(57)【要約】  種光源１０と、種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０と、固体増幅器５０から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子６０，７０と、種光源１０と固体増幅器５０との間に配置され、種光源１０から出力されたパルス光を増幅する半導体光増幅器１５と、種光源１０を所望の繰返し周波数で駆動するゲインスイッチング制御処理と、種光源１０の繰返し周波数に応じて半導体光増幅器１５の注入電流を制御する半導体光増幅器制御処理と、を実行する制御部１００と、を備え、種光源の繰返し周波数にかかわらず、確実にジャイアントパルスの発生を回避可能なレーザ光源装置。
2018203483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、前記種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、前記ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、前記固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子と、を備えているレーザ光源装置であって、
前記種光源と前記固体増幅器との間に配置され、前記種光源から出力されたパルス光を増幅する半導体光増幅器と、
前記種光源を所望の繰返し周波数で駆動するゲインスイッチング制御処理と、前記種光源の繰返し周波数に応じて前記半導体光増幅器の注入電流を制御する半導体光増幅器制御処理と、を実行する制御部と、
を備えて構成されているレーザ光源装置。
【請求項２】
前記半導体光増幅器制御処理は、前記種光源から出力され前記非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、前記注入電流の注入時期を制御する処理を含む請求項１記載のレーザ光源装置。
【請求項３】
前記半導体光増幅器制御処理は、前記種光源から出力され前記非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、前記注入電流の値を制御する処理を含む請求項１または２記載のレーザ光源装置。
【請求項４】
前記半導体光増幅器制御処理は、前記固体増幅器の励起状態が所定の励起状態となるように、前記注入電流の値を制御する処理を含む請求項１から３の何れかに記載のレーザ光源装置。
【請求項５】
前記半導体光増幅器制御処理は、前記種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の低下に伴って、前記パルス光の非入力時に前記注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御し、前記種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の上昇に伴って、前記パルス光の非入力時に前記注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御する処理を含む請求項１から４の何れかに記載のレーザ光源装置。
【請求項６】
前記ゲインスイッチング制御処理は、前記非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または前記加工対象との相対的な移動速度に応じて、前記種光源の繰返し周波数をリアルタイムに設定する処理を含み、
前記半導体光増幅器制御処理は、前記非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または前記加工対象との相対的な移動速度に応じて、前記半導体光増幅器の注入電流を制御する処理が含まれる請求項１から５の何れかに記載のレーザ光源装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記種光源の繰返し周波数が所定周波数以下になると、前記種光源から出力されるパルス光の入力前に前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器が反転分布するように、前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器の励起用光源を周期的または間歇的に制御する励起制御処理をさらに実行するように構成されている請求項１から６の何れかに記載のレーザ光源装置。
【請求項８】
前記ファイバ増幅器と前記固体増幅器との間に配置され前記ファイバ増幅器から前記固体増幅器への光の伝播を許容または阻止する光スイッチ素子をさらに備え、
前記制御部は、前記種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、前記種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように前記光スイッチ素子を制御する光スイッチ制御処理をさらに実行する請求項１から７の何れかに記載のレーザ光源装置。
【請求項９】
前記種光源がＤＦＢレーザで構成され、前記制御部は前記ＤＦＢレーザを数メガヘルツ以下の繰返し周波数で、且つ、数百ピコ秒以下のパルス幅で駆動するように構成されている請求項１から８の何れかに記載のレーザ光源装置。
【請求項１０】
ゲインスイッチング法で種光源から出力されたパルス光をファイバ増幅器及び固体増幅器で順次増幅し、増幅後のパルス光を非線形光学素子で波長変換して出力するレーザパルス光生成方法であって、
前記種光源を所望の繰返し周波数で駆動するとともに、前記種光源と前記固体増幅器との間に配置された半導体光増幅器の注入電流を前記種光源の繰返し周波数に応じて制御するレーザパルス光生成方法。
【請求項１１】
前記種光源から出力され前記非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、前記注入電流の注入時期を制御する請求項１０記載のレーザパルス光生成方法。
【請求項１２】
前記種光源から出力され前記非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、前記注入電流の値を制御する請求項１０または１１記載のレーザパルス光生成方法。
【請求項１３】
前記固体増幅器の励起状態が所定の励起状態となるように、前記注入電流の値を制御する請求項１０から１２の何れかに記載のレーザパルス光生成方法。
【請求項１４】
前記種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の低下に伴って、前記パルス光の非入力時に前記注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御し、前記種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の上昇に伴って、前記パルス光の非入力時に前記注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御する請求項１０から１３の何れかに記載のレーザパルス光生成方法。
【請求項１５】
前記非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または前記加工対象との相対的な移動速度に応じて、前記種光源の繰返し周波数を設定するとともに前記半導体光増幅器の注入電流を制御する請求項１０から１４の何れかに記載のレーザパルス光生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種のレーザ加工に用いられるレーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、固体増幅器でパルス光を増幅する際のエネルギー利用効率を向上させるとともに、固体増幅器の発熱ロスを低減して、比較的安価で小型のレーザ光源装置を提供することを目的とするレーザ光源装置が提案されている。【０００３】
当該レーザ光源装置は、ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子と、ファイバ増幅器と固体増幅器との間に配置されファイバ増幅器から固体増幅器への光の伝播を許容または阻止する光スイッチ素子と、制御部とを備えている。【０００４】
そして、当該制御部は、種光源を所定の周期で駆動するゲインスイッチング制御処理と、種光源から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器及び／または固体増幅器が反転分布するように、ファイバ増幅器及び／または固体増幅器の励起用光源を周期的にまたは間歇的に制御する励起制御処理と、種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子を制御する光スイッチ制御処理と、を実行するように構成されている。【０００５】
当該光スイッチ制御処理により、ファイバ増幅器による増幅の過程で生じる自然放出光ノイズであるＡＳＥノイズ(Amplified Spontaneous Emission Noise)が、時間領域で除去され、励起制御処理によりファイバ増幅器や固体増幅器の過剰励起が抑制されてジャイアントパルスの発生が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１５／１２２３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数が高い領域で励起制御処理を実行すると、励起用光源によってファイバ増幅器や固体増幅器が十分に励起されず、そのためパルス光が十分に増幅されない場合には、結果として非線形光学素子から出力される波長変換光の強度が低下したり出力時期が遅延したりする虞があった。【０００８】
また、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の変化に対応して、励起用光源として使用される半導体レーザを間歇的に駆動すると、当該半導体レーザの温度変動に起因する波長シフトが発生して、ファイバ増幅器や固体増幅器が適切な励起状態に励起されなくなる虞もあった。特にパルス光の繰返し周波数が高くなると顕著になる。【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、種光源の繰返し周波数にかかわらず、確実にジャイアントパルスの発生を回避可能なレーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明によるレーザ光源装置は、ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、前記種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、前記ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、前記固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子と、前記種光源と前記固体増幅器との間に配置され、前記種光源から出力されたパルス光を増幅する半導体光増幅器と、を備え、さらに、前記種光源を所望の繰返し周波数で駆動するゲインスイッチング制御処理と、前記種光源の繰返し周波数に応じて前記半導体光増幅器の注入電流を制御する半導体光増幅器制御処理と、を実行する制御部を備えている。【００１１】
また、本発明によるレーザパルス光生成方法は、ゲインスイッチング法で種光源から出力されたパルス光をファイバ増幅器及び固体増幅器で順次増幅し、増幅後のパルス光を非線形光学素子で波長変換して出力するレーザパルス光生成方法であって、前記種光源を所望の繰返し周波数で駆動するとともに、前記種光源と前記固体増幅器との間に配置された半導体光増幅器の注入電流を前記種光源の繰返し周波数に応じて制御するように構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明した通り、本発明によれば、種光源の繰返し周波数にかかわらず、確実にジャイアントパルスの発生を回避可能なレーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はレーザ光源装置のブロック構成図である。
【図２】図２は半導体光増幅器の動作説明図である。
【図３】図３は半導体光増幅器制御処理の一例を示す説明図である。
【図４】図４は半導体光増幅器制御処理の他の例を示す説明図である。
【図５】図５は別実施形態を示すレーザ光源装置のブロック構成図である。
【図６】図６（ａ）から（ｃ）は、パルス光の周波数特性と時間軸特性の説明図であり、図６（ａ）は種光源から発振される狭帯域のパルス光の繰返し周波数特性と時間軸特性の説明図であり、図６（ｂ）及び図６（ｃ）はファイバ増幅器の自己位相変調やラマン散乱によって広帯域化したパルス光の周波数特性と時間軸特性の説明図である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｅ）は、それぞれパルス光の説明図であり、図７（ａ）は種光源から周期的に発振されるパルス光の説明図、図７（ｂ）は初段のファイバ増幅器でＡＳＥノイズが重畳したパルス光の説明図、図７（ｃ）は後段のファイバ増幅器でさらにＡＳＥノイズが重畳したパルス光の説明図、図７（ｄ）は時間領域で種光源の発振周期と同期して光スイッチ素子を通過するパルス光の説明図、図７（ｅ）は時間領域で種光源の発振周期と同期して光スイッチ素子を通過して、固体増幅器で増幅されたパルス光の説明図である。
【図８】図８は、別実施形態を示すレーザ光源装置のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明によるレーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法の実施形態を説明する。
［レーザ光源装置の基本的態様］
本発明によるレーザ光源装置は、ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、前記種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子と、種光源と固体増幅器との間に配置され、種光源から出力されたパルス光を増幅する半導体光増幅器と、制御部と、を備えて構成されている。
【００１５】
そして、制御部は、種光源を所望の繰返し周波数で駆動するゲインスイッチング制御処理と、種光源の繰返し周波数に応じて半導体光増幅器の注入電流を制御する半導体光増幅器制御処理と、を実行するように構成されている。
【００１６】
ゲインスイッチング制御処理で、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数が低くなると固体増幅器にパルス光が入力されるまでの励起時間が長くなるので固体増幅器の励起状態が相対的に高くなり、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数が高くなると固体増幅器にパルス光が入力されるまでの励起時間が短くなるので固体増幅器の励起状態が相対的に低くなる。つまり、種光源の繰返し周波数によって固体増幅器の励起状態が変動する。
【００１７】
半導体光増幅器の注入電流を調整することにより、半導体光増幅器から出力される光の強度、つまりパルス光を含む出力光の強度を可変に調整することができる。そこで、上述した半導体光増幅器制御処理を実行することにより、固体増幅器の励起状態が調整され、或いは固体増幅器に入力されるパルス光の強度を励起状態に応じた適切な値に調整できるようになる。
【００１８】
当該半導体光増幅器制御処理は、種光源から出力され非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の注入時期を制御する処理を含む。
【００１９】
例えば、種光源から出力されるパルス光を増幅するのに必要な注入時期よりも早い時期から半導体光増幅器に注入電流を注入すると、パルス光が増幅されるまでの間に注入電流に応じた強度の連続光が出力される。この連続光によって固体増幅器の励起状態が調整されることにより、非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度を所定強度に調整できるようになる。
【００２０】
当該半導体光増幅器制御処理は、種光源から出力され非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の値を制御する処理を含むことが好ましい。
【００２１】
半導体光増幅器への注入電流の値を制御することにより半導体光増幅器から出力される種光に対応するパルス光を含む強度が調整された出力光が固体増幅器に入力され、その結果、非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度を所定強度に調整できるようになる。
【００２２】
当該半導体光増幅器制御処理は、固体増幅器の励起状態が所定の励起状態となるように、注入電流の値を制御する処理を含むことが好ましい。
【００２３】
半導体光増幅器への注入電流の値を調整することによって半導体光増幅器から出力される連続光の強度が調整できる。この連続光の強度を調整することによって固体増幅器の励起状態を好ましい励起状態に調整できるようになる。
【００２４】
当該半導体光増幅器制御処理は、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の低下に伴って、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御し、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の上昇に伴って、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御する処理を含むことが好ましい。
【００２５】
ゲインスイッチング制御処理で、種光源の繰返し周波数が低くなると固体増幅器にパルス光が入力されるまでの励起時間が長くなるので励起状態が相対的に高くなり、種光源の繰返し周波数が高くなると固体増幅器にパルス光が入力されるまでの励起時間が短くなるので励起状態が相対的に低くなる。
【００２６】
そこで、種光源の繰返し周波数が低くなる場合に、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御すれば、半導体光増幅器から出力される連続光によって過剰な励起状態が抑制され、種光源の繰返し周波数が高くなる場合に、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御すれば、半導体光増幅器から出力される連続光による無用な励起状態の低下が抑制される。
【００２７】
前記ゲインスイッチング制御処理は、非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または加工対象との相対的な移動速度に応じて、種光源の繰返し周波数をリアルタイムに設定する処理を含み、半導体光増幅器制御処理は、非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または加工対象との相対的な移動速度に応じて、半導体光増幅器の注入電流を制御する処理が含まれることが好ましい。
【００２８】
非線形光学素子から波長変換されて出力されるパルス光の繰返し周波数や強度は、加工対象及び／または加工対象との相対的な移動速度に応じて適切な値に調整することが安定加工という観点で好ましい。そのような場合に、種光源の繰返し周波数を適切な値に設定し、半導体光増幅器の注入電流を適切な値に設定することにより、加工対象となる材料の特性に応じて精度のよい加工ができるレーザ光源装置が得られる。
【００２９】
前記制御部は、種光源の繰返し周波数が所定周波数以下になると、種光源から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器及び／または固体増幅器が反転分布するように、ファイバ増幅器及び／または固体増幅器の励起用光源を周期的または間歇的に制御する励起制御処理をさらに実行するように構成されていることが好ましい。
【００３０】
種光源の繰返し周波数が所定周波数より低い場合には、ファイバ増幅器や固体増幅器が過剰に励起されて、上述した半導体光増幅器制御処理によっても適切にジャイアントパルスの発生を回避することが困難になる虞もある。そのような場合に励起制御処理を実行することによって、ファイバ増幅器や固体増幅器が適切な反転分布状態に調整でき、ジャイアントパルスの発生を回避することができるようになる。
【００３１】
なお、種光源の繰返し周波数が所定周波数より高い場合に励起制御処理を実行すると、既述したようにファイバ増幅器や固体増幅器を十分に励起できず、応答遅れが生じる虞があるが、種光源の繰返し周波数が所定周波数より低い場合にはそのような弊害は発生しない。
【００３２】
ファイバ増幅器と固体増幅器との間に配置されファイバ増幅器から固体増幅器への光の伝播を許容または阻止する光スイッチ素子をさらに備え、制御部は、種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子を制御する光スイッチ制御処理をさらに実行することが好ましい。
【００３３】
種光源からのパルス光の出力期間に光スイッチ素子を介してファイバ増幅器から固体増幅器へパルス光が伝播し、当該パルス光の出力期間と異なる期間にはファイバ増幅器の出力光の固体増幅器への伝播が阻止される。当該パルス光の出力期間と異なる期間には固体増幅器へのＡＳＥノイズの伝播が阻止されるので、固体増幅器の活性領域のエネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる。つまり、当該光スイッチ素子は時間領域でＡＳＥノイズを除去するフィルタとして機能する。
【００３４】
前記種光源がＤＦＢレーザで構成され、制御部はＤＦＢレーザを数メガヘルツ以下の繰返し周波数で、且つ、数百ピコ秒以下のパルス幅で駆動するように構成されていることが好ましい。
【００３５】
種光源としてＤＦＢレーザを用いてゲインスイッチング法を適用することによって、単一縦モードで発振し、定常状態よりも高強度のパルス光が得られる。ゲインスイッチング法によれば、単発のパルス光を含む数メガヘルツ以下の所望の繰返し周波数で、数百ピコ秒以下の所望のパルス幅のパルス光を容易に生成することができ、このようなパルス光に上述の光スイッチ素子や半導体光増幅器を用いることによって、高い平均出力で且つ所望の波長のパルス光を効率よく得ることができるようになる。
【００３６】
［レーザパルス光生成方法の基本的態様］
本発明によるレーザパルス光生成方法は、ゲインスイッチング法で種光源から出力されたパルス光をファイバ増幅器及び固体増幅器で順次増幅し、増幅後のパルス光を非線形光学素子で波長変換して出力するレーザパルス光生成方法であって、種光源を所望の繰返し周波数で駆動するとともに、種光源と固体増幅器との間に配置された半導体光増幅器の注入電流を種光源の繰返し周波数に応じて制御するように構成されている。
【００３７】
前記種光源から出力され非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の注入時期を制御することが好ましい。
【００３８】
前記種光源から出力され非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の値を制御することが好ましい。
【００３９】
前記固体増幅器の励起状態が所定の励起状態となるように、注入電流の値を制御することが好ましい。
【００４０】
前記種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の低下に伴って、パルス光の非入力時に前記注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御し、前記種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の上昇に伴って、パルス光の非入力時に前記注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御することが好ましい。
【００４１】
前記非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または加工対象との相対的な移動速度に応じて、種光源の繰返し周波数を設定するとともに半導体光増幅器の注入電流を制御することが好ましい。
【００４２】
［レーザ光源装置の具体的態様］
図１には、本発明によるレーザ光源装置１の一例となる構成が示されている。レーザ光源装置１は、光源部１Ａと、ファイバ増幅部１Ｂと、固体増幅部１Ｃと、波長変換部１Ｄとが光軸Ｌに沿って配置され、さらに光源部１Ａ等を制御する制御部１００を備えて構成されている。
【００４３】
光源部１Ａには、種光源１０と、種光源用のドライバＤ１と、光アイソレータＩＳＬ１等を備えている。ファイバ増幅部１Ｂには、それぞれレーザダイオードで構成される励起用光源２１，３１及び合波器２２，３２を備えた二段のファイバ増幅器２０，３０と、ファイバ増幅器２０，３０の前段に備えた半導体光増幅器（ＳＯＡ: Semiconductor Optical Amplifier）１５と、光アイソレータＩＳＬ２，ＩＳＬ３と、光スイッチ素子４０等を備えている。
【００４４】
固体増幅部１Ｃには、固体増幅器５０と、反射ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３と、レンズＬ１と、コリメータＣＬ２等を備えている。波長変換部１Ｄは、第１波長変換部１Ｅ及び第２波長変換部１Ｆで構成され、それぞれに非線形光学素子６０，７０を備えている。
【００４５】
種光源１０から出力された波長１０６４ｎｍのレーザパルス光（以下、単に「パルス光」とも記す。）が半導体光増幅器１５で増幅された後に、二段のファイバ増幅器２０，３０で増幅され、さらに一段の固体増幅器５０で所望のレベルまで増幅される。固体増幅器５０で増幅されたパルス光は非線形光学素子６０で波長５３２ｎｍに波長変換され、さらに非線形光学素子７０で波長２６６ｎｍに波長変換されて出力される。
【００４６】
尚、ファイバ増幅器及び固体増幅器の数は特に限定されることはなく、パルス光に対する所望の増幅率を得るために適宜設定されればよい。例えば三つのファイバ増幅器を縦続接続し、その後段に二つの固体増幅器を縦続接続してもよい。
【００４７】
種光源１０として単一縦モードのレーザ光を出力する分布帰還型レーザダイオード（以下、「ＤＦＢレーザ」と記す。）が用いられ、ゲインスイッチング法を適用する制御部１００から出力される制御信号によって、ＤＦＢレーザから単発または数メガヘルツ以下の所望の繰返し周波数で、数百ピコ秒以下の所望のパルス幅のパルス光が出力される。
【００４８】
種光源１０から出力された数ピコジュールから数百ピコジュールのパルスエネルギーのパルス光が、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０によって最終的に数十マイクロジュールから数十ミリジュールのパルスエネルギーのパルス光に増幅された後に、二段の非線形光学素子６０，７０に入力されることによって波長２６６ｎｍの深紫外線に波長変換される。
【００４９】
種光源１０から出力されたパルス光は、光アイソレータＩＳＬ１を介して、半導体光増幅器１５により所定レベルまで増幅される。半導体光増幅器１５は、端面の反射を無くす加工が施された点を除いて半導体レーザと同一の構造を有し、光増幅率を制御するための制御端子を備えている。
【００５０】
制御端子から入力される注入電流の増加に対して出力される光パルスの強度が高くなる非飽和領域と、注入電流の増加に対して出力される光パルスの強度が飽和する飽和領域を備えている。半導体光増幅器１５に対する注入電流のエネルギーを非飽和領域で調整することよって入力されるパルス光の強度が所望の強度まで直接的に増幅されるようになる。
【００５１】
図２には、半導体光増幅器１５の増幅特性が示されている。入力信号（入力光が無い時刻ｔ０で増幅制御入力信号である注入電流の値を非飽和領域で増加させると、注入電流の値に応じて次第に出力光である連続光（ＣＷ光）の強度が上昇し、時刻ｔ１で飽和領域に達すると、出力光の強度が一定の値に飽和する。入力信号がパルス光である場合には、注入電流の値に応じて増幅されたパルス光が出力されるようになる。
【００５２】
図１に戻り、半導体光増幅器１５から出力されたパルス光は、さらに、二段のファイバ増幅器２０，３０で増幅される。ファイバ増幅器２０，３０として、所定波長（例えば９７５ｎｍ）の励起用光源２１で励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）添加ファイバ増幅器等の希土類添加光ファイバが用いられる。このようなファイバ増幅器２０の反転分布の寿命はミリ秒の位数であるため、励起用光源２１で励起されたエネルギーは１キロヘルツ以上の周波数のパルス光に効率的に転移されるようになる。
【００５３】
例えば、ファイバ増幅器２０で約３０デシベル増幅されたパルス光は、光アイソレータＩＳＬ２を介して後段のファイバ増幅器３０に入力されて約２５デシベル増幅される。後段のファイバ増幅器３０で増幅されたパルス光は、コリメータＣＬ１によってビーム成形され、光アイソレータＩＳＬ３，ＩＳＬ４を通過した後に固体増幅器５０に導かれて約２５デシベル増幅される。
【００５４】
本実施形態では、固体増幅器５０で生じる熱レンズ効果に対して効率的に光増幅されるように、ファイバ増幅器３０から出力されたパルス光が、当該コリメータＣＬ１によって固体増幅器５０の入射面直前にビームウェストが位置するようにビーム成形される。
【００５５】
コリメータＣＬ１と固体増幅器５０との間には、一対の反射ミラーＭ１，Ｍ２が配置され、反射ミラーＭ１，Ｍ２間には固体増幅器５０で増幅されたパルス光を非線形光学素子６０に導く光アイソレータＩＳＬ４が配置されている。
【００５６】
上述の光アイソレータＩＳＬ１〜ＩＳＬ４は、何れも磁気光学効果を利用して順方向と逆方向で偏光面を逆方向に回転させることで戻り光を遮断する偏光依存型の光アイソレータであり、光軸に沿って上流側に配置された各光学素子が、高強度の戻り光によって熱破壊されることを回避する等のために設けられている。
【００５７】
固体増幅器５０としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＡＧ結晶等の固体レーザ媒体が好適に用いられる。発光波長８０８ｎｍまたは８８８ｎｍのレーザダイオードで構成される励起用光源５１から出力され、コリメータＣＬ２によってビーム成形された励起光によって固体レーザ媒体が励起されるように構成されている。
【００５８】
光アイソレータＩＳＬ３を通過したパルス光は、反射ミラーＭ１，Ｍ２を経由して固体増幅器５０に入射して増幅された後に、さらに反射ミラーＭ３で反射されて固体増幅器５０に再入射して再度増幅される。つまり、固体増幅器５０の往路及び復路でそれぞれ増幅されるように構成されている。尚、レンズＬ１はビーム整形用である。
【００５９】
第１波長変換部１Ｅには非線形光学素子６０であるＬＢＯ結晶（ＬｉＢ３Ｏ５）が組み込まれ、第２波長変換部１Ｆには非線形光学素子７０であるＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）が組み込まれている。種光源１０から出力された波長１０６４ｎｍのパルス光が非線形光学素子６０で波長５３２ｎｍに波長変換され、さらに非線形光学素子７０で波長２６６ｎｍに波長変換される。
【００６０】
反射ミラーＭ４，Ｍ８は非線形光学素子６０から出力される波長１０６４ｎｍのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、反射ミラーＭ６は非線形光学素子７０から出力される波長５３２ｎｍのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、分離されたパルス光はそれぞれ光ダンパで減衰される。
【００６１】
第２波長変換部１ＦにはＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）を光軸と直交する面内で移動させる走査機構であるステージ７１が設けられている。紫外線が長時間同一箇所に照射されるとＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）に光学損傷が生じて強度分布の劣化と波長変換出力の低下を招くため、所定時期にＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトするためである。
【００６２】
制御部１００はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及び周辺回路等を備えた回路ブロックで構成され、予めＦＰＧＡ内のメモリに記憶したプログラムに基づいて複数の論理素子を駆動することにより、レーザ光源装置１を構成する各ブロックが例えばシーケンシャルに制御される。尚、制御部１００はＦＰＧＡで構成される以外に、マイクロコンピュータとメモリ及びＩＯ等の周辺回路で構成されていてもよいし、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等で構成されていてもよい。
【００６３】
具体的に、制御部１００は、種光源１０を所定の繰返し周波数で駆動するゲインスイッチング制御処理と、種光源１０の繰返し周波数に応じて半導体光増幅器１５の注入電流を制御する半導体光増幅器制御処理と、種光源１０の繰返し周期が所定周波数以下になるときに、種光源１０から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器２０，３０及び／または固体増幅器４０が反転分布するように、ファイバ増幅器２０，３０及び／または固体増幅器５０の励起用光源２１，３１，５１を周期的または間歇的に制御する励起制御処理等を実行するように構成されている。
【００６４】
［レーザパルス光生成方法の具体的態様］
ゲインスイッチング制御処理では、ゲインスイッチング法を用いて種光源１０を発光させるべく、種光源１０であるＤＦＢレーザのドライバＤ１に所定パルス幅のトリガ信号を出力する。当該駆動回路からＤＦＢレーザにトリガ信号に応じたパルス電流が印加されると緩和振動が発生し、緩和振動による発光開始直後の最も発光強度が大きな第１波のみからなり第２波以降のサブパルスを含まないパルス状のレーザ光が出力される。ゲインスイッチング法とは、このような緩和振動を利用した短いパルス幅でピークパワーが大きいパルス光を発生させる方法をいう。
【００６５】
種光源１０の繰返し周波数が所定周波数以上のときには、励起制御処理が実行されず、励起用光源２１，３１，５１が連続駆動制御されている。そのため、パルス光の繰返し周波数に応じてファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０の反転分布状態つまり励起状態が変化する。
【００６６】
パルス光の繰返し周波数が高い場合に比べて低い場合の方が、各増幅器２０，３０，５０の励起状態が相対的に高くなっているため、同じ強度のパルス光が入射された場合に、励起状態が高いほど増幅率が大きくなり、出力されるパルス光の強度が高くなる。各増幅器２０，３０，５０が過剰に励起されると、固体増幅器５０から異常に高い強度のパルス光（ジャイアントパルスという。）が出力されて、固体増幅器５０や非線形光学素子６０，７０の破損を招く虞がある。
【００６７】
そのような場合に備えて、種光源１０の繰返し周波数に応じて半導体光増幅器１５の注入電流を制御する半導体光増幅器制御処理が実行される。ゲインスイッチング制御処理によって種光源１０から出力されるパルス光の繰返し周波数が低くなると固体増幅器５０にパルス光が入力されるまでの励起時間が長くなるので固体増幅器５０の励起状態が相対的に高くなり、種光源１０から出力されるパルス光の繰返し周波数が高くなると固体増幅器５０にパルス光が入力されるまでの励起時間が短くなるので固体増幅器５０の励起状態が相対的に低くなる。
【００６８】
つまり、種光源１０の繰返し周波数によって固体増幅器５の励起状態が変動する。そして、半導体光増幅器１５の注入電流を調整することにより、半導体光増幅器１５から出力される光の強度、つまりパルス光を含む出力光の強度を可変に調整することができる。
【００６９】
そこで、半導体光増幅器制御処理を実行することにより、固体増幅器５０の励起状態が調整され、或いは固体増幅器５０に入力されるパルス光の強度を励起状態に応じた適切な値に調整できるようになる。本実施形態では、半導体光増幅器１５がファイバ増幅器２０の前段に設けられているので、固体増幅器５０のみならずファイバ増幅器２０，３０の励起状態が調整され、或いはファイバ増幅器２０，３０に入力されるパルス光の強度を励起状態に応じた適切な値に調整できるようになる。
【００７０】
図３及び図４には、ゲインスイッチング制御処理で種光源１０から出力されるパルス光、つまり種光の強度が一定である場合に、パルスの繰返し周期ｔｉ，ｔｆにかかわらず、半導体光増幅器制御処理によって非線形光学素子７０から出力されるパルス光の強度が一定に制御される例が示されている。
【００７１】
図３に示した例では、種光源１０から出力され非線形光学素子７０により波長変換されたパルス光の強度が所定強度（本実施形態では一定強度）になるように、注入電流の注入時期を制御する処理が半導体光増幅器制御処理に含まれる。所定強度が一定強度ではなくダイナミックに変化するように設定されていてもよい。
【００７２】
例えば、種光源１０から出力されるパルス光を増幅するのに必要な注入時期よりも早い時期から半導体光増幅器１５に注入電流を注入すると、図２で説明したように、パルス光が増幅されるまでの間に注入電流に応じた強度の連続光が出力される。この連続光によって固体増幅器５０の励起状態が調整されることにより、非線形光学素子７０により波長変換されたパルス光の強度を所定強度に調整できるようになる。
【００７３】
また、種光源１０から出力され非線形光学素子７０により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の値を制御する処理が半導体光増幅器制御処理に含まれる。
【００７４】
半導体光増幅器１５への注入電流の値を制御することにより半導体光増幅器１５から出力される種光に対応するパルス光を含む強度が調整された出力光が固体増幅器５０に入力され、その結果、非線形光学素子７０により波長変換されたパルス光の強度を所定強度に調整できるようになる。
【００７５】
図３には、半導体光増幅器制御処理によって、半導体光増幅器１５への注入電流の注入時期及び電流値の双方が制御された例が示され、固体増幅器５０の励起状態が可変に調整されるとともに、その励起状態に応じて固体増幅器５０から一定強度のパルス光が出力されるように注入電流の値が調整されている。その結果、非線形光学素子７０により波長変換されたパルス光の強度が一定に調整されている。
【００７６】
図４に示した例では、固体増幅器５０の励起状態が所定の励起状態（本実施形態では一定の励起状態）となるように、注入電流の値を制御する処理が半導体光増幅器制御処理に含まれる。種光の繰返し周波数に応じて注入電流の値を調整することにより固体増幅器５０の励起状態が一定の励起状態に調整され、非線形光学素子７０により波長変換されたパルス光の強度が一定に調整される。この時の連続光の強度を調整することによって固体増幅器１５の励起状態を好ましい励起状態に調整できるようになる。
【００７７】
半導体光増幅器１５への注入電流の値は、固体増幅器５０の励起状態を一定に維持するために、種光の繰返し周波数に応じた一定の値に維持される。そして、種光の増幅時期に合わせて所望の増幅率を得るために、種光の入力時期より時間ｔｓ直前にステップ的に増加され、増幅処理が終了すると元の値に復帰するように制御される。種光の繰返し周波数が高い場合には注入電流の値が減少され、種光の繰返し周波数が低い場合には注入電流の値が増加される。
【００７８】
尚、励起状態が一定の励起状態ではなくダイナミックに変化するように設定されると、波長変換光の強度がダイナミックに調整できるようになる。
【００７９】
つまり、半導体光増幅器制御処理は、種光源１０から出力されるパルス光の繰返し周波数の低下に伴って、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御し、種光源１０から出力されるパルス光の繰返し周波数の上昇に伴って、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御する処理を含む。
【００８０】
さらに、制御部１００は所定時期にＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトするためにステージ７１を制御してステップ的に移動させるシフト制御処理を実行するように構成されている。
【００８１】
例えば、シフト制御処理では、波長変換された紫外線の強度をモニタし、モニタした強度の履歴が所定のパターンに一致するとステージ７１を移動させてＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトする。
【００８２】
パルス光の光軸に直交するＸ−Ｙ平面でステージ７１が移動可能となるように、ステージ７１は制御部１００によりモータドライバＤ３を介して制御されるＸ方向移動モータ及び／またはＹ方向移動モータに駆動連結されている。
【００８３】
［レーザ光源装置の別実施形態］
以下にレーザ光源装置の別実施形態を説明する。
図５に示すレーザ光源装置１は、図１で説明したレーザ光源装置１のコリメータＣＬ１と固体増幅器５０との間に、音響光学素子が組み込まれ光スイッチ素子４０として機能する音響光学変調器ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）が設けられている。
【００８４】
制御部１００は、上述したゲインスイッチング制御処理や半導体光増幅器制御処理に加えて、種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子４０を制御する光スイッチ制御処理を実行するように構成されている。
【００８５】
光スイッチ制御処理では、光スイッチ素子４０である音響光学変調器ＡＯＭを駆動するＲＦドライバＤ２にゲート信号を出力する。ＲＦドライバＤ２から高周波信号が印加されたトランスジューサ（ピエゾ変換素子）によって音響光学素子を構成する結晶に回折格子が生成され、音響光学素子に入射するパルス光の回折光が反射ミラーＭ１に入射する。
【００８６】
ＲＦドライバＤ２が停止すると音響光学素子に入射したパルス光は回折せずにそのまま通過し、反射ミラーＭ１に入射することはない。尚、ＲＦドライバＤ２の停止時に音響光学素子を通過した光は光ダンパによって減衰されるように構成されている。
【００８７】
ゲート信号によって光スイッチ素子４０がオンすると回折された光がファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へ伝播し、ゲート信号によって光スイッチ素子４０がオフするとファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へ光の伝播が阻止される。
【００８８】
図６（ａ），図６（ｂ）及び図６（ｃ）には、レーザ光源装置１の各部を伝播するパルス光の周波数特性が左側に示され、それらパルス光の時間軸特性が右側に示されている。これらの図で示す符号Ｓｎ（ｎは整数）は、図１に示すレーザ光源装置１の各部の出力ノードの光信号Ｓｎ（ｎ＝１，２，・・・）に対応する。
【００８９】
制御部１００から出力されるトリガ信号によって種光源１０であるＤＦＢレーザから中心波長１０６４ｎｍの狭帯域のレーザパルス光が所定の周期で出力される（図６（ａ）参照）。種光源１０から出力されたパルス光がファイバ増幅器２０に導かれて増幅される過程で自己位相変調やラマン散乱等によって不必要にスペクトル幅が広がり、さらにはＡＳＥノイズが発生して光パルスのＳ／Ｎ比が低下する（図６（ｂ）参照）。そのようなパルス光が後段のファイバ増幅器３０に導かれて増幅される過程でさらに広帯域化され、ＡＳＥノイズレベルが増大する（図６（ｃ）参照）。尚、ここでは、半導体光増幅器１５のゲインが１である場合を例示している。
【００９０】
所望の強度の深紫外のパルス光を得るために、ファイバ増幅器２０，３０で増幅されたパルス光を後段の固体増幅器５０でさらに大きなピークパワーに増幅する必要がある。しかし、波長変換部１Ｄで波長変換可能な波長範囲が各非線形光学素子６０，７０の特性によって制限されることから、増幅に要したエネルギーが効率的に波長変換に寄与しない。つまり波長変換効率が低下することになる。
【００９１】
固体増幅器５０の励起エネルギーがＡＳＥノイズの増幅や広帯域化したパルス光に無駄に消費される結果、エネルギー効率が大きく低下するという問題や、そのために励起エネルギーを大きくすると、発熱による素子の破損を回避するために大掛かりな冷却装置が必要となり、徒にレーザ光源装置１が高価になるという問題がある。パルス光の周波数がメガヘルツの位数より大きければ、ＡＳＥノイズは極僅かであるためさほど問題とならないが、パルス光の発振周波数が１メガヘルツよりも低い領域ではＡＳＥノイズの影響が顕著になる。
【００９２】
そこで、上述のスイッチ制御処理によって種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子４０を制御することにより、非線形光学素子６０，７０からパルス光の出力を許容する出力許容状態を生成するように構成されている。
【００９３】
種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光スイッチ素子４０がオフされると、その間は、後段の固体増幅器５０へのＡＳＥノイズの伝播が阻止されるようになり、固体増幅器５０の活性領域のエネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる（図７（ｄ）の区間Ｔoff参照）。
【００９４】
そして、種光源１０からパルス光が出力される期間に制御部１００によって光スイッチ素子４０がオンされると、ファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へパルス光が伝播するので（図７（ｄ）の区間Ｔon参照）、エネルギー効率よくパルス光が増幅されて（図７（ｅ）参照）、非線形光学素子６０，７０から大きなピークパワーのパルス光が出力されるようになる。つまり、当該光スイッチ素子４０を時間領域でＡＳＥノイズを除去するフィルタとして機能させるのである。
【００９５】
制御部１００によって光スイッチ素子４０がオン制御される「種光源からのパルス光の出力期間」とは、種光源からパルス光が出力されている全期間のみを意味するのではなく、非線形光学素子により波長変換されたパルス光のピークパワーが適切な値を示す範囲であれば一部期間であってもよく、また種光源からパルス光が出力されている期間の前後の僅かな期間も含まれるような概念である。
【００９６】
出力許容状態で、制御部１００によって光スイッチ素子４０がオフ制御される「種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間」とは、複数のパルス光の各出力期間の間の全期間、つまりパルス光が存在しない全期間のみを意味するのではなく、励起用光源によって励起された固体増幅器の活性領域のエネルギーがＡＳＥノイズで無駄に消費されることが低減できる範囲であれば、その一部期間も含まれるような概念である。
【００９７】
光スイッチ素子としてＥＯ変調の強度変調を利用して電界により光をオンオフする電気光学素子を用いることも可能である。さらに光スイッチ素子４０としてマイクロマシーニング技術で製作した微少な揺動ミラー（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成されたミラー）を用いて、ファイバ増幅器３０の出力が固体増幅器５０に伝播するか否かを微少な揺動ミラーの揺動角度によって切り替えるように構成してもよい。また、偏光状態を動的に切替えて光の透過と遮断を制御可能な偏光デバイスを用いてもよい。つまり、光スイッチ素子は動的光学素子で構成されていればよい。
【００９８】
種光源１０から出力されるパルス光の繰返し周波数が１メガヘルツ以下のときに大きな効果があり、数百キロヘルツ以下、特に２００キロヘルツ以下の時に光スイッチ素子４０によるＡＳＥノイズ除去効果が顕著に現れる。
【００９９】
図８に示すレーザ光源装置１は、図５で説明したレーザ光源装置１の半導体光増幅器１５がファイバ増幅器２０，３０の間に配置され、さらに、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０の励起用の光源２１，３１，５１が制御可能に構成された例である。
【０１００】
このように、ファイバ増幅器２０とファイバ増幅器３０との間に半導体光増幅器１５を設けてもよく、種光源１０とファイバ増幅器２０との間及びファイバ増幅器２０とファイバ増幅器３０との間にそれぞれ半導体光増幅器１５を設けてもよい。複数段のファイバ増幅器を備える構成では、初段のファイバ増幅器の前段に半導体光増幅器を備えてもよいし、中段に備えてもよい。また複数の半導体光増幅器を何れかに備えてもよい。
【０１０１】
この例では、種光源１０の繰返し周期が所定周波数以下になるときに、制御部１００によって、種光源１０から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器２０，３０及び／または固体増幅器４０が反転分布するように、ファイバ増幅器２０，３０及び／または固体増幅器５０の励起用光源２１，３１，５１を周期的または間歇的に制御する励起制御処理が実行される。
【０１０２】
ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０にパルス光が入力されることのないときに、不必要に励起用光源が駆動されることがないので各増幅器の発熱も低減される。本実施形態では、各励起用光源２１，３１，５１は、少なくとも種光源１０がオンされるタイミングよりも所定の励起開始時間だけ前に駆動され、種光源１０がオフされるタイミング、或いは種光源１０がオンされたタイミングから所定の励起終了時間の経過でオフされるように構成されている。
【０１０３】
当該励起開始時間は、各増幅器２０，３０，５０の蛍光寿命に従って決定される値で、例えば蛍光寿命τの０．５〜３倍の値に設定される。個々の増幅器２０，３０，５０の蛍光寿命が異なるために、個々の増幅器２０，３０，５０の励起用光源２１，３１，５１を個別に駆動制御する必要がある。励起用光源２１，３１，５１の駆動回路をシンプルにするために、蛍光寿命が最長となる増幅器の励起開始時間に他の増幅器の励起開始時間を合わせてもよい。
【０１０４】
このような励起制御処理は、種光源１０の繰返し周波数が数百キロヘルツ以下、特に２００キロヘルツ以下の時に実行されることが好ましい。この様な繰返し周波数で励起用光源を常時駆動すると、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０が過剰に励起されて、半導体光増幅器制御処理のみで対処できない場合に有用となる。
【０１０５】
ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０に当該パルス光が入力される前に増幅可能なエネルギー状態となる反転分布状態が得られるように、励起用光源２１，３１，５１が周期的にまたは間歇的に制御されるので、パルス光が入力されることのないときに不必要に励起用光源が駆動されることがなく、従って各増幅器での発熱が抑制されるようになる。
【０１０６】
種光源１０の駆動周期と同期して励起用光源２１，３１，５１の駆動周期が決定され、種光源１０が停止されると励起用光源２１，３１，５１も同様に停止され、事前に大きな励起状態に至ることがないので、次に種光源１０が駆動された場合でも著しく大きなピークパワーのジャイアントパルスが出力され、波長変換装置等が熱破損するようなことがない。そして、種光源１０が周期的に駆動される場合でも、少なくとも励起用光源２１，３１，５１がオフされているときにはＡＳＥノイズは発生しないので、パルス光のＳＮ比が大きく低下することもない。
【０１０７】
本発明は、ＤＦＢレーザを含む半導体レーザに対して、数百メガヘルツ以下の周波数で、且つ、数百ピコ秒以下のパルス幅で駆動するように構成された種光源を備えたレーザ光源装置に広く適用可能である。
【０１０８】
［半導体光増幅器制御処理の別実施形態］
以下に、制御部で実行される半導体光増幅器制御処理の別実施形態を説明する。
非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または加工対象との相対的な移動速度に応じて、パルス光の繰返し周波数を異ならせ、各繰返し周波数に応じて半導体光増幅器の注入電流を制御することが好ましい。
【０１０９】
加工対象の特性に応じて最適なエネルギーのパルス光を照射することができ、加工対象とパルス光の相対的な移動速度に応じて最適なエネルギーのパルス光を照射することができるようになる。
【０１１０】
例えば、ガラス基板と、サファイア薄膜でなる接着層と、ポリイミド樹脂でなる保護層が積層された液晶パネルのような板状体に、パルス光を照射して貫通孔を形成するような場合、保護層には大径で大パワーのパルス光を照射し、接着層には小径で小パワーのパルス光を照射し、ガラス基板には大パワーのパルス光を照射するといったように、加工対象に応じて波長変換されたパルス光のパワーを調整する必要がある場合に、半導体光増幅器制御処理を好適に用いることができる。
【０１１１】
また、パルス光に対して加工対象を相対移動させて照射する際に、加工対象が直線移動する場合と曲線移動する場合とで加工対象の移動速度が変化するような場合には、移動速度が低くなる曲線移動時にパルス光の繰返し周波数を低くし、併せてパルス光のエネルギーを調整し、移動速度が高くなる直線移動時にパルス光の繰返し周波数を高くし、併せてパルス光のエネルギーを調整するような場合にも当該半導体光増幅器制御処理を好適に用いることができる。この場合、パルス光の繰返し周波数はゲインスイッチング制御処理によって調整されることはいうまでもない。
【０１１２】
励起制御処理を一切行なわずに励起用光源を常時駆動した状態で、不定期にゲインスイッチング処理を行なって種光源１０から所定周波数のパルス光を出力する場合にも、半導体光増幅器制御処理を行うことによりジャイアントパルスの発生を回避することができる。
【０１１３】
この場合、一定の繰返し周波数でゲインスイッチング処理が実行される場合であっても、長時間停止された後の初回と二回目以降でファイバ増幅器及び固体増幅器の励起状態が異なるので、初回の半導体光増幅器への注入電流の値を二回目以降よりも相対的に高く設定することにより、固体増幅器から出力される光パルスの強度を目標の強度に安定して調整できる。
【０１１４】
上述した実施形態では、種光源としてＤＦＢレーザを用いて、ＤＦＢレーザにゲインスイッチング法を適用することによって、単一縦モードで定常状態よりも高強度のパルス光を生成する例を説明したが、本発明は種光源として半導体レーザを用いるものであればよく、ＤＦＢレーザ以外の一般的なファブリペロー型の半導体レーザを用いることも可能である。
【０１１５】
また、本発明は、発振波長が１０６４ｎｍとなる種光源に限定されるものでもなく、例えば、１０３０ｎｍ、１５５０ｎｍ、９７６ｎｍ等、用途によって適宜異なる波長の種光源を選択することが可能である。
【０１１６】
さらに、非線形光学素子を介してこれらの波長を基本波とする高調波、和周波、差周波を発生させることも可能である。非線形光学素子として、上述以外の非線形光学素子を用いることも可能である。例えば、ＣＬＢＯ結晶に代えて、ＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶、ＳＢＢＯ結晶、ＫＡＢＯ結晶、ＢＡＢＯ結晶等を用いることができる。
【０１１７】
以上説明したように、制御部１００によって、ゲインスイッチング法で種光源から出力されたパルス光をファイバ増幅器及び固体増幅器で順次増幅し、増幅後のパルス光を非線形光学素子で波長変換して出力するレーザパルス光生成方法が実行される。
【０１１８】
つまり、レーザパルス光生成方法は、種光源を所望の繰返し周波数で駆動するとともに、種光源と固体増幅器との間に配置された半導体光増幅器の注入電流を種光源の繰返し周波数に応じて制御するように構成されている。
【０１１９】
具体的に、種光源から出力され非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の注入時期を制御するように構成され、さらに、種光源から出力され非線形光学素子により波長変換されたパルス光の強度が所定強度になるように、注入電流の値を制御するように構成されている。
【０１２０】
さらに、固体増幅器の励起状態が所定の励起状態となるように、注入電流の値を制御するように構成され、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の低下に伴って、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に高くなるように制御し、種光源から出力されるパルス光の繰返し周波数の上昇に伴って、パルス光の非入力時に注入電流の値をステップ的または連続的に低くなるように制御するように構成されている。
【０１２１】
さらにまた、非線形光学素子から出力されるパルス光と当該パルス光により加工される加工対象及び／または加工対象との相対的な移動速度に応じて、種光源の繰返し周波数を設定するとともに半導体光増幅器の注入電流を制御するように構成されている。
【０１２２】
上述した複数の実施形態は、何れも本発明の一実施態様の説明であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではない。また、各部の具体的な回路構成や回路に使用する光学素子は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜選択し、或いは変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１２３】
１：レーザ光源装置
１０：種光源
１５：半導体光増幅器
２０，３０：ファイバ増幅器
４０：光スイッチ素子
５０：固体増幅器
６０，７０：非線形光学素子
１００：制御部
【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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【国際調査報告】
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