JP2013042173A - Optical pulse laser device and optical pulse laser generation method - Google Patents

Optical pulse laser device and optical pulse laser generation method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical pulse laser device which can irradiate an object simultaneously with high output ultrashort pulse light beams output from a plurality of laser light sources while adjusting the phase easily and accurately, and can make the whole device compact, and to provide an optical pulse laser generation method.SOLUTION: In the optical pulse laser device, optical gate control means 4, 14 generate pulse signals having a timing for thinning the optical pulses from semiconductor lasers 1, 11 at a regular interval, delay adjustment means 10 adjusts the amount of delay of the pulse signal, and optical gates 3, 13 perform thinning of optical pulses generated from the semiconductor lasers 1, 11 at a regular interval by a drive signal from a signal oscillator 2, and adjust the timing of optical pulses passed through the optical gates 3, 13 and entering optical amplification means 5, 15, and the timing of optical pulses being output from the optical amplification means 5, 15 and impinging on an object.

Description

本発明は、光パルスレーザー装置及び光パルスレーザー発生方法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及び光パルスレーザー発生方法に関する。   The present invention relates to an optical pulse laser device and an optical pulse laser generation method, and more particularly to an optical pulse laser device and an optical pulse laser generation method for generating high-power and ultrashort pulse laser light using a semiconductor laser.

パルス幅がps(ピコ秒)オーダーである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、異なる波長の超短パルスを観察対象に照射し、nm(ナノメートル)オーダーの分解能で蛍光観察する、いわゆるCARS(Coherent Anti-Stokes Raman Scattering)顕微分光などの技術分野においては、特にニーズが高い。   There is an increasing need in various fields for ultrashort pulse laser light having a pulse width on the order of ps (picoseconds). For example, when observing or measuring a phenomenon that changes in a short time (several hundred ps to several ns), such as a molecular decomposition reaction, or irradiating an observation object with an ultrashort pulse of a different wavelength, In the technical field such as so-called CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) micro-spectroscopic light that observes fluorescence with resolution, there is a particularly high need.

また、超短パルスであり、高出力なパルス光を発生させるには、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一般的に利用されており、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。   In addition, in order to generate high-power pulse light that is an ultrashort pulse, a solid-state laser device capable of generating high-power laser light is generally used, which increases the size of the entire device. There is a problem that it is expensive and lacks reliability.

他方、複数の異なる波長のパルス光や同一の波長のパルス光などを、同時に同一対象物に照射する際には、照射されるパルス光の位相タイミングを正確に調整することが不可欠である。このため、上述のような固体レーザー装置を用いる場合には、個々の固体レーザーをパルス駆動し、発生した各パルス光を光ファイバ等の導波手段を用いて照射対象物の近傍まで導出し、同時に照射することが考えられる。   On the other hand, when irradiating the same object simultaneously with a plurality of pulse lights having different wavelengths or pulse lights having the same wavelength, it is indispensable to accurately adjust the phase timing of the irradiated pulse light. For this reason, when using the solid-state laser device as described above, each solid-state laser is pulse-driven, and each generated pulsed light is derived to the vicinity of the irradiation object using a waveguide means such as an optical fiber, It is possible to irradiate simultaneously.

しかしながら、パルス光を案内する光ファイバの長さが異なると、各パルス光が対象物に照射されるタイミングがずれ、また、異なる波長のパルス光を光ファイバで案内する場合には、波長分散特性により、パルス光間で位相がずれるという問題を生じる。このため、これらのタイミングを正確に調整するためには、光ファイバの一部に光遅延装置を組み込むことが必要であり、特に上述のような位相ズレを調整するには大型の遅延装置とならざるを得ない。   However, if the length of the optical fiber that guides the pulsed light is different, the timing at which each pulsed light is applied to the object is shifted, and when guiding pulsed light of a different wavelength through the optical fiber, the chromatic dispersion characteristics As a result, there arises a problem that the phase is shifted between the pulse lights. For this reason, in order to accurately adjust these timings, it is necessary to incorporate an optical delay device in a part of the optical fiber. In particular, in order to adjust the phase shift as described above, a large delay device is required. I must.

また、特許文献1では、固体レーザー装置を用いる代わりに、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させる技術を開示している。   Patent Document 1 discloses a technique for generating high-power and ultrashort pulse laser light using a semiconductor laser instead of using a solid-state laser device.

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。   In Patent Document 1, a semiconductor laser, an electric pulse generator that generates pulsed light in the semiconductor laser, and a signal from the electric pulse generator, the pulsed light from the semiconductor laser is converted into the pulsed light. An optical pulse laser device including a low-noise optical amplifier that amplifies in synchronization with a laser is shown. In particular, the low noise optical amplifier includes a pulse generator that receives a signal from the electric pulse generator and generates a synchronized pulse, an optical amplifier that amplifies the pulsed light from the semiconductor laser, and the pulse generator. And a gate that allows the amplified pulsed light from the optical amplifier to pass therethrough.

特許文献1の方法では、光パルスレーザー装置自体を小型化することは可能であるが、しかしながら、特許文献1のような光パルスレーザー装置を複数台設け、各パルス光を対象物に同時に照射するためには、上述したように各光パルスレーザー装置に対応して光ファイバ等の導波手段を複数設ける必要があり、各光ファイバ等を伝播するパルス光の位相を調整することが不可欠である。このため、依然として大型の遅延装置を使用せざるを得ない。   In the method of Patent Document 1, it is possible to reduce the size of the optical pulse laser device itself. However, however, a plurality of optical pulse laser devices as in Patent Document 1 are provided, and each pulsed light is irradiated onto the object simultaneously. Therefore, as described above, it is necessary to provide a plurality of waveguide means such as optical fibers corresponding to each optical pulse laser device, and it is indispensable to adjust the phase of the pulsed light propagating through each optical fiber or the like. . For this reason, it is still necessary to use a large delay device.

特開2005−128229号公報JP 2005-128229 A

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、装置全体の小型化が可能であると共に、複数のレーザー光源から出力された超短パルスであり高出力なパルス光を、容易かつ正確に位相を調節して、対象物に同時に照射することが可能な光パルスレーザー装置及び光パルスレーザー発生方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is possible to reduce the size of the entire apparatus and to easily produce ultra-short pulse high-power pulse light output from a plurality of laser light sources. It is another object of the present invention to provide an optical pulse laser apparatus and an optical pulse laser generation method capable of accurately adjusting a phase and simultaneously irradiating an object.

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複数の、モードロックされた半導体レーザーと、該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器と、該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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、該信号発振器からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段と、該各光ゲートに対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段と、該信号発振器から特定の半導体レーザー及び特定の光ゲート制御手段に該駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段を設け、該光ゲート制御手段は該半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くタイミングのパルス信号を生成し、該遅延調整手段は該パルス信号の遅延量を調整し、該光ゲートは該信号発振器からの駆動信号により該半導体レーザーから発生する光パルスを一定間隔で間引き、該光ゲートを通過した光パルスが該光増幅手段に入力され、該光増幅手段から出力されるパルス光が対象物に出射されるタイミングを調整することを特徴とする光パルスレーザー装置である。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a plurality of mode-locked semiconductor lasers that generate pulsed light, a single signal oscillator that inputs a drive signal to each of the semiconductor lasers, An optical gate provided corresponding to the semiconductor laser, which thins out the pulsed light from each semiconductor laser at regular intervals, an optical gate control means for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator, An optical amplifying means provided corresponding to the optical gate for amplifying and outputting the pulsed light that has passed through each optical gate, and the drive signal is input from the signal oscillator to the specific semiconductor laser and the specific optical gate control means A delay adjusting means is provided in the middle of the signal line, and the optical gate control means generates a pulse signal at a timing for thinning out the optical pulses from the semiconductor laser at regular intervals. The means adjusts the delay amount of the pulse signal, the optical gate thins out the optical pulse generated from the semiconductor laser at a constant interval by the drive signal from the signal oscillator, and the optical pulse that has passed through the optical gate The optical pulse laser device is characterized in that the timing at which the pulsed light input to the means and output from the optical amplifying means is emitted to the object is adjusted.

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、各半導体レーザーが発生するパルス光の波長が各々異なることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the optical pulse laser device according to claim 1, wherein the wavelength of the pulsed light generated by each semiconductor laser is different.

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、各半導体レーザーが発生するパルス光のパルス幅は、1ns以下であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the optical pulse laser device according to claim 1 or 2, wherein the pulse width of the pulsed light generated by each semiconductor laser is 1 ns or less.

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。   The invention according to claim 4 is the optical pulse laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical amplifying means is an optical fiber amplifier.

請求項5に係る発明は、パルス光を発生する複数の、モードロックされた半導体レーザーと、該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器と、該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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、該信号発振器からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段と、該各光ゲートに対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段と、該信号発振器から特定の半導体レーザー及び特定の光ゲート制御手段に該駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段を設け、該光ゲート制御手段により該半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くタイミングのパルス信号を生成させるステップと、該遅延調整手段により該パルス信号の遅延量を調整するステップと、該光ゲートにより該信号発振器からの駆動信号に基づき該半導体レーザーから発生する光パルスを一定間隔で間引くステップと、該光ゲートを通過した光パルスが該光増幅手段に入力されるステップとを含み、該光増幅手段から出力されるパルス光が対象物に出射されるタイミングを調整することを特徴とする光パルスレーザー発生方法である。   According to a fifth aspect of the present invention, there are provided a plurality of mode-locked semiconductor lasers for generating pulsed light, a single signal oscillator for inputting a driving signal to each of the semiconductor lasers, and a corresponding one of the semiconductor lasers. An optical gate that thins out the pulsed light from each semiconductor laser at regular intervals, an optical gate control means for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator, and a corresponding optical gate. The optical amplifying means for amplifying and outputting the pulsed light that has passed through each optical gate, and a delay in the middle of the signal line for inputting the drive signal from the signal oscillator to the specific semiconductor laser and the specific optical gate control means A step of generating a pulse signal at a timing for thinning out light pulses from the semiconductor laser at a constant interval by the optical gate control unit; A step of adjusting a delay amount of the pulse signal, a step of thinning out light pulses generated from the semiconductor laser based on a drive signal from the signal oscillator by the optical gate at a predetermined interval, and an optical pulse passing through the optical gate. Is input to the optical amplifying means, and the timing at which the pulsed light output from the optical amplifying means is emitted to the object is adjusted.

請求項1に係る発明により、パルス光を発生する複数の、モードロックされた半導体レーザーと、該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器と、該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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、該信号発振器からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段と、該各光ゲートに対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段を用いた光パルスレーザー装置であるため、超短パルスでありかつ高出力なパルス光を発生する光パルスレーザー装置を小型化することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, a plurality of mode-locked semiconductor lasers for generating pulsed light, a single signal oscillator for inputting a drive signal to each semiconductor laser, and a corresponding one for each semiconductor laser are provided. An optical gate that thins out the pulsed light from each semiconductor laser at regular intervals, an optical gate control means for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator, and a corresponding optical gate. Because it is an optical pulse laser device that uses optical amplification means that amplifies and outputs pulsed light that has passed through each optical gate, the optical pulse laser device that generates ultra-short pulse and high-output pulsed light is compact. Can be realized.

さらに、半導体レーザーはモードロックレーザーであるため、特定の波長を有するパルス光を安定して出力することが可能となる。また、モードロックレーザーを用いることで、半導体を構成する材料が異なる場合には、同じ発振器による駆動信号であっても異なる波長のパルス光を出力することが可能であり、同一の信号発振器で複数の半導体レーザーを駆動するには、極めて簡便かつ精度良く制御することが可能となる。   Furthermore, since the semiconductor laser is a mode-locked laser, it becomes possible to stably output pulsed light having a specific wavelength. In addition, by using a mode-locked laser, it is possible to output pulsed light of different wavelengths even with drive signals from the same oscillator when the materials composing the semiconductor are different. In order to drive this semiconductor laser, it becomes possible to control it very easily and accurately.

また、信号発振器から特定の半導体レーザー及び特定の光ゲート制御手段に駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段を設け、該光ゲート制御手段は該半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くタイミングのパルス信号を生成し、該遅延調整手段は該パルス信号の遅延量を調整し、該光ゲートは該信号発振器からの駆動信号により該半導体レーザーから発生する光パルスを一定間隔で間引き、該光ゲートを通過した光パルスが該光増幅手段に入力され、該光増幅手段から出力されるパルス光が対象物に出射されるタイミングを調整するため、電気信号に係る簡単な回路構成で、パルス光の発生タイミングをより正確に調整することができ、結果として、対象物にパルス光が照射されるタイミングも正確に調整することができる。   Further, a delay adjusting means is provided in the middle of a signal line for inputting a drive signal from the signal oscillator to the specific semiconductor laser and the specific optical gate control means, and the optical gate control means distributes the light pulses from the semiconductor laser at regular intervals. The delay adjusting means adjusts the delay amount of the pulse signal, and the optical gate thins out the optical pulse generated from the semiconductor laser at a constant interval by the drive signal from the signal oscillator. In order to adjust the timing at which the optical pulse that has passed through the optical gate is input to the optical amplifying means and the pulsed light output from the optical amplifying means is emitted to the object, a simple circuit configuration relating to an electrical signal is used. Therefore, the generation timing of the pulsed light can be adjusted more accurately, and as a result, the timing at which the target object is irradiated with the pulsed light can also be adjusted accurately. That.

請求項2に係る発明により、各半導体レーザーが発生するパルス光の波長が各々異なるため、波長分散特性によるパルス光間の位相のズレが発生しても、本発明によれば位相調整が容易であり、異なる波長のパルス光を対象物に同時に照射することが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, the wavelength of the pulsed light generated by each semiconductor laser is different. Therefore, even if a phase shift occurs between the pulsed light due to the wavelength dispersion characteristics, the present invention makes it easy to adjust the phase. Yes, it becomes possible to simultaneously irradiate the object with pulsed light of different wavelengths.

請求項3に係る発明により、各半導体レーザーが発生する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。   According to the invention of claim 3, since the pulse width of the pulsed light generated by each semiconductor laser is 1 ns or less, the optical pulse laser device of the present invention is more preferably applied to the generation of ultrashort pulses. Is possible.

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。   According to the invention of claim 4, since the optical amplifying means is an optical fiber amplifier, it becomes possible to efficiently amplify ultrashort pulse light.

請求項5に係る発明により、パルス光を発生する複数の、モードロックされた半導体レーザーと、該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器と、該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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、該信号発振器からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段と、該各光ゲートに対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段を用いた光パルスレーザー発生方法であるため、超短パルスでありかつ高出力なパルス光を発生する光パルスレーザー装置を小型化することが可能となる。   According to the invention of claim 5, a plurality of mode-locked semiconductor lasers for generating pulsed light, a single signal oscillator for inputting a drive signal to each semiconductor laser, and a corresponding one for each semiconductor laser are provided. An optical gate that thins out the pulsed light from each semiconductor laser at regular intervals, an optical gate control means for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator, and a corresponding optical gate. The optical pulse laser generation method using the optical amplification means that amplifies and outputs the pulsed light that has passed through each optical gate, and therefore, an optical pulse laser device that generates ultrashort pulse and high output pulsed light. It becomes possible to reduce the size.

さらに、半導体レーザーはモードロックレーザーであるため、特定の波長を有するパルス光を安定して出力することが可能となる。また、モードロックレーザーを用いることで、半導体を構成する材料が異なる場合には、同じ発振器による駆動信号であっても異なる波長のパルス光を出力することが可能であり、同一の信号発振器で複数の半導体レーザーを駆動するには、極めて簡便かつ精度良く制御することが可能となる。   Furthermore, since the semiconductor laser is a mode-locked laser, it becomes possible to stably output pulsed light having a specific wavelength. In addition, by using a mode-locked laser, it is possible to output pulsed light of different wavelengths even with drive signals from the same oscillator when the materials composing the semiconductor are different. In order to drive this semiconductor laser, it becomes possible to control it very easily and accurately.

また、信号発振器から特定の半導体レーザー及び特定の光ゲート制御手段に該駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段を設け、該光ゲート制御手段により該半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くタイミングのパルス信号を生成させるステップと、該遅延調整手段により該パルス信号の遅延量を調整するステップと、該光ゲートにより該信号発振器からの駆動信号に基づき該半導体レーザーから発生する光パルスを一定間隔で間引くステップと、該光ゲートを通過した光パルスが該光増幅手段に入力されるステップとを含み、該光増幅手段から出力されるパルス光が対象物に出射されるタイミングを調整するため、電気信号に係る簡単な回路構成で、パルス光の発生タイミングをより正確に調整することができ、結果として、対象物にパルス光が照射されるタイミングも正確に調整することができる。   Further, a delay adjusting means is provided in the middle of the signal line for inputting the drive signal from the signal oscillator to the specific semiconductor laser and the specific optical gate control means, and the optical pulse from the semiconductor laser is fixed by the optical gate control means. A step of generating a pulse signal at a timing to be thinned out at intervals, a step of adjusting a delay amount of the pulse signal by the delay adjusting means, and a light generated from the semiconductor laser based on a drive signal from the signal oscillator by the optical gate A step of thinning out the pulses at regular intervals; and a step of inputting the optical pulse that has passed through the optical gate to the optical amplifying unit; and a timing at which the pulsed light output from the optical amplifying unit is emitted to the object. As a result of adjustment, the pulse light generation timing can be adjusted more accurately with a simple circuit configuration related to electrical signals. To the timing of the pulsed light on the object is irradiated may also be adjusted accurately.

本発明の光パルスレーザー装置の概略図である。It is the schematic of the optical pulse laser apparatus of this invention.

本発明の光パルスレーザー装置及び光パルスレーザー発生方法について、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複数の半導体レーザー1,11と、該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器2と、該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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3,13と、該信号発振器2からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段4,14と、該各光ゲート3,13に対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段5,15と、該信号発振器2から特定の半導体レーザー11及び特定の光ゲート制御手段14に該駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段10を設けることを特徴とする。そして、各光増幅手段5,15から出力される高出力な超短パルス光は、光ファイバなどの導波手段6,16を伝播し、外部に配置された対象物20などに照射される。
The optical pulse laser apparatus and optical pulse laser generation method of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows a schematic diagram of an optical pulse laser device.
The optical pulse laser device is provided corresponding to each semiconductor laser, a plurality of semiconductor lasers 1 and 11 that generate pulsed light, a single signal oscillator 2 that inputs a drive signal to each semiconductor laser, and each semiconductor laser. Optical gates 3 and 13 for thinning out pulsed light from a semiconductor laser at regular intervals, optical gate control means 4 and 14 for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator 2, and each optical gate 3 , 13 for amplifying and outputting the pulsed light that has passed through each optical gate, and from the signal oscillator 2 to the specific semiconductor laser 11 and the specific optical gate control means 14. The delay adjusting means 10 is provided in the middle of the signal line for inputting the drive signal. Then, the high-power ultrashort pulse light output from each of the optical amplifying means 5 and 15 propagates through the waveguide means 6 and 16 such as an optical fiber, and is irradiated to the object 20 or the like disposed outside.

半導体レーザー1,11は、モードロックレーザーを使用する。モードロックレーザーは、特定の波長を有するパルス光を安定して発生することが可能であり、特に、異なる波長のパルス光を出力する際には、ベースとなるレーザーの半導体材料が異なるモードロックレーザーを用いることで、同じ周波数のパルスを印加するにも拘らず、異なる波長のパルス光を発生させることが可能となる。   The semiconductor lasers 1 and 11 use mode-locked lasers. Mode-locked lasers can stably generate pulsed light with a specific wavelength. Especially when outputting pulsed light with different wavelengths, mode-locked lasers with different base semiconductor materials are used. By using, it becomes possible to generate pulsed light having different wavelengths despite the application of pulses having the same frequency.

光ゲート3,13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。
The optical gates 3 and 13 include a semiconductor optical amplifier (Semiconductor Optical Amplifier).
(Amplifier) can be preferably used, but any optical gate capable of high-speed passage control for pulsed light having a pulse width of the order of ps can be applied to the present invention without being limited to SOA.

光ゲート3,13は、光ゲート制御手段4,14により各々駆動されている。光ゲートは、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で駆動制御されている。光ゲート制御手段4,14には、例えば、半導体レーザー1,11に印加される駆動信号と同じ信号が入力され、駆動信号を構成するパルス信号を分周し、パルス光を間引くタイミングのパルス信号へと変換する。なお、光ゲート3,13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を大まかに調整するために、間引くパルスのタイミングが調整できるようになっている。   The optical gates 3 and 13 are driven by optical gate control means 4 and 14, respectively. The optical gate is driven and controlled at a timing required to thin out light pulses from the semiconductor laser at regular intervals. For example, the same signal as the drive signal applied to the semiconductor lasers 1 and 11 is input to the optical gate control means 4 and 14, the pulse signal constituting the drive signal is divided, and the pulse signal at the timing of thinning out the pulsed light Convert to. In order to roughly adjust the timing of driving the optical gates 3 and 13 and the passage timing of the pulsed light passing through the optical gate, the timing of the thinned pulses can be adjusted.

光ゲート3,13を通過したパルス光は、光増幅手段5,15に入力され高出力なパルス光に変換される。光増幅手段5,15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。   The pulsed light that has passed through the optical gates 3 and 13 is input to the optical amplifying means 5 and 15 and converted into high-powered pulsed light. An optical fiber amplifier is used for the optical amplification means 5 and 15. Optical fiber amplifiers have a sufficiently long lifetime at the upper level of laser transitions. By slowing the repetition of incident light pulses, the energy stored in the amplifier can be efficiently transferred to the light pulses. Even with a light pulse from a semiconductor laser, a high peak power exceeding kilowatts can be obtained.

本発明の光パルスレーザー装置に用いられている、半導体レーザー、光ゲート、光増幅器などからなる光パルス発生手段では、パルス光のパルス幅が1ns以下の超短パルスに対して、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。   In the optical pulse generating means composed of a semiconductor laser, an optical gate, an optical amplifier, etc. used in the optical pulse laser apparatus of the present invention, a high output pulse with respect to an ultrashort pulse whose pulse width is 1 ns or less It has been confirmed that light can be generated, and can be said to be an extremely useful light pulse generating means.

また、光増幅手段5,15に入るパルス光のノイズを可能な限り除去するため、例えば、光ゲート3と光増幅手段5との間や導波手段6の途中など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。   Further, in order to remove as much as possible noise of the pulsed light entering the optical amplifying means 5 and 15, for example, a wavelength filter is provided between the optical gate 3 and the optical amplifying means 5 or in the middle of the waveguide means 6 to reduce the noise. It is also possible to remove the wavelength light that becomes.

本発明の光パルスレーザー装置及び光パルスレーザー発生方法の特徴は、単一の信号発振器2からの駆動信号を、特定の半導体レーザー11や特定の光ゲート制御手段14に印加する際に、対象物20に対する複数のパルス光を照射するタイミングを調整するため、駆動信号を伝達する信号線路の途中に、遅延回路などの遅延調整手段10を設けることと、光ゲート手段4,14のゲートタイミングを調整することを特徴とする。当然、遅延調整手段の遅延量を調整可能とすることが好ましい。   The features of the optical pulse laser apparatus and optical pulse laser generation method of the present invention are as follows: when a drive signal from a single signal oscillator 2 is applied to a specific semiconductor laser 11 or a specific optical gate control means 14 In order to adjust the timing of irradiating a plurality of pulse lights to 20, a delay adjusting means 10 such as a delay circuit is provided in the middle of a signal line for transmitting a drive signal, and the gate timing of the optical gate means 4, 14 is adjusted. It is characterized by doing. Of course, it is preferable that the delay amount of the delay adjusting means be adjustable.

図1の実施例では、単一の信号発振器2から駆動される半導体レーザーが2つの例を示したが、これに限らず、半導体レーザーを2以上とすることが可能であり、また、必要に応じて、複数の信号発振器で幾つかの半導体レーザーを分担して駆動するよう構成することも可能であり、この際には、信号発振器間で互いのパルスを同期させるように、同期制御手段を信号発振器間に介在させる。   In the embodiment of FIG. 1, two examples of the semiconductor laser driven from the single signal oscillator 2 are shown. However, the present invention is not limited to this, and two or more semiconductor lasers can be used. Accordingly, a plurality of signal oscillators can share and drive several semiconductor lasers. In this case, the synchronization control means is used to synchronize the pulses between the signal oscillators. Intervene between signal oscillators.

また、図1では、同一の光パルス発生手段内の半導体レーザー1(11)と光ゲート制御手段4(14)には、信号発振器2から出た駆動信号を分岐して使用しているが、信号発振器2に複数の同一周波数の駆動信号を出力する端子を設け、該端子から半導体レーザー1(11)や光ゲート制御手段4(14)へ個々に接続することも可能である。   Further, in FIG. 1, the drive signal emitted from the signal oscillator 2 is branched and used for the semiconductor laser 1 (11) and the optical gate control means 4 (14) in the same optical pulse generation means. It is also possible to provide the signal oscillator 2 with a plurality of terminals for outputting drive signals having the same frequency, and to connect the terminals individually to the semiconductor laser 1 (11) and the optical gate control means 4 (14).

さらに、遅延調整手段10は、図1のものに替えて、信号発振器2から半導体レーザー11と光ゲート制御手段14とに分岐した後の信号線路に、遅延制御回路を個々に設けることも可能である。   Further, the delay adjusting means 10 can be provided with a delay control circuit individually on the signal line after branching from the signal oscillator 2 to the semiconductor laser 11 and the optical gate control means 14 instead of the one shown in FIG. is there.

本発明によれば、装置全体の小型化が可能であると共に、複数のレーザー光源から出力された超短パルスであり高出力なパルス光を、容易かつ正確に位相を調節して、対象物に同時に照射することが可能な光パルスレーザー装置及び光パルスレーザー発生方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the size of the entire apparatus, and to easily and accurately adjust the phase of an ultrashort pulsed and high-power pulsed light output from a plurality of laser light sources to be an object. An optical pulse laser device and an optical pulse laser generation method capable of simultaneous irradiation can be provided.

1,11 半導体レーザー
2 信号発振器
3,13 光ゲート
4,14 光ゲート制御手段
5,15 光増幅手段
6,16 導波手段
10 遅延制御手段
20 対象物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,11 Semiconductor laser 2 Signal oscillator 3,13 Optical gate 4,14 Optical gate control means 5,15 Optical amplification means 6,16 Waveguide means 10 Delay control means 20 Object

Claims (5)

パルス光を発生する複数の、モードロックされた半導体レーザーと、
該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器と、
該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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、
該信号発振器からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段と、
該各光ゲートに対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段と、
該信号発振器から特定の半導体レーザー及び特定の光ゲート制御手段に該駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段を設け、
該光ゲート制御手段は該半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くタイミングのパルス信号を生成し、
該遅延調整手段は該パルス信号の遅延量を調整し、
該光ゲートは該信号発振器からの駆動信号により該半導体レーザーから発生する光パルスを一定間隔で間引き、
該光ゲートを通過した光パルスが該光増幅手段に入力され、
該光増幅手段から出力されるパルス光が対象物に出射されるタイミングを調整することを特徴とする光パルスレーザー装置。
A plurality of mode-locked semiconductor lasers that generate pulsed light; and
A single signal oscillator for inputting a drive signal to each semiconductor laser;
An optical gate provided corresponding to each semiconductor laser, which thins out pulsed light from each semiconductor laser at regular intervals;
Optical gate control means for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator;
An optical amplifying means provided corresponding to each optical gate and amplifying and outputting the pulsed light that has passed through each optical gate;
In the middle of a signal line for inputting the drive signal from the signal oscillator to a specific semiconductor laser and a specific optical gate control unit, a delay adjusting unit is provided,
The optical gate control means generates a pulse signal at a timing for thinning out the optical pulses from the semiconductor laser at regular intervals,
The delay adjusting means adjusts the delay amount of the pulse signal,
The optical gate thins out light pulses generated from the semiconductor laser at regular intervals by a drive signal from the signal oscillator,
An optical pulse that has passed through the optical gate is input to the optical amplification means,
An optical pulse laser device characterized by adjusting a timing at which pulsed light output from the optical amplification means is emitted to an object.
請求項1に記載の光パルスレーザー装置において、各半導体レーザーが発生するパルス光の波長が各々異なることを特徴とする光パルスレーザー装置。   2. The optical pulse laser device according to claim 1, wherein the wavelength of the pulsed light generated by each semiconductor laser is different. 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、各半導体レーザーが発生する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. The optical pulse laser device according to claim 1, wherein the pulse width of the pulsed light generated by each semiconductor laser is 1 ns or less. 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。   4. The optical pulse laser apparatus according to claim 1, wherein the optical amplification means is an optical fiber amplifier. パルス光を発生する複数の、モードロックされた半導体レーザーと、
該各半導体レーザーに駆動信号を入力する単一の信号発振器と、
該各半導体レーザーに対応して設けられ、各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、
該信号発振器からの駆動信号に基づき該光ゲートの動作を制御する光ゲート制御手段と、
該各光ゲートに対応して設けられ、各光ゲートを通過したパルス光を増幅して出力する光増幅手段と、
該信号発振器から特定の半導体レーザー及び特定の光ゲート制御手段に該駆動信号を入力する信号線路の途中に、遅延調整手段を設け、
該光ゲート制御手段により該半導体レーザーからの光パルスを一定間隔で間引くタイミングのパルス信号を生成させるステップと、
該遅延調整手段により該パルス信号の遅延量を調整するステップと、
該光ゲートにより該信号発振器からの駆動信号に基づき該半導体レーザーから発生する光パルスを一定間隔で間引くステップと、
該光ゲートを通過した光パルスが該光増幅手段に入力されるステップとを含み、
該光増幅手段から出力されるパルス光が対象物に出射されるタイミングを調整することを特徴とする光パルスレーザー発生方法。
A plurality of mode-locked semiconductor lasers that generate pulsed light; and
A single signal oscillator for inputting a drive signal to each semiconductor laser;
An optical gate provided corresponding to each semiconductor laser, which thins out pulsed light from each semiconductor laser at regular intervals;
Optical gate control means for controlling the operation of the optical gate based on a drive signal from the signal oscillator;
An optical amplifying means provided corresponding to each optical gate and amplifying and outputting the pulsed light that has passed through each optical gate;
In the middle of a signal line for inputting the drive signal from the signal oscillator to a specific semiconductor laser and a specific optical gate control unit, a delay adjusting unit is provided,
Generating a pulse signal at a timing for thinning out light pulses from the semiconductor laser at regular intervals by the optical gate control means;
Adjusting the delay amount of the pulse signal by the delay adjusting means;
Thinning out light pulses generated from the semiconductor laser at regular intervals based on a drive signal from the signal oscillator by the optical gate;
The optical pulse that has passed through the optical gate is input to the optical amplification means,
A method of generating an optical pulse laser, comprising adjusting a timing at which pulsed light output from the optical amplifying means is emitted to an object.
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