JPWO2011102378A1 - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係るファイバレーザ装置のＰＡ部（３）は、増幅用ファイバ（４）と、増幅用ファイバ（４）を励起するためのＬＤ（５）と、ＬＤ（５）が発生する熱を吸収するＬＤ用ヒートシンク（６ａ）と、ＬＤ用ヒートシンク（６ａ）の熱抵抗Ｒｔｈを制御するＬＤ用ファン（７ａ）、サーミスタ（８）およびＣＰＵ（９）と、を備える。ＬＤ（５）の温度は、その発振波長が増幅用ファイバ（４）の吸収率が極大となる波長となるときの温度Ｔｐｅａｋに近づくようにＬＤ用ヒートシンク（６ａ）の熱抵抗Ｒｔｈを変化させることによって制御される。

Description

本発明は、ファイバレーザ装置に関し、特に、出力の温度依存性を改善したファイバレーザ装置に関する。

従来より、金属板への文字の刻印や金属の微細加工などの用途に、ファイバレーザ装置が広く使用されている。ファイバレーザ装置は、コアに希土類が添加された増幅用ファイバと、励起光を出射する励起光源とを備え、増幅用ファイバを励起光で励起することにより、レーザ光を出力する。ファイバレーザ装置は、ガスレーザや固体レーザと比較して、小型、軽量、高効率などの利点を有していることから、注目を集めており、前述の各種レーザと同様、多数の高出力可能な半導体レーザ（ＬＤ）を励起光源として用いている。

一般的なＬＤは、発振波長や出力光強度といった出力特性が温度によって変化する。また増幅用ファイバも、入射する励起光の吸収係数が温度によって変化する。そのため、ＬＤおよび増幅用ファイバを備えるファイバレーザ装置の出力は、温度依存性を有することとなる。これに対し、ＬＤやファイバレーザ装置の出力の温度依存性を低減させるために、下記の技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。

特許文献１には、半導体レーザ部と光出力安定化回路と発振波長制御部とから構成される半導体レーザ装置であって、半導体レーザ部によって半導体レーザの出力の変動と発振波長の変動とを検出したのち、光出力安定化回路において半導体レーザのバイアス電流を変化させ、発振波長制御部において温度制御を行うことにより、半導体レーザの出力の調整および発振波長の調整を行う半導体レーザ装置が開示されている。当該半導体レーザ装置では、個々の半導体レーザについて、半導体レーザ部と光出力安定化回路と発振波長制御部とを設けることにより、半導体レーザ装置の出力をほぼ安定させることが可能となる。

特許文献２には、励起光を出力する励起光源と、増幅用ファイバと、増幅用ファイバを挟み込む２つの基板状のペルチェ素子と、ペルチェ素子を温度制御する温度制御素子とを備える光ファイバ増幅器が開示されている。当該光ファイバ増幅器では、ペルチェ素子によって増幅用ファイバを温度制御することができるので、増幅用ファイバの利得の波長特性を安定させることができる。

特許文献３には、フロント部にパワーモニターを備え、ファイバレーザの出力の一部をフィードバック制御するファイバレーザ装置が開示されている。当該ファイバレーザ装置では、ファイバレーザ装置の出力特性のバラツキを低減させることができる。

日本国公開特許公報「特開平０７−０１５０７８号公報（公開日：１９９５年１月１７日）」 日本国公開特許公報「特開２００１−２５７４０２号公報（公開日：２００１年９月２１日）」 日本国公開特許公報「特開２００７−１９０５６６号公報（公開日：２００７年８月２日）」

しかしながら、特許文献１に係る構成を高出力の半導体レーザ装置、及びＬＤ励起のファイバレーザ装置に適用した場合、多数の半導体レーザを搭載する必要があるため、個々の半導体レーザの出力を安定させるための構成が複雑になる。また、特許文献１では、温度制御のためにペルチェ素子を用いているが、消費電力が増大し、装置としての出力効率が低下するという問題が生じる。同様に、特許文献２に記載の光ファイバ増幅器においても、温度制御手段としてペルチェ素子を用いているため出力効率が低下する。

また、特許文献３に係る構成では、ファイバレーザ装置の出力効率が使用環境によって極端に低下するおそれがある。増幅用ファイバには、入射する励起光の波長によって、励起光の吸収率が変化するという性質がある。また、励起光源であるＬＤの発振波長も、温度、及び駆動電流に対する依存性を有している。そのため、ＬＤの発振波長が増幅用ファイバの吸収率の高い波長になるとは限らず、常に出力効率を高く維持することが困難である。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、環境温度にかかわらず出力が安定し、かつ効率の良いファイバレーザ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るファイバレーザ装置は、増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバを励起するための励起光源と、上記励起光源が発生する熱を吸収し、外部に放熱するヒートシンクと、上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御する熱抵抗制御手段と、を備えるファイバレーザ装置であって、上記励起光源の発振波長が、上記増幅用ファイバの吸収率が極大となる波長となるときの上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋとしたとき、上記熱抵抗制御手段は、上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに近づけるように、上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御することを特徴としている。

上記の課題を解決するために、本発明に係るファイバレーザ装置は、増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバを励起するための複数の励起光源と、上記励起光源が発生する熱を吸収し、外部に放熱するヒートシンクと、上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御する熱抵抗制御手段と、を備えるファイバレーザ装置であって、上記励起光源の発振波長の平均が、上記増幅用ファイバの吸収率が極大となる波長となるときの上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋとしたとき、上記熱抵抗制御手段は、上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに近づけるように、上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御することを特徴としている。

増幅用ファイバは、励起光源からの光を吸収するが、その吸収率は、入射光の波長によって変化する。励起光源の温度がＴ_ｐｅａｋであるときに、励起光源の発振波長（の平均）が増幅用ファイバの極大となる吸収波長であるとすると、励起光源の温度がＴ_ｐｅａｋからずれると、増幅用ファイバの入射光の吸収率が減少してしまう。ここで、上記の構成によれば、熱抵抗制御手段が励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに近づけるように制御するため、励起光の波長が増幅用ファイバの極大となる吸収波長からずれることに起因する吸収率の低下を防ぐことができる。

又、熱抵抗制御手段がヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御することにより、励起光源からヒートシンクに吸収される熱量を調整して、励起光源の温度を、Ｔ_ｐｅａｋに近づける。励起光源の温度制御手段としてヒートシンクを使用しているので、構成が簡素になり、温度制御手段としてペルチェ素子を用いる従来構成に比べ、消費電力を抑えることができる。したがって、出力が安定し、かつ効率の良いファイバレーザ装置を提供することができる。

以上のように、本発明に係るファイバレーザ装置は、増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバを励起するための励起光源と、上記励起光源が発生する熱を吸収し、外部に放熱するヒートシンクと、上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御する熱抵抗制御手段と、を備えるファイバレーザ装置であって、上記励起光源の発振波長が、上記増幅用ファイバの吸収率が極大となる波長となるときの上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋとしたとき、上記熱抵抗制御手段は、上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに近づけるように、上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御するので、出力が安定し、かつ出力効率の良いファイバレーザ装置を提供できるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置の概略構成を示すブロック図である。 上記ファイバレーザ装置のＰＡ部を示す構成図である。 増幅用ファイバへの入射光の波長と増幅用ファイバの吸収率との関係を示すグラフである。 ヒートシンクの温度とファイバレーザ装置の出力との関係を示すグラフである。 本発明の実施例に係るファイバレーザ装置の動作環境温度に対する出力の特性を示すグラフである。

本発明の実施の一形態について図１〜図４に基づいて説明すれば以下のとおりである。

（ファイバレーザ装置の構成）
図１は、本実施形態に係るファイバレーザ装置１の概略構成を示すブロック図である。ファイバレーザ装置１は、マスターオシレータと光増幅器との組み合わせによってパルス発振を行うＭＯＰＡ方式のファイバレーザ装置であり、発振部であるＭＯ部２と、増幅部であるＰＡ部３とを備えている。

図２は、図１に示すＰＡ部３を示す構成図である。ＰＡ部３は、増幅用ファイバ４と、ＬＤ（励起光源）５と、ＬＤ用ヒートシンク６ａと、ファイバ用ヒートシンク６ｂと、ＬＤ用ファン７ａと、ファイバ用ファン７ｂと、サーミスタ８と、ＣＰＵ（中央演算装置）９とを備えている。

増幅用ファイバ４の一方端には、ＬＤ５からの励起光およびＭＯ部２からの信号光が入射するように構成されており、増幅用ファイバ４のコアには、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加されている。これにより増幅用ファイバ４は、ＭＯ部２からの信号光を増幅して他方端から加工対象物に出射する。本実施形態では、ＬＤ５は６つ設けられているが、ＬＤ５の個数はこれに限定されない。

ＬＤ用ヒートシンク６ａは、ＬＤ５が発生する熱を吸収し、外部へ放出する部材であり、金属板と放熱フィンとから構成されている。放熱フィンは、金属板の一方の面に形成され、金属板の他方の面には、ＬＤ５が固定されている。また、ＬＤ用ファン７ａは、ＬＤ用ヒートシンク６ａの放熱作用を促進するための空冷ファンである。後述するように、ＬＤ用ファン７ａが発生する風の供給量は、ＬＤ５の温度が所定の目標値で一定となるように、サーミスタ８およびＣＰＵ９によって制御されている。

ファイバ用ヒートシンク６ｂは、増幅用ファイバ４が発生する熱を吸収し、外部へ放出する部材であり、ＬＤ用ヒートシンク６ａと略同様の構成である。ファイバ用ヒートシンク６ｂには、ファイバ用ファン７ｂが発生する風が供給される。なお、ファイバ用ファン７ｂが供給する風量は、ファイバレーザ装置１の環境温度にかかわらず一定となっている。

（ＬＤの温度制御）
ここで、本実施形態では、ＬＤ５の温度に応じて、ＬＤ用ファン７ａがＬＤ用ヒートシンク６ａに供給する風量を変化させてＬＤ用ヒートシンク６ａの熱抵抗を制御しており、これにより、ファイバレーザ装置１が使用される環境温度にかかわらず、ＬＤ５の温度が、目標値である温度Ｔ_ｐｅａｋとなるように制御されている。サーミスタ８およびＣＰＵ９は、この制御を実現するための手段として設けられている。温度Ｔ_ｐｅａｋの設定については、後述する。

サーミスタ８は、ＬＤ用ヒートシンク６ａの金属板上に、ＬＤ５に近接して設けられており、検出する温度に応じた電圧信号を出力する。ＣＰＵ９は、温度検出部９１と、比較部９２と、温度目標値記憶部９３と、電流制御部９４とを有している。サーミスタ８からの電圧信号は、温度検出部９１に入力され、温度検出部９１は、当該電圧信号をデジタル値に変換して比較部９２に出力する。温度目標値記憶部９３には、温度Ｔ_ｐｅａｋを示す目標値が記憶されており、比較部９２は、温度検出部９１から入力されるデジタル値と、温度目標値記憶部９３に記憶されている目標値とを比較する。

温度検出部９１から入力されるデジタル値が目標値よりも大きい場合、すなわち、サーミスタ８の検出温度が温度Ｔ_ｐｅａｋよりも高い場合、比較部９２は、電流制御部９４に対してＬＤ用ファン７ａへの供給電流を増大させるための制御信号を出力する。これにより、ＬＤ用ファン７ａがＬＤ用ヒートシンク６ａに供給する風量が増大するので、ＬＤ用ヒートシンク６ａの熱抵抗が低下する。その結果、ＬＤ用ヒートシンク６ａからの放熱量が増加し、ＬＤ５の温度が温度Ｔ_ｐｅａｋとなるまで低下する。

これに対し、温度検出部９１から入力されるデジタル値が目標値よりも小さい場合、すなわち、サーミスタ８の検出温度が温度Ｔ_ｐｅａｋよりも低い場合、比較部９２は、電流制御部９４に対してＬＤ用ファン７ａへの供給電流を減少させるための制御信号を出力する。これにより、ＬＤ用ファン７ａがＬＤ用ヒートシンク６ａに供給する風量が低下するので、ＬＤ用ヒートシンク６ａの熱抵抗が増加する。その結果、ＬＤ用ヒートシンク６ａからの放熱量が低下し、ＬＤ５の温度が温度Ｔ_ｐｅａｋとなるまで上昇する。

このように、ＬＤ用ファン７ａ、サーミスタ８およびＣＰＵ９は、ＬＤ５の温度がＴ_ｐｅａｋとなるようにＬＤ用ヒートシンク６ａの熱抵抗を制御するための熱抵抗制御手段として機能する。

（温度Ｔ_ｐｅａｋの設定）
続いて、温度Ｔ_ｐｅａｋについて説明する。温度Ｔ_ｐｅａｋとは、当該温度におけるＬＤ５の発振波長が、増幅用ファイバ４の吸収率が極大となる波長λ_ｐｅａｋとなる温度を意味する。

図３は、増幅用ファイバ４への入射光の波長と増幅用ファイバ４の吸収率との関係を示すグラフである。同図において実線に示すように、増幅用ファイバ４の吸収率は、ＬＤ５の動作範囲内においては入射光の波長がλ_ｐｅａｋのときに最大となる。また、ＬＤ５の発振波長も温度によって変化する。図３において、破線、一点鎖線および二点鎖線は、それぞれ温度０℃、３０℃およびＴ_ｐｅａｋにおけるＬＤ５の発振波長を示している。前述のように、増幅用ファイバ４は、入射光の波長がλ_ｐｅａｋとなるときに、吸収率が最大となるので、ＬＤ５の温度をＴ_ｐｅａｋとする制御を行うことにより、ＬＤ５からの励起光の吸収率が最大となる。

図４は、ＬＤ用ヒートシンク６ａの温度とファイバレーザ装置１の出力Ｐとの関係を示すグラフである。このグラフから、ＬＤ用ヒートシンク６ａの温度、すなわちＬＤ５の温度がＴ_ｐｅａｋであるときにファイバレーザ装置１の出力が最大となることが分かる。したがって、ＬＤ５の温度がＴ_ｐｅａｋとなるように制御することにより、ファイバレーザ装置１の出力を高効率で安定させることができる。また、ＬＤ５の温度制御手段としてヒートシンクおよび空冷ファンを用いているので、ペルチェ素子を温度制御手段として使用する従来構成に比べ、消費電力を低減させることができる。

ここで、ファイバレーザ装置１の仕様環境温度がＴ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}〜Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}と定められている場合、ファイバレーザ装置１の出力は、環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}〜Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}の範囲内で変動しないことが望ましい。その場合、下記の条件を満たすＬＤ５、ＬＤ用ヒートシンク６ａおよびＬＤ用ファン７ａを用いる必要がある。

まず、温度制御手段としてヒートシンクおよび空冷ファンを用いる本構成では、ＬＤ５の温度を環境温度より低く制御することができない。そのため、温度Ｔ_ｐｅａｋは仕様環境温度の上限Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}よりも高くなければならない。すなわち、

の要件を満たすＬＤ５を選定する必要がある。

続いて、ＬＤ用ヒートシンク６ａおよびＬＤ用ファン７ａは、以下の要件を満たす必要がある。ＬＤ用ヒートシンク６ａの熱抵抗は、ＬＤ用ファン７ａから供給される風量によって変化する。ここで、ＬＤ用ヒートシンク６ａの熱抵抗の最小値、すなわち、ＬＤ用ファン７ａから供給される風量が最大の場合の熱抵抗をＲ_{ｔｈ＿ｍｉｎ}とし、当該熱抵抗の最大値、すなわち、ＬＤ用ファン７ａが停止している場合の熱抵抗をＲ_{ｔｈ＿ｍａｘ}とする。また、ＬＤ５の消失電力（すなわち発熱量）をＰ_ｄｉｓとする。

このとき、ファイバレーザ装置１を環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}で使用すると、ＬＤ５の制御可能な温度の下限は、Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}＋Ｒ_{ｔｈ＿ｍｉｎ}×Ｐ_ｄｉｓとなる。温度Ｔ_ｐｅａｋが、この下限温度よりも低い場合、環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}においてＬＤ５の温度をＴ_ｐｅａｋに制御することができないので、

の要件を満たす必要がある。

同様に、ファイバレーザ装置１を環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}で使用すると、ＬＤ５の制御可能な温度の上限は、Ｔ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}＋Ｒ_{ｔｈ＿ｍａｘ}×Ｐ_ｄｉｓとなる。温度Ｔ_ｐｅａｋが、この上限温度よりも高い場合、環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}においてＬＤ５の温度をＴ_ｐｅａｋに制御することができないので、

の要件を満たす必要がある。

すなわち、図４の破線に示すように、温度Ｔ_ｐｅａｋがＴ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}＋Ｒ_{ｔｈ＿ｍｉｎ}×Ｐ_ｄｉｓからＴ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}＋Ｒ_{ｔｈ＿ｍａｘ}×Ｐ_ｄｉｓまでの範囲内でなければならない。したがって、熱抵抗の要件として、

が成り立つＬＤ用ヒートシンク６ａおよびＬＤ用ファン７ａを用いる必要がある。この要件を満たす場合、仕様環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}〜Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}の範囲内において、常にＬＤ５の温度をＴ_ｐｅａｋに制御することができるので、ファイバレーザ装置１の出力を高効率に安定させることができる。

（増幅用ファイバの温度制御）
本実施形態では、ファイバ用ファン７ｂが供給する風量は、ファイバレーザ装置１の環境温度にかかわらず一定となっている。ここで、増幅用ファイバ４は、その温度が低いほど、入射光の吸収率が高くなるという吸収特性を有している。そこで、ファイバレーザ装置１の出力をより安定させるために、増幅用ファイバ４の温度が環境温度によらず一定となるように、ファイバ用ファン７ｂの風量を可変としてもよい。この場合、ファイバ用ファン７ｂの風量の制御は、ＬＤ用ファン７ａの風量の制御と同様、例えば、増幅用ファイバ４の近傍にサーミスタを設け、サーミスタの検出温度が所定値になるようにフィードバックすることにより行われる。

また、増幅用ファイバ４の吸収特性は、増幅用ファイバ４の温度に対する変動よりも、入射光の波長に対する変動のほうが大きい。そのため、図２に示すファイバ用ファン７ｂを設けない構成、または、ファイバ用ヒートシンク６ｂおよびファイバ用ファン７ｂを設けない構成であってもよい。これにより、ファイバレーザ装置１の構成をさらに簡略化することができる。

（付記事項）
上述した実施形態では、ＬＤ５の温度制御の目標値がＴ_ｐｅａｋである構成について説明したが、上記目標値はこれに限定されない。高出力を目的とした励起光源としては主としてマルチモードＬＤが用いられ、その出力光のスペクトル幅（３ｄＢ帯域）は３〜６ｎｍである。その為ＬＤ５の温度を増幅用ファイバ４の最大吸収波長λ_ｐｅａｋに対して、出力光の波長の３ｄＢ帯域内に入るように制御してもよい。この場合のＬＤ５の温度制御の目標値をＴとすると、ＬＤ用ヒートシンク６ａおよびＬＤ用ファン７ａは、

が成り立つものであればよい。このように、ＬＤ５、ＬＤ用ヒートシンク６ａおよびＬＤ用ファン７ａの特性の要件が緩和されるので、より多種類のＬＤ５、ＬＤ用ヒートシンク６ａおよびＬＤ用ファン７ａを使用することができる。

また、上述した実施形態では、励起光源として使用する全てのＬＤ５が同一の温度特性を有することを前提に説明したが、ＬＤ５の各温度特性が互いに異なっていてもよい。その場合、ＬＤ５の発振波長の平均が増幅用ファイバ４の吸収率が極大となる波長λ_ｐｅａｋとなるように、ＬＤ５の温度を制御すればよい。なお、ＬＤ５の発振波長の平均とは、各ＬＤ５の発振波長の合計をＬＤ５の個数で割った値を意味する。又、ＬＤ５としてマルチモード発振しているＬＤを用いた場合、各ＬＤの発振波長は３ｄＢ帯域の中心値、若しくはある出力時の重心波長として定義する。

また、上述した実施形態ではＬＤ５の光出力が一定の場合を考えたが、これに限るところではなく、ＬＤ５の光出力に応じて別々の温度に制御しても良い。

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。

本発明に係るファイバレーザ装置では、上記ファイバレーザ装置の仕様環境温度の範囲がＴ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}〜Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}であるとき、

が成り立つことが好ましい。

上記の構成によれば、ファイバレーザ装置を仕様環境温度の上限であるＴ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}の環境下で使用した場合であっても、適切な特性のヒートシンクおよび熱抵抗制御手段を用いることにより、励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋとなるように制御することが可能となる。そのため、特に高温環境下においてファイバレーザ装置の出力を安定させることができる。

本発明に係るファイバレーザ装置では、上記熱抵抗制御手段は、上記ヒートシンクに風を供給するファンと、上記励起光源の温度を検出する温度検出手段と、上記温度検出手段によって検出された温度に基づいて、上記ファンの風量を制御する風量制御手段と、を備えることが好ましい。

上記の構成によれば、空冷方式によってヒートシンクの熱抵抗を制御するので、励起光源の温度制御をさらに簡単な構成で実現できる。

本発明に係るファイバレーザ装置では、上記励起光源の発熱量をＰｄｉｓ、上記熱抵抗の最小値をＲ_{ｔｈ＿ｍｉｎ}、上記熱抵抗の最大値をＲ_{ｔｈ＿ｍａｘ}としたとき、

が成り立つことが好ましい。

上記の構成によれば、仕様環境温度Ｔ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}〜Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}の範囲内において、常に励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに制御することができるので、ファイバレーザ装置の出力を高効率に安定させることができる。

以下、本発明について実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

本実施例に係るファイバレーザ装置は、仕様環境温度が０℃〜５０℃であり、増幅用ファイバとして、極大値となる吸収波長が９１５ｎｍであるＹｂ添加ファイバを使用した。また、励起光を出射する励起光源として、５台のＬＤを使用し、これらのＬＤの発振波長の平均は、環境温度２５℃、出力１０Ｗの条件下で、９０５ｎｍである。また、これらのＬＤは、発振波長の温度依存性が０．３ｎｍ／Ｋであり、光−電気変換効率は約５０％である。すなわち、ＬＤの温度が６０℃のとき、ＬＤの発振波長は増幅用ファイバの最大吸収波長である９１５ｎｍとなる。さらに、ＬＤの温度を制御するヒートシンクおよび空冷ファンとして、熱抵抗が１Ｋ／Ｗ〜１０Ｋ／Ｗであるものを使用した。

このような特性を有するファイバレーザ装置を、異なる環境温度で動作させ、それぞれの環境温度におけるファイバレーザ装置の出力を測定した。本実施例に係るファイバレーザ装置では、環境温度が変化しても、ＬＤの温度が６０℃となるように構成されているので、例えば環境温度が５０℃の場合、空冷ファンの風量が増加して、ヒートシンクの熱抵抗が２Ｋ／Ｗとなるように調整される。また、環境温度が０℃の場合、空冷ファンの風量が低下して、ヒートシンクの熱抵抗が１０Ｋ／Ｗとなるように調整される。

図５は、ファイバレーザ装置の動作環境温度に対する出力（光出力）の特性を示すグラフである。同図において、黒丸は、ＬＤに対する温度制御を行った本実施例に係るファイバレーザ装置の出力特性を示しており、白丸は、ＬＤに対する温度制御を行っていない従来のファイバレーザ装置の出力特性を示している。このグラフから、従来のファイバレーザ装置は、環境温度０度付近で出力のピークを持っており、環境温度が高いほど出力が著しく低下しているのに対し、本実施例に係るファイバレーザ装置の出力は、仕様環境温度の範囲内において温度変化にかかわらずほぼ一定であることが分かる。したがって、本発明によって、出力が安定し、かつ出力効率の良いファイバレーザ装置を提供することができることが確認できた。

本発明に係るファイバレーザ装置は、レーザ加工、レーザ溶接、レーザマーキング等に利用することができる。

１ ファイバレーザ装置
４ 増幅用ファイバ
５ ＬＤ（励起光源）
６ａ ＬＤ用ヒートシンク（ヒートシンク）
７ａ ＬＤ用ファン（熱抵抗制御手段、ファン）
８ サーミスタ（熱抵抗制御手段、温度検出手段）
９ ＣＰＵ（熱抵抗制御手段、風量制御手段）

Claims (5)

1. 増幅用ファイバと、
   上記増幅用ファイバを励起するための励起光源と、
   上記励起光源が発生する熱を吸収するヒートシンクと、
   上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御する熱抵抗制御手段と、
   を備えるファイバレーザ装置であって、
   上記励起光源の発振波長が、上記増幅用ファイバの吸収率が極大となる波長となるときの上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋとしたとき、上記熱抵抗制御手段は、上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに近づけるように上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御すること、
   を特徴とするファイバレーザ装置。
2. 増幅用ファイバと、
   上記増幅用ファイバを励起するための複数の励起光源と、
   上記励起光源が発生する熱を吸収するヒートシンクと、
   上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御する熱抵抗制御手段と、
   を備えるファイバレーザ装置であって、
   上記励起光源の発振波長の平均が、上記増幅用ファイバの吸収率が極大となる波長となるときの上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋとしたとき、上記熱抵抗制御手段は、上記励起光源の温度をＴ_ｐｅａｋに近づけるように上記ヒートシンクの熱抵抗Ｒ_ｔｈを制御すること、
   を特徴とするファイバレーザ装置。
3. 上記ファイバレーザ装置の仕様環境温度の範囲がＴ_{ａｍｂ＿ｍｉｎ}〜Ｔ_{ａｍｂ＿ｍａｘ}であるとき、
   が成り立つことを特徴とする請求項１または２に記載のファイバレーザ装置。
4. 上記熱抵抗制御手段は、
   上記ヒートシンクに風を供給するファンと、
   上記励起光源の温度を検出する温度検出手段と、
   上記温度検出手段によって検出された温度に基いて、上記ファンの風量を制御する風量制御手段と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のファイバレーザ装置。
5. 上記励起光源の発熱量をＰ_ｄｉｓ、上記熱抵抗の最小値をＲ_{ｔｈ＿ｍｉｎ}、上記熱抵抗の最大値をＲ_{ｔｈ＿ｍａｘ}としたとき、
   が成り立つことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。