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

Abstract

【課題】連続波駆動時においても装置に過度の負荷を与えずに、パルス駆動時においてより高いピークパワーでレーザ光を出力できる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を提供すること。
【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

本発明は、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に関するものである。

従来、レーザ装置に供給する電力を制御する方法として、レーザ装置の故障を回避することを目的とする方法が開示されている（たとえば特許文献１〜３参照）。これらの制御方法では、パルス駆動時の設定値やモニタ値から、レーザ装置が出力可能な上限出力パワーを超える駆動条件になっていないか判断し、繰り返し周波数や励起光源へ供給する電流量を制御している。

特開２００５−２５２１４９号公報 特開平５−２０６５４８号公報 特開２００７−５９６９０号公報

ところで、光ファイバレーザ装置において、半導体レーザ素子を励起光源として用いる場合に、パルス駆動時に変調周波数特性を向上させ、高ピークパワーでレーザ光を出力できるように動作させるためには、励起光源に印加する駆動電圧を、連続波駆動時よりも大きくすることが好ましい。

しかしながら、単に、パルス駆動時に最大ピーク光パワーが得られるように励起光源に印加する駆動電圧を大きくする設定にしてしまうと、今度は連続波駆動時において、励起光源の駆動部、特に励起光源に供給する電流を調整する電流調整部への負荷が大きくなり、電流調整部での発熱量が大きくなる。その結果、発熱により電流調整部が故障するおそれがある。ところが、連続波駆動時に発熱を抑えるために励起光源に供給する駆動電流を小さくすると、今度はパルス駆動時に適するように駆動電圧を大きくする前よりも、最大出力光パワーが小さくなってしまう。さらに、連続波駆動時に余分に電圧を大きくすると、その分余分なエネルギーを消費することにもなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、連続波駆動時においても装置に過度の負荷を与えずに、パルス駆動時においてより高いピークパワーでレーザ光を出力できる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を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバレーザ装置の制御方法は、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置の制御方法は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置の制御方法は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置の制御方法は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザの制御方法は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置は、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、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。

本発明に係る光ファイバレーザ装置は、上記発明において、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。

本発明によれば、連続波駆動時においても装置に過度の負荷を与えずに、パルス駆動時においてより高いピークパワーでレーザ光を出力できるという効果を奏する。

図１は、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２は、図１に示す励起光源の構成を示す図である。 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５は、制御例２を示すフロー図である。 図６は、駆動電流と出力光パワーとの関係を示す図である。 図７は、制御例２における設定条件を示す図である。 図８は、制御例３を示すフロー図である。 図９は、制御例３における設定条件を示す図である。 図１０は、制御例３における設定条件を示す図である。 図１１は、制御例３における駆動電圧の設定値のタイムチャートの例を示す図である。 図１２は、制御例４を示すフロー図である。 図１３は、実施の形態２に係る光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る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の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施の形態１）
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。

光合波器１０２は、たとえばＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）で構成されている。光合波器１０２は、複数の励起光源１１１から出力された励起光を合波し、増幅用光ファイバ１０４へ出力する。励起光は波長がたとえば９１５ｎｍであるが、増幅用光ファイバ１０４を光励起できる波長であれば特に限定はされない。

増幅用光ファイバ１０４は、石英系ガラスからなるコア部に、希土類元素の一種であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加され、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型のイッテルビウム添加光ファイバ（Ytterbium-doped optical fiber：ＹＤＦ）である。

ＦＢＧ１０３は、中心波長がたとえば１０８４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、励起光の波長である波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、ＦＢＧ１０５は、中心波長がＦＢＧ１０５と略同じであるたとえば１０８４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０％〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。

したがって、ＦＢＧ１０３、１０４は、波長１０８４ｎｍの光に対して、増幅用光ファイバ１０４を挟んで光ファイバ共振器を構成する。なお、ＦＢＧ１０３、１０５の中心波長は、１０８４ｎｍには限定されず、増幅用光ファイバ１０４の発光波長の範囲内であればよい。

出力側光ファイバ１０６は、たとえば石英系ガラスからなるシングルモード光ファイバで構成されている。

つぎに、制御部１２０は、演算部１２１と、記憶部１２２と、記憶部１２３と、外部入力部１２４とを備えている。

演算部１２１は、励起光源１１１の制御のための各種演算処理を行うものであり、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。記憶部１２２は、演算部１２１が演算処理を行うために使用する各種プログラムやデータ等が格納されており、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される。記憶部１２３は、演算部１２１が演算処理を行う際の作業スペースや、演算部１２１の演算処理の結果等を記憶する等のために使用されるものであり、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）で構成される。外部入力部１２４は、光ファイバレーザ装置１００の外部からの外部制御信号Ｓを受け付けることができる。外部制御信号Ｓはアナログ電圧信号などのアナログ信号または８ビット信号などのデジタル信号でもよい。アナログ信号が入力される場合には外部入力部１２４がノイズカット機能などを備えており、ノイズの入力による誤動作を防止するようにすることが好ましい。

つぎに、励起光源１１１について説明する。図２は、励起光源１１１の構成を示す図である。図２に示すように、励起光源１１１は、半導体レーザダイオード（ＬＤ）である半導体レーザ素子１１１ａと、半導体レーザ素子１１１ａのアノード端子側に接続された抵抗器１１１ｂと、抵抗器１１１ｂに接続された電圧調整部１１１ｃと、半導体レーザ素子１１１ａのカソード端子側に接続された電流調整部１１１ｄと、電流調整部１１１ｄに設けられた温度測定器１１１ｅとを備えている。電流調整部１１１ｄは、半導体レーザ素子１１１ａのアノード端子側にドレイン端子が接続し、ソース端子が接地された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１１１ｄａと、ＦＥＴ１１１ｄａのゲート端子に接続されたゲート電圧調整部１１１ｄｂとで構成される。温度測定器１１１ｅはたとえばサーミスタである。抵抗器１１１ｂ、電圧調整部１１１ｃ、電流調整部１１１ｄおよび温度測定器１１１ｅは電力付与部１１１ｆを構成している。なお、電圧調整部１１１ｃ、電流調整部１１１ｄおよび温度測定器１１１ｅは制御部１２０に接続している。

電圧調整部１１１ｃは、たとえば、アナログ電圧値で電圧を出力し、且つ、この出力電圧が変更可能である安定化電源で構成されており、制御部１２０からのＤＡＣ指示値で制御される。また、電圧調整部１１１ｃは、抵抗値によって出力電圧を可変にできるレギュレーターと、デジタルポテンショメーターを用いた抵抗部とで構成されているものでもよい。この場合は、制御部１２０からのデジタル制御信号により、デジタルポテンショメーターを制御することによって、レギュレーターの出力電圧を変更することができる。

ゲート電圧調整部１１１ｄｂは、たとえば、オペアンプで構成されており、制御部１２０からのＤＡＣ指示値によって、ＦＥＴ１１１ｄａのゲート端子への印加電圧を制御する。

なお、本実施の形態では、励起光源部１１０において、複数の励起光源１１１が共通の電圧調整部１１１ｃおよびゲート電圧調整部１１１ｄｂに接続されている。たとえば、各励起光源１１１の半導体レーザ素子１１１ａは、直列接続されて複数の直列接続群を構成し、かつ複数の直列接続群が互いに並列接続の状態で、１つの共通の電圧調整部１１１ｃに接続されている。さらに、直列接続群毎に、１つの共通のゲート電圧調整部１１１ｄｂが接続されている。しかしながら、励起光源部１１０の構成はこれに限られず、直列接続群毎に、１つの共通の電圧調整部１１１ｃが接続されていてもよいし、各励起光源１１１が電圧調整部１１１ｃおよびゲート電圧調整部１１１ｄｂを備える構成でもよい。

つぎに、光ファイバレーザ装置１００の基本的な動作の一例について説明する。まず、制御部１２０の外部入力部１２４が、指令信号としての外部制御信号Ｓを受け付ける。制御部１２０は、外部制御信号Ｓにしたがって、光ファイバレーザ装置１００の駆動条件の設定を行う。たとえば、演算部１２１が記憶部１２２に記憶された所定のプログラムおよびデータ（たとえばテーブルデータ）を用いて、光ファイバレーザ装置１００を所定の駆動条件（たとえばパルス駆動時の出力ピークパワー、繰り返し周波数、およびデューティー（Ｄｕｔｙ）比またはパルス幅）で駆動するように設定を行う。ここで、Ｄｕｔｙ比は、パルスの１周期の時間に対する、１周期中でレーザ光が出力されている時間の比である。繰り返し周波数およびＤｕｔｙ比またはパルス幅は、増幅用光ファイバ１０４の時定数等を考慮して、パルス幅が数μｓ〜数百ｎｓになるように設定される。

駆動条件が設定されると、制御部１２０は、その駆動条件の設定に基づいて、半導体レーザ素子１１１ａに所定の駆動電圧および駆動電流与えるように電力付与部１１１ｆを制御する。このとき、駆動電流はたとえば所定のピーク電流値、繰り返し周波数、Ｄｕｔｙ比またはパルス幅を有するパルス電流である。なお、電力付与部１１１ｆの電流調整部１１１ｄにおいて、ゲート電圧調整部１１１ｄｂがＦＥＴ１１１ｄａのゲート端子に供給するゲート電圧を調整することによって、半導体レーザ素子１１１ａに供給する駆動電流を調整することができる。

半導体レーザ素子１１１ａは駆動電圧および駆動電流が与えられることによって所定の光パワーの励起光を出力する。光合波器１０２は、各励起光源１１１の半導体レーザ素子１１１ａから出力された励起光を合波し、増幅用光ファイバ１０４へ出力する。

増幅用光ファイバ１０４では、励起光によってコア部のＹｂイオンが光励起され、波長１０８４ｎｍを含む帯域の光を発光する。波長１０８４ｎｍの発光は、増幅用光ファイバ１０４の光増幅作用とＦＢＧ１０３、１０５によって構成される光共振器の作用とによってレーザ発振する。発振したレーザ光Ｌは出力側光ファイバ１０６から出力される。このとき、出力されるレーザ光Ｌは、設定されたピークパワー、繰り返し周波数、およびＤｕｔｙ比またはパルス幅を有するものである。

なお、光ファイバレーザ装置１００は、連続波駆動するように設定すれば連続波駆動することができるように構成されている。連続波駆動時の駆動条件は、たとえば平均出力光パワーである。ただし、光ファイバレーザ装置１００は、実際には連続波駆動させなくてもよい。

つぎに、制御部１２０が電力付与部１１１ｆを制御する場合の制御例について説明する。

（制御例１）
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。

制御例１では、図３に示すように、はじめに、光ファイバレーザ装置１００の駆動条件を確認する（ステップＳ１）。駆動条件がパルス駆動であれば（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、駆動電圧（ＶＬＤ）を条件Ｂの駆動電圧に設定し（ステップＳ３）ステップＳ１に戻る。駆動条件が連続波駆動であれば（ステップＳ２、Ｎｏ）、駆動電圧（ＶＬＤ）を条件Ａの駆動電圧に設定し（ステップＳ４）、ステップＳ１に戻る。なお、条件Ａ、条件ＢのＶＬＤはそれぞれ記憶部１２２に記憶されている。

条件Ａ、条件Ｂについて図４を用いて説明する。図４において、線Ｌ１は、光ファイバレーザ装置１００を連続波駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される駆動電流・駆動電圧の設定可能領域の上限を示す線である。同様に、線Ｌ２は、光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される駆動電流・駆動電圧の設定可能領域の上限を示す線である。すなわち、連続波駆動時には線Ｌ１より左下の領域、パルス駆動時には線Ｌ２より左下の領域の駆動電流・駆動電圧の設定であれば、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内に抑制することができる。なお、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷が、半導体レーザ素子１１１ａに電力を供給することによって発生する熱に起因する場合は、線Ｌ１、Ｌ２はほぼ駆動電流に反比例する曲線となる。また、線Ｌ３は、半導体レーザ素子１１１ａがレーザ発振することができる駆動電流・駆動電圧の条件を示す線であり、線Ｌ３よりも左上側の領域の駆動電流・駆動電圧であれば半導体レーザ素子１１１ａがレーザ発振することができる。

ここで、線Ｌ１、Ｌ２が示すように、許容される駆動電流・駆動電圧の設定可能領域の上限は、パルス駆動時の方が、連続波駆動時よりも大きい。その理由は、パルス駆動時では、半導体レーザ素子１１１ａには所定の繰り返し周波数およびＤｕｔｙ比（またはパルス幅）で間欠的に電力を与えるので、より負荷が高い駆動電流・駆動電圧に駆動条件を設定したとしても、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を時間平均すると、連続波駆動時の負荷と同程度にすることができるからである。

線Ｌ２は、Ｄｕｔｙ比が１００％の場合は線Ｌ１と一致し、Ｄｕｔｙ比が低くなるにつれて線Ｌ１からより離間する。したがって、Ｄｕｔｙ比が低いほうが、より高い駆動電流・駆動電圧に設定することができる。

そこで、本制御例１では、光ファイバレーザ装置１００を連続波駆動する場合に半導体レーザ素子１１１ａに与える駆動電圧を第１駆動電圧（条件ＡのＶＬＤ）とし、光ファイバレーザＦＬをパルス駆動する場合に半導体レーザ素子１１１ａに与える駆動電圧を第２駆動電圧（条件ＢのＶＬＤ）とすると、第１駆動電圧よりも大きい値の第２駆動電圧を半導体レーザ素子１１１ａに与えている。その結果、光ファイバレーザ装置１００は、パルス駆動時において、連続波駆動時よりも、高い駆動電圧（半導体レーザ素子１１１ａの駆動電圧）で駆動されるので、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。その一方で、連続波駆動時には第１駆動電圧を与えるので、装置（特に電流調整部１１１ｄの部分）に過度の負荷が掛からないようにすることができる。

また、パルス駆動時に出力するレーザ光のピークパワーや、連続波駆動時に出力するレーザ光の平均パワーをできるだけ高くするには、駆動電流をできるだけ高くすることが好ましい。したがって、本制御例１において、図４に示すように、連続波駆動時には線Ｌ１より左下の領域かつ線Ｌ３より左上の領域であって、できるだけ駆動電流が高くなる駆動電流・駆動電圧の条件である条件Ａで駆動することが好ましい。また、パルス駆動時には線Ｌ２より左下の領域かつ線Ｌ３より左上の領域であって、できるだけ駆動電流が高くなる駆動電流・駆動電圧の条件である条件Ｂで駆動することが好ましい。すなわち、連続波駆動時において条件Ａとすれば、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内としつつ、出力するレーザ光の平均パワーをできるだけ高くすることができる。また、パルス駆動時において条件Ｂとすれば、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内としつつ、出力するレーザ光のピークパワーをできるだけ高くすることができる。

ただし、半導体レーザ素子１１１ａに与える第２駆動電圧・駆動電流については、条件Ｂの駆動電圧・駆動電流に限らない。条件Ｂの駆動電圧・駆動電流より小さい値であっても、線Ｌ１よりも右上の領域に存在する値であれば、連続波駆動時に許容される駆動電流・駆動電圧に設定した場合よりも、高いピークパワーでレーザ光を出力できる。

なお、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷が、主に半導体レーザ素子１１１ａに電力を供給することによって発生する熱に起因する場合は、理想的には、光ファイバレーザ装置１００がパルス駆動時において出力するレーザ光のピークパワーを、連続波駆動時において出力するレーザ光の平均パワーの１／（Ｄｕｔｙ比）倍程度にすることができる。

条件Ａ、ＢのＶＬＤについて例示する。たとえば、励起光源部１１０において半導体レーザ素子１１１ａを９個直列に接続して直列接続群を構成する。このとき、直列接続群に条件ＡとしてのＶＬＤおよび所定の電流値を与える。つぎに、条件ＢのＶＬＤとして、直列接続群に条件ＡとしてのＶＬＤよりも４Ｖ（１素子あたり約０．４４Ｖ）だけ高い電圧および所定の電流値を設定し、Ｄｕｔｙ比を０．６２５（＝１／１．６）程度に設定すると、光ファイバレーザ装置１００が出力するレーザ光のピークパワーを、条件Ａの場合の平均パワーよりも１．６倍程度にすることができる。条件ＢのＶＬＤとしては、条件ＡのＶＬＤよりも１Ｖ以下程度だけ高い値、たとえば０．３Ｖ〜０．４Ｖだけ高い値とできる。ただし、条件Ａ、Ｂの駆動電圧値、電流値については、これらの値に限られず、使用する半導体レーザ素子１１１ａのｆｏｒｗａｒｄ Ｖｏｌｔａｇｅの値や抵抗器１１１ｂの抵抗値などに依存して設定することができる。

本制御例１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）があらかじめ決まっている場合に適する制御である。

（制御例２）
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。

図５は、制御例２を示すフロー図である。図６は、半導体レーザ素子１１１ａの駆動電流と光ファイバレーザ装置１００の出力光パワーとの関係を示す図である。図７は、制御例２における設定条件を示す図である。

まず、図６に示すように、光ファイバレーザ装置１００の出力光パワーをＰ、半導体レーザ素子１１１ａの駆動電流をＩとすると、ＰはＩに比例する。なお、ここではすべての半導体レーザ素子１１１ａの駆動電流が等しくＩであるとしているが、各半導体レーザ素子１１１ａの駆動電流が異なる場合には、駆動電流Ｉはたとえば各半導体レーザ素子１１１ａの駆動電流の平均値である。

光ファイバレーザ装置１００のパルス駆動時の電流調整部１１１ｄにおける平均発熱量Ｗａｖｇは以下の式（１）で表される。
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。

さらに、平均駆動電流Ｉａｖｇを、
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）

Ｖ＿ｌｉｍについて図７を用いて説明する。図７は、横軸を平均エネルギー（Ｅａｖｇ＝Ｗａｖｇ×（パルス幅））、縦軸を駆動電圧ＶＬＤとした図であり、線Ｌ４は、光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される駆動電圧・平均エネルギーの設定可能領域の上限を示す線である。また、線Ｌ５は、光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される平均エネルギーの設定可能領域の上限を示す線である。なお、平均エネルギーであるから、線Ｌ５は、光ファイバレーザ装置１００を連続波駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される平均エネルギーの設定可能領域の上限を示す線でもある。

また、線Ｌ６は、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される駆動電圧の設定可能領域の上限を示す線である。一方、線Ｌ７は、線Ｌ４で示す駆動電圧・平均エネルギーの設定可能領域の上限の線と、線Ｌ５で示す平均エネルギーの設定可能領域の上限の線との交点における駆動電圧のレベルを示す線である。

図７に矢線Ｌ８で範囲を示すように、Ｖ＿ｌｉｍが、線Ｌ４より左下の領域であれば、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内に抑制することができる。また、Ｖ＿ｌｉｍが、線Ｌ６で示す駆動電圧のレベル（Ｖ＿ｍｉｎ）より高い値であれば、連続波駆動時の駆動電圧（第１駆動電圧）よりも高くできるので、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。さらに、Ｖ＿ｌｉｍが、線Ｌ７で示す駆動電圧のレベル（Ｖ＿ｍａｘ）より低い値であれば、連続波駆動時よりも時間当たり高いエネルギーで光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動できるので、図４でいえば線Ｌ１よりも右上の駆動電流・駆動電圧の設定で駆動することとなり、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。なお、矢線Ｌ８は、制御例１と同様に、できるだけ駆動電流が高くなる駆動電流・駆動電圧の条件で駆動する条件を示しているが、線Ｌ４、線Ｌ５、線Ｌ６で囲まれる領域の内側の駆動電圧・平均エネルギーの条件であればよい。

さらに、本制御例２では、Ｖ＿ｍａｘとＶ＿ｍｉｎとの間の駆動電圧ＶＬＤであって、設定された駆動条件でパルス駆動するときに最適なＶＬＤの値として、線Ｌ９で示すＶ＿ｒｅｆを設定している。

Ｖ＿ｒｅｆについては、たとえば、できるだけ高いピークパワーを実現したい場合にはＶ＿ｍａｘに近い値に設定される。また、Ｖ＿ｒｅｆをＶ＿ｍｉｎに近づける程、Ｖ＿ｍａｘに対するマージンが増加するので、Ｄｕｔｙ比や繰り返し周波数を変更した場合でも、より確実に所望のピークパワーを得ることができる。

以上の説明を前提として、図５を用いて本制御例２のフロー（フローＦ１）を説明する。

はじめに、光ファイバレーザ装置１００の駆動条件を確認する（ステップＳ１）。駆動条件が連続波駆動であれば（ステップＳ２、Ｎｏ）、制御例１の場合と同様に駆動電圧（ＶＬＤ）を条件Ａの駆動電圧に設定し（ステップＳ４）、ステップＳ１に戻る。駆動条件がパルス駆動であれば（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、駆動条件における出力パワー（出力ピークパワーに相当）、繰り返し周波数、およびＤｕｔｙ比（またはパルス幅）を確認する（ステップＳ５）。つぎに、確認した駆動条件に基づいて、上述した式（２）を用いてＶ＿ｌｉｍを算出する。つぎに、記憶部１２２に記憶されているＶ＿ｒｅｆを読みだしてＶ＿ｌｉｍとＶ＿ｒｅｆとを比較し、Ｖ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆより大きければ（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、第２駆動電圧としての駆動電圧（ＶＬＤ）をＶ＿ｒｅｆに設定し（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻る。また、Ｖ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆ以下であれば（ステップＳ７、Ｎｏ）、ＶＬＤをＶ＿ｌｉｍに設定し（ステップＳ９）、ステップＳ１に戻る。

上述したように、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。

なお、ステップＳ７において、Ｖ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆ以下であると判断した場合は、光ファイバレーザ装置１００は、所望の条件でパルス駆動した場合よりも負荷が大きい状態である。したがって、安全を考慮し、上述したステップＳ９の代わりに、駆動電流をシャットダウンするなどして、光ファイバレーザ装置１００からレーザ光を出力させないように制御を行ってもよい。

（制御例２の変形例）
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。

まず、光ファイバレーザ装置１００のパルス駆動時の１パルスあたりの発熱量Ｗは以下 の式（３）で表される。
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。

たとえば、図５に示すフローＦ１のステップＳ５において、確認した駆動条件に基づいて、式（２）および式（４）のいずれのＶ＿ｌｉｍを使用するかを判定してもよい。

ところで、上記制御例２およびその変形例は、指令信号としての外部制御信号Ｓを受け付け、外部制御信号Ｓにしたがって、演算部１２１が記憶部１２２に記憶された所定のプログラムおよびデータ（たとえばテーブルデータ）を用いて、光ファイバレーザ装置１００を所定の駆動条件（たとえばパルス駆動時の出力ピークパワー、繰り返し周波数、およびＤｕｔｙ比またはパルス幅）で駆動するように設定を行う場合に適用できる。また、上記制御例２およびその変形例は、外部制御信号Ｓが、光ファイバレーザ装置１００の駆動条件（たとえばパルス駆動時の出力ピークパワー、繰り返し周波数、およびＤｕｔｙ比またはパルス幅）の情報を含む信号である場合にも適用できる。この場合、光ファイバレーザ装置１００は、外部から入力された駆動条件の情報にしたがって駆動する。

一方、光ファイバレーザ装置１００の動作態様としては、外部制御信号Ｓが、光ファイバレーザ装置１００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である場合がある。たとえば、光ファイバレーザ装置１００が出力停止状態（ＯＦＦ状態）にある場合に、外部制御信号Ｓとして、たとえば光ファイバレーザ装置１００から出力すべきレーザ光のパワーを５００Ｗに設定し、かつ出力を開始する（ＯＮ状態にする）指令を含む信号が入力される場合がある。または、光ファイバレーザ装置１００がＯＮ状態にある場合に、外部制御信号Ｓとして、光ファイバレーザ装置１００をＯＦＦ状態にする指令を含む信号が入力される場合がある。

光ファイバレーザ装置１００がパルス駆動させる場合に、出力ピークパワー、繰り返し周波数、およびＤｕｔｙ比またはパルス幅がすべて解っている場合には、発熱量等が予測可能であるが、外部制御信号Ｓが光ファイバレーザ装置１００をＯＮ状態やＯＦＦ状態にするトリガ信号としての指令信号である場合には、次の指令が来るタイミングや指令の内容などが予測できないので、上記制御例２およびその変形例を適用することが困難である。そこで、以下では制御例３として、外部制御信号Ｓが光ファイバレーザ装置１００をＯＮ状態やＯＦＦ状態にする指令である場合に適用できる制御例を説明する。

（制御例３）
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。

まず、発熱量Ｗは以下の式（５）で表される。
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。

Ｗが上限発熱量Ｗ＿ｍaxとなる出力ＯＮ時に計算される駆動電圧ＶＬＤの上限値Ｖｏｎ＿ｌｉｍは、
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）

また、平均発熱量Ｗａｖｇを式（７）で表す。
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。

さらに、平均駆動電流Ｉａｖｇを、
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）

また、ＯＮ時間初期値は、式（９）から求まる。
（ＯＮ時間初期値）＝Ｗ＿ｍａｘ/Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍ/Ｉ ・・・ （９）

Ｖｏｎ＿ｌｉｍについて図９を用いて説明する。図９は、横軸を、出力ＯＮ時間に与えられる駆動電力に相当するエネルギー（Ｅ）、縦軸を駆動電圧ＶＬＤとした図であり、線Ｌ４Ａは、光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される駆動電圧・エネルギーの設定可能領域の上限を示す線である。

また、線Ｌ６、線Ｌ７は、図７と同様のＶ＿ｍｉｎ、Ｖ＿ｍａｘを示す線である。

図９に矢線Ｌ１０で示すように、Ｖｏｎ＿ｌｉｍは、初期値としてはＶ＿ｍａｘを超えない値を取るが、出力ＯＮ時間が大きくなるにしたがってその値が低下していく。その理由は、出力ＯＮ時間が大きくなるにしたがって電流調整部１１１ｄに熱が蓄積していくので、それだけ、新たに掛けることができる負荷が減少するからである。この条件のもとで、Ｖｏｎ＿ｌｉｍを線Ｌ４Ａより左下の領域に設定すれば、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内に抑制することができる。また、Ｖｏｎ＿ｌｉｍが、線Ｌ６で示す駆動電圧のレベル（Ｖ＿ｍｉｎ）より高い値であれば、連続波駆動時の駆動電圧（第１駆動電圧）よりも高くできるので、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。さらに、Ｖｏｎ＿ｌｉｍが、線Ｌ７で示す駆動電圧のレベル（Ｖ＿ｍａｘ）以下であれば、連続波駆動時よりも時間当たり高いエネルギーで光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動できるので、図４でいえば線Ｌ１よりも右上の駆動電流・駆動電圧の設定で駆動することとなり、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。なお、矢線Ｌ１０は、制御例１と同様に、できるだけ駆動電流が高くなる駆動電流・駆動電圧の条件で駆動する条件を示しているが、Ｖ＿ｍａｘより低くＶ＿ｍｉｎより高い条件であればよい。

さらに、本制御例３では、Ｖ＿ｍａｘとＶ＿ｍｉｎとの間の駆動電圧ＶＬＤであって、設定された駆動条件でパルス駆動するときに最適なＶＬＤの値として、線Ｌ１１で示すＶ＿ｒｅｆを設定している。

Ｖ＿ｒｅｆについては、たとえば、できるだけ高いピークパワーを実現したい場合にはＶ＿ｍａｘに近い値に設定さる。また、Ｖ＿ｒｅｆをＶ＿ｍｉｎに近づける程、Ｖ＿ｍａｘに対するマージンが増加するので、出力ＯＮ時間や出力ＯＦＦ時間が変化した場合でも、より確実に所望のピークパワーを得ることができる。

つぎに、Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍについて図１０を用いて説明する。図１０は、横軸を平均エネルギー（Ｅａｖｇ）、縦軸を駆動電圧ＶＬＤとした図であり、線Ｌ４は、図７の場合と同様に、光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動する場合に、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を考慮して許容される駆動電圧・平均エネルギーの設定可能領域の上限を示す線である。

また、線Ｌ５、線Ｌ６、線Ｌ７は、図７と同様の線である。

図１０に矢線Ｌ１２で示すように、Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍは、初期値としてはＶ＿ｍｉｎより大きい値を取るが、Ｖ＿ｍｉｎ以下の値を取ってもよい。その後、Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍは、出力ＯＦＦ時間が大きくなるにしたがってその値が増加していく。その理由は、出力ＯＦＦ時間が大きくなるにしたがって電流調整部１１１ｄに蓄積された熱が発散していくので、それだけ、新たに掛けることができる負荷が増加するからである。この条件のもとで、Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍを線Ｌ４より左下の領域に設定すれば、電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内に抑制することができる。また、Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍが、線Ｌ６で示す駆動電圧のレベル（Ｖ＿ｍｉｎ）より高い値であれば、連続波駆動時の駆動電圧（第１駆動電圧）よりも高くできるので、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。さらに、Ｖｏｎ＿ｌｉｍが、線Ｌ７で示す駆動電圧のレベル（Ｖ＿ｍａｘ）以下であれば、連続波駆動時よりも時間当たり高いエネルギーで光ファイバレーザ装置１００をパルス駆動できるので、図４でいえば線Ｌ１よりも右上の駆動電流・駆動電圧の設定で駆動することとなり、より高いピークパワーでレーザ光を出力できる。なお、矢線Ｌ１０は、制御例１と同様に、できるだけ駆動電流が高くなる駆動電流・駆動電圧の条件で駆動する条件を示しているが、線Ｌ４、線Ｌ５、線Ｌ６で囲まれる領域の内側の駆動電圧・平均エネルギーの条件であればよい。

なお、たとえば式（５）に示されるように、発熱量Ｗを算出する際には、出力ＯＮ時間に、式（９）で示されるＯＮ時間初期値が加算されている。このＯＮ時間初期値とは、計算の際に考慮している直近の出力ＯＮ時間の開始時間より以前のＯＮ／ＯＦＦ状態の履歴を考慮したものである。たとえば、式（９）および図１０からわかるように、ＯＦＦ時間が大きくなるとＶｏｆｆ＿ｌｉｍは増加するので、ＯＮ時間初期値は小さくなる。ＯＮ時間初期値の初期値はゼロである。

以上の説明を前提として、図８を用いて本制御例３のフローを説明する。

はじめに、光ファイバレーザ装置１００の制御において、トリガ信号としての外部制御信号Ｓを使用するかどうかを判定する。外部制御信号Ｓを使用しない場合は（ステップＳ１０、Ｎｏ）、図５に示す制御例２のフローＦ１を実行する。このとき、制御例２の変形例のフローを実行してもよい。また、外部制御信号Ｓを使用する場合は（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、外部制御信号Ｓによって出力開始指令が入力されて光ファイバレーザ装置１００が出力ＯＮ動作の状態にあるか判定する。

出力ＯＮ動作の状態である場合には（ステップＳ１１、Ｙｅｓ）、式（９）を用いて、Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍからＯＮ時間初期値を計算する（ステップＳ１２）。なお、直近の出力ＯＮ時間より以前のＯＮ／ＯＦＦ状態の履歴を考慮しなくてよい場合は、ＯＮ時間初期値はゼロとする。

つぎに、出力パワーと出力ＯＮ時間とを確認し（ステップＳ１３）、式（６）からＶｏｎ＿ｌｉｍを計算する（ステップＳ１４）。つぎに、記憶部１２２に記憶されているＶ＿ｒｅｆを読みだしてＶｏｎ＿ｌｉｍとＶ＿ｒｅｆとを比較し、Ｖｏｎ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆより大きければ（ステップＳ１５、Ｙｅｓ）、第２駆動電圧としての駆動電圧（ＶＬＤ）をＶ＿ｒｅｆに設定し（ステップＳ１６）、ステップＳ１１に戻る。また、Ｖｏｎ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆ以下であれば（ステップＳ１５、Ｎｏ）、ＶＬＤをＶｏｎ＿ｌｉｍに設定し（ステップＳ１７）、ステップＳ１１に戻る。

なお、ステップＳ１７において、Ｖｏｎ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆ以下であると判断した場合は、光ファイバレーザ装置１００は、所望の条件でパルス駆動した場合よりも負荷が大きい状態である。したがって、安全を考慮し、上述したステップＳ１７の代わりに、駆動電流をシャットダウンするなどして、光ファイバレーザ装置１００からレーザ光を出力させないように制御を行ってもよい。

一方、外部制御信号Ｓによって出力停止指令が入力されて出力ＯＦＦ状態になっている場合には（ステップＳ１１、Ｎｏ）、出力ＯＦＦ時間を確認し（ステップＳ１８）、式（８）からＶｏｆｆ＿ｌｉｍを計算する（ステップＳ１９）。つぎに、記憶部１２２に記憶されているＶ＿ｒｅｆと、直近で計算し、記憶させたＶｏｎ＿ｌｉｍとを読みだして、条件１（Ｖ＿ｒｅｆ＞Ｖｏｎ＿ｌｉｍ＞Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍ）が成立するかどうか判定する。条件１が成立する場合（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、第２駆動電圧としてのＶＬＤをＶｏｎ＿ｌｉｍに設定し（ステップＳ２１）、ステップＳ１１に戻る。また、条件１が成立しない場合（ステップＳ２０、Ｎｏ）、さらに条件２（Ｖ＿ｒｅｆ＞Ｖｏｆｆ＿ｌｉｍ＞Ｖｏｎ＿ｌｉｍ）が成立するかどうか判定する。条件２が成立する場合（ステップＳ２２、Ｙｅｓ）、第２駆動電圧としてのＶＬＤをＶｏｆｆ＿ｌｉｍに設定し（ステップＳ２３）、ステップＳ１１に戻る。また、条件２が成立しない場合（ステップＳ２２、Ｎｏ）、ＶＬＤをＶ＿ｒｅｆに設定し（ステップＳ２４）、ステップＳ１１に戻る。

図１１は、制御例３における駆動電圧ＶＬＤの設定値のタイムチャートの例を示す図である。図１１では、光ファイバレーザ装置１００は、外部制御信号のＯＮ／ＯＦＦの指令にしたがって、区間Ｔ１〜Ｔ６においてＯＮ状態とＯＦＦ状態を繰り返している。なお、区間Ｔ１〜Ｔ６は、たとえば数μｓ〜数百ｍｓである。これに対して、図８に示す制御フローは区間に対して十分に短い時間（たとえば数ｎｓ）で繰り返される。

まず、区間Ｔ１では、出力ＯＮ時間が大きくなるにしたがってＶｏｎ＿ｌｉｍの値が減少していくが、Ｖ＿ｒｅｆの方が小さいためにＶＬＤはＶ＿ｒｅｆに設定される（図８のステップＳ１６）。また、区間Ｔ２では、出力ＯＦＦ時間が大きくなるにしたがってＶｏｆｆ＿ｌｉｍの値が増加していくが、条件１も条件２も成立しないために、ＶＬＤはＶ＿ｒｅｆに設定される（図８のステップＳ２４）。

しかし、区間Ｔ３では、区間Ｔ３の途中からＶｏｎ＿ｌｉｍがＶ＿ｒｅｆ以下となるため、ＶＬＤはＶｏｎ＿ｌｉｍに設定されている（図８のステップＳ１７）。

なお、図１１に示すＶｏｆｆ＿ｌｉｍとＶｏｎ＿ｌｉｍの時間波形は、光ファイバレーザ装置１００の出力パワーに依存して変化する。

上述したように、制御例３は、特に外部制御信号Ｓが光ファイバレーザ装置１００をＯＮ状態やＯＦＦ状態にするトリガ信号としての指令信号であり、駆動条件がリアルタイムに設定される場合に適する制御例であるが、はじめにトリガ信号としての外部制御信号Ｓを使用するかどうかを判定しているので、制御例２が適する場合にも適用できるものである。

また、制御例３の適用範囲は、光ファイバレーザ装置１００をＯＮ状態やＯＦＦ状態にするトリガ信号としての外部制御信号Ｓを用いる場合に限られない。たとえば、外部制御信号Ｓの指令によって、光ファイバレーザ装置１００をＯＮ状態やＯＦＦ状態にするトリガ信号を制御装置１２０の内部で生成し、このトリガ信号によって光ファイバレーザ装置１００をＯＮ状態やＯＦＦ状態に制御する場合にも、制御例３は適用できる。

（制御例４）
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。

図１２は、制御例４を示すフロー図である。本制御例４では、電流調整部１１１ｄの温度に対して温度閾値を設定している。温度閾値の条件を条件Ｃ、Ｄとすると、以下の式が成り立つ。
（条件Ｃの温度閾値）≧（条件Ｄの温度閾値）

また、本制御例４では、第２駆動電圧としての駆動電圧ＶＬＤについての条件を条件Ｅ、Ｆとすると、以下の式が成り立つ。
（条件Ｅの電圧値）≦（条件Ｆの電圧値）

本制御例４では、まず、ＶＬＤを条件Ｆの電圧値に設定する（ステップＳ２５）。この時、条件Ｆの電圧値としては、上記制御例１〜３によって決まる電圧値としてもよい。つぎに、温度測定器１１１ｅによって電流調整部１１１ｄの温度を測定し、確認する（ステップＳ２６）。温度測定値は制御部１２０に入力される。つぎに、確認した温度が条件Ｃの温度閾値よりも高いかどうか判定する。確認した温度が条件Ｃの温度閾値よりも高い場合には（ステップＳ２７、Ｙｅｓ）、駆動電圧ＶＬＤを条件Ｅの電圧値に設定し（ステップＳ２８）、Ｓ２６に戻る。一方、確認した温度が条件Ｃの温度閾値以下の場合には（ステップＳ２７、Ｎｏ）、確認した温度が条件Ｄの温度閾値よりも高いかどうか判定する。確認した温度が条件Ｄの温度閾値よりも低い場合には（ステップＳ２９、Ｙｅｓ）、駆動電圧ＶＬＤを条件Ｆの電圧値に設定し（ステップＳ３０）、Ｓ２６に戻る。一方、確認した温度が条件Ｄの温度閾値以上の場合には（ステップＳ２９、Ｎｏ）、そのままステップＳ２６に戻る。確認した温度が条件Ｃの温度閾値よりも高い場合には（ステップＳ２７、Ｙｅｓ）、ステップＳ２８の代わりに、光ファイバレーザ装置１００をＯＦＦ状態にしてもよいし、連続波駆動時の駆動電圧に設定してもよい。

本制御例４では、電流調整部１１１ｄの温度を確認し、条件Ｃの温度閾値よりも高い場合には駆動電圧ＶＬＤを条件Ｅの低い値に設定するが、条件Ｄの温度閾値よりも低くなったら駆動電圧ＶＬＤを条件Ｆの高い値に設定する。これによって、より確実に電流調整部１１１ｄに掛かる負荷を許容範囲内に抑制しつつ、負荷が許容範囲の場合にはより高い駆動電圧ＶＬＤに設定してより高いピーク出力光パワーを得ることができる。

なお、上記制御例１〜４は、実施の形態１に係る光ファイバレーザ装置１００に限られず、半導体レーザ素子を励起光源として使用する他の構成の光ファイバレーザ装置にも適用できる。

図１３は、実施の形態２に係る光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。図１３に示す光ファイバレーザ装置２００は、いわゆるＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型の光ファイバレーザ装置であって、たとえばレーザ発振波長が波長１０８４ｎｍである半導体レーザ素子を備える種光源１０７と、種光源１０７に順次接続された、光アイソレータ１０８と、光合波器１０９と、増幅用光ファイバ１０４と、光アイソレータ１０８と、バンドパス光フィルタ１３０とを備えている。光ファイバレーザ装置２００は、さらに光合波器１０９に接続された励起光源１１１を備えている。

光ファイバレーザ装置２００は、さらに、バンドパス光フィルタ１３０に順次接続された、光合波器１０２と、増幅用光ファイバ１０４と、出力側光ファイバ１０６とを備えている。光ファイバレーザ装置２００は、さらに光合波器１０２に接続された、複数の励起光源１１１を含む励起光源部１１０と、励起光源１１１に接続した制御部１２０と、を備えている。

この光ファイバレーザ装置２００では、前段側の増幅用光ファイバ１０４は光合波器１０９に接続された励起光源１１１からの励起光によって光励起される。そして、種光源１０７から出力されたレーザ光は、前段側の増幅用光ファイバ１０４によって光増幅される。増幅されたレーザ光は、さらに光合波器１０２に接続された複数の励起光源１１１を含む励起光源部１１０からの励起光によって光励起された後段側の増幅用光ファイバ１０４によって光増幅され、レーザ光Ｌとして出力される。なお、バンドパス光フィルタ１３０は、前段側の増幅用光ファイバ１０４で発生したＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光等をカットし、種光源１０７から出力されて前段側の増幅用光ファイバ１０４によって光増幅されたレーザ光を選択的に通過させるためのものである。

この光ファイバレーザ装置２００では、制御部１２０が光ファイバレーザ装置１００における制御部１２０と同様に上記制御例の制御をおこなうことによって、パルス駆動時においてより高いピークパワーでレーザ光Ｌを出力できる。

なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１００ 光ファイバレーザ装置
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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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