JP4833791B2 - Fiber laser modulation method and modulation apparatus - Google Patents

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本発明は、増幅用光ファイバへの入力光を変調して所定の出力光を出力させる
ファイバレーザーの変調方法及びファイバレーザー変調装置の技術分野に関するものである。 The present invention relates to a technical field of a fiber laser modulation method and a fiber laser modulation device that modulates input light to an amplification optical fiber and outputs predetermined output light.

近年、レーザー光(パルス光)は多くの技術分野で応用されており、たとえばパルス光を信号として用いる光通信分野や、対象物にパルス光を照射してマーキングを行う加工分野等がある。また、レーザー光を発生する手段としては、例えばレーザーマーキング装置で行われているＹＡＧレーザーを用いた発生手段が従来から知られている。   In recent years, laser light (pulsed light) has been applied in many technical fields, such as an optical communication field using pulsed light as a signal and a processing field in which marking is performed by irradiating an object with pulsed light. As a means for generating laser light, for example, a generating means using a YAG laser, which is used in a laser marking device, is conventionally known.

ＹＡＧレーザー等を用いたレーザーマーキング装置では、装置全体が大型化し、さらに光学系が複雑なためメンテナンス性が悪いという問題があった。そこで、ＹＡＧレーザーに代えて、Ｙｂなどの希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体に用いたファイバレーザーの技術も従来から開示されている（特許文献１）。   In the laser marking apparatus using a YAG laser or the like, there is a problem that the whole apparatus becomes large and the optical system is complicated, so that maintainability is poor. Therefore, a fiber laser technique using an optical fiber doped with a rare earth element such as Yb as an amplification medium instead of a YAG laser has been conventionally disclosed (Patent Document 1).

ファイバレーザーでパルス光を生成する方法として、従来は矩形状の入力信号を所定のポンプ光源に入力して励起光を発生させ、該励起光を所定の増幅媒体に入力してパルス光を生成していた。この場合、生成されたパルス光には、パルスの立上がり時にサージパルスが発生していた。
特許第３４１１８５２号 As a method of generating pulsed light with a fiber laser, conventionally, a rectangular input signal is input to a predetermined pump light source to generate excitation light, and the excitation light is input to a predetermined amplification medium to generate pulsed light. It was. In this case, a surge pulse is generated in the generated pulsed light when the pulse rises.
Japanese Patent No. 3411852

ところで、パルス光を例えばディスプレイの光源に用いるためには、サージパルスを伴わない矩形状の波形を有するパルス光が必要となる。また、ディスプレイの光源に限らず、例えば各種分析装置の光源に用いる場合でも、サージパルスを伴わない矩形状パルス光が必要となる。   By the way, in order to use pulsed light as a light source of a display, for example, pulsed light having a rectangular waveform without a surge pulse is required. Further, not only the light source of the display but also, for example, when used as the light source of various analyzers, rectangular pulse light without a surge pulse is required.

しかしながら、従来のファイバレーザーを用いたパルス光を生成する方法では、サージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成することができなかった。そのため、レーザー光をディスプレイ用の光源として用いることが極めて困難となり、レーザー光の適用範囲を制限していた。   However, in the conventional method of generating pulsed light using a fiber laser, rectangular pulsed light without a surge pulse cannot be generated. For this reason, it has become extremely difficult to use laser light as a light source for a display, limiting the application range of laser light.

レーザー光をディスプレイ用の光源として用いるためには、３原色の赤色、青色、及び緑色のレーザー光が必要となる。このうち、赤色と青色をそれぞれ発する半導体レーザーは既に実用化されているものの、緑色を発する半導体レーザーは、これまで実用化するに至っていない。   In order to use laser light as a light source for display, three primary colors of red, blue, and green laser light are required. Of these, semiconductor lasers emitting red and blue have already been put into practical use, but semiconductor lasers emitting green have not been put into practical use.

そこで、半導体レーザーに代わって緑色光を生成可能な光源が強く望まれているにもかかわらず、上記の通り、増幅用光ファイバを用いてサージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成することができなかった。   Therefore, despite the strong demand for a light source capable of generating green light instead of a semiconductor laser, as described above, it is possible to generate rectangular pulse light without a surge pulse using an amplification optical fiber. could not.

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、ポンプ光源の入力パターンを最適化して、サージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成するファイバレーザーの変調方法及び変調装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems, and provides a fiber laser modulation method and modulation apparatus that optimizes an input pattern of a pump light source and generates rectangular pulse light without a surge pulse. For the purpose.

この発明のファイバレーザーの変調方法の第１の態様は、増幅用光ファイバへの励起光を変調して所定の出力光を出力させるファイバレーザーの変調方法であって、前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成し、前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルとの間で所定の上昇率で上昇させ、前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降させることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。 A first aspect of the modulation method of the fiber laser of the present invention is by modulating the pumping light to the amplification optical fiber a modulation method of a fiber laser to output a predetermined output light, an input pattern of the excitation light The output levels of the four periods of the low output period, the output increase period, the high output period, and the output decrease period are formed, and the output level of the high output period is determined so that the output light matches a predetermined required output level. A predetermined high output level, the output level of the low output period is a predetermined low output level determined to be greater than zero and the output light is equal to or less than a predetermined threshold, and the output level of the output increase period is Increasing the output level between the low output level and the high output level at a predetermined rate, and reducing the output level during the output decrease period between the high output level and the low output level. In a modulation method of a fiber laser, wherein the lowering.

第２の態様は、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記高出力レベルまで一定の上昇率で上昇させる、ことを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。   A second aspect is a fiber laser modulation method, wherein the output level in the output increase period is increased at a constant increase rate from the low output level to the high output level.

第３の態様は、前記低出力レベルより高くかつ前記高出力レベルより低い所定の中間出力レベルを設け、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記中間出力レベルまで一定の上昇率で上昇させ、前記出力上昇期間終了時に前記中間出力レベルから前記高出力レベルまでステップ状に上昇させることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。   According to a third aspect, a predetermined intermediate output level that is higher than the low output level and lower than the high output level is provided, and the output level during the output increase period is increased at a constant rate from the low output level to the intermediate output level. And a stepwise increase from the intermediate output level to the high output level at the end of the output increase period.

第４の態様は、前記出力光をＳＨＧ素子（Second Harmonic Generation：第二高調波発生素子）に入力させることにより、前記出力光の波長を１／２にするとともに前記低出力期間における出力レベルを実質的にゼロとすることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。   In a fourth aspect, by inputting the output light to an SHG element (Second Harmonic Generation), the wavelength of the output light is halved and the output level in the low output period is set. A fiber laser modulation method characterized by substantially zeroing.

第５の態様は、前記出力光が、略矩形の波形を有していることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。   A fifth aspect is a fiber laser modulation method, wherein the output light has a substantially rectangular waveform.

第６の態様は、前記出力光が、前記低出力期間、前記出力上昇期間、前記高出力期間及び前記出力低下期間を１周期とするパルス光であることを特徴とするファイバレーザーの変調方法である。   A sixth aspect is a fiber laser modulation method, wherein the output light is pulsed light having one cycle of the low output period, the output increase period, the high output period, and the output decrease period. is there.

この発明のファイバレーザーの変調装置の第１の態様は、励起光を出力するポンプ光源と、前記ポンプ光源からの前記励起光を通過させる一方、逆方向からの増幅光を反射する第一のＦＢＧ(Fiber Bragg Grating)と、
前記第一のＦＢＧを通過して入力した前記励起光により励起されて所定波長の増幅光を出力する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバから出力される前記増幅光の一部を通過させ残りを反射する第二のＦＢＧと、前記第二のＦＢＧを通過した前記増幅光を外部に出力するファイバ出力部と、前記ポンプ光源を変調して励起光の入力パターンを形成するパターン発生器とを備えるファイバレーザー変調装置であって、前記パターン発生器は、前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成するものであり、前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、
前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルの間で所定の上昇率で上昇するものとし、前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降するものとすることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。 The first aspect of the modulation apparatus of the fiber laser of the present invention includes a pump light source for outputting excitation Okoshiko, while passing said excitation light from said pump light source, a first reflecting the amplified light from the reverse direction FBG (Fiber Bragg Grating)
An amplification optical fiber that is excited by the excitation light that has passed through the first FBG and that outputs amplified light of a predetermined wavelength, and a part of the amplified light that is output from the amplification optical fiber are allowed to pass. A second FBG that reflects the remainder, a fiber output unit that outputs the amplified light that has passed through the second FBG to the outside, and a pattern generator that modulates the pump light source to form an input pattern of excitation light; The pattern generator is configured to form the input pattern of the excitation light at an output level of four periods of a low output period, an output increase period, a high output period, and an output decrease period. The output level of the high output period is a predetermined high output level determined so that the output light matches a predetermined required output level,
The output level of the low output period is set to a predetermined low output level determined to be greater than zero and the output light is equal to or less than a predetermined threshold, and the output level of the output increase period is set to the low output level and the high level It is assumed that the output level increases at a predetermined increase rate, and the output level during the output decrease period decreases at a predetermined decrease rate between the high output level and the low output level. Is a fiber laser modulator.

第２の態様は、ＳＨＧ素子をさらに備え、前記ファイバ出力部からの出力光を前記ＳＨＧ素子に入力し、前記出力光の１／２の波長を有し前記低出力期間における出力レベルが実質的にゼロとなる光を出力することを特徴とするファイバレーザー変調装置である。   The second aspect further includes an SHG element, and the output light from the fiber output unit is input to the SHG element, has a wavelength half that of the output light, and has a substantially lower output level in the low output period. Is a fiber laser modulator that outputs zero light.

第３の態様は、前記ポンプ光源が、波長が９００ｎｍから１０００ｎｍのレーザー光を発生させる半導体レーザーであることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。   A third aspect is a fiber laser modulation device, wherein the pump light source is a semiconductor laser that generates laser light having a wavelength of 900 nm to 1000 nm.

第４の態様は、前記増幅用光ファイバが、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｎｄのいずれか一つ以上を添加したダブルクラッドファイバであることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。   A fourth aspect is a fiber laser modulator, wherein the amplification optical fiber is a double clad fiber to which any one or more of Yb, Er, and Nd is added.

第５の態様は、前記ＳＨＧ素子からの出力光が、緑色光であることを特徴とするファイバレーザー変調装置である。   A fifth aspect is a fiber laser modulator characterized in that output light from the SHG element is green light.

以上説明したように本発明によれば、ポンプ光源の入力パターンを最適化することにより、サージパルスを伴わない矩形状パルス光を生成するファイバレーザーの変調方法及び変調装置を提供することできる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fiber laser modulation method and modulator that generate rectangular pulse light without a surge pulse by optimizing the input pattern of the pump light source.

また、この発明によれば、ＳＨＧ素子をさらに備えることにより、略矩形の緑色光を生成することが可能となり、ディスプレイや各種分析装置の光源として用いることができるといった、レーザー光の適用範囲を拡大できる効果が得られる。   In addition, according to the present invention, by further including an SHG element, it is possible to generate a substantially rectangular green light, and it is possible to use as a light source for a display or various analyzers, thereby expanding the application range of laser light. The effect that can be obtained.

図面を参照して本発明の好ましい実施の形態におけるファイバレーザーの変調方法及び変調装置の構成について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。   A fiber laser modulation method and a configuration of a modulation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description.

図１は、本発明の実施の形態に係るファイバレーザー変調装置の概略の構成を示すブロック図である。
図１に示すファイバレーザー変調装置１では、まずパターン発生器２において電気信号である所定のパターン信号１１を生成し、該パターン信号１１をポンプ光源である複数の半導体レーザー（ＬＤ）３に入力して光信号のＬＤ出力光１２を発生させる。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fiber laser modulation device according to an embodiment of the present invention.
In the fiber laser modulator 1 shown in FIG. 1, a pattern generator 2 first generates a predetermined pattern signal 11 that is an electrical signal, and inputs the pattern signal 11 to a plurality of semiconductor lasers (LD) 3 that are pump light sources. Thus, the LD output light 12 of the optical signal is generated.

複数の半導体レーザー３で発生されたＬＤ出力光１２は、ＴＦＢ(Tapered Fiber Bundle)４で一つに合波された後、第一のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）５を通過して増幅用光ファイバ６に入力される。ＬＤ出力光１２が増幅用光ファイバ６に入力されると、第一のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）５と第二のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７の間でレーザー共振器が形成され、所定波長の増幅されたレーザー光１３（以下では増幅光１３という）が第二のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７から出力される。   LD output lights 12 generated by a plurality of semiconductor lasers 3 are combined into one by a TFB (Tapered Fiber Bundle) 4 and then passed through a first FBG (Fiber Bragg Grating) 5 for amplification optical fiber. 6 is input. When the LD output light 12 is input to the amplification optical fiber 6, a laser resonator is formed between the first FBG (Fiber Bragg Grating) 5 and the second FBG (Fiber Bragg Grating) 7, and has a predetermined wavelength. The amplified laser beam 13 (hereinafter referred to as amplified beam 13) is output from a second FBG (Fiber Bragg Grating) 7.

増幅用光ファイバ６として、例えばＹｂ添加ダブルクラッドファイバを用いることができる。この場合には、半導体レーザー３として、Ｙｂイオンの吸収帯域の９００ｎｍから１０００ｎｍの波長の光を発生させる半導体レーザーを用いる。特に吸収効率が良い波長は９１５ｎｍまたは９７５ｎｍであるためその波長近傍の半導体レーザーを用いると励起効率が良い。   As the amplification optical fiber 6, for example, a Yb-doped double clad fiber can be used. In this case, a semiconductor laser that generates light having a wavelength of 900 nm to 1000 nm in the absorption band of Yb ions is used as the semiconductor laser 3. Since the wavelength with particularly good absorption efficiency is 915 nm or 975 nm, the excitation efficiency is good when a semiconductor laser near that wavelength is used.

このとき第二のＦＢＧから出力される増幅光１３は第一のＦＢＧ５あるいは第二のＦＢＧ７の両者あるいは片方の波長特性により、Ｙｂイオンの光増幅の利得がある１０００ｎｍから１１５０ｎｍを任意に選択できる。比較的効率が良いのは１０６０ｎｍから１０９０ｎｍであり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーと同じ波長の１０６４ｎｍを使用する場合が多い。   At this time, the amplified light 13 output from the second FBG can be arbitrarily selected from 1000 nm to 1150 nm with a gain of optical amplification of Yb ions depending on the wavelength characteristics of both the first FBG 5 and the second FBG 7 or one of them. The relatively high efficiency is from 1060 nm to 1090 nm, and 1064 nm having the same wavelength as that of the Nd: YAG laser is often used.

増幅用光ファイバ６に添加される希土類元素としては、Ｙｂのほか、ＥｒあるいはＮｄ等を用いてもよいし、一種類だけではなくＹｂとＥｒの組み合わせなど二種類以上を組み合わせても良い。   In addition to Yb, Er or Nd may be used as the rare earth element added to the amplification optical fiber 6, and not only one type but also two or more types such as a combination of Yb and Er may be combined.

増幅光１３の波長において、第一のＦＢＧ５の反射率はほぼ１００％で、第二のＦＢＧ７の反射率は１００％未満の任意の値に設計される。増幅用光ファイバ６で増幅された増幅光１３は、第一のＦＢＧ５および第二のＦＢＧ７の間で繰り返し反射し共振され、第二のＦＢＧ７を通過した一部の増幅光１３は、ファイバ出力部（コリメータ）８から外部に出力光１４として出力される。   At the wavelength of the amplified light 13, the reflectance of the first FBG 5 is designed to be approximately 100%, and the reflectance of the second FBG 7 is designed to an arbitrary value less than 100%. The amplified light 13 amplified by the amplification optical fiber 6 is repeatedly reflected and resonated between the first FBG 5 and the second FBG 7, and a part of the amplified light 13 that has passed through the second FBG 7 is supplied to the fiber output section. (Collimator) 8 outputs to the outside as output light 14.

上記説明のように構成された本実施形態のファイバレーザー変調装置１では、パターン発生器２で生成されたパターン信号１１に基づいてＬＤ出力光１２が変調され、この変調されたＬＤ出力光１２が増幅用光ファイバ６に入力されると、所定波長の増幅されたレーザ光がファイバ出力部８から外部に出力される。   In the fiber laser modulation device 1 of the present embodiment configured as described above, the LD output light 12 is modulated based on the pattern signal 11 generated by the pattern generator 2, and the modulated LD output light 12 is When input to the amplification optical fiber 6, amplified laser light having a predetermined wavelength is output from the fiber output unit 8 to the outside.

ここで、パターン信号１１として、図２に示すようなアイドリング期間２１と出力期間２２の２つの出力レベル２３、２４で形成される矩形波を入力した場合の出力光１４の波形について以下に説明する。なお、パターン信号１１は、半導体レーザー３に供給される電流値で表すものとし、パターン信号１１の出力レベルとは、半導体レーザー３に供給される電流値の大きさとする。   Here, the waveform of the output light 14 when a rectangular wave formed with two output levels 23 and 24 of an idling period 21 and an output period 22 as shown in FIG. . The pattern signal 11 is represented by the current value supplied to the semiconductor laser 3, and the output level of the pattern signal 11 is the magnitude of the current value supplied to the semiconductor laser 3.

図２に示すパターン信号１１は、アイドリング期間２１の出力レベル２３をゼロとし、出力期間２２に達すると出力レベルをゼロから所定の大きさの出力レベル２４までステップ状に上昇させている。図２に示すような矩形波のパターン信号１１を用いた場合、ファイバ出力部８から出力される出力光１４は、図３に示すようなサージパルス２５を伴う波形となる。   The pattern signal 11 shown in FIG. 2 sets the output level 23 in the idling period 21 to zero, and when the output period 22 is reached, the output level is increased stepwise from zero to an output level 24 having a predetermined magnitude. When the rectangular wave pattern signal 11 as shown in FIG. 2 is used, the output light 14 output from the fiber output unit 8 has a waveform with a surge pulse 25 as shown in FIG.

出力光１４を、例えばディスプレイ用の光源として用いるためには、サージパルス２５を伴わない略矩形状の波形とする必要がある。しかし、図２に示すようなファイバレーザーで従来用いられていた矩形波のパターン信号１１を用いると、出力光１４は図３に示すようなサージパルス２５を伴う波形となってしまう。   In order to use the output light 14 as a light source for a display, for example, it is necessary to form a substantially rectangular waveform without the surge pulse 25. However, when the rectangular wave pattern signal 11 conventionally used in the fiber laser as shown in FIG. 2 is used, the output light 14 has a waveform with a surge pulse 25 as shown in FIG.

そこで、出力光１４が、サージパルスを伴わない矩形状のパルス光となるよう、本実施形態のファイバレーザー変調装置１では、パターン発生器２で生成するパターン信号１１を、低出力期間、出力上昇期間、高出力期間、及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成するようにしている。パターン信号１１の一実施例を図４に示す。同図に示すパターン信号１１ａでは、図２に示したアイドリング期間２１を低出力期間３１と出力上昇期間３２とに分け、出力期間２２を高出力期間３３と出力低下期間３４とに分けている。   Therefore, in the fiber laser modulation device 1 of the present embodiment, the pattern signal 11 generated by the pattern generator 2 is increased in output for a low output period so that the output light 14 becomes rectangular pulse light without a surge pulse. The output levels are formed in four periods, a period, a high output period, and an output decrease period. An example of the pattern signal 11 is shown in FIG. In the pattern signal 11a shown in the figure, the idling period 21 shown in FIG. 2 is divided into a low output period 31 and an output increase period 32, and the output period 22 is divided into a high output period 33 and an output decrease period 34.

図４において、低出力期間３１の低出力レベル３５は、ゼロより大きくかつ出力光１４が所定の閾値以下となるように決定されている。また、高出力期間３３の高出力レベル３７は、出力光１４が所定の要求出力レベルに一致するように決定されている。また、出力上昇期間３２の上昇出力レベル３６は、低出力レベル３５から前記高出力レベル３７まで一定の上昇率で上昇するように決定されている。さらに、出力低下期間３４の下降出力レベル３８は、高低出力レベル３７から低出力レベル３５まで一定の下降率で下降するように決定されている。   In FIG. 4, the low output level 35 in the low output period 31 is determined to be greater than zero and the output light 14 is equal to or less than a predetermined threshold. Further, the high output level 37 in the high output period 33 is determined so that the output light 14 matches the predetermined required output level. The increased output level 36 in the output increase period 32 is determined so as to increase from the low output level 35 to the high output level 37 at a constant increase rate. Further, the falling output level 38 in the output reduction period 34 is determined so as to decrease from the high / low output level 37 to the low output level 35 at a constant decreasing rate.

上記の所定の閾値は、増幅用光ファイバ長の一部で反転分布を形成する程度のレベルとするのが好ましい。このように、増幅用ファイバの一部に一定の反転分布状態を与えておくことで、急峻な励起光導入にともなう緩和振動の発生を防ぐことが可能となる。但し、後述するように、本発明のレーザー変調装置の適用形態によっては、上記の閾値をさらに高くすることも可能となる。   The predetermined threshold is preferably set to a level that forms an inversion distribution in a part of the length of the amplification optical fiber. In this way, by giving a constant inversion distribution state to a part of the amplification fiber, it becomes possible to prevent the occurrence of relaxation oscillation due to the steep excitation light introduction. However, as will be described later, depending on the application mode of the laser modulation device of the present invention, the threshold value can be further increased.

図４に示すパターン信号１１ａを用いたときの出力光１４の一実施例を図５に示す。本実施例では、長さ１０ｍの増幅用光ファイバ６を用い、パターン信号１１ａの周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）、要求出力レベルである高出力期間３３の出力光１４を５Ｗ，高出力期間３３を周期Ｔ４の１／３（デューティ比１／３）としている。図５は、このパターン信号１１ａに基づいて生成された出力光１４のうち、出力上昇前後１００μｓｅｃ間の出力光１４を拡大して示したものである。   FIG. 5 shows an embodiment of the output light 14 when the pattern signal 11a shown in FIG. 4 is used. In this embodiment, the amplification optical fiber 6 having a length of 10 m is used, the frequency of the pattern signal 11a is 1 kHz (period T4 is 1 msec), the output light 14 in the high output period 33 that is the required output level is 5 W, and the high output period 33 is set to 1/3 (duty ratio 1/3) of the period T4. FIG. 5 is an enlarged view of the output light 14 generated for 100 μsec before and after the increase in output light 14 generated based on the pattern signal 11a.

図５に示す出力光１４ａは、サージパルスを伴わない略矩形状の波形となっている。また、図４に示す低出力期間３１、出力上昇期間３２、高出力期間３３及び出力低下期間３４からなるパターンを１周期とし、これを連続して発生させたパルス光として用いることもできる。この場合には、図５に示す出力光１４ａが連続して出力されるパルス光が得られる。図５に示すようなサージパルスを伴わない略矩形状のパルス光は、例えばディスプレイ用の光源として用いることができる。   The output light 14a shown in FIG. 5 has a substantially rectangular waveform without a surge pulse. Further, the pattern composed of the low output period 31, the output increase period 32, the high output period 33, and the output decrease period 34 shown in FIG. 4 may be used as one cycle and used as pulsed light generated continuously. In this case, pulsed light in which the output light 14a shown in FIG. 5 is continuously output is obtained. The substantially rectangular pulse light without a surge pulse as shown in FIG. 5 can be used as a light source for display, for example.

上記のとおり、本実施形態のファイバレーザー変調装置１では、パターン発生器２に図４に示すようなパターン信号１１ａを用いることにより、図５に示すようなサージパルスを伴わない略矩形状の出力光１４ａが得られた。図４に示すパターン信号１１ａは、矩形波を発生させない低出力期間３１においても、出力レベルをゼロより大きい低出力レベル３５としている。   As described above, in the fiber laser modulation device 1 of the present embodiment, by using the pattern signal 11a as shown in FIG. 4 for the pattern generator 2, a substantially rectangular output without a surge pulse as shown in FIG. Light 14a was obtained. The pattern signal 11a shown in FIG. 4 sets the output level to a low output level 35 that is greater than zero even in the low output period 31 in which no rectangular wave is generated.

図４に示すパターン信号１１ａを用いて、サージパルスを伴わない略矩形状の波形を有する出力光１４ａを得るための条件を以下に説明する。サージパルスを伴わない略矩形波形の出力光１４ａを得るためには、出力上昇期間３２を所定時間長以上設定することが重要であり、この時間長を１０μｓｅｃ超とするのがよい。また高出力期間３３を図５の実施例では周期Ｔ４の１／３としたが、これを例えば周期Ｔ４の１／２程度としてもよい。要求出力レベルである高出力期間３３の出力光１４については、これを５Ｗ以下とすることでサージパルスを伴わない出力光１４が得られる。さらに、低出力期間３１の出力光１４を、３０ｍＷ以上でかつ高出力期間３３の出力光１４との比（以下では消光比という）が１０ｄＢ以下とならない範囲の出力とするのがよい。   The conditions for obtaining the output light 14a having a substantially rectangular waveform without a surge pulse using the pattern signal 11a shown in FIG. 4 will be described below. In order to obtain the output light 14a having a substantially rectangular waveform without a surge pulse, it is important to set the output increase period 32 to a predetermined time length or more, and it is preferable to set the time length to more than 10 μsec. Further, although the high output period 33 is set to 1/3 of the period T4 in the embodiment of FIG. 5, it may be set to about 1/2 of the period T4. With respect to the output light 14 in the high output period 33 that is the required output level, the output light 14 without a surge pulse can be obtained by setting this to 5 W or less. Furthermore, the output light 14 in the low output period 31 is preferably set to an output in a range where the ratio (hereinafter referred to as the extinction ratio) with the output light 14 in the high output period 33 is not more than 10 dB.

図５に示す実施例では、周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）としたが、周波数をさらに高くすることも可能である。但し、少なくとも出力上昇期間３２の１０μｓｅｃ超を確保できる範囲とする必要があることから、最大でも１００ｋＨｚ未満とする必要がある。当然ながら、要求される高出力期間３３の時間長によっても周波数の上限が規定される。なお、消光比に対する要求を緩和できる場合には、低出力期間３１の出力光１４に対する閾値を高くし、出力上昇期間３２を１０μｓｅｃより短くして周波数をさらに高くすることも可能となる。   In the embodiment shown in FIG. 5, the frequency is 1 kHz (period T4 is 1 msec), but the frequency can be further increased. However, since at least 10 μsec of the output increase period 32 needs to be ensured, it is necessary to set it below 100 kHz at the maximum. Naturally, the upper limit of the frequency is also defined by the required length of the high output period 33. If the requirement for the extinction ratio can be relaxed, the frequency for the output light 14 in the low output period 31 can be increased, and the output increase period 32 can be made shorter than 10 μsec to further increase the frequency.

図４に示すようなパターン信号１１ａを用いた場合、出力光１４ａの要求出力レベルを高くすると、これに伴って低出力期間３１の出力光１４ａの出力レベルも高くなってしまう。そのため、低出力期間３１の出力光１４ａの出力レベルが前記閾値を超えてしまう場合には、図４に示したパターン信号１１ａを用いることはできなくなってしまう。   When the pattern signal 11a as shown in FIG. 4 is used, if the required output level of the output light 14a is increased, the output level of the output light 14a in the low output period 31 is increased accordingly. Therefore, when the output level of the output light 14a in the low output period 31 exceeds the threshold value, the pattern signal 11a shown in FIG. 4 cannot be used.

本発明によれば、図４に示すパターン信号１１ａを用いると低出力期間３１の出力光１４ａの出力レベルが前記閾値を超えてしまう場合には、パターン信号１１として図６に示すような別の形状のパターン信号１１ｂを用いることができる。   According to the present invention, when the pattern signal 11a shown in FIG. 4 is used and the output level of the output light 14a in the low output period 31 exceeds the threshold, another pattern signal 11 as shown in FIG. The shape pattern signal 11b can be used.

図６に示すパターン信号１１ｂでは、低出力レベル３５より高く高出力レベル３７より低い中間出力レベル３９を設け、出力上昇期間３２の上昇出力レベル４０は、低出力レベル３５から中間出力レベル３９まで一定の上昇率で上昇するように決定されている。そして、中間出力レベル３９に到達後、高出力期間３３の開始時点で出力レベルを中間出力レベル３９から高出力レベル３７までステップ状に上昇させている。   In the pattern signal 11 b shown in FIG. 6, an intermediate output level 39 that is higher than the low output level 35 and lower than the high output level 37 is provided, and the increased output level 40 in the output increase period 32 is constant from the low output level 35 to the intermediate output level 39. It is determined to rise at a rate of increase. After reaching the intermediate output level 39, the output level is increased stepwise from the intermediate output level 39 to the high output level 37 at the start of the high output period 33.

中間出力レベルは、たとえば、増幅用光ファイバ長の全体で反転分布を形成する程度のレベルとするのが好ましい。このように、増幅用光ファイバ長の全体で反転分布状態を与えておくことで、より強い励起光パワーが短時間に注入されたとしても、急激な反転分布形成にともなう緩和振動の発生がより確実に防止され、大パワーのパルス発生時にもサージパルスの発生を効果的に抑制することができる。   The intermediate output level is preferably set to a level that forms an inverted distribution over the entire length of the amplification optical fiber, for example. In this way, by providing an inversion distribution state over the entire length of the optical fiber for amplification, even if stronger pump light power is injected in a short time, the occurrence of relaxation oscillation due to abrupt inversion distribution formation is further increased. It is reliably prevented and the generation of surge pulses can be effectively suppressed even when a high power pulse is generated.

図６に示すパターン信号１１ｂを用いたときに得られる出力光１４の一実施例を図７に示す。本実施例では、長さ２０ｍの増幅用光ファイバ６を用い、パターン信号１１ｂの周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）、要求出力レベルである高出力期間３３の出力光１４を２０Ｗ，高出力期間３３を周期Ｔ４の１／３（デューティ比１／３）としている。図７は、このパターン信号１１ｂに基づいて生成された出力光１４のうち、出力上昇前後４００μｓｅｃ間の出力光１４を拡大して示したものである。同図では、高出力期間３３の出力光１４ｂの高出力レベル４２を、図４に示した実施例より４倍程度高くしている。これに対し、低出力期間３１の低出力レベル４１は、図５の出力光１４ａと図７の出力光１４ｂでほぼ同程度になるように抑制されている。   FIG. 7 shows an example of the output light 14 obtained when the pattern signal 11b shown in FIG. 6 is used. In this embodiment, an amplification optical fiber 6 having a length of 20 m is used, the frequency of the pattern signal 11b is 1 kHz (period T4 is 1 msec), the output light 14 in the high output period 33 that is the required output level is 20 W, and the high output period 33 is set to 1/3 (duty ratio 1/3) of the period T4. FIG. 7 is an enlarged view of the output light 14 generated for 400 μsec before and after the increase in the output light 14 generated based on the pattern signal 11b. In the figure, the high output level 42 of the output light 14b in the high output period 33 is about four times higher than that in the embodiment shown in FIG. On the other hand, the low output level 41 in the low output period 31 is suppressed to be substantially the same between the output light 14a in FIG. 5 and the output light 14b in FIG.

図６に示すパターン信号１１ｂを用いて、サージパルスを伴わない略矩形状の波形を有する出力光１４ｂを得るための条件を以下に説明する。サージパルスを伴わない略矩形波形の出力光１４ｂを得るためには、中間出力レベル３９を設定することが重要であり、要求出力レベルである出力光１４の高出力レベル４２を２０Ｗとした場合には、中間出力レベル３９における出力光１４を約１Ｗ以上とすることによって、サージパルスの発生が効果的に抑制される。また、高出力レベル４２を２０Ｗより高くするためには、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗより高くすればよく、高出力レベル４２を２０Ｗより低くする場合には、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗより低くすることができる。   The conditions for obtaining the output light 14b having a substantially rectangular waveform without a surge pulse using the pattern signal 11b shown in FIG. 6 will be described below. In order to obtain the output light 14b having a substantially rectangular waveform without a surge pulse, it is important to set the intermediate output level 39, and when the high output level 42 of the output light 14 which is the required output level is set to 20W. The generation of surge pulses is effectively suppressed by setting the output light 14 at the intermediate output level 39 to about 1 W or more. Further, in order to make the high output level 42 higher than 20 W, the output light 14 at the intermediate output level 39 may be set higher than 1 W. When the high output level 42 is set lower than 20 W, the output at the intermediate output level 39 is output. The light 14 can be made lower than 1W.

また、出力上昇期間３２として１００μｓｅｃ超を設定するのが好ましく、図７に示す実施例では２００μｓｅｃを設定している。高出力期間３３については、図７の実施例では周期Ｔ４の１／３としたが、これを例えば周期Ｔ４の１／２程度としてもよい。また、低出力期間３１の出力光１４は約２０ｍＷ以上、より好ましくは１００ｍＷ以上であって、かつ消光比が１０ｄＢ以下とならない範囲の出力とするのがよい。   Further, it is preferable to set the output increase period 32 to more than 100 μsec, and in the embodiment shown in FIG. 7, 200 μsec is set. The high output period 33 is set to 1/3 of the period T4 in the embodiment of FIG. 7, but it may be set to about 1/2 of the period T4, for example. Further, the output light 14 in the low output period 31 is preferably about 20 mW or more, more preferably 100 mW or more, and an output in a range where the extinction ratio does not become 10 dB or less.

図７に示す実施例でも、周波数を１ｋＨｚ（周期Ｔ４を１ｍｓｅｃ）としているが、周波数をさらに高くすることも可能である。但し、少なくとも出力上昇期間３２の１００μｓｅｃ超を確保できる範囲とする必要があることから、最大でも１０ｋＨｚ未満とする必要がある。当然ながら、要求される高出力期間３３の時間長によっても周波数の上限が規定される。なお、消光比に対する要求を緩和できる場合には、低出力期間３１の出力光１４や中間出力レベル３９をさらに高くし、出力上昇期間３２を１００μｓｅｃより短くして周波数をさらに高くすることも可能となる。   Also in the embodiment shown in FIG. 7, the frequency is 1 kHz (period T4 is 1 msec), but the frequency can be further increased. However, since it is necessary to ensure that at least 100 μsec of the output increase period 32 can be ensured, it is necessary to set it to less than 10 kHz at the maximum. Naturally, the upper limit of the frequency is also defined by the required length of the high output period 33. If the requirement for the extinction ratio can be relaxed, the output light 14 and the intermediate output level 39 in the low output period 31 can be further increased, and the output rise period 32 can be made shorter than 100 μsec to further increase the frequency. Become.

図６に示したパターン信号１１ｂを用いてレーザー変調を行った別の実施例を図８に示す。本実施例では増幅用光ファイバ６の条長を４０ｍとし、低出力期間３１の出力光１４を１００ｍＷ、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗとするパターン信号１１ｂを用いて、１ｋＨｚの周波数でパルス発振を行っている。ここで、デューティ比を１／３、つまり高出力期間３３を３３３μｓｅｃに設定し、出力上昇期間３２を２６７μｓｅｃとしている。図８は、このようなパターン信号１１ｂを用いて、高出力期間３３の出力光１４を５Ｗから２０Ｗまでの値に設定したときの出力波形を示している。   FIG. 8 shows another embodiment in which laser modulation is performed using the pattern signal 11b shown in FIG. In this embodiment, the length of the amplification optical fiber 6 is set to 40 m, the pattern signal 11b is set so that the output light 14 in the low output period 31 is 100 mW, and the output light 14 in the intermediate output level 39 is 1 W at a frequency of 1 kHz. Pulse oscillation is performed. Here, the duty ratio is set to 1/3, that is, the high output period 33 is set to 333 μsec, and the output rise period 32 is set to 267 μsec. FIG. 8 shows an output waveform when the output light 14 in the high output period 33 is set to a value from 5 W to 20 W using such a pattern signal 11b.

図８に示す結果より、出力上昇期間３２を２６７μｓｅｃ以上とし、中間出力レベル３９における出力光１４を１Ｗとすることで、５Ｗから２０Ｗの広い出力範囲でサージパルスを発生させることなく矩形波の出力光１４が得られることが確認できた。   From the result shown in FIG. 8, the output rising period 32 is set to 267 μsec or more, and the output light 14 at the intermediate output level 39 is set to 1 W, thereby generating a rectangular wave without generating a surge pulse in a wide output range from 5 W to 20 W. It was confirmed that light 14 was obtained.

上記結果より、ステップ状のパターン信号１１に代えて、所定期間の出力上昇期間を有するパターン信号１１ａ又は１１ｂを用いることで、サージパルスを伴わない矩形波の出力光１４を得ることができる。また、パターン信号１１ｂの中間出力レベル３９を適切に設定することにより、サージパルスを伴わないより高出力の矩形波の出力光１４を得ることができる。   From the above result, the rectangular-wave output light 14 without a surge pulse can be obtained by using the pattern signal 11a or 11b having an output increase period of a predetermined period instead of the stepped pattern signal 11. Further, by appropriately setting the intermediate output level 39 of the pattern signal 11b, it is possible to obtain a higher-output rectangular wave output light 14 without a surge pulse.

なお、高出力レベル３７は、以上の実施形態に示した出力範囲に限られない。たとえば高出力レベル３７が１００ｍＷ程度のファイバレーザにおいても、低出力レベルを所定の閾値（たとえば１ｍＷ程度）に設定し、必要に応じて中間出力レベルも設定することで、増幅用ファイバの一部に一定の反転分布状態を与え、上記実施形態と同様にサージパルスを抑制することができる。   The high output level 37 is not limited to the output range shown in the above embodiment. For example, even in a fiber laser having a high output level 37 of about 100 mW, a low output level is set to a predetermined threshold (for example, about 1 mW), and an intermediate output level is also set as necessary. A constant inversion distribution state is provided, and surge pulses can be suppressed as in the above embodiment.

本発明の別の実施形態に係るファイバレーザー変調装置の概略の構成を図９に示す。同図に示すファイバレーザー変調装置５１は、図１に示したファイバレーザー変調装置１のファイバ出力部８の下流側に波長変換素子であるＳＨＧ素子５２を追加したものである。   FIG. 9 shows a schematic configuration of a fiber laser modulation device according to another embodiment of the present invention. The fiber laser modulation device 51 shown in the figure is obtained by adding an SHG element 52 as a wavelength conversion element to the downstream side of the fiber output unit 8 of the fiber laser modulation device 1 shown in FIG.

ＳＨＧ素子５２は、非線形光学結晶を用いて第二高調波を発生させる手段であり、例えばファイバ出力部８から波長１０６４ｎｍの出力光１４を入力すると、波長５３２ｎｍの緑色光を発生させる。すなわち、ＳＨＧ素子５２を用いることで、入力光の波長を半分の長さにしてエネルギーを２倍にすることができる。   The SHG element 52 is a means for generating a second harmonic using a nonlinear optical crystal. For example, when the output light 14 having a wavelength of 1064 nm is input from the fiber output unit 8, green light having a wavelength of 532 nm is generated. That is, by using the SHG element 52, the wavelength of the input light can be halved and the energy can be doubled.

ＳＨＧ素子５２には、１Ｗ程度以上の高い光入力で用いられるバルク型のもの（バルク型波長変換素子）と、それ以下の比較的低い光入力レベルで用いられる導波路型のもの（導波路型波長変換素子）がある。上記実施形態に示すような、高出力レベル３７が１Ｗ程度以上のファイバレーザについてはバルク型波長変換素子が好適であり、高出力レベル３７が１Ｗ程度以下、たとえば１００ｍＷ程度のファイバレーザについては、導波炉型波長変換素子が適している。   The SHG element 52 includes a bulk type element (bulk type wavelength conversion element) used at a high optical input of about 1 W or more and a waveguide type element (waveguide type) used at a relatively low optical input level below that. Wavelength conversion element). As shown in the above embodiment, a bulk type wavelength conversion element is suitable for a fiber laser having a high output level 37 of about 1 W or more, and a fiber laser having a high output level 37 of about 1 W or less, for example, about 100 mW, is guided. A wave reactor type wavelength conversion element is suitable.

ＳＨＧ素子５２は、入力光の出力（Pinとする）と出力光の出力（Poutとする）との間に図１０に示すような次式の関係の特性を有している。
Pout∝Pin２
上式より、Pinが十分小さい場合には、Poutはほとんどゼロとみなせる。そこで、Poutが実質的にゼロとみなせるPinの上限をPin0としたとき、Pin0を前記閾値に用いることができる。前記閾値をこのように設定したとき、ファイバレーザー変調装置５１は、出力光１４の高出力期間３３でのみ緑色光を発生するようになる。 The SHG element 52 has a characteristic represented by the following equation as shown in FIG. 10 between the output of input light (referred to as Pin) and the output of output light (referred to as Pout).
Pout∝Pin 2
From the above formula, when Pin is sufficiently small, Pout can be regarded as almost zero. Therefore, Pin0 can be used as the threshold value when Pin0 is the upper limit of Pin that can be regarded as substantially zero Pout. When the threshold value is set in this way, the fiber laser modulator 51 generates green light only in the high output period 33 of the output light 14.

上記のPinとPoutとの関係を用いて、ＳＨＧ素子５２により低出力期間３１の出力光１４に対する制約を緩和する方法を以下に説明する。ＳＨＧ素子５２の出力側における低出力レベルPout-Lの高出力レベルPout-Hに対する比を消光比として、これをPout-L/Pout-H、および、-10log10(Pout-L/Pout-H) (dB)で定義し、入力側においても同様に、低出力レベルPin-Lの高出力レベルPin-Hに対する消光比を、Pin-L/Pin-H、および、-10log10(Pin-L/Pin-H) (dB)と定義し、ＳＨＧ素子５２の入出力側における消光比の関係について説明する。 A method of relaxing the restriction on the output light 14 in the low output period 31 by the SHG element 52 using the relationship between Pin and Pout will be described below. The ratio of the low output level Pout-L to the high output level Pout-H on the output side of the SHG element 52 is taken as the extinction ratio, and this is expressed as Pout-L / Pout-H and -10 log 10 (Pout-L / Pout-H ) (dB), and on the input side as well, the extinction ratio of the low output level Pin-L to the high output level Pin-H is Pin-L / Pin-H and -10log 10 (Pin-L / Pin-H) (dB) and the relationship of the extinction ratio on the input / output side of the SHG element 52 will be described.

上記のPinとPoutとの関係式よりPout-L/Pout-H=(Pin-L/Pin-H)2、あるいはPout-L/Pout-H)1/2=Pin-L/Pin-Hを満足する。すなわち、出力側の消光比は入力側の消光比の自乗で表される、あるいは入力側の消光比は出力側の消光比の平方根で表される、ことを意味している。 From the relational expression between Pin and Pout, Pout-L / Pout-H = (Pin-L / Pin-H) 2 or Pout-L / Pout-H) 1/2 = Pin-L / Pin-H Satisfied. That is, the output-side extinction ratio is expressed by the square of the input-side extinction ratio, or the input-side extinction ratio is expressed by the square root of the output-side extinction ratio.

そこで、ＳＨＧ素子５２の出力側でPoutが実質的にゼロであるとみなされる出力レベルを、要求される消光比が満たされる出力レベルであるとしたとき、上記の関係を用いることで、ＳＨＧ素子５２の入力側での消光比、すなわちファイバ出力部８の消光比が、要求される消光比の平方根で表わされる程度でよいことになる。例えば、要求される消光比を対数表記で２０ｄＢとしたとき、ファイバ出力部８における消光比はその平方根である１０ｄＢでよいことになる。このように、ＳＨＧ素子５２を用いることで、ファイバ出力部８における消光比に対する要求を緩和することが可能となる結果、低出力期間３１や中間出力レベル３９における出力光１４を高くすることが可能となり、サージパルスを発生させにくい条件をさらに容易に設定することができる。   Therefore, assuming that the output level at which the output Pout is considered to be substantially zero on the output side of the SHG element 52 is an output level that satisfies the required extinction ratio, the SHG element The extinction ratio at the input side of 52, that is, the extinction ratio of the fiber output unit 8 is only required to be expressed by the square root of the required extinction ratio. For example, when the required extinction ratio is 20 dB in logarithmic notation, the extinction ratio in the fiber output unit 8 may be 10 dB which is the square root. As described above, by using the SHG element 52, it is possible to relax the requirement for the extinction ratio in the fiber output unit 8, and as a result, it is possible to increase the output light 14 in the low output period 31 and the intermediate output level 39. Thus, it is possible to more easily set conditions that make it difficult to generate a surge pulse.

このことはまた、ＳＨＧ素子５２の出力側における消光比の要求条件によって、サージパルスを防ぐために必要とされる入力側における消光比、および低出力レベルに対する閾値が決まり、それによってパターン信号１１として１１ａあるいは１１ｂを適宜選択可能であることを示している。   This also means that the extinction ratio requirement on the output side of the SHG element 52 determines the extinction ratio on the input side required to prevent the surge pulse and the threshold for the low output level, so that the pattern signal 11 is 11a. Alternatively, 11b can be selected as appropriate.

本発明のさらに別の実施形態のファイバレーザー変調装置として、図１に示したファイバレーザー変調装置１、または図９に示したファイバレーザー変調装置５１において、第二のＦＢＧ７を温度補償パッケージに収納させる構造としたものがある。   As a fiber laser modulation device of still another embodiment of the present invention, the second FBG 7 is housed in a temperature compensation package in the fiber laser modulation device 1 shown in FIG. 1 or the fiber laser modulation device 51 shown in FIG. There is a structure.

波長を弁別する第二のＦＢＧ７を前記温度補償パッケージに収納させることで、第二のＦＢＧ７を通過してファイバ出力部８に到達する出力光１４の波長を安定化させることが可能となる。さらに、第二のＦＢＧ７の温度を制御することにより、これを通過する出力光１４の波長を可変にすることも可能である。   By accommodating the second FBG 7 for discriminating the wavelength in the temperature compensation package, it is possible to stabilize the wavelength of the output light 14 that passes through the second FBG 7 and reaches the fiber output unit 8. Furthermore, by controlling the temperature of the second FBG 7, the wavelength of the output light 14 passing through it can be made variable.

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係るファイバレーザーの変調方法及び変調装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態におけるファイバレーザーの変調方法及び変調装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   Note that the description in the present embodiment shows an example of a fiber laser modulation method and modulation apparatus according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the fiber laser modulation method and modulation apparatus in this embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施形態に係るファイバレーザー変調装置１の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fiber laser modulation device 1 according to an embodiment of the present invention. 従来のパターン信号１１の一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the conventional pattern signal 11. FIG. 従来のパターン信号１１を用いたときのサージパルス２５を伴った出力光１４の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output light 14 with the surge pulse 25 when the conventional pattern signal 11 is used. 本発明の低出力期間、出力上昇期間及び高出力期間の３期間からなるパターン信号１１ａの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the pattern signal 11a which consists of 3 periods of the low output period of this invention, an output rise period, and a high output period. 本発明のパターン信号１１ａを用いたときの出力光１４ａの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output light 14a when using the pattern signal 11a of this invention. 本発明の別の形状を有するパターン信号１１ｂの一実施例を示す図である。It is a figure which shows one Example of the pattern signal 11b which has another shape of this invention. 本発明の別のパターン信号１１ｂを用いたときの出力光１４ｂの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output light 14b when another pattern signal 11b of this invention is used. 本発明の別のパターン信号１１ｂを用いたときの出力光１４ｂの別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the output light 14b when another pattern signal 11b of this invention is used. 本発明の別の実施形態に係るファイバレーザー変調装置５１の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the fiber laser modulation apparatus 51 which concerns on another embodiment of this invention. ＳＨＧ素子５２の出力特性の一例を示す図である。5 is a diagram illustrating an example of output characteristics of an SHG element 52. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１、５１・・・ファイバレーザー変調装置
２・・・パターン発生器
３・・・半導体レーザー（ＬＤ）
４・・・ＴＦＢ
５・・・第一のＦＢＧ
６・・・増幅用光ファイバ
７・・・第二のＦＢＧ
８・・・ファイバ出力部（コリメータ）
１１、１１ａ、１１ｂ・・・パターン信号
１２・・・ＬＤ出力光
１３・・・増幅光
１４・・・出力光
２１・・・アイドリング期間
２２・・・出力期間
２３、２４・・・出力レベル
２５・・・サージパルス
３１・・・低出力期間
３２・・・出力上昇期間
３３・・・高出力期間
３４・・・出力低下期間
３５・・・低出力レベル
３６、４０・・・上昇出力レベル
３７・・・高出力レベル
３８・・・下降出力レベル
３９・・・中間出力レベル
４１・・・出力光の低出力レベル
４２・・・出力光の高出力レベル
５２・・・ＳＨＧ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 51 ... Fiber laser modulator 2 ... Pattern generator 3 ... Semiconductor laser (LD)
4 ... TFB
5 ... First FBG
6: Optical fiber for amplification 7: Second FBG
8 ... Fiber output section (collimator)
11, 11a, 11b ... pattern signal 12 ... LD output light 13 ... amplified light 14 ... output light 21 ... idling period 22 ... output periods 23, 24 ... output level 25 ... Surge pulse 31 ... Low output period 32 ... Output rise period 33 ... High output period 34 ... Output drop period 35 ... Low output levels 36, 40 ... Rise output level 37 ... High output level 38 ... Lower output level 39 ... Intermediate output level 41 ... Low output level 42 of output light ... High output level 52 of output light ... SHG element

Claims (11)

増幅用光ファイバへの励起光を変調して所定の出力光を出力させるファイバレーザーの変調方法であって、
前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成し、
前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、
前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、
前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルとの間で所定の上昇率で上昇させ、
前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降させる
ことを特徴とするファイバレーザーの変調方法。 A fiber laser modulation method for modulating a pumping light to an amplification optical fiber and outputting a predetermined output light,
Forming an input pattern of the excitation light at an output level of four periods of a low output period, an output increase period, a high output period and an output decrease period;
The output level of the high output period is a predetermined high output level determined so that the output light matches a predetermined required output level,
The output level of the low output period is a predetermined low output level determined to be greater than zero and the output light is equal to or less than a predetermined threshold,
Increasing the output level of the output increase period at a predetermined increase rate between the low output level and the high output level,
The fiber laser modulation method, wherein the output level during the output reduction period is lowered at a predetermined reduction rate between the high output level and the low output level. 前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記高出力レベルまで一定の上昇率で上昇させる、ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザーの変調方法。   2. The fiber laser modulation method according to claim 1, wherein the output level during the output increase period is increased at a constant increase rate from the low output level to the high output level. 3. 前記低出力レベルより高くかつ前記高出力レベルより低い所定の中間出力レベルを設け、前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルから前記中間出力レベルまで一定の上昇率で上昇させ、前記出力上昇期間終了時に前記中間出力レベルから前記高出力レベルまでステップ状に上昇させる、ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザーの変調方法。   A predetermined intermediate output level that is higher than the low output level and lower than the high output level is provided, and the output level of the output increase period is increased at a constant rate from the low output level to the intermediate output level, and the output 2. The fiber laser modulation method according to claim 1, wherein at the end of the rising period, the fiber laser is stepped up from the intermediate output level to the high output level. 前記出力光をＳＨＧ素子（Second Harmonic Generation：第二高調波発生素子）に入力させることにより、前記出力光の波長を１／２にするとともに前記低出力期間における出力レベルを実質的にゼロとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のファイバレーザーの変調方法。   By inputting the output light to an SHG element (Second Harmonic Generation), the wavelength of the output light is halved and the output level in the low output period is substantially zero. The fiber laser modulation method according to claim 1, wherein the fiber laser is modulated. 前記出力光は、略矩形の波形を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファイバレーザーの変調方法。   The fiber laser modulation method according to claim 1, wherein the output light has a substantially rectangular waveform. 前記出力光は、前記低出力期間、前記出力上昇期間、前記高出力期間及び前記出力低下期間を１周期とするパルス光であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のファイバレーザーの変調方法。   6. The output light according to claim 1, wherein the output light is pulsed light having one cycle of the low output period, the output increase period, the high output period, and the output decrease period. A modulation method of the fiber laser described in 1. 励起光を出力するポンプ光源と、
前記ポンプ光源からの前記励起光を通過させる一方、逆方向からの増幅光を反射する第 一のＦＢＧ(Fiber Bragg Grating)と、
前記第一のＦＢＧを通過して入力した前記励起光により励起されて所定波長の増幅光を出力する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバから出力される前記増幅光の一部を通過させ残りを反射する第二のＦＢＧと、
前記第二のＦＢＧを通過した前記増幅光を外部に出力するファイバ出力部と、
前記ポンプ光源を変調して励起光の入力パターンを形成するパターン発生器とを備えるファイバレーザー変調装置であって、
前記パターン発生器は、前記励起光の入力パターンを低出力期間、出力上昇期間、高出力期間及び出力低下期間の４期間の出力レベルで形成するものであり、
前記高出力期間の出力レベルを、前記出力光が所定の要求出力レベルに一致するよう決定された所定の高出力レベルとし、
前記低出力期間の出力レベルを、ゼロより大きくかつ前記出力光が所定の閾値以下となるよう決定された所定の低出力レベルとし、
前記出力上昇期間の出力レベルを、前記低出力レベルと前記高出力レベルの間で所定の上昇率で上昇するものとし、
前記出力低下期間の出力レベルを、前記高出力レベルと前記低出力レベルとの間で所定の低下率で下降するものとする
ことを特徴とするファイバレーザー変調装置。 A pump light source for outputting excitation Okoshiko,
A first FBG (Fiber Bragg Grating) that transmits the excitation light from the pump light source and reflects amplified light from the opposite direction;
An amplifying optical fiber that is excited by the pumping light input through the first FBG and outputs amplified light of a predetermined wavelength;
A second FBG that passes a part of the amplified light output from the optical fiber for amplification and reflects the rest;
A fiber output unit for outputting the amplified light that has passed through the second FBG to the outside;
A fiber laser modulator comprising a pattern generator that modulates the pump light source to form an input pattern of excitation light,
The pattern generator is configured to form the input pattern of the excitation light with an output level of four periods of a low output period, an output increase period, a high output period, and an output decrease period,
The output level of the high output period is a predetermined high output level determined so that the output light matches a predetermined required output level,
The output level of the low output period is a predetermined low output level determined to be greater than zero and the output light is equal to or less than a predetermined threshold,
The output level of the output increase period is increased at a predetermined increase rate between the low output level and the high output level,
The fiber laser modulation device characterized in that the output level during the output reduction period decreases at a predetermined reduction rate between the high output level and the low output level . ＳＨＧ素子をさらに備え、
前記ファイバ出力部からの出力光を前記ＳＨＧ素子に入力し、前記出力光の１／２の波長を有し前記低出力期間における出力レベルが実質的にゼロとなる光を出力することを特徴とする請求項７に記載のファイバレーザー変調装置。 Further comprising an SHG element;
The output light from the fiber output unit is input to the SHG element, and light having a wavelength half that of the output light and having an output level substantially zero in the low output period is output. The fiber laser modulator according to claim 7. 前記ポンプ光源は、波長が９００から１０００ｎｍのレーザー光を発生させる半導体レーザーであることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のファイバレーザー変調装置。   9. The fiber laser modulation device according to claim 7, wherein the pump light source is a semiconductor laser that generates laser light having a wavelength of 900 to 1000 nm. 前記増幅用光ファイバは、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｎｄのいずれか一つ以上を添加したダブルクラッドファイバであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のファイバレーザー変調装置。   The fiber laser modulation device according to any one of claims 7 to 9, wherein the amplification optical fiber is a double clad fiber to which any one or more of Yb, Er, and Nd is added. . 前記ＳＨＧ素子からの出力光は、緑色光であることを特徴とする請求項８に記載のファイバレーザー変調装置。   9. The fiber laser modulation device according to claim 8, wherein the output light from the SHG element is green light.
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