(57)【要約】【課題】  信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることを抑制し得るレーザ装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明のレーザ装置１は、ピーク強度とパルス幅との相関がある信号光を出射する信号光源３と、信号光の一部であるモニタ光を分岐する光部品３０と、光部品３０によって分岐されたモニタ光を受光する受光部３１と、受光部３１からの出力に基づいてモニタ光のパルス幅を計測する計測部３２と、計測部３２からの出力に応じて、信号光が所定の範囲の強度となるように信号光源３を制御する制御部３３と、を備える。【選択図】    図１
2018174206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる信号光を出射する信号光源と、
前記信号光の一部であるモニタ光を分岐する光部品と、
前記光部品によって分岐された前記モニタ光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づいて前記モニタ光のパルス幅を計測する計測部と、
前記計測部からの出力に応じて、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が所定値以上となるように前記信号光源を制御する制御部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに入射される励起光を出射する励起光源と、を有する光増幅器を更に備え、
前記制御部は、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が前記所定値より小さい特定の値以下となった場合に前記励起光源からの前記励起光の出射を止める
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が小さくなる信号光を出射する信号光源と、
前記信号光の一部であるモニタ光を分岐する光部品と、
前記光部品によって分岐された前記モニタ光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づいて前記モニタ光のパルス幅を計測する計測部と、
前記計測部からの出力に応じて、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が所定値以下となるように前記信号光源を制御する制御部と、
を備える
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
前記信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに入射される励起光を出射する励起光源と、を有する光増幅器を更に備え、
前記制御部は、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が前記所定値より大きな特定の値以上となった場合に前記励起光源からの前記励起光の出射を止める
ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が所定の範囲となるように前記信号光源を制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることを抑制し得るレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて加工を行う加工機や、レーザ光を使ったメス等の医療機器等に用いるレーザ装置の一つとして、希土類添加ファイバにより信号光を増幅して出射するファイバレーザ装置が用いられている。このようなファイバレーザ装置の一つとして、マスターオシレータ（ＭＯ：Master Oscillator）から出射される信号光をパワーアンプ（ＰＡ：Power Amplifier）で増幅して出射するＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置が知られている。
【０００３】
ＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置では、パワーアンプにおいて励起光が増幅用光ファイバに入射されている状態で、マスターオシレータからパワーアンプに入射される信号光の強度が極度に弱いと、増幅用光ファイバに添加されている活性元素の励起状態が信号光により低くされない場合がある。この場合、増幅用光ファイバに添加されている活性元素の励起状態が過度に高められることがあり、その結果、意図しないジャイアントパルスが発振される場合がある。このようなジャイアントパルスは、励起光源や種光源を損傷させる虞があり、レーザ装置の動作が不安定になる原因となり得る。このため、マスターオシレータから出射される信号光の強度を測定し、マスターオシレータから出射される信号光の強度がある程度大きくなるようにフィードバック制御することが好ましい。
【０００４】
下記特許文献１には、光増幅ファイバから出射される光の一部を分岐してサンプリング光を抽出する分岐部と、サンプリング光の強度に応じた電気信号を生成する光電変換部と、当該電気信号に応じて光増幅ファイバから出射される光の強度を制御する制御部と、を備えるレーザ装置が開示されている。このレーザ装置によれば、サンプリング光の強度を測定することによって光増幅ファイバから出射される光の強度を推定し、当該光の強度をフィードバック制御することができる。よって、マスターオシレータから出射される信号光の強度の推定にこの技術が適用されることによって、当該信号光の強度が制御され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８２２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１のレーザ装置の場合、分岐部の融着具合や光電変換部の性能のばらつきによって、サンプリング光の強度の測定結果にばらつきが生じる場合がある。サンプリング光の強度の測定結果にばらつきが生じれば、推定される出力光の強度にもばらつきが生じる。よって、例えば上記特許文献１のようなレーザ装置を量産する場合において、各レーザ装置から出射される実際の出力光の強度が同じであるにも関わらず、各レーザ装置において推定される出力光の強度にばらつきが生じる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることを抑制し得るレーザ装置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】
【０００８】
本発明の一側面におけるレーザ装置は、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる信号光を出射する信号光源と、前記信号光の一部であるモニタ光を分岐する光部品と、前記光部品によって分岐された前記モニタ光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づいて前記モニタ光のパルス幅を計測する計測部と、前記計測部からの出力に応じて、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が所定値以上となるように前記信号光源を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このレーザ装置では、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる信号光を出射する信号光源が用いられている。すなわち、信号光のピーク強度とパルス幅との間には正の相関がある。また、上記レーザ装置では、光部品で信号光の一部であるモニタ光を分岐させて当該モニタ光のパルス幅が測定される。モニタ光は信号光の一部であり、モニタ光のパルス幅と信号光のパルス幅との間には正の相関がある。よって、モニタ光のパルス幅を測定することにより、信号光のピーク強度を間接的に測定することができる。さらに、モニタ光のパルス幅を測定する場合、モニタ光の強度を測定する場合に比べて、光部品や受光部の性能のばらつきによる測定結果のばらつきが抑制され得る。したがって、上記発明のレーザ装置によれば、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることが抑制され得る。また、上記のように計測されるモニタ光のパルス幅が所定値以上となるように信号光源が制御されることによって、信号光源から出射される信号光の強度が所望の値以上となるように制御され得る。
【００１０】
なお、本明細書において、信号光とは、信号が含まれている光に限定されない。
【００１１】
また、上記レーザ装置において、前記信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに入射される励起光を出射する励起光源と、を有する光増幅器を更に備え、前記制御部は、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が前記所定値より小さい特定の値以下となった場合に前記励起光源からの前記励起光の出射を止めることが好ましい。
【００１２】
この様なレーザ装置において、制御部は、上記のように、計測されるモニタ光のパルス幅が所定値以上となるように信号光源を制御し、信号光の強度が所望の値以上となるように制御され得る。よって、計測部で計測されるモニタ光のパルス幅が上記所定値より小さい特定の値以下となった場合には、信号光の強度が意図せず小さくなっている。このような状態の場合、上記のようにレーザ装置の動作が不安定になる場合がある。このような場合に光増幅器に備えられる励起光源からの励起光の出射が止められることによって、レーザ装置の動作の不安定化が抑制され得る。
【００１３】
また、本発明の他の側面におけるレーザ装置は、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が小さくなる信号光を出射する信号光源と、前記信号光の一部であるモニタ光を分岐する光部品と、前記光部品によって分岐された前記モニタ光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づいて前記モニタ光のパルス幅を計測する計測部と、前記計測部からの出力に応じて、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が所定値以下となるように前記信号光源を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
このレーザ装置では、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が小さくなる信号光を出射する信号光源が用いられている。すなわち、信号光のピーク強度とパルス幅との間には負の相関がある。また、上記レーザ装置では、光部品で信号光の一部であるモニタ光を分岐させて当該モニタ光のパルス幅が測定される。上記のように、モニタ光のパルス幅と信号光のパルス幅との間には正の相関があり、モニタ光のパルス幅を測定することにより、信号光のピーク強度を間接的に測定することができる。さらに、上記のように、モニタ光のパルス幅を測定する場合、モニタ光の強度を測定する場合に比べて、光部品や受光部の性能のばらつきによる測定結果のばらつきが抑制され得る。したがって、上記レーザ装置によっても、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることが抑制され得る。また、上記のように計測されるモニタ光のパルス幅が所定値以下となるように信号光源が制御されることによって、信号光の強度が所望の値以上となるように制御され得る。
【００１５】
また、上記本発明の他の側面におけるレーザ装置において、前記信号光を増幅する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに入射される励起光を出射する励起光源と、を有する光増幅器を更に備え、前記制御部は、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が前記所定値より大きな特定の値以上となった場合に前記励起光源からの前記励起光の出射を止めることが好ましい。
【００１６】
この様なレーザ装置において、制御部は、上記のように、計測されるモニタ光のパルス幅が所定値以下となるように信号光源を制御し、信号光の強度が所望の値以上となるように制御され得る。よって、計測部で計測されるモニタ光のパルス幅が上記所定値より大きい特定の値以上となった場合には、信号光の強度が意図せず小さくなっている。このような状態の場合に、光増幅器に備えられる励起光源からの励起光の出射が止められることによって、レーザ装置の動作の不安定化が抑制され得る。
【００１７】
また、本発明の上記一側面および他の側面におけるレーザ装置において、前記制御部は、前記計測部で計測される前記モニタ光のパルス幅が所定の範囲となるように前記信号光源を制御することが好ましい。
【００１８】
上記のように、計測部で計測されるモニタ光のパルス幅と信号光のピーク強度との間には相関がある。よって、計測部で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲となるように信号光源が制御されることによって、信号光源から所望の範囲の強度を有する信号光が出射され得る。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることを抑制し得るレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
【図２】信号光のパルス幅とピーク電圧との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
【図４】信号光のパルス幅とピーク電圧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】
【００２１】
以下、本発明に係るレーザ装置を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ装置を示す図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のレーザ装置１は、信号光源３、及び信号光源３から出射される信号光を増幅する光増幅器４を備える。また、信号光源３は、パルス光源２、波長変換ユニット１９、及び光フィルタ２０を有する。このレーザ装置１は、パルス光源２がMaster Oscillatorとされ、光増幅器４がPower AmplifierとされるＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置である。また、レーザ装置１は、信号光源３と光増幅器４との間に設けられて信号光源３から出射される信号光の一部を分岐する光部品３０、光部品３０によって分岐された信号光の一部であるモニタ光を受光する受光部３１、受光部３１からの出力に基づいてモニタ光のパルス幅を計測する計測部３２、及び、計測部３２からの出力に応じて信号光源３と光増幅器４とを制御する制御部３３を主な構成として更に備える。
【００２４】
パルス光源２は、励起光源１１、増幅用光ファイバ１２、光コンバイナ１３、増幅用光ファイバ１２の一方側に接続される光ファイバ４１、光ファイバ４１に設けられる第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１７、増幅用光ファイバ１２の他方側に接続される光ファイバ４２、光ファイバ４２の増幅用光ファイバ１２とは反対側に設けられるＱスイッチ１８、Ｑスイッチ１８の光ファイバ４２とは反対側に接続される光ファイバ４３、光ファイバ４３に設けられる第２ＦＢＧ１６、光ファイバ４３のＱスイッチ１８とは反対側に接続される波長変換ユニット１９、及び、波長変換ユニット１９を透過した光が入射する光フィルタ２０を主な構成として備える。また、パルス光源２では、増幅用光ファイバ１２、第１ＦＢＧ１７、及び、第２ＦＢＧ１６によって共振器が構成される。
【００２５】
励起光源１１は、複数のレーザダイオードを有して構成され、後述の増幅用光ファイバ１２に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源１１のそれぞれのレーザダイオードから出射する励起光は、光ファイバ１５に入射して、光ファイバ１５を伝搬する。光ファイバ１５としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は光ファイバ１５内をマルチモード光として伝搬する。
【００２６】
増幅用光ファイバ１２は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドの外周面を被覆する被覆層とから構成される光ファイバである。コアは、励起光源１１から出射する励起光により励起される活性元素が添加された石英から成る。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等を挙げることができる。また、内側クラッドの屈折率はコアの屈折率よりも低く、外側クラッドの屈折率は内側クラッドの屈折率よりもさらに低くされている。従って、コアには、上記活性元素の他に、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素が添加されている。この場合、クラッドは、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英から成る。また、外側クラッドは、例えば、紫外線硬化樹脂から成り、被覆層は、例えば、外側クラッドを構成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂から成る。
【００２７】
増幅用光ファイバ１２の一方側に接続される光ファイバ４１は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、この内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドと、外側クラッドを被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ４１のコアは、活性元素が添加されていないことを除いて増幅用光ファイバ１２のコアと略同様の構成とされる。光ファイバ４１のコアは増幅用光ファイバ１２のコアと接続され、光ファイバ４１の内側クラッドは増幅用光ファイバ１２の内側クラッドと接続されている。また、光ファイバ４１のコアには、第１ミラーとしての第１ＦＢＧ１７が設けられている。こうして第１ＦＢＧ１７は、増幅用光ファイバ１２の一方側に設けられている。第１ＦＢＧ１７は、光ファイバ４１の長手方向に沿って周期的に屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ１２の活性元素が放出する光うち少なくとも一部の波長の光を反射するように構成されている。第１ＦＢＧ１７の反射率は、後述の第２ＦＢＧ１６の反射率よりも高く、活性元素が放出する光うち所望の波長の光を９０％以上で反射することが好ましく、９９％以上で反射することがより好ましい。
【００２８】
光コンバイナ１３では、それぞれの光ファイバ１５のコアと光ファイバ４１の内側クラッドとが接続されている。従って、励起光源１１に備えられるそれぞれのレーザダイオードから出射する励起光が伝播する光ファイバ１５と増幅用光ファイバ１２の内側クラッドとは、光ファイバ４１の内側クラッドを介して光学的に結合されている。
【００２９】
増幅用光ファイバ１２の他方側に接続される光ファイバ４２は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。光ファイバ４２のコアは増幅用光ファイバ１２のコアと接続され、光ファイバ４２のクラッドは増幅用光ファイバ１２の内側クラッドと接続されている。また、光ファイバ４２の増幅用光ファイバ１２とは反対側にはＱスイッチ１８が光学的に結合される。
【００３０】
Ｑスイッチ１８は、例えば、電気信号で外部から制御できる音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optic Modulation）から構成され、光ファイバ４２からの光が低損失な状態と高損失な状態とを繰り返すように制御される。Ｑスイッチ１８がこのように制御されることにより、パルス光源２から出射される光はパルス状となる。この光のパルス時間形状はガウス分布形状とされる。
【００３１】
光ファイバ４３は、活性元素が添加されていないコアと、このコアの外周面を隙間なく囲むクラッドと、このクラッドの外周面を被覆する被覆層とを主な構成として備える。また、光ファイバ４３のコアには、第２ミラーとしての第２ＦＢＧ１６が設けられている。こうして第２ＦＢＧ１６は、増幅用光ファイバ１２の他方側に設けられている。第２ＦＢＧ１６は、光ファイバ４３の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、第１ＦＢＧ１７が反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を第１ＦＢＧ１７よりも低い反射率で反射するように構成される。また、光ファイバ４３のＱスイッチ１８側とは反対側には波長変換ユニット１９が設けられる。
【００３２】
波長変換ユニット１９には、光ファイバ４３を通って光が入射する。波長変換ユニット１９は、例えば光ファイバから成り、光が入射する場合に誘導ラマン散乱が生じる。本実施形態の波長変換ユニット１９は、入射した光の一次散乱光が生じるように構成される。
【００３３】
波長変換ユニット１９を透過した光は光フィルタ２０に入射する。光フィルタ２０は、パルス光源２から出射される光の透過が抑制され、波長変換ユニット１９において生じる当該光の一次散乱光を透過する。つまり、光フィルタ２０は、上記一次散乱光を透過するハイパスフィルタとされる。このような光フィルタ２０としては、ガラス上にフィルタ膜が形成された光フィルタを挙げることができる。このようなフィルタ膜としては、複数種類の誘電体膜が繰り返し積層された誘電体多層膜を挙げることができる。また、光フィルタ２０は、波長変換ユニット１９から出射する光の進行方向に対して、フィルタ面が傾斜して配置されることが好ましい。フィルタ面が傾斜して配置されることにより、光フィルタ２０が非透過の光を反射する場合に、反射した光を適切に取り出し易いためである。光フィルタ２０を透過した光は、光ファイバ４４を伝搬して信号光として信号光源３から出射する。
【００３４】
光部品３０は、信号光源３と光増幅器４との間に配置され、光ファイバ４４の出射端と、光ファイバ４５の入射端及び光ファイバ４６の入射端とを接続する光カプラである。信号光源３から出射される信号光は光ファイバ４４を通って光部品３０に入射し、光部品３０において、信号光の一部はモニタ光として分岐されて光ファイバ４６に入射し、信号光の他の一部は光ファイバ４５に入射する。光ファイバ４４は、信号光源３と光部品３０とを光学的に結合する光ファイバである。光ファイバ４５は、光部品３０と光増幅器４とを光学的に結合する光ファイバである。光ファイバ４６は、光部品３０と受光部３１とを光学的に結合する光ファイバである。
【００３５】
光増幅器４は、励起光源２１、増幅用光ファイバ２２、及び光カプラ２３を主な構成として有する。
【００３６】
励起光源２１は、複数のレーザダイオードを有して構成され、後述の増幅用光ファイバ２２に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２１のそれぞれのレーザダイオードから出射する励起光は、光ファイバ２５に入射して、光ファイバ２５を伝搬する。光ファイバ２５としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、励起光は光ファイバ２５内をマルチモード光として伝搬する。
【００３７】
増幅用光ファイバ２２は、上記増幅用光ファイバ１２と概ね同様の構成とされる。
【００３８】
光カプラ２３は、光ファイバ４５及びそれぞれの光ファイバ２５の出射端と、増幅用光ファイバ２２の入射端とを接続している。具体的には、光カプラ２３において、光ファイバ４５のコアが、増幅用光ファイバ２２のコアに接続されており、さらにそれぞれの光ファイバ２５のコアが、増幅用光ファイバ２２の内側クラッドに接続されている。従って、信号光源３から出射する信号光は、増幅用光ファイバ２２のコアに入射し、励起光源２１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ２２の内側クラッドに入射する。増幅用光ファイバ２２では後述のように信号光のパワーが増幅され、パワー密度の高い光がデリバリファイバ５０を介して光増幅器４から出射する。
【００３９】
受光部３１は、光ファイバ４６を介して光部品３０に光学的に結合されており、光部品３０によって分岐された信号光の一部であるモニタ光を受光する。このような受光部３１としては、例えば、フォトダイオードを挙げることができる。受光部３１からは、受光したモニタ光を光電変換して得られる電気信号が出力される。
【００４０】
計測部３２は受光部３１に電気的に接続され、計測部３２には受光部３１からの電気信号が入力される。また、計測部３２は、受光部３１からの出力に基づいてモニタ光のパルス幅を計測する。
【００４１】
制御部３３は、計測部３２、信号光源３及び光増幅器４に電気的に接続され、計測部３２からの電気信号に応じて信号光源３及び光増幅器４を制御する。制御部３３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されている。本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲に納まるように、計測部３２で計測されるパルス幅が所定の範囲からはずれた場合には信号光源３から出射される信号光の強度をフィードバック制御する。また、本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が上記所定の範囲の下限値より小さい特定の値以下となった場合に、光増幅器４に備えられる励起光源２１からの励起光の出射を止めるよう制御する。
【００４２】
次に、このようなレーザ装置１の動作及び作用について説明する。
【００４３】
まず、励起光源１１のそれぞれのレーザダイオードから励起光が出射されると、この励起光が光ファイバ４１の内側クラッドを介して、増幅用光ファイバ１２の内側クラッドに入射する。内側クラッドは内側クラッドより屈折率が高いコアと内側クラッドより屈折率が低い外側クラッドとに挟まれており、内側クラッドに入射した励起光は主に内側クラッドを伝播してコアに入射する。このようにコアに入射する励起光は、コアに添加されている活性元素を励起する。励起状態とされた活性元素は、特定の波長の自然放出光を放出する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ１２のコアを伝播して、一部の波長の光が第１ＦＢＧ１７により反射され、このように反射された光のうち第２ＦＢＧ１６が反射する波長の光が第２ＦＢＧ１６で反射されて、共振器内を往復する。そして、第１ＦＢＧ１７及び第２ＦＢＧ１６で反射される光が増幅用光ファイバ１２のコアを伝播するときに、誘導放出が生じてこの光が増幅され、共振器内における利得と損失が等しくなったところでレーザ発振状態となる。そして、第１ＦＢＧ１７と第２ＦＢＧ１６との間を共振する光のうち一部の光が第２ＦＢＧ１６を透過し、パルス光源２から出射される。
【００４４】
ただし、増幅用光ファイバ１２と第２ＦＢＧ１６との間にはＱスイッチ１８が設けられる。Ｑスイッチ１８は、予め定められた一定の周期で光が低損失な状態と高損失な状態とを繰り返すようにスイッチング動作をする。そして、このスイッチング動作に同期したパルス状の光がＱスイッチ１８において生成される。この光のパルス時間波形は、ガウス分布形状とされる。また、このようにして生成されたパルス状の光が上記のように励起状態とされた活性元素を含む増幅用光ファイバ１２を伝搬することによって、パルス幅が小さくなるにしたがってピーク強度が大きくなる光がパルス光源２から出射される。すなわち、パルス光源２から出射されるパルス光は、パルス幅とピーク強度との間に負の相関を有する。
【００４５】
また、パルス光源２から出射される光は、光ファイバ４３のコアを主に伝搬して波長変換ユニット１９に入射する。波長変換ユニット１９では、入射した光のうち、ある特定のパワー密度より高いパワー密度の光成分が一次散乱光とされる。そして、波長変換ユニット１９からは、波長変換されない光及び一次散乱光が出射する。このように波長変換ユニット１９から出射する光は、光フィルタ２０に入射する。
【００４６】
上記のように光フィルタ２０は、パルス光源２から出射する光の透過を抑制し、この光の一次散乱光を透過する。パルス光源２から出射されるパルス光はパルス幅とピーク強度との間に負の相関を有するにも関わらず、この一次散乱光はピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる。このように光フィルタ２０を透過する光は、光ファイバ４４を介して信号光源３から信号光として出射される。したがって、本実施形態の信号光源３は、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる信号光を出射する。
【００４７】
光ファイバ４４を伝搬する信号光は、光部品３０において一部が分岐される。光部品３０では、上記のように、光ファイバ４４から入射する信号光の一部であるモニタ光が分岐されて光ファイバ４６に入射し、当該信号光の他の一部が光ファイバ４５に入射する。
【００４８】
光ファイバ４５を介して光増幅器４に入射する信号光は、光カプラ２３から増幅用光ファイバ２２のコアに入射する。また、励起光源２１のそれぞれのレーザダイオードから励起光が出射する。そして、それぞれのレーザダイオードから出射する励起光は、光ファイバ２５を伝搬し、光カプラ２３から増幅用光ファイバ２２の内側クラッドに入射する。
【００４９】
こうして光カプラ２３から増幅用光ファイバ２２のコアに入射した信号光は当該コアを伝搬し、増幅用光ファイバ２２の内側クラッドに入射した励起光は内側クラッドを主に伝搬する。増幅用光ファイバ２２では、励起光がコアを通過する際にコアに添加されている活性元素に吸収されて、当該活性元素が励起される。そして、信号光が増幅用光ファイバ２２に入射していない期間では、活性元素の励起状態が高くなる。一方、パルス状の信号光が増幅用光ファイバ２２に入射すると、励起された活性元素は信号光により誘導放出を起こし、この誘導放出により信号光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ２２からパワー密度が増幅されたパルス状の光が出射する。増幅用光ファイバ２２から出射される光は、デリバリファイバ５０を介してレーザ装置１から出射される。
【００５０】
一方、光部品３０において分岐されて光ファイバ４６に入射するモニタ光は、受光部３１において受光される。受光部３１は、受光した光を光電変換し、電気信号を出力する。受光部３１から出力される電気信号は、計測部３２に入力される。
【００５１】
計測部３２は、受光部３１からの出力に基づいてモニタ光のパルス幅を計測する。計測部３２は、例えば、受光部３１から入力される電気信号が所定の閾値より大きい強度である場合の時間を計測する。この時間の計測は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を用いてクロック数を数えることによって行われる。こうして計測された上記時間がモニタ光のパルス幅となる。また、モニタ光のパルス幅の計測は、パルス発振のクロックを用いて１パルス毎にリセットされる。
【００５２】
図２は、信号光源３から出射される信号光のパルス幅［ｎｓ］と受光部３１で得られるモニタ光のピーク強度に起因する電気信号のピーク電圧［Ｖ］との関係を示すグラフである。上記のように、波長変換ユニット１９を透過するパルス光は、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる。よって、本実施形態の信号光源３から出射される信号光のパルス幅とモニタ光のピーク強度に起因して生成される電気信号のピーク電圧との間には、図２に示すような正の相関がある。このように、本実施形態の信号光源３は、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が大きくなる信号光を出射する。また、レーザ装置１では、光部品３０で信号光の一部であるモニタ光を分岐させて当該モニタ光のパルス幅が測定される。モニタ光は信号光の一部であり、モニタ光のパルス幅と信号光のパルス幅との間には正の相関がある。よって、モニタ光のパルス幅を測定することにより、信号光のピーク強度を間接的に測定することができる。
【００５３】
制御部３３は、計測部３２からモニタ光のパルス幅を示す信号が入力すると、当該パルス幅の大きさに基づいて信号光源３及び光増幅器４を制御する。
【００５４】
本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限より小さいと判断する場合、信号光源３から出射される信号光のピーク強度が大きくなるように信号光源３を制御する。具体的には、励起光源１１から出射される励起光の強度を大きくする。上記のように、モニタ光のパルス幅と信号光のピーク強度との間には相関があり、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限より小さいということは、信号光のピーク強度が所望の値より小さいことを示す。従って、計測部３２において計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限以上となるまで、信号光源３から出射される信号光のピーク強度を大きくするフィードバック制御が繰り返される。これにより、信号光源３から出射される信号光のピーク強度が所望の範囲の下限以上となるように制御され得る。
【００５５】
また、本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限より大きいと判断する場合、信号光源３から出射される信号光のピーク強度が小さくなるように信号光源３を制御する。具体的には、励起光源１１から出射される励起光の強度を小さくする。計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限より大きい場合、信号光源３から出射される信号光のパルス幅が所望の値より大きいことを意味する。信号光源３から出射される信号光のパルス幅が所望の値より大きい場合、レーザ装置１から出射されるレーザ光のパルス幅も大きくなる。このため、当該レーザ光の品質が劣る場合がある。本実施形態の信号光源３では信号光のピーク強度とパルス幅との間にも正の相関がある。このため、上記のように信号光のピーク強度が小さくなるように信号光源３が制御されることによって、レーザ装置１から出射されるレーザ光のパルス幅を小さくすることができる。従って、モニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限以下となるまで信号光のピーク強度を小さくするフィードバック制御が繰り返されることによって、レーザ装置１から出射されるレーザ光のパルス幅が所望の範囲の上限以下となるように制御され得る。したがって、当該レーザ光の品質を向上することが可能となる。このようにレーザ光の品質が向上されることによって、レーザ装置１から出射されるレーザ光のパルス幅、出力、ピーク強度等が温度や外乱によって受ける影響を小さくし得る。よって、レーザ装置１を加工機に用いる場合、安定した加工結果を得ることができる。
【００５６】
以上のように、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲となるように信号光源３が制御されることによって、信号光源３から所望の範囲の強度を有する信号光が出射され得る。
【００５７】
また、本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が上記所定の範囲の下限より小さい特定の値以下となったと判断する場合、励起光源２１からの励起光の出射を止めるよう制御する。本実施形態のレーザ装置１において、制御部３３は、上記のように、計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限以上となるように信号光源３を制御し、信号光源３から出射される信号光の強度が所望の範囲の下限以上となるように制御され得る。よって、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が上記所定の範囲の下限より小さい特定の値以下となった場合は、信号光源３から出射される信号光の強度が意図せず小さくなっている。このような状態の場合に、光増幅器４に備えられる励起光源２１からの励起光の出射が止められることによって、レーザ装置１の動作が不安定になることが抑制され得る。
【００５８】
以上説明したように、レーザ装置１では、モニタ光のパルス幅に基づいて信号光の強度を間接的に測定する。モニタ光のパルス幅は、光部品３０や受光部３１の性能のばらつきによる影響を受け難い。レーザ装置１では、光部品３０や受光部３１の性能のばらつきに関係なくモニタ光のパルス幅が一定の範囲となるように制御している。よって、上記のようにモニタ光のパルス幅を測定する場合、モニタ光の強度を測定する場合に比べて、光部品３０や受光部３１の性能のばらつきによる測定結果のばらつきが抑制され得る。したがって、レーザ装置１では、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることが抑制され得る。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００６０】
図３は、本発明の第２実施形態に係るレーザ装置１ａを示す図である。図３に示すように、本実施形態のレーザ装置１ａは、波長変換ユニット１９及び光フィルタ２０が備えられない点で上記第１実施形態のレーザ装置１と異なる。よって、本実施形態のパルス光源２は信号光源と理解することができる。また、後述するように、本実施形態のレーザ装置１ａでは、制御部３３による制御が上記第１実施形態のレーザ装置１と異なる。
【００６１】
図４は、パルス光源２から出射されるパルス光のパルス幅［ｎｓ］と受光部３１で得られるモニタ光のピーク強度に起因する電気信号のピーク電圧［Ｖ］との関係を示すグラフである。本実施形態では、パルス光源２から出射されるパルス光が信号光とされる。パルス光源２から出射されるパルス光は、上記第１実施形態において説明した通り、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が小さくなる。よって、本実施形態のパルス光源２から出射されるパルス光のパルス幅とモニタ光のピーク強度に起因して生成される電気信号のピーク電圧との間には、図４に示すような負の相関がある。このように、本実施形態のパルス光源２は、ピーク強度が大きくなるにしたがってパルス幅が小さくなる信号光を出射する。また、レーザ装置１ａでは、レーザ装置１と同様に、光部品３０で信号光の一部であるモニタ光を分岐させて当該モニタ光のパルス幅が測定される。上記のように、モニタ光のパルス幅と信号光のパルス幅との間には正の相関がある。よって、モニタ光のパルス幅を測定することにより、信号光のピーク強度を間接的に測定することができる。
【００６２】
本実施形態の制御部３３は、以下に説明するようにパルス光源２及び光増幅器４を制御する。
【００６３】
本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限より大きいと判断する場合、パルス光源２から出射される信号光のピーク強度が大きくなるようにパルス光源２を制御する。上記のように、モニタ光のパルス幅と信号光のピーク強度との間には相関があり、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限より大きいということは、信号光のピーク強度が所望の範囲の下限より小さいことを示す。従って、計測部３２において計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限以下となるまで、信号光のピーク強度を大きくするフィードバック制御が繰り返されることによって、信号光のピーク強度が所望の範囲の下限以上となるように制御され得る。
【００６４】
また、本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限より小さいと判断する場合、パルス光源２から出射される信号光のピーク強度が小さくなるようにパルス光源２を制御しても良い。具体的には、励起光源１１から出射される励起光の強度を小さくする。計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限より小さい場合、パルス光源２から出射される信号光のパルス幅が所望の値より小さいことを意味する。パルス光源２から出射される信号光のパルス幅が所望の値より小さい場合、レーザ装置１ａから出射されるレーザ光のパルス幅も小さくなる。このため、当該レーザ光の品質が劣る場合がある。本実施形態のパルス光源２では信号光のピーク強度とパルス幅との間に負の相関がある。このため、上記のように信号光のピーク強度が小さくなるようにパルス光源２が制御されることによって、レーザ装置１ａから出射されるレーザ光のパルス幅を大きくすることができる。従って、モニタ光のパルス幅が所定の範囲の下限以上となるまで信号光のピーク強度を小さくするフィードバック制御が繰り返されることによって、レーザ装置１ａから出射されるレーザ光のパルス幅が所望の範囲の下限以上となるように制御され得る。したがって、当該レーザ光の品質を向上することが可能となる。このようにレーザ光の品質が向上されることによって、レーザ装置１ａから出射されるレーザ光のパルス幅、出力、ピーク強度等が温度や外乱によって受ける影響を小さくし得る。よって、レーザ装置１ａを加工機に用いる場合、安定した加工結果を得ることができる。
【００６５】
以上のように、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲となるように信号光源３が制御されることによって、パルス光源２から所望の範囲の強度を有する信号光が出射され得る。
【００６６】
また、本実施形態の制御部３３は、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が上記所定の範囲の上限より大きい特定の値以上となったと判断する場合、励起光源２１からの励起光の出射を止めるよう制御する。本実施形態のレーザ装置１ａにおいて、制御部３３は、上記のように、モニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限以下となるように信号光源３を制御する。これにより、パルス光源２から出射される信号光の強度が所望の範囲の下限以上となるように制御され得る。よって、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲の上限より大きい特定の値以上となった場合は、パルス光源２から出射される信号光の強度が意図せず小さくなっている。このような状態の場合に、光増幅器４に備えられる励起光源２１からの励起光の出射が止められることによって、レーザ装置１ａの動作が不安定になることが抑制され得る。
【００６７】
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６８】
例えば、信号光源は、パルス幅とピーク強度との間に相関を有する信号光を出射するものであれば特に限定されない。例えば、信号光源は、種光を出射するレーザダイオード（ＬＤ）と当該種光を増幅する増幅用光ファイバとを有する光源であっても良い。この場合、パルス幅とピーク強度との間に負の相関を有する信号光を信号光源から出射させることができる。
【００６９】
また、制御部は少なくとも信号光源を制御できれば良く、制御部によって光増幅器を制御することは必須ではない。また、光増幅器は必須の構成ではない。
【００７０】
また、上記実施形態では、計測部で計測されるモニタ光のパルス幅が所定の範囲となるように信号光源が制御部によって制御される例を挙げて説明したが、本発明は当該形態に限定されない。少なくとも信号光源から出射される信号光の強度が所定値以上となるように制御部によって制御されれば良い。したがって、例えば、上記第１実施形態のレーザ装置１では、制御部３３は、計測部３２からの出力に応じて、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定値以上となるように信号光源３を制御すれば良い。また、上記第２実施形態のレーザ装置１ａでは、制御部３３は、計測部３２からの出力に応じて、計測部３２で計測されるモニタ光のパルス幅が所定値以下となるようにパルス光源２を制御すれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上説明したように、本発明によれば、信号光の強度の測定結果にばらつきが生じることを抑制し得るレーザ装置が提供され、加工機や、医療機器といったレーザ光を用いる分野での利用が期待される。
【符号の説明】
【００７２】
１，１ａ・・・レーザ装置
２・・・パルス光源
３・・・信号光源
４・・・光増幅器
１１，２１・・・励起光源
１２，２２・・・増幅用光ファイバ
１８・・・Ｑスイッチ
１９・・・波長変換ユニット
２０・・・光フィルタ
３０・・・光部品
３１・・・受光部
３２・・・計測部
３３・・・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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