(57)【要約】【課題】非常に高いピークパワーを有するジャイアントパルスの発生による非線形効果を抑制して１パルス当たりのエネルギーを高めたパルスを供給できるパルス光源を提供する。【解決手段】パルス発生手段２から矩形の光パルスを、波形変換手段３の３ｄＢカプラ１１で偏波面を保持した状態で分波し、一方の光パルスを遅延器１２で遅延させた後、他方の光パルスと偏波合波器１３で偏波面が互いに直交するように合波して凸状の光パルスにして光増幅手段４に入射するようにし、光増幅手段４から従来のジャイアントパルスに比べて非線形効果によるパルスのエネルギーの低減を抑え、二つのピークを有する従来よりも高いエネルギーの光パルスを安定に出力するようにしている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光された光パルスを発生する光パルス発生手段と、前記光パルスを、偏波面を保持した状態で分波するとともに、分波した光パルスを合波して光パルスの波形を変換する波形変換手段と、該波形変換手段からの光パルスを増幅して出力する光増幅手段とを備えることを特徴とするパルス光源。
【請求項２】
前記波形変換手段は、前記分波した光パルスを、その偏波面が直交するように合波するものである請求項１記載のパルス光源。
【請求項３】
前記波形変換手段は、二つに分波した光パルスの少なくとも一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスと時間軸上で重なるように遅延させるとともに、この遅延させた光パルスと他方の光パルスとを、その偏波面が互いに直交するように合波するものである請求項２記載のパルス光源。
【請求項４】
前記波形変換手段は、前記光パルス発生手段からの光パルスを二つに分波する分波器と、二つに分波された光パルスの少なくとも一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスと時間軸上で重なるように遅延させる遅延器と、該遅延器で遅延された光パルスと前記分波器からの光パルスとを偏波面が直交するように合波する偏波合波器と、前記光パルス発生手段から前記偏波合波器に至る光パルス伝送用の偏波面保存ファイバとを備える請求項２または３記載のパルス光源。
【請求項５】
前記光パルス発生手段は、電気パルス信号を発生するパルス発生器と、前記電気パルス信号に基づいて、矩形の光パルスを生成する半導体レーザとを備え、前記波形変換手段は、前記矩形の光パルスの波形を、凸状に変換するものであり、前記光増幅手段は、光ファイバ増幅器を備える請求項１〜４のいずれかに記載のパルス光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス光源に関し、更に詳しくは、金属表面処理等に用いられる高出力パルス光源として好適なパルス光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属表面等に対する加工処理に用いるパルス光源として、例えば、図３に示されるものがある。このパルス光源は、パルス発生器６で発生した矩形の電気パルス信号を、レーザダイオード７等によって矩形の光パルスに変換し、光ファイバ増幅器、例えば、エルビウム（Ｅｒｂｉｕｍ）を添加した光ファイバを用いた第１，第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８，９によって増幅して高出力光パルスを生成している。なお、第１，第２のＥＤＦＡ８，９の間のバンドパスフィルタ１０は、ＡＳＥ（雑音）を除去するためのものであり、５はコネクタである。このようなパルス光源では、数ｋｗ程度の比較的高いピークパワーを有する光パルスを生成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなパルス光源では、光パルスを、ＥＤＦＡなどの光ファイバ増幅器に入射して増幅するのであるが、一般に、充分な反転分布状態のＥＤＦＡに、突然、図４（ａ）に示されるような矩形の光パルスが入射されると、同図（ｂ）に示される一つの大きなピークを有するジャイアントパルスが発生することになる。
【０００４】
かかるジャイアントパルスは、ピークが大きくなり過ぎて非線形効果を生じしてエネルギーをロスしてしまうことになり、１パルス当たりのエネルギーレベルを充分に高めることができなかった。
【０００５】
したがって、従来のパルス光源を用いた各種の加工処理においては、１パルス当たりのエネルギーレベルが低いために、加工対象に対して、加工処理に必要なエネルギーを充分に印加することができず、加工に時間がかかってしまうという難点がある。
【０００６】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、非線形効果を抑制して１パルス当たりのエネルギーレベルを高めたパルスを供給できるパルス光源を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【０００８】
すなわち、本発明のパルス光源は、偏光された光パルスを発生する光パルス発生手段と、前記光パルスを、偏波面を保持した状態で分波するとともに、分波した光パルスを、その偏波面が直交するように合波して光パルスの波形を変換する波形変換手段と、該波形変換手段からの光パルスを増幅して出力する光増幅手段とを備えている。
【０００９】
本発明によると、光パルス発生手段からの光パルスの波形を波形変換手段で変換して光増幅手段に入射するので、この波形変換手段で波形変換することによって、光増幅手段から出力される光のピークパワーを抑制して、非線形効果によるエネルギーのロスを低減させることができる。
【００１０】
しかも、波形変換手段では、偏光された光パルスの偏波面を保持した状態で分波し、分波した偏波状態の光パルスを合波、特にその偏波面が直交するように合波して波形変換するので、可干渉性の影響をなくすことができ、これによって、偏波面を保持することなく分波および合波した場合に比べて、安定した波形変換が可能となって高出力の光パルスを安定して出力できることになる。
【００１１】
本発明の一実施態様においては、前記波形変換手段は、二つに分波した光パルスの少なくとも一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスと時間軸上で重なるように遅延させるとともに、この遅延させた光パルスと他方の光パルスとを、その偏波面が互いに直交するように合波するものである。
【００１２】
本発明によると、光パルスを、二つに分波するので、分波された二つの光パルスのパワーは略１／２となり、その一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスに重なるように遅延させて合波するので、光増幅手段に入射される光パルスの立ち上がりのレベルが低くなって、光増幅手段から出力される光のピークパワーを抑制して非線形効果によるエネルギーロスを低減させることができる。さらに、２つのピークパワーを有するパルス光を出力し、１パルスのエネルギーを高めることができる。
【００１３】
また、合波された凸型のパルスを増幅し、連続したピークを有するパルスを発生させ、この発生させたパルスのピークパワーは、従来の構成より低い値にしているが、非線形効果が抑制されるため、１パルスとしてのエネルギーの低下を抑え、高いエネルギーを有するパルスの供給が可能となる。
【００１４】
しかも、二つの光パルスは、偏波面が互いに直交するように合波しているので、合波によって光パルスのパワーが１／２に低下することもなく、可干渉性による影響をなくして安定した波形の光パルスを生成できる。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様においては、前記波形変換手段は、前記光パルス発生手段からの光パルスを二つに分波する分波器と、二つに分波された光パルスの少なくとも一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスと時間軸上で重なるように遅延させる遅延器と、該遅延器で遅延された光パルスと前記分波器からの光パルスとを偏波面が直交するように合波する偏波合波器と、前記光パルス発生手段から前記偏波合波器に至る光パルス伝送用の偏波面保存ファイバとを備えている。
【００１６】
本発明によると、光パルス発生手段からの光パルスを、偏波面保存ファイバを介して偏波面を保持した状態で分波器で二つに分波し、一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスに重なるように遅延器で遅延させた後に、遅延させた光パルスと他方の光パルスとを偏波面保存ファイバを介してそれらの偏波面が互いに直交するように偏波合波器で合波して光増幅手段に入射するので、光増幅手段から出力される光のピークパワーを抑制して非線形効果によるエネルギーロスを低減させることができるとともに、２つのピークパワーを有するパルス光を生成する一方、偏波合波器での合波による光パルスのパワーの低下が少なく、安定した波形の光パルスを生成できる。
【００１７】
本発明の他の実施態様においては、前記光パルス発生手段は、電気パルス信号を発生するパルス発生器と、前記電気パルス信号に基づいて、矩形の光パルスを生成する半導体レーザとを備え、前記波形変換手段は、前記矩形の光パルスの波形を、凸状に変換するものであり、前記光増幅手段は、光ファイバ増幅器を備えるものである。
【００１８】
本発明によると、波形変換手段では、矩形の光パルスを、分波および合波してその波形を凸状に変換して光ファイバ増幅器に入射するので、矩形の光パルスをそのまま光増幅器に入射する従来例に比べて、光増幅手段から出力される光パルスの非線形効果を抑制してエネルギーのロスを低減できる。しかも、偏波面を保持した状態で分波し、偏波面が直交するように合波するので、可干渉性の影響をなくして安定した光パルスを出力できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るパルス光源の全体構成を示す図である。
【００２１】
この実施の形態のパルス光源１は、偏光された直線偏波の光パルスを発生する光パルス発生手段２と、前記光パルスを、偏波面を保持した状態で分波するとともに、分波した直線偏波の光パルスを合波して光パルスの波形を変換する波形変換手段３と、該波形変換手段３からの光パルスを増幅して出力する光増幅手段４とを備えている。なお、５はコネクタである。
【００２２】
光パルス発生手段２は、矩形の電気パルス信号を発生するパルス発生器６と、電気パルス信号に基づいて、矩形の光パルスを生成するレーザダイオード７とを備えている。
【００２３】
光増幅手段４は、光ファイバ増幅器として、エルビウム（Ｅｒｂｉｕｍ）を添加した光ファイバＥＤＦを用いた第１，第２のエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）８，９と、ＡＳＥ（雑音）を除去するためのバンドパスフィルタ１０とを備えている。
【００２４】
これら光パルス発生手段２および光増幅手段４は、図３の従来例と基本的に同様である。
【００２５】
この実施の形態では、非常に高いピークパワーにより発生による非線形効果を抑制して１パルス当たりのエネルギーを高めたパルスを供給できるようにするために、波形変換手段３によって、光パルス発生手段２からの矩形の光パルスの波形を変換して光増幅手段４に入射するようにしている。
【００２６】
この波形変換手段３は、光パルス発生手段２からの光パルスを二つに分波する分波器としての３ｄＢカプラ１１と、二つに分波された光パルスの一方の光パルスを、その一部が他方の光パルスと時間軸上で重なるように遅延させるファイバ等からなる遅延器１２と、この遅延器１２で遅延された光パルスと３ｄＢカプラ１１からの光パルスとを偏波面が互いに直交するように合波する偏波合波器１３と、光パルス発生手段２から偏波合波器１３に至る光パルス伝送用の偏波面保存ファイバ１４とを備えている。
【００２７】
図２は、図１における各部の光パルスの波形を示す図であり、同図（ａ）は光パルス発生手段２からの光パルス、同図（ｂ）は３ｄＢカプラ１１で分波された光パルス、同図（ｃ）は遅延器１２で遅延された光パルス、同図（ｄ）は偏波合波器１３で合波された光パルス、同図（ｅ）は光増幅手段４から出力される光パルスの波形をそれぞれ示している。なお、この図２においては、時間的に連続する多数の光パルスの内の一つの光パルスのみについて代表的に示している。
【００２８】
光パルス発生手段２からの図２（ａ）に示される矩形の光パルスは、偏波面保存ファイバ１４を介して、その直線偏波の偏波面を保持した状態で、３ｄＢカプラ１１に導入されて二つに分波される。分波された二つの光パルスは、図２（ｂ）に示されるように、元の光パルスに比べて、そのパワーが略１／２となる。これら二つの光パルスの内の一方の光パルスは、偏波面保存ファイバ１４を介して遅延器１２に導入されて図２（ｃ）に示されるように、その一部が図２（ｂ）に示される他方の光パルスと時間軸上で重なるように遅延される。
【００２９】
遅延器１２で遅延された図２（ｃ）に示される一方の光パルスと３ｄＢカプラ１１からの図２（ｂ）に示される光パルスとは、偏波面保存ファイバ１４を介して偏波合波器１３に導入され、偏波面が互いに直交するように合波されて図２（ｄ）に示される凸状の光パルスとなる。
【００３０】
偏波合波器１３では、偏波面が直交するように合波されるので、パワーが殆ど低下することなく、凸状の光パルスが得られることになる。
【００３１】
従来では、図２（ａ）に示される矩形の光パルスが、光増幅手段４に直接入射されていたのであるが、この凸状の光パルスは、図２（ａ）の矩形の光パルスに比べて、立ち上がりが２回になっているとともに、最初の立ち上がりのレベルは、低くなっており、さらに、光のパワーは、略等しくなっている。
【００３２】
この凸状の光パルスを、光増幅手段４に入射することによって、光増幅手段４からは、図２（ｅ）に示されるように、従来のジャイアントパルスに比べてピークを抑制した二つのピークを有する光パルスが出力されることになる。
【００３３】
このように、波形変換手段３で、光パルス発生手段２からの矩形の光パルスを、凸状の波形の光パルスに波形を変換した上で、光増幅手段４のＥＤＦＡ８，９に入射するので、従来例のような非常に高いピークパワーにより発生する非線形効果を抑制してエネルギーロスを低減することができ、１パルス当たりのエネルギーを高めることができる。
【００３４】
また、光パルス発生手段２から偏波合波器１３に至る光パルスは、偏波面保存ファイバ１４によって、偏波面を保持した状態で伝送され、偏波合波器１３による合波では、偏波面が直交するように合波されるので、可干渉性による影響をなくして安定して合波できるとともに、合波によるパワーの低下も少ないものとなる。
【００３５】
したがって、例えば、シングルモードファイバで偏波面を保持することなく光パルスを伝送して分波し、さらに、３ｄＢカプラ等で合波する構成に比べて、パワーの低下を抑制できるとともに、安定した波形変換を行えることになる。
【００３６】
なお、偏波合波器１３で、偏波面が直交するように合波するには、例えば、一方の偏波面保存ファイバ１４を捻って直線偏波の方位角を９０度変換してもよいし、あるいは、波長板などを設けて一方の光パルスの偏波面を９０度ずらすようにしてもよい。さらに、偏光プリズムの複屈折率を利用し、偏波面をずらしてもよい。
【００３７】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、光パルス発生手段２からの光パルスの波形を、凸状に変換したけれども、本発明は、凸状に限るものではなく、光増幅手段４からジャイアントパルスが出力されていた従来例に比べて、非線形効果を抑制できる波形であり、１パルスのエネルギーを高めることができればよい。
【００３８】
上述の実施の形態では、直線偏波の光パルスに適用して説明したけれども、本発明は、直線偏波に限らず、円偏波などであってもよく、分波した光パルスをその偏波面が直交するように合波すればよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光パルス発生手段からの光パルスの波形を波形変換手段で変換して光増幅手段に導入するので、この波形変換手段で波形変換することによって、光増幅手段から出力される光パルスのピークを抑制して従来のジャイアントパルスのような非常に高いピークパワーにより発生する非線形効果によるエネルギーのロスを低減することができるとともに、安定した波形変換が可能となり、１パルス当たりのエネルギーレベルを高めた安定した光パルスを出力することが可能となる。
【００４０】
これによって、本発明のパルス光源を、例えば、金属表面等に対する加工処理に用いた場合には、加工対象に対して、加工処理に必要なエネルギーを充分に印加することができ、加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るパルス光源の構成図である。
【図２】図１の動作説明に供する波形図である。
【図３】従来例の構成図である。
【図４】従来例の波形図である。
【符号の説明】
１　　　　　　パルス光源
２　　　　　　パルス発生手段
３　　　　　　波形変換手段
４　　　　　　光増幅手段
８，９　　　　第１，第２のＥＤＦＡ
１１　　　　　３ｄＢカプラ
１２　　　　　遅延器
１３　　　　　偏波合波器
１４　　　　　偏波面保存ファイバ
【図１】
2004014544.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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