[发明专利]光纤激光装置以及输出监视方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光装置以及输出监视方法，特别涉及提高在光纤激光装置的输出光中包含的信号放大光和背景光的检测精度的光纤激光装置以及输出监视方法。

背景技术

在以光纤作为介质的光纤激光装置中，在光纤的纤芯内产生的自然放出光通过不贡献于用于加工的信号放大光的放大的剩余的增益而放大，成为背景光(ASE(放大自发辐射：Amplified Spontaneous Emission)光)，并混入从光纤激光装置输出的输出光。该背景光不影响以高峰值输出的效果为目的的激光加工(例如，激光标记、激光修正、激光绘图等)，因此若在输出光中包含的背景光的比例增大，输出光的功率(或强度)的测定结果与实际的加工结果之间的误差变大，存在对加工精度带来不良影响的顾虑。

因此，以往，通过脉冲调制激发光来减少背景光。

图1是表示在通过以连续光作为激发光的CW激发来放大了启动(seed)光时的信号放大光与背景光的关系例的图示。另一方面，图2是表示在通过以脉冲光作为激发光的脉冲调制激发来放大了启动光时的信号放大光与背景光的关系例的图示。

另外，图1以及图2的最上方的图示表示启动光的波形，横轴表示时间，纵轴表示功率。图1以及图2的中间的图示表示激发光以及通过激发光而获得的放大增益的波形，横轴表示时间，纵轴表示功率或增益。最下方的图示表示从光纤激光装置输出的信号放大光以及背景光的波形，横轴表示时间，纵轴表示功率。

无论是哪个方式的情况，均在输出信号放大光之前，主要通过激发中的能量来放大背景光后输出，并在输出了信号放大光后紧接着，主要通过不贡献于信号光的放大的剩余增益来放大背景光而输出。

此外，在CW激发时，激发光连续入射到光纤，因此对信号放大光进行放大的期间以外的期间也始终成为激发中的状态，放大增益保持高水平。从而，不贡献于信号放大光的放大的剩余增益增大，导致背景光增大。另一方面，在脉冲调制激发时，由于激发光输入到光纤，使得在启动光输入到光纤时放大增益成为峰值，因此与CW激发时相比，能够将对信号放大光进行放大的期间以外的期间的放大增益抑制为较低。从而，比较图1与图2可知，与CW激发相比，脉冲调制激发减少背景光。

而且，无论是哪个方式的情况，都是激发光越强(激发能量越高)，剩余增益越大，背景光越大，激发光越弱(激发能量越低)，剩余增益越少，背景光越少。

此外，无论是哪个方式的情况，都是信号放大光的重复频率越高，提取在光纤内积累的激发能量(增益)越多，剩余增益越少，背景光越少。另一方面，信号放大光的重复频率越低，在光纤内积累的激发能量(增益)的提取量越少，背景光越大。

图3是表示一边将重复频率在10kHz至100kHz的范围内变化，一边测定了通过CW激发从光纤激光装置输出的输出光的光谱的结果的一例的图示。另外，横轴表示波长，纵轴表示输出光的强度的对数值。

当重复频率为100kHz的情况下，输出光中几乎不包含背景光，输出光的光谱成为以信号放大光的中心波长为峰值的几乎左右对称的波形。另一方面，随着重复频率降低，输出光中包含的背景光增大，信号放大光的中心波长的周围的波长成分增大，光谱的范围也变宽。

这在脉冲调制激发时也相同，例如，在重复频率为几kHz时，背景光占输出光的比例从几％达到十几％。

从而，信号放大光的重复频率越低，背景光占输出光的比例越大，因此输出光的功率的测定结果与实际的加工结果之间的误差增大，加工精度降低。

更具体地说，例如，通过下式(1)以及(2)来算出作为加工参数来使用的输出光的能量E以及峰值功率Pp。

E＝Pave/f  ...(1)

Pp＝E/Δt  ...(2)

这里，输出光的平均功率Pave例如通过测量用的功率测量计来测定根据热变换进行了时间平均的值。此外，重复频率f已知，脉冲宽度Δt通过用于检测输出光的光量的光检波器来测定。

若背景光增大，则输出光的平均功率Pave的测定值与信号放大光的平均功率之间的差变大，其结果，输出光的能量E以及峰值功率Pp的测定值背离实际贡献于加工的信号放大光的能量以及峰值功率，加工精度降低。

上述问题在例如代替功率测量计，而通过利用了一般组合在光纤激光装置中的光电二极管的功率监视器来测定输出光的平均功率的情况下也相同。

从而，在以往的光纤激光装置中，为了防止加工精度降低，当将信号放大光的重复频率设定为较低的情况下，限制输出光的功率。