(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源であって、
パルス動作用に適合され、前面反射エレメントと後面反射エレメントとを具え、前記前面反射エレメント及び前記後面反射エレメントが内部レーザキャビティを規定し、当該内部レーザキャビティがレーザ活性媒体を具える半導体レーザと、
前記レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する波長選択性の光反射器であって、当該波長選択性の光反射器及び前記後面反射エレメントが外部レーザキャビティを規定する、部分伝達型で波長選択性の光反射器と、
を具え、前記外部レーザキャビティ中の光の往復時間が約２０ナノ秒又はそれ未満であり、前記波長選択性の光反射器の全幅半値帯域幅が、少なくとも５の前記内部レーザキャビティの縦モードと、少なくとも２０の前記外部レーザキャビティの縦モードを収容するように適合され、該レーザの前記パルス動作のパルス時間が、前記波長選択性の光反射器によって送られる前記光を受ける光ファイバにおける、前記波長選択性の光反射器により送られる波長チャープの持続時間と、非線形光学効果の蓄積時間との合計よりも短いことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光源が、パルス電流を前記半導体レーザに供給するように構成される電源を更に具えることを特徴とするレーザ光源。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のレーザ光源が、前記半導体レーザによって放射される光を受けるように配置される光ファイバを更に具え、前記波長選択性の光反射器が前記光ファイバ中に形成されるファイバブラッグ格子を具えることを特徴とするレーザ光源。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ光源において、前記外部レーザキャビティ中の前記光の往復時間が、約１０ナノ秒、約５ナノ秒、及び約１ナノ秒のうちの少なくとも１つより短いことを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザ光源において、前記波長選択性の光反射器の前記全幅半値帯域幅が、少なくとも２５の前記内部レーザキャビティの縦モードと、少なくとも２５０の前記外部レーザキャビティの縦モードとを収容するように適合されることを特徴とするレーザ光源。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザ光源において、前記前面反射エレメントの反射率が約０．０１％及び約０．１％のうちの少なくとも１つと等しい、又はそれより大きいことを特徴とするレーザ光源。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザ光源において、前記前面反射エレメントの反射率が約０．０１％及び約１％のうちの少なくとも１つと等しい、又はそれより小さいことを特徴とするレーザ光源。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のレーザ光源において、前記半導体レーザが、前記外部レーザキャビティ中の前記光の往復時間より短い可干渉時間を有する光を放射するように適合されることを特徴とするレーザ光源。
【請求項９】
請求項２に記載のレーザ光源において、前記電源が、約３ナノ秒ないし約１マイクロ秒の範囲のパルス持続時間を有する前記パルス電流を供給するように適合されることを特徴とするレーザ光源。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザ光源において、前記パルス持続時間が約５ナノ秒ないし約５００ナノ秒の範囲にあることを特徴とするレーザ光源。
【請求項１１】
レーザ光源であって、
パルス動作用に適合され、前面反射エレメントと後面反射エレメントとを具え、前記前面反射エレメント及び前記後面反射エレメントが内部レーザキャビティを規定し、当該内部レーザキャビティがレーザ活性媒体を具える半導体レーザと、
前記レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する部分伝達型で波長選択性の光反射器であって、当該波長選択性の光反射器及び前記後面反射エレメントが外部レーザキャビティを規定する、部分伝達型で波長選択性の光反射器と、
前記波長選択性の光反射器によって送られる光を受けるように配置され、非線形光学効果の蓄積時間を有する光ファイバ増幅器と、
を具え、前記外部レーザキャビティが前記非線形光学効果の前記蓄積時間よりも短い、前記外部レーザキャビティ中の光の往復時間を提供するように構成され、前記波長選択性の光反射器の全幅半値帯域幅が、少なくとも５の前記内部レーザキャビティの縦モードと、少なくとも２０の前記外部レーザキャビティの縦モードとを収容するように適合され、該レーザの前記パルス動作のパルス時間が、前記波長選択性の光反射器により送られる波長チャープの持続時間と、前記非線形光学効果の蓄積時間との合計よりも短いことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１２】
請求項１１に記載のレーザ光源が、パルス電流を前記半導体レーザに供給するように構成される電源を更に具えることを特徴とするレーザ光源。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のレーザ光源において、前記非線形光学効果が誘導ブリルアン散乱を含むことを特徴とするレーザ光源。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれかに記載のレーザ光源が、前記半導体レーザと前記光ファイバ増幅器とを接続する光ファイバを更に具え、前記波長選択性の光反射器が前記光ファイバ中に形成されるファイバブラッグ格子を具えることを特徴とするレーザ光源。
【請求項１５】
第１の光ファイバ中の非線形光学効果の蓄積時間を決定するステップと、
前面反射エレメントと後面反射エレメントとを具える半導体レーザを提供するステップであって、前記前面反射エレメント及び前記後面反射エレメントが内部レーザキャビティを規定し、当該内部レーザキャビティがレーザ活性媒体を具えるステップと、
当該レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する部分伝達型で波長選択性の光反射器を提供するステップであって、当該波長選択性の光反射器が、当該波長選択性の光反射器と前記半導体レーザの前記後面反射エレメントとによって規定される外部レーザキャビティを形成するように配置されるステップと、
電流を前記半導体レーザに供給する際に、前記半導体レーザによって放射される光のスペクトルを、前記波長選択性の光反射器の帯域幅に固定する時間を決定するステップと、
前記非線形光学効果の前記蓄積時間より短い値に固定する前記時間を調整するために、前記外部レーザ共振器中の光の光路長を設定するステップと、
前記波長選択性の光反射器によって送られる光パルスを前記第１の光ファイバに供給するステップと、
を具え、前記光パルスのパルス時間が、前記波長選択性の光反射器により送られる波長チャープの持続時間と、前記非線形光学効果の蓄積時間との合計よりも短いことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、前記波長選択性の光反射器を提供するステップが、前記半導体レーザによって放射される光をファイバブラッグ格子を含む第２の光ファイバに結合するステップを具え、前記第２の光ファイバが前記半導体レーザと前記第１の光ファイバとの間に提供されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記外部レーザキャビティ中の光の前記光路長を設定するステップが、前記半導体レーザと前記ファイバブラッグ格子との間で前記第２の光ファイバの一部の長さを選択するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５ないし１７のいずれかに記載の方法が、パルス電流を前記半導体レーザに供給するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記パルス電流が約３ナノ秒ないし約１マイクロ秒の範囲のパルス持続時間を具えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１５ないし１９のいずれかに記載の方法において、前記第１の光ファイバが光ファイバ増幅器を具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法がワークピースに対し、前記波長選択性の光反射器によって送られる前記光に応じて、前記ワークピースのレーザ溶接、前記ワークピースのレーザマーキング、及び前記ワークピースのレーザ切断のうちの少なくとも１つを行うように、前記光ファイバ増幅器によって放射される光を向けるステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前面反射エレメントと後面反射エレメントとを具える半導体レーザを提供するステップであって、前記前面反射エレメント及び前記後面反射エレメントが内部レーザキャビティを規定し、当該内部レーザキャビティがレーザ活性媒体を具えるステップと、
当該レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する部分伝達型で波長選択性の光反射器を提供するステップであって、当該波長選択性の光反射器及び前記後面反射エレメントが外部レーザキャビティを規定するステップと、
電流を前記半導体レーザに供給する際に、前記波長選択性の光反射器によって送られる光の波長チャープの持続時間を決定するステップと、
パルス電流を前記半導体レーザに供給するステップと、
を具え、前記パルス電流のパルス時間が、前記波長選択性の光反射器によって送られる前記光を受ける光ファイバにおける、前記波長チャープの持続時間と、非線形光学効果の蓄積時間との合計よりも短くなるように選択されることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記部分伝達型で波長選択性の反射器を提供するステップが、前記半導体レーザによって放射される光をファイバブラッグ格子を含む光ファイバに結合するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３に記載の方法が、前記波長選択性の反射器によって送られる光を光ファイバ増幅器に供給するステップを更に具えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法がワークピースに対し、前記波長選択性の光反射器によって送られる前記光に応じて、前記ワークピースのレーザ溶接、前記ワークピースのレーザマーキング、及び前記ワークピースのレーザ切断のうちの少なくとも１つを行うように、前記光ファイバ増幅器によって放射される光を向けるステップを更に具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的にレーザ光源に関し、特に半導体レーザ及び／又は光ファイバ増幅器を具えるレーザ光源に関し、かつ、レーザ溶接、レーザアブレーション、レーザアニーリング、レーザ焼結、レーザ印刷、レーザスクライビング、レーザマーキング、レーザドリリング、及び／又はレーザパターニングのようなレーザ加工プロセスで、ならびに、手術及び画像診断などの医学用途で用いられうるレーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の製造技術において、レーザマーキング、レーザ溶接、及びレーザ切断といったレーザ加工プロセスは重要な役割を果たす。これらの用途において、レーザ光源によって生成されるレーザ光線を、少なくとも１のワークピースと相互作用させて、少なくとも１のワークピースを加工させる。レーザマーキングにおいて、レーザ光は金属、プラスチック、あるいは別の材料を含むワークピースに向けられ、ワークピース上にテキスト、ロゴ、及びデザインを適合できる。レーザマーキング用途においては、パルスレーザ源が用いられうる。レーザ溶接においては、レーザ光線はワークピースの合体を引き起こすために２又はそれ以上のワークピースを加熱するのに用いられうる。レーザ切断においては、レーザ光をワークピース上に集束して、レーザ光線に曝露される一部のワークピースを溶融、燃焼及び／又は蒸発させることができる。従って、ワークピースの一部を除去でき、及び／又は切開部をワークピース中に生成できる。レーザマーキング、レーザ溶接、及びレーザ切断に加えて、レーザ光線はレーザクラッディング及び微細加工の用途のために、及び光コヒーレンス断層撮影法、顕微手術、及び皮膚表面再形成（ｓｋｉｎ  ｒｅｓｕｒｆａｃｉｎｇ）のような医学用途で用いられうる。
【０００３】
最新技術においては、レーザ加工用途のために光ファイバ増幅器を具えるレーザ光線源を用いることが提唱されてきた。最新技術による光ファイバ増幅器は、エルビウム又はイッテルビウム等のドーパントを含む光ファイバを具える。ポンプ光源（シード光源）からの光は、ドープ光ファイバに供給してもよい。ポンプ光源の波長は、ドーパントがポンプ光源からの光を吸収するように、光ファイバ中のドーパントの吸収波長に適合できる。光の吸収によってドーパントを準安定性の励起状態にする。励起状態と、励起状態より低いエネルギーを有するドーパント状態との間のエネルギー差に対応する光子エネルギーを有するシード光源からの光が、光ファイバに供給される場合、シード光源からの光は誘導放射によって増幅できる。シード光源はパルスモードで動作させてもよい。シード光源が半導体レーザを具える、最新技術による方法の実施例においては、このことはパルス電流を半導体レーザに印加することによってなされうる。シード光源からの光パルスは次いでファイバ増幅器中で増幅できる。従って、数ワットないし数十ワットの光ファイバ増幅器の平均出力電力、及び数百ワットないし数キロワットのピーク電力を得ることができる。
【０００４】
最新技術によるシード型光ファイバ増幅器の問題は、スペクトルパワー密度が高くなるとともに、誘導ブリルアン散乱といった所望されない非線形光学効果が光ファイバ増幅器中に、及び／又は、レーザ光線源に提供され、あるいはそこに接続される他の光ファイバ中に、生成されうることである。
【０００５】
光ファイバ増幅器、及び／又は、レーザ光線源に提供され、あるいはそこに接続される別の光ファイバにおける誘導ブリルアン散乱は、逆方向に、すなわち半導体レーザに向かう方向に、光の生成を起こす。このことによって、最大９０％まで光ファイバ増幅器の電力出力を低減させ、及び／又は、半導体のシード型及びポンプ型レーザを含む増幅器の素子に重大な損害を引き起こしうる。
【０００６】
上述の問題を実質的に回避、又は少なくとも低減するレーザ光源及び方法を提供することが、本発明の目的である。
【発明の概要】
【０００７】
例示的な実施例によると、レーザ光源はパルス動作用に適合される半導体レーザと、部分伝達型で波長選択性の光反射器とを具える。半導体レーザは前面反射エレメントと、後面反射エレメントとを具える。前面反射エレメント及び後面反射エレメントは内部レーザキャビティを規定する。内部レーザキャビテはレーザ活性媒体を具える。部分伝達型で波長選択性の光反射器は、前記レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する。波長選択性の光反射器及び後面反射エレメントは外部レーザキャビティを規定する。外部レーザキャビティ中の光の往復時間は約２０ナノ秒又はそれ未満である。波長選択性の光反射器の全幅半値帯域幅は少なくとも５の内部レーザキャビティの縦モードと、少なくとも２０の外部レーザキャビティの縦モードとを収容するように適合される。
【０００８】
別の例示的な実施例によると、レーザ光源はパルス動作用に適合される半導体レーザと、部分伝達型で波長選択性の光反射器と、光ファイバ増幅器とを具える。半導体レーザは前面反射エレメントと、後面反射エレメントとを具える。前面反射エレメント及び後面反射エレメントは内部レーザキャビティを規定する。内部レーザキャビティはレーザ活性媒体を具える。波長選択性の光反射器は、レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する。波長選択性の光反射器及び後面反射エレメントは外部レーザキャビティを規定する。光ファイバ増幅器は波長選択性の光反射器によって送られる光を受けるように配置される。光ファイバ増幅器は非線形光学効果の蓄積時間を有する。外部レーザキャビティは非線形光学効果の蓄積時間より短い、外部レーザキャビティ中の光の往復時間を提供するように構成される。波長選択性の光反射器の全幅半値帯域幅は少なくとも５の内部レーザキャビティの縦モードと、少なくとも２０の外部レーザキャビティの縦モードとを収容するように適合される。
【０００９】
更に別の例示的な実施例によると、ある方法は第１の光ファイバ中の非線形光学効果の蓄積時間を決定するステップを具える。前面反射エレメントと後面反射エレメントとを具える半導体レーザが提供される。前面反射エレメント及び後面反射エレメントは内部レーザキャビティを規定する。内部レーザキャビティはレーザ活性媒体を具える。レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する部分伝達型で波長選択性の光反射器が提供される。波長選択性の光反射器と半導体レーザの後面反射エレメントとによって規定される外部レーザキャビティを形成するように、波長選択性の光反射器は配置される。電流を半導体レーザに供給する際に半導体レーザによって放射される光のスペクトルを波長選択性の光反射器の帯域幅に固定する時間［Ｈ１］が決定される。非線形光学効果の蓄積時間より短い値に固定する時間を調整するために、外部レーザ共振器中の光の光路長が設定される。波長選択性の光反射器によって送られる光は第１の光ファイバに供給される。
【００１０】
更に別の例示的な実施例によると、ある方法は、前面反射エレメントと後面反射エレメントとを具える半導体レーザを提供するステップを具える。前面反射エレメント及び後面反射エレメントは内部レーザキャビティを規定する。内部レーザキャビティはレーザ活性媒体を具える。レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する部分伝達型で波長選択性の光反射器が提供される。波長選択性の光反射器及び後面反射エレメントは外部レーザキャビティを規定する。電流を半導体レーザに供給する際に波長選択性の光反射器によって送られる光の波長チャープの持続時間が決定される。パルス電流は半導体レーザに供給される。パルス電流のパルス時間は、波長選択性の光反射器によって送られる光を受ける光ファイバ中の波長チャープの持続時間及び非線形光学効果の蓄積時間のうちの少なくとも１つに基づいて選択される。
【００１１】
シード光源が半導体レーザを具える最新技術によるレーザ光線源の実施例においては、半導体レーザは、半導体レーザの縦モードに対応する１又はそれ以上の波長の狭帯域内に相対的に高い強度を有するレーザ光線を放射できる。従って、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅内で相対的に高いスペクトル密度が得られ、誘導ブリルアン散乱開始のしきい値に到達する可能性を増加させうる。
【００１２】
それに対して、本主題によるレーザ光源及び方法は、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅内のスペクトル密度の低減を可能にし、及び／又は、相対的に高いスペクトル密度が持続時間を限定でき、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間未満で生じる。従って、誘導ブリルアン散乱の可能性及び／又は他の非線形効果の発生が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本主題［Ｈ２］の更なる利点、目的及び実施形態は、添付の請求項に規定され、添付の図面を引用した以下の詳細な説明で明らかとなるであろう。
【００１４】
【図１】図１は、ある実施形態によるレーザ光源の概略図を示す。
【図２】図２は、ある実施形態におけるレーザ活性媒体の利得及び波長選択性の光反射器の反射率の概略図を示す。
【図３】図３は、ある実施形態における半導体レーザに供給される電流のアンペア数の概略図を示す。
【図４】図４は、電流を半導体レーザに供給する際の時間の関数として、半導体レーザによって放射される光のスペクトルの中心波長の概略図を示す。
【図５】図５は、半導体レーザによって放射される光のスペクトルの概略図を示す。
【図６】図６は、ある実施形態における部分伝達型の波長選択性の反射器を通って送られる光のスペクトルの中心波長の概略図を示す。
【図７】図７ａ及び７ｂは、ある実施形態によるレーザ光源中の部分伝達型で波長選択性の光反射器を通って送られる光のスペクトルの概略図を示す。
【図８】図８は、本発明の別の実施形態によるレーザ光源の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本主題は以下の詳細な説明ならびに図面に例示されるような実施形態によって記載されるが、以下の詳細な説明ならびに図面は、本発明を開示された特定の実施形態に限定することを意図しておらず、むしろ実施形態の記載は本主題の様々な態様を例示するだけのものであり、その範囲は添付の請求項によって規定されることは理解すべきである。
【００１６】
一実施形態によると、レーザ光源はパルス動作用に適合される半導体レーザを具える。半導体レーザのパルス動作に対し、パルス電流は半導体レーザに供給されうる。パルス中の半導体レーザの出力電力はいくつかの実施例では比較的高くなりうる。従って、光ファイバ増幅器は前置増幅段階なく駆動できるか、あるいは多数の前置増幅段階の使用は低減できる。
【００１７】
いくつかの実施形態においては、半導体レーザは内部レーザキャビティを規定する前面ファセットと後面ファセットとを具えてもよい。しかしながら、本主題は内部レーザキャビティが半導体レーザのファセットによって規定される実施形態に限定されない。他の実施形態においては、内部レーザキャビティは前面ファセット以外の前面反射エレメントと、後面ファセット以外の後面反射エレメントとによって規定されてもよい。例えば、前面反射エレメント及び後面反射エレメントは、半導体レーザに接続された光ファイバ中に形成されるファイバブラッグ格子を具えてもよい。このような実施形態においては、前面ファセット及び後面ファセットでの光の反射が実質的に回避されるように、前面ファセット及び後面ファセットは反射防止コーティングを具えてもよい。更なる実施形態においては、内部レーザキャビティは半導体レーザの前面ファセット及び後面ファセットのうちの１つと、半導体レーザのファセット以外の１の反射エレメントとによって規定しても良い。内部レーザキャビティにおいてはレーザ活性媒体は、電流が半導体レーザに供給される場合に電子正孔対が生成されるｐｎ遷移の形態で提供できる。前面反射エレメント及び後面反射エレメントの反射率は、内部レーザキャビティが半導体レーザのレイジング動作を誘発するためにレーザ活性媒体に十分な光フィードバックを提供する光共振器を形成するように適合してもよい。従って、半導体レーザは更なる光学素子の不存在下で、スタンドアロン動作可能にできる。
【００１８】
レーザ光源は、レーザ活性媒体の利得帯域幅内にピーク反射率を有する部分伝達型で波長選択性の光反射器を更に具えてもよい。いくつかの実施形態においては、波長選択性の光反射器のピーク反射率はレーザ活性媒体の利得帯域幅内にあってもよい。部分伝達型で波長選択性の光反射器は半導体レーザの後面反射エレメント及び波長選択性の光反射器が外部レーザキャビティを規定するように配置される。波長選択性の光反射器の全幅半値帯域幅は少なくとも１２の内部レーザキャビティの縦モードと、少なくとも２５０の外部レーザキャビティの縦モードとを収容するように適合してもよい。
【００１９】
半導体レーザによって放射される光は、波長選択性の光反射器によって半導体レーザに反射され、レーザ活性媒体に入りうる。反射光が半導体レーザによる光の生成に影響を与えるように、反射光はレーザ活性媒体と干渉しうる。
【００２０】
半導体レーザによる光の生成の反射光の影響は２倍になりうる。第１に、波長選択性の光反射器のピーク反射率はレーザ活性媒体の利得帯域幅内にあるため、反射光はレーザ活性媒体中の光の誘導放射によって増幅しうる。このことが、波長選択性の光反射器によって反射されるそれらの波長に対する、正味のレーザ光源の利得の増加を導く。従って、レーザ光源によって放射されるスペクトルは、波長選択性の光反射器によって反射される波長を含むスペクトルに流れ込む。以下においては、この効果は「固定（ｌｏｃｋｉｎｇ）」として示される。
【００２１】
第２に、内部レーザキャビティにおいては、反射光はノイズ源として作用し、半導体レーザがマルチモード型で動作するように、単一モード型での半導体レーザの動作可能性を低減できる。従って、内部レーザキャビティと外部レーザキャビティとによって形成される複合キャビティを具えるレーザ光源によって放射される光のスペクトルは、波長選択性の光反射器の帯域幅内で内部レーザキャビティのモードと外部レーザキャビティのモードとによって影響される複数の波長を含みうる。従って、ピーク波長のうちの１つ又はいくつかでの高スペクトル密度の発生は低減又は実質的に回避されうる。
【００２２】
非線形光学効果の「利得帯域幅（ｇａｉｎ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）」として示される比較的狭い波長範囲内で高密度の光を受ける光学エレメントに、非線形光学効果は生じうる。従って、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅内の光密度がしきい値を超える場合に、誘導ブリルアン散乱は光学エレメント中に生じうる。
【００２３】
誘導ブリルアン散乱のような非線形光学効果開始のしきい値は、入射光が光学エレメントと干渉可能な場合、光のスペクトル密度に依存し、かつ様々な光学エレメントの特性に依存しうる。光ファイバを具える光学エレメントにおいては、誘導ブリルアン散乱開始のしきい値は、例えばファイバの材料及びファイバの厚さに依存しうる。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、波長選択性の光反射器によって送られる光は、光ファイバ中に提供される光ファイバ増幅器をシードするために、光ファイバに供給されうる。光ファイバにおいては、誘導ブリルアン散乱が生じうる。特に光ファイバ増幅器においては、誘導ブリルアン散乱が生じうる光密度のしきい値は、ファイバ増幅器中の光の増幅によって比較的容易に到達しうる。従って誘導ブリルアン散乱は、いくつかの実施形態においては約１メートルの比較的短い光ファイバ増幅器の長さであっても生じうる。誘導ブリルアン散乱は逆方向、すなわち、半導体レーザに向かう方向に光の生成を導き、最大９０％まで光ファイバ増幅器の出力電力を低減し、レーザ光源の損傷を生じさせうる。
【００２５】
誘導ブリルアン散乱のような非線形光学効果は特徴的な蓄積時間を有しうる。蓄積時間よりも長い期間、非線形光学効果の利得帯域幅内の光のスペクトル密度がしきい値を超える場合、非線形光学効果が生じうる。誘導ブリルアン散乱の場合において、蓄積時間はフォノンの寿命によって影響されうる。光学エレメントがイッテルビウムドープファイバ増幅器を具え、かつ半導体レーザがパルス時に約１ワットのピーク電圧を放射するように構成されるいくつかの実施形態においては、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間は約１０ナノ秒又はそれ以上であってもよい。
【００２６】
外部レーザキャビティは、半導体レーザによって放射される光のスペクトルが波長選択性の光反射器の帯域幅に固定されるまでに要求される時間が非線形光学効果の蓄積時間より短くなるように構成してもよい。このことにより、非線形光学効果が生じる可能性を低減できる。
【００２７】
固定時間は外部レーザキャビティ中の光の往復時間に依存する。半導体レーザによって放射され、かつ、波長選択性の光反射器によって半導体レーザに反射される光は、外部レーザキャビティの一往復時間がパルス開始から経過した後に、レーザ活性媒体に到達し、レーザ活性媒体と干渉しうる。従って、半導体レーザの固定及びマルチモード動作は、パルス開始後、固有の期間で生じ、固有の期間は外部レーザキャビティの往復時間を変えることによって、例えば、半導体レーザと波長選択性の光反射器との間の距離を変えることによって制御されうる。
【００２８】
いくつかの実施形態においては、往復時間は約２０ナノ秒又はそれ未満の値、約１０ナノ秒又はそれ未満の値、約５ナノ秒又はそれ未満の値、又は約１ナノ秒又はそれ未満の値を有してもよい。半導体レーザと波長選択性の光反射器との間の距離は約２メートル又はそれ未満、約１メートル又はそれ未満、約５０センチメートル又はそれ未満、又は約１０センチメートル又はそれ未満であってもよい。
【００２９】
電流パルスが半導体レーザに供給される場合、波長チャープが生じうる。チャープ中に、レーザ光源によって放射される光のスペクトルの中心波長が増加しうる。誘導ブリルアン散乱の蓄積時間より短い期間、レーザ光源によって放射される放射線を受ける光学エレメントが誘導ブリルアン散乱のしきい値より大きな光密度に曝露されるように、レーザ光源によって放射される光のスペクトルの中心波長が比較的高速度で誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅を通って移動する場合に、誘導ブリルアン散乱の発生は実質的に回避されうる。
【００３０】
一実施形態においては、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅は約１００メガヘルツにでき、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間は約１０ナノ秒にできる。このような実施形態においては、中心波長が約１０６０ナノメートルである場合に中心波長が１０ナノ秒又はそれ以上につき約０．４ピコメートルで変化する速度に対応して、光のスペクトルの中心周波数が１０ナノ秒又はそれ以上につき約１００メガヘルツで変化する場合に、誘導ブリルアン散乱が生じる可能性は低減できる。
【００３１】
パルス時間は、レーザ光源から放射線を受ける光学エレメント中の、波長チャープの持続時間と、例えば誘導ブリルアン散乱のような非線形効果の蓄積時間とに基づいて決定できる。いくつかの実施形態においては、パルス時間はチャープの有効持続時間と非線形光学効果の蓄積時間との和にほぼ等しい、又はそれ未満であってもよい。非線形光学効果の発生は、蓄積時間より長い期間、狭い波長範囲の放射線に対し光学エレメントの曝露を要求しうるため、この方法でパルス時間を決定するステップは、非線形光学効果を回避又は低減するのを助けうる。
【００３２】
更なる実施形態は、図１ないし７によって述べられる。
【００３３】
図１は、ある実施形態によるレーザ光源１００の概略図を示す。レーザ光源１００は半導体レーザ１０１を具える。半導体レーザ１０１はパルス動作用に適合される半導体レーザダイオードを具えてもよい。
【００３４】
半導体レーザ１０１はレーザ活性媒体１０４と、第１の電極１０５と、第２の電極１０６とを具える。第１の電極１０５と第２の電極１０６との間に電流を印加することにより、光がレーザ活性媒体１０４中の光の誘導放射によって増幅されるように反転分布はレーザ活性媒体中に生成されうる。いくつかの実施形態においては、レーザ活性媒体１０４は当該技術分野の当業者に既知のＩｎＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ材料系のレーザダイオードに基づく量子井戸構造を具えることができる。いくつかの実施形態においては、レーザ活性媒体１０４は、１０６０ナノメートルの波長が中心となる波長範囲の光が増幅されるように適合してもよい。他の実施形態においては、レーザ活性媒体１０４は、約９７４ナノメートルの波長が中心となる波長範囲の光が増幅されるように適合してもよい。当該技術分野の当業者に既知のように、量子井戸のインジウム量を制御することによって、レーザ活性媒体１０４中で増幅される波長の範囲は制御してもよい。しかしながら、本主題はＩｎＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ材料系、又はそれぞれ９７４ｎｍ又は１０６０ｎｍが中心となる波長範囲に限定されない。他の実施形態においては、他の材料系及び他の波長範囲を用いてもよい。
【００３５】
半導体レーザ１０１は前面反射エレメントを規定する前面ファセット１０２と、後面反射エレメントを規定する後面ファセット１０３とを具えることができる。前面ファセット１０２はレーザ活性媒体１０４中に生成される光の一部分を送り、光の別の部分をレーザ活性媒体１０４内に反射するように適合できる。前面ファセット１０２はレーザ活性媒体１０４から到達する比較的小さな割合の光をレーザ活性媒体１０４内に反射し、比較的大きな割合の光を送るように構成できる。いくつかの実施形態においては、前面ファセットは約０．０１％又はそれ以上の反射率、及び／又は約０．１％又はそれ以上の反射率、及び／又は約０．５％又はそれ以上の反射率を有してもよい。更なる実施形態においては、前面ファセットは比較的小さな反射率を有してもよい。特に、前面ファセットは約０．０１％又はそれ未満の反射率、及び／又は約０．１％又はそれ未満の反射率、及び／又は約１％又はそれ未満の反射率を有してもよい。
【００３６】
前面ファセット１０２と同様、後面ファセット１０３は活性媒体１０４に到達する光を活性媒体１０４内に反射するように構成してもよく、後面ファセット１０３は比較的大きな割合の光を反射するように構成できる。いくつかの実施形態においては、後面ファセット１０３は約９０％又はそれ以上の反射率を有してもよい。
【００３７】
半導体レーザ１０１の前面ファセット１０２及び後面ファセット１０３の反射率はそれぞれ、レーザ活性媒体１０４の屈折率と異なる屈折率を有する材料で前面ファセット１０２及び／又は後面ファセット１０３をコーティングすることによって制御できる。得られた反射率はコーティング厚に依存しうる。レーザ活性媒体１０４から離れた（ａｖｅｒｔｅｄ）コーティング面で反射される光がレーザ活性媒体１０４に隣接するコーティング面で反射される光と建設的に干渉するようにコーティング厚が適合される場合、比較的高い反射率が得られうる。レーザ活性媒体１０４から離れた（ａｖｅｒｔｅｄ）コーティング面で反射される光がレーザ活性媒体１０４に隣接するコーティング面で反射される光と破壊的に干渉するようにコーティング厚が適合される場合、比較的低い反射率が得られうる。
【００３８】
半導体レーザ１０１の前面ファセット１０２及び後面ファセット１０３は、内部レーザキャビティ１２１を規定できる。半導体レーザ１０１の一般的な動作条件下で、前面ファセット１０２と後面ファセット１０３とを通した伝達によるレーザ活性媒体中の光強度の減少、及び他の供給源により生じる減少が、レーザ活性媒体１０４中の増幅によって補償されるように、前面ファセット１０２及び後面ファセット１０３の反射率は適合されうる。従って、半導体レーザ１０１はそこに接続された他の光学素子の不存在下で動作可能である。
【００３９】
いくつかの実施形態においては、内部レーザキャビティ１２１は前面ファセット１０２以外の前面反射エレメントと、後面ファセット１０３以外の後面反射エレメントとによって規定してもよい。例えば、前面反射エレメント及び／又は後面反射エレメントは活性媒体１０４に接続される光ファイバ中に提供されるファイバブラッグ格子の形態で提供してもよく、あるいは、レーザ活性媒体は前面反射エレメントと後面反射エレメントとをそれぞれ規定する前面ミラーと後面ミラーとの間に提供してもよく、少なくとも前面ミラーが部分的に光を送っていてもよい。他の実施形態においては、前面反射エレメント及び後面反射エレメントのうちの一方は、前面ファセット又は後面ファセットによってそれぞれ規定してもよく、前面反射エレメント及び後面反射エレメントのうちの他方は、ミラー又はファイバブラッグ格子によって規定してもよい。
【００４０】
本主題は図１に示したように、電極１０５、１０６が前面ファセット１０２及び後面ファセット１０３に対して実質的に垂直なエッジ放射型の半導体レーザを、半導体レーザ１０１が具える実施形態に限定しない。他の実施形態においては、半導体レーザ１０１は垂直キャビティ面放射型のレーザダイオードを具えもよい。
【００４１】
レーザ光源１００は更に電源１０７を具えてもよい。電源１０７はパルス電流を半導体レーザ１０７に供給するように構成してもよい。電源１０７は制御ユニット１０８に接続してもよい。制御ユニット１０８はパルス、ならびにパルスの持続時間中に供給される電圧及びアンペア数のようなパルス電流のパラメータを制御するように適合してもよい。更に、電源はパルスの形状を制御するように構成してもよい。例えば、電源は方形パルス、台形パルス、及び／又は鋸波パルスを提供するように適合してもよい。
【００４２】
半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３の近くに、半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３によって送られる光強度を測定するように適合される光検出器１０９を提供してもよい。いくつかの実施形態においては、光検出器１０９はフォトダイオードを具えてもよい。光検出器１０９は制御ユニット１０８に接続してもよい。所望の光強度が得られるように、制御ユニットは半導体レーザ１０１に供給される電流を制御するように適合してもよい。
【００４３】
レーザ光源１００は更に、半導体レーザ１０１によって放射される光を受けるように適合される少なくとも１の光ファイバ１１０を具えてもよい。少なくとも１の光ファイバ１１０は半導体レーザ１０１に隣接して配置されるレンズ面１１１を有する末端部を具えてもよい。レンズ面は少なくとも１の光ファイバ１１０の厚い末端部で設けてもよく、あるいは少なくとも１の光ファイバ１１０の先端の形状で設けてもよい。このことが、少なくとも１の光ファイバ１１０内への半導体レーザ１０１によって出力される光の有効な結合を可能にする。いくつかの実施形態においては、光ファイバ内への半導体レーザ１０１によって出力される光の結合効率は約５０％又はそれ以上にできる。更なる実施形態においては、結合効率は約６０％ないし約８０％の範囲の値を有することができ、及び／又は約６５％又はそれ以上の結合効率にできる。
【００４４】
本発明は少なくとも１の光ファイバ１１０の末端部に設けられるレンズ面１１１を、少なくとも１の光ファイバ１１０が具える実施形態に限定されない。他の実施形態においては、例えば、半導体レーザ１０１と少なくとも１の光ファイバ１１０との間に配置される１又はそれ以上のレンズといった、光ファイバ１１０内に、半導体レーザ１０１によって放射される光を結合するための異なる手段を用いてもよい。
【００４５】
少なくとも１の光ファイバ１１０は、第１の光ファイバ１１３と第２の光ファイバ１１２とを具えてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態においては、第１の光ファイバ１１３は、例えばイッテルビウムドープファイバ増幅器１１５といった当該技術分野の当業者に既知の型の光ファイバ増幅器１１５を具えてもよい。光ファイバ増幅器１１５は、いくつかの実施形態においては１又はそれ以上の半導体レーザを具えるポンプ光源１１６から、光によってポンピングしてもよい。ポンプ光源１１６からの光は、第３の光ファイバ１１７と、当該技術分野の当業者に既知の型の結合エレメント１１８とによって光ファイバ増幅器１１６に供給してもよい。
【００４７】
当該技術分野の当業者に既知のように、イッテルビウムドープ光ファイバを具える場合の光ファイバ増幅器１１５は、約９２０ナノメートル及び約９８０ナノメートルの２の有効吸収波長領域でポンピングできる。増幅は約９７０ナノメートルないし約１２００ナノメートルの波長範囲で生じうる。特に、イッテルビウムドープ光ファイバを具える場合の光ファイバ増幅器１１５中の利得は、約１０６０ナノメートルの波長を有する光を増幅するのに最適化できる。
【００４８】
本発明は、光ファイバ増幅器１１５がイッテルビウムドープ光ファイバを具える実施形態に限定されない。他の実施形態においては、光ファイバ増幅器１１５は、例えばエルビウム、ツリウム、ネオジム、又はその組合せといった他の元素でドープされた光ファイバを具えてもよい。更なる実施形態においては、第１の光ファイバ１１３は光ファイバ増幅器を具えていない。代わりに、第１の光ファイバ１１３はレーザ光源１００によって生成される光を遠隔位置に誘導する光伝導体として構成してもよい。いくつかの実施形態においては、第１の光ファイバ１１３及び第２の光ファイバ１１２は単一の光ファイバの部分を含んでもよい。
【００４９】
第２の光ファイバ１１２は負荷型のブラッグ格子１１４を有するファイバを具えてもよい。ファイバブラッグ格子１１４は第２の光ファイバ１１２中に形成される周期的に交互になる屈折率パターンを具える。当該技術分野の当業者に既知のように、周期的に交互になる屈折率パターンは第２の光ファイバ１１２を紫外線放射で照射することによって形成できる。紫外線放射での照射は、第２の光ファイバ１１２の材料の屈折率の変化を導き、屈折率は高線量の紫外線放射を受ける第２の光ファイバ１１２の一部において、大きな範囲で変化する。いくつかの実施形態においては、第２の光ファイバ１１２を例えばゲルマニウムでドープして、紫外線放射に対する第２の光ファイバ１１２の感度を提供し、あるいは増加させてもよい。
【００５０】
第２の光ファイバ１１２に沿って伝わる光の一部は、交互になる屈折率の位置で反射させてもよい。交互になる屈折率パターンの周期性によって、交互になる屈折率の隣接位置で反射する光が、建設的に干渉するほどの光の波長である場合に、中程度に大きな割合の光が反射されうる。逆に、光の波長がファイバブラッグ格子１１４の周期性と合致しない場合、比較的低い反射率が得られるように、破壊的な干渉が交互となる屈折率の異なる位置で反射される光の間で生じうる。ファイバブラッグ格子１１４のピーク反射率の波長及びファイバブラッグ格子１１４の帯域幅は交互になる屈折率パターンを変えることによって制御してもよい。所望の中心波長での所望のピーク反射率と、所望の帯域幅とを有するファイバブラッグ格子を設計する方法は、当該技術分野の当業者に既知である。
【００５１】
従って、ファイバブラッグ格子１１４は、所定の波長範囲内で所望の割合の光を反射するように適合され、かつ、所定の波長範囲外の波長を有する光を実質的に完全に送る、波長選択性の光反射器を提供できる。一実施形態においては、ファイバブラッグ格子は約１％ないし約１５％の範囲のピーク反射率、例えば約２．５％のピーク反射率を有してもよい。ファイバブラッグ格子は例えば約２ナノメートルの全幅半値帯域幅といった、約０．２ナノメートルないし約５ナノメートルの範囲の全幅半値帯域幅、及び／又は約０．５ナノメートルないし約５ナノメートルの範囲の全幅半値帯域幅、ならびに、約１０６０ナノメートルの中心波長、及び／又は約９７４ナノメートルの中心波長を有してもよい。
【００５２】
半導体レーザ１０１によって放射される光は、ファイバブラッグ格子１１４によって反射してもよい。反射光は第２の光ファイバ１１２に沿って伝わり、半導体レーザ１０４内に結合され、レーザ活性媒体１０４と干渉しうる。特に、反射光はレーザ活性媒体１０４中の光の誘導放射によって増幅させてもよい。レーザ活性媒体１０４との干渉後、光は半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３で反射しうる。反射光は再度レーザ活性媒体１０４と干渉しうる。次いで、反射光は前面ファセット１０２を介して内部レーザキャビティ１２１を離れて第２の光ファイバ１１２に入り、ファイバブラッグ格子１１４で反射されうる。従って、ファイバブラッグ格子１１４及び半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３は外部レーザキャビティ１２２を規定する。
【００５３】
図２はレーザ活性媒体１０４の利得と、ファイバブラッグ格子１１４の反射率との間の関係を示す概略図を示す。座標系２００は光の波長を表わす水平座標軸を具える。第１の垂直座標軸２０２はレーザ活性媒体１０４の利得を表わし、第２の垂直座標軸２０７はファイバブラッグ格子１１４の反射率を表わす。
【００５４】
第１の曲線２０３は、光の波長に対するレーザ活性媒体１０４の利得の従属性を概略的に示す。活性媒体の利得は全幅半値２０６と利得帯域幅２１２とを具える。当該技術分野の当業者に既知のように、「全幅半値（ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ）」という用語は、活性媒体の利得が最大利得２０８の５０％より大きい波長範囲を示す。最大利得２０８は曲線２０３の最大値に対応する最大利得波長２１０として得ることができる。
【００５５】
図２において、第２の曲線２０４は光の波長に対するファイバブラッグ格子１１４の反射率の従属性を概略的に示す。反射率が最大反射率２０９の５０％よりも大きい波長範囲を有する全幅半値帯域幅２０５を、反射率は含むことができる。最大反射率２０９は曲線２０４の最大値に対応する最大反射率波長２１１で得られうる。
【００５６】
ファイバブラッグ格子２１４の最大反射率波長２１１は、レーザ活性媒体１０４の利得帯域幅２１２内にできる。従って、ファイバブラッグ格子１１４によって反射される比較的大きな光の増幅はレーザ活性媒体１０４中で得られうる。このことは、レーザ光源１００によって放射されるスペクトルの、ファイバブラッグ格子の全幅半値帯域幅２０５への特に有効な固定を導く。
【００５７】
いくつかの実施形態においては、ピーク反射率波長２１１はピーク利得波長２１０に比較的近くなりうる。一実施形態においては、ピーク反射率波長２１１とピーク利得波長との間の差の絶対値は、約１０ナノメートル又はそれ未満になりうる。更なる実施形態においては、ピーク利得波長２１０及びピーク反射率波長２１１はぼぼ等しくなりうる。
【００５８】
ファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅２０５は、利得帯域幅２１２及び／又はレーザ活性媒体１０４の利得の全幅半値帯域幅２０６よりも小さくなりうる。このことは、ファイバブラッグ格子１１４によって、より有効なモード選択を得るのを助ける。
【００５９】
ファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅２０５は、多数の外部レーザキャビティ１２２のモードと、多数の内部レーザキャビティ１２１のモードとを収容できる。当該技術分野の当業者に既知のように、長さＬの光路を有するレーザ共振器は、波長
λｎ＝Ｌ／（２ｎ）  （１）
で複数のモードを有する。ここでｎは０より大きな整数である。従って、レーザのモード間の空間は、
λｎ＋１−λｎ＝Δλ＝λｎ／（ｎ＋１）  （２）
となる。よって、
0005450428.tif 000002
となる。
【００６０】
後面ファセット１０３と前面ファセット１０２とによって形成される内部レーザキャビティ１２１中の光の光路長は、半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３と前面ファセット１０２との間の距離に対応して、内部レーザキャビティ１２１の長さ１１９に関連づけられる。いくつかの実施形態においては、内部レーザキャビティ１１９の長さ１１９は約３．６ｍｍであってもよい。外部レーザキャビティ１２２中の光の光路長は、後面ファセット１０３とファイバブラッグ格子１１４との間の距離に対応して、外部レーザキャビティ１２２の長さ１２０と関連づけられる。従って、内部レーザキャビティ１２１及び外部レーザキャビティ１２２中の光路長ならびにモード空間は更に、レーザ活性媒体１０４及び第２の光ファイバ１１２の屈折率によって影響されうる。内部レーザキャビティ１２１及び外部レーザキャビティ１２２内のモード空間を算出する方法は、当該技術分野の当業者に既知である。いくつかの実施形態においては、レーザ活性媒体１０４は約３．７４の屈折率を有してもよく、第２の光ファイバ１１２は約１．４１の屈折率を有してもよい。
【００６１】
外部レーザキャビティ１２２中の光の光路長１２０が内部レーザキャビティ１２１の光の光路の長さ１１９より大きいため、外部レーザキャビティ１２２中の隣接するレーザモード間の空間が、内部レーザキャビティ１２１中の隣接するレーザモード間の空間よりも小さくなりうる。従って、ファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅２０５は多数の外部レーザキャビティ１２２のモードを収容でき、その数はファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅内での内部レーザキャビティ１２１のモードの数より大きい。いくつかの実施形態においては、ファイバブラッグ格子１１４は、少なくとも５の内部レーザキャビティ１２１の縦モードと、少なくとも２０の外部レーザキャビティ１２２の縦モードとを収容し、及び／又は、少なくとも１２の内部レーザキャビティ１２１の縦モードと、少なくとも２５０の外部レーザキャビティ１２２の縦モードとを収容するように適合してもよい。更なる実施形態においては、ファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅は、少なくとも１００の内部レーザキャビティ１２１の縦モードと、少なくとも２５００の外部レーザキャビティ１２２の縦モードとを具えてもよく、及び／又は、少なくとも５０の内部レーザキャビティ１２１の縦モードと、少なくとも１０００の外部レーザキャビティ１２２の縦モードとを具えてもよい。
【００６２】
既に上述したように、電源１０７はパルス電流を半導体レーザ１０１に供給するように適合してもよい。図３は電源１０７によって半導体レーザ１０１に供給される電流のアンペア数の概略図を示す。座標系３００は時間を表わす水平座標軸３０１と、アンペア数を表わす垂直座標軸３０２を具える。曲線３０３は半導体レーザ１０１に供給される電流の時間従属性を示す。電流は複数のパルス３０４、３０５を含んでもよい。各々のパルス３０４、３０５はパルス時間３０６を有してもよく、次のパルスとの間にオフタイム３０７があってもよい。パルス３０４、３０５中に、電流は半導体レーザ１０１のレイジングのしきい値よりも大きくなるアンペア数３０８を有しうる。パルス３０４、３０５の間でアンペア数はほぼ０であってもよい。他の実施形態においては、半導体レーザ１０１のレイジングのしきい値未満のアンペア数を有する電流は、パルス３０４、３０５の間で供給してもよい。
【００６３】
パルス時間３０６は約３ナノ秒ないし約１マイクロ秒の範囲に、及び／又は約１０ナノ秒ないし約１マイクロ秒の範囲に値を有してもよい。更なる実施形態においては、パルス時間３０６は約１０ナノ秒ないし約２５０ナノ秒の範囲に、及び／又は約１０ナノ秒ないし約５００ナノ秒の範囲に、及び／又は約３ナノ秒ないし約１マイクロ秒の範囲に値を有してもよい。更なる実施形態においては、パルス時間２０６は約１００ナノ秒の値であってもよい。
【００６４】
半導体レーザ１０１に供給されるパルス電流の衝撃係数はパルス電流のパルス時間３０６と周期との間の比率として算出でき、周期はパルス時間３０６とオフタイム３０７との合計によって与えられる。いくつかの実施形態においては、衝撃係数は約１０％又はそれ未満の値、例えば約２％の値を有してもよい。
【００６５】
パルス３０４、３０５のアンペア数３０８は約０．７アンペアないし約２アンペアの範囲に値を有してもよい。半導体レーザ１０１の変換効率に依存して、このことはパルス３０４中に第２の光ファイバ１１２に供給される約１ワット又はそれ以上のピーク電力を導く。従って、パルス３０４、３０５中に、半導体レーザ１０１は比較的高い強度を有する光を出力できる。パルス３０４、３０５間の間隔においては、半導体レーザ１０１は比較的低い光強度を放射してもよく、あるいは実質的に光を全く放射しなくてもよい。
【００６６】
パルスモード動作中に半導体レーザ１０１によって出力される光の更なる特性は図４及び５で述べられている。
【００６７】
図４は、第２の光ファイバ１１２及び／又はファイバブラッグ格子１１４の不存在下で、半導体レーザ１０１に供給される電流パルス３０４、３０５中に、半導体レーザ１０１によって放射される光のスペクトルの中心波長の時間従属性を示す概略図を示す。座標系４００は時間を表わす水平座標軸４０１と、半導体レーザ１０１によって放射される光のスペクトルの中心波長を表わす垂直座標軸４０２とを具える。
【００６８】
光のスペクトルの中心波長は、放射される光を、例えばプリズム分光計、又は回折格子を具える分光計のような、当該技術分野の当業者に既知の型の分光計に供給することによって決定してもよい。例えば電荷結合素子のようなセンサは、時間分解法で波長の関数として放射光の強度を測定するよう用いてもよい。中心波長は平均波長及び／又は最大強度の波長を算出することによって測定されたスペクトルに基づいて決定してもよい。
【００６９】
図４においては、曲線４０３は中心波長の時間従属性を示す。パルス３０４、３０５の開始で、比較的迅速な中心波長の増加が図４の引用番号４０５によって示されるように得られる。次いで、中心波長は図４中の引用番号４０６に示されるように実質的に一定のままにでき、１の内部レーザキャビティ１２１のモードだけ、あるいは数個のモードだけでのレーザ動作を示す。図４の引用番号４０７によって示されるように、より長いパルス持続時間でレーザの中心波長が別のモードにホップできる。比較的迅速な中心波長４０５の増加４０５は約５ナノ秒又はそれ未満の持続時間を有しうる。いくつかの実施形態においては、持続時間の比較的迅速な増加４０５は電源１０７の立上がり時間に対応しうる。
【００７０】
図５は、半導体レーザ１０１が第２の光ファイバ１１２及び／又はファイバブラッグ格子１１４の不存在下で動作する場合に、パルス３０４、３０５中の時点４０４（図４）で得られるスペクトルを概略的に示す。座標系５００は水平座標軸５０１と垂直座標軸５０２とを具える。水平座標軸５０１は波長を表わし、垂直座標軸５０２は各波長で得られる光強度を表わす。曲線５０３は半導体レーザ１０１によって放射される光のスペクトルを概略的に示す。
【００７１】
スペクトル５０３は約６ナノメートル又はそれ以上の比較的大きな帯域幅５０４を有することができ、１又はそれ以上のピーク５０６、５０７を具えうる。ピーク５０６、５０７は、それぞれ引用番号５０５、５０８によって示されるような比較的大きなピーク強度を有することができ、それぞれ引用番号５０９、５１０によって示されるような比較的小さな帯域幅を有することができる。ピーク５０６、５０７の波長は半導体レーザ１０１の内部レーザキャビティ１２１の縦モードの波長に対応しうる。
【００７２】
第２の光ファイバ１１２及びファイバブラッグ格子１１４の不存在下で半導体レーザ１０１によって出力される光が光ファイバ増幅器１１５内に結合される場合、ピーク５０６、５０７の波長で得られる比較的高い強度は、光ファイバ増幅器１１５中の、及び／又は増幅後の光ファイバ増幅器１１５中の、誘導ブリルアン散乱のような非線形光学効果の発生を導くであろう。
【００７３】
当該技術分野の当業者に既知のように、誘導ブリルアン散乱においては光媒体中の光のビームによって生成される電場の変化は、電気ひずみを通した光媒体中の音響振動を生成しうる。音響振動のフォノンは光のビームのフォトンと干渉し、光の散乱を導きうる。誘導ブリルアン散乱は、光媒体が誘導ブリルアン散乱の蓄積時間より長い期間、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅内の比較的高い光強度に曝露される場合に生じうる。従って、ピーク５０６、５０７の存在、及び初期増加４０５後の中心波長４０３の比較的ゆっくりとして変化は光ファイバ増幅器１１５中の、及び／又は増幅後の光ファイバ増幅器１１５中の、誘導ブリルアン散乱の発生可能性を増加させうる。
【００７４】
誘導ブリルアン散乱の蓄積時間は、光媒体の材料特性、スペクトル、及び光媒体が照射される光の強度に依存しうる。上述のように半導体レーザ１０１に結合されるイッテルビウムドープ光ファイバ出力において、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間は約１０ナノ秒ないし約５０ナノ秒の範囲の値を有してもよい。誘導ブリルアン散乱の蓄積時間は、当該技術分野の当業者に既知の方法によって、例えば第１の光ファイバ１１３中に反射される光の密度、及び／又は時間の関数として第１の光ファイバ１１３によって送られる光密度を測定することによって、決定してもよい。代替的に、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間は、第１の光ファイバ１１３の材料特性に基づいて理論的に算出してもよい。
【００７５】
外部レーザキャビティ１２２の存在は、以下に説明されるように誘導ブリルアン散乱の発生の可能性を低減できる。
【００７６】
既に上述したように、ファイバブラッグ格子１１４によって反射される光はレーザ活性媒体１０４と干渉しうる。従って、半導体レーザ１０１によって放射される光のスペクトルのファイバブラッグ格子１１４の帯域幅への固定、及びファイバブラッグ格子１１４の帯域幅以上の比較的均一な強度分布が得られうる。
【００７７】
半導体レーザ１０１によって放射される光が、ファイバブラッグ格子１１４によってレーザ活性媒体１０４中に反射される場合、反射光は半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３とファイバブラッグ格子１１４とによって形成される外部レーザキャビティ１２２の往復時間に対応する期間の後に、レーザ活性媒体１０４に到達しうる。従って、パルス電流が半導体レーザ１０１に印加される場合、レーザ活性媒体１０４は、光がパルス開始後にファイバブラッグ格子１１４に移動して、半導体レーザ１０１に戻るのに要求される時間より遅い時点で反射光を受けうる。よって、レーザ活性媒体１０４はパルス開始後の外部レーザキャビティ１２２の一往復時間より遅くに反射光を受けうる。従って、固定は外部レーザキャビティ１２２の一往復時間よりも遅い時点で得られうる。
【００７８】
レーザ光源１００中のファイバブラッグ格子１１４を通って送られる光の特徴は、図６、７ａ及び７ｂによって述べられる。
【００７９】
図６は、電流パルス３０４、３０５が半導体レーザ１０１に印加される場合に、ファイバブラッグ格子１１４を通って送られる光のスペクトルの中心波長の時間従属性を例示する図面を示す。座標系６００は時間を表わす水平座標軸６０１と、各時点で得られるスペクトルの中心波長を表わす垂直座標軸６０２とを具える。曲線６０３は時間の関数としてスペクトルの中心波長を概略的に示す。
【００８０】
パルス３０４、３０５の開始で、図６中の引用番号６０５に示されるように、スペクトルの中心波長６０３は初期増加６０５を示しうる。その後、中心波長は、引用番号６０６で示されるように、ゆっくりと増加しうる。初期増加６０５の持続時間は、ファイバブラッグ格子１１４の不存在下で得られる初期増加４０５よりも長くなりうる。いくつかの実施形態においては、初期増加６０５は固定時間に対応する約２０ナノ秒の持続時間を有してもよい。更に、中心波長６０３が増加する初期増加後の速度（符号６０６によって図示）は、中心波長が図４の引用番号４０６によって示される期間中に増加する速度より大きくなりうる。従って、半導体レーザ１０１に印加される電流パルス３０４、３０５中で、波長チャープを得て、ファイバブラッグ格子１１４によって送られる光のスペクトルの中心波長は時間とともに増加しうる。比較的長い時間、電流が半導体レーザ１０１に印加される場合、ファイバブラッグ格子１１４によって送られるスペクトルの中心波長は実質的に一定値で飽和しうる。この形態は図６に示されていない。チャープの発生は半導体レーザ１０１中の温度性の波長移動に起因し、長パルス時間での波長の飽和は温度決定に起因する。
【００８１】
いくつかの実施形態は波長チャープの持続時間を決定するステップを具えてもよい。この目的のために、電流は半導体レーザ１０１に印加してもよく、ファイバブラッグ格子１１４によって送られる光のスペクトルの中心波長は時間分解法で測定してもよい。その後、時間に対する中心波長の導関数を含む、中心波長が変化する速度は、しきい値と比較できる。チャープの持続時間は電流がオンにされる時点と、初めて中心波長が変化する速度がしきい値を超える時点との間の期間として決定できる。
【００８２】
いくつかの実施形態においては、しきい値は誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅と、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間とに基づいて決定してもよい。一実施形態においては、しきい値は誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅と、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間との間の比率に対応してもよい。従って、誘導ブリルアン散乱の利得帯域幅が１０６０ナノメートルの波長で約１００メガヘルツであり、かつ誘導ブリルアン散乱の蓄積時間が約１０ナノ秒である場合、しきい値は１０ナノ秒につき約４ピコメートルないし１０ナノ秒につき約４０ピコメートルの範囲に値を有しうる。
【００８３】
レーザ光源１００の動作においては、パルス電流は半導体レーザ１０１に供給してもよく、この場合、パルス電流のパルス時間３０６は第１の光ファイバ１１３中の波長チャープの持続時間、及び、例えば誘導ブリルアン散乱の蓄積時間といった非線形光学効果の蓄積時間のうちの少なくとも１つに基づいて選択される。一実施形態においては、パルス時間３０６は波長チャープの持続時間と非線形光学効果の蓄積時間との和に等しい、又はそれ未満であってもよい。別の実施形態においては、パルス時間はチャープの持続時間に等しい、又はそれ未満であってもよい。
【００８４】
上に詳述したように、誘導ブリルアン散乱のような非線形光学効果の発生は、ある期間の比較的狭い波長範囲中の比較的高い光密度の発生により増大しうる。波長チャープ中に、特定波長の高い光強度に第１の光ファイバ１１３を曝露する期間が比較的短くなるように、ファイバブラッグ格子を通って送られる光のスペクトルの中心波長は時間の関数として変化しうる。よって、波長チャープの存在は誘導ブリルアン散乱又は他の所望されない非線形光学効果の可能性を低減できる。従って、所望されない非線形効果の可能性は波長チャープの持続時間と等しい又はそれ未満のパルス時間を選択することによって低減できる。波長チャープの持続時間と非線形光学効果の蓄積時間との和より短いパルス時間を選択することによって、実質的に一定の中心波長でスペクトルを有する光に第１の光ファイバ１１３を曝露する時間は、非線形光学効果の蓄積時間のために要求される時間よりも短いため、非線形光学効果の発生可能性の低減が更に可能になる。
【００８５】
いくつかの実施形態においては、チャープの持続時間は特有の型のパルス形状によって明確に影響されうる。一例としては、振幅の増加を伴うパルスの勾配は、中心波長が移動する速度を増加させうる。
【００８６】
図７ａは、スペクトルのファイバブラッグ格子１１４の帯域幅への固定前にパルス３０４、３０５の開始の時点６０７（図６）で、ファイバブラッグ格子１１４を通って送られる光のスペクトルを例示する概略図を示している。座標系７００は光の波長を表わす水平座標軸７０１と、各波長での光強度を表わす垂直座標軸７０２とを具える。曲線７０３は測定された光のスペクトルを概略的に例示する。スペクトル７０３は約６ナノメートル又はそれ以上の比較的大きな帯域幅を有し、複数のピーク７０５ないし７１０を具えてもよく、その波長は内部レーザキャビティ１２１のモードに対応しうる。
【００８７】
図７ｂは、時点６０７より遅い時点６０４でファイバブラッグ格子１１４を通って送られる光のスペクトル７１１を例示する概略図を示し、ここではスペクトル７１１はファイバブラッグ格子１１４の帯域幅に固定されている。スペクトル７１１は時点６０７で得られるスペクトル７０３の帯域幅７０４より小さな帯域幅７１２を有してもよいが、内部レーザキャビティ１１９のモードと、外部レーザキャビティ１２０のモードとからなる比較的広い複合的なモードフィールドを含んでもよい。更に、光強度はファイバブラッグ格子１１４の帯域幅を超えて比較的均一に分布してもよい。
【００８８】
外部レーザキャビティ１２２中の光の往復時間が第１の光ファイバ１１３中の誘導ブリルアン散乱、あるいは他の実施形態においては別の非線形光学効果の蓄積時間より短くなるように、外部レーザキャビティ１２２が適合されてもよい。
【００８９】
従って、レーザ光源１００によって放射されるスペクトルの、ファイバブラッグ格子１１４の帯域幅への固定に導きうる、ファイバブラッグ格子１１４で反射される光と、ファイバブラッグ格子の帯域幅を超える比較的均一な密度分布との間での干渉は、非線形光学効果が第１の光ファイバ１１３中に生じる前に得られうる。スペクトルの固定及び比較的均一な光密度分布が一度得られると、誘導ブリルアン散乱の可能性はレーザ光源と比較して低減でき、半導体レーザ１０１の出力は第１の光ファイバ１１３中に直接的に結合される。スペクトルの固定が誘導ブリルアン散乱の蓄積時間前に得られるため、誘導ブリルアン散乱の発生の可能性が低減できる。
【００９０】
外部レーザキャビティ１２２中の光の往復時間は、半導体レーザ１０１の可干渉時間より長くてもよい。従って、半導体レーザ１０１中にファイバブラッグ格子１１４によって反射される光は半導体レーザ１０１中で振動する、内部レーザキャビティのモードに対するノイズ源として作用し、一般的には、外部キャビティからのモードはスペクトル広幅化に寄与しうる。このことは、ファイバブラッグ格子１１４の帯域幅を超えて、ファイバブラッグ格子１１４を通って送られる光のスペクトルのより有効な分布を導きうる。
【００９１】
外部レーザキャビティ１２２中の光の往復時間、及びこれによって更にスペクトル広幅化に寄与する外部レーザキャビティ１２０のモードの数は、外部レーザキャビティ１２２中の光の光路長を変えることによって制御してもよく、これは外部レーザキャビティ１２２の長さを変えることによって、例えば、半導体レーザ１０１とファイバブラッグ格子１１４との間の第２の光ファイバ１１２の一部の長さを変えることによってなされてもよい。外部レーザキャビティ１２２中の光の往復時間は例えば、半導体レーザ１０１とファイバブラッグ格子１１４との間の第２の光ファイバ１１２の一部の長さを第２の光ファイバ１１２中の光の速度によって、２つに分けることによって決定してもよい。
【００９２】
いくつかの実施形態においては、ファイバブラッグ格子１１４によって送られる光のスペクトルをファイバブラッグ格子１１４の帯域幅に固定する時間を決定してもよく、外部レーザ共振器中の光の光路長は、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間より短い値に固定する時間を調整するよう設定してもよい。
【００９３】
これらの実施形態のうちのいくつかにおいては、スペクトルをファイバブラッグ格子１１４の帯域幅に固定する時間は、ファイバブラッグ格子を通って送られる、時間分解した光のスペクトルの測定を行うことによって決定してもよい。スペクトルのファイバブラッグ格子１１４の帯域幅への固定は、スペクトルの帯域幅をファイバブラッグ格子１１４の帯域幅と比較することによって同定してもよい。スペクトルの帯域幅は波長範囲を決定することによって得ることができ、ここでは所定のしきい値より大きな強度が測定される。一実施形態においては、スペクトルの帯域幅がファイバブラッグ格子１１４の帯域幅に等しい又はそれ未満である場合に、スペクトルは安定して固定されたと評価されうる。いくつかの実施形態においては、固定する時間は、半導体レーザ１０１とファイバブラッグ格子１１４との間の複数の距離のために測定してもよい。その後、誘導ブリルアン散乱の蓄積時間より短い固定時間を提供する、半導体レーザ１０１とファイバブラッグ格子１１４との間の距離を選択できる。
【００９４】
他の実施形態においては、スペクトルをファイバブラッグ格子１１４の帯域幅に固定する時間は、理論的な計算によって決定してもよい。光と活性レーザ媒体１０４との間の干渉に対するモデル、ならびに内部レーザキャビティ１２１及び外部レーザキャビティ１２２の光の伝播のモデルは当該技術分野の当業者に既知である。
【００９５】
上に詳述したように、ファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅は、少なくとも２５０の外部レーザキャビティ１２２の縦モードを収容するように適合してもよい。式（３）によると、外部レーザキャビティ１２２のモード間の空間は外部レーザキャビティ１２２中の光の光路長に依存しうる。よって、例えば半導体レーザ１０１とファイバブラッグ格子１１４との間の第２の光ファイバ１１２の一部の長さを減少させることによって、外部レーザキャビティ１２２中の光路長が減少し、かつ、ファイバブラッグ格子１１４の全幅半値帯域幅が維持される場合、ファイバブラッグ格子の全幅半値帯域幅によって収容される外部レーザキャビティ１２２の縦モードの数は低減されうる。従って、外部レーザキャビティ１２２中の比較的短い光路が提供される実施形態においては、ファイバブラッグ格子１１４は比較的大きな全幅半値帯域幅を有して、所望の数の外部レーザキャビティ１２２の縦モードを収容できる。逆に、外部レーザキャビティ１２２中に比較的長い光路が提供される実施形態においては、ファイバブラッグ格子は比較的狭い全幅半値帯域幅を有しうる。
【００９６】
いくつかの実施形態においては、ファイバブラッグ格子１１４は約０．５ナノメートル又はそれ以上の全幅半値帯域幅、約０．５ナノメートルないし約５ナノメートルの範囲の全幅半値帯域幅、及び／又は約２ナノメートルの全幅半値帯域幅を有してもよい。外部レーザキャビティ１２２中の光の往復時間が約２０ナノ秒又はそれ未満の値、約１０ナノ秒又はそれ未満の値、約５ナノ秒又はそれ未満の値、及び／又は約１ナノ秒又はそれ未満の値を有するように、外部レーザキャビティ１２２を適合してもよい。半導体レーザ１０１とファイバブラッグ格子との間の第２の光ファイバの一部の長さは、約１０センチメートルないし約２メートルの範囲の値、約１０センチメートルないし約１メートルの範囲の値、約１０センチメートルないし約５０センチメートルの値の範囲、約２０センチメートルないし約５０センチメートルの値の範囲、約２５センチメートルの値、及び／又は約７５センチメートルの値を有してもよい。
【００９７】
図８は本発明の別の実施形態によるレーザ光源８００の概略図を示す。便宜のために、図１及び８において、同様の引用番号が同様の要素を示すのに用いられる。以下で別に示さない限りにおいては、レーザ光源８００の特徴は図１によって上述したレーザ光源１００に対応し、レーザ光源８００を形成し、動作させる方法は、レーザ光源１００を形成し、動作させる方法に対応しうる。
【００９８】
レーザ光源８００は長さ１１９を有する内部レーザキャビティ１２１を規定する、前面ファセット１０２と後面ファセット１０３とを有する半導体レーザ１０１と、レーザ活性媒体１０４と、電源１０７に接続される電極１０５、１０６と有し、その動作は制御ユニット１０８によって制御してもよい。光センサ１０９は、後面ファセット１０３を通して送られる光強度を測定するために半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３の近くに提供してもよい。光センサ１０９は制御ユニット１０８に接続してもよく、光センサ１０９の出力は制御ユニット１０８によって用いられて、半導体レーザ１０１に供給される電圧及び電流のアンペア数のうちの少なくとも１つを制御してもよい。
【００９９】
レーザ光源８００は更に、半導体レーザ１０１の後面ファセット１０３、及び波長選択性の光反射器が外部レーザキャビティ８２２を形成するように配置される部分伝達型で波長選択性の光反射器８１３を具えてもよい。波長選択性の光反射器８１３は半導体レーザ１０１の後面ファセットからの距離１２０に提供してもよい。従って、外部レーザ共振器中の光の光路長は距離１２０にほぼ等しくてもよい。
【０１００】
レンズ８１２を半導体レーザ１０１と波長選択性の光反射器８１３との間に提供して、半導体レーザ１０１によって放射される光を視準してもよく、波長選択性の光反射器８１３によって反射される光を半導体レーザ１０１内に集束してもよい。
【０１０１】
レーザ光源８００は更に、波長選択性の光反射器８１３によって送られる光を受けるように配置される光ファイバ８１０を具えてもよい。レンズ８１４を波長選択性の光反射器８１３と光ファイバ８１０との間に提供して、波長選択性の光反射器８１３によって送られる光を光ファイバ８１０内へ集束してもよい。更に、又はその代替的に、光ファイバ８１０はレンズ形状面８１１を有する末端部を具えてもよい。レンズ８１４及び／又はレンズ形状面８１２は、波長選択性の光反射器８１３によって送られる光の、光ファイバ８１０内への結合効率を改善するのを助けうる。
【０１０２】
光ファイバ８１０の特性は図１に示したレーザ光源１００中の第１の光ファイバ１１５と同様であってもよい。いくつかの実施形態においては、光ファイバ８１０は光ファイバ増幅器１１５と同様の光ファイバ増幅器を具えてもよい。このような実施形態においては、レーザ光源８００は更に、ポンプ光源１１６と同様のポンプ光源と、ポンプ光源によって放射される光を光ファイバ８１０内に結合するための結合エレメント１１８と、ポンプ光源と結合エレメントとを接続する、光ファイバ１１７と同様の光ファイバとを具えてもよい。
【０１０３】
いくつかの実施形態においては、波長選択性の光反射器８１３は当該技術分野の当業者に既知の型の二色性ミラーを具えてもよい。当該技術分野の当業者に既知のように、二色性ミラーは干渉の原理を利用して動作する。交互の光学コーティング層がガラス基板上に蓄積され、特定波長の光を選択的に増強し、他の波長と干渉させる。その層は真空中で行われる蓄積プロセスを用いて蓄積してもよい。層の厚さと数とを制御することによって、二色性ミラーは波長範囲内の光を反射し、波長範囲外の波長を有する光を実質的に完全に送るように適合できる。しかしながら、本発明は、波長選択性の光反射器８１３が二色性ミラーを具える実施形態に限定されない。他の実施形態においては、波長選択性の光反射器８３１は、所望の波長範囲内の光が半導体レーザの方に部分反射されるように、リトロー配置中に配置される部分伝達型の回折格子を具えてもよい。
【０１０４】
部分伝達型で波長選択性の光反射器８１３の反射率及び全幅半値帯域幅は、上述のファイバブラッグ格子１１４（図１）に対応してもよい。よって、レーザ光源８００においては、波長選択性の反射器８１３によって送られる光のスペクトルの、波長選択性の光反射器８１３の帯域幅への固定、波長選択性の光反射器８１３の帯域幅を超える比較的均一な光密度分布、及び波長チャープはレーザ光源１００と同様に得られうる。都合の良いことにレーザ光源８００においては、外部レーザキャビティ８２２中の光の往復時間は、波長選択性の光反射器８１３と半導体レーザ１０１との間の距離を変えることによって、レーザ光源８００の動作中に都合の良い方法で変えることができる。従って、レーザ光源８００はフレキシブルな方法で特定用途の要求に適合できる。
【０１０５】
一実施形態においては、レーザ光源１００（図１）及び／又はレーザ光源８００（図８）はレーザ加工用途で用いてもよく、レーザ光源１００、８００によって生成される光は、図１で上述した光ファイバ増幅器１１５のような光ファイバ増幅器中の選択的な増幅後に、ワークピースに向けられて、ワークピースのレーザ溶接、ワークピースのレーザマーキング、及びワークピースのレーザ切断のうちの少なくとも１つを行ってもよい。
【０１０６】
本発明の更なる変更及び変形は本記載を考慮すると当該技術分野の当業者に明らかである。従って、本記載は例示としてのみに解釈すべきであり、当該技術分野の当業者に本発明を行う一般的な方法を教示する目的のためにある。本明細書中に示され、記載された本発明の形態は、現行の好ましい実施形態として解釈すべきであると理解されたい。
【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７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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