(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅用光ファイバへの励起光を変調して所定の出力光を出力させるファイバレーザーの変調方法であって、
前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成し、
前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、
前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、
前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルとの間で所定の上昇率で上昇させ、
前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降させる
ことを特徴とするファイバレーザーの変調方法。
【請求項２】
前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記高出力レベルまで一定の上昇率で上昇させる、ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザーの変調方法。
【請求項３】
前記低出力レベルより高くかつ前記高出力レベルより低い所定の中間出力レベルを設け、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記中間出力レベルまで一定の上昇率で上昇させ、前記出力上昇期間終了時に前記中間出力レベルから前記高出力レベルまでステップ状に上昇させる、ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザーの変調方法。
【請求項４】
前記出力光をＳＨＧ素子（Second Harmonic Generation：第二高調波発生素子）に入力させることにより、前記出力光の波長を１／２にするとともに前記低出力期間における出力レベルを実質的にゼロとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のファイバレーザーの変調方法。
【請求項５】
前記出力光は、略矩形の波形を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファイバレーザーの変調方法。
【請求項６】
前記出力光は、前記低出力期間、前記出力上昇期間、前記高出力期間及び前記出力低下期間を１周期とするパルス光であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のファイバレーザーの変調方法。
【請求項７】
励起光を出力するポンプ光源と、
前記ポンプ光源からの前記励起光を通過させる一方、逆方向からの増幅光を反射する第  一のＦＢＧ(Fiber Bragg Grating)と、
前記第一のＦＢＧを通過して入力した前記励起光により励起されて所定波長の増幅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増幅光の一部を通過させ残りを反射する第二のＦＢＧと、
前記第二のＦＢＧを通過した前記増幅光を外部に出力するファイバ出力部と、
前記ポンプ光源を変調して励起光の入力パターンを形成するパターン発生器とを備えるファイバレーザー変調装置であって、
前記パターン発生器は、前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成するものであり、
前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、
前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、
前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルの間で所定の上昇率で上昇するものとし、
前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降するものとする
ことを特徴とするファイバレーザー変調装置。
【請求項８】
ＳＨＧ素子をさらに備え、
前記ファイバ出力部からの出力光を前記ＳＨＧ素子に入力し、前記出力光の１／２の波長を有し前記低出力期間における出力レベルが実質的にゼロとなる光を出力することを特徴とする請求項７に記載のファイバレーザー変調装置。
【請求項９】
前記ポンプ光源は、波長が９００から１０００ｎｍのレーザー光を発生させる半導体レーザーであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のファイバレーザー変調装置。
【請求項１０】
前記増幅用光ファイバは、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｎｄのいずれか一つ以上を添加したダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のファイバレーザー変調装置。
【請求項１１】
前記ＳＨＧ素子からの出力光は、緑色光であることを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザー変調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅用光ファイバへの入力光を変調して所定の出力光を出力させる
ファイバレーザーの変調方法及びファイバレーザー変調装置の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザー光(パルス光)は多くの技術分野で応用されており、たとえばパルス光を信号として用いる光通信分野や、対象物にパルス光を照射してマーキングを行う加工分野等がある。また、レーザー光を発生する手段としては、例えばレーザーマーキング装置で行われているＹＡＧレーザーを用いた発生手段が従来から知られている。
【０００３】
ＹＡＧレーザー等を用いたレーザーマーキング装置では、装置全体が大型化し、さらに光学系が複雑なためメンテナンス性が悪いという問題があった。そこで、ＹＡＧレーザーに代えて、Ｙｂなどの希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体に用いたファイバレーザーの技術も従来から開示されている（特許文献１）。
【０００４】
ファイバレーザーでパルス光を生成する方法として、従来は矩形状の入力信号を所定のポンプ光源に入力して励起光を発生させ、該励起光を所定の増幅媒体に入力してパルス光を生成していた。この場合、生成されたパルス光には、パルスの立上がり時にサージパルスが発生していた。
【特許文献１】特許第３４１１８５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パルス光を例えばディスプレイの光源に用いるためには、サージパルスを伴わない矩形状の波形を有するパルス光が必要となる。また、ディスプレイの光源に限らず、例えば各種分析装置の光源に用いる場合でも、サージパルスを伴わない矩形状パルス光が必要となる。
【０００６】
しかしながら、従来のファイバレーザーを用いたパルス光を生成する方法では、サージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成することができなかった。そのため、レーザー光をディスプレイ用の光源として用いることが極めて困難となり、レーザー光の適用範囲を制限していた。
【０００７】
レーザー光をディスプレイ用の光源として用いるためには、３原色の赤色、青色、及び緑色のレーザー光が必要となる。このうち、赤色と青色をそれぞれ発する半導体レーザーは既に実用化されているものの、緑色を発する半導体レーザーは、これまで実用化するに至っていない。
【０００８】
そこで、半導体レーザーに代わって緑色光を生成可能な光源が強く望まれているにもかかわらず、上記の通り、増幅用光ファイバを用いてサージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成することができなかった。
【０００９】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、ポンプ光源の入力パターンを最適化して、サージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成するファイバレーザーの変調方法及び変調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】
【００１０】
この発明のファイバレーザーの変調方法の第１の態様は、増幅用光ファイバへの励起光を変調して所定の出力光を出力させるファイバレーザーの変調方法であって、前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成し、前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルとの間で所定の上昇率で上昇させ、前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降させることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。
【００１１】
第２の態様は、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記高出力レベルまで一定の上昇率で上昇させる、ことを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。
【００１２】
第３の態様は、前記低出力レベルより高くかつ前記高出力レベルより低い所定の中間出力レベルを設け、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記中間出力レベルまで一定の上昇率で上昇させ、前記出力上昇期間終了時に前記中間出力レベルから前記高出力レベルまでステップ状に上昇させることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。
【００１３】
第４の態様は、前記出力光をＳＨＧ素子（Second Harmonic Generation：第二高調波発生素子）に入力させることにより、前記出力光の波長を１／２にするとともに前記低出力期間における出力レベルを実質的にゼロとすることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。
【００１４】
第５の態様は、前記出力光が、略矩形の波形を有していることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。
【００１５】
第６の態様は、前記出力光が、前記低出力期間、前記出力上昇期間、前記高出力期間及び前記出力低下期間を１周期とするパルス光であることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。
【００１６】
この発明のファイバレーザーの変調装置の第１の態様は、励起光を出力するポンプ光源と、前記ポンプ光源からの前記励起光を通過させる一方、逆方向からの増幅光を反射する第一のＦＢＧ(Fiber Bragg Grating)と、
前記第一のＦＢＧを通過して入力した前記励起光により励起されて所定波長の増幅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増幅光の一部を通過させ残りを反射する第二のＦＢＧと、前記第二のＦＢＧを通過した前記増幅光を外部に出力するファイバ出力部と、前記ポンプ光源を変調して励起光の入力パターンを形成するパターン発生器とを備えるファイバレーザー変調装置であって、前記パターン発生器は、前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成するものであり、前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、
前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルの間で所定の上昇率で上昇するものとし、前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降するものとすることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。
【００１７】
第２の態様は、ＳＨＧ素子をさらに備え、前記ファイバ出力部からの出力光を前記ＳＨＧ素子に入力し、前記出力光の１／２の波長を有し前記低出力期間における出力レベルが実質的にゼロとなる光を出力することを特徴とするファイバレーザー変調装置である。
【００１８】
第３の態様は、前記ポンプ光源が、波長が９００ｎｍから１０００ｎｍのレーザー光を発生させる半導体レーザーであることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。
【００１９】
第４の態様は、前記増幅用光ファイバが、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｎｄのいずれか一つ以上を添加したダブルクラッドファイバであることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。
【００２０】
第５の態様は、前記ＳＨＧ素子からの出力光が、緑色光であることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように本発明によれば、ポンプ光源の入力パターンを最適化することにより、サージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成するファイバレーザーの変調方法及び変調装置を提供することできる。
【００２２】
また、この発明によれば、ＳＨＧ素子をさらに備えることにより、略矩形の緑色光を生成することが可能となり、ディスプレイや各種分析装置の光源として用いることができるといった、レーザー光の適用範囲を拡大できる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態におけるファイバレーザーの変調方法及び変調装置の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係るファイバレーザー変調装置の概略の構成を示すブロック図である。
図１に示すファイバレーザー変調装置１では、まずパターン発生器２において電気信号である所定のパターン信号１１を生成し、該パターン信号１１をポンプ光源である複数の半導体レーザー（ＬＤ）３に入力して光信号のＬＤ出力光１２を発生させる。
【００２５】
複数の半導体レーザー３で発生されたＬＤ出力光１２は、ＴＦＢ(Tapered Fiber Bundle)４で一つに合波された後、第一のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）５を通過して増幅用光ファイバ６に入力される。ＬＤ出力光１２が増幅用光ファイバ６に入力されると、第一のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）５と第二のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７の間でレーザー共振器が形成され、所定波長の増幅されたレーザー光１３（以下では増幅光１３という）が第二のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７から出力される。
【００２６】
増幅用光ファイバ６として、例えばＹｂ添加ダブルクラッドファイバを用いることができる。この場合には、半導体レーザー３として、Ｙｂイオンの吸収帯域の９００ｎｍから１０００ｎｍの波長の光を発生させる半導体レーザーを用いる。特に吸収効率が良い波長は９１５ｎｍまたは９７５ｎｍであるためその波長近傍の半導体レーザーを用いると励起効率が良い。
【００２７】
このとき第二のＦＢＧから出力される増幅光１３は第一のＦＢＧ５あるいは第二のＦＢＧ７の両者あるいは片方の波長特性により、Ｙｂイオンの光増幅の利得がある１０００ｎｍから１１５０ｎｍを任意に選択できる。比較的効率が良いのは１０６０ｎｍから１０９０ｎｍであり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーと同じ波長の１０６４ｎｍを使用する場合が多い。
【００２８】
増幅用光ファイバ６に添加される希土類元素としては、Ｙｂのほか、ＥｒあるいはＮｄ等を用いてもよいし、一種類だけではなくＹｂとＥｒの組み合わせなど二種類以上を組み合わせても良い。
【００２９】
増幅光１３の波長において、第一のＦＢＧ５の反射率はほぼ１００％で、第二のＦＢＧ７の反射率は１００％未満の任意の値に設計される。増幅用光ファイバ６で増幅された増幅光１３は、第一のＦＢＧ５および第二のＦＢＧ７の間で繰り返し反射し共振され、第二のＦＢＧ７を通過した一部の増幅光１３は、ファイバ出力部（コリメータ）８から外部に出力光１４として出力される。
【００３０】
上記説明のように構成された本実施形態のファイバレーザー変調装置１では、パターン発生器２で生成されたパターン信号１１に基づいてＬＤ出力光１２が変調され、この変調されたＬＤ出力光１２が増幅用光ファイバ６に入力されると、所定波長の増幅されたレーザ光がファイバ出力部８から外部に出力される。
【００３１】
ここで、パターン信号１１として、図２に示すようなアイドリング期間２１と出力期間２２の２つの出力レベル２３、２４で形成される矩形波を入力した場合の出力光１４の波形について以下に説明する。なお、パターン信号１１は、半導体レーザー３に供給される電流値で表すものとし、パターン信号１１の出力レベルとは、半導体レーザー３に供給される電流値の大きさとする。
【００３２】
図２に示すパターン信号１１は、アイドリング期間２１の出力レベル２３をゼロとし、出力期間２２に達すると出力レベルをゼロから所定の大きさの出力レベル２４までステップ状に上昇させている。図２に示すような矩形波のパターン信号１１を用いた場合、ファイバ出力部８から出力される出力光１４は、図３に示すようなサージパルス２５を伴う波形となる。
【００３３】
出力光１４を、例えばディスプレイ用の光源として用いるためには、サージパルス２５を伴わない略矩形状の波形とする必要がある。しかし、図２に示すようなファイバレーザーで従来用いられていた矩形波のパターン信号１１を用いると、出力光１４は図３に示すようなサージパルス２５を伴う波形となってしまう。
【００３４】
そこで、出力光１４が、サージパルスを伴わない矩形状のパルス光となるよう、本実施形態のファイバレーザー変調装置１では、パターン発生器２で生成するパターン信号１１を、低出力期間、出力上昇期間、高出力期間、及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成するようにしている。パターン信号１１の一実施例を図４に示す。同図に示すパターン信号１１ａでは、図２に示したアイドリング期間２１を低出力期間３１と出力上昇期間３２とに分け、出力期間２２を高出力期間３３と出力低下期間３４とに分けている。
【００３５】
図４において、低出力期間３１の低出力レベル３５は、ゼロより大きくかつ出力光１４が所定の閾値以下となるように決定されている。また、高出力期間３３の高出力レベル３７は、出力光１４が所定の要求出力レベルに一致するように決定されている。また、出力上昇期間３２の上昇出力レベル３６は、低出力レベル３５から前記高出力レベル３７まで一定の上昇率で上昇するように決定されている。さらに、出力低下期間３４の下降出力レベル３８は、高低出力レベル３７から低出力レベル３５まで一定の下降率で下降するように決定されている。
【００３６】
上記の所定の閾値は、増幅用光ファイバ長の一部で反転分布を形成する程度のレベルとするのが好ましい。このように、増幅用ファイバの一部に一定の反転分布状態を与えておくことで、急峻な励起光導入にともなう緩和振動の発生を防ぐことが可能となる。但し、後述するように、本発明のレーザー変調装置の適用形態によっては、上記の閾値をさらに高くすることも可能となる。
【００３７】
図４に示すパターン信号１１ａを用いたときの出力光１４の一実施例を図５に示す。本実施例では、長さ１０ｍの増幅用光ファイバ６を用い、パターン信号１１ａの周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）、要求出力レベルである高出力期間３３の出力光１４を５Ｗ，高出力期間３３を周期Ｔ４の１／３（デューティ比１／３）としている。図５は、このパターン信号１１ａに基づいて生成された出力光１４のうち、出力上昇前後１００μｓｅｃ間の出力光１４を拡大して示したものである。
【００３８】
図５に示す出力光１４ａは、サージパルスを伴わない略矩形状の波形となっている。また、図４に示す低出力期間３１、出力上昇期間３２、高出力期間３３及び出力低下期間３４からなるパターンを１周期とし、これを連続して発生させたパルス光として用いることもできる。この場合には、図５に示す出力光１４ａが連続して出力されるパルス光が得られる。図５に示すようなサージパルスを伴わない略矩形状のパルス光は、例えばディスプレイ用の光源として用いることができる。
【００３９】
上記のとおり、本実施形態のファイバレーザー変調装置１では、パターン発生器２に図４に示すようなパターン信号１１ａを用いることにより、図５に示すようなサージパルスを伴わない略矩形状の出力光１４ａが得られた。図４に示すパターン信号１１ａは、矩形波を発生させない低出力期間３１においても、出力レベルをゼロより大きい低出力レベル３５としている。
【００４０】
図４に示すパターン信号１１ａを用いて、サージパルスを伴わない略矩形状の波形を有する出力光１４ａを得るための条件を以下に説明する。サージパルスを伴わない略矩形波形の出力光１４ａを得るためには、出力上昇期間３２を所定時間長以上設定することが重要であり、この時間長を１０μｓｅｃ超とするのがよい。また高出力期間３３を図５の実施例では周期Ｔ４の１／３としたが、これを例えば周期Ｔ４の１／２程度としてもよい。要求出力レベルである高出力期間３３の出力光１４については、これを５Ｗ以下とすることでサージパルスを伴わない出力光１４が得られる。さらに、低出力期間３１の出力光１４を、３０ｍＷ以上でかつ高出力期間３３の出力光１４との比（以下では消光比という）が１０ｄＢ以下とならない範囲の出力とするのがよい。
【００４１】
図５に示す実施例では、周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）としたが、周波数をさらに高くすることも可能である。但し、少なくとも出力上昇期間３２の１０μｓｅｃ超を確保できる範囲とする必要があることから、最大でも１００ｋＨｚ未満とする必要がある。当然ながら、要求される高出力期間３３の時間長によっても周波数の上限が規定される。なお、消光比に対する要求を緩和できる場合には、低出力期間３１の出力光１４に対する閾値を高くし、出力上昇期間３２を１０μｓｅｃより短くして周波数をさらに高くすることも可能となる。
【００４２】
図４に示すようなパターン信号１１ａを用いた場合、出力光１４ａの要求出力レベルを高くすると、これに伴って低出力期間３１の出力光１４ａの出力レベルも高くなってしまう。そのため、低出力期間３１の出力光１４ａの出力レベルが前記閾値を超えてしまう場合には、図４に示したパターン信号１１ａを用いることはできなくなってしまう。
【００４３】
本発明によれば、図４に示すパターン信号１１ａを用いると低出力期間３１の出力光１４ａの出力レベルが前記閾値を超えてしまう場合には、パターン信号１１として図６に示すような別の形状のパターン信号１１ｂを用いることができる。
【００４４】
図６に示すパターン信号１１ｂでは、低出力レベル３５より高く高出力レベル３７より低い中間出力レベル３９を設け、出力上昇期間３２の上昇出力レベル４０は、低出力レベル３５から中間出力レベル３９まで一定の上昇率で上昇するように決定されている。そして、中間出力レベル３９に到達後、高出力期間３３の開始時点で出力レベルを中間出力レベル３９から高出力レベル３７までステップ状に上昇させている。
【００４５】
中間出力レベルは、たとえば、増幅用光ファイバ長の全体で反転分布を形成する程度のレベルとするのが好ましい。このように、増幅用光ファイバ長の全体で反転分布状態を与えておくことで、より強い励起光パワーが短時間に注入されたとしても、急激な反転分布形成にともなう緩和振動の発生がより確実に防止され、大パワーのパルス発生時にもサージパルスの発生を効果的に抑制することができる。
【００４６】
図６に示すパターン信号１１ｂを用いたときに得られる出力光１４の一実施例を図７に示す。本実施例では、長さ２０ｍの増幅用光ファイバ６を用い、パターン信号１１ｂの周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）、要求出力レベルである高出力期間３３の出力光１４を２０Ｗ，高出力期間３３を周期Ｔ４の１／３（デューティ比１／３）としている。図７は、このパターン信号１１ｂに基づいて生成された出力光１４のうち、出力上昇前後４００μｓｅｃ間の出力光１４を拡大して示したものである。同図では、高出力期間３３の出力光１４ｂの高出力レベル４２を、図４に示した実施例より４倍程度高くしている。これに対し、低出力期間３１の低出力レベル４１は、図５の出力光１４ａと図７の出力光１４ｂでほぼ同程度になるように抑制されている。
【００４７】
図６に示すパターン信号１１ｂを用いて、サージパルスを伴わない略矩形状の波形を有する出力光１４ｂを得るための条件を以下に説明する。サージパルスを伴わない略矩形波形の出力光１４ｂを得るためには、中間出力レベル３９を設定することが重要であり、要求出力レベルである出力光１４の高出力レベル４２を２０Ｗとした場合には、中間出力レベル３９における出力光１４を約１Ｗ以上とすることによって、サージパルスの発生が効果的に抑制される。また、高出力レベル４２を２０Ｗより高くするためには、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗより高くすればよく、高出力レベル４２を２０Ｗより低くする場合には、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗより低くすることができる。
【００４８】
また、出力上昇期間３２として１００μｓｅｃ超を設定するのが好ましく、図７に示す実施例では２００μｓｅｃを設定している。高出力期間３３については、図７の実施例では周期Ｔ４の１／３としたが、これを例えば周期Ｔ４の１／２程度としてもよい。また、低出力期間３１の出力光１４は約２０ｍＷ以上、より好ましくは１００ｍＷ以上であって、かつ消光比が１０ｄＢ以下とならない範囲の出力とするのがよい。
【００４９】
図７に示す実施例でも、周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）としているが、周波数をさらに高くすることも可能である。但し、少なくとも出力上昇期間３２の１００μｓｅｃ超を確保できる範囲とする必要があることから、最大でも１０ｋＨｚ未満とする必要がある。当然ながら、要求される高出力期間３３の時間長によっても周波数の上限が規定される。なお、消光比に対する要求を緩和できる場合には、低出力期間３１の出力光１４や中間出力レベル３９をさらに高くし、出力上昇期間３２を１００μｓｅｃより短くして周波数をさらに高くすることも可能となる。
【００５０】
図６に示したパターン信号１１ｂを用いてレーザー変調を行った別の実施例を図８に示す。本実施例では増幅用光ファイバ６の条長を４０ｍとし、低出力期間３１の出力光１４を１００ｍＷ、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗとするパターン信号１１ｂを用いて、１ｋＨｚの周波数でパルス発振を行っている。ここで、デューティ比を１／３、つまり高出力期間３３を３３３μｓｅｃに設定し、出力上昇期間３２を２６７μｓｅｃとしている。図８は、このようなパターン信号１１ｂを用いて、高出力期間３３の出力光１４を５Ｗから２０Ｗまでの値に設定したときの出力波形を示している。
【００５１】
図８に示す結果より、出力上昇期間３２を２６７μｓｅｃ以上とし、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗとすることで、５Ｗから２０Ｗの広い出力範囲でサージパルスを発生させることなく矩形波の出力光１４が得られることが確認できた。
【００５２】
上記結果より、ステップ状のパターン信号１１に代えて、所定期間の出力上昇期間を有するパターン信号１１ａ又は１１ｂを用いることで、サージパルスを伴わない矩形波の出力光１４を得ることができる。また、パターン信号１１ｂの中間出力レベル３９を適切に設定することにより、サージパルスを伴わないより高出力の矩形波の出力光１４を得ることができる。
【００５３】
なお、高出力レベル３７は、以上の実施形態に示した出力範囲に限られない。たとえば高出力レベル３７が１００ｍＷ程度のファイバレーザにおいても、低出力レベルを所定の閾値（たとえば１ｍＷ程度）に設定し、必要に応じて中間出力レベルも設定することで、増幅用ファイバの一部に一定の反転分布状態を与え、上記実施形態と同様にサージパルスを抑制することができる。
【００５４】
本発明の別の実施形態に係るファイバレーザー変調装置の概略の構成を図９に示す。同図に示すファイバレーザー変調装置５１は、図１に示したファイバレーザー変調装置１のファイバ出力部８の下流側に波長変換素子であるＳＨＧ素子５２を追加したものである。
【００５５】
ＳＨＧ素子５２は、非線形光学結晶を用いて第二高調波を発生させる手段であり、例えばファイバ出力部８から波長１０６４ｎｍの出力光１４を入力すると、波長５３２ｎｍの緑色光を発生させる。すなわち、ＳＨＧ素子５２を用いることで、入力光の波長を半分の長さにしてエネルギーを２倍にすることができる。
【００５６】
ＳＨＧ素子５２には、１Ｗ程度以上の高い光入力で用いられるバルク型のもの（バルク型波長変換素子）と、それ以下の比較的低い光入力レベルで用いられる導波路型のもの（導波路型波長変換素子）がある。上記実施形態に示すような、高出力レベル３７が１Ｗ程度以上のファイバレーザについてはバルク型波長変換素子が好適であり、高出力レベル３７が１Ｗ程度以下、たとえば１００ｍＷ程度のファイバレーザについては、導波炉型波長変換素子が適している。
【００５７】
ＳＨＧ素子５２は、入力光の出力（Pinとする）と出力光の出力（Poutとする）との間に図１０に示すような次式の関係の特性を有している。
Pout∝Pin２
上式より、Pinが十分小さい場合には、Poutはほとんどゼロとみなせる。そこで、Poutが実質的にゼロとみなせるPinの上限をPin0としたとき、Pin0を前記閾値に用いることができる。前記閾値をこのように設定したとき、ファイバレーザー変調装置５１は、出力光１４の高出力期間３３でのみ緑色光を発生するようになる。
【００５８】
上記のPinとPoutとの関係を用いて、ＳＨＧ素子５２により低出力期間３１の出力光１４に対する制約を緩和する方法を以下に説明する。ＳＨＧ素子５２の出力側における低出力レベルPout-Lの高出力レベルPout-Hに対する比を消光比として、これをPout-L/Pout-H、および、-10log10(Pout-L/Pout-H) (dB)で定義し、入力側においても同様に、低出力レベルPin-Lの高出力レベルPin-Hに対する消光比を、Pin-L/Pin-H、および、-10log10(Pin-L/Pin-H) (dB)と定義し、ＳＨＧ素子５２の入出力側における消光比の関係について説明する。
【００５９】
上記のPinとPoutとの関係式よりPout-L/Pout-H=(Pin-L/Pin-H)2、あるいはPout-L/Pout-H)1/2=Pin-L/Pin-Hを満足する。すなわち、出力側の消光比は入力側の消光比の自乗で表される、あるいは入力側の消光比は出力側の消光比の平方根で表される、ことを意味している。
【００６０】
そこで、ＳＨＧ素子５２の出力側でPoutが実質的にゼロであるとみなされる出力レベルを、要求される消光比が満たされる出力レベルであるとしたとき、上記の関係を用いることで、ＳＨＧ素子５２の入力側での消光比、すなわちファイバ出力部８の消光比が、要求される消光比の平方根で表わされる程度でよいことになる。例えば、要求される消光比を対数表記で２０ｄＢとしたとき、ファイバ出力部８における消光比はその平方根である１０ｄＢでよいことになる。このように、ＳＨＧ素子５２を用いることで、ファイバ出力部８における消光比に対する要求を緩和することが可能となる結果、低出力期間３１や中間出力レベル３９における出力光１４を高くすることが可能となり、サージパルスを発生させにくい条件をさらに容易に設定することができる。
【００６１】
このことはまた、ＳＨＧ素子５２の出力側における消光比の要求条件によって、サージパルスを防ぐために必要とされる入力側における消光比、および低出力レベルに対する閾値が決まり、それによってパターン信号１１として１１ａあるいは１１ｂを適宜選択可能であることを示している。
【００６２】
本発明のさらに別の実施形態のファイバレーザー変調装置として、図１に示したファイバレーザー変調装置１、または図９に示したファイバレーザー変調装置５１において、第二のＦＢＧ７を温度補償パッケージに収納させる構造としたものがある。
【００６３】
波長を弁別する第二のＦＢＧ７を前記温度補償パッケージに収納させることで、第二のＦＢＧ７を通過してファイバ出力部８に到達する出力光１４の波長を安定化させることが可能となる。さらに、第二のＦＢＧ７の温度を制御することにより、これを通過する出力光１４の波長を可変にすることも可能である。
【００６４】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るファイバレーザーの変調方法及び変調装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるファイバレーザーの変調方法及び変調装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係るファイバレーザー変調装置１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】従来のパターン信号１１の一実施例を示す図である。
【図３】従来のパターン信号１１を用いたときのサージパルス２５を伴った出力光１４の一例を示す図である。
【図４】本発明の低出力期間、出力上昇期間及び高出力期間の３期間からなるパターン信号１１ａの一実施例を示す図である。
【図５】本発明のパターン信号１１ａを用いたときの出力光１４ａの一例を示す図である。
【図６】本発明の別の形状を有するパターン信号１１ｂの一実施例を示す図である。
【図７】本発明の別のパターン信号１１ｂを用いたときの出力光１４ｂの一例を示す図である。
【図８】本発明の別のパターン信号１１ｂを用いたときの出力光１４ｂの別の例を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態に係るファイバレーザー変調装置５１の概略構成を示す図である。
【図１０】ＳＨＧ素子５２の出力特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１、５１・・・ファイバレーザー変調装置
２・・・パターン発生器
３・・・半導体レーザー（ＬＤ）
４・・・ＴＦＢ
５・・・第一のＦＢＧ
６・・・増幅用光ファイバ
７・・・第二のＦＢＧ
８・・・ファイバ出力部（コリメータ）
１１、１１ａ、１１ｂ・・・パターン信号
１２・・・ＬＤ出力光
１３・・・増幅光
１４・・・出力光
２１・・・アイドリング期間
２２・・・出力期間
２３、２４・・・出力レベル
２５・・・サージパルス
３１・・・低出力期間
３２・・・出力上昇期間
３３・・・高出力期間
３４・・・出力低下期間
３５・・・低出力レベル
３６、４０・・・上昇出力レベル
３７・・・高出力レベル
３８・・・下降出力レベル
３９・・・中間出力レベル
４１・・・出力光の低出力レベル
４２・・・出力光の高出力レベル
５２・・・ＳＨＧ素子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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