JP6831782B2 - パルスレーザ装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置の模式的な構成図である。図1に示すように、パルスレーザ装置100は、シード光源部10と、制御部20と、プリアンプ30と、ブースターアンプ40と、出力部50と、シード光源部10とプリアンプ30とブースターアンプ40と出力部50とをそれぞれ接続するシングルモード光ファイバ60、70、80とを備えている。パルスレーザ装置100は出力部50からパルスレーザ光PL1を出力する。
DFBレーザストライプ11a−1〜11a−nは、各DFBレーザストライプに備えられた回折格子の間隔を互いに異ならせることにより、出力レーザ光の波長が1550nm帯(たとえば1530nm〜1570nm)の範囲でたとえば3.5〜4nmの間隔で相違するように構成されている。
図6は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置の変形例1を説明する図である。本変形例1に係るパルスレーザ装置は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置100におけるシード光源部10、制御部20をそれぞれシード光源部10A、制御部20Aに置き換えたものである。
図7は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置の変形例2を説明する図である。本変形例2に係るパルスレーザ装置は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置100におけるシード光源部10、制御部20をそれぞれシード光源部10B、制御部20Bに置き換えたものである。
図8は、ブースターアンプの構成例2を示す模式的な構成図である。図8に示すブースターアンプ40Aは、図5に示すブースターアンプ40において、モード変換部43をモード変換部43Aに置き換え、光増幅ファイバ44を光増幅ファイバ44Aに置き換え、モード変換部45を削除した構成を有する。また、本構成例2では、出力部50は光増幅ファイバ44Aに接続されている。
図9は、実施の形態1に係るパルスレーザ装置の変形例3を説明する図である。本変形例3に係るパルスレーザ装置では、実施の形態1に係るパルスレーザ装置100における集積型半導体レーザ素子11を半導体レーザ素子ユニット11Aに置き換えたものである。
図11は、実施の形態2に係るパルスレーザ装置の模式的な構成図である。図11に示すように、パルスレーザ装置200は、シード光源部10と、制御部220と、プリアンプ230と、ブースターアンプ40と、出力部50と、シード光源部10とプリアンプ230とブースターアンプ40と出力部50とをそれぞれ接続するシングルモード光ファイバ60、70、80と、プリアンプ230の後段であって、シングルモード光ファイバ70の途中に設けられた光バンドパスフィルタ90と、を備えている。パルスレーザ装置200は出力部50からパルスレーザ光PL3を出力する。
図13は、半導体光増幅器11dから出力されるパルスレーザ光PL4の時間波形を示す図である。符号RTはDFB駆動電流S1およびSOA駆動電流S2のパルス変調の繰り返し時間である。繰り返し時間RTは1sから1μsオーダーであり、0.1μs以上程度である。すなわち、繰り返し周波数としては1Hzから1MHzオーダーであり、10MHz以下程度である。符号PW1はDFB駆動電流S1のパルス幅であり、パルス幅PW1はたとえば10ns〜100nsである。符号PW2はSOA駆動電流S2のパルス幅であり、パルス幅PW2はたとえば0.1ns〜2nsである。したがって、DFB駆動電流S1の変調パルス幅が、SOA駆動電流S2の変調パルス幅よりも大きく設定されている。なお、パルスレーザ光PL4のパルス幅はSOA駆動電流S2のパルス幅と略同じであるので、以下ではパルス幅PW2で表す。また、符号PPはDFBレーザストライプの緩和振動によるサージ状のプリパルスである。
図19は、実施の形態2に係るパルスレーザ装置の変形例1を説明する図である。本変形例1に係るパルスレーザ装置は、実施の形態2に係るパルスレーザ装置200におけるシード光源部10、制御部220をそれぞれシード光源部10A、制御部220Aに置き換えたものである。
図20は、実施の形態2に係るパルスレーザ装置の変形例2を説明する図である。本変形例2に係るパルスレーザ装置は、実施の形態2に係るパルスレーザ装置200におけるシード光源部10、制御部220をそれぞれシード光源部10B、制御部220Bに置き換えたものである。
図21は、実施の形態2に係るパルスレーザ装置の変形例3を説明する図である。本変形例3に係るパルスレーザ装置では、実施の形態2に係るパルスレーザ装置200における集積型半導体レーザ素子11を半導体レーザ素子ユニット11Aに置き換えたものである。
11c MMI光合波器
11d 半導体光増幅器
21、21A−1〜21A−n、221、221A−1〜221A−n DFB駆動部
22、222 SOA駆動部
23−1〜23−n、223−1〜223−n スイッチ部
25、225 出力一定制御部
30、230 プリアンプ
40、40A ブースターアンプ
43、43A、45 モード変換部
44、44A、233 光増幅ファイバ
100、200 パルスレーザ装置
220 制御部
223 励起光源駆動部
PL1、PL2、PL3、PL4 パルスレーザ光
S 駆動電流
S1 DFB駆動電流
S2 SOA駆動電流
S3 励起光源駆動電流
Claims (23)
- 単一波長のレーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を受け付けて該レーザ光を増幅して出力する半導体光増幅器と、
前記半導体レーザ素子にパルス変調された半導体レーザ素子駆動電流を供給する半導体レーザ素子駆動部と、前記半導体光増幅器にパルス変調された半導体光増幅器駆動電流を供給する半導体光増幅器駆動部と、を有する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記半導体レーザ素子駆動電流のパルス変調と前記半導体光増幅器駆動電流のパルス変調とを、前記半導体レーザ素子駆動電流の変調パルス幅の時間的な中心と前記半導体光増幅器駆動電流の変調パルス幅の時間的な中心とが一致するように同期させ、
前記半導体レーザ素子駆動電流の変調パルス幅が、前記半導体光増幅器駆動電流の変調パルス幅よりも大きい、
ことを特徴とするパルスレーザ装置。 - 前記半導体光増幅器から出力されたレーザ光を受け付けて該レーザ光を増幅して出力する光ファイバ増幅器をさらに備え、
前記光ファイバ増幅器は、誘導放出による光増幅作用を有する光増幅ファイバと、前記光増幅ファイバに供給する励起光を出力する励起光源とを備え、
前記制御部は、前記励起光源にパルス変調された励起光源駆動電流を供給する励起光源駆動部をさらに備え、前記半導体レーザ素子駆動電流のパルス変調と前記半導体光増幅器駆動電流のパルス変調と前記励起光源駆動電流のパルス変調とを同期させることを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ装置。 - 前記励起光源駆動電流の変調パルス幅が、前記半導体レーザ素子駆動電流の変調パルス幅及び前記半導体光増幅器駆動電流の変調パルス幅よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体光増幅器から出力されたパルスレーザ光が、前記光ファイバ増幅器における光励起状態の期間の後半に該光ファイバ増幅器に入力されるように、前記半導体光増幅器駆動電流のパルス変調と前記励起光源駆動電流のパルス変調とを同期させることを特徴とする請求項2または3に記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体光増幅器から出力されたパルスレーザ光がオフ状態となると略同時に、前記光ファイバ増幅器における光励起状態がオフ状態になるように、前記半導体光増幅器駆動電流のパルス変調と前記励起光源駆動電流のパルス変調とを同期させることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記励起光源駆動電流の変調パルス幅が、前記光ファイバ増幅器の緩和時間よりも長いことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記励起光源駆動電流の変調パルス幅が短い程、前記励起光源駆動電流が大きいことを特徴とする請求項2〜6のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記励起光源駆動電流のパルスのオフ状態の期間よりも前記光ファイバ増幅器の緩和時間が長い場合、前記励起光源駆動部は前記励起光源に所定の値の直流の励起光源駆動電流を供給することを特徴とする請求項2〜7のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記光ファイバ増幅器の後段に設けられ、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長の光を選択的に透過する光バンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項2〜8のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体光増幅器から出力されたレーザ光を受け付けて該レーザ光を増幅して出力する光ファイバ増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ装置。
- 前記光ファイバ増幅器の後段に設けられ、該光ファイバ増幅器から出力されたレーザ光を受け付けて該レーザ光を増幅して出力するブースター光ファイバ増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項2〜10のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記ブースター光ファイバ増幅器は、前記受け付けたレーザ光の有効モード断面積を拡大する有効モード断面積拡大部と、前記有効モード断面積が拡大されたレーザ光を、該有効モード断面積が拡大された状態でシングルモードで伝搬しながら増幅する有効モード断面積拡大光増幅ファイバと、を備えることを特徴とする請求項11に記載のパルスレーザ装置。
- 前記有効モード断面積拡大部は、前記受け付けた、基底モードで伝搬するレーザ光の伝搬モードを高次モードに変換し、前記有効モード断面積拡大光増幅ファイバは、前記高次モードのレーザ光をシングルモードで伝搬しながら増幅することを特徴とする請求項12に記載のパルスレーザ装置。
- 前記ブースター光ファイバ増幅器は、前記有効モード断面積拡大光増幅ファイバが増幅した、高次モードのレーザ光の伝搬モードを基底モードに変換する有効モード断面積縮小部をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載のパルスレーザ装置。
- 前記有効モード断面積拡大部は、前記受け付けた、光ファイバの基底モードで伝搬するレーザ光の伝搬モードをマルチモードに変換し、前記有効モード断面積拡大光増幅ファイバは、前記マルチモードのレーザ光のうち高次モードの成分を漏洩し、基底モードの成分をシングルモードで伝搬しながら増幅することを特徴とする請求項12に記載のパルスレーザ装置。
- 前記出力するレーザ光の波長が互いに異なる複数の前記半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子が出力するレーザ光を合波して前記半導体光増幅器に出力する光合波器とを備えることを特徴とする請求項1または10に記載のパルスレーザ装置。
- 前記出力するレーザ光の波長が互いに異なる複数の前記半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子が出力するレーザ光を合波して前記半導体光増幅器に出力する光合波器とを備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子、前記光合波器、及び前記半導体光増幅器がモノリシックに集積され、集積型半導体レーザ素子を構成していることを特徴とする請求項16に記載のパルスレーザ装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子に駆動電流を供給できるように構成された半導体レーザ素子駆動部と、前記半導体レーザ素子駆動部から前記複数の半導体レーザ素子への駆動電流の供給と停止とを切り替える複数のスイッチ部とを備えることを特徴とする請求項16または18に記載のパルスレーザ装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子に駆動電流を供給できるように構成された複数の半導体レーザ素子駆動部を備えることを特徴とする請求項16または18に記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子は波長可変型半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項1〜20のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体レーザ素子が出力するレーザ光の波長は、前記半導体レーザ素子に供給される駆動電流の大きさで調整されることを特徴とする請求項1〜21のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体光増幅器から出力されたレーザ光の一部の強度をモニタするモニタ部と、前記モニタ部のモニタ結果に基づき、前記半導体光増幅器から出力されたレーザ光の強度が一定になるように前記半導体光増幅器駆動部を制御する出力一定制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項1〜22のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
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