CN102598437B

CN102598437B - 光纤激光器装置

Info

Publication number: CN102598437B
Application number: CN201080050505.9A
Authority: CN
Inventors: 大庭康弘; 中居道弘
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-11-08
Also published as: EP2500999B1; JP2011100954A; EP2500999A1; JP5432673B2; CN102598437A; US8446923B2; EP2500999A4; WO2011055812A1; US20120263198A1

Abstract

本发明提供一种能够缩短输出的激光的上升时间，并且能够抑制输出的激光的上升时间的偏差的光纤激光器装置。该光纤激光器装置的特征在于，光纤激光器装置（100）具备种子激光光源（10）、激发光源（20）、放大用光纤（30）、控制部（60）、输出设定部（63）和输出命令部（65），当输出命令被输入到控制部（60）时，控制部（60）以成为准备激发状态、输出状态的方式控制种子激光光源（10）与激发光源（20），在准备激发状态下，激光不从种子激光光源（10）输出，在一定时间从激发光源（20）输出基于由输出设定部（63）设定的激光的强度的规定的强度的激发光，在输出状态下，从种子激光光源（10）输出激光，并且从激发光源（20）输出激发光，以使由输出设定部设定的强度的激光被输出。

Description

光纤激光器装置

技术领域

本发明涉及光纤激光器装置。

背景技术

近些年，在使用激光进行加工的加工机、使用了激光的手术刀等医疗设备中，使用了光纤激光器装置。光纤激光器装置是将由激光振荡器产生的激光与激发光输入到放大用光纤，被放大的激光从输出部输出的装置。

在这样的光纤激光器装置中，从光纤激光器装置开始输出激光到激光的强度稳定需要某程度的时间。即，激光的上升需要某程度的时间。

该激光的上升时间越短，作业效率越好。在下述专利文献1中记载有这样的到激光的强度稳定的时间短的光纤激光器装置。

在下述专利文献1中记载的光纤激光器装置中，在激光从光纤激光器装置输出前的期间（待机状态的期间）中，强度弱的一定的激发光被输入到放大用光纤，使在放大用光纤中添加的稀土类元素成为激发状态。接下来，当激光从光纤激光器装置输出时，向放大用光纤输入种子激光与强度强的激发光来放大种子激光，并输出被放大的激光。这样，当激光从光纤激光器装置输出时，放大用光纤的稀土类元素事先成为激发状态，因此从光纤激光器装置输出的激光的上升时间（rising time）变短（专利文献1）。

专利文献1：日本特开2008－91773号公报

但是，在上述专利文献1中记载的光纤激光器装置的激光的上升时间虽然短，但该激光的上升时间存在偏差，有改善的余地。

于是，本发明的目的在于提供可以缩短输出的激光的上升时间，并且可以抑制输出的激光的上升时间的偏差的光纤激光器装置。

为了解决上述课题，本发明者们对上述专利文献1中记载的光纤激光器装置中，从光纤激光器装置开始输出激光到激光的强度稳定的时间不一致的原因进行了深入研究。其结果，查明了原因是在欲使激光从光纤激光器装置输出的时刻，放大用光纤的稀土类元素的激发状态不一致，该激发状态与为了使激光输出而输入到放大用光纤的激发光未被建立任何联系。

即，在上述专利文献1中记载的光纤激光器装置中，有可能根据激发光输入到放大用光纤而使稀土类元素成为激发状态的待机状态的时间的长度，放大用光纤的稀土类元素的激发状态不同。例如，当待机状态非常短时，在激光被输出的时刻，放大用光纤的稀土类元素为低激发状态，当待机状态十分长时，在激光被输出的时刻，放大用光纤的稀土类元素为高激发状态。而且，该激发状态是指种子激光与激发光不相关地输入到放大用光纤并从光纤激光器装置输出激光。因此，从光纤激光器装置开始输出激光到激光的强度稳定的时间产生偏差。

于是，本发明者们着眼于激光上升前的激发光的强度与进行激光输出之时的激发光的强度的关系，得到了本发明。

发明内容

即本发明的光纤激光器装置的特征在于，具备：输出种子激光的种子激光光源；输出激发光的激发光源；放大用光纤，其被输入所述种子激光与所述激发光，在该放大用光纤中添加有通过所述激发光而成为激发状态的稀土类元素，并放大所述种子激光来作为激光输出；输出部，其输出从所述放大用光纤输出的所述激光；控制部，其至少控制所述种子激光光源与所述激发光源；输出设定部，其向所述控制部输入设定从所述输出部输出的所述激光的强度的输出设定命令；和输出命令部，其向所述控制部输入使所述激光从所述输出部输出的输出命令，其中，当所述输出命令输入所述控制部时，所述控制部控制所述种子激光光源以及所述激发光源，以使所述种子激光光源以及所述激发光源从准备激发状态变为输出状态，在所述准备激发状态下，不从所述种子激光光源输出所述种子激光，而在一定期间从所述激发光源输出基于由所述输出设定部设定的激光的强度的规定强度的激发光，在所述输出状态下，从所述种子激光光源输出所述种子激光，并且从所述激发光源输出所述激发光，以使由所述输出设定部设定的强度的激光被所述输出部输出。

根据这样的光纤激光器装置，当输出命令从输出命令部输入到控制部时，控制部使种子激光光源以及激发光源成为准备激发状态，按照种子激光不被输出的方式控制种子激光光源，并且按照以一定时间向放大用光纤输入激发光的方式控制激发光源。因此，放大用光纤的稀土类元素的激发状态渐渐地被提高。接下来，控制部使种子激光光源以及激发光源成为输出状态，激发光与种子激光被输入到放大用光纤。这时，在准备激发状态下，放大用光纤的稀土类元素的激发状态被提高，因此在输出状态下，能够缩短从输出部输出的激光的上升时间。

另外，控制部使准备激发状态下的激发光的强度成为基于由输出设定部设定的激光的强度的强度。基于由输出设定部设定的激光的强度的强度意味着：在输出状态下从输出部输出的激光的强度强，因此当输出状态下的激发光的强度强时，准备激发状态下的激发光的强度被设定为较强，在输出状态下从输出部输出的激光的强度弱，因此当输出状态下的激发光的强度弱时，准备激发状态下的激发光的强度被设定为较弱。因此，准备激发状态结束时刻的稀土类元素的激发状态当输出状态下从输出部输出的激光的强度强时，为高激发状态，当输出状态下从输出部输出的激光的强度弱时，为低激发状态。因此，可以抑制在输出状态下从种子激光以及激发光输入到放大用光纤起到从输出部输出的激光上升为止的时间的偏差。

此外，优选在上述光纤激光器装置中还具备：波长变换器，其设置于所述放大用光纤与所述输出部之间，不对所述准备激发状态下通过所述激发光在所述放大用光纤中产生并输出的光进行波长变换，而对所述输出状态下通过所述种子激光以及所述激发光从所述放大用光纤输出的所述激光进行波长变换；和波长选择滤波器，其设置于所述波长变换器与所述输出部之间，当与所述种子激光相同波段的光被输入到所述波长变换器时，在波长选择滤光器中透过在所述波长变换器中进行波长变换的光，并抑制在所述波长变换器中未进行波长变换的光的透过。

波长变换器例如由产生受激拉曼散射的光纤构成。该波长变换器当输入的光的强度的峰值大时，将该光变换为波长更长的光来输出，当输入的光的强度的峰值小时，不变换该光的波长而直接输出。因此，根据这样的光纤激光器装置，在输出状态下，当被放大的激光从放大用光纤输出时，激光的强度峰值大，因此在波长变换器中进行波长变换。被进行了波长变换的激光透过波长选择滤波器而从输出部输出。另一方面，在准备激发状态下，放大用光纤的稀土类元素通过激发光而成为激发状态。然而，放大用光纤构成为通过由于激发光而成为激发状态的稀土类元素的受激辐射，从种子激光光源输出的种子激光被放大。但是在准备激发状态下，种子激光不输入到放大用光纤，因此从放大用光纤中仅输出由被激发的稀土类元素发出的自发辐射光。该自发辐射光的强度峰值小，因此在波长变换器中不进行波长变换，从波长变换器输出并输入到波长选择滤波器的光被抑制透过滤波器。这样，可以抑制在准备激发状态下从输出部输出不需要的光。

或者，本发明的光纤激光器装置的特征在于，具备：输出种子激光的种子激光光源；输出激发光的激发光源；放大用光纤，其被输入所述种子激光与所述激发光，在该放大用光纤中添加有通过所述激发光而成为激发状态的稀土类元素，并放大所述种子激光来作为激光输出；输出部，其输出从所述放大用光纤输出的所述激光；控制部，其至少控制所述种子激光光源与所述激发光源；输出设定部，其向所述控制部输入设定从所述输出部输出的所述激光的强度的输出设定命令；和输出命令部，其向所述控制部输入使所述激光从所述输出部输出的输出命令，其中，当所述输出命令输入所述控制部时，所述控制部控制所述种子激光光源以及所述激发光源，以使所述种子激光光源以及所述激发光源从准备激发状态变为输出状态，在准备激发状态下，在一定期间从所述种子激光光源输出微弱强度的种子激光，并且从所述激发光源输出基于由所述输出设定部设定的激光的强度的规定强度的激发光，在所述输出状态下，从所述种子激光光源输出所述种子激光，并且从所述激发光源输出所述激发光，以使由所述输出设定部设定的强度的激光被所述输出部输出。

根据这样的光纤激光器装置，在准备激发状态下，种子激光被输入到放大用光纤，因此可以取得激发光引起的稀土类元素的激发与种子激光引起的稀土类元素的衰减的平衡。因此稀土类元素变得越不稳定，越可以抑制其被激发，能够抑制在准备激发状态下非意图的激光振荡。

此外，在上述光纤激光器装置中，所述输出状态下的从所述种子激光光源输出的所述种子激光是脉冲光，在所述准备激发状态下从所述种子激光光源输出的所述种子激光也可以是连续光。

另外，优选在上述光纤激光器装置中还具备：波长变换器，其设置于所述放大用光纤与所述输出部之间，不对所述准备激发状态下通过所述种子激光以及所述激发光而从所述放大用光纤输出的光进行波长变换，而对所述输出状态下通过所述种子激光以及所述激发光从所述放大用光纤输出的所述激光进行波长变换；和波长选择滤波器，其设置于所述波长变换器与所述输出部之间，当与所述种子激光相同波段的光被输入到所述波长变换器时，在波长选择滤光器中透过在所述波长变换器中进行波长变换的光，并抑制在所述波长变换器中未进行波长变换的光的透过。

根据这样的光纤激光器装置，在准备激发状态下，输入到放大用光纤的微弱强度的种子激光由于稀土类元素的受激辐射被放大并从放大用光纤输出。但是，波长变换器构成为不对这时从放大用光纤输出的光进行波长变换。因此，抑制在准备激发状态下从输出部输出激光。

另外，优选在上述光纤激光器装置中，所述准备激发状态下的所述激发光的强度是所述输出状态下的所述激发光的强度以下。

根据本发明，能够缩短输出的激光的上升时间，并且能够抑制输出的激光的上升时间的偏差。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的光纤激光器装置的图。

图2是表示图1的种子激光光源的图。

图3是示意地表示图1的光纤激光器装置的动作的时序图。

图4是表示本发明的第2实施方式的光纤激光器装置的图。

图5是示意地表示本发明的第3实施方式的光纤激光器装置的动作的时序图。

图6是控制部中的进行激发光源的控制的模块的框图。

图7是表示来自输出命令部的输出命令、控制部输入到多路转换器的选择信号和多路转换器输出的电压的关系的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的光纤激光器装置的优选的实施方式详细地进行说明。

（第1实施方式）

图1是表示本发明的第1实施方式的光纤激光器装置的图。

如图1所示，光纤激光器装置100具备下述主要的构成：输出波长λ1的种子激光的种子激光光源10；输出激发光的激发光源20；输入激发光与种子激光的放大用光纤30；使激发光与种子激光输入到放大用光纤30的光耦合器40；输出从放大用光纤30输出的光的输出部50；控制种子激光光源10与激发光源20的控制部60；输出设定部63，其向控制部60输入从输出部50输出的激光的强度；输出命令部65，其向控制部60输入输出命令，以使激光从输出部50输出；以及存储器67，其根据从输出部50输出的激光的强度来存储从激发光源20输出的激发光的强度。

图2是表示图1的种子激光光源10的图。在本实施方式中，使用法布里珀罗型的激光输出装置作为种子激光光源10。如图2所示，种子激光光源10具备：输出激发光的激光振荡器11；稀土类添加光纤13，其被输入来自激光振荡器11的激发光；第一FBG(Fiber Bragg Grating）12，其被设置于稀土类添加光纤13与激光振荡器11之间；第二FBG15，其被设置在稀土类添加光纤13的与激光振荡器11相反的一侧；以及AOM（Acoustic Optical Modulator：声光调制器）14，其被设置在第二FBG15与稀土类添加光纤13之间。

激光振荡器11例如是半导体激光器，输出激发光。输出的激发光例如为975nm的波长。从激光振荡器11输出的激发光经由第一FBG12被输入到稀土类添加光纤13。在稀土类添加光纤13中，激发光被添加在稀土类添加光纤13中的稀土类元素吸收。因此，稀土类元素成为激发状态。然后，成为激发状态的稀土类元素辐射出包含特定的波长λ1的自发辐射光。这时的波长λ1例如为1064nm。该自发辐射光在稀土类添加光纤13中传播，并被输入到AOM14。AOM14被控制成周期性地重复低损耗状态与高损耗状态，或者被控制成维持低损耗状态。

而且，在AOM14被控制成周期性地重复低损耗状态与高损耗状态的情况下，当AOM14为高损耗状态时，AOM14抑制自发辐射光的透过，当AOM14为低损耗状态时，AOM14使自发辐射光透过。因此，当AOM14为低损耗状态下，自发辐射光经由AOM14被输入到第二FBG15。第二FBG15有选择性地以大约50％以下的反射率反射包含波长λ1的波段的光。因此，反射的自发辐射光经由AOM14再次输入到稀土类添加光纤13，通过稀土类添加光纤13的稀土类元素的受激辐射被放大。之后，被放大的光到达第一FBG12。第一FBG12有选择性地例如以99.5％的反射率反射包含波长λ1的波段的光。因此，被第一FBG12反射的光再次被输入到稀土类添加光纤13而放大。之后，被放大的光经由AOM14输入到第二FBG15，一部分的光透过第二FBG15。这样，由第一FBG12与第二FBG15构成法布里珀罗振荡器，与AOM14重复低损耗状态与高损耗状态的动作同步，脉冲状的光被放大，该放大后的脉冲状的光作为种子激光从第二FBG15输出。这时，从种子激光光源10输出的种子激光的波长λ1例如为1064nm，脉冲的重复频率例如为100kHz。

另外，当AOM14被控制成维持低损耗状态时，从种子激光光源10输出同一波长、作为连续光的种子激光。

此外，在种子激光光源10中，AOM14被来自控制部60的控制信号控制，因此作为脉冲光或者连续光的种子激光的输出被控制，或者它们的强度被控制。

从种子激光光源10输出的激光被输入到光耦合器40。

另一方面，激发光源20由输出激发光的多个激光二极管构成，输出的激发光的强度根据来自控制部60的控制信号被调整。激发光源20输出使放大用光纤30的稀土类元素成为激发状态的激发光，从激发光源20输出的激发光被输入到光耦合器40。此外，从激发光源20输出的激发光例如为975nm的波长。

光耦合器40具有输入来自种子激光光源10的激光的输入端口41；输入来自激发光源20的激发光的激发光输入端口42；以及输出来自种子激光光源10的种子激光以及激发光的输出端口43。输入端口41由单模光纤构成，该单模光纤将来自种子激光光源10的种子激光作为单模光传播。激发光输入端口42由多模光纤构成，该多模光纤将从激发光源20输出的激发光作为多模光传播。输出端口43形成为下述构成：由双包层光纤构成，该双包层光纤具有纤芯、覆盖纤芯的包层和覆盖包层的树脂包层，种子激光通过纤芯作为单模光传播，激发光通过纤芯以及包层作为多模光传播。从输出端口43输出的种子激光与激发光被输入到放大用光纤30。

放大用光纤30由双包层光纤构成，该双包层光纤具有：添加稀土类元素的纤芯、覆盖纤芯的包层以及覆盖包层的树脂包层。纤芯将从光耦合器40输出的种子激光作为单模光传播，通过纤芯以及包层将从光耦合器40输出的激发光作为多模光传播。而且，当激发光通过纤芯之时，添加在纤芯中的稀土类元素成为激发状态，成为激发状态的稀土类元素通过在纤芯中传播的种子激光引起受激辐射，由于该受激辐射，种子激光被放大。对于放大用光纤30而言，例如纤芯的直径为10μm，包层的外径为125μm，在纤芯中添加有铒作为稀土类元素。

输出部50向光纤激光器装置100的外部输出在放大用光纤30中被放大的激光。此外，上述那样，当从种子激光光源10输出脉冲状的种子激光时，从输出部50输出与从种子激光光源10输出的种子激光同步的脉冲状的激光。

输出设定部63设定从输出部50输出的激光的强度，并向控制部60输入基于被设定的激光的强度的输出设定命令。

输出命令部65向控制部60输入用于使激光从输出部50输出的输出命令。

控制部60基于来自输出设定部63的输出设定命令、来自输出命令部65的输出命令来控制种子激光光源10以及激发光源20。具体而言，控制部60控制种子激光光源10中的激光振荡器11、AOM14，进行来自种子激光光源10的种子激光的输出的有无、强度以及使种子激光为脉冲光、连续光的控制。此外，控制部60控制激发光源20，控制从激发光源20输出的激发光的有无、从激发光源20输出的激发光的强度。

存储器67与输出设定命令对应地存储用于使由输出设定部63设定的强度的激光从输出部50输出的激发光的强度、以及从输出部50输出激光前的激发光的强度。该激光被输出前的激发光的强度为具有下述这样的强度，即仅在输出激光前预先设定的一定时间向放大用光纤输入激发光的情况下，当从输出部50输出激光之时，从输出部50输出的激光的强度到稳定为止的期间为一定。即，由于在输出状态下从输出部50输出的激光的强度强，因此在输出状态下的激发光的强度强的情况下，输出激光前的激发光的强度被设定为较强，由于在输出状态下从输出部50输出的激光的强度弱，因此在输出状态下的激发光的强度弱的情况下，输出激光前的激发光的强度被设定为较弱。该激发光的强度基于由输出设定部63设定的激光的强度被事先求出，并存储于存储器67中。

接下来，使用图3对光纤激光器装置100的动作进行说明。

图3是示意地表示光纤激光器装置100的动作的时序图。

图3示意地表示从输出命令部65输入到控制部60的输出命令、从激发光源20输出的激发光的强度、从种子激光光源10输出的种子激光的强度、放大用光纤30的稀土类元素的激发状态、以及从输出部50输出的激光的强度。此外，在图3中，输出命令为H的状态表示从输出命令部65向控制部60发出输出命令的状态，显示出激发光的强度表示得越高，从激发光源20输出强度越强的激发光的状态，显示出来自种子激光光源的种子激光的强度表示得越高，从种子激光光源10输出强度越强的种子激光的状态，显示出稀土类元素的激发状态表示得越高，放大用光纤30的稀土类元素为越高的激发状态，显示出输出的激光的强度表示得越高，从输出部50输出的激光的强度越强的状态。

首先，接通光纤激光器装置100的未图示的电源，向控制部60供给电力。

控制部60当被供给给电力时，等待来自输出设定部63的输出设定命令。然后，在输出设定部63中，当从输出部50输出的激光的强度被设定为强度P1时，基于该设定的输出设定命令被输入到控制部60。这时，控制部60存储该输出设定命令。

接下来，在时刻t1，当从输出命令部65向控制部60输入输出命令时，控制部60将激发光源20控制为准备激发状态，并且从存储器67中读出存储的基于输出设定命令的规定的准备激发光的强度R11。然后，控制部60控制激发光源20，仅在预先设定的一定时间Ta内输出从存储器67中读出的强度R11的准备激发光。进而，控制部60将种子激光光源10控制为准备激发状态，并控制成不输出种子激光。此外，在该种子激光光源10的控制中，也包含不对种子激光光源10特别发出命令。这时，在放大用光纤30中仅输入了准备激发光，因此放大用光纤30的稀土类元素的激发状态渐渐变高。这时的准备激发光的强度R11例如为2W，一定时间Ta例如为100μ秒。

因此，在从时刻t1经过了预先设定的一定时间Ta的准备激发状态的结束时刻，稀土类元素的激发状态的高度基于输出的激光的强度P1成为预先设定的激发状态S11。

接下来，在从时刻t1经过了预先设定的一定时间Ta的时刻t2，控制部60使激发光源20为输出状态，从存储器67中读出存储的与输出设定命令对应的激发光的强度R12。然后，控制激发光源20来使强度R12的激发光从激发光源20输出。此外，控制部60在时刻t2控制种子激光光源10，使峰值为强度H、波长λ1的脉冲状的种子激光从种子激光光源10输出。具体而言，输出状态下的激发光的强度R12的强度例如为6W，种子激光的峰值的强度H例如为4W。

在输出状态下，当从激发光源20输出强度R12激发光，从种子激光光源10输出种子激光时，放大用光纤30的稀土类元素成为更高的激发状态并且引起受激辐射，来使种子激光的强度放大。因此，从放大用光纤30输出被放大的脉冲状的激光，从输出部50输出该被放大的脉冲状的激光。

但是，在刚经过时刻t2的时刻，从输出部50输出的激光的强度达不到由输出设定部63设定的强度P1。然后，当变为从时刻t2经过期间Tb的时刻t3时，稀土类元素的激发状态变为S12。这样，从输出部50输出由输出设定部63设定的强度P1的激光，激光的输出稳定。该从时刻t2到时刻t3的期间（期间Tb）成为从输出部50输出的激光的上升时间。例如，在接通电源输出最初的激光的情况下，当如上述那样，准备激发光的强度R11为2W、一定时间Ta为100μ秒、输出状态下激发光的强度R12为6W、种子激光的峰值的强度H为4W时，期间Tb为50μ秒以下。

这里，对准备激发状态下从激发光源20输出的准备激发光的强度进行说明。在准备激发状态下，若仅在预先设定的一定的期间Ta（t1～t2）输出强度R11的准备激发光时，稀土类元素成为基于由输出设定部63设定的激光的强度P1的规定的激发状态S11。该规定的激发状态S11是指为了在输出状态下输出由输出设定部63输出的强度P1的激光，当从激发光源20输出强度R12的激发光，从种子激光光源输出峰值为强度H的种子激光时，在一定时间Tb内激光上升那样的激发状态。而且，准备激发状态下的准备激发光的强度R11是在准备激发状态结束的时刻t2，稀土类元素成为规定的激发状态S11的强度。即，在准备激发状态下，从激发光源20输出的准备激发光的强度R11是上升时间Tb不依赖于由输出设定部63设定的激光的强度而成为固定的期间那样的强度。

对于这样的准备激发光的强度R11，为使在输出状态下，当向放大用光纤30输入了峰值为强度H的种子激光与强度R12的激发光时，上升时间为Tb，而基于由输出设定部63设定的激光的强度P1来事先求出，并如上所述，并存储在存储器67中。

接下来，在时刻t4，当不从输出命令部65输入输出命令时，控制部60使来自种子激光光源10的种子激光的输出与来自激发光源20的激发光的输出停止。因此，从输出部50输出的激光被停止。然后，控制部60再次等待来自输出命令部65的输出命令、来自输出设定部63的输出设定命令。

接下来，对与时刻t3到时刻t4的激光输出的强度P1不同的强度的激光输出进行说明。

接下来，从时刻t4到时刻t5之间，当在输出设定部63中从输出部50输出的激光的强度被设定为与时刻t3到时刻t4中的激光的强度不同的强度P2时，基于该设定的输出设定命令被输入到控制部60。这时，控制部60存储该输出设定命令。

接下来，在时刻t5，当从输出命令部65向控制部60输入输出命令时，控制部60将激发光源20控制为准备激发状态，并且从存储器67中读出基于输出设定命令的准备激发光的强度R21。然后，控制部60控制激发光源20，仅在预先设定的一定时间Ta内，使从存储器67中读出的强度R21的准备激发光输出。此外，控制部60按照将种子激光光源10控制为准备激发状态，不输出种子激光的方式进行控制。这时，在放大用光纤30中，仅输入了准备激发光，放大用光纤30的稀土类元素的激发状态渐渐变高。此外，准备激发状态的期间Ta的长度是与时刻t1～时刻t2的准备激发状态的期间Ta相同的长度。另外，例如，如图3所示，当从输出部50输出的激光的强度P2比强度P1弱时，准备激发光的强度R21变为比强度R11弱的强度。例如，如上所述，当从时刻t1到t2中的准备激发光的强度R11为2W时，强度R21为1.5W。

这样，在从时刻t5经过预先规定的一定时间Ta的准备激发状态的结束时刻，稀土类元素的激发状态的高度为基于输出的激光的强度P2预先设定的激发状态S21。此外，例如，如图3所示，当从输出部50输出的激光的强度P2比强度P1弱时，如上述那样，准备激发光的强度R21为比强度R11弱的强度，因此在准备激发状态的结束时刻的稀土类元素的激发状态S21为比激发状态S11低的激发状态。

接下来，在从时刻t5经过了预先设定的一定时间Ta的时刻t6，控制部60使激发光源20为输出状态，从存储器67中读出与输出设定命令对应的激发光的强度R22。然后，控制激发光源20，使强度R22的激发光从激发光源20中输出。此外，控制部60在时刻t6控制种子激光光源10，从种子激光光源10输出峰值为强度H、波长λ1的脉冲状的种子激光。这时的激发光的强度R22与种子激光的峰值的强度H是从输出部50输出被设定的强度P2的激光那样的强度。具体而言，激发光的强度R12的强度例如为5W，种子激光的峰值的强度H例如为4W。

当在输出状态下，从激发光源20输出强度R22的激发光，从种子激光光源10输出种子激光时，放大用光纤30的稀土类元素成为更高的激发状态并且引起受激辐射，而放大种子激光的强度。然后，从输出部50输出被放大的脉冲状的激光。

但是，在刚经过时刻t6的时刻，从输出部50输出的激光的强度达不到在输出设定部63中设定的强度P2。然后，当变为从时刻t6经过一定的期间Tb的时刻t7时，稀土类元素的激发状态变为R22。这样，从输出部50输出由输出设定部63设定的强度P2的激光，激光的输出稳定。从该时刻t6到时刻t7的期间成为从输出部50输出的激光的上升时间。

此外，在准备激发状态下，当仅在预先设定的一定期间Ta（t5～t6）内输出强度R21的准备激发光时，稀土类元素变为基于由输出设定部63设定的激光的强度P2的规定的激发状态S21。为了在输出状态下输出由输出设定部63输出的强度P2的激光，当从激发光源20输出强度R22的激发光，从种子激光光源10输出峰值为强度H的种子激光时，该规定的激发状态S21是激光在一定时间Tb内上升那样的激发状态。而且，准备激发状态下的激发光的强度R21是在准备激发状态结束的时刻t6，稀土类元素成为规定的激发状态的强度。即，准备激发光的强度R21基于由输出设定部70设定的激光的强度P2被设定，以使时刻t6～时刻t7中的上升时间Tb与时刻t2～时刻t3中的上升时间为相同的长度。

这样的准备激发光的强度R21与强度R11同样，事先被求出，以使当在输出状态下，种子激光与强度R22的激发光被输入到放大用光纤30中时，上升时间为Tb。

接下来，在时刻t8，当不从输出命令部65输入输出命令时，控制部60使来自种子激光光源10的激光的输出与来自激发光源20的激发光的输出停止。因此，从输出部50输出的激光被停止。

根据本实施方式中的光纤激光器装置100，当从输出命令部65向控制部60输入输出命令时，控制部60按照在准备激发状态下不输出种子激光的方式控制种子激光光源10，并且按照在一定时间Ta将激发光输入到放大用光纤30中的方式控制激发光源20。因此，放大用光纤30的稀土类元素的激发状态渐渐变高。接下来，控制部60使种子激光光源10以及激发光源20为输出状态，激发光与种子激光被输入到放大用光纤30。这时，在准备激发状态下，放大用光纤30的稀土类元素的激发状态变高，因此能够缩短在从准备激发状态变为输出状态时，从输出部输出的激光的上升时间Tb。

另外，控制部60使准备激发状态下的激发光的强度为基于由输出设定部63设定的激光的强度P1（P2）的强度R11（R21）。即，在输出状态下从输出部50输出的激光的强度强，因此在输出状态下的激发光的强度强的情况下，准备激发状态下的激发光的强度被设定为较强。另外，在输出状态下从输出部50输出的激光的强度弱，因此在输出状态下的激发光的强度弱的情况下，准备激发状态下的激发光的强度被设定为较弱。因此，准备激发状态结束时刻t2（t6）的稀土类元素的激发状态S11（S21）当在输出状态下从输出部输出的激光的强度强时，成为高激发状态，当在输出状态下从输出部输出的激光的强度弱时，成为低激发状态。因此，能够抑制在输出状态下，从激光与激发光输入到放大用光纤30开始到从输出部输出的激光上升为止的期间Tb的偏差。

这样，从输出命令部65输入输出命令开始，仅在一定时间Ta为准备激发状态，接下来，在抑制了偏差的期间Tb内从输出部50输出的激光上升。即，不依赖于由输出设定部63设定的激光的强度，从输出命令被输入到输出命令部65开始经过期间（Ta＋Tb）后，激光会稳定的输出。该期间（Ta＋Tb）为抑制偏差的期间，因此光纤激光器装置100便于使用。

（第2实施方式）

接下来，参照图4对本发明的第2实施方式详细地进行说明。此外，对于与第1实施方式相同或者同等的构成要素标注同一参照符号，并省略重复的说明。图4是表示本发明的第2实施方式的光纤激光器装置的图。

如图4所示，光纤激光器装置110在具备波长变换器71与波长选择滤波器73的方面与第1实施方式不同，其中，波长变换器71设置在放大用光纤30与输出部50之间，被输入从放大用光纤30输出的光；波长选择滤波器73设置在波长变换器71与输出部50之间，被输入从波长变换器71输出的光。

波长变换器71由引起受激拉曼散射的光纤构成。该波长变换器当输入的光的强度的峰值大时，将该光变换为波长更长的光并输出，当输入的光的强度的峰值小时，不变换该光的波长而直接输出。具体而言，在准备激发状态下，当从激发光源20向放大用光纤30输入准备激发光时，在放大用光纤30中产生自发辐射光。该自发辐射光在放大用光纤30中被放大而输出，并被输入到波长变换器71。但是，这时从放大用光纤30中输出的光的强度的峰值小，波长变换器71构成为不对这时输入的光进行波长变换。另一方面，在输出状态下，从种子激光光源10输出种子激光，并且从激发光源20输出激发光，在放大用光纤30中，种子激光被放大来作为激光输出，并且输入到波长变换器71。而且，这时输入的激光的强度的峰值大，波长变换器71构成为对这时输入的激光进行波长变换。

另外，波长变换器71在进行波长变换的情况下，当输入波长为λ1的激光时，通过受激拉曼散射将输入到波长变换器71中的光变换为比波长λ1的波长长的波长λ2的光。因此从波长变换器71输出比输入的光波长长的光。

作为这样的波长变换用的光纤，可以举出由纤芯以及包层构成的、在纤芯中添加了使非线性光学常数上升的掺杂剂的光纤。作为这样的掺杂剂，可以举出锗、磷。例如，波长变换器71是在纤芯中添加了7～8质量％的锗，纤芯的直径为5μm、长度为20m的单模光纤，构成为当输入了脉冲光的峰值的强度为70W以上、波长λ1为1064nm的光时，输出波长λ2为1120nm的光，当输入了强度比70W低的光时，不进行波长变换。该波长变换器71的波长变换的峰值的阈值能够通过纤芯的直径、掺杂剂的添加浓度、长度等来变化。因此，本实施方式的波长变换器71的纤芯的直径、掺杂剂的添加浓度、长度被设定成当波长1120nm的光的峰值比70W大时，发生波长变换，当为比其小的峰值时，不发生波长变换。相反地，当波长变换器71的纤芯的直径、掺杂剂的添加浓度、长度预先被确定时，设定种子激光光源10以及激发光源20的输出，以使成为在准备激发状态下不发生波长变换，而在输出状态下发生波长变换那样的输入光的峰值。

波长选择滤波器73当经由波长变换器71被输入与从种子激光光源10输出的波长为λ1的种子激光相同波段的光时，使在波长变换器71中进行波长变换而输入的波长λ2的光透过，抑制在波长变换器71中不进行波长变换而输入的波长λ1的光的透过。因此，当从放大用光纤30输出强度强的波长λ1的激光，在波长变换器71中激光被波长变换成波长λ2时，输入到波长选择滤波器73的激光透过波长选择滤波器73。另一方面，当从放大用光纤30输出强度弱的波长λ1的激光，在波长变换器71中激光不被进行波长变换时，输入到波长选择滤波器73的激光在波长选择滤波器73中被抑制透过。

波长选择滤波器73例如由多层电介质膜滤波器、光子带隙光纤等构成。例如，向波长变换器71中输入波长λ1为1064nm的激光，在波长变换器71中被进行波长变换，波长λ2为1120nm的激光输入到波长选择滤波器73的情况下，激光透过波长选择滤波器73。另一方面，向波长变换器71中输入波长λ1为1064nm的激光，在波长变换器71中不被进行波长变换，向波长选择滤波器73中输入1064nm的激光的情况下，激光在波长选择滤波器73中被抑制透过。

接下来，对光纤激光器装置110的动作进行说明。

在光纤激光器装置110中，在准备激发状态下，仅在预先设定的一定的期间Ta（t1～t2、t5～t6）输出准备激发光，之后，在输出状态下，在期间Tb（t2～t3、t6～t7）中从输出部50输出的激光上升。在输出状态下到由输出部50输出的激光稳定为止的期间Tb这时的准备激发光的强度不依赖于由输出部50输出的激光的强度，而为成为一定的那样的强度。

在上述的准备激发状态下，利用输入到放大用光纤30的准备激发光，在放大用光纤30中产生自发辐射光。该自发辐射光在放大用光纤30中被放大而输出，并被输入到波长变换器71。但是，这时从放大用光纤30输出的光如上所述，在波长变换器71中不进行波长变换。因此，从波长变换器71输入到波长选择滤波器73中的光在波长选择滤波器中被抑制透过。因此，在准备激发状态下，不从输出部50输出光。

如上所述，当波长变换器71是长度为20m的单模光纤，纤芯由添加了7～8质量％锗的石英构成，纤芯的直径为5μm时，例如若准备激发光的强度R1为2W，则在准备激发状态下，在放大用光纤30中被放大而输出，并输入到波长变换器71中的光在波长变换器71中不进行波长变换。

接下来，在激发光源以及种子激光光源为输出状态的期间（t2～t4、t6～t8），从激发光源20输出强度R12、R22的激发光，并且从种子激光光源10输出峰值为强度H、波长λ1的脉冲状的种子激光。这时从放大用光纤30输出的激光如上所述，在波长变换器71中被进行波长变换。因此，从波长变换器71输入到波长选择滤波器73中的激光透过波长选择滤波器，从输出部50输出。例如，如上所述，当波长变换器71是长度为20m的单模光纤，纤芯由添加7～8质量％锗的石英构成，纤芯的直径为5μm时，若输出状态下的激发光的强度R12的强度为6W，种子激光的峰值的强度H为4W，则输入到波长变换器71中的激光的峰值为185W，进行波长变换。

根据这样的光纤激光器装置110，在输出状态下，当由放大用光纤30放大的激光被输出时，激光在波长变换器71中进行波长变换。在波长变换器71中进行了波长变换的激光被输入到波长选择滤波器73中，并透过波长选择滤波器73从输出部50输出。另一方面，在准备激发状态下，通过准备激发光放大用光纤30的稀土类元素成为激发状态。此外，放大用光纤30构成为通过由于激发光而成为激发状态的稀土类元素的受激辐射，从种子激光光源10输出的种子激光被放大。但是，在准备激发状态下，种子激光不输入到放大用光纤30，因此从放大用光纤30仅输出由被激发的稀土类元素产生的自发辐射光。该自发辐射光的光谱的宽度宽，强度的峰值小。而且，波长变换器71构成为在准备激发状态下，即使从放大用光纤30输入该自发辐射光被放大后的光，也不进行波长变换。因此，即使从放大用光纤30输出自发辐射光被放大后的光时，从波长变换器71输出的并被输入到波长选择滤波器73中的波长λ1的光在波长选择滤波器73中被抑制透过。这样，可以抑制在准备激发状态下从输出部50输出不需要的光。

此外，本实施方式与第1实施方式相同，在时刻t4，控制部60使来自种子激光光源10的种子激光的输出与来自激发光源20的激发光的输出停止，但从时刻t4到t6之间也可以进行来自种子激光光源10的种子激光的输出与来自激发光源20的激发光的输出。但是，来自种子激光光源10的种子激光的输出强度与来自激发光源20的激发光的输出强度设为比输入到波长变换器71中的光在波长变换器71中发生波长变换的峰值小的强度。通过设定为这样的来自种子激光光源10的种子激光的输出强度与来自激发光源20的激发光的输出强度，在时刻t4到t6之间，激光不会从输出部50输出。这样，通过不完全地停止种子激光光源10以及激发光源20的输出，能够使种子激光光源10以及激发光源20的动作稳定性提高。

另外，在本实施方式中，波长变换器71由产生受激拉曼散射的光纤构成，该波长变换器只要具有当输入的光的强度的峰值大时，将该光变换为不同的波长的光来输出，当输入的光的强度的峰值小时，不变换该光的波长而直接输出的功能，也不限于光纤。例如，波长变换器71也可以是三硼酸锂（LiB₃O₅）等产生第2谐波的非线性光学晶体。这样的非线性光学晶体当被输入规定的峰值以上的强度的光时，输出第2谐波（波长为1/2的光）。当使用产生第2谐波的非线性光学晶体作为波长变换器71时，后段的波长选择滤波器73使用抑制输入到波长变换器71的光的波长的透过、使该第2谐波的波长透过的滤波器。

（第3实施方式）

接下来，参照图5对本发明的第3实施方式详细地进行说明。此外，对于与第1实施方式、第2实施方式相同或者同等的构成要素，标注同一参照符号并省略重复的说明。本实施方式是使用了第2实施方式中说明的光纤激光器装置110的光纤激光器装置。

图5是表示本发明的第3实施方式的光纤激光器装置110的动作的时序图。本实施方式的光纤激光器装置110在准备激发状态下，从激发光源20输出准备激发光，并且从种子激光光源10输出微弱的种子激光，在这点上与第2实施方式的光纤激光器装置110不同。

具体而言，如图5所示，在时刻t1（t5），当从输出命令部65输入输出命令时，控制部60从存储器67中读出基于存储的输出设定命令的准备激发光的强度R11（R21）作为准备激发状态。然后，控制部60仅在预先设定的一定时间Ta内从激发光源20输出从存储器67中读出的强度R11的准备激发光。进而，控制部60控制种子激光光源10，使其输出预先设定的一定强度L的微弱的种子激光。该微弱的种子激光是连续光。

从激发光源20输出的激发光以及从种子激光光源输出的微弱的种子激光被输入到放大用光纤30。然后，在放大用光纤30中，通过由微弱的种子激光引起的稀土类元素的受激辐射，该微弱的种子激光被放大并从放大用光纤30中输出，并输入到波长变换器71。然而，形成为下述构成：即使种子激光在放大用光纤30中被放大并输出的光被输入到波长变换器71，波长变换器71也不对输入的光进行波长变换。从而，从波长变换器71输入到波长选择滤波器73中的光在波长选择滤波器中被抑制透过。因此，在准备激发状态下，不从输出部50输出光。例如如上所述，构成为：当波长变换器71是长度为20m的单模光纤，纤芯由添加了7～8质量％锗的石英构成，纤芯的直径为5μm时，若准备激发状态下的微弱的种子激光的强度L为1W，准备激发光的强度为2W，则在波长变换器71中不进行波长变换。

根据本实施方式中的光纤激光器装置110，在准备激发状态下，向放大用光纤30中输入种子激光，因此能够取得由激发光引起的稀土类元素的激发与由种子激光引起的稀土类元素的衰减的平衡。从而，稀土类元素变得越不稳定，越能够抑制被激发，能够抑制在准备激发状态下，非意图的激光振荡。

此外，在输出状态下，当从放大用光纤30中输出放大后的激光时，在波长变换器71中进行波长变换。波长变换后的激光被输入到波长选择滤波器73，并且透过波长选择滤波器73从输出部50输出。另一方面，在准备激发状态下，从放大用光纤30中辐射出受激辐射光，微弱的种子激光被放大而输出波长λ1的激光。然而，在准备激发状态下，从放大用光纤30中输出的激光在波长变换器71中不被进行波长变换。因此，从波长变换器71输入到波长选择滤波器73中的激光在波长选择滤波器73中被抑制透过。因此，能够抑制在准备激发状态下，输出不需要的激光。

以上，以第1、第2、第3实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明并不限于此。

例如，在第1实施方式中，在准备激发状态下，控制部60控制成不从种子激光光源10输出激光，但本发明并不限于此。例如，在准备激发状态下，控制部60也可以控制成从种子激光光源10输出微弱的种子激光。通过这样构成，在准备激发状态下，向放大用光纤30中输入种子激光，因此能够取得由激发光引起的稀土类元素的激发与由种子激光引起的稀土类元素的衰减的平衡。从而，稀土类元素变得越不稳定越能够抑制被激发，能够抑制在准备激发状态下非意图的激光振荡。

该情况下，在准备激发状态下，激发光与微弱的种子激光被输入到放大用光纤30中，因此，从放大用光纤30中输出微弱的种子激光被放大后的激光。但是，输入到放大用光纤30中的微弱的种子激光的强度非常弱，因此从放大用光纤30中输出的激光也弱，在使用光纤激光器装置100上不会成为问题。

另外，在第1、第2、第3实施方式中，种子激光光源10使用了法布里珀罗型的激光输出装置，但也可以是光纤环型的激光输出装置。此外，在输出状态下，从种子激光光源10输出的种子激光为脉冲光，也可以是连续光。

另外，在第1、第2、第3实施方式中，在准备激发状态下从激发光源20输出的激发光的强度为比输出状态下从激发光源20输出的激发光弱的强度，但本发明并不限于此。例如，在激光的上升时间Tb中不产生偏差的范围内，准备激发状态下从激发光源20输出的激发光与输出状态下从激发光源20输出的激发光也可以是相同强度的激发光。该情况下，在输出准备状态与输出状态下，使激发光源21为相同状态即可，因此能够减轻控制部的负担。

此外，放大用光纤30使激光作为单模光传播，但也可以是能够传播多模光的构成。

另外，输出设定部63是向控制部60输入输出设定命令的构成即可，也可以是在光纤激光器装置的外部生成输出设定命令，经由输出设定部63来输入到控制部60中的构成。

同样，输出命令部65是向控制部60输入输出命令的构成即可，也可以是在光纤激光器装置的外部生成输出命令，经由输出命令部65输入到控制部60中的构成。

另外，从激发光源20输出的激发光的控制方法例如能够如下进行。图6是控制部60中的进行激发光源20的控制的模块的框图。在进行该激发光源20的控制的模块中，基于输出设定部63的设定的电压作为电压Va输入到多路转换器90中，并且通过电阻r1、r2而输入分压Vb。此外，选择电压Va、Vb的选择信号A、B从控制部60输入到多路转换器90。此外，分压Vb为：

Vb＝Va×（r1/（r1＋r2））

该多路转换器90的输出与激发光源20的LD驱动电路91连接，根据多路转换器90的输出电压，LD驱动电路91输出LD驱动电流，根据该驱动电流，激发光源20的LD输出的激发光强度发生变化。

而且，当从控制部60向多路转换器输入选择信号时，根据该信号的逻辑，多路转换器90将电压输出输出为Va、Vb、0V的任意一种。此外，电压Vb可以通过改变电阻r1与r2的值来适当设定。

接下来，对进行这样的激发光源20的控制的模块的动作进行说明。图7是表示来自输出命令部65的输出命令、控制部60向多路转换器90中输入的选择信号A、B以及多路转换器90输出的电压的关系的时序图。

在图7中，在从输出命令部65向控制部60输入输出命令之前（时刻t1之前），控制部60均不输出选择信号A、B，选择信号不输入到多路转换器90中。因此，来自多路转换器90的输出电压为0V，不从激发光源20的LD中输出激发光。

接下来，在时刻t1，当从输出命令部65向控制部60输入输出命令时，控制部60仅在一定时间Ta（时刻t1～t2）内只向多路转换器90输入选择信号B。因此，从多路转换器90中输出电压Vb。这样，输入了电压Vb的LD驱动电路91使准备激发光从激发光源20的LD中输出。

接下来，在从时刻t1经过了一定时间的时刻t2，控制部60仅向多路转换器90中输入选择信号A。因此，从多路转换器90输出比电压Vb高的电压Va。这样，输入了电压Va的LD驱动电路91使强度强的激发光从激发光源20的LD中输出。

产业上的可利用性

根据本发明提供一种光纤激光器装置，该光纤激光器装置能够缩短输出的激光的上升时间，并且能够抑制输出的激光的上升时间的偏差。

附图标记的说明

10…激光光源；11…激发光源；12…第一FBG；13…稀土类添加光纤；14…AOM；15…第二FBG；20…激发光源；30…放大用光纤；40…光耦合器；50…输出部；60…控制部；63…输出设定部；65…输出命令部；67…存储器；71…波长变换器；73…波长选择滤波器

Claims

1.一种光纤激光器装置，其特征在于，

具备：

种子激光光源，其输出种子激光；

激发光源，其输出激发光；

放大用光纤，其被输入所述种子激光与所述激发光，在该放大用光纤中添加有通过所述激发光而成为激发状态的稀土元素，并放大所述种子激光来作为激光输出；

输出部，其输出从所述放大用光纤输出的所述激光；

控制部，其至少控制所述种子激光光源与所述激发光源；

输出设定部，其向所述控制部输入设定从所述输出部输出的所述激光的强度的输出设定命令；和

输出命令部，其向所述控制部输入使所述激光从所述输出部输出的输出命令，

其中，当所述输出命令输入所述控制部时，所述控制部控制所述种子激光光源以及所述激发光源，以使所述种子激光光源以及所述激发光源从准备激发状态变为输出状态，

在所述准备激发状态下，不从所述种子激光光源输出所述种子激光，而在一定期间从所述激发光源输出基于由所述输出设定部设定的激光的强度的规定强度的激发光，

在所述输出状态下，从所述种子激光光源输出所述种子激光，并且从所述激发光源输出所述激发光，以使由所述输出设定部设定的强度的激光被所述输出部输出。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器装置，其特征在于，

还具备：

波长变换器，其设置于所述放大用光纤与所述输出部之间，不对所述准备激发状态下通过所述激发光在所述放大用光纤中产生并输出的光进行波长变换，而对所述输出状态下通过所述种子激光以及所述激发光从所述放大用光纤输出的所述激光进行波长变换；和

波长选择滤光器，其设置于所述波长变换器与所述输出部之间，当与所述种子激光相同波段的光被输入到所述波长变换器时，在波长选择滤光器中透过在所述波长变换器中进行波长变换的光，并抑制在所述波长变换器中未进行波长变换的光的透过。

3.一种光纤激光器装置，其特征在于，

具备：

种子激光光源，其输出种子激光；

激发光源，其输出激发光；

输出部，其输出从所述放大用光纤输出的所述激光；

控制部，其至少控制所述种子激光光源与所述激发光源；

在准备激发状态下，在一定期间从所述种子激光光源输出微弱强度的种子激光，并且从所述激发光源输出基于由所述输出设定部设定的激光的强度的规定强度的激发光，

4.根据权利要求3所述的光纤激光器装置，其特征在于，

在所述输出状态下从所述种子激光光源输出的所述种子激光为脉冲光，在所述准备激发状态下从所述种子激光光源输出的所述种子激光为连续光。

5.根据权利要求3或4所述的光纤激光器装置，其特征在于，

还具备：

波长变换器，其设置于所述放大用光纤与所述输出部之间，不对所述准备激发状态下通过所述种子激光以及所述激发光而从所述放大用光纤输出的光进行波长变换，而对所述输出状态下通过所述种子激光以及所述激发光从所述放大用光纤输出的所述激光进行波长变换；和

6.根据权利要求1～4中任一项所述的光纤激光器装置，其特征在于，

所述准备激发状态下的所述激发光的强度是所述输出状态下的所述激发光的强度以下。

7.根据权利要求5所述的光纤激光器装置，其特征在于，