(57)【要約】  本発明は、パルス幅が狭く実効的パルスエネルギーが大きいパルス光の発生を可能にする方法に関する。パルス光源は、ＭＯＰＡ構造を有し、単一の半導体レーザと、ＢＰＦと、光ファイバ増幅器を備える。単一の半導体レーザは、所定の繰返し周波数で与えられる周期内で、離間した２以上のパルス光を所定のパルス間隔で出力する。ＢＰＦは、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る。
2012165481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰返し周波数で直接変調され、パルス光を出力する単一の半導体レーザと、
前記単一の半導体レーザから出力されるパルス光の波長帯域のうちの前記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る光フィルタと、
前記光フィルタから出力されたパルス光を増幅する光ファイバ増幅器と、を備えたレーザ光源を用意し、
前記単一の半導体レーザは、前記所定の繰返し周波数で与えられる所定の周期内で、離間した２以上のパルス光を所定のパルス間隔で出力させるパルス光発生方法。
【請求項２】
前記所定の繰返し周波数で与えられる周期は、１００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１のパルス光発生方法。
【請求項３】
前記所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に前記光ファイバ増幅器から出力される２以上の増幅パルス光それぞれの波形の半値全幅は、３００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項２に記載のパルス光発生方法。
【請求項４】
前記所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に前記光ファイバ増幅器から出力される２以上の増幅パルス光のうち最初の増幅パルス光の波形の半値全幅は、他の増幅パルス光の波形の半値全幅より広いことを特徴とする請求項２に記載のパルス光発生方法。
【請求項５】
前記光ファイバ増幅器の最終段の増幅用光ファイバは、入力されるパルス光の波長成分のうち少なくとも一部に対して単一横モードを保障することを特徴とする請求項２に記載のパルス光発生方法。
【請求項６】
駆動電流または変調電圧レベルで前記単一の半導体レーザを変調することにより、前記２以上の離間した光パルスを発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のパルス発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光発生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。また、希土類元素がコアに添加された増幅用光ファイバを増幅媒体として有する光ファイバレーザ光源から出力される光は、回折限界のビーム品質を有することから、狭い領域に集光することが容易であり、やはり微細加工という用途に望ましい。特許文献１には、種光源から出力されるパルス光を光ファイバ増幅器において増幅するＭＯＰＡ構成のパルス光源において、光パルス幅を圧縮する発明が開示されている。【０００３】
特許文献２には、種光源に印加される変調電圧レベルを変化させることで、複数の変調電圧パルス成分に対応した複数のピークを有する１つの光パルスを繰返し出力する発明が開示されている。特許文献３には、例えば図１０Ａに示されたように、複数のピークを有する１つのパルス駆動電流を繰返し発生させ、係る駆動電流に基づいて、種光源から複数のピークを有する１つの光パルスを発生させる発明が開示されている。また、特許文献４には、それぞれが同じ繰返し周波数で複数の光パルスを出力する複数のパルス光源を用意し、係る複数のパルス光源から出力された複数の光パルスをタイミングをずらして合波することで、複数の光パルスを１セットとなったパルス集団を出力する発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５２５６０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１２６０号公報
【特許文献３】国際公開２００５−０１８０６４号公報
【特許文献４】国際公開２００３−０５２８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、上述の従来技術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、一般に、光ファイバレーザ光源において、出力パルス光の短パルス化を図る場合、光ファイバにおける誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）などの非線形効果や利得媒体の小信号利得の制約により、パルスピークを大きくするには限界がある。非線形効果の発現の回避を図る為に、光ファイバのコア径を大きくすることが考えられるが、その場合にはビーム品質が劣化する危惧が生じる。一方で、パルス幅は圧縮することが望ましいので、レーザ加工の能率や光損傷の可否を決めるパルスエネルギーに制約が生じることとなる。【０００６】
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、パルス幅が狭く実効的パルスエネルギーが大きいパルス光の発生を可能にする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るパルス光発生方法は、特定構造のレーザ光源を用いて、パルス幅が狭く実効的パルスエネルギーが大きいパルス光を発生させる。レーザ光源は、半導体レーザと、光フィルタと、光ファイバ増幅器を備える。半導体レーザは、所定の繰返し周波数で直接変調され、パルス光を出力する。光フィルタは、単一の半導体レーザから出力されるパルス光の波長帯域のうちの該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る。光ファイバ増幅器は、光フィルタから出力されたパルス光を増幅する。特に、本発明の第１の態様は、所定の繰返し周波数で与えられる所定の周期内で、単一の半導体レーザから離間した２以上のパルス光を所定のパルス間隔で出力させる。また、上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、所定の繰返し周波数で与えられる所定の周期は、１００ｎｓ以下であるのが好ましい。【０００８】
本発明に係る光パルス発生方法では、単一の半導体レーザから、繰返し周波数で与えられる１周期内で、所定のパルス間隔で離間した複数の光パルスを出力させる。このように本来のパルス発生周期内に離間した複数の光パルスを出力することで、本願発明は、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Stimulated Raman Scattering）や誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated
Brillouin Scattering）に対する耐性を向上させる点、およびレーザ加工における蓄熱を低減させる点で優れている。一方、上述の特許文献２、３は、繰返し周波数で与えられる周期毎に出力される光パルスは１つのみである点で、本願発明とは異なる。また、特許文献４は、複数の異なるパルス光源から出力された光パルスをタイミングをずらして合波することで、繰返し周波数で与えられる１周期内で、複数の光パルスを得る。しかしながら、特許文献４のパルス光源それぞれからは、繰返し周波数で与えられる１周期内で、１つの光パルスのみが出力される点で、本願発明とは異なる。【０００９】
本発明に係るパルス光発生方法は、上記第１および第２の態様のうち少なくともいずれかの態様に適用可能な第３の態様として、所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に光ファイバ増幅器から出力される２以上の増幅パルス光それぞれの波形の半値全幅が、３００ｐｓ未満であるのが好適である。また、上記第１〜第３の態様のうち少なくともいずれかに適用可能な第４の態様として、所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に光ファイバ増幅器から出力される２以上の増幅パルス光のうち最初の増幅パルス光の波形の半値全幅が、他の増幅パルス光の波形の半値全幅より広いのが好適である。さらに、上記第１〜第４の態様のうち少なくともいずれかに適用可能な第５の態様として、光ファイバ増幅器の最終段の増幅用光ファイバにおいて、入力されるパルス光の波長成分のうち少なくとも一部の伝搬モードは単一横モードであるのが好適である。さらに、上記第1〜第５の態様のうち少なくともいずれかに適用可能な第６の態様として、２以上の離間した光パルスは、駆動電流または変調電圧レベルで単一の半導体レーザを変調することにより発生させられる
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、パルス幅が狭く実効的パルスエネルギーが大きいパルス光を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】は、本発明に係るパルス光発生方法を実施するためのパルス光源（レーザ光源）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光の波形の例を示す図である。
【図３】は、比較例として、パルス光源からの出力光の波形の一例を示す図である。
【図４】は、比較例のサンプル１として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図５】は、比較例のサンプル２として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図６】は、比較例のサンプル３として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図７】は、比較例のサンプル４として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図８】は、本実施形態のサンプル１として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図９】は、本実施形態のサンプル２として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図１０】は、本実施形態のサンプル３として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図１１】は、本実施形態のサンプル４として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図１２】は、本実施形態のサンプル５として、パルス光源からの出力光の波形を示す図である。
【図１３】は、比較例の各サンプルおよび本実施形態の各サンプルそれぞれの場合の繰返し周波数と出力パルス光の半値全幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すグラフである。
【図１４】は、比較例の各サンプルおよび本実施形態の各サンプルそれぞれの場合の繰返し周波数と出力パルス光のパルスエネルギーとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明に係るパルス光発生方法を実施するためのパルス光源（レーザ光源）の一実施形態の構成を示す図である。この図１において、パルス光源１は、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構造を有し、変調器１１により直接変調される種光源１０および光ファイバ増幅器２０を備えていている。種光源１０は、１００ｋＨｚから上限値１ＭＨｚまたは１０ＭＨｚ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。種光源１０は、所定の繰返し周波数で与えられる周期内で半導体レーザから互いに離間した２以上のパルス光を出力する。なお、種光源１０は、変調器１１からの変調電流または変調電圧レベルに応じて直接変調される。また、離間した２以上の光パルスは、所定の繰返し周波数で与えられる１周期に含まれる１００ｎｓの期間内で出力されてもよく、所定の繰返し周波数で与えられる周期が１００ｎｓ以下であってもよい。
【００１４】
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てエンドキャップ３０から出力させる。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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
第１段のＹｂＤＦ１１０には、励起光源１１２から出力されて光カプラ１１３および光カプラ１１１を経た励起光が順方向に供給される。加えて、ＹｂＤＦ１１０には、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からのパルス光も入力される。この入力パルス光はＹｂＤＦ１１０内で増幅された後、光アイソレータ１１５を介して出力される。
【００１７】
バンドパスフィルタ１２０には、光アイソレータ１１５を経由したパルス光（第１段のＹｂＤＦ１１０により増幅されたパルス光）が入力される。バンドパスフィルタ１２０は、こ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る。
【００１８】
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する。
【００１９】
バンドパスフィルタ１４０には、第２段のＹｂＤＦ１３０により増幅されたパルス光が入力される。そして、バンドパスフィルタ１４０は、こ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る。
【００２０】
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。加えて、ＹｂＤＦ１５０には、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からのパルス光も入力される。そして、ＹｂＤＦ１５０は、この入力パルス光を増幅する。
【００２１】
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。加えて、ＹｂＤＦ１６０には、光アイソレータ１６８および光コンバイナ１６１を経由したパルス光（第３段のＹｂＤＦ１５０により増幅されたパルス光）も入力される。ＹｂＤＦ１６０は、この入力パルス光を増幅した後、エンドキャップ３０を介して当該レーザ高原１の外部へ出力する。第４段のＹｂＤＦ１６０において、入力パルス光の波長成分のうち少なくとも一部は単一横モードである。
【００２２】
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６μｍ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、二重クラッド構造の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１.３ｄＢ／ｍであり、長さが３.５ｍである。
【００２３】
ＹｂＤＦ１１０，１３０，１５０，１６０に供給される励起光の波長は何れも０.９７５μｍ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、その伝搬モードは単一横モードである。第２段のＹｂＤＦ１３０に供給される励起光は、パワーが２００ｍＷであって、その伝搬モードは単一横モードである。第３段のＹｂＤＦ１５０に供給される励起光は、パワーが４００ｍＷであって、その伝搬モードは単一横モードである。また、第４段のＹｂＤＦ１６０に供給される励起光は、パワーが２１〜３０Ｗ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３０Ｗ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。
【００２４】
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、その後に該切り出された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。
【００２５】
図２（ａ）は、本実施形態の一例として、パルス光源１からの出力光の波形の一例を示す図である。図２（ａ）の例では、１００ｎｓの期間内に、繰返し周波数１００ｋＨｚで与えられる周期毎に種光源１０から互いに離間した２つのパルス光が出力されるよう動作させた。即ち、種光源１０から第１パルス光を出力させ、これから２０ｎｓ後に第２パルス光を出力させた。なお、このパルス間隔２０ｎｓは、レーザ加工に多用されるＱスイッチ式レーザ光源のパルス光出力間隔１００ｎｓより短く設定されている。また、図２（ｂ）は、本実施形態の一例として、パルス光源１からの出力光の波形の他の例を示す図である。図２（ｂ）の例では、繰返し周波数５００ｋＨｚで与えられる周期毎に種光源１０から互いに離間した２つの光パルスが出力されるよう動作させた。即ち、種光源１０から第1光パルスを出力させ、これから１０ｎｓ後に第２光パルスを出力させた。この場合、図２（ｃ）に示されたように、２μｍの周期（繰返し周波数５００ｋＨｚ）内に、１０ｎｓ離間した２つの光パルスが出力される。
【００２６】
図３は、比較例として、パルス光源の出力光の波形の一例を示す図である。当該比較例において、パルス光源は、図１に示された構成からバンドパスフィルタ１２０，１４０を除いた構成を有する。ここでは、図３に示された例では、繰返し周波数３００ｋＨｚで与えられる周期毎に種光源から第１パルス光を出力させ、これから２０ｎｓ後に第２パルス光を出力させた。更にこれから２０ｎｓ後に第３パルス光を出力させた。
【００２７】
図２（ａ）、図２（ｂ）および図３それぞれに示された出力光波形を対比すると以下のことが判る。比較例（図３）も例では、光ファイバ増幅器から出力される第２パルス光および第３パルス光それぞれのエネルギーを合計しても、その合計値は第１パルス光のパルスエネルギーの１／２に満たない。これは、光ファイバ増幅器中の過渡応答により、種光源から出力される第１パルス光を光ファイバ増幅器において増幅することにより、光ファイバ増幅器に蓄積されたエネルギーは一挙に放出されるので、種光源から出力される第２パルス光が光ファイバ増幅器に入力された際には、光ファイバ増幅器から出力される第２パルス光は成長しないからである。第１パルス光のみを照射した場合と比較して、比較例ではパルスエネルギーの総和は殆ど増加しない。したがって、光ファイバ増幅器から出力される第２パルス光および第３パルス光はレーザ加工には殆ど寄与しない。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、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している。このことから、種光源１０から出力される第１パルス光を光ファイバ増幅器２０において増幅する際に、光ファイバ増幅器２０に蓄積されたエネルギーの一部が放出され、種光源１０から出力される第２パルス光が光ファイバ増幅器２０に入力された際にも、光ファイバ増幅器２０には充分なエネルギーが蓄積されている。したがって、光ファイバ増幅器２０から出力される第２パルス光を充分に大きいピークパワーを有することができる。
【００２９】
次に、比較例の複数サンプルおよび本実施形態の複数サンプルである、パルス光源の出力光波形の例を示した上で両者を詳細に対比する。比較例の各サンプルでは、所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に種光源から１つのパルス光のみを出力させた。また、本実施形態の各サンプルでは、所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に種光源から２つのパルス光を２０ｎｓ間隔で出力させた。比較例の各サンプルおよび本実施形態の各サンプルの何れにおいても種光源１０の温度を３７℃に設定した。
【００３０】
図４〜７は、比較例のサンプル１〜４として、パルス光源の出力光の波形を示す図である。図４〜図７には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを３０％，５０％，７０％および１００％それぞれとした場合について出力光の波形を示す。図４は繰返し周波数を１００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的に、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを３０％（グラフＧ４１０），５０％（グラフＧ４２０），７０％（グラフＧ４３０）および１００％（グラフＧ４４０）とした場合の４本のグラフが示されている。図５は繰返し周波数を３００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを３０％（Ｇ５１０），５０％（Ｇ５２０），７０％（Ｇ５３０）および１００％（Ｇ５４０）とした場合の４本のグラフが示されている。図６は繰返し周波数を６００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを３０％（Ｇ６１０），５０％（Ｇ６２０），７０％（Ｇ６３０）および１００％（Ｇ６４０）とした場合の４本のグラフが示されている、図７は繰返し周波数を１０００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを３０％（Ｇ７１０），５０％（Ｇ７２０）および１００％（Ｇ７４０）とした場合の３本のグラフが示されている。
【００３１】
図８〜図１２は、本実施形態のサンプル１〜５として、パルス光源の出力光の波形を示す図である。図８〜図１２には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％，７０％および１００％それぞれとした場合について出力光の波形を示す。
【００３２】
なお、光ファイバ増幅器２０から出力される第１パルス光の波形として、図８（ａ）は繰返し周波数を１００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ８２０Ａ）、７０％（グラフＧ８３０Ａ）および１００％（グラフＧ８４０Ａ）とした場合の３本のグラフが示されている。図９（ａ）は繰返し周波数を２００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ９２０Ａ）、７０％（グラフＧ９３０Ａ）および１００％（グラフＧ９４０Ａ）とした場合の３本のグラフが示されている。図１０（ａ）は繰返し周波数を３００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ１０２０Ａ）、７０％（グラフＧ１０３０Ａ）および１００％（グラフＧ１０４０Ａ）とした場合の３本のグラフが示されている。図１１（ａ）は繰返し周波数を６００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ１１２０Ａ）、７０％（グラフＧ１１３０Ａ）および１００％（グラフＧ１１４０Ａ）とした場合の３本のグラフが示されている。図１２（ａ）は繰返し周波数を１０００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ１２２０Ａ）、７０％（グラフＧ１２３０Ａ）および１００％（グラフＧ１２４０Ａ）とした場合の３本のグラフが示されている。
【００３３】
また、光ファイバ増幅器２０から出力される第２パルス光の波形として、図８（ｂ）は繰返し周波数を１００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ８２０Ｂ）、７０％（グラフＧ８３０Ｂ）および１００％（グラフＧ８４０Ｂ）とした場合の３本のグラフが示されている。図９（ｂ）は繰返し周波数を２００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ９２０Ｂ）、７０％（グラフＧ９３０Ｂ）および１００％（グラフＧ９４０Ｂ）とした場合の３本のグラフが示されている。図１０（ｂ）は繰返し周波数を３００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示し、ており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ１０２０Ｂ）、７０％（グラフＧ１０３０Ｂ）および１００％（グラフＧ１０４０Ｂ）とした場合の３本のグラフが示されている。図１１（ｂ）は繰返し周波数を６００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ１１２０Ｂ）、７０％（グラフＧ１１３０Ｂ）および１００％（グラフＧ１１４０Ｂ）とした場合の３本のグラフが示されている。図１２（ｂ）は繰返し周波数を１０００ｋＨｚとしたときの出力光波形を示しており、具体的には、第４段ＹｂＤＦ１６０の励起光パワーを５０％（グラフＧ１２２０Ｂ）、７０％（グラフＧ１２３０Ｂ）および１００％（グラフＧ１２４０Ｂ）とした場合の３本のグラフが示されている。
【００３４】
図１３は、比較例の各サンプルおよび本実施形態の各サンプルそれぞれの場合の繰返し周波数と出力パルス光の半値全幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すグラフである。図１３において、グラフＧ１３１０（「FWHM100%」で表示）は比較例の各サンプル（励起光パワー１００％）の出力パルス光のＦＷＨＭを示し、グラフＧ１３２０（「FWHM100%-1」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー１００％）の第１パルス光のＦＷＨＭを示し、グラフＧ１３３０（「FWHM100%-2」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー１００％）の第２パルス光のＦＷＨＭを示す。グラフＧ１３４０（「FWHM70%」で表示）は比較例の各サンプル（励起光パワー７０％）の出力パルス光のＦＷＨＭを示し、グラフＧ１３５０（「FWHM70%-1」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー７０％）の第１パルス光のＦＷＨＭを示し、グラフＧ１３６０（「FWHM70%-2」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー７０％）の第２パルス光のＦＷＨＭを示す。
【００３５】
図１４は、比較例の各サンプルおよび本実施形態の各サンプルそれぞれの場合の繰返し周波数と出力パルス光のパルスエネルギーとの関係を示すグラフである。図１４において、グラフＧ１４１０（「PE100%」で表示）は比較例の各サンプル（励起光パワー１００％）の出力パルス光のパルスエネルギーを示し、グラフＧ１４２０（「PE100%-1で表示」は本実施形態の各サンプル（励起光パワー１００％）の第１パルス光のパルスエネルギーを示し、グラフＧ１４３０（「PE100%-2」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー１００％）の第２パルス光のパルスエネルギーを示す。また、グラフＧ１４４０（「Sum100%」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー１００％）の第１パルス光および第２パルス光それぞれのパルスエネルギーの和を示す。グラフＧ１４５０（「PE70%」で表示）は比較例の各サンプル（励起光パワー７０％）の出力パルス光のパルスエネルギーを示し、グラフＧ１４６０（「PE70%-1」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー７０％）の第１パルス光のパルスエネルギーを示し、グラフＧ１４７０（「PE70%-2」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー７０％）の第２パルス光のパルスエネルギーを示す。また、グラフＧ１４８０（「Sum70%」で表示）は本実施形態の各サンプル（励起光パワー７０％）の第１パルス光および第２パルス光それぞれのパルスエネルギーの和を示す。
【００３６】
図１３および図１４から判るように、比較例の各サンプルと比べて本実施形態の各サンプルでは、個々のパルスのＦＷＨＭは常に狭いのに対して、パルスエネルギーは、例えば４段目ＹｂＤＦ１６０の励起パワーが１００％である場合、どの繰返し周波数でも１.５倍以上に増加している。本実施形態の各サンプルでは、周期毎に光ファイバ増幅器２０から出力される２以上のパルス光の波形のＦＷＨＭは３００ｐｓ未満である。また、本実施形態の各サンプルでは、周期毎に光ファイバ増幅器２０から出力される２以上のパルス光のうち最初のパルス光の波形のＦＷＨＭは他のパルス光の波形のＦＷＨＭより広い。
【００３７】
なお、本実施形態において、各周期のパルスの数は２個でなくてもよく、３個以上であってもよい。また、本実施形態において、光増幅対象の波長は１.０６μｍ帯でなくでもよく、希土類元素が添加された光増幅媒体が動作しうる波長域であれば１.５５μｍ帯でもよい。希土類元素はＹｂでなくてもよく、ＥｒであってもよいしＮｄであってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１…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、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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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月3日(2013.4.3)
【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】
所定の繰返し周波数で直接変調され、パルス光を出力する単一の半導体レーザと、
前記単一の半導体レーザから出力されるパルス光の波長帯域のうちの前記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る光フィルタと、
励起光を入力することで、前記光フィルタから出力されたパルス光を増幅する光ファイバ増幅器と、を備えたレーザ光源を用意し、
前記単一の半導体レーザは、前記所定の繰返し周波数で与えられる所定の周期内で、離間した第１のパルス光と第２のパルス光を所定のパルス間隔で出力させ、
前記第２のパルス光のパルスエネルギーは、前記第１のパルス光のパルスエネルギーの１／２以上となるように設定されているパルス光発生方法。
【請求項２】
前記所定のパルス間隔は、１００ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１のパルス光発生方法。
【請求項３】
前記所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に前記光ファイバ増幅器から出力される２以上の増幅パルス光それぞれの波形の半値全幅は、３００ｐｓ未満であることを特徴とする請求項２に記載のパルス光発生方法。
【請求項４】
前記所定の繰返し周波数で与えられる周期毎に前記光ファイバ増幅器から出力される２以上の増幅パルス光のうち最初の増幅パルス光の波形の半値全幅は、他の増幅パルス光の波形の半値全幅より広いことを特徴とする請求項２に記載のパルス光発生方法。
【請求項５】
前記光ファイバ増幅器の最終段の増幅用光ファイバは、入力されるパルス光の波長成分のうち少なくとも一部に対して単一横モードを保障することを特徴とする請求項２に記載のパルス光発生方法。
【請求項６】
駆動電流または変調電圧レベルで前記単一の半導体レーザを変調することにより、前記２以上の離間した光パルスを発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のパルス発生方法。
【国際調査報告】
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