特開 2024-169091 ファイバレーザ、励起光源ユニット、及び、ファイバアンプの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024169091

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】ファイバレーザ、励起光源ユニット、及び、ファイバアンプの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/00 20060101AFI20241128BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20241128BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01S3/00 G

H01S3/067

H01S3/10 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086284

(22)【出願日】2023-05-25

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、防衛装備庁、試作研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】山本 達也

(72)【発明者】

【氏名】長岡 隆二

【テーマコード（参考）】

5F172

【Ｆターム（参考）】

5F172AM04

5F172AM08

5F172DD03

5F172NN10

5F172NP16

5F172NR28

5F172XX05

5F172ZA03

5F172ZZ01

(57)【要約】

【課題】ジャイアントパルスの発生を抑えたファイバレーザ等を実現する。
【解決手段】ファイバレーザ（１）は、ＭＯ部（１１）、ＰＡ部（１２）、電圧検出部（１２ｂ３）、及び制御部（１２ｂ２）を備えている。ＰＡ部（１２）は、光ファイバ（１２ａ）、励起光源（ＬＤ）、コンデンサ（Ｃ）、及びスイッチ（ＳＷ２）を備えている。電圧検出部（１２ｂ３）は、ＭＯ部（１１）及び励起光源（ＬＤ）に電流を供給する直流電源（ＰＳ）の電圧を検出する。制御部（１２ｂ２）は、電圧検出部（１２ｂ３）にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したことをトリガーとして、スイッチ（ＳＷ２）を開状態に制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＯ（Master Oscillator）部と、
希土類元素が添加された光ファイバ、該希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源、該励起光源に並列に接続されたコンデンサ、及び、該励起光源と該コンデンサとを含む閉電流路内に設けられたスイッチを含み、該光ファイバを用いて前記ＭＯ部にて生成されたレーザ光を増幅するＰＡ（Power Amplifier）部と、
前記ＭＯ部及び前記励起光源に電流を供給する直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したことをトリガーとして、前記スイッチを開状態に制御する制御部と、を備えている、
ことを特徴とするファイバレーザ。

【請求項2】

前記ＭＯ部は、希土類元素が添加された光ファイバ、該希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源、及び、該励起光源に並列に接続されたコンデンサを含んでおり、
前記直流電源は、前記ＭＯ部に含まれる前記励起光源及び前記ＰＡ部に含まれる前記励起光源の双方に電流を供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ。

【請求項3】

前記スイッチを開状態に制御してから前記ＰＡ部に含まれる前記励起光源に供給される電流が０Ａになるまでの時間は、１００μ秒以下であり、
前記スイッチを開状態に制御してから前記ＭＯ部に含まれる前記励起光源に供給される電流が０Ａになるまでの時間は、１ｍ秒以上である、
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ。

【請求項4】

前記スイッチは、前記直流電源の負極と前記ＭＯ部の前記励起光源との間の電流路上に設けられた負極側スイッチであり、
前記制御部は、前記電圧検出部にて検出された電圧が前記閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したときに、前記負極側スイッチを開状態に制御する
ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のファイバレーザ。

【請求項5】

前記スイッチは、前記直流電源の負極と前記ＭＯ部の前記励起光源との間の電流路上に設けられた負極側スイッチ、及び、前記直流電源の正極と前記ＭＯ部の前記励起光源との間の電流路上に設けられた正極側スイッチであり、
前記制御部は、前記電圧検出部にて検出された電圧が前記閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したときに、前記負極側スイッチ及び前記正極側スイッチの一方又は両方を開状態に制御する、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のファイバレーザ。

【請求項6】

前記スイッチは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である、
ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載のファイバレーザ。

【請求項7】

希土類元素が添加された光ファイバを含むファイバアンプに用いる励起光源ユニットであって、
前記希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源と、
前記励起光源に並列に接続されたコンデンサと、
前記励起光源と前記コンデンサとの間の電流路上に設けられたスイッチと、
前記励起光源に電流を供給する直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したことをトリガーとして、前記スイッチを開状態に制御する制御部と、を備えている、
ことを特徴とする励起光源ユニット。

【請求項8】

ＭＯ（Master Oscillator）部と、希土類元素が添加された光ファイバ、該希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源、該励起光源に並列に接続されたコンデンサ、及び、該励起光源と該コンデンサとの間の電流路上に設けられたスイッチを含み、該光ファイバを用いて前記ＭＯ部にて生成されたレーザ光を増幅するＰＡ（Power Amplifier）部と、を備えたファイバレーザの制御方法であって、
前記ＭＯ部及び前記励起光源に電流を供給する直流電源の電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電圧検出工程にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したときに、前記スイッチを開状態に制御する制御工程と、を含んでいる、
ことを特徴とするファイバレーザの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＯ部とＰＡ部とを備えるファイバレーザに関する。また、そのようなファイバレーザに用いられる励起光源ユニットに関する。また、そのようなファイバレーザの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工等に用いられる高出力ファイバレーザとして、ＭＯＰＡ型のファイバレーザが広く用いられている。ＭＯＰＡ型のファイバレーザを開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－８４６３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＭＯＰＡ型のファイバレーザにおいては、ＭＯ部にて生成されたレーザ光をＰＡ部において増幅することによって、高強度のレーザ光を得る。ＰＡ部としては、希土類元素が添加された光ファイバと、その希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源と、を備えたファイバアンプが用いられる。ＰＡ部においては、励起光により励起された希土類元素における誘導放出によってレーザ光の増幅が実現される。

【0005】

ＭＯＰＡ型のファイバレーザを緊急停止する場合、ＭＯ部からＰＡ部へのレーザ光の供給停止が、ＰＡ部における励起光源から希土類元素への励起光の供給停止に先行することがある。そうすると、励起光のエネルギーは、レーザ光の増幅のために消費されることなく、希土類元素に溜め込まれることになる。励起光のエネルギーが希土類元素に溜め込まれた状態では、ノイズなどがトリガーとなって、希土類元素における誘導放出の連鎖が爆発的に進行することがある。そうすると、超高強度のパルス光がＰＡ部から出力されることになる。このようにしてＰＡ部から出力される超高強度のパルス光は、ジャイアントパルスと呼ばれ、周囲の光学部品などにダメージを与える要因になる。

【0006】

本願発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ジャイアントパルスの発生を抑えたファイバレーザ等を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様１に係るファイバレーザは、ＭＯ（Master Oscillator）部と、希土類元素が添加された光ファイバ、該希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源、該励起光源に並列に接続されたコンデンサ、及び、該励起光源と該コンデンサとを含む閉電流路内に設けられたスイッチを含み、該光ファイバを用いて前記ＭＯ部にて生成されたレーザ光を増幅するＰＡ（Power Amplifier）部と、前記ＭＯ部及び前記励起光源に電流を供給する直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したことをトリガーとして、前記スイッチを開状態に制御する制御部と、を備えている。

【0008】

上記の構成によれば、ＰＡ部における励起光源から希土類元素への励起光の供給停止をＭＯ部からＰＡ部へのレーザ光の供給停止に先行させることができる。その結果、ジャイアントパルスの発生を抑えることができる。

【0009】

本発明の態様２に係るファイバレーザにおいては、態様１の構成に加え、前記ＭＯ部は、希土類元素が添加された光ファイバ、該希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源、及び、該励起光源に並列に接続されたコンデンサを含んでおり、前記直流電源は、前記ＭＯ部に含まれる前記励起光源及び前記ＰＡ部に含まれる前記励起光源の双方に電流を供給する、という構成が採用されている。

【0010】

上記の構成によれば、ＰＡ部における励起光源から希土類元素への励起光の供給停止を、より確実にＭＯ部からＰＡ部へのレーザ光の供給停止に先行させることができる。その結果、ジャイアントパルスの発生を、より確実に抑えることができる。

【0011】

本発明の態様３に係るファイバレーザにおいては、態様２の構成に加え、前記スイッチを開状態に制御してから前記ＰＡ部に含まれる前記励起光源に供給される電流が０Ａになるまでの時間は、１００μ秒以下であり、前記スイッチを開状態に制御してから前記ＭＯ部に含まれる前記励起光源に供給される電流が０Ａになるまでの時間は、１ｍ秒以上である、という構成が採用されている。

【0012】

上記の構成によれば、ＰＡ部における励起光源から希土類元素への励起光の供給停止を、より一層確実にＭＯ部からＰＡ部へのレーザ光の供給停止に先行させることができる。その結果、ジャイアントパルスの発生を、より一層確実に抑えることができる。

【0013】

本発明の態様４に係るファイバレーザにおいては、態様１～３の何れかの構成に加え、前記スイッチは、前記直流電源の負極と前記ＭＯ部の前記励起光源との間の電流路上に設けられた負極側スイッチであり、前記制御部は、前記電圧検出部にて検出された電圧が前記閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したときに、前記負極側スイッチを開状態に制御する、という構成が採用されている。

【0014】

上記の構成によれば、通常動作時において励起光源のスイッチング駆動に利用される負極側スイッチを、緊急停止時においてコンデンサに蓄えられた電荷の励起光源への流入防止に利用することができる。

【0015】

本発明の態様５に係るファイバレーザにおいては、態様１～３の何れかの構成に加え、前記スイッチは、前記直流電源の負極と前記ＭＯ部の前記励起光源との間の電流路上に設けられた負極側スイッチ、及び、前記直流電源の正極と前記ＭＯ部の前記励起光源との間の電流路上に設けられた正極側スイッチであり、前記制御部は、前記電圧検出部にて検出された電圧が前記閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したときに、前記負極側スイッチ及び前記正極側スイッチの両方を開状態に制御する、という構成が採用されている。

【0016】

上記の構成によれば、負極側スイッチが故障した場合、或いは、励起光源の地絡が生じた場合であっても、正極側スイッチを開状態に制御することによって、コンデンサに蓄えられた電荷の励起光源への流入することを防止することができる。

【0017】

本発明の態様６に係るファイバレーザにおいては、態様１～５の何れかの構成に加え、前記スイッチは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である、という構成が採用されている。

【0018】

上記の構成によれば、スイッチの開閉を高速に実現することができる。

【0019】

本発明の態様７に係る励起光源ユニットは、希土類元素が添加された光ファイバを含むファイバアンプに用いる励起光源ユニットであって、前記希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源と、前記励起光源に並列に接続されたコンデンサと、前記励起光源と前記コンデンサとの間の電流路上に設けられたスイッチと、前記励起光源に電流を供給する直流電源の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したことをトリガーとして、前記スイッチを開状態に制御する制御部と、を備えている。

【0020】

上記の構成によれば、ファイバアンプにおける励起光源から希土類元素への励起光の供給停止を、ファイバアンプへのレーザ光の供給停止に先行させることができる。その結果、ジャイアントパルスの発生を抑えることができる。

【0021】

本発明の態様８に係るファイバレーザの制御方法は、ＭＯ（Master Oscillator）部と、希土類元素が添加された光ファイバ、該希土類元素を励起させるための励起光を生成する励起光源、該励起光源に並列に接続されたコンデンサ、及び、該励起光源と該コンデンサとの間の電流路上に設けられたスイッチを含み、該光ファイバを用いて前記ＭＯ部にて生成されたレーザ光を増幅するＰＡ（Power Amplifier）部と、を備えたファイバレーザの制御方法であって、前記ＭＯ部及び前記励起光源に電流を供給する直流電源の電圧を検出する電圧検出工程と、前記電圧検出部にて検出された電圧が予め定められた閾値を上回る状態から下回る状態へと遷移したときに、前記スイッチを開状態に制御する制御工程と、を含んでいる。

【0022】

上記の構成によれば、ＰＡ部における励起光源から希土類元素への励起光の供給停止をＭＯ部からＰＡ部へのレーザ光の供給停止に先行させることができる。その結果、ジャイアントパルスの発生を抑えることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の一態様によれば、ジャイアントパルスの発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るファイバレーザの構成を示す模式図である。（ｂ）は、そのファイバレーザのＭＯ部に含まれる励起光源ユニットの構成を示す回路図である。（ｃ）は、そのファイバレーザのＰＡ部に含まれる励起光源ユニットの構成を示す回路図である。

【図2】図１に示すファイバレーザの効果を示す。（ａ）は、直流電源の電源電圧の時間変化を示すグラフである。（ｂ）は、レーザダイオードの駆動電流の時間変化を示すグラフである。

【図3】図１に示すファイバレーザの変形例を示す。（ａ）は、ＰＡ部の励起光源ユニットの第１の変形例を示す回路図である。（ｂ）は、ＰＡ部の励起光源ユニットの第２の変形例を占めす回路図である。（ｃ）は、ＰＡ部の励起光源ユニットの第３の変形例を示す回路図である。

【図4】図１に示すファイバレーザの変形例を示す。（ａ）は、ＭＯ部の第１の変形例を示す模式図である。（ｂ）は、ＭＯ部の第２の変形例を示す模式図である。

【図5】図１に示すファイバレーザの変形例を示す。（ａ）は、ＰＡ部の第１の変形例を示す模式図である。（ｂ）は、ＰＡ部の第２の変形例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（ファイバレーザの構成）
本発明の一実施形態に係るファイバレーザ１について、図１の（ａ）を参照して説明する。図１の（ａ）は、ファイバレーザ１の構成を示す模式図である。

【0026】

ファイバレーザ１は、ＭＯＰＡ型の加工用ファイバレーザであり、図１の（ａ）に示すように、ＭＯ（Master Oscillator）部１１と、ＭＯ部１１にて生成されたレーザ光を増幅するＰＡ（Power Amplifier）部１２と、加工ヘッド１３と、を備えている。なお、加工ヘッド１３は、用途に応じて付け替えることが可能であり、また、省略することも可能である。

【0027】

本実施形態においては、ＭＯ部１１として、前方励起型のファイバレーザを用いている。ＭＯ部１１は、例えば図１の（ａ）の示すように、光ファイバ１１ａと、励起光源ユニット１１ｂと、コンバイナ１１ｃと、１対のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１１ｄ１，１１ｄ２と、により構成することができる。励起光源ユニット１１ｂは、図１の（ａ）に示すように、複数であってもよい。

【0028】

光ファイバ１１ａは、コアに希土類元素が添加された光ファイバ（例えば、ダブルクラッドファイバ）である。光ファイバ１１ａのコアに添加する希土類元素は特に限定されないが、本実施形態においては、Ｙｂを用いている。光ファイバ１１ａの一端には、ミラーとして機能するＦＢＧ１１ｄ１が接続されており、光ファイバ１１ａの他端には、ハーフミラーとして機能するＦＢＧ１１ｄ２が接続されている。これにより、光ファイバ１１ａは、励起した希土類元素から放出されるレーザ光を再帰的に増幅する共振器として機能する。

【0029】

励起光源ユニット１１ｂは、光ファイバ１１ａのコアに添加された希土類元素を励起させるための励起光（前方励起光）を生成するための構成である。励起光を生成する励起光源は特に限定されないが、本実施形態においては、ＬＤ（Laser Diode）を用いている。励起光源ユニット１１ｂの構成については、図１の（ｂ）を参照して後述する。励起光源ユニット１１ｂにて生成された励起光は、コンバイナ１１ｃによって光ファイバ１１のインナークラッドに導入される。

【0030】

また、本実施形態においては、ＰＡ部１２として、後方励起型のファイバアンプを用いている。ＰＡ部１２は、例えば図１の（ａ）の示すように、光ファイバ１２ａと、励起光源ユニット１２ｂと、コンバイナ１２ｃと、により構成することができる。励起光源ユニット１２ｂは、図１の（ａ）に示すように、複数であってもよい。

【0031】

光ファイバ１２ａは、コアに希土類元素が添加された光ファイバ（例えば、ダブルクラッドファイバ）である。光ファイバ１２ａのコアに添加する希土類元素は特に限定されないが、本実施形態においては、Ｙｂを用いている。光ファイバ１２ａの一端には、ＭＯ部１１のＦＢＧ１１ｄ２が接続されている。これにより、光ファイバ１２ａは、ＭＯ部１１により生成されたレーザ光を増幅する増幅器として機能する。また、光ファイバ１２ａの他端には、加工ヘッド１３が接続されている。これにより、光ファイバ１２ａにより増幅されたレーザは、加工ヘッド１３を介してワークに照射される。

【0032】

励起光源ユニット１２ｂは、光ファイバ１２ａのコアに添加された希土類元素を励起させるための励起光（後方励起光）を生成するための構成である。励起光を生成する励起光源は特に限定されないが、本実施形態においては、ＬＤを用いている。励起光源ユニット１２ｂの構成については、図１の（ｃ）を参照して後述する。励起光源ユニット１２ｂにて生成された励起光は、コンバイナ１２ｃによって光ファイバ１２のインナークラッドに導入される。

【0033】

ＭＯ部１１の励起光源ユニット１１ｂ及びＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂは、共通の直流電源ＰＳ（例えば、商用電源等の交流電源に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ）から供給される電流により動作する。直流電源ＰＳと励起光源ユニット１１ｂ，１２ｂとの間の電流路上には、スイッチＳＷ０が設けられている。このスイッチＳＷ０は、例えば、ファイバレーザ１に何らかの異常が発生したときにファイバレーザ１の動作を緊急停止させるための緊急停止スイッチである。本実施形態においては、スイッチＳＷ０として、リレースイッチを用いている。

【0034】

このスイッチＳＷ０を開状態にすると、励起光源ユニット１１ｂ，１２ｂへの電流の供給が停止し、その結果、光ファイバ１１ａ，１２ａへの励起光の供給が停止する。この際、ＭＯ部１１の光ファイバ１１ａへの励起光の供給停止がＰＡ部１２の光ファイバ１２ａへの励起光の供給停止に先行すると、ＰＡ部１２においてジャイアントパルスが発生するリスクがある。このため、本実施形態に係るファイバレーザ１においては、ＰＡ部１２の光ファイバ１２ａへの励起光の供給停止がＭＯ部１１の光ファイバ１１ａへの励起光の供給停止に先行するよう、励起光源ユニット１２ｂの構成に工夫を加えている。

【0035】

（ＭＯ部の励起光源ユニットの構成）
ＭＯ部１１の励起光源ユニット１１ｂの構成について、図１の（ｂ）を参照して説明する。図１の（ｂ）は、ＭＯ部１１の励起光源ユニット１１ｂの構成を示す回路図である。

【0036】

励起光源ユニット１１ｂは、励起光を生成するレーザダイオードＬＤと、このレーザダイオードＬＤを駆動する駆動回路により構成されている。この駆動回路は、例えば図１の（ｂ）に示すように、ダイオードＤと、コンデンサＣと、インダクタＬと、スイッチＳＷ１（特許請求の範囲における「正極側スイッチ」の一例）と、スイッチＳＷ２（特許請求の範囲における「負極側スイッチ」の一例）と、電流検出部１１ｂ１と、制御部１１ｂ２と、により構成することができる。

【0037】

ダイオードＤ及びコンデンサＣは、それぞれ、レーザダイオードＬＤに並列に接続される。レーザダイオードＬＤの向きは、アノードが直流電源ＰＳの正極側に接続され、カソードが直流電源ＰＳの負極側に接続される向きである。また、ダイオードＤの向きは、カソードが直流電源ＰＳの正極側に接続され、アノードが直流電源ＰＳの負極側に接続される向きである。

【0038】

スイッチＳＷ１，ＳＷ２及びインダクタＬは、それぞれ、レーザダイオードＬＤに直列に接続される。スイッチＳＷ１の位置は、レーザダイオードＬＤ及びダイオードＤを含む閉電流路γＤの外、且つ、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの外である。スイッチＳＷ２の位置は、レーザダイオードＬＤ及びダイオードＤを含む閉電流路γＤの外、且つ、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの内である。インダクタＬの位置は、レーザダイオードＬＤ及びダイオードＤを含む閉電流路γＤの内、且つ、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの内である。本実施形態においては、スイッチＳＷ１，ＳＷ２として、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いている。

【0039】

電流検出部１１ｂ１は、レーザダイオードＬＤに流入する電流（以下、「駆動電流Ｉ１」とも記載する）を検出する。制御部１１ｂ２は、通常動作時において、スイッチＳＷ１を閉状態に維持すると共に、スイッチＳＷ２を駆動電流Ｉ１の大きさに基づいて開閉制御する。より具体的に言うと、制御部１１ｂ２は、（１）駆動電流Ｉ１が予め定められた閾値Ｔｈ１を上回るとスイッチＳＷ２を開状態に制御し、（２）駆動電流Ｉ１が閾値Ｔｈ１を下回るとスイッチＳＷ２を閉状態に制御する。これにより、図１の（ａ）に示すスイッチＳＷ０が開状態に制御されている間、レーザダイオードＬＤには、閾値Ｔｈ１と同程度の大きさを有する駆動電流Ｉ１が定常的に供給されることになる。

【0040】

緊急停止時にスイッチＳＷ０を開状態にすると、励起光源ユニット１１ｂへの電流の供給が停止する。ただし、スイッチＳＷ２が閉状態であれば、レーザダイオードＬＤへの駆動電流Ｉ１の供給は継続する。なぜなら、コンデンサＣに蓄えられた電荷がレーザダイオードＬＤに流入するためである。また、図１の（ｂ）に示すように、励起光源ユニット１１ｂと直流電源ＰＳとの間に挿入されたフィルタＦに、レーザダイオードＬＤに並列に接続されたコンデンサが含まれている場合、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が閉状態であれば、これらのコンデンサに蓄えられた電荷もレーザダイオードＬＤに流入する。なお、フィルタＦは、必須の構成ではなく、省略しても構わない。

【0041】

（ＰＡ部の励起光源ユニットの構成）
ＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂの構成について、図１の（ｃ）を参照して説明する。図１の（ｃ）は、ＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂの構成を示す回路図である。

【0042】

励起光源ユニット１２ｂは、励起光を生成するレーザダイオードＬＤと、このレーザダイオードＬＤを駆動する駆動回路により構成されている。励起光源ユニット１２ｂの駆動回路の構成は、電圧検出部１２ｂ３が追加されている点を除き、図１の（ｂ）に示す励起光源ユニット１１ｂの駆動回路の構成と同様である。

【0043】

電流検出部１２ｂ１は、電流検出部１１ｂ１と同様、レーザダイオードＬＤに流入する電流（以下、「駆動電流Ｉ２」とも記載する）を検出する。制御部１２ｂ２は、制御部１１ｂ２と同様、通常動作時において、スイッチＳＷ１を閉状態に維持すると共に、スイッチＳＷ２を駆動電流Ｉ２の大きさに基づいて開閉制御する。より具体的に言うと、制御部１２ｂ２は、（１）駆動電流Ｉ２が予め定められた閾値Ｔｈ２を上回るとスイッチＳＷ２を開状態に制御し、（２）駆動電流Ｉ２が閾値Ｔｈ２を下回るとスイッチＳＷ２を閉状態に制御する。これにより、図１の（ａ）に示すスイッチＳＷ０が開状態に制御されている間、レーザダイオードＬＤには、閾値Ｔｈ１と同程度の大きさを有する駆動電流Ｉ２が定常的に供給されることになる。

【0044】

電圧検出部１２ｂ３は、直流電源ＰＳの電圧（以下、「電源電圧Ｖ０」とも記載する）を検出する。制御部１２ｂ２は、スイッチＳＷ２を電源電圧Ｖ０の大きさに基づいて制御する。より具体的に言うと、制御部１２ｂ２は、電源電圧Ｖ０が予め定められた閾値Ｔｈ０を上回る状態から電源電圧Ｖ０が閾値Ｔｈ０を下回る状態に遷移したことをトリガーとして、スイッチＳＷ２を開状態に制御する。

【0045】

ここで、閾値Ｔｈは、直流電源ＰＳの定格電圧よりも小さい値（例えば、直流電源ＰＳの定格電圧の８５％程度の値）に設定される。一例を挙げると、直流電源ＰＳの定格電圧が２７０Ｖの場合、例えば、閾値Ｔｈは２３０Ｖに設定される。このため、緊急停止時にスイッチＳＷ０を開状態にすると、その直後にスイッチＳＷ２が開状態に制御される。スイッチＳＷ２が開状態になることにより、コンデンサＣに電荷が蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することが防止される。また、スイッチＳＷ２が開状態になることにより、フィルタＦに含まれるコンデンサに蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することが防止される。したがって、励起光源ユニット１２ｂへの電流の供給が停止してから、励起光源ユニット１２ｂのレーザダイオードＬＤへの駆動電流Ｉ２の供給が停止するまでの時間は、励起光源ユニット１１ｂへの電流の供給が停止してから、励起光源ユニット１１ｂのレーザダイオードＬＤへの駆動電流Ｉ１の供給が停止するまでの時間よりも短くなる。

【0046】

なお、制御部１２ｂ２は、電源電圧Ｖ０が閾値Ｔｈ０を下回る状態に遷移したときに、スイッチＳＷ２のみでなく、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方を開状態に制御してもよい。これにより、レーザダイオードＬＤの地絡が生じた場合、或いは、スイッチＳＷ２が故障した場合であっても、フィルタＦに含まれるコンデンサに蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することを防止することが可能になる。またスイッチＳＷ１は、アラーム発生時の緊急遮断用にも利用することができる。

【0047】

なお、本実施形態においては、電圧検出部１２ｂ３を励起光源ユニット１２ｂの内部に設けているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、電圧検出部１２ｂ３を励起光源ユニット１２ｂの外部に設ける構成を採用してもよい。また、本実施形態においては、電源電圧Ｖ０に応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２を開状態に制御する機能を、励起光源ユニット１２ｂの内部に設けられた制御部１２ｂ２に担わせているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、電源電圧Ｖ０に応じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２を開状態に制御する機能を、励起光源ユニット１２ｂの外部に設けられた制御部、例えば、ファイバレーザ全体を制御する制御部に担わせてもよい。

【0048】

（ファイバレーザの効果）
ファイバレーザ１により得られる効果について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、直流電流ＰＳの電源電圧Ｖ０の時間変化を示すブラフであり、（ｂ）は、ＭＯ部１１のレーザダイオードＬＤに供給される駆動電流Ｉ１、及び、ＰＡ部１２のレーザダイオードＬＤに供給される駆動電流Ｉ２の時間変化を示すグラフである。

【0049】

時刻ｔ０においてスイッチＳＷ０が開状態に制御されると、電源電圧Ｖ０が低下し始める（図２の（ａ）参照）。そして、時刻ｔ１において電源電圧Ｖ０が閾値Ｔｈ０を上回る状態から閾値Ｔｈ０を下回る状態に遷移すると（図２の（ａ）参照）、ＰＡ部１２の制御部１２ｂ２がスイッチＳＷ２を開状態に制御する（図１の（ｃ）参照）。

【0050】

そうすると、ＰＡ部１２のレーザダイオードＬＤに供給される駆動電流Ｉ２が急峻に低下する（図２の（ｂ）参照）。一方、ＭＯ部１１のレーザダイオードＬＤには、コンデンサＣに蓄えられていた電荷が駆動電流Ｉ１として流入し続ける。このため、ＭＯ部１１のレーザダイオードＬＤに供給される駆動電流Ｉ１は、ＰＡ部１２のレーザダイオードＬＤに供給される駆動電流Ｉ２よりも緩慢に低下する（図２の（ｂ）参照）。

【0051】

ＰＡ部１２の制御部１２ｂ２がスイッチＳＷ２を開状態に制御してからＭＯ部１１のレーザダイオードＬＤへの駆動電流Ｉ１の供給が停止されるまでの時間Δｔ１は、コンデンサＣの放電に要する時間であり、例えば、１ｍ秒以上である。なお、この時間Δ１の上限は特に限定されないが、例えば、５００ｍ秒である。これに対して、ＰＡ部１２の制御部１２ｂ２がスイッチＳＷ２を開状態に制御してからＰＡ部１２のレーザダイオードＬＤへの駆動電流Ｉ２の供給が停止されるまでの時間Δｔ２は、インダクタＬの放電に要する時間であり、例えば、１００μ秒以下である。なお、この時間Δｔ２の下限は特に限定されないが、例えば、１ｎ秒である。

【0052】

これにより、ＭＯ部１１の光ファイバ１１ａからＰＡ部１２の光ファイバ１２ａへのレーザ光の供給が停止する前に、ＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂからＰＡ部１２の光ファイバ１２ａへの励起光の供給を停止することができる。したがって、ＰＡ部１２の光ファイバ１２ａにおいてジャイアントパルスが発生する可能性を有意に低下させることができる。

【0053】

（ＰＡ部の励起光源ユニットの変形例）
ＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂの変形例について、図３を参照して説明する。

【0054】

図３の（ａ）は、励起光源ユニット１２ｂの第１の変形例を示す回路図である。

【0055】

図１の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂと図３の（ａ）に示す励起光源ユニット１２ｂとの相違点は、スイッチＳＷ１の位置である。すなわち、図１の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの外にスイッチＳＷ１が配置されている。これに対して、図３の（ａ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの内にスイッチＳＷ１が配置されている。

【0056】

このため、図３の（ａ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の少なくとも一方を開状態に制御することによって、コンデンサＣに電荷が蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することを防止できる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方を開状態に制御する構成を採用すれば、レーザダイオードＬＤの地絡が生じた場合、或いは、スイッチＳＷ２が故障した場合であっても、コンデンサＣ及びフィルタＦに含まれるコンデンサに蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することを防止することが可能になる。

【0057】

図３の（ｂ）は、励起光源ユニット１２ｂの第２の変形例を示す回路図である。

【0058】

図１の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂと図３の（ｂ）に示す励起光源ユニット１２ｂとの相違点は、前者がスイッチング方式の駆動回路を有しているのに対して、後者がリニア方式の駆動回路を有している点である。このため、と図３の（ｂ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、ダイオードＤ、及びインダクタＬが省略されている。また、制御部１２ｂ２は、通常動作時、駆動電流Ｉ２が予め定められた値に一致するよう、スイッチＳＷ２（ＦＥＴ）のゲート電圧を調整することによって、スイッチＳＷ２（ＦＥＴ）の抵抗値を設定する。

【0059】

図３の（ｂ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、図１の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂと同様、スイッチＳＷ２を開状態に制御することによって、コンデンサＣに蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することを防止できる。

【0060】

図３の（ｃ）は、励起光源ユニット１２ｂの第３の変形例を示す回路図である。

【0061】

図３の（ｂ）に示す励起光源ユニット１２ｂと図３の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂとの相違点は、スイッチＳＷ１の位置である。すなわち、図３の（ｂ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの外にスイッチＳＷ１が配置されている。これに対して、図３の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、レーザダイオードＬＤ及びコンデンサＣを含む閉電流路γＣの内にスイッチＳＷ１が配置されている。

【0062】

このため、図３の（ｃ）に示す励起光源ユニット１２ｂにおいては、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の少なくとも一方を開状態に制御することによって、コンデンサＣに電荷が蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することを防止できる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方を開状態に制御する構成を採用すれば、レーザダイオードＬＤの地絡が生じた場合、或いは、スイッチＳＷ２が故障した場合であっても、コンデンサＣ及びフィルタＦに含まれるコンデンサに蓄えられている電荷がレーザダイオードＬＤに流入することを防止することが可能になる。

【0063】

なお、ここでは、ＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂについて、３つの変形例を説明したが、ＭＯ部１１の励起光源ユニット１１ｂについても、同様の変形が可能である。

【0064】

（ＭＯ部の変形例）
ＭＯ部１１の第１の変形例について、図４の（ａ）を参照して説明する。図４の（ａ）は、ＭＯ部１１の第１の変形例を示す模式図である。

【0065】

図４の（ａ）に示すＭＯ部１１は、図１の（ａ）の示すＭＯ部１１に励起光源ユニット１１ｂ’及びコンバイナ１１ｃ’を追加した、双方向励起型のファイバレーザである。ここで、励起光源ユニット１１ｂ’は、光ファイバ１１ａのコアに添加された希土類元素を励起させるための励起光（後方励起光）を生成するための構成である。また、コンバイナ１１ｃ’は、励起光源ユニット１１ｂ’にて生成された励起光を光ファイバ１１ａのインナークラッドに導入するための構成である。

【0066】

ＭＯ部１１の第２の変形例について、図４の（ｂ）を参照して説明する。図４の（ｂ）は、ＭＯ部１１の第２の変形例を示す模式図である。

【0067】

図４の（ｂ）に示すＭＯ部１１は、図１の（ａ）の示すＭＯ部１１の励起光源ユニット１１ｂ及びコンバイナ１１ｃを励起光源ユニット１１ｂ’及びコンバイナ１１ｃ’に置き換えた、後方励起型のファイバレーザである。ここで、励起光源ユニット１１ｂ’は、光ファイバ１１ａのコアに添加された希土類元素を励起させるための励起光（後方励起光）を生成するための構成である。また、コンバイナ１１ｃ’は、励起光源ユニット１１ｂ’にて生成された励起光を光ファイバ１１ａのインナークラッドに導入するための構成である。

【0068】

なお、ＭＯ部１１は、ＰＡ部１２に供給するレーザ光（シード光）を生成するレーザ装置であればよく、ファイバレーザであることを要さない。固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなど、直流電源ＰＳにより駆動可能な任意のレーザ装置を、ＭＯ部１１として利用することができる。

【0069】

（ＰＡ部の変形例）
ＰＡ部１２の第１の変形例について、図５の（ａ）を参照して説明する。図５の（ａ）は、ＰＡ部１２の第１の変形例を示す模式図である。

【0070】

図５の（ａ）に示すＰＡ部１２は、図１の（ａ）の示すＰＡ部１２に励起光源ユニット１２ｂ’及びコンバイナ１２ｃ’を追加した、双方向励起型のファイバアンプである。ここで、励起光源ユニット１２ｂ’は、光ファイバ１２ａのコアに添加された希土類元素を励起させるための励起光（前方励起光）を生成するための構成である。また、コンバイナ１２ｃ’は、励起光源ユニット１２ｂ’にて生成された励起光を光ファイバ１２ａのインナークラッドに導入するための構成である。

【0071】

ＰＡ部１２の第２の変形例について、図５の（ｂ）を参照して説明する。図５の（ｂ）は、ＰＡ部１２の第２の変形例を示す模式図である。

【0072】

図５の（ｂ）に示すＰＡ部１２は、図１の（ａ）の示すＰＡ部１２の励起光源ユニット１２ｂ及びコンバイナ１２ｃを励起光源ユニット１２ｂ’及びコンバイナ１２ｃ’に置き換えた、前方励起型のファイバレーザである。ここで、励起光源ユニット１２ｂ’は、光ファイバ１２ａのコアに添加された希土類元素を励起させるための励起光（前方励起光）を生成するための構成である。また、コンバイナ１２ｃ’は、励起光源ユニット１２ｂ’にて生成された励起光を光ファイバ１２ａのインナークラッドに導入するための構成である。

【0073】

（付記事項）
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。上述した実施形態に含まれる各技術的手段を適宜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】

【0074】

１ ファイバレーザ
１１ ＭＯ部
１１ａ 光ファイバ
１１ｂ 励起光源ユニット
１１ｂ１ 電流検出部
１１ｂ２ 制御部
１１ｃ コンバイナ
１２ ＰＡ部
１２ａ 光ファイバ
１２ｂ 励起光源ユニット
１２ｂ１ 電流検出部
１２ｂ２ 制御部
１２ｂ３ 電圧検出部
１２ｃ コンバイナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】