(57)【要約】【課題】ファイバレーザの立ち上がり時のレーザ出力状態を改善し、均一なラインによる明瞭なマーキングを形成することが可能なファイバレーザの提供。【解決手段】希土類元素が添加されたコア部を有するダブルクラッドファイバと、該ファイバのコア部に信号光を入射する手段と、該ファイバのコア部又は内側クラッド部に信号光と波長の異なる励起光を入射する手段とを有してなるファイバレーザを用い、前記ファイバの少なくとも片方の端から励起光を入射し、さらに一方の端から信号光を入射し、他方の端から信号光の波長のレーザ発振された増幅光を出力するファイバレーザの動作方法において、ファイバレーザ出力を待機状態にするときに、一定時間の間、入射される励起光のパワーを０より大きなパワーで保持した後に、入射される励起光のパワーを０とする入射光パワー制御を行うことを特徴とするファイバレーザの動作方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素が添加されたコア部と、前記コア部の外周を取り囲む内側クラッド部と、内側クラッド部の外周を取り囲む外側クラッド部とからなり、該コア部の屈折率は内側クラッド部の屈折率よりも高く、該内側クラッド部の屈折率は外側クラッド部の屈折率よりも高いダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバのコア部に信号光を入射する手段と、該ダブルクラッドファイバのコア部又は内側クラッド部に信号光と波長の異なる励起光を入射する手段とを有してなり、該ダブルクラッドファイバの少なくとも片方の端から励起光を入射し、さらに一方の端から信号光を入射し、他方の端から信号光の波長のレーザ発振された増幅光を出力する機構を有するファイバレーザにおいて、
ファイバレーザ出力を待機状態にするときに、一定時間の間、入射される励起光のパワーを０より大きなパワーで保持した後に、入射される励起光のパワーを０とする入射光パワー制御手段を有することを特徴とするファイバレーザ。
【請求項２】
希土類元素が添加されたコア部と、前記コア部の外周を取り囲む内側クラッド部と、内側クラッド部の外周を取り囲む外側クラッド部とからなり、該コア部の屈折率は内側クラッド部の屈折率よりも高く、該内側クラッド部の屈折率は外側クラッド部の屈折率よりも高いダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバのコア部に信号光を入射する手段と、該ダブルクラッドファイバのコア部又は内側クラッド部に信号光と波長の異なる励起光を入射する手段とを有してなるファイバレーザを用い、前記ダブルクラッドファイバの少なくとも片方の端から励起光を入射し、さらに一方の端から信号光を入射し、他方の端から信号光の波長のレーザ発振された増幅光を出力するファイバレーザの動作方法において、
ファイバレーザ出力を待機状態にするときに、一定時間の間、入射される励起光のパワーを０より大きなパワーで保持した後に、入射される励起光のパワーを０とする入射光パワー制御を行うことを特徴とするファイバレーザの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として金属、半導体などの被加工物にマーキングを施すマーカ装置などに使用されるファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、希土類添加光ファイバを用いたファイバレーザが注目を集めている。
ファイバレーザに関しては、すでに多くの発明が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１は、従来のファイバレーザを用いたマーカ装置の一例を示す図である。このマーカ装置は、レーザ光源であるファイバレーザ１と、金属などの所望の材料からなる被加工物５との間に、ガルバノスキャナー３と、集光用のレンズ４とを配置した構成になっている。このマーカ装置は、ファイバレーザ１から放出されたレーザ光２を、ガルバノスキャナー３によって光の方向を適宜調整し、レンズ４で被加工物５の表面に集光照射してマーキングが行われる。
【０００４】
図２は、前述したマーカ装置などに使用される、一般的なファイバレーザの概略構成を示す図である。このファイバレーザ１は、信号光源６、励起光源７、マルチポートカプラ８、レーザ発振媒質である希土類添加ダブルクラッドファイバ９、及びコリメータ１０を主な構成要素として備えている。信号光源６よりパルス出力されたシングルモードの信号光は、励起光源７である励起ＬＤよりマルチモードファイバを通り出力された励起光とともに、マルチポートカプラ８を介して、例えばＹｂのような希土類が添加されたダブルクラッドファイバ９へ送られる。ダブルクラッドファイバ９中で、信号光はコア部、励起光はコア部を横切りながら内側クラッド部を進むが、励起光がコア部を横切るときに、信号光が増幅され、最終的には増幅された信号光のみがパルス出力される。
【０００５】
この種のファイバレーザ１がマーカ装置中で使用されるとき、ファイバレーザの励起光源７である励起ＬＤは、印字中のみ点灯されている。マーカ装置によってマーキングされるライン１１の線描速度は、装置やマーキングされるワークにより異なるが、おおむね１００〜２００ｍ／分程度であり、ライン１１から別のラインへ移る速度は１μｓ〜１ｍｓ程度である。
【０００６】
なお、レーザマーカの原理は、すでに多くの発明が開示されている（例えば、特許文献２，３参照。）。
【特許文献１】特開平５−２７５７９２号公報
【特許文献２】特開昭６０−４０６８２号公報
【特許文献３】特開昭６０−９６３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、ファイバレーザの場合、励起ＬＤが点灯状態に変わってから、ファイバレーザとしての出力が安定状態に達するには一定の時間を要する。図３は、従来のマーカ装置において使用されているファイバレーザの立ち上がりのレーザ出力パターンを例示するグラフである。図３に示すように、従来のファイバレーザにあっては、立ち上がり時にレーザ出力が漸次増加する傾向があった。
【０００８】
前述したように、マーキングは非常に高速で行われるため、立ち上がり時にレーザ出力が安定状態になるまでに時間がかかると、例えば図４に示すように被加工物５の表面にライン１１により文字をマーキングする場合、文字のはじめのライン１１は低いレーザ出力で描かれるため薄くなってしまい、文字の濃淡にムラが出てしまうという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、ファイバレーザの立ち上がり時のレーザ出力状態を改善し、均一なラインによる明瞭なマーキングを形成することが可能なファイバレーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、希土類元素が添加されたコア部と、前記コア部の外周を取り囲む内側クラッド部と、内側クラッド部の外周を取り囲む外側クラッド部とからなり、該コア部の屈折率は内側クラッド部の屈折率よりも高く、該内側クラッド部の屈折率は外側クラッド部の屈折率よりも高いダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバのコア部に信号光を入射する手段と、該ダブルクラッドファイバのコア部又は内側クラッド部に信号光と波長の異なる励起光を入射する手段とを有してなり、該ダブルクラッドファイバの少なくとも片方の端から励起光を入射し、さらに一方の端から信号光を入射し、他方の端から信号光の波長のレーザ発振された増幅光を出力する機構を有するファイバレーザにおいて、ファイバレーザ出力を待機状態にするときに、一定時間の間、入射される励起光のパワーを０より大きなパワーで保持した後に、入射される励起光のパワーを０とする入射光パワー制御手段を有することを特徴とするファイバレーザを提供する。
【００１１】
また本発明は、希土類元素が添加されたコア部と、前記コア部の外周を取り囲む内側クラッド部と、内側クラッド部の外周を取り囲む外側クラッド部とからなり、該コア部の屈折率は内側クラッド部の屈折率よりも高く、該内側クラッド部の屈折率は外側クラッド部の屈折率よりも高いダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバのコア部に信号光を入射する手段と、該ダブルクラッドファイバのコア部又は内側クラッド部に信号光と波長の異なる励起光を入射する手段とを有してなるファイバレーザを用い、前記ダブルクラッドファイバの少なくとも片方の端から励起光を入射し、さらに一方の端から信号光を入射し、他方の端から信号光の波長のレーザ発振された増幅光を出力するファイバレーザの動作方法において、ファイバレーザ出力を待機状態にするときに、一定時間の間、入射される励起光のパワーを０より大きなパワーで保持した後に、入射される励起光のパワーを０とする入射光パワー制御を行うことを特徴とするファイバレーザの動作方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のファイバレーザは、レーザ出力パルスの立ち上がりが改善され、発明のファイバレーザを用いることにより、効率的なマーキングを行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明では、希土類元素が添加されたコア部と、前記コア部の外周を取り囲む内側クラッド部と、内側クラッド部の外周を取り囲む外側クラッド部からなり、該コア部の屈折率は内側クラッド部の屈折率よりも高く、該内側クラッド部の屈折率は外側クラッド部の屈折率より高いダブルクラッドファイバと、該ダブルクラッドファイバのコア部に信号光を入射する手段と、該ダブルクラッドファイバのコア部または内側クラッド部に信号光と波長の異なる励起光を入射する手段を有し、該ダブルクラッドファイバの少なくとも片方の端から励起光を入射し、さらに一方の端から信号光を入射し、もう一方の端から信号光の波長のレーザ発振された光を出力する機構を有するファイバレーザにおいて、ファイバレーザ出力を０にするときに、一定時間の間、入射される励起光のパワーを０より大きな低いパワーで保持した後、入射される励起光のパワーを０とする入射光パワー制御手段をもつことを特徴とする、ファイバレーザを提供する。
【００１４】
ここで、一定時間とは、前述したマーキングのラインとライン、ロットとロットの間を移る程度の時間であり、おおむね１ｍｓ程度である。また、０より大きな低いパワーとは、励起光のパワーは０ではないが、ファイバレーザ出力はほぼ０となる程度の大きさであり、おおむねファイバレーザの発振閾値の４０〜１２０％程度の値である（図５）。
【００１５】
１ｍｓ経過する前に、再びファイバレーザ出力の指令が入った場合は、励起光のパワーが指令どおり上昇し、１ｍｓ経過する間に、再びファイバレーザを出力する指令が入らなかった場合は、励起光のパワーは０となる。
【００１６】
また、このような入射光パワー制御手段は、電気制御によりファイバレーザ内部に持たせることも可能であるが、内部に持たせられない場合であっても、外部から励起光のパワーが制御できれば、同様に制御することで、同様の効果を得ることができる。
【００１７】
さらに、この一定時間は作業者にとっては極めて短い時間であるため、装置を停止し、装置周辺で何らかの作業を行おうとした場合も、ファイバレーザが完全に停止までの間に待ち時間を消費させることもない。
以下に、より具体的な例を示し、本発明を詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
ここでは、波長１０６４ｎｍの信号光、波長９７６ｎｍの励起光を用いて、Ｙｂ（イッテルビウム）がドープされたダブルクラッドファイバで、信号光が励起光によって増幅されるファイバレーザの例を考える。
【００１９】
信号光源より出射された信号光は、Ｙｂがドープされたダブルクラッドファイバのコアに入射され、励起光源から出射された励起光は、マルチポートカプラを介しダブルクラッドファイバの内側クラッド部から入射され、コア部に送られることで、信号光が増幅される。増幅された信号光は、コリメータ等を介してレーザ光として出射される。このファイバレーザの概略は、図２に示したものと同様である。ここで、信号光は繰り返し周波数１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度のパルスである。
【００２０】
信号光を出力した後、励起光源である励起ＬＤの出力をＯＮの状態にすることで、ファイバレーザよりレーザ出力を得ることができる。マーカ装置に使用するファイバレーザの場合、励起光源のパワーは３０Ｗ程度、ファイバレーザ出力のパワーは１０Ｗ程度である。
【００２１】
［実施例１］
図２に示したファイバレーザを用い、信号光の波長を１０６４ｎｍ、励起光の波長を９７６ｎｍとし、ダブルクラッドファイバにコア径２０μｍのＹｂドープファイバを使用し、ファイバレーザを作製した。励起ＬＤの出力パワーが３０Ｗの時のファイバレーザ出力の平均パワーは１０．５Ｗであった。
【００２２】
信号光の繰り返し周波数を１００ｋＨｚとし、待機時の励起ＬＤの出力を０Ｗ、２Ｗとしたときのパルスの立ち上がり、立ち下がりを比較した。出力パルスのピークパワーは０．２ｋＷであった。結果を図６に示す。
【００２３】
図６は、時刻０μｓで、励起ＬＤ出力を待機状態（０Ｗ、または２Ｗ）から３０Ｗへと変化させたとき（図６（ａ）は０Ｗ，（ｃ）は２Ｗの場合である）、また時刻５０００μｓで励起ＬＤ出力を３０Ｗから待機状態（０Ｗまたは２Ｗ）へと変化させたとき（図６（ｂ）は０Ｗ，（ｄ）は２Ｗの場合である）の出力パルスの変化を示したものである。
【００２４】
図６の結果から、待機中のファイバレーザ出力はともに０であるが、待機中の励起ＬＤ出力を２Ｗとしたものは、立ち上がりが５０μｓ程度早くなっていることが確認された。
パルスの立ち下がりには大きな差は見られなかった。
【００２５】
［実施例２］
図２に示したファイバレーザを用い、信号光の波長を１０６４ｎｍ、励起光の波長を９７６ｎｍとし、ダブルクラッドファイバにコア径２０μｍのＹｂドープファイバを使用し、ファイバレーザを作製した。励起ＬＤの出力パワーが３０Ｗの時のファイバレーザ出力の平均パワーは１０．５Ｗであった。
【００２６】
信号光の繰り返し周波数を２０ｋＨｚとし、待機時の励起ＬＤの出力を０Ｗ、２Ｗとしたときのパルスの立ち上がり、立ち下がりを比較した。出力パルスのピークパワーは８．９ｋＷであった。結果を図７に示す。
【００２７】
図７は、時刻０μｓで、励起ＬＤ出力を待機状態（０Ｗ、または２Ｗ）から３０Ｗへと変化させたとき（図７（ａ）は０Ｗ，（ｃ）は２Ｗの場合である）、また時刻５０００μｓで励起ＬＤ出力を３０Ｗから待機状態（０Ｗまたは２Ｗ）へと変化させたとき（図７（ｂ）は０Ｗ，（ｄ）は２Ｗの場合である）の出力パルスの変化を示したものである。
【００２８】
図７の結果から、待機時の励起ＬＤ出力を２Ｗとしたものは、立ち上がりが早くなっていることが確認された。
パルスの立ち下がりには大きな差は見られなかった。
【００２９】
図８は、待機状態時に励起ＬＤへ２Ｗの電流を流した場合（実施例という）と、待機状態時に励起ＬＤへ流す電流を０Ｗとした場合（比較例という）との、励起ＬＤへ流す電流と時間との関係を示すグラフである。図８に示すように、ラインから別のラインへ移動する１μｓ〜１ｍｓ程度の待機状態時、実施例では２Ｗの電流を励起ＬＤに流し、比較例では電流を流さないように制御した。この結果、実施例では、比較例に比べ、立ち上がりが早くなり、被加工物である金属板の表面に文字をマーキングした場合に、比較例で作製した文字に比べ、文字が明瞭となり、判別が容易になった。
【００３０】
以上、実施例を用いて本発明を具体的に説明したが、本発明で使用するファイバレーザの構造などは本実施例において制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ファイバレーザを用いたマーカ装置の概要構成を示す概略斜視図である。
【図２】ファイバレーザの一例を示す構成図である。
【図３】従来のファイバレーザにおける立ち上がり時のレーザ出力と時間との関係を例示するグラフである。
【図４】従来のファイバレーザ使用時のライン線描状態を例示する平面図である。
【図５】ファイバレーザの立ち上がり時におけるファイバレーザ出力と励起パワーの関係を示すグラフである。
【図６】実施例１の結果を示すグラフである。
【図７】実施例２の結果を示すグラフである。
【図８】実施例と比較例のファイバレーザの動作方法を説明するための励起ＬＤへ流す電流と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１…ファイバレーザ、２…レーザ光、３…ガルバノスキャナー、４…レンズ、５…被加工物、６…信号光源、７…励起光源、８…マルチポートカプラ、９…ダブルクラッドファイバ、１０…コリメータ、１１…ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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