专利名称：光纤激光装置以及输出监视方法
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増益而放大，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増大，输出光的功率(或強度)的測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減少背景光。图I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。另ー方面，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I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I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，纵轴表示功率或増益。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増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終成为激发中的状态，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増益増大，导致背景光増大。另ー方面，在脉冲调制激发吋，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I与图2可知，与CW激发相比，脉冲调制激发減少背景光。而且，无论是哪个方式的情況，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(増益)越多，剩余增益越少，背景光越少。另ー方面，信号放大光的重复频率越低，在光纤内积累的激发能量(増益)的提取量越少，背景光越大。图3是表示一边将重复频率在IOkHz至IOOkHz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，纵轴表示输出光的強度的对数值。
当重复频率为IOOkHz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対称的波形。另ー方面，随着重复频率降低，输出光中包含的背景光増大，信号放大光的中心波长的周围的波长成分増大，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測定结果与实际的加工结果之间的误差増大，加工 精度降低。更具体地说，例如，通过下式⑴以及(2)来算出作为加工參数来使用的输出光的能量E以及峰值功率Pp。E = Pave/f ... (I)
Pp = E/ Δ t …(2)这里，输出光的平均功率Pave例如通过测量用的功率測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At通过用于检测输出光的光量的光检波器来測定。若背景光増大，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ニ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。图4是表示这样的光纤激光装置的动作特性的一例的图示。横轴表示信号放大光的重复频率，纵轴表示输出光的脉冲能量。实线11表示输出光的平均功率成为IOW的线。其中，当将输出光(信号放大光)的脉冲宽度设定为一定的情况下，需要通过SRS(受激拉曼散射Stimulated RamanScattering)将峰值功率限制为规定的值以下，当将输出光的峰值功率设为一定的情况下，需要通过SBS (受激布里渊散射stimulated Brilliouin scattering)将脉冲宽度限制为规定的值以下。因此，如该图所示，在例如重复频率处于IOkHz以下的范围时，输出光的脉冲能量被限制为一定的值，其结果，输出光的平均功率被限制为小于10W。另ー方面，虚线12表不从光纤激光装置实际输出的输出光的脉冲能量。这样,输出光的脉冲能量被限制，使得当重复频率例如在约20 30kHz以下的范围时输出光的平均功率減少。这是因为如上述那样，在低重复频率下不需要的背景光増加。其结果，在将重复频率设定为较低时，可利用的加工能量降低。因此，以往提出了以下的技术利用FBG(光纤布拉格光栅Fiber BraggGrating)从输出光提取并监视信号放大光的波长带的光(例如，參照专利文献I)。专利文献I :(日本)特开2000-183434号公报但是如之前的图3所示，背景光的光谱的中心波长与信号放大光接近，比信号放大光的光谱范围较宽重叠，因此不能分离光谱。
从而，难以利用上述的FBG等，基于波长，从输出光提取信号放大光与背景光
发明内容
本发明鉴于这样的状况而完成，能够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。本发明的一方面的光纤激光装置，输出通过将脉冲状的启动光由光纤放大而获得的信号放大光，包括分叉部，将从光纤射出的激光的一部分分叉，从而提取采样光；光电变换部，对米样光进行光电变换，生成电信号；以及提取部，提取包含输出信号放大光的期间的第I期间中的电信号即第I提取信号、以及除去第I期间的第2期间中的电信号即第2提取信号中的至少ー个。在本发明的一方面的光纤激光装置中，将从光纤射出的激光的一部分分叉，从而提取采样光，对采样光进行光电变换，生成电信号，提取包含输出信号放大光的期间的第I期间中的电信号即第I提取信号、以及除去第I期间的第2期间中的电信号即第2提取信号中的至少ー个。从而，能够提高在光纤激光装置的输出光中包含的信号放大光以及背景光的检测精度。该分叉部例如由TAP连接器构成。该光电变化部例如由高速PIN光电ニ极管构成。该提取部例如由高速模拟复用器构成。在该提取部，能够根据用于控制来自规定的光源的启动光的输出的时钟信号，提取第I提取信号以及第2提取信号。由此，能够简单地控制用于提取第I提取信号以及第2提取信号的定时。该第I期间能够在从时钟信号经过规定的第I时间后开始，经过规定的第2时间后结束。由此，能够更可靠地分离提取在输出光中包含的信号放大光的成分以及背景光的成分。该光纤激光装置还能够设有平滑化部，将第2提取信号平滑化；以及错误检测部，在平滑化后的第2提取信号超过了规定的阈值时，输出错误信号。大量产生背景光(ASE光)的状态表示过剩的増益积累在光纤中的状态，是在信号光的行进方向与反方向容易产生光涌(强峰值输出的尖峰状(spike)的脉冲的产生)的状态。从而，通过该错误检测部，能够预先防止光涌的产生以及其引起的对光学部件的损坏。该平滑化部例如由利用了电容等的平滑化电路构成。该错误检测部例如由比较器构成。在该光纤激光装置中，还可以如下电信号被分叉为第I电信号与第2电信号，光纤激光装置包括限制部，限制第2电信号的电平；以及放大部，放大电平被限制的第2信号，提取部从第I电信号提取第I提取信号，并从被放大后的第2电信号提取第2提取信号。由此，能够放大并检测在输出光中包含的背景光的成分。该限制部例如由齐纳ニ极管构成。该放大部例如由高速运算放大器放大电路构成。在该光纤激光装置中，还能够设有除去部，从采样光除去用于放大启动光的激发光的波长带的成分，光电变换部将除去了激发光的波长带的成分的采样光进行光电变换。由此，能够除去在输入到光纤的激发光中对放大没有贡献而输出的剰余激发光，从而检测信号放大光以及背景光。该除去部例如由带通滤波器和ND滤波器等光学滤波器构成。在该光纤激光装置中，还能够设有输出控制部，根据基于第I提取信号的检测值以及基于第2提取信号的 检测值中的至少ー个，控制光纤激光装置的输出。由此，能够提高加工精度。此外，能够实现以低重复频率高加工能量进行激光加工的光纤激光装置。该输出控制部例如由CPU、MPU等处理器构成。本发明的一方面的输出监视方法用于光纤激光装置，光纤激光装置输出通过将脉冲状的启动光在光纤内放大后获得的信号放大光，输出监视方法包括以下步骤将从光纤射出的激光的一部分分叉，提取采样光；将采样光光电变换而生成电信号；以及提取包含输出信号放大光的期间的第I期间中的电信号即第I提取信号、以及除去第I期间的第2期间中的电信号即第2提取信号中的至少ー个。在本发明的一方面的输出监视方法中，将从光纤射出的激光的一部分分叉，从而提取采样光，对采样光进行光电变换，生成电信号，提取包含输出信号放大光的期间的第I期间中的电信号即第I提取信号、以及除去第I期间的第2期间中的电信号即第2提取信号中的至少ー个。从而，能够提高在光纤激光装置的输出光中包含的信号放大光、背景光的检测精度。采样光的提取例如由TAP连接器进行。光电变换例如由高速PIN齐光电ニ极管进行。第I提取信号和第2提取信号的提取例如由高速模拟复用器进行。根据本发明的一方面，能够提高在光纤激光装置的输出光中包含的信号放大光、背景光的检测精度。


图I是表示CW激发时的启动光、激发光、放大增益、信号放大光、以及背景光的发展的图示。图2是表示脉冲调制激发时的启动光、激发光、放大增益、信号放大光以及背景光的发展的图示。图3是表示光纤激光装置的信号放大光的重复频率与光谱的关系的图示。图4是表示以往的光纤激光装置的动作特性的一例的图示。图5是表示应用了本发明的光纤激光装置的ー实施方式的方框图。图6是表示光纤激光装置的检测部的结构例的图。图7是用于说明由光纤激光装置执行的输出监视处理的流程图。图8是用于说明由光纤激光装置执行的输出监视处理的波形图。标号说明101光纤激光装置111激光光源
112激光控制系统113加工单元131 启动 LD134 激发 LD136光放大光纤139A 至 139D 激发 LD141光放大光纤
143TAP 连接器(coupler) 145光学滤波器146光检波器161驱动控制部162脉冲发生器163、164、165A 至 165D 驱动器166检测部181监视部203齐纳ニ极管204放大电路205复用器206A、206B信号处理部208比较器
具体实施例方式以下，说明用于实施本发明的方式(以下称为实施方式)。另外，说明按照以下顺序进行。I.实施方式2.变形例〈I.实施方式〉图5是表示应用了本发明的光纤激光装置101的ー实施方式的图。光纤激光装置101包括激光光源111、控制激光光源111的激光控制系统112、以及加工单元113。激光光源111包含以下而构成启动LD (激光二极管)131、带通滤波器(BPF) 132、隔离器133、激发LD (激光二极管)134、耦合器135、光放大光纤136、隔离器137、带通滤波器(BPF) 138、激发LD (激光二极管)139A至139D、耦合器140、光放大光纤141、隔离器142、TAP连接器143、端盖(end cap) 144、光学滤波器145、以及光检波器146。启动LD131基于激光控制系统112的控制而脉冲振荡，从而发出脉冲状的启动光。另外，启动光的波长例如从1000 IlOOnm的范围中选择。从启动LD131发出的启动光通过BPF132以及隔离器133。BPF132使包含启动光的中心波长的规定的波长带的光通过，并截止不同于该波长带的波长带的光。
隔离器133使启动光通过,并截止来自光放大光纤136的返回光，防止返回光入射到启动LD131。激发LD134基于激光控制系统112的控制，发出用于激发在光放大光纤136的纤芯中添加的稀土类元素的激发光。例如，当稀土类元素为Yb(镱)的情况下，激发光的波长例如设定为915 975nm。耦合器135耦合来自启动LD131的启动光以及来自激发LD134的激发光的光路，使其入射到光放大光纤136。光放大光纤136具有纤芯以及设置在该纤芯的周围的镀层，纤芯被添加作为光放大成分的稀土类元素。添加到纤芯中的稀土类元素的种类没有特别限定，例如有Er (餌)、Yb(镱)、Nd(钕)等。此外，光放大光纤136的纤芯中包含的稀土类元素吸收激发光，从而该稀土类元 素被激发。在该状态下，若启动光在光放大光纤136的纤芯中传播，则产生被激发的稀土类元素引起的受激发射。通过该受激发射，输入到光放大光纤136中的启动光被放大。另外，以下，将通过在光放大光纤136内放大启动光而获得的脉冲光称为信号放大光。隔离器137使从光放大光纤136射出的信号放大光通过,并截止向光放大光纤136的返回光。BPF138使包含从光放大光纤136射出的信号放大光的中心波长的规定的波长带的光通过，并截止不同于该波长带的波长带的光。激发LD139A至139D各自基于激光控制系统112的控制，发出用于激发在光放大光纤141的纤芯中包含的稀土类元素的激发光。另外，在图5中，对光放大光纤141设置四个激发LD，但激发LD的个数并没有特别限定。耦合器140耦合通过了 BPF138的信号放大光与来自激发LD139A至139D的激发光的光路，并将其入射到光放大光纤141。光放大光纤141具有与光放大光纤136同样的结构，被入射信号放大光与激发光，从而进一步放大信号放大光而射出。另外，以下将从光放大光纤141射出的光称为输出光。输出光中包含被光放大光纤136以及光放大光纤141放大后的信号放大光和背景光、以及不用于信号放大光以及背景光的放大的剩余的激发光(以下，称为剩余激发光)。隔离器142使从光放大光纤141射出的输出光通过，并截止向光放大光纤141的返回光。TAP连接器143使从光放大光纤141射出的输出光的一部分(例如约1% )分叉，并使其入射到光学滤波器145。剰余的输出光通过端盖144，入射到加工単元113。另外，以下，将被TAP连接器143分叉并入射到光学滤波器145的输出光称为采样光。端盖144为了在峰值功率高的输出光从光纤射出到大气中时，防止在光纤的截面与大气之间的边界面产生的损坏(damage)而设置。加工单元113内置有例如包含f Θ透镜、扫描镜、夹缝等的加工光学系统，将从激光光源111射出的输出光照射到加工对象物103，并在加工面上进行扫描，将加工对象物103加工另ー方面，入射到光学滤波器145的采样光被光学滤波器145截止规定的波长带的光，并使不同于该波长带的波长带的光通过。更具体地说，如上所述，采样光中除了信号放大光之外，包含背景光以及剩余激发光。此外，如上所述，信号放大光的波长(=启动光的波长)例如在1000 IlOOnm的范围内，激发光的波长例如为915 975nm，且互相分离。因此，光学滤波器145由带通滤波器以及ND滤波器构成，带通滤波器截止激发光的波长带的光，并使除此之外的波长带的光通过，从而从采样光中除去剰余激发光，ND滤波器调整光量。另外，带通滤波器例如由电介质真空镀的光学性滤波器构成。通过了光学滤波器145的米样光入射到光检波器146。光检波器147例如由高速PIN光电ニ极管构成,对入射的米样光进行光电转换,生成基于米样光的光量(强度)的电信号(以下，称为检测信号)，并提供给激光控制系统112的检测部166。激光控制系统112包括驱动控制部161、脉冲发生器162、驱动器163、164以及165A至165D以及检测部166。驱动控制部161控制光纤激光装置101整体，使得从激光光源111射出满足从个人计算机(PC)103提供的条件(例如，信号放大光的功率、射出时间等)的信号放大光。更具体地说，驱动控制部161基于由检测部166检测的信号放大光以及背景光的功率(或强度)，统ー控制脉冲发生器162、驱动器164以及驱动器165A至165D，从而控制激光光源111的动作。脉冲发生器162基于驱动控制部161的控制，产生由驱动控制部161指令的周期的时钟信号，并将其提供给驱动器163以及检测部166。驱动器163与从脉冲发生器162提供的时钟信号同步，调制对启动LD131提供的驱动电流。然后，通过调制对启动LD131提供的驱动电流，从而从启动LD131发出的启动光的强度波形反映该驱动电流的波形。此外，从启动LD131发出的启动光的重复频率与从脉冲发生器162提供的时钟信号的频率一致。驱动器164基于驱动控制部161的控制，对激发LD134提供驱动电流。由此，激发LD134发出激发光。驱动器165A至16 各自被设定为与各激发LD139A至139D分别对应。驱动器165A至16 分别基于驱动控制部161的控制，对对应的激发LD提供驱动电流。从而，激发LD139A至139D各自发出激发光。检测部166基于从光检波器146提供的检测信号，检测信号放大光以及背景光的功率(或強度)，并将表示检测结果的信号提供给驱动控制部161。此外，检测部166基于检测到的背景光，检测激光光源111的异常，在检测到异常时，将错误信号提供给驱动控制部 161。另外，以下将与激光光源111的输出监视有关的TAP连接器143、光学滤波器145、光检波器146以及检测部166统称为监视部181。[检测部166的结构例]图6表示检测部166的结构例。
检测部166包括以下而构成脉冲电压变换电路201、放大电路202、齐纳ニ极管203、放大电路204、复用器205、信号处理部206A、206B、基准电源207、比较器208、电源209、以及开关210。此外，比较器208包含时钟电路221以及开关222A、222B。另外，对于检测部166的各部分的动作，将在后面參照图7以及图8进行叙述。[输出监视处理]接着，參照图7的流程图以及图8的波形图，说明由光纤激光装置101执行的输出监视处理。在步骤SI中，TAP连接器143使采样光分叉。即，TAP连接器143将从光放大光纤141射出并通过了隔离器142的输出光的一部分(即采样光)分叉，从而使其入射到光学滤波器145。图8的波形2表示被TAP连接器143分叉后的采样光的波形。另外，在波形2中，最下层的中空的部分表示剰余激发光的成分，斜线部分表示背景光的成分，具有高峰值的脉冲状部分表示信号放大光的成分。
信号放大光在激光光源111内传送，因此比波形I所不的启动光延迟规定时间后从光放大光纤141射出，并通过光学滤波器145。背景光比信号放大光平缓变化，在信号放大光的输出前以及输出后变得最強。其中，背景光在信号放大光的输出过程中几乎成为O。剰余激发光在CW激发吋，与信号放大光无关地成为几乎一定的強度。在步骤S2中，光学滤波器145从采样光除去剰余激发光。即，光学滤波器145在入射的采样光中截止激发光的波长带的光，并使除此之外的波长带的光通过。由此，从采样光除去剰余激发光，几乎仅包含信号放大光以及背景光的采样光被入射到光检波器146。在步骤S3中，光检波器146检测采样光的强度。即，光检波器146将入射的采样光进行光电变换，生成由基于采样光的光量(亮度)的电流构成的检测信号，并将其提供给脉冲电压变换电路201。在步骤S4中，脉冲电压变换电路201将由从光检波器146提供的电流构成的检测信号变换为电压，并提供给放大电路202。在步骤S5中，放大电路202放大检测信号。放大电路202例如由高速运算放大器电路构成，放大检测信号，使得检测信号的电平成为易处理的值(例如，波高值成为几伏)。由此，例如检测信号的S/N比即信号放大光成分相对于背景光成分的比是IO3 104，因此当检测信号被放大为波高值成为几伏时，放大后的检测信号的背景光成分的信号电平成为几毫伏。图8的波形3表示从放大电路202输出的检测信号的波形。与波形2相比，除去了剰余激发光的成分，仅由信号放大光与背景光的成分构成。在步骤S6中，检测部166将检测信号分叉为两个，并限制ー个信号电平。具体地说，从放大电路202输出的检测信号被分叉为两个相同电平的信号,其中一个被输入到复用器205，另ー个经由齐纳ニ极管203输入到放大电路204。另外，以下将输入到复用器205的检测信号称为信号光检测用信号，将经由齐纳ニ极管203输入到放大电路204的检测信号称为背景光检测用信号。背景光检测信号在输入到放大电路204之前，被齐纳ニ极管203去掉规定电压值以上的成分。由此，输入到放大电路204的背景光检测用信号被限制为规定的电压值以下。另外，该电压的限制值例如被设定为在将背景光检测用信号通过放大电路204放大时电压值不饱和的电平。在步骤S7中，放大电路204放大检测信号的背景光成分。具体来说，放大电路204例如由高速运算放大器放大电路构成。此外，放大电路204的增益例如被设定为如下的值将背景光成分的信号电平 从几毫伏放大至几百毫伏 几伏，且即使背景光的強度在规定的范围内变动，背景光成分的信号电平也不会饱和。然后，放大电路204基于该增益，放大被输入的背景光检测用信号，从而提供给复用器205。图8的波形4表示从放大电路204输出的背景光检测用信号的波形的例子。与波形3比较，背景光成分被放大，且信号放大光成分被限制为规定的电压限制电平LI以下。在步骤S8中，复用器205从检测信号提取信号放大光成分以及背景光成分。具体来说，复用器205例如由响应能力大致为20纳秒以下的高速的模拟复用器构成。复用器205的内部的时钟电路221根据从脉冲发生器162提供的时钟信号即用于控制来自启动LD131的启动光的输出的时钟信号，生成脉冲状的选择信号。然后，在选择信号导通的期间，复用器205的信号光检测用信号侧的开关222A被导通，背景光检测用信号侧的开关222B被截止。由此，从复用器205仅输出信号光检测用信号，并输入到信号处理部206A。另ー方面，在选择信号被截止的期间，复用器205的信号光检测用信号侧的开关222A被截止，背景光检测用信号侧的开关222B被导通。由此，从复用器205仅输出背景光检测用信号，并输入到信号处理部206B。图8的波形5表不选择信号的波形的例子,波形6表不从复用器205输入到信号处理部206A的信号光检测用信号的波形的例子，波形7表示从复用器205输入到信号处理部206B的背景光检测用信号的波形的例子。选择信号在从脉冲发生器162提供的时钟信号起经过规定的第I时间后开始(导通)，经过规定的第2时间后结束(截止)。更具体地说，选择信号在从启动LD131发出启动光的定时(时钟信号导通的定时)起延迟了规定的延迟时间的定时导通。该延迟时间例如被设定为激光在激光光源111内的光纤传播所需的时间(例如，若光纤的总长度为10m，则约为30纳秒)，或者比该时间短规定的时间的时间。此外，选择信号被导通的期间(选择信号的脉冲宽度)被设定为与启动LD131的驱动信号的脉冲宽度(与启动光的脉冲宽度)相同，或者比该宽度长规定的时间的期间。由此，输出信号放大光的期间可靠地包含在选择信号的导通期间，如波形6所示，从信号光检测用信号提取信号放大光的成分。此外，如波形7所示，从背景光检测用信号提取除去了信号放大光的成分的背景光成分。另外，以下，将通过复用器205从信号光检测用信号提取信号放大光的成分，并输入到信号处理部206A的信号称为信号光提取信号。此外，以下，将通过复用器205从背景光检测用信号提取背景光的成分，并输入到信号处理部206B的信号称为背景光提取信号。这里，背景光提取信号中不包含选择信号被导通的期间的背景光的成分。但是，设背景光影响加工质量是在信号放大光的重复频率低的时候，例如，在信号放大光的重复频率为50kHz以下而且脉冲宽度为200纳秒以下吋。从而，选择信号的占空比约成为1%以下。此外，在导通选择信号的期间中，在输出信号放大光的期间，背景光几乎成为O。从而，与在截止选择信号时提取的背景光的成分相比，在导通选择信号时不能提取的背景光的成分充分小，是可忽略的程度。在步骤S9中，信号处理部206A、206B进行信号处理。具体来说，信号处理部206A通过积分电路等将信号光提取信号平滑化。图8的波形8表示将波形6的信号光提取信号平滑化而获得的信号的波形。而且，信号处理部206A将平滑化后的信号光提取信号进行A/D变换后，以适当的周期采样后进行时间平均。由此，能够检测对应于信号放大光的功率(或強度)的时间平均值的值(以下，称为信号光检测值)。信号处理部206A将该信号光检测值提供给驱动控制部161。 此外，信号处理部206B通过积分电路等将背景光提取信号平滑化。图8的波形9表示通过将波形7的背景光提取信号平滑化后获得的信号的波形的例子。而且，信号处理部206B将平滑化后的背景光提取信号进行A/D变换后，以适当的周期采样后进行时间平均，并将所获得的值以放大电路204的增益进行除法运算。由此，能够检测对应于背景光的功率(或強度)的时间平均值的值(以下，称为背景光检测值)。信号处理部206B将该背景光检测值提供给驱动控制部161。而且，信号处理部206B将平滑化后的背景光提取信号提供给比较器208。在步骤SlO中，比较器208基于背景光的強度，检测异常。具体来说，比较器208比较从信号处理部206B提供的平滑化后的背景光提取信号的电压值以及从基准电源207输入的异常检测电平L2 (图8)的电压值，当背景光提取信号的电压值超过异常检测电平L2时，将错误信号输出给驱动控制部161。图8的波形10表示在波形9的平滑化后的背景光提取信号如虚线所示那样推移，并超过了异常检测电平L2吋，从比较器208输出的错误信号的波形的例子。例如，在长时间使用激光光源111的情况下，存在成为以下状态的可能性在背景光大幅增加时，启动光衰减或停止，光放大光纤136、141的放大增益高。此时，存在发生光涌，并损坏激光光源111的光学部件的隐患。从而，比较器208如上所述那样监视背景光的強度，并在背景光的強度成为阈值以上时输出错误信号。在步骤Sll中，驱动控制部161基于检测结果，进行输出控制。S卩，驱动控制部161基于从信号处理部206A、206B提供的信号光检测值以及背景光检测值，统ー控制脉冲发生器162、驱动器164、以及驱动器165A至16 ，从而控制信号放大光的功率以及射出时间等。此外，驱动控制部161在从比较器208输入了错误信号的情况下，例如控制脉冲发生器162、驱动器164以及驱动器165A至165D,从而降低输出光的功率或者停止输出。由此，能够预先防止光涌的发生、以及光涌引起的对激光光源111的光学部件的损伤。以上的步骤SI至Sll的处理在光纤激光装置101的工作过程中继续进行。如以上所述，能够实时地检测光纤激光装置101的输出光中包含的信号放大光以及背景光的功率(或強度)，且能够提高其检测精度。从而，在输出光中容易混入背景光的低重复频率和高激发的条件下，也能够准确地检测信号放大光的平均功率、脉冲能量、峰值功率等，并基于该检测结果，提高加工精度。其结果，例如即使将信号放大光的重复频率设定为较低，也能够将加工能量设定为较高。此外，监视部181能够由标准规格的廉价的电子设备来实现，因此能够实现低成本且小型的尺寸。从而，可容易編入光纤激光装置101。此外，如上述所述，能够防止光涌，能够预先防止激光光源111的故障。[监视部181 的监视校正的方法]接着，说明监视部181的监视校正的方法的一例。复用器205将外部的开关210导通，将电源209的电压施加到时钟电路221，从而能够强制导通开关222A，且使开关222B截止。然后，通过连续导通开关222A，能够检测包含信号放大光与背景光的输出光的功率(或強度)。进ー步，基于此时的信号处理部206A的检测值(电压值)与在光纤激光装置101一般设置的功率测量计(未图示)測定的输出光的平均功率，能够求出用于表示由信号处理部206A检测的检测值与实际的输出光的平均功率之间的相关关系的校正值。然后，将该校正值例如存储在驱动控制部161或PC102，利用存储的校正值，能够基于信号处理部206A的信号光检测值，求出信号放大光的平均功率，或者基于信号处理部206B的背景光检测值，求出背景光的平均功率。[监视部181的噪声的除去方法]接着，说明监视部181的噪声的除去方法。如上所述，由于信号放大光与背景光的S/N比为IO3 104，因此为了提高背景光的检测精度，除去监视部181的噪声变得重要起来。这里，说明用于除去光检波器146的暗电流与检测部166的噪声的影响的方法。例如，截止激发LD134以及激发LD139A至139D，并将停止了输出光的输出的状态时的信号处理部206A以及信号处理部206B的检测值(以下，称为校正值)预先存储在例如驱动控制部161或PC102。然后，实际在输出光的输出中，从信号处理部206A以及信号处理部206B检测到的值，减去存储的校正值，从而能够除去光检波器146的暗电流与检测部166的噪声的影响。此外，在监视部181中，如上所述，利用光学滤波器145，从监视光除去剰余激发光，从而能够除去剰余激发光引起的噪声。〈2.变形例〉[变形例I]在以上的说明中，表示了从信号处理部206A以及206B对驱动控制部161提供数字化的检测值的例子，但也可以对驱动控制部161提供例如图8的波形8以及波形9这样的模拟的电信号。[变形例2]此外，在信号处理部206A以及信号处理部206B中，可以根据目的调整用于算出信号光检测值以及背景光检测值时的时间平均的期间的长度。例如，在识别相对于已设定的激光条件(重复频率、激发功率等)的信号放大光以及背景光的平均功率时，期望设定为比较长的期间(例如100毫秒程度)。此外，在将信号放大光的平均功率的监视值用于稳定激光输出的反馈控制时，期望设定为比较短的期间(例如，几毫秒左右)。[变形例3]而且，也可以将图6的检测部166内的由虚线包围的齐纳ニ极管203与放大电路204的部分、以及复用器205的部分前后调换。
[变形例4]此外，在图6中，表不了将信号处理部206A以及信号处理部206B分为两个的例子，但也可以设为统ー为ー个的结构。[变形例5]而且，在以上的说明中，表示了检测信号放大光以及背景光这两者的例子，但根据需要，也可以仅检测其中ー个。此外，在仅检测ー个时，例如可从复用器205仅输出信号光提取信号以及背景光提取信号中的ー个。而且，此时，例如驱动控制部161仅利用信号光检测值以及背景光检测值中的ー个，进行光纤激光装置101的输出控制。此外，本发明的实施方式并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的 范围内可进行各种变更。
权利要求
1.ー种光纤激光装置，输出通过将脉冲状的启动光由光纤放大而获得的信号放大光，其特征在于，包括 分叉部，将从所述光纤射出的激光的一部分分叉，从而提取采样光； 光电变换部，对所述采样光进行光电变换，生成电信号；以及 提取部，提取包含输出所述信号放大光的期间的第I期间中的所述电信号即第I提取信号、以及除去所述第I期间的第2期间中的所述电信号即第2提取信号中的至少ー个。
2.如权利要求I所述的光纤激光装置，其特征在干， 所述提取部根据用于控制来自启动光源的所述启动光的输出的时钟信号，提取所述第I提取信号以及所述第2提取信号。
3.如权利要求2所述的光纤激光装置，其特征在干， 所述第I期间在从所述时钟信号经过规定的第I时间后开始，经过规定的第2时间后结束。
4.如权利要求I至3的任一项所述的光纤激光装置，其特征在于，还包括 平滑化部，将所述第2提取信号平滑化；以及 错误检测部，在平滑化后的所述第2提取信号超过了规定的阈值时，输出错误信号。
5.如权利要求I至3的任一项所述的光纤激光装置，其特征在干， 所述电信号被分叉为第I电信号与第2电信号， 所述光纤激光装置还包括 限制部，限制所述第2电信号的电平；以及 放大部，放大电平被限制的所述第2信号， 所述提取部从所述第I电信号提取所述第I提取信号，并从被放大后的所述第2电信号提取所述第2提取信号。
6.如权利要求I至3的任一项所述的光纤激光装置，其特征在干， 还包括除去部，从所述采样光除去用于放大所述启动光的激发光的波长带的成分， 所述光电变换部将除去了所述激发光的波长带的成分的所述采样光进行光电变换。
7.如权利要求I至3的任一项所述的光纤激光装置，其特征在于，还包括 输出控制部，根据基于所述第I提取信号的检测值以及基于所述第2提取信号的检测值中的至少ー个，控制所述光纤激光装置的输出。
8.ー种输出监视方法，用于光纤激光装置，所述光纤激光装置输出通过将脉冲状的启动光在光纤内放大而获得的信号放大光，其特征在于，所述输出监视方法包括以下步骤 将从所述光纤射出的激光的一部分分叉，提取采样光； 将所述米样光光电变换而生成电信号；以及 提取包含输出所述信号放大光的期间的第I期间中的所述电信号即第I提取信号、以及除去所述第I期间的第2期间中的所述电信号即第2提取信号中的至少ー个。
全文摘要
本发明涉及光纤激光装置以及输出监视方法。提高在光纤激光装置的输出光中包含的信号放大光、背景光的检测精度。TAP连接器(143)将从光放大光纤射出的输出光的一部分分叉，从而提取采样光，光检波器(146)将提取的采样光进行光电变换，从而生成对应于采样光的光量(强度)的检测信号。复用器(205)提取包含输出信号放大光的期间的第1期间中的检测信号即信号光提取信号、以及除去第1期间的第2期间中的检测信号即背景光提取信号。本发明例如可应用于光纤激光装置。
文档编号G01J1/42GK102651531SQ20121001897
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年2月28日
发明者户川拓哉 申请人:欧姆龙株式会社