JP2015126036A - 光ファイバレーザ装置の制御方法および光ファイバレーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体レーザ素子を励起光源として使用する光ファイバレーザ装置の制御方法であって、前記半導体レーザ素子に駆動電圧および駆動電流を与える電力付与工程を含み、前記電力付与工程において、前記光ファイバレーザ装置を連続波駆動する場合に前記半導体レーザ素子に与える駆動電圧を第1駆動電圧とし、前記光ファイバレーザ装置をパルス駆動する場合に前記半導体レーザ素子に与える駆動電圧を第2駆動電圧とすると、パルス駆動時において前記第1駆動電圧よりも大きい値の前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与える。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。図1に示すように、光ファイバレーザ装置100は、複数の励起光源111を含む励起光源部110と、励起光源111に接続した光合波器102と、光合波器102に接続したファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)103と、FBG103に接続した増幅用光ファイバ104と、増幅用光ファイバ104に接続したFBG105と、FBG105に接続した出力側光ファイバ106と、励起光源111に接続した制御部120と、を備えている。励起光源111、光合波器102、FBG103、105、増幅用光ファイバ104、および出力側光ファイバ106は光ファイバレーザFLを構成している。光ファイバレーザFLは、いわゆるQCW(Quasi Continuous Wave)型の光ファイバレーザである。
図3は、制御例1を示すフロー図である。図4は、制御例1における設定条件を示す図である。図4において、横軸は、半導体レーザ素子111aに与える駆動電流を示し、縦軸は駆動電圧VLDを示している。
つぎに、制御例2について説明する。本制御例2は、光ファイバレーザ装置100がパルス駆動する場合の駆動条件(出力ピークパワー、繰り返し周波数、およびDuty比またはパルス幅)を任意に設定可能な場合に適する制御である。
Wavg=VLD×I×(Duty比)=VLD×I×(パルス幅)/(繰り返し周波数) ・・・ (1)
ここで、電流Iは出力光パワーPによって決まる。
Iavg=I×(Duty比)=I×(パルス幅)/(繰り返し周波数)
と定義すると、式(1)から、パルス駆動時の駆動電圧VLD(第2駆動電圧)の上限値V_limは、以下の式(2)で表される値となる。ここで、上限平均発熱量Wavg_maxとは、電流調整部111dに許容される平均発熱量Wavgの上限値である。
V_lim=Wavg_max/Iavg ・・・ (2)
ところで、上記制御例2では、上限平均発熱量Wavg_maxをもとにV_limを算出しているが、たとえば、平均発熱量Wavgが同じであっても、たとえばDuty比が小さい場合は、1パルスあたりのピーク光パワーが大きい。このように1パルスあたりのピーク光パワーが大きい場合は、平均発熱量で考える場合よりも電流調整部111dに掛かる負荷が大きい場合がある。このような場合には、下記の式(4)のように、1パルスあたりのピーク光パワーをもとにV_limを算出してもよい。
W=VLD×I×(Duty比)/(繰り返し周波数)=VLD×I×(パルス幅) ・・・ (3)
ここで、電流Iは出力光パワーPによって決まる。
発熱量Wが上限発熱量W_maxとなる時の上限値V_limは、
式(3)から、
V_lim=上限発熱量W_max/I/(Duty比)×(繰り返し周波数)
=上限発熱量W_max/I/(パルス幅) ・・・ (4)
となる。
図8は、制御例3を示すフロー図である。図9、10は、制御例3における設定条件を示す図である。
W=VLD×I×((出力ON時間)+(ON時間初期値)) ・・・ (5)
出力ON時間とは、光ファイバレーザ装置100が直近でON状態となってからの経過時間である。また、ON時間初期値は、後述する式(9)から求まる。
ここで、電流Iは出力光パワーPによって決まる。
式(5)から、下記の式(6)で表される。上限発熱量W_maxとは、許容される発熱量Wの上限値である。
Von_lim=W_max/I/((出力ON時間)+(ON時間初期値)) ・・・ (6)
Wavg=VLD×I×(出力ON時間)/((出力ON時間)+(出力OFF時間)) ・・・ (7)
出力OFF時間とは、光ファイバレーザ装置100が直近でOFF状態となってからの経過時間である。
Iavg=I×(出力ON時間)/((出力ON時間)+(出力OFF時間))
と定義すると、式(7)から、出力OFF時に計算される駆動電圧VLDの上限値Voff_limは、以下の式(8)で表される。上限平均消費電力量Wavg_maxとは、連続波(CW:Continuous Wave)駆動時の平均発熱量+平均放熱量で表される量である。平均放熱量は、半導体レーザ素子や電流調整部の配置やヒートシンクの大きさや熱伝導性、空冷か水冷かなどによって変わる量である。
Voff_lim=Wavg_max/Iavg ・・・ (8)
(ON時間初期値)=W_max/Voff_lim/I ・・・ (9)
つぎに、制御例4について説明する。本制御例4は、上記制御例1〜3およびその変形例と組み合わせて使用してもよい。本制御例4では、電流調整部111dに設けられた温度測定器111eを使用する。
(条件Cの温度閾値)≧(条件Dの温度閾値)
(条件Eの電圧値)≦(条件Fの電圧値)
102 光合波器
104 増幅用光ファイバ
106 出力側光ファイバ
107 種光源
108 光アイソレータ
109 光合波器
110 励起光源部
111 励起光源
111a 半導体レーザ素子
111b 抵抗器
111c 電圧調整部
111d 電流調整部
111da FET
111db ゲート電圧調整部
111e 温度測定器
111f 電力付与部
120 制御部
121 演算部
122 記憶部
123 記憶部
124 外部入力部
130 バンドパス光フィルタ
200 光ファイバレーザ装置
F1 フロー
FL 光ファイバレーザ
L レーザ光
L1〜L7、L9、L11 線
L8、L10、L12 矢線
S 外部制御信号
T1〜T6 区間
Claims (10)
- 半導体レーザ素子を励起光源として使用する光ファイバレーザ装置の制御方法であって、
前記半導体レーザ素子に駆動電圧および駆動電流を与える電力付与工程を含み、
前記電力付与工程において、前記光ファイバレーザ装置を連続波駆動する場合に前記半導体レーザ素子に与える駆動電圧を第1駆動電圧とし、前記光ファイバレーザ装置をパルス駆動する場合に前記半導体レーザ素子に与える駆動電圧を第2駆動電圧とすると、パルス駆動時において前記第1駆動電圧よりも大きい値の前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えることを特徴とする光ファイバレーザ装置の制御方法。 - 前記光ファイバレーザ装置の駆動条件を確認する確認工程を含み、
前記確認工程において確認した前記駆動条件が連続波駆動条件である場合には、前記電力付与工程において前記第1駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与え、
前記確認工程において前記駆動条件がパルス駆動条件である場合には、前記電力付与工程において前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバレーザ装置の制御方法。 - 前記光ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光のピークパワー、繰返し周波数、およびデューティー比またはパルス幅の設定値を駆動条件として設定する設定工程を含み、
前記電力付与工程において、前記設定値に応じた前記駆動電流および前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバレーザ装置の制御方法。 - 前記光ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光のパワーの設定値および出力開始指令または出力停止指令を生成する又は入力される工程と、
前記設定値、前記出力開始からの経過時間、前記出力停止からの経過時間を確認する確認工程とをさらに含み、
前記電力付与工程において、前記確認工程の確認結果に応じた前記駆動電流および前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えることを特徴とする請求項1または2に記載の光ファイバレーザ装置の制御方法。 - 前記半導体レーザ素子に与える前記駆動電流を調整する電流調整部の温度を測定する温度測定工程を含み、
前記温度測定工程において測定した温度に応じた前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の光ファイバレーザの制御方法。 - 半導体レーザ素子を励起光源として備える光ファイバレーザと、
前記半導体レーザ素子に駆動電圧および駆動電流を与える電力付与部と、
前記電力付与部を制御する制御部と、
を備える光ファイバレーザ装置であって、
前記制御部は、前記光ファイバレーザ装置を連続波駆動する場合に前記半導体レーザ素子に与える駆動電圧を第1駆動電圧とし、前記光ファイバレーザ装置をパルス駆動する場合に前記半導体レーザ素子に与える駆動電圧を第2駆動電圧とすると、パルス駆動時において前記第1駆動電圧よりも大きい値の前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えるように前記電力付与部を制御することを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 前記制御部は、前記光ファイバレーザ装置の駆動条件を確認し、
前記確認した前記駆動条件が連続波駆動条件である場合には、前記第1駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えるように前記電力付与部を制御し、
前記確認した前記駆動条件がパルス駆動条件である場合には、前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えるように前記電力付与部を制御することを特徴とする請求項6に記載の光ファイバレーザ装置。 - 前記制御部は、前記光ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光のピークパワー、繰返し周波数、およびデューティー比またはパルス幅の設定値を駆動条件として設定し、
前記設定値に応じた前記駆動電流および前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えるように前記電力付与部を制御することを特徴とする請求項6または7に記載の光ファイバレーザ装置。 - 前記制御部は、前記光ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光のパワーの設定値および出力開始指令または出力停止指令を生成し又は入力され、
前記設定値、前記出力開始からの経過時間、前記出力停止からの経過時間を確認し、
前記確認結果に応じた前記駆動電流および前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えるように前記電力付与部を制御することを特徴とする請求項6または7に記載の光ファイバレーザ装置。 - 前記電力付与部は、前記半導体レーザ素子に与える前記駆動電流を調整する電流調整部と、前記電流調整部の温度を測定する温度測定器とを備え、
前記制御部は、前記温度測定器が測定した温度に応じた前記第2駆動電圧を前記半導体レーザ素子に与えるように前記電力付与部を制御することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ装置。
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