JP2008198874A - Pulse laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルスレーザ光を生成するパルスレーザ装置に関するものである。 The present invention relates to a pulse laser device that generates pulsed laser light.
従来から、光源から発生する矩形波状の信号光パルス列をYbなどの希土類元素が添加された希土類元素添加光ファイバを用いてレーザ増幅し、この増幅された増幅光パルス列をレーザマーキング等に用いるパルスレーザ装置がある。 Conventionally, a rectangular wave signal light pulse train generated from a light source is laser-amplified using a rare-earth element-doped optical fiber doped with a rare-earth element such as Yb, and this amplified light pulse train is used for laser marking or the like. There is a device.
上述した構成のパルスレーザ装置において、信号光パルス列は所定の繰り返し周期でオンとオフの状態を繰り返す。一方、希土類元素に励起エネルギーを供給する励起光源は励起光を希土類元素添加光ファイバに供給し続けるが、信号光パルス列がオフの状態においては誘導放出が起こらないため、希土類元素は極めて高い励起状態となっている。ここで、信号光パルス列がオン状態となって信号光が希土類元素添加光ファイバに入力すると、希土類元素が蓄積した励起エネルギーが急激に放出されて尖頭値が極めて高いサージパルスが発生し、その後は緩和振動が発生するため、増幅光パルス列の強度が極めて不安定になる。 In the pulse laser apparatus having the above-described configuration, the signal light pulse train repeats the on and off states at a predetermined repetition period. On the other hand, an excitation light source that supplies excitation energy to a rare earth element continues to supply excitation light to the rare earth element-doped optical fiber, but stimulated emission does not occur when the signal light pulse train is off, so the rare earth element is in an extremely high excitation state. It has become. Here, when the signal light pulse train is turned on and the signal light is input to the rare-earth element-doped optical fiber, the excitation energy accumulated by the rare-earth element is suddenly released, and a surge pulse having a very high peak value is generated. Since relaxation oscillation occurs, the intensity of the amplified optical pulse train becomes extremely unstable.
なお、上述したパルスレーザ装置と同様の構成のレーザマーキング装置において、光源から信号光パルス列を出力しないマーキングの休止期間においては励起光を低い強度のものに切替え、光源から信号光パルス列を出力するマーキング時においては励起光を高い強度のものに切り替えることによって、希土類元素が極めて高い励起状態になるのを防止し、増幅光パルス列の強度を安定させる技術が開示されている(特許文献1参照)。 Note that in the laser marking device having the same configuration as the pulse laser device described above, the marking that outputs the signal light pulse train from the light source by switching the excitation light to one having a low intensity during the marking pause period in which the signal light pulse train is not output from the light source. In some cases, a technique for preventing the rare earth element from being in an extremely high excited state by switching the excitation light to one having a high intensity and stabilizing the intensity of the amplified optical pulse train is disclosed (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された技術を、信号光パルス列のオン/オフ状態に対応して発生するサージパルス防止に適応しようとする場合、励起光の切り替え制御を極めて高速に行わなければならないため、制御が煩雑になるという問題があった。
However, when the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な制御でサージパルスの発生を抑制し、強度が安定した光パルス列を出力することができるパルスレーザ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a pulse laser device capable of suppressing generation of a surge pulse by simple control and outputting an optical pulse train having a stable intensity. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るパルスレーザ装置は、連続レーザ光を出力する光源部と、電気パルス信号列を出力するパルス発生手段と、前記パルス発生手段に接続し前記電気パルス信号列によって駆動して励起光パルス列を出力する励起光源と、前記光源部および前記励起光源に接続し前記励起光パルス列が希土類元素を励起することによって前記連続レーザ光を増幅する希土類元素添加光ファイバとを有する光増幅部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a pulse laser device according to the present invention includes a light source unit that outputs continuous laser light, pulse generation means that outputs an electric pulse signal sequence, and pulse generation means. A pumping light source connected and driven by the electrical pulse signal train to output a pumping light pulse train; and connected to the light source unit and the pumping light source, the pumping light pulse train amplifies the continuous laser light by exciting rare earth elements And an optical amplification section having a rare earth element-doped optical fiber.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、上記の発明において、前記希土類元素添加光ファイバはダブルクラッド型の構造を有するものであることを特徴とする。 In the pulse laser device according to the present invention as set forth in the invention described above, the rare earth element-doped optical fiber has a double clad structure.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、上記の発明において、前記希土類元素は、イットリビウムおよびエルビウムの少なくとも一つを含むことを特徴とする。 In the pulse laser device according to the present invention as set forth in the invention described above, the rare earth element includes at least one of yttrium and erbium.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、上記の発明において、前記励起光源は、前記希土類元素添加光ファイバに前記連続レーザ光と同一方向から前記励起光パルス列を入力することを特徴とする。 In the pulse laser device according to the present invention as set forth in the invention described above, the excitation light source inputs the excitation light pulse train from the same direction as the continuous laser light into the rare earth element-doped optical fiber.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、上記の発明において、前記励起光源は、前記希土類元素添加光ファイバに前記連続レーザ光とは逆方向から前記励起光パルス列を入力することを特徴とする。 In the pulse laser device according to the present invention as set forth in the invention described above, the pumping light source inputs the pumping light pulse train from the direction opposite to the continuous laser light into the rare earth element-doped optical fiber.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、上記の発明において、前記光源部は互いに波長が異なる連続レーザ光を出力する複数の光源を含み、前記光源部に接続し前記複数の光源から出力する各連続レーザ光源を合波して前記光増幅部に出力する光合波器を備えることを特徴とする。 Further, in the pulse laser device according to the present invention, in the above invention, the light source unit includes a plurality of light sources that output continuous laser beams having different wavelengths, and each of the light sources connected to the light source unit and output from the plurality of light sources. An optical multiplexer is provided that combines a continuous laser light source and outputs the combined laser light to the optical amplifier.
本発明によれば、励起光源が電気パルス信号列によって駆動して励起光パルス列を出力し、励起光パルス列が希土類元素を励起することによって連続レーザ光を増幅するので、簡易な制御でサージパルスの発生を抑制し、強度が安定した光パルス列を出力することができるパルスレーザ装置を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, the excitation light source is driven by the electric pulse signal train to output the excitation light pulse train, and the excitation light pulse train amplifies the continuous laser light by exciting the rare earth element. There is an effect that it is possible to realize a pulse laser device capable of suppressing generation and outputting an optical pulse train having a stable intensity.
以下に、図面を参照して本発明に係るパルスレーザ装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a pulse laser device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るパルスレーザ装置の構成を模式的に表した概略図である。図1に示すように、このパルスレーザ装置100は、光源20と、パルス発生器3と、光増幅器40とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the pulse laser apparatus according to
光源20は、連続レーザ光を出力する半導体レーザダイオードであるLD21と、LD21に接続し、狭い帯域の光を反射するファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating)であるFBG22aを形成した光ファイバ22とを備える。FBG22aは、LD21が出力する連続レーザ光の中心波長を含む狭い帯域の光を反射することで、LD21に対して外部光共振器として作用する。その結果、光源20は、スペクトル幅が狭い連続レーザ光L1を出力する光源として動作する。光源20から出力する連続レーザ光L1の特性は、たとえば中心波長が約1064nm、スペクトル幅が5pm以下、光強度が約230mWである。なお、光ファイバ22のFBG22aを形成した部分の近傍にヒータやペルチェ素子などの温度調整手段を取り付け、温度を変化させることによってFBG22aの反射波長を変化させて、連続レーザ光L1の波長を制御してもよい。
The
パルス発生手段3は、所定の繰り返し周期とデューティー比とを有する電気パルス信号列E1を出力する。光増幅器40は、極めて高い光出力を実現できるダブルクラッド光ファイバを用いた光ファイバ増幅器であって、光アイソレータ41と、光アイソレータ41とシングルモード光ファイバによって接続した光合波器であるTFB(Tapered Fiber Bundle)42と、半導体レーザである励起光源43−1〜43−n(nは整数)と、TFB42と励起光源43−1〜43−nとを接続するマルチモード光ファイバ44−1〜44−nと、TFB42に接続した希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45と、光出力端子46とを備える。また、光増幅器40は、パルス発生器3から出力した電気パルス信号列E1を増幅して励起光源43−1〜43−nに印加する電流増幅器47を備える。
The pulse generating means 3 outputs an electric pulse signal train E1 having a predetermined repetition period and a duty ratio. The
このパルスレーザ装置100は以下のように動作する。まず、光源20は連続レーザ光L1を光増幅器40に出力する。TFB42は、光アイソレータ41を通過して入力した連続レーザ光L1を、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45へ結合する。一方、パルス発生器3は所定の繰り返し周期とデューティー比とを有する電気パルス信号列E1を光増幅器40に出力する。そして、光増幅器40において、電流増幅器47は入力した電気パルス信号列E1を増幅して増幅電気パルス信号列E2を発生し、励起光源43−1〜43−nに出力する。励起光源43−1〜43−nは増幅電気パルス信号列E2によって駆動して波長900〜980nmの励起光パルス列L2をそれぞれ出力する。なお、励起光源43−1〜43−nは電気的に直列接続されているので、各励起光パルス列L2は位相が同期したものとなる。つぎに、マルチモード光ファイバ44−1〜44−nは出力した各励起光パルス列L2をTFB42へ導波し、TFB42は導波した各励起光パルス列L2を連続レーザ光L1と同一の方向から希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45へ結合する。すなわち、光増幅器40は、いわゆる前方励起型である。
The
希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45へ結合した各励起光パルス列L2は、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45を伝搬しながらコア部に添加した希土類元素であるYbのイオンを光励起する。その結果、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45へ結合した連続レーザ光L1は、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45を伝搬しながら励起状態にあるYbイオンによってレーザ増幅される。ここで、Ybイオンは励起光パルス列L2によって周期的に光励起されているため、連続レーザ光L1も励起光パルス列L2と同じ周期で増幅されて増幅光パルス列L3として光出力端子46から出力される。
Each excitation light pulse train L2 coupled to the rare earth element-doped double clad
すなわち、パルスレーザ装置100においては、増幅されるべきレーザ光は時間的に連続して希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45に入力し続けており、励起光が光パルス列となっている。その結果、Ybイオンが極めて高い励起状態から急激に励起エネルギーを放出してサージパルスおよびそれに伴う緩和振動が発生するということが防止される。したがって、増幅光パルス列L3は極めて安定した強度となる。また、励起光源43−1〜43−nについては、励起光の強度の切り替えの制御をする必要がなく、簡易な制御をするだけでよい。
That is, in the
図2は、図1に示したパルスレーザ装置100における電気パルス信号列E1、増幅電気パルス信号列E2、連続レーザ光L1、励起光パルス列L2、増幅光パルス列L3の各波形を示す図である。なお、横軸は時間、縦軸は電力または光強度を示す。図2に示すように、励起光パルス列L2は、電気パルス信号列E1および増幅電気パルス信号列E2と同一の繰返し周期Tおよびパルス幅Δtを有するものとなる。その結果、時間的に強度が一定の連続レーザ光L1は、繰返し周期Tおよびパルス幅Δtを有する増幅光パルス列L3として出力される。したがって、電気パルス信号列E1の繰返し周期Tおよびパルス幅Δtを調整することによって、所望の繰返し周期Tおよびパルス幅Δtの増幅光パルス列L3を得ることができる。なお、実際には、たとえば信号の伝搬時間等の差異によって各波形の位相はすこしづづずれるが、図2においては各波形の位相を一致させて示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating waveforms of the electric pulse signal train E1, the amplified electrical pulse signal train E2, the continuous laser light L1, the excitation light pulse train L2, and the amplified light pulse train L3 in the
なお、図3は、図1に示す希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45の模式的な断面および対応する屈折率プロファイルを示す図である。図3に示すように、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45は、Ybのイオンを添加したコア部45aと、コア部45aの外周に形成したコア部45aよりも屈折率が低い内部クラッド部45bと、内部クラッド部45bの外周に形成した内部クラッド部45bよりも屈折率が低い外部クラッド部45cと、を備え、屈折率プロファイル45dを有するものである。希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45に入力した励起光パルス列L2は、コア部45aおよび内部クラッド部45bをマルチモードで伝搬しながらコア部45aに添加したYbイオンを光励起し、連続レーザ光L1は、コア部45aをシングルモードで伝搬し、励起状態にあるYbイオンによってレーザ増幅される。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic cross section of the rare earth element-doped double clad
つぎに、パルスレーザ装置100の特性について具体的に説明する。図4は、繰り返し周波数が100Hzであってデューティー比が50%の電気パルス信号列E1を用いた場合の増幅光パルス列L3の波形を示す図である。なお、図4において、横軸は時間、縦軸は増幅光パルス列L3を光オシロスコープで観測した際の測定電圧値を示し、破線で示した電圧レベルが5Wの光強度に対応する。図4に示すように、増幅光パルス列L3は、サージパルスが発生しておらず強度が安定しており、電気パルス信号列E1と同様に繰り返し周波数が100Hzであってデューティー比が50%の光パルス列となることが確認された。
Next, the characteristics of the
一方、図5は、繰り返し周波数が1kHzであってデューティー比が50%の電気パルス信号列E1を用いた場合の増幅光パルス列L3の波形を示す図である。図5に示すように、増幅光パルス列L3は、繰り返し周波数が図4の場合よりも高い1kHzであっても、サージパルスが発生しておらず強度が安定しており、電気パルス信号列E1と同様の波形を有する光パルス列となることが確認された。 On the other hand, FIG. 5 is a diagram showing a waveform of the amplified optical pulse train L3 when the electrical pulse signal train E1 having a repetition frequency of 1 kHz and a duty ratio of 50% is used. As shown in FIG. 5, the amplified optical pulse train L3 is stable in intensity without generating a surge pulse even when the repetition frequency is 1 kHz, which is higher than the case of FIG. It was confirmed that the optical pulse train had a similar waveform.
なお、図5において、増幅光パルス列L3の波形の立ち上がりおよび立ち下りの部分がなだらかな形状になっているが、これは、電流増幅器47の時間応答特性を反映したものと考えられる。したがって、電気パルス信号列E1の繰り返し周波数に応じた時間応答特性の電流増幅器47を適宜選択することによって、より矩形に近い波形の増幅光パルス列L3を得ることができる。
In FIG. 5, the rising and falling portions of the waveform of the amplified optical pulse train L3 have a gentle shape, which is considered to reflect the time response characteristics of the
つぎに、図6〜8は、電気パルス信号列E1の繰り返し周波数を1kHz、デューティー比をそれぞれ20%、50%、90%とし、さらに電流増幅器47の利得を制御して、増幅光パルス列L3のオン状態での強度が6W、12W、17W、22Wとなるように励起光パルス列L2の強度を制御した場合の、増幅光パルス列L3の波形を示す図である。なお、図6〜8において、波形S1、S5、S9は強度が22Wの場合、波形S2、S6、S10は強度が17Wの場合、波形S3、S7、S11は強度が12Wの場合、波形S4、S8、S12は強度が6Wの場合をそれぞれ示す。図6〜8に示すように、増幅光パルス列L3は、デューティー比および強度を変化させても、サージパルスが発生しておらず強度が安定しており、電気パルス信号列E1と同様の波形を有する光パルス列となることが確認された。なお、上述の電流増幅器47の利得の制御方法は、周知の制御方法であって煩雑なものではない。
Next, FIGS. 6 to 8 show that the repetition frequency of the electric pulse signal train E1 is 1 kHz, the duty ratios are 20%, 50%, and 90%, respectively, and the gain of the
以上説明したように、本実施の形態1に係るパルスレーザ装置100は、励起光源43−1〜43−nが電気パルス信号列E1を増幅して得た増幅電気パルス信号列E2によって駆動して励起光パルス列L2を出力し、励起光パルス列L2が希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ45に添加したYbイオンを励起することによって連続レーザ光L1を増幅するので、簡易な制御でサージパルスの発生を抑制し、強度が安定した増幅光パルス列L3を出力することができる。
As described above, in the
(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2に係るパルスレーザ装置について説明する。本実施の形態2に係るパルスレーザ装置は、光増幅部において、励起光源が希土類元素添加光ファイバに連続レーザ光とは逆方向から励起光パルス列を入力する点が、実施の形態1に係るパルスレーザ装置とは異なる。
(Embodiment 2)
Next, a pulse laser apparatus according to
図9は、本実施の形態2に係るパルスレーザ装置の構成を模式的に表した概略図である。図9に示すように、このパルスレーザ装置200は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置100と同様の光源20およびパルス発生器3と、光増幅器50とを備える。
FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the pulse laser apparatus according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the
光増幅器50は、光増幅器40と同様にダブルクラッド光ファイバを用いた光ファイバ増幅器であって、光アイソレータ51と、光アイソレータ51に接続した希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ55と、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ55に接続したTFB52と、半導体レーザである励起光源53−1〜53−m(mは整数)と、TFB52と励起光源53−1〜53−mとを接続するマルチモード光ファイバ54−1〜54−mと、光出力端子56と、電流増幅器57とを備える。
The
このパルスレーザ装置200の動作は上述したパルスレーザ装置100と同様であるが、パルスレーザ装置200においては、TFB52が励起光源53−1〜53−mから出力する各励起光パルス列を連続レーザ光とは逆方向から希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ55へ結合する。すなわち、光増幅器50は、いわゆる後方励起型である。その結果、光増幅器50は、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ55に添加したYbイオンを、増幅光パルス列が出力する側において比較的高い励起状態にすることができるので、より強度が高く安定した増幅光パルス列を光出力端子56から出力することができる。
The operation of the
(実施の形態3)
つぎに、本発明の実施の形態3に係るパルスレーザ装置について説明する。本実施の形態3に係るパルスレーザ装置は、光増幅部において、励起光源が希土類元素添加光ファイバに連続レーザ光と同一方向および逆方向、すなわち双方向から励起光パルス列を入力する点が、実施の形態1、2に係るパルスレーザ装置とは異なる。
(Embodiment 3)
Next, a pulse laser apparatus according to
図10は、本実施の形態3に係るパルスレーザ装置の構成を模式的に表した概略図である。図10に示すように、このパルスレーザ装置300は、実施の形態1、2に係るパルスレーザ装置100、200と同様の光源20およびパルス発生手段3と、光増幅器60とを備える。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the pulse laser apparatus according to the third embodiment. As shown in FIG. 10, this
光増幅器60は、光増幅器40、50と同様にダブルクラッド光ファイバを用いた光ファイバ増幅器であって、光アイソレータ61と、光アイソレータ61とシングルモード光ファイバによって接続したTFB62aと、半導体レーザである励起光源63a−1〜63a−nと、TFB62aと励起光源63a−1〜63a−nとを接続するマルチモード光ファイバ64a−1〜64a−nと、TFB62aに接続した希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ65と、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ65に接続したTFB62bと、半導体レーザである励起光源63b−1〜63b−mと、TFB62bと励起光源63b−1〜63b−mとを接続するマルチモード光ファイバ64b−1〜64b−mと、光出力端子66と、電流増幅器67とを備える。
The
このパルスレーザ装置300の動作は上述したパルスレーザ装置100、200と同様であるが、パルスレーザ装置300においては、TFB62aが励起光源63a−1〜63a−nから出力する励起光パルス列を連続レーザ光と同一方向から希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ65へ結合し、TFB62bが励起光源63b−1〜63b−mから出力する励起光パルス列を連続レーザ光とは逆方向から希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ65へ結合する。すなわち、光増幅器60は、いわゆる双方向励起型である。その結果、希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ65へ入力する各励起光パルス列の強度の総和を極めて高くすることができるので、一層強度が高く安定した増幅光パルス列を光出力端子66から出力することができる。
The operation of the
(実施の形態4)
つぎに、本発明の実施の形態4に係るパルスレーザ装置について説明する。本実施の形態4に係るパルスレーザ装置は、光源部が互いに波長の異なる連続レーザ光を出力する複数の光源を備え、この光源部に接続し、複数の光源から出力する各連続レーザ光源を合波して光増幅部に出力する光合波器を備える点が、実施の形態1〜3に係るパルスレーザ装置とは異なる。
(Embodiment 4)
Next, a pulse laser apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described. The pulse laser device according to the fourth embodiment includes a plurality of light sources each having a light source unit that outputs continuous laser beams having different wavelengths, and is connected to the light source unit to combine the continuous laser light sources output from the plurality of light sources. The pulse laser apparatus according to the first to third embodiments is different from the pulse laser apparatus according to the first to third embodiments in that an optical multiplexer that outputs a wave and outputs it to the optical amplification unit is provided.
図11は、本実施の形態4に係るパルスレーザ装置の構成を模式的に表した概略図である。図11に示すように、このパルスレーザ装置400は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置100の光源20と同様の光源20a、20bと、パルス発生器3と、光増幅器40とを備え、さらに光合波器である3dBカプラCとを備える。
FIG. 11 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the pulse laser apparatus according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 11, the
光源20a、20bは、互いに波長の異なる連続レーザ光L4a、L4bをそれぞれ出力する。3dBカプラCは、連続レーザ光L4a、L4bをほぼ1:1の強度比で合波して光増幅器40に出力する。パルス発生器3および光増幅器40は、実施の形態1の場合と同様に動作して合波した連続レーザ光L4a、L4bをレーザ増幅し、増幅光パルス列L5を出力する。
The
増幅光パルス信号列L5は、互いに異なる波長を有する同期した2つの光パルス列を合成した合成光パルス列となる。すなわち、本実施の形態4に係るパルスレーザ装置400は、個々の光源から光パルス列を出力してこれらの光パルス列を同期させて合成する場合よりも、より簡易な構成で合成光パルス列を安定した強度で出力することができる。なお、3dBカプラCの代わりに、異なる波長の光を低光損失で合波できるWDMカプラを用いてもよい。
The amplified optical pulse signal train L5 is a combined optical pulse train obtained by combining two synchronized optical pulse trains having different wavelengths. That is, the
なお、上記実施の形態1〜4においては、希土類元素としてYbを用いたが、エルビウム(Er)を用いてもよい。また、光源が出力する連続レーザ光の波長は、希土類元素が有する増幅帯域内の波長を適宜選択でき、たとえばYbであれば波長1000〜1150nmの範囲の波長であり、Erであれば波長1520〜1610nmの範囲の波長である。 In the first to fourth embodiments, Yb is used as the rare earth element, but erbium (Er) may be used. The wavelength of the continuous laser light output from the light source can be selected as appropriate within the amplification band of the rare earth element. For example, Yb has a wavelength in the range of 1000 to 1150 nm, and Er has a wavelength of 1520. The wavelength is in the range of 1610 nm.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、PPLN等の非線形光学媒質からなる第二次高調波発生(SHG)素子と組み合わせて、レーザディスプレイの緑色光源として好適に用いることができる。とくに、実施の形態4に係るパルスレーザ装置は、連続レーザ光の波長をそれぞれ1060nm、1064nmに設定し、SHG素子を用いて波長が530nm、532nmの同期した合成光パルス列を発生させることによって、より高品質のレーザディスプレイを実現できる緑色光源となる。 The pulse laser device according to the present invention can be suitably used as a green light source of a laser display in combination with a second harmonic generation (SHG) element made of a nonlinear optical medium such as PPLN. In particular, the pulse laser device according to Embodiment 4 sets the wavelength of continuous laser light to 1060 nm and 1064 nm, respectively, and generates a synchronized composite optical pulse train having wavelengths of 530 nm and 532 nm using an SHG element. A green light source capable of realizing a high-quality laser display.
また、本発明に係るパルスレーザ装置は、SHG素子と組み合わせて、細胞の蛍光観察に用いるフローサイトメータ用の光源としても好適に用いることができる。 Further, the pulse laser device according to the present invention can be suitably used as a light source for a flow cytometer used for fluorescence observation of cells in combination with an SHG element.
ところで、SHG素子は、非線形光学結晶などを用いて第二高調波を発生させる手段であり、上述のように、波長1064nmの光を入力すると、第二次高調波光である波長532nmの緑色光を発生させる。すなわち、SHG素子を用いることで、入力光の波長を半分の長さにしてエネルギーを2倍にすることができる。 By the way, the SHG element is a means for generating a second harmonic using a nonlinear optical crystal or the like. As described above, when light having a wavelength of 1064 nm is input, green light having a wavelength of 532 nm, which is the second harmonic light, is generated. generate. That is, by using the SHG element, the wavelength of the input light can be halved and the energy can be doubled.
また、SHG素子には、1W程度以上の高い光入力で用いられるバルク型のものと、それ以下の比較的低い光入力レベルで用いられる導波路型のものがある。したがって、本発明に係るパルスレーザ装置の出力する光パルス列が、オン状態で1W程度以上の光強度を有する場合は、バルク型のSHG素子と組み合わせるのが好適であり、オン状態で1W程度以下、たとえば100mW程度の光強度を有する場合は、導波炉型のSHG素子と組み合わせるのが好適である。 In addition, SHG elements include a bulk type that is used at a high optical input of about 1 W or more and a waveguide type that is used at a relatively low optical input level below that. Therefore, when the optical pulse train output from the pulse laser device according to the present invention has a light intensity of about 1 W or more in the on state, it is preferable to combine with a bulk type SHG element, and about 1 W or less in the on state. For example, when it has a light intensity of about 100 mW, it is preferable to combine it with a waveguide furnace type SHG element.
また、本発明に係るパルスレーザ装置において、光源部から光増幅部に連続レーザ光が入力するので、電気パルス信号列がオフ状態であっても、この連続レーザ光に起因する光が光増幅部から出力される場合がある。このオフ状態で出力する光は、パルスレーザ装置が出力する光パルス列のオン状態とオフ状態との光強度比である消光比を劣化させる。ここで、パルスレーザ装置とSHG素子とを組み合わせる場合、SHG素子から出力する第二次高調波光には、20dB程度の消光比が求められることがある。この20dBの消光比を実現するためには、オフ状態で出力する光の強度が小さくなるようにパルスレーザ装置を適宜設計し、パルスレーザ装置が出力する光パルス列の消光比が10dBより大きくなるようにすることが必要となる。 Further, in the pulse laser device according to the present invention, since continuous laser light is input from the light source unit to the optical amplification unit, even if the electric pulse signal train is in the off state, light resulting from the continuous laser light is transmitted to the optical amplification unit. May be output from. The light output in the OFF state deteriorates the extinction ratio, which is the light intensity ratio between the ON state and the OFF state of the optical pulse train output from the pulse laser device. Here, when the pulse laser device and the SHG element are combined, the second harmonic light output from the SHG element may require an extinction ratio of about 20 dB. In order to realize the extinction ratio of 20 dB, the pulse laser device is appropriately designed so that the intensity of the light output in the off state is reduced, and the extinction ratio of the optical pulse train output from the pulse laser device is greater than 10 dB. It is necessary to make it.
100〜400 パルスレーザ装置
20、20a、20b 光源
21 LD
22 光ファイバ
22a FBG
3 パルス発生器
40〜60 光増幅器
41〜61 光アイソレータ
42、52、62a、62b TFB
43−1〜43−n、53−1〜53−m、63a−1〜63a−n、63b−1〜63b−m 励起光源
44−1〜44−n、54−1〜54−m、64a−1〜64a−n、64b−1〜64b−m マルチモード光ファイバ
45〜65 希土類元素添加ダブルクラッド光ファイバ
45a コア部
45b 内部クラッド部
45c 外部クラッド部
45d 屈折率プロファイル
46〜66 光出力端子
47〜67 電流増幅器
100-400
22
3 Pulse generator 40-60 Optical amplifier 41-61
43-1 to 43-n, 53-1 to 53-m, 63a-1 to 63a-n, 63b-1 to 63b-m Excitation light source 44-1 to 44-n, 54-1 to 54-m, 64a -1 to 64a-n, 64b-1 to 64b-m Multimode
Claims (6)
電気パルス信号列を出力するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段に接続し前記電気パルス信号列によって駆動して励起光パルス列を出力する励起光源と、前記光源部および前記励起光源に接続し前記励起光パルス列が希土類元素を励起することによって前記連続レーザ光を増幅する希土類元素添加光ファイバとを有する光増幅部と、
を備えることを特徴とするパルスレーザ装置。 A light source unit that outputs continuous laser light;
Pulse generating means for outputting an electric pulse signal train;
A pumping light source connected to the pulse generating means and driven by the electric pulse signal train to output a pumping light pulse train; and the pumping light pulse train connected to the light source unit and the pumping light source to excite a rare earth element. An optical amplification unit having a rare earth element-doped optical fiber for amplifying laser light;
A pulse laser device comprising:
前記光源部に接続し前記複数の光源から出力する各連続レーザ光源を合波して前記光増幅部に出力する光合波器を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のパルスレーザ装置。 The light source unit includes a plurality of light sources that output continuous laser beams having different wavelengths.
The optical multiplexer connected to the said light source part and combining each continuous laser light source output from these light sources and outputting to the said optical amplification part is provided. The pulse laser apparatus described.
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