(57)【要約】【課題】パルス出力を１ｓｔパルスから一定とし得るファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法の提供。【解決手段】ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行う起動シーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法。【選択図】図２
2008181943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、
ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行う起動シーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法。
【請求項２】
ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、
ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行い、且つＰＡ部の起動時にＭＯ部の動作をパルスから連続発振動作へと切り替えるシーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法。
【請求項３】
ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、
ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行い、且つＰＡ部の起動時にＭＯ部の動作をパルスから連続発振動作へと切り替え、さらに、連続発振動作終了のタイミングをトリガー信号に合わせ、連続発振動作時のＰＡ用励起光源の出力はいかなる発振条件の場合も同一とし、パルス動作移行と同時に所望の出力に調整するシーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法。
【請求項４】
ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置において、
請求項１に記載のパルス出力制御方法によってパルスレーザ出力を制御する制御部を有することを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置。
【請求項５】
ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置において、
請求項２に記載のパルス出力制御方法によってパルスレーザ出力を制御する制御部を有することを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置。
【請求項６】
ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置において、
請求項３に記載のパルス出力制御方法によってパルスレーザ出力を制御する制御部を有することを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ・パルスレーザ装置に関し、詳細にはマスターオシレータと光増幅器の組み合わせによってパルス発振を行うパルスレーザ（ＭＯ−ＰＡ方式のレーザ装置と記す。）において、１ｓｔパルス出力を２ｎｄパルス以降の出力と同等になるように制御する方法と、この制御方法によりパルス出力を制御したファイバ・パルスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯ−ＰＡ方式のレーザ装置に関して、例えば、特許文献１〜５に開示された技術が提案されている。
特許文献１には、ウェハマーキングのために、１ｓｔパルスの尖頭値と２ｎｄ以降の尖頭値の強度比を制御することが開示されている。
特許文献２には、発振器の反転分布状態をモニターして、１ｓｔパルスだけＱ値を低くして発振させることが開示されている。
特許文献３には、１ｓｔパルスの大きさを維持するために励起光源をアイドル運転させておくことが開示されている。
特許文献４には、１ｓｔパルスが小さいので、マーキング速度を合わせて遅くし、印字は同じに揃えることが開示されている。
特許文献５には、起動時に励起光源の電流を多めに流して立ち上がりを早くすることが開示されている。
【０００３】
ＭＯ−ＰＡ方式では、一般にＰＡ部のＬＤ等の励起光源（以下、励起ＬＤと記す）の出力でレーザの出力が決定される。励起ＬＤの出力がゼロの時には、ＭＯ部が発振していてもレーザの出力はゼロである。また、ＭＯ部のＱスイッチにはトリガー信号が入力され、この信号と同期したＱスイッチパルスが生成される。
【特許文献１】特許第２６５８３５１号公報
【特許文献２】特開平７−７４４２２号公報
【特許文献３】特許第３４１１８５２号公報
【特許文献４】特許第３３６４１７１号公報
【特許文献５】特開２００４−３３７９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、ＭＯ−ＰＡ方式で、パルス動作でレーザを起動した際には、起動直後の最初の数パルスの出力が小さくなってしまうといった問題がある。逆に、ＭＯ−ＰＡ方式以外のレーザ発振器においては、最初のパルスだけが大きくなってしまうという問題がある。本発明にあっては、これらの中でもＭＯ−ＰＡ方式における１ｓｔパルス出力の問題を、解決するべき課題とする。ＭＯ−ＰＡ方式における１ｓｔパルスの問題は、増幅器（ＰＡ）の起動時間が遅いことが原因である。例えば、２０ｋＨｚ動作時のパルスとパルスの間隔は、５０μ秒であるが、増幅器が起動時に完全に安定動作に移行するまでには２００μ秒〜５００μ秒の時間が必要である。この間に出力されるパルス光は、パルスのエネルギーが不十分で（エネルギー、尖頭値ともに）小さいパルスになってしまう。
【０００５】
また、ＭＯ部の起動は、ＰＡ部の起動に比較すると、若干早く起動することができるが、ＰＡ部の起動時間を短縮すると、ＭＯ部の起動時間がボトルネックとなり、起動時間の短縮効果が得られないという点で、ＭＯ部の起動時間も潜在的な原因である。
【０００６】
従来技術の中でも、特に励起ＬＤの起動時の動作制御（特許文献４，５参照）は、本発明の目的と同じであるが、従来の方法は励起ＬＤが励起光を供給する際に発生する遅延時間を短縮するためのもので、励起ＬＤが所望の出力を出すまでに時間がかかる、増幅媒体の反転分布の安定に時間がかかる、という本質的な問題の解決手段となっていないので、以下の点については効果がない。
・あらゆる動作条件下においてパルス尖頭値を“１ｓｔパルス”から一定とする、
・ＭＯ部の起動時間を短くする。
また、出力安定までの遅延時間を最小化する点については、本発明よりも効果が少ない。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、パルス出力を１ｓｔパルスから一定とし得るファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、
ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行う起動シーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法を提供する。
【０００９】
また本発明は、ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、
ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行い、且つＰＡ部の起動時にＭＯ部の動作をパルスから連続発振（以下、ＣＷと記す。なお、この連続発振は停止も含む。）動作へと切り替えるシーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法を提供する。
【００１０】
また本発明は、ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置におけるパルス出力を制御する方法であって、
ＰＡ部の起動よりもＭＯ部の起動を先に行い、且つＰＡ部の起動時にＭＯ部の動作をパルスからＣＷ動作へと切り替え、さらに、ＣＷ動作終了のタイミングをトリガー信号に合わせ、ＣＷ動作時のＰＡ用励起光源の出力はいかなる発振条件の場合も同一とし、パルス動作以降と同時に所望の出力に調整するシーケンスを含むことを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置のパルス出力制御方法を提供する。
【００１１】
また本発明は、ＭＯ部とＰＡ部とを連結したＭＯ−ＰＡ方式のファイバ・パルスレーザ装置において、前述した本発明のいずれかのパルス出力制御方法によってパルスレーザ出力を制御する制御部を有することを特徴とするファイバ・パルスレーザ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の制御方法によれば、図２に示すように、増幅器内部の増幅媒体の反転分布の上昇を早めることができる。
また、本発明によれば、図２に示すように、１ｓｔパルスが２ｎｄ以降のパルスの大きさと同一とすることができるので、本発明の制御方法を採用した光増幅器やファイバレーザは、パルス出力を安定化させることができる。
また、本発明では、パルス制御に複雑な制御が必要なく、すべての場合に同一シーケンスで動作させることが可能であり、装置コストを上昇させることなく、パルス出力の安定化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明では、パルスの尖頭値をレーザ起動時においても一定、または制御された値とし、１ｓｔパルス出力までの遅延時間を最小とするために、以下の手段を採用した。
【００１４】
（１）ＭＯ部のパルス発生をＱスイッチ、またはＣＷレーザと光変調器の組み合わせによって行う構成とし、ＰＡ部の励起ＬＤ起動前からＭＯ部は発振状態を維持する。
これによって、ＰＡ部の励起ＬＤが起動すればレーザの出力が得られる状態とすることができる。
【００１５】
（２）レーザ起動のトリガーとともに、ＰＡ部の励起ＬＤに通電が始まり、励起ＬＤの出力が立ち上がる。このときに、ＭＯ部のＱ値を一定値としてパルス発振を止める。パルス発振を止めるには、ＣＷ状態に移行しても良いし、出力そのものをゼロとしてもかまわない。これによって、一定時間ＰＡ部にパルス信号を入力しない状態とする。この間に励起ＬＤでＰＡ部の増幅用ファイバ内部の反転分布を大きくする。
【００１６】
（３）所望パルス動作の周期をＴ秒としたときに、ＣＷ動作（又は出力停止）に移行してから、所定の時間経過後の間にＭＯ部のＱ値を時間とともに変化させ、Ｑスイッチ動作によってＭＯ部をパルス動作へと戻す。これと同時にＰＡ部の励起ＬＤを所望出力に適した出力に調整する。
このとき、経過時間は、ＭＯ部からのＣＷ出力大きさと励起ＬＤの駆動電流の値などによって決定される。
ＭＯ部がＣＷ状態になっている際に、ＰＡ部増幅媒体（ファイバ）の反転分布を高めるための励起ＬＤ出力は任意の値で良いが、その後の定常運転状態での出力よりも大きいことが望ましい。励起ＬＤ出力が定常運転状態での出力よりも小さいと、自然放出光の影響で必要な反転分布の大きさが得られない可能性がある。
【００１７】
前記（１）〜（３）の動作を示すタイムチャートを図１に示す。
ＭＯ−ＰＡ方式における１ｓｔパルスの尖頭値は、２ｎｄパルス以降の尖頭値と比較して必ず小さくなる傾向がある。これはＰＡ部に用いられている増幅媒体の反転分布がレーザ発振初期段階において十分に大きくならないことが原因である。従って、特にＰＡ部の増幅媒体の反転分布を最初のパルスから一定状態に保つことが１ｓｔパルスの尖頭値をコントロールするためには重要である。また、ＭＯ部の起動をＰＡ部よりも先に行うことによって、ＰＡ部増幅媒体（ファイバ）の反転分布のみでパルス尖頭値が決定できるようにしておくことも必要である。
【００１８】
しかし、パルス発振動作の際には、所望の平均出力、パルス周波数などによって必要とされる反転分布状態はそれぞれ異なる。従って、増幅媒体の反転分布状態を一つ一つモニターせず、いかなる条件下においても１ｓｔパルスと２ｎｄ以降のパルスの大きさを揃えるために、増幅媒体の反転分布が一定になるまでＣＷ発振とし、安定後にパルス動作に移行させる。
【００１９】
この際に、ＣＷ動作の時間とそのときの励起ＬＤの動作条件（駆動電流）は、より１ｓｔパルスの大きさを同一にする点を重視するのであれば、ＣＷ出力はなるべく大きく、励起ＬＤの動作条件は所望の出力が得られる値とし、ＣＷ動作時間もなるべく長い方が望ましい。
【００２０】
一方、よりパルス立ち上がり時間を小さくする点を重視するのであれば、ＣＷ出力はなるべく小さく、励起ＬＤの動作条件は所望の出力が得られる値よりも大きくして、ＣＷ動作時間を短くすることが必要である。
【００２１】
しかし、いずれにしても、本発明の制御方法を実施しない場合と比較すると、１ｓｔパルスの大きさは２ｎｄ以降のパルスの大きさに近く、パルスの立ち上がり時間も短くなる。
【００２２】
本発明の制御方法によれば、図２に示すように、増幅器内部の増幅媒体（ファイバ）の反転分布の上昇を早めることができる。
また、本発明によれば、図２に示すように、１ｓｔパルスが２ｎｄ以降のパルスの大きさと同一とすることができるので、本発明の制御方法を採用した光増幅器やファイバレーザは、パルス出力を安定化させることができる。
また、本発明では、パルス制御に複雑な制御が必要なく、すべての場合に同一シーケンスで動作させることが可能であり、装置コストを上昇させることなく、パルス出力の安定化が可能となる。
【００２３】
本発明において、１ｓｔパルスを２ｎｄ以降のパルスと同じ大きさ（エネルギー）に制御する方法を開示したが、この方法を用いれば、容易に１ｓｔパルスのみを任意の大きさに制御することも容易である。つまり、パルスのエネルギーを２ｎｄパルス以降のエネルギーよりも大きくすることも、小さくすることも可能である。
【実施例１】
【００２４】
ＰＡの励起パワーが３０Ｗ時に、レーザの平均出力として１０Ｗが得られるファイバレーザにおいて、ＣＷ動作時のＰＡ励起パワーが３０Ｗの時に、ＭＯのＣＷ出力を０ｍＷ（出力無し）とする場合、励起ＬＤが所定の３０Ｗを出力した後に１ｓｔパルスが２ｎｄパルス以降と同等の大きさを持つまでの時間（単位：μ秒（μｓと記す））を調べた。結果を表１に記す。
【００２５】
【表１】
2008181943.tif 000003
【００２６】
本実施例では、表１に示す時間だけＣＷ出力＝０ｍＷの状態をＭＯが保持した後に、Ｑスイッチパルス動作を開始すると、１ｓｔパルスから２ｎｄパルスと同等の結果を得ることができる（誤差は±５％程度）。
表１の結果は、すべて実験的に求めた結果であって、ＰＡ部の励起パワー、ＭＯ部のＣＷ出力の大きさ、所望の出力に依存した数字である。
【実施例２】
【００２７】
実施例１と同じファイバレーザを用いて、平均出力１５Ｗの動作条件時に、１ｓｔパルスを２ｎｄパルス以降と同じ大きさにするために、同様の制御を行った。このときも励起出力３０ＷとしてＭＯ部のＣＷ出力＝０ｍＷの状態で保持したところ、１ｓｔパルス出力までの時間（単位：μ秒（μｓと記す））は、表２に示すようになった。
【００２８】
【表２】
2008181943.tif 000004
【００２９】
表２に示す時間経過後、１ｓｔパルスを出力したところ、２ｎｄパルスとほぼ同等の大きさのパルスを得ることができた。
【００３０】
実施例１，２を比較すると、定常動作時の平均出力と１ｓｔパルス出力までの時間は、比例していることがわかる。
実施例１，２では、ＣＷ出力を０ｍＷとしたが、１０ｍＷ以上の出力としたときには、０ｍＷの場合と比較して所望の１ｓｔパルス出力までに必要な時間は１〜３倍程度延びるため、レーザの立ち上がりに要する時間が長くなる。しかし、必要な時間は、下限値以上では何秒でもかまわないため、安定した１ｓｔパルス出力を得るための制御は簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の制御方法の一例を示すタイムチャートである。
【図２】本発明の制御方法の概要を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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