特許 6888963 ファイバレーザシステム、及び、その制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6888963

(24)【登録日】2021年5月24日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】ファイバレーザシステム、及び、その制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20210607BHJP

   H01S 3/102 20060101ALI20210607BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/067

   H01S3/102

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-16288(P2017-16288)

(22)【出願日】2017年1月31日

(65)【公開番号】特開2018-125405(P2018-125405A)

(43)【公開日】2018年8月9日

【審査請求日】2019年11月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】柏木 正浩

【審査官】 嵯峨根 多美

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０１４０６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／０８５５６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−３５８３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２９８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第６０６２０１８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１５−０９５６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 IKOMA et al.，3kW single stage all-fiber Yb-doped single-mode fiber laser for highly reflective and highly thermal conductive materials processing，Proceedings of SPIE，SPIE，２０１７年 １月，Vol.10083，p.100830Y-1 - 100830Y-6

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／０６７

Ｈ０１Ｓ ３／１０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの双方向励起型ファイバレーザを含むファイバレーザ群と、
上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性を表す耐反射性指標を算出すると共に、算出した耐反射性指標のばらつきが小さくなるように、耐反射性指標が特定の値よりも大きい、又は、耐反射性指標が特定の値と異なる双方向励起型ファイバレーザについて、後方励起光のパワーの比率を、励起光の総パワーを保ったまま増加させる制御部と、を備えている、
ことを特徴とするファイバレーザシステム。

【請求項2】

上記制御部は、上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性指標として、該ファイバレーザの後方出力に含まれるレーザ光のパワーに対する該ファイバレーザの前方出力に含まれるストークス光のパワーの比を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザシステム。

【請求項3】

上記制御部は、耐反射性指標が予め定められた閾値よりも大きい双方向励起型ファイバレーザについて、耐反射性指標が上記閾値以下となるように、当該双方向励起型ファイバレーザにおける後方励起光のパワーの比率を、励起光の総パワーを保ったまま増加させる、
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザシステム。

【請求項4】

上記制御部は、耐反射性指標が上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性指標の中央値と異なる双方向励起型ファイバレーザについて、耐反射性指標が上記中央値に近づくように、後方励起光のパワーの比率を、励起光の総パワーを保ったまま増加させる、
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザシステム。

【請求項5】

少なくとも１つの双方向励起型ファイバレーザを含むファイバレーザ群を備えたファイバレーザシステムの制御方法であって、
上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性を表す耐反射性指標を算出する工程と、算出した耐反射性指標のばらつきが小さくなるように、耐反射性指標が特定の値よりも大きい、又は、耐反射性指標が特定の値と異なる双方向励起型ファイバレーザについて、後方励起光のパワーの比率を、励起光の総パワーを保ったまま増加させる工程と、を含んでいる、
ことを特徴とするファイバレーザシステムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの双方向励起型ファイバレーザを含むファイバレーザ群を備えたファイバレーザシステムに関する。また、そのようなファイバレーザシステムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

材料加工の分野では、近年、ｋＷ級の出力を有するレーザ装置が求められている。しかしながら、このようなレーザ装置を単一のファイバレーザにより実現することは困難である。そこで、複数のファイバレーザと、各ファイバレーザから出力されたレーザ光を合波するコンバイナとを備えたファイバレーザシステムが、材料加工の分野で用いられ始めている。

【0003】

このようなファイバレーザシステムにおいては、加工対象物にて反射されたレーザ光がファイバレーザシステムに再入射することによって、ファイバレーザシステムに不具合が生じることがある。

【0004】

ファイバレーザシステムに不具合が生じる原因としては、誘導ラマン散乱が挙げられる。誘導ラマン散乱は、レーザ光からストークス光へのパワー変換過程と見做すことができるが、その変換効率（ラマンゲイン）が大きくなるとストークス発振が生じ易くなり、その結果、各ファイバレーザの発振状態が不安定になったり、各ファイバレーザが故障したりすることが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−９５６４１号公報（２０１５年５月１８日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本願発明者は、ファイバレーザシステムを構成する各ファイバレーザについて、後方出力に含まれるレーザ光のパワーに対する前方出力に含まれるストークス光のパワーの比が、ストークス発振の生じ難さ（以下、「耐反射性」とも記載）を表す指標となることを見出した。ここで、後方出力に含まれるレーザ光のパワー及び前方出力に含まれるストークス光のパワーは、全てのファイバレーザを定格動作させた状態で測定されたレーザ光及びストークス光のパワーである。この比が大きい（１に近い）ほど、ストークス発振が生じ易く、耐反射性が低い。逆に、この比が小さい（０に近い）ほど、ストークス発振が生じ難く、耐反射性が高い。

【0007】

ファイバレーザシステムにおいては、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じることがある。各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じると、耐反射性の低いファイバレーザに引きずられて、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性が低下する。なぜなら、耐反射性の低いファイバレーザでストークス発振が起こると、そのファイバレーザで生成されたストークス光により、耐反射性の高いファイバレーザでもストークス発振が起こるためである。したがって、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じた場合、耐反射性の低いファイバレーザの耐反射性を高め、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることが求められる。

【0008】

しかしながら、ファイバレーザの後方出力に含まれるレーザ光のパワーを増減させることなく、ファイバレーザの耐反射性を変化させる方法は知られていなかった。このため、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じた場合に、ファイバレーザシステム全体としての出力を維持しながら、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることは困難であった。

【0009】

なお、ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じるのは、例えば、ファイバレーザに励起光源として搭載されたレーザダイオードが故障した場合である。一例として、３個のファイバレーザを備えたファイバレーザシステムを考える。各ファイバレーザは、６個のレーザダイオードを備えているものとする。このファイバレーザシステムにおいて、何れか１つのファイバレーザにおいて何れか１つのレーザダイオードが故障すると、各ファイバレーザにおける励起光のパワーの和は１７／１８倍になり、これに応じてファイバレーザシステムの出力も低下する。このとき、ファイバレーザシステムでは、各ファイバレーザに供給する駆動電流の大きさを１８／１７倍にすることによって、出力を維持する制御が行われる。そうすると、故障したレーザダイオードを含むファイバレーザにおける励起光のパワーは、故障前の５／６×１８／１７（＜１）倍となるのに対して、故障したレーザダイオードを含まないファイバレーザにおける励起光のパワーは、故障前の６／６×１８／１７（＞１）倍となる。この場合、励起光のパワーが大きいファイバレーザ、すなわち、故障したレーザダイオードを含まないファイバレーザにおいて、耐反射性が低下する。

【0010】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じた場合に、ファイバレーザシステム全体としての出力を維持しながら、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることが可能なファイバレーザシステムを実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願発明者は、双方向励起型のファイバレーザに関して、非対称励起（後方励起光のパワーを前方励起光のパワーよりも大きくする）を行った場合、対称励起（後方励起光のパワーを前方励起光のパワーと等しくする）を行った場合よりも誘導ラマン散乱により生じるストークス光が減少することを見出した。図５は、双方向励起型のファイバレーザから出力される光の相対パワー（レーザ光の発振波長λＬにおけるパワーを１とする）の波長依存性を示すグラフである。ストークス光の波長λＳにおける相対パワーを比べると、非対称励起を行った場合の相対パワーが対称励起を行った場合の相対パワーよりも５ｄＢほど小さくなっていることが見て取れる。

【0012】

このことは、前方励起光と後方励起光とのパワーの配分を変化させることよって、後方出力に含まれるレーザ光のパワーを増減させることなく、耐反射性を変化させ得ることを意味する。具体的には、前方励起光のパワーと後方励起光のパワーの和を保ったまま、後方励起光のパワーの比率を上げることによって、後方出力に含まれるレーザ光のパワーを増減させることなく、耐反射性を向上させ得ることを意味する。本発明は、この知見に基づいて得られたものである。

【0013】

上記の目的を達成するために、本発明に係るファイバレーザシステムは、少なくとも１つの双方向励起型ファイバレーザを含むファイバレーザ群と、上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性のばらつきが小さくなるように、上記双方向励起型ファイバレーザにおける後方励起光のパワーの比率を増加させる制御部と、を備えている、ことを特徴とする。

【0014】

上記の構成によれば、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じた場合に（特に、上記双方向励起型ファイバレーザの耐反射性が他のファイバレーザの耐反射性よりも低くなった場合に）、ファイバレーザシステム全体としての出力を維持しながら、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることができる。

【0015】

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性を表す耐反射性指標として、該ファイバレーザの後方出力に含まれるレーザ光のパワーに対する該ファイバレーザの前方出力に含まれるストークス光のパワーの比を算出すると共に、上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性指標のばらつきが小さくなるように、上記双方向励起型ファイバレーザにおける後方励起光のパワーの比率を増加させる、ことが好ましい。

【0016】

上記の構成によれば、各ファイバレーザの後方出力に含まれるレーザ光のパワーと各ファイバの前方出力に含まれるストークス光のパワーとを測定することにより、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることができる。

【0017】

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、上記双方向励起型ファイバレーザの耐反射性指標が予め定められた閾値よりも大きいときに、上記双方向励起型ファイバレーザの耐反射性指標が上記閾値以下となるように、上記双方向励起型ファイバレーザにおける後方励起光のパワーの比率を増加させる、ことが好ましい。

【0018】

上記の構成によれば、簡単な制御で、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることができる。

【0019】

本発明に係るファイバレーザシステムにおいて、上記制御部は、上記双方向励起型ファイバレーザの耐反射性指標が上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性指標の代表値と異なるときに、上記双方向励起型ファイバレーザの耐反射性指標が上記代表値に近づくように、上記双方向励起型ファイバレーザにおける後方励起光のパワーの比率を増加させる、ことが好ましい。

【0020】

上記の構成によれば、各ファイバレーザにおける前方励起光と後方励起光とのパワーの差を徒に大きくすることなく、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることができる。

【0021】

本発明に係る制御方法は、少なくとも１つの双方向励起型ファイバレーザを含むファイバレーザ群を備えたファイバレーザシステムの制御方法であって、上記ファイバレーザ群を構成する各ファイバレーザの耐反射性のばらつきが小さくなるように、上記双方向励起型ファイバレーザにおける後方励起光のパワーの比率を増加させる工程を含んでいる、ことを特徴とする。

【0022】

上記の構成によれば、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じた場合に（特に、上記双方向励起型ファイバレーザの耐反射性が他のファイバレーザの耐反射性よりも低くなった場合に）、ファイバレーザシステム全体としての出力を維持しながら、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、各ファイバレーザの耐反射性にばらつきが生じた場合に、ファイバレーザシステム全体としての出力を維持しながら、ファイバレーザシステム全体としての耐反射性を回復させることが可能なファイバレーザシステムを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】ファイバレーザシステムの構成を表すブロック図である。

【図2】図１に示すファイバレーザシステムにおける第１のパワー配分制御方法の流れを示すフローチャートである。

【図3】励起パワーの配分を３／７、４／６、５／５、６／４、７／３とした場合について、レーザパワーと耐反射性指標との関係を示すグラフである。

【図4】図１に示すファイバレーザシステムにおける第２のパワー配分制御方法の流れを示すフローチャートである。

【図5】双方向励起型のファイバレーザから出力される光の相対パワー（レーザ光の発振波長λＬにおけるパワーを１とする）の波長依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（ファイバレーザシステムの構成）
本発明の一実施形態に係るファイバレーザシステムＦＬＳの構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバレーザシステムＦＬＳの構成を示すブロック図である。

【0026】

ファイバレーザシステムＦＬＳは、加工用のレーザ装置であり、図１に示すように、ｎ個のファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎ、レーザコンバイナＬＣ、デリバリファイバＤＦ、加工ヘッドＨ、及び制御部Ｃを備えている。各ファイバレーザＦＬｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）は、双方向励起型ファイバレーザである。図１には、ｎ＝３の場合の構成を例示しているが、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの個数ｎは任意である。

【0027】

各ファイバレーザＦＬｉは、双方向励起型のファイバレーザであり、レーザ光を生成するレーザ光源として機能する。各ファイバレーザＦＬｉは、レーザコンバイナＬＣの入力ポートの何れかに接続されている。各ファイバレーザＦＬｉにて生成されたレーザ光は、この入力ポートを介してレーザコンバイナＬＣに入力される。

【0028】

レーザコンバイナＬＣは、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの各々にて生成されたレーザ光を合波する。レーザコンバイナＬＣの出力ポートは、デリバリファイバＤＦの入力端に接続されている。レーザコンバイナＬＣにて合波されたレーザ光は、デリバリファイバＤＦに入力される。

【0029】

デリバリファイバＤＦは、レーザコンバイナＬＣにて合波されたレーザ光を導波する。デリバリファイバＤＦの出射端は、加工ヘッドＨに接続されている。デリバリファイバＤＦを導波された光は、加工ヘッドＨを介して加工対象物Ｗに照射される。

【0030】

ファイバレーザシステムＦＬＳは、更に、レーザパワーモニタＬＭ１〜ＬＭｎ、ストークスパワーモニタＳＭ１〜ＳＭｎ、及び制御部Ｃを備えている。

【0031】

レーザパワーモニタＬＭｉは、対応するファイバレーザＦＬｉの後方出力に含まれるレーザ光のパワーＰＬｉを測定する。レーザパワーモニタＬＭｉは、例えば、ファイバレーザＦＬｉの発振波長を含む帯域（後述するストークス波長を含まない帯域）の光を選択的に透過するフィルタと、このフィルタを透過した光のパワーを測定するパワー測定器とにより構成することができる。或いは、対応するファイバレーザＦＬｉの後方出力を導波する光ファイバにて生じるレイリー散乱光のパワーを測定するパワー測定器（レイリーモニタ）をレーザパワーモニタＬＭｉとして用いてもよいし、対応するファイバレーザＦＬｉの後方出力を導波する光ファイバの融着点から漏出した漏光のパワーを測定するパワー測定器（漏光モニタ）をレーザパワーモニタＬＭｉとして用いてもよい。レーザパワーモニタＬＭｉにて得られた測定結果は、制御部Ｃに入力される。

【0032】

ストークスパワーモニタＳＭｉは、対応するファイバレーザＦＬｉの前方出力に含まれるストークス光のパワーＰＳｉを測定する。ストークスパワーモニタＳＭｉは、例えば、ファイバレーザＦＬｉのストークス波長を含む帯域（前述した発振波長を含まない帯域）の光を選択的に透過するフィルタと、このフィルタを透過した光のパワーを測定するパワー測定器とにより構成することができる。ここで、ファイバレーザＦＬｉのストークス波長とは、そのファイバレーザＦＬｉの発振波長にラマンシフトに相当する波長を加算した波長のことを指す。ストークスパワーモニタＳＭｉにて得られた測定結果は、制御部Ｃに入力される。

【0033】

制御部Ｃは、レーザパワーモニタＬＭｉ及びストークスパワーモニタＳＭｉにて得られた測定結果に基づき、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの耐反射性のばらつきを減らすよう、各ファイバレーザＦＬｉにおける前方励起光のパワーＰＦｉと後方励起光のパワーＰＢｉとのパワー配分を制御する。これにより、耐反射性が低いファイバレーザＦＬｉに引きずられて、ファイバレーザシステムＦＬＳ全体の耐反射性が低下するという事態を防ぐ。なお、パワー配分制御の具体例については、参照する図面を代えて後述する。

【0034】

なお、制御部Ｃは、ファイバレーザＦＬｉの前方励起光のパワーＰＦｉを、例えば、電流源ＩＦｉを制御してファイバレーザＦＬｉの前方励起光源（後述するレーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍ）に供給される駆動電流を増減させることによって制御する。同様に、制御部Ｃは、ファイバレーザＦＬｉの後方励起光のパワーＰＢｉの制御は、例えば、電流源ＩＢｉを制御してファイバレーザＦＬｉの後方励起光源（後述するレーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍ）に供給される駆動電流を増減させることによって制御する。

【0035】

なお、本実施形態においては、ファイバレーザシステムＦＬＳを構成するファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの全てを双方向励起型とする構成を採用しているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、ファイバレーザシステムＦＬＳは、少なくも１つの双方向励起型のファイバレーザを含んでいれば良く、その他のファイバレーザは、前方励起型であってもよいし、後方励起型であってもよい。

【0036】

（ファイバレーザの構成）
ファイバレーザシステムＦＬＳに含まれるファイバレーザＦＬ１の構成について、引き続き図１を参照して説明する。なお、ファイバレーザＦＬ２〜ＦＬｎの構成も、以下に説明するファイバレーザＦＬ１の構成と同様である。

【0037】

各ファイバレーザＦＬ１は、双方向励起型のファイバレーザであり、図１に示すように、ｍ個の前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍ、前方励起コンバイナＰＣ１、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１、増幅用光ファイバＡＦ、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２、後方励起コンバイナＰＣ２、ｍ個の後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍ、及び後方励起コンバイナＰＣ２により構成されている。なお、図１には、ｍ＝２の場合の構成を例示しているが、前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍ及び後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍの個数ｍは任意である（前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍの個数と後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍの個数とは異なっていてもよい）。

【0038】

各前方レーザダイオードＬＤ１ｊは、前方励起光を生成する励起光源として機能する（ｊ＝１，２，…，ｍ）。各前方レーザダイオードＬＤ１ｊは、前方励起コンバイナＰＣ１の周辺入力ポート（中心入力ポート以外の入力ポート）の何れかに接続されている。各前方レーザダイオードＬＤ１ｊにて生成された前方励起光は、この周辺入力ポートを介して前方励起コンバイナＰＣ１に入力される。

【0039】

前方励起コンバイナＰＣ１は、前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍの各々にて生成された前方励起光を合波する。前方励起コンバイナＰＣ１の出力ポートは、高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を介して増幅用光ファイバＡＦに接続されている。前方励起コンバイナＰＣ１にて合波された前方励起光は、この高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１を透過し、増幅用光ファイバＡＦに入力される。なお、前方励起コンバイナＰＣ１の中心入力ポートは、ファイバレーザＦＬ１の前方出力に含まれるストークス光のパワーＰＳ１を測定するためのストークスパワーモニタＳＭ１に接続される。

【0040】

増幅用光ファイバＡＦは、コアに希土類元素が添加された光ファイバである。増幅用光ファイバＡＦの一端には、高反射ミラーとして機能する高反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ１が接続されており、増幅用光ファイバＡＦの他端には、低反射ミラーとして機能する低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２が接続されている。増幅用光ファイバＡＦは、これらのファイバブラッググレーティングＦＢＧ１〜ＦＢＧ２と共に、レーザ光を発振するレーザ発振器を構成する。前述した前方励起光及び後述する後方励起光は、コアに添加された希土類元素を反転分布状態に遷移させるために利用される。増幅用光ファイバＡＦの出射端は、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して後方励起コンバイナの出力ポートに接続されている。増幅用光ファイバＡＦにて生成されたレーザ光のうち、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過したレーザ光は、この出力ポートを介して後方励起コンバイナＰＣ２に入力される。

【0041】

各後方レーザダイオードＬＤ２ｊは、後方励起光を生成する励起光源として機能する（ｊ＝１，２，…，ｍ）。各後方レーザダイオードＬＤ２ｊは、後方励起コンバイナＰＣ２の周辺入力ポート（中心入力ポート以外の入力ポート）の何れかに接続されている。各後方レーザダイオードＬＤ２ｊにて生成された前方励起光は、この周辺入力ポートを介して後方励起コンバイナＰＣ２に入力される。

【0042】

後方励起コンバイナＰＣ２は、後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍの各々にて生成された前方励起光を合波する。前述したとおり、後方励起コンバイナＰＣ２の出力ポートは、低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を介して増幅用光ファイバＡＦに接続されている。後方励起コンバイナＰＣ２にて合波された後方励起光は、この低反射ファイバブラッググレーティングＦＢＧ２を透過し、増幅用光ファイバＡＦに入力される。なお、後方励起コンバイナＰＣ２の中心入力ポートは、ファイバレーザＦＬ１の後方出力に含まれるレーザ光のパワーＰＬ１を測定するためのレーザパワーモニタＳＭ１に接続される。

【0043】

（パワー配分制御）
制御部Ｃが各ファイバレーザＦＬｉの前方励起光のパワーＰＦｉと後方励起光のパワーＰＢｉとの配分を制御する方法（以下、「パワー配分制御方法」と記載）について、図３〜図５を参照して説明する。なお、以下に説明するパワー配分制御方法は、例えば、ワークＷが存在しない状態で定期的に実施される。

【0044】

以下、ファイバレーザＦＬｉの後方出力に含まれるレーザ光のパワーＰＬｉを「レーザパワーＰＬｉ」と記載し、ファイバレーザＦＬｉの前方出力に含まれるストークス光のパワーＰＳｉを「ストークスパワーＰＳｉ」と記載し、ファイバレーザＦＬｉの前方励起光のパワーＰＦｉを「前方励起パワーＰＦｉ」と記載し、ファイバレーザＦＬｉの後方励起光のパワーＰＢｉを「後方励起パワーＰＢｉ」と記載する。

【0045】

なお、パワー配分制御方法の実施に際して、制御部Ｃ１は、ファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉを利用する。ここで、ファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉとは、ファイバレーザＦＬｉの耐反射性を示す指標であり、例えば、Ｒｉ＝ＰＳｉ／ＰＬｉにより与えられる。この場合、耐反射性指標Ｒｉが小さいほど、ストークス発振が生じ難い（換言すれば、耐反射性が高い）と言える。逆に、耐反射性指標Ｒｉが大きいほど、ストークス発振が生じ易い（換言すれば、耐反射性が低い）と言える。

【0046】

制御部Ｃは、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの耐反射性のばらつきを小さくするように、各ファイバレーザＦＬｉの前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとのパワー配分を制御する。耐反射性指標Ｒｉのばらつきを減らすパワー配分制御方法には様々な方法が考えられるが、ここでは、２つのパワー配分制御方法について説明する。

【0047】

第１のパワー配分制御方法Ｓ１は、耐反射性指標Ｒｉが予め定められた閾値Ｔｈを超えたファイバレーザＦＬｉについて、耐反射性指標Ｒｉが閾値Ｔｈ以下となるように前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとのパワー配分を変更する方法である。図２は、第１のパワー配分制御方法Ｓ１の流れを示すフローチャートである。

【0048】

制御部Ｃは、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの各々について、以下の工程Ｓ１１〜Ｓ１３を実施する。

【0049】

工程Ｓ１１：ファイバレーザＦＬｉのレーザパワーＰＬｉ及びストークスパワーＰＳｉに基づいて、ファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉを算出する。

【0050】

工程Ｓ１２：工程Ｓ１１にて算出した耐反射性指標Ｒｉが予め定められた閾値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する。耐反射性指標Ｒｉが閾値Ｔｈよりも大きい場合、以下の工程Ｓ１３を実行する。

【0051】

工程Ｓ１３：前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとの和に対する後方励起パワーＰＢｉの比率を増加させる。すなわち、後方励起パワーＰＢｉがΔだけ大きくなるように、後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍに供給される駆動電流を増やすと共に、前方励起パワーＰＦｉがΔだけ小さくなるように、前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍに供給される駆動電流を減らす。この際、後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの減少量Δは、耐反射性指標Ｒｉが閾値Ｔｈ以下になるように決める。なお、後方励起パワーＰＢｉの増加量Δと前方励起パワーＰＦｉの減少量Δとが等しいため、励起光の総パワーＰＦｉ＋ＰＢｉは一定に保たれる。

【0052】

パワー配分制御方法Ｓ１の工程Ｓ１３において、後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ（＝前方励起パワーＰＦｉの減少量Δ）を決定する手順について、図３を参照して補足する。図３は、レーザパワーＰＬｉと耐反射性指標Ｒｉとの関係を示すグラフである。図３においては、励起パワーの配分をＰＢｉ／ＰＦｉ＝３／７、４／６、５／５、６／４、７／３とした場合について、レーザパワーＰＬｉと耐反射性指標Ｒｉとの関係を示している。

【0053】

例えば、工程Ｓ１３を実施する前に、ＰＢｉ／ＰＦｉ＝５／５、ＰＬｉ＝１．０ＫＷ、Ｒｉ＝２．０×１０＾（−５）であったとする。閾値Ｔｈ＝１．５×１０＾（−５）であれば、Ｒｉ＞Ｔｈとなるので、工程Ｓ１３が実施される。このとき、励起パワーの配分をＰＢｉ／ＰＦｉ＝５／５からＰＢｉ／ＰＦｉ＝６／４へと変更すれば、耐反射性指標Ｒｉを閾値Ｔｈ以下にすることができる。したがって、ＰＢｉ／ＰＦｉ＝６／４となるように増分Δを設定すれば、耐反射性指標Ｒｉを閾値Ｔｈ以下にすることができる。

【0054】

離散化されたＰＢｉ／ＰＦｉの値と離散化されたＲｉの値とを関連付けたテーブルを離散化されたＰＬｉの値ごとに用意すれば、以下の処理を制御部Ｃに実行させることにより、後方励起パワーＰＢｉの増加量Δを決定することができる。

【0055】

処理１：測定されたＰＬｉの値に最も近い離散化されたＰＬｉの値に対応するテーブルを選択する。

【0056】

処理２：処理１にて選択したテーブルにおいて、閾値Ｔｈを上回らない範囲で最も大きいＲｉの値を選択する。

【0057】

処理３：処理１にて選択したテーブルにおいて、処理２にて選択したＲｉの値に対応するＰＢｉ／ＰＦｉの値を選択する。

【0058】

処理４：方程式（測定されたＰＢｉの値＋Δ）／（測定されたＰＦｉの値−Δ）＝（処理３にて選択されたＰＢｉ／ＰＦｉの値）を解くことによって増加量Δを算出する。

【0059】

第１のパワー配分制御方法Ｓ１を実施することによって、耐反射性指標Ｒｉが閾値Ｔｈを超えたファイバレーザＦＬｉについて、そのファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉを閾値Ｔｈ以下に低下させることができる。これにより、どのファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉも増大させることなく、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの耐反射性指標Ｒ１〜Ｒｎのばらつきを小さくすることができる。換言すれば、どのファイバレーザＦＬｉの耐反射性も低下させることなく、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの耐反射性のばらつきを小さくすることができる。

【0060】

第２のパワー配分制御方法Ｓ２は、耐反射性指標Ｒｉが耐反射性指標Ｒ１〜Ｒｎの中央値Ｒｍｉｄと異なるファイバレーザＦＬｉについて、耐反射性指標Ｒｉが中央値Ｒｍｉｄに近づくように、前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとのパワー配分を変更する方法である。図４は、第２のパワー配分制御方法Ｓ２の流れを示すフローチャートである。

【0061】

制御部Ｃは、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの各々について、以下の工程Ｓ２１を実施する。

【0062】

工程Ｓ２１：ファイバレーザＦＬｉの前方励起パワーＰＦｉ及び後方励起パワーＰＢｉに基づいて、ファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉを算出する。

【0063】

次に、制御部Ｃは、以下の工程Ｓ２２を実施する。

【0064】

工程Ｓ２２：工程Ｓ２１にて算出した耐反射性指標Ｒ１〜Ｒｎの中央値Ｒｍｉｄを算出する。

【0065】

次に、制御部Ｃは、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの各々について、以下の工程Ｓ２３〜Ｓ２６を実施する。

【0066】

工程Ｓ２３：工程Ｓ２１にて算出した耐反射性指標Ｒｉが工程Ｓ２２にて算出した中央値Ｒｍｉｄよりも大きいか否かを判定する。耐反射性指標Ｒｉ中央値Ｒｍｉｄよりも大きい場合、以下の工程Ｓ２４を実行する。

【0067】

工程Ｓ２４：前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとの和に対する後方励起パワーＰＢｉの比率を増加させる。すなわち、後方励起パワーＰＢｉがΔだけ大きくなるように、後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍに供給される駆動電流を増やすと共に、前方励起パワーＰＦｉがΔだけ小さくなるように、前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍに供給される駆動電流を減らす。この際、後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの減少量Δは、本工程実施後の耐反射性指標Ｒｉが工程Ｓ２２にて算出した中央値Ｒｍｉｄにできるだけ近づくように決める。本工程において後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの減少量Δを決定する手順は、前述したパワー配分制御方法Ｓ１の工程Ｓ１３において後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの減少量Δを決定する手順と同様である。なお、後方励起パワーＰＢｉの増加量Δと前方励起パワーＰＦｉの減少量Δとが等しいため、励起光の総パワーＰＦｉ＋ＰＢｉは一定に保たれる。

【0068】

工程Ｓ２５：工程Ｓ２１にて算出した耐反射性指標Ｒｉが工程Ｓ２２にて算出した中央値Ｒｍｉｄよりも小さいか否かを判定する。耐反射性指標Ｒｉ中央値Ｒｍｉｄよりも小さい場合、以下の工程Ｓ２６を実行する。

【0069】

工程Ｓ２６：前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとの和に対する後方励起パワーＰＢｉの比率を減少させる。すなわち、後方励起パワーＰＢｉがΔだけ小さくなるように、後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍに供給される駆動電流を減らすと共に、前方励起パワーＰＦｉがΔだけ大きくなるように、前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍに供給される駆動電流を増やす。この際、後方励起パワーＰＢｉの減少量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの増加量Δは、本工程実施後の耐反射性指標Ｒｉが工程Ｓ２２にて算出した中央値Ｒｍｉｄにできるだけ近づくように決める。本工程において後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの減少量Δを決定する手順は、前述したパワー配分制御方法Ｓ１の工程Ｓ１３において後方励起パワーＰＢｉの増加量Δ及び前方励起パワーＰＦｉの減少量Δを決定する手順と同様である。なお、後方励起パワーＰＢｉの減少量Δと前方励起パワーＰＦｉの増加量Δとが等しいため、励起光の総パワーＰＦｉ＋ＰＢｉは一定に保たれる。

【0070】

第２のパワー配分制御方法Ｓ２を実施することによって、耐反射性指標Ｒｉが中央値Ｒｍｉｄと異なるファイバレーザＦＬｉについて、そのファイバレーザＦＬｉの耐反射性指標Ｒｉを中央値Ｒｍｉｄに近づけることができる。例えば、パワー配分がＰＢ１／ＰＦ１＝ＰＢ２／ＰＦ２＝ＰＢ３／ＰＦ３＝１であって、耐反射性指標がＲ１＝１．０×１０^−５、Ｒ２＝１．５×１０^−５（中央値）、Ｒ３＝２．０×１０^−５であるときに第２のパワー配分制御方法Ｓ２を実施すると、パワー配分がＰＢ１／ＰＦ１＝０．７、ＰＢ２／ＰＦ２＝１．０、ＰＢ３／ＰＦ３＝１．５となって、耐反射性指標がＲ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝１．５×１０^−５となる。このように、第２のパワー配分制御方法Ｓ２を実施することによって、各ファイバレーザＦＬｉにおける前方励起パワーＰＦｉと後方励起パワーＰＢｉとの差を徒に増加させることなく、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの耐反射性指標Ｒ１〜Ｒｎのばらつきを小さくすることができる。換言すれば、各ファイバレーザＦＬｉの前方レーザダイオードＬＤ１１〜ＬＤ１ｍ又は後方レーザダイオードＬＤ２１〜ＬＤ２ｍの寿命を徒に短くすることなく、ファイバレーザＦＬ１〜ＦＬｎの耐反射性のばらつきを小さくすることができる。

【0071】

なお、ファイバレーザシステムＦＬＳは、上述したように、少なくも１つの双方向励起型のファイバレーザを含んでいれば良く、その他のファイバレーザは、前方励起型であってもよいし、後方励起型であってもよい。例えば、ファイバレーザシステムＦＬＳが１つの双方向励起型のファイバレーザＦＬ１と２つの前方励起型のファイバレーザＦＬ２〜ＦＬ３により構成されている場合には、例えば、以下のような制御を行えばよい。（１）３つのファイバレーザＦＬ１〜ＦＬ３の耐反射性を比較する。（２）（１）の比較の結果、耐反射性の最も低いファイバレーザが双方向励起型のファイバレーザＦＬ１である場合、そのファイバレーザＦＬ１において後方励起光のパワーの比率を増加させる。その結果、ファイバレーザＦＬ１の耐反射性が上がり、３つのファイバレーザＦＬ１〜ＦＬ３の耐反射性のばらつきが小さくなる。（３）（１）の比較の結果、耐反射性の最も低いファイバレーザが前方励起型のファイバレーザＦＬ２であった場合、そのファイバレーザＦＬ２の励起光のパワーを下げる。その結果、ファイバレーザＦＬ２の耐反射性が上がり、３つのファイバレーザＦＬ１〜ＦＬ３の耐反射性のばらつきが小さくなる。ただし、この場合、ファイバレーザシステムＦＬＳの出力が下がる。そこで、ファイバレーザＦＬ１及びファイバレーザＦＬ３のパワーを上げることにより、ファイバレーザシステムＦＬＳの出力を維持する。この際、双方向励起型のファイバレーザＦＬ１については、耐反射性の低下をできるだけ小さく抑えるために、後方励起光のパワーの増加量が前方励起光のパワーの増加量を上回るようにする（すなわち、後方励起光のパワーの比率を増加させる）。（４）（１）の比較の結果、耐反射性の最も低いファイバレーザが前方励起型のファイバレーザＦＬ３であった場合、そのファイバレーザＦＬ３の励起光のパワーを下げる。その結果、ファイバレーザＦＬ３の耐反射性が上がり、３つのファイバレーザＦＬ１〜ＦＬ３の耐反射性のばらつきが小さくなる。ただし、この場合、ファイバレーザシステムＦＬＳの出力が下がる。そこで、ファイバレーザＦＬ１及びファイバレーザＦＬ２のパワーを上げることにより、ファイバレーザシステムＦＬＳの出力を維持する。この際、双方向励起型のファイバレーザＦＬ１については、耐反射性の低下をできるだけ小さく抑えるために、後方励起光のパワーの増加量が前方励起光のパワーの増加量を上回るようにする（すなわち、後方励起光のパワーの比率を増加させる）。

【0072】

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0073】

ＦＬＳ ファイバレーザシステム
ＦＬ１〜ＦＬｎ ファイバレーザ
ＬＣ レーザコンバイナ
ＤＦ デリバリファイバ
Ｈ 加工ヘッド
ＬＤ１１〜ＬＤ１ｍ 前方レーザダイオード
ＰＣ１ 前方励起コンバイナ
ＦＢＧ１ 高反射ファイバブラッググレーティング
ＡＦ 増幅用光ファイバ
ＦＢＧ２ 低反射ファイバブラッググレーティング
ＬＤ２１〜ＬＤ２ｍ 後方レーザダイオード
ＰＣ２ 後方励起コンバイナ
ＳＭ１〜ＳＭｎ ストークスパワーモニタ
ＬＭ１〜ＬＭｎ レーザパワーモニタ
Ｃ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】