JP2013222897A - Pulse fiber laser device and pulse light output control method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pulse fiber laser device of an MOPA system for preventing spontaneous emission light generated at power amplification parts (PA parts) from being made incident on a seed pulse generation part (MO part) and a front stage PA part without using an expensive isolator with high power resistance, and whose device size does not become large even when the PA parts are provided at multistage, and a pulse light output control method.SOLUTION: The pulse fiber laser device is constituted so as to emit a laser beam as pulse light, to prevent spontaneous emission light generated at a resonance path, a sub-amplification path, an emission path or an amplification emission path from being made incident on other path, and to take isolation among the respective paths by providing the resonance path of the pulse fiber laser device with optical path branching means, connecting the sub-amplification path, the emission path or the amplification emission path to the optical path branching means, and switching propagation paths of the laser beam which resonates in the resonance path by the optical path branching means.

Description

本発明は、パルス光を出力するファイバレーザ装置およびパルス光出力制御方法に関するものである。   The present invention relates to a fiber laser device that outputs pulsed light and a pulsed light output control method.

励起光源と増幅用光ファイバとを有するパルスファイバレーザ装置は、レーザ加工やレーザ装置を用いる測定などに広く使用されている。多くの場合、前記励起光源には半導体レーザが用いられる。また、前記増幅用光ファイバには、コア部分に所望のレーザ光の発振波長を生成し得る励起元素としてイットリビウム(Yb)やエルビウム(Er)などの希土類元素が添加された光ファイバが用いられる。   A pulse fiber laser device having an excitation light source and an amplification optical fiber is widely used for laser processing, measurement using a laser device, and the like. In many cases, a semiconductor laser is used as the excitation light source. The amplification optical fiber is an optical fiber in which a rare earth element such as yttrium (Yb) or erbium (Er) is added as an excitation element capable of generating a desired laser beam oscillation wavelength in the core portion.

前記パルスファイバレーザ装置は、出射パルス光の繰り返し周波数が低い場合や、出力エネルギーが高い場合ほど、前記増幅用光ファイバからの自然放出(Amplified Spontaneous Emission:ASE)ノイズが増大し、相対的に信号光の効率の低下や、ノイズの増加を招く。   In the pulse fiber laser apparatus, the spontaneous emission (ASE) noise from the amplification optical fiber increases as the repetition frequency of the outgoing pulse light is lower or the output energy is higher. This causes a decrease in light efficiency and an increase in noise.

特に、高パワーのパルス光が得られるMOPA(Master Oscillator and Power Amprifier)方式のパルスファイバレーザ装置においては、パワー増幅部(PA部)で発生したASE光が種パルス生成部(MO部)に戻るため、前記の戻り光が外乱光となり、種信号光の出力が時間的に不安定になる問題がある。一般的にはMO部とPA部の中間にアイソレータやフィルタを挿入することにより、PA部で発生するASE光がMO部に入射することを防ぎ、前記問題を解消している。   In particular, in a MOPA (Master Oscillator and Power Amplifier) type pulse fiber laser device capable of obtaining high-power pulsed light, the ASE light generated in the power amplification unit (PA unit) returns to the seed pulse generation unit (MO unit). Therefore, there is a problem that the return light becomes disturbance light and the output of the seed signal light becomes unstable in time. In general, by inserting an isolator or a filter between the MO unit and the PA unit, ASE light generated in the PA unit is prevented from entering the MO unit, and the above problem is solved.

しかしながら、MOPA方式パルスファイバレーザ装置の用途によっては、数百Wもの高いパワーが求められることがあり、このような場合は、複数のPA部をMOPA方式パルスファイバレーザ装置に設けることが行われている。このような多段増幅を行うMOPA方式パルスファイバレーザ装置においては、各PA部でASE光が発生し、前記ASE光は前記各PA部の入射方向にも出射方向にも伝搬するため、MO部と直後のPA部との間、および各PA部間に、ASEの戻り光による前記MO部および前記PA部での光学損失の発生を防止するためのアイソレータやフィルタを設置しなければならなかった。その結果、MOPA方式パルスファイバレーザ装置の部品点数が増えてしまい、装置全体が大型化してしまう問題があった。また、MO部や各PA部間に挿入されるアイソレータやフィルタなどの光学素子は高価であるため、MOPA方式パルスファイバレーザのコストも高くなる。   However, depending on the application of the MOPA type pulse fiber laser device, a power as high as several hundred W may be required. In such a case, a plurality of PA units are provided in the MOPA type pulse fiber laser device. Yes. In the MOPA type pulse fiber laser device that performs such multi-stage amplification, ASE light is generated in each PA unit, and the ASE light propagates in both the incident direction and the outgoing direction of each PA unit. It is necessary to install an isolator and a filter for preventing optical loss in the MO unit and the PA unit due to ASE return light between the PA unit immediately after and between each PA unit. As a result, there is a problem that the number of parts of the MOPA type pulse fiber laser device is increased and the entire device is enlarged. In addition, since optical elements such as isolators and filters inserted between the MO unit and each PA unit are expensive, the cost of the MOPA pulse fiber laser is also increased.

特許文献1には、音響光学波長可変フィルタ(Acoust Optic Tunable Filter:AOTF)の光学非線形性を用い、出射されるレーザ光の同調波長域を拡張することにより、レーザ装置の広帯域性を保持し、かつ前記レーザ装置の共振器内で発生するASEノイズを低減し得るファイバレーザ装置およびレーザ制御方法が開示されている。   In Patent Document 1, the optical nonlinearity of an acousto-optic tunable filter (AOTF) is used to extend the tuning wavelength range of the emitted laser light, thereby maintaining the broadband property of the laser device. A fiber laser device and a laser control method that can reduce ASE noise generated in the resonator of the laser device are disclosed.

前記AOTFは、高周波電源からRF(Radio Frequency)信号を供給されると、AOTFの結晶内部に前記RF信号の周波数によって決まる周期の屈折率分布を形成し、前記RF信号の周波数に応じた波長の光を回折する機能を有する。
特許文献1に記載されているファイバレーザ共振器の発振方法によれば、前記AOTFを用いて、
1.供給する前記RF信号の周波数を変化させることにより、出射されるレーザ光の波長を切り替える、
2.ASEノイズに対して高い損失を与えることにより、低ノイズのレーザ光を出射させる、
ことが可能であることが示されている。
When an RF (Radio Frequency) signal is supplied from a high frequency power source, the AOTF forms a refractive index distribution having a period determined by the frequency of the RF signal inside the AOTF crystal, and has a wavelength corresponding to the frequency of the RF signal. It has a function to diffract light.
According to the oscillation method of the fiber laser resonator described in Patent Document 1, using the AOTF,
1. Switching the wavelength of the emitted laser light by changing the frequency of the RF signal to be supplied;
2. By giving a high loss to the ASE noise, a low noise laser beam is emitted.
It has been shown that it is possible.

また、特許文献2には、ASEの戻り光の発生を防ぎ、安全性及び寿命を向上させたMOPA方式光ファイバレーザが開示されている。このMOPA方式光ファイバレーザは、レーザ媒質である希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバを励起するための複数の励起光源と、前記励起光源からの励起光を合わせて前記希土類添加光ファイバへ入射させるための光結合器とを有している。また、前記希土類添加光ファイバから前記励起光源側に向かう前記戻り光の一部を受光するモニタ部が前記光結合器を介して前記希土類添加光ファイバに接続されている。このファイバレーザでは、モニタ部で前記戻り光の強度を測定したときに、その値が所定値を超えた場合は前記励起光源の出力を減じるように制御することにより、戻り光の増幅が防がれ、PA部からのASEの戻り光がMO部へ入射することを回避する。   Patent Document 2 discloses a MOPA optical fiber laser that prevents generation of ASE return light and improves safety and lifetime. This MOPA optical fiber laser is a rare earth-doped optical fiber that is a laser medium, a plurality of pumping light sources for pumping the rare-earth-doped optical fiber, and pumping light from the pumping light source to the rare-earth-doped optical fiber. And an optical coupler for making the light incident. A monitor unit that receives a part of the return light from the rare earth-doped optical fiber toward the pumping light source is connected to the rare earth-doped optical fiber via the optical coupler. In this fiber laser, when the intensity of the return light is measured by the monitor unit, if the value exceeds a predetermined value, control is performed to reduce the output of the excitation light source, thereby preventing amplification of the return light. This prevents the ASE return light from the PA section from entering the MO section.

しかしながら、特許文献1、特許文献2のファイバレーザにおいても、複数のPA部を設ける場合には、各PA部のレーザ光出射部分にアイソレータを備えなければならない。その結果、MOPA方式パルスファイバレーザ装置の部品点数が増えるだけではなく、複数のPA部の直列接続による前記装置の大型化や、複数の高価なアイソレータの使用による高コスト化の問題が生じる。   However, even in the fiber lasers of Patent Document 1 and Patent Document 2, when providing a plurality of PA units, it is necessary to provide an isolator at the laser beam emission portion of each PA unit. As a result, not only the number of parts of the MOPA-type pulse fiber laser device is increased, but there is a problem that the device is increased in size by connecting a plurality of PA units in series, and the cost is increased by using a plurality of expensive isolators.

以上のように、先行技術文献に示される従来技術においても、PA部で発生したASE光がMO部に戻って、MO部の動作が不安定になることを防ぐためには、MO部とPA部の間に前記アイソレータを挿入しなければならなかった。アイソレータはパワーの耐性が高くなるほどコストも高くなり、PA部を多段にする場合には、MO部とPA部の設置数と同じ数の前記アイソレータが必要になるため、コストが高くなるだけではなく、前記MOPA方式パルスファイバレーザ装置自体が大型になるという問題もあった。   As described above, also in the prior art shown in the prior art document, in order to prevent the ASE light generated in the PA unit from returning to the MO unit and the operation of the MO unit becoming unstable, the MO unit and the PA unit are prevented. The isolator had to be inserted between. The higher the power tolerance, the higher the cost of the isolator, and in the case where the PA section is multistaged, the number of the isolators required is the same as the number of MO sections and PA sections installed. There is also a problem that the MOPA pulse fiber laser device itself becomes large.

特開2010−67698号公報JP 2010-67698 A 特開2007−42981号公報JP 2007-42981 A

本発明は、上述の事情を背景としてなされたもので、高価で耐パワー性の高いアイソレータを用いずに、PA部で発生したASEの戻り光(以降、ASE光)がMO部と、多段増幅を行う場合の複数のPA部に入射するのを防ぎ、かつPA部を多段にしても装置が大型化しないパルスファイバレーザ装置を提供することを課題とするものである。
また本発明は、このようなパルスファイバレーザ装置を用いてパルス光出力を制御する方法を提供するものである。
The present invention has been made against the background described above, and the return light of the ASE generated in the PA section (hereinafter referred to as ASE light) is multi-stage amplified without using an expensive and high power-resistant isolator. It is an object of the present invention to provide a pulsed fiber laser device that prevents incidence on a plurality of PA sections when performing the above-described process and that does not increase the size of the apparatus even if the PA sections are multistaged.
The present invention also provides a method for controlling the pulsed light output using such a pulse fiber laser device.

本発明者らは、MOPA方式のパルスファイバレーザ装置の共振経路に光経路分岐手段を設け、出射部を有する1つの出射経路または増幅出射経路を光経路分岐手段に接続し、共振経路内で共振するレーザ光を、前記光経路分岐手段により、共振経路内で往復させる状態と、出射経路または増幅出射経路に導いて、その出射経路または増幅出射経路から外部へ出力パルス光として出射させる状態とに切り替えることによって、前記課題を解決することとした。なお、ここで光経路分岐手段は外部からの信号により、回折と透過を選択できる機能を持つデバイスのことである。このデバイスに入射した光は、波長に応じて異なる角度に回折される。
また、PA部を多段に設けたい場合には、前記光経路分岐手段に、光増幅器を有する1本または複数の副増幅経路を接続することとした。
The present inventors have provided an optical path branching means in the resonance path of the MOPA-type pulse fiber laser device, and connected one output path having an emission part or an amplified output path to the optical path branching means, and resonated in the resonance path. The laser beam to be reciprocated in the resonance path by the optical path branching means, and the state in which the laser beam is guided to the emission path or the amplification emission path and emitted to the outside from the emission path or the amplification emission path. By switching, the above-mentioned problem was solved. Here, the optical path branching means is a device having a function capable of selecting diffraction and transmission according to an external signal. Light incident on the device is diffracted at different angles depending on the wavelength.
Further, when it is desired to provide PA sections in multiple stages, one or a plurality of sub-amplification paths having optical amplifiers are connected to the optical path branching means.

したがって、本発明の第1の態様のパルスファイバレーザ装置は、第1励起光源と、第1光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ第1の励起光源からの励起光が導かれる共振経路と、共振経路の中途に配設された光経路分岐手段と、光経路分岐手段を介して共振経路に接続され、第3光増幅器と第3励起光源と共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えている副増幅経路と、光経路分岐手段を介して共振経路に接続され、出射部を備えている出射経路と、を有してなり、さらに、光経路分岐手段により二つに区分される共振経路のそれぞれの区分を区分共振経路とし、光経路分岐手段は、二つの区分共振経路間で光を透過させる第1切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を出射経路に出射させる第2切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替え可能に構成され、副増幅経路は、光経路分岐手段により共振経路から分岐された光を増幅して前記出射経路に出射し、出射経路は、光経路分岐手段により副増幅経路から分岐された光を出射することを特徴とするものである。   Therefore, the pulse fiber laser device according to the first aspect of the present invention is a resonance path that constitutes a resonator including a first pumping light source and a first optical amplifier, and pumping light from the first pumping light source. Is connected to the resonance path via the optical path branching means, and is branched from the resonance path through the third optical amplifier, the third excitation light source, and the resonance path. A sub-amplification path comprising a wavelength conversion element for converting the wavelength of the reflected light and a reflection part for reflecting the light wavelength-converted by the wavelength conversion element, and connected to the resonance path via the optical path branching means, Each of the resonance paths divided into two by the optical path branching means is defined as a divided resonance path, and the optical path branching means is divided into two sections. A first transmitting light between the resonance paths; The optical path is selectively switched between the switching state and the second switching state in which light incident from one of the divided resonance paths is emitted to the sub-amplification path and light incident from the sub-amplification path is emitted to the emission path. The sub-amplification path amplifies the light branched from the resonance path by the optical path branching means and emits it to the emission path, and the emission path is branched from the sub-amplification path by the optical path branching means. The light is emitted.

第1の態様のパルスファイバレーザ装置によれば、2段増幅方式を採用しながらも、副増幅経路で発生したASE光が、共振経路に入射されることを防止し、共振経路−副増幅経路間のアイソレーションを取ることができる。このため、時間的な出力変動の小さい、安定した出力パルス光を得ることができる。
また、副増幅経路および出射経路が光経路分岐手段に接続されているため、共振経路と副増幅経路と出射経路との全てを直列接続する従来のMOPA方式パルスファイバレーザ装置に比べ、パルスファイバレーザ装置の省スペース化を図ることができる。
第1の態様のパルスファイバレーザ装置においては、光経路分岐手段で副増幅経路へ出射された光の波長が副増幅経路内で変換される。光経路分岐手段として、回折機能を有する能動的な回折光学素子を用いた場合には、副増幅経路内での波長変換により、各増幅経路から前記回折光学素子に入射した光の回折角度が入射経路毎に異なるため、経路切り替え時の回折光学素子で形成される回折格子の周期を一定にしても、全ての経路からの光を同時かつ正確に所定の次の経路に出射させることができる。この点については、以下に記載する第2および第3の態様の場合も同様である。
According to the pulse fiber laser device of the first aspect, the ASE light generated in the sub-amplification path is prevented from entering the resonance path while adopting the two-stage amplification method, and the resonance path-sub-amplification path Can be isolated between. For this reason, it is possible to obtain stable output pulse light with small temporal output fluctuation.
Further, since the sub-amplification path and the emission path are connected to the optical path branching means, the pulse fiber laser is compared with the conventional MOPA type pulse fiber laser device in which all of the resonance path, the sub-amplification path and the emission path are connected in series. Space saving of the apparatus can be achieved.
In the pulse fiber laser device of the first aspect, the wavelength of light emitted to the sub-amplification path by the optical path branching means is converted in the sub-amplification path. When an active diffractive optical element having a diffraction function is used as the optical path branching means, the diffraction angle of light incident on the diffractive optical element from each amplification path is incident by wavelength conversion in the sub-amplification path. Since each path differs, even if the period of the diffraction grating formed by the diffractive optical element at the time of path switching is constant, light from all paths can be emitted simultaneously and accurately to a predetermined next path. This also applies to the second and third aspects described below.

本発明の第2の態様によるパルスファイバレーザ装置は、前記第1の態様のパルスファイバレーザ装置において、出射経路に第2光増幅器と第2励起光源が備えられることによって、出射経路が光経路分岐スイッチにより副増幅経路から分岐された光を増幅して出射する増幅出射経路となるように構成されており、光経路分岐手段が、二つの区分共振経路間で光を透過させる第1切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を増幅出射経路に出射させる第2切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。   A pulse fiber laser device according to a second aspect of the present invention is the pulse fiber laser device according to the first aspect, wherein the emission path is provided with a second optical amplifier and a second excitation light source, so that the emission path is branched. A first switching state in which the optical path branching means is configured to be an amplification output path for amplifying and emitting light branched from the sub-amplification path by the switch, and the optical path branching means transmits light between the two sectioned resonance paths; The light path is selectively switched to the second switching state in which the light incident from any one of the divided resonance paths is emitted to the sub-amplification path and the light incident from the sub-amplification path is emitted to the amplification output path. It is comprised by these.

第2の態様のパルスファイバレーザ装置によれば、第1の態様のパルスファイバレーザ装置と同様に2段増幅方式を採用しながらも、増幅出射経路で発生したASE光が、副増幅経路に入射されることも防止できるため、共振経路−副増幅経路間に加え、副増幅経路−増幅出射経路間のアイソレーションを取ることができる。これにより、時間的な出力変動の小さい、安定した出力パルス光を得ることができる。   According to the pulse fiber laser device of the second aspect, the ASE light generated in the amplification output path is incident on the sub-amplification path while adopting the two-stage amplification method similarly to the pulse fiber laser apparatus of the first aspect. In addition to the resonance path and the sub-amplification path, isolation between the sub-amplification path and the amplification output path can be obtained. Thereby, it is possible to obtain stable output pulse light with small temporal output fluctuation.

本発明の第3の態様によるパルスファイバレーザ装置は、前記第1および第2の態様のパルスファイバレーザ装置において、光経路分岐手段に、複数の副増幅経路が接続され、かつ各副増幅経路は、それぞれ第3光増幅器と、第3励起光源と、共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と、その波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた構成とされ、光経路分岐手段が、二つの区分共振経路間で光を透過させる第1切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を複数の副増幅経路のうちの一つの副増幅経路に出射させるとともに、各副増幅経路から入射した光をその副増幅経路とは異なる他の副増幅経路に出射させて、前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射した光を出射経路または増幅出射経路に出射させる第2切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするものである。   A pulse fiber laser device according to a third aspect of the present invention is the pulse fiber laser device according to the first and second aspects, wherein a plurality of sub-amplification paths are connected to the optical path branching means, and each sub-amplification path is A third optical amplifier, a third excitation light source, a wavelength conversion element for converting the wavelength of the light branched from the resonance path, and a reflection part for reflecting the light wavelength-converted by the wavelength conversion element A first switching state in which the light path branching means transmits light between two section resonance paths, and light incident from one of the section resonance paths is one of the plurality of sub-amplification paths. The light is emitted to one sub-amplification path, and the light incident from each sub-amplification path is emitted to another sub-amplification path different from the sub-amplification path, and is incident from the sub-amplification path different from the one sub-amplification path. Into a second switching state to be emitted to the emission path or amplification emission path, and is characterized in that it is configured to selectively switch the optical path.

第3の態様のパルスファイバレーザ装置によれば、2段以上の多段増幅方式を採用しながらも、各副増幅経路や増幅出射経路で発生したASE光が、共振経路や各副増幅経路に入射することを防止することができる。
また、全ての副増幅経路および出射経路または増幅出射経路が、同じ光経路分岐手段に接続されているため、共振経路と複数の副増幅経路と出射経路または増幅出射経路の全てを直列接続する従来のMOPA方式パルスファイバレーザ装置と比較して、パルスファイバレーザ装置の大幅な省スペース化を図ることができる。
According to the pulse fiber laser device of the third aspect, the ASE light generated in each sub-amplification path and the amplification output path is incident on the resonance path and each sub-amplification path while adopting a multi-stage amplification system of two or more stages. Can be prevented.
Further, since all the sub-amplification paths and the emission paths or the amplification emission paths are connected to the same optical path branching means, the resonance path, the plurality of sub-amplification paths and the emission paths or the amplification emission paths are all connected in series. Compared with the MOPA-type pulse fiber laser apparatus, the space of the pulse fiber laser apparatus can be greatly reduced.

本発明の第4の態様によるパルス光出力制御方法は、第1光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ第1の励起光源からの励起光が導かれる共振経路の中途に、光経路分岐手段を設け、その光経路分岐手段に、第3光増幅器と第3励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを有する副増幅経路と、出射部を有する出射経路とを接続し、光経路分岐手段により二つに区分される共振経路のそれぞれの部分を区分共振経路とし、共振経路内の第1光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が共振経路内を共振している状態で、光経路分岐手段での経路切り替えを3回行い、出射経路からパルス光の1パルスを出射させ、光経路分岐手段での3回の経路切り替えのうち1回目の経路切り替えと2回目の切り替えによって、共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも1往復させ、光経路分岐手段での3回の経路切り替えのうち3回目の経路切り替えにより、副増幅経路内を往復するパルス光を出射経路へ出射させて、出射部から出射させることを特徴とするものである。   A pulsed light output control method according to a fourth aspect of the present invention is a resonance path that constitutes a resonator including a first optical amplifier, and is in the middle of a resonance path through which pumping light from a first pumping light source is guided. The optical path branching means, and the optical path branching means includes a third optical amplifier, a third pumping light source, and a sub-amplifying path having a reflection part for reflecting the wavelength-converted light by the wavelength conversion element, and an emission A part of the resonance path that is divided into two by the optical path branching means is set as a divided resonance path, and pumping light is injected into the first optical amplifier in the resonance path to emit laser light. In the state where the laser beam resonates in the resonance path, the path switching by the optical path branching means is performed three times, one pulse of the pulsed light is emitted from the emission path, and the optical path branching means The first of three route switching By the path switching and the second switching, the laser light resonating in the resonance path is emitted as a pulsed light to the sub-amplification path, and the sub-amplification path is reciprocated at least once. Of the path switching, the third path switching causes the pulsed light reciprocating in the sub-amplification path to be emitted to the emission path and emitted from the emission unit.

第4の態様のパルス光出力制御方法によれば、励起光が共振経路に導かれ、一定時間が経過すると、第1光増幅器に励起光が注入され、第1光増幅器から広い波長帯域のASE光が発生する。その後、一定時間が経過すると、ASE光に含まれる光のうち、共振経路の両端における反射帯域の波長の光のみが反射される。さらに時間が経過すると、共振経路の両端で反射された光が光増幅器を通過して増幅され、共振経路内を反射光が周回する毎に光強度が強められる。その後、反射光の共振経路内における周回利得が周回損失を上回ったとき、共振経路の両端に設けた高反射ファイバブラッググレーティングにおける反射帯域の光が共振している状態となる。
したがって、光経路分岐手段によりレーザ光を副増幅経路に出射させるまで、レーザ光を外部に出さずに共振器内で共振させることができる。また、光経路分岐手段により共振経路内を共振するレーザ光を副増幅経路に出射させている時間以外は、共振経路と副増幅経路を遮断することができるため、高価なアイソレータを用いることなく、副増幅経路内で発生したASE光が共振経路に入射されることを防止できる。即ち、副増幅経路に設けた光増幅器で発生するASE光が共振経路に入射することを防止し、共振経路−副増幅経路間のアイソレーションを取ることができる。
According to the pulsed light output control method of the fourth aspect, when the pumping light is guided to the resonance path and a fixed time elapses, the pumping light is injected into the first optical amplifier, and the ASE having a wide wavelength band from the first optical amplifier. Light is generated. Thereafter, when a certain time elapses, only light having a wavelength in the reflection band at both ends of the resonance path is reflected among the light included in the ASE light. As time further elapses, the light reflected at both ends of the resonance path passes through the optical amplifier and is amplified, and the light intensity is increased each time the reflected light circulates in the resonance path. Thereafter, when the circular gain in the resonance path of the reflected light exceeds the circular loss, the light in the reflection band in the high reflection fiber Bragg grating provided at both ends of the resonance path is in resonance.
Therefore, the laser beam can be resonated in the resonator without being emitted to the outside until the laser beam is emitted to the sub-amplification route by the optical path branching unit. Moreover, since the resonance path and the sub-amplification path can be cut off except for the time when the laser beam resonating in the resonance path is emitted to the sub-amplification path by the optical path branching means, without using an expensive isolator, It is possible to prevent the ASE light generated in the sub-amplification path from entering the resonance path. That is, it is possible to prevent the ASE light generated by the optical amplifier provided in the sub-amplification path from entering the resonance path, and to isolate the resonance path and the sub-amplification path.

本発明の第5の態様によるパルス光出力制御方法は、前記第4の態様のパルス光出力制御方法において、出射経路に第2光増幅器と第2励起光源とを設けることにより前記出射経路を増幅出射経路とし、共振経路内の第1光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が共振経路内を共振している状態で、光経路分岐手段での経路切り替えを3回行い、増幅出射経路からパルス光の1パルスを出射させ、光経路分岐手段での3回の経路切り替えのうち1回目の経路切り替えと2回目の切り替えによって、共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも1往復させ、光経路分岐手段での3回の経路切り替えのうち3回目の経路切り替えにより、副増幅経路内を往復するパルス光を増幅出射経路へ出射させて、その増幅出射経路から出射させることを特徴とするものである。   A pulsed light output control method according to a fifth aspect of the present invention is the pulsed light output control method according to the fourth aspect, wherein the emission path is amplified by providing a second optical amplifier and a second excitation light source in the emission path. In the state in which excitation light is injected into the first optical amplifier in the resonance path to generate laser light and the laser light resonates in the resonance path, the path switching by the optical path branching unit is performed as 3 The laser is resonated in the resonance path by the first path switching and the second switching among the three path switching by the optical path branching means. Light is emitted as pulsed light to the sub-amplification path, the sub-amplification path is reciprocated at least once, and the path is reciprocated in the sub-amplification path by the third path switching among the three path switching by the optical path branching means. That the pulsed light is emitted to the amplifier emission path, it is characterized in that to emit from the amplified emission path.

第5の態様のパルス光出力制御方法によれば、増幅出射経路に設けた第2光増幅器で発生するASE光が副増幅経路に入射することを防止し、共振経路−副増幅経路間に加えて、副増幅経路−増幅出射経路間のアイソレーションを取ることができる。   According to the pulse light output control method of the fifth aspect, the ASE light generated by the second optical amplifier provided in the amplification emission path is prevented from entering the sub amplification path, and is added between the resonance path and the sub amplification path. Thus, isolation between the sub-amplification path and the amplification output path can be obtained.

本発明の第6の態様によるパルス光出力制御方法は、前記第4または第5の態様のパルス光出力制御方法において、光経路分岐手段に出射経路または増幅出射経路のいずれか一経路(以降、本態様では、(増幅)出射経路と記載する)に加えて、その光経路分岐手段により共振経路から分岐された光を増幅するための副増幅経路として、それぞれ第3光増幅器と第3励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた複数の副増幅経路を接続し、副増幅経路の数をm(mは2以上の自然数)とし、共振経路内の第1光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が共振経路内を共振している状態で、光経路分岐手段での経路切り替えを(2m+1)回行い、(増幅)出射経路からパルス光の1パルスを出射させ、光経路分岐手段での(2m+1)回の経路切り替えのうち1回目の経路切り替えと2回目の経路切り替えによって、共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として、前記複数の副増幅経路のうちの一つの副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも1往復させ、(2m+1)回の経路切り替えのうち3回目から(2m)回目までの切り替えにより、前記二つの区分共振経路のうちのいずれか一方の区分共振経路および前記複数の副増幅経路から入射されたパルス光を、異なる副増幅経路に出射させてその副増幅経路を少なくとも1往復させ、(2m+1)回の経路切り替えのうち(2m+1)回目の切り替えにより、(2m)回目までの動作に加えて前記副増幅経路の前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射されたパルス光を(増幅)出射経路へ出射させて、(増幅)出射経路から出力パルス光として出射させることを特徴とするものである。   A pulsed light output control method according to a sixth aspect of the present invention is the pulsed light output control method according to the fourth or fifth aspect, wherein either one of an emission path or an amplified emission path (hereinafter, referred to as an optical path branching means) In this mode, in addition to (amplification) emission path), a third optical amplifier and a third excitation light source are respectively used as sub-amplification paths for amplifying light branched from the resonance path by the optical path branching means. And a plurality of sub-amplification paths having a reflection part that reflects light converted by the wavelength conversion element, the number of sub-amplification paths being m (m is a natural number of 2 or more), In the state where the pump light is injected into the first optical amplifier to generate laser light and the laser light resonates in the resonance path, the path switching by the optical path branching means is performed (2m + 1) times, and (amplification) 1 pulse light from the emission path The laser beam that resonates in the resonance path by the first path switching and the second path switching out of (2m + 1) times of path switching by the optical path branching means is used as the pulsed light. Of the sub-amplification paths, and at least one reciprocation of the sub-amplification path, and by switching from the third to (2m) times of the (2m + 1) times of path switching, Pulse light incident from any one of the section resonance paths and the plurality of sub-amplification paths is emitted to a different sub-amplification path, and the sub-amplification path is reciprocated at least once, (2m + 1) In addition to the operation up to the (2m) -th time, the sub-amplification path is different from the one sub-amplification path by the (2m + 1) -th switching among the path switching times The pulse light incident from the wide path (amplification) by emission to the emission path, is characterized in that to emit as output pulse light from the (amplified) emission path.

第6の態様のパルス光出力制御方法によれば、2段以上の多段増幅を行うにあたって、副増幅経路や増幅出射経路に設けた各光増幅器で発生するASE光が、共振経路や副増幅経路に入射することを防止できる。   According to the pulse light output control method of the sixth aspect, when performing multi-stage amplification of two or more stages, the ASE light generated in each optical amplifier provided in the sub-amplification path and the amplification output path is the resonance path and sub-amplification path. Can be prevented.

本発明の第7の態様によるパルス光出力制御方法は、前記第4の態様〜第6の態様のいずれかのパルス光出力制御方法において、前記出射経路または前記増幅出射経路からパルス光の1パルスを出射させるにつき、前記光経路分岐手段での3回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間が、1回目の経路切り替え保持時間以上になるように、前記3回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間を制御することを特徴とするものである。   A pulsed light output control method according to a seventh aspect of the present invention is the pulsed light output control method according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein one pulse of pulsed light is emitted from the emission path or the amplified emission path. , The third and subsequent odd-numbered path switching holding times in the optical path branching means are equal to or longer than the first-time path switching holding time, and the third and subsequent odd-numbered path switching holding times. It is characterized by controlling.

第7の態様のパルス光出力制御方法によれば、1回目の経路切り替え保持時間のパルス幅を有するパルス光を生成し、そのパルス幅とエネルギーを保持して、出射経路または増幅出射経路へ分岐させ、出射経路または増幅出射経路から極めてASEノイズが少なく、かつ高パワーのパルス光を出射させることができる。   According to the pulsed light output control method of the seventh aspect, the pulsed light having the pulse width of the first path switching holding time is generated, the pulse width and the energy are held, and branched to the outgoing path or the amplified outgoing path Therefore, it is possible to emit pulsed light with very little ASE noise and high power from the emission path or the amplification emission path.

本発明の第8の態様によるパルス光出力制御方法は、第4の態様〜第7の態様のいずれかのパルス光出力制御方法において、出射経路または増幅出射経路からパルス光の1パルスを出射させるにつき、経路切り替えを行う時間間隔を、経路切り替え保持時間中に副増幅経路にレーザ光が入射されてから、その副増幅経路内の反射器により反射されて、光経路分岐手段に戻るまでの時間と等しくなるように、経路切り替え保持時間および経路切り替えの時間間隔を制御することを特徴とするものである。   A pulsed light output control method according to an eighth aspect of the present invention is the pulsed light output control method according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein one pulse of pulsed light is emitted from the emission path or the amplified emission path. The time interval for switching the path is the time from when the laser light is incident on the sub-amplification path during the path switching holding time until it is reflected by the reflector in the sub-amplification path and returns to the optical path branching means. The path switching holding time and the path switching time interval are controlled so as to be equal to.

第8の態様のパルス光出力制御方法によれば、経路切り替えの時間間隔を、ある副増幅経路に入射されたレーザ光を出射経路、増幅出射経路または別の副増幅経路に損失なく導くための最短時間に設定することができ、副増幅経路および増幅出射経路に設けたそれぞれの光増幅器で発生するASE光が共振経路および副増幅経路に入射される可能性を最小限に抑え、出射経路または増幅出射経路から極めてASEノイズの少ないパルス光を出射させることができる。   According to the pulsed light output control method of the eighth aspect, the path switching time interval is set so that the laser light incident on one sub-amplification path is guided to the exit path, the amplification exit path, or another sub-amplification path without loss. It is possible to set the shortest time, minimizing the possibility that the ASE light generated by the respective optical amplifiers provided in the sub-amplification path and the amplification output path is incident on the resonance path and the sub-amplification path. Pulse light with very little ASE noise can be emitted from the amplification emission path.

本発明のパルスファイバレーザ装置によれば、光経路分岐手段により光の伝搬経路を切り替えることにより、光が副増幅経路を少なくとも1往復させた後に、出射経路または増幅出射経路から出射させることができ、そのため出力パワーの高いパルス光を生成することができ、しかも副増幅経路および、出射経路または増幅出射経路で発生したASE光が共振経路および副増幅経路に入射されることを有効に防止できる。   According to the pulse fiber laser device of the present invention, by switching the light propagation path by the optical path branching means, the light can be emitted from the emission path or the amplification emission path after at least one reciprocation of the sub-amplification path. Therefore, it is possible to generate pulsed light with high output power, and to effectively prevent the ASE light generated in the sub-amplification path and the output path or the amplified output path from entering the resonance path and the sub-amplification path.

また、本発明のMOPA方式のパルスファイバレーザ装置は、共振経路と副増幅経路の間にアイソレータを使用せずに構成されているため、MO部とPA部との間に挿入する高価なアイソレータは不要になる。
特に光増幅器を多段に設置する場合であっても、光増幅器の設置数に関係なく、1つの光経路分岐手段による切り替え制御によって多段増幅を行うことにより、パルスファイバレーザ装置の低コスト化を実現することできる。
さらに、本発明のパルスファイバレーザ装置では、全ての副増幅経路および、出射経路または増幅出射経路が、共振経路の中途に設けられた光経路分岐手段を基点として接続されているため、副増幅経路の設置数にかかわらず装置の省スペース化を図ることができる。
In addition, since the MOPA pulse fiber laser device of the present invention is configured without using an isolator between the resonance path and the sub-amplification path, an expensive isolator inserted between the MO section and the PA section is not used. It becomes unnecessary.
In particular, even when optical amplifiers are installed in multiple stages, the cost of the pulse fiber laser device can be reduced by performing multi-stage amplification by switching control using one optical path branching means regardless of the number of optical amplifiers installed. Can do.
Furthermore, in the pulse fiber laser device of the present invention, all the sub-amplification paths and the emission paths or the amplification emission paths are connected with the optical path branching means provided in the middle of the resonance path as the base point. It is possible to save the space of the apparatus regardless of the number of installed.

本発明の第1の実施形態によるパルスファイバレーザ装置の全体構成を示す略解図である。1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a pulse fiber laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態によるパルスファイバレーザ装置の構成の一部を示す略解図であり、(a)はミラーを用いた副増幅経路の反射部の構成、(b)はループを用いた副増幅経路の反射部の構成を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows a part of structure of the pulse fiber laser apparatus by the 1st Embodiment of this invention, (a) is the structure of the reflection part of the subamplification path | route which used the mirror, (b) used the loop. It is a figure which shows the structure of the reflection part of a subamplification path | route. 本発明の第1の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるパルス光出力制御方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pulse light output control method in the pulse fiber laser apparatus by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるシャッタの第1切り替え状態と第2切り替え状態との切り替えと、副増幅経路から光経路分岐手段に入射するパルス光との関係を説明するための図である。In order to explain the relationship between the switching between the first switching state and the second switching state of the shutter in the pulse fiber laser device according to the first embodiment of the present invention and the pulsed light incident on the optical path branching means from the sub-amplification path. FIG. 本発明の第2の実施形態によるパルスファイバレーザ装置の全体構成を示す略解図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the pulse fiber laser apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるパルス光出力制御方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pulse light output control method in the pulse fiber laser apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態によるパルスファイバレーザ装置におけるパルス光出力制御方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the pulse light output control method in the pulse fiber laser apparatus by the 3rd Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態について、図1〜図7を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1には、本発明の第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置を示す。このパルスファイバレーザ装置は複数のPA部を有する多段増幅を行うMOPA方式で構成されており、シャッタ50によって区分される二つの区分共振経路1a、1bを有する共振経路1と、副増幅経路3と、出射経路2´とを有しており、共振経路1はMO部として、副増幅経路3はPA部としてそれぞれ機能する。   FIG. 1 shows a pulse fiber laser device according to a first embodiment of the present invention. This pulse fiber laser device is configured by a MOPA system that performs multistage amplification having a plurality of PA units, and includes a resonance path 1 having two divided resonance paths 1a and 1b divided by a shutter 50, a sub-amplification path 3, and the like. The resonance path 1 functions as an MO unit, and the sub-amplification path 3 functions as a PA unit.

共振経路1は、ファイバレーザにおける共振器を構成するものである。この共振経路1は、反射部としての高反射ファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating:FBG)11および、高反射FBG12と、第1光増幅器としての増幅用光ファイバ13と、前記光経路分岐手段として機能するシャッタ50とを備えており、励起光源10はファイバカプラ15で共振経路1に接続されている。また、シャッタ50により共振経路1は区分共振経路1aと区分共振経路1bとに区分される。なお、高反射FBG11,12には、80%以上の反射率を有するFBGが用いられる。
シャッタ50には、そのシャッタ50における第1/第2切り替え状態(詳細は後述する)を制御し、第2切り替え状態においてRF信号をシャッタ50に供給するためのドライバ51が接続されている。
The resonance path 1 constitutes a resonator in the fiber laser. The resonance path 1 functions as a high reflection fiber Bragg grating (FBG) 11 and a high reflection FBG 12 as a reflection portion, an amplification optical fiber 13 as a first optical amplifier, and the optical path branching means. The excitation light source 10 is connected to the resonance path 1 by a fiber coupler 15. Further, the resonance path 1 is divided into a divided resonance path 1 a and a divided resonance path 1 b by the shutter 50. Note that FBGs having a reflectance of 80% or more are used for the high reflection FBGs 11 and 12.
Connected to the shutter 50 is a driver 51 for controlling a first / second switching state (details will be described later) in the shutter 50 and supplying an RF signal to the shutter 50 in the second switching state.

シャッタ50には回折機能を有するデバイス(回折光学素子)を使用することが望ましく、ここでは回折光学素子の代表的なものとして音響光学素子(Acousto Optic Modulator:以下、AOMと記す)を適用することを想定し、説明する。AOMは高周波のRF信号を入力することにより、前記RF信号の周波数によって決まる周期の屈折率分布をAOM内部に形成し、入射光を回折理論に基づく角度に回折させる機能を有する。本実施形態においては、副増幅経路3の光の入射部はシャッタ50に共振経路1とのなす角θ1で接続されており、出射経路2´の光の入射部はシャッタ50に副増幅経路3の延長線とのなす角θ3で接続されている。
シャッタ50として機能するAOMは、共振経路1の波長λ1の光を角度θ1で副増幅経路3に回折させると同時に、副増幅経路3の波長λ3の光を角度θ3で出射経路2´に回折させるためのRF信号の周波数を予め調べ、ドライバ51から任意のタイミングでAOMに前記周波数のRF信号を出力できるようにしておく。したがって、シャッタ50が第1切り替え状態である場合には、区分共振経路1aと区分共振経路1bとの間で光を透過させる。シャッタ50が第2切り替え状態である場合には、区分共振経路1aから入射した光は副増幅経路3に出射されるとともに副増幅経路3から入射した光を出射経路2´に出射させる。
It is desirable to use a device having a diffractive function (diffractive optical element) for the shutter 50, and here, an acousto-optic element (hereinafter referred to as AOM) is applied as a representative diffractive optical element. Assume and explain. The AOM has a function of inputting a high-frequency RF signal to form a refractive index distribution having a period determined by the frequency of the RF signal inside the AOM and diffracting incident light at an angle based on diffraction theory. In this embodiment, the light incident portion of the sub-amplification path 3 is connected to the shutter 50 at an angle θ1 formed with the resonance path 1, and the light incident portion of the emission path 2 ′ is connected to the shutter 50 with the sub-amplification path 3. Are connected at an angle θ3 formed by an extension line.
The AOM functioning as the shutter 50 diffracts the light of wavelength λ1 of the resonance path 1 into the sub-amplification path 3 at an angle θ1, and simultaneously diffracts the light of wavelength λ3 of the sub-amplification path 3 into the emission path 2 ′ at an angle θ3. The frequency of the RF signal for this purpose is checked in advance, and the RF signal of the frequency can be output from the driver 51 to the AOM at an arbitrary timing. Therefore, when the shutter 50 is in the first switching state, light is transmitted between the section resonance path 1a and the section resonance path 1b. When the shutter 50 is in the second switching state, the light incident from the sectioned resonance path 1a is emitted to the sub-amplification path 3 and the light incident from the sub-amplification path 3 is emitted to the emission path 2 ′.

副増幅経路3は、励起光源30と、増幅用光ファイバ33と、波長変換素子34と、高反射FBG36を備えており、励起光源30はファイバカプラ35で増幅用光ファイバ33に接続されている。
なお、図1の副増幅経路3における増幅用ファイバ33と波長変換素子34は、それらの配置を入れ替えてもよい。その場合には、波長変換素子34では波長λ1の信号光、λ2の信号ともに通過する(基本波も残る)が、グレーティング36は波長λ2のみ選択的に反射するように設計されているので、波長λ1の信号光は、後段に配置されている全反射するグレーティング36で反射されない。したがって、グレーティング36を反射して、戻ってくる光はλ2のみになる。
The sub-amplification path 3 includes an excitation light source 30, an amplification optical fiber 33, a wavelength conversion element 34, and a high reflection FBG 36, and the excitation light source 30 is connected to the amplification optical fiber 33 by a fiber coupler 35. .
Note that the arrangement of the amplification fiber 33 and the wavelength conversion element 34 in the sub-amplification path 3 of FIG. 1 may be interchanged. In this case, the wavelength conversion element 34 passes both the signal light having the wavelength λ1 and the signal having the wavelength λ2 (the fundamental wave remains), but the grating 36 is designed to selectively reflect only the wavelength λ2. The signal light of λ1 is not reflected by the totally reflecting grating 36 disposed in the subsequent stage. Therefore, the light that reflects from the grating 36 and returns is only λ2.

なおまた、高反射FBG36の代わりに、図2(a),(b)に示すように、波長変換素子34の出射パルス光の波長λ2は透過されるが、共振経路1内を伝搬する光の波長λ1は透過させない特性を有するバンドパスフィルタ37とミラー38、あるいはバンドパスフィルタ37とループ39を配置してもよい。
また、波長変換素子34としては、ファイバを用いてラマン散乱を発生させ、後段に設けられている高反射FBG36でラマン散乱光の波長を選択的に反射するように構成してもよい。その他の波長変換方法として、非線形光学結晶を波長変換素子として用いてもよい。
In addition, instead of the highly reflective FBG 36, as shown in FIGS. 2A and 2B, the wavelength λ2 of the outgoing pulse light of the wavelength conversion element 34 is transmitted, but the light propagating in the resonance path 1 is transmitted. A band-pass filter 37 and a mirror 38, or a band-pass filter 37 and a loop 39 having a characteristic that does not transmit the wavelength λ1 may be disposed.
Further, the wavelength conversion element 34 may be configured to generate Raman scattering using a fiber and selectively reflect the wavelength of the Raman scattered light by the high reflection FBG 36 provided in the subsequent stage. As another wavelength conversion method, a nonlinear optical crystal may be used as the wavelength conversion element.

また、波長変換素子34を設けずに、波長λ1のパルス光を副増幅経路3、出射経路2´に入射させる構成とすることも可能である。この場合には、副増幅経路3を往復する光の波長がλ1で同一であり、AOMのRF信号の周波数が同じ場合には、副増幅経路3からシャッタ50に入射した光は、共振経路1に戻ってしまうので、AOMのRF信号周波数を共振経路1から副増幅経路3へパルス光を入射させる為の第2切り替え状態と副増幅経路3から出射経路2´へパルス光を入射させる為の第2経路切り替え状態とで変化させる必要がある。   Further, it is possible to adopt a configuration in which the pulsed light having the wavelength λ1 is incident on the sub-amplification path 3 and the emission path 2 ′ without providing the wavelength conversion element 34. In this case, when the wavelength of the light traveling back and forth in the sub-amplification path 3 is the same at λ1, and the frequency of the RF signal of the AOM is the same, the light incident on the shutter 50 from the sub-amplification path 3 Therefore, the RF signal frequency of the AOM is changed to the second switching state for causing the pulse light to be incident from the resonance path 1 to the sub-amplification path 3, and for the pulse light to be incident from the sub-amplification path 3 to the emission path 2 '. It is necessary to change according to the second path switching state.

出射経路2´は、光の入射部がシャッタ50に、共振経路1とのなす角θ3で接続されている。出射経路2´に設けられたアイソレータ26は、レーザ加工対象物などの被照射体からの反射光が、出射経路2´内にパルス光出射時と逆向きに入射し、戻ることを防止するためのものである。   In the emission path 2 ′, the light incident portion is connected to the shutter 50 at an angle θ 3 formed with the resonance path 1. The isolator 26 provided in the emission path 2 ′ prevents reflected light from an irradiated object such as a laser processing object from entering and returning in the emission path 2 ′ in the direction opposite to that when emitting pulsed light. belongs to.

次に、図1に示したパルスファイバレーザ装置の動作について図3および図4を参照し、説明する。   Next, the operation of the pulse fiber laser device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

先ず、シャッタ50が第1切り替え状態であるときのパルスファイバレーザ装置の動作について、図3を参照して説明する。
励起光源10から励起光が出射されれば、励起光がファイバカプラ15を通り、高反射FBG11を透過して、共振経路1内を伝搬する。前記励起光はシャッタ50を透過し、増幅用光ファイバ13に入射され、増幅用光ファイバ13に添加されている励起元素を励起する。増幅用光ファイバ13ではASEが発生し、出射された光のうち高反射FBG12で信号波長λ1を含む波長帯域の光が選択的に反射され、再び増幅用光ファイバ13に入射する。増幅用光ファイバ13で誘導放出により増幅された光は、共振経路1内を伝搬し、高反射FBG11で反射され、シャッタ50が第2切り替え状態に切り替えられるまで、共振し、増幅される。
First, the operation of the pulse fiber laser device when the shutter 50 is in the first switching state will be described with reference to FIG.
When pumping light is emitted from the pumping light source 10, the pumping light passes through the fiber coupler 15, passes through the highly reflective FBG 11, and propagates through the resonance path 1. The excitation light passes through the shutter 50, enters the amplification optical fiber 13, and excites the excitation element added to the amplification optical fiber 13. ASE occurs in the amplification optical fiber 13, and light in a wavelength band including the signal wavelength λ 1 is selectively reflected by the high reflection FBG 12 among the emitted light, and is incident on the amplification optical fiber 13 again. The light amplified by stimulated emission in the amplification optical fiber 13 propagates in the resonance path 1, is reflected by the high reflection FBG 11, and resonates and is amplified until the shutter 50 is switched to the second switching state.

続いて、シャッタ50が第2切り替え状態になったときのパルスファイバレーザ装置の動作について説明する。
図3は、レーザ出力信号(S0)、励起光源10の駆動電流(S1)、シャッタ50の切り替え信号(S2)、励起光源30の駆動電流(S5)、副増幅経路3に入射するパルス光(S6)、出射経路2´に入射するパルス光(S4)、出射経路2´から出射されるパルス光(S10)の動作と、相互の関係を示している。
図4は(S2)と(S4)との時間的な関係を示している。
Next, the operation of the pulse fiber laser device when the shutter 50 is in the second switching state will be described.
3 shows a laser output signal (S0), a driving current (S1) of the excitation light source 10, a switching signal (S2) of the shutter 50, a driving current (S5) of the excitation light source 30, and pulsed light incident on the sub-amplification path 3 ( S6), the operations of the pulsed light (S4) incident on the emission path 2 ′ and the pulsed light (S10) emitted from the emission path 2 ′ and the mutual relationship are shown.
FIG. 4 shows the temporal relationship between (S2) and (S4).

このパルスファイバレーザ装置では、レーザ光の1パルスが出射されるまでに共振経路1から副増幅経路3への切り替え、次に共振経路1から副増幅経路3への遮断の切り替え、そして副増幅経路3から出射経路2´への切り替えが必要であるため、レーザ光の1パルスが出射されるまでにシャッタ50での経路切り替えを3回行う。
ここで、
t0:P1−iのシャッタ50の経路切り替えの保持時間であり、第1切り替え状態から第2切り替え状態に切り替えた時から再度第1切り替え状態に戻すまでの時間、すなわちP3−i、P2−i、P2−i´のパルス幅(ただし、iは0または正の偶数とする)、
t1:(S0)がOFF状態のときのP1−(j−1)とP1−jとの時間間隔(ただし、jは正の奇数とする)、
t2:P1−jのシャッタ50の第2切り替え状態の保持時間、すなわちP3−j、P2−j、P2−j´のパルス幅、
t3:(S0)がON状態のときのP1−(j−1)とP1−jとの時間間隔、
t4:(S0)が最初にON状態になってからのP1−(k−1)とP1−kとの時間間隔(kは正の偶数とし、かつP1−(k−1)に対する(S0)がON状態である場合に限る)、
t5:(S0)がON状態のときのP2−(k−2)´とP2−k´との時間間隔、
とする。
In this pulse fiber laser device, switching from the resonance path 1 to the sub-amplification path 3 is performed until one pulse of laser light is emitted, then switching from the resonance path 1 to the sub-amplification path 3 is performed, and the sub-amplification path Since switching from 3 to the emission path 2 ′ is necessary, the path switching at the shutter 50 is performed three times before one pulse of laser light is emitted.
here,
t0: P1-i shutter 50 path switching holding time, which is the time from when the first switching state is switched to the second switching state until the first switching state is restored again, that is, P3-i, P2-i , P2-i ′ pulse width (where i is 0 or a positive even number),
t1: Time interval between P1- (j-1) and P1-j when (S0) is in the OFF state (where j is a positive odd number),
t2: P1-j shutter 50 holding time in the second switching state, that is, pulse widths of P3-j, P2-j, P2-j ′,
t3: time interval between P1- (j-1) and P1-j when (S0) is in the ON state,
t4: Time interval between P1- (k-1) and P1-k after (S0) first turned ON (k is a positive even number, and (S0) with respect to P1- (k-1)) Only when ON is ON)
t5: time interval between P2- (k-2) ′ and P2-k ′ when (S0) is in the ON state,
And

次に、(S0)、(S1)、(S5)のそれぞれのON/OFF状態、および(S2)の第1/第2切り替え状態を切り替えたときのパルスファイバレーザ装置の動作について、具体的に説明する。   Next, the operation of the pulse fiber laser device when the ON / OFF states of (S0), (S1), and (S5) and the first / second switching states of (S2) are switched will be specifically described. explain.

(S0)がOFF状態、(S1)がON状態、(S5)がOFF状態の場合(図3(E)):
レーザ光が共振経路1内で共振している状態で、シャッタ50を第1切り替え状態から第2切り替え状態にする(シャッタ50での1回目の経路切り替え)と、区分共振経路1aからシャッタ50に入射した前記レーザ光が角度θ1で回折し、副増幅経路3に向けて出射される。時間t0が経過した後にシャッタ50を第1切り替え状態にすれば(シャッタ50での2回目の経路切り替え)、副増幅経路3に入射された区分共振経路1aからの光は、パルス幅t0の光パルスP3−0となる。
副増幅経路3の増幅用光ファイバ33にその光パルスP3−0が入射するが、励起光源30がOFF状態であるため、P3−0は吸収される。
続いて、シャッタ50の切り替え動作によるP1−0との時間間隔t1、第2切り替え状態保持時間t2のP1−1(P1−1における第1切り替え状態から第2切り替え状態への経路切り替え:シャッタ50での3回目の経路切り替え)でも、共振経路1からレーザ光が副増幅経路3の増幅用光ファイバ33にパルス光P3−1として入射するが、励起光源30がOFF状態であるため、P3−1は吸収される。即ち、図3(E)の場合、(S5)がOFF状態であるため、信号光は出射されない。なお、前述のようにレーザ光の1パルスが出射されるまでに、シャッタ50での経路切り替えを3回行うが、連続的にパルス光を出力する際には、図3に示すように、レーザ光の1パルス出射にあたり、前記3回の経路切り替えに、第2切り替え状態から第1切り替え状態への経路切り替えを加えて、シャッタ50での経路切り替えを合計4回行えばよい。なお、前記経路切り替え回数は4回に限定されるものではなく、シャッタ50の機能および制御方法に応じて変更できる。
When (S0) is OFF, (S1) is ON, and (S5) is OFF ((E) in FIG. 3):
When the shutter 50 is changed from the first switching state to the second switching state in the state where the laser light is resonating in the resonance path 1 (first path switching by the shutter 50), the section resonance path 1a changes to the shutter 50. The incident laser light is diffracted at an angle θ 1 and emitted toward the sub-amplification path 3. If the shutter 50 is switched to the first switching state after the time t0 has elapsed (second path switching by the shutter 50), the light from the segmented resonance path 1a incident on the sub-amplification path 3 is light having the pulse width t0. It becomes a pulse P3-0.
The optical pulse P3-0 is incident on the amplification optical fiber 33 in the sub-amplification path 3, but P3-0 is absorbed because the excitation light source 30 is in the OFF state.
Subsequently, the time interval t1 with P1-0 by the switching operation of the shutter 50, P1-1 at the second switching state holding time t2 (path switching from the first switching state to the second switching state at P1-1: shutter 50 3), the laser light enters the amplification optical fiber 33 of the sub-amplification path 3 as the pulsed light P3-1. However, since the excitation light source 30 is in the OFF state, P3- 1 is absorbed. That is, in the case of FIG. 3E, since (S5) is in the OFF state, no signal light is emitted. As described above, the path switching at the shutter 50 is performed three times until one pulse of the laser beam is emitted. However, when continuously outputting the pulsed beam, the laser beam is output as shown in FIG. When emitting one pulse of light, the path switching from the second switching state to the first switching state may be added to the three path switching, and the path switching at the shutter 50 may be performed a total of four times. The number of path switching is not limited to four, but can be changed according to the function of the shutter 50 and the control method.

ここで、シャッタ50から高反射FBG36までの光の伝搬距離、すなわち副増幅経路2内を光が伝搬する片道の距離をLとすると、光パルスが区分共振経路1aから回折され、副増幅経路3を往復して前記光パルスがシャッタ50の位置に到達するまでの時間Tは、増幅用光ファイバ33のコアの屈折率をn、真空中の光速をcとすると、
T=2L(n/c)
となる。
上述の場合において、t1、t2を
t1+t2<T
を満たすように設定すると、副増幅経路3から出射経路2´への光が回折されることはなく、(S0)のOFF状態中に微弱な光パルスがパルスファイバレーザ装置から漏れ出すことはない。
また、シャッタ50での3回目の経路切り替え保持時間t2は、1回目のON状態の時間幅t0より長い時間に設定する必要があるが、アイソレーションをできる限り高めるためにはt0と同程度にすることが望ましい。
Here, if the propagation distance of light from the shutter 50 to the highly reflective FBG 36, that is, the one-way distance through which light propagates in the sub-amplification path 2, is L, the optical pulse is diffracted from the sectioned resonance path 1a, and the sub-amplification path 3 The time T required for the light pulse to reach the position of the shutter 50 after reciprocating is as follows: n is the refractive index of the core of the amplification optical fiber 33 and c is the speed of light in vacuum.
T = 2L (n / c)
It becomes.
In the above case, t1 and t2 are set to t1 + t2 <T
If it is set so as to satisfy, the light from the sub-amplification path 3 to the output path 2 'is not diffracted, and a weak light pulse does not leak from the pulse fiber laser device during the OFF state of (S0). .
Further, the third path switching hold time t2 at the shutter 50 needs to be set to a time longer than the time width t0 of the first ON state, but in order to increase the isolation as much as possible, it is about the same as t0. It is desirable to do.

(S0)がON状態、(S1)がON状態、(S5)がON状態の場合(図3(F),(H)):
(S5)がON状態になると、増幅用光ファイバ33に添加されている希土類元素が励起される。副増幅経路3に入射したP3−2は、増幅用光ファイバ33に入射すると、高パワーのパルス光が生成される。波長λ1の前記パルス光は波長変換素子34に入射し、波長λ2のパルス光に変換され、高反射FBG36で反射され、再び波長変換素子34に入射し、波長λ3のパルス光に変換される。波長λ3のパルス光は増幅用光ファイバ33を通り、シャッタ50まで伝搬する。
When (S0) is in the ON state, (S1) is in the ON state, and (S5) is in the ON state (FIGS. 3 (F) and (H)):
When (S5) is turned on, the rare earth element added to the amplification optical fiber 33 is excited. When P3-2 that has entered the sub-amplification path 3 enters the amplification optical fiber 33, high-power pulsed light is generated. The pulsed light of wavelength λ1 enters the wavelength conversion element 34, is converted to pulsed light of wavelength λ2, is reflected by the highly reflective FBG 36, is incident on the wavelength conversion element 34 again, and is converted to pulsed light of wavelength λ3. The pulsed light of wavelength λ3 propagates through the amplification optical fiber 33 to the shutter 50.

副増幅経路3に光パルスP3−2が入射した時点からt3の時間が経過した時点で、シャッタ50が時間間隔t2だけ第2切り替え状態になると、区分共振経路1aからのレーザ光は波長λ1、パルス幅t2の光パルスP3−3として副増幅経路3に向けて回折されると同時に、副増幅経路3を伝搬してきた波長λ3、パルス幅t0の光パルスP3−2が、P2−2として、出射経路2´に向けて回折される。   When the time t3 elapses from when the light pulse P3-2 is incident on the sub-amplification path 3, when the shutter 50 is switched to the second switching state for the time interval t2, the laser light from the sectioned resonance path 1a has the wavelength λ1, At the same time as an optical pulse P3-3 having a pulse width t2 is diffracted toward the sub-amplification path 3, an optical pulse P3-2 having a wavelength λ3 and a pulse width t0 that has propagated through the sub-amplification path 3 is P2-2. It is diffracted toward the exit path 2 '.

ただし、P1−3の動作により、前述のように副増幅経路3を伝搬してきた波長λ3、パルス幅t0の光パルスP3−2がP2−2として出射経路2´に回折されるためには、一定の条件が満たされなければならない。そこで、図4を参照して前記一定条件について詳しく説明する。   However, in order for the light pulse P3-2 having the wavelength λ3 and the pulse width t0 propagated through the sub-amplification path 3 as described above to be diffracted to the emission path 2 ′ as P2-2 by the operation of P1-3, Certain conditions must be met. Therefore, the fixed condition will be described in detail with reference to FIG.

t3は、出射経路2´からパルス光の1パルスを出射させるにあたって行う、シャッタ50における1回目の第1/第2切り替え状態の切り替えと3回目の前記切り替えとの時間間隔である。シャッタ50で3回目の経路切り替えを行うタイミングは、共振経路1から副増幅経路3に入射したパルス光が再びシャッタ50に戻ってくるのと同時もしくはその前が良い。すなわち、t3≦Tとなる。またパルス光がシャッタを通過し終わるまでは、第2切り替え状態を維持する必要がある。すなわち、t2+t3≧t0+Tとなる。特にt3=Tかつt2=t0のときは、副増幅経路3に設けた増幅用ファイバ33で発生するASE光が共振経路1に入射する可能性を最小限に抑え、出射経路2´から極めてASEノイズの少ないパルス光を出射させることができる。
t4は次の光パルスを出射するタイミングを決めるための時間間隔であり、少なくとも光パルスが区分共振経路1aから回折され、副増幅経路3を往復して前記パルス光がシャッタ50の位置まで到達するまでの時間Tよりも長く設定する必要がある。出射経路2´から出力される光パルスの繰り返し周期であるt5とともに、次段落に述べる条件を満たすように設定することにより、著しくASEノイズの少ない高パワーで時間的な出力変動の小さいパルス光が生成される。
t3 is a time interval between the first switching of the first / second switching state and the third switching in the shutter 50, which is performed when one pulse of the pulsed light is emitted from the emission path 2 ′. The timing for performing the third path switching by the shutter 50 is preferably the same as or before the pulsed light incident on the sub-amplifying path 3 from the resonance path 1 returns to the shutter 50 again. That is, t3 ≦ T. Further, it is necessary to maintain the second switching state until the pulsed light has passed through the shutter. That is, t2 + t3 ≧ t0 + T. In particular, when t3 = T and t2 = t0, the possibility that the ASE light generated in the amplification fiber 33 provided in the sub-amplification path 3 is incident on the resonance path 1 is minimized, and the ASE light from the output path 2 'is extremely reduced. Pulse light with less noise can be emitted.
t4 is a time interval for determining the timing of emitting the next optical pulse. At least the optical pulse is diffracted from the sectioned resonance path 1a, and the pulsed light reaches the position of the shutter 50 by reciprocating along the sub-amplification path 3. It is necessary to set it longer than the time T until. By setting so as to satisfy the conditions described in the next paragraph together with t5 which is the repetition period of the optical pulse output from the emission path 2 ', pulse light with a high power with little ASE noise and a small temporal output fluctuation can be obtained. Generated.

より詳細には、シャッタ50がP1−3の動作で第1切り替え状態から第2切り替え状態になった時点と、副増幅経路3を伝搬してきた波長λ3、パルス幅t0の光パルスP3−2がシャッタ50で出射経路2´に光パルスP2−2として回折される時点との時間差をΔtとすると、
Δt=T−t3=2L(n/c)−t3
となる。光パルスP3−2がシャッタ50の第2切り替え状態P1−3の保持時間t2の間に、光パルスP2−2として出射経路2´に回折されるためには、図4に示すように、
Δt+t0≦t2、
t2+t3≧t0+T、
の条件(以降では、この条件を最適条件と称する)を満たさなければならない。
したがって、パルスファイバレーザ装置の動作開始前に、最適条件を満たすように、t0、t1、t2、t3、n、Lを予め設定しておくことが望ましい。
More specifically, when the shutter 50 is switched from the first switching state to the second switching state by the operation of P1-3, the optical pulse P3-2 having the wavelength λ3 and the pulse width t0 propagating through the sub-amplification path 3 is obtained. If the time difference from the point of time when the light is diffracted as the light pulse P2-2 by the shutter 50 to the emission path 2 ′ is Δt
Δt = T−t3 = 2L (n / c) −t3
It becomes. In order for the light pulse P3-2 to be diffracted to the emission path 2 ′ as the light pulse P2-2 during the holding time t2 of the second switching state P1-3 of the shutter 50, as shown in FIG.
Δt + t0 ≦ t2,
t2 + t3 ≧ t0 + T,
(Hereinafter, this condition is referred to as an optimum condition).
Therefore, it is desirable to set t0, t1, t2, t3, n, and L in advance so as to satisfy the optimum condition before the operation of the pulse fiber laser device is started.

上述の最適条件を満たし、光パルスP3−2がシャッタ50の第2切り替え状態P1−3の保持時間t2の間に、出射経路2´に光パルスP2−2として回折された場合、光パルスP3−2がアイソレータ26を通り、光パルスP2−2´として出射される。   When the above-mentioned optimum conditions are satisfied and the light pulse P3-2 is diffracted as the light pulse P2-2 on the emission path 2 ′ during the holding time t2 of the second switching state P1-3 of the shutter 50, the light pulse P3 -2 passes through the isolator 26 and is emitted as an optical pulse P2-2 '.

また、シャッタ50がP1−3で第2切り替え状態になっているとき、前述のように副増幅経路3を伝搬してきたP3−2がシャッタ50に入射し、角度θ3で回折して出射経路2´に出射されると同時に、共振経路1内を共振しているレーザ光が区分共振経路1aからP1−2の場合と同様に副増幅経路3に回折され、波長λ1、パルス幅t0の光パルスP3−3となる。
P3−3は増幅用光ファイバ33、波長変換素子34を通り、高反射FBG36で反射されて再び波長変換素子34と増幅用光ファイバ33を通り、(S5)がON状態であることから、波長λ3、パルス幅t0の光パルスとしてシャッタ50に入射するが、この時点でシャッタ50が第1切り替え状態であるため、前記光パルスはシャッタ50で経路外の方向に出射される、あるいはシャッタ50に吸収され、出射経路2´には出射されない。
Further, when the shutter 50 is in the second switching state at P1-3, P3-2 that has propagated through the sub-amplification path 3 as described above enters the shutter 50, diffracts at an angle θ3, and exit path 2 At the same time, the laser beam resonating in the resonance path 1 is diffracted to the sub-amplification path 3 in the same manner as in the case of the section resonance path 1a to P1-2, and an optical pulse having a wavelength λ1 and a pulse width t0 It becomes P3-3.
P3-3 passes through the amplification optical fiber 33 and the wavelength conversion element 34, is reflected by the high reflection FBG 36, passes through the wavelength conversion element 34 and the amplification optical fiber 33 again, and (S5) is in the ON state. The light pulse is incident on the shutter 50 as a light pulse having a wavelength of λ3 and a pulse width t0. Since the shutter 50 is in the first switching state at this time, the light pulse is emitted in the direction out of the path by the shutter 50 or is applied to the shutter 50. It is absorbed and is not emitted to the emission path 2 ′.

nを4以上の偶数とし、P1−nが図3(F)および(H)である場合、P1−nとP1−(n+1)の動作は、上述のP1−2とP1−3の動作に対応させることができるため、説明は省略する。   When n is an even number of 4 or more and P1-n is as shown in FIGS. 3F and 3H, the operations of P1-n and P1- (n + 1) are the same as the operations of P1-2 and P1-3 described above. Since it can be made to correspond, description is abbreviate | omitted.

P2−2´とP2−4´の時間間隔、すなわちパルスファイバレーザ装置の高パワーの出力パルス光のパルス間隔t5は、P3−2が副増幅経路3に入射してから、出射経路2´に回折されるまでの最短時間Tより十分長く設定することにより、P2−2´とP2−4´を完全に時間軸上で分離できる。
最適条件を満たし、かつ望ましいt2+t3+t4>>T=2L(n/c)
が満たされたときに限り、
t5=t2+t3+t4、
t4=t5−t3−t2
となる。t4は次の光パルスを出射するタイミングを決める時間間隔であるため、上記の条件が示すように光パルスが副増幅経路3内を往復する時間Tより長く設定する必要がある。最適条件とともに、所望のt5に合わせて前述の条件を満たすように、t4を予め設定しておくことが望ましい。
The time interval between P2-2 ′ and P2-4 ′, that is, the pulse interval t5 of the high-power output pulsed light of the pulse fiber laser device, enters the output path 2 ′ after P3-2 enters the sub-amplification path 3. By setting the time sufficiently longer than the shortest time T until diffraction, P2-2 ′ and P2-4 ′ can be completely separated on the time axis.
T2 + t3 + t4 >> T = 2L (n / c) that satisfies the optimal condition and is desirable
Only when is satisfied
t5 = t2 + t3 + t4,
t4 = t5-t3-t2
It becomes. Since t4 is a time interval for determining the timing of emitting the next optical pulse, it must be set longer than the time T for which the optical pulse reciprocates in the sub-amplification path 3 as indicated by the above conditions. It is desirable to set t4 in advance so as to satisfy the above-described conditions along with the optimum condition in accordance with the desired t5.

(S0)がOFF状態、(S1)がON状態、(S5)がON状態の場合(図3(G)):
制御をできる限り簡易にするため、(S1)はシャッタ50の切り替え動作開始前に基本的に第2切り替え状態を保持させる。さらに、副増幅経路3の励起光源30についても(S1)と同じ理由で、一度第2切り替え状態に切り替えた後は、第2切り替え状態をそのまま保持させるが、その場合には(S2)は(S0)の第1/第2切り替え状態にかかわらず、図5のP1−6、P1−7、P1−8、P1−9に示すように一定の時間間隔t5でシャッタ50を第1切り替え状態(1)から第2切り替え状態(2)に切り替える。
この動作は、(S0)がON状態の途中でOFF状態に切り替わっても、(S1)がON状態であることと、前記の(S2)の切り替えにより、共振経路1内で増幅されたレーザ光が一定の時間間隔で副増幅経路3に入射し、共振経路1内の光のパワーがほぼ一定の増減パターンで増幅されることにより、(S0)がOFF状態からON状態へ切り替わった直後の第1光パルスP2−10´のピークパワーをP2−2´、P2−4´の出射ピークパワーと揃えることができるためである。
When (S0) is in an OFF state, (S1) is in an ON state, and (S5) is in an ON state ((G) in FIG. 3):
In order to simplify the control as much as possible, (S1) basically holds the second switching state before starting the switching operation of the shutter 50. Further, for the same reason as (S1), the excitation light source 30 of the sub-amplification path 3 is also kept in the second switching state after switching to the second switching state once. In that case, (S2) is ( Regardless of the first / second switching state of S0), as shown in P1-6, P1-7, P1-8, P1-9 in FIG. Switch from 1) to the second switching state (2).
This operation is performed even if (S0) switches to the OFF state in the middle of the ON state, and the laser light amplified in the resonance path 1 due to the (S1) being in the ON state and the switching of (S2). Is incident on the sub-amplification path 3 at regular time intervals, and the power of the light in the resonance path 1 is amplified with a substantially constant increase / decrease pattern, so that the first time immediately after (S0) is switched from the OFF state to the ON state. This is because the peak power of one light pulse P2-10 ′ can be aligned with the output peak power of P2-2 ′ and P2-4 ′.

上述の動作により、シャッタ50が第1切り替え状態である際には、共振経路1と副増幅経路2が接続されないため、この間に増幅用光ファイバ33で発生したASE光が共振経路に戻ることはなく、MO部とPA部との間のアイソレーションを取ることができる。   With the above-described operation, when the shutter 50 is in the first switching state, the resonance path 1 and the sub-amplification path 2 are not connected, so that the ASE light generated in the amplification optical fiber 33 during this time does not return to the resonance path. In addition, the isolation between the MO unit and the PA unit can be obtained.

図5には、本発明の第2の実施形態のパルスファイバレーザ装置を示す。このパルスファイバレーザ装置は複数のPA部を有する多段増幅を行うMOPA方式で構成されており、シャッタ50によって区分される二つの区分共振経路1a、1bを有する共振経路1と、副増幅経路3と、増幅出射経路2とを有しており、共振経路1はMO部として、副増幅経路3はPrePA部として、増幅出射経路2はPA部としてそれぞれ機能する。
なお、図5において図1に示したパルスファイバレーザ装置と同一の構成の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 5 shows a pulse fiber laser apparatus according to the second embodiment of the present invention. This pulse fiber laser device is configured by a MOPA system that performs multistage amplification having a plurality of PA units, and includes a resonance path 1 having two divided resonance paths 1a and 1b divided by a shutter 50, a sub-amplification path 3, and the like. The resonance path 1 functions as an MO unit, the sub-amplification path 3 functions as a PrePA unit, and the amplification output path 2 functions as a PA unit.
In FIG. 5, the same components as those of the pulse fiber laser device shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

増幅出射経路2は、第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置における出射経路2´に第2励起光源20と、第2光増幅器としての増幅用光ファイバ23とを備えた経路であり、光の入射部がシャッタ50に、共振経路とのなす角θ3で接続されている。励起光源20はファイバカプラ25を介して、増幅用光ファイバ23に接続されている。   The amplification output path 2 is a path provided with a second excitation light source 20 and an amplification optical fiber 23 as a second optical amplifier in the output path 2 ′ of the pulse fiber laser apparatus of the first embodiment. The incident portion is connected to the shutter 50 at an angle θ3 formed with the resonance path. The excitation light source 20 is connected to the amplification optical fiber 23 via the fiber coupler 25.

次に、図5に示したパルスファイバレーザ装置の動作について図6を参照し、説明する。
なお、以下説明において第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同一の動作については、その説明を省略する。
Next, the operation of the pulse fiber laser device shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.
In the following description, the description of the same operation as that of the pulse fiber laser device of the first embodiment is omitted.

図6は、レーザ出力信号(S0)、励起光源10の駆動電流(S1)、シャッタ50の切り替え信号(S2)、励起光源30の駆動電流(S5)、副増幅経路3に入射するパルス光(S6)、励起光源20の駆動電流(S3)、増幅出射経路2に入射するパルス光(S4)、増幅出射経路2から出射されるパルス光(S10)の動作と、相互の関係を示している。   6 shows a laser output signal (S0), a driving current (S1) of the excitation light source 10, a switching signal (S2) of the shutter 50, a driving current (S5) of the excitation light source 30, and a pulsed light incident on the sub-amplification path 3 ( S6), the drive current (S3) of the excitation light source 20, the operation of the pulsed light (S4) incident on the amplified output path 2, and the operation of the pulsed light (S10) output from the amplified output path 2 are shown in a mutual relationship. .

次に、(S0)、(S1)、(S5)、(S3)のそれぞれのON/OFF状態、および(S2)の第1/第2切り替え状態を切り替えたときのパルスファイバレーザ装置の動作について、具体的に説明する。   Next, the operation of the pulse fiber laser device when the ON / OFF states of (S0), (S1), (S5), and (S3) and the first / second switching state of (S2) are switched. This will be described in detail.

(S0)がOFF状態、(S1)がON状態、(S5)がOFF状態、(S3)がOFF状態の場合(図5(E)):
副増幅経路3の増幅用光ファイバ33に光パルスP3−0が入射した時に、励起光源30がOFF状態であるため、P3−0が吸収される状態までは図3(E)と同様である。
続いて、シャッタ50の切り替え動作によるP1−0との時間間隔t1、第2切り替え状態保持時間t2のP1−1で、共振経路1からレーザ光がパルス光P3−1として増幅出射経路3に出射され、増幅用光ファイバ33にP3−1が入射するが、S3,S5がOFFのため、信号光のパワーの一部はP3−0と同様に前記励起元素に吸収される。
また、第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様に、シャッタ50での3回目の経路切り替え保持時間t2は、1回目のON状態の時間幅t0より長い時間に設定する必要があるが、アイソレーションをできる限り高めるためにはt0と同程度にすることが望ましい。
When (S0) is OFF, (S1) is ON, (S5) is OFF, and (S3) is OFF (FIG. 5 (E)):
When the optical pulse P3-0 is incident on the amplification optical fiber 33 in the sub-amplification path 3, the pumping light source 30 is in the OFF state, so that the process until P3-0 is absorbed is the same as in FIG. .
Subsequently, the laser beam is emitted from the resonance path 1 to the amplification emission path 3 as the pulsed light P3-1 at the time interval t1 with P1-0 by the switching operation of the shutter 50 and P1-1 at the second switching state holding time t2. Then, P3-1 is incident on the amplification optical fiber 33. Since S3 and S5 are OFF, a part of the power of the signal light is absorbed by the excitation element in the same manner as P3-0.
Similarly to the pulse fiber laser device of the first embodiment, the third path switching holding time t2 at the shutter 50 needs to be set to a time longer than the time width t0 of the first ON state. In order to increase the isolation as much as possible, it is desirable to set it to the same level as t0.

(S0)がON状態、(S1)がON状態、(S5)がON状態、(S3)がON状態の場合(図5(F)、(H)):
副増幅経路3へ回折された入射光パルスP3−2が波長λ3のパルス光に変換され、シャッタ50まで伝搬する状態までは図3(F),(H)と同様である。
副増幅経路3に光パルスP3−2が入射した時点からt3の時間が経過した時点で、シャッタ50が時間間隔t2だけ第2切り替え状態になると、区分共振経路1aからのレーザ光は波長λ1、パルス幅t2の光パルスP3−3として副増幅経路3に向けて回折されると同時に、副増幅経路3を伝搬してきた波長λ3、パルス幅t0の光パルスP3−2が、P2−2として、増幅出射経路2に向けて回折される。
When (S0) is on, (S1) is on, (S5) is on, and (S3) is on (FIGS. 5F and 5H):
The incident light pulse P3-2 diffracted into the sub-amplification path 3 is converted into pulsed light having the wavelength λ3, and is the same as in FIGS. 3F and 3H until it propagates to the shutter 50.
When the time t3 elapses from when the light pulse P3-2 is incident on the sub-amplification path 3, when the shutter 50 is switched to the second switching state for the time interval t2, the laser light from the sectioned resonance path 1a has the wavelength λ1, At the same time as an optical pulse P3-3 having a pulse width t2 is diffracted toward the sub-amplification path 3, an optical pulse P3-2 having a wavelength λ3 and a pulse width t0 that has propagated through the sub-amplification path 3 is P2-2. The light is diffracted toward the amplified output path 2.

ただし、第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様に、P1−3の動作により、前述のように副増幅経路3を伝搬してきた波長λ3、パルス幅t0の光パルスP3−2がP2−2として増幅出射経路2に回折されるためには、前記一定の条件が満たされなければならない。
前記一定条件を満たし、光パルスP3−2がシャッタ50の第2切り替え状態P1−3の保持時間t2の間に、増幅出射経路2に光パルスP2−2として回折された場合、P2−2は増幅用光ファイバ23に入射する。P2−2は、増幅用光ファイバ23の反転分布率を高くし、その結果前記励起元素における誘導放出により高いパワーのパルス光が発生する。
前記光パルスがP2−2´としてアイソレータ26を通り、出射される。
However, similarly to the pulse fiber laser apparatus of the first embodiment, the optical pulse P3-2 having the wavelength λ3 and the pulse width t0 that has propagated through the sub-amplification path 3 as described above is generated by the operation of P1-3 as described above. In order to be diffracted as 2 into the amplification output path 2, the above-mentioned certain condition must be satisfied.
When the predetermined condition is satisfied and the light pulse P3-2 is diffracted as the light pulse P2-2 in the amplification emission path 2 during the holding time t2 of the second switching state P1-3 of the shutter 50, P2-2 is The light enters the amplification optical fiber 23. P2-2 increases the inversion distribution ratio of the amplification optical fiber 23, and as a result, high-power pulsed light is generated by stimulated emission of the excitation element.
The light pulse is emitted as P2-2 'through the isolator 26.

また、シャッタ50がP1−3で第2切り替え状態になっているとき、前述のように副増幅経路3を伝搬してきたP3−2がシャッタ50に入射し、角度θ3で回折して増幅出射経路2に出射されると同時に、共振経路1内を共振しているレーザ光が区分共振経路1aからP1−2の場合と同様に副増幅経路3に回折され、波長λ1、パルス幅t0の光パルスP3−3となる。
P3−3は増幅用光ファイバ33、波長変換素子34を通り、高反射FBG36で反射されて再び波長変換素子34と増幅用光ファイバ33を通り、(S5)がON状態であることから、波長λ3、パルス幅t0の光パルスとしてシャッタ50に入射するが、この時点でシャッタ50が第1切り替え状態であるため、前記光パルスはシャッタ50で経路外の方向に出射される、あるいはシャッタ50に吸収され、増幅出射経路2には出射されない。
また、第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様に、最適条件および前述の一定条件を満たすように、t0、t1、t2、t3、n、L、t4を予め設定しておくことが望ましい。
When the shutter 50 is in the second switching state at P1-3, P3-2 that has propagated through the sub-amplification path 3 as described above enters the shutter 50 and is diffracted at an angle θ3 to be amplified and output path. At the same time, the laser beam resonating in the resonance path 1 is diffracted to the sub-amplification path 3 in the same manner as in the case of the section resonance path 1a to P1-2, and an optical pulse having the wavelength λ1 and the pulse width t0. It becomes P3-3.
P3-3 passes through the amplification optical fiber 33 and the wavelength conversion element 34, is reflected by the high reflection FBG 36, passes through the wavelength conversion element 34 and the amplification optical fiber 33 again, and (S5) is in the ON state. The light pulse is incident on the shutter 50 as a light pulse having a wavelength of λ3 and a pulse width t0. Since the shutter 50 is in the first switching state at this time, the light pulse is emitted in the direction out of the path by the shutter 50 or is applied to the shutter 50. It is absorbed and is not emitted to the amplified emission path 2.
Further, similarly to the pulse fiber laser device of the first embodiment, it is desirable to set t0, t1, t2, t3, n, L, and t4 in advance so as to satisfy the optimum condition and the above-described certain condition. .

(S0)がOFF状態、(S1)がON状態、(S5)がON状態、(S3)がOFF状態の場合(図5(G))における本実施形態のパルスファイバレーザ装置の動作は、第1の実施形態のパルスファイバレーザ装置と同様である。   The operation of the pulse fiber laser device of this embodiment when (S0) is in the OFF state, (S1) is in the ON state, (S5) is in the ON state, and (S3) is in the OFF state (FIG. 5G) This is the same as the pulse fiber laser device of the first embodiment.

上述の動作により、シャッタ50が第1切り替え状態であるときには共振経路1と副増幅経路2は接続されない。また、前記一定条件を満たすようにシャッタ50の第2切り替え状態を保持することにより、増幅用光ファイバ23,33で発生したASE光が副増幅経路及び共振経路にそれぞれ戻ることはない。これにより、MO部とPrePA部との間、及びPrePA部とPA部との間のアイソレーションを取ることができる。   By the above-described operation, when the shutter 50 is in the first switching state, the resonance path 1 and the sub amplification path 2 are not connected. Further, by holding the second switching state of the shutter 50 so as to satisfy the predetermined condition, the ASE light generated in the amplification optical fibers 23 and 33 does not return to the sub-amplification path and the resonance path, respectively. Thereby, isolation between the MO unit and the PrePA unit and between the PrePA unit and the PA unit can be obtained.

図7は本発明の第3の実施形態のパルスファイバレーザ装置を示す。このパルスファイバレーザ装置は複数のPA部を有する多段増幅を行うMOPA方式で構成されており、区分共振経路1a、1bを有する共振経路1と、2つの副増幅経路3、4と、増幅出射経路2とを有しており、共振経路1はMO部として、副増幅経路3、4はPrePA部として、増幅出射経路2はPA部としてそれぞれ機能する。
なお、図7において図5に示したパルスファイバレーザ装置と同一の構成の部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
FIG. 7 shows a pulse fiber laser device according to a third embodiment of the present invention. This pulse fiber laser device is configured by a MOPA system that performs multi-stage amplification having a plurality of PA units, and includes a resonance path 1 having sectioned resonance paths 1a and 1b, two sub-amplification paths 3 and 4, and an amplification emission path. 2, the resonance path 1 functions as an MO section, the sub-amplification paths 3 and 4 function as a PrePA section, and the amplification output path 2 functions as a PA section.
In FIG. 7, the same components as those of the pulse fiber laser device shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図7のパルスファイバレーザ装置において、シャッタ50が第1切り替え状態である場合には、区分共振経路1aと区分共振経路1bとの間で光が透過されるとともに副増幅経路3、4および増幅出射経路2内を伝搬する光はいずれの経路にも出射されない。シャッタ50が第2切り替え状態である場合には、区分共振経路1aから入射した光は共振経路1と角度θ1をなす副増幅経路3に出射されるとともに副増幅経路3から入射した光はシャッタ50を挟んで副増幅経路3の延長線と角度θ4をなす副増幅経路4に出射されて、さらに副増幅経路4から入射した光はシャッタ50を挟んで副増幅経路4の延長線と角度θ5をなす増幅出射経路2に出射される。副増幅経路の設置数が増えた場合でも、全ての副増幅経路はシャッタ50に接続されているので、シャッタ50の第2切り替え状態における動作については前述の動作と同様に考えればよい。   In the pulse fiber laser device of FIG. 7, when the shutter 50 is in the first switching state, light is transmitted between the sectioned resonance path 1a and the sectioned resonance path 1b, and the sub-amplification paths 3 and 4 and the amplified emission are transmitted. The light propagating in the path 2 is not emitted to any path. When the shutter 50 is in the second switching state, the light incident from the sectioned resonance path 1a is emitted to the sub-amplification path 3 having an angle θ1 with the resonance path 1 and the light incident from the sub-amplification path 3 is the shutter 50. The light that has been emitted to the sub-amplification path 4 that forms an angle θ4 with the extension line of the sub-amplification path 3 across the line, and the light incident from the sub-amplification path 4 has an angle θ5 with the extension line of the sub-amplification path 4 across the shutter 50 The light is emitted to the amplification outgoing path 2 formed. Even when the number of installed sub-amplification paths is increased, all the sub-amplification paths are connected to the shutter 50. Therefore, the operation of the shutter 50 in the second switching state may be considered in the same manner as described above.

また、このMOPA方式パルスファイバレーザ装置には2つの副増幅経路3、4、が設けられているため、増幅出射経路2からパルス光の1パルスを出射させるためにはシャッタ50を5回切り替える必要があり、前記5回の切り替えにおける動作は図5のMOPA方式パルスファイバレーザ装置における動作と同様に考えればよい。なお、このMOPA方式パルスファイバレーザ装置で連続的にパルス光を出力する際には、レーザ光の1パルス出射にあたり、前記5回の経路切り替えに、前記5回目の経路切り替え後の第2切り替え状態から第1切り替え状態への経路切り替えを加えて、シャッタ50での経路切り替えを合計6回行えばよいが、必ずしも6回に限定されない。
図1、図5、図7に示す多段増幅を行うMOPA方式パルスファイバレーザ装置は、PrePA部を直列接続する多段増幅の従来のMOPA方式パルスファイバレーザ装置に比べて装置の大型化を避けることができる。
In addition, since the MOPA type pulse fiber laser device is provided with two sub-amplification paths 3 and 4, in order to emit one pulse of the pulsed light from the amplification emission path 2, it is necessary to switch the shutter 50 five times. The operation in the five times of switching may be considered in the same manner as the operation in the MOPA pulse fiber laser apparatus of FIG. When the pulsed light is continuously output by this MOPA type pulse fiber laser device, the second switching state after the fifth path switching is performed instead of the five path switching when emitting one pulse of laser light. The route switching from the first to the first switching state is added and the route switching by the shutter 50 may be performed a total of six times, but is not necessarily limited to six times.
The MOPA-type pulse fiber laser apparatus that performs multistage amplification shown in FIGS. 1, 5, and 7 can avoid an increase in the size of the apparatus compared to a conventional multistage amplification MOPA-type pulse fiber laser apparatus in which PrePA units are connected in series. it can.

上述のようなシャッタ50の制御方法によれば、シャッタ50の第1切り替え状態保持中には各経路間は接続されていない。このため、シャッタ50の第1切り替え状態保持中に増幅用光ファイバ13、23、33、43で発生したASE光は、他の経路に出射されることはなく、共振経路1と、副増幅経路3、4と、増幅出射経路2との間のアイソレーションを取ることができる。   According to the method for controlling the shutter 50 as described above, the paths are not connected while the first switching state of the shutter 50 is maintained. Therefore, the ASE light generated in the amplification optical fibers 13, 23, 33, and 43 while the shutter 50 is in the first switching state is not emitted to other paths, and the resonance path 1 and the sub-amplification path 3 and 4 and the amplification output path 2 can be isolated.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはもちろんである。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。   Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is of course not limited to these embodiments. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

なお本発明のパルスファイバレーザ装置は、レーザ加工用の光源に最適であるが、それに限定されないことはもちろんであり、高パワーのパルス光が求められる用途には、すべて適用可能である。   The pulse fiber laser device of the present invention is optimal as a light source for laser processing, but is not limited thereto, and can be applied to all applications where high-power pulsed light is required.

1…共振経路、1a,1b…区分共振経路、2´…出射経路、2…増幅出射経路、3,4…副増幅経路、10,20,30,40…励起光源、11,12,36,46…反射部としての高反射FBG、13,23,33,43…光増幅器としての増幅用光ファイバ、34、44…波長変換素子、26…アイソレータ、50…光経路分岐手段としてのシャッタ、51…ドライバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resonance path, 1a, 1b ... Sectional resonance path, 2 '... Output path, 2 ... Amplification output path, 3, 4 ... Sub-amplification path, 10, 20, 30, 40 ... Excitation light source, 11, 12, 36, 46... Highly reflective FBG as a reflection part, 13, 23, 33, 43... Amplifying optical fiber as an optical amplifier, 34 and 44... Wavelength conversion element, 26. …driver

Claims (8)

第1励起光源と、
第1光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ前記第1の励起光源からの励起光が導かれる共振経路と、
前記共振経路の中途に配設された光経路分岐手段と、
前記光経路分岐手段を介して前記共振経路に接続され、第3光増幅器と第3励起光源と前記共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と前記波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えている副増幅経路と、
前記光経路分岐手段を介して前記共振経路に接続され、出射部を備えている出射経路と、
を有してなり、
さらに、前記光経路分岐手段により二つに区分される前記共振経路のそれぞれの区分を区分共振経路とし、
前記光経路分岐手段は、二つの前記区分共振経路間で光を透過させる第1切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を前記副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を前記出射経路に出射させる第2切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替え可能に構成され、
前記副増幅経路は、前記光経路分岐手段により前記共振経路から分岐された光を増幅して前記出射経路に出射し、
前記出射経路は、前記光経路分岐手段により前記副増幅経路から分岐された光を出射することを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
A first excitation light source;
A resonance path constituting a resonator including a first optical amplifier, and a resonance path through which pumping light from the first pumping light source is guided;
An optical path branching means disposed in the middle of the resonance path;
A wavelength conversion element connected to the resonance path via the optical path branching means, for converting a wavelength of light branched from the resonance path, a third optical amplifier, a third excitation light source, and a wavelength by the wavelength conversion element A sub-amplification path comprising a reflection part for reflecting the converted light;
An emission path connected to the resonance path via the optical path branching means and provided with an emission section;
Having
Furthermore, each section of the resonance path divided into two by the optical path branching means is a section resonance path,
The optical path branching unit emits light incident from one of the sectioned resonance paths to the sub-amplification path and transmits the light between the two sectioned resonance paths. The light path can be selectively switched to a second switching state in which incident light is emitted to the emission path.
The sub-amplification path amplifies the light branched from the resonance path by the optical path branching means and emits the light to the emission path,
The pulse fiber laser device, wherein the emission path emits light branched from the sub-amplification path by the optical path branching means.
請求項1に記載のパルスファイバレーザ装置において、
前記出射経路に第2光増幅器と第2励起光源が備えられることによって、前記出射経路が前記光経路分岐スイッチにより前記副増幅経路から分岐された光を増幅して出射する増幅出射経路となるように構成されており、
前記光経路分岐手段が、前記二つの区分共振経路間で光を透過させる第1切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を前記副増幅経路に出射させるとともにその副増幅経路から入射した光を前記増幅出射経路に出射させる第2切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
In the pulse fiber laser device according to claim 1,
Since the second optical amplifier and the second excitation light source are provided in the output path, the output path becomes an amplified output path that amplifies and outputs the light branched from the sub-amplification path by the optical path branch switch. Is composed of
The optical path branching unit emits light incident from one of the two divided resonance paths to the subamplification path and transmits the light between the two divided resonance paths. A pulse fiber laser device configured to selectively switch an optical path to a second switching state in which incident light is output to the amplification output path.
請求項1または請求項2に記載のパルスファイバレーザ装置において、
前記光経路分岐手段に、複数の前記副増幅経路が接続され、
かつ前記各副増幅経路は、それぞれ第3光増幅器と、第3励起光源と、前記共振経路から分岐された光の波長を変換するための波長変換素子と、その波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた構成とされ、
前記光経路分岐手段が、前記二つの区分共振経路間で光を透過させる第1切り替え状態と、いずれか一方の区分共振経路から入射した光を前記複数の副増幅経路のうちの一つの副増幅経路に出射させるとともに、各副増幅経路から入射した光をその副増幅経路とは異なる他の副増幅経路に出射させて、前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射した光を前記出射経路または前記増幅出射経路に出射させる第2切り替え状態とに、選択的に光経路を切り替えるように構成されていることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
In the pulse fiber laser device according to claim 1 or 2,
A plurality of the sub-amplification paths are connected to the optical path branching means,
Each of the sub-amplification paths is wavelength-converted by a third optical amplifier, a third excitation light source, a wavelength conversion element for converting the wavelength of light branched from the resonance path, and the wavelength conversion element. It is configured to include a reflection part that reflects light,
A first switching state in which the light path branching means transmits light between the two sectioned resonance paths; and light that has entered from one of the sectioned resonance paths is sub-amplified in one of the plurality of sub-amplification paths. And the light incident from each sub-amplification path is emitted to another sub-amplification path different from the sub-amplification path, and the light incident from the sub-amplification path different from the one sub-amplification path is A pulse fiber laser device configured to selectively switch an optical path between an emission path or a second switching state in which the light is emitted to the amplification emission path.
第1光増幅器を備えた共振器を構成する共振経路であって、かつ第1の励起光源からの励起光が導かれる共振経路の中途に、光経路分岐手段を設け、その光経路分岐手段に、第3光増幅器と第3励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを有する副増幅経路と、出射部を有する出射経路とを接続し、
前記光経路分岐手段により二つに区分される前記共振経路のそれぞれの部分を区分共振経路とし、
前記共振経路内の前記第1光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が前記共振経路内を共振している状態で、前記光経路分岐手段での経路切り替えを3回行い、前記出射経路からパルス光の1パルスを出射させ、
前記光経路分岐手段での前記3回の経路切り替えのうち1回目の経路切り替えと2回目の経路切り替えによって、前記共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として前記副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも1往復させ、前記光経路分岐手段での前記3回の経路切り替えのうち3回目の経路切り替えにより、前記副増幅経路内を往復するパルス光を前記出射経路へ出射させて、前記出射部から出射させることを特徴とするパルス光出力制御方法。
An optical path branching means is provided in the resonance path that constitutes the resonator including the first optical amplifier and is in the middle of the resonance path to which the pumping light from the first pumping light source is guided. A sub-amplification path having a third optical amplifier, a third pumping light source, and a reflection part that reflects light converted in wavelength by the wavelength conversion element, and an emission path having an emission part,
Each part of the resonance path divided into two by the optical path branching means is a section resonance path,
In the state in which excitation light is injected into the first optical amplifier in the resonance path to generate laser light and the laser light resonates in the resonance path, path switching by the optical path branching means is performed 3 And one pulse of pulsed light is emitted from the emission path,
Laser light resonating in the resonance path is emitted to the sub-amplification path as pulse light by the first path switching and the second path switching among the three path switching in the optical path branching means. Then, the sub-amplification path is reciprocated at least once, and the pulse light that reciprocates in the sub-amplification path is emitted to the emission path by the third path switching among the three path switching in the optical path branching means. And emitting light from the emitting part.
請求項4に記載のパルス光出力制御方法において、
前記出射経路に第2光増幅器と第2励起光源とを設けることにより前記出射経路を増幅出射経路とし、
前記共振経路内の前記第1光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が前記共振経路内を共振している状態で、前記光経路分岐手段での経路切り替えを3回行い、前記増幅出射経路からパルス光の1パルスを出射させ、
前記光経路分岐手段での前記3回の経路切り替えのうち1回目の経路切り替えと2回目の経路切り替えによって、前記共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として前記副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも1往復させ、前記光経路分岐手段での前記3回の経路切り替えのうち3回目の経路切り替えにより、前記副増幅経路内を往復するパルス光を前記増幅出射経路へ出射させて、その増幅出射経路から出射させることを特徴とするパルス光出力制御方法。
In the pulse light output control method according to claim 4,
By providing a second optical amplifier and a second excitation light source in the emission path, the emission path is used as an amplification emission path,
In the state in which excitation light is injected into the first optical amplifier in the resonance path to generate laser light and the laser light resonates in the resonance path, path switching by the optical path branching means is performed 3 And one pulse of pulsed light is emitted from the amplification emission path,
Laser light resonating in the resonance path is emitted to the sub-amplification path as pulse light by the first path switching and the second path switching among the three path switching in the optical path branching means. Then, the sub-amplification path is reciprocated at least once, and the pulse light reciprocating in the sub-amplification path is transferred to the amplification output path by the third path switching among the three path switching in the optical path branching means. A pulsed light output control method, characterized in that the light is emitted and emitted from the amplified emission path.
請求項4または5に記載のパルス光出力制御方法において、
前記光経路分岐手段に前記出射経路または前記増幅出射経路のいずれか一経路(以降、本請求項では、(増幅)出射経路と記載する)に加えて、その光経路分岐手段により前記共振経路から分岐された光を増幅するための副増幅経路として、それぞれ第3光増幅器と第3励起光源とその波長変換素子により波長変換された光を反射する反射部とを備えた複数の副増幅経路を接続し、
前記副増幅経路の数をm(mは2以上の自然数)とし、
前記共振経路内の前記第1光増幅器に励起光を注入してレーザ光を発生させてそのレーザ光が前記共振経路内を共振している状態で、前記光経路分岐手段での経路切り替えを(2m+1)回行い、前記(増幅)出射経路からパルス光の1パルスを出射させ、
前記光経路分岐手段での前記(2m+1)回の経路切り替えのうち1回目の経路切り替えと2回目の経路切り替えによって、前記共振経路内を共振しているレーザ光をパルス光として、前記複数の副増幅経路のうちの一つの前記副増幅経路に出射させて、その副増幅経路を少なくとも1往復させ、前記(2m+1)回の経路切り替えのうち3回目から(2m)回目までの切り替えにより、前記二つの区分共振経路のうちのいずれか一方の区分共振経路および前記複数の副増幅経路から入射されたパルス光を、異なる前記副増幅経路に出射させてその副増幅経路を少なくとも1往復させ、前記(2m+1)回の経路切り替えのうち(2m+1)回目の切り替えにより、前記(2m)回目までの動作に加えて前記副増幅経路の前記一つの副増幅経路とは異なる副増幅経路から入射されたパルス光を前記(増幅)出射経路へ出射させて、前記(増幅)出射経路から出力パルス光として出射させることを特徴とするパルス光出力制御方法。
In the pulse light output control method according to claim 4 or 5,
In addition to any one of the exit path and the amplified exit path (hereinafter referred to as (amplified) exit path) in the optical path branching means, the optical path branching means removes the resonance path from the resonance path. As sub-amplification paths for amplifying the branched light, a plurality of sub-amplification paths each including a third optical amplifier, a third pumping light source, and a reflection unit that reflects light wavelength-converted by the wavelength conversion element are provided. connection,
The number of sub-amplification paths is m (m is a natural number of 2 or more),
In the state in which excitation light is injected into the first optical amplifier in the resonance path to generate laser light and the laser light resonates in the resonance path, the path switching by the optical path branching means ( 2m + 1) times, one pulse of the pulsed light is emitted from the (amplification) emission path,
Of the (2m + 1) times of path switching by the optical path branching means, the laser light resonating in the resonance path by the first path switching and the second path switching is used as pulse light, and the plurality of sub-paths are switched. One of the amplification paths is emitted to the sub-amplification path, the sub-amplification path is reciprocated at least once, and the second to second switching is performed by switching from the third to the (2m) times of the (2m + 1) times of path switching. The pulse light incident from any one of the section resonance paths and the plurality of sub-amplification paths is emitted to a different sub-amplification path, and the sub-amplification path is reciprocated at least once, Of the 2m + 1) path switching operations, the (2m + 1) th switching operation causes the one sub-amplification path of the sub-amplifying path in addition to the operation up to the (2m) th operation. The pulse light incident from different sub amplifier path and (amplification) by emission to the emission path, the (amplified) pulsed light output control method for causing emitted from the emission path as the output pulsed light.
請求項4〜請求項6のいずれかの請求項に記載のパルス光出力制御方法において、
前記出射経路または前記増幅出射経路からパルス光の1パルスを出射させるにつき、
前記光経路分岐手段での3回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間が、1回目の経路切り替え保持時間以上になるように、前記3回目以降の奇数回目の経路切り替え保持時間を制御することを特徴とするパルス光出力制御方法。
In the pulse light output control method according to any one of claims 4 to 6,
When one pulse of pulsed light is emitted from the emission path or the amplified emission path,
The odd-numbered path switching holding time after the third time in the optical path branching means is controlled so that the odd-numbered path switching holding time after the third time is equal to or longer than the first path switching holding time. A pulse light output control method characterized by the above.
請求項4〜請求項7のうちのいずれかの請求項に記載のパルス光出力制御方法において、
前記出射経路または前記増幅出射経路からパルス光の1パルスを出射させるにつき、
前記経路切り替えを行う時間間隔を、経路切り替え保持時間中に副増幅経路にレーザ光が入射されてから、その副増幅経路内の反射器により反射されて、光経路分岐手段に戻るまでの時間と等しくなるように、経路切り替え保持時間および経路切り替えの時間間隔を制御することを特徴とするパルス光出力制御方法。
In the pulse light output control method according to any one of claims 4 to 7,
When one pulse of pulsed light is emitted from the emission path or the amplified emission path,
The time interval for performing the path switching is the time from when the laser light is incident on the sub-amplification path during the path switching holding time until it is reflected by the reflector in the sub-amplification path and returns to the optical path branching means. A pulse light output control method characterized by controlling a path switching holding time and a path switching time interval so as to be equal.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3703687A (en) * 1971-02-12 1972-11-21 Bell Telephone Labor Inc Intracavity modulator
US3904987A (en) * 1974-06-07 1975-09-09 Bell Telephone Labor Inc Cavity dumping of a laser in its unstable frequency regime
US5909306A (en) * 1996-02-23 1999-06-01 President And Fellows Of Harvard College Solid-state spectrally-pure linearly-polarized pulsed fiber amplifier laser system useful for ultraviolet radiation generation
JP2006005349A (en) * 2004-06-14 2006-01-05 Jds Uniphase Corp Pulse laser equipment and method therefor
JP2007042981A (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Fujikura Ltd Optical fiber laser, optical fiber amplifier, and mopa-type optical fiber laser
JP2010067698A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Megaopto Co Ltd Fiber laser resonator and laser oscillation method using same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3703687A (en) * 1971-02-12 1972-11-21 Bell Telephone Labor Inc Intracavity modulator
US3904987A (en) * 1974-06-07 1975-09-09 Bell Telephone Labor Inc Cavity dumping of a laser in its unstable frequency regime
US5909306A (en) * 1996-02-23 1999-06-01 President And Fellows Of Harvard College Solid-state spectrally-pure linearly-polarized pulsed fiber amplifier laser system useful for ultraviolet radiation generation
JP2006005349A (en) * 2004-06-14 2006-01-05 Jds Uniphase Corp Pulse laser equipment and method therefor
JP2007042981A (en) * 2005-08-05 2007-02-15 Fujikura Ltd Optical fiber laser, optical fiber amplifier, and mopa-type optical fiber laser
JP2010067698A (en) * 2008-09-09 2010-03-25 Megaopto Co Ltd Fiber laser resonator and laser oscillation method using same

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