(57)【要約】【課題】サブナノ秒以上の時間幅の光パルスを得る。【解決手段】光パルス信号生成装置１は、レーザ光源１１と、レーザ光源１１からのレーザ光を入力信号として受けるとともに、レーザ光が入力されているタイミングでサブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器１２とをそなえる。【選択図】図１
2018032824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
該レーザ光源からのレーザ光を入力信号として受けるとともに、該レーザ光が入力されているタイミングでサブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成されたことを特徴とする、光パルス信号生成装置。
【請求項２】
連続光を出力する単一発振モード半導体レーザからなるレーザ光源と、
該レーザ光源からの該連続光を入力信号として受けるとともに、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成されたことを特徴とする、光パルス信号生成装置。
【請求項３】
サブナノ秒より長い時間幅の第１電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒より長い時間幅を有し第1パルス成分と該第1パルス成分の後続成分とからなる光パルス信号を出力するレーザ光源と、
該レーザ光源からの該光パルス信号を入力信号として受けるとともに、該第１電気パルス信号と同期して上記の第1パルス成分の後続成分が入力されるタイミングで、上記の第１パルス成分の後続成分が有する時間より短いサブナノ秒以上の時間幅の第２電気パルス信号を制御信号として受けることにより、上記の第１パルス成分の後続成分が有する時間より短いサブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成されたことを特徴とする、光パルス信号生成装置。
【請求項４】
該レーザ光源が単一発振モード半導体レーザからなるレーザ光源として構成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光パルス信号生成装置。
【請求項５】
該レーザ光源と該半導体レーザ光増幅器との間に、他の半導体レーザ光増幅器が介装されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光パルス信号生成装置。
【請求項６】
該半導体レーザ光増幅器の出力側に、光ファイバ増幅器が接続されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項５いずれかに記載の光パルス信号生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６いずれかに記載の光パルス信号生成装置を有するレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６いずれかに記載の光パルス信号生成装置を有するバイオイメーイング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載する技術は、光パルス信号生成装置、レーザ加工装置及びバイオイメーイング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオイメージングやレーザ加工の応用には、フェムト秒やピコ秒の時間領域だけでなく、サブナノ秒以上の時間領域での柔軟な光パルス制御が求められている。このような光パルスは増幅され、高ピークパワー化された後に利用されることが想定される。従って、増幅過程で光パルスがノイズに埋もれないためには、できるだけ大きなパルスのエネルギーの光パルスが最初に発生されることが望ましい。
【０００３】
従来、パルス生成については、以下のような技術が公開されている。例えば、利得スイッチング動作によって発生させたレーザパルスをフィルタにて除去することで、ピコ秒オーダーの超短パルスを生成する方法がある（例えば、下記の特許文献１参照）。また、光ゲートのよって半導体レーザからのパルス光を一定間隔で間引くことで、超短パルスであり高出力な光パルスを生成する方法がある（例えば、下記の特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５７５５１号公報
【特許文献２】特開２００８−２４２３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば上記の半導体レーザの利得スイッチング動作を用いることも考えられるが、このような利得スイッチング動作を用いた半導体レーザではサブナノ秒以上の時間幅の光パルスを得ることは原理的に容易でない。また、例えばＱスイッチング法を用いてサブナノ秒以上の時間幅の光パルスを得ることも考えられるが、このような方法でも、サブナノ秒以上の時間幅の制御等が容易でない。
【０００６】
このような従来技術の課題を解決するために、本明細書に記載する技術は、１つの側面では、サブナノ秒以上の時間幅の光パルスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
また、１つの側面において、本光パルス信号生成装置は、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を入力信号として受けるとともに、該レーザ光が入力されているタイミングでサブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成される。
【発明の効果】
【０００８】
このような構成をとることで、従来技術の課題を解決し、本願発明においては、１つの側面として、サブナノ秒以上の時間幅の光パルスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示した光パルス信号生成装置によって得られる信号波形の概略を例示するグラフである。
【図３】第１実施形態の変形例の光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態の光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４に示した光パルス信号生成装置における信号生成動作を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形例や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００１１】
また、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の構成要素を含むことができる。以下、図中において、同一の符号を付した部分は特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を示す。
【００１２】
〔Ａ〕第１実施形態
〔Ａ−１〕システム構成例
図１は、第１実施形態の光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。
【００１３】
光パルス信号生成装置（「信号生成装置」と称されてもよい。）１は、ＣＷＬＤ１１、ＳＯＡ１２、パルス発生器１３及びＹＤＦＡ１４を備える。「ＣＷＬＤ」は、Continued Wave Laser Diode（連続波発振動作レーザダイオード）の略称である。「ＳＯＡ」は、Semiconductor Optical Amplifier（半導体光増幅器）の略称である。「ＹＤＦＡ」は、Ytterbium Doped Fiber Amplifierの略称である。
【００１４】
図１に示される信号生成装置１は、例えば、高精細レーザ加工機のようなレーザ加工装置やバイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置に備えられてよい。
【００１５】
ＣＷＬＤ１１は、レーザ光源の一例であり、レーザ光を出力する。ＣＷＬＤ１１は、連続光（ＣＷ）を出力する単一発振モード半導体レーザ（ＬＤ）で、例えば、１．０６μｍ帯の単一発振モードの連続光を出力してよい。また、ＣＷＬＤ１１は、例えば、ＤＦＢ−ＬＤ（Distributed FeedBack-Laser Diode）であってよい。
【００１６】
なお、ＣＷＬＤ１１が出力するレーザ光は、単一発振モードに限定されず、マルチモードであってもよい。
【００１７】
パルス発生器１３は、所定周期（例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ周期）で、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として出力する。パルス発生器１３は、単発で電気パルス信号を出力してもよいし、バーストモード等を含む準周期的に電気パルス信号を出力してもよい。なお、パルス発生器１３は、高速電気パルス発生器と称されてもよい。
【００１８】
ＳＯＡ１２は、サブナノ秒以上の時間幅の光パルスを生成する半導体レーザ光増幅器として構成されている。すなわち、ＳＯＡ１２は、ＣＷＬＤ１１からのレーザ光を入力信号として受けるとともに、レーザ光が入力されているタイミングでパルス発生器１３からの制御信号を受けることにより、光パルスを生成する（別言すれば、「発現させる」）。この場合、パルス発生器１３からの電気パルス信号は、ＳＯＡ１２のアノード又はカソードに印加される。ＳＯＡ１２の出力波長は、ＣＷＬＤ１１の出力波長と同じであり、例えば１．０６μｍである。
【００１９】
別言すれば、ＳＯＡ１２は、ＣＷＬＤ１１からのレーザ光を入力された状態で、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルスを適正な電圧値で印加される。これにより、ＳＯＡ１２からはサブナノ秒以上の時間幅の光パルスが出力される。この際のＳＯＡ１２内のキャリア励起の時間変化と内部のレーザ光による誘導放出作用とにより、出力光パルスのピーク値やパルス幅、パルスエネルギーが決定される。
【００２０】
これにより、簡素な構成で、サブナノ秒以上の時間幅の光パルスを容易に得ることができる。また、ＳＯＡ１２がパルス励起のための機能だけでなく光増幅のための機能を有しているため、光パルス信号の増幅を効率的に行なうことができる。
【００２１】
ＹＤＦＡ１４は、光ファイバ増幅器の一例であり、イッテルビウム添加ファイバを利得媒質に用いた光アンプである。ＹＤＦＡ１４は、ＳＯＡ１２から入力された光パルスを入力され、入力された光パルスを増幅して出力する。
【００２２】
なお、この信号生成装置１は、ＣＷＬＤ１１の特性に応じて、ＹＤＦＡ１４以外の光ファイバ増幅器を備えてもよい。例えば、ＣＷＬＤ１１の出力波長が１．０６μｍ帯でない場合には、信号生成装置１は、ＹＤＦＡ１４以外の光ファイバ増幅器を備えてもよい。
【００２３】
図２は、図１に示した光パルス信号生成装置１によって得られる信号波形の概略を例示するグラフである。図２において、横軸は時間［ピコ秒（ｐｓ）］を示し、縦軸は任意単位の強度［ａ．ｕ．］を示す。
【００２４】
図２には、６００ｐｓ幅の電気パルスがＳＯＡ１２に印加された際に得られる光パルスの時間波形の一例が示されている。図２に示される例では、約２ｍＷのレーザ光がＳＯＡ１２に入射されており、電気パルスの入力がない状態では透過光平均パワーは０．１μＷとなる。一方、１ＭＨｚの繰り返し周期でパルス発生器１３から電気パルスを入力した際の光出力平均パワーは約６μＷであり、得られたパルスエネルギーは約６ｐＪと見積もられる。
【００２５】
従って、光パルスのピークパワーは約１２ｍＷであり、入力光パワーに対して８ｄＢ増幅される。そして、ＳＯＡ１２から出力される光パルスの時間幅は、約４４０ｐｓとなる（図２の符号Ａ１及びＡ２参照）。
【００２６】
なお、ＳＯＡ１２から出力される光パルスは、図２で示されたもの以外、パルス発生器１３からの電気信号の時間幅に応じて適宜サブナノ秒以上の時間幅を有するものとすることができる。
【００２７】
なお、上記の実施例におけるパルス発生器１３からの電気信号は好ましくはサブナノ秒〜数ナノ秒幅の電気信号が用いられ、ＳＯＡ１２から出力される光パルス信号はこれに応じて好ましくはサブナノ秒〜数ナノ秒幅の光パルス信号となる。
【００２８】
〔Ａ−２〕変形例
図３は、第１実施形態の変形例の光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示した第１実施形態の光パルス信号生成装置１は１つのＳＯＡ１２を備えていたが、変形例の光パルス信号生成装置（「信号生成装置」と称されてもよい。）１ａは３つのＳＯＡ１２を備える。
【００３０】
図３に示される信号生成装置１は、例えば、高精細レーザ加工機のようなレーザ加工装置やバイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置に備えられてよい。
【００３１】
図１に示される例において、３つのＳＯＡ１２のそれぞれは、入力されたレーザ光を増幅する。３つのＳＯＡ１２のうち最後段のＳＯＡ１２には図１に示すものと同様のパルス発生器１３が接続され、第１実施形態において上述したように、ＳＯＡ１２は、サブナノ秒以上の時間幅の光パルスを生成する。
【００３２】
なお、図３に示される例においては信号生成装置１ａが３つのＳＯＡ１２を備えることとしているが、これに限定されるものではなく、信号生成装置１ａが備えるＳＯＡ１２の数は種々変更することができる。また、パルス発生器１３からの電気信号は最後段のＳＯＡ１２ではなく、最後段のＳＯＡ１２より前段側のＳＯＡ１２のいずれかに制御信号として入力されてもよく、更に、パルス発生器１３からの電気信号は複数のＳＯＡ１２にそれぞれ制御信号として印加することも可能である。
【００３３】
複数のＳＯＡ１２が備えられることにより、レーザ光の増幅をより効率的に行なえ、所定パワー以上のサブナノ秒以上の時間幅（好ましくは、サブナノ秒〜数ナノ秒幅）の光パルスを生成することができる。
【００３４】
〔Ｂ〕第２実施形態
図４は、第２実施形態の光パルス信号生成装置の構成例を示すブロック図である。
【００３５】
第２実施形態の光パルス信号生成装置（「信号生成装置」と称されてもよい。）２は、図１を用いて示した第１実施形態のＳＯＡ１２、パルス発生器１３及びＹＤＦＡ１４に加えてパルス発生器２１を備え、図１を用いて示した第１実施形態のＣＷＬＤ１１に代えてパルスＬＤ２２を備える。
【００３６】
図４に示される信号生成装置１も、例えば、高精細レーザ加工機のようなレーザ加工装置やバイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置に備えられてよい。
【００３７】
パルス発生器２１は、パルスＬＤ２２と接続されており、所定周期（例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ周期）で、サブナノ秒幅より長い時間幅の電気パルス信号を制御信号として出力して、この電気パルス信号をパルスＬＤ２２に印加する。パルス発生器１３は、単発で電気パルス信号を出力してもよいし、バーストモード等を含む準周期的に電気パルス信号を出力してもよい。この場合も、この電気パルス信号は、パルスＬＤ２２のアノード又はカソードに印加される。なお、パルス発生器１３は、高速電気パルス発生器と称されてもよい。
【００３８】
パルスＬＤ２２は、レーザ光源の一例であり、レーザ光を出力する。パルスＬＤ２２は、パルス光を出力する単一発振モード半導体レーザ（ＬＤ）で、例えば、１．０６μｍ帯の単一発振モードのパルス光を出力してよい。また、パルスＬＤ２２は、例えば、ＤＦＢ−ＬＤであってよい。
【００３９】
なお、パルスＬＤ２２が出力するレーザ光は、単一発振モードに限定されず、マルチモードであってもよい。
【００４０】
図５は、図４に示した信号生成装置２における信号生成動作を説明するグラフである。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は任意単位の強度［ａ．ｕ．］を示す。
【００４１】
図５の符号Ｂ１は、パルスＬＤ２２によって出力される光パルス信号を示す。パルスＬＤ２２は、パルス発生器２１からの第１電気パルス信号の入力を受けることにより、第１パルス成分（図５の符号Ｂ１１参照）と第１パルス成分Ｂ１１の後続成分（パルス後続成分：図５の符号Ｂ１２参照）とからなる光パルス信号Ｂ１を出力する。ここで、第１電気パルス信号の時間幅は、第１パルス成分Ｂ１１の時間幅ＴＢ１１とパルス後続成分Ｂ１２の時間幅ＴＢ１２とを合わせた時間幅程度であり、この時間幅（ＴＢ１１＋ＴＢ１２）に依存したものとなっている。
【００４２】
なお、パルスＬＤ２２が出力するレーザ光は、単一発振モードに限定されず、マルチモードであってもよい。
【００４３】
パルス発生器１３は、パルス発生器２１と電気的に同期して、所定周期（例えば、１０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ周期）で、パルス後続成分Ｂ１２が有する時間より短いサブナノ秒幅以上の第２電気パルス信号を制御信号としてＳＯＡ１２に入力する。パルス発生器１３は、単発で電気パルス信号を出力してもよいし、バーストモード等を含む準周期的に電気パルス信号を出力してもよい。
【００４４】
図５の符号Ｂ２は、パルス発生器１３によって出力される第２電気パルス信号を示す。パルス発生器１３から出力される第２電気パルス信号は、符号Ｂ２で示されるように、パルスＬＤ２２からパルス後続成分Ｂ１２が入力されるタイミング（図５の符号ＴＢ１２参照）で生成される。
【００４５】
ＳＯＡ１２は、パルスＬＤ２２からの光パルス信号Ｂ１を入力信号として受ける。また、ＳＯＡ１２は、パルス発生器２１によって生成される第１電気パルス信号と同期して当該パルス信号におけるパルス後続成分（図５の符号Ｂ１２参照）が入力されるタイミングで、パルス後続成分Ｂ１２が有する時間より短いサブナノ秒幅以上の時間の第２電気パルス信号を制御信号として受ける。そして、ＳＯＡ１２は、パルス後続成分Ｂ１２が有する時間より短いサブナノ秒幅以上の時間の光パルス信号を生成する。ＳＯＡ１２の出力波長は、パルスＬＤ２２の出力波長と同じであり、例えば１．０６μｍである。
【００４６】
ＳＯＡ１２によって生成される光パルス信号は、図２を用いて示した第１実施形態において生成される光パルス信号と同様の特性を有する。
【００４７】
第２実施形態においては、上述した第１実施形態と同様の効果を奏することができるほか、以下の効果を奏することができる。
【００４８】
すなわち、パルスＬＤ２２でサブナノ秒幅程度以上の光パルスを生成させてそれをＳＯＡ１２に入射させ、入射光パルスの時間的にフラットな部分（パルス後続成分Ｂ１２）とタイミングを合わせてＳＯＡ１２を電気的パルスで励起するので、ほとんどの時間ではＳＯＡ１２にレーザ光が入射せず、これにより、ＳＯＡ１２が励起されていない時の漏れ光を抑制することができる。また、ＳＯＡ１２のＯＮ／ＯＦＦの光パワー比率を大幅に改善できる。
【００４９】
なお、上記の実施例におけるパルス発生器２１からの電気信号は好ましくは数ナノ秒幅以上の電気信号が用いられ、パルスＬＤ２２からの光パルス信号はこれに応じて好ましくは数ナノ秒幅以上の光パルス信号となる。パルス発生器１３からの電気信号は好ましくはサブナノ秒〜数ナノ秒幅の電気信号が用いられ、ＳＯＡ１２から出力される光パルス信号はこれに応じて好ましくはサブナノ秒〜数ナノ秒幅の光パルス信号となる。
【００５０】
〔Ｃ〕その他
開示の技術は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。各実施形態の各構成及び各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
【００５１】
例えば、図４に示した第２実施形態の信号生成装置２においても、図３に示した第１実施形態の変形例の信号生成装置１ａと同様に、複数のＳＯＡ１２が備えられてもよく、この場合、信号生成装置２が備えるＳＯＡ１２の数は種々変更することができる。また、パルス発生器１３からの電気信号（時間幅は、好ましくは、サブナノ秒〜数ナノ秒）は最後段のＳＯＡ１２ではなく、最後段のＳＯＡ１２より前段側のＳＯＡ１２のいずれかに制御信号として入力されてもよく、更に、パルス発生器１３からの電気信号（時間幅は、好ましくは、サブナノ秒〜数ナノ秒）は複数のＳＯＡ１２に制御信号として印加することも可能である。
【００５２】
この信号生成装置２も、例えば、高精細レーザ加工機のようなレーザ加工機やバイオメディカル分野での応用が可能なバイオイメージング装置に備えられてよい。
【符号の説明】
【００５３】
１，１ａ，２      光パルス信号生成装置
１１              ＣＷＬＤ
１２              ＳＯＡ
１３，２１        パルス発生器
１４              ＹＤＦＡ
２２              パルスＬＤ
【図１】
2018032824.tif 000003
【図２】
2018032824.tif 000004
【図３】
2018032824.tif 000005
【図４】
2018032824.tif 000006
【図５】
2018032824.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月6日(2016.9.6)
【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】
レーザ光源と、
該レーザ光源からのレーザ光を入力信号として受けるとともに、該レーザ光が入力されているタイミングでサブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成されたことを特徴とする、光パルス信号生成装置。
【請求項２】
連続光を出力する単一発振モード半導体レーザからなるレーザ光源と、
該レーザ光源からの該連続光を入力信号として受けるとともに、サブナノ秒以上の時間幅の電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成されたことを特徴とする、光パルス信号生成装置。
【請求項３】
サブナノ秒より長い時間幅の第１電気パルス信号を制御信号として受けることにより、サブナノ秒より長い時間幅を有し第１パルス成分と該第１パルス成分の後続成分とからなる光パルス信号を出力するレーザ光源と、
該レーザ光源からの該光パルス信号を入力信号として受けるとともに、該第１電気パルス信号と同期して上記の第１パルス成分の後続成分が入力されるタイミングで、上記の第１パルス成分の後続成分が有する時間より短いサブナノ秒以上の時間幅の第２電気パルス信号を制御信号として受けることにより、上記の第１パルス成分の後続成分が有する時間より短いサブナノ秒以上の時間幅の光パルス信号を生成する半導体レーザ光増幅器とをそなえて構成されたことを特徴とする、光パルス信号生成装置。
【請求項４】
該レーザ光源が単一発振モード半導体レーザからなるレーザ光源として構成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光パルス信号生成装置。
【請求項５】
該レーザ光源と該半導体レーザ光増幅器との間に、他の半導体レーザ光増幅器が介装されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光パルス信号生成装置。
【請求項６】
該半導体レーザ光増幅器の出力側に、光ファイバ増幅器が接続されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項５いずれかに記載の光パルス信号生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６いずれかに記載の光パルス信号生成装置を有するレーザ加工装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項６いずれかに記載の光パルス信号生成装置を有するバイオイメージング装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本明細書に記載する技術は、光パルス信号生成装置、レーザ加工装置及びバイオイメー
ジング装置に関する。