WO2024024388A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2024024388A1
WO2024024388A1 PCT/JP2023/024339 JP2023024339W WO2024024388A1 WO 2024024388 A1 WO2024024388 A1 WO 2024024388A1 JP 2023024339 W JP2023024339 W JP 2023024339W WO 2024024388 A1 WO2024024388 A1 WO 2024024388A1
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light
pulse
seed
light source
pulses
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PCT/JP2023/024339
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直毅 吉武
忠正 横井
豊 加藤
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オムロン株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • 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
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing device, a method of controlling the laser processing device, and a program.
  • a laser processing device 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.
  • MOPA Master Oscillator and Power Amplifier
  • LD semiconductor laser
  • 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.
  • 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 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.
  • One way to increase the pulse energy in a MOPA type fiber laser is to lower 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.
  • the increased instantaneous peak power may cause stimulated Raman scattering (SRS), which is a type of nonlinear effect.
  • SRS stimulated Raman scattering
  • the instantaneous peak power of the light output from the fiber laser is controlled to a level that does not cause SRS.
  • the average laser output also decreases.
  • 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.
  • a laser processing device 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • control unit controls the seed light source according to a table that defines the relationship between parameters related to 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • a method for controlling a laser processing apparatus 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.
  • 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.
  • a program 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 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.
  • 2 is a diagram showing an example of the structure of the amplification fiber shown in FIG. 1.
  • FIG. It is a figure explaining control of seed light and excitation light in an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an energy level diagram of an amplification fiber and optical amplification by the amplification fiber.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between residual population inversion, input optical energy, and output optical energy.
  • 2 is a diagram showing an example of functional blocks of the control device shown in FIG. 1.
  • FIG. It is a figure showing an example of composition of a table stored in a storage part of a control device.
  • FIG. 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. 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. 7 is a diagram showing another example of controlling the waveform of a seed light pulse.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method of controlling the laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a configuration for feedback control of laser light output.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a control device for feedback control.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of feedback control according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a correction amount of input light control used for feedback control.
  • 7 is a flowchart showing a flow when a seed LD current value is corrected by feedback control according to the present embodiment.
  • 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.
  • pulse train and “multipulse” refer to a group consisting of a plurality of optical pulses arranged on the time axis at certain time intervals.
  • frequency of repetition of multi-pulses is referred to as "repetition frequency”.
  • LD laser diode
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the laser amplification section is composed of 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.
  • the optical fibers 1 and 8 are amplification fibers and have a core doped with a rare earth element, which is 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).
  • the optical fibers 1 and 8 are amplification fibers in which Yb is added to the core.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIGS. 2(C) and 2(D) are cross-sectional views of an example of a double-clad fiber, showing cross sections in a direction perpendicular to and parallel to the extending direction of the fiber, respectively.
  • 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.
  • the material of the first cladding 36 is glass
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the wavelength of the excitation light is, for example, 940 ⁇ 10 nm.
  • the driver 22 drives the excitation LD3.
  • 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.
  • the excitation light incident on the optical fiber 1 is absorbed by the rare earth elements contained in the core, and the rare earth elements are excited.
  • the excited rare earth element causes stimulated emission by the seed light, so that the seed light is amplified.
  • the optical fiber 1 is a single-clad fiber
  • both the seed light and the excitation light enter the core.
  • 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.
  • the rare earth element in the core is excited by the mode passing through the core.
  • 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 .
  • the bandpass filter 7 passes light in a wavelength band that includes 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.
  • the excitation LDs 9A and 9B emit second excitation light to excite 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.
  • the number of pump LDs in the amplification section 102 is two, but the number of pump LDs is not limited to this.
  • 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 pulse 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.
  • the isolator 11 blocks light returning to the 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.
  • the laser beam scanning mechanism 14 is a scanning mechanism for scanning the laser beam output from the laser amplification section.
  • 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 f ⁇ 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating control of seed light and excitation light 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.
  • FIG. 3 a portion of a plurality of pulses included in a multi-pulse is shown enlarged in time.
  • 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.
  • the “peak power” of a pulse is defined as the maximum light 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.
  • excitation light is input into the amplification fiber in order to excite the rare earth element, which is the optical amplification material, 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the peak power of the k-th pulse in the multipulse be p k (k is an integer greater than or equal to 1).
  • k is an integer greater than or equal to 1.
  • one example included in “curvilinearly increasing” is the relationship (p k+1 - p k ) ⁇ (p k+2 - p k+1 ).
  • incrementing 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.
  • 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.
  • the first pulse has the smallest amount of light among the multiple pulses.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an energy level diagram of an amplifying fiber and optical amplification by the amplifying fiber.
  • open circles represent Yb ions transitioning to the ground state.
  • the hatched circles in FIG. 4 represent stimulated released Yb ions.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 4(A) shows a state in which Yb ions are excited by excitation light.
  • 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.
  • a signal light of, for example, 1062 nm is incident
  • stimulated emission occurs as shown in FIGS. 4(B) and 4(C).
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • the light intensity of the first pulse of the multi-pulse 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.
  • the energy of the pulse output from the amplification fiber can be controlled mainly by the amount of pumping light and the amount of signal light.
  • 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.
  • 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.).
  • 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.
  • A is the population inversion density immediately before the n1 pulse enters
  • B(t) is the population inversion density that increases due to the excitation light from the n1 pulse until the n2 pulse enters.
  • C1 is the population inversion density remaining immediately after the incidence of the n1 pulse
  • ⁇ 21 is the emission cross section of the amplification fiber. Note that B(t) depends on time and the amount of excitation light.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • the residual inverted population C(t) expressed by equation (3) is a linear monotonically decreasing function with respect to time.
  • 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.
  • the input optical energy I(t) is a function based on time t to the -1 power.
  • ⁇ / ⁇ which is the coefficient of t
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of functional blocks of the control device shown in FIG. 1.
  • 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.
  • the storage unit 201 stores conditions regarding seed light and excitation light in association with conditions for output light from the 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.
  • the condition setting unit 202 sets driving conditions for the seed LD and 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. .
  • the seed LD control unit 203 controls the driver 21 for driving the seed LD 2 according to the conditions set by the condition setting unit 202.
  • the driver 21 supplies a drive current to the seed LD 2 under the control of the seed LD control section 203 .
  • 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.
  • the conditions of the seed light 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 8 shows an example in which the seed LD current pattern is pattern 1.
  • seed LD current values (i1, i2, . . . , i10) are defined for each pulse number (n1, n2, . . . , n10).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the waveform of the 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.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of controlling the waveform of the seed light pulse.
  • the light amount of the seed light pulse (input signal) reaches a certain value, the light amount is maintained at that value.
  • the output of the seed LD increases in proportion to the amount of increase in the seed LD current with respect to the threshold current.
  • 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%).
  • the contents of the tables shown in FIGS. 7 and 8 show an example of seed light pulse control according to the present 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.
  • the curvature of the change in the light amount of pulses within a multi-pulse may be set according to 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.
  • 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 equal to 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 11 shows, as waveform patterns of the seed light pulse, a pattern in which the amount of pulse light changes linearly with respect to time, and a pattern in which the amount of light of 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.
  • the waveform of the pulse input to the amplification stage and the waveform of the pulse output from the amplification stage are shown 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 .
  • the seed light pulse waveform pattern and the input waveform of the amplification stage are compared.
  • 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.
  • 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.
  • proportional That is, the intensity of the pulse output from the amplifying section 101 is proportional to the intensity of the seed light pulse.
  • the optical fiber 1 of the amplification section 101 amplifies the input seed light pulse.
  • 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.
  • the intensity of the pulsed light output from the optical fiber 1 is proportional to the intensity of the input pulsed light.
  • 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 incident on the optical fiber 1 from the pumping LD 3. Thereby, the excitation light energy supplied to the optical fiber 1 can be increased.
  • the input waveform of the amplification stage and the output waveform of the amplification stage are compared.
  • the peak power of the first pulse is large.
  • 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.
  • the intensity of the pulse input to the amplification stage changes in a curved manner with respect to time
  • the intensity of the pulse decreases with respect to time in the output waveform of the amplification stage.
  • the degree of attenuation is gentler than the output waveform of the amplification stage for a linearly varying input waveform pattern.
  • the degree of attenuation in the output waveform of the amplification stage can be suppressed.
  • 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 the present 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.
  • 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.
  • the program is configured to cause the control device 20, which is a computer, to execute the control method shown in FIG.
  • control device 20 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
  • 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.
  • 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 multipulses under the control of the control device 20 so that the intensity of the plurality of optical pulses increases in a curved manner with respect to time.
  • the control device 20 controls the excitation LDs 3, 9A, and 9B by controlling the drivers 22, 23A, and 23B, respectively (step S2).
  • excitation light for amplifying the seed light pulse is input from the excitation LD 3 into the optical fiber 1.
  • 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.
  • the optical fiber 8 outputs laser light for processing the workpiece 50.
  • 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.
  • the laser processing apparatus can perform feedback control to control the power of the seed light or excitation light based on the laser light output power.
  • the configuration for feedback control will be explained below.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a configuration for feedback control of laser light output.
  • 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.
  • the position at which the pulse pattern after amplification by the second-stage optical fiber 8 is detected is not limited to the above.
  • 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 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.
  • the control device 20 corrects the pattern of the seed light or adjusts the pumping 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.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a control device for feedback control.
  • 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 .
  • 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.
  • the correction unit 205 corrects the magnitude of the current injected into the excitation LD 3 using the calculated correction value.
  • the power of the pump light output from the pump LD 3 is corrected.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the value of Max/n1 is 1.00
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating the correction amount of input light control used for 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 output light Max/n1 (indicated as "n_max/n1” in FIG. 17).
  • An example of the correction amount for (notation) is shown below.
  • the two graphs have the same scale on the vertical axis and the same scale on the horizontal axis.
  • 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 correction amount 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 18 is a flowchart showing a flow when the seed LD current value is corrected by feedback control according to the present embodiment.
  • the light receiving element 15 receives a laser light pulse in step S11.
  • a pulse pattern of laser light pulses is input from the light receiving element 15 to the control device 20.
  • 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 value based on the pulse pattern of the laser light pulse.
  • a set threshold value is input into the control device 20 in advance for this determination.
  • 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.
  • n2/n1 may be used as a criterion for determination.
  • the determination in step S12 is executed by, for example, the correction unit 205 within the control device 20.
  • step S12 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • FIG. 19 is a flowchart showing a flow when the current value of the excitation LD 3 of the first stage amplifying section 101 is corrected by 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.
  • step S21 the light receiving element 15 receives a laser light pulse.
  • 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.
  • step S23 in the control device 20, the first stage amplifier 101 A correction value of 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.
  • 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.
  • the entire process returns to step S21.
  • the timing to execute the feedback control shown in FIG. 18 or 19 is not particularly limited.
  • 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.
  • this embodiment includes the following disclosures.
  • 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 so that the amount of light of the plurality of optical pulses increases in a curved manner with respect to time.
  • control unit (20) 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 pulse according to the parameters related to the pulse train.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

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Abstract

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。

Description

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
　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。
　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。
　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。
特開２０１１－１８１７６１号公報 特開２０１７－１６８５４９号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　マルチパルス内のｋ番目のパルスのピークパワーをｐｋ(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－ｐｋ）＜（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。
　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。
　＜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。
　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２Ｆ７／２と励起状態２Ｆ５／２しか存在しない。基底状態２Ｆ７／２は４つのシュタルク準位で形成され、励起状態２Ｆ５／２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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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，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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）＝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。
　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、入力光エネルギを上昇させることがより望ましいといえる。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　「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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　＜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。
　（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）。
　（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）。
　（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）。
　（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）。
　（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）。
　（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。
　（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。
　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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。
　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。

Claims (7)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  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、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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  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。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007531314A (ja) * 2004-03-31 2007-11-01 アイシン精機株式会社 パルス高パワーファイバ増幅器システムを制御し保護するための方法と装置。
WO2011059049A1 (ja) * 2009-11-16 2011-05-19 オムロン株式会社 レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2011181761A (ja) * 2010-03-02 2011-09-15 Omron Corp レーザ加工装置
US20190386450A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-19 Coherent, Inc. Laser-mopa with burst-mode control

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007531314A (ja) * 2004-03-31 2007-11-01 アイシン精機株式会社 パルス高パワーファイバ増幅器システムを制御し保護するための方法と装置。
WO2011059049A1 (ja) * 2009-11-16 2011-05-19 オムロン株式会社 レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2011181761A (ja) * 2010-03-02 2011-09-15 Omron Corp レーザ加工装置
US20190386450A1 (en) * 2018-06-18 2019-12-19 Coherent, Inc. Laser-mopa with burst-mode control

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