(57)【要約】  本発明は、出力パルス光のパルス幅（ＦＷＨＭ）の繰返し周波数依存性を低減可能な光源制御方法に関する。パルス光源は、ＭＯＰＡ構造を有し、種光源および光ファイバ増幅器を備える。種光源は、直接変調され、パルス光を出力する半導体レーザを含む。種光源の温度および光ファイバ増幅器の励起光パワーを調整することで、光ファイバ増幅器から出力されるパルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現する。
2012161092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接変調され、パルス光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されるパルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちの前記入力パルス光のピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する光フィルタと、そして、前記光フィルタから出力された成形パルス光を増幅し、その増幅パルス光を出力する光ファイバ増幅器と、を備えたパルス光源を用意し、
前記半導体レーザの温度を調整することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現する光源制御方法。
【請求項２】
更に前記光ファイバ増幅器の励起光パワーを制御することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現することを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項３】
前記所定のパルス半値全幅が１ｎｓ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源制御方法。
【請求項４】
前記所定のパルス半値全幅が５００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項３に記載の光源制御方法。
【請求項５】
前記所定のパルス半値全幅が３００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項４に記載の光源制御方法。
【請求項６】
前記所定の繰返し周波数が６００ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の光源制御方法。
【請求項７】
前記半導体レーザの温度と繰返し周波数とパルス半値全幅との間の関係を予め求めておき、この関係に基づいて前記半導体レーザの温度調整をフィードフォワード制御することにより、前記光ファイバ増幅器からの増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現することを特徴とする請求項１または２に記載の光源制御方法。
【請求項８】
前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光の半値全幅をモニタし、この半値全幅モニタ結果に基づいて前記半導体レーザの温度調整をフィードバック制御することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現することを特徴とする請求項１または２に記載の光源制御方法。
【請求項９】
前記半値全幅モニタ結果が前記所定のパルス半値全幅と比較して広いときに前記半導体レーザの温度を上げ、前記半値全幅モニタ結果が前記所定のパルス半値全幅と比較して狭いときに前記半導体レーザの温度を下げることを特徴とする請求項８に記載の光源制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接変調された半導体レーザから出力されるパルス光を光ファイバ増幅器により増幅し、該増幅パルス光を繰返し出力するパルス光源を制御する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルス光源は、レーザ加工等に代表される産業用途に用いられる。一般に、微細な加工対象のレーザ加工において、パルスレーザ光のパルス幅を一定に制御することは、周囲への熱影響を含めた加工品質を管理する上で重要である。その一方で、加工対象に応じて要求されるスループットなどは様々であり、パルス光出力の繰返し周波数は用途に応じて最適化が必要となる。なお、パルス幅の制御は、微細加工に限らず、光計測や通信、医療応用の分野でも重要である。特許文献１には、出力パルス光のパルス幅を圧縮する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５２５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、上述のような従来のパルス光源のパルス幅制御について詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１に記載されたパルス光源は、出力パルス光のパルス幅を圧縮する上で有効である。しかし、上記特許文献１の図１３に示されたように、光ファイバ増幅器の過渡応答により、パルス光出力の繰返し周波数が低いとパルス幅が増大する。即ち、上記特許文献１によれば、繰返し周波数が１００ｋＨｚであるときにパルスの半値全幅（以下、パルス半値全幅といい、単にパルス幅又はＦＷＨＭと表す場合もある）は０.５６ｎｓであるが、繰返し周波数が２.５ＭＨｚであるときにはＦＷＨＭは０.４１ｎｓとなっている。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、出力パルス光のパルス幅（ＦＷＨＭ）の繰返し周波数依存性を低減可能にする光源制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る光源制御方法は、直接変調される半導体レーザを種光源として含むパルス光源を用意し、出力パルス光のパルス幅の繰返し周波数依存性を低減させる。具体的に、パルス光源は、半導体レーザと、光フィルタと、光ファイバ増幅器と、を備え、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構造を有する。半導体レーザは、直接変調され、パルス光を出力する。光フィルタは、半導体レーザから出力されるパルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちのパルス光のピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する。光ファイバ増幅器は、光フィルタから出力された成形（shaped）パルス光を増幅し、その増幅パルス光を出力する。そして、当該光源制御方法では、第１の態様として、半導体レーザの温度を調整することにより、光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現する。また、当該光源制御方法では、上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、更に光ファイバ増幅器の励起光パワーを制御することにより、光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルスの半値全幅を実現するのが好適である。さらに、上記第１および第２の態様の少なくともいずれかに適用可能な第３〜第５の態様として、所定のパルス半値全幅は少なくとも１ｎｓ未満、好ましくは５００ｐｓ未満、更に好ましくは３００ｐｓ未満である。また、上記第１および第２の態様の少なくともいずれかに適用可能な第６の態様として、所定の繰返し周波数は６００ｋＨｚ以下であるのが好適である。【０００７】
本発明の光源制御方法は、上記第１および第２の態様の少なくともいずれかに適用可能な第７の態様として、半導体レーザの温度と繰返し周波数とパルス半値全幅との間の関係を予め求めておく。この関係は、温度、繰り返し周波数、パルス半値全幅の予め得られた測定値をテーブル化し、この測定値テーブルをメモリに格納しておくことにより実現可能である。第７の態様では、この関係（予めメモリに格納されたテーブルにより関係付けられた測定値）に基づいて半導体レーザの温度調整をフィードフォワード制御することにより、光ファイバ増幅器からの増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅が実現されるのが好適である。【０００８】
さらに、上記第１および第２の態様の少なくともいずれかに適用可能な第８の態様として、本発明に係る光源制御方法は、光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光の半値全幅をモニタし、この半値全幅モニタ結果に基づいて半導体レーザの温度調整をフィードバック制御することにより、光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現するのが好適である。特に、上記第８の態様に適用可能な第９の態様として、半値全幅モニタ結果が所定のパルス半値全幅と比較して広いときに半導体レーザの温度が上げられ、半値全幅モニタ結果が所定のパルスの半値全幅と比較して狭いときに半導体レーザの温度が下げられるのが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、出力パルス光のパルス幅（ＦＷＨＭ）の繰返し周波数依存性が好適に低減され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】は、本発明に係るパルス光源の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】は、図１のパルス光源からの出力パルス光（増幅パルス光）のパルス波形を示す図である。
【図３】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図４】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図５】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図６】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図７】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図８】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図９】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図１０】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図１１】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図１２】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図１３】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。
【図１４】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス幅（ＦＷＨＭ）と繰返し周波数との関係を示すグラフである。
【図１５】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス幅（ＦＷＨＭ）と種光源の温度との関係を示すグラフである。
【図１６】は、図１のパルス光源からの出力パルス光のパルス幅（ＦＷＨＭ）と種光源の温度との関係を示すグラフである。
【図１７】は、本発明に係るパルス光源の他の実施形態の構成を示す図である。
【図１８】は、本発明に係るパルス光源の更に他の実施形態の構成を示す図である。
【図１９】は、出力パルス光のＦＷＨＭの制御アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明に係るパルス光源の一実施形態の構成を示す図である。図１において、パルス光源１は、ＭＯＰＡ構造を有し、種光源１０および光ファイバ増幅器２０と、を備える。種光源１０は、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚにおよぶ高い繰返し周波数と、繰返し周波数に依存せずに一定のパルス幅を実現できるよう、駆動電流０〜２２０ｍＡの範囲で直接パルス変調される１０６０ｎｍ帯ファブリーペロ半導体レーザを含む。
【００１３】
光ファイバ増幅器２０は、プリアンプ２１およびブースタアンプ２２を含む。プリアンプ２１は、ＹｂＤＦ１１０、バンドパスフィルタ１２０、ＹｂＤＦ１３０、バンドパスフィルタ１４０およびＹｂＤＦ１５０等を含む。ブースタアンプ２２は、ＹｂＤＦ１６０等を含む。プリアンプ２１およびブースタアンプ２２それぞれは、光ファイバ増幅器であり、種光源１０から繰返し出力されたパルス光を増幅し、エンドキャップ３０から増幅パルス光を出力させる。このパルス光源１は、レーザ加工に好適である波長１０６０ｎｍ付近のパルス光を出力する。
【００１４】
ＹｂＤＦ１１０，１３０，１５０，１６０は、種光源１０から出力される波長１０６０ｎｍ付近のパルス光を増幅する光増幅媒体であり、石英ガラスからなる光ファイバのコアに活性物質としてＹｂ元素が添加されている。ＹｂＤＦ１１０，１３０，１５０，１６０は、励起光波長と被増幅光波長とが互いに近くパワー変換効率的の点で有利であり、また、波長１０６０ｎｍ付近において高い利得を有する点で有利である。これらＹｂＤＦ１１０，１３０，１５０，１６０は、４段の光ファイバ増幅器を構成している。
【００１５】
第１段のＹｂＤＦ１１０には、光カプラ１１３および光カプラ１１１を経由した励起光源１１２からの励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ１１０が光アイソレータ１１４および光カプラ１１１を経由した種光源１０からのパルス光を増幅し、該増幅されたパルス光が光アイソレータ１１５を介して出力される。
【００１６】
バンドパスフィルタ１２０は、光アイソレータ１１５を経由した第１段のＹｂＤＦ１１０からの増幅パルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちの短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する。
【００１７】
第２段のＹｂＤＦ１３０には、光カプラ１１３および光カプラ１３１を経由した励起光源１１２からの励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ１３０は、光カプラ１３１を経由したバンドパスフィルタ１２０からのパルス光を増幅し、該増幅されたパルス光を出力する。
【００１８】
バンドパスフィルタ１４０は、第２段のＹｂＤＦ１３０からの増幅パルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちの短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する。
【００１９】
第３段のＹｂＤＦ１５０には、光カプラ１５１を経由した励起光源１５２からの励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ１５０は、光アイソレータ１５３および光カプラ１５１を経由したバンドパスフィルタ１４０からのパルス光を増幅し、該増幅されたパルス光を出力する。
【００２０】
第４段のＹｂＤＦ１６０には、光コンバイナ１６１を経由した励起光源１６２〜１６７それぞれからの励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ１６０が光アイソレータ１６８および光コンバイナ１６１を経由した第３段のＹｂＤＦ１５０からのパルス光を更に増幅し、該増幅されたパルス光がエンドキャップ３０を介して当該パルス光源１の外部へ出力される。
【００２１】
より好適な構成例は以下のとおりである。ＹｂＤＦ１１０，１２０，１３０それぞれは、単一クラッド構造のＡｌ共添加石英系ＹｂＤＦであり、Ａｌ濃度が５wt％であり、コア径が７μｍであり、クラッド径が１２５μｍであり、９１５ｎｍ帯励起光非飽和吸収が７０ｄＢ／ｍであり、９７５ｎｍ帯励起光非飽和吸収ピークが２４０ｄＢ／ｍであり、長さが７ｍである。第４段のＹｂＤＦ１６０は、二重クラッド構造を有するＡｌ共添加石英系ＹｂＤＦであり、Ａｌ濃度が１wt％であり、コア径が１０μｍであり、クラッド径が１２５μｍであり、９１５ｎｍ帯励起光非飽和吸収が１.５ｄＢ／ｍであり、長さが３.５ｍである。
【００２２】
ＹｂＤＦ１１０，１３０，１５０，１６０に供給される励起光の波長は何れも０.９８μｍ帯である。第１段のＹｂＤＦ１１０に供給される励起光は、パワーが２００ｍＷであって、単一モードである。第２段のＹｂＤＦ１３０に供給される励起光は、パワーが２００ｍＷであって、単一モードである。第３段のＹｂＤＦ１５０に供給される励起光は、パワーが４００ｍＷであって、単一モードである。また、第４段のＹｂＤＦ１６０に供給される励起光は、パワーが１２〜２４Ｗであって、マルチモードである。なお、以降では、第４段のＹｂＤＦ１６０に供給される励起光のパワーが２４Ｗであるとき１００％として、これとの相対比で当該励起光パワーを表す。
【００２３】
バンドパスフィルタ１２０，１４０それぞれの中心波長を、敢えて種光源１０の出力光スペクトルの最大強度波長から短波長側または長波長側にシフトさせることで、種光源１０から出力される種光のうちチャーピング成分だけを切り出すことができる。そして、その後に該光を増幅することにより、短パルス幅のパルス光を生成することができる。また、バンドパスフィルタ１２０，１４０それぞれはＡＳＥ光を除去することができる。バンドパスフィルタ１２０，１４０それぞれの透過スペクトルのＦＷＨＭは例えば１ｎｓ以下に維持される。
【００２４】
図２〜図１３それぞれは、パルス光源１からの出力パルス光のパルス波形を示す図である。これらの図において、グラフＧ２１０、Ｇ３１０，Ｇ４１０，Ｇ５１０，Ｇ６１０，Ｇ７１０，Ｇ８１０，Ｇ９１０，Ｇ１０１０，Ｇ１１１０，Ｇ１２１０，Ｇ１３１０の合計１２本のグラフは、第４段のＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを３０％とした場合の出力パルス光のパルス波形を示す。グラフＧ２２０、Ｇ３２０，Ｇ４２０，Ｇ６２０，Ｇ７２０，Ｇ８２０，Ｇ９２０，Ｇ１０２０，Ｇ１１２０，Ｇ１２２０の合計１０本のグラフは、第４段のＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％とした場合の出力パルス光のパルス波形を示す。グラフＧ２３０、Ｇ３３０，Ｇ４３０，Ｇ５３０，Ｇ６３０，Ｇ７３０，Ｇ８３０，Ｇ１０３０，Ｇ１１３０，Ｇ１２３０，Ｇ１３３０の合計１１本のグラフは、第４段のＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを７０％とした場合の出力パルス光のパルス波形を示す。グラフＧ２４０、Ｇ３４０，Ｇ４４０，Ｇ５４０，Ｇ６４０，Ｇ７４０，Ｇ８４０，Ｇ９４０，Ｇ１０４０，Ｇ１１４０，Ｇ１２４０，Ｇ１３４０の合計１２本のグラフは、第４段のＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを１００％とした場合の出力パルス光のパルス波形を示す。
【００２５】
図２〜図５は、種光源１０の温度を１７℃に設定した場合の出力パルス光のパルス波形を示す。そのうち、図２は繰返し周波数を１００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ２１０〜Ｇ２４０）を示し、図３は繰返し周波数を３００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ３１０〜Ｇ３４０）を示し、図４は繰返し周波数を６００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ４１０〜Ｇ４４０）を示し、図５は繰返し周波数を１０００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ５１０，Ｇ５３０〜Ｇ５４０）を示す。
【００２６】
図６〜図９は、種光源１０の温度を２７℃に設定した場合の出力パルス光のパルス波形を示す。そのうち、図６は繰返し周波数を１００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ６１０〜Ｇ６４０）を示し、図７は繰返し周波数を３００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ７１０〜Ｇ７４０）を示し、図８は繰返し周波数を６００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ８１０〜Ｇ８４０）を示し、図９は繰返し周波数を１０００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ９１０〜Ｇ９２０，Ｇ９４０）を示す。
【００２７】
また、図１０〜図１３は、種光源１０の温度を３７℃に設定した場合の出力パルス光のパルス波形を示す。そのうち、図１０は繰返し周波数を１００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ１０１０〜Ｇ１０４０）を示し、図１１は繰返し周波数を３００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ１１１０〜Ｇ１１４０）を示し、図１２は繰返し周波数を６００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ１２１０〜Ｇ１２４０）を示し、図１３は繰返し周波数を１０００ｋＨｚとしたときのパルス波形（グラフＧ１３１０〜Ｇ１３２０，Ｇ１３４０）を示す。
【００２８】
図２〜図１３から判るように、全般的に、繰返し周波数が高いほどＦＷＨＭ（パルス幅）は狭く、また、４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーが低いほどＦＷＨＭは狭くなる。
【００２９】
なお、図１４は、パルス光源１からの出力パルス光のＦＷＨＭと繰返し周波数との関係を示すグラフである。図１４において、グラフＧ１４１０は、種光源１０の温度１７℃において励起光パワーを１００％とした場合の関係、グラフＧ１４２０は、種光源１０の温度１７℃において励起光パワーを７０％とした場合の関係、グラフＧ１４３０は、種光源１０の温度１７℃において励起光パワーを５０％とした場合の関係をそれぞれ示す。グラフＧ１４４０は、種光源１０の温度２７℃において励起光パワーを１００％とした場合の関係、グラフＧ１４５０は、種光源１０の温度２７℃において励起光パワーを７０％とした場合の関係、グラフＧ１４６０は、種光源１０の温度２７℃において励起光パワーを５０％とした場合の関係をそれぞれ示す。グラフＧ１４７０は、種光源１０の温度３７℃において励起光パワーを１００％とした場合の関係、グラフＧ１４８０は、種光源１０の温度３７℃において励起光パワーを７０％とした場合の関係、グラフＧ１４９０は、種光源１０の温度３７℃において励起光パワーを５０％とした場合の関係をそれぞれ示す。
【００３０】
図１５および図１６は、パルス光源１からの出力パルス光のＦＷＨＭと種光源１０の温度との関係を示すグラフである。図１５は第４段のＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを１００％とした場合のグラフを示し、具体的には、グラフＧ１５１０は繰返し周波数が１００ｋＨｚの場合の関係、グラフＧ１５２０は繰返し周波数が３００ｋＨｚの場合の関係、グラフＧ１５３０は繰返し周波数が６００ｋＨｚの場合の関係、グラフＧ１５４０は繰返し周波数が１ＭＨｚの場合の関係をそれぞれ示す。また、図１６は第４段のＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを７０％とした場合のグラフを示し、具体的には、グラフＧ１６１０は繰返し周波数が１００ｋＨｚの場合の関係、グラフＧ１６２０は繰返し周波数が３００ｋＨｚの場合の関係、グラフＧ１６３０は繰返し周波数が６００ｋＨｚの場合の関係、グラフＧ１６４０は繰返し周波数が１ＭＨｚの場合の関係をそれぞれ示す。
【００３１】
出力パルス光のＦＷＨＭは少なくとも１ｎｓ未満、好ましくは５００ｐｓ未満、更に好ましくは３００ｐｓ未満であるが、例えば、出力パルス光のＦＷＨＭを３００ｐｓ程度で一定にしたい場合は、繰返し周波数が１００ｋＨｚであれば種光源温度を３５.５℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを１００％とし、繰返し周波数が３００ｋＨｚであれば種光源温度を３４.０℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを１００％とし、繰返し周波数が６００ｋＨｚであれば種光源温度を２７.０℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを１００％とすればよい。このように種光源１０の温度を制御することで、繰返し周波数１００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚの範囲で、出力パルス光のＦＷＨＭを３００ｐｓに維持することができる。
【００３２】
或いは、例えば、出力パルス光のＦＷＨＭを２００ｐｓに維持したい場合、一例として、繰返し周波数が１００ｋＨｚあれば種光源１０の温度を３７.０℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを７０％とする。また、繰返し周波数が３００ｋＨｚあれば種光源１０の温度を３４.０℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを７０％としてもよい。繰返し周波数が６００ｋＨｚあれば種光源１０の温度を２７.０℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを７０％としてもよい。繰返し周波数が１ＭＨｚあれば種光源の温度を２７.０℃とするとともに４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを１００％としてもよい。このように種光源１０の温度および４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを制御することで、繰返し周波数１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で、出力パルス光のＦＷＨＭを２００ｐｓに維持することができる。
【００３３】
ただし、４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーの制御に関しては、出力パルス光のピーク値まで減衰させてしまっては加工品質に影響が及ぶ。そのため、光ファイバ増幅部の小信号利得および光ファイバ中の非線形光学効果の双方または何れか一方の要因により飽和している領域内で出力パルス光のピーク値を制御することが望ましい。図２〜図１３に示されたグラフでは、４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーが７０〜１００％の範囲が、これに相当する。
【００３４】
なお、上述のような出力パルス光のＦＷＨＭ制御に際しては、様々な条件（繰返し周波数、種光源１０の温度および４段目ＹｂＤＦ励起パワーを含む条件）にてパルス光源１の出力パルス光のＦＷＨＭを予め計測して求めておき、この結果に基づいてフィードフォワード制御により種光源１０の温度および４段目ＹｂＤＦ励起パワーを調整することにより、出力パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス幅（ＦＷＨＭ）を実現するのが好適である。このようなフィードフォワード方式による制御は、装置コストを低減する上で好適である。
【００３５】
図１７および図１８は、本発明に係るパルス光源の他の実施形態の構成を示す図である。これらの図に示されるパルス光源１Ａ，１Ｂは、フィードバック制御を行う光源である。このようなフィードバック制御は、加工品質の安定化の保証という点で、より優れている。なお、フードフォワード制御を実現する場合、図１７および図１８に示された構成のうち、出力パルス光をモニタする構成（エンドキャップ３０の下流側に配置されたビームスプリッタ、ＰＤ４４、デジタルオシロスコープ４５）は不要である。
【００３６】
図１７に示されたパルス光源１Ａは、ペルチエ素子４１により種光源１０の温度を調整し、温度設定部４３により種光源１０の温度設定値Ｔrefをメモリ５０に記憶しておき、種光源１０の温度測定値が温度設定値Ｔrefになるようにオペアンプ４２によりペルチエ素子４１を制御する。また、パルス光源１Ａは、エンドキャップ３０から出力されるパルス光の一部をビームスプリッタにより分岐し、ＰＤ４４で受光された当該分岐光のＦＷＨＭをデジタルオシロスコープ４５によりモニタする。なお、フィードフォワード制御の場合、メモリ５０には、条件（繰返し周波数、種光源１０の温度および４段目ＹｂＤＦ励起パワーを含む条件）にて予め測定されたパルス光源１の出力パルス光のＦＷＨＭの測定値が、各条件と関係付けられたテーブルとして格納されている。
【００３７】
そして、パルス光源１Ａでは、制御部４６Ａが、このＦＷＨＭのモニタ結果に基づいてフィードバック制御を行う。パルス光源１Ａは、このフィードバック制御により、温度設定部４３における種光源１０の温度設定値Ｔrefを調整することで種光源１０の温度を調整し、出力パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス幅（ＦＷＨＭ）を実現する。このとき、ＦＷＨＭモニタ結果が所定のパルス幅（ＦＷＨＭ）と比較して広ければ種光源１０の温度を上げ、ＦＷＨＭモニタ結果が所定のパルス幅（ＦＷＨＭ）と比較して狭ければ種光源１０の温度を下げる。
【００３８】
図１８に示されるパルス光源１Ｂは、制御部４６Ａに替えて制御部４６Ｂを含む。パルス光源１Ｂでは、制御部４６Ｂが、ＦＷＨＭのモニタ結果に基づいてフィードバック制御を行う。パルス光源１Ｂは、このフィードバック制御により、温度設定部４３における種光源１０の温度設定値Ｔrefを調整することで種光源１０の温度を調整し、また、４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを調整して、出力パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス幅（ＦＷＨＭ）を実現する。
【００３９】
出力パルス光のＦＷＨＭの制御アルゴリズムは以下のようなものが好適である。すなわち、図１９に示されたように、まず、ステップＳ１で種光源１０の温度を可変範囲の中で調整し、これでも所望の出力パルス光のＦＷＨＭが実現できなかった場合は、ステップＳ２で４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーを調整する。所望の出力パルス光のＦＷＨＭがステップＳ１，Ｓ２での調整可能な値より広い場合は、ステップＳ３で種光源１０の変調信号のパルス幅、バイアスレベルおよび振幅の何れかを調整する。ステップＳ１での温度調整は、繰返し周波数６００ｋＨｚ以下の条件にて行うことが望ましい。図１５および図１６に示されたとおり、繰返し周波数が６００ｋＨｚを超えると、出力パルス光のＦＷＨＭの種光源１０の温度への依存性が単調ではなくなる。
【００４０】
ステップＳ１〜Ｓ３の調整でも所望の出力パルス光のＦＷＨＭが達成できない場合は、フィードフォワード制御およびフィードバック制御の何れであっても、制御部より何らかのアラーム（操作パネル上のＬＥＤの点灯または制御ソフト上のエラーメッセージ）を出力することが望ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１，１Ａ，１Ｂ…パルス光源、１０…種光源、２０…光ファイバ増幅器、２１…プリアンプ、２２…ブースタアンプ、３０…エンドキャップ、５０…メモリ、１１０…ＹｂＤＦ、１１１…光カプラ、１１２…励起光源、１１３…光カプラ、１１４，１１５…光アイソレータ、１２０…バンドパスフィルタ、１３０…ＹｂＤＦ、１３１…光カプラ、１４０…バンドパスフィルタ、１５０…ＹｂＤＦ、１５１…光カプラ、１５２…励起光源、１５３…光アイソレータ、１６０…ＹｂＤＦ、１６１…光コンバイナ、１６２〜１６７…励起光源、１６８…光アイソレータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月22日(2013.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接変調され、パルス光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されるパルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちの前記入力パルス光のピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する光フィルタと、そして、前記光フィルタから出力された成形パルス光を増幅し、その増幅パルス光を出力する光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器に前記パルス光を増幅するための励起光を供給する励起光源と、を備えたパルス光源を用意し、
前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、前記半導体レーザの温度、前記励起光のパワーと、繰返し周波数とパルス半値全幅との関係データを有し、
前記関係データに基づき、前記半導体レーザの温度および前記励起光のパワーを調整することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、任意の所定の繰返し周波数において任意の所定のパルス半値全幅を実現する光源制御方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記所定のパルス半値全幅が１ｎｓ未満であることを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項４】
前記所定のパルス半値全幅が５００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項３に記載の光源制御方法。
【請求項５】
前記所定のパルス半値全幅が３００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項４に記載の光源制御方法。
【請求項６】
前記所定の繰返し周波数が６００ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項７】
前記半導体レーザの温度と繰返し周波数とパルス半値全幅との間の関係を予め求めておき、この関係に基づいて前記半導体レーザの温度調整をフィードフォワード制御することにより、前記光ファイバ増幅器からの増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現することを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項８】
前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光のパルス半値全幅をモニタし、このパルス半値全幅モニタ結果に基づいて前記半導体レーザの温度調整をフィードバック制御することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現することを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項９】
前記半値全幅モニタ結果が前記所定のパルス半値全幅と比較して広いときに前記半導体レーザの温度を上げ、前記半値全幅モニタ結果が前記所定のパルス半値全幅と比較して狭いときに前記半導体レーザの温度を下げることを特徴とする請求項８に記載の光源制御方法。
【請求項１０】
前記関係データに基づいて、前記半導体レーザの温度および前記励起光のパワーをフィードフォワード制御することを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月18日(2013.11.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接変調され、パルス光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されるパルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちの前記入力パルス光のピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する光フィルタと、そして、前記光フィルタから出力された成形パルス光を増幅し、その増幅パルス光を出力する光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器に前記パルス光を増幅するための励起光を供給する励起光源と、を備えたパルス光源を用意し、
前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、前記半導体レーザの温度、前記励起光のパワーと、繰返し周波数とパルス半値全幅との関係データを有し、
前記関係データに基づき、前記半導体レーザの温度および前記励起光のパワーを調整することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において所定のパルス半値全幅を実現するようフィードフォワード制御を行う光源制御方法。
【請求項２】
前記所定のパルス半値全幅が１ｎｓ未満であることを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項３】
前記所定のパルス半値全幅が５００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項２に記載の光源制御方法。
【請求項４】
前記所定のパルス半値全幅が３００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項３に記載の光源制御方法。
【請求項５】
前記所定の繰返し周波数が６００ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源制御方法。
【請求項６】
直接変調され、パルス光を出力する半導体レーザと、前記半導体レーザから出力されるパルス光を入力し、その入力パルス光の波長帯域のうちの前記入力パルス光のピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させた成形パルス光を出力する光フィルタと、そして、前記光フィルタから出力された成形パルス光を増幅し、その増幅パルス光を出力する光ファイバ増幅器と、を備えたパルス光源を用意し、
前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光のパルス半値全幅をモニタし、このパルス半値全幅モニタ結果と所定のパルス半値全幅との比較に基づいて前記半導体レーザの温度を調整することにより、前記光ファイバ増幅器から出力される増幅パルス光について、所定の繰返し周波数において前記所定のパルス半値全幅を実現するようフィードバック制御を行う光源制御方法。
【請求項７】
前記半値全幅モニタ結果が前記所定のパルス半値全幅と比較して広いときに前記半導体レーザの温度を上げ、前記半値全幅モニタ結果が前記所定のパルス半値全幅と比較して狭いときに前記半導体レーザの温度を下げることを特徴とする請求項６に記載の光源制御方法。
【国際調査報告】
2012161092.tif 000022
2012161092.tif 000023
2012161092.tif 000024
2012161092.tif 000025