JP2008242306A - 光パルスレーザー装置 - Google Patents

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Hiroyuki Yokoyama
弘之 横山
Katsuhito Mure
勝仁 牟禮
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Tohoku University NUC
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Abstract

【課題】
温度変化などの環境変化に対する耐性が高く、半導体レーザーを用いて、超短パルスであり高出力な光パルスを提供可能な光パルスレーザー装置を提供すること。
【解決手段】
パルス光を発生する半導体レーザー１と、該半導体レーザーからのパルス光の一部を電気信号に変換する電気信号変換手段４と、該電気信号変換手段からの該電気信号に基づき、該半導体レーザーからのパルス光を一定間隔で間引く光ゲート６と、該光ゲートを通過したパルス光を増幅する光増幅手段７を有することを特徴とする光パルスレーザー装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光パルスレーザー装置に関するものであり、特に、半導体レーザーを用いて高出力かつ超短パルスのレーザー光を発生する光パルスレーザー装置に関する。
パルス幅がｐｓ（ピコ秒）オーダーであり超短パルスのレーザー光に対する各分野のニーズが高まっている。例えば、分子の分解反応などの短時間（数百ｐｓ〜数ｎｓ）に変化する現象を観測又は測定する場合や、光コヒーレンストモグラフィ、多光子吸収蛍光、高調波発生、コヒーレント反ストークスラマン分光、遠赤外線分光、生体のマイクロ切除などの医療分野、さらにはレーザー加工などの超微細加工分野などでは、特に有用性が高まっている。しかも、生体の切除やレーザー加工などにおいては、単にパルス幅が短いだけでなく、レーザー光の出力を高出力なものとする必要がある。
このため、従来は高出力なレーザー光を発生することが可能な固体レーザー装置が利用されているが、装置全体が大型化する上、高価であり、信頼性も乏しいという問題がある。
これに対し、特許文献１では半導体レーザーを用いて高出力かつ超短パルスのレーザー光を発生させる技術を開示している。
特開２００５−１２８２２９号公報
特許文献１においては、半導体レーザーと、該半導体レーザーにパルス光を発生させる電気パルス発生器と、該電気パルス発生器からの信号を受けて、前記半導体レーザーからの前記パルス光を、該パルス光と同期して増幅する低ノイズ光増幅器とを備える光パルスレーザー装置が示されている。特に、低ノイズ光増幅器は、前記電気パルス発生器からの信号を受けて、同期したパルスを発生するパルス発生器と、前記半導体レーザーからの前記パルス光を増幅する光増幅器と、該パルス発生器からのパルスにより、前記光増幅器からの増幅されたパルス光を通過させるゲートとで構成することができる。
しかし、特許文献１の方法では、半導体レーザーからパルス光が発生するタイミングと光ゲートを該パルス光が通過するタイミングとを、正確に制御することが不可欠である。そのためには、半導体レーザーにおいて、高周波の信号源と光の共振器長とを安定させることが必要である。特に、共振器長は、温度変化や僅かな機械的振動によって発振波長が変化するため、電気パルス発生器により印加する信号の周波数も変化させることが必要となり、共振器長と印加される信号周波数とのマッチングが取れない場合には、半導体レーザーを用いた光源自体が不安定なものとなる欠点を有していた。
本発明が解決しようとする課題は、上述の問題を解消するため、温度変化などの環境変化に対する耐性が高く、半導体レーザーを用いて、超短パルスであり高出力な光パルスを出力できる光パルスレーザー装置を提供することである。
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、パルス光を発生する半導体レーザーと、該半導体レーザーからのパルス光の一部を電気信号に変換する電気信号変換手段と、該電気信号変換手段からの該電気信号に基づき、該半導体レーザーからのパルス光を一定間隔で間引く光ゲートと、該光ゲートを通過したパルス光を増幅する光増幅手段を有することを特徴とする光パルスレーザー装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光パルスレーザー装置において、該パルス光のパルス幅は、１ｎｓ以下であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光パルスレーザー装置において、該半導体レーザーは受動発振型のモードロックレーザであることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光パルスレーザー装置において、該光増幅手段は、光ファイバアンプであることを特徴とする。
請求項１に係る発明により、パルス光を発生する半導体レーザーと、該半導体レーザーからのパルス光の一部を電気信号に変換する電気信号変換手段と、該電気信号変換手段からの該電気信号に基づき、該半導体レーザーからのパルス光を一定間隔で間引く光ゲートと、該光ゲートを通過したパルス光を増幅する光増幅手段を有するため、発生したパルス光に基づき光ゲートを制御でき、常に、半導体レーザーから発生するパルス光のタイミングと光ゲートを通過する該パルス光のタイミングとを正確に制御することが可能となる。これにより、超短パルスであり高出力な光パルスを安定して提供することが可能となる。
請求項２に係る発明により、パルス光のパルス幅は、１ｎｓ以下であるため、超短パルスの発生に対して、より好適に本発明の光パルスレーザー装置を適用することが可能である。
請求項３に係る発明により、半導体レーザーは受動発振型のモードロックレーザであるため、温度変化や機械的振動などにより半導体レーザーの共振器長が変化しても、常に安定してパルス光を発生することが可能であり、温度変化などの環境変化に対する耐性が高い光パルスレーザー装置を提供できる。
請求項４に係る発明により、光増幅手段は、光ファイバアンプであるため、超短パルスなパルス光を効率的に増幅することが可能となる。
本発明の光パルスレーザー装置について、以下に説明する。
図１に、光パルスレーザー装置の概略図を示す。
光パルスレーザー装置は、パルス光を発生する半導体レーザー１と、該半導体レーザーからのパルス光の一部を電気信号に変換する電気信号変換手段４と、該電気信号変換手段からの該電気信号に基づき、該半導体レーザーからのパルス光を一定間隔で間引く光ゲート６と、該光ゲートを通過したパルス光を増幅する光増幅手段７を主な構成要素としている。
半導体レーザー１は、受動発振型のモードロックレーザーを使用し、符号２は、半導体レーザー１を駆動する直流型の駆動電源である。半導体レーザー１は受動モードロックをベースとしているため、温度変化や機械的振動などの共振器長の揺らぎを吸収し、常に安定したパルス光を発生させることが可能である。しかも、特許文献１のように、半導体レーザーからパルス光を発生させる電気パルス発生器を必要としないため、電気パルス発生器のようなパワーアンプブロックを削減することも可能となる。
半導体レーザー１から発生したパルス光は、ビームスプリッター３によりパルス光の一部を抽出する。半導体レーザーからのパルス光の一部を抽出するする手段としては、ビームスプリッターに限らず、半導体レーザー１や光ゲート６などをファイバー結合モジュールにして光カプラーなどの分岐手段を用いる方法や、図２に示すような半導体レーザー１のバックビーム（点線矢印）を利用する方法も利用可能である。
抽出されたパルス光は、光電気変換器（Ｏ／Ｅコンバータ）などの電気信号変換手段４により、電気的なパルスに変換される。電気パルスは分周器５に入力され、半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くために必要なタイミングが設定される。つまり、電気信号変換手段４と分周器５とにより、光ゲートを駆動するためのゲートパルス発生器が構成されている。なお、光ゲート６を駆動するタイミングと該光ゲートを通過するパルス光の通過タイミングとをより正確にマッチングさせるため、ゲートパルス発生器側に電気的な遅延回路やビームスプリッター３と光ゲート６との間に光学的な遅延回路を設けること、並びにこれらの遅延回路を調整可能に設定することも可能である。
光ゲートには、半導体光アンプ（Semiconductor Optical Amplifier）を好適に用いることができるが、パルス幅がｐｓオーダーのパルス光に対して、高速に通過制御できる光ゲートであれば、ＳＯＡに限らず本発明に適用することが可能である。
光ゲート６を通過したパルス光は、光増幅手段７に入力され高出力なパルス光に生成される。光増幅手段には、光ファイバアンプが用いられる。光ファイバアンプは、レーザー遷移の上準位の寿命が十分に長いことから、入射する光パルスの繰り返しを遅くすることで、増幅器の中に蓄えたエネルギーを光パルスに効率的に移すことができ、半導体レーザーからの光パルスであっても、キロワット超の高ピークパワーを得ることができる。
しかも、本発明の光パルスレーザー装置においては、パルス光のパルス幅が１ｎｓ以下の超短パルスに対しては、高出力なパルス光が生成できることが確認されており、極めて有用な光パルス発生手段と言える。
光増幅手段に入るパルス光のノイズを可能な限り除去するため、光ゲート６と光増幅手段７との間に、波長フィルタを設け、ノイズとなる波長光を除去することも可能である。
本発明によれば、温度変化などの環境変化に対する耐性が高く、半導体レーザーを用いて、超短パルスであり高出力な光パルスを提供可能な光パルスレーザー装置を実現することができる。
本発明の光パルスレーザー装置の概略図である。 本発明の光パルスレーザー装置の他の実施例を示す概略図である。
符号の説明
１ 半導体レーザ
２ 駆動電源
３ ビームスプリッター（分岐手段）
４ 電気信号変換手段
５ 分周器
６ 光ゲート
７ 光増幅手段

Claims (4)

  1. パルス光を発生する半導体レーザーと、
    該半導体レーザーからのパルス光の一部を電気信号に変換する電気信号変換手段と、
    該電気信号変換手段からの該電気信号に基づき、該半導体レーザーからのパルス光を一定間隔で間引く光ゲートと、
    該光ゲートを通過したパルス光を増幅する光増幅手段を有することを特徴とする光パルスレーザー装置。
  2. 請求項１に記載の光パルスレーザー装置において、該パルス光のパルス幅は、１ｎｓ以下であることを特徴とする光パルスレーザー装置。
  3. 請求項１又は２に記載の光パルスレーザー装置において、該半導体レーザーは受動発振型のモードロックレーザであることを特徴とする光パルスレーザー装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光パルスレーザー装置において、該光増幅手段は、光ファイバアンプであることを特徴とする光パルスレーザー装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103117500A (zh) * 2013-01-28 2013-05-22 江苏益林金刚石工具有限公司 射频板条co2激光器光闸系统

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JPH09211510A (ja) * 1996-02-05 1997-08-15 Nec Corp レーザ増幅装置とその使用方法および実時間光計測装置とその使用方法

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