(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
種レーザ光を出力する種レーザ光源と、
励起光を出力する励起光源と、
前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光を出力する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、
少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、
前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令、及び、前記出力部からの前記レーザ光の出力を停止させる出力停止命令を前記制御部に入力する命令部と、
を備え、
前記種レーザ光源及び前記励起光源は、
前記出力命令が前記制御部に入力されてから予め定められる一定期間後に出力状態とされ、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから前記一定期間後に出力状態が終了されると共に、
前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも短い場合には、前記出力状態の終了から次に出力状態となるまでの間、予備励起状態とされ、
前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも長い場合には、前記出力状態の終了から次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの間、停止状態とされると共に、前記出力命令が前記制御部に入力されてから次に出力状態となるまでの間、前記予備励起状態とされ、
前記予備励起状態においては、前記種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されず、前記励起光が所定の強度で前記増幅用光ファイバに入力され、前記出力状態においては、前記レーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されると共に、前記励起光が前記増幅用光ファイバに入力され、
前記一定期間は、前記予備励起状態において、前記所定の強度の励起光が前記増幅用光ファイバに入力されてファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間である
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態において前記励起光により前記増幅用光ファイバで発生して出力される光を波長変換せず、前記出力状態において前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、
前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力するとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、
を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
種レーザ光を出力する種レーザ光源と、
励起光を出力する励起光源と、
前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光を出力する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、
少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、
前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令、及び、前記出力部からの前記レーザ光の出力を停止させる出力停止命令を前記制御部に入力する命令部と、
を備え、
前記種レーザ光源及び前記励起光源は、
前記出力命令が前記制御部に入力されてから予め定められる一定期間後に出力状態とされ、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから前記一定期間後に出力状態が終了されると共に、
前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも短い場合には、前記出力状態の終了から次に出力状態となるまでの間、予備励起状態とされ、
前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも長い場合には、前記出力状態の終了から次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの間、停止状態とされると共に、前記出力命令が前記制御部に入力されてから次に出力状態となるまでの間、予備励起状態とされ、
前記予備励起状態においては、尖塔値が小さい種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されると共に、前記励起光が所定の強度で前記増幅用光ファイバに入力され、前記出力状態においては、前記レーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されると共に、前記励起光が前記増幅用光ファイバに入力され、
前記一定期間は、前記予備励起状態において、前記尖塔値が小さい種レーザ光と前記所定の強度の励起光とが前記増幅用光ファイバに入力されてファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間である
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記出力状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光はパルス光であり、前記予備励起状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光は連続光であることを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態において尖塔値が小さい前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される光を波長変換せず、前記出力状態において前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、
前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力するとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、
を更に備える
こと特徴とする請求項３または４に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記予備励起状態における前記励起光の強度は、前記出力状態における前記励起光の強度以下とされることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記一定期間は、当該一定期間が経過後に前記希土類元素の励起状態が所定の一定レベルになるように、前記予備励起状態における前記励起光の前記所定の強度に応じて定められる
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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において、ファイバレーザ装置が用いられている。ファイバレーザ装置は、レーザ発振器によって発生されるレーザ光と励起光とが、増幅用光ファイバに入力されて、増幅されたレーザ光が出力部から出力されるものである。
【０００３】
このようなファイバレーザ装置においては、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力され始めてからレーザ光の強度が安定するまでにある程度の期間を要する。つまり、レーザ光の立ち上がりにある程度の期間を要する。
【０００４】
このレーザ光の立ち上がり期間が短いほど作業効率が良い。下記特許文献１には、このようなレーザ光の強度が安定するまでの期間が短いとされるファイバレーザ装置が記載されている。
【０００５】
下記特許文献１に記載のファイバレーザ装置においては、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力される以外の期間において、強度が弱く一定の励起光が増幅用光ファイバに入力され、増幅用光ファイバに添加される希土類元素が励起状態とされる。つまり、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力される以外の期間において、予備励起がなされる。次いで、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力されるときに、増幅用光ファイバに種レーザ光と強度の強い励起光とが入力され、増幅されたレーザ光が出力される。この様に、ファイバレーザ装置からレーザ光を出力する際に、増幅用光ファイバの希土類元素が予備励起により励起状態とされるため、ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光の立ち上がり期間が短いとされる（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９１７７３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、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、レーザ光の立ち上がり期間が短いものの、予備励起の期間中に増幅用光ファイバの希土類元素の励起状態が高くなりすぎると発振してしまい、尖塔値の高い不要な光が出力される場合があった。このような尖塔値の高い不要な光が出力されると、レーザ光が照射される被加工体等に強度の強い不要なレーザ光が照射されて、被加工体等が損傷することがある。
【０００８】
そこで、本発明は、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、レーザ光が出力される期間以外において尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができるファイバ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】
【０００９】
本発明のファイバレーザ装置は、種レーザ光を出力する種レーザ光源と、励起光を出力する励起光源と、前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光を出力する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令、及び、前記出力部からの前記レーザ光の出力を停止させる出力停止命令を前記制御部に入力する命令部と、を備え、前記種レーザ光源及び前記励起光源は、前記出力命令が前記制御部に入力されてから予め定められる一定期間後に出力状態とされ、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから前記一定期間後に出力状態が終了されると共に、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも短い場合には、前記出力状態の終了から次に出力状態となるまでの間、予備励起状態とされ、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも長い場合には、前記出力状態の終了から次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの間、停止状態とされると共に、前記出力命令が前記制御部に入力されてから次に出力状態となるまでの間、前記予備励起状態とされ、前記予備励起状態においては、前記種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されず、前記励起光が所定の強度で前記増幅用光ファイバに入力され、前記出力状態においては、前記レーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されると共に、前記励起光が前記増幅用光ファイバに入力され、前記一定期間は、前記予備励起状態において、前記所定の強度の励起光が前記増幅用光ファイバに入力されて前記ファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間であることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなファイバレーザ装置によれば、出力状態とする前に、所定の強度の励起光を増幅用光ファイバに入力させる予備励起を行うので、レーザ光の立ち上がり期間を短くすることができ、かつ、この予備励起状態の期間は、この所定の強度の励起光が増幅用光ファイバに入力されて前記ファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間より短いため、ファイバレーザ装置が発振してしまうことを防止することができる。このため、レーザ光が出力される期間以外において、尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。
【００１１】
また、出力停止命令から次の出力命令までの期間が上記の一定期間よりも長い場合、種レーザ光源及び励起光源は、出力命令が入力されてから出力状態となるまでの一定期間のみ予備励起状態とされる。つまり、種レーザ光源及び励起光源は、出力命令が入力される前の出力状態の終了時点から出力命令が入力されるまでの期間において、停止状態とされて予備励起状態とされず、出力命令が入力されてからタイムシフトする一定期間のみ予備励起状態とされる。そして、この予備励起状態とされる一定期間は、予備励起状態における励起光が前記増幅用光ファイバに入力されて前記ファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間とされる。このように一定期間、種レーザ光源及び励起光源が予備励起状態とされることで、出力状態におけるレーザ光の立ち上がり期間を短くすることができる。さらに、予備励起状態において、ファイバレーザ装置の共振器の利得が正となることがないので、意図しない発振を抑制して、尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。一方、出力停止命令から次の出力命令までの期間が、上記の一定期間よりも短い場合は、出力状態の終了時点から次の出力状態の開始時点までの間、種レーザ光源及び励起光源は予備励起状態とされる。このようにして出力状態の間隔が短い場合においても、その間予備励起を行うことにより、出力状態におけるレーザ光の立ち上がりを早くすることができる。このようにして本発明のファイバレーザ装置によれば、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、レーザ光が出力される期間以外において尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。
【００１２】
また、上記ファイバレーザ装置において、前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態において前記励起光により前記増幅用光ファイバで発生して出力される光を波長変換せず、前記出力状態において前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力するとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、を更に備えることが好ましい。
【００１３】
波長変換器は、例えば、誘導ラマン散乱を起こす光ファイバにより構成される。この波長変換器は、入射光の強度の尖塔値が大きい場合に入射光をより波長の長い光に変換し出力し、入射光の強度の尖塔値が小さい場合に入射光の波長を変換せずそのまま出力する。このようなファイバレーザ装置によれば、出力状態において、増幅用光ファイバから増幅されたレーザ光が出力されると、このレーザ光は尖塔値が大きいため、波長変換器において波長変換される。従って、波長変換されたレーザ光は、波長選択フィルタを透過して出力部から出力される。一方、予備励起状態においては、励起光により増幅用光ファイバの希土類元素が励起状態とされるが、種レーザ光が増幅用光ファイバに入力されないため、増幅用光ファイバからは、励起された希土類元素が放出する自然放出光が増幅されたＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）が出力される。自然放出光は、スペクトルの幅が広く、尖塔値の強度が小さいため、波長変換器において、増幅用光ファイバからこのＡＳＥが入力されても、入力された光を波長変換しない。このため、増幅用光ファイバからＡＳＥが出力される場合であっても、波長変換器から出力されて波長選択フィルタに入力される光は、波長選択フィルタにおいて透過が抑制される。こうして、予備励起状態において、出力部からの不要な光が出力されることを抑制することができる。
【００１４】
或いは、本発明のファイバレーザ装置は、種レーザ光を出力する種レーザ光源と、励起光を出力する励起光源と、前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光を出力する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令、及び、前記出力部からの前記レーザ光の出力を停止させる出力停止命令を前記制御部に入力する命令部と、を備え、前記種レーザ光源及び前記励起光源は、前記出力命令が前記制御部に入力されてから予め定められる一定期間後に出力状態とされ、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから前記一定期間後に出力状態が終了されると共に、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも短い場合には、前記出力状態の終了から次に出力状態となるまでの間、予備励起状態とされ、前記出力停止命令が前記制御部に入力されてから次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの期間が前記一定期間よりも長い場合には、前記出力状態の終了から次に前記出力命令が前記制御部に入力されるまでの間、停止状態とされると共に、前記出力命令が前記制御部に入力されてから次に出力状態となるまでの間、予備励起状態とされ、前記予備励起状態においては、尖塔値が小さい種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されると共に、前記励起光が所定の強度で前記増幅用光ファイバに入力され、前記出力状態においては、前記レーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記増幅用光ファイバに入力されると共に、前記励起光が前記増幅用光ファイバに入力され、前記一定期間は、前記予備励起状態において、前記尖塔値が小さい種レーザ光と前記所定の強度の励起光とが前記増幅用光ファイバに入力されて前記ファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間であることを特徴とするものである。
【００１５】
このようなファイバレーザ装置によれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバに尖塔値が小さい種レーザ光が入力されるため、励起光による希土類元素の励起と種レーザ光による希土類元素の緩和とのバランスを取ることができる。従って、ファイバレーザ装置の要求仕様に応じて、種レーザ光強度、予備励起状態における励起光強度および前記一定期間を、予備励起状態においてファイバレーザ装置の共振器の利得が正とならない範囲で最適化設定することができる。
【００１６】
さらに、上記ファイバレーザ装置において、前記出力状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光はパルス光であり、前記予備励起状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光は連続光であっても良い。
【００１７】
また、上記ファイバレーザ装置において、前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態において尖塔値が小さい前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される光を波長変換せず、前記出力状態において前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力するとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、を更に備えることが好ましい。
【００１８】
このようなファイバレーザ装置によれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバに入力される尖塔値が小さい種レーザ光は、希土類元素の誘導放出により増幅されて増幅用光ファイバから出力される。しかし、波長変換器は、このとき増幅用光ファイバから出力されて波長変換器に入力される光を波長変換しないよう構成される。従って、予備励起状態において、出力部からレーザ光が出力されることが抑制できる。
【００１９】
また、上記ファイバレーザ装置において、前記予備励起状態における前記励起光の強度は、前記出力状態における前記励起光の強度以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、レーザ光が出力される期間以外において尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができるファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１の種レーザ光源を示す図である。
【図３】図１のファイバレーザ装置の動作を模式的に示したタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置の動作を模式的に示したタイミングチャートである。
【図６】本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００２４】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１００は、波長λ１の種レーザ光を出力する種レーザ光源１０と、励起光を出力する励起光源２０と、励起光と種レーザ光とが入力される増幅用光ファイバ３０と、励起光と種レーザ光とを増幅用光ファイバ３０に入力する光カプラ４０と、増幅用光ファイバ３０から出力される光を出力する出力部５０と、種レーザ光源１０と励起光源２０とを制御する制御部６０と、出力部５０からのレーザ光の出力及び停止をさせる命令を制御部６０に入力する命令部６５と、励起光源２０から出力される励起光の強度等を記憶するメモリ６７とを主な構成として備える。
【００２５】
図２は、図１の種レーザ光源１０を示す図である。本実施形態においては、種レーザ光源１０として、ファブリペロー型のレーザ出力装置が用いられる。図２に示すように種レーザ光源１０は、励起光を出力するレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１からの励起光が入力する希土類添加ファイバ１３と、希土類添加ファイバ１３とレーザ発振器１１との間に設けられる第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１２と、希土類添加ファイバ１３のレーザ発振器１１とは反対側に設けられる第２ＦＢＧ１５と、第２ＦＢＧ１５と希土類添加ファイバ１３との間に設けられるＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator：音響光学素子）１４とを備える。
【００２６】
レーザ発振器１１は、例えば半導体レーザであって、励起光を出力する。出力される励起光は、例えば、９７５ｎｍの波長である。レーザ発振器１１から出力される励起光は、第１ＦＢＧ１２を介して希土類添加ファイバ１３に入力される。励起光は、希土類添加ファイバ１３に添加された希土類元素に吸収される。このため、希土類元素は励起状態となる。そして、励起状態となった希土類元素は、波長λ１を含む波長帯域の自然放出光を放出する。このときの自然放出光の波長λ１は、例えば、上述の９７５ｎｍの波長の励起光が希土類ファイバに入力されるとき１０６４ｎｍの波長となる。この自然放出光は、希土類添加ファイバ１３を伝播し、ＡＯＭ１４に入力される。このＡＯＭ１４は、低損失な状態と高損失な状態とを周期的に繰り返すように制御されたり、低損失な状態を維持するように制御されたりする。
【００２７】
そして、ＡＯＭ１４は、高損失な状態では、特定の波長の光の透過を抑制し、低損失な状態では、特定の波長の光を透過させる。このため、ＡＯＭ１４が低損失な状態では、自然放出光は、ＡＯＭ１４を介して、第２ＦＢＧ１５に入力する。第２ＦＢＧ１５は、波長λ１を含む波長帯域の光を選択的に例えば約５０％以下の反射率で反射する。従って反射する自然放出光は、ＡＯＭ１４を介して再び希土類添加ファイバ１３に入力されて、希土類添加ファイバ１３の希土類元素の誘導放出により増幅される。その後、増幅された光は、第１ＦＢＧ１２に到達する。第１ＦＢＧ１２は、波長λ１を含む波長帯域の光を選択的に例えば９９．５％の反射率で反射する。このため、第１ＦＢＧ１２で反射される光は、再び希土類添加ファイバ１３に入力されて更に増幅される。その後、増幅された光は、ＡＯＭ１４を介して第２ＦＢＧ１５に入力され、一部の光が第２ＦＢＧ１５を透過する。このように第１ＦＢＧ１２と第２ＦＢＧ１５とでファブリペロー発振器を構成し、ＡＯＭ１４が低損失な状態と高損失な状態とを繰り返す動作に同期して、パルス状の光が増幅され、この増幅されたパルス状の光が種レーザ光として第２ＦＢＧ１５から出力される。このとき種レーザ光源１０から出力される種レーザ光の波長λ１は、例えば、１０６４ｎｍの波長であり、パルスの繰り返し周波数は、例えば、１００ｋＨｚである。
【００２８】
また、ＡＯＭ１４低損失な状態を維持するように制御される場合、種レーザ光源１０からは、同一波長で連続光である種レーザ光が出力される。
【００２９】
なお、種レーザ光源１０においては、ＡＯＭ１４が制御部６０からの制御信号により制御されることで、パルス光や連続光としての種レーザ光の出力が制御されたり、それらの強度が制御されたりする。
【００３０】
種レーザ光源１０から出力される種レーザ光は、光カプラ４０に入力される。
【００３１】
一方、励起光源２０は、励起光を出力する複数のレーザダイオードから構成され、出力する励起光の強度が、制御部６０からの制御信号によって調整される。励起光源２０は、増幅用光ファイバ３０の希土類元素を励起状態とする励起光を出力し、励起光源２０から出力される励起光は光カプラ４０に入力する。なお、励起光源２０から出力される励起光は、例えば、９７５ｎｍの波長とされる。
【００３２】
光カプラ４０は、種レーザ光源１０からの種レーザ光が入力する入力ポート４１と、励起光源２０からの励起光が入力する励起光入力ポート４２と、入力された種レーザ光及び励起光を出力する出力ポート４３とを有する。入力ポート４１は、種レーザ光源１０からの種レーザ光をシングルモード光として伝播するシングルモードファイバから構成される。励起光入力ポート４２は、励起光源２０から出力される励起光をマルチモード光として伝播するマルチモードファイバから構成される。出力ポート４３は、コアと、コアを被覆するクラッドと、クラッドを被覆する樹脂クラッドとを有するダブルクラッドファイバから構成され、コアにより種レーザ光をシングルモード光として伝播し、コア及びクラッドにより励起光をマルチモード光として伝播する構成となっている。出力ポート４３から出力する種レーザ光及び励起光は、増幅用光ファイバ３０に入力する。
【００３３】
増幅用光ファイバ３０は、希土類元素が添加されるコアと、コアを被覆するクラッドと、クラッドを被覆する樹脂クラッドとを有するダブルクラッドファイバから構成される。コアは、光カプラ４０から出力される種レーザ光をシングルモード光として伝播し、コア及びクラッドにより光カプラ４０から出力される励起光をマルチモード光として伝播する。そして、励起光は、コアを通過する際、その一部が希土類元素に吸収されて、希土類元素の励起状態が高くされる。高い励起状態となり、反転分布状態とされた希土類元素は、コアを伝播する種レーザ光により誘導放出を起こし、この誘導放出により種レーザ光が増幅され、増幅用光ファイバ３０から増幅されるレーザ光が出力される。このような増幅用光ファイバとしては、例えば、コア部の直径が１０μｍであり、クラッド部の外径が１２５μｍであり、コアは、希土類元素としてイッテルビウムが添加された石英からなり、クラッドは、ドーパントが添加されない石英からなるものが挙げられる。なお、増幅用光ファイバ３０からレーザ光の出力を停止させる場合、増幅用光ファイバ３０への励起光の入力を停止させても、希土類元素の励起状態は、すぐには低くならず、一定の時間をかけて徐々に低くなる。
【００３４】
出力部５０は、増幅用光ファイバ３０で増幅されるレーザ光をファイバレーザ装置１００の外部に出力する。なお、上記のように種レーザ光源１０からパルス状の種レーザ光が出力される場合、出力部５０からは、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光と同期するパルス状のレーザ光が出力される。
【００３５】
命令部６５は、出力部５０からレーザ光を出力させるための出力命令、及び、出力部５０からのレーザ光の出力を停止させる出力停止命令を制御部６０に入力する。
【００３６】
制御部６０は、命令部６５からの出力命令や出力停止命令に基づいて種レーザ光源１０及び励起光源２０を制御する。具体的には、制御部６０は、種レーザ光源１０におけるレーザ発振器１１やＡＯＭ１４を制御して、種レーザ光源１０の出力の有無や強度、及び、種レーザ光をパルス光や連続光にする制御を行う。さらに制御部６０は、励起光源２０を制御して、励起光源２０から出力される励起光の有無や、励起光源２０から出力される励起光の強度を制御する。
【００３７】
メモリ６７は、レーザ光が出力状態において出力部５０から出力されるための励起光の強度、及び、予備励起状態、すなわち出力部５０からレーザ光が出力される前における励起光（以下、予備励起光）の強度や、予備励起光が出力される一定期間等を予め記憶している。この一定期間は、予め設定した強度の予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されるとき、この予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間である。この予備励起光強度及び一定期間は、事前に計測されることで予め定められて、メモリ６７に記憶されている。
【００３８】
ここで、ファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となるというのは、言い換えれば、増幅用光ファイバ３０を利得媒体として寄生発振が生じ得るレーザ共振器における利得が損失を上回ることである。ファイバレーザ装置１００において、事前の実験により、どのくらいの強度の予備励起光をどのくらい期間増幅用光ファイバ３０に入力させると意図しない（寄生の）発振が起こるか把握することができる。寄生発振が起こるということは、その発振の共振器において、利得が正となっているということである。ここで、共振器とは、増幅用光ファイバ３０の一部を少なくとも含み、この少なくとも一部の増幅用光ファイバ３０を挟んでその両端部における光反射要素とにより形成されて寄生発振を起こし得る共振器のことをいう。光反射要素とは、具体的には、種レーザ光源１０と入力ポート４１との接続部（融着部）、増幅用光ファイバ３０と出力ポート４３との接続部（融着部）、および増幅用光ファイバ３０と出力部５０との接続部等に存在する屈折率差や、増幅用光ファイバ３０内のレイリー散乱等により起因するものである。
【００３９】
この共振器の利得が正となる期間は、例えば、上述の増幅用光ファイバ３０であれば、予備励起光の強度が４Ｗの場合、予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となって、発振してしまうまでの期間は、４００μ秒であった。このため、本実施形態に係るファイバレーザ装置１００において、一定期間Ｔは、例えば、上記共振器の利得が正となる期間４００μ秒より短い２００μ秒とされる。
【００４０】
ここで、予備励起光の強度に応じて、共振器の利得が正となる期間は異なる。従って、予備励起光の強度に応じて、この一定期間を設定することが好ましい。そして、この一定期間経過後の希土類元素の励起状態を所定の一定レベルになるように、予備励起光の強度に応じて、この一定期間を設定することにより、ファイバレーザ装置１００から出力されるレーザ光の立ち上がり時間がばらつくことを抑制することができる。
【００４１】
また、上述の増幅用光ファイバ３０であれば、予備励起光の強度が２Ｗの場合、十分に時間が経過した定常状態であっても、利得が損失を上回ることを防止することができ、希土類元素の励起状態は、所定の一定のレベルとなる。この場合には、この一定期間を増幅用光ファイバ３０の希土類元素の緩和時間よりも長い、例えば、５ｍ秒に設定することができる。このように一定期間を増幅用光ファイバ３０の希土類元素の緩和時間より長い期間にすることで、利得を一定とすることができ、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、レーザ光が出力される期間以外において尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。
【００４２】
カウンタ６９は、制御部が、命令部６５からの出力命令が制御部６０に入力されてからの期間や、命令部６５から出力命令が制御部６０に入力されなくなってからの期間等を計算する為の情報を出力する。
【００４３】
次に、ファイバレーザ装置１００の動作について図３を用いて説明する。
【００４４】
図３は、ファイバレーザ装置１００の動作を模式的に示したタイミングチャートである。
【００４５】
図３は、命令部６５から制御部６０に入力される出力命令と、励起光源２０から出力される励起光の強度と、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光の強度と、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態と、出力部５０から出力されるレーザ光の強度を模式的に表している。なお、図３において、出力命令がＨの状態が、命令部６５から制御部６０に出力命令がされている状態を表し、励起光の強度が高く表されている程、強度の強い励起光が励起光源２０から出力されている状態を示し、種レーザ光源からのレーザ光の強度が高く表されている程、種レーザ光源１０から強度の強い種レーザ光が出力されている状態を示し、希土類元素の励起状態が高く表されている程、増幅用光ファイバ３０の希土類元素が高い励起状態であることを示し、出力されるレーザ光の強度が高く表される程、出力部５０から出力されるレーザ光の強度が強い状態を示す。
【００４６】
まず、ファイバレーザ装置１００の図示しない電源がオンにされ、制御部６０に電力が供給される。制御部６０は、電力が供給されると、命令部６５からの出力命令の入力を待つ。
【００４７】
次に、時刻ｔ１において、命令部６５から出力命令が入力される。この時刻ｔ１における出力命令は、ファイバレーザ装置１００の電源がオンとされて最初の出力命令である。この場合、制御部６０は、予備励起光の強度Ｒｐをメモリ６７から読み出すと共に、カウンタ６９からの信号を用いて予め定められる一定期間Ｔだけ種レーザ光源１０及び励起光源２０が予備励起状態となるように制御する。そして、励起光源２０は、予備励起状態とされると強度Ｒｐの予備励起光を出力するように制御され、種レーザ光源１０は、種レーザ光が出力されないように制御される。なお、この種レーザ光源１０の制御には、種レーザ光源１０に対して特に命令を行わないことも含まれる。こうして、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態が徐々に高くされる。ただし、上述のように一定期間Ｔは、強度Ｒｐの予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間とされる。従って、予備励起状態において、ファイバレーザ装置１００が意図しない発振を起こしてしまうことが抑制される。
【００４８】
次に、時刻ｔ１から予め定められる一定期間Ｔが経過する時刻ｔ２において、制御部６０は、種レーザ光源１０及び励起光源２０が出力状態となるように制御する。このとき、制御部６０は、メモリ６７から出力状態における励起光の強度Ｒｓを読みだすと共に、励起光源２０を制御して、励起光源２０から予め定められた強度Ｒｓの励起光を出力させる。さらに制御部６０は、種レーザ光源１０を制御して、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈで波長λ１のパルス状の種レーザ光を出力させる。このときの励起光の強度Ｒｓと種レーザ光の尖塔値の強度Ｈは、出力部５０からレーザ光が出力されるような強度である。具体的には、出力状態における励起光の強度Ｒｓは、例えば６Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈは、例えば４Ｗとされる。
【００４９】
出力状態において、励起光源２０から強度Ｒｓの励起光が出力され、種レーザ光源１０からパルス状の種レーザ光が出力されると、増幅用光ファイバ３０の希土類元素は、さらに高い励起状態とされながら誘導放出を起こして、種レーザ光の強度を増幅させる。このため、増幅用光ファイバ３０からは、増幅されたパルス状のレーザ光が出力され、この増幅されたパルス状のレーザ光が出力部５０から出力される。
【００５０】
ただし、時刻ｔ２を経過して間もない時点においては、出力部５０から出力されるレーザ光の強度は、予め定められる強度Ｐには達しない。そして、時刻ｔ２から所定の期間が経過すると、希土類元素の励起状態がさらに高い状態とされて、出力部５０から予め定められる強度Ｐのレーザ光が出力され、レーザ光の出力が安定する。この所定の期間が、出力部５０から出力されるレーザ光の立ち上がり期間となる。例えば、電源が投入されて最初のレーザ光の出力の場合に、上記のように予備励起光の強度Ｒｐが２Ｗとされ、一定期間Ｔが１００μ秒とされ、出力状態における励起光の強度Ｒｓが６Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈが４Ｗされる場合、レーザ光の立ち上がり期間は５０μ秒以下となる。
【００５１】
次に時刻ｔ３において、命令部６５から出力命令が入力されなくなると、制御部６０は、カウンタ６９の情報を用いて、時刻ｔ３から一定期間Ｔを計算し、時刻ｔ３から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ４において、種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態を終了させる。このとき種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力、及び、励起光源２０からの励起光の出力が停止する。このため、出力部５０からのレーザ光の出力が停止される。そして、制御部６０は、再び命令部６５からの出力命令を待つ。
【００５２】
なお、本実施形態においては、命令部６５は、上述のようにレーザ光を出力させようとする期間、制御部６０に出力命令を入力し続けて、レーザ光の出力を停止させようとする時刻において制御部６０への出力命令の入力を停止する。従って、本実施形態においては、命令部６５が制御部６０に出力命令の入力を停止することが、命令部６５が制御部６０に出力停止命令を入力することに相当する。
【００５３】
また、図３に示すように増幅用光ファイバ３０における希土類元素の励起状態は、出力状態の終了時刻ｔ４から徐々に低くなり、時刻ｔ４から所定の期間が経過後において基底状態となる。
【００５４】
次に、時刻ｔ３から一定期間Ｔよりも長い期間Ｔａをあけた時刻ｔ５において、出力命令が命令部６５から制御部６０に入力される。つまり、時刻ｔ３から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ４よりも後の時刻ｔ５において出力命令が制御部６０に入力される。このとき時刻ｔ５において、種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態は、既に終了している。この場合、制御部６０は、予備励起光の強度Ｒｐをメモリ６７から読み出すと共に、カウンタ６９からの信号を用いて、時刻ｔ５から予め定められる一定期間Ｔだけ、種レーザ光源１０及び励起光源２０が予備励起状態となるように制御する。そして、励起光源２０は、強度Ｒｐの予備励起光を出力するように制御され、種レーザ光源１０は、種レーザ光を出力しないように制御される。こうして、時刻ｔ１から時刻ｔ２における予備励起の場合と同様に、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態が徐々に高くされるが、ｔ５からｔ６の一定期間Ｔは、強度Ｒｐの予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間であるので、この予備励起状態において、ファイバレーザ装置１００が意図しない発振を起こしてしまうことが抑制される。
【００５５】
次に、時刻ｔ５から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ６において、制御部６０は、種レーザ光源１０及び励起光源２０が出力状態となるように制御する。このとき、制御部６０は、メモリ６７から出力状態における励起光の強度Ｒｓを読みだすと共に、励起光源２０を制御して、励起光源２０から予め定められた強度Ｒｓの励起光を出力させる。さらに制御部６０は、種レーザ光源１０を制御して、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈで波長λ１のパルス状の種レーザ光を出力させる。
【００５６】
こうして、増幅用光ファイバ３０の希土類元素は、さらに高い励起状態とされながら種レーザ光により誘導放出を起こして、種レーザ光源１０から入力される種レーザ光の強度を増幅する。そして、出力部５０から増幅されたパルス状のレーザ光が出力される。このとき、時刻ｔ２の経過後に出力されるレーザ光と同様に、時刻ｔ６から所定の期間が経過すると、希土類元素の励起状態がさらに高い状態とされ、出力部５０から出力されるレーザ光が立ち上がる。
【００５７】
次に、時刻ｔ７において、命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されなくなると、制御部６０は、時刻ｔ７から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ９に種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態を終了させるため、カウンタ６９の情報を用いて、時刻ｔ７から予め定められる一定期間Ｔを計算する。
【００５８】
次に、時刻ｔ７から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ９より前の時刻ｔ８において、命令部６５から出力命令が制御部６０に再び入力される。つまり、時刻ｔ７において出力停止命令が制御部６０に入力されてから、一定期間Ｔが経過するよりも短い期間Ｔｂが経過する時刻ｔ８において、出力命令が命令部６５から制御部６０に入力される。このとき、時刻ｔ８は、時刻ｔ７から一定期間Ｔが経過する前の時刻であるため、種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態は終了していない。この場合、制御部６０は、期間Ｔｂがメモリ６７に予め記憶されている一定期間Ｔより短いことを判断して、種レーザ光源１０と励起光源２０とを出力状態のままとし、命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されなくなる時刻ｔ７から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ９において、種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態を終了させる。
【００５９】
そして、種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態を終了させる時刻ｔ９において、制御部６０は、予備励起光の強度Ｒｐをメモリ６７から読み出すと共に、カウンタ６９の情報を用いて、出力命令が入力された時刻ｔ８から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ１０まで、種レーザ光源１０及び励起光源２０を予備励起状態とする。そして、励起光源２０は、予備励起状態とされると強度Ｒｐの予備励起光を出力するように制御され、種レーザ光源１０は、種レーザ光が出力されないように制御される。このように、種レーザ光源１０及び励起光源２０は、出力状態から予備励起状態となるよう制御され、時刻ｔ９から時刻ｔ１０まで予備励起状態とされる。ｔ１０からｔ１１の期間Ｔｂは、一定期間Ｔより短く、強度Ｒｐの予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間であるので、この予備励起状態において、ファイバレーザ装置１００が意図しない発振を起こしてしまうことが抑制される。
【００６０】
種レーザ光源１０及び励起光源２０が予備励起状態とされると、増幅用光ファイバ３０に入力される励起光の強度が弱くなるため、増幅用光ファイバにおける希土類元素の励起状態が徐々に低くなるが、時刻ｔ１０において、希土類元素の励起状態を予備励起しない場合と比較して、所定の励起状態に近づけることができる。
【００６１】
次に、時刻ｔ１０において、制御部６０は、種レーザ光源１０及び励起光源２０を出力状態とする。このため、出力部５０からはパルス状のレーザ光が立ち上がり出力される。
【００６２】
次に時刻ｔ１１において、命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されなくなると、制御部６０は、カウンタ６９の情報を用いて、時刻ｔ１１から一定期間Ｔが経過する時刻ｔ１２において、種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力状態を終了させる。
【００６３】
以上説明したように、出力停止命令が入力される時刻ｔ３から次の出力命令が入力される時刻ｔ５までの期間が上記の一定期間Ｔよりも長い期間Ｔａである場合、種レーザ光源１０及び励起光源２０は、出力命令が入力されてから出力状態となるまでの一定期間Ｔのみ予備励起状態とされる。つまり、種レーザ光源１０及び励起光源２０は、出力命令が入力されてからタイムシフトする一定期間Ｔのみ予備励起状態とされ、出力命令が入力される前の出力状態の終了時刻ｔ４から出力命令が入力される時刻ｔ５までの期間は予備励起状態とされない。そして、この予備励起状態とされる一定期間Ｔは、強度Ｒｐの予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間である。このように種レーザ光源１０及び励起光源２０が予備励起状態とされることで、出力状態開始時点で希土類元素の励起状態を予め所定の高いレベルに近づけ、レーザ光の立ち上がり期間のばらつきを抑制しつつ、短くすることができる。すなわち、出力状態開始時における希土類元素の励起状態（反転分布状態）を、ファイバレーザ装置１００の停止状態の期間の長さに関わらず、一定となるように制御できるので、レーザ光の立ち上がり期間のばらつきを抑制しつつ、短くすることができる。さらに、種レーザ光源１０と励起光源２０とが、一定期間Ｔ、すなわち、強度Ｒｐの予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されてからこのファイバレーザ装置１００の共振器の利得が正となる期間よりも短い期間だけ予備励起状態とされるので、ファイバレーザ装置１００の意図しない発振を抑制して、尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。一方、出力停止命令が入力される時刻ｔ７から次の出力命令が入力される時刻ｔ８までの期間Ｔｂが、一定期間Ｔよりも短い場合は、出力状態の終了の時刻ｔ９から次の出力状態の開始の時刻ｔ１０までの間、種レーザ光源１０及び励起光源２０は予備励起状態とされる。このようにして十分に予備励起の期間Ｔが確保できない場合においても、その間予備励起を行うことにより、予備励起しない場合と比較して、出力状態におけるレーザ光の立ち上がりを早くすることができる。このようにして本実施形態のファイバレーザ装置１００によれば、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、レーザ光が出力される期間以外において尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。
【００６４】
また、このようなファイバレーザ装置１００によれば、種レーザ光源１０及び励起光源２０は、出力命令が制御部６０に入力されてから予め定められる一定期間Ｔの後に出力状態とされ、出力停止命令が制御部６０に入力されてから一定期間Ｔの後に出力状態が終了される。つまり、制御部６０に出力命令が入力されてから、種レーザ光源１０及び励起光源２０が出力状態とされるまで、及び、制御部６０に出力停止命令が入力されてから、種レーザ光源１０及び励起光源２０が出力状態が終了するまでのそれぞれにおいて、一定期間Ｔだけタイムシフトする。従って、制御部６０に出力命令が入力されてから出力停止命令が入力されるまでの期間と、種レーザ光源１０及び励起光源２０が出力状態とされる期間とが同じであり、使用者は、違和感なくファイバレーザ装置１００を使用することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４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要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図４は、本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００６６】
図４に示すように、ファイバレーザ装置１１０は、増幅用光ファイバ３０と出力部５０との間に設けられ、増幅用光ファイバ３０から出力する光が入力する波長変換器７１と、波長変換器７１と出力部５０との間に設けられ、波長変換器７１から出力する光が入力する波長選択フィルタ７３とを備える点で第１実施形態と異なる。
【００６７】
波長変換器７１は、誘導ラマン散乱を起こす光ファイバにより構成される。この波長変換器は、入射光の尖塔値が大きい場合に入射光をより波長の長い光に変換し出力し、入射光の尖塔値が小さい場合に入射光の波長を変換せずそのまま出力する。本実施形態においては、波長変換器７１は、波長変換用光ファイバにより構成され、所定の強度以上の光が入力すると、その光の波長を変換する。具体的には、波長変換器７１は、波長変換をする場合、波長がλ１のレーザ光が入力すると、誘導ラマン散乱により波長変換器７１に入力した光を波長λ１より長波長の波長λ２の光に変換する。このため波長変換器７１からは、入力する光よりも長波長の光が出力される。
【００６８】
そして、予備励起状態において、励起光源２０から予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されると、増幅用光ファイバ３０において自然放出光が発生する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ３０において増幅されてＡＳＥとして出力され、波長変換器７１に入力される。しかし、このとき増幅用光ファイバ３０から出力される光は、尖塔値が小さいため、波長変換器７１において波長変換されない。一方、出力状態においては、種レーザ光源１０から種レーザ光が出力されると共に、励起光源２０から励起光が出力され、増幅用光ファイバ３０において種レーザ光が増幅されてレーザ光が出力され、波長変換器７１に入力される。そして、このとき増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光は、尖塔値が大きいため波長変換器７１において波長変換される。
【００６９】
このような波長変換用の光ファイバとしては、コア及びクラッドから構成される光ファイバであって、コアに非線形光学定数を上昇させるドーパントが添加される光ファイバが挙げられる。このようなドーパントとしては、ゲルマニウムやリンが挙げられる。例えば、波長変換器７１は、コアはゲルマニウムが７〜８質量％添加され、コアの直径が５μｍで、長さが２０ｍのシングルモードファイバであり、パルス光の尖塔値の強度が７０Ｗ以上で波長λ１が１０６４ｎｍの光が入力すると、波長λ２が１１２０ｎｍの光が出力され、強度が７０Ｗより低い光が入力すると波長変換されないように構成される。この波長変換器７１の波長変換の尖塔値の閾値は、コアの直径、ドーパントの添加濃度、長さ等によって変えることができる。したがって、本実施形態の波長変換器７１のコアの直径、ドーパントの添加濃度、長さは、波長１１２０ｎｍの光の尖塔値が、７０Ｗより大きい場合に波長変換が起こり、それより小さい尖塔値の場合には、波長変換が起きないように設定される。逆に、波長変換器７１のコアの直径、ドーパントの添加濃度、長さが予め決まっている場合には、予備励起状態では、波長変換が起こらず、出力状態で波長変換が起こるような入力光の尖塔値となるように種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力が設定される。
【００７０】
波長選択フィルタ７３は、種レーザ光源１０から出力される波長のレーザ光が波長変換器７１を介して入力する場合、波長変換器７１において波長変換されて入力するレーザ光を透過し、波長変換器７１において波長変換されずに入力するレーザ光の透過が抑制される。従って、増幅用光ファイバ３０から強度の強いレーザ光が出力され、波長変換器７１においてレーザ光が波長変換される場合、波長選択フィルタ７３に入力するレーザ光は、波長選択フィルタ７３を透過する。一方、増幅用光ファイバ３０から強度の弱いレーザ光が出力され、波長変換器７１においてレーザ光が波長変換されない場合、波長選択フィルタ７３に入力するレーザ光は、波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。
【００７１】
波長選択フィルタ７３は、例えば、誘電体多層膜フィルタやフォトニック・バンド・ギャップ・ファイバ等により構成される。そして、例えば、上述のように波長λ１が１０６４ｎｍであるレーザ光が波長変換器７１に入力し、波長変換器７１において波長変換されて、波長λ２が１１２０ｎｍであるレーザ光とされて波長選択フィルタ７３に入力する場合、レーザ光は波長選択フィルタ７３を透過する。一方、波長λ１が１０６４ｎｍであるレーザ光が波長変換器７１に入力して、波長変換器７１において波長変換されずに１０６４ｎｍのレーザ光がそのまま波長選択フィルタ７３に入力する場合、レーザ光は波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。なお、予備励起光の強度および一定の時間Ｔは、第1の実施形態と同様に設定される。
【００７２】
次にファイバレーザ装置１１０の動作について説明する。
【００７３】
ファイバレーザ装置１１０においては、第１実施形態のファイバレーザ装置１００と同様にして、励起光源２０及び種レーザ光源１０が予備励起状態とされる期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ５〜ｔ６、ｔ９〜ｔ１０）において、励起光源２０から予備励起光が出力される。
【００７４】
このとき、増幅用光ファイバ３０に入力される予備励起光により、増幅用光ファイバ３０においては自然放出光が発生する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ３０において増幅されてＡＳＥとして出力され、波長変換器７１に入力される。しかし、増幅用光ファイバ３０から出力される光は、波長変換器７１の波長変換の尖塔値閾値より尖塔値が小さいため上述のように波長変換器７１において波長変換されない。従って、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力された光は、波長選択フィルタにおいて透過が抑制される。このため、予備励起状態においては、出力部５０からは光が出力されない。
【００７５】
上述のように波長変換器７１が、長さが２０ｍのシングルモードファイバで、コアがゲルマニウムが７〜８質量％添加された石英から構成され、コアの直径が５μｍである場合、例えば予備励起光の強度Ｒ１が２Ｗであれば、増幅用光ファイバ３０において増幅されて出力され、波長変換器７１に入力される光は、波長変換器７１の波長変換の尖塔値閾値より尖塔値が小さいため、波長変換器７１で波長変換されない。
【００７６】
次に、励起光源２０及び種レーザ光源１０が出力状態とされる期間（ｔ２〜ｔ４、ｔ６〜ｔ９、ｔ１０〜ｔ１２）においては、励起光源２０から強度Ｒｓの励起光が出力されると共に、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈで波長λ１のパルス状の種レーザ光が出力される。このとき増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光は、波長変換器７１の波長変換の尖塔値閾値より大きいため、波長変換器７１において波長変換される。従って、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力されるレーザ光は、波長選択フィルタを透過して、出力部５０から出力される。このように、本実施形態に係るファイバレーザ装置１１０においても、第１の実施形態と同様に、予備励起状態の期間は、所定の強度の励起光が増幅用光ファイバに入力されてファイバレーザ装置の共振器の利得が正となる期間より短いため、ファイバレーザ装置が意図しない発振をしてしまうことがない。このため、レーザ光が出力される期間以外において、尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができる。なお、例えば、上述のように、波長変換器７１が、長さが２０ｍのシングルモードファイバで、コアがゲルマニウムが７〜８質量％添加された石英から構成され、コアの直径が５μｍである場合、出力状態における励起光の強度Ｒｓの強度が６Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈが４Ｗとされる場合、レーザ光の尖塔値は１８５Ｗとなり、波長変換器７１に入力するレーザ光は波長変換される。
【００７７】
このようなファイバレーザ装置１１０によれば、出力状態において、増幅用光ファイバ３０で増幅されたレーザ光が出力されると、レーザ光は波長変換器７１において波長変換される。波長変換器７１において波長変換されたレーザ光は、波長選択フィルタ７３に入力され、波長選択フィルタ７３を透過して出力部５０から出力される。一方、予備励起状態においては、予備励起光により増幅用光ファイバ３０の希土類元素が励起状態とされる。ところで、増幅用光ファイバ３０は、励起光により励起状態とされる希土類元素の誘導放出により種レーザ光源１０から出力される種レーザ光が増幅されるよう構成される。しかし予備励起状態において種レーザ光が増幅用光ファイバ３０に入力されないため、増幅用光ファイバからは、励起された希土類元素が放出する自然放出光が増幅されたＡＳＥが出力される。自然放出光は、スペクトルの幅が広く、尖塔値の強度が小さいため、波長変換器７１において、増幅用光ファイバ３０からＡＳＥが入力されても、入力された光を波長変換しない。このため、増幅用光ファイバ３０からＡＳＥが出力される場合であっても、波長変換器７１から出力されて波長選択フィルタ７３に入力される光は、波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。こうして、予備励起状態において、出力部５０からの不要な光の出力を抑制することができる。
【００７８】
なお、本実施形態において、波長変換器７１は、誘導ラマン散乱を起こす光ファイバにより構成されるものとしたが、この波長変換器７１は、入力する光の強度の尖塔値が大きい場合には、この光を異なる波長の光に変換し出力し、入力する光の強度の尖塔値が小さい場合には、この光の波長を変換せずそのまま出力する機能を有するものであれば、光ファイバに限らない。例えば、波長変換器７１は、リチウム・トリボレート（ＬｉＢ３Ｏ５）等の第２高調波を発生する非線形光学結晶であってもよい。このような非線形光学結晶は、所定の尖塔値以上の強度の光入力された場合に、第２高調波（波長が１／２の光）を出力する。波長変換器７１として、第２高調波を発生する非線形光学結晶を用いた場合には、後段の波長選択フィルタ７３は、波長変換器７１に入力される光の波長の透過が抑制され、その第２高調波の波長の透過をするフィルタを用いる。
【００７９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態は、第２実施形態において説明したファイバレーザ装置１１０を用いたファイバレーザ装置である。
【００８０】
図５は、本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置１１０の動作を表すタイミングチャートである。本実施形態のファイバレーザ装置１１０は、予備励起状態において、励起光源２０から予備励起光が出力されると共に、種レーザ光源１０から尖塔値が小さい種レーザ光が出力される点において、第２実施形態のファイバレーザ装置１１０と異なる。
【００８１】
具体的には、図５に示すように、時刻ｔ１（ｔ５、ｔ８）において、命令部６５から出力命令が入力されると、制御部６０は、第２実施形態と同じ期間だけ、種レーザ光源１０及び励起光源２０が予備励起状態となるように制御する。そして、制御部６０は、予備励起光の強度Ｒｐをメモリ６７から読み出して、カウンタ６９からの信号を用いて、励起光源２０から第２実施形態と同様に強度Ｒｐの予備励起光を出力させる。さらに、本実施形態においては、予備励起状態において、制御部６０は、種レーザ光源１０を制御して、強度Ｌの尖塔値が小さい種レーザ光を出力させる。なお、本実施形態において、この尖塔値が小さい種レーザ光は、連続光とされる。
【００８２】
励起光源２０から出力された励起光、及び、種レーザ光源１０から出力された尖塔値が小さい種レーザ光は、増幅用光ファイバ３０に入力される。そして、増幅用光ファイバ３０において、尖塔値が小さい種レーザ光による誘導放出により、この種レーザ光は増幅されて増幅用光ファイバ３０から出力され、波長変換器７１に入力される。しかし、種レーザ光が増幅用光ファイバ３０において増幅されて出力される光が波長変換器７１に入力されても、波長変換器７１は、入力した光を波長変換しないよう構成される。例えば、上述のように、波長変換器７１が、長さが２０ｍのシングルモードファイバで、コアがゲルマニウムが７〜８質量％添加された石英から構成され、コアの直径が５μｍである場合、予備励起状態における尖塔値が小さい種レーザ光の強度Ｌが１Ｗとされ、予備励起光の強度が２Ｗであれば、波長変換器７１において波長変換されないように構成される。
【００８３】
本実施形態におけるファイバレーザ装置１１０によれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０に種レーザ光が入力されるため、励起光による希土類元素の励起と種レーザ光による希土類元素の緩和とのバランスを取ることができる。すなわち、ファイバレーザ装置の要求仕様に応じて、種レーザ光強度、予備励起状態における励起光強度および前記一定期間を、予備励起状態においてファイバレーザ装置の共振器の利得が正とならない範囲で最適化設定することができる。従って、ファイバレーザ装置１００が意図しない発振を起こしてしまうことが抑制でき、予備励起状態において、尖塔値の高い不要な光が出力されることをより抑制することができる。
【００８４】
さらに、予備励起状態においては、増幅用光ファイバ３０の誘導放出により、尖塔値が小さい種レーザ光が増幅されて波長λ１の光が出力される。しかし、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０から出力される光は波長変換器７１において波長変換されない。よって、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力されるレーザ光は、波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。このため、予備励起状態において、不要な光の出力が抑制できる。
【００８５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図６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要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図６は、本発明の第４実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００８６】
図６に示すように、ファイバレーザ装置１３０は、種レーザ光源１０と光カプラ４０との間に設けられ、種レーザ光１０から出力する種レーザ光が入力する波長変換器７５と、波長変換器７５と光カプラ４０との間に設けられ、波長変換器７５から出力する光が入力する波長選択フィルタ７６とを備える点で第１実施形態と異なる。
【００８７】
波長変換器７５は、第２実施形態の波長変換器７１と同様の構成とされ、入力した光の尖塔値が所定値よりも大きい場合には波長変換し、尖塔値が所定値よりもり小さい場合には波長変換しな点において第２実施形態の波長変換器７１と共通するが、第２実施形態の波長変換器７１が波長変換する光よりも尖塔値が小さな光でも波長変換するように設定される点において、第２実施形態の波長変換器７１と異なる。具体的には、予備励起状態において、種レーザ光源１０から尖塔値の低い種レーザ光が出力する場合において、波長変換器７５は、種レーザ光の波長を変換しない。そして、出力状態において所定の強度以上の種レーザ光が入力すると、誘導ラマン散乱等により波長変換器７５に入力した種レーザ光をより長波長の波長の光に変換する。このため種レーザ光源１０から所定の尖塔値よりも高い尖塔値を有する種レーザ光が出力されると、波長変換器７５からは、種レーザ光よりも長波長の種レーザ光が出力される。
【００８８】
波長選択フィルタ７６は、第２実施形態の波長選択フィルタ７３と同様の構成とされ、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光が波長変換器７５を介して入力する場合、波長変換器７５において波長変換されて入力するレーザ光を透過し、波長変換器７５において波長変換されずに入力するレーザ光の透過が抑制される。従って、種レーザ光源から尖塔値の高い種レーザ光が出力されると、波長変換器７５で波長変換されるので、波長選択フィルタ７６は種レーザ光を透過する。一方、種レーザ光１０から尖塔値の小さい種レーザ光が出力され、波長変換器７５においてレーザ光が波長変換されない場合、波長選択フィルタ７６に入力する種レーザ光は、波長選択フィルタ７６において透過が抑制される。なお、予備励起光の強度および一定の時間Ｔは、第1の実施形態と同様に設定される。
【００８９】
本実施形態におけるファイバレーザ装置１３０の動作は、図３における「種レーザ光源からの種レーザ光」を「波長選択フィルタ７６からの種レーザ光」と読み替えれば良い。つまり、本実施形態におけるファイバレーザ装置１３０においては、予備励起状態において、種レーザ光源１０から種レーザ光が出力されなくても良く、種レーザ光源１０から波長変換器７５で波長変換されない程度の尖塔値を有する種レーザ光が出力されても良い。これらの場合、上述のように波長選択フィルタ７６から種レーザ光が出力されないため、図３に示すように、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態が徐々に高くされる。そして、出力状態においては、種レーザ光源１０から尖塔値の高い種レーザ光が出力される。従って、種レーザ光は、波長変換器７５において波長変換され、波長選択フィルタ７６を透過する。こうして増幅用光ファイバ３０に種レーザ光が入力して、増幅用光ファイバ３０において種レーザ光が増幅されて、出力部５０から増幅された種レーザ光が出力光として出力する。例えば、予備励起状態において、種レーザ光源１０から出力する種レーザ光は、連続光とされ、出力状態における種レーザ光はパルス光とされる。この場合、一般に、パルス光は連続光よりも尖塔値が高いため、図２に示すＡＯＭ１４の動作のみを制御すれば良く、動作の制御を簡易にすることができる。
【００９０】
以上、本発明について、第１から第４実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９１】
例えば、第１実施形態において、予備励起状態では、制御部６０は、種レーザ光源１０からレーザ光が出力されないように制御するものとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、予備励起状態において、制御部６０は、種レーザ光源１０から尖塔値が小さい種レーザ光が出力されるように制御しても良い。このように構成することで、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０に種レーザ光が入力されるため、励起光による希土類元素の励起と種レーザ光による希土類元素の緩和とのバランスを取ることができる。従って、ファイバレーザ装置の要求仕様に応じて、種レーザ光強度、予備励起状態における励起光強度および前記一定期間を、予備励起状態においてファイバレーザ装置の共振器の利得が正とならない範囲で最適化設定することができる。これにより、ファイバレーザ装置１００が意図しない発振を起こしてしまうことが抑制でき、予備励起状態において、尖塔値の高い不要な光が出力されることをより抑制することができる。
【００９２】
この場合、予備励起状態で励起光と尖塔値が小さい種レーザ光が増幅用光ファイバ３０に入力されるため、増幅用光ファイバ３０からは、尖塔値が小さい種レーザ光が増幅されたレーザ光が出力される。しかし、増幅用光ファイバ３０に入力される尖塔値が小さい種レーザ光の強度は非常に弱いため、増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光も弱く、ファイバレーザ装置１００の用途によっては問題とはならない。
【００９３】
また、第１から第４実施形態において、種レーザ光源１０は、ファブリペロー型のレーザ出力装置が用いられたが、ファイバリング型のレーザ出力装置でも良い。さらに出力状態において、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光は、パルス光とされたが、連続光でも良い。
【００９４】
また、第１から第４実施形態において、予備励起状態において、励起光源２０から出力される励起光の強度は、出力状態において励起光源２０から出力される励起光よりも弱い強度とされたが、本発明はこれに限らない。予備励起状態において励起光源２０から出力される励起光と、出力状態において励起光源２０から出力される励起光とが、同じ強度の励起光であってもよい。この場合、予備励起状態と出力状態とで、励起光源２０を同じ状態とすればよいため、制御部の負荷を軽くすることができる。
【００９５】
さらに、増幅用光ファイバ３０は、レーザ光をシングルモード光として伝播するものとしたが、本発明はこれに限らず、例えば数モードの光を伝播できる構成であっても良い。
【００９６】
また、命令部６５は、出力命令を制御部６０に入力する構成であればよく、出力命令がファイバレーザ装置の外部において生成され、命令部６５を介して、制御部６０に入力されるものであっても良い。
【００９７】
さらに、上述の実施形態において、命令部６５は、レーザ光を出力させようとする期間、制御部６０に出力命令を入力し続け、レーザ光の出力を停止させようとする時点において、命令部６５から制御部６０へ出力命令の入力を停止した。そして、この命令部６５から制御部６０へ出力命令の入力の停止が、命令部６５から制御部６０への出力停止命令の入力とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、レーザ光を出力させようとする時刻において、命令部６５から出力命令としてのパルス信号を制御部６０に入力し、さらに、レーザ光の出力を停止させようとする時刻において、命令部６５から出力停止命令としてのパルス信号を制御部６０に入力しても良い。
【００９８】
さらに、第１から第４実施形態において、予備励起状態における励起光強度を所定のものとしたが、予備励起状態における増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態をモニタして、所定の励起状態となるように予備励起状態における励起光強度を制御してもよい。増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態をモニタは、たとえば、増幅用光ファイバ３０からのＡＳＥ光強度をフォトダイオード（ＰＤ）等で受光することにより励起光強度の制御を行うことができる。
【００９９】
また、第２実施形態において、第４実施形態と同様の波長変革７５及び波長選択フィルタ７６を第４実施形態と同様に設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によれば、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、レーザ光が出力される期間以外において尖塔値の高い不要な光の出力を抑制することができるファイバレーザ装置が提供される。
【符号の説明】
【０１０１】
１０・・・レーザ光源
１１・・・励起光源
１２・・・第１ＦＢＧ
１３・・・希土類添加ファイバ
１４・・・ＡＯＭ
１５・・・第２ＦＢＧ
２０・・・励起光源
３０・・・増幅用光ファイバ
４０・・・光カプラ
５０・・・出力部
６０・・・制御部
６５・・・命令部
６７・・・メモリ
６９・・・カウンタ
７１、７５・・・波長変換器
７３、７６・・・波長選択フィルタ
１００、１１０、１３０・・・ファイバレーザ装置
【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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