JP2011100954A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 出力されるレーザ光の立ち上がり期間短くしつつ、出力されるレーザ光の立ち上がり期間のばらつきを抑制することができるファイバレーザ装置を提供する。
【解決手段】 ファイバレーザ装置１００は、種レーザ光源１０と、励起光源２０と、増幅用光ファイバ３０と、制御部６０と、出力設定部６３と、出力命令部６５とを備え、出力命令が制御部６０に入力されるとき、制御部６０は、予備励起状態と、出力状態となる様に種レーザ光源１０と励起光源２０とを制御し、予備励起状態においては、レーザ光が種レーザ光源１０から出力されず、出力設定部６３により設定されるレーザ光の強度に基づく所定の強度の励起光が励起光源２０から一定期間出力され、出力状態においては、出力設定部により設定される強度のレーザ光が出力されるように、レーザ光が種レーザ光源１０から出力されると共に励起光が励起光源２０から出力されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ファイバレーザ装置に関する。
近年、レーザ光を用いて加工を行う加工機や、レーザ光を使ったメス等の医療機器において、ファイバレーザ装置が用いられている。ファイバレーザ装置は、レーザ発振器によって発生されるレーザ光と励起光とが、増幅用光ファイバに入力されて、増幅されたレーザ光が出力部から出力されるものである。
このようなファイバレーザ装置においては、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力され始めてからレーザ光の強度が安定するまでにある程度の期間を要する。つまり、レーザ光の立ち上がりにある程度の期間を要する。
このレーザ光の立ち上がり期間が短いほど作業効率が良い。下記特許文献１には、このようなレーザ光の強度が安定するまでの期間が短いとされるファイバレーザ装置が記載されている。
下記特許文献１に記載のファイバレーザ装置においては、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力される前の期間（スタンバイ状態の期間）において、強度が弱く一定の励起光が増幅用光ファイバに入力され、増幅用光ファイバに添加される希土類元素が励起状態とされる。次いで、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力されるときに、増幅用光ファイバに種レーザ光と強度の強い励起光とが入力され、種レーザ光が増幅され、増幅されたレーザ光が出力される。この様に、ファイバレーザ装置からレーザ光を出力する際に、増幅用光ファイバの希土類元素が事前に励起状態とされるため、ファイバレーザ装置から出力されるレーザ光の立ち上がり期間が短いとされる（特許文献１）。
特開２００８−９１７７３号公報
しかし、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、レーザ光の立ち上がり期間が短いものの、このレーザ光の立ち上がり期間にばらつきがあり、改善の余地があった。
そこで、本発明は、出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くしつつ、出力されるレーザ光の立ち上がり期間のばらつきを抑制することができるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明者らは、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置において、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力され始めてからレーザ光の強度が安定するまでの期間がばらつく原因について鋭意検討を行った。その結果、ファイバレーザ装置からレーザ光を出力させようとする時点において、増幅用光ファイバの希土類元素の励起状態がばらついており、この励起状態と、レーザ光を出力させるために増幅用光ファイバに入力する励起光とが何ら関係付けられていないことが原因であることを突き止めた。
つまり、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置においては、励起光が増幅用光ファイバに入力され希土類元素が励起状態とされるスタンバイ状態の期間の長さによって、増幅用光ファイバの希土類元素の励起状態が異なる場合がある。例えば、スタンバイ状態が非常に短い場合、レーザ光が出力される時点において、増幅用光ファイバの希土類元素は低い励起状態とされ、スタンバイ状態が十分に長い場合、レーザ光が出力される時点において、増幅用光ファイバの希土類元素は高い励起状態とされる。そして、この励起状態とは、無関係に種レーザ光と励起光とが増幅用光ファイバに入力されて、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力される。このため、ファイバレーザ装置からレーザ光が出力され始めてからレーザ光の強度が安定するまでの期間にばらつきが生じるのである。
そこで、本発明者らは、レーザ光が立ち上がる前の励起光の強度と、レーザ出力を行う際の励起光の強度との関係について着目し、本発明をするに至った。
すなわち本発明のファイバレーザ装置は、種レーザ光を出力する種レーザ光源と、励起光を出力する励起光源と、前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光として出力する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、前記出力部から出力される前記レーザ光の強度を設定する出力設定命令を前記制御部に入力する出力設定部と、前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令を前記制御部に入力する出力命令部と、を備え、前記出力命令が前記制御部に入力されるとき、前記制御部は、前記種レーザ光源及び前記励起光源が予備励起状態から出力状態になるように、前記種レーザ光源及び前記励起光源を制御し、前記予備励起状態においては、前記種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されず、前記出力設定部により設定されるレーザ光の強度に基づいた所定の強度の励起光が前記励起光源から一定期間出力され、前記出力状態においては、前記出力設定部により設定される強度のレーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されると共に前記励起光が前記励起光源から出力されることを特徴とするものである。
このようなファイバレーザ装置によれば、出力命令部から出力命令が制御部に入力されると、制御部は、種レーザ光源及び励起光源を予備励起状態として、種レーザ光が出力されないように種レーザ光源を制御すると共に、増幅用光ファイバに励起光が一定期間入力されるように励起光源を制御する。このため、増幅用光ファイバの希土類元素の励起状態は徐々に高くされる。次に制御部は、種レーザ光源及び励起光源を出力状態として、励起光と種レーザ光とが増幅用光ファイバに入力されるようにする。このとき、予備励起状態において増幅用光ファイバの希土類元素の励起状態が高くされているため、出力状態において、出力部から出力されるレーザ光の立ち上がり期間を短くすることができる。
また、制御部は、予備励起状態における励起光の強度を、出力設定部により設定されるレーザ光の強度に基づいた強度とする。出力設定部により設定されるレーザ光の強度に基づいた強度とは、出力状態において出力部から出力されるレーザ光の強度が強いため、出力状態における励起光の強度が強い場合には、予備励起状態における励起光の強度は強めに設定され、出力状態において出力部から出力されるレーザ光の強度が弱いため、出力状態における励起光の強度が弱い場合には、予備励起状態における励起光の強度が弱めに設定されることを意味する。このため、予備励起状態の終了時点における希土類元素の励起状態は、出力状態において出力部から出力されるレーザ光の強度が強い場合には、高い励起状態とされ、出力状態において出力部から出力されるレーザ光の強度が弱い場合には、低い励起状態とされる。従って、出力状態において、種レーザ光及び励起光が増幅用光ファイバに入力されてから、出力部から出力されるレーザ光が立ち上がるまでの期間のばらつきを抑制することができる。
さらに、上記ファイバレーザ装置において、前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態における前記励起光により前記増幅用光ファイバで発生して出力される光を波長変換せず、前記出力状態における前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力されるとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、を更に備えることが好適である。
波長変換器は、例えば、誘導ラマン散乱を起こす光ファイバにより構成される。この波長変換器は、入力する光の強度の尖塔値が大きい場合には、この光をより波長の長い光に変換して出力し、入力する光の強度の尖塔値が小さい場合には、この光の波長を変換せずそのまま出力する。従って、このようなファイバレーザ装置によれば、出力状態において、増幅用光ファイバから増幅されたレーザ光が出力されると、レーザ光は強度の尖塔値が大きいため、波長変換器において波長変換される。波長変換されたレーザ光は、波長選択フィルタを透過して出力部から出力される。一方、予備励起状態においては、励起光により増幅用光ファイバの希土類元素が励起状態とされる。ところで、増幅用光ファイバは、励起光により励起状態とされる希土類元素の誘導放出により、種レーザ光源から出力される種レーザ光が増幅されるように構成される。しかし予備励起状態においては、種レーザ光が増幅用光ファイバに入力されないため、増幅用光ファイバからは、励起された希土類元素による自然放出光のみが出力される。この自然放出光は、強度の尖塔値が小さいため、波長変換器において波長変換されなく、波長変換器から出力され波長選択フィルタに入力する光は、光フィルタにおいて透過が抑制される。こうして、予備励起状態において、出力部から不要な光が出力されることを抑制することができる。
或いは、本発明のファイバレーザ装置は、種レーザ光を出力する種レーザ光源と、励起光を出力する励起光源と、前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光として出力する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、前記出力部から出力される前記レーザ光の強度を設定する出力設定命令を前記制御部に入力する出力設定部と、前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令を前記制御部に入力する出力命令部と、を備え、前記出力命令が前記制御部に入力されるとき、前記制御部は、前記種レーザ光源及び前記励起光源が予備励起状態から出力状態になるように、前記種レーザ光源及び前記励起光源を制御し、予備励起状態においては、一定期間、微弱な強度の種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されると共に、前記出力設定部により設定されるレーザ光の強度に基づいた所定の強度の励起光が前記励起光源から出力され、前記出力状態においては、前記出力設定部により設定される強度のレーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されると共に前記励起光が前記励起光源から出力されることを特徴とするものである。
このようなファイバレーザ装置によれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバに種レーザ光が入力されるため、励起光による希土類元素の励起と種レーザ光による希土類元素の緩和とのバランスを取ることができる。従って希土類元素が不安定になるほど励起されてしまうことを抑制でき、予備励起状態において、意図しないレーザ発振を抑制することができる。
さらに、上記ファイバレーザ装置において、前記出力状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光はパルス光であり、前記予備励起状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光は連続光であっても良い。
また、上記ファイバレーザ装置において、前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態における前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される光を波長変換せず、前記出力状態における前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力されるとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、を更に備えることが好適である。
このようなファイバレーザ装置によれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバに入力される微弱な強度の種レーザ光は、希土類元素の誘導放出により増幅されて増幅用光ファイバから出力される。しかし、波長変換器は、このとき増幅用光ファイバから出力される光を波長変換しないよう構成される。従って、予備励起状態において、出力部からレーザ光が出力されることが抑制される。
また、上記ファイバレーザ装置において、前記予備励起状態における前記励起光の強度は、前記出力状態における前記励起光の強度以下であることが好適である。
本発明によれば、出力されるレーザ光の立ち上がり期間短くしつつ、出力されるレーザ光の立ち上がり期間のばらつきを抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 図１の種レーザ光源を示す図である。 図１のファイバレーザ装置の動作を模式的に示したタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置の動作を模式的に示したタイミングチャートである。 制御部における励起光源の制御を行うブロックのブロック図である。 出力命令部からの出力命令と、制御部がマルチプレクサに入力する選択信号と、マルチプレクサが出力する電圧との関係を示すタイミングチャートである。
以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
図１に示すように、ファイバレーザ装置１００は、波長λ１の種レーザ光を出力する種レーザ光源１０と、励起光を出力する励起光源２０と、励起光と種レーザ光とが入力する増幅用光ファイバ３０と、励起光と種レーザ光とを増幅用光ファイバ３０に入力させる光カプラ４０と、増幅用光ファイバ３０から出力される光を出力する出力部５０と、種レーザ光源１０と励起光源２０とを制御する制御部６０と、出力部５０から出力されるレーザ光の強度を制御部６０に入力する出力設定部６３と、出力部５０からレーザ光を出力させるように制御部６０に出力命令を入力する出力命令部６５と、出力部５０から出力されるレーザ光の強度に応じて励起光源２０から出力する励起光の強度を記憶するメモリ６７とを主な構成として備える。
図２は、図１の種レーザ光源１０を示す図である。本実施形態においては、種レーザ光源１０として、ファブリペロー型のレーザ出力装置が用いられる。図２に示すように種レーザ光源１０は、励起光を出力するレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１からの励起光が入力される希土類添加ファイバ１３と、希土類添加ファイバ１３とレーザ発振器１１との間に設けられる第１ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１２と、希土類添加ファイバ１３のレーザ発振器１１とは反対側に設けられる第２ＦＢＧ１５と、第２ＦＢＧ１５と希土類添加ファイバ１３との間にもうけられるＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator：音響光学素子）１４とを備える。
レーザ発振器１１は、例えば半導体レーザであって、励起光を出力する。出力される励起光は、例えば、９７５ｎｍの波長である。レーザ発振器１１から出力される励起光は、第１ＦＢＧ１２を介して希土類添加ファイバ１３に入力される。希土類添加ファイバ１３において、励起光は、希土類添加ファイバ１３に添加された希土類元素に吸収される。このため、希土類元素は励起状態となる。そして、励起状態となった希土類元素は、特定の波長λ１を含む自然放出光を放出する。このときの波長λ１は、例えば、１０６４ｎｍである。この自然放出光は、希土類添加ファイバ１３を伝播し、ＡＯＭ１４に入力される。ＡＯＭ１４は、低損失な状態と高損失な状態とを周期的に繰り返すように制御されたり、低損失な状態を維持するように制御されたりする。
そして、ＡＯＭ１４が低損失な状態と高損失な状態とを周期的に繰り返すように制御される場合、ＡＯＭ１４が高損失な状態では、ＡＯＭ１４は自然放出光の透過を抑制し、ＡＯＭ１４が低損失な状態では、ＡＯＭ１４は自然放出光を透過させる。このため、ＡＯＭ１４が低損失な状態では、自然放出光は、ＡＯＭ１４を介して、第２ＦＢＧ１５に入力される。第２ＦＢＧ１５は、波長λ１を含む波長帯域の光を選択的に約５０％以下の反射率で反射する。従って反射する自然放出光は、ＡＯＭ１４を介して再び希土類添加ファイバ１３に入力されて、希土類添加ファイバ１３の希土類元素の誘導放出により増幅される。その後、増幅された光は、第１ＦＢＧ１２に到達する。第１ＦＢＧ１２は、波長λ１を含む波長帯域の光を選択的に例えば９９．５％の反射率で反射する。このため、第１ＦＢＧ１２で反射される光は、再び希土類添加ファイバ１３に入力されて増幅される。その後、増幅された光は、ＡＯＭ１４を介して第２ＦＢＧ１５に入力され、一部の光が第２ＦＢＧ１５を透過する。このように第１ＦＢＧ１２と第２ＦＢＧ１５とでファブリペロー発振器を構成し、ＡＯＭ１４が低損失な状態と高損失な状態とを繰り返す動作に同期して、パルス状の光が増幅され、この増幅されたパルス状の光が種レーザ光として第２ＦＢＧ１５から出力される。このとき種レーザ光源１０から出力される種レーザ光の波長λ１は、例えば、１０６４ｎｍであり、パルスの繰り返し周波数は、例えば、１００ｋＨｚである。
また、ＡＯＭ１４低損失な状態を維持するように制御される場合、種レーザ光源１０からは、同一波長で連続光である種レーザ光が出力される。
なお、種レーザ光源１０においては、ＡＯＭ１４が制御部６０からの制御信号により制御されることで、パルス光や連続光としての種レーザ光の出力が制御されたり、それらの強度が制御されたりする。
種レーザ光源１０から出力されるレーザ光は、光カプラ４０に入力される。
一方、励起光源２０は、励起光を出力する複数のレーザダイオードから構成され、出力する励起光の強度が、制御部６０からの制御信号によって調整される。励起光源２０は、増幅用光ファイバ３０の希土類元素を励起状態とする励起光を出力し、励起光源２０から出力される励起光は光カプラ４０に入力される。なお、励起光源２０から出力される励起光は、例えば、９７５ｎｍの波長である。
光カプラ４０は、種レーザ光源１０からのレーザ光が入力する入力ポート４１と、励起光源２０からの励起光が入力する励起光入力ポート４２と、種レーザ光源１０からの種レーザ光及び励起光を出力する出力ポート４３とを有する。入力ポート４１は、種レーザ光源１０からの種レーザ光をシングルモード光として伝播するシングルモードファイバから構成される。励起光入力ポート４２は、励起光源２０から出力される励起光をマルチモード光として伝播するマルチモードファイバから構成される。出力ポート４３は、コアと、コアを被覆するクラッドと、クラッドを被覆する樹脂クラッドとを有するダブルクラッドファイバから構成され、コアにより種レーザ光をシングルモード光として伝播し、コア及びクラッドにより励起光をマルチモード光として伝播する構成となっている。出力ポート４３から出力する種レーザ光と励起光とは、増幅用光ファイバ３０に入力される。
増幅用光ファイバ３０は、希土類元素が添加されるコアと、コアを被覆するクラッドと、クラッドを被覆する樹脂クラッドとを有するダブルクラッドファイバから構成される。コアは、光カプラ４０から出力される種レーザ光をシングルモード光として伝播し、コア及びクラッドにより光カプラ４０から出力される励起光をマルチモード光として伝播する。そして、励起光がコアを通過する際、コアに添加される希土類元素が励起状態とされて、励起状態とされる希土類元素は、コアを伝播する種レーザ光により誘導放出を起こし、この誘導放出により種レーザ光が増幅される。増幅用光ファイバ３０は、例えば、コアの直径が１０μｍで、クラッドの外径が１２５μｍであり、コアには、希土類元素として、エルビウムが添加されている。
出力部５０は、増幅用光ファイバ３０で増幅されるレーザ光をファイバレーザ装置１００の外部に出力する。なお、上記の様に種レーザ光源１０からパルス状の種レーザ光が出力される場合、出力部５０からは、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光と同期するパルス状のレーザ光が出力される。
出力設定部６３では、出力部５０から出力されるレーザ光の強度が設定され、設定されるレーザ光の強度に基づいた出力設定命令を制御部６０に入力する。
出力命令部６５は、出力部５０からレーザ光を出力させるための出力命令を制御部６０に入力する。
制御部６０は、出力設定部６３からの出力設定命令や、出力命令部６５からの出力命令に基づいて種レーザ光源１０及び励起光源２０を制御する。具体的には、制御部６０は、種レーザ光源１０におけるレーザ発振器１１やＡＯＭ１４を制御して、種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力の有無や強度、及び、種レーザ光をパルス光や連続光にする制御を行う。さらに制御部６０は、励起光源２０を制御して、励起光源２０から出力される励起光の有無や、励起光源２０から出力される励起光の強度を制御する。
メモリ６７は、出力設定部６３で設定した強度のレーザ光が出力部５０から出力されるための励起光の強度、及び、出力部５０からレーザ光が出力される前における励起光の強度を出力設定命令に対応して記憶している。このレーザ光が出力される前の励起光の強度は、レーザ光が出力される前に予め定められる一定期間だけ励起光を増幅用光ファイバに入力した場合に、出力部５０からレーザ光が出力される際、出力部５０から出力されるレーザ光の強度が安定するまでの期間が一定となるような強度とされる。つまり、出力状態において出力部５０から出力されるレーザ光の強度が強いため、出力状態における励起光の強度が強い場合には、レーザ光が出力される前における励起光の強度は強めに設定され、出力状態において出力部５０から出力されるレーザ光の強度が弱いため、出力状態における励起光の強度が弱い場合には、レーザ光が出力される前における励起光の強度は弱めに設定される。この励起光の強度は、出力設定部６３により設定されるレーザ光の強度に基づいて、事前に求められてメモリ６７に記憶される。
次に、ファイバレーザ装置１００の動作について図３を用いて説明する。
図３は、ファイバレーザ装置１００の動作を模式的に示したタイミングチャートである。
図３は、出力命令部６５から制御部６０に入力される出力命令と、励起光源２０から出力される励起光の強度と、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光の強度と、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態と、出力部５０から出力されるレーザ光の強度を模式的に表している。なお、図３において、出力命令がＨの状態が、出力命令部６５から制御部６０に出力命令がされている状態を表し、励起光の強度が高く表されている程、強度の強い励起光が励起光源２０から出力されている状態を示し、種レーザ光源からの種レーザ光の強度が高く表されている程、種レーザ光源１０から強度の強い種レーザ光が出力されている状態を示し、希土類元素の励起状態が高く表されている程、増幅用光ファイバ３０の希土類元素が高い励起状態であることを示し、出力されるレーザ光の強度が高く表される程、出力部５０から出力されるレーザ光の強度が強い状態を示す。
まず、ファイバレーザ装置１００の図示しない電源がオンにされ、制御部６０に電力が供給される。
制御部６０は、電力が供給されると、出力設定部６３からの出力設定命令を待つ。そして、出力設定部６３において、出力部５０から出力されるレーザ光の強度が強度Ｐ１に設定されると、この設定に基づいた出力設定命令が制御部６０に入力される。このとき、制御部６０は、この出力設定命令を記憶する。
次に、時刻ｔ１において、出力命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されると、制御部６０は、励起光源２０を予備励起状態として制御すると共に、記憶している出力設定命令に基づいた所定の予備励起光の強度Ｒ１１をメモリ６７から読み出す。そして、制御部６０は、励起光源２０を制御して、予め定められる一定期間Ｔａだけ、メモリ６７から読み出した強度Ｒ１１の予備励起光を出力させる。さらに、制御部６０は、種レーザ光源１０を予備励起状態として制御して、種レーザ光が出力されないように制御する。なお、この種レーザ光源１０の制御には、種レーザ光源１０に対して特に命令を行わないことも含まれる。このとき増幅用光ファイバ３０には、予備励起光のみが入力されるため、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態は徐々に高くされる。このときの予備励起光の強度Ｒ１１は、例えば２Ｗとされ、一定期間Ｔａは、例えば１００μ秒とされる。
このため、時刻ｔ１から予め定められる一定期間Ｔａが経過する予備励起状態の終了時点において、希土類元素の励起状態の高さは、出力されるレーザ光の強度Ｐ１に基づいて、予め定められる励起状態Ｓ１１とされる。
次に、時刻ｔ１から予め定められる一定期間Ｔａが経過する時刻ｔ２において、制御部６０は、励起光源２０を出力状態として、記憶している出力設定命令に対応する励起光の強度Ｒ１２をメモリ６７から読み出す。そして、励起光源２０を制御して、励起光源２０から強度Ｒ１２の励起光を出力させる。さらに制御部６０は、時刻ｔ２において、種レーザ光源１０を制御して、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈで波長λ１のパルス状の種レーザ光を出力させる。具体的には、出力状態における励起光の強度Ｒ１２の強度は、例えば６Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈは、例えば４Ｗとされる。
出力状態において、励起光源２０から強度Ｒ１２励起光が出力され、種レーザ光源１０から種レーザ光が出力されると、増幅用光ファイバ３０の希土類元素は、さらに高い励起状態とされながら誘導放出を起こして、種レーザ光の強度を増幅させる。このため、増幅用光ファイバ３０からは、増幅されたパルス状のレーザ光が出力され、出力部５０からは、この増幅されたパルス状のレーザ光が出力される。
ただし、時刻ｔ２を経過して間もない時点においては、出力部５０から出力されるレーザ光の強度は、出力設定部６３により設定された強度Ｐ１には達しない。そして、時刻ｔ２から期間Ｔｂが経過する時刻ｔ３になると、希土類元素の励起状態がＳ１２とされる。こうして、出力部５０から出力設定部６３で設定された強度Ｐ１のレーザ光が出力され、レーザ光の出力が安定する。この時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間（期間Ｔｂ）は、出力部５０から出力されるレーザ光の立ち上がり期間となる。例えば、電源が投入されて最初のレーザ光の出力の場合に、上記のように予備励起光の強度Ｒ１１が２Ｗとされ、一定期間Ｔａが１００μ秒とされ、出力状態における励起光の強度Ｒ１２が６Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈが４Ｗされる場合、期間Ｔｂは５０μ秒以下となる。
ここで、予備励起状態において励起光源２０から出力される予備励起光の強度について説明する。予備励起状態において、予め定められる一定の期間Ｔａ（ｔ１〜ｔ２）だけ強度Ｒ１１の予備励起光が出力されると、希土類元素は出力設定部６３で設定したレーザ光の強度Ｐ１に基づく所定の励起状態Ｓ１１とされる。この所定の励起状態Ｓ１１とは、出力状態において出力設定部６３で出力される強度Ｐ１のレーザ光を出力するために、励起光源２０から強度Ｒ１２の励起光が出力され、種レーザ光源から尖塔値が強度Ｈである種レーザ光が出力されるとき、一定期間Ｔｂでレーザ光が立ち上がる様な励起状態である。そして、予備励起状態における予備励起光の強度Ｒ１１は、予備励起状態が終了する時点ｔ２において、希土類元素が所定の励起状態Ｓ１１とされる強度である。つまり、予備励起状態において励起光源２０から出力される予備励起光の強度Ｒ１１は、立ち上がり期間Ｔｂが、出力設定部６３で設定されるレーザ光の強度によらず一定の期間となるような強度である。
このような予備励起光の強度Ｒ１１は、出力状態において、尖塔値が強度Ｈである種レーザ光と強度Ｒ１２の励起光とを増幅用光ファイバ３０に入力したときに、立ち上がり期間がＴｂとなるように、出力設定部６３により設定されるレーザ光の強度Ｐ１に基づいて、事前に求められ、上述のようにメモリ６７に記憶されている。
次に時刻ｔ４において、出力命令部６５から出力命令が入力されなくなると、制御部６０は、種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力と、励起光源２０からの励起光の出力とを停止させる。このため、出力部５０から出力されるレーザ光が停止される。そして、制御部６０は、再び出力命令部６５からの出力命令や、出力設定部６３からの出力設定命令を待つ。
次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４のレーザ出力の強度Ｐ１とは異なる強度のレーザ出力について説明する。
次に時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に出力設定部６３において、出力部５０から出力されるレーザ光の強度が、時刻ｔ３から時刻ｔ４におけるレーザ光の強度と異なる強度Ｐ２に設定されると、この設定に基づいた出力設定命令が制御部６０に入力される。このとき、制御部６０は、この出力設定命令を記憶する。
次に、時刻ｔ５において、出力命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されると、制御部６０は、励起光源２０を予備励起状態として制御すると共に、出力設定命令に基づく予備励起光の強度Ｒ２１をメモリ６７から読み出す。そして、制御部６０は、励起光源２０を制御して、予め定められる一定期間Ｔａだけ、メモリ６７から読み出した強度Ｒ２１の予備励起光を出力させる。さらに、制御部６０は、種レーザ光源１０を予備励起状態として制御し、種レーザ光が出力されないように制御する。このとき増幅用光ファイバ３０には、予備励起光のみが入力されるため、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態は徐々に高くされる。なお、予備励起状態の期間Ｔａの長さは、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の予備励起状態の期間Ｔａと同じ長さである。また、例えば、図３に示すように出力部５０から出力されるレーザ光の強度Ｐ２が強度Ｐ１よりも弱い場合には、予備励起光の強度Ｒ２１は、強度Ｒ１１よりも弱い強度とされる。例えば、上述のように時刻ｔ１からｔ２における予備励起光の強度Ｒ１１が２Ｗである場合、強度Ｒ２１は１．５Ｗとされる。
こうして、時刻ｔ５から予め定められる一定期間Ｔａが経過する予備励起状態の終了時点において、希土類元素の励起状態の高さは、出力されるレーザ光の強度Ｐ２に基づいて予め定められる励起状態Ｓ２１とされる。なお、例えば、図３に示すように出力部５０から出力されるレーザ光の強度Ｐ２が強度Ｐ１よりも弱い場合には、上述のように予備励起光の強度Ｒ２１は、強度Ｒ１１よりも弱い強度とされるため、予備励起状態の終了時点における希土類元素の励起状態Ｓ２１は、励起状態Ｓ１１よりも低い励起状態とされる。
次に、時刻ｔ５から予め定められる一定期間Ｔａが経過する時刻ｔ６において、制御部６０は、励起光源２０を出力状態として、出力設定命令に対応する励起光の強度Ｒ２２をメモリ６７から読み出す。そして、励起光源２０を制御して、強度Ｒ２２の励起光を励起光源２０から出力させる。さらに制御部６０は、時刻ｔ６において、種レーザ光源１０を制御して、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈで、波長λ１のパルス状の種レーザ光を出力させる。このときの励起光の強度Ｒ２２と種レーザ光の尖塔値の強度Ｈは、出力部５０から設定された強度Ｐ２のレーザ光が出力されるような強度である。具体的には、励起光の強度Ｒ１２の強度は、例えば５Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈは、例えば４Ｗとされる。
出力状態において励起光源２０から強度Ｒ２２の励起光が出力され、種レーザ光源１０から種レーザ光が出力されると、増幅用光ファイバ３０の希土類元素は、さらに高い励起状態とされながら誘導放出を起こして、種レーザ光の強度を増幅させる。そして、出力部５０からは増幅されたパルス状のレーザ光が出力される。
ただし、時刻ｔ６を経過して間もない時点においては、出力部５０から出力されるレーザ光の強度は、出力設定部６３において設定した強度Ｐ２には達しない。そして、時刻ｔ６から一定の期間Ｔｂが経過する時刻ｔ７になると、希土類元素の励起状態がＲ２２とされる。こうして、出力部５０からは、出力設定部６３で設定した強度Ｐ２のレーザ光が出力され、レーザ光の出力が安定する。この時刻ｔ６から時刻ｔ７の期間が、出力部５０から出力されるレーザ光の立ち上がり期間となる。
なお、予備励起状態において、予め定められる一定の期間Ｔａ（ｔ５〜ｔ６）だけ強度Ｒ２１の予備励起光が出力されると、希土類元素は出力設定部６３で設定したレーザ光の強度Ｐ２に基づく所定の励起状態Ｓ２１とされる。この所定の励起状態Ｓ２１は、出力状態において出力設定部６３で出力される強度Ｐ２のレーザ光を出力するために、励起光源２０から強度Ｒ２２の励起光を出力され、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈである種レーザ光が出力されるとき、一定期間Ｔｂでレーザ光が立ち上がる様な励起状態である。そして、予備励起状態における励起光の強度Ｒ２１は、予備励起状態が終了する時点ｔ６において、希土類元素が所定の励起状態をされる強度である。つまり、予備励起光の強度Ｒ２１は、時刻ｔ６〜時刻ｔ７における立ち上がり期間Ｔｂが、時刻ｔ２〜時刻ｔ３における立ち上がり期間と同じ長さとなる様に、出力設定部７０で設定されるレーザ光の強度Ｐ２に基づいて設定される。
このような予備励起光の強度Ｒ２１は、強度Ｒ１１と同様に、出力状態において、種レーザ光と強度Ｒ２２の励起光とが増幅用光ファイバ３０に入力されたときに、立ち上がり期間がＴｂとなるように事前に求められている。
次に時刻ｔ８において、出力命令部６５から出力命令が入力されなくなると、制御部６０は、種レーザ光源１０からのレーザ光の出力と、励起光源２０からの励起光の出力とを停止させる。このため、出力部５０から出力されるレーザ光が停止される。
本実施形態におけるファイバレーザ装置１００によれば、出力命令部６５から出力命令が制御部６０に入力されると、制御部６０は、予備励起状態において、種レーザ光が出力されないように種レーザ光源１０を制御すると共に、増幅用光ファイバ３０に励起光が一定期間Ｔａ入力されるように励起光源２０を制御する。このため、増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態は徐々に高くされる。次に制御部６０は、種レーザ光源１０及び励起光源２０を出力状態として、励起光と種レーザ光とが増幅用光ファイバ３０に入力されるようにする。このとき予備励起状態において増幅用光ファイバ３０の希土類元素の励起状態が高くされているため、予備励起状態から出力状態になった際において、出力部から出力されるレーザ光の立ち上がり期間Ｔｂを短くすることができる。
また、制御部６０は、予備励起状態における励起光の強度を、出力設定部６３により設定されるレーザ光の強度Ｐ１（Ｐ２）に基づいた強度Ｒ１１（Ｒ２１）とする。つまり、出力状態で出力部５０から出力されるレーザ光の強度が強いため、出力状態における励起光の強度が強い場合には、予備励起状態における励起光の強度は強めに設定される。また、出力状態で出力部５０から出力されるレーザ光の強度が弱いため、出力状態における励起光の強度が弱い場合には、予備励起状態における励起光の強度は弱めに設定される。このため、予備励起状態の終了時点ｔ２（ｔ６）における希土類元素の励起状態ｓ１１（ｓ２１）は、出力状態において出力部から出力されるレーザ光の強度が強い場合には、高い励起状態とされ、出力状態において出力部から出力されるレーザ光の強度が弱い場合には、低い励起状態とされる。よって、出力状態において、レーザ光と励起光とが増幅用光ファイバ３０に入力されてから、出力部から出力されるレーザ光が立ち上がるまでの期間Ｔｂのばらつきを抑制することができる。
このように、出力命令部６５から出力命令が入力されてから、一定期間Ｔａだけ予備励起状態となり、次にばらつきの抑制された期間Ｔｂで出力部５０から出力されるレーザ光は立ちあがる。つまり、出力設定部６３で設定したレーザ光の強度によらず、出力命令部６５に出力命令が入力されてから期間（Ｔａ＋Ｔｂ）後にレーザ光は安定した出力となる。この期間（Ｔａ＋Ｔｂ）は、ばらつきが抑制された期間であるため、ファイバレーザ装置１００は取り扱いに優れる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図４は、本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
図４に示すように、ファイバレーザ装置１１０は、増幅用光ファイバ３０と出力部５０との間に設けられ、増幅用光ファイバ３０から出力される光が入力する波長変換器７１と、波長変換器７１と出力部５０との間に設けられ、波長変換器７１から出力される光が入力する波長選択フィルタ７３とを備える点で第１実施形態と異なる。
波長変換器７１は、誘導ラマン散乱を起こす光ファイバにより構成される。この波長変換器は、入力する光の強度の尖塔値が大きい場合には、この光をより波長の長い光に変換し出力し、入力する光の強度の尖塔値が小さい場合には、この光の波長を変換せずそのまま出力する。具体的には、予備励起状態において、励起光源２０から予備励起光が増幅用光ファイバ３０に入力されると、増幅用光ファイバ３０において自然放出光が発生する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ３０において増幅されて出力され、波長変換器７１に入力される。しかし、このとき増幅用光ファイバ３０から出力される光の強度の尖塔値は小さく、波長変換器７１は、このとき入力される光を波長変換しないように構成される。一方、出力状態においては、種レーザ光源１０から種レーザ光が出力されると共に、励起光源２０から励起光が出力され、増幅用光ファイバ３０において種レーザ光が増幅されてレーザ光として出力され、波長変換器７１に入力される。そして、このとき入力されたレーザ光の強度の尖塔値は大きく、波長変換器７１は、このとき入力されるレーザ光を波長変換するように構成される。
また、波長変換器７１は、波長変換をする場合、波長がλ１のレーザ光が入力すると、誘導ラマン散乱により波長変換器７１に入力した光を波長λ１より長波長の波長λ２の光に変換する。このため波長変換器７１からは、入力する光よりも長波長の光が出力される。
このような波長変換用の光ファイバとしては、コア及びクラッドから構成される光ファイバであって、コアに非線形光学定数を上昇させるドーパントが添加される光ファイバが挙げられる。このようなドーパントとしては、ゲルマニウムやリンが挙げられる。例えば、波長変換器７１は、コアにゲルマニウムが７〜８質量％添加され、コアの直径が５μｍで、長さが２０ｍのシングルモードファイバであり、パルス光の尖塔値の強度が７０Ｗ以上で波長λ１が１０６４ｎｍの光が入力すると、波長λ２が１１２０ｎｍの光が出力され、強度が７０Ｗより低い光が入力すると波長変換されないように構成される。この波長変換器７１の波長変換の尖塔値の閾値は、コアの直径、ドーパントの添加濃度、長さ等によって変えることができる。したがって、本実施形態の波長変換器７１のコアの直径、ドーパントの添加濃度、長さは、波長１１２０ｎｍの光の尖塔値が、７０Ｗより大きい場合に波長変換が起こり、それより小さい尖塔値の場合に波長変換が起きないように設定される。逆に、波長変換器７１のコアの直径、ドーパントの添加濃度、長さが予め決まっている場合には、予備励起状態では、波長変換が起こらず、出力状態で波長変換が起こるような入力光の尖塔値となるように種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力が設定される。
波長選択フィルタ７３は、種レーザ光源１０から出力される波長のλ１の種レーザ光と同じ波長帯域の光が波長変換器７１を介して入力される場合、波長変換器７１において波長変換されて入力する波長λ２の光を透過させ、波長変換器７１において波長変換されずに入力する波長λ１の光の透過を抑制する。従って、増幅用光ファイバ３０から強度の強い波長λ１のレーザ光が出力され、波長変換器７１においてレーザ光が波長λ２に波長変換される場合、波長選択フィルタ７３に入力するレーザ光は、波長選択フィルタ７３を透過する。一方、増幅用光ファイバ３０から強度の弱い波長λ１のレーザ光が出力され、波長変換器７１においてレーザ光が波長変換されない場合、波長選択フィルタ７３に入力するレーザ光は、波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。
波長選択フィルタ７３は、例えば、誘電体多層膜フィルタやフォトニック・バンド・ギャップ・ファイバ等により構成される。例えば、波長変換器７１に波長λ１が１０６４ｎｍであるレーザ光が入力し、波長変換器７１において波長変換されて、波長λ２が１１２０ｎｍであるレーザ光が波長選択フィルタ７３に入力する場合、レーザ光は波長選択フィルタ７３を透過する。一方、波長変換器７１に波長λ１が１０６４ｎｍであるレーザ光が入力し、波長変換器７１において波長変換されずに１０６４ｎｍのレーザ光が波長選択フィルタ７３に入力する場合、レーザ光は波長選択フィルタ７３において、透過が抑制される。
次にファイバレーザ装置１１０の動作について説明する。
ファイバレーザ装置１１０においては、予備励起状態において、予め定められる一定の期間Ｔａ（ｔ１〜ｔ２、ｔ５〜ｔ６）だけ予備励起光が出力され、その後、出力状態において、期間Ｔｂ（ｔ２〜ｔ３、ｔ６〜ｔ７）において出力部５０から出力されるレーザ光が立ち上がる。このときの予備励起光の強度は、出力状態において出力部５０から出力されるレーザ光が安定するまでの期間Ｔｂが、出力部５０から出力されるレーザ光の強度によらず、一定となるような強度とされる。
上記の予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０に入力される予備励起光により、増幅用光ファイバ３０においては自然放出光が発生する。この自然放出光は、増幅用光ファイバ３０において増幅されて出力され、波長変換器７１に入力される。しかし、このとき増幅用光ファイバ３０から出力される光は、上記のように波長変換器７１において波長変換されない。従って、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力される光は、波長選択フィルタにおいて透過が抑制される。このため、予備励起状態においては、出力部５０から光が出力されない。
上述のように波長変換器７１が、長さが２０ｍのシングルモードファイバで、コアはゲルマニウムが７〜８質量％添加された石英から構成され、コアの直径が５μｍである場合、例えば予備励起光の強度Ｒ１が２Ｗであれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０において増幅されて出力され、波長変換器７１に入力される光は、波長変換器７１で波長変換されない。
次に、励起光源及び種レーザ光源が出力状態とされる期間（ｔ２〜ｔ４、ｔ６〜ｔ８）においては、励起光源２０から強度Ｒ１２、Ｒ２２の励起光が出力されると共に、種レーザ光源１０から尖塔値が強度Ｈで波長λ１のパルス状の種レーザ光が出力される。このとき増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光は、上述のように波長変換器７１において波長変換される。従って、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力されるレーザ光は、波長選択フィルタを透過して、出力部５０から出力される。例えば、上述のように、波長変換器７１が、長さが２０ｍのシングルモードファイバで、コアがゲルマニウムが７〜８質量％添加された石英から構成され、コアの直径が５μｍである場合、出力状態における励起光の強度Ｒ１２の強度は６Ｗとされ、種レーザ光の尖塔値の強度Ｈは４Ｗとされると、波長変換器７１に入力するレーザ光の尖塔値は１８５Ｗとなり、波長変換される。
このようなファイバレーザ装置１１０によれば、出力状態において、増幅用光ファイバ３０で増幅されたレーザ光が出力されると、レーザ光は波長変換器７１において波長変換される。波長変換器７１において波長変換されたレーザ光は、波長選択フィルタ７３に入力され、波長選択フィルタ７３を透過して出力部５０から出力される。一方、予備励起状態においては、予備励起光により増幅用光ファイバ３０の希土類元素が励起状態とされる。ところで、増幅用光ファイバ３０は、励起光により励起状態とされる希土類元素の誘導放出により、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光が増幅されるよう構成される。しかし、予備励起状態においては、種レーザ光が増幅用光ファイバ３０に入力されないため、増幅用光ファイバ３０からは、励起された希土類元素による自然放出光のみが出力される。この自然放出光は、スペクトルの幅が広く、強度の尖塔値が小さい。そして、波長変換器７１は、予備励起状態において、この自然放出光が増幅された光が増幅用光ファイバ３０から入力されても、波長変換しないように構成される。このため、増幅用光ファイバ３０から自然放出光が増幅された光が出力される場合であっても、波長変換器７１から出力され波長選択フィルタ７３に入力される波長λ１の光は、波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。こうして、予備励起状態においては、出力部５０から不要な光が出力されることが抑制される。
なお、本実施形態では、第１実施形態と同様に、時刻ｔ４において、制御部６０は種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力と、励起光源２０からの励起光の出力とを停止させるものであるが、時刻ｔ４からｔ６までの間に種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力と、励起光源２０からの励起光の出力するものとしてもよい。ただし、種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力強度と励起光源２０からの励起光の出力強度は、波長変換器７１に入力する光が波長変換器７１において波長変換が起こる尖塔値より小さい強度とされる。このような種レーザ光源１０からの種レーザ光の出力強度と励起光源２０からの励起光の出力強度とにすることにより、時刻ｔ４からｔ６までの間において、出力部５０からレーザ光が出力することがない。このように種レーザ光源１０及び励起光源２０の出力を完全に停止しないことにより、種レーザ光源１０及び励起光源２０の動作安定性を向上させることができる。
また、本実施形態において、波長変換器７１は、誘導ラマン散乱を起こす光ファイバにより構成されるものとしたが、この波長変換器は、入力する光の強度の尖塔値が大きい場合には、この光を異なる波長の光に変換し出力し、入力する光の強度の尖塔値が小さい場合には、この光の波長を変換せずそのまま出力する機能を有するものであれば、光ファイバに限らない。例えば、波長変換器７１は、リチウム・トリボレート（ＬｉＢ３Ｏ５）等の第２高調波を発生する非線形光学結晶であってもよい。このような非線形光学結晶は、所定の尖塔値以上の強度の光入力された場合に、第２高調波（波長が１／２の光）を出力する。波長変換器７１として、第２高調波を発生する非線形光学結晶を用いた場合には、後段の波長選択フィルタ７３は、波長変換器７１に入力される光の波長の透過が抑制され、その第２高調波の波長の透過をするフィルタを用いる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。本実施形態は、第２実施形態において説明したファイバレーザ装置１１０を用いたファイバレーザ装置である。
図５は、本発明の第３実施形態に係るファイバレーザ装置１１０の動作を表すタイミングチャートである。本実施形態のファイバレーザ装置１１０は、予備励起状態において、励起光源２０から予備励起光が出力されると共に、種レーザ光源１０から微弱な種レーザ光が出力される点において、第２実施形態のファイバレーザ装置１１０と異なる。
具体的には、図５に示すように、時刻ｔ１（ｔ５）において、出力命令部６５から出力命令が入力されると、制御部６０は、予備励起状態として、記憶している出力設定命令に基づいた予備励起光の強度Ｒ１１（Ｒ２１）をメモリ６７から読み出す。そして、制御部６０は、励起光源２０から、予め定められる一定期間Ｔａだけ、メモリ６７から読み出した強度Ｒ１１の予備励起光を出力させる。さらに、制御部６０は、種レーザ光源１０を制御して、予め定められる一定の強度Ｌの微弱な種レーザ光を出力させる。この微弱な種レーザ光は連続光である。
励起光源２０から出力された励起光、及び、種レーザ光源から出力された微弱な種レーザ光は、増幅用光ファイバ３０に入力される。そして、増幅用光ファイバ３０において、微弱な種レーザ光による希土類元素の誘導放出により、この微弱な種レーザ光が増幅されて増幅用光ファイバ３０から出力され、波長変換器７１に入力される。しかし、種レーザ光が増幅用光ファイバ３０において増幅されて出力される光が波長変換器７１に入力されても、波長変換器７１は、入力した光を波長変換しないよう構成される。従って、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力される光は、波長選択フィルタにおいて透過が抑制される。このため、予備励起状態においては、出力部５０から光が出力されない。例えば、上述のように、波長変換器７１が、長さが２０ｍのシングルモードファイバで、コアがゲルマニウムが７〜８質量％添加された石英から構成され、コアの直径が５μｍである場合、予備励起状態における微弱な種レーザ光の強度Ｌは１Ｗとされ、予備励起光の強度が２Ｗであれば、波長変換器７１において波長変換されないように構成される。
本実施形態におけるファイバレーザ装置１１０によれば、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０に種レーザ光が入力されるため、励起光による希土類元素の励起と種レーザ光による希土類元素の緩和とのバランスを取ることができる。従って、希土類元素が不安定になるほど励起されてしまうことを抑制でき、予備励起状態において、意図しないレーザ発振を抑制することができる。
さらに、出力状態においては、増幅用光ファイバ３０から増幅されたレーザ光が出力されると、波長変換器７１において波長変換される。波長変換されたレーザ光は、波長選択フィルタ７３に入力され、波長選択フィルタ７３を透過して出力部５０から出力される。一方、予備励起状態においては、増幅用光ファイバ３０から誘導放出光が放出され、微弱な種レーザ光が増幅されて波長λ１のレーザ光が出力される。しかし、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光は、波長変換器７１において波長変換されない。よって、波長変換器７１から波長選択フィルタ７３に入力されるレーザ光は、波長選択フィルタ７３において透過が抑制される。このため、予備励起状態において、不要なレーザ光の出力が抑制できる。
以上、本発明について、第１、第２、第３実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
たとえば、第１実施形態において、予備励起状態では、制御部６０は、種レーザ光源１０からレーザ光が出力されないよう制御するものとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、予備励起状態において、制御部６０は、種レーザ光源１０から微弱な種レーザ光が出力されるように制御しても良い。このように構成することで、予備励起状態において、増幅用光ファイバ３０に種レーザ光が入力されるため、励起光による希土類元素の励起と種レーザ光による希土類元素の緩和とのバランスを取ることができる。従って、希土類元素が不安定になるほど励起されてしまうことを抑制でき、予備励起状態において、意図しないレーザ発振を抑制することができる。
この場合、予備励起状態で励起光と微弱な種レーザ光が増幅用光ファイバ３０に入力されるため、増幅用光ファイバ３０からは、微弱な種レーザ光が増幅されたレーザ光が出力される。しかし、増幅用光ファイバ３０に入力される微弱な種レーザ光の強度は非常に弱いため、増幅用光ファイバ３０から出力されるレーザ光も弱く、ファイバレーザ装置１００を扱う上で問題とはならない。
また、第１、第２、第３実施形態において、種レーザ光源１０は、ファブリペロー型のレーザ出力装置が用いられたが、ファイバリング型のレーザ出力装置でも良い。さらに出力状態において、種レーザ光源１０から出力される種レーザ光は、パルス光とされたが、連続光でも良い。
また、第１、第２、第３実施形態において、予備励起状態において、励起光源２０から出力される励起光の強度は、出力状態において励起光源２０から出力される励起光よりも弱い強度とされたが、本発明はこれに限らない。例えば、レーザ光の立ち上がり期間Ｔｂにばらつきが生じない範囲において、予備励起状態において励起光源２０から出力される励起光と、出力状態において励起光源２０から出力される励起光とが、同じ強度の励起光であってもよい。この場合、出力準備状態と出力状態とで、励起光源２１を同じ状態とすればよいため、制御部の負荷を軽くすることができる。
さらに、増幅用光ファイバ３０は、レーザ光をシングルモード光として伝播するものとしたが、数モードの光を伝播できる構成であっても良い。
また、出力設定部６３は、出力設定命令を制御部６０に入力する構成であればよく、出力設定命令がファイバレーザ装置の外部において生成され、出力設定部６３を介して、制御部６０に入力されるものであっても良い。
同様に、出力命令部６５は、出力命令を制御部６０に入力する構成であればよく、出力命令がファイバレーザ装置の外部において生成され、出力命令部６５を介して、制御部６０に入力されるものであっても良い。
また、励起光源２０から出力される励起光の制御方法は、例えば、次のようにして行うことができる。図６は、制御部６０における励起光源２０の制御を行うブロックのブロック図である。この励起光源２０の制御を行うブロックにおいて、マルチプレクサ９０には、出力設定部６３の設定に基づいた電圧が、電圧Ｖａとして入力すると共に、抵抗ｒ１、ｒ２により分圧Ｖｂが入力する。さらにマルチプレクサ９０には、制御部６０から電圧Ｖａ、Ｖｂを選択する選択信号Ａ、Ｂが入力される。なお、分圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｖａ×（ｒ１／（ｒ１＋ｒ２））
となる。
このマルチプレクサ９０の出力は、励起光源２０のＬＤ駆動回路９１に接続されており、マルチプレクサ９０の出力電圧に応じて、ＬＤ駆動回路９１はＬＤ駆動電流を出力し、この駆動電流により励起光源２０のＬＤが出力する励起光強度が変化する。
そして、制御部６０からマルチプレクサに選択信号が入力されると、この信号の論理に応じてマルチプレクサ９０は、出力電圧をＶａ、Ｖｂ、０Ｖのいずれかを出力する。なお、電圧Ｖｂは、抵抗ｒ１とｒ２の値を変えることで適宜設定できる。
次に、この様な励起光源２０の制御を行うブロックの動作について説明する。図７は、出力命令部６５からの出力命令と、制御部６０がマルチプレクサ９０に入力する選択信号Ａ、Ｂと、マルチプレクサ９０が出力する電圧との関係を示すタイミングチャートである。
図７において、出力命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されるまで（時刻ｔ１まで）は、制御部６０は、選択信号Ａ、Ｂを共に出力せず、マルチプレクサ９０には選択信号が入力されない。従って、マルチプレクサ９０からの出力電圧は、０Ｖとなり、励起光源２０のＬＤからは励起光が出力されない。
次に、時刻ｔ１において、出力命令部６５から制御部６０に出力命令が入力されると、制御部６０は、マルチプレクサ９０に一定期間Ｔａ（時刻ｔ１〜ｔ２）だけ、選択信号Ｂのみを入力する。従って、マルチプレクサ９０からは、電圧Ｖｂが出力される。こうして電圧Ｖｂが入力されたＬＤ駆動回路９１は、励起光源２０のＬＤから予備励起光を出力させる。
次に、時刻ｔ１から一定期間が経過する時刻ｔ２において、制御部６０は、マルチプレクサ９０に選択信号Ａのみを入力する。従って、マルチプレクサ９０からは、電圧Ｖｂよりも高い電圧Ｖａが出力される。こうして電圧Ｖａが入力されたＬＤ駆動回路９１は、励起光源２０のＬＤから強度の強い励起光を出力させる。
本発明によれば、出力されるレーザ光の立ち上がり期間短くしつつ、出力されるレーザ光の立ち上がり期間のばらつきを抑制することができるファイバレーザ装置が提供される。
１０・・・レーザ光源
１１・・・励起光源
１２・・・第１ＦＢＧ
１３・・・希土類添加ファイバ
１４・・・ＡＯＭ
１５・・・第２ＦＢＧ
２０・・・励起光源
３０・・・増幅用光ファイバ
４０・・・光カプラ
５０・・・出力部
６０・・・制御部
６３・・・出力設定部
６５・・・出力命令部
６７・・・メモリ
７１・・・波長変換器
７３・・・波長選択フィルタ

Claims (6)

  1. 種レーザ光を出力する種レーザ光源と、
    励起光を出力する励起光源と、
    前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光として出力する増幅用光ファイバと、
    前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、
    少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、
    前記出力部から出力される前記レーザ光の強度を設定する出力設定命令を前記制御部に入力する出力設定部と、
    前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令を前記制御部に入力する出力命令部と、
    を備え、
    前記出力命令が前記制御部に入力されるとき、前記制御部は、前記種レーザ光源及び前記励起光源が予備励起状態から出力状態になるように、前記種レーザ光源及び前記励起光源を制御し、
    前記予備励起状態においては、前記種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されず、前記出力設定部により設定されるレーザ光の強度に基づいた所定の強度の励起光が前記励起光源から一定期間出力され、
    前記出力状態においては、前記出力設定部により設定される強度のレーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されると共に前記励起光が前記励起光源から出力される
    ことを特徴とするファイバレーザ装置。
  2. 前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態における前記励起光により前記増幅用光ファイバで発生して出力される光を波長変換せず、前記出力状態における前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、
    前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力されるとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、
    を更に備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  3. 種レーザ光を出力する種レーザ光源と、
    励起光を出力する励起光源と、
    前記種レーザ光と前記励起光とが入力され、前記励起光により励起状態とされる希土類元素が添加され、前記種レーザ光を増幅してレーザ光として出力する増幅用光ファイバと、
    前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を出力する出力部と、
    少なくとも前記種レーザ光源と前記励起光源とを制御する制御部と、
    前記出力部から出力される前記レーザ光の強度を設定する出力設定命令を前記制御部に入力する出力設定部と、
    前記出力部から前記レーザ光を出力させる出力命令を前記制御部に入力する出力命令部と、
    を備え、
    前記出力命令が前記制御部に入力されるとき、前記制御部は、前記種レーザ光源及び前記励起光源が予備励起状態から出力状態になるように、前記種レーザ光源及び前記励起光源を制御し、
    予備励起状態においては、一定期間、微弱な強度の種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されると共に、前記出力設定部により設定されるレーザ光の強度に基づいた所定の強度の励起光が前記励起光源から出力され、
    前記出力状態においては、前記出力設定部により設定される強度のレーザ光が前記出力部から出力されるように、前記種レーザ光が前記種レーザ光源から出力されると共に前記励起光が前記励起光源から出力される
    ことを特徴とするファイバレーザ装置。
  4. 前記出力状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光はパルス光であり、前記予備励起状態における前記種レーザ光源から出力される前記種レーザ光は連続光であることを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。
  5. 前記増幅用光ファイバと前記出力部との間に設けられ、前記予備励起状態における前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される光を波長変換せず、前記出力状態における前記種レーザ光及び前記励起光により前記増幅用光ファイバから出力される前記レーザ光を波長変換する波長変換器と、
    前記波長変換器と前記出力部との間に設けられ、前記種レーザ光と同じ波長帯域の光が前記波長変換器に入力されるとき、前記波長変換器において波長変換される光を透過し、前記波長変換器において波長変換されない光の透過が抑制される波長選択フィルタと、
    を更に備える
    こと特徴とする請求項３または４に記載のファイバレーザ装置。
  6. 前記予備励起状態における前記励起光の強度は、前記出力状態における前記励起光の強度以下とされることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
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