JP5918975B2 - MOPA laser source device and MOPA laser control method - Google Patents

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本発明は、MOPA方式のレーザ光源装置およびレーザ制御方法に関するものである。   The present invention relates to a MOPA laser source device and a laser control method.

MOPA(Master Oscillator and Power Amplifier)方式は、高速変調制御可能な半導体レーザなどを種光源とし、その種光源を有する種レーザ光生成部(以降、MO部と記す)からの低出力の種レーザ光を光増幅部(以降、PA部と記す)で増幅して、高パワーのレーザ光を出射させる高出力レーザ光生成方式である。   The MOPA (Master Oscillator and Power Amplifier) system uses a semiconductor laser capable of high-speed modulation control as a seed light source, and a low-power seed laser beam from a seed laser light generation section (hereinafter referred to as an MO section) having the seed light source. Is a high output laser beam generation system that emits a high power laser beam by amplifying the laser beam by an optical amplification unit (hereinafter referred to as a PA unit).

従来のMOPA方式レーザ光源装置においては、その発振形態を、連続発振状態とパルス発振状態とに切り替えるように構成した場合、後に図6を参照して詳細に説明するように、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力レーザ光の第1ピークパワーが、第2ピークパワー以降のパワーに比べて大きくなることがある。このように連続発振状態からパルス発振状態への切り替え直後に第1ピークパワーの増大が発生すれば、例えばMOPA方式レーザ光源装置をレーザ加工用の光源として使用した場合に、スポットサイズや深さなどの加工状態が第1ピーク照射時と第2ピーク以降の照射時で異なり、均一な加工が困難となるという問題がある。   In the conventional MOPA system laser light source device, when the oscillation mode is configured to be switched between the continuous oscillation state and the pulse oscillation state, the pulse is switched from the continuous oscillation state to the pulse state as will be described in detail later with reference to FIG. The first peak power of the output laser light immediately after switching to the oscillation state may be larger than the power after the second peak power. Thus, if the first peak power increases immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state, for example, when the MOPA laser light source device is used as a light source for laser processing, the spot size, depth, etc. However, there is a problem that uniform processing becomes difficult because the processing state differs between the time of first peak irradiation and the time of irradiation after the second peak.

特許文献1には、パルス発振状態のQスイッチ方式レーザ光源装置の制御に関して、出力レーザ光の被照射体からの反射光のピーク値を一定に揃えるために、反射光をモニタして、その反射光のピーク強度に応じてパルス光の繰り返し周波数を変化させる制御方法が開示されている。しかしながら、特許文献1の制御方法においては、出力レーザ光のピーク毎のパワーの変動を抑えるために、出力レーザ光の繰り返し周波数の複雑な制御が必要になるという問題がある。また、特許文献1の制御方法は、パルス発振のレーザ光源装置に適用されているに過ぎず、MOPA方式レーザ光源装置における連続発振状態からパルス発振状態への発振形態の切り替え、および切り替え時のレーザ光源装置の制御方法については、開示されていない。さらに、特許文献1に記載されているレーザ光源装置の制御方法では、反射したパルスをモニタしてそれをフィードバックすることにより、出力レーザ光の第2パルス以降については制御することが可能であるが、第1パルスを制御することはできない、という問題があった。   In Patent Document 1, regarding the control of a Q-switch type laser light source device in a pulse oscillation state, the reflected light is monitored and reflected in order to keep the peak value of the reflected light from the irradiated body of the output laser light constant. A control method for changing the repetition frequency of pulsed light according to the peak intensity of light is disclosed. However, the control method of Patent Document 1 has a problem that complicated control of the repetition frequency of the output laser light is required in order to suppress fluctuations in power for each peak of the output laser light. Further, the control method of Patent Document 1 is only applied to a pulse oscillation laser light source device, and switching of an oscillation mode from a continuous oscillation state to a pulse oscillation state in a MOPA laser light source device and a laser at the time of switching are performed. A method for controlling the light source device is not disclosed. Furthermore, in the control method of the laser light source device described in Patent Document 1, it is possible to control the second and subsequent pulses of the output laser light by monitoring the reflected pulse and feeding it back. There was a problem that the first pulse could not be controlled.

一方特許文献2には、Qスイッチと利得媒質とを有するQスイッチ方式レーザ光源装置の発振形態を連続発振状態からパルス発振状態に切り替える際に、Qスイッチの休止間隔を連続発振状態の継続時間に応じて変化させ、パルス発振状態に切替えた直後の出力レーザ光の第1ピークパワーを抑制する制御方法が開示されている。この制御方法によれば、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後のパルス光の第1ピークの尖塔値と、第2ピーク以降のパルス光の尖塔値を揃えることができる。   On the other hand, in Patent Document 2, when switching the oscillation mode of a Q switch type laser light source device having a Q switch and a gain medium from a continuous oscillation state to a pulse oscillation state, the Q switch pause interval is set to the continuous oscillation state duration. A control method for suppressing the first peak power of the output laser light immediately after switching to the pulse oscillation state is disclosed. According to this control method, the spire value of the first peak of the pulsed light immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulsed oscillation state and the spire value of the pulsed light after the second peak can be made uniform.

しかしながら、このような特許文献2の制御方法をMOPA方式レーザ光源装置に転用した場合、連続発振状態からパルス発振状態へ切り替えた直後の出力レーザ光パルスの第1ピーク間隔(Qスイッチの休止間隔にあたる)が、第2ピーク以降のピーク間隔と比べて2倍程度も異なってしまうことがある。その場合、MOPA方式レーザ光源装置をレーザ加工に適用する際には、加工機側の加工タイミングと前記MOPA方式レーザ光源装置の出力レーザ光の出射タイミングとを合わせるためのパルス間隔の制御を行わなければならない。しかしながら、このようなパルス間隔の制御は複雑とならざるを得ず、そのため尖頭値が揃った出力レーザ光を得るための条件の設定に時間や手間を要するという問題があった。   However, when such a control method of Patent Document 2 is diverted to the MOPA laser light source device, the first peak interval of the output laser light pulse immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state (corresponding to the Q switch pause interval). ) May differ by about twice as much as the peak interval after the second peak. In that case, when the MOPA laser light source device is applied to laser processing, the pulse interval must be controlled to match the processing timing on the processing machine side with the emission timing of the output laser light of the MOPA laser light source device. I must. However, such control of the pulse interval has to be complicated, and there is a problem that it takes time and labor to set conditions for obtaining output laser light with uniform peak values.

特開平8−43532号公報JP-A-8-43532 特開2003−110176号公報JP 2003-110176 A

従来の一般的なMOPA方式レーザ制御方法の問題点について、図6を参照して説明する。このMOPA方式レーザ光源装置のMO部およびPA部はそれぞれ励起光源を備えた構成になっており、図6には、MO部に入力する励起光のパワーと、MO部からの種レーザ光の出力平均パワーと、MO部からの種レーザ光の出力パターンと、PA部に入力する励起光と、PA部の利得媒体の反転分布状態と、出力レーザ光のパワーとの関係を示している。   Problems of a conventional general MOPA laser control method will be described with reference to FIG. The MO unit and PA unit of this MOPA laser light source device are each provided with an excitation light source. FIG. 6 shows the power of excitation light input to the MO unit and the output of seed laser light from the MO unit. The figure shows the relationship between the average power, the output pattern of the seed laser light from the MO section, the excitation light input to the PA section, the inversion distribution state of the gain medium in the PA section, and the power of the output laser light.

従来のMOPA方式レーザ制御方法においては、MO部からの種レーザ光を時間平均したパワーは、パルス発振状態か連続発振状態かの発振形態によらず、常に一定値となるように設定されていた。
この場合、図6に示すように、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後のPA部の反転分布率は、パルス発振状態における定常状態での反転分布率よりも高くなる(図6(A))。そのため、パルス発振状態に切り替えた直後のパルスレーザ光の第1ピークパワーが、パルス発振状態における定常時のピークパワーよりも大きくなってしまう(図6(B))。その後、定常時よりも大きいピークパワーのパルスレーザ光が出射されることによって、PA部の反転分布率は定常状態の反転分布率よりも低くなり(図6(C))、その結果、第2ピークパワーは、定常時のピークパワーよりも小さくなってしまう。そして、このような動作が数回行われた後、PA部の利得媒質の反転分布状態が定常パルス発振時のパルス出力直後の反転分布状態と同じになる(図6(D))。
したがって、従来のMOPA方式レーザ光源装置では、連続発振からレーザ発振に切り替えてから、PA部の利得媒質の反転分布状態がパルス発振定常時の反転分布状態と同じになって、出力レーザ光のピークパワーが揃うまでに長時間を要するという問題があった。
なお、従来のMOPA方式レーザ制御装置では、PA部からの出力光を時間平均したパワーが、発振形態によらずに常に一定になるように制御されている。
In the conventional MOPA laser control method, the time-averaged power of the seed laser light from the MO unit is always set to a constant value regardless of the oscillation mode of the pulse oscillation state or the continuous oscillation state. .
In this case, as shown in FIG. 6, the inversion distribution rate of the PA section immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state is higher than the inversion distribution rate in the steady state in the pulse oscillation state (FIG. 6 (A )). For this reason, the first peak power of the pulse laser beam immediately after switching to the pulse oscillation state becomes larger than the peak power at the steady state in the pulse oscillation state (FIG. 6B). Thereafter, the pulsed laser beam having a peak power larger than that in the steady state is emitted, so that the inversion distribution rate of the PA portion becomes lower than the inversion distribution rate in the steady state (FIG. 6C). The peak power becomes smaller than the peak power at the steady state. Then, after such an operation is performed several times, the inversion distribution state of the gain medium in the PA section becomes the same as the inversion distribution state immediately after the pulse output during steady pulse oscillation (FIG. 6D).
Therefore, in the conventional MOPA system laser light source device, after switching from continuous oscillation to laser oscillation, the inversion distribution state of the gain medium in the PA section becomes the same as the inversion distribution state at the time of steady pulse oscillation, and the peak of the output laser light There was a problem that it took a long time to get power.
In the conventional MOPA laser control apparatus, the power obtained by averaging the output light from the PA unit with time is controlled so as to be always constant regardless of the oscillation mode.

上述のように、発振形態をパルス発振と連続発振とに切り替えるようにした従来のMOPA方式のレーザ光源装置においては、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力パルスレーザ光の第1ピークパワーが、第2ピーク以降のピークパワーより大きくなり、その結果、例えば前記レーザ光源装置をレーザ加工用光源として使用すれば、スポットサイズや深さなどの加工状態が、第1ピーク照射時と第2ピーク以降の照射時とで異なり、均一な加工が困難となるという問題が生じていたのである。   As described above, in the conventional MOPA laser light source device in which the oscillation mode is switched between pulse oscillation and continuous oscillation, the first peak of the output pulse laser beam immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state As a result, if the laser light source device is used as a light source for laser processing, for example, the processing state such as spot size and depth is the same as that at the time of the first peak irradiation. Unlike the case of irradiation after the second peak, there is a problem that uniform processing becomes difficult.

本発明は、上述の事情を背景としてなされたもので、任意のタイミングでパルス発振状態と連続発振状態とに切り替えることができるようにしたMOPA方式のレーザ光源装置において、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力レーザ光の第1ピークパワーを適切に制御する方法および装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in the context of the above-described circumstances, and in a MOPA laser light source device that can be switched between a pulse oscillation state and a continuous oscillation state at an arbitrary timing, a pulse oscillation state is changed from a continuous oscillation state to a pulse oscillation state. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for appropriately controlling the first peak power of the output laser beam immediately after switching to.

本発明者らは、MOPA方式レーザ光源装置の発振形態を連続発振状態からパルス発振状態に切り替える際の、パルス発振の条件(出力パワーや繰り返し周波数)に応じて、連続発振状態におけるMO部からの種レーザ光の平均パワーを変化させることによって、前記課題を解決することとした。   The present inventors changed the oscillation form of the MOPA laser light source device from the MO unit in the continuous oscillation state according to the pulse oscillation conditions (output power and repetition frequency) when switching the oscillation form from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state. The problem was solved by changing the average power of the seed laser beam.

すなわち本発明の第1の態様によるMOPA方式レーザ光源装置は、種レーザ光を生成するための種レーザ光源と、種レーザ光を増幅するための光増幅器と、種レーザ光源を制御するための制御部とを有し、制御部により、種レーザ光源におけるパルス発振状態と連続発振状態の切り替えを制御するとともに、パルス発振状態と連続発振状態とで種レーザ光の平均パワーを異ならせるように制御する構成としたことを特徴とするものである。   That is, the MOPA type laser light source device according to the first aspect of the present invention includes a seed laser light source for generating seed laser light, an optical amplifier for amplifying the seed laser light, and control for controlling the seed laser light source. The control unit controls the switching between the pulse oscillation state and the continuous oscillation state in the seed laser light source, and controls the average power of the seed laser light to be different between the pulse oscillation state and the continuous oscillation state. It is characterized by having a configuration.

第1の態様のMOPA方式レーザ光源装置によれば、パルス発振状態と連続発振状態とで、光増幅器に入射される種レーザ光の平均パワーを異ならせるように制御することにより、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力パルスレーザ光の第1ピークパワーを適切に制御することができる。
但し、第1の態様のMOPA方式レーザ光源装置は、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後からピークパワーが揃ったパルスレーザ光を出力させるためだけに適用されるものではない。すなわち、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の第1ピークパワーを、パルス発振状態の定常状態におけるピークパワーよりも大きくしたり、あるいは、逆に小さくする必要がある場合にも適用することができ、それらの場合には、連続発振状態における種レーザ光の平均パワーを、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の目標とする第1ピークパワーに応じて制御すればよい。
According to the MOPA-type laser light source device of the first aspect, by controlling the average power of the seed laser light incident on the optical amplifier to be different between the pulse oscillation state and the continuous oscillation state, It is possible to appropriately control the first peak power of the output pulse laser beam immediately after switching to the pulse oscillation state.
However, the MOPA laser light source device of the first aspect is not applied only to output pulsed laser light with uniform peak power immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state. In other words, the first peak power immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state should also be applied when the peak power in the steady state of the pulse oscillation state needs to be made larger or smaller. In these cases, the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state may be controlled according to the target first peak power immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state.

本発明の第2の態様によるMOPA方式レーザ光源装置は、第1の態様のMOPA方式レーザ光源装置において、種レーザ光の平均パワーの制御により、連続発振からパルス発振に切り替えた直後の光増幅器の利得媒質の反転分布率を定常パルス発振状態のパルス出力直後の光増幅器の利得媒質の反転分布率と略同じになるように制御する構成としたことを特徴とするものである。   The MOPA laser light source apparatus according to the second aspect of the present invention is the same as the MOPA laser light source apparatus according to the first aspect, except that the optical amplifier immediately after switching from continuous oscillation to pulse oscillation is controlled by controlling the average power of the seed laser beam. The inversion distribution ratio of the gain medium is controlled to be substantially the same as the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state.

第2の態様のMOPA方式レーザ光源装置では、連続発振からパルス発振に切り替えた直後の光増幅器の利得媒質の反転分布率が、定常パルス発振状態のパルス出力直後の光増幅器の利得媒質の反転分布率と等しくなるように制御することによって、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えるときのパルス間隔が、定常状態のパルス発振時のパルス間隔と同じであっても、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後からピークパワーが揃ったパルスレーザ光を出射させることができる。   In the MOPA laser light source device of the second aspect, the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier immediately after switching from continuous oscillation to pulse oscillation is the inversion distribution of the gain medium of the optical amplifier immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state. By controlling to be equal to the rate, even if the pulse interval when switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state is the same as the pulse interval during steady-state pulse oscillation, the continuous oscillation state is changed to the pulse oscillation state. Immediately after switching, pulsed laser light with uniform peak power can be emitted.

本発明の第3の態様によるMOPA方式レーザ光源装置は、第2の態様のMOPA方式レーザ光源装置において、パルス発振状態における種レーザ光の平均パワーよりも、連続発振状態における種レーザ光の平均パワーが高くなるように制御する構成としたことを特徴とするものである。   The MOPA laser light source apparatus according to the third aspect of the present invention is the MOPA laser light source apparatus according to the second aspect, wherein the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state is higher than the average power of the seed laser light in the pulse oscillation state. It is characterized by having a configuration in which control is performed so as to increase.

第3の態様のMOPA方式レーザ光源装置では、パルス発振状態における種レーザ光の平均パワーよりも、連続発振状態における種レーザ光の平均パワーが高くなるように制御されるため、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後からピークパワーが揃ったパルスレーザ光を出力させることができる。
なおここで、第3の態様として記載している制御を実施するに当たっては、実際上は、連続発振状態の反転分布率と定常パルス発振状態のパルス出力直後の反転分布率が近づくように、事前に連続発振状態の種光の平均パワーが調べられて、それに基づいて、種レーザ光の平均パワーが設定されている。このように種レーザ光の平均パワーが予め設定されたパワーに調整されていることによって、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えたときにおける、レーザ光の第1パルスが出射される直前の反転分布は、パルス発振の定常状態においてパルスが出射される直前の反転分布に近づく。
したがって、パルス発振状態から連続発振状態に切り替えた際の光増幅器の利得媒質の反転分布が定常パルス発振時のパルス出力直後の光増幅器の利得媒質の反転分布率と異なっている場合であっても、ピークパワーが揃ったパルス光が出射される。
In the MOPA laser light source device of the third aspect, since the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state is controlled to be higher than the average power of the seed laser light in the pulse oscillation state, the pulse is output from the continuous oscillation state. It is possible to output pulsed laser light having the same peak power immediately after switching to the oscillation state.
Here, in carrying out the control described as the third aspect, in practice, the inversion distribution rate in the continuous oscillation state and the inversion distribution rate immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state are approximated in advance. Then, the average power of the seed light in the continuous oscillation state is checked, and the average power of the seed laser light is set based on the average power. Thus, when the average power of the seed laser light is adjusted to a preset power, the inverted distribution immediately before the first pulse of the laser light is emitted when switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state. Approaches the inversion distribution just before the pulse is emitted in the steady state of pulse oscillation.
Therefore, even when the inversion distribution of the gain medium of the optical amplifier when switching from the pulse oscillation state to the continuous oscillation state is different from the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier immediately after the pulse output at the time of steady pulse oscillation Then, pulsed light with uniform peak power is emitted.

本発明の第4の態様によるMOPA方式レーザ光源装置は、第2または第3の態様のMOPA方式レーザ光源装置において、光増幅器で発生して種レーザ光源に戻る自然放出光を検出するためのモニタ部を備え、定常パルス発振状態におけるパルス出力直後のモニタ部での自然放出光の検出レベルと連続発振状態におけるモニタ部での自然放出光の検出レベルとの差が少なくなるように、種レーザ光の平均パワーを制御する構成とされていることを特徴とするものである。   The MOPA type laser light source device according to the fourth aspect of the present invention is the monitor for detecting spontaneous emission light generated in the optical amplifier and returned to the seed laser light source in the MOPA type laser light source device of the second or third aspect. A seed laser beam so that the difference between the detection level of spontaneous emission at the monitor immediately after pulse output in the steady pulse oscillation state and the detection level of spontaneous emission at the monitor in the continuous oscillation state is reduced. The average power is controlled to be controlled.

第4の態様のMOPA方式レーザ光源装置によれば、光増幅器で発生して種レーザ光源に戻る自然放出光(以下、ASE光と記す)を検知して、定常パルス発振状態のパルス出力直後のASE光の検出レベルと連続発振状態におけるASE光の検出レベルとの差が少なくなるように、種レーザ光の平均パワーが制御される。その結果、パルス発振状態と連続発振状態を切り替えても、ピークパワーの揃ったレーザ光を出射することができる。
なおこの第4の態様のMOPA方式レーザ光源装置は、ASE光のパワーがPA部の反転分布率および利得に応じて増減することを利用したものである。
According to the MOPA type laser light source device of the fourth aspect, spontaneous emission light (hereinafter referred to as ASE light) generated by the optical amplifier and returning to the seed laser light source is detected, and immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state. The average power of the seed laser light is controlled so that the difference between the detection level of the ASE light and the detection level of the ASE light in the continuous oscillation state is reduced. As a result, laser light with uniform peak power can be emitted even when the pulse oscillation state and the continuous oscillation state are switched.
The MOPA laser light source device of the fourth aspect utilizes the fact that the power of the ASE light increases or decreases according to the inversion distribution rate and gain of the PA section.

本発明の第5の態様によるMOPA方式レーザ光源装置は、第1の態様〜第4の態様のうちのいずれかのMOPA方式レーザ光源装置において、MOPA方式レーザ光源装置がファイバレーザであることを特徴とするものである。   The MOPA laser light source apparatus according to the fifth aspect of the present invention is the MOPA laser light source apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the MOPA laser light source apparatus is a fiber laser. It is what.

第5の態様のMOPA方式レーザ光源装置によれば、MOPA方式レーザ光源装置がファイバレーザで構成されるため、レーザ加工において微細な印字・加工を行うために、特に出力レーザ光の安定化が必要になった場合でも、ビーム品質が高く、ビームを細く絞りやすい加工用光源に適したレーザ光源装置を提供することができる。   According to the MOPA system laser light source device of the fifth aspect, since the MOPA system laser light source device is composed of a fiber laser, it is necessary to stabilize the output laser light particularly in order to perform fine printing and processing in laser processing. Even in such a case, it is possible to provide a laser light source device suitable for a processing light source that has high beam quality and is easy to narrow and narrow the beam.

さらに、本発明における第6〜第9の態様はMOPA方式レーザ制御方法に関するものである。  Furthermore, the sixth to ninth aspects of the present invention relate to a MOPA laser control method.

本発明の第6の態様のMOPA方式レーザ制御方法は、種光生成部からの種レーザ光を光増幅部で増幅するMOPA方式のレーザ光源装置を用い、パルス光と連続光とを切り替えて出射可能としたレーザ出力において、パルス発振状態と連続発振状態とで、光増幅部に入射される種レーザ光の平均パワーを切り替えることを特徴とするものである。   The MOPA laser control method of the sixth aspect of the present invention uses a MOPA laser light source device that amplifies the seed laser light from the seed light generation section by the light amplification section, and switches between pulsed light and continuous light to be emitted. In the enabled laser output, the average power of the seed laser light incident on the optical amplifying unit is switched between a pulse oscillation state and a continuous oscillation state.

上述の第6の態様のMOPA方式レーザ制御方法によれば、パルス発振状態と連続発振状態とで光増幅部に入射される種レーザ光の平均パワーを切り替えることにより、連続発振状態からパルス発振状態に切り替わった直後の光増幅部の利得を制御し、出力パルスレーザ光の第1ピークパワーを適切に制御することができる。   According to the above-described MOPA laser control method of the sixth aspect, the pulse oscillation state is changed from the continuous oscillation state by switching the average power of the seed laser light incident on the optical amplifier between the pulse oscillation state and the continuous oscillation state. The gain of the optical amplifying unit immediately after switching to can be controlled, and the first peak power of the output pulse laser beam can be appropriately controlled.

本発明の第7の態様によるMOPA方式レーザ制御方法は、第6の態様のMOPA方式レーザ制御方法において、連続発振からパルス発振に切り替えた直後の光増幅部の利得媒質の反転分布率が、定常パルス発振状態のパルス出力直後の光増幅部の利得媒質の反転分布率と略同じになるように、種レーザ光の平均パワーを制御することを特徴とするものである。   The MOPA laser control method according to the seventh aspect of the present invention is the MOPA laser control method according to the sixth aspect, wherein the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifying unit immediately after switching from continuous oscillation to pulse oscillation is constant. The average power of the seed laser beam is controlled so as to be substantially the same as the inversion distribution rate of the gain medium of the optical amplification unit immediately after the pulse output in the pulse oscillation state.

第7の態様のMOPA方式レーザ制御方法によれば、連続発振からパルス発振に切り替えた直後の光増幅部の利得媒質の反転分布率が、定常パルス発振状態のパルス出力直後の光増幅部の利得媒質の反転分布率と略同じになるように制御することにより、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力レーザ光のパルス間隔が定常状態のパルス発振状態のパルス間隔と同じ場合(図1に示すようにt0=tである場合)であっても、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後からピークパワーが揃ったパルスレーザ光を出力させることができる。   According to the MOPA laser control method of the seventh aspect, the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifying unit immediately after switching from continuous oscillation to pulse oscillation is obtained by the gain of the optical amplifying unit immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state. When the pulse interval of the output laser light immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state is the same as the pulse interval in the steady-state pulse oscillation state by controlling so that the inversion distribution ratio of the medium is substantially the same (see FIG. 1 (when t0 = t as shown in FIG. 1), it is possible to output pulsed laser light with uniform peak power immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state.

本発明の第8の態様によるMOPA方式レーザ制御方法は、第7の態様のMOPA方式レーザ制御方法において、パルス発振状態における種レーザ光の平均パワーよりも、連続発振状態における種レーザ光の平均パワーが高くなるように、種レーザ光の平均パワーを切り替えることを特徴とするものである。   The MOPA system laser control method according to the eighth aspect of the present invention is the MOPA system laser control method according to the seventh aspect, wherein the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state is higher than the average power of the seed laser light in the pulse oscillation state. The average power of the seed laser light is switched so as to be high.

第8の態様のMOPA方式レーザ制御方法によれば、パルス発振状態における種レーザ光の平均パワーよりも、連続発振状態における種レーザ光の平均パワーが高くなるように制御することにより、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後からピークパワーが揃ったパルスレーザ光を出力させることができる。
具体的には、図1に示すように、連続発振状態の種レーザ光の平均パワーを高くした分だけ、光増幅器内の利得媒体の反転分布率が下がり、連続発振状態における光増幅器の利得媒体の反転分布率を、パルス発振状態の定常時における各パルスの発振直前の反転分布率に近づけることができる。その結果、パルス発振状態から連続発振状態に切り替えた際の光増幅器の利得媒質の反転分布が定常パルス発振時のパルス出力直後の光増幅器の利得媒質の反転分布率と異なっている場合でも、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力パルスレーザ光の第1ピークパワーを、定常状態の出力レーザ光のピークパワーに近づけることができ、MOPA方式レーザ光源装置からピークパワーの揃った出力レーザ光を得ることができる。
According to the MOPA laser control method of the eighth aspect, by controlling so that the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state is higher than the average power of the seed laser light in the pulse oscillation state, the continuous oscillation state It is possible to output pulsed laser light having the same peak power immediately after switching to the pulse oscillation state.
Specifically, as shown in FIG. 1, the inversion distribution ratio of the gain medium in the optical amplifier is lowered by the amount that the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state is increased, and the gain medium of the optical amplifier in the continuous oscillation state is reduced. Can be approximated to the inversion distribution rate immediately before the oscillation of each pulse in the steady state of the pulse oscillation state. As a result, even if the inversion distribution of the gain medium of the optical amplifier when switching from the pulse oscillation state to the continuous oscillation state is different from the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier immediately after the pulse output during steady pulse oscillation, The first peak power of the output pulse laser beam immediately after switching from the oscillation state to the pulse oscillation state can be brought close to the peak power of the output laser beam in the steady state, and the output laser having the same peak power from the MOPA laser light source device Light can be obtained.

本発明の第9の態様によるMOPA方式レーザ制御方法は、第7または第8の態様のMOPA方式レーザ制御方法において、光増幅部で発生して種レーザ光生成部に戻る自然放出光を検出し、定常パルス発振状態のパルス出力直後の自然放出光のパワーが、連続発振中の自然放出光のパワーと略同じになるように、種レーザ光の平均パワーを制御することを特徴とするものである。   The MOPA laser control method according to the ninth aspect of the present invention is the MOPA laser control method according to the seventh or eighth aspect, wherein the spontaneous emission light generated in the optical amplifying unit and returned to the seed laser light generating unit is detected. The average power of the seed laser beam is controlled so that the power of the spontaneous emission light immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state becomes substantially the same as the power of the spontaneous emission light during continuous oscillation. is there.

第9の態様のMOPA方式レーザ制御方法によれば、光増幅部で発生して種レーザ光生成部に戻ってくるASE光をモニタし、連続発振中のASE光のパワーを定常パルス発振状態のパルス出力直後のASE光のパワーと同じになるように種レーザ光の平均パワーを連続発振中に制御することにより、ASE光のパワーを介して間接的にモニタリングした光増幅部の利得が制御され、種レーザ光の平均パワーを目標値になるように制御することができる。
なお、この制御方法は光増幅部から種レーザ光生成部に戻ってくるASE光のパワーレベルが光増幅部の利得媒体の反転分布状態に応じて増減することを利用したものである。
According to the MOPA laser control method of the ninth aspect, the ASE light generated in the optical amplifying unit and returned to the seed laser light generating unit is monitored, and the power of the ASE light during continuous oscillation is set to the steady pulse oscillation state. By controlling the average power of the seed laser light during continuous oscillation so as to be the same as the power of the ASE light immediately after the pulse output, the gain of the optical amplification unit monitored indirectly through the power of the ASE light is controlled. The average power of the seed laser beam can be controlled to be a target value.
This control method utilizes the fact that the power level of the ASE light returning from the optical amplification unit to the seed laser light generation unit increases or decreases according to the inversion distribution state of the gain medium of the optical amplification unit.

本発明のMOPA方式レーザ光源装置およびレーザ制御方法によれば、パルス発振状態と連続発振状態に切り替え可能としたMOPA方式レーザ光源装置として、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後の出力パルスレーザ光の各パルスのピークパワーを、適切に調整することができる。したがって、本発明を例えばレーザ加工に適用した場合、連続光による加工からパルス光による加工への切り替えの直後に、パルス光のパワー安定化を図るためにパルス間隔の変更が必要になるという問題や、出力パルス光のパワー変動により加工ムラが発生するという問題を解決できる。   According to the MOPA type laser light source device and laser control method of the present invention, the output pulse laser immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state as the MOPA type laser light source device that can be switched between the pulse oscillation state and the continuous oscillation state. The peak power of each pulse of light can be adjusted appropriately. Therefore, when the present invention is applied to, for example, laser processing, immediately after switching from processing using continuous light to processing using pulsed light, it is necessary to change the pulse interval in order to stabilize the power of pulsed light. The problem of uneven machining due to power fluctuations in the output pulse light can be solved.

本発明のMOPA方式レーザ制御方法の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the MOPA system laser control method of this invention. 本発明の第1の実施形態によるMOPA方式レーザ光源装置の全体構成を示す略解図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a MOPA laser light source device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態によるMOPA方式レーザ光源装置の種レーザ光源の構成を示す略解図である。It is a rough solution figure showing composition of a seed laser light source of a MOPA system laser light source device by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態によるMOPA方式レーザ光源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 MOPA system laser light source apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態によるMOPA方式レーザ光源装置における発振形態切り替え信号と、MO部の出力平均パワーと、PA部からのASE光のパワーとの関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the oscillation mode switching signal in the MOPA system laser light source device by the 2nd Embodiment of this invention, the output average power of MO part, and the power of the ASE light from PA part. 従来のMOPA方式レーザ制御方法の概要を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the conventional MOPA system laser control method.

本発明のMOPA方式レーザ制御方法の基本的な原理について、図1を参照して説明する。図1のMOPA方式レーザ光源装置はMO部およびPA部はそれぞれ励起光源を備えた構成になっている。また、従来のMOPA方式レーザ制御方法とわかりやすく比較するため、図6と同様に、図1も、発振形態に応じたMO部に入力する励起光のパワーと、MO部からの種レーザ光の平均パワーと、MO部からの種レーザ光の出力パターンと、PA部に入力する励起光と、PA部の利得媒体の反転分布状態と、出力レーザ光のパワーとの関係を示している。   The basic principle of the MOPA laser control method of the present invention will be described with reference to FIG. The MOPA laser light source device of FIG. 1 has a configuration in which the MO unit and the PA unit each include an excitation light source. For easy comparison with the conventional MOPA laser control method, as in FIG. 6, FIG. 1 also shows the power of the pumping light input to the MO unit according to the oscillation mode and the seed laser light from the MO unit. The figure shows the relationship between the average power, the output pattern of the seed laser light from the MO section, the excitation light input to the PA section, the inversion distribution state of the gain medium in the PA section, and the power of the output laser light.

このMOPA方式レーザ制御方法において、MO部は図3のようなQスイッチング方式を採用しており、音響光学素子に高周波電圧が印加されている間は音響光学素子に回折格子が形成されて回折光が生じる構成となる。そのため、音響光学素子に高周波電圧が印加される間は回折光が生じてその回折光がファイバブラッググレーティングにより反射され、レーザ共振器の中で増幅されていく。本発明においてはMO部から出射される種レーザ光のパルス光と連続光との切り替え制御を音響光学素子によって行い、MO部へ入力する励起光のパワーを変化させる事により、MO光平均パワーの切り替え制御を行う。   In this MOPA laser control method, the MO unit employs a Q switching method as shown in FIG. 3, and a diffraction grating is formed on the acoustooptic device while a high frequency voltage is applied to the acoustooptic device, so that diffracted light is formed. It becomes the structure which occurs. Therefore, diffracted light is generated while a high-frequency voltage is applied to the acoustooptic device, and the diffracted light is reflected by the fiber Bragg grating and amplified in the laser resonator. In the present invention, the acousto-optic device performs switching control between the pulsed light and continuous light of the seed laser light emitted from the MO unit, and by changing the power of the excitation light input to the MO unit, Perform switching control.

前記PA部の励起光がPA部内の利得媒体に入射すれば、PA部の利得媒体における反転分布率が高まり、さらに前記MO部からパルス状の種レーザ光がPA部に入射すれば、PA部から大出力のパルス光が出射される。そのパルス光が出射された後は、励起光の入射により利得媒体の反転分布率が大出力のパルス光出射前の反転分布率に戻る。   If the excitation light of the PA part is incident on the gain medium in the PA part, the inversion distribution ratio in the gain medium of the PA part is increased, and if the pulsed seed laser light is incident on the PA part from the MO part, the PA part A high output pulsed light is emitted from. After the pulse light is emitted, the inversion distribution rate of the gain medium returns to the inversion distribution rate before emission of the high-power pulse light by the incidence of the excitation light.

図1に示すMOPA方式レーザ制御方法において、出力レーザ光の制御を連続発振からパルス発振に切り替えた後の出力レーザ光の第1パルスのピークレベルを、定常パルス発振状態における出力レーザ光のパルスのピークレベルと合わせるためには、種レーザ光の制御をパルス発振から連続発振に切り替えるときに、MO部の励起光のパワーを一定量だけ高める。その増加した励起光のパワーにより、出力レーザ光の第1ピーク出射直前のPA部の利得媒質の反転分布率が、パルス発振の定常状態のピーク出射直前の反転分布率と略同じになるように調整される。
この制御手法はMO部の励起光のパワーを高めることにより、MO部の種レーザ光の出力平均パワーが増え、前記PA部の利得媒質の反転分布率が下がることを利用している。
出力レーザ光の第1パルスのピークレベルを、定常状態における出力レーザ光のパルスのピークレベルと合わせるために必要な励起光パワーの設定値は、MO部から出射される種レーザ光の制御が連続発振からパルス発振に切り替わるまでの時間間隔をt0、定常状態における種レーザ光のパルスの時間間隔をtとすると、t0とtとの時間差に応じた値が予め内蔵メモリに格納されており、制御に応じて適宜設定される。
In the MOPA laser control method shown in FIG. 1, the peak level of the first pulse of the output laser light after the control of the output laser light is switched from continuous oscillation to pulse oscillation, and the pulse level of the output laser light in the steady pulse oscillation state. In order to match the peak level, when the control of the seed laser light is switched from pulse oscillation to continuous oscillation, the power of the excitation light of the MO unit is increased by a certain amount. Due to the increased pumping light power, the inversion distribution ratio of the gain medium in the PA section immediately before the first peak emission of the output laser light is substantially the same as the inversion distribution ratio immediately before the peak emission in the steady state of pulse oscillation. Adjusted.
This control method uses the fact that the output average power of the seed laser beam of the MO unit increases and the inversion distribution rate of the gain medium of the PA unit decreases by increasing the power of the excitation light of the MO unit.
The setting value of the pumping light power necessary to match the peak level of the first pulse of the output laser beam with the peak level of the pulse of the output laser beam in the steady state is a continuous control of the seed laser beam emitted from the MO unit. Assuming that the time interval from the oscillation to the pulse oscillation is t0 and the time interval of the seed laser light pulse in the steady state is t, a value corresponding to the time difference between t0 and t is stored in advance in the built-in memory. It is set appropriately according to

このようなMOPA方式レーザ光源装置を用いることにより、図1に示すように、連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後のPA部の利得媒体内の反転分布率が、パルス発振直後の第1ピークと第2ピーク以降とで極めて近くなり、第1ピークからピークパワーの揃った出力レーザ光を得ることができる。   By using such a MOPA system laser light source device, as shown in FIG. 1, the inversion distribution ratio in the gain medium of the PA section immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state is the first after the pulse oscillation. An output laser beam in which the peak is very close to the peak after the second peak and the peak power is uniform from the first peak can be obtained.

なお、PA部の出力平均パワーは、パルス発振、連続発振といった発振形態によらず常に一定となるように制御される。   The output average power of the PA unit is controlled so as to be always constant regardless of the oscillation mode such as pulse oscillation or continuous oscillation.

以下に、本発明の実施の形態について、図2〜図5を参照して以下で説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図2には、本発明の第1の実施形態のMOPA方式レーザ光源装置を示す。このMOPA方式レーザ光源装置は、種レーザ光を生成するための種レーザ光源1と、種レーザ光を増幅するための光増幅器10と、制御部20と、メモリ22と、外部コントローラ24とを有している。
次に、前記のMOPA方式レーザ光源装置の各構成要素について説明する。
FIG. 2 shows a MOPA laser light source apparatus according to the first embodiment of the present invention. This MOPA laser light source device includes a seed laser light source 1 for generating seed laser light, an optical amplifier 10 for amplifying the seed laser light, a control unit 20, a memory 22, and an external controller 24. doing.
Next, each component of the MOPA laser light source device will be described.

種レーザ光源1は本実施形態においてMOPA方式レーザ制御方法のMO部として機能するものであり、その一例を図3に示す。図3に示すように、種レーザ光源1には励起光源2に接続された希土類添加光ファイバ5と、共振器を構成するための要素として、第1ファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating:以下、FBGと記す)3と、第2FBG4と、Qスイッチング動作を行うための音響光学素子(Acousto Optic Modulator:以下、AOMと記す)6とが設けられている。   The seed laser light source 1 functions as an MO unit of the MOPA laser control method in this embodiment, and an example thereof is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the seed laser light source 1 includes a rare earth-doped optical fiber 5 connected to the excitation light source 2 and a first fiber Bragg grating (hereinafter referred to as FBG) as an element for constituting a resonator. 3), a second FBG 4, and an acousto-optic device (hereinafter referred to as AOM) 6 for performing a Q-switching operation.

光増幅器10は、本実施形態においてMOPA方式レーザ制御方法のPA部として機能する。図2に示すように、光増幅器10は増幅用光ファイバ12と、増幅用光ファイバ12に励起光を入射させるための励起LD(Laser Diode)11により構成されている。励起LD11は光学的に増幅用光ファイバ12と接続されている。   The optical amplifier 10 functions as a PA unit of the MOPA laser control method in this embodiment. As shown in FIG. 2, the optical amplifier 10 includes an amplification optical fiber 12 and a pumping LD (Laser Diode) 11 for making the pumping light incident on the amplification optical fiber 12. The excitation LD 11 is optically connected to the amplification optical fiber 12.

制御部20は、種レーザ光の平均パワー制御と、パルス発振状態と連続発振状態との発振形態の切り替え制御を行うために、種レーザ光源1の励起光源2と接続されている。また、制御部20は、出力レーザ光のON/OFF状態の切り替え制御を行うために、光増幅器10の励起LD11とも接続されている。さらに、メモリ22と、外部コントローラ24とも接続されている。   The control unit 20 is connected to the excitation light source 2 of the seed laser light source 1 in order to perform the average power control of the seed laser light and the switching control of the oscillation mode between the pulse oscillation state and the continuous oscillation state. The control unit 20 is also connected to the pumping LD 11 of the optical amplifier 10 in order to perform switching control of the ON / OFF state of the output laser light. Further, the memory 22 and the external controller 24 are also connected.

メモリ22は、図2のMOPA方式レーザ光源装置の構成要素のパルス発振状態および連続発振状態に関する全てのパラメータおよびスケジュールなどのデータを記憶しておくためのものである。また、このメモリ22は、外部コントローラ24を介してユーザからの指示を入力された制御部20に、指示に応じた制御に必要なパラメータおよびデータを出力する。   The memory 22 stores data such as all parameters and schedules relating to the pulse oscillation state and continuous oscillation state of the components of the MOPA laser light source device of FIG. Further, the memory 22 outputs parameters and data necessary for control according to the instruction to the control unit 20 to which the instruction from the user is input via the external controller 24.

メモリ22から任意のタイミングで必要なパラメータを呼び出し、光増幅器10からのパルス発振状態の出力レーザ光の平均パワーと、連続発振状態の出力レーザ光の平均パワーが同じになるように制御を行うため、パルス発振状態と連続発振状態での構成要素に関するパラメータが、予めメモリ22に保存されている。
ここで、ユーザが連続発振状態からパルス発振状態に切り替える際には、パルス発振状態の繰り返し周波数の情報を、連続発振しているときにユーザから情報を受信し、その周波数に応じて種レーザ光の平均パワーを設定することが望ましい。高繰り返し周波数になるほど、CW発振時の反転分布状態に近づいていくので、高繰り返し周波数でパルス駆動を行う場合ほど、CW発振時の平均パワーとパルス駆動時の平均パワーの差は小さくなるように、CW発振時の平均パワーを制御することが望ましい。種レーザ光の平均パワーを切り替える時間を考慮すれば、周波数情報を発振器が受け取るタイミングは、パルス発振に切り替える100μsec以上前であることが望ましい。
Necessary parameters are called from the memory 22 at an arbitrary timing, and control is performed so that the average power of the output laser light in the pulse oscillation state from the optical amplifier 10 is equal to the average power of the output laser light in the continuous oscillation state. Parameters relating to components in the pulse oscillation state and the continuous oscillation state are stored in the memory 22 in advance.
Here, when the user switches from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state, information on the repetition frequency of the pulse oscillation state is received from the user during continuous oscillation, and the seed laser light is received according to the frequency. It is desirable to set the average power. The higher the repetition rate, the closer to the inversion distribution during CW oscillation, so the higher the repetition rate, the smaller the difference between the average power during CW oscillation and the average power during pulse driving. It is desirable to control the average power during CW oscillation. Considering the time for switching the average power of the seed laser light, the timing at which the oscillator receives the frequency information is desirably 100 μsec or more before switching to pulse oscillation.

外部コントローラ24は、MOPA方式レーザ光源装置のユーザが直接、MOPA方式レーザ光源装置を制御するためのユーザインターフェースであり、パルス発振状態と連続発振状態との切り替え信号や、出力レーザ光のON/OFF状態の指示信号、さらに出力レーザ光のパワーの設定に関する信号を制御部20に出力する。   The external controller 24 is a user interface for a user of the MOPA laser light source device to directly control the MOPA laser light source device. The external controller 24 is a signal for switching between a pulse oscillation state and a continuous oscillation state, and ON / OFF of the output laser light. A state instruction signal and a signal related to the setting of the power of the output laser beam are output to the control unit 20.

続いて、図2に示したMOPA方式レーザ光源装置の動作について説明する。
図2のMOPA方式レーザ光源装置においては、外部コントローラ24から、出力レーザ光をON状態とするための指示信号と、パルス発振状態か連続発振状態の切り替え信号が制御部20に入力されれば、これら2つの信号が種レーザ光源1の励起光源2に入力される。励起光源2からの励起光は、切り替え信号に従い、所定の値の平均パワーになるように制御され、出射される。前記励起光は、希土類添加光ファイバ5に添加されている希土類元素に吸収され、希土類元素を励起する。励起状態となった希土類元素からの光は希土類添加光ファイバ5を伝搬し、AOM6に入射する。
Next, the operation of the MOPA type laser light source device shown in FIG. 2 will be described.
In the MOPA laser light source device of FIG. 2, if an instruction signal for turning on the output laser beam and a switching signal for switching between a pulse oscillation state and a continuous oscillation state are input from the external controller 24 to the control unit 20, These two signals are input to the excitation light source 2 of the seed laser light source 1. Excitation light from the excitation light source 2 is controlled and emitted so as to have a predetermined average power according to the switching signal. The excitation light is absorbed by the rare earth element added to the rare earth-doped optical fiber 5 and excites the rare earth element. The light from the rare earth element in the excited state propagates through the rare earth-doped optical fiber 5 and enters the AOM 6.

AOM6は、図示しないドライバを介して制御部20により制御されて、高損失な状態と低損失な状態とに切り替えられるように構成されている。AOM6が高損失な状態では、希土類添加光ファイバ5からの光の透過は抑圧され、低損失な状態では光は透過し、第2FBG4に入射する。第2FBG4は第1FBG3に比べて反射率が低いため、AOM6の透過光の一部が第2FBG4で反射され、AOM6を介して再び希土類添加光ファイバ5に入射され、希土類添加光ファイバ5の希土類元素の誘導放出により増幅される。増幅された光は高反射率の第1FBG3により、反射されて再び希土類添加光ファイバ5に入射され、更に増幅される。再度増幅された光はAOM6を介して、第2FBG4に入射され、その入射光の一部が第2FBG4を透過する。   The AOM 6 is configured to be switched between a high loss state and a low loss state by being controlled by the control unit 20 via a driver (not shown). When the AOM 6 is in a high loss state, transmission of light from the rare earth-doped optical fiber 5 is suppressed, and in a low loss state, light is transmitted and enters the second FBG 4. Since the second FBG 4 has a lower reflectance than the first FBG 3, a part of the transmitted light of the AOM 6 is reflected by the second FBG 4 and is incident again on the rare earth-doped optical fiber 5 through the AOM 6, and the rare earth element of the rare earth-doped optical fiber 5 Is amplified by stimulated emission of. The amplified light is reflected by the first FBG 3 having a high reflectivity, is incident on the rare earth-doped optical fiber 5 again, and is further amplified. The light amplified again is incident on the second FBG 4 via the AOM 6, and part of the incident light passes through the second FBG 4.

第1FBG3から第2FBG4までの構成部分はファブリ−ペロー共振器として機能し、AOM6の制御状態に応じて光が増幅され、その増幅された光がMOPA方式レーザ光源装置の種レーザ光として第2FBG4から出射される。AOM6が、制御部20により低損失な状態と高損失な状態とを周期的に繰り返すように制御される場合には、第2FBGから出力される種レーザ光はパルス光となり、低損失な状態を維持するように制御される場合には、種レーザ光は連続光となる。   The components from the first FBG 3 to the second FBG 4 function as a Fabry-Perot resonator, light is amplified according to the control state of the AOM 6, and the amplified light is used as seed laser light for the MOPA laser light source device from the second FBG 4 Emitted. When the AOM 6 is controlled by the control unit 20 so as to periodically repeat a low loss state and a high loss state, the seed laser light output from the second FBG becomes pulse light, and the low loss state is maintained. When controlled to maintain, the seed laser light becomes continuous light.

したがって、制御部20から前記発振形態切り替え信号が入力された種レーザ光源1は、その切り替え信号を前記のAOM6のドライバに送り、切り替え信号の内容に従ってAOM6を制御して、パルス光か連続光のいずれかの形態の種レーザ光を出射する。   Therefore, the seed laser light source 1 to which the oscillation mode switching signal is input from the control unit 20 sends the switching signal to the driver of the AOM 6 and controls the AOM 6 according to the content of the switching signal, so that pulse light or continuous light is transmitted. Either form of seed laser light is emitted.

種レーザ光源1からの種レーザ光は光増幅器10の増幅用光ファイバ12に入射される。増幅用光ファイバ12は励起元素が添加されているコア部と、そのコア部を被覆するクラッド部と、そのクラッド部を被覆する樹脂クラッド部とを有するダブルクラッドファイバから構成される。前記コア部は、光増幅器10に入射した種レーザ光をシングルモード光として伝搬させ、コア部およびクラッド部から出射される励起光をマルチモード光として伝搬させる。増幅用光ファイバ12に入射された励起LD11からの励起光は、コア部を伝搬する際に一部が励起元素に吸収されて、励起元素が励起される。反転分布率が高められた励起元素では、前記コア部を伝搬する種レーザ光により誘導放出が生じ、この誘導放出により増幅用光ファイバ12から高パワーの光が出射される。   The seed laser light from the seed laser light source 1 is incident on the amplification optical fiber 12 of the optical amplifier 10. The amplification optical fiber 12 is composed of a double clad fiber having a core portion to which an excitation element is added, a clad portion covering the core portion, and a resin clad portion covering the clad portion. The core part propagates the seed laser light incident on the optical amplifier 10 as single mode light, and propagates the excitation light emitted from the core part and the clad part as multimode light. A part of the excitation light from the excitation LD 11 incident on the amplification optical fiber 12 is absorbed by the excitation element when propagating through the core, and the excitation element is excited. In the excitation element having an increased inversion distribution rate, stimulated emission is generated by the seed laser light propagating through the core, and high-power light is emitted from the amplification optical fiber 12 by this stimulated emission.

光増幅器10の励起LD11は、発振形態がパルス発振か、連続発振かのいずれの場合においても、一定の出力パワーの連続光を出力する。すなわち、光増幅器10はパルス光か、連続光かのいずれかの種レーザ光を一定の増幅率で増幅する。   The pumping LD 11 of the optical amplifier 10 outputs continuous light with a constant output power regardless of whether the oscillation mode is pulse oscillation or continuous oscillation. That is, the optical amplifier 10 amplifies the seed laser light, which is either pulsed light or continuous light, at a constant amplification factor.

次に、このMOPA方式レーザ光源装置の発振形態がパルス発振から連続発振に切り替えられる場合の動作について説明する。
先ず、外部コントローラ24からは、制御部20に発振形態切り替え信号が入力され、制御部20はメモリ22から連続発振の制御に必要なデータを呼び出す。次に、制御部20は種レーザ光源1の励起光源2の出力パワーを切り替え、かつAOM6が低損失な状態を保つようにAOM6のドライバを制御する。前記の種レーザ光源1の平均パワーは、上述のように連続発振状態の光増幅器10の利得媒質の反転分布率と、パルス発振状態のパルス光出射直前の光増幅器10の利得媒質の反転分布率との関係から決定され、メモリ22に保存されているデータをもとに制御部20で決定される。
Next, the operation when the oscillation mode of the MOPA laser light source device is switched from pulse oscillation to continuous oscillation will be described.
First, an oscillation mode switching signal is input from the external controller 24 to the control unit 20, and the control unit 20 calls up data necessary for continuous oscillation control from the memory 22. Next, the control unit 20 switches the output power of the excitation light source 2 of the seed laser light source 1 and controls the driver of the AOM 6 so that the AOM 6 maintains a low loss state. As described above, the average power of the seed laser light source 1 is the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier 10 in the continuous oscillation state and the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier 10 immediately before the emission of the pulsed light in the pulse oscillation state. Is determined by the control unit 20 based on the data stored in the memory 22.

続いて、このMOPA方式レーザ光源装置の発振形態が連続発振からパルス発振に切り替えられる場合の動作について説明する。
先ず、外部コントローラ24からは、制御部20に発振形態切り替え信号が入力され、制御部20はメモリ22からパルス発振制御に必要なデータを呼び出す。次に、制御部20は種レーザ光源1の励起光源2の出力パワーをパルス発振定常時の値に切り替え、AOM6が低損失な状態と高損失な状態とを周期的に繰り返すようにAOM6のドライバを制御する。前述のように連続発振状態に種レーザ光の出力平均パワーが切り替えられていたことにより、連続発振からパルス発振に切り替えた直後の光増幅器10の増幅用光ファイバ12の反転分布率は、パルス発振定常時におけるパルス出力直後の増幅用光ファイバ12の反転分布率と極めて近い状態になっており、第1ピークと第2ピーク以降の出力レーザ光出射直前の反転分布率が略同じになる。
このようなレーザ制御方法により、MOPA方式レーザ光源装置からは連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後から、ピークパワーの揃ったパルス状の出力レーザ光が出射される。
Next, the operation when the oscillation mode of the MOPA laser light source device is switched from continuous oscillation to pulse oscillation will be described.
First, an oscillation mode switching signal is input from the external controller 24 to the control unit 20, and the control unit 20 calls data necessary for pulse oscillation control from the memory 22. Next, the control unit 20 switches the output power of the excitation light source 2 of the seed laser light source 1 to a value at the time of steady pulse oscillation, and the driver of the AOM 6 so that the AOM 6 periodically repeats a low loss state and a high loss state. To control. As described above, since the output average power of the seed laser light is switched to the continuous oscillation state, the inversion distribution ratio of the amplification optical fiber 12 of the optical amplifier 10 immediately after switching from the continuous oscillation to the pulse oscillation is the pulse oscillation. The inversion distribution rate of the amplification optical fiber 12 immediately after the pulse output at a constant time is very close to the inversion distribution rate immediately before output laser light emission after the first peak and the second peak.
With such a laser control method, the MOPA laser light source device emits pulsed output laser light with uniform peak power immediately after switching from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state.

図4に、本発明の第2の実施形態のMOPA方式レーザ光源装置の構成を示す。なお、図4において、図2に示したMOPA方式レーザ光源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. 4 shows the configuration of a MOPA laser light source apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those in the MOPA system laser light source device shown in FIG.

図4のMOPA方式レーザ光源装置は、図2に示すMOPA方式レーザ光源装置の種レーザ光源1と光増幅器10との間に、種レーザ光源1に戻るASE光の光量を測定するためのモニタ部30を、光結合器32を介して設けたものである。モニタ部30には、光量を測定する機能を有するPDなどの受光デバイスを用いる。
モニタ部30は制御部20と接続されており、ASE光の光量の測定値を制御部20に入力される。
4 is a monitor unit for measuring the amount of ASE light returning to the seed laser light source 1 between the seed laser light source 1 and the optical amplifier 10 of the MOPA laser light source apparatus shown in FIG. 30 is provided via an optical coupler 32. The monitor unit 30 uses a light receiving device such as a PD having a function of measuring the amount of light.
The monitor unit 30 is connected to the control unit 20, and a measurement value of the light amount of ASE light is input to the control unit 20.

次に、図4のMOPA方式レーザ光源装置の動作と機能について説明する。
前記ASE光は、増幅用光ファイバ12内において発生し、光増幅器10からMOPA方式レーザ光源装置のレーザ出射の方向にも、また種レーザ光源1に向かう方向にも伝搬する。このASE光のパワーは、増幅用光ファイバ12における励起元素の反転分布率の変化に伴って増減するため、モニタ部30を用いて間接的に増幅用光ファイバ12の反転分布率および利得の状態をモニタすることができる。この原理を利用して、光増幅器10から種レーザ光源1に戻ってくるASE光をモニタ部30でモニタしておき、モニタ部30で検出した光量が所定の値になるように、制御部20により連続発振状態の種レーザ光源1の種レーザ光の出力平均パワーを調整する。
Next, the operation and function of the MOPA laser light source device of FIG. 4 will be described.
The ASE light is generated in the amplification optical fiber 12 and propagates from the optical amplifier 10 to the laser emission direction of the MOPA laser light source device and also to the seed laser light source 1. Since the power of the ASE light increases and decreases with a change in the inversion distribution rate of the excitation element in the amplification optical fiber 12, the inversion distribution rate and the gain state of the amplification optical fiber 12 indirectly using the monitor unit 30. Can be monitored. Using this principle, the ASE light returning from the optical amplifier 10 to the seed laser light source 1 is monitored by the monitor unit 30, and the control unit 20 is configured so that the amount of light detected by the monitor unit 30 becomes a predetermined value. To adjust the output average power of the seed laser light of the seed laser light source 1 in the continuous oscillation state.

図5は、第2の実施形態におけるパルス発振と連続発振の発振形態切り替え信号と、種レーザ光源1からの種レーザ光の出力平均パワーと、光増幅器10からのASE光のパワーとの関係を示している。MOPA方式レーザ光源装置がパルス発振の状態においては、種レーザ光源1から前記発振形態切り替え信号に従ってパルス光が出射され、光増幅器10に入射する。このとき、種レーザ光源1の時間平均した出力パワーは一定に保たれている。光増幅器10の増幅用光ファイバ12には、励起LD11から一定パワーの励起光が入射するため、増幅用光ファイバ12の利得は増え、定常状態の最大利得に極めて近くなる。この状態で、種レーザ光源1からのパルス状の種レーザ光が増幅用光ファイバ12に入射されれば、光増幅器10から大出力のパルス光が出射され、増幅用光ファイバ12の利得は定常状態における最小利得に戻る。そして、前述の増幅用光ファイバ12の利得の増減量に比例してASE光のパワーも図5のように変動し、その変動量がモニタ部30で検出される。   FIG. 5 shows the relationship between the pulse oscillation and continuous oscillation oscillation mode switching signal, the average output power of the seed laser light from the seed laser light source 1, and the power of the ASE light from the optical amplifier 10 in the second embodiment. Show. When the MOPA laser light source device is in a pulse oscillation state, pulse light is emitted from the seed laser light source 1 in accordance with the oscillation mode switching signal and is incident on the optical amplifier 10. At this time, the time-averaged output power of the seed laser light source 1 is kept constant. Since the pumping light with a constant power is incident on the amplification optical fiber 12 of the optical amplifier 10 from the pumping LD 11, the gain of the amplification optical fiber 12 increases and becomes very close to the maximum gain in the steady state. In this state, if pulsed seed laser light from the seed laser light source 1 is incident on the amplification optical fiber 12, high-power pulse light is emitted from the optical amplifier 10, and the gain of the amplification optical fiber 12 is steady. Return to the minimum gain in the state. Then, the power of the ASE light also varies as shown in FIG. 5 in proportion to the increase / decrease amount of the gain of the amplification optical fiber 12, and the variation amount is detected by the monitor unit 30.

ここで、発振形態がパルス発振から連続発振に切り替われば、図5に示すように、発振形態切り替え信号が制御部20から種レーザ光源1に出力され、種レーザ光源1からは連続光が出射され、光増幅器10に入射する。このとき、連続光の出力平均パワーがパルス発振定常時のパルス光の出力平均パワーより高く制御されるため、光増幅器10の増幅用光ファイバ12の利得は、パルス発振定常時のパルス光出射直後の利得より低くなる(図5(A))。   Here, when the oscillation mode is switched from pulse oscillation to continuous oscillation, an oscillation mode switching signal is output from the control unit 20 to the seed laser light source 1 and continuous light is emitted from the seed laser light source 1 as shown in FIG. And enters the optical amplifier 10. At this time, since the output average power of the continuous light is controlled to be higher than the output average power of the pulsed light when the pulse oscillation is steady, the gain of the optical fiber for amplification 12 of the optical amplifier 10 is immediately after the emission of the pulsed light when the pulse oscillation is steady. (Fig. 5A).

上述のように、種レーザ光源1の連続光の出力平均パワーが高められることにより、光増幅器10の増幅用光ファイバ12の利得が高くなり、光増幅器10からのASE光のパワーも大きくなる(図5(B))。   As described above, the output average power of the continuous light of the seed laser light source 1 is increased, so that the gain of the amplification optical fiber 12 of the optical amplifier 10 is increased and the power of the ASE light from the optical amplifier 10 is also increased ( FIG. 5 (B)).

この時のASE光のパワーの増加量がASE光モニタ部30によって検出されて、それに関する信号が制御部20に出力され、前記増加量に応じて制御部20により、種光レーザ光源1からの連続光の出力平均パワーが制御される(図5(C))。   The amount of increase in the power of the ASE light at this time is detected by the ASE light monitor unit 30, and a signal related thereto is output to the control unit 20, and the control unit 20 outputs the signal from the seed light laser light source 1 according to the increase amount. The output average power of the continuous light is controlled (FIG. 5C).

このような種レーザ光源1からの種レーザ光の出力平均パワーの制御により、光増幅器10からのASE光、および増幅用光ファイバ12の利得は、パルス発振定常時のパルス光出射直後の状態と同じになる(図5(D))。   By controlling the average output power of the seed laser light from the seed laser light source 1 as described above, the ASE light from the optical amplifier 10 and the gain of the optical fiber for amplification 12 are in a state immediately after emission of the pulse light at the time of steady pulse oscillation. It becomes the same (FIG. 5D).

すなわち、上述の制御を行うことにより、図4に示すMOPA方式レーザ光源装置を連続発振状態からパルス発振状態に切り替えた直後から、極めてピークパワーの揃ったパルス光が図4のMOPA方式レーザ光源装置から出射される。   That is, by performing the above-described control, the MOPA laser light source device shown in FIG. 4 has pulse light with extremely uniform peak power immediately after the MOPA laser light source device shown in FIG. 4 is switched from the continuous oscillation state to the pulse oscillation state. It is emitted from.

ASE光モニタ部30で検出する光量は、パルス発振開始から十分な時間が経過した後のパルス出射直後のASE光のパワーになるように制御することが望ましい。なお、ASE光モニタ部30で検出する光量に対して所定値を設定する場合は、前記所定値を定期的にアクティブキャリブレーションしてもよい。あるいは、このMOPA方式レーザ光源装置の駆動開始前に調べておき、メモリ22にデータテーブルなどの形で記録し、適宜制御部20で呼び出してもよい。   The amount of light detected by the ASE light monitoring unit 30 is desirably controlled so as to be the power of the ASE light immediately after pulse emission after a sufficient time has elapsed from the start of pulse oscillation. In the case where a predetermined value is set for the amount of light detected by the ASE light monitor unit 30, the predetermined value may be periodically subjected to active calibration. Alternatively, it may be examined before the start of driving of the MOPA laser light source apparatus, recorded in the memory 22 in the form of a data table or the like, and appropriately called by the control unit 20.

なお、上記のいずれの実施形態のMOPA方式レーザ光源装置においても、種レーザ光源としてLDを用いてもよい。その場合には、LD電流を直接変調することにより、MO部の種レーザ光の制御を行う。   In any of the above-described MOPA laser light source devices, an LD may be used as a seed laser light source. In that case, the seed laser beam of the MO unit is controlled by directly modulating the LD current.

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.

また、本発明のMOPA方式レーザ光源装置は、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 MOPA laser light source 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…種レーザ光源、2…励起光源、3…第1ファイバブラッググレーティング、4…第2ファイバブラッググレーティング、5…希土類添加光ファイバ、6…音響光学素子、10…光増幅器、11…励起半導体レーザ、12…増幅用光ファイバ、20…制御部、22…メモリ、24…外部コントローラ、30…モニタ部、32…光結合器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Seed laser light source, 2 ... Excitation light source, 3 ... 1st fiber Bragg grating, 4 ... 2nd fiber Bragg grating, 5 ... Rare earth addition optical fiber, 6 ... Acoustooptic device, 10 ... Optical amplifier, 11 ... Excitation semiconductor laser , 12 ... Optical fiber for amplification, 20 ... Control unit, 22 ... Memory, 24 ... External controller, 30 ... Monitor unit, 32 ... Optical coupler

Claims (5)

種レーザ光を生成するための種レーザ光源と、前記種レーザ光を増幅するための光増幅器と、該光増幅器で発生して種レーザ光源に戻る自然放出光を検出するためのモニタ部と、種レーザ光源を制御するための制御部とを有し、
前記制御部、種レーザ光源におけるパルス発振状態と連続発振状態の切り替えを制御するとともにパルス発振状態における種レーザ光の平均パワーよりも連続発振状態における種レーザ光の平均パワーが高くなり、且つ定常パルス発振状態におけるパルス出力直後の前記モニタ部での自然放出光の検出レベルと連続発振状態における前記モニタ部での自然放出光の検出レベルとが略同じになるように、連続発振状態の種レーザ光の平均パワーを制御し、
増幅器に入力する励起光のパワーは、パルス発振状態と連続発振状態とで一定である
ことを特徴とするMOPA方式レーザ光源装置。
A seed laser light source for generating seed laser light, an optical amplifier for amplifying the seed laser light, a monitor unit for detecting spontaneous emission light generated by the optical amplifier and returning to the seed laser light source, A control unit for controlling the seed laser light source,
Wherein the control unit controls the switching between the pulse oscillation condition in the seed laser light source and the continuous oscillation state, the average power of the seed laser beam in continuous oscillation state than the average power of the seed laser beam in a pulsed state is high In addition, the continuous oscillation state so that the detection level of spontaneous emission light at the monitor unit immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state is substantially the same as the detection level of spontaneous emission light at the monitor unit in the continuous oscillation state Control the average power of the seed laser
The power of the pumping light input to the optical amplifier is constant in the pulse oscillation state and the continuous oscillation state.
A MOPA-type laser light source device characterized by that .
請求項1に記載のMOPA方式レーザ光源装置において、
前記種レーザ光の平均パワーの制御により、連続発振からパルス発振に切り替えた直後の前記光増幅器の利得媒質の反転分布率を定常パルス発振状態のパルス出力直後の前記光増幅器の利得媒質の反転分布率と略同じになるように制御する構成としたことを特徴とするMOPA方式レーザ光源装置。
The MOPA laser light source device according to claim 1,
By controlling the average power of the seed laser light, the inversion distribution ratio of the gain medium of the optical amplifier immediately after switching from continuous oscillation to pulse oscillation is changed to the inversion distribution of the gain medium of the optical amplifier immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state. A MOPA-type laser light source device that is controlled to be substantially the same as the rate.
請求項1または請求項2に記載のMOPA方式レーザ光源装置において、
前記MOPA方式レーザ光源装置がファイバレーザであることを特徴とするMOPA方式レーザ光源装置。
In the MOPA system laser light source device according to claim 1 or 2 ,
The MOPA type laser light source device is a fiber laser.
種光生成部からの種レーザ光を光増幅部で増幅するMOPA方式のレーザ光源装置を用い、パルス光と連続光とを切り替えて出射可能としたレーザ出力において
ルス発振状態における種レーザ光の平均パワーよりも、連続発振状態における種レーザ光の平均パワーが高くなるように、種レーザ光の平均パワーを切り替え、
前記光増幅部で発生して前記種光生成部に戻る自然放出光を検出し、
定常パルス発振状態のパルス出力直後の自然放出光のパワーが、連続発振中の自然放出光のパワーと略同じになるように、連続発振状態の種レーザ光の平均パワーを制御し、
パルス発振状態と連続発振状態とで光増幅器に入力する励起光のパワーを一定にする
ことを特徴とするMOPA方式レーザ制御方法。
Using a laser light source device of the MOPA system that amplifies the seed laser light from the seed light generation unit by the optical amplification unit, in the laser output that can be emitted by switching between pulsed light and continuous light ,
Than the average power of the seed laser beam in the pulse oscillation state, such that the average power of the seed laser beam in continuous oscillation state is high, switch the average power of the seed laser beam,
Detecting spontaneous emission light generated in the light amplification unit and returning to the seed light generation unit,
Control the average power of the seed laser light in the continuous oscillation state so that the power of the spontaneous emission light immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state is substantially the same as the power of the spontaneous emission light in the continuous oscillation,
Makes the power of the pumping light input to the optical amplifier constant in the pulse oscillation state and the continuous oscillation state.
MOPA type laser control method characterized by.
請求項4に記載のMOPA方式レーザ制御方法において、
連続発振からパルス発振に切り替えた直後の前記光増幅部の利得媒質の反転分布率が、定常パルス発振状態のパルス出力直後の前記光増幅部の利得媒質の反転分布率と略同じになるように、連続発振状態の種レーザ光の平均パワーを制御することを特徴とするMOPA方式レーザ制御方法。
The MOPA laser control method according to claim 4 ,
The inversion distribution rate of the gain medium of the optical amplification unit immediately after switching from continuous oscillation to pulse oscillation is substantially the same as the inversion distribution rate of the gain medium of the optical amplification unit immediately after the pulse output in the steady pulse oscillation state. A MOPA laser control method for controlling the average power of seed laser light in a continuous oscillation state.
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