激光器裝置以及激光加工機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器裝置以及使用該激光器裝置的激光加工機，該激光器裝置對從種光源輸出的光進行光學(xué)放大，輸出高峰值功率(peak power)的脈沖(pulse)光。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用激光的微小加工、例如小徑的開孔、打標記(marking)等中，產(chǎn)生具有高峰值功率、高脈沖能量(pulse energy)的光的激光器裝置是有效的。并且，優(yōu)選下述激光器裝置，其能夠與加工對象的材料、加工后的孔徑、孔深等加工要求相應(yīng)地，在較大的范圍內(nèi)獨立地對脈沖頻率、脈沖寬度、脈沖峰值功率等進行控制。
[0003]作為現(xiàn)有的輸出高峰值功率、高脈沖能量的光的激光光源，已知包含Nd:YAG結(jié)晶、Nd:YV0#g晶等激光介質(zhì)在內(nèi)的固體激光器的Q開關(guān)(Q-switch)振蕩器。固體激光器的Q開關(guān)振蕩器能夠從振蕩器直接得到高峰值功率、高脈沖能量的激光，但是對于輸出脈沖的重復(fù)頻率、脈沖寬度，只能在有限的范圍內(nèi)進行控制。
[0004]另外，作為輸出高峰值功率、高脈沖能量的光的激光光源的其他結(jié)構(gòu)，已知ΜΟΡΑ (Master Oscillator and Power Amplifier)方式的激光器裝置，該激光器裝置具有:振蕩器，其作為種光而產(chǎn)生較弱的功率的激光；以及光放大器，其用于對來自振蕩器的種光進行放大。例如，提出了下述的激光器裝置，其將半導(dǎo)體激光器(LD)作為種光源使用，利用光纖(fiber)放大器進行放大。通過作為種光源而使用半導(dǎo)體激光器，對向半導(dǎo)體激光器注入的電流進行控制，從而能夠在較大的范圍內(nèi)對輸出脈沖的重復(fù)頻率、脈沖寬度進行控制。
[0005]例如，在專利文獻1中，在將從種光源輸出的脈沖串(burst)光在光放大器中進行放大的激光系統(tǒng)(system)中，通過使脈沖串內(nèi)的脈沖和脈沖之間的種光源的功率變化，從而將光放大器的激勵功率保持為恒定不變，對放大后的單獨的脈沖光的峰值功率或脈沖能量進行控制。另外，在專利文獻2中，在具有光纖放大器、作為種光源的半導(dǎo)體激光器2、作為激勵光源的半導(dǎo)體激光器的激光光源裝置中，種光源的半導(dǎo)體激光器在主照射期間將脈沖光作為種光射出，在預(yù)備照射期間將具有比脈沖光的峰值功率小的功率、且實際的連續(xù)光作為種光射出，從而在射出開始時能夠得到具有所期望的峰值功率的脈沖光。
[0006]專利文獻1:日本特表2013 — 500583號公報
[0007]專利文獻2:日本特開2010 - 171131號公報
[0008]在將種光利用光纖放大器進行放大的情況下，如果放大后的峰值功率變高，則會發(fā)生誘發(fā)拉曼(Raman)散射、自相位調(diào)制等不希望的非線性現(xiàn)象，或者引起光纖損傷。開始發(fā)生非線性現(xiàn)象的峰值功率通常受所使用的光纖的纖芯(core)直徑和長度限制。由于縮短光纖會縮短放大介質(zhì)的長度，因此在保持放大率不變而縮短光纖時存在一定的極限。如果光纖的纖芯直徑變大，則直至較高的峰值功率為止，不發(fā)生非線性現(xiàn)象及光纖的損傷，但是已知放大后的激光的橫模(mode)容易劣化。作為用于使激光的橫模不劣化、得到更高峰值功率的方法之一，考慮追加對被放大光在激光介質(zhì)中不進行波導(dǎo)傳輸?shù)墓夥糯笃?，即非波?dǎo)型的光放大器，即，具備具有熱透鏡(lens)效應(yīng)的放大介質(zhì)的光放大器。如果被放大光在光放大器中不進行波導(dǎo)傳輸，則即使將被放大光的截面積增加得較大，激光的橫模也難以劣化，能夠在保持良好的光束(beam)品質(zhì)的情況下放大至較高的峰值功率為止。
[0009]作為該非波導(dǎo)型的光放大器，即具有具備熱透鏡效應(yīng)的放大介質(zhì)的光放大器，例如能夠使用利用了桿(rod)狀的Nd:YAG結(jié)晶、Nd:YV04結(jié)晶等的光放大器。但是，在這樣的光放大器中，已知下述現(xiàn)象，即，如果產(chǎn)生的熱量變動，則熱透鏡的特性變化，放大后的激光束傳輸變化。
[0010]如專利文獻1所述，在通過將光放大器的激勵功率保持為恒定不變而使種光源的輸出波形變化，從而對放大后脈沖的峰值功率或脈沖能量進行控制的情況下，有時放大后的平均功率變化。但是，在這里敘述的所謂平均功率，是指與脈沖串中的脈沖和脈沖之間的間隔相比充分長的時間內(nèi)，對瞬時的功率進行平均時所得到的功率。另外，在這里敘述的所謂脈沖串，不僅包含具有相同波形的連續(xù)的脈沖，還單純地包含多個脈沖，各個脈沖的波形也可以不同。如前所述，在光放大器的后段，存在非波導(dǎo)型的光放大器的情況下，由于向后段的光放大器入射的被放大光的平均功率不同，因此考慮到下述問題，即，從后段的光放大器作為放大光而被取出的功率變化，在后段的光放大器中產(chǎn)生的熱量變動，因此熱透鏡的特性變化，放大后的激光束的傳輸改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于，提供一種激光器裝置以及使用該激光器裝置的激光加工機，該激光器裝置在使用非波導(dǎo)型的光放大器、即具有具備熱透鏡效應(yīng)的放大介質(zhì)的光放大器的情況下，也能夠抑制熱透鏡的特性變化，并且在較大的范圍內(nèi)對脈沖光的峰值功率或脈沖能量進行控制。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的激光器裝置的特征在于，具有:
[0013]種光源，其輸出光；
[0014]前置光放大器，其對從所述種光源輸出的光進行光學(xué)放大；
[0015]后置光放大器，其對從所述前置光放大器輸出的光進行光學(xué)放大，包含具有熱透鏡效應(yīng)的放大介質(zhì)；
[0016]功率監(jiān)視器(monitor)部，其對從所述前置光放大器輸出的光的平均功率進行測定;
[0017]種光源驅(qū)動器(driver)，其驅(qū)動所述種光源；
[0018]前置光放大器驅(qū)動器，其驅(qū)動所述前置光放大器；以及
[0019]控制部，其對所述種光源驅(qū)動器及所述前置光放大器驅(qū)動器進行控制，
[0020]所述控制部經(jīng)由所述種光源驅(qū)動器對所述種光源進行控制，以選擇性地輸出連續(xù)光或多個脈沖，
[0021]所述控制部基于所述功率監(jiān)視器部的測定結(jié)果，經(jīng)由所述前置光放大器驅(qū)動器，對所述前置光放大器的增益進行控制，以使得從所述前置光放大器輸出的光的平均功率變?yōu)楹愣ā?br>[0022]另外，本發(fā)明所涉及的激光器裝置的特征在于，具有:
[0023]種光源，其輸出光；
[0024]前置光放大器，其對從所述種光源輸出的光進行光學(xué)放大；
[0025]后置光放大器，其對從所述前置光放大器輸出的光進行光學(xué)放大，包含具有熱透鏡效應(yīng)的放大介質(zhì)；
[0026]功率監(jiān)視器部，其對從所述前置光放大器輸出的光的平均功率進行測定；
[0027]種光源驅(qū)動器，其驅(qū)動所述種光源；
[0028]后置光放大器驅(qū)動器，其驅(qū)動所述后置光放大器；以及
[0029]控制部，其對所述種光源驅(qū)動器及所述后置光放大器驅(qū)動器進行控制，
[0030]所述控制部經(jīng)由所述種光源驅(qū)動器對所述種光源進行控制，以選擇性地輸出連續(xù)光或多個脈沖，
[0031]所述控制部基于所述功率監(jiān)視器部的測定結(jié)果，經(jīng)由所述后置光放大器驅(qū)動器，對所述后置光放大器的增益進行控制，以使得所述后置光放大器后的光束的傳輸狀態(tài)變?yōu)楹愣ā?br>[0032]另外，本發(fā)明所涉及的激光器裝置的特征在于，具有:
[0033]種光源，其輸出光；
[0034]前置光放大器，其對從所述種光源輸出的光進行光學(xué)放大；
[0035]后置光放大器，其對從所述前置光放大器輸出的光進行光學(xué)放大，包含具有熱透鏡效應(yīng)的放大介質(zhì)；
[0036]光束監(jiān)視器部，其對從所述后置光放大器輸出的光的光束的光束直徑進行測定；
[0037]種光源驅(qū)動器，其驅(qū)動所述種光源；
[0038]后置光放大器驅(qū)動器，其驅(qū)動所述后置光放大器；以及
[0039]控制部，其對所述種光源驅(qū)動器及所述后置光放大器驅(qū)動器進行控制，
[0040]所述控制部經(jīng)由所述種光源驅(qū)動器對所述種光源進行控制，以選擇性地輸出連續(xù)光或多個脈沖，
[0041]所述控制部經(jīng)由所述前置光放大器驅(qū)動器對所述前置光放大器的增益進行控制，或者經(jīng)由所述后置光放大器驅(qū)動器對所述后置光放大器的增益進行控制，以使得利用所述光束監(jiān)視器部計算得到的光束直徑不變化。
[0042]在本發(fā)明中，優(yōu)選