laser with an average output of 300 W class.
  • Figure 2 shows the configuration of the unit.
  • the Nd: YAG crystal 1 serving as the nucleus of the solid-state laser is excited by the LD light 3 emitted from the LD 2 serving as the excitation source, and the total reflection forming the laser resonator 4 is performed.
  • the 1.06 m light emitted from the Nd: YAG crystal 1 is selectively amplified between the mirror 5 and the output coupling mirror 6, and emitted as Nd: YAG laser light 7 from the output coupling mirror 6.
  • Control of the Nd: YAG laser output according to the application is performed by a DC stabilized power supply 16 electrically coupled to the LD 2, and a constant LD excitation current corresponding to the desired solid-state laser output is applied to the LD. It is configured to be supplied to Also, in order to maintain a constant Nd: YAG laser output continuously, the Nd: YAG crystal 1 and the LD 2 are supplied with a cooling medium supply device so that the temperature of the Nd: YAG crystal 1 or the periphery thereof becomes constant. The temperature is controlled via the cooling medium supplied from 8.
  • the Nd: YAG laser beam 7 is focused by the incident focusing optical system 13 so as to satisfy the transmission conditions of the transmission optical fiber 14 having a core diameter of 0.3 mm.
  • the laser beam emitted from the optical fin I 4 is focused on the workpiece 18 placed on the CNC table 17 so as to have a beam shape suitable for machining by the emission focusing optical system 19 9
  • the laser is shaped or condensed, and the desired laser processing is performed.
  • reference numeral 9 denotes a beam splitter
  • reference numeral 10 denotes a monitor light extracted by being reflected by the beam splitter
  • reference numeral 11 denotes a monitor.
  • I a thermoelectric conversion type monitor light output measuring instrument for output measurement.
  • the one indicated by reference numeral 12 is activated when processing is not necessary.
  • the one indicated by reference numeral 15 is a beam damper to be irradiated at that time.
  • the output of the Nd: YAG laser light 7 mainly has two output fluctuation factors. Even if a constant excitation current flows as in (a), there are unstable output periods that are not seen in the steady state, as shown in Figs. (b) and (c).
  • the first factor of output fluctuation is that when the excitation current starts to flow to LD 2, LD 2 itself raises the active layer temperature by self-heating, and the wavelength shift of about +0.3 nm /: That is what happens. Also, since the absorptance of the Nd: YAG crystal 1 with respect to the LD pumping light 3 has a strong wavelength dependence, the output of the Nd: YAG laser beam 7 is changed by the wavelength shift of the LD pumping light 3. Will fluctuate.
  • the LD 2 when the LD 2 is forcibly cooled at 20, the LD active layer temperature before energization is 20, but in the energized state, it becomes 1 to 35 at 25, and The excitation light 3 increases by 1.5 to 4.5 nm. Since the LD 2 is designed to emit light at a wavelength of 808 nm at which the absorption rate into the Nd: YAG crystal 1 becomes maximum in the steady state of current supply, the wavelength immediately after the excitation current supply to LD 2 starts. At 803-806 nm, the absorptivity is about 30% lower than 808 nm, so the output of Nd: YAG laser beam 7 immediately after the start of energizing LD 2 is about 30% lower than the steady state value. Nd: YAG laser light output as LD 2 temperature rises Tend to increase in order.
  • the second output variation factor is due to the absorption of LD pump light 3.
  • Nd Generation of thermal lens due to a rise in the internal temperature of YAG crystal 1 and cooling of the outer periphery of crystal 1 to a constant temperature, causing a temperature gradient in the radial direction of the crystal. It is.
  • the thermal lens is generated inside the crystal as a convex lens, the stability of laser oscillation increases in a steady state.
  • the laser oscillator is configured taking into account the thermal lens inside the crystal that occurs in this steady state.Therefore, immediately after the start of the Nd: YAG laser beam output, the stability of the steady state can be compared. This results in an unstable laser oscillator configuration. Therefore, the output of the Nd: YAG laser light is low immediately after the LD is energized, and the output of the Nd: YAG laser light tends to increase in a disintegration manner as the internal temperature of the crystal increases.
  • the Nd: YAG laser light output which is the control target amount
  • the control command system There is a feedback control method that controls the increase or decrease of the LD excitation current so that the deviation of the output from the target set value is minimized.
  • Machine This is an inapplicable method.
  • the present invention solves the problem of instability immediately after the start of solid-state laser light output, which is a problem in the above-described LD-pumped solid-state laser device, by the following method.
  • a laser processing device capable of always obtaining a stable processing quality is provided.
  • the present invention corrects a deviation from a steady laser output value that occurs immediately after the start of laser light output, and energizes in a steady state during a period in which the deviation is equal to or more than a specified value.
  • the present invention provides a technique for stably obtaining a desired laser output value immediately after the output of solid-state laser light is started by applying a current that is increased or decreased from the LD excitation current.
  • such correction is not based on sequential feedback control, but is based on open control based on a correction function set in advance based on characteristics of the solid-state laser or a correction means such as a table. It is. Therefore, there is no need to measure the solid-state laser output at high speed, and there is no need for warm-up operation.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser output characteristic with respect to an LD excitation current in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional laser processing apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a laser output characteristic with respect to an LD excitation current in the configuration of the conventional example.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the mechanical configuration is the same as that of the conventional example described with reference to FIG. Only the control of the LD excitation current will be described.
  • the time-dependent behavior of the pulse output type Nd: YAG laser device reaching the steady state immediately after the start of laser output injection can be linearly approximated by a substantially linear function. Therefore, during the same period, the laser output becomes steady immediately after the start of emission by energizing while changing the relationship between the LD excitation current value and the elapsed time as an approximate linear function.
  • the LD excitation current value is represented by ⁇ Is, which is ⁇ times the steady LD excitation current value Is
  • the LD excitation current when performing continuous laser output operation in the correction period 0 ⁇ t ⁇ is a linear function approximation.
  • the correction control magnification is ⁇
  • the correction control time is set.
  • the LD excitation power supply controller has a program area for storing a program for executing the operation of equation (1) and a data area for storing the values of the parameters a, Is, and ⁇ . And an arithmetic unit for retrieving programs and data from the storage unit and performing necessary operations sequentially, and a control signal for generating the LD excitation current I (t) obtained as a result of the operation.
  • Energization control comprising an output section for outputting Section is provided.
  • These storage unit, calculation unit and output unit can be configured using a general-purpose computer having a CPU, a memory, an interface, and the like, or constructed as a dedicated machine. You can also do it. For t, for example, a clock oscillated from a computer unit may be picked up and used.
  • the pulse oscillation operation is performed at the repetition frequency f, it is necessary to perform the correction according to the formula (1) for each pulse.
  • the LD excitation current obtained by correcting each pulse according to equation (1) is sequentially calculated by the arithmetic unit in the LD excitation power supply control device, and each pulse LD excitation current is supplied.
  • the energizing time of each pulse is 1 msec at the maximum, and it is not necessary to correct the fluctuation of the laser output. Therefore, no correction is made within the energizing time.
  • the storage unit also stores a program necessary for executing the equation (2).
  • the laser output can be arbitrarily switched between continuous operation and pulse operation. It is.
  • the pulse peak current is 70 A
  • the pulse width is 500 sec
  • the output value immediately after the start of the laser output was 15% lower than the steady-state value, and it took 0.8 sec to reach the steady-state output value.
  • FIGS. 1 (a) and 1 (b) show the relationship between the LD excitation current corrected by the present embodiment and the laser output characteristics improved by this.
  • the correction function for the elapsed time of the LD excitation current is linearly approximated by a linear function.
  • a linear function or an exponential function of the second or higher order is required.
  • the correction function may be created by using.
  • the laser active medium forming the nucleus of the solid state laser unit is an Nd: YAG crystal Nd: YAG laser
  • the laser active medium is Yb: YAG Nd: YV04 or the like.
  • the same effect as in the present embodiment can be expected even with a single solid crystal, a solid crystal composed of a combination thereof, or a ceramic crystal.
  • the present invention has the above-described configuration, not only can the accuracy and high speed of laser processing be significantly improved, but also warm-up operation is not required, thereby saving resources. It is possible to provide a laser device that can contribute to the above.

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Description

明細書 固体 レーザ装置 技術分野
本発明は、 レーザダイ オー ド （以下、 「 LD」 と表記する ) によ り 励起される固体 レーザユニッ ト を主体と して構 成され、 その固体レーザ出力の起動直後の安定性を大幅 に向上させた固体レーザ装置に関する ものである。 背景技術
近年、 固体レーザユニ ッ ト の高出力化、 高輝度化技術 が進展 し、 両性能を同時に満足する固体レーザ装置が実 現した こ と によ り 、 従来の加工装置では成し得なかっ た 精密溶接や微細除去加工が高速かつ高精度で得られるよ う になつ てきた。 こ のために、 高出力 · 高輝度固体 レ一 ザュニッ ト は電気 · 電子部品のスポ ッ ト溶接やシーム溶 接加工に使用 された り 、 金属、 半導体、 セ ラ ミ ッ ク等の ス ク ライ ビングや切断加工に活発に適用されるよ う にな つ た。
従来の固体レーザ装置の代表例と して、 最も市場に普 及 している レーザ活性媒体がロ ッ ド型の Nd： YAG結晶で、 平均出力が 300Wク ラスの LD励起パルス型 Nd： YAG レーザ ユニッ ト による構成を第 2 図に示す。 こ こ で、固体レ一ザュニ ッ 卜 の核となる Nd:YAG 結晶 1 は、 励起源である LD 2 か ら射出 した LD 光 3 によ り 励起 さ れ、 レーザ共振器 4 を構成する全反射鏡 5 と出力結合 鏡 6 と の間で Nd： YAG結晶 1 か ら放射した 1.06 mの光が 選択的に増幅され、出力結合鏡 6 か ら Nd :YAG レーザ光 7 とな り 射出する。 また、 用途に応 じた Nd： YAG レーザ出力 の制御は、 LD 2 と電気的に結合された直流安定化電源 1 6 によ り 行われ、 所望固体 レーザ出力に対応する一定 LD 励起電流が LD に供給されるよ う に構成されている。また 、 連続的に一定の Nd： YAG レーザ出力を維持するために N d： YAG 結晶 1 および LD 2 は、 直接も し く はそれら の周辺 部が一定の温度になる よ う に冷却媒体供給装置 8 か ら供 給された冷却媒体を介 して温度管理されている。
Nd： YAG レーザ光 7 は入射集光光学系 1 3 によ り コ ア 径 0.3mm の伝送用光フ ァイバ 1 4 の伝送条件を満足する よ う に集光されている。 また、 光フ ァイ ノ I 4 か ら射出 した レーザ光は、 CNC テーブル 1 7 に置かれた被加工物 1 8 上で加工に適 した ビーム形状になるよ う に射出集光 光学系 1 9 によ り 整形あ るいは集光され、 所望の レーザ 加工が行われる。
図中、 符号 9 で示すものはビームスプリ ツ ター、 符号 1 0 で示すものはその ビームス プリ ッ ターで反射される こ と によ り 取 り 出されたモニタ一光、 符号 1 1 で示すも のは出力測定用の熱電変換型のモニター光出力測定器、 符号 1 2 で示すものは加工の必要でない ときに作動させ る安全シャ ツ 夕一、 符号 1 5 で示すものはその際の照射 を受ける ビームダンパーであ る。
しか しながら従来の構成においては、 Nd： YAG レーザ光 7 の出力は主と して二つの出力変動要因があるために Nd： YAG レーザ光射出直後か ら数秒か ら数分間は、 第 3 図 ( a ) のよ う に一定の励起電流を流 して も同図 （ b )、 ( c ) に示したよ う に定常状態には見 られない不安定出力 期間 て がある。
第一の出力変動要因は、 LD 2 に励起電流の通電を開始 する こ とによ り LD 2 自体が自己発熱によ り 活性層温度 が上昇 し、 約 + 0.3 nm/ :の波長シフ 卜が発生する こ とで ある。 また、 Nd :YAG結晶 1 の LD励起光 3 に対する吸収 率は強い波長依存性を有してい る ので、 こ の LD励起光 3 の波長シフ ト によ り 、 Nd： YAG レーザ光 7 の出力が変動す る こ と になる。
よ り 具体的には、 LD 2 を 20でで強制冷却を している場 合、 通電前の LD活性層温度は 20 となっていても、 通 電状態では 25で 一 35 にな り 、 LD励起光 3 は 1.5〜 4.5nm 増大する。この通電の定常状態で Nd :YAG 結晶 1 への吸収 率が最大となる波長 808 nmが発光するよ う に LD 2 を設計 してい るので、 LD 2 へ励起電流の通電を開始した直後の 波長 803— 806nmでは、 その吸収率が 808nm に対して約 30%程度低く なつ ているので、 LD 2 の通電開始直後の Nd： YAG レーザ光 7 の出力は定常値に比較して約 30 %低 く 出力 され、 LD 2 の温度上昇に伴い Nd :YAG レーザ光出力 が除序に増加する傾向となる。
第二の出力変動要因は、 LD励起光 3 の吸収によ り
Nd： YAG結晶 1 の内部温度が上昇 し、 同結晶 1 の外周部が 一定温度に冷却されている こ とか ら結晶の径方向への温 度勾配が発生する こ と によ る熱 レンズの発生であ る。 こ の場合の熱 レ ンズは凸レ ンズと して同結晶内部で発生す る ので、 定常状態ほど レーザ発振の安定性が増加する こ と になる。 一般的に、 こ の定常状態で発生する結晶内部 の熱 レンズを考慮に入れて レーザ発振器を構成するので Nd :YAG レーザ光出力の射出開始直後においては、 定常状 態の安定性に比較する と不安定な レーザ発振器の構成と なる。 したがって、 LD通電直後 Nd： YAG レーザ光出力は 低く 出力 され、 結晶の内部温度上昇に伴い除序に Nd :YAG レーザ光出力が増大する傾向 となる。
こ のよ う に、 Nd： YAG レーザ光射出直後か ら数秒か ら数 分間は、 定常状態には見 られない不安定出力期間があ る ために、 例えば同 レーザ光を適用 した レーザ接合加工で は、 加工開始直後においては接合強度不足とな り 加工不 良が発生 して しま う とい う 問題があっ た。
また、 上記 した問題を解決するために、 一般的に知 ら れているよ う に制御対象量となる Nd： YAG レーザ光出力 を測定 し、 その結果を制御指令系に フィ ー ドバッ ク して 同出力の 目標設定値か ら の偏差が最小になる よ う に LD 励起電流を増減制御する フ ィ ー ドバ ッ ク 制御手法がある が、 現実的なコス ト では実現不可能であるため、 商品機 では適用不可能な手法であ る。
こ の理由は、制御対象量である N d : Y A G レーザ光出力 を 高速、 高精度に測定可能な出力セ ンサーが安価に入手で きないか らである。
また、 レーザ加工を行な う 前に実加工で使用する条件 で暖気運転を常時実施する こ と によ り 、 L D および レーザ 結晶を安定な定常状態に保ち、 実加工に移行する技術も ある。 しか し これでは、 加工も行なわないのに不要なェ ネルギーを消費して し ま い、 エネルギーの浪費と不要に 周囲環境を温暖化 して し ま う と い う 欠点があった。 発明の開示
本発明は、前記 した L D励起固体 レーザ装置において問 題となる固体レーザ光出力の射出開始直後の不安定性問 題を以下に示す手法で解決する こ と によ り 、 レーザ光射 出開始直後か ら安定した出力が得 られる レーザ装置を実 現する こ と によ り 、 常に安定した加工品質が得られる レ —ザ加工装置を提供する も のである。
本発明は上記課題を解決するために、 レーザ光出力開 始直後に発生する定常 レーザ出力値か ら の偏差量を補正 するため に、 偏差量が規定値以上の期間においては定常 状態において通電される L D励起電流よ り 増加減した電 流を通電させる こ と によ り 、 固体レーザ光に出力開始直 後か ら安定に所望の レーザ出力値が得 られる技術を提供 する ものである。 こ こ において、 かかる補正は逐時的なフ ィ ー ドバッ ク 制御による ものではな く 、 予め固体 レーザの特性に基づ き設定 した補正関数やテーブル等の補正手段に基づく ォ — プン制御による ものである。 このため、 高速で固体 レ —ザ出力 を測定する必要もなければ、 暖気運転の必要も ない。
本発明に係る レーザ出力の安定化技術を適用する こ と によ り 、 加工の高精度化や高速化を同時に達成する こ と ができ、 レーザ加工効率を大幅に向上させる こ とができ る。 その結果、 加工時間 と レーザ加工装置の運転コ ス ト を大幅に低減する こ とができ、 温暖化の問題も解消する こ とができ る。 図面の簡単な説明
第 1 図は、本発明の一実施形態における L D励起電流に対 する レーザ出力特性を示す模式図である。
第 2 図は、従来例による レーザ加工装置の構成図である。 第 3 図は、従来例の構成における L D 励起電流に対する レ 一ザ出力特性を示す模式図であ る。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施形態を第 1 図を参照 して説明す る。 なお、 機構的な構成は第 2 図に基づいて説明 した従 来例と 同一であるので省略 し、 従来例と異なる構成を採 つ た LD 励起電流の制御部分についてのみ主と して説明 する。
本実施形態では、パルス出力型 Nd： YAG レーザ装置にお ける レーザ出力の射出開始直後か ら定常状態に達する 時 間的な挙動が、 ほぼ 1 次関数で線形近似でき る。 したが つ て、同期間においては LD 励起電流値と経過時間 との関 係を 1 次関数と して近似して変化させながら通電する こ と によ り 、 レーザ出力が射出開始直後か ら定常状態と一 致する安定な レーザ出力が得 られるよ う に した適用例に ついて説明する。
補正のた め に通電する レーザ光の射出開始時の初期
LD励起電流値を定常 LD励起電流値 I s の α 倍となる α I s で表すと、 補正期間 0≤ t < て において連続レーザ出 力動作を させる ときの LD励起電流は 1 次関数近似で
I (t) = ( ( l — o; ) * Is) « ( t /て ） + ひ * Is … 式①
とな り 、 本式によ り 補正動作を行な う 必要がある。 こ こ で、 補正制御倍率を α 、 補正制御時間を て と した。
このために、 L D励起電源制御装置内部には、 式①の 演算を実行するためのプロ グラム を格納する プロ グラ ム 領域及びパラ メータ a、 Is 、 て の値を格納するデータ 領域を提供する記憶部と、 こ の記憶部か ら プロ グラム及 びデータ を呼び出 して逐次必要な演算を実行する演算部 と、 演算の結果得 られる L D励起電流 I (t) となるよ う に制御信号を出力する出力部と を具備 してなる通電制御 部が設け られている。 これら記憶部、 演算部及び出力部 は、 C P U 、 メ モ リ 及びイ ンタ一フ ェース等を備えた汎 用 のコ ンピュータュニッ ト を用 いて構成する こ と もでき る し、 専用機と して構築する こ と もでき る。 t は例えば コ ン ピュータユニッ トよ り 発振される ク ロ ッ ク を拾っ て 利用する等すればよ い。
ただし、 本実施例では、 繰 り 返 し周波数 f でパルス発 振動作を行なう ので、 1 パルス毎に式①に従い補正する 必要がある。 こ の場合、 n個目 のパルスでの補正式は I ( n ) = ((( 1 — ひ ） · Is) - ( n - 1 ) ) / ( f · て ） + α · Is …式②
とな り 、 各パルス を式②に従い補正 した LD 励起電流を LD 励起電源制御装置内部の演算部で逐次計算して、 各パ ルス LD励起電流を通電する こ と に した。 こ こで、 各パル ス の通電時間は最大でも 1msec であ り レーザ出力の変動 を補正する必要はないので、 その通電時間内での補正は 行っ ていない。 そして、 このために前記記憶部には、 式 ②を実行するために必要なプロ グラム も格納されている レーザ出力 を連続動作とするかパルス動作とするかは、 任意に切 り 換え可能なも のであ る。
そ して、 上記何れのプロ グラム も、 て ≤ t の時間領域 においては、 励起電流 I ( t )を I ( t ) = I s なる一定値に切 り 換える ものである。
こ こで、従来のパルス出力型 Nd： YAG レーザ装置におい ては、 パルス ピーク電流 7 0 A、 パルス幅 500 s e c、 繰 返 し周波数 f = 200Hz の運転状態において、 レーザ出力 の射出開始直後の出力値が定常値よ り 15 %低く 、 定常出 力値に達する までの時間は 0. 8 s e c かかっ ていたが、本機 能を活用 し、 ひ = 1. 1、 て =0. 5sec に設定する こ とによ り 、 レーザ出力の射出開始直後の第一パルスか ら所望の安定 度 （ ± 2 %以内） で レーザ出力が得 られる よ う になっ た。 第 1 図 （ a )、 ( b ) に、 本実施形態によっ て補正された L D励起電流と、 これによつ て改善された レーザ出力特 定との関係を示す。
また、 こ の動作条件以外で も α および て を調整する こ と によ り 、 レーザ出力の初期立ち上が り特性を大幅に 改善する こ とができた。
尚、本実施例では LD励起電流の経過時間に対する補正 関数を 1 次関数で線形近似したが、 よ り 立ち上が り 特性 を改善するためには、 2 次以上の線形関数あ るいは指数 関数を利用 して補正関数を作製すれば良い。
さ ら に、 上記実施形態では、 固体 レーサュニッ ト の核 をなす レーザ活性媒体が Nd： YAG 結晶の Nd： YAG レーザの 場合について説明を行っ たが、 レーザ活性媒体が Yb： YAG Nd： YV04 等の単一固体結晶あ る いはそれらの組合せで構 成される固体結晶、 ある いはセ ラ ミ ッ ク結晶であっ て も 本実施例と同様の効果が期待でき る。
その他の構成 も 、 本発明 の趣旨 を逸脱 し ない範囲で 種々 変形が可能である。 産業上の利用可能性
本発明は、 以上説明 し た構成であ るか ら 、 レーザ加工 の精度や高速性を大幅に改善する こ とができ るだけでな く 、 暖気運転も不要 とな り 、 よ り 省資源化に寄与でき る レーザ装置 を提供する こ と ができ る 。

Claims

請求の範囲
1 . レーザダイ オー ド （ L D ) による励起によっ て固体 レーザユニ ッ ト か ら 固体 レーザ光を出力する 固体 レーザ 装置において、 固体 レーザ光出力の時間的な増減変化を 相殺する励起電流を前記 レーザダイ ォー ド に通電する通 電制御部を設け、 こ の通電制御部によ り 、 固体レーザ光 の出力開始直後か ら 固体 レーザ光出力に所望の レーザ出 力値が得られる よ う に した こ と を特徴とする固体レーザ 装置。
2 . 前記レーザ装置に通電される LD 励起電流 I (t)が、 以下の 1 次関数を利用 した式①で近似、 補正された こ と を特徴と した請求の範囲第 1 項記載の レ一ザ装置。
0≤ t < て の時間 ： I (t) = ( ( 1 - α ) · Is) · ( t / τ ) + α · I s …式①
て ≤ t の時間 ： I ( t ) = I s
( こ こ で、 Is は所望固体 レーザ光出力が定常状態で得 られる LD励起電流値、 ひ は Is に対する レーザ光射出開 始時に通電する LD励起電流値の比、 て は LD励起電流が 一定の場合の固体レーザ光出力開始か ら所望レーザ出力 値が得 られる までの時間である。 α < 1 の場合、 式①は 時間の経過 と と も に減少する補正直線とな り 、 また α > 1 の場合、 式①は時間の経過と と も に増加する補正直線 となる。 ）
3 . 前記 レーザ装置の 0≤ t < て の時間において、 通電 さ れる LD 励起電流 I (t)が 2 次以上の高次関数ある いは 指数関数を用 いて近似、 補正され所望の固体 レーザ光出 力が得 られる こ と を特徴 と した請求の範囲第 1 項記載の レーザ装置。
4 . 前記 レーザ装置がパルス レーザ出力動作時において は、 各パルス毎に以下の式②に基づいて電流値を変化さ せる こ と を特徴と した請求の範囲第 1 項記載の レーザ装 置。
I (n ) = ( ( ( 1 - α ) · Is) · ( η- 1)) / ( f · て ） + α · Is …式②
( こ こで、 f はパルスの繰返 し周波数であ り 、 n は n 個 目 のパルス を表している。）
5 . 前記 レーザ装置が連続レーザ出力動作時においては 、規定時間毎に式①に従い LD励起電流の補正制御が可能 である こ と を特徴とする請求の範囲第 2 項記載の レーザ 装置。
6 . 該固体 レーザュニ ッ 卜 の レーザ活性媒体が Nd :YAG、 Yb:YAG、 Nd： YV0 等の単一固体結晶ある いはそれ ら の組 合せで構成される固体結晶、 ある いはセ ラ ミ ッ ク結晶で ある こ と を特徴とする請求の範囲第 1 、 第 2 、 第 3 、 第 4 又は第 5 項に記載の レーザ装置。
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