專利名稱：光纖激光裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種光纖激光裝置，尤其涉及一種改善了輸出的溫度依賴性的光纖激光裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，光纖激光裝置常被使用在對金屬板的文字刻印或金屬的微細加工等用途中。光纖激光裝置具備芯中添加有稀土類物質(zhì)的放大用光纖以及發(fā)射激發(fā)光的激發(fā)光源，通過用激發(fā)光激發(fā)放大用光纖來發(fā)射激光。就這種光纖激光裝置來說，其與氣體激光裝置或固體激光裝置相比，具有小型、輕量、高效等優(yōu)點而備受關(guān)注，而且，與所述各種激光裝置一樣，使用多個高輸出的半導體激光(LD)作為激發(fā)光源。對于通常的LD來說，隨著溫度的變化，激發(fā)波長或輸出光纖度等輸出特性也會發(fā)生變化。而且，射入放大用光纖中的激發(fā)光的吸收系數(shù)也會隨著溫度而變化。因此，具備LD 以及放大用光纖的光纖激光裝置的輸出具有溫度依賴性。對此，為了降低LD或光纖激光裝置的輸出的溫度依賴性，提出了如下所述的技術(shù)方案(例如，參照專利文獻1 3。)專利文獻1中揭示了一種由半導體激光部、光輸出穩(wěn)定化電路以及激發(fā)波長控制部所構(gòu)成的半導體激光裝置，在該半導體激光裝置中，由半導體激光部檢測半導體激光的輸出變動和激發(fā)波長的變動，之后在光輸出穩(wěn)定化電路中改變半導體激光的偏流，并通過在激發(fā)波長控制部中進行溫度控制來進行該半導體激光裝置的輸出的調(diào)整和激發(fā)波長的調(diào)整。而且，在該半導體激光裝置中，通過對各個半導體激光設置半導體激光部和光輸出穩(wěn)定化電路和激發(fā)波長控制部，可大致穩(wěn)定半導體激光裝置的輸出。專利文獻2中揭示了一種光纖放大器，其具備用于輸出激發(fā)光的激發(fā)光源、放大用光纖、用于夾持放大用光纖的2個基板形狀的珀耳帖元件以及用于溫度控制該珀耳帖元件的溫度控制元件。在該光纖放大器中，由于通過珀耳帖元件能對放大用光纖進行溫度控制，因而能穩(wěn)定放大用光纖的增益的波長特性。專利文獻3中揭示了一種在前部具備功率監(jiān)視器，并反饋控制光纖激光的部分輸出的光纖激光裝置。在該光纖激光裝置中，能減少光纖激光裝置的輸出特性的偏差。[現(xiàn)有技術(shù)文獻]專利文獻1 日本專利公報特開平07-015078號公報(
公開日:1995年1月17日)專利文獻2 日本專利公報特開2001-257402號公報(
公開日2001年9月21日)專利文獻3 日本專利公報特開2007-190566號公報(
公開日2007年8月2日)

發(fā)明內(nèi)容
然而，將專利文獻1所涉及的結(jié)構(gòu)應用到高輸出的半導體激光裝置以及用LD激發(fā)的光纖激光裝置中時，需要搭載多個半導體激光，因而用于穩(wěn)定各個半導體激光的輸出的結(jié)構(gòu)變得復雜。而且，在專利文獻1中，為了進行溫度控制而使用了珀耳帖元件，但由此會增加能量消耗，會降低裝置的輸出效率。同樣，在專利文獻2所揭示的光纖放大器中，作為溫度控制單元也使用了珀耳帖元件，因而會降低輸出效率。另外，根據(jù)在專利文獻3所涉及的結(jié)構(gòu)，可能會出現(xiàn)光纖激光裝置的輸出效率會因使用環(huán)境的不同而極度下降的現(xiàn)象。放大用光纖具有激發(fā)光的吸收率因所入射的激發(fā)光的波長的不同而改變的性質(zhì)。而且，作為激發(fā)光源的LD的激發(fā)波長也具有對溫度以及驅(qū)動電流的依賴性。因此，LD的激發(fā)波長未必能變成放大用光纖的吸收率高的波長，要時常維持高輸出效率較為困難。有鑒于以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不論環(huán)境溫度如何均能實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出且良好的效率的光纖激光裝置。為了達成所述目的，本發(fā)明的光纖激光裝置具備放大用光纖、用于激發(fā)所述放大用光纖的激發(fā)光源、用于吸收所述激發(fā)光源所產(chǎn)生的熱并將其發(fā)散到外部的散熱器、用于控制所述散熱器的熱阻I^th的熱阻控制單元，將所述激發(fā)光源的激發(fā)波長變成使所述放大用光纖的吸收率達到極大的波長時的所述激發(fā)光源的溫度表示為Tpeak時，所述熱阻控制單元為了使所述激發(fā)光源的溫度接近Tpeak而控制所述散熱器的熱阻Rth。另外，為了達成所述目的，本發(fā)明的光纖激光裝置具備放大用光纖、用于激發(fā)所述放大用光纖的多個激發(fā)光源、用于吸收所述激發(fā)光源所產(chǎn)生的熱并將其發(fā)散到外部的散熱器、用于控制所述散熱器的熱阻IV的熱阻控制單元，將所述激發(fā)光源的激發(fā)波長的平均變成使所述放大用光纖的吸收率達到極大的波長時的所述激發(fā)光源的溫度表示為Tpeak時，所述熱阻控制單元為了使所述激發(fā)光源的溫度接近Tpeak而控制所述散熱器的熱阻Rth。放大用光纖吸收來自激發(fā)光源的光，而其吸收率會根據(jù)入射光的波長而改變。在激發(fā)光源的溫度是Tpeak時，假設激發(fā)光源的激發(fā)波長(或其平均)變成放大用光纖的極大的吸收波長，此時若激發(fā)光源的溫度偏離Tpeak，則放大用光纖的入射光的吸收率會減少。對此，如果采用以上所述的構(gòu)成，則熱阻控制單元會進行使激發(fā)光源的溫度接近Tpeak的控制， 因此，能夠防止激發(fā)光的波長偏離放大用光纖的極大的吸收波長而導致的吸收率的降低。而且，通過用熱阻控制單元控制散熱器的熱阻Iith來調(diào)整激發(fā)光源中被散熱器吸收的熱量，以此使激發(fā)光源的溫度接近Tpeak。由于作為激發(fā)光源的溫度控制單元使用的是散熱器，因此能簡化裝置的結(jié)構(gòu)，而且與作為溫度控制單元使用珀耳帖元件的以往的結(jié)構(gòu)相比，能抑制能量損耗。從而能獲得輸出穩(wěn)定且效率良好的光纖激光裝置。[發(fā)明的效果]如以上所述，本發(fā)明的光纖激光裝置具備放大用光纖、用于激發(fā)所述放大用光纖的激發(fā)光源、用于吸收所述激發(fā)光源所產(chǎn)生的熱并將其發(fā)散到外部的散熱器、用于控制所述散熱器的熱阻I^th的熱阻控制單元，將所述激發(fā)光源的激發(fā)波長變?yōu)槭顾龇糯笥霉饫w的吸收率達到極大的波長時的所述激發(fā)光源的溫度表示為Tpeak時，所述熱阻控制單元控制所述散熱器的熱阻IV使得所述激發(fā)光源的溫度接近Tpeak,由此能獲得輸出穩(wěn)定且輸出效率良好的光纖激光裝置。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的光纖激光裝置的簡略結(jié)構(gòu)的模塊圖。圖2是表示所述光纖激光裝置的PA部的結(jié)構(gòu)圖。圖3是表示入射至放大用光纖中的光的波長和放大用光纖的吸收率之間的關(guān)系
圖4是表示散熱器的溫度和光纖激光裝置的輸出之間的關(guān)系的圖表。圖5是表示本發(fā)明的實施例所涉及的光纖結(jié)構(gòu)裝置的針對工作環(huán)境溫度的輸出特性的圖表。[附圖標記說明]L···光纖激光裝置 4…放大用光纖5…LD (激發(fā)光源) 6a…LD用散熱器(散熱器)7a…LD用鼓風機(熱阻控制單元、鼓風機)8…熱敏電阻(熱阻控制單元、溫度檢測單元)9…CPU (熱阻控制單元、風量控制單元)
具體實施例方式下面參照圖1 圖4來說明本發(fā)明的一實施方式。(光纖激光裝置的結(jié)構(gòu))圖1是表示本實施方式所涉及的光纖激光裝置1的簡略結(jié)構(gòu)的模塊圖。光纖激光裝置1是通過主振蕩器和光放大器的組合來進行脈沖振蕩的MOPA式光纖激光裝置，其具備作為振蕩部的MO部2和作為放大部的PA部3。圖2是表示圖1中的PA部3的結(jié)構(gòu)圖。PA部3具備放大用光纖4、LD(激發(fā)光源)5、LD用散熱器6a、光纖用散熱器6b、LD用鼓風機7a、光纖用鼓風機7b、熱敏電阻 (thermistor)8、CPU (中央處理器)9。放大用光纖4的一端形成為來自LD5的激發(fā)光和來自MO部2的信號光可入射的結(jié)構(gòu)，放大用光纖4的芯中添加有鐿( )或鉺(Er)等的稀土類元素。由此，放大用光纖4 放大來自MO部2的信號光并將其從另一端發(fā)射至被加工物上。本實施方式中，設置了 6個 LD5，但LD5的個數(shù)并不局限于此。LD用散熱器6a是吸收產(chǎn)生自LD5的熱并將此熱發(fā)散至外部的器件，其由金屬板和散熱翅片所構(gòu)成。散熱翅片形成在金屬板的一側(cè)面上，金屬板的另一側(cè)面則被固定在LD5 上。LD用鼓風機7a是促進LD用散熱器6a的散熱作用的風冷鼓風機。如后文所述，根據(jù)熱敏電阻8以及CPU9來控制LD用鼓風機7a所產(chǎn)生的風的供給量，使得LD5的溫度恒定為規(guī)定的目標值。光纖用散熱器6b是吸收產(chǎn)生自放大用光纖4的熱并將此熱發(fā)散至外部的器件，具有與LD用散熱器6a大致相同的結(jié)構(gòu)。供給到光纖用散熱器6b上的風是由光纖用鼓風機 7b產(chǎn)生的風。另外，光纖用鼓風機7b供給的風量與光纖激光裝置1的環(huán)境溫度無關(guān)地保持恒定。(LD的溫度控制)在本實施方式中，根據(jù)LD5的溫度來改變LD用鼓風機7a供給到LD用散熱器6a 的風量，從而控制LD用散熱器6a的熱阻，由此不管使用光纖激光裝置1的環(huán)境溫度如何， LD5的溫度均能被控制為目標值即溫度Tpeak。熱敏電阻8以及CPU9即是為實現(xiàn)此控制而設置的器件。對于溫度Tpeak的設定，將在后文中說明。熱敏電阻8靠近LD5而設置在LD用散熱器6a的金屬板上，其根據(jù)檢測出的溫度而輸出電壓信號。CPU9具備溫度檢測部91、比較部92、溫度目標值存儲部93、電流控制部 94。來自熱敏電阻8的電壓信號被輸入到溫度檢測部91中，之后溫度檢測部91將該電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并輸出給比較部92。溫度目標值存儲部93中存儲有表示溫度Tpeak的目標值，比較部92對輸入自溫度檢測部91的數(shù)字值和存儲在溫度目標值存儲部93中的目標值進行比較。從溫度檢測部91輸入的數(shù)字值比目標值大時，即熱敏電阻8的檢測溫度比溫度 Tpeak高時，比較部92向電流控制部94輸出目的在于增大對LD用鼓風機7a的供給電流的控制信號。由此從LD用鼓風機7a供給到LD用散熱器6a的風量會增多，因此會降低LD用散熱器6a的熱阻。結(jié)果，LD用散熱器6a的散熱量得以增加，LD5的溫度會降低到溫度Tpeak。對此，從溫度檢測部91輸入的數(shù)字值比目標值小時，即熱敏電阻8的檢測溫度比溫度Tpeak低時，比較部92向電流控制部94輸出目的在于減少對LD用鼓風機7a的供給電流的控制信號。由此從LD用鼓風機7a供給到LD用散熱器6a的風量會減少，因此會增加 LD用散熱器6a的熱阻。結(jié)果，LD用散熱器6a的散熱量得以減少，LD5的溫度會上升到溫度 Tpeak°如上所述，LD用鼓風機7a、熱敏電阻8以及CPU9將用作控制LD用散熱器6a的熱阻以致LD5的溫度達到溫度Tpeak的熱阻控制單元。(溫度Tpeak的設定)接下來，說明溫度TpMk。溫度Tpeak是LD5的激發(fā)波長變成放大用光纖4的吸收率達到極大時的波長λρ-的溫度。圖3是表示入射到放大用光纖4中的光的波長和放大用光纖4的吸收率之間的關(guān)系的圖表。如圖中實線表示，在LD5的工作范圍內(nèi)，入射光的波長達到λρΜ 時放大用光纖 4的吸收率最大。而且，LD5的激發(fā)波長也因溫度而發(fā)生變化。在圖3中，虛線、一點劃線以及雙點劃線分別表示溫度為0°C、30°C以及Tpeak下的LD5的激發(fā)波長。如前所述，由于入射光的波長達到λ peak時放大用光纖4的吸收率最大，因而通過進行使LD5的溫度達到Tpeak的控制，對LD5的激發(fā)光的吸收率會變?yōu)樽畲蟆D4是表示LD用散熱器6a的溫度和光纖激光裝置1的輸出P之間的關(guān)系的圖表。 從該圖表可知，LD用散熱器6a的溫度，即LD5的溫度達到Tpeak時光纖激光裝置1的輸出會變?yōu)樽畲?。從而，通過進行使LD5的溫度達到Tpeak的控制，能穩(wěn)定光纖激光裝置1的高效率輸出。而且，作為LD5的溫度控制單元使用了散熱器以及風冷鼓風機，因此與作為溫度控制單元而使用珀耳帖元件的以往的結(jié)構(gòu)相比，能減少能量消耗。在此，當光纖激光裝置1的規(guī)范環(huán)境溫度設定在Tamb min Tamb _的范圍內(nèi)時，優(yōu)選的是，光纖激光裝置1的輸出在環(huán)境溫度Tamb min Tamb max的范圍內(nèi)不發(fā)生變動。此時，需要使用滿足下述條件的LD5、LD用散熱器6a以及LD用鼓風機7a。首先，在作為溫度控制單元使用了散熱器和風冷鼓風機的本結(jié)構(gòu)中，無法將LD5 的溫度控制得比環(huán)境溫度低。因此，溫度Tpeak必須高于規(guī)范環(huán)境溫度的上限Tamb—_。即需要選定滿足關(guān)系式Tpeak > Tamb fflax的LD5。其次，LD用散熱器6a以及LD用鼓風機7a需要滿足以下要件。LD用散熱器6a的熱阻根據(jù)LD用鼓風機7a所供給的風量而改變。在此，將LD用散熱器6a的熱阻的最小值即LD用鼓風機7a所供給的風量最大時的熱阻表示為IV—_，將該熱阻的最大值即LD用鼓風機7a停止時的熱阻表示為IV—_。而且，LD5的能量消耗(即發(fā)熱量)表示為Pdis。此時，在環(huán)境溫度Tamb _下使用光纖激光裝置1時，LD5的可控制的溫度下限是 T b_max+Rth_mi XPdiso溫度Tpeak比該下限溫度低時，在環(huán)境溫度Tamb max下無法將LD5的溫度指控為T_k，因此需要滿足關(guān)系式
Tpeak〉Tgjjjb—max+Rth—min X Rdis 0同樣，在環(huán)境溫度Tamb min下使用光纖激光裝置1時，LD5的可控制的溫度上限是 T b_mi +Rth_maxXPdiso溫度Tpeak比該上限溫度高時，在環(huán)境溫度Tamb min下無法將LD5的溫度控制為Tpeak,因此需要滿足關(guān)系式Tpeak < Tamb
_min+Rth—max ^ ^dis °SP，如圖4的虛線所示，溫度Tpeak必須是Tamb max+Rth
min ^ -^dis 至丨J T—b—min+Rth—max X Pdis
的范圍內(nèi)溫度。從而，作為熱阻的要件，需要使用滿足以下關(guān)系式，即
權(quán)利要求
1.一種光纖激光裝置，其特征在于具備放大用光纖、用于激發(fā)所述放大用光纖的激發(fā)光源、用于吸收所述激發(fā)光源所產(chǎn)生的熱的散熱器、用于控制所述散熱器的熱阻Rth的熱阻控制單元，將所述激發(fā)光源的激發(fā)波長成為使所述放大用光纖的吸收率達到極大的波長時的所述激發(fā)光源的溫度表示為Tpeak時，所述熱阻控制單元為了使所述激發(fā)光源的溫度接近Tpeak 而控制所述散熱器的熱阻Rth。
2.一種光纖激光裝置，其特征在于具備放大用光纖、用于激發(fā)所述放大用光纖的多個激發(fā)光源、用于吸收所述激發(fā)光源所產(chǎn)生的熱的散熱器、用于控制所述散熱器的熱阻Rth的熱阻控制單元，將所述激發(fā)光源的激發(fā)波長的平均成為使所述放大用光纖的吸收率達到極大的波長時的所述激發(fā)光源的溫度表示為Tpeak時，所述熱阻控制單元為了使所述激發(fā)光源的溫度接近Tpeak而控制所述散熱器的熱阻Rth。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光纖激光裝置，其特征在于當所述光纖激光裝置的規(guī)范環(huán)境溫度的范圍是Tamb min Tamb max時，Tpeak > Tamb max的關(guān)系成立。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的光纖激光裝置，其特征在于所述熱阻控制單元具備向所述散熱器供給風的鼓風機、用于檢測所述激發(fā)光源的溫度的溫度檢測單元、根據(jù)所述溫度檢測單元所檢測出的溫度來控制所述鼓風機的風量的風量控制單元。
5.如權(quán)利要求3所述的光纖激光裝置，其特征在于將所述激發(fā)光源的發(fā)熱量表示為Pdis、所述熱阻的最小值表示為Rthjlin、所述熱阻的最大值表示為Rthjiax時，
全文摘要
本發(fā)明所涉及的光纖激光裝置PA部(3)具備放大用光纖(4)；用于激發(fā)放大用光纖(4)的LD(5)；用于吸收從LD(5)產(chǎn)生的熱的LD用散熱器(6a)；用于控制LD用散熱器(6a)的熱阻Rth的LD用鼓風機(7a)；熱敏電阻(8)；CPU(9)。LD(5)的溫度是通過改變LD用散熱器(6a)的熱阻Rth來控制的，以此使LD(5)的溫度接近其激發(fā)波長成為放大用光纖(4)的吸收率達到極大的波長時的溫度Tpeak。
文檔編號H01S3/06GK102484351SQ201180003505
公開日2012年5月30日 申請日期2011年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者阪本真一 申請人:株式會社藤倉