[发明专利]激光器装置以及激光加工机

说明书

激光器装置具有：种光源，其输出光；前置光放大器，其对输出的光进行光学放大；后置光放大器，其对输出的光进行光学放大，包含具有热透镜效应的放大介质；功率监视器部，其对输出的光的平均功率进行测定；种光源驱动器；前置光放大器驱动器；以及控制部，其控制种光源驱动器及前置光放大器驱动器。控制部控制种光源，以选择性地输出连续光或多个脉冲，控制部基于功率监视器部的测定结果，对前置光放大器的增益进行控制，以使得从前置光放大器输出的光的平均功率变为恒定。根据上述的结构，在使用包含具有热透镜效应的放大介质在内的光放大器的情况下，能够抑制热透镜的特性变化，并且在较大的范围内对脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。

技术领域

本发明涉及一种激光器装置以及使用该激光器装置的激光加工机，该激光器装置对从种光源输出的光进行光学放大，输出高峰值功率(peak power)的脉冲(pulse)光。

背景技术

在使用激光的微小加工、例如小径的开孔、打标记(marking)等中，产生具有高峰值功率、高脉冲能量(pulse energy)的光的激光器装置是有效的。并且，优选下述激光器装置，其能够与加工对象的材料、加工后的孔径、孔深等加工要求相应地，在较大的范围内独立地对脉冲频率、脉冲宽度、脉冲峰值功率等进行控制。

作为现有的输出高峰值功率、高脉冲能量的光的激光光源，已知包含Nd：YAG结晶、Nd：YVO₄结晶等激光介质在内的固体激光器的Q开关(Q-switch)振荡器。固体激光器的Q开关振荡器能够从振荡器直接得到高峰值功率、高脉冲能量的激光，但是对于输出脉冲的重复频率、脉冲宽度，只能在有限的范围内进行控制。

另外，作为输出高峰值功率、高脉冲能量的光的激光光源的其他结构，已知MOPA(Master Oscillator and Power Amplifier)方式的激光器装置，该激光器装置具有：振荡器，其作为种光而产生较弱的功率的激光；以及光放大器，其用于对来自振荡器的种光进行放大。例如，提出了下述的激光器装置，其将半导体激光器(LD)作为种光源使用，利用光纤(fiber)放大器进行放大。通过作为种光源而使用半导体激光器，对向半导体激光器注入的电流进行控制，从而能够在较大的范围内对输出脉冲的重复频率、脉冲宽度进行控制。

例如，在专利文献1中，在将从种光源输出的脉冲串(burst)光在光放大器中进行放大的激光系统(system)中，通过使脉冲串内的脉冲和脉冲之间的种光源的功率变化，从而将光放大器的激励功率保持为恒定不变，对放大后的单独的脉冲光的峰值功率或脉冲能量进行控制。另外，在专利文献2中，在具有光纤放大器、作为种光源的半导体激光器2、作为激励光源的半导体激光器的激光光源装置中，种光源的半导体激光器在主照射期间将脉冲光作为种光射出，在预备照射期间将具有比脉冲光的峰值功率小的功率、且实际的连续光作为种光射出，从而在射出开始时能够得到具有所期望的峰值功率的脉冲光。

专利文献1：日本特表2013－500583号公报

专利文献2：日本特开2010－171131号公报

在将种光利用光纤放大器进行放大的情况下，如果放大后的峰值功率变高，则会发生诱发拉曼(Raman)散射、自相位调制等不希望的非线性现象，或者引起光纤损伤。开始发生非线性现象的峰值功率通常受所使用的光纤的纤芯(core)直径和长度限制。由于缩短光纤会缩短放大介质的长度，因此在保持放大率不变而缩短光纤时存在一定的极限。如果光纤的纤芯直径变大，则直至较高的峰值功率为止，不发生非线性现象及光纤的损伤，但是已知放大后的激光的横模(mode)容易劣化。作为用于使激光的横模不劣化、得到更高峰值功率的方法之一，考虑追加对被放大光在激光介质中不进行波导传输的光放大器，即非波导型的光放大器，即，具备具有热透镜(lens)效应的放大介质的光放大器。如果被放大光在光放大器中不进行波导传输，则即使将被放大光的截面积增加得较大，激光的横模也难以劣化，能够在保持良好的光束(beam)品质的情况下放大至较高的峰值功率为止。