CN102437504A

CN102437504A - 脉冲产生方法和激光光源设备

Info

Publication number: CN102437504A
Application number: CN2010105024589A
Authority: CN
Inventors: 玉置忍
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nireco Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明涉及脉冲产生方法和激光光源设备。本发明使得可以同时设置或自动设置光脉冲的脉冲峰值和脉冲宽度。在一种构造中，包括了：输出激光的发光元件；将驱动电流供给发光元件的驱动电流源部分；将用于激光脉冲调制的调制电压施加到发光元件的调制器；以及调制控制部分，控制调制图形以作为调制器的调制电压的脉冲调制的图形，其中所述调制控制部分根据关于驱动电流值的信息来设置调制图形中的调制电压值，并将关于调制图形的信息发送到调制器以使得调制电压达到设置值。

Description

脉冲产生方法和激光光源设备

技术领域

本发明涉及一种适合用作光源的激光光源设备，该设备具有输出待用于光纤激光器等的高功率激光的发光元件；本发明还涉及一种在激光光源设备中稳定地产生光脉冲的脉冲产生方法。特别地，激光光源设备适合作为用于MOPA的发光元件的激光光源设备。在本申请中，发光元件是能够输出高功率的光电转换发光元件，比如LD(激光二极管)，或者VCSEL(垂直腔面发射激光器：表面发射激光)。

背景技术

当今，使用以预定周期重复输出的脉冲激光的处理技术倍受关注，并且在处理和医疗领域中对高功率激光光源的需求增大。在各种激光光源中尤为瞩目的一种激光光源是光纤激光器。光纤激光器采用具有掺杂了如Yb(镱)、Er(铒)、Tm(铥)之类稀土元素的芯的放大光纤作为光放大介质。当将抽运光(pumping light)提供到放大光纤中时，在放大光纤内部传播的种子光被放大。因此，从放大光纤输出具有高功率的放大后的光，或者使用共振结构通过激光振荡来输出激光。该光纤激光器的优点是易于操纵，因为激光限制在光纤之内，并且由于高的热量发射率而无需大型冷却设备。

如上所述，对光纤激光器应用掺杂稀土元素的光纤，并且在这些掺杂稀土元素的光纤之中，掺杂Yb的具有高转换效率的光纤被广泛用作用于高功率输出的放大光纤。如在其它稀土元素情况中一样，通过使用抽运光来抽运Yb。另一方面，使在放大光纤内部不能被吸收的抽运光从放大光纤的另一端出射。

作为光纤激光器的构造，例如，当采用在两端均使用光纤布拉格光栅(FBG)或反射镜等的共振器结构时，通过在共振器内部布置光开关或声光调制器(AOM)来执行脉冲调制。在日本专利公开No.2007-042981中描述的MOPA(主控振荡器功率放大器)型光纤激光器通过对由输出待放大光的种子光源(发光元件)的直接调制或外部调制所执行的脉冲调制而得到的光脉冲进行放大，来获得高功率输出光。在每个构造中，通过对种子光进行脉冲输出而得到的峰值输出比连续波操作(CW操作)中的输出高得多，并导致非线性现象，比如受激喇曼散射(SRS)或受激布里渊散射(SBS)。

在MOPA型光纤激光器中，当采用外部调制方法，即对种子光源的输出光在外部施加脉冲调制时，可以通过对要施加到如AOM之类的外部调制器上的特定电压值进行控制来执行脉冲调制控制(一个控制周期由与设置为脉冲打开状态的光脉冲的宽度相对应的持续时间以及与设置为脉冲关闭状态的相邻光脉冲之间间隔相对应的持续时间所组成)。类似地，在对种子光源进行直接脉冲调制控制的直接调制方法的情况下，一种对种子光源施加TTL信号(5V到0V)的电压和低伏特TTL信号(3.3V到0V)的方法即通常所说的按照要供给种子光源的驱动电流的脉冲调制图形来对种子光源的输出光进行脉冲输出的方法。高电压施加的持续时间被设为脉冲打开状态还是脉冲关闭状态取决于电路设计，不过，每一种设置都需要高的施加电压，这导致调制器电路尺寸增大以及电功耗增大。当调制器本身响应迟了，具体地说，如果上升时间和下降时间迟了，则脉冲打开状态与脉冲关闭状态之间的切换占用了较长时间而发生延迟。结果，存在这样的风险：得到的种子光脉冲L的脉冲宽度(在最大值的一半处的全脉冲宽度)变窄。还可以控制当驱动电流变化时要施加到种子光源的特定调制电压，然而在这种情况下，存在这样的可能性：不能成功执行控制或控制被延迟，不能得到具有正常脉冲宽度的光脉冲，以及放大光纤不能发送种子光脉冲。在这种情况下，放大光纤中引起的大量ASE光会毁坏其它光部件(隔离器和抽运光源等)和放大光纤。

发明内容

本发明的发明者调查了采用光脉冲作为种子光的传统光纤激光器，结果，发现了如下问题。

在输出要以预定周期重复输出的具有高功率的脉冲激光的发光元件具有一种构造(直接调制方法)的情况下，当直接施加脉冲调制而同时待输出的脉冲光被设置为特殊脉冲峰值时，发现了这样的现象，即，脉冲宽度按照要供给种子光源的驱动电流的变化而发生变化。例如，当以20ns的脉冲宽度和50kHz的脉冲重复频率操作光纤激光器时，在驱动电流变化时脉冲宽度增大到40ns。在示出了具有随意设定的脉冲宽度和脉冲重复频率的调制电压中的时间变化的脉冲调制图形中，还需要重新调节用于确定幅度电压和偏移电压的调制电压值。另外，调节需要时间，并且在发生调节故障的情况下，在使用发光元件作为种子光源的MOPA型光纤激光器中，在诸如放大光纤、隔离器和抽运光源之类的光学部件中会发生故障。

在通过仅使要供给种子光源的驱动电流的电流值波动来控制输出脉冲的方法中，在驱动电流上升处瞬态响应和光源温度波动的影响会使输出光功率不稳定。为了减小瞬态响应和温度波动的影响，当固定了要供给种子光源的驱动电流值时，通过调节调制电压值来使种子光源本身的输出光功率稳定。然而，如上所述，当输出光变得不稳定时，需要改变驱动电流值，并且对于在驱动电流值中的每个设置变化，需要改变调制电压值。本发明的发明人发现问题在于针对驱动电流值中针对每一改变的调制电压的设置非常麻烦，并且调制电压值中的简单变化使得输出脉冲的脉冲宽度发生波动。

已经做出本发明来消除上述问题。本发明的一个目的是提供一种脉冲产生方法和激光光源设备，其能够在设置发光元件的直接调制的条件时将光脉冲的脉冲峰值和脉冲宽度同时设置到期望值。本发明还旨在提供一种能够自动设置光脉冲的脉冲峰值和脉冲宽度的脉冲产生方法和激光光源设备。

根据本发明的一种发光元件的脉冲产生方法被应用到一种构造中，所述方法包括：发光元件输出激光；驱动电流源部分将驱动电流供给发光元件；调制器将用于激光脉冲调制的调制电压施加到发光元件；并且调制控制部分控制调制图形以作为调制器的调制电压的脉冲调制的图形。

特别地，在根据本发明的发光元件的脉冲产生方法中，调制控制部分根据关于驱动电流值的信息来设置调制图形中的电压值，并将关于调制图形的信息发送到调制器以使得调制电压达到设置值。

更具体地说，发光元件指的是能够实现高功率输出的光电转换发光元件，比如LD(激光二极管)和VCSEL。“关于驱动电流值的信息”不仅指实际要从驱动电流源部分输出的驱动电流值，还指当将驱动电流值控制为目标值时的目标驱动电流值。

在根据本发明的发光元件的脉冲产生方法中，优选地控制要从驱动电流源部分输出的驱动电流来使其在调制电压值固定成脉冲调制图形的时段中被固定于预定值。根据关于变化的驱动电流值的信息来改变调制电压值。

还允许控制要从驱动电流源部分输出的驱动电流来使得发光元件的输出光的功率的监控值达到预定值。监控值是来自在光源内部提供的后监控检测器或在光源外部提供的光电检测器的电信号。

在根据本发明的发光元件的脉冲产生方法中，将驱动电流值与调制电压值之间的对应关系预设为对应表或对应函数，并且根据关于驱动电流值的信息和所述对应关系来设置调制电压值。

根据本发明的一种激光光源设备，包括：发光元件，用于输出激光；驱动电流源部分，将驱动电流供给发光元件；调制器，将用于激光脉冲调制的调制电压施加到发光元件；和调制控制部分，控制调制图形以作为调制器的调制电压的脉冲调制图形。

具体地，在根据本发明的激光光源设备中，调制控制部分具有用于存储驱动电流值与调制电压值之间的对应关系的存储部分和用于根据关于驱动电流值的信息和驱动电流值与调制电压值之间的对应关系来设置调制图形中的调制电压值的算术部分。调制控制部分将关于调制图形的信息发送到调制器，以使调制电压根据关于驱动电流值的信息中的变化而到达重置值。

在根据本发明的激光光源设备中，存储部分将驱动电流值与调制电压值之间的对应关系存储为具有对应表形式的数据。另外，存储部分还可以将驱动电流值与调制电压值之间的对应关系存储为对应函数等式。

附图说明

图1是示出应用了根据比较示例的激光光源设备的光纤激光器的构造的示图；

图2A和图2B是示出放大光纤的截面结构以及所述截面结构的折射率曲线的示图；

图3是示出放大光纤的吸收横截面和发射横截面与波长的关系的曲线图；

图4A和图4B是示出传输光纤的截面结构以及所述截面结构的折射率曲线的示图；

图5是用于说明组合器的构造的示图；

图6是用于说明根据比较示例的脉冲产生方法的示图；

图7A和图7B是用于说明当驱动电流、调制电压的幅度和调制电压的偏移发生变化时光脉冲波形发生变化的示图；

图8A和图8B是用于说明调制电压与驱动电流之间的对应关系的示图；

图9是示出从根据本发明的激光光源设备输出的光脉冲的功率的示图；

图10是示出应用了根据本发明的激光光源设备的一个实施例的光纤激光器的构造的示图；

图11A到图11C是示出根据本发明的激光光源设备的示例变型的构造的示图；

图12是示出根据本发明的激光光源设备的示例变型的示图；

图13是用于说明在调制控制部分和调制器中的脉冲调制控制的示例的流程图；和

图14是用于说明在调制控制部分和调制器中的脉冲调制控制的另一示例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照图1、图2A至图2B、图4A至图4B、图5至图6、图7A至图8B、图9至图10、图11A至图11C和图12至图14来详细说明根据本发明的脉冲产生方法和激光光源设备。在附图的描述中，以相同的参考数字来指定相同或相应的部件，并省略重复的描述。

在以下说明中，将首先描述与本发明实施例相比较的比较示例，随后将与比较示例相对照地描述本发明实施例和示例变型。

图1示出应用了根据比较示例而非本发明激光光源设备的激光光源设备的光纤激光器的构造，具体地示出了MOPA型光纤激光器的构造。在图1中，光纤激光器100包括放大光纤10、组合器20、抽运光源31、光纤32、激光光源设备B1、光隔离器61、传输光纤11和光出射端70。激光光源设备B1包括种子光源41、光纤42、调制器51、电信号线52和驱动电流源部分70。在图1的光纤激光器100中，通过按照在调制器51内部安装的预定基本脉冲调制图形来对要被供给来自驱动电流源部分70的驱动电流的种子光源41施加直接调制，重复地产生种子光脉冲L。可以手动地执行或者经由外部触发器信号线执行调制器51中的基本脉冲调制图形设置操作。

在光纤激光器100中，抽运光从抽运光源31发射并通过光纤32，种子光脉冲L(要被放大的光)从种子光源41发射并通过光隔离器61。随后这些抽运光和种子光脉冲L被组合器20组合起来。使来自组合器20的组合光入射到放大光纤10的一端。在传播组合的抽运光和种子光脉冲L的放大光纤10的内部，放大光纤10中掺杂的稀土元素(Yb、Er、Tm、Ho、Nd、Pr、Tb等)被抽运光抽运，并相应地放大了种子光脉冲L。随后，在放大光纤10中被放大的种子光脉冲L通过与放大光纤10的另一端A熔合叠接的传输光纤11，然后从光出射端70输出到外部。

例如，放大光纤10具有如图2A和图2B所示的截面结构和折射率曲线。特别地，如图2A所示，放大光纤10包括沿预定轴延伸的具有预定折射率的芯10a、提供于芯10a外围的折射率低于芯10a的第一覆层10b、提供于第一覆层10b外围的折射率低于第一覆层10b的第二覆层10c。图2B示出沿放大光纤10的径向L1(与放大光纤10的光轴正交的方向)的折射率曲线150。区域151示出芯10a沿径向L1的折射率，区域152示出第一覆层10b沿径向L1的折射率，区域153示出第二覆层10c沿径向L1的折射率。芯10a、第一覆层10b、和第二覆层10c构成了双覆层结构。芯10a使种子光以单模传播，第一覆层10b使抽运光以多模传播。芯10a掺杂了稀土元素Yb，种子光脉冲在芯10a内部被放大。

放大光纤10中的抽运光吸收率根据放大光纤10的特性来确定，并且主要通过模场直径(MFD)、第一覆层10b的外径以及芯10a中稀土元素掺杂浓度的调节来改变。图3示出了掺杂Yb的光纤的吸收截面和发射截面与波长的关系。曲线G310示出吸收截面，曲线G320示出发射截面。在掺杂Yb的光纤(对应于放大光纤10)中，Yb掺杂量为10000ppm，MFD是7μm，第一覆层10b的外径是130微米，第一覆层10b的长度是5m。于是在抽运波长的915nm波长带中吸收了大约2.4dB的抽运光。抽运光的波长带可以是940nm带或975nm带，不过，其根据掺杂稀土元素的种类而变化。

抽运光源31包括例如半导体LD。要从抽运光源31输出的抽运光的波长是在915nm带、940nm带或975nm带中。种子光源41包括例如LD和VCSEL。调制器51通过电信号线52向种子光源41施加驱动电信号(脉冲调制)来直接调制种子光源41。在本第一实施例中，要从种子光源41输出的种子光脉冲L的波长在从1030nm至1130nm的波长范围内，例如1060nm。

在抽运光源31与组合器20之间提供的光纤32和传输光纤11具有如图4A和图4B所示的截面结构和折射率曲线。即，如图4A所示，光纤32和11包括沿预定轴延伸的具有预定折射率的芯32a和提供于芯32a外围的折射率低于芯32a的覆层32b。图4B示出沿光纤32的径向L2(与光纤32的光轴正交的方向)的折射率曲线320，并且区域321示出芯32a沿径向L2的折射率，区域322示出覆层32b沿径向L2的折射率。芯32a使从抽运光源31输出的抽运光以多模传播。

图5示出组合器20的构造。图5中所示的组合器20在一侧具有多个(图5的例子中是七个)光输入/输出端口P₁至P₇，并在另一侧具有一个公共端口P₀。组合器20对输入到光输入/输出端口P₁至P₇的光进行合并，并从公共端口P₀输出合并的光。组合器20将输入到公共端口P₀的光分开，并将分开的光从光输入/输出端口P₁至P₇输出。

在组合器20的公共端口P₀侧的光纤具有与放大光纤10相同的双覆层结构，并被连接到放大光纤10。光输入/输出端口P₁经由光纤42光学连接到种子光源41。光输入/输出端口P₂经由光纤32光学连接到抽运光源31。在图1中仅示出了一个针对来自抽运光源31的抽运光的输入端口，然而其它光输入/输出端口P₃至P₇也同样可以经由其它光纤光连接到其它抽运光源。

将描述根据比较示例的激光光源设备B1中的脉冲产生方法。如上所述，根据比较示例的激光光源设备B1包括种子光源41、光纤42、调制器51、电信号线52和驱动电流源部分70。根据直接调制方法或外部调制方法来正常地执行对种子光源41的脉冲调制，然而在图1所示的激光光源设备B1中，根据直接调制方法来将从种子光源41输出的激光进行脉冲调制。

采用直接调制方法的激光光源设备B1提供有：驱动电流源部分70，其通过控制要供给种子光源41的驱动电流的电流值来稳定地提供驱动电流；以及调制器51，其根据脉冲调制图形(来自调制器51的针对种子光源41的调制电压变化图形，用于指示种子光源41中的脉冲打开状态和脉冲关闭状态)对种子光源41施加调制电压E。

这里，图6示出脉冲调制图形，该图形示出要从调制器51施加到种子光源41的调制电压E的时间变化。在图6中调制信号图形中的调制周期对应于应当产生的光脉冲L的一个周期，并且由示出脉冲打开状态的时间段T1(脉冲信号P的信号宽度)和示出脉冲关闭状态的时间段T2组成。例如，图6示出提供了100mA驱动电流的状况下的脉冲调制图形，并且，在脉冲打开状态即时间段T1中，从调制器51向种子光源41施加100mV的调制电压E。另一方面，在对应于脉冲关闭状态的时间段T2中，从调制器51向种子光源41施加地电平GND(0mV)的调制电压E。在调制器51的电路中反相操作也是可能的，即T1中的状态可以是脉冲关闭状态，而T2中的状态可以是脉冲打开状态。在这种情况下，时间段T1和T2的宽度反转了。在该状态下时间段T1中的调制电压值是100mV，在该状态下时间段T2中的调制电压值处于地电平(0mV)。如下文所述，在驱动电流改变的状况下，脉冲打开状态中的调制电压值和脉冲关闭状态中的调制电压值是不同的。

在脉冲关闭状态下的调制电压E的电压值V_off并不总是地电平(0V)，而是根据驱动电流源部分70内部的种子光源41和驱动电路的类型而发生改变。下面将详细描述这一点。

图7A示出当驱动电流、调制电压的幅度和调制电压的偏移分别发生改变时的光脉冲波形。曲线G1010示出在图7B所示条件1下光脉冲波形中的变化，曲线G1020示出在图7B所示条件2下光脉冲波形中的变化，曲线G1030示出在图7B所示条件3下光脉冲波形中的变化，曲线G1040示出在图7B所示条件4下光脉冲波形中的变化。图7A的竖轴示出输出光脉冲的输出功率的电压值，横轴示出时间变化。在该示例中，单独给出的调制器偏移示出了脉冲关闭状态，并且“调制器偏移+调制器幅度”示出脉冲打开状态。在条件2中，驱动电流是200mA并且高于条件1中的驱动电流(100mA)，但脉冲峰值变得更低。在条件3中，调制器幅度是100mV，变得低于条件2中的幅度(200mV)，但脉冲峰值变得更高。在条件4中，调制器幅度偏移是125mV并且高于条件3中的幅度(116mV)，相应地，脉冲宽度变得更小。关于脉冲峰值，无论驱动电流还是调制器幅度都必须恰当地设置。关于脉冲宽度，必须另外再恰当设置调制器偏移。

当驱动电流设置为200mA时，在调制器51中，在示出脉冲打开状态的时间段T1中要输出的调制电压E被设置为200mV，而在示出脉冲关闭状态的时间段T2中要输出的调制电压E必须被设置为地(0mV)。然而，当从调制器51输出的时间段T1中的调制电压E为100mV时，有这样的可能，即不能得到具有正常波形的光脉冲，或者放大光纤10根本不能发送种子光脉冲L。具有“正常波形”的光脉冲意即与计划的脉冲宽度相比具有预定脉冲宽度的光脉冲。例如，当实际脉冲宽度在计划脉冲宽度的±20％(优选地±10％)之内时，认为是正常的。

图8A示出一个脉冲幅度图形，图8B示出对应于图8A的脉冲幅度图形的驱动电流I与调制电压E之间的关系。

在图8A中，脉冲调制图形的脉冲周期对应于要产生的光脉冲L的一个周期，并且由示出脉冲打开状态的时间段T1(脉冲信号P的信号宽度)和示出脉冲关闭状态的时间段T2构成。在脉冲打开状态和脉冲关闭状态中根据驱动电流I的值来把要从调制器51输出的调制电压E设置为相互不同的值从而保持时间段T1。例如，当驱动电流值是I₁或I₂时，将脉冲打开状态下的电压值V_on设置为V_on1或V_on2，并且另一方面，将脉冲关闭状态下的电压值V_off设置为V_off1或V_off2。图8B示出驱动电流I与脉冲打开状态下的调制电压值V_on之间的对应关系(V_on＝f(I))以及驱动电流I与脉冲关闭状态下的调制电压值V_off之间的对应关系(V_off＝g(I))。因此，当驱动电流值为I₁时，脉冲打开状态下的调制电压E的电压值被设置为V_on1，脉冲关闭状态下的调制电压E的电压值设置为V_off1。另一方面，当驱动电流I的值为I₂时，脉冲打开状态下的调制电压E的电压值被设置为V_on2，脉冲关闭状态下的调制电压E的电压值设置为V_off2。

在调制器51中存储了基本脉冲调制图形，调制控制部分80中的存储部分81以如图8B所示的函数f(I)和g(I)来存储相互关联的驱动电流值和调制电压值的数据组，以作为具有对应表形式的数据，该对应表显示这些驱动电流值与调制电压值之间的对应关系。存储部分81可以存储示出在脉冲打开状态和脉冲关闭状态下驱动电流值与调制电压值之间对应关系的函数f(I)和g(I)。在该情况下，根据所存储的函数等式和从驱动电流源部分70提供的驱动电流值I，算术部分82计算应当从调制器51输出的调制电压值V_on和V_off，并且基于该计算结果，算术部分82确定要发送到调制器51的调制器幅度(mA)和调制器偏移(mV)。

根据上述知识，图8A和图8B中的在脉冲打开状态下的电压值V_on和在脉冲关闭状态下的电压值V_off显示出当脉冲宽度设置为一个一个预定宽度时驱动电流与调制电压之间的关系。调制电压V_off是“调制器偏移”，调制电压V_on是“调制器偏移+调制器幅度”。这些通过转换成调制电压E来设置，但是可以无需转换而直接设置调制器偏移和调制器幅度来作为示出调制电压与驱动电流之间对应关系的数据。当针对每个脉冲宽度提前采集该数据时，可以实现期望的脉冲宽度。脉冲峰值可以根据驱动电流来设置，并且，当提前研究了脉冲峰值与驱动电流之间的对应关系并获取了数据时，可以实现期望的脉冲峰值。

图9示出根据本发明实施例的激光光源设备B输出的光脉冲的功率。如图8A和图8B所示，脉冲波形是当调制电压设置为恰当幅度并且偏移值对应于驱动电流I的值的波形。曲线G1110示出当驱动电流I是100mA时得到的光脉冲波形，曲线G1120示出当驱动电流I是150mA时得到的光脉冲波形，曲线G1130示出当驱动电流I是200mA时得到的光脉冲波形，曲线G1140示出当驱动电流I是250mA时得到的光脉冲波形。根据图8A和图8B的数据，通过控制在固定了脉冲宽度的条件下的驱动电流，脉冲峰值被改变。在这点上，V_off设置为地(0V)。

对上述脉冲产生方法应用具体的值。另外，当驱动电流值I是100mA时，通过将调制电压值V_on设置成100mV，可以得到正常的种子光脉冲L。当驱动电流值I是200mA时，通过将调制电压值V_on设置成200mV，可以得到正常的种子光脉冲L。

在图9中，例如，当驱动电流I＝100mA时，通过将调制电压E的幅度设置为200mV，并且偏移设置为100mV，基于该偏移可以通过在“+”方向或者在“-”方向上提取波形来生成脉冲打开状态和脉冲关闭状态。脉冲打开状态是设置在“+”方向上还是“-”方向上，取决于电路设计条件，因此在这两者之间效果是不变的。当驱动电流I＝200mA时，通过将调制电压E的幅度设置为400mV，并且将偏移设置为200mV，基于该偏移可以通过在“+”方向或者在“-”方向上提取波形来生成脉冲打开状态和脉冲关闭状态。

这里，通过增大驱动电流值而使光脉冲峰值变得更高是自然的效果，另外，从图9还可以理解的是，脉冲打开状态下的脉冲宽度实际上保持在固定宽度。光脉冲顶部的脉冲宽度比光脉冲底部的脉冲宽度更窄的现象取决于种子光源41的上升和下降时间，或者取决于调制器51本身的响应速度。这里，V_off设置为地(0V)，不过将V_off设置为恰当的值可以改善脉冲宽度。

图10示出应用了根据本发明实施例的激光光源设备的光纤激光器的构造。在图10中，光纤激光器200包括放大光纤10、组合器20、抽运光源31、光纤32、激光光源B2、光隔离器61、传输光纤11和光出射端70，并且除了激光光源设备的构造之外具有与图1所示光纤激光器100相同的构造。

激光光源设备B2包括种子光源41、光纤42、调制器51、电信号线52、驱动电流源部分70和调制控制部分80。调制器51具有关于调制图形的数据，该调制图形作为用于产生光脉冲的调制电压的变化图形，并且调制器51根据所述数据将调制电压E施加到种子光源41。关于调制图形的数据是关于调制周期(或脉冲重复频率)、脉冲宽度、偏移电压和幅度电压的数据。调制控制部分80发送关于调制电压(至少偏移电压和幅度电压)的数据并控制调制器51。驱动电流源部分70根据所安装的关于与目标驱动电流值之间的对应关系的数据(未示出)来确定要发送的驱动电流，并将确定的驱动电流供给种子光源41。调制控制部分80具有存储部分81，存储关于驱动电流与调制电压之间对应关系的数据。关于驱动电流与调制电压之间对应关系的数据是关于如图8A和图8B所示的驱动电流值与调制电压值之间关系而提前确认的数据，并且是具有对应表和对应函数等形式的数据。调制控制部分80监控从驱动电流源部分70提供到种子光源41的驱动电流，并根据驱动电流值与调制电压值之间的对应关系来确定用于获得预定脉冲宽度的最佳调制电压，并将关于最佳调制电压的信息发送到调制器51。当从调制控制部分80指示了脉冲峰值时，在存储部分81中存储关于目标驱动电流值的数据，并在恰当的时刻，将该数据发送并存储到驱动电流源部分70中作为驱动电流源部分70的目标驱动电流值。在该情况下，在需要时任意地选择是将调制控制部分80中的监控值固定为目标驱动电流值还是设置为实际监控的值。

作为驱动电流控制方法，对要供给种子光源41的驱动电流的反馈控制是常用的，其包括例如恒流控制(ACC：自动电流控制)和恒定输出控制(APC：自动功率控制)，等等。图11A至图11C示出本实施例激光光源设备B2的示例变型的构造。图11A示出执行ACC作为驱动电流的反馈控制的激光光源设备B2的构造，图11B和图11C示出执行APC作为驱动电流的反馈控制的激光光源设备B2的构造。在ACC中，种子光源41监控所供给的驱动电流并向调制控制部分80发送关于所监控电流值的信息，调制控制部分80根据关于所监控电流值的信息来控制驱动电流。在APC中，特别地，图11B中示出的激光光源设备B2具有这样的构造：用于根据监控信息来控制要从驱动电流源部分70供给种子光源41的驱动电流，所述监控信息是由提供在种子光源41内部的后监控检测器410对一部分输出光功率进行监控而得到的。图11C中所示的激光光源设备B2具有用于通过光耦合器411将从种子光源41输出的种子光脉冲L的一部分分开、并且通过提供在种子光源41外部的光电检测器412来检测输出光功率的构造。而且，在图11C中示出的激光光源设备B2中，根据来自光电检测器412的监控信息来控制要从驱动电流源部分70供给种子光源41的驱动电流。光电检测器410和412优选地例如是PD(光电二极管)。在APC中，实际脉冲峰值可能会由于温度波动而波动，通过在测量实际功率的同时进行控制，可以使脉冲峰值固定。

在根据本实施例的脉冲产生方法中，在根据如图11A至图11C所示的控制方法控制要供给种子光源41的驱动电流的值时，调制控制部分80根据实际供给的驱动电流值来确定最佳调制电压，以得到与关于驱动电流和调制电压之间对应关系的数据相对应的预定脉冲宽度，并向调制器51发送关于最佳调制电压的信息。

图12示出根据本发明实施例的激光光源设备的构造。在调制控制部分80的存储部分81中，存储了表示脉冲打开状态和脉冲关闭状态下的驱动电流与驱动调制电压之间的关系的算术表达式。调制控制部分80中的算术部分82根据这些算术表达式和从驱动电流源部分70输出的驱动电流的值来计算应当从调制器51输出的调制电压的值，并且所述算术部分82根据计算的值确定要发送给调制器51的调制器幅度(mA)和调制器偏移(mV)。也可以在调制控制部分80的存储部分81中提前存储关于驱动电流与调制电压之间对应关系的对应表数据，并将所存储的数据设置为参考值。例如，在将100mA的驱动电流供给种子光源41的情况下的脉冲调制图形中，在脉冲打开状态下提供100mV的调制电压值，另一方面在脉冲关闭状态下提供地电平(0V)的调制电压值。即使在对调制器51中的电路施加相反相位并且在脉冲打开状态下提供地电平(0V)的调制电压值而在脉冲关闭状态下提供100mV的调制电压值时，也可以获得相同效果。

除了将调制控制部分80与调制器51分开封装，还可以将调制控制部分80安装在调制器51内部。从驱动电流源部分直接将关于驱动电流的信息输入到调制器51中，并且在调制器51内部，该信息通过最初用作调制控制部分80的一个部分，并且作为关于调制电压的信息的调制器幅度(mA)和调制器偏移(mV)被发送给最初用作调制器51的一个部分。

在该实施例中，调制器51本身具有关于基本调制图形的信息(脉冲重复频率和脉冲打开时间)，并被用在仅对需要进行脉冲调制的一个部分进行脉冲调制的时候。图13示出脉冲调制控制的操作的流程图。首先，确定驱动电流值(步骤ST11)。接下来，根据确定的驱动电流值，确定脉冲打开状态和脉冲关闭状态下的调制电压值(步骤ST12)。在如此确定了电压值之后，关于调制器51的调制电压的信息被供给种子光源41(步骤ST13)，其中关于调制器51的调制电压的信息包括与脉冲打开状态和脉冲关闭状态对应的值。这是因为，在驱动电流值不稳定的情况下，调制器的调制电压值也不稳定，从而激光光源设备会发生故障。

图14是驱动电流值固定时脉冲调制控制的操作流程图。特别地，按照图11A至图11C所示的各个控制方法来暂时固定和确定驱动电流值(步骤ST21)。进一步，还根据确定的驱动电流值来确定调制器51的调制电压值(步骤ST22)。在该确定之后，调制器51本身的脉冲调制控制，即，在脉冲打开状态和脉冲关闭状态下所确定的调制电压值被供给种子光源41(步骤ST23)。在ST24，当驱动电流值没有变成其它值时，处理返回ST22并继续相同操作。在步骤ST24，当驱动电流值变成不同的值并固定时，处理返回ST21并且不同的驱动电流值被重置。驱动电流值和调制电压值被再次固定(步骤ST21和ST22)，并且从调制器51将关于新固定的调制电压的信息供给种子光源41。在该脉冲调制控制中，成为调制电压值确定的基础的驱动电流值波动的现象消失了，从而脉冲产生操作本身的波动变得更小，这是有利的。通过将调制器51的调制电压值设置为完全不同的值，可以执行CW光输出和光脉冲输出之间的切换。例如，可以执行CW光输出和光脉冲输出之间的切换而同时使作为种子光源41的LD一直发光(同时保持光输出的稳定度)。依照该构造，可以维持作为处理激光器的种子光源的稳定性，从而可以获得稳定的处理质量。

在图13和图14中，关于调制电压的信息在调制控制部分内部的算术部分中被计算出来作为包括调制器的偏移电压和调制幅度电压的信息，并被供给调制器。无论是脉冲打开状态还是脉冲关闭状态下的调制电压均对应于调制器的偏移电压，而在一个状态下的调制电压与另一状态下的调制电压之间的差则对应于调制幅度电压。

不过，如在上述实施例中，针对要供给种子光源的驱动电流的设置值，要从调制器51输出的调制电压的电压值设置的自动控制是更为优选的，因为这使得能够更快地调节调制电压值，减小了错误设置所引起的人工错误，并且可以得到更安全的激光光源设备。

如上所述，根据本发明，在设置用于发光元件的直接调制的条件时，可以同时将光脉冲的脉冲峰值和脉冲宽度设置为期望值，并且可以自动设置光脉冲的脉冲峰值和脉冲宽度，可以防止脉冲波形的波动，抑制了要供给种子光源的驱动电流的波动所引起的光脉冲波形失真，并且可以稳定地产生具有正常波形的光脉冲。

Claims

1.一种发光元件的脉冲产生方法，所述脉冲产生方法包括步骤：

准备输出激光的发光元件；驱动电流源部分将驱动电流供给发光元件；调制器将用于激光脉冲调制的调制电压施加到发光元件；以及调制控制部分控制调制图形以作为调制器的调制电压的脉冲调制的图形；和

使调制控制部分根据关于驱动电流值的信息来设置调制图形中的调制电压值，并将关于调制图形的信息发送到调制器以使得调制电压达到设置值。

2.根据权利要求1的发光元件的脉冲产生方法，其中，对要从驱动电流源部分输出的驱动电流进行控制，以使得在调制电压值被固定在脉冲调制图形的期间，驱动电流固定在预定值。

3.根据权利要求2的发光元件的脉冲产生方法，其中所述调制电压值根据关于变化的驱动电流值的信息而发生变化。

4.根据权利要求1的发光元件的脉冲产生方法，其中，对要从驱动电流源部分输出的驱动电流进行控制，以使发光元件的输出光功率的监控值达到预定值。

5.根据权利要求4的发光元件的脉冲产生方法，其中所述监控值是来自在光源内部提供的后监控检测器或在光源外部提供的光电检测器的电信号。

6.根据权利要求1的发光元件的脉冲产生方法，其中将驱动电流值与调制电压值之间的对应关系预设为对应表或对应函数，以及

其中根据关于驱动电流值的信息和所述对应关系来设置调制电压值。

7.一种激光光源设备，包括：

发光元件，其用于输出激光；

驱动电流源部分，其将驱动电流供给发光元件；

调制器，其将用于对激光进行脉冲调制的调制电压施加到发光元件；和

调制控制部分，其控制调制图形以作为调制器的调制电压的脉冲调制图形，

其中所述调制控制部分包括：存储部分，用于存储驱动电流值与调制电压值之间的对应关系；和算术部分，其根据关于驱动电流值的信息和驱动电流值与调制电压值之间的对应关系来设置调制图形中的调制电压值，并且所述调制控制部分将关于调制图形的信息发送到调制器，以使调制电压根据关于驱动电流值的信息中的变化而到达重置值。

8.根据权利要求7的激光光源设备，其中存储部分将驱动电流值与调制电压值之间的对应关系存储为具有对应表形式的数据。

9.根据权利要求7的激光光源设备，其中存储部分将驱动电流值与调制电压值之间的对应关系存储为对应函数等式。