JP7364840B2

JP7364840B2 - 波長可変レーザー装置

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Publication number: JP7364840B2
Application number: JP2019159646A
Authority: JP
Inventors: 達俊塩田; 匡則西浦
Original assignee: SEVENSIX CO., LTD.; Saitama University NUC
Current assignee: SEVENSIX CO., LTD.; Saitama University NUC
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: JP2021040007A

Description

本発明は、波長可変レーザー装置およびレーザー出力装置に関する。

従来、光ファイバー等を用いたレーザー発振器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１特開２００２－１１８３１５号公報

レーザー発振器等のレーザー装置においては、レーザーの波長が可変であることが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置を提供する。波長可変レーザー装置は、通過するレーザー光を増幅する増幅部を備えてよい。波長可変レーザー装置は、通過するレーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部を備えてよい。レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、フィルタ部は、通過帯域の設定を、現在の通過帯域である現通過帯域から、レーザー光の目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させてよい。

それぞれのステップにおいてフィルタ部に設定される通過帯域は、一つ前のステップにおいてフィルタ部に設定される通過帯域と、一部の帯域が重複してよい。

それぞれのステップにおいてフィルタ部に設定される通過帯域は、一つ前のステップにおいてフィルタ部に入力されているレーザー光の波長帯域に含まれてよい。

それぞれのステップの時間間隔は、フィルタ部を通過したレーザー光がフィルタ部に再度入力される周期以上であってよい。

フィルタ部は、複数の通過帯域が同時に設定可能であってよい。フィルタ部は、レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、現通過帯域を維持したまま、新たな通過帯域を、現通過帯域から目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させてよい。

レーザー光の波長を第１波長から、第１波長よりも長いもしくは短い第２波長に変更する場合に、フィルタ部は、通過帯域の設定を現通過帯域から目標通過帯域まで少なくとも２回のステップに分けて変化させてよい。第２波長のレーザー光を生成している状態で、第２波長より短い第３波長のレーザー光を生成する場合に、フィルタ部は、第２波長に対応する通過帯域を維持したまま、第３波長に対応する新たな通過帯域を設定してよい。

フィルタ部は、通過帯域を現通過帯域から目標通過帯域まで変更する間の通過帯域の幅を、レーザー光の波長が目標波長となった後の通過帯域の幅よりも広くしてよい。

波長可変レーザー装置は、増幅部およびフィルタ部が配置された第１ループを備えてよい。波長可変レーザー装置は、非線形増幅ループミラーとして機能する第２ループを備えてよい。波長可変レーザー装置は、第１ループおよび第２ループを接続する光カプラーを備えてよい。

フィルタ部は、光カプラーから増幅部にレーザー光が進む経路に配置されていてよい。

本発明の第２の態様においては、レーザー出力装置を提供する。レーザー出力装置は、第１の態様に係る波長可変レーザー装置と、波長可変レーザー装置が出力するレーザー光を増幅する増幅装置とを備える。

増幅装置は、増幅する波長が異なる複数の増幅器を有してよい。レーザー出力装置は、波長可変レーザー装置が出力するレーザー光を、複数の増幅器のいずれかに入力する選択部を有してよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る波長可変レーザー装置１００の構成例を示す図である。波長可変レーザー装置１００の他の構成例を示す図である。光伝送部１０１の構成例を示す図である。光伝送部１０１の他の構成例を示す図である。光伝送部１０１および可飽和吸収部１０２の他の構成例を示す図である。光伝送部１０１を伝送するレーザー光のスペクトル波形の一例を模式的に示す図である。フィルタ部１０における通過帯域の設定方法を説明する図である。ステップｎと、次のステップｎ＋１における各波長帯域を拡大した図である。フィルタ部１０における通過帯域の設定の他の例を示す図である。フィルタ部１０における通過帯域の設定の他の例を示す図である。レーザー出力装置２００の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る波長可変レーザー装置１００の構成例を示す図である。波長可変レーザー装置１００は、生成するレーザー光の波長が可変な装置である。波長可変レーザー装置１００は、フィルタ部１０および増幅部２０を備える。

フィルタ部１０および増幅部２０の間において、光ファイバー等によりレーザー光が伝搬する。フィルタ部１０および増幅部２０は、レーザー光が周回するループ中に配置されていてよく、レーザー光が往復する経路中に配置されていてもよい。

増幅部２０は、通過するレーザー光の強度を増幅する。増幅部２０は、例えば不純物が添加された光ファイバーを有してよい。当該不純物は例えばイッテルビウム（Ｙｂ）であるが、これに限定されない。また光ファイバーの材料は、例えば石英ガラスであるが、これに限定されない。

フィルタ部１０は、通過するレーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させ、通過帯域以外の波長成分を減衰させるバンドパスフィルタである。フィルタ部１０における通過帯域は、中心波長が可変である。フィルタ部１０における通過帯域は、帯域幅も可変であってよい。フィルタ部１０は、例えばファイバブラッググレーティング構造を有するが、これに限定されない。波長可変レーザー装置１００は、フィルタ部１０の通過帯域の中心波長を変更することで、レーザー光の波長を変更する。

図２は、波長可変レーザー装置１００の他の構成例を示す図である。本例の波長可変レーザー装置１００は、光伝送部１０１と、可飽和吸収部１０２とを備える。光伝送部１０１は、図１に示したフィルタ部１０および増幅部２０を備え、レーザー光を生成する。

可飽和吸収部１０２は、光伝送部１０１を伝送するレーザー光の波長成分のうち、比較的に強度の低い時間成分を構成する波長を吸収する。可飽和吸収部１０２は、比較的に強度の高い時間成分を構成する波長は、吸収せずに光伝送部１０１を伝搬させる。強度の高い時間成分とは、スペクトル波形の中心近傍である。つまり可飽和吸収部１０２は、レーザー光のパルスを、時間軸において狭帯域化する。可飽和吸収部１０２を設けることで、光伝送部１０１を伝送するレーザー光を短パルス化できる。

図３は、光伝送部１０１の構成例を示す図である。本例の光伝送部１０１は、レーザー入力部３０、増幅部２０、レーザー出力部４０、フィルタ部１０および光ファイバー５０を有する。光伝送部１０１の各構成要素は、光ファイバー５０により接続されている。本例の光伝送部１０１においては、レーザー光が光伝送部１０１中を往復する。また、光伝送部１０１は、各構成要素が光ファイバーにより形成された、全ファイバー装置であってよい。本例の光伝送部１０１は、光ファイバー５０により可飽和吸収部１０２と接続されており、光伝送部１０１と可飽和吸収部１０２との間でレーザー光が往復する。本例では可飽和吸収部１０２として、半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）を用いている。

レーザー入力部３０には、励起レーザー光が入力される。レーザー入力部３０は、光伝送部１０１を伝送しているレーザー光と、励起レーザー光とを結合して、光ファイバー５０を伝送させる。レーザー入力部３０は、例えばＷＤＭ（波長分割多重）カプラーである。

本例の増幅部２０は、レーザー入力部３０と、レーザー出力部４０との間に設けられている。増幅部２０は、励起レーザー光により、光伝送部１０１を伝送しているレーザー光の強度を増幅する。増幅部２０の配置は、図３の例に限定されない。

本例のレーザー出力部４０は、増幅部２０と、フィルタ部１０との間に配置されている。レーザー出力部４０は、光伝送部１０１を伝送しているレーザー光のうち、予め定められた割合を出力する。例えばレーザー出力部４０は、通過するレーザー光の１０％から２０％程度を、出力レーザー光として外部に出力する。残りのレーザー光は、光伝送部１０１を伝送する。レーザー出力部４０は、例えばＯＣ（出力カプラー）である。

フィルタ部１０は、光伝送部１０１を伝送するレーザー光のうち、設定される通過帯域の波長成分を通過させ、通過帯域外の波長成分は減衰させる。本例のフィルタ部１０は、レーザー出力部４０を通過したレーザー光を受け取り、フィルタ処理されたレーザー光をレーザー出力部４０に入力する。

可飽和吸収部１０２は、レーザー入力部３０を通過したレーザー光を受け取り、所定の強度以下のパルスの時間成分を構成する波長成分を吸収する。可飽和吸収部１０２は、受光したレーザー光のうち、所定の強度より高い波長成分をレーザー入力部３０に入力する。

本例の波長可変レーザー装置１００は、可飽和吸収部１０２と、フィルタ部１０との間でレーザー光が往復する。フィルタ部１０における通過帯域を変更することで、出力レーザー光の波長を変更できる。

図４は、光伝送部１０１の他の構成例を示す図である。本例の光伝送部１０１は、図３に示した光伝送部１０１と同様に、レーザー入力部３０、増幅部２０、レーザー出力部４０、フィルタ部１０および光ファイバー５０を有してよい。レーザー入力部３０、増幅部２０、レーザー出力部４０、フィルタ部１０および光ファイバー５０は、図３の例と同様である。

本例の光伝送部１０１は、光アイソレーター６０および結合部７０を更に有する。光伝送部１０１の各構成要素は、光ファイバー５０により接続されている。本例の光伝送部１０１においては、各構成要素が光ファイバー５０によりループ状に接続されており、レーザー光が光伝送部１０１中を周回する。光伝送部１０１は、各構成要素が光ファイバーにより形成された、全ファイバー装置であってよい。本例の光伝送部１０１は、結合部７０により可飽和吸収部１０２と接続されており、結合部７０と可飽和吸収部１０２との間でレーザー光が往復する。

本例の光伝送部１０１では、レーザー入力部３０、増幅部２０、光アイソレーター６０、レーザー出力部４０、結合部７０およびフィルタ部１０が、この順番でループ状に配置されている。ただし、各構成の配置は、これに限定されない。

光アイソレーター６０は、光伝送部１０１におけるレーザー光の周回方向を規定する。本例の光アイソレーター６０は、増幅部２０からレーザー出力部４０に向かう方向のレーザー光を通過させ、レーザー出力部４０から増幅部２０に向かう方向のレーザー光を遮断する。

結合部７０は、光伝送部１０１の光ファイバー５０と、可飽和吸収部１０２とを結合する。結合部７０は、光伝送部１０１を周回するレーザー光を、可飽和吸収部１０２に伝搬させる。可飽和吸収部１０２により一部の波長成分が吸収されたレーザー光は、結合部７０を介して光伝送部１０１に戻る。結合部７０は、例えば光サーキュレーターである。

本例のフィルタ部１０は、結合部７０から増幅部２０に向かってレーザー光が進む経路に配置されている。本例においても、フィルタ部１０における通過帯域を変更することで、出力レーザー光の波長を変更できる。

図５は、光伝送部１０１および可飽和吸収部１０２の他の構成例を示す図である。本例の光伝送部１０１は、図４に示した光伝送部１０１と同様に、レーザー入力部３０、増幅部２０、レーザー出力部４０、フィルタ部１０、光アイソレーター６０および結合部７０を有する。レーザー入力部３０、増幅部２０、レーザー出力部４０、フィルタ部１０、光ファイバー５０および光アイソレーター６０は、図４の例と同様である。

光伝送部１０１の各構成要素は、光ファイバー５０により接続されている。本例の光伝送部１０１においては、各構成要素が光ファイバー５０によりループ状に接続されており、レーザー光が光伝送部１０１中を周回する。光伝送部１０１は、各構成要素が光ファイバーにより形成された、全ファイバー装置であってよい。

本例においては、光伝送部１０１が増幅部２０およびフィルタ部１０等が配置された第１ループを有し、可飽和吸収部１０２が、非線形増幅ループミラー（ＮｏｎｌｉｎｅａｒＡｍｐｌｉｆｙｉｎｇＬｏｏｐＭｉｒｒｏｒ：ＮＡＬＭ）として機能する第２ループを有する。結合部７０は、第１ループと第２ループとを結合する光カプラーである。

結合部７０は、ＮＡＬＭのループに入力されるレーザー光を、ループを時計回りに伝搬する成分と、ループを反時計回りに伝搬する成分とに分離する。本例の結合部７０は、光アイソレーター６０と、レーザー出力部４０との間に配置されているが、結合部７０の配置はこれに限定されない。

ＮＡＬＭは、時計回りに伝搬する成分と、反時計回りに伝搬する成分とに対して、強度差に応じて位相差を生じさせる。結合部７０においては、２つの成分の位相差に応じた透過特性で、ＮＡＬＭから光伝送部１０１にレーザー光を伝搬する。このため、ＮＡＬＭは、比較的に低強度の時間成分については減衰させ、比較的に高強度の時間成分については光伝送部１０１に伝搬させる可飽和吸収部１０２として機能する。

本例の可飽和吸収部１０２は、増幅部１０３、光ファイバー１０６、レーザー入力部１０４を有する。可飽和吸収部１０２の各構成要素は、光ファイバー１０６によりループ状に接続されている。レーザー入力部１０４は、励起レーザー光と、可飽和吸収部１０２を反時計回りに伝送しているレーザー光とを結合する。

増幅部１０３は、結合部７０からレーザー入力部１０４に時計回りで向かう経路に配置され、レーザー光を増幅する。増幅部１０３は、例えばＹｂがドープされた光ファイバーである。

本例においても、フィルタ部１０における通過帯域を変更することで、出力レーザー光の波長を変更できる。なお、図３から図５において説明した光伝送部１０１および可飽和吸収部１０２の構成は一例であり、光伝送部１０１および可飽和吸収部１０２は多様な構造を取ることができる。例えば光伝送部１０１は、一部の経路が光ファイバーでなく、空間であってもよい。

図６は、光伝送部１０１を伝送するレーザー光のスペクトル波形の一例を模式的に示す図である。図６においては、横軸を波長とし、縦軸を強度としている。図６では、一例として図５のレーザー出力部４０に入力されるレーザー光をレーザー光Ａ、レーザー出力部４０からフィルタ部１０に入力されるレーザー光をレーザー光Ｂ、フィルタ部１０が出力するレーザー光をレーザー光Ｃとする。

本例では、フィルタ部１０に設定されている通過帯域の中心波長をλ１とする。図６では、フィルタ部１０の通過帯域を破線で示している。本例では、レーザー光Ａ、レーザー光Ｂ、レーザー光Ｃの波長帯域の中心波長がλ１の状態で、安定して発振している。なお、レーザー光の中心波長は、当該レーザー光の強度がピークＰｍａｘとなる波長であってよい。また、レーザー光の波長帯域とは、中心波長を含み、且つ、レーザー光の強度が所定の閾値強度Ｐｔｈ以上となる波長範囲である。閾値強度Ｐｔｈは、予め設定された値であってよく、いずれかのレーザー光のピーク強度を用いて定められていてもよい。図６の例では、閾値強度Ｐｔｈは、レーザー光Ｃのピーク強度Ｐｍａｘを用いて規定されている。閾値強度Ｐｔｈは、ピーク強度Ｐｍａｘの半分以上の値であってよく、３０％以上の値であってよく、２０％以上の値であってよく、１０％以上の値であってもよい。図６の例では、レーザー光Ａ、レーザー光Ｂおよびレーザー光Ｃの波長帯域を、ＷＡ、ＷＢ、ＷＣとする。

レーザー出力部４０により、レーザー光Ａの一部が外部に出力されるので、光伝送部１０１に残存したレーザー光Ｂの強度は、レーザー光Ａの強度よりも低くなっている。また、波長帯域ＷＢは、波長帯域ＷＡよりも狭くなっている。

フィルタ部１０は、レーザー光Ｂのうち、中心波長λ１を含む通過帯域の波長成分を通過させる。フィルタ部１０が通過させたレーザー光Ｃの波長帯域ＷＣは、レーザー光Ｂの波長帯域ＷＢよりも狭くなっている。増幅部２０等によりレーザー光の帯域が増加して、レーザー光Ａとしてレーザー出力部４０に入力される。

ここで、レーザー光Ａの中心波長をλ１からλ２に変更する。この場合、フィルタ部１０の通過帯域の中心波長をλ２に変更する。しかし、フィルタ部１０の通過帯域の中心波長がλ１の場合、図６に示すように、レーザー光Ａおよびレーザー光Ｂは、波長λ２の成分をほとんど有さない場合がある。この場合、フィルタ部１０の通過帯域の中心波長をλ１からλ２に変更すると、フィルタ部１０が出力するレーザー光の強度が非常に低くなってしまう。このため、中心波長がλ２のレーザー光Ａ'を生成できない場合がある。

図７は、フィルタ部１０における通過帯域の設定方法を説明する図である。本例においては、レーザー光の波長（例えば中心波長）を、現在の波長λ１から目標波長λ２に変更する。フィルタ部１０は、通過帯域の設定を、現在の通過帯域である現通過帯域から、レーザー光の目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させる。つまり、フィルタ部１０の通過帯域は、現通過帯域から目標通過帯域まで、徐々に変化する。

１回のステップにおける通過帯域の中心波長の変動量は、現通過帯域および目標通過帯域の中心波長の差分λ２―λ１よりも小さい。このため、各ステップでは、前ステップにおけるレーザー光Ｂ（図５参照）がある程度の強度を有する通過帯域を設定しやすくなる。このため、各ステップにおけるレーザー光Ｃの強度を確保しやすくなり、通過帯域を現通過帯域から目標通過帯域に一度に変更する場合に比べて、光伝送部１０１内におけるレーザー光の波長が追従しやすくなる。

図７においては、各ステップについて、光伝送部１０１の各位置におけるレーザー光の波長帯域を示している。各ステップでは、図５および図６において説明したレーザー光Ａ、Ｂ、Ｃの波長帯域ＷＡ、ＷＢ、ＷＣに加え、増幅部２０等を通過したレーザー光Ｄの波長帯域ＷＤを示している。図７において、縦軸は波長である。つまり図７においては、縦軸における幅が広いほど、波長帯域が広いことを示している。また図７においては、レーザー光Ｄから、レーザー光Ａまでの間のレーザー光の波長帯域を省略している。例えば、図５に示した可飽和吸収部１０２を伝搬しているレーザー光の波長帯域は、図７では省略している。

図７においては、ステップｋ（ｋは１以上の整数）における各波長帯域を、ＷＡｋ、ＷＢｋ、ＷＣｋ、ＷＤｋとする。図６において説明したように、各ステップにおいて、レーザー光Ａの波長帯域ＷＡよりも、レーザー光Ｂの波長帯域ＷＢは狭くなっている。また、レーザー光Ｂの波長帯域ＷＢよりも、レーザー光Ｃの波長帯域ＷＣは狭くなっている。波長帯域ＷＣは、フィルタ部１０の通過帯域とほぼ同一であってよい。また、レーザー光Ｄの波長帯域ＷＤは、光伝送部１０１を伝搬するにつれて拡大している。

フィルタ部１０の通過帯域を変更することで、各ステップのレーザー光Ｃの中心波長は、通過帯域に応じて変動する。このため、各ステップのレーザー光Ｄ、Ａ、Ｂの中心波長も、フィルタ部１０の通過帯域に応じて変動する。図７に示すように、各ステップにおいてフィルタ部１０の通過帯域を徐々に変更することで、各ステップにおいてレーザー光の発振を維持し、各レーザー光の波長帯域を維持できる。このため、現波長λ１と、目標波長λ２との差分が大きい場合であっても、レーザー光の波長を容易に変更することができる。

図８は、ステップｎと、次のステップｎ＋１における各波長帯域を拡大した図である。本例のフィルタ部１０は、１回のステップで、通過帯域をΔλだけシフトする。また、フィルタ部１０の通過帯域の波長軸における幅をＷλｃとする。フィルタ部１０の通過帯域は、入力されるレーザー光の強度の５０％以上のレーザー光を通過させる帯域であってよく、３０％以上のレーザー光を通過させる帯域であってよく、１０％以上のレーザー光を通過させる帯域であってもよい。

それぞれのステップｎ＋１においてフィルタ部１０に設定される通過帯域は、一つ前のステップｎにおいてフィルタ部１０に設定される通過帯域と、一部の帯域が重複していてよい。通過帯域のシフト量Δλは、フィルタ部１０の通過帯域の幅Ｗλｃよりも小さくてよい。これにより、フィルタ部１０の通過帯域をシフトさせた場合であっても、レーザー光Ｃの強度を維持しやすくなる。シフト量Δλは、通過帯域の幅Ｗλｃの半分以下であってもよい。

また、それぞれのステップｎ＋１においてフィルタ部１０に設定される通過帯域は、一つ前のステップｎにおいてフィルタ部１０に入力されているレーザー光Ｂの波長帯域ＷＢｎに含まれていることが好ましい。通過帯域のシフト量Δλは、レーザー光Ｂの波長帯域ＷＢの幅Ｗλｂの半分よりも小さいことが好ましい。これにより、フィルタ部１０の通過帯域をシフトさせた場合であっても、レーザー光Ｃの強度を維持しやすくなる。シフト量Δλは、波長帯域の幅Ｗλｂの１／４以下であってよく、１／１０以下であってもよい。

それぞれのステップの時間間隔Ｓは、フィルタ部１０を通過したレーザー光がフィルタ部１０に再度入力される周期Ｔ以上であることが好ましい。ステップの時間間隔とは、フィルタ部１０の通過帯域の設定変更を行う時間間隔である。また、当該周期Ｔは、レーザー光が、光伝送部１０１および可飽和吸収部１０２を１周して戻ってくるのに要する時間である。これにより、フィルタ部１０の通過帯域の設定変更が反映されてレーザー光の波長が安定してから、次のステップを実行できる。時間間隔Ｓは、周期Ｔの２倍以上であってよく、５倍以上であってもよい。

また、時間間隔Ｓは、０．５秒以下であってよく、０．１秒以下であってよく、０．０１秒以下であってもよい。これにより、レーザー光の波長を短時間で変更できる。時間間隔Ｓは、周期Ｔの１００倍以下であってよく、１０倍以下であってもよい。

また、フィルタ部１０は、通過帯域の設定を、現通過帯域から目標通過帯域まで変更する間の通過帯域の幅Ｗλｃを、レーザー光の波長が目標波長となった後の通過帯域の幅よりも広くしてよい。つまりフィルタ部１０は、通過帯域を変更する場合には、通常時よりも通過帯域の幅を拡張してよい。これにより、レーザー光の波長が、通過帯域の変動に追従しやすくなる。フィルタ部１０は、通過帯域を変更する場合の通過帯域の幅を、通常時の通過帯域の幅の１．５倍以上にしてよく、２倍以上にしてもよい。また、フィルタ部１０は、通過帯域の下側スロープおよび上側スロープをなだらかにすることで、通過帯域の幅を拡張してよい。下側スロープは、通過帯域の中心波長よりも短波長側における通過帯域特性の波形であり、上側スロープは、通過帯域の中心波長よりも長波長側における通過帯域特性の波形である。

また、図５に示した可飽和吸収部１０２を有する波長可変レーザー装置１００は、フィルタ部１０の通過帯域の設定を短波長から長波長に変更する場合、もしくは、長波長から短波長に変更する場合、可飽和吸収部１０２における励起レーザー光の強度を増大させてよい。可飽和吸収部１０２に入力されるレーザー光の波長が長くなる、もしくは短くなると、可飽和吸収部１０２の出力が低下する場合がある。これに対して、可飽和吸収部１０２における励起レーザー光の強度を増大させることで、可飽和吸収部１０２が出力するレーザー光の強度を維持しやすくなる。

図９は、フィルタ部１０における通過帯域の設定の他の例を示す図である。本例のフィルタ部１０は、複数の通過帯域が同時に設定可能である。つまりフィルタ部１０は、異なる波長帯域の複数のレーザー光を同時に通過させることができる。フィルタ部１０に同時に設定される複数の通過帯域は、帯域が重複していてよく、帯域が重複していなくてもよい。

本例のフィルタ部１０は、レーザー光の波長を目標波長λ２に変更する場合に、中心波長がλ１の現通過帯域１１を維持したまま、新たな通過帯域１２を設定する。新たな通過帯域１２は、現通過帯域１１と全体が重なっていてよく、一部が重なっていてもよい。新たな通過帯域１２は、中心波長がλ１であってもよい。

フィルタ部１０は、新たな通過帯域１２を、現通過帯域から目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させる。新たな通過帯域１２の波長シフトの方法は、図７および図８において説明した例と同様である。これによりフィルタ部１０には、中心波長λ１の通過帯域１１と、中心波長λ２の通過帯域１３が設定される。また、波長可変レーザー装置１００は、２つの中心波長λ１、λ２のそれぞれに対応するレーザー光を生成できる。

図９において説明した処理は、波長可変レーザー装置１００の起動時に行ってよい。これにより波長可変レーザー装置１００は、波長が異なる複数のレーザー光を常時生成する。波長可変レーザー装置１００からレーザー光を受け取る装置は、いずれかのレーザー光を選択して使用してよい。

なお本明細書における波長λ１は、波長可変レーザー装置１００において、レーザー光を発振させやすい波長であってよい。レーザー光を発振させやすい波長は、波長可変レーザー装置１００を構成する各部材の特性により定まる。例えば波長λ１は、増幅部２０において増幅率が最も高い波長であってよい。最初に波長λ１でレーザー光を生成し、その後にフィルタ部１０の通過帯域を変更することで、波長λ１以外の波長のレーザー光を容易に生成できる。

図１０は、フィルタ部１０における通過帯域の設定の他の例を示す図である。本例のフィルタ部１０は、複数の通過帯域が同時に設定可能である。本例においては、まずレーザー光の波長を、第１波長λ１から第２波長λ２に変更する。第１波長λ１から第２波長λ２への変更は、図７および図８において説明した例と同様である。

次に、第２波長のレーザー光を生成している状態で、第２波長よりも短い第３波長を生成する。この場合、フィルタ部１０は、第２波長に対応する通過帯域１４を維持したまま、第３波長に対応する新たな通過帯域１５を設定する。新たな通過帯域１５は、通過帯域１４から徐々にシフトせずに、１回のステップで設定してよい。

第２波長のレーザー光の波長特性５２は、第１波長に向かってなだらかに変化する場合がある。つまり当該レーザー光の波長特性５２は、中心波長λ２よりも長波長側に比べて、中心波長λ２よりも短波長側においてなだらかに変化する。この場合、第２波長よりも短波長側においては、各波長成分の強度が比較的に高いので、新たな通過帯域１５を中心波長λ３に追加しても、中心波長λ３のレーザー光を生成しやすい。

中心波長λ３のレーザー光が不要になった場合には、フィルタ部１０における通過帯域１５を削除する。このように、中心波長λ２のレーザー光を維持しておくことで、中心波長λ３のレーザー光を、必要に応じて容易に生成できる。

中心波長λ３は、中心波長λ１と同一であってよい。また、中心波長λ３は、中心波長λ１と、λ２との間の波長であってもよい。

図１１は、レーザー出力装置２００の一例を示す図である。レーザー出力装置２００は、例えばレーザーにより対象物を加工する加工装置、レーザーにより対象物を加熱する加熱装置、または、他の用途にレーザーを用いた装置である。レーザー出力装置２００は、波長可変レーザー装置１００および増幅装置２０４を備える。波長可変レーザー装置１００は、図１から図１０において説明したいずれかの態様の波長可変レーザー装置である。

増幅装置２０４は、波長可変レーザー装置１００が出力するレーザー光を増幅して出力する。本例の増幅装置２０４は、増幅する波長が異なる複数の増幅器２０１を有する。複数の増幅器２０１は、例えばネオジウム（Ｎｄ）が添加されたＹＡＧを有する増幅器（Ｎｄ：ＹＡＧ）と、イッテルビウム（Ｙｂ）が添加されたＹＡＧを有する増幅器（Ｙｂ：ＹＡＧ）を含む。Ｎｄ：ＹＡＧの増幅器２０１は、例えば１０６４ｎｍ近傍の波長のレーザー光を増幅する。また、Ｙｂ：ＹＡＧの増幅器２０１は、例えば１０３０ｎｍ近傍の波長のレーザー光を増幅する。

増幅装置２０４は、選択部２０３を有する。選択部２０３は、波長可変レーザー装置１００が出力するレーザー光を、複数の増幅器２０１のいずれかに入力する。それぞれの増幅器２０１における蛍光バンド幅は１０ｎｍ以下であるので、入力されるレーザー光の波長を制御よく制御できることが好ましい。波長可変レーザー装置１００は、フィルタ部１０の通過帯域を制御することでレーザー光の波長を精度よく制御できる。このため、レーザー出力装置２００は、効率よくレーザー光を増幅して出力できる。

なお、波長可変レーザー装置１００が出力するレーザー光のパルス長は、ピコ秒オーダー（つまり、１ナノ秒以下）であってよく、フェムト秒オーダー（つまり、１ピコ秒以下）であってもよい。

なお、可飽和吸収部１０２は、ＮＡＬＭの他に、ＭＯＬＭ（非線形光ループミラー）ＳＥＳＡＭ（半導体可飽和吸収ミラー）、アクティブモードロック式の強度変調器もしくは位相変調器、単層カーボンナノチューブ、グラファイト等を用いることができる。また、光伝送部１０１は、偏波保持ファイバーによる全ファイバー装置、一部が偏波保持ファイバーでない全ファイバー装置、および、光ファイバーと空間素子とが組み合わされた装置のいずれかを用いることができる。

また、モード同期方法としては、励起光源によるもののほかに、機械的操作または温度操作により同期させる方法、または、時間的に透過率を変化させる方法等を用いることができる。また、波長可変レーザー装置１００の増幅部２０には、イッテルビウム（Ｙｂ）が添加されてよく、エルビウム（Ｅｒ）が添加されてよく、ツリウム（Ｔｍ）が添加されてよもよい。この場合、レーザー光の発振波長は、それぞれ１μｍ近傍（Ｙｂ）、１．５μｍ近傍（Ｅｒ）、および、２μｍ近傍（Ｔｍ）となる。

また、フィルタ部１０は、通過帯域の形状が任意に変化可能な任意形状フィルタ、機械部品を操作することで通過帯域が変化する機械操作型波長可変フィルタ、干渉フィルタ、波長可変バルクフィルタ、および、サニャックファイバフィルタ等を用いることができる。

また、波長可変レーザー装置１００が出力するレーザー光のパルスの種類は、ソリトンまたは散逸性ソリトン（全正常分散構成または正常分散構成）であってよく、シミラリトンであってよく、分散管理ソリトン（ストレッチパルス）であってよく、他の種類であってもよい。

一例として波長可変レーザー装置１００は、可飽和吸収部１０２がＮＡＬＭであり、全ファイバー装置であり、励起レーザー光を用い、増幅部２０がＹｂ添加であり、フィルタ部１０が任意形状フィルタであり、パルス種類が散逸性ソリトンである。ただし、波長可変レーザー装置１００は、上述した構成および特性等の任意の組み合わせを用いてよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
［項目１］
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と、
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させる波長可変レーザー装置。
［項目２］
それぞれの前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域は、一つ前の前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域と、一部の帯域が重複する、項目１に記載の波長可変レーザー装置。
［項目３］
それぞれの前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域は、一つ前の前記ステップにおいて前記フィルタ部に入力されている前記レーザー光の波長帯域に含まれる、項目１または２に記載の波長可変レーザー装置。
［項目４］
それぞれの前記ステップの時間間隔は、前記フィルタ部を通過した前記レーザー光が前記フィルタ部に再度入力される周期以上である、項目１から３のいずれか一項に記載の波長可変レーザー装置。
［項目５］
前記フィルタ部は、複数の前記通過帯域が設定可能であり、前記レーザー光の波長を前記目標波長に変更する場合に、前記現通過帯域を維持したまま、新たな前記通過帯域を、前記現通過帯域から前記目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させる、項目１から４のいずれか一項に記載の波長可変レーザー装置。
［項目６］
前記フィルタ部は、複数の前記通過帯域が設定可能であり、
前記レーザー光の波長を第１波長から、前記第１波長よりも長いもしくは短い第２波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を前記現通過帯域から前記目標通過帯域まで少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
前記第２波長のレーザー光を生成している状態で、前記第２波長より短い第３波長のレーザー光を生成する場合に、前記フィルタ部は、前記第２波長に対応する前記通過帯域を維持したまま、前記第３波長に対応する新たな前記通過帯域を設定する、
項目１から４のいずれか一項に記載の波長可変レーザー装置。
［項目７］
前記フィルタ部は、前記通過帯域を前記現通過帯域から前記目標通過帯域まで変更する間の前記通過帯域の幅を、前記レーザー光の波長が前記目標波長となった後の前記通過帯域の幅よりも広くする、項目１から６のいずれか一項に記載の波長可変レーザー装置。
［項目８］
前記増幅部および前記フィルタ部が配置された第１ループと、
非線形増幅ループミラーとして機能する第２ループと、
前記第１ループおよび前記第２ループを接続する光カプラーと、
を備える、項目１から７のいずれか一項に記載の波長可変レーザー装置。
［項目９］
前記フィルタ部は、前記光カプラーから前記増幅部に前記レーザー光が進む経路に配置されている、項目８に記載の波長可変レーザー装置。
［項目１０］
項目１から９のいずれか一項に記載の波長可変レーザー装置と、
前記波長可変レーザー装置が出力する前記レーザー光を増幅する増幅装置と、
を備えるレーザー出力装置。
［項目１１］
前記増幅装置は、
増幅する波長が異なる複数の増幅器と、
前記波長可変レーザー装置が出力する前記レーザー光を、前記複数の増幅器のいずれかに入力する選択部と、
を有する項目１０に記載のレーザー出力装置。

１０・・・フィルタ部、１１、１２、１３、１４、１５・・・通過帯域、２０・・・増幅部、３０・・・レーザー入力部、４０・・・レーザー出力部、５０・・・光ファイバー、５２・・・波長特性、６０・・・光アイソレーター、７０・・・結合部、１００・・・波長可変レーザー装置、１０１・・・光伝送部、１０２・・・可飽和吸収部、１０３・・・増幅部、１０４・・・レーザー入力部、１０６・・・光ファイバー、２００・・・レーザー出力装置、２０１・・・増幅器、２０３・・・選択部、２０４・・・増幅装置

Claims

生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記フィルタ部は、前記レーザー光を発振させるループ中または往復経路中に配置され、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、前記レーザー光の発振を維持しつつ少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
それぞれの前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域は、一つ前の前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域と、一部の帯域が重複する、
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記フィルタ部は、前記レーザー光を発振させるループ中または往復経路中に配置され、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、前記レーザー光の発振を維持しつつ少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
それぞれの前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域は、一つ前の前記ステップにおいて前記フィルタ部に入力されている前記レーザー光の波長帯域に含まれる、
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
それぞれの前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域は、一つ前の前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域と、一部の帯域が重複し、
それぞれの前記ステップの時間間隔は、前記フィルタ部を通過した前記レーザー光が前記フィルタ部に再度入力される周期以上である、
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
それぞれの前記ステップにおいて前記フィルタ部に設定される前記通過帯域は、一つ前の前記ステップにおいて前記フィルタ部に入力されている前記レーザー光の波長帯域に含まれ、
それぞれの前記ステップの時間間隔は、前記フィルタ部を通過した前記レーザー光が前記フィルタ部に再度入力される周期以上である、
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
前記フィルタ部は、複数の前記通過帯域が設定可能であり、前記レーザー光の波長を前記目標波長に変更する場合に、前記現通過帯域を維持したまま、新たな前記通過帯域を、前記現通過帯域から前記目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させる
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
前記フィルタ部は、複数の前記通過帯域が設定可能であり、
前記レーザー光の波長を第１波長から、前記第１波長よりも長いもしくは短い第２波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を前記現通過帯域から前記目標通過帯域まで少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
前記第２波長のレーザー光を生成している状態で、前記第２波長より短い第３波長のレーザー光を生成する場合に、前記フィルタ部は、前記第２波長に対応する前記通過帯域を維持したまま、前記第３波長に対応する新たな前記通過帯域を設定する
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
前記フィルタ部は、前記通過帯域を前記現通過帯域から前記目標通過帯域まで変更する間の前記通過帯域の幅を、前記レーザー光の波長が前記目標波長となった後の前記通過帯域の幅よりも広くする
波長可変レーザー装置。
生成するレーザー光の波長が可変である波長可変レーザー装置であって、
通過する前記レーザー光を増幅する増幅部と、
通過する前記レーザー光のうち、予め設定された通過帯域の波長成分を通過させるフィルタ部と
を備え、
前記レーザー光の波長を目標波長に変更する場合に、前記フィルタ部は、前記通過帯域の設定を、現在の前記通過帯域である現通過帯域から、前記レーザー光の前記目標波長に対応する目標通過帯域まで、少なくとも２回のステップに分けて変化させ、
前記増幅部および前記フィルタ部が配置された第１ループと、
非線形増幅ループミラーとして機能する第２ループと、
前記第１ループおよび前記第２ループを接続する光カプラーと
を備える、波長可変レーザー装置。
前記フィルタ部は、前記光カプラーから前記増幅部に前記レーザー光が進む経路に配置されている
請求項８に記載の波長可変レーザー装置。