JP2016115740A - 光増幅装置およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射開始時から均一なピークパワーを有するレーザパルスを安定して出力可能な構成が要望されている。【解決手段】光増幅装置は、パルス状のシード光を発生するシード光源と、励起光を発生する励起光源と、シード光を励起光によって増幅する光増幅ファイバと、シード光源および励起光源による光の発生を制御する制御部とを含む。制御部は、光増幅ファイバから増幅後の光を出射する期間である発光期間に、シード光源からシード光を発生させ、発光期間の直前の非発光期間に、励起光源から第１のレベルのパワーを有する励起光を発生させるとともに、発光期間の開始時に、励起光源から発生させる励起光が有するパワーを第１のレベルより高い第２のレベルに変更し、発光期間の開始後に、励起光源から発生させる励起光が有するパワーを第２のレベルより高い第３のレベルまで増加させ、その後に第３のレベルから漸減させて第２のレベルに戻す。【選択図】図５

Description

本発明は、光増幅装置およびレーザ加工装置に関し、特に、ＭＯＰＡ（Master Oscillator and Power Amplifier）方式のファイバ増幅器からレーザパルスを安定的に出射させるための技術に関する。

加工用のレーザパルスは、出射開始から出射終了までそのピークパワーが均一であることが好ましく、その実現のために様々な工夫が提案されている。

例えば、特開２００６−３０５５９７号公報（特許文献１）は、レーザ発生手段から出射され集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置され、当該レーザ光の遮断と通過とを択一的に行なう開閉手段（シャッター）を有するレーザ加工装置を開示する。このレーザ加工装置では、レーザ光を被加工物に集光させて当該被加工物を加工する加工動作の直前に、開閉手段を閉鎖した状態で、励起用レーザ光源を駆動して、レーザ媒質が当該被加工物の加工が可能となる光強度のレーザ光を発生する高励起状態となったことを条件として、開閉手段を開放してレーザ光を通過するように制御される。これによって、電力の消費量を抑えることができるとともにレーザ光の光強度を一定にすることができるとされている。

特開２００４−３３７９７０号公報（特許文献２）には、制御手段が、各線分をマーキングする際に各線分の始点からの書き始めにおいてレーザ光を照射するときに、設定レーザ出力よりも高いレーザ出力に対応する初期駆動電流を励起手段に与え、その後、設定レーザ光に対応する駆動電流を励起手段に与えるよう動作するレーザ加工装置を開示する。

特開２０１１−１８１７６１号公報（特許文献３）は、ドライバを制御することによって非発光期間における励起光の条件を変化させて、これによりレーザ加工装置から出力されるパルス光のエネルギーを非発光期間の長さによらず安定化させることができる構成を開示する。

特開２０１２−２４８６１５号公報（特許文献４）は、波高値検出器の検出値に基づいて、発光期間の間に発生した最初の出力光パルスと最終の出力パルスとの間でパワーが同じになるように、非発光期間における励起光のパワー（ドライバのバイアス電流）を制御する光増幅装置を開示する。

特開２００６−３０５５９７号公報 特開２００４−３３７９７０号公報 特開２０１１−１８１７６１号公報 特開２０１２−２４８６１５号公報

上述の特開２００６−３０５５９７号公報（特許文献１）に開示されるレーザ加工装置は、開閉手段（シャッター）が必要であり、装置の大型化およびコスト増大するという課題がある。また、特開２００４−３３７９７０号公報（特許文献２）に開示されるレーザマーキング装置は、レーザ出力が基準時間から徐々に立ち上がる特性となるため、均一な加工ができないという課題がある。

これらの先行技術に対して、特開２０１１−１１８７６１号公報（特許文献３）に開示されるレーザ加工装置、ならびに、特開２０１２−２４８６１５号公報（特許文献４）に開示される光増幅装置およびレーザ加工装置では、出射開始時からピークパワーが均一なレーザパルスを得ることができる。

しかしながら、これらのレーザ加工装置および光増幅装置であっても、レーザパルスのピークパワーが不安定化する場合がある。そのため、出射開始時から均一なピークパワーを有するレーザパルスを安定して出力可能な構成が要望されている。

本発明のある局面に係る光増幅装置は、パルス状のシード光を発生するシード光源と、励起光を発生する励起光源と、シード光を励起光によって増幅する光増幅ファイバと、シード光源および励起光源による光の発生を制御する制御部とを含む。制御部は、光増幅ファイバから増幅後の光を出射する期間である発光期間に、シード光源からシード光を発生させ、発光期間の直前の非発光期間に、励起光源から第１のレベルのパワーを有する励起光を発生させるとともに、発光期間の開始時に、励起光源から発生させる励起光が有するパワーを第１のレベルより高い第２のレベルに変更し、発光期間の開始後に、励起光源から発生させる励起光が有するパワーを第２のレベルより高い第３のレベルまで増加させ、その後に第３のレベルから漸減させて第２のレベルに戻す。

好ましくは、発光期間の開始後において、励起光が有するパワーの第２のレベルから第３のレベルまでの変化に要する時間は、第３のレベルから第２のレベルまで戻るのに要する時間に比較して短い。

好ましくは、励起光源が発生する励起光が有するパワーは、励起光源に供給される駆動電流の大きさに依存し、制御部は、発光期間の開始後において、励起光源に供給される駆動電流を段階的に漸減させる。

さらに好ましくは、制御部は、予め格納された、駆動電流の大きさを時間の区間別に定義した設定値に従って、駆動電流の大きさを変化させる。

あるいは、さらに好ましくは、制御部は、駆動電流の大きさを予め定められた比率で順次低減する。

好ましくは、制御部は、光増幅ファイバから出射される増幅後の光のパワーの時間的変化を検出する手段と、検出された増幅後の光のパワーの時間的変化に基づいて、発光期間の開始後に、励起光が有するパワーを時間的に変化させるためのパターンを決定する手段とを含む。

本発明の別の局面に係るレーザ加工装置は、上述の光増幅装置と、光増幅装置からの増幅後の光を加工対象物に照射する走査機構とを含む。

本発明によれば、出射開始時から均一なピークパワーを有するレーザパルスを安定して出力可能な光増幅装置およびレーザ加工装置を実現できる。

本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す図である。 本実施の形態に係る光増幅装置での光増幅動作を説明するための図である。 本実施の形態に係るレーザ加工装置が解決する課題を説明する図である。 図３に示す課題が生じる推定されるメカニズムを説明する図である。 本実施の形態に係る光増幅装置が採用する解決手段の概要を説明する図である。 本実施の形態に係る光増幅装置が採用する解決手段の概要を説明する図である。 図６に示す補正波形を実現するための近似パターンの一例を示す図である。 図７に示す近似パターンを用いて励起用ＬＤに供給するバイアス電流を制御するための回路構成例を示す図である。 図８に示す補正パターン保持部が保持するパラメータセットの一例を示す図である。 図６に示す補正波形を実現するための近似パターンの別の一例を示す図である。 図１０に示す近似パターンを実現するためのパラメータセットの一例を示す図である。 レーザパルスの出力をモニタして励起用ＬＤに供給するバイアス電流に対する補正量を決定する方法を説明する図である。 図１２に示すレーザパルスの出力をモニタして励起用ＬＤに供給するバイアス電流を制御するための回路構成例を示す図である。 本実施の形態に係る解決手段に係る処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に係るレーザ加工装置によるレーザパルスの出射間隔が相対的に短い例を示す図である。 本実施の形態に係るレーザ加工装置による濃淡加工における時間波形を示す図である。 本実施の形態に係る変形例に係るレーザ加工装置の構成図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。本実施の形態においては、光増幅装置の利用形態の一例として、光増幅装置を含むレーザ加工装置について説明する。但し、本実施の形態に係る光増幅装置の用途は、レーザ加工装置に限定されず、任意の装置に利用可能である。

＜Ａ．装置構成＞
まず、本発明の実施の形態に係る光増幅装置およびその光増幅装置を含むレーザ加工装置の装置構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す図である。

図１を参照して、レーザ加工装置１００は、光増幅装置５０と、光増幅装置５０から出射される出射光であるレーザ光を走査する走査機構２００とを含む。レーザ加工装置１００の光増幅装置５０は、その強度がパルス状に周期的変化するレーザ光を出射するので、以下、出射光を「レーザパルス」とも称する。以下の説明において、特に断りのない限り、「レーザパルス」は、１または複数のパルスからなるレーザ光を意味する。また、「レーザパルス」に含まれるそれぞれのパルスの強度（パワー）の最大値を「ピークパワー」と総称する。典型的には、「レーザパルス」の有するパワーの包絡線が「ピークパワー」に相当する。

光増幅装置５０は、典型的には、ＭＯＰＡ（Master Oscillator and Power Amplifier）方式のファイバ増幅器を含む。より具体的には、光増幅装置５０は、１つのファイバ増幅器を含み、光増幅ファイバ１と、シード用レーザダイオード２と、励起用レーザダイオード３と、アイソレータ４，１２と、コンバイナ５と、カプラ７と、ポンプダンプ１１と、エンドキャップ１３と、駆動回路２１と、受光素子１４と、制御部２０とを含む。以下の説明においては、レーザダイオードを単に「ＬＤ」と表記することもある。

光増幅ファイバ１、シード用ＬＤ２、および励起用ＬＤ３は、ＭＯＰＡ方式のファイバ増幅器の基本的な構成要素である。

光増幅ファイバ１は、光増幅成分である希土類元素が添加されたコア、およびそのコアの周囲に設けられるクラッドを含む。コアに添加される希土類元素の種類は、特に限定されないが、例えば、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｎｄ（ネオジム）などを用いることができる。本実施の形態においては、希土類元素としてＹｂが添加された光増幅ファイバを用いる場合について例示する。光増幅ファイバ１は、例えば、コアの周囲に一層のクラッドが設けられたシングルクラッドファイバでもよいし、コアの周囲に二層のクラッドが設けられたダブルクラッドファイバでもよい。

光増幅ファイバ１は、シード用ＬＤ２からのシード光を励起用ＬＤ３からの励起光によって増幅する。すなわち、ＭＯＰＡ方式のファイバ増幅器では、励起用ＬＤ３からの励起光およびシード用ＬＤ２からのパルス状のシード光が、光増幅ファイバ１へ与えられる。光増幅ファイバ１に入射した励起光は、コアに含まれる希土類元素の原子に吸収され、原子の励起を生じる。原子の励起が生じた状態で、シード光が光増幅ファイバ１のコアを伝搬すると、シード光により励起された原子が誘導放出を生じるため、シード光が増幅される。このように、光増幅ファイバ１は、励起光を用いてシード光を増幅することになる。

シード用ＬＤ２は、レーザ光源であり、シード光を発生するシード光源である。シード光の波長は、例えば、１０００〜１１００ｎｍの範囲から選択される。駆動回路２１は、制御部２０からの指令に従って、シード用ＬＤ２にパルス状の電流を繰り返して印加することにより、シード用ＬＤ２をパルス駆動する。すなわち、シード用ＬＤ２はパルス状のシード光を出射する。

シード用ＬＤ２から出射されるシード光は、アイソレータ４を通過した後に、光増幅ファイバ１へ入射する。アイソレータ４は、光を一方向のみに通過させ、それとは逆方向に入射する光を遮断する機能を有する。光増幅装置５０では、アイソレータ４は、シード用ＬＤ２からのシード光を通過させるとともに、光増幅ファイバ１からの戻り光を遮断する。これによって、光増幅ファイバ１からの戻り光がシード用ＬＤ２に入射するのを防止することができる。これは、光増幅ファイバ１からの戻り光がシード用ＬＤ２に入射した場合には、シード用ＬＤ２が損傷するおそれがあるからである。

励起用ＬＤ３は、レーザ光源であり、光増幅ファイバ１のコアに添加された希土類元素の原子を励起するための励起光を発生する励起光源である。希土類元素としてＹｂを添加した場合、励起光の波長は、例えば９１５±１０ｎｍに設定される。駆動回路２２は、励起用ＬＤ３を駆動する。

シード用ＬＤ２からのシード光と励起用ＬＤ３からの励起光とは、コンバイナ５により結合されて光増幅ファイバ１に入射する。

光増幅ファイバ１がシングルクラッドファイバである場合には、シード光および励起光はいずれもコアに入射する。これに対し、光増幅ファイバ１がダブルクラッドファイバである場合には、シード光はコアに入射し、励起光は第１クラッドに入射する。ダブルクラッドファイバの第１クラッドは励起光の導波路として機能する。第１クラッドに入射した励起光が第１クラッドを伝搬する過程で、コアを通過するモードによりコア中の希土類元素が励起される。

光増幅ファイバ１で増幅されたシード光（レーザパルス）は、走査機構２００に向けて出射される。

光増幅ファイバ１から走査機構２００までの光学経路上には、ポンプダンプ１１、アイソレータ１２、エンドキャップ１３が設けられる。ポンプダンプ１１は、一種の光学フィルタであり、光増幅ファイバ１において増幅されたレーザパルスに含まれる不要な波長成分を取り除く。アイソレータ１２は、光増幅ファイバ１で増幅され、かつ光増幅ファイバ１から出射されたシード光（レーザパルス）を通過させるとともに、光増幅ファイバ１に戻るレーザ光を遮断する。アイソレータ１２を通過したレーザパルスは、光ファイバの端面から大気中に出射される。エンドキャップ１３は、ピークパワーの高いレーザパルスが光ファイバから大気中に出射される際に、光ファイバの端面と大気との境界面で生じるダメージを防止するために設けられる。

エンドキャップ１３に近接して、受光素子１４が設けられる。受光素子１４は、光ファイバから大気中に出射されるレーザパルスの一部を受光して、そのレーザパルスの強度を示す信号を制御部２０へ出力する。受光素子１４は、例えば、フォトダイオードなどで構成される。受光素子１４から出力される信号は、受光したレーザパルスのピークパワー（波高値）を含むようにしてもよい。

光ファイバの端面から大気中に出射されるレーザパルスは、加工用のレーザ光として走査機構２００へ与えられる。なお、エンドキャップ１３と走査機構２００との間に、加工用のレーザ光が光増幅装置５０の外部に出射されることを防止するためのシャッタを設けてもよい。

走査機構２００は、光増幅装置５０からの増幅後の光（レーザパルス）を加工対象物２５０に照射する。すなわち、走査機構２００は、光増幅装置５０から与えられたレーザパルス（加工用のレーザ光）を二次元方向に走査する。走査機構２００は、例えば、エンドキャップ１３からの出射光であるレーザパルスのビーム径を所定の大きさに調整するためのコリメータレンズ、コリメータレンズを通過後のレーザパルスを加工対象物２５０の表面上で二次元方向に走査するためのガルバノスキャナ、および、レーザパルスを集光するためのｆθレンズ等（いずれも図示しない）を含む。加工対象物２５０の表面上でレーザ光、すなわち光増幅装置５０からのレーザパルスを二次元方向に走査することにより、金属等を素材とする加工対象物２５０の表面に加工が施される。例えば、加工対象物２５０の表面に、文字や図形等からなる情報が印字（マーキング）される。

操作制御部２６０は、走査機構２００に対して指令を与えるコントローラである。操作制御部２６０は、制御部２０と連係しつつ、レーザ加工装置１００の制御を統括する。

制御部２０は、主として、シード用ＬＤ２（シード光源）および励起用ＬＤ３（励起光源）による光の発生を制御する。より具体的には、制御部２０は、上位装置３００から走査機構２００を制御するために必要な指令を受信するとともに、入力部３１０を介して、ユーザ操作を受付ける。制御部２０は、入力部３１０からのユーザ操作に従って、駆動回路２１，２２を制御するとともに、走査機構２００に対して必要な指令を与える。

制御部２０は、制御指令を与える構成であれば、どのようなハードウェア用いてもよい。例えば、所定のプログラムを実行するコンピュータを用いて、制御部２０を実装してもよい。入力部３１０としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル等を用いることができる。

シード用ＬＤ２、励起用ＬＤ３、アイソレータ４，１２などの光学素子の特性は、温度に依存して変化し得る。そのため、これらの光学素子の温度を一定に保つための温度コントローラをレーザ加工装置１００に設けることがより好ましい。

＜Ｂ．光増幅動作＞
次に、本実施の形態に係る光増幅装置５０での光増幅動作について説明する。図２は、本実施の形態に係る光増幅装置５０での光増幅動作を説明するための図である。図２には、シード用ＬＤ２および励起用ＬＤ３の発光タイミングおよび波形、ならびに光増幅ファイバ１から出力されるレーザパルスの出力タイミングおよび波形を同一時間軸上に並べて示す。

本実施の形態に係る光増幅装置５０では、出射開始時から均一なピークパワーを有するレーザパルスが得られるように、光増幅ファイバ１に予め励起光を与えておく、予備励起方式を採用する。図２に示すように、シード用ＬＤ２は、レーザパルスの出力タイミング（時刻Ｔ１）の直前の所定期間（時刻Ｔ０〜時刻Ｔ１の期間：以下、「予備励起期間」とも称す。）に、パワーＰ１（第１のレベルのパワー）を有する励起光を光増幅ファイバ１へ与えるとともに、レーザパルスの出射期間（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の期間：以下、「本励起期間」とも称す。）に、パワーＰ２（＞Ｐ１）（第２のレベルのパワー）を有する励起光を光増幅ファイバ１へ与える。

一方、シード用ＬＤ２は、レーザパルスの出射期間（時刻Ｔ０〜時刻Ｔ１の期間：本励起期間）にパルス状のシード光を光増幅ファイバ１へ与える。予備励起期間に励起光が光増幅ファイバ１へ与えられることで、光増幅ファイバ１内では、予め原子の励起が生じており、この状態でパルス状のシード光が入射することで、出射開始時（時刻Ｔ１）から、予め設定したピークパワーを有するレーザパルスを出射することができる。

シード用ＬＤ２および励起用ＬＤ３が発生するレーザ光の強度は、それぞれの駆動回路から供給されるバイアス電流によって制御される。すなわち、制御部２０は、駆動回路から供給されるバイアス電流の大きさを調整することで、シード光および励起光のパワーおよび波形を制御する。

上述のレーザパルスの出射期間（本励起期間）は、光増幅ファイバ１から増幅後の光をパルス列として出射する期間である、発光期間に相当する。一般的に、レーザは、その発振動作に応じて、パルス方式（パルスレーザ）と連続発振方式（ＣＷ（Continuous Wave）レーザ）とに分類される。本実施の形態に係る光増幅装置５０は、パルス方式に向けられるものであり、発光期間において、パルス状のビームが照射されることになる。

本励起期間の直前の予備励起期間は、非発光期間に相当する。すなわち、制御部２０は、光増幅ファイバ１から増幅後の光を出射する期間である発光期間に、シード用ＬＤ２（シード光源）からシード光を発生させる。また、制御部２０は、発光期間の直前の非発光期間に、励起用ＬＤ３（励起光源）から第１のレベルのパワー（パワーＰ１）を有する励起光を発生させるとともに、発光期間の開始時に、励起用ＬＤ３（励起光源）から発生させる励起光が有するパワーを第１のレベル（パワーＰ１）より高い第２のレベル（パワーＰ２）に変更する。

駆動回路２２は、予備励起期間および本励起期間のいずれにおいても、バイアス電流を励起用ＬＤ３に供給して励起光を発生させる。励起用ＬＤ３（励起光源）が発生する励起光が有するパワーは、励起用ＬＤ３に供給される駆動電流（以下、「バイアス電流」とも記す。）の大きさに依存する。そのため、予備励起期間において励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流は、本励起期間において供給されるバイアス電流よりも小さい。これによって、励起用ＬＤ３は、予備励起期間においてパワーＰ１（第１のレベルのパワー）の励起光を発生し、本励起期間においてパワーＰ２（第２のレベルのパワー）の励起光を発生する。

一方、駆動回路２１は、本励起期間においてのみ、パルス状のバイアス電流をシード用ＬＤ２に供給して、パルス状のシード光を発生させる。駆動回路２１は、供給するバイアス電流のパルス周期（繰り返し周波数）を調整することで、光増幅ファイバ１へ与えられるシード光、すなわち出力されるレーザパルスのパルス周期（繰り返し周波数）を目的の値に制御する。光増幅ファイバ１から出力されるレーザパルスのピークパワーおよびパルス周期については、制御部２０からの指令に従って駆動回路２１によって変更される。

予備励起期間に光増幅ファイバ１に入射する励起光が有するパワーＰ１、および、本励起期間に光増幅ファイバ１に入射する励起光が有するパワーＰ２は、出射開始直後のレーザパルスのパワーが最適化されるように決定される。すなわち、予備励起期間における励起光が有するパワーＰ１が相対的に小さい場合には、光増幅ファイバ１に蓄積される励起エネルギーが相対的に少なくなり、その結果、出射開始直後のレーザパルスのパワーが本来の設定値を下回る場合がある。これに対して、予備励起期間における励起光が有するパワーＰ１が相対的に大きい場合には、光増幅ファイバ１に蓄積される励起エネルギーが相対的に多くなり、その結果、出射開始直後のレーザパルスのパワーが本来の設定値を上回る場合がある。

いずれの場合も、本励起期間に出力されるレーザパルスのパワーが時間的に変動することになり、加工品質の低下といった問題が生じ得る。

そのため、本励起期間に出力されるレーザパルスのパワーが時間的に一定になるように、予備励起期間に光増幅ファイバ１に入射する励起光が有するパワーＰ１、および、本励起期間に光増幅ファイバ１に入射する励起光が有するパワーＰ２は、最適設定される。

＜Ｃ．課題＞
次に、本願発明者が新たに見出した課題について説明する。図３は、本実施の形態に係るレーザ加工装置が解決する課題を説明する図である。

本願発明者は、予備励起方式を採用し、かつ、予備励起期間および本励起期間の励起光が有するパワーをそれぞれ最適化した場合であっても、出力されるレーザパルスのパワーが時間的に変動し得るという新たに課題を見出した。図３に示す例では、出射開始直後の最初のレーザパルスが有するパワーは、本励起期間の末期の安定値と同じ値になっているが、２番目以降のレーザパルスのパワーは徐々に低下して、ある程度の時間経過後に本来の安定値まで回復している。すなわち、本願出願人は、図３に示すような、出力されるレーザパルスのピークパワーに「ドロップ」（図中において、符号「ＤＲ」を用いて示す。）が生じ得るという新たな課題を見出した。このような、パルスレーザの立ち上がり部から徐々にピークパワーが減少し、その後増加するという現象は、繰り返し周波数やパルスレーザの出力といった駆動条件に依存する。このような、ピークパワーが低い区間では、レーザ加工の強度が低下して均一な加工ができず、場合によっては、加工自体ができない場合があり得る。

図３に示すような、出射直後のレーザパルスのピークパワーにドロップが生じる原因について、本願発明者が推定したメカニズムを説明する。図４は、図３に示す課題が生じる推定されるメカニズムを説明する図である。

図４には、予備励起期間および本励起期間のそれぞれにおいて、光増幅ファイバ１に蓄積される励起エネルギーの時間的変化を模式的に示す。

図４（ａ）に示すように、予備励起期間に光増幅ファイバ１に蓄積された励起エネルギーは、出射開始直後のレーザパルスの発生（Ｎ１）によって消費されるが、すべてが消費されずに一部は残留することになる。一方、本励起期間の開始からパワーＰ２の励起光が光増幅ファイバ１に入射するので、この励起光によって励起エネルギーの蓄積（増大）が開始される。この励起エネルギーの蓄積（増大）は、ある程度の応答遅れをもって進行する。最初のレーザパルス（Ｎ１）により消費される励起エネルギーは、予備励起期間に蓄積された励起エネルギーと、本励起期間においてその出射までに蓄積された励起エネルギーとの合計に相当する。なお、最初のレーザパルス（Ｎ１）のピークパワーを定常状態と同じ値に維持するために、予備励起期間に蓄積される励起エネルギーと本励起期間の定常状態において蓄積される励起エネルギーとは、同じレベルになるように調整される。

図４（ａ）には、予備励起期間に蓄積された励起エネルギーの平均値を破線８０で示し、本励起期間に蓄積される励起エネルギーの平均値を破線８２で示す。これらの２つの励起エネルギーの増減の平均値を組み合わせると、図４（ｂ）の破線８４に示すような時間的変化となる。合成された励起エネルギーの時間的変化（破線８４）において、本励起期間の開始直後にドロップが発生していることがわかる。このドロップは、本励起期間の開始後に励起エネルギーが蓄積する応答遅れが相対的に大きい場合に顕著になる。

図４に示すように、発生するドロップでは、最初の減少速度（減少レート）の方が、後に生じる増加速度（増加レート）に比較して大きいので、レーザパルスの出射直後からピーク値が低下するまでに要する時間に比較して、定常状態のピーク値に戻るまでに要する時間の方がより長くなっている。

＜Ｄ．解決手段＞
次に、上述した課題に対する解決手段の概要について説明する。図５および図６は、本実施の形態に係る光増幅装置５０が採用する解決手段の概要を説明する図である。

本実施の形態に係る光増幅装置５０では、図５に示すように、レーザパルスに生じるドロップの時間波形に応じて、励起光のパワーを時間的に変化させることで、レーザパルスに生じるピークパワーの減少を補償する。すなわち、駆動回路２２は、レーザパルスのピークパワーの減少タイミングおよびその減少量に応じて、励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流を調整（本来の値より増加）させることで、出射されるレーザパルスのピークパワーを均一化する。

図５に示す例では、出力されるレーザパルスのピークパワーに生じるドロップの時間波形（包絡線）と実質的に相似状の補正波形３１が上乗せされる。すなわち、駆動回路２２は、励起用ＬＤ３がパワーＰ２を有する励起光を発生するのに必要な一定値のバイアス電流に加えて、補正波形３１に相当するバイアス電流を重畳した上で、励起用ＬＤ３に供給する。このようにバイアス電流を補正することで、図６に示すように、補正波形３１が加算された励起光が光増幅ファイバ１へ与えられることで、光増幅ファイバ１から出力されるレーザパルスのピークパワーは、出射開始から出射終了まで均一に維持される。

すなわち、レーザパルスの出射開始時において、励起用ＬＤ３から供給される励起光が有するパワーは、パワーＰ１からパワーＰ２に変更されるが、ドロップが発生する場合には、出射開始後に、励起用ＬＤ３から供給される励起光が有するパワーは、さらにパワーＰ３まで一旦増加させられる。その後、励起用ＬＤ３から供給される励起光が有するパワーは、パワーＰ３から漸減させてパワーＰ２に戻るように制御される。なお、励起光が有するパワーを漸減させる方法としては、後述するように時間とともに指数関数的に減少させてもよいし、所定の期間ごとにパワーを段階的に切り替えることで、時間とともにパワーを減少させてもよい。すなわち、ある時間をかけて、徐々にパワーを低減させることができれば、任意の方法を採用できる。

本励起期間（発光期間）の開始後において、励起光が有するパワーのＰ２からＰ３までの変化に要する時間（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ１１の期間）は、その後に、励起光の有するパワーがＰ３からＰ２まで戻るのに要する時間（時刻Ｔ１１〜時刻Ｔ１２の期間）に比較して短い。これは、レーザパルスのピークパワーに生じる得るドロップの時間波形に応じたものである。

＜Ｅ．実装例＞
次に、図５および図６に示す解決手段を実現するためのいくつかの実装例について説明する。

本実施の形態に係る光増幅装置５０においては、制御部２０が本励起期間（発光期間）の開始後に、励起用ＬＤ３（励起光源）から発生させる励起光が有するパワーをパワーＰ２（第２のレベルのパワー）より高いパワーＰ３（第３のレベルのパワー）まで増加させ、その後にパワーＰ３から漸減させてパワーＰ２に戻すように制御する。以下の実装例においては、制御部２０における制御ロジックなどについてより詳細に説明する。

（ｅ１：実装例その１）
図６に示すように、本励起期間における励起光のパワーを時間的に変化させるために、励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流を、補正波形３１に対応させて時間的に変化させることが好ましい。但し、補正波形３１が生じる時間幅は比較的短いので、離散的なパターンを用いて近似した上で、その近似パターンに従ってバイアス電流を調整してもよい。

図７は、図６に示す補正波形を実現するための近似パターンの一例を示す図である。図７に示すように、制御部２０は、発光期間の開始後（時刻Ｔ１以降）において、励起用ＬＤ３（励起光源）に供給される駆動電流（バイアス電流）を段階的に漸減させる。

より具体的には、図７に示すように、励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流の基本的な設定値として、予備励起期間の電流設定値をＩ１とし、本励起期間の電流設定値Ｉ２とする。その上で、本励起期間の開始時を基準として、時間幅ｔ１，ｔ２，…，ｔ５の区間を設定するとともに、それぞれの区間での補正値ａ１，ａ２，…，ａ５を設定する。すなわち、時間幅ｔ１，ｔ２，…，ｔ５および補正値ａ１，ａ２，…，ａ５の組み合わせによって、補正波形３１を近似する。なお、時間幅および補正値の組み合わせは、レーザパルスの出力設定値の大きさ別にそれぞれ設定される。このように、励起光のパワーは、駆動回路２２から励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流の大きさにより制御されるが、このバイアス電流の大きさを離散的な値（デジタルデータ）を用いて任意に近似することで、比較的簡単な回路構成であっても、ドロップを補正して、レーザパルスのピークパワーを均一化できる。

図８は、図７に示す近似パターンを用いて励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流を制御するための回路構成例を示す図である。図８を参照して、制御部２０は、レーザパルス設定値保持部２０１と、補正量設定部２０２と、加算部２０３と、カウンタ２０４と、補正パターン保持部２０５とを含む。

レーザパルス設定値保持部２０１は、上位装置３００から、レーザパルスの出力設定値（典型的には、図６に示すパワーＰ１およびＰ２）を受信して保持するとともに、カウンタ２０４からのカウント値に基づく所定タイミングで、保持している出力設定値を選択的に加算部２０３へ出力する。

補正量設定部２０２は、カウンタ２０４からのカウント値に基づく所定タイミングで、補正パターン保持部２０５に格納されているパラメータを選択的に読み出し、出力補正値として加算部２０３へ出力する。

加算部２０３は、レーザパルス設定値保持部２０１からの出力設定値と、補正量設定部２０２からの出力補正値とを加算して、その加算結果を駆動回路２２へ出力する。

カウンタ２０４は、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流のパルス周期（繰り返し周波数）や供給タイミングなどを管理するための計時手段である。

駆動回路２２は、ＤＡ（Digital to Analog）コンバータ２２１と、定電流回路２２２とを含む。ＤＡコンバータ２２１は、制御部２０からの出力値をアナログ信号に変換して、定電流回路２２２へ出力する。定電流回路２２２は、ＤＡコンバータ２２１からのアナログ信号に応じた大きさのバイアス電流を励起用ＬＤ３に供給する。

以上のような構成を採用することで、図７に示すようなバイアス電流の制御を実現できる。

上述したように、出力されるレーザパルスのピークパワーに生じるドロップは、レーザ加工装置１００および光増幅装置５０の駆動条件に依存して変化するため、バイアス電流に加えられる補正量は、レーザパルスの出力設定値の別に設定される。

図９は、図８に示す補正パターン保持部２０５が保持するパラメータセット２０６の一例を示す図である。図９を参照して、パラメータセット２０６は、レーザパルスの出力設定値ごとに定義された、時間幅ｔ１，ｔ２，…，ｔ５および補正値ａ１，ａ２，…，ａ５の組み合わせを１つまたは複数含む。補正パターン保持部２０５は、上位装置３００からのレーザパルスの出力設定値に応じて、対応する組み合わせを選択して、出力補正値を算出する。このような構成を採用することで、制御部２０は、予め格納された、駆動電流（バイアス電流）の大きさを時間の区間別に定義した設定値（パラメータセット２０６）に従って、バイアス電流の大きさを変化させる。

バイアス電流に加算される出力補正値は、繰り返し周波数やパルスレーザの出力といった駆動条件に依存して最適値が異なるため、駆動条件（典型的には、レーザパルスの出力設定値）の各々に関連付けられたパラメータが予め用意されており、対応するパラメータが適宜選択される。なお、図９には、レーザパルス設定値に関連付けてパラメータが設定される例を示すが、レーザパルスの繰り返し周波数といったさらに別の設定値の別に出力補正値を生成するためのパラメータを用意してもよい。

（ｅ２：実装例その２）
上述の図９〜図１１に示される実装例その１においては、レーザパルス設定値別に、それぞれの区間の補正値ａ１，ａ２，…，ａ５を予め設定する必要があるが、これをより簡素化してもよい。例えば、隣接する１つ前の区間の補正値に所定の係数を乗じることで、該当区間の補正値を算出してもよい。

図１０は、図６に示す補正波形を実現するための近似パターンの別の一例を示す図である。１０に示すように、制御部２０は、発光期間の開始後（時刻Ｔ１以降）において、励起用ＬＤ３（励起光源）に供給される駆動電流（バイアス電流）を段階的に漸減させる。

より具体的には、制御部２０は、バイアス電流設定値Ｉｐに係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じた値（ｋ×Ｉｐ）を時間幅ｔ１の補正値ａ１とするとともに、以降の時間幅ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５の補正値をそれぞれ、ａ２＝ａ１／２＝ｋ×Ｉｐ／２，ａ３＝ａ２／２＝ｋ×Ｉｐ／２^２，ａ４＝ａ３／２＝ｋ×Ｉｐ／２^３，ａ５＝ａ４／２＝ｋ×Ｉｐ／２^４のように設定する。

すなわち、制御部２０は、駆動電流（バイアス電流）の大きさを予め定められた比率で順次低減する。これらの順次低減される値は、一種の等比数列に相当する。図４を参照して課題が生じるメカニズムを説明したように、ピークパワーはある程度の応答遅れをもって指数関数的に変化する（例えば、１次遅れ系）と考えられるため、図１０に示すような、隣接する前の区間の補正値に所定の係数（例えば、１／２）を順次乗じることで、このような指数関数的な変化を補償できる。なお、順次乗じる係数については、１／２に限らず、任意の値（例えば、１／ｅなど）を採用できる。

図１１は、図１０に示す近似パターンを実現するためのパラメータセット２１０の一例を示す図である。図１１を参照して、パラメータセット２１０は、レーザパルスのそれぞれの出力設定値Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，…に関連付けられた、バイアス電流設定値Ｉｐ１，Ｉｐ２，Ｉｐ３，…および係数ｋ１，ｋ２，ｋ３，…を含む。上位装置３００から設定される出力設定値に応じて、対応するバイアス電流設定値および係数が選択される。

図８に示す構成を採用する場合には、パラメータセット２１０は、補正パターン保持部２０５に格納される。

図１０および図１１に示すような構成を採用することで、より少ないパラメータで、レーザパルスのピークパワーに生じるドロップを補正できる。

（ｅ３：実装例その３）
図６に示すような本励起期間における励起光のパワーを時間的に変化させるために、時間とバイアス電流との関係を示す関数を予め用意しておいてもよい。

例えば、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流Ｉｂの時間的変化を示す関数として、例えば、Ｉｂ（ｔ）＝α×Ｉｐ×ｅｘｐ（（−１／β）×（ｔ−γ））などを採用することができる。ここで、係数αは、バイアス電流Ｉｂの初期の大きさをバイアス電流設定値Ｉｐから決定するための係数であり、係数βは、バイアス電流を時間的に漸減させるための時定数であり、係数γは、バイアス電流Ｉｂの補償を開始する応答遅れの度合いを示す係数である。

このような関数を用いることで、より少ないパラメータで、かつ、より高い精度でバイアス電流を制御でき、これによって、レーザパルスのピークパワーに生じるドロップをより高精度に補正できる。

（ｅ４：実装例その４）
上述の実装例その１〜その３に示されるような手法で算出される、バイアス電流についての補正量に対して、出力されるレーザパルスおよび／または走査機構２００での加工結果などに応じて、さらなる補正をしてもよい。この場合には、例えば、上位装置３００から制御部２０に対して、追加の補正量が指示されることになる。

このような構成を採用することで、レーザパルスや加工結果を観測しながら、適宜、追加の調整を行なうことができる。

（ｅ５：実装例その５）
上述の実装例その１〜その３においては、予め定義した補正量を用いる構成について例示したが、レーザパルスの出力をモニタして、補正量を動的に決定してもよい。

図１２は、レーザパルスの出力をモニタして励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流に対する補正量を決定する方法を説明する図である。図１２を参照して、先行するある期間に出射されたレーザパルスの時間波形にドロップが生じていれば、それを検出して、後続のレーザパルスを出射する期間において、励起光の時間波形、すなわち励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流を補正する。

本実施の形態において課題としている、レーザパルスのピークパワーにドロップが生じ得るという新たな事象は、繰り返し周波数やパルスレーザの出力といった駆動条件に依存して、発生したりしなったりするので、図１２に示すような、ドロップが発生した場合に限って、バイアス電流を補正するといった方法がより好ましい。

図１３は、図１２に示すレーザパルスの出力をモニタして励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流を制御するための回路構成例を示す図である。図１３に示す制御部２０は、図８に示す回路構成例に比較して、補正パターン保持部２０５に代えて、ピークパワー検出部２０８を含む。

ピークパワー検出部２０８は、受光素子１４で検出された出力されるレーザパルスのピーク値の時間的変化を検出し、その検出結果を、補正量設定部２０２へ出力する。受光素子１４およびピークパワー検出部２０８は、光増幅ファイバ１から出射される増幅後の光（レーザパルス）に生じるパワーの時間的変化を検出する機能を提供する。

補正量設定部２０２は、ピークパワー検出部２０８で検出されたピーク値の時間的変化と、定常状態（安定状態）でのピーク値との差から、ドロップの発生有無およびそのドロップの時間的変化を算出する。すなわち、補正量設定部２０２は、検出されたレーザパルスのパワーの時間的変化に基づいて、発光期間の開始後に、励起光が有するパワーを時間的に変化させるためのパターンを決定する機能を提供する。より具体的には、補正量設定部２０２は、算出したドロップの時間的変化から、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流に対する補正量を決定し、加算部２０３へ出力する。

加算部２０３は、レーザパルス設定値保持部２０１からの出力設定値（定常状態でのバイアス電流の大きさ）と、補正量設定部２０２からの補正量とを加算して、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流を決定する。

なお、図１２には、直前の出射期間におけるドロップを検出し、その直後の出射期間におけるバイアス電流を補正する構成を例示するが、検出系およびバイアス電流の調整系の応答速度が十分に高速であれば、リアルタイムでフィードバックしてバイアス電流を補正するようにしてもよい。すなわち、ある出射期間においてドロップが発生し得る傾向をとらえて、ドロップが発生しないようにバイアス電流を都度補正するようにしてもよい。すなわち、レーザパルスの出射中に、ドロップ（検出されたピーク値と定常状態でのピーク値との差）の検出を行ない、その検出結果を用いてフィードバック制御することで、レーザパルスのピークパワーを常時安定化できる。

なお、図１２に示すような方法で検出されたドロップの情報を、その時に処理されていた加工対象物の品種や種別に関連付けて保存しておき、事後的にそれらの情報を用いて、バイアス電流に対する補正量を決定するようにしてもよい。図１２に示すような方法で、ドロップの発生状態を学習しておき、その学習した情報を利用して、必要な補正を行なってもよい。この学習方式によれば、処理対象の品種（処理区分）の数だけピークパワーの時間波形を検出しておければ、それ以上の監視を常時行なう必要がなくなるので、装置構成や操作の手間を簡略化できる。

（ｅ６：処理手順）
次に、本実施の形態に係る解決手段に係る処理手順について説明する。図１４は、本実施の形態に係る解決手段に係る処理手順を示すフローチャートである。図１４に示す各ステップは、光増幅装置５０の制御部２０により実行される。プログラムが汎用プロセッサによって実行することで制御部２０の機能を実現する場合には、以下の各ステップを実行するためのプログラムまたは命令コード群が本件発明の本質となる。

図１４を参照して、制御部２０は、上位装置３００から光増幅装置５０の動作に係る設定値を受信する（ステップＳ２）。制御部２０は、受信した設定値に基づいて、シード用ＬＤ２に供給するバイアス電流のパルス周期（繰り返し周波数）および強度、ならびに、励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流（予備励起期間および本励起期間のそれぞれ）を決定する（ステップＳ４）。

続いて、制御部２０は、レーザパルスのピークパワーにドロップが生じ得ると予想される場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）には、制御部２０は、本励起期間に供給するバイアス電流に対する補正量を算出する（ステップＳ８）。なお、ドロップが生じ得るか否かは、上位装置３００からの駆動条件などに基づいて制御部２０が自動的に判断してもよいし、ユーザが明示的に設定してもよい。なお、レーザパルスのピークパワーにドロップが生じ得ると予想されない場合（ステップＳ６においてＮＯ）には、ステップＳ８の処理はスキップされる。

続いて、レーザパルスの出力が有効化される（ステップＳ１０においてＹＥＳ）と、制御部２０は、駆動回路２２から励起用ＬＤ３に対して予備励起期間に対応するバイアス電流が供給されるように、駆動回路２２に指令を与える（ステップＳ１２）。

その後、レーザパルスの出射開始タイミングが到来すると（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、制御部２０は、駆動回路２１からシード用ＬＤ２に対してパルス状のバイアス電流の供給が開始されるように、駆動回路２１に指令を与えるとともに、駆動回路２２から励起用ＬＤ３に対して本励起期間に対応するバイアス電流が供給されるように、駆動回路２２に指令を与える（ステップＳ１６）。

バイアス電流に対する補正量が設定されている場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）には、制御部２０は、駆動回路２２から励起用ＬＤ３に対して補正量が加算された後のバイアス電流が供給されるように、駆動回路２２に与える指令を時間的に変化させる（ステップＳ２０）。一方、バイアス電流に対する補正量が設定されていない場合（ステップＳ１８においてＮＯ）には、ステップＳ２０の処理はスキップされる。

最終的に、レーザパルスの出射終了タイミングが到来すると（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、制御部２０は、駆動回路２１に対してバイアス電流の供給を停止する指令を与える（ステップＳ２４）。そして、レーザパルスの出力が有効化されている間（ステップＳ２６においてＹＥＳ）は、ステップＳ１２以下の処理が繰り返される。

上述のフローチャートにおいて、バイアス電流に対する補正量の算出（ステップＳ８）、および、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流の補償（ステップＳ２２）については、上述したいずれの実装例を用いてもよい。また、上述の実装例その１〜その５の任意の組み合わせを採用してもよい。

＜Ｆ．非加工期間が短い場合の処理＞
図３および図４を参照して説明したように、レーザパルスのパワーが時間的に変動し得るという課題は、光増幅ファイバに蓄積される励起エネルギーの減少によって生じ得ると考えられる。一方で、レーザ加工装置１００の加工対象および加工内容は様々であり、光増幅ファイバの高励起状態が維持された状態で、レーザパルスが間欠的に出射されるような用途もある。このような場合には、レーザパルスのピークパワーにドロップが発生する可能性は低く、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流を補正しなくてもよい場合がある。

図１５は、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００によるレーザパルスの出射間隔が相対的に短い例を示す図である。図１５に示す例では、レーザパルスを２回の期間（時刻Ｔ１〜Ｔ２および時刻Ｔ３〜Ｔ４）に亘って出射している例を示す。最初の出射期間では、ドロップの発生を防止するために、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流３２は補正されているが、２回目の出射期間では、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流３３は補正されていない。これは、出射期間の間隔（時刻Ｔ２〜Ｔ３）が比較的短く、バイアス電流を補正しなくとも、ドロップが発生しないと考えられるからである。すなわち、２回目の出射期間の開始時においては、１回目の出射期間で蓄積された励起エネルギーが残留しており、この残留している励起エネルギーが消費されることで、励起用ＬＤ３からの励起光による励起エネルギーの増大の応答遅れを補うことができるからであると考えられる。

そのため、何らかの時間幅の出射期間で間欠的にレーザパルスが出射されるような使用形態において、直前の出射期間における出射終了から次の出射期間における出射開始までの期間（図１５に示す時刻Ｔ２〜Ｔ３：レーザ加工装置１００による加工対象物２５０に対する加工がなされていない期間という意味で「非加工期間」と記す。）が相対的に短い場合には、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流に対する補正を行なわないようにしてもよい。あるいは、バイアス電流に加えられる補正量を低減してもよい。

具体的な実装形態としては、非加工期間の時間長さが予め定められたしきい時間を超えるか否かに基づいて、励起用ＬＤ３に供給されるバイアス電流に対する補正を行なうか否か、あるいは、バイアス電流に対する補正を低減するか否か、を決定すればよい。このしきい時間については、予め実験的に求めた固定値を用いてもよいし、あるいは、直前の出射期間の長さやその出射期間において出射されたレーザパルスのパルス周期（繰り返し周波数）に応じて、動的決定するようにしてもよい。すなわち、直前の出射期間が長ければ、また、パルス周期が低ければ、光増幅ファイバにより多くの励起エネルギーが残留していると考えられ、このような場合には、しきい値を相対的に長くしてもよい。

このように、必要な場合に限ってバイアス電流を補正することで、励起用ＬＤ３から定常状態でのパワーを超える励起光を生じさせる頻度を適正化できるので、励起用ＬＤ３に対するダメージを低減できる。

＜Ｇ．レーザ加工装置のアプリケーション例＞
本実施の形態に係るレーザ加工装置１００は、レーザパルスのオン／オフ制御だけではなく、レーザパルスのパワーの強弱制御を利用したアプリケーションが可能である。すなわち、レーザパルスのピークパワーを一定にするだけではなく、励起用ＬＤに供給されるバイアス電流を調整することにより、一回の走査で濃淡加工が可能である。

図１６は、本実施の形態に係るレーザ加工装置１００による濃淡加工における時間波形を示す図である。図１６を参照して、時刻Ｔ１〜Ｔ２および時刻Ｔ３〜Ｔ４の区間では、第１のピークパワーをもつレーザパルスが出射され、時刻Ｔ２〜Ｔ３の区間では、第１のピークパワーより大きな第２のピークパワーをもつレーザパルスが出射される。

より具体的なアプリケーションとしては、加工対象物２５０を金属とすると、時刻Ｔ１〜Ｔ２および時刻Ｔ３〜Ｔ４の区間では、加工度合いが相対的に低いため、加工後の加工対象物２５０の表面は白くなり、時刻Ｔ２〜Ｔ３の区間では、加工度合いが相対的に高いため、加工後の加工対象物２５０の表面は黒くなる。

このような濃淡加工を実施する場合であっても、上述したような知見に基づいて、励起用ＬＤ３に供給するバイアス電流については、光増幅ファイバ内の励起エネルギーの増大／減少の応答遅れを考慮して、補正することが好ましい。

より具体的には、図１６に示すように、レーザパルスの出射開始直後（時刻Ｔ１の後）に、バイアス電流３４はその大きさを増加させる方向に補正されており、レーザパルスのパワーがステップ的に増加しているタイミングの直後（時刻Ｔ２の後）にも、バイアス電流３５はその大きさを増加させる方向に補正されている。逆に、レーザパルスのパワーがステップ的に減少しているタイミングの直後（時刻Ｔ３の後）には、バイアス電流３６はその大きさを増加させる方向に補正されている。

このように、励起光を定常状態での値に比較して増加または減少させることで、光増幅ファイバ内における励起エネルギーの蓄積または放出の応答遅れを補償することができる。

＜Ｈ．複数段構成＞
上述の説明では、一段のファイバ増幅器を含む光増幅装置５０について説明したが、複数段のファイバ増幅器を含む構成にも適用可能である。

図１７は、本実施の形態に係る変形例に係るレーザ加工装置の構成図である。図１７を参照して、レーザ加工装置１０１は、二段のファイバ増幅器により構成された光増幅装置５１を含む。レーザ加工装置１０１は、図１に示すレーザ加工装置１００に比較して、アイソレータ６と、カプラ７と、光増幅ファイバ８と、励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂと、コンバイナ１０と、受光素子１５と、駆動回路２３とをさらに含む。

光増幅ファイバ８、および励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂは、ＭＯＰＡ方式のファイバ増幅器の基本的な構成要素である。但し、これらは、二段目の増幅器であり、前段の増幅器から出射されるシード光（レーザパルス）を増幅することになる。すなわち、光増幅ファイバ１から出射されたシード光（レーザパルス）は、光増幅ファイバ８においてさらに増幅された後、光増幅ファイバ８から走査機構２００に向けて出射される。

前段の増幅器（光増幅ファイバ１）からのシード光と励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂからの励起光とは、コンバイナ１０により結合されて光増幅ファイバ８に入射する。

励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂは、レーザ光源であり、光増幅ファイバ８のコアに添加された希土類元素の原子を励起するための励起光を発生する励起光源ある。駆動回路２３は、制御部２０からの指令に従って、励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂを駆動する。

アイソレータ６は、光増幅ファイバ１によって増幅され、かつ光増幅ファイバ１から出射されたシード光（レーザパルス）を通過させるとともに、光増幅ファイバ１に戻る光を遮断する。

アイソレータ６からコンバイナ１０までの光学経路上には、カプラ７が設けられる。カプラ７は、光増幅ファイバ１からアイソレータ６を介して出射されたシード光（レーザパルス）を、コンバイナ１０に送られるレーザパルスと受光素子１５に送られるレーザパルスとに分配する。

受光素子１５は、カプラ７からのレーザパルスを受光して、そのレーザパルスの強度を示す信号を制御部２０へ出力する。受光素子１５は、例えば、フォトダイオードなどで構成される。受光素子１５から出力される信号は、受光したレーザパルスのピークパワー（波高値）を含むようにしてもよい。

シード用ＬＤ２、励起用ＬＤ３，９Ａ，９Ｂ、アイソレータ４，６，１２などの光学素子の特性は、温度に依存して変化し得る。そのため、これらの光学素子の温度を一定に保つための温度コントローラをレーザ加工装置１０１に設けることがより好ましい。

その他の構成については、図１に示すレーザ加工装置１００と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

図１７に示す光増幅装置５１の全体としては、励起用ＬＤ３および励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂからそれぞれ励起光（励起エネルギー）が光増幅ファイバに供給される。そのため、図５および図６に示すような解決手段を実現するために、励起用ＬＤ３および励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂが互いに協調制御されることで、レーザパルスのピークパワーに生じるドロップを補償するような励起光が総合的に供給される。励起用ＬＤ３および励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂの協調制御、すなわち、それぞれから供給される励起光のパワーバランスについては、実験的および／または経験的に調整されてもよい。

以上のように、図１７に示すような複数段のファイバ増幅器を含む構成であっても、最終の増幅段（光増幅ファイバ）から安定したレーザパルスを出射させることができる。なお、増幅段の数は二段に限定されず、三段あるいはそれより多くてもよい。また、図１７には、一段目には、１つの励起用ＬＤ３を設けるとともに、二段目には、２つの励起用ＬＤ９Ａ，９Ｂを設ける構成を例示するが、このような構成に限定されるものではなく、要求される性能や関連する光学部材の性能などに応じて、励起用ＬＤの個数は適宜設計できる。

＜Ｉ．結論＞
以上のとおり、本実施の形態に係る光増幅装置５０は、レーザパルスに生じるドロップの時間波形に応じて、励起光のパワーを時間的に変化させることで、レーザパルスに生じ得るピークパワーの減少を補償する。このような補償処理を採用することで、出射開始時から均一なピークパワーを有するレーザパルスを安定して出力可能になる。これによって、レーザ加工や印字を高品質に行なうことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，８ 光増幅ファイバ、２ シード用レーザダイオード（シード用ＬＤ）、３，９Ａ，９Ｂ 励起用レーザダイオード（励起用ＬＤ）、４，６，１２ アイソレータ、５，１０ コンバイナ、７ カプラ、１１ ポンプダンプ、１３ エンドキャップ、１４，１５ 受光素子、２０ 制御部、２１，２２，２３ 駆動回路、５０，５１ 光増幅装置、１００，１０１ レーザ加工装置、２００ 走査機構、２０１ レーザパルス設定値保持部、２０２ 補正量設定部、２０３ 加算部、２０４ カウンタ、２０５ 補正パターン保持部、２０６，２１０ パラメータセット、２０８ ピークパワー検出部、２２１ ＤＡコンバータ、２２２ 定電流回路、２５０ 加工対象物、２６０ 操作制御部、３００ 上位装置、３１０ 入力部。

Claims (7)

1. パルス状のシード光を発生するシード光源と、
   励起光を発生する励起光源と、
   前記シード光を前記励起光によって増幅する光増幅ファイバと、
   前記シード光源および前記励起光源による光の発生を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記光増幅ファイバから増幅後の光を出射する期間である発光期間に、前記シード光源から前記シード光を発生させ、
   前記発光期間の直前の非発光期間に、前記励起光源から第１のレベルのパワーを有する前記励起光を発生させるとともに、前記発光期間の開始時に、前記励起光源から発生させる前記励起光が有するパワーを前記第１のレベルより高い第２のレベルに変更し、
   前記発光期間の開始後に、前記励起光源から発生させる前記励起光が有するパワーを前記第２のレベルより高い第３のレベルまで増加させ、その後に前記第３のレベルから漸減させて前記第２のレベルに戻す、光増幅装置。
2. 前記発光期間の開始後において、前記励起光が有するパワーの前記第２のレベルから前記第３のレベルまでの変化に要する時間は、前記第３のレベルから前記第２のレベルまで戻るのに要する時間に比較して短い、請求項１に記載の光増幅装置。
3. 前記励起光源が発生する励起光が有するパワーは、前記励起光源に供給される駆動電流の大きさに依存し、
   前記制御部は、前記発光期間の開始後において、前記励起光源に供給される駆動電流を段階的に漸減させる、請求項１または２に記載の光増幅装置。
4. 前記制御部は、予め格納された、前記駆動電流の大きさを時間の区間別に定義した設定値に従って、前記駆動電流の大きさを変化させる、請求項３に記載の光増幅装置。
5. 前記制御部は、前記駆動電流の大きさを予め定められた比率で順次低減する、請求項３に記載の光増幅装置。
6. 前記制御部は、
   前記光増幅ファイバから出射される増幅後の光のパワーの時間的変化を検出する手段と、
   前記検出された増幅後の光のパワーの時間的変化に基づいて、前記発光期間の開始後に、前記励起光が有するパワーを時間的に変化させるためのパターンを決定する手段とを含む、請求項１または２に記載の光増幅装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光増幅装置と、
   前記光増幅装置からの増幅後の光を加工対象物に照射する走査機構とを備える、レーザ加工装置。