(57)【要約】【課題】高価で、耐パワー性の高いアイソレータを用いずに、パワー増幅部（ＰＡ部）で発生した自然放出光が種パルス生成部（ＭＯ部）や前段ＰＡ部に入射することを防ぎ、ＰＡ部を多段に設けても装置サイズが大きくならないＭＯＰＡ方式のパルスファイバレーザ装置およびパルス光出力制御方法を提供する。【解決手段】前記パルスファイバレーザ装置の共振経路に光経路分岐手段を設け、前記光経路分岐手段に副増幅経路と、出射経路または増幅出射経路とを接続し、前記光経路分岐手段により前記共振経路内を共振するレーザ光の伝搬経路を切り替えることにより前記レーザ光をパルス光として出射させるとともに、共振経路と副増幅経路と出射経路または増幅出射経路とで発生した自然放出光が他の経路に入射することを防ぎ、各経路間のアイソレーションを取り得ることとした。【選択図】図１
2013222897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１励起光源と、
第１光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ前記第１の励起光源からの励起光が導かれる共振経路と、
前記共振経路の中途に配設された光経路分岐手段と、
前記光経路分岐手段を介して前記共振経路に接続され、第３光増幅器と第３励起光源と前記共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と前記波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えている副増幅経路と、    
前記光経路分岐手段を介して前記共振経路に接続され、出射部を備えている出射経路と、
を有してなり、
さらに、前記光経路分岐手段により二つに区分される前記共振経路のそれぞれの区分を区分共振経路とし、
前記光経路分岐手段は、二つの前記区分共振経路間で光を透過させる第１切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を前記副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を前記出射経路に出射させる第２切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替え可能に構成され、
前記副増幅経路は、前記光経路分岐手段により前記共振経路から分岐された光を増幅して前記出射経路に出射し、
前記出射経路は、前記光経路分岐手段により前記副増幅経路から分岐された光を出射することを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置において、
前記出射経路に第２光増幅器と第２励起光源が備えられることによって、前記出射経路が前記光経路分岐スイッチにより前記副増幅経路から分岐された光を増幅して出射する増幅出射経路となるように構成されており、
前記光経路分岐手段が、前記二つの区分共振経路間で光を透過させる第１切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を前記副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を前記増幅出射経路に出射させる第２切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパルスファイバレーザ装置において、
前記光経路分岐手段に、複数の前記副増幅経路が接続され、
かつ前記各副増幅経路は、それぞれ第３光増幅器と、第３励起光源と、前記共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と、その波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた構成とされ、
前記光経路分岐手段が、前記二つの区分共振経路間で光を透過させる第１切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を前記複数の副増幅経路のうちの一つの副増幅経路に出射させるとともに、各副増幅経路から入射した光をその副増幅経路とは異なる他の副増幅経路に出射させて、前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射した光を前記出射経路または前記増幅出射経路に出射させる第２切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項４】
第１光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ第１の励起光源からの励起光が導かれる共振経路の中途に、光経路分岐手段を設け、その光経路分岐手段に、第３光増幅器と第３励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを有する副増幅経路と、出射部を有する出射経路とを接続し、
前記光経路分岐手段により二つに区分される前記共振経路のそれぞれの部分を区分共振経路とし、
前記共振経路内の前記第１光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が前記共振経路内を共振している状態で、前記光経路分岐手段での経路切り替えを３回行い、前記出射経路からパルス光の１パルスを出射させ、
前記光経路分岐手段での前記３回の経路切り替えのうち１回目の経路切り替えと２回目の経路切り替えによって、前記共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として前記副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも１往復させ、前記光経路分岐手段での前記３回の経路切り替えのうち３回目の経路切り替えにより、前記副増幅経路内を往復するパルス光を前記出射経路へ出射させて、前記出射部から出射させることを特徴とするパルス光出力制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のパルス光出力制御方法において、
前記出射経路に第２光増幅器と第２励起光源とを設けることにより前記出射経路を増幅出射経路とし、
前記共振経路内の前記第１光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が前記共振経路内を共振している状態で、前記光経路分岐手段での経路切り替えを３回行い、前記増幅出射経路からパルス光の１パルスを出射させ、
前記光経路分岐手段での前記３回の経路切り替えのうち１回目の経路切り替えと２回目の経路切り替えによって、前記共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として前記副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも１往復させ、前記光経路分岐手段での前記３回の経路切り替えのうち３回目の経路切り替えにより、前記副増幅経路内を往復するパルス光を前記増幅出射経路へ出射させて、その増幅出射経路から出射させることを特徴とするパルス光出力制御方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のパルス光出力制御方法において、
前記光経路分岐手段に前記出射経路または前記増幅出射経路のいずれか一経路（以降、本請求項では、（増幅）出射経路と記載する）に加えて、その光経路分岐手段により前記共振経路から分岐された光を増幅するための副増幅経路として、それぞれ第３光増幅器と第３励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた複数の副増幅経路を接続し、
前記副増幅経路の数をｍ（ｍは２以上の自然数）とし、
前記共振経路内の前記第１光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が前記共振経路内を共振している状態で、前記光経路分岐手段での経路切り替えを（２ｍ＋１）回行い、前記（増幅）出射経路からパルス光の１パルスを出射させ、
前記光経路分岐手段での前記（２ｍ＋１）回の経路切り替えのうち１回目の経路切り替えと２回目の経路切り替えによって、前記共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として、前記複数の副増幅経路のうちの一つの前記副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも１往復させ、前記（２ｍ＋１）回の経路切り替えのうち３回目から（２ｍ）回目までの切り替えにより、前記二つの区分共振経路のうちのいずれか一方の区分共振経路および前記複数の副増幅経路から入射されたパルス光を、異なる前記副増幅経路に出射させてその副増幅経路を少なくとも１往復させ、前記（２ｍ＋１）回の経路切り替えのうち（２ｍ＋１）回目の切り替えにより、前記（２ｍ）回目までの動作に加えて前記副増幅経路の前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射されたパルス光を前記（増幅）出射経路へ出射させて、前記（増幅）出射経路から出力パルス光として出射させることを特徴とするパルス光出力制御方法。
【請求項７】
請求項４〜請求項６のいずれかの請求項に記載のパルス光出力制御方法において、
前記出射経路または前記増幅出射経路からパルス光の１パルスを出射させるにつき、
前記光経路分岐手段での３回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間が、１回目の経路切り替え保持時間以上になるように、前記３回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間を制御することを特徴とするパルス光出力制御方法。
【請求項８】
請求項４〜請求項７のうちのいずれかの請求項に記載のパルス光出力制御方法において、
前記出射経路または前記増幅出射経路からパルス光の１パルスを出射させるにつき、
前記経路切り替えを行う時間間隔を、経路切り替え保持時間中に副増幅経路にレーザ光が入射されてから、その副増幅経路内の反射器により反射されて、光経路分岐手段に戻るまでの時間と等しくなるように、経路切り替え保持時間および経路切り替えの時間間隔を制御することを特徴とするパルス光出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を出力するファイバレーザ装置およびパルス光出力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
励起光源と増幅用光ファイバとを有するパルスファイバレーザ装置は、レーザ加工やレーザ装置を用いる測定などに広く使用されている。多くの場合、前記励起光源には半導体レーザが用いられる。また、前記増幅用光ファイバには、コア部分に所望のレーザ光の発振波長を生成し得る励起元素としてイットリビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素が添加された光ファイバが用いられる。
【０００３】
前記パルスファイバレーザ装置は、出射パルス光の繰り返し周波数が低い場合や、出力エネルギーが高い場合ほど、前記増幅用光ファイバからの自然放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＳＥ）ノイズが増大し、相対的に信号光の効率の低下や、ノイズの増加を招く。
【０００４】
特に、高パワーのパルス光が得られるＭＯＰＡ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｒｉｆｉｅｒ）方式のパルスファイバレーザ装置においては、パワー増幅部（ＰＡ部）で発生したＡＳＥ光が種パルス生成部（ＭＯ部）に戻るため、前記の戻り光が外乱光となり、種信号光の出力が時間的に不安定になる問題がある。一般的にはＭＯ部とＰＡ部の中間にアイソレータやフィルタを挿入することにより、ＰＡ部で発生するＡＳＥ光がＭＯ部に入射することを防ぎ、前記問題を解消している。
【０００５】
しかしながら、ＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置の用途によっては、数百Ｗもの高いパワーが求められることがあり、このような場合は、複数のＰＡ部をＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置に設けることが行われている。このような多段増幅を行うＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置においては、各ＰＡ部でＡＳＥ光が発生し、前記ＡＳＥ光は前記各ＰＡ部の入射方向にも出射方向にも伝搬するため、ＭＯ部と直後のＰＡ部との間、および各ＰＡ部間に、ＡＳＥの戻り光による前記ＭＯ部および前記ＰＡ部での光学損失の発生を防止するためのアイソレータやフィルタを設置しなければならなかった。その結果、ＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置の部品点数が増えてしまい、装置全体が大型化してしまう問題があった。また、ＭＯ部や各ＰＡ部間に挿入されるアイソレータやフィルタなどの光学素子は高価であるため、ＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザのコストも高くなる。
【０００６】
特許文献１には、音響光学波長可変フィルタ（Ａｃｏｕｓｔ  Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＡＯＴＦ）の光学非線形性を用い、出射されるレーザ光の同調波長域を拡張することにより、レーザ装置の広帯域性を保持し、かつ前記レーザ装置の共振器内で発生するＡＳＥノイズを低減し得るファイバレーザ装置およびレーザ制御方法が開示されている。
【０００７】
前記ＡＯＴＦは、高周波電源からＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を供給されると、ＡＯＴＦの結晶内部に前記ＲＦ信号の周波数によって決まる周期の屈折率分布を形成し、前記ＲＦ信号の周波数に応じた波長の光を回折する機能を有する。
特許文献１に記載されているファイバレーザ共振器の発振方法によれば、前記ＡＯＴＦを用いて、
１．供給する前記ＲＦ信号の周波数を変化させることにより、出射されるレーザ光の波長を切り替える、
２．ＡＳＥノイズに対して高い損失を与えることにより、低ノイズのレーザ光を出射させる、
ことが可能であることが示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、ＡＳＥの戻り光の発生を防ぎ、安全性及び寿命を向上させたＭＯＰＡ方式光ファイバレーザが開示されている。このＭＯＰＡ方式光ファイバレーザは、レーザ媒質である希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバを励起するための複数の励起光源と、前記励起光源からの励起光を合わせて前記希土類添加光ファイバへ入射させるための光結合器とを有している。また、前記希土類添加光ファイバから前記励起光源側に向かう前記戻り光の一部を受光するモニタ部が前記光結合器を介して前記希土類添加光ファイバに接続されている。このファイバレーザでは、モニタ部で前記戻り光の強度を測定したときに、その値が所定値を超えた場合は前記励起光源の出力を減じるように制御することにより、戻り光の増幅が防がれ、ＰＡ部からのＡＳＥの戻り光がＭＯ部へ入射することを回避する。
【０００９】
しかしながら、特許文献１、特許文献２のファイバレーザにおいても、複数のＰＡ部を設ける場合には、各ＰＡ部のレーザ光出射部分にアイソレータを備えなければならない。その結果、ＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置の部品点数が増えるだけではなく、複数のＰＡ部の直列接続による前記装置の大型化や、複数の高価なアイソレータの使用による高コスト化の問題が生じる。
【００１０】
以上のように、先行技術文献に示される従来技術においても、ＰＡ部で発生したＡＳＥ光がＭＯ部に戻って、ＭＯ部の動作が不安定になることを防ぐためには、ＭＯ部とＰＡ部の間に前記アイソレータを挿入しなければならなかった。アイソレータはパワーの耐性が高くなるほどコストも高くなり、ＰＡ部を多段にする場合には、ＭＯ部とＰＡ部の設置数と同じ数の前記アイソレータが必要になるため、コストが高くなるだけではなく、前記ＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置自体が大型になるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−６７６９８号公報
【特許文献２】特開２００７−４２９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の事情を背景としてなされたもので、高価で耐パワー性の高いアイソレータを用いずに、ＰＡ部で発生したＡＳＥの戻り光（以降、ＡＳＥ光）がＭＯ部と、多段増幅を行う場合の複数のＰＡ部に入射するのを防ぎ、かつＰＡ部を多段にしても装置が大型化しないパルスファイバレーザ装置を提供することを課題とするものである。
また本発明は、このようなパルスファイバレーザ装置を用いてパルス光出力を制御する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、ＭＯＰＡ方式のパルスファイバレーザ装置の共振経路に光経路分岐手段を設け、出射部を有する１つの出射経路または増幅出射経路を光経路分岐手段に接続し、共振経路内で共振するレーザ光を、前記光経路分岐手段により、共振経路内で往復させる状態と、出射経路または増幅出射経路に導いて、その出射経路または増幅出射経路から外部へ出力パルス光として出射させる状態とに切り替えることによって、前記課題を解決することとした。なお、ここで光経路分岐手段は外部からの信号により、回折と透過を選択できる機能を持つデバイスのことである。このデバイスに入射した光は、波長に応じて異なる角度に回折される。
また、ＰＡ部を多段に設けたい場合には、前記光経路分岐手段に、光増幅器を有する１本または複数の副増幅経路を接続することとした。
【００１４】
したがって、本発明の第１の態様のパルスファイバレーザ装置は、第１励起光源と、第１光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ第１の励起光源からの励起光が導かれる共振経路と、共振経路の中途に配設された光経路分岐手段と、光経路分岐手段を介して共振経路に接続され、第３光増幅器と第３励起光源と共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えている副増幅経路と、光経路分岐手段を介して共振経路に接続され、出射部を備えている出射経路と、を有してなり、さらに、光経路分岐手段により二つに区分される共振経路のそれぞれの区分を区分共振経路とし、光経路分岐手段は、二つの区分共振経路間で光を透過させる第１切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を出射経路に出射させる第２切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替え可能に構成され、副増幅経路は、光経路分岐手段により共振経路から分岐された光を増幅して前記出射経路に出射し、出射経路は、光経路分岐手段により副増幅経路から分岐された光を出射することを特徴とするものである。
【００１５】
第１の態様のパルスファイバレーザ装置によれば、２段増幅方式を採用しながらも、副増幅経路で発生したＡＳＥ光が、共振経路に入射されることを防止し、共振経路−副増幅経路間のアイソレーションを取ることができる。このため、時間的な出力変動の小さい、安定した出力パルス光を得ることができる。
また、副増幅経路および出射経路が光経路分岐手段に接続されているため、共振経路と副増幅経路と出射経路との全てを直列接続する従来のＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置に比べ、パルスファイバレーザ装置の省スペース化を図ることができる。
第１の態様のパルスファイバレーザ装置においては、光経路分岐手段で副増幅経路へ出射された光の波長が副増幅経路内で変換される。光経路分岐手段として、回折機能を有する能動的な回折光学素子を用いた場合には、副増幅経路内での波長変換により、各増幅経路から前記回折光学素子に入射した光の回折角度が入射経路毎に異なるため、経路切り替え時の回折光学素子で形成される回折格子の周期を一定にしても、全ての経路からの光を同時かつ正確に所定の次の経路に出射させることができる。この点については、以下に記載する第２および第３の態様の場合も同様である。
【００１６】
本発明の第２の態様によるパルスファイバレーザ装置は、前記第１の態様のパルスファイバレーザ装置において、出射経路に第２光増幅器と第２励起光源が備えられることによって、出射経路が光経路分岐スイッチにより副増幅経路から分岐された光を増幅して出射する増幅出射経路となるように構成されており、光経路分岐手段が、二つの区分共振経路間で光を透過させる第１切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を増幅出射経路に出射させる第２切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
第２の態様のパルスファイバレーザ装置によれば、第１の態様のパルスファイバレーザ装置と同様に２段増幅方式を採用しながらも、増幅出射経路で発生したＡＳＥ光が、副増幅経路に入射されることも防止できるため、共振経路−副増幅経路間に加え、副増幅経路−増幅出射経路間のアイソレーションを取ることができる。これにより、時間的な出力変動の小さい、安定した出力パルス光を得ることができる。
【００１８】
本発明の第３の態様によるパルスファイバレーザ装置は、前記第１および第２の態様のパルスファイバレーザ装置において、光経路分岐手段に、複数の副増幅経路が接続され、かつ各副増幅経路は、それぞれ第３光増幅器と、第３励起光源と、共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と、その波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた構成とされ、光経路分岐手段が、二つの区分共振経路間で光を透過させる第１切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を複数の副増幅経路のうちの一つの副増幅経路に出射させるとともに、各副増幅経路から入射した光をその副増幅経路とは異なる他の副増幅経路に出射させて、前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射した光を出射経路または増幅出射経路に出射させる第２切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第３の態様のパルスファイバレーザ装置によれば、２段以上の多段増幅方式を採用しながらも、各副増幅経路や増幅出射経路で発生したＡＳＥ光が、共振経路や各副増幅経路に入射することを防止することができる。
また、全ての副増幅経路および出射経路または増幅出射経路が、同じ光経路分岐手段に接続されているため、共振経路と複数の副増幅経路と出射経路または増幅出射経路の全てを直列接続する従来のＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置と比較して、パルスファイバレーザ装置の大幅な省スペース化を図ることができる。
【００２０】
本発明の第４の態様によるパルス光出力制御方法は、第１光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ第１の励起光源からの励起光が導かれる共振経路の中途に、光経路分岐手段を設け、その光経路分岐手段に、第３光増幅器と第３励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを有する副増幅経路と、出射部を有する出射経路とを接続し、光経路分岐手段により二つに区分される共振経路のそれぞれの部分を区分共振経路とし、共振経路内の第１光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が共振経路内を共振している状態で、光経路分岐手段での経路切り替えを３回行い、出射経路からパルス光の１パルスを出射させ、光経路分岐手段での３回の経路切り替えのうち１回目の経路切り替えと２回目の切り替えによって、共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも１往復させ、光経路分岐手段での３回の経路切り替えのうち３回目の経路切り替えにより、副増幅経路内を往復するパルス光を出射経路へ出射させて、出射部から出射させることを特徴とするものである。
【００２１】
第４の態様のパルス光出力制御方法によれば、励起光が共振経路に導かれ、一定時間が経過すると、第１光増幅器に励起光が注入され、第１光増幅器から広い波長帯域のＡＳＥ光が発生する。その後、一定時間が経過すると、ＡＳＥ光に含まれる光のうち、共振経路の両端における反射帯域の波長の光のみが反射される。さらに時間が経過すると、共振経路の両端で反射された光が光増幅器を通過して増幅され、共振経路内を反射光が周回する毎に光強度が強められる。その後、反射光の共振経路内における周回利得が周回損失を上回ったとき、共振経路の両端に設けた高反射ファイバブラッググレーティングにおける反射帯域の光が共振している状態となる。
したがって、光経路分岐手段によりレーザ光を副増幅経路に出射させるまで、レーザ光を外部に出さずに共振器内で共振させることができる。また、光経路分岐手段により共振経路内を共振するレーザ光を副増幅経路に出射させている時間以外は、共振経路と副増幅経路を遮断することができるため、高価なアイソレータを用いることなく、副増幅経路内で発生したＡＳＥ光が共振経路に入射されることを防止できる。即ち、副増幅経路に設けた光増幅器で発生するＡＳＥ光が共振経路に入射することを防止し、共振経路−副増幅経路間のアイソレーションを取ることができる。
【００２２】
本発明の第５の態様によるパルス光出力制御方法は、前記第４の態様のパルス光出力制御方法において、出射経路に第２光増幅器と第２励起光源とを設けることにより前記出射経路を増幅出射経路とし、共振経路内の第１光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が共振経路内を共振している状態で、光経路分岐手段での経路切り替えを３回行い、増幅出射経路からパルス光の１パルスを出射させ、光経路分岐手段での３回の経路切り替えのうち１回目の経路切り替えと２回目の切り替えによって、共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも１往復させ、光経路分岐手段での３回の経路切り替えのうち３回目の経路切り替えにより、副増幅経路内を往復するパルス光を増幅出射経路へ出射させて、その増幅出射経路から出射させることを特徴とするものである。
【００２３】
第５の態様のパルス光出力制御方法によれば、増幅出射経路に設けた第２光増幅器で発生するＡＳＥ光が副増幅経路に入射することを防止し、共振経路−副増幅経路間に加えて、副増幅経路−増幅出射経路間のアイソレーションを取ることができる。
【００２４】
本発明の第６の態様によるパルス光出力制御方法は、前記第４または第５の態様のパルス光出力制御方法において、光経路分岐手段に出射経路または増幅出射経路のいずれか一経路（以降、本態様では、（増幅）出射経路と記載する）に加えて、その光経路分岐手段により共振経路から分岐された光を増幅するための副増幅経路として、それぞれ第３光増幅器と第３励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた複数の副増幅経路を接続し、副増幅経路の数をｍ（ｍは２以上の自然数）とし、共振経路内の第１光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が共振経路内を共振している状態で、光経路分岐手段での経路切り替えを（２ｍ＋１）回行い、（増幅）出射経路からパルス光の１パルスを出射させ、光経路分岐手段での（２ｍ＋１）回の経路切り替えのうち１回目の経路切り替えと２回目の経路切り替えによって、共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として、前記複数の副増幅経路のうちの一つの副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも１往復させ、（２ｍ＋１）回の経路切り替えのうち３回目から（２ｍ）回目までの切り替えにより、前記二つの区分共振経路のうちのいずれか一方の区分共振経路および前記複数の副増幅経路から入射されたパルス光を、異なる副増幅経路に出射させてその副増幅経路を少なくとも１往復させ、（２ｍ＋１）回の経路切り替えのうち（２ｍ＋１）回目の切り替えにより、（２ｍ）回目までの動作に加えて前記副増幅経路の前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射されたパルス光を（増幅）出射経路へ出射させて、（増幅）出射経路から出力パルス光として出射させることを特徴とするものである。
【００２５】
第６の態様のパルス光出力制御方法によれば、２段以上の多段増幅を行うにあたって、副増幅経路や増幅出射経路に設けた各光増幅器で発生するＡＳＥ光が、共振経路や副増幅経路に入射することを防止できる。
【００２６】
本発明の第７の態様によるパルス光出力制御方法は、前記第４の態様〜第６の態様のいずれかのパルス光出力制御方法において、前記出射経路または前記増幅出射経路からパルス光の１パルスを出射させるにつき、前記光経路分岐手段での３回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間が、１回目の経路切り替え保持時間以上になるように、前記３回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間を制御することを特徴とするものである。
【００２７】
第７の態様のパルス光出力制御方法によれば、１回目の経路切り替え保持時間のパルス幅を有するパルス光を生成し、そのパルス幅とエネルギーを保持して、出射経路または増幅出射経路へ分岐させ、出射経路または増幅出射経路から極めてＡＳＥノイズが少なく、かつ高パワーのパルス光を出射させることができる。
【００２８】
本発明の第８の態様によるパルス光出力制御方法は、第４の態様〜第７の態様のいずれかのパルス光出力制御方法において、出射経路または増幅出射経路からパルス光の１パルスを出射させるにつき、経路切り替えを行う時間間隔を、経路切り替え保持時間中に副増幅経路にレーザ光が入射されてから、その副増幅経路内の反射器により反射されて、光経路分岐手段に戻るまでの時間と等しくなるように、経路切り替え保持時間および経路切り替えの時間間隔を制御することを特徴とするものである。
【００２９】
第８の態様のパルス光出力制御方法によれば、経路切り替えの時間間隔を、ある副増幅経路に入射されたレーザ光を出射経路、増幅出射経路または別の副増幅経路に損失なく導くための最短時間に設定することができ、副増幅経路および増幅出射経路に設けたそれぞれの光増幅器で発生するＡＳＥ光が共振経路および副増幅経路に入射される可能性を最小限に抑え、出射経路または増幅出射経路から極めてＡＳＥノイズの少ないパルス光を出射させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のパルスファイバレーザ装置によれば、光経路分岐手段により光の伝搬経路を切り替えることにより、光が副増幅経路を少なくとも１往復させた後に、出射経路または増幅出射経路から出射させることができ、そのため出力パワーの高いパルス光を生成することができ、しかも副増幅経路および、出射経路または増幅出射経路で発生したＡＳＥ光が共振経路および副増幅経路に入射されることを有効に防止できる。
【００３１】
また、本発明のＭＯＰＡ方式のパルスファイバレーザ装置は、共振経路と副増幅経路の間にアイソレータを使用せずに構成されているため、ＭＯ部とＰＡ部との間に挿入する高価なアイソレータは不要になる。
特に光増幅器を多段に設置する場合であっても、光増幅器の設置数に関係なく、１つの光経路分岐手段による切り替え制御によって多段増幅を行うことにより、パルスファイバレーザ装置の低コスト化を実現することできる。
さらに、本発明のパルスファイバレーザ装置では、全ての副増幅経路および、出射経路または増幅出射経路が、共振経路の中途に設けられた光経路分岐手段を基点として接続されているため、副増幅経路の設置数にかかわらず装置の省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるパルスファイバレーザ装置の全体構成を示す略解図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるパルスファイバレーザ装置の構成の一部を示す略解図であり、（ａ）はミラーを用いた副増幅経路の反射部の構成、（ｂ）はループを用いた副増幅経路の反射部の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるパルス光出力制御方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるシャッタの第１切り替え状態と第２切り替え状態との切り替えと、副増幅経路から光経路分岐手段に入射するパルス光との関係を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるパルスファイバレーザ装置の全体構成を示す略解図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるパルス光出力制御方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるパルス光出力制御方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００３４】
図１には、本発明の第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置を示す。このパルスファイバレーザ装置は複数のＰＡ部を有する多段増幅を行うＭＯＰＡ方式で構成されており、シャッタ５０によって区分される二つの区分共振経路１ａ、１ｂを有する共振経路１と、副増幅経路３と、出射経路２´とを有しており、共振経路１はＭＯ部として、副増幅経路３はＰＡ部としてそれぞれ機能する。
【００３５】
共振経路１は、ファイバレーザにおける共振器を構成するものである。この共振経路１は、反射部としての高反射ファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）１１および、高反射ＦＢＧ１２と、第１光増幅器としての増幅用光ファイバ１３と、前記光経路分岐手段として機能するシャッタ５０とを備えており、励起光源１０はファイバカプラ１５で共振経路１に接続されている。また、シャッタ５０により共振経路１は区分共振経路１ａと区分共振経路１ｂとに区分される。なお、高反射ＦＢＧ１１，１２には、８０％以上の反射率を有するＦＢＧが用いられる。
シャッタ５０には、そのシャッタ５０における第１／第２切り替え状態（詳細は後述する）を制御し、第２切り替え状態においてＲＦ信号をシャッタ５０に供給するためのドライバ５１が接続されている。
【００３６】
シャッタ５０には回折機能を有するデバイス（回折光学素子）を使用することが望ましく、ここでは回折光学素子の代表的なものとして音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｏ  Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下、ＡＯＭと記す）を適用することを想定し、説明する。ＡＯＭは高周波のＲＦ信号を入力することにより、前記ＲＦ信号の周波数によって決まる周期の屈折率分布をＡＯＭ内部に形成し、入射光を回折理論に基づく角度に回折させる機能を有する。本実施形態においては、副増幅経路３の光の入射部はシャッタ５０に共振経路１とのなす角θ１で接続されており、出射経路２´の光の入射部はシャッタ５０に副増幅経路３の延長線とのなす角θ３で接続されている。
シャッタ５０として機能するＡＯＭは、共振経路１の波長λ１の光を角度θ１で副増幅経路３に回折させると同時に、副増幅経路３の波長λ３の光を角度θ３で出射経路２´に回折させるためのＲＦ信号の周波数を予め調べ、ドライバ５１から任意のタイミングでＡＯＭに前記周波数のＲＦ信号を出力できるようにしておく。したがって、シャッタ５０が第１切り替え状態である場合には、区分共振経路１ａと区分共振経路１ｂとの間で光を透過させる。シャッタ５０が第２切り替え状態である場合には、区分共振経路１ａから入射した光は副増幅経路３に出射されるとともに副増幅経路３から入射した光を出射経路２´に出射させる。
【００３７】
副増幅経路３は、励起光源３０と、増幅用光ファイバ３３と、波長変換素子３４と、高反射ＦＢＧ３６を備えており、励起光源３０はファイバカプラ３５で増幅用光ファイバ３３に接続されている。
なお、図１の副増幅経路３における増幅用ファイバ３３と波長変換素子３４は、それらの配置を入れ替えてもよい。その場合には、波長変換素子３４では波長λ１の信号光、λ２の信号ともに通過する（基本波も残る）が、グレーティング３６は波長λ２のみ選択的に反射するように設計されているので、波長λ１の信号光は、後段に配置されている全反射するグレーティング３６で反射されない。したがって、グレーティング３６を反射して、戻ってくる光はλ２のみになる。
【００３８】
なおまた、高反射ＦＢＧ３６の代わりに、図２（ａ），（ｂ）に示すように、波長変換素子３４の出射パルス光の波長λ２は透過されるが、共振経路１内を伝搬する光の波長λ１は透過させない特性を有するバンドパスフィルタ３７とミラー３８、あるいはバンドパスフィルタ３７とループ３９を配置してもよい。
また、波長変換素子３４としては、ファイバを用いてラマン散乱を発生させ、後段に設けられている高反射ＦＢＧ３６でラマン散乱光の波長を選択的に反射するように構成してもよい。その他の波長変換方法として、非線形光学結晶を波長変換素子として用いてもよい。
【００３９】
また、波長変換素子３４を設けずに、波長λ１のパルス光を副増幅経路３、出射経路２´に入射させる構成とすることも可能である。この場合には、副増幅経路３を往復する光の波長がλ１で同一であり、ＡＯＭのＲＦ信号の周波数が同じ場合には、副増幅経路３からシャッタ５０に入射した光は、共振経路１に戻ってしまうので、ＡＯＭのＲＦ信号周波数を共振経路１から副増幅経路３へパルス光を入射させる為の第２切り替え状態と副増幅経路３から出射経路２´へパルス光を入射させる為の第２経路切り替え状態とで変化させる必要がある。
【００４０】
出射経路２´は、光の入射部がシャッタ５０に、共振経路１とのなす角θ3で接続されている。出射経路２´に設けられたアイソレータ２６は、レーザ加工対象物などの被照射体からの反射光が、出射経路２´内にパルス光出射時と逆向きに入射し、戻ることを防止するためのものである。
【００４１】
次に、図１に示したパルスファイバレーザ装置の動作について図３および図４を参照し、説明する。
【００４２】
先ず、シャッタ５０が第１切り替え状態であるときのパルスファイバレーザ装置の動作について、図３を参照して説明する。
励起光源１０から励起光が出射されれば、励起光がファイバカプラ１５を通り、高反射ＦＢＧ１１を透過して、共振経路１内を伝搬する。前記励起光はシャッタ５０を透過し、増幅用光ファイバ１３に入射され、増幅用光ファイバ１３に添加されている励起元素を励起する。増幅用光ファイバ１３ではＡＳＥが発生し、出射された光のうち高反射ＦＢＧ１２で信号波長λ１を含む波長帯域の光が選択的に反射され、再び増幅用光ファイバ１３に入射する。増幅用光ファイバ１３で誘導放出により増幅された光は、共振経路１内を伝搬し、高反射ＦＢＧ１１で反射され、シャッタ５０が第２切り替え状態に切り替えられるまで、共振し、増幅される。
【００４３】
続いて、シャッタ５０が第２切り替え状態になったときのパルスファイバレーザ装置の動作について説明する。
図３は、レーザ出力信号（Ｓ０）、励起光源１０の駆動電流（Ｓ１）、シャッタ５０の切り替え信号（Ｓ２）、励起光源３０の駆動電流（Ｓ５）、副増幅経路３に入射するパルス光（Ｓ６）、出射経路２´に入射するパルス光（Ｓ４）、出射経路２´から出射されるパルス光（Ｓ１０）の動作と、相互の関係を示している。
図４は（Ｓ２）と（Ｓ４）との時間的な関係を示している。
【００４４】
このパルスファイバレーザ装置では、レーザ光の１パルスが出射されるまでに共振経路１から副増幅経路３への切り替え、次に共振経路１から副増幅経路３への遮断の切り替え、そして副増幅経路３から出射経路２´への切り替えが必要であるため、レーザ光の１パルスが出射されるまでにシャッタ５０での経路切り替えを３回行う。
ここで、
ｔ０：Ｐ１−ｉのシャッタ５０の経路切り替えの保持時間であり、第１切り替え状態から第２切り替え状態に切り替えた時から再度第１切り替え状態に戻すまでの時間、すなわちＰ３−ｉ、Ｐ２−ｉ、Ｐ２−ｉ´のパルス幅（ただし、ｉは０または正の偶数とする）、
ｔ１：（Ｓ０）がＯＦＦ状態のときのＰ１−（ｊ−１）とＰ１−ｊとの時間間隔（ただし、ｊは正の奇数とする）、
ｔ２：Ｐ１−ｊのシャッタ５０の第２切り替え状態の保持時間、すなわちＰ３−ｊ、Ｐ２−ｊ、Ｐ２−ｊ´のパルス幅、
ｔ３：（Ｓ０）がＯＮ状態のときのＰ１−（ｊ−１）とＰ１−ｊとの時間間隔、
ｔ４：（Ｓ０）が最初にＯＮ状態になってからのＰ１−（ｋ−１）とＰ１−ｋとの時間間隔（ｋは正の偶数とし、かつＰ１−（ｋ−１）に対する（Ｓ０）がＯＮ状態である場合に限る）、
ｔ５：（Ｓ０）がＯＮ状態のときのＰ２−（ｋ−２）´とＰ２−ｋ´との時間間隔、
とする。
【００４５】
次に、（Ｓ０）、（Ｓ１）、（Ｓ５）のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態、および（Ｓ２）の第１／第２切り替え状態を切り替えたときのパルスファイバレーザ装置の動作について、具体的に説明する。
【００４６】
（Ｓ０）がＯＦＦ状態、（Ｓ１）がＯＮ状態、（Ｓ５）がＯＦＦ状態の場合（図３（Ｅ））：
レーザ光が共振経路１内で共振している状態で、シャッタ５０を第１切り替え状態から第２切り替え状態にする（シャッタ５０での１回目の経路切り替え）と、区分共振経路１ａからシャッタ５０に入射した前記レーザ光が角度θ１で回折し、副増幅経路３に向けて出射される。時間ｔ０が経過した後にシャッタ５０を第１切り替え状態にすれば（シャッタ５０での２回目の経路切り替え）、副増幅経路３に入射された区分共振経路１ａからの光は、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−０となる。
副増幅経路３の増幅用光ファイバ３３にその光パルスＰ３−０が入射するが、励起光源３０がＯＦＦ状態であるため、Ｐ３−０は吸収される。
続いて、シャッタ５０の切り替え動作によるＰ１−０との時間間隔ｔ１、第２切り替え状態保持時間ｔ２のＰ１−１（Ｐ１−１における第１切り替え状態から第２切り替え状態への経路切り替え：シャッタ５０での３回目の経路切り替え）でも、共振経路１からレーザ光が副増幅経路３の増幅用光ファイバ３３にパルス光Ｐ３−１として入射するが、励起光源３０がＯＦＦ状態であるため、Ｐ３−１は吸収される。即ち、図３（Ｅ）の場合、（Ｓ５）がＯＦＦ状態であるため、信号光は出射されない。なお、前述のようにレーザ光の１パルスが出射されるまでに、シャッタ５０での経路切り替えを３回行うが、連続的にパルス光を出力する際には、図３に示すように、レーザ光の１パルス出射にあたり、前記３回の経路切り替えに、第２切り替え状態から第１切り替え状態への経路切り替えを加えて、シャッタ５０での経路切り替えを合計４回行えばよい。なお、前記経路切り替え回数は４回に限定されるものではなく、シャッタ５０の機能および制御方法に応じて変更できる。
【００４７】
ここで、シャッタ５０から高反射ＦＢＧ３６までの光の伝搬距離、すなわち副増幅経路２内を光が伝搬する片道の距離をＬとすると、光パルスが区分共振経路１ａから回折され、副増幅経路３を往復して前記光パルスがシャッタ５０の位置に到達するまでの時間Ｔは、増幅用光ファイバ３３のコアの屈折率をｎ、真空中の光速をｃとすると、
Ｔ＝２Ｌ（ｎ／ｃ）
となる。
上述の場合において、ｔ１、ｔ２を
ｔ１＋ｔ２＜Ｔ
を満たすように設定すると、副増幅経路３から出射経路２´への光が回折されることはなく、（Ｓ０）のＯＦＦ状態中に微弱な光パルスがパルスファイバレーザ装置から漏れ出すことはない。
また、シャッタ５０での３回目の経路切り替え保持時間ｔ２は、１回目のＯＮ状態の時間幅ｔ０より長い時間に設定する必要があるが、アイソレーションをできる限り高めるためにはｔ０と同程度にすることが望ましい。
【００４８】
（Ｓ０）がＯＮ状態、（Ｓ１）がＯＮ状態、（Ｓ５）がＯＮ状態の場合（図３（Ｆ），（Ｈ））：
（Ｓ５）がＯＮ状態になると、増幅用光ファイバ３３に添加されている希土類元素が励起される。副増幅経路３に入射したＰ３−２は、増幅用光ファイバ３３に入射すると、高パワーのパルス光が生成される。波長λ１の前記パルス光は波長変換素子３４に入射し、波長λ２のパルス光に変換され、高反射ＦＢＧ３６で反射され、再び波長変換素子３４に入射し、波長λ３のパルス光に変換される。波長λ３のパルス光は増幅用光ファイバ３３を通り、シャッタ５０まで伝搬する。
【００４９】
副増幅経路３に光パルスＰ３−２が入射した時点からｔ３の時間が経過した時点で、シャッタ５０が時間間隔ｔ２だけ第２切り替え状態になると、区分共振経路１ａからのレーザ光は波長λ１、パルス幅ｔ２の光パルスＰ３−３として副増幅経路３に向けて回折されると同時に、副増幅経路３を伝搬してきた波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−２が、Ｐ２−２として、出射経路２´に向けて回折される。
【００５０】
ただし、Ｐ１−３の動作により、前述のように副増幅経路３を伝搬してきた波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−２がＰ２−２として出射経路２´に回折されるためには、一定の条件が満たされなければならない。そこで、図４を参照して前記一定条件について詳しく説明する。
【００５１】
ｔ３は、出射経路２´からパルス光の１パルスを出射させるにあたって行う、シャッタ５０における１回目の第１／第２切り替え状態の切り替えと３回目の前記切り替えとの時間間隔である。シャッタ５０で３回目の経路切り替えを行うタイミングは、共振経路１から副増幅経路３に入射したパルス光が再びシャッタ５０に戻ってくるのと同時もしくはその前が良い。すなわち、ｔ３≦Ｔとなる。またパルス光がシャッタを通過し終わるまでは、第２切り替え状態を維持する必要がある。すなわち、ｔ２＋ｔ３≧ｔ０＋Ｔとなる。特にｔ３＝Ｔかつｔ２＝ｔ０のときは、副増幅経路３に設けた増幅用ファイバ３３で発生するＡＳＥ光が共振経路１に入射する可能性を最小限に抑え、出射経路２´から極めてＡＳＥノイズの少ないパルス光を出射させることができる。
ｔ４は次の光パルスを出射するタイミングを決めるための時間間隔であり、少なくとも光パルスが区分共振経路１ａから回折され、副増幅経路３を往復して前記パルス光がシャッタ５０の位置まで到達するまでの時間Ｔよりも長く設定する必要がある。出射経路２´から出力される光パルスの繰り返し周期であるｔ５とともに、次段落に述べる条件を満たすように設定することにより、著しくＡＳＥノイズの少ない高パワーで時間的な出力変動の小さいパルス光が生成される。
【００５２】
より詳細には、シャッタ５０がＰ１−３の動作で第１切り替え状態から第２切り替え状態になった時点と、副増幅経路３を伝搬してきた波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−２がシャッタ５０で出射経路２´に光パルスＰ２−２として回折される時点との時間差をΔｔとすると、
Δｔ＝Ｔ−ｔ３＝２Ｌ（ｎ／ｃ）−ｔ３
となる。光パルスＰ３−２がシャッタ５０の第２切り替え状態Ｐ１−３の保持時間ｔ２の間に、光パルスＰ２−２として出射経路２´に回折されるためには、図４に示すように、
Δｔ＋ｔ０≦ｔ２、
ｔ２＋ｔ３≧ｔ０＋Ｔ、
の条件（以降では、この条件を最適条件と称する）を満たさなければならない。
したがって、パルスファイバレーザ装置の動作開始前に、最適条件を満たすように、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｎ、Ｌを予め設定しておくことが望ましい。
【００５３】
上述の最適条件を満たし、光パルスＰ３−２がシャッタ５０の第２切り替え状態Ｐ１−３の保持時間ｔ２の間に、出射経路２´に光パルスＰ２−２として回折された場合、光パルスＰ３−２がアイソレータ２６を通り、光パルスＰ２−２´として出射される。
【００５４】
また、シャッタ５０がＰ１−３で第２切り替え状態になっているとき、前述のように副増幅経路３を伝搬してきたＰ３−２がシャッタ５０に入射し、角度θ３で回折して出射経路２´に出射されると同時に、共振経路１内を共振しているレーザ光が区分共振経路１ａからＰ１−２の場合と同様に副増幅経路３に回折され、波長λ１、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−３となる。
Ｐ３−３は増幅用光ファイバ３３、波長変換素子３４を通り、高反射ＦＢＧ３６で反射されて再び波長変換素子３４と増幅用光ファイバ３３を通り、（Ｓ５）がＯＮ状態であることから、波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスとしてシャッタ５０に入射するが、この時点でシャッタ５０が第１切り替え状態であるため、前記光パルスはシャッタ５０で経路外の方向に出射される、あるいはシャッタ５０に吸収され、出射経路２´には出射されない。
【００５５】
ｎを４以上の偶数とし、Ｐ１−ｎが図３（Ｆ）および（Ｈ）である場合、Ｐ１−ｎとＰ１−（ｎ＋１）の動作は、上述のＰ１−２とＰ１−３の動作に対応させることができるため、説明は省略する。
【００５６】
Ｐ２−２´とＰ２−４´の時間間隔、すなわちパルスファイバレーザ装置の高パワーの出力パルス光のパルス間隔ｔ５は、Ｐ３−２が副増幅経路３に入射してから、出射経路２´に回折されるまでの最短時間Ｔより十分長く設定することにより、Ｐ２−２´とＰ２−４´を完全に時間軸上で分離できる。
最適条件を満たし、かつ望ましいｔ２＋ｔ３＋ｔ４＞＞Ｔ＝２Ｌ（ｎ／ｃ）
が満たされたときに限り、
ｔ５＝ｔ２＋ｔ３＋ｔ４、
ｔ４＝ｔ５−ｔ３−ｔ２
となる。ｔ４は次の光パルスを出射するタイミングを決める時間間隔であるため、上記の条件が示すように光パルスが副増幅経路３内を往復する時間Ｔより長く設定する必要がある。最適条件とともに、所望のｔ５に合わせて前述の条件を満たすように、ｔ４を予め設定しておくことが望ましい。
【００５７】
（Ｓ０）がＯＦＦ状態、（Ｓ１）がＯＮ状態、（Ｓ５）がＯＮ状態の場合（図３（Ｇ））：
制御をできる限り簡易にするため、（Ｓ１）はシャッタ５０の切り替え動作開始前に基本的に第２切り替え状態を保持させる。さらに、副増幅経路３の励起光源３０についても（Ｓ１）と同じ理由で、一度第２切り替え状態に切り替えた後は、第２切り替え状態をそのまま保持させるが、その場合には（Ｓ２）は（Ｓ０）の第１／第２切り替え状態にかかわらず、図５のＰ１−６、Ｐ１−７、Ｐ１−８、Ｐ１−９に示すように一定の時間間隔ｔ５でシャッタ５０を第１切り替え状態（１）から第２切り替え状態（２）に切り替える。
この動作は、（Ｓ０）がＯＮ状態の途中でＯＦＦ状態に切り替わっても、（Ｓ１）がＯＮ状態であることと、前記の（Ｓ２）の切り替えにより、共振経路１内で増幅されたレーザ光が一定の時間間隔で副増幅経路３に入射し、共振経路１内の光のパワーがほぼ一定の増減パターンで増幅されることにより、（Ｓ０）がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ切り替わった直後の第１光パルスＰ２−１０´のピークパワーをＰ２−２´、Ｐ２−４´の出射ピークパワーと揃えることができるためである。
【００５８】
上述の動作により、シャッタ５０が第１切り替え状態である際には、共振経路１と副増幅経路２が接続されないため、この間に増幅用光ファイバ３３で発生したＡＳＥ光が共振経路に戻ることはなく、ＭＯ部とＰＡ部との間のアイソレーションを取ることができる。
【００５９】
図５には、本発明の第２の実施形態のパルスファイバレーザ装置を示す。このパルスファイバレーザ装置は複数のＰＡ部を有する多段増幅を行うＭＯＰＡ方式で構成されており、シャッタ５０によって区分される二つの区分共振経路１ａ、１ｂを有する共振経路１と、副増幅経路３と、増幅出射経路２とを有しており、共振経路１はＭＯ部として、副増幅経路３はＰｒｅＰＡ部として、増幅出射経路２はＰＡ部としてそれぞれ機能する。
なお、図５において図１に示したパルスファイバレーザ装置と同一の構成の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６０】
増幅出射経路２は、第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置における出射経路２´に第２励起光源２０と、第２光増幅器としての増幅用光ファイバ２３とを備えた経路であり、光の入射部がシャッタ５０に、共振経路とのなす角θ3で接続されている。励起光源２０はファイバカプラ２５を介して、増幅用光ファイバ２３に接続されている。
【００６１】
次に、図５に示したパルスファイバレーザ装置の動作について図６を参照し、説明する。
なお、以下説明において第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同一の動作については、その説明を省略する。
【００６２】
図６は、レーザ出力信号（Ｓ０）、励起光源１０の駆動電流（Ｓ１）、シャッタ５０の切り替え信号（Ｓ２）、励起光源３０の駆動電流（Ｓ５）、副増幅経路３に入射するパルス光（Ｓ６）、励起光源２０の駆動電流（Ｓ３）、増幅出射経路２に入射するパルス光（Ｓ４）、増幅出射経路２から出射されるパルス光（Ｓ１０）の動作と、相互の関係を示している。
【００６３】
次に、（Ｓ０）、（Ｓ１）、（Ｓ５）、（Ｓ３）のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態、および（Ｓ２）の第１／第２切り替え状態を切り替えたときのパルスファイバレーザ装置の動作について、具体的に説明する。
【００６４】
（Ｓ０）がＯＦＦ状態、（Ｓ１）がＯＮ状態、（Ｓ５）がＯＦＦ状態、（Ｓ３）がＯＦＦ状態の場合（図５（Ｅ））：
副増幅経路３の増幅用光ファイバ３３に光パルスＰ３−０が入射した時に、励起光源３０がＯＦＦ状態であるため、Ｐ３−０が吸収される状態までは図３（Ｅ）と同様である。
続いて、シャッタ５０の切り替え動作によるＰ１−０との時間間隔ｔ１、第２切り替え状態保持時間ｔ２のＰ１−１で、共振経路１からレーザ光がパルス光Ｐ３−１として増幅出射経路３に出射され、増幅用光ファイバ３３にＰ３−１が入射するが、Ｓ３，Ｓ５がＯＦＦのため、信号光のパワーの一部はＰ３−０と同様に前記励起元素に吸収される。
また、第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様に、シャッタ５０での３回目の経路切り替え保持時間ｔ２は、１回目のＯＮ状態の時間幅ｔ０より長い時間に設定する必要があるが、アイソレーションをできる限り高めるためにはｔ０と同程度にすることが望ましい。
【００６５】
（Ｓ０）がＯＮ状態、（Ｓ１）がＯＮ状態、（Ｓ５）がＯＮ状態、（Ｓ３）がＯＮ状態の場合（図５（Ｆ）、（Ｈ））：
副増幅経路３へ回折された入射光パルスＰ３−２が波長λ３のパルス光に変換され、シャッタ５０まで伝搬する状態までは図３（Ｆ），（Ｈ）と同様である。
副増幅経路３に光パルスＰ３−２が入射した時点からｔ３の時間が経過した時点で、シャッタ５０が時間間隔ｔ２だけ第２切り替え状態になると、区分共振経路１ａからのレーザ光は波長λ１、パルス幅ｔ２の光パルスＰ３−３として副増幅経路３に向けて回折されると同時に、副増幅経路３を伝搬してきた波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−２が、Ｐ２−２として、増幅出射経路２に向けて回折される。
【００６６】
ただし、第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様に、Ｐ１−３の動作により、前述のように副増幅経路３を伝搬してきた波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−２がＰ２−２として増幅出射経路２に回折されるためには、前記一定の条件が満たされなければならない。
前記一定条件を満たし、光パルスＰ３−２がシャッタ５０の第２切り替え状態Ｐ１−３の保持時間ｔ２の間に、増幅出射経路２に光パルスＰ２−２として回折された場合、Ｐ２−２は増幅用光ファイバ２３に入射する。Ｐ２−２は、増幅用光ファイバ２３の反転分布率を高くし、その結果前記励起元素における誘導放出により高いパワーのパルス光が発生する。
前記光パルスがＰ２−２´としてアイソレータ２６を通り、出射される。
【００６７】
また、シャッタ５０がＰ１−３で第２切り替え状態になっているとき、前述のように副増幅経路３を伝搬してきたＰ３−２がシャッタ５０に入射し、角度θ３で回折して増幅出射経路２に出射されると同時に、共振経路１内を共振しているレーザ光が区分共振経路１ａからＰ１−２の場合と同様に副増幅経路３に回折され、波長λ１、パルス幅ｔ０の光パルスＰ３−３となる。
Ｐ３−３は増幅用光ファイバ３３、波長変換素子３４を通り、高反射ＦＢＧ３６で反射されて再び波長変換素子３４と増幅用光ファイバ３３を通り、（Ｓ５）がＯＮ状態であることから、波長λ３、パルス幅ｔ０の光パルスとしてシャッタ５０に入射するが、この時点でシャッタ５０が第１切り替え状態であるため、前記光パルスはシャッタ５０で経路外の方向に出射される、あるいはシャッタ５０に吸収され、増幅出射経路２には出射されない。
また、第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様に、最適条件および前述の一定条件を満たすように、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｎ、Ｌ、ｔ４を予め設定しておくことが望ましい。
【００６８】
（Ｓ０）がＯＦＦ状態、（Ｓ１）がＯＮ状態、（Ｓ５）がＯＮ状態、（Ｓ３）がＯＦＦ状態の場合（図５（Ｇ））における本実施形態のパルスファイバレーザ装置の動作は、第１の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様である。
【００６９】
上述の動作により、シャッタ５０が第１切り替え状態であるときには共振経路１と副増幅経路２は接続されない。また、前記一定条件を満たすようにシャッタ５０の第２切り替え状態を保持することにより、増幅用光ファイバ２３，３３で発生したＡＳＥ光が副増幅経路及び共振経路にそれぞれ戻ることはない。これにより、ＭＯ部とＰｒｅＰＡ部との間、及びＰｒｅＰＡ部とＰＡ部との間のアイソレーションを取ることができる。
【００７０】
図７は本発明の第３の実施形態のパルスファイバレーザ装置を示す。このパルスファイバレーザ装置は複数のＰＡ部を有する多段増幅を行うＭＯＰＡ方式で構成されており、区分共振経路１ａ、１ｂを有する共振経路１と、２つの副増幅経路３、４と、増幅出射経路２とを有しており、共振経路１はＭＯ部として、副増幅経路３、４はＰｒｅＰＡ部として、増幅出射経路２はＰＡ部としてそれぞれ機能する。
なお、図７において図５に示したパルスファイバレーザ装置と同一の構成の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】
図７のパルスファイバレーザ装置において、シャッタ５０が第１切り替え状態である場合には、区分共振経路１ａと区分共振経路１ｂとの間で光が透過されるとともに副増幅経路３、４および増幅出射経路２内を伝搬する光はいずれの経路にも出射されない。シャッタ５０が第２切り替え状態である場合には、区分共振経路１ａから入射した光は共振経路１と角度θ１をなす副増幅経路３に出射されるとともに副増幅経路３から入射した光はシャッタ５０を挟んで副増幅経路３の延長線と角度θ４をなす副増幅経路４に出射されて、さらに副増幅経路４から入射した光はシャッタ５０を挟んで副増幅経路４の延長線と角度θ５をなす増幅出射経路２に出射される。副増幅経路の設置数が増えた場合でも、全ての副増幅経路はシャッタ５０に接続されているので、シャッタ５０の第２切り替え状態における動作については前述の動作と同様に考えればよい。
【００７２】
また、このＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置には２つの副増幅経路３、４、が設けられているため、増幅出射経路２からパルス光の１パルスを出射させるためにはシャッタ５０を５回切り替える必要があり、前記５回の切り替えにおける動作は図５のＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置における動作と同様に考えればよい。なお、このＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置で連続的にパルス光を出力する際には、レーザ光の１パルス出射にあたり、前記５回の経路切り替えに、前記５回目の経路切り替え後の第２切り替え状態から第１切り替え状態への経路切り替えを加えて、シャッタ５０での経路切り替えを合計６回行えばよいが、必ずしも６回に限定されない。
図１、図５、図７に示す多段増幅を行うＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置は、ＰｒｅＰＡ部を直列接続する多段増幅の従来のＭＯＰＡ方式パルスファイバレーザ装置に比べて装置の大型化を避けることができる。
【００７３】
上述のようなシャッタ５０の制御方法によれば、シャッタ５０の第１切り替え状態保持中には各経路間は接続されていない。このため、シャッタ５０の第１切り替え状態保持中に増幅用光ファイバ１３、２３、３３、４３で発生したＡＳＥ光は、他の経路に出射されることはなく、共振経路１と、副増幅経路３、４と、増幅出射経路２との間のアイソレーションを取ることができる。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはもちろんである。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【００７５】
なお本発明のパルスファイバレーザ装置は、レーザ加工用の光源に最適であるが、それに限定されないことはもちろんであり、高パワーのパルス光が求められる用途には、すべて適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…共振経路、１ａ，１ｂ…区分共振経路、２´…出射経路、２…増幅出射経路、３，４…副増幅経路、１０，２０，３０，４０…励起光源、１１，１２，３６，４６…反射部としての高反射ＦＢＧ、１３，２３，３３，４３…光増幅器としての増幅用光ファイバ、３４、４４…波長変換素子、２６…アイソレータ、５０…光経路分岐手段としてのシャッタ、５１…ドライバ
【図１】
2013222897.tif 000003
【図２】
2013222897.tif 000004
【図３】
2013222897.tif 000005
【図４】
2013222897.tif 000006
【図５】
2013222897.tif 000007
【図６】
2013222897.tif 000008
【図７】
2013222897.tif 000009