JP6943566B2 - レーザ装置及び波形制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ装置及び波形制御方法に関する。

近年、レーザ装置の大出力化が進み、１パルス当たりのエネルギーが１００Ｊを超え、かつ一定の繰り返し周波数を有する大出力レーザが開発されてきている。大出力レーザの応用技術の一つとして、例えばレーザピーニングと称されるレーザ加工方法がある。レーザピーニングは、パルスレーザを金属などの被加工物の表面に照射することで金属表面にプラズマを生成し、プラズマ圧力によって生じた衝撃波で金属を塑性変形させるものである（例えば特許文献１参照）。

大出力レーザの応用にあたっては、出力されるパルスの強度時間波形に制御することが求められる。例えばレーザピーニングにおいては、パルスの強度時間波形によって被加工物の表面で生じる衝撃波の状態が変化することが考えられる。パルスの強度時間波形を制御する技術として、例えば特許文献２，３及び非特許文献１では、光増幅部による強度時間波形の歪みが相殺されるように、光増幅部に入力される光（種光）の強度時間波形或いは光増幅部の利得特性の制御がなされている。

特開昭５８−２０７３２１号公報 特公平７−９５６０７号公報 特開平７−３３５９６０号公報

S. Banerjee, et al, "100 J-level nanosecond pulsed diode pumpedsolid state laser", Optics Letters, Vol. 41, No.9, May 1, 2016

種光が入力される光増幅部は、波長に対する利得特性を有している。このため、一般には、利得がピークとなる波長を有する種光が光増幅部に入力される。しかしながら、このような手法では、種光の成分のうち、時間的に先に伝搬する成分が高い利得によって大きく増幅されることとなる。光増幅部において高い利得で増幅がなされた後、短時間の間に同等の利得で増幅可能なエネルギーを蓄積させることは困難である。したがって、時間的に後に伝搬する成分は、時間的に先に伝搬する成分に比べて小さい利得しか得られず、光増幅部から出力される増幅光の強度時間波形が種光の強度時間波形に対して大きく歪んでしまうという問題が生じる。特に、光増幅器によって高い増幅度で種光の強度を増幅させる場合には、増幅光の強度時間波形の歪みが顕著なものとなる。上述した特許文献２，３及び非特許文献１の手法では、比較的単純な強度時間波形の制御は可能であるが、高い増幅度で種光を増幅させる場合には、得られる増幅光の強度時間波形の制御が不十分となるおそれがある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、高い増幅度で増幅を行う場合でも所望の強度時間波形を有する増幅光を得ることが可能なレーザ装置、及び波形制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るレーザ装置は、光増幅部への種光を出力する出力部を備えたレーザ装置であって、出力部は、光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光として出力する光源部と、光源部から出力される種光の強度時間波形を制御する種光制御部とを有する。

このレーザ装置では、光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光として出力する。複数の波長の光を含む種光の強度時間波形を制御することにより、種光の成分のうち、光増幅部の利得のピークから外れた波長の光を時間的に先に光増幅部に入力させることができる。また、種光の成分のうち、光増幅部の利得のピーク若しくはピーク近傍の波長の光を時間的に後に光増幅部に入力させることができる。時間的に先に伝搬する成分と時間的に後に伝搬する成分との波長を異ならせることで、時間的に先に伝搬する成分が光増幅部に入力した際に光増幅部の利得が失われてしまう問題が解消されるため、高い増幅度で増幅を行う場合でも所望の強度時間波形を有する増幅光を得ることが可能となる。

また、レーザ装置は、出力部から出力される種光の強度を増幅させる光増幅部を更に備えていてもよい。この場合、種光制御部で任意の形状の強度時間波形に制御した種光を高い増幅度で増幅できる。

また、光源部は、種光に含まれる各波長の光をそれぞれ出力する複数の光源と、複数の光源から出力された光を合波して種光を生成する一又は複数の合波部とによって構成されていてもよい。これにより、簡単な構成で光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光として生成できる。

また、光源は、半導体レーザであり、種光制御部は、半導体レーザの温度を制御する温度制御素子を含んでいてもよい。この場合、種光の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

また、光源は、固体レーザであり、種光制御部は、固体レーザの共振器を構成する出力ミラー含んでいてもよい。この場合、種光の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

また、光源は、ファイバレーザであり、種光制御部は、ファイバレーザの共振器を構成する回折格子を含んでいてもよい。この場合、種光の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

また、光源は、注入同期型Ｑスイッチレーザであり、種光制御部は、注入同期型Ｑスイッチレーザの発振に用いる種レーザの温度を制御する温度制御素子を含んでいてもよい。この場合、種光の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

また、光源部は、種光に含まれる複数の波長の光を出力する単一の光源によって構成されていてもよい。これにより、簡単な構成で光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光として生成できる。

また、光源は、モード同期レーザであり、種光制御部は、モード同期レーザの発振スペクトルの一部を取り出すバンドパスフィルタを含んでいてもよい。この場合、種光の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

また、本発明の一側面に係る波形制御方法は、光増幅部への種光の波形を制御する波形制御方法であって、光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光として出力するステップと、種光の強度時間波形を制御するステップと、を備える。

この波形制御方法では、光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光として出力する。複数の波長の光を含む種光の強度時間波形を制御することにより、種光の成分のうち、光増幅部の利得のピークから外れた波長の光を時間的に先に光増幅部に入力させることができる。また、種光の成分のうち、光増幅部の利得のピーク若しくはピーク近傍の波長の光を時間的に後に光増幅部に入力させることができる。時間的に先に伝搬する成分と時間的に後に伝搬する成分との波長を異ならせることで、時間的に先に伝搬する成分が光増幅部に入力した際に光増幅部の利得が失われてしまう問題が解消されるため、高い増幅度で増幅を行う場合でも所望の強度時間波形を有する増幅光を得ることが可能となる。

本発明によれば、高い増幅度で増幅を行う場合でも所望の強度時間波形を有する増幅光を得ることが可能となる。

レーザ装置の一実施形態を示すブロック図である。 増幅器の利得特性と種光に含まれる光の波長との関係を示す図である。 （ａ）は種光の強度時間波形の一例を示す図であり、（ｂ）は種光を増幅して得られた増幅光の強度時間波形の一例を示す図である。 出力部の構成の一例を示す図である。 光源の構成の一例を示す図である。 光増幅部の構成の一例を示す図である。 図１に示したレーザ装置の動作を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、波形制御の比較例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、波形制御の実施例を示す図である。 光源の構成の変形例を示す図である。 光源の構成の別の変形例を示す図である。 光源の構成の更に別の変形例を示す図である。 光源の構成の更に別の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係るレーザ装置及び波形制御方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
［レーザ装置の概略及び全体構成］

図１は、レーザ装置の一実施形態を示すブロック図である。同図に示すように、レーザ装置１は、出力部１１と、光増幅部１２と、種光制御部１３とを備えて構成されている。このレーザ装置１は、出力部１１から出力する種光Ｌ１を光増幅部１２で増幅して増幅光Ｌ２を出力する大出力レーザ装置である。レーザ装置１は、例えばレーザピーニングといったレーザ加工技術に用いられる。レーザ装置１は、例えば１パルス当たりのエネルギーが１ｎＪに満たない種光Ｌ１を１００Ｊ以上に増幅し、かつ０．１Ｈｚ程度の繰り返し周波数をもって出力することが可能となっている。

このレーザ装置１では、光増幅部１２に入力される種光Ｌ１の強度時間波形に対する増幅光Ｌ２の強度時間波形の歪みの抑制のため、種光Ｌ１の強度時間波形の制御が実行される。より具体的には、レーザ装置１では、図２に示すように、光増幅部１２の利得範囲内となる複数の波長を含む光によって種光Ｌ１が生成される。図２に示す例では、光増幅部１２の利得のピークに近い波長から順に、λ_１，λ_２，λ_３，λ_４の４つの波長の光が種光Ｌ１の生成に用いられている。

図３（ａ）は、種光の強度時間波形の一例を示す図である。同図の例では、種光Ｌ１の強度時間波形は、全体として矩形状をなし、時間的に先に伝搬する成分の強度が時間的に後に伝搬する成分の強度よりも低くなっている。また、種光Ｌ１の強度時間波形は、種光Ｌ１に含まれる４つの波長の光によって時間的に４つに区分されている。ここでは、時間的に先に伝搬する成分が光増幅部１２の利得のピークから遠い波長の光によってλ_４，λ_３の順に構成され、時間的に後に伝搬する成分が光増幅部１２の利得のピークに近い波長の光によってλ_２，λ_１の順に構成されている。

図３（ｂ）は、種光を増幅して得られた増幅光の強度時間波形の一例を示す図である。図３（ａ）に示した種光Ｌ１を光増幅部１２に入力する場合、種光Ｌ１の成分のうち、光増幅部１２の利得のピークから外れた波長λ_４，λ_３の光が時間的に先に光増幅部１２に入力され、光増幅部１２の利得のピーク若しくはピーク近傍の波長λ_２，λ_１の光が時間的に後に光増幅部１２に入力されることとなる。このように、時間的に先に伝搬する成分と時間的に後に伝搬する成分との波長を異ならせることで、時間的に先に伝搬する成分が光増幅部１２に入力した際に光増幅部１２の利得が失われてしまう問題が解消される。光増幅部１２による増幅度に応じて種光Ｌ１に含まれる個々の波長成分の強度、時間幅、タイミング等を独立して制御することにより、図３（ｂ）に示す例のように、増幅光Ｌ２の強度時間波形に歪みが生じることを大幅に低減でき、高い増幅度で増幅を行う場合でも所望の強度時間波形を有する増幅光Ｌ２を得ることが可能となる。

以下、上述した波形制御を実行するレーザ装置１の各構成要件について詳細に説明する。

図１に示すように、出力部１１は、光増幅部１２の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光Ｌ１として出力する部分であり、光源部１４を有している。光源部１４は、図４に示すように、種光Ｌ１に含まれる各波長の光をそれぞれ出力する複数（ここでは４体）の光源２１と、一又は複数のカプラ（合波部）２２によって構成されている。カプラ２２は、例えば１：１カプラである。

光源２１は、図５に示すように、例えば分布帰還型の半導体レーザ２３である。光源２１のそれぞれから出力される光の強度及びタイミングは、種光制御部１３からの制御信号に基づいて制御される。また、光源２１のそれぞれから出力される光の波長の制御に関し、各光源２１には、ペルチェ素子（温度制御素子）２４が取り付けられている。ペルチェ素子２４は、光源部１４から出力される種光Ｌ１の強度時間波形を制御する種光制御部１３の一部を構成する。ペルチェ素子２４の動作は、種光制御部１３からの制御信号に基づいて制御される。

光源２１として半導体レーザ２３を用いる場合、半導体レーザ２３から出力する光の波長は、温度依存性を有する。したがって、ペルチェ素子２４によって半導体レーザ２３の温度を制御することにより、半導体レーザ２３から出力する光の波長を制御することができる。室温（２５℃）での半導体レーザ２３からの出力波長は、約１０６４．９ｎｍであり、温度変化１℃当たりの波長変化量は、約０．１５ｎｍである。ペルチェ素子２４によって温度制御された各光源２１からの光をカプラ２２によって合波することにより、光増幅部１２の利得範囲内となる複数の波長を含む光が出力部１１から出力される。

光増幅部１２は、出力部１１から出力される種光Ｌ１の強度を増幅させる部分であり、一段又は多段の光増幅器を備えて構成されている。本実施形態では、図６に示すように、光増幅部１２は、光ファイバ増幅器３１と、固体増幅器３２と、光ファイバの励起用光源（不図示）とを有している。光ファイバ増幅器３１は、例えば光ファイバのコアの少なくとも一部にＹｂ（イッテルビウム）などの希土類元素を利得媒質として添加したものである。光ファイバ増幅器３１の前後には、アイソレータ３３が光学的に接続されている。また、後段のアイソレータ３３の後段には、固体増幅器３２の利得特性に応じた透過帯域を有するバンドパスフィルタ３４が光学的に接続されている。バンドパスフィルタ３４を通過した光は、コネクタ３５から出射し、コリメータレンズ３６によって平行光化されて固体増幅器３２側に入射する。

固体増幅器３２は、例えばＮｄなどの希土類元素を添加したガラス、或いはＮｄなどの希土類元素を添加したＹＡＧを利得媒質として有するものである。固体増幅器３２の前後には、光ファイバ増幅器３１と同様に、アイソレータ３７が光学的に接続されている。また、固体増幅器３２の前後には、当該固体増幅器３２による多重回増幅を実施するためのループ光学系３８が設けられている。ループ光学系３８は、例えば一対の偏光ビームスプリッタ３９，３９、一対のミラー４０，４０、電気光学変調器４１、及びλ／２波長板４２を含んで構成されている。光ファイバ増幅器３１から固体増幅器３２に入射した光は、固体増幅器３２及びループ光学系３８の協働によって多重回増幅され、増幅光Ｌ２となってレーザ装置１から外部に出力する。

増幅光Ｌ２の一部は、図１に示すように、増幅光Ｌ２の強度時間波形のモニタリングのため、ミラー１６によって光検出部１７に導光される。光検出部１７としては、例えばフォトダイオード、バイプラナ光電管などが用いられる。光検出部１７は、増幅光Ｌ２の一部を検出し、検出結果情報を種光制御部１３に出力する。

種光制御部１３は、光源部１４から出力される種光Ｌ１の強度時間波形を制御する部分である。種光制御部１３は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部、ディスプレイ等の表示部を備えて構成されたコンピュータである。かかるコンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。コンピュータは、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、種光Ｌ１の強度時間波形を制御する機能を実行する。

より具体的には、種光制御部１３は、増幅光Ｌ２の強度時間波形の目標設定の入力を受け付け、入力された目標設定（以下、設定される波形を「目標波形」と称す）に基づいて種光Ｌ１の強度時間波形及び波長区分を設定する（図３（ａ）参照）。また、種光制御部１３は、光検出部１７から出力される検出結果情報を受け取り、検出結果情報に基づいて、増幅光Ｌ２の強度時間波形が目標の強度時間波形に近づくように光源部１４に制御信号を出力し、各光源２１のそれぞれから出力される光の強度、タイミング、及び波長を制御する。
［レーザ装置の動作］

次に、レーザ装置１の動作について説明する。図７は、レーザ装置の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、レーザ装置１では、まず、増幅光Ｌ２の強度時間波形の目標設定がなされる（ステップＳ０１）。次に、増幅光Ｌ２の目標波形に基づいて、種光Ｌ１の強度時間波形及び波長区分を設定する（ステップＳ０２）。種光Ｌ１の強度時間波形は、例えば増幅光Ｌ２の目標波形の相似形となるように設定される。また、種光Ｌ１の波長区分は任意に設定可能であるが、一例として、設定された種光Ｌ１の強度時間波形の変曲点に基づいて、光増幅部１２の利得のピークから遠い波長ほど時間的に先となるように設定される。なお、図３（ａ）に示した例では、種光Ｌ１の波長区分同士が互いに重複していないが、各波長区分同士を一部重複させるようにしてもよい。

種光Ｌ１の設定の後、出力部１１から種光Ｌ１が出力されると共に、光増幅部１２から出力された増幅光Ｌ２の一部が光検出部１７によって検出される（ステップＳ０３）。初期状態では、種光Ｌ１を構成する各光源２１の光の波長をいずれも光増幅部１２の利得のピークに一致させておいてもよい。次に、検出された増幅光Ｌ２の強度時間波形が目標設定を満足しているか否かが判断される（ステップＳ０４）。当該判断は、例えば種光制御部１３において、増幅光Ｌ２の目標波形とモニタ中の強度時間波形とをそれぞれ規格化し、これらの間の誤差の閾値に基づいて実行される。

ステップＳ０４において、検出された増幅光Ｌ２の強度時間波形が目標設定を満足していないと判断された場合、種光Ｌ１の強度時間波形が制御される（ステップＳ０５）。すなわち、増幅光Ｌ２の強度時間波形が目標の強度時間波形に近づくように光源部１４に制御信号が出力され、各光源２１のそれぞれから出力される光の強度、タイミング、及び波長が制御される。ステップＳ０４において、検出された増幅光Ｌ２の強度時間波形が目標設定を満足していると判断された場合、波形制御処理が終了する。
［波形制御の具体例］

続いて、種光Ｌ１の波形制御の具体例について説明する。図８は、波形制御の比較例を示す図である。比較例では、光源２１として単体の半導体レーザ２３を用い、光増幅部１２の利得のピークが１０６４．２ｎｍであるのに対し、発振波長λ_Ａが１０６４．２ｎｍとなるように、ペルチェ素子２４による半導体レーザ２３の温度制御を行った。すなわち、比較例では、λ_Ａの単一波長によって種光Ｌ１を生成した。種光Ｌ１の１パルス当たりのエネルギーは、２．８ｎＪとした。種光Ｌ１の強度時間波形は、図８（ａ）に示すとおりであり、時間的に先に伝搬する成分が強度の比較的低い矩形状をなし、時間的に後に伝搬する成分が比較的強度の高いガウシアン形状をなしている。

図８（ｂ）は、比較例の種光Ｌ１を光増幅部１２で増幅した増幅光Ｌ２の強度時間波形を示す図である。増幅度は、約５．８×１０^８であり、増幅光Ｌ２の１パルス当たりのエネルギーは、約１．６Ｊとなった。一方、比較例では、単一の波長λ_Ａで種光Ｌ１を生成しているため、時間的に先に伝搬する成分が高い利得によって大きく増幅され、時間的に後に伝搬する成分が時間的に先に伝搬する成分に比べて小さい利得しか得られないという問題が生じた。このため、種光Ｌ１の強度時間波形では矩形状をなしていた部分が、増幅光Ｌ２の強度時間波形では急峻なピークを描くように大きく歪んでしまった結果となった。

図９は、波形制御の実施例を示す図である。実施例では、光源２１として２体の半導体レーザ２３を用い、光増幅部１２の利得のピークが１０６４．２ｎｍであるのに対し、一方の発振波長λ_Ｂが１０６４．５ｎｍ、他方の発振波長λ_Ｃが１０６３．９ｎｍとなるように、ペルチェ素子２４による半導体レーザ２３の温度制御を行った。種光Ｌ１の１パルス当たりのエネルギーは、比較例と同様に、２．８ｎＪとした。種光Ｌ１の強度時間波形は、図９（ａ）に示すように、比較例と同様の形状をなしているが、時間的に先に伝搬する矩形状の部分が波長λ_Ｂの光で生成され、時間的に後に伝搬するガウシアン形状の部分が波長λ_Ｃの光で生成されている点で比較例と異なっている。

図９（ｂ）は、実施例の種光Ｌ１を光増幅部１２で増幅した増幅光Ｌ２の強度時間波形を示す図である。増幅度は、約５．０×１０^８であり、増幅光Ｌ２の１パルス当たりのエネルギーは、約１．４Ｊとなった。実施例では、光増幅部１２の利得のピークから外れた波長λ_Ｂの光が時間的に先に光増幅部１２に入力され、波長λ_Ｂとは異なる波長λ_Ｃの光が時間的に後に光増幅部１２に入力する。このように、時間的に先に伝搬する成分と時間的に後に伝搬する成分との波長を異ならせることで、時間的に先に伝搬する成分が光増幅部１２に入力した際に光増幅部１２の利得が失われてしまう問題が解消される。これにより、増幅光Ｌ２の強度時間波形の歪みが比較例に比べて大きく改善され、種光Ｌ１の強度時間波形と略同等の形状の強度時間波形を有する増幅光Ｌ２が得られた。

以上のように、レーザ装置１では、光増幅部１２の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光Ｌ１として出力し、当該種光Ｌ１の強度時間波形を制御する。これにより、高い増幅度で増幅を行う場合でも所望の強度時間波形を有する増幅光Ｌ２を得ることが可能となる。本実施形態では、レーザ装置１が出力部１１から出力される種光Ｌ１の強度を増幅させる光増幅部１２を備えている。これにより、種光制御部１３で任意の形状の強度時間波形に制御した種光を光増幅部１２によって高い増幅度で増幅できる。

また、本実施形態では、種光Ｌ１に含まれる各波長の光をそれぞれ出力する複数の光源２１と、複数の光源２１から出力された光を合波して種光Ｌ１を生成する一又は複数のカプラ２２とによって光源部１４が構成されている。これにより、簡単な構成で光増幅部１２の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光Ｌ１として生成できる。さらに、本実施形態では、光源２１は、半導体レーザ２３であり、種光制御部１３は、半導体レーザ２３の温度を制御するペルチェ素子２４を含んでいる。これにより、種光Ｌ１の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。
［変形例］

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、光ファイバ増幅器３１と固体増幅器３２とを組み合わせて光増幅部１２を構成しているが、複数の固体増幅器３２を組み合わせて光増幅部１２を構成してもよい。また、上記実施形態では、光源部を構成する複数の光源２１として半導体レーザ２３を例示したが、光源２１は、これに限られるものではない。

光源２１は、例えば図１０に示すように、利得媒質５２を共振器ミラー５３，５３で挟んだ共振器５４を有する固体レーザ５１であってもよい（励起用光源は不図示）。この場合、レーザ光の出力側となる共振器ミラー５３は、種光制御部１３の一部を構成する。この出力側の共振器ミラー５３の透過率の波長依存性を光源２１ごとに異ならせることにより、光増幅部１２の利得範囲内で互いに異なる波長のレーザ光を各光源２１から出力させることができる。固体レーザ５１の後段には、電気光学変調器或いは音響光学変調器といった変調器が配置され、出力したレーザ光がパルス化される。

また、光源２１は、例えば図１１に示すように、共振器６３を構成する一対の回折格子６２，６２を有するファイバレーザ６１であってもよい（励起用光源は不図示）。この場合、レーザ光の出力側となる回折格子６２は、種光制御部１３の一部を構成する。この出力側の回折格子６２の透過率の波長依存性を光源２１ごとに異ならせることにより、光増幅部１２の利得範囲内で互いに異なる波長のレーザ光を各光源２１から出力させることができる。ファイバレーザ６１の後段には、電気光学変調器或いは音響光学変調器といった変調器６４が配置され、出力したレーザ光がパルス化される。

また、光源２１は、例えば図１２に示すように、注入同期型Ｑスイッチレーザ７１であってもよい（励起用光源は不図示）。注入同期型Ｑスイッチレーザ７１は、例えば利得媒質７２、電気光学素子７３、及び偏光子７４を共振器ミラー７５，７５で挟んだ共振器７６を有している。また、共振器７６の外部には、注入同期型Ｑスイッチレーザ７１の発振に用いる種レーザ７７が配置されている。種レーザ７７から出力された光は、アイソレータ７８を経てミラー７９で反射し、偏光子７４を介して共振器７６内に導光される。

種レーザ７７は、例えばペルチェ素子８０といった温度制御素子によって温度制御が可能な半導体レーザである。この場合、ペルチェ素子８０は、種光制御部１３の一部を構成する。ペルチェ素子８０によって種レーザ７７の温度を制御することにより、種レーザ７７から出力する光の波長を制御することができる。注入同期型Ｑスイッチレーザ７１から出力する光の波長は、種レーザ７７の波長に応じて変化するため、種レーザ７７の温度を制御することで、光増幅部１２の利得範囲内で互いに異なる波長のレーザ光を各光源２１から出力させることができる。以上のような各変形例においても、種光Ｌ１の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

上記実施形態では、光源部１４を複数の光源２１とカプラ２２とによって構成しているが、カプラ２２を省き、種光Ｌ１に含まれる複数の波長の光を出力する単一の光源２１によって光源部１４を構成してもよい。この場合、光源２１として、例えば図１３に示すように、モード同期レーザ８１を用いることができる。モード同期レーザ８１の後段側には、種光制御部１３の一部を構成する素子として、互いに帯域の異なる複数のバンドパスフィルタ８２が配置されている。各バンドパスフィルタ８２によってモード同期レーザ８１から出力される光に含まれるスペクトルの一部をそれぞれ取り出すことで、光増幅部１２の利得範囲内で互いに異なる波長のレーザ光を各光源２１から出力させることができる。

なお、この構成を採用する場合には、例えば各バンドパスフィルタ８２から出力する光に互いに異なる光路差を付与することで、波長の異なる光のタイミングを制御することが可能となる。光路差は、例えばバンドパスフィルタ８２を含む光学系に長さの異なる光ファイバを用いることによって形成してもよく、コーナキューブ等を用いた遅延回路によって形成してもよい。かかる変形例においても、簡単な構成で光増幅部１２の利得範囲内となる複数の波長を含む光を種光Ｌ１として生成できる。また、種光Ｌ１の強度時間波形の制御を精度良く実施できる。

１…レーザ装置、１１…出力部、１２…光増幅部、１３…種光制御部、１４…光源部、２１…光源、２２…カプラ（合波部）、２３…半導体レーザ、２４…ペルチェ素子（温度制御素子）、５１…固体レーザ、５３…共振器ミラー（出力ミラー）、５４…共振器、６１…ファイバレーザ、６２…回折格子、６３…共振器、７１…注入同期型Ｑスイッチレーザ、７７…種レーザ、８０…ペルチェ素子（温度制御素子）、８１…モード同期レーザ、８２…バンドパスフィルタ、Ｌ１…種光。

Claims (10)

1. 光増幅部への種光を出力する出力部を備えたレーザ装置であって、
   前記出力部は、前記光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を前記種光として出力する光源部と、前記光源部から出力される前記種光の強度時間波形を制御する種光制御部とを有し、
   前記光源部は、前記光増幅部の利得のピークから遠い波長の光によって時間的に先に伝搬する成分が構成され、且つ前記光増幅部の利得のピークに近い波長の光によって時間的に後に伝搬する成分が構成される光を前記種光として出力する、レーザ装置。
2. 前記出力部から出力される前記種光の強度を増幅させる前記光増幅部を更に備える、請求項１記載のレーザ装置。
3. 前記光源部は、前記種光に含まれる各波長の光をそれぞれ出力する複数の光源と、前記複数の光源から出力された光を合波して前記種光を生成する一又は複数の合波部とによって構成されている、請求項１又は２記載のレーザ装置。
4. 前記光源は、半導体レーザであり、
   前記種光制御部は、前記半導体レーザの温度を制御する温度制御素子を含む、請求項３記載のレーザ装置。
5. 前記光源は、固体レーザであり、
   前記種光制御部は、前記固体レーザの共振器を構成する出力ミラーを含む、請求項３記載のレーザ装置。
6. 前記光源は、ファイバレーザであり、
   前記種光制御部は、前記ファイバレーザの共振器を構成する回折格子を含む、請求項３記載のレーザ装置。
7. 前記光源は、注入同期型Ｑスイッチレーザであり、
   前記種光制御部は、前記注入同期型Ｑスイッチレーザの発振に用いる種レーザの温度を制御する温度制御素子を含む、請求項３記載のレーザ装置。
8. 前記光源部は、前記種光に含まれる複数の波長の光を出力する単一の光源によって構成されている、請求項１又は２記載のレーザ装置。
9. 前記光源は、モード同期レーザであり、
   前記種光制御部は、前記モード同期レーザの発振スペクトルの一部を取り出すバンドパスフィルタを含む、請求項８記載のレーザ装置。
10. 光増幅部への種光の波形を制御する波形制御方法であって、
    前記光増幅部の利得範囲内となる複数の波長を含む光を前記種光として出力する出力ステップと、
    前記種光の強度時間波形を制御する制御ステップと、を備え、
    前記出力ステップでは、前記光増幅部の利得のピークから遠い波長の光によって時間的に先に伝搬する成分が構成され、且つ前記光増幅部の利得のピークに近い波長の光によって時間的に後に伝搬する成分が構成される光を前記種光として出力する、波形制御方法。

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