(57)【要約】【課題】  固体レーザ媒体の安全を保証しつつ励起用半導体レーザの励起エネルギーを安定に維持するように励起電流を管理する。【解決手段】  ＬＤ電流測定回路３８で得られたＬＤ電流測定値は、電流フィードバック制御のためにＬＤ電源３４に与えられるとともに、ＬＤ電流設定値の管理のために制御部２８にも与えられる。また、ＬＤ出力測定部４２で得られたＬＤ出力測定値は、ＬＤ電流設定値の管理（自動更新）のために制御部２８へ送られる。制御部２８は、ＬＤ電流測定回路３８からのＬＤ電流測定値とＬＤ出力測定部３８からのＬＤ出力測定値とに基づいて、ファイバカップリングＬＤ３２のＬＤ電流−ＬＤ出力特性とＬＤ電流最大許容値とを自動更新し、さらにＬＤ出力設定値が一定に維持されるようにＬＤ電流設定値を自動更新する。【選択図】  図１
2006005212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、
前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を供給するレーザ電源部と、
前記励起電流の電流値を測定する励起電流測定部と、
前記半導体レーザより生成された前記励起用レーザ光のレーザ出力を測定する励起用レーザ出力測定部と、
前記固体レーザ媒質に対する前記励起用レーザ光のレーザ出力の最大許容値を設定する励起用レーザ出力最大許容値設定部と、
前記励起用レーザ出力の最大許容値および測定値と前記励起電流の測定値とに基づいて前記半導体レーザに対する前記励起電流の最大許容値を更新する更新部と
を有する励起用半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記励起用レーザ光のレーザ出力について前記励起用レーザ出力最大許容値より小さい所望の値を設定する励起用レーザ出力設定部と、
前記励起電流について前記励起用レーザ出力の設定値に対応する電流設定値を求める励起電流設定値演算部と
を有する請求項１に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記励起電流の最大許容値を表示する表示部と、
前記励起電流について前記励起電流最大許容値以下の範囲内で所望の電流設定値を入力する入力部と
を有する請求項１に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記レーザ電源部が、前記励起電流測定部より得られる電流測定値が前記電流設定値に一致するように、前記半導体レーザに供給する前記励起電流を定電流フィードバック制御方式で制御する請求項２または請求項３に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項５】
固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、
前記励起用レーザ光より生成されるレーザ光について所望のレーザ出力を設定する励起用レーザ出力設定部と、
前記半導体レーザに前記励起用レーザ出力の設定値に対応する電流値で励起電流を供給するレーザ電源部と、
前記半導体レーザの寿命に応じた前記励起電流の最大限界値を設定する励起電流最大限界値設定部と、
前記レーザ電源部より前記半導体レーザに供給される前記励起電流の電流値と前記励起電流最大限界値との差分に基づいて前記半導体レーザの残り寿命を判定する寿命判定部と
を有する励起用半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記寿命判定部が、前記差分が所定値を割った時に警報を出力する請求項５に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項７】
固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、
前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を所望の電流値で供給するレーザ電源部と、
前記半導体レーザより生成された前記励起用レーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、
前記半導体レーザの寿命に応じた前記励起用レーザ出力の最小限界値を設定する励起用レーザ出力最小限界値設定部と、
前記レーザ出力測定部より得られる前記励起用レーザ出力の測定値と前記励起用レーザ出力最小限界値との差分に基づいて前記半導体レーザの残り寿命を判定する残り寿命判定部と
を有する励起用半導体レーザ装置。
【請求項８】
固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、
前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を供給するレーザ電源部と、
前記半導体レーザの温度を測定する第１の温度測定部と、
前記第１の温度検出部より得られる前記半導体レーザ温度の測定値が設定温度に維持されるように前記半導体レーザを冷却する冷却部と、
前記冷却部の温度を測定する第２の温度測定部と、
前記レーザ電源部をオフにして前記半導体レーザのレーザ発振を停止させてから、前記第２の温度検出部より得られる温度測定値に基づいて前記冷却部の温度を監視し、前記冷却部の温度が所定値まで低下した後に前記冷却部の運転を止める運転制御部と
を有する励起用半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記制御部が、前記冷却部の温度が前記半導体レーザの温度に実質的に一致した時点で前記冷却部の運転を停止させる請求項８に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記運転制御部が、前記冷却部の温度と前記半導体レーザの温度とを比較し、両者の差が所定値以下まで減少した時点で前記冷却部の運転を止める請求項８に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１１】
前記運転制御部が、前記冷却部の温度が所定の基準値を割った時点で前記冷却部の運転を停止させる請求項８に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記冷却部が、
前記半導体レーザに結合された電子冷却器と、
前記電子冷却器に接続された放熱部と
を有する請求項８〜１１のいずれか一項の記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１３】
前記電子冷却器がペルチェ素子を有する請求項１２に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記放熱部が、放熱性の部材からなる放熱器と、この放熱器に風を当てる冷却ファンとを有する請求項１２または請求項１３に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第２の温度測定部が前記放熱器の温度を検出する請求項１４に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１６】
固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、
前記励起用レーザ光より生成されるレーザ光について所望のレーザ出力を設定する励起用レーザ出力設定部と、
前記半導体レーザに前記励起用レーザ出力の設定値に対応する電流値で励起電流を供給するレーザ電源部と、
前記励起電流の電流値を測定する励起電流測定部と、
前記半導体レーザより生成された前記励起用レーザ光のレーザ出力を測定する励起用レーザ出力測定部と、
前記固体レーザ媒質に対する前記励起用レーザ光のレーザ出力の最大許容値を設定する励起用レーザ出力最大許容値設定部と、
前記励起用レーザ出力の最大許容値および測定値と前記励起電流の測定値とに基づいて前記半導体レーザに対する前記励起電流の最大許容値を更新する更新部と、
前記半導体レーザの寿命に応じた前記励起電流の最大限界値を設定する励起電流最大限界値設定部と、
前記レーザ電源部より前記半導体レーザに供給される前記励起電流の電流値と前記励起電流最大限界値との差分に基づいて前記半導体レーザの残り寿命を判定する寿命判定部と
を有する励起用半導体レーザ装置。
【請求項１７】
固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、
前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を供給するレーザ電源部と、
前記励起電流の電流値を測定する励起電流測定部と、
前記半導体レーザより生成された前記励起用レーザ光のレーザ出力を測定する励起用レーザ出力測定部と、
前記固体レーザ媒質に対する前記励起用レーザ光のレーザ出力の最大許容値を設定する励起用レーザ出力最大許容値設定部と、
前記励起用レーザ出力の最大許容値および測定値と前記励起電流の測定値とに基づいて前記半導体レーザに対する前記励起電流の最大許容値を更新する更新部と、
前記半導体レーザの温度を測定する第１の温度測定部と、
前記第１の温度検出部より得られる前記半導体レーザ温度の測定値が設定温度に維持されるように前記半導体レーザを冷却する冷却部と、
前記冷却部の温度を測定する第２の温度測定部と、
前記レーザ電源部をオフにして前記半導体レーザのレーザ発振を停止させてから、前記第２の温度検出部より得られる温度測定値に基づいて前記冷却部の温度を監視し、前記冷却部の温度が所定値まで低下した後に前記冷却部の運転を止める運転制御部と
を有する励起用半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記励起用レーザ光が前記固体レーザ媒体の一端面に集光照射される請求項１〜１７のいずれか一項に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記半導体レーザが光ファイバを介して前記固体レーザ媒体に光学的に結合される請求項１〜１８のいずれか一項に記載の励起用半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記半導体レーザと前記光ファイバの一端面との間に第１の光学レンズが配置されるとともに、前記ファイバの他端面と前記固体レーザ媒体の一端面との間に第２の光学レンズが配置され、
前記半導体レーザからの前記励起用レーザ光が、前記第１の光学レンズを介して前記光ファイバの一端面に入射して、前記光ファイバの中を伝播し、前記光ファイバの他端面より出てから前記第２の光学レンズを介して前記固体レーザ媒体の一端面に入射する請求項１９に記載の励起用半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザ媒体を光学的に励起するための半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは、製造業、特に溶接、切断及びマーキングその他の表面処理の分野で利用されている。現在、レーザ加工に最も多く使用されている固体レーザはＹＡＧレーザである。ＹＡＧレーザは、光共振器の中でＹＡＧ（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）結晶を励起して約１μｍの基本波長を有するＹＡＧレーザ光を生成する固体レーザであり、連続発振、パルス発振あるいはＱスイッチによるジャイアントパルス発振で動作する。
【０００３】
従来より、ＹＡＧレーザを光学的に励起するために半導体レーザまたはレーザダイオード（ＬＤ）が用いられており、ＬＤ励起方式の１つとしてレーザダイオード（ＬＤ）のレーザ光を光ファイバに通してＹＡＧロッドの一端面に集光照射する端面励起型の光ファイバ結合方式つまりファイバカップリング方式が知られている。
【０００４】
ファイバカップリング方式のＬＤ励起ＹＡＧレーザでは、ＹＡＧロッドの一端面に集中して照射される励起用ＬＤレーザ光のパワー（ＬＤ出力）が高すぎると、ＹＡＧロッドが損傷を受けることがある。このため、励起用ＬＤ出力またはＬＤ電流を適当に制限することが重要である。
【０００５】
従来は、レーザ装置の製作段階または出荷時に、使用（搭載）する励起用レーザダイオード（ＬＤ）について、ＹＡＧロッドに損傷を与えない励起用ＬＤ出力の最大許容値に応じたＬＤ電流の最大許容値を決定し、ＬＤ電流最大許容値以下の範囲内でＬＤ電流を設定していた。
【０００６】
また、励起用レーザダイオード（ＬＤ）は経時劣化により変換効率が低下し、終には規定のＬＤ出力が得られなくなる。励起用レーザダイオード（ＬＤ）の寿命は使用環境や個体差によって異なる。従来は、励起用レーザダイオード（ＬＤ）の寿命が尽きて動作に異常が現れた時点でＬＤ交換を行うか、あるいは予防処置としてユーザあるいはメンテナンス員が適当な時機にＬＤ出力を検査し、使用時間等も加味して残り寿命ないし交換時機を判定していた。
【０００７】
また、励起用レーザダイオード（ＬＤ）は、レーザ発振中に相当の熱を発生し、所定温度よりも高い温度になると熱ストレスで劣化しやすい。このため、励起用レーザダイオード（ＬＤ）を一定温度に冷却または温調するための冷却機構が用いられている。典型的には、励起用レーザダイオード（ＬＤ）の発生する熱をたとえばペルチェ素子を介して放熱器に移し、冷却ファンの風を放熱器に当てて放熱器から大気中に熱を放出するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようなファイバカップリング方式のＬＤ励起ＹＡＧレーザに用いられる従来の励起用半導体レーザ装置には、以下のような改善すべき点がある。
【０００９】
すなわち、ＬＤ励起ＹＡＧレーザにおいては、励起用レーザダイオード（ＬＤ）の経時劣化の度合いに応じて、所望のＹＡＧレーザ出力を得るためのＬＤ電流設定値を上げていく必要がある。しかしながら、ＹＡＧレーザを保護するためには、ＬＤ電流の設定値をＬＤ電流最大許容値以下に制限しなければならない。従来は、ＬＤ電流の設定値が製作段階または出荷時に決定されたＬＤ電流最大許容値（限界値）に近づいた頃に、マニュアル的な検査によってＬＤ電流−ＬＤ出力特性のデータを採取し、ＹＡＧロッドに損傷を与えない励起用ＬＤ出力の最大許容値に応じたＬＤ電流の最大許容値を再決定して更新するようにしていた。しかし、このようなマニュアルの更新方法は、特性データの採取に多くの時間を要するだけでなく、ＬＤ電流最大許容値を再設定（入力）する際に入力ミスを起こすこともあり、ＬＤ電流最大許容値の入力ミスが原因でＹＡＧロッドを損傷させてしまう事故が少なくなかった。
【００１０】
また、従来は、励起用レーザダイオード（ＬＤ）の残り寿命をモニタする機能が装置に備わっていなかった。このため、上記のように、ＹＡＧレーザの安全を保証できるＬＤ電流最大許容値を何度も再設定してＬＤ電流の設定値を引き上げていくうちに、励起用レーザダイオード（ＬＤ）の寿命が突然に尽きて、励起エネルギーの急激な減少と、それに伴うＹＡＧレーザ出力の急変低下を来たし、レーザ加工の品質を損ねたり装置稼働率を下げることがあった。また、人がＬＤ出力を検査してＬＤ交換の時機を判定する方法は、管理が大変で作業の手間もかかり、徒過しやすいという問題もあった。
【００１１】
また、従来は、励起用レーザダイオード（ＬＤ）を消灯させる時は、それと同時またはその直後に冷却部の運転も停止させており、これが励起用レーザダイオード（ＬＤ）の寿命を早める一因になっていた。すなわち、励起用レーザダイオード（ＬＤ）と冷却部とをほぼ同時に停止させると、冷却部の熱が励起用レーザダイオード（ＬＤ）に移動（逆流）して、励起用レーザダイオード（ＬＤ）が加熱され、ＬＤ温度が上昇する。その結果、ＬＤ温度が所定のしきい値を超えてしまい、励起用レーザダイオード（ＬＤ）が劣化する原因になっていた。一般のレーザダイオード（ＬＤ）は熱ストレスに弱く、ＬＤ温度が急変するのは非常によくない。従来は、ＬＤ消灯後に適確なＬＤ温度管理を行わないため、励起用レーザダイオード（ＬＤ）に温度ストレスを与え、その寿命を短くしていた。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、固体レーザ媒体の安全を保証しつつ励起用半導体レーザの励起エネルギーを安定に維持するように励起電流を管理する機能を備えた励起用半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の別の目的は、励起用半導体レーザの寿命の時機ないし残り寿命をモニタする機能を備えた励起用半導体レーザ装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、消灯後の励起用半導体レーザに温度ストレスを与えないようにして励起用半導体レーザの寿命を延ばすようにした励起用半導体レーザ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の励起用半導体レーザ装置は、固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を供給するレーザ電源部と、前記励起電流の電流値を測定する励起電流測定部と、前記半導体レーザより生成された前記励起用レーザ光のレーザ出力を測定する励起用レーザ出力測定部と、前記固体レーザ媒質に対する前記励起用レーザ光のレーザ出力の最大許容値を設定する励起用レーザ出力最大許容値設定部と、前記励起用レーザ出力の最大許容値および測定値と前記励起電流の測定値とに基づいて前記半導体レーザに対する前記励起電流の最大許容値を更新する励起電流最大許容値更新部とを有する。
【００１６】
上記の構成においては、励起用半導体レーザに供給される励起電流と該半導体レーザより生成される励起用レーザ光のレーザ出力とを測定ないし監視することによって、該半導体レーザの経時劣化に応じて励起電流−起用レーザ出力特性が変化するのを追跡ないし把握し、励起電流の最大許容値を自動的に更新する。これにより、固体レーザ媒質の安全を保証しつつ励起電流を最適値に管理して励起エネルギーを安定に維持し、固体レーザ出力の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の好適な一態様によれば、励起用レーザ光のレーザ出力について励起用レーザ出力最大許容値より小さい所望の値を設定する励起用レーザ出力設定部と、励起電流について励起用レーザ出力の設定値に対応する電流設定値を求める励起電流設定値演算部が備えられる。かかる構成においては、励起電流−励起用レーザ出力特性の変化に応じて所望の励起用レーザ出力を得るための励起電流設定値が自動的に更新される。
【００１８】
また、別の好適な一態様によれば、励起電流の最大許容値を表示する表示部と、励起電流について励起電流最大許容値以下の範囲内で所望の電流設定値を入力する入力部とが備えられる。かかる構成においては、装置側からユーザに対して現時の励起電流最大許容値が知らされ、ユーザ側から装置に対して励起電流最大許容値を超えない所望の励起電流が設定入力される。
【００１９】
また、好適な一態様として、レーザ電源部は、励起電流測定部より得られる電流測定値が電流設定値に一致するように、励起用半導体レーザに供給する励起電流を定電流フィードバック制御方式で制御する。
【００２０】
本発明の第２の励起用半導体レーザ装置は、固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、前記励起用レーザ光より生成されるレーザ光について所望のレーザ出力を設定する励起用レーザ出力設定部と、前記半導体レーザに前記励起用レーザ出力の設定値に対応する電流値で励起電流を供給するレーザ電源部と、前記半導体レーザの寿命に応じた前記励起電流の最大限界値を設定する励起電流最大限界値設定部と、前記レーザ電源部より前記半導体レーザに供給される前記励起電流の電流値と前記励起電流最大限界値との差に基づいて前記半導体レーザの残り寿命を判定する残り寿命判定部とを有する。
【００２１】
上記の構成においては、励起用半導体レーザの経時劣化に応じて励起電流の電流値が変化（増大）する過程を監視し、励起電流最大限界値よりも所定値だけ低い監視値に達した時点で寿命が迫っている旨の警報を出すことができる。
【００２２】
また、本発明の第３の励起用半導体レーザ装置は、固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を所望の電流値で供給するレーザ電源部と、前記半導体レーザより生成された前記励起用レーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、前記半導体レーザの寿命に応じた前記励起用レーザ出力の最小限界値を設定する励起用レーザ出力最小限界値設定部と、前記レーザ出力測定部より得られる前記励起用レーザ出力の測定値と前記励起用レーザ出力最小限界値との差分に基づいて前記半導体レーザの残り寿命を判定する残り寿命判定部とを有する。
【００２３】
上記の構成においては、励起用半導体レーザの経時劣化に応じてそのレーザ出力が変化（減少）する過程を監視し、励起用レーザ出力最小限界値よりも所定値だけ高い監視値に達した時点で寿命が迫っている旨の警報を出すことができる。
【００２４】
また、本発明の第４の励起用半導体レーザ装置は、固体レーザ媒質に光学的に結合された励起用の半導体レーザと、前記半導体レーザに励起用のレーザ光を生成させるための励起電流を供給するレーザ電源部と、前記半導体レーザの温度を測定する第１の温度測定部と、前記第１の温度検出部より得られる前記半導体レーザ温度の測定値が設定温度に維持されるように前記半導体レーザを冷却する冷却部と、前記冷却部の温度を測定する第２の温度測定部と、前記レーザ電源部をオフにして前記半導体レーザのレーザ発振を停止させてから、前記第２の温度検出部より得られる温度測定値に基づいて前記冷却部の温度を監視し、前記冷却部の温度が所定値まで低下した後に前記冷却部の運転を止める運転制御部とを有する。
【００２５】
上記の構成においては、レーザ電源部がオフして半導体レーザのレーザ発振が停止しても、冷却部の動作は継続する。これにより、半導体レーザの温度が設定温度に維持されたまま冷却部の温度が時間の経過とともに下がる。そして、冷却部の温度が所定値まで低下してから冷却部の運転が止めることにより、半導体レーザは設定温度付近に保持され、熱ストレスを受けることはない。
【００２６】
本発明の好適な一態様によれば、運転制御部が、冷却部の温度が半導体レーザの温度に実質的に一致した時点で冷却部の運転を停止させる。
【００２７】
別の好適な一態様として、運転制御部が、冷却部の温度と半導体レーザの温度とを比較し、両者の差が所定値以下まで減少した時点で冷却部の運転を止めてもよい。あるいは、運転制御部が冷却部の温度が所定の基準値を割った時点で冷却部の運転を止めてもよい。
【００２８】
本発明の好適な一態様によれば、冷却部が、半導体レーザに結合された電子冷却器と、この電子冷却器に接続された放熱部とを有する。電子冷却器はたとえばペルチェ素子からなり、半導体レーザで発生した熱を放熱部へ移す。放熱部は、好ましくは、放熱性の部材からなる放熱器と、この放熱器に風を当てる冷却ファンとを有し、電子冷却器を介して半導体レーザより受け取った熱を放熱きから大気中へ放出する。第２の温度測定部は放熱器の温度を検出してよい。
【００２９】
本発明の好適な一態様によれば、励起用レーザ光が固体レーザ媒体の一端面に集光照射される。典型的には、半導体レーザが光ファイバを介して固体レーザ媒体に光学的に結合される。この場合、半導体レーザと光ファイバの一端面との間に第１の光学レンズが配置されるとともに、ファイバの他端面と固体レーザ媒体の一端面との間に第２の光学レンズが配置され、半導体レーザからの励起用レーザ光が、第１の光学レンズを介して光ファイバの一端面に入射して、光ファイバの中を伝播し、光ファイバの他端面より出てから第２の光学レンズを介して固体レーザ媒体の一端面に入射する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の励起用半導体レーザ装置によれば、上記のような構成と作用により、固体レーザ媒体の安全を保証しつつ励起用半導体レーザの励起エネルギーを安定に維持するように励起電流を管理することができる。また、励起用半導体レーザの寿命の時機ないし残り寿命を適切にモニタすることも可能であり、消灯後の励起用半導体レーザに温度ストレスを与えないようにして励起用半導体レーザの寿命を延ばすこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。
【００３２】
図１に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工用のＬＤ励起ＹＡＧレーザ装置の構成を示す。このＬＤ励起固体レーザ装置は、Ｑスイッチ方式のＹＡＧレーザ発振部１０と、このＹＡＧレーザ発振部１０内のＹＡＧロッド１８を光学的に励起するための電気光学励起部１２とを有する。ここでは、電気光学励起部１２に本発明の励起用半導体レーザ装置が適用されている。
【００３３】
ＹＡＧレーザ発振部１０は、互いに平行に向き合って配置された一対の共振器ミラー１４，１６の間にＹＡＧロッド１８とＱスイッチ２０とを一直線上に配置してなる。ＹＡＧロッド１８の一端面１８ａには、後述する電気光学励起部１４のファイバカップリングＬＤ（レーザダイオード）３２が光ファイバ２２、コリメートレンズ２４、集光レンズ２６および共振器ミラー１４を介して光学的に結合されている。なお、共振器ミラー１４には、ＹＡＧレーザの発振波長の光を全反射するための反射膜がコーティングされるとともに、励起用レーザ光ＥＢを透過させるための透過膜または反射防止膜がコーティングされている。
【００３４】
ＹＡＧロッド１８は、上記のような端面励起によって光学的にポンピングされ、連続波（ｃｗ）でＹＡＧ基本波（たとえば１０６４ｎｍ）の光を生成する。そして、このＹＡＧ基本波の光は、共振器ミラー１４，１６の間に閉じ込められて増幅される。Ｑスイッチ２０は、たとえば音響光学Ｑスイッチからなる。制御部２８が、Ｑスイッチドライバ３０を介して所定の周期で一時中断する高周波電気信号によりＱスイッチ２０を駆動する。このＱスイッチ動作により、光共振器内で高周波電気信号が中断する度毎にピークパワーのきわめて高いジャイアントパルスのレーザ光ＬＢが発生して出力ミラー１６から出力される。このジャイアントパルスのＹＡＧレーザ光ＬＢは、適当な光学系（図示せず）を通って被加工物（図示せず）に照射される。
【００３５】
電気光学励起部１２は、ファイバカップリングＬＤ３２と、このファイバカップリングＬＤ３２に励起電流つまりＬＤ電流ＩLを供給するＬＤ電源３４とを有している。ファイバカップリングＬＤ３２は、ＬＤ電源３４からのＬＤ電流ＩLで電子とホールの再結合によるレーザ発振動作を行い、たとえば８００ｎｍ近辺の励起用レーザ光ＥＢを生成する。ファイバカップリングＬＤ３２で生成された励起用レーザ光ＥＢは、光学レンズ（図示せず）を介して光ファイバ２２の一端面に入射するようになっている。ＬＤ電源３４は、制御部２８より与えられるＬＤ電流設定値（指令値）ＩSに一致させるようにＬＤ電流ＩLを電流フィードバック制御方式で制御する。なお、光ファイバ２２の一端面に入射した励起用レーザ光ＥＢは、光ファイバ２２の中を伝搬してその他端面より放射状に出て、コリメートレンズ２４で平行光となってから集光レンズ２６により集光され、共振器ミラー１４を通ってＹＡＧロッド１８の一端面１８ａに入射し、ＹＡＧロッド１８に励起エネルギーを与える。
【００３６】
この電気光学励起部１２では、ＬＤ電流ＩLを検出する電流センサ３６と、電流センサ３６の出力信号を基にＬＤ電流ＩLの測定値を求めるＬＤ電流測定回路３８とが設けられている。ＬＤ電流測定回路３８で得られたＬＤ電流測定値は、電流フィードバック制御のためにＬＤ電源３４に与えられるとともに、ＬＤ電流設定値の管理（自動更新）のために制御部２８にも与えられる。
【００３７】
さらに、この電気光学励起部１２は、ファイバカップリングＬＤ３２で生成された励起用レーザ光ＥＢのパワー（ＬＤ出力）をモニタリングするためにミラー４０とＬＤ出力測定部４２とを備えている。ミラー４０は、光ファイバ２２の入射端面の手前で励起用のレーザ光ＥＢの一部（たとえば１％）を反射する。ＬＤ出力測定部４２は、光電変換素子と測定回路とを有し、ミラー４０からの反射光ＭEBを受光して電気信号に変換し、信号処理によってレーザ光ＥＢのパワー（ＬＤ出力）の測定値を求める。ＬＤ出力測定部４２で得られたＬＤ出力測定値は、ＬＤ電流設定値の管理（自動更新）のために制御部２８へ送られる。
【００３８】
制御部２８は、マイクロコンピュータで構成されてよく、装置全体ないし各部の制御を行うほか、演算・設定・更新等のデータ処理を行う。操作パネル４４は、入力部と表示部とを有し、制御部２８と人間との間のマン・マシン・インタフェースとして機能する。
【００３９】
このＬＤ励起固体レーザ装置では、上記のように電気光学励起部１２で生成した励起用レーザ光ＥＢをファイバカップリング方式でＹＡＧロッド１８の一端面１８ａに一点集中で照射するので、ＹＡＧロッド１８を損傷させないように、励起レーザ光ＥＢのパワー（ＬＤ出力）を制限する必要がある。この実施形態においては、制御部２８が、ＬＤ電流測定回路３８より与えられるＬＤ電流測定値とＬＤ出力測定部４２より与えられるＬＤ出力測定値とに基づいて、ファイバカップリングＬＤ３２のＬＤ電流−ＬＤ出力特性とＬＤ電流最大許容値Ｉmaxとを自動更新し、さらに一定ＬＤ出力モードではＬＤ出力設定値Ｐｓが一定に維持されるようにＬＤ電流設定値Ｉｓを自動更新するようになっている。
【００４０】
ここで、図２につき制御部２８の自動更新機能を説明する。図２において、最大の傾きを有する直線Ｌaは、出荷時またはメンテナンス直後におけるファイバカップリングＬＤ３２のＬＤ電流−ＬＤ出力特性である。Ｐmaxは、ＹＡＧレーザ発振部１０のＹＡＧロッド１８に損傷を与えないＬＤ出力の最大許容値（一定値）である。Ｉmaxaは、ＬＤ電流最大許容値Ｉmaxの初期値であり、ＬＤ電流−ＬＤ出力特性Ｌa上でＰmaxに対応している。
【００４１】
一定ＬＤ出力モードでは、制御部２８が、ＬＤ出力測定部３８からのＬＤ出力測定値が設定値Ｐｓに維持されるように、ＬＤ電源３４に対するＬＤ電流設定値（指令値）Ｉｓを可変制御または自動更新し、直線補間等を用いてＬＤ電流−ＬＤ出力特性を自動更新する。通常は、ファイバカップリングＬＤ３２の経時劣化につれて、ＬＤ電流−ＬＤ出力特性はＬa→Ｌb→Ｌcと傾きが小さくなり、ＬＤ出力設定値Ｐｓに対応するＬＤ電流設定値ＩｓはＩa→Ｉb→Ｉcと次第に増大する。一方で、制御部２８は、ＬＤ電流−ＬＤ出力特性を更新する度毎にＬＤ出力の最大許容値Ｐmaxに対応するＬＤ電流最大許容値ＩmaxもＩmaxa→Ｉmaxb→Ｉmaxcと自動更新し、各時点でＬＤ電流設定値ＩｓがＬＤ電流最大許容値Ｉmax以下であることを確認する。
【００４２】
上記のような制御部２８における自動更新機能により、電気光学励起部１２はファイバカップリングＬＤ３２の経時劣化に拘わらず常時一定の励起エネルギーをＹＡＧレーザ発振部１０に供給することができる。これにより、このＬＤ励起ＹＡＧレーザ装置は、煩雑で入力ミスを起こしやすいマニュアル方式の検査ないし再設定を不要とし、ＹＡＧレーザ光ＬＢの出力を常時安定に維持して、一定品質のレーザ加工特性を得ることができる。
【００４３】
なお、必要に応じて、あるいは可変ＬＤ出力モードで、ＬＤ出力設定値Ｐｓを任意に変更することも可能である。その場合も、制御部２８は、変更後のＬＤ出力設定値Ｐｓに対応するＬＤ電流設定値ＩｓがＬＤ電流最大許容値Ｉmax以下であることを確認する。また、ＬＤ電流−ＬＤ出力特性とＬＤ電流最大許容値Ｉmaxのみを自動更新する機能を備え、たとえば図３に示すように、制御部２８で自動更新したＬＤ電流最大許容値Ｉmax（図示の例は３６．０Ａ）を操作パネル４４上に表示し、ユーザに所望のＬＤ電流設定値Ｉｓ（図示の例は２８．０Ａ）を入力させる方法も可能である。
【００４４】
次に、この実施形態における第２の特徴について説明する。上記のような自動更新機能においては、ファイバカップリングＬＤ３２の累積稼動時間が増大するにつれて一定のＬＤ出力設定値Ｐｓを得るためのＬＤ電流は増大する。上記のように、ＬＤ電流が増大しても、ＬＤ電流最大許容値Ｉmax以下である限り、ＹＡＧレーザ発振部１０のＹＡＧロッド１８を損傷させるおそれはない。しかし、ファイバカップリングＬＤ３２の経時劣化にも許容限度または寿命があり、ＬＤ電流設定値Ｉｓの自動更新を継続したならば、いずれはファイバカップリングＬＤ３２の寿命が尽きてしまい、所望のＬＤ出力Ｐｓを維持できなくなる。
【００４５】
この実施形態では、制御部２８が、図４に示すように、ファイバカップリングＬＤ３２の寿命に応じたＬＤ電流の最大限界値Ｉeとこの最大限界値Ｉeよりも所定値ΔＩだけ低い監視値Ｉbとを設定して、ＬＤ電流の設定値Ｉｓまたは測定値を監視し、監視値Ｉbを超えた時点（ｔb）で寿命が近いことを知らせるための警報を出力する。さらに、最大限界値Ｉeに達したときは、その時点（ｔe）で寿命が来たことを告知するようにしている。そのような警報ないし告知は操作パネル４４を通じて行われる。
【００４６】
このように、装置がＬＤファイバカップリングＬＤ３２の残り寿命をモニタして適時にモニタ結果を出力するので、ユーザはＬＤ交換の時機を事前に把握し、装置稼動状況やレーザ加工作業に影響しない頃合を見計らって適時にＬＤ交換を行うことができる。
【００４７】
なお、ＬＤ電流を一定とするときは、図５に示すように、ファイバカップリングＬＤ３２の累積稼動時間が増大するにつれてＬＤ出力が低下する。この場合は、ＬＤ出力の設定値または測定値を監視し、所定の監視値Ｐbを超えた時点（ｔb）で寿命が近いことを知らせるための警報を出力し、限界値Ｐeに達したときはその時点（ｔe）で寿命が来たことを告知するようにしてよい。
【００４８】
図６に、別の実施形態における電気光学励起部１２の構成を示す。図中、図１の各部と同様の構成または機能を有する部分には同一の符号を付してある。
【００４９】
この実施形態において、ファイバカップリングＬＤ３２を一定温度に冷却または温調するための冷却部は、たとえばペルチェ素子からなる電子冷却器５０と冷却ファン５２付きの放熱器５４とで構成されている。電子冷却器５０は、ファイバカップリングＬＤ３２と熱的に結合して設けられ、ファイバカップリングＬＤ３２より発生された熱を放熱器５４側へ可変制御可能なレートで移動させる。電子冷却器電源５６は、制御部２８の制御の下で電子冷却器５０を駆動制御する。放熱器５４は、たとえば放熱フィンを有する放熱部材で構成され、空冷ファン５２からの風を放熱フィンに受けることで、電子冷却器５０を介してファイバカップリングＬＤ３２より受け取った熱を大気中に放出する。冷却ファン電源５８は、制御部２８の制御の下で冷却ファン５２を駆動制御する。
【００５０】
ファイバカップリングＬＤ３２の温度は温度センサ６０によって測定される。ファイバカップリングＬＤ３２を点灯させている間つまりレーザ発振動作中、制御部２８は、温度センサ６０からのＬＤ温度測定値を受け取り、ＬＤ温度測定値が設定温度Ｔsに一致するように、電子冷却器電源５６および冷却ファン電源５８を通じて電子冷却器５０および冷却ファン５２の動作を制御する。この実施形態では、放熱器５４の温度を測定するための温度センサ６２も設けられている。以下に述べるように、制御部２８は、ファイバカップリングＬＤ３２を消灯させた後に温度センサ６２からの放熱器温度測定値を受け取り、放熱器温度が所定のレベルまで下がってからＬＤ冷却部の運転を止めるようになっている。
【００５１】
図７に、この実施形態におけるＬＤ冷却部の運転制御を示す。上記のように、ファイバカップリングＬＤ３２が点灯している間は、ＬＤ冷却部（電子冷却器５０、冷却ファン５２）の冷却動作によりファイバカップリングＬＤ３２の温度（ＬＤ温度）が設定値Ｔsに維持されている。放熱器５４にはファイバカップリングＬＤ３２で発生した熱が電子冷却器５０を介して送られ、放熱器５４の温度はＬＤ温度よりも高く、さらには所定のＬＤ上限温度ＴQよりも高い温度に維持される。ここで、ＬＤ上限温度ＴQは、ＬＤ温度がこれを超えるとファイバカップリングＬＤ３２に熱ストレスが発生する閾値温度である。
【００５２】
制御部２８は、ファイバカップリングＬＤ３２を消灯させた時、つまりＬＤ電源部３４を停止させた時は、その後もＬＤ冷却部の運転を継続したまま、温度センサ６２を介して放熱器５４の温度を監視する。図７に示すように、ＬＤ消灯後は、ファイバカップリングＬＤ３２で熱が発生しなくなり、したがってファイバカップリングＬＤ３２から放熱器５４への熱の移動または流入が減って、放熱器５４における入熱と放熱のバランスが崩れ（入熱より放熱が多くなり）、放熱器５４の温度が単調に下がる。一方、ファイバカップリングＬＤ３２はＬＤ冷却部による温調を継続して受けるため、ＬＤ温度はＬＤ消灯前と同じ温度Ｔsに維持される。その結果、放熱器温度がＬＤ上限温度ＴQを割り、やがてＬＤ温度（Ｔs）まで下がる。制御部５４は、放熱器５４の温度がＬＤ温度（Ｔs）まで下がると、この時点でＬＤ冷却部の運転を止める。この後はＬＤ温度も放熱器温度も周囲温度に向かって漸次的に変化する。通常、周囲温度はＬＤ上限温度ＴQ以下に設定されるので、問題はない。
【００５３】
上記のようなＬＤ冷却部の運転制御によれば、ＬＤ消灯後にＬＤ温度がＬＤ上限温度ＴQを超えることはなく、ファイバカップリングＬＤ３２に熱ストレスを与えなくて済む。
【００５４】
なお、放熱器温度がＬＤ上限温度ＴQを割った時点でＬＤ冷却部の運転を止めることも可能であるが、余熱次第ではＬＤ温度が上昇してＬＤ上限温度ＴQを超えてしまうこともある。したがって、放熱器温度がＬＤ温度に到達した時点またはその前後でＬＤ冷却部の運転を止めるのが最も望ましい。
【００５５】
図８に、参考例として、ＬＤ消灯と同時にＬＤ冷却部の運転を止めた場合の（つまり従来技術における）ＬＤ温度および放熱器温度の変化（時間特性）を示す。この場合は、ＬＤ冷却部の運転が止まると、放熱器５４の熱が大気中に放出されるよりも電子冷却器５０を介してファイバカップリングＬＤ３２へ移動（逆流）し、ＬＤ温度は急激に上昇してＬＤ上限温度ＴQを超えてしまう。これによって、ファイバカップリングＬＤ３２は熱ストレスを受け、劣化を早めることとなる。
【００５６】
以上、好適な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能であり、特に電気光学励起部１２内の全体または各部の構成について種々変形が可能である。また、ＹＡＧレーザ発振部１０内の各部の構成も種々の変形が可能であり、ＹＡＧレーザ以外の固体レーザも可能である。また、本発明は、ファイバカップリング方式とは異なる方式励起用半導体レーザ装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工用のＬＤ励起ＹＡＧレーザ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態における自動更新機能を説明するための図である。
【図３】実施形態における表示画面の一例を示す図である。
【図４】実施形態におけるＬＤ寿命モニタ機能の作用を説明するための図である。
【図５】実施形態におけるＬＤ寿命モニタ機能の作用を説明するための図である。
【図６】本発明の別の実施形態における電気光学励起部の構成を示すブロック図である。
【図７】実施形態におけるＬＤ冷却部の運転制御を説明するための図である。
【図８】従来のＬＤ冷却部の運転制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    ＹＡＧレーザ発振部
１２    電気光学励起部
１８    ＹＡＧロッド
２２    光ファイバ
２８    制御部
３２    ファイバカップリングＬＤ
３４    ＬＤ電源
３６    電流センサ
３８    ＬＤ電流測定回路
４０    ミラー
４２    ＬＤ出力測定部
４４    操作パネル
５０    電子冷却器
５２    冷却ファン
５４    放熱器
６０，６２    温度センサ
【図１】
2006005212.tif 000003
【図２】
2006005212.tif 000004
【図３】
2006005212.tif 000005
【図４】
2006005212.tif 000006
【図５】
2006005212.tif 000007
【図６】
2006005212.tif 000008
【図７】
2006005212.tif 000009
【図８】
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