WO2012099166A1 - レーザ装置 - Google Patents

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WO2012099166A1
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optical amplifier
signal light
fiber optical
light
gain
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徳久　章
稲葉　直人
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株式会社ニコン
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    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0912—Electronics or drivers for the pump source, i.e. details of drivers or circuitry specific for laser pumping
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10007—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
    • H01S3/10015—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by monitoring or controlling, e.g. attenuating, the input signal

Definitions

  • the present invention relates to a laser device that amplifies and outputs signal light by a fiber optical amplifier.
  • a laser apparatus that amplifies and outputs signal light with a fiber optical amplifier is widely used as a light source for, for example, a microscope, a shape measuring apparatus, and an exposure apparatus.
  • the output wavelength of the laser apparatus is set according to the application and function of the apparatus to be incorporated, and a fiber optical amplifier doped with a pumping medium corresponding to the output wavelength is used.
  • a fiber optical amplifier for example, an erbium-doped fiber optical amplifier (EDFA) doped with erbium (Er) in a silica-based optical fiber, and an ytterbium-doped fiber optical amplifier (YDFA) doped with ytterbium (Yb). And the like are known (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the fiber optical amplifier has amplification characteristics corresponding to the laser medium doped in the core.
  • the amplification band of YDFA (ytterbium-doped fiber optical amplifier) is mainly 1030 to 1100 nm.
  • YDFA ytterbium-doped fiber optical amplifier
  • the entrance / exit surface of the fiber or the entrance / exit surface of the wavelength conversion optical element that converts the wavelength of the light emitted from the fiber optical amplifier, etc. may be contaminated with a place other than the amplifying unit of the YDFA in the excited state.
  • spontaneous emission light ASE light: Amplified Spontaneous Emission
  • the amplified light propagating in the fiber and the output light emitted are high in the same manner as described above, and there is a problem that the fiber optical amplifier itself and peripheral optical elements may be damaged.
  • the reflection on the input / output surface of the fiber optical amplifier or the input / output surface of the wavelength conversion optical element that converts the wavelength of the light output from the fiber optical amplifier may cause some reflection outside the amplification unit of the fiber optical amplifier.
  • YDFA When YDFA is excited in the presence of a body, ASE light may be reflected back into the fiber, which may oscillate. As a result, there has been a problem that the fiber optical amplifier itself and peripheral optical elements may be damaged.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser device that can prevent unintended oscillation in a fiber optical amplifier.
  • 1st aspect which illustrates this invention is a laser apparatus, Comprising: The fiber optical amplifier which has a gain in the wavelength band containing signal light, amplifies and emits signal light, and the signal light propagated to a fiber optical amplifier And a control unit that controls the excitation power for exciting the fiber optical amplifier, and the control unit detects the intensity of the signal light detected by the signal light detector below a predetermined signal reference value. Then, the excitation power supplied to the fiber optical amplifier is suppressed.
  • the predetermined signal reference value is a gain of light having a wavelength higher than that of the signal light in the gain distribution of the fiber optical amplifier that increases with a decrease in the intensity of the signal light propagated to the fiber optical amplifier. Is preferably set based on the intensity of the signal light when it becomes equal to the oscillation threshold. In addition, the time until the excitation power is suppressed after the intensity of the signal light detected by the signal light detector is equal to or lower than the predetermined signal reference value is accompanied by a decrease in the intensity of the signal light incident on the fiber optical amplifier.
  • the gain distribution of the rising fiber optical amplifier is preferably set based on the time until the gain of light having a higher gain than the signal light becomes equal to the oscillation threshold.
  • an ASE photodetector that detects light having a wavelength higher than the signal light in the gain distribution of the fiber optical amplifier that is emitted from the fiber optical amplifier is provided, and the control unit is detected by the ASE photodetector. It is preferable that the excitation power is suppressed when the intensity of the spontaneous emission light is equal to or higher than a predetermined ASE reference value.
  • the predetermined ASE reference value is preferably set based on the intensity of spontaneous emission light when the gain of light having a higher gain than the signal light in the fiber optical amplifier is equal to the oscillation threshold.
  • the time until the excitation power is suppressed after the intensity of the spontaneous emission light detected by the ASE photodetector becomes equal to or higher than a predetermined reference value is a wavelength of light having a higher gain than the signal light in the fiber optical amplifier. Is preferably set based on the time until the gain becomes equal to the oscillation threshold.
  • the ASE photodetector is provided on the signal light incident side in the fiber optical amplifier and detects the backward propagating spontaneous emission light toward the incident side of the fiber optical amplifier.
  • a laser apparatus includes a fiber optical amplifier that has a gain in a wavelength band including signal light, amplifies the signal light, and emits the signal light, and a gain of the fiber optical amplifier that emits from the fiber optical amplifier.
  • An ASE photodetector that detects light having a wavelength higher than the signal light in the distribution, and a control unit that controls the pumping power of the fiber optical amplifier, and the control unit detects spontaneous emission detected by the ASE photodetector.
  • the pump power for exciting the fiber optical amplifier is suppressed.
  • the predetermined ASE reference value may be set based on the intensity of the spontaneous emission light when the gain of light having a higher gain than the signal light in the fiber optical amplifier becomes equal to the oscillation threshold.
  • the time until the excitation power is suppressed after the intensity of the spontaneous emission light detected by the ASE photodetector becomes equal to or higher than a predetermined ASE reference value is a wavelength having a gain higher than that of the signal light in the fiber optical amplifier. It is preferable to set based on the time until the light gain becomes equal to the oscillation threshold. Further, it is preferable that the ASE photodetector is provided on the signal light incident side in the fiber optical amplifier and detects the backward propagating spontaneous emission light toward the incident side of the fiber optical amplifier.
  • a signal light detector for detecting the signal light propagated to the fiber optical amplifier is provided, and the control unit is excited when the intensity of the signal light detected by the signal light detector is below a predetermined signal reference value. It is preferable to configure so as to suppress power.
  • the predetermined signal reference value is the oscillation threshold value of the gain of light having a wavelength higher than that of the signal light in the gain distribution of the fiber optical amplifier that increases with a decrease in the intensity of the signal light incident on the fiber optical amplifier.
  • the time until the excitation power is suppressed after the intensity of the signal light detected by the signal light detector is equal to or lower than the predetermined signal reference value is accompanied by a decrease in the intensity of the signal light incident on the fiber optical amplifier.
  • the gain distribution of the rising fiber optical amplifier is preferably set based on the time until the gain of light having a higher gain than the signal light becomes equal to the oscillation threshold.
  • the ASE photodetector is provided on the incident side of the signal light in the fiber optical amplifier, and the fiber optical amplifier is configured to detect the backward propagating spontaneous emission light toward the incident side. Can also.
  • an optical fiber coupler having four ports is provided on the incident side of the fiber optical amplifier, and the signal light, the fiber optical amplifier, the signal photodetector, and the ASE photodetector are connected. It is preferable to configure.
  • the fiber optical amplifier is an ytterbium-doped fiber optical amplifier using ytterbium as an excitation medium, and the wavelength of the signal light is preferably in the 1.06 ⁇ m band.
  • the pumping power is suppressed when the intensity of the signal light incident on the fiber optical amplifier becomes a predetermined signal reference value or less, and the gain of the fiber optical amplifier is reduced. The Therefore, it is possible to provide a laser apparatus that can prevent unintentional oscillation of the fiber optical amplifier due to the incident state of signal light.
  • the excitation power is suppressed even when the intensity of the spontaneous emission light generated by the fiber optical amplifier is equal to or higher than a predetermined ASE reference value.
  • the gain of the amplifier is reduced. Therefore, it is possible to provide a laser device that can prevent unintentional oscillation of the fiber optical amplifier due to spontaneous emission light.
  • the laser device of the second aspect of the present invention when the intensity of the spontaneous emission light generated in the fiber optical amplifier exceeds a predetermined ASE reference value, the excitation power is suppressed and the gain of the fiber optical amplifier is reduced. Is done. Therefore, it is possible to provide a laser device that can prevent unintentional oscillation of the fiber optical amplifier due to spontaneous emission light.
  • the excitation power is suppressed even when the intensity of the signal light incident on the fiber optical amplifier is equal to or lower than a predetermined signal reference value, and the fiber optical amplifier The gain is reduced. Therefore, it is possible to provide a laser apparatus that can prevent unintentional oscillation of the fiber optical amplifier due to the incident state of signal light.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a laser device having a first configuration according to the first aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a simulation result illustrating the time change of the gain in the wavelength 1030 nm band when the signal light is suddenly interrupted in a state where the ytterbium-doped fiber optical amplifier is excited in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an experimental result of observing the suppression state of the excitation current by the involuntary oscillation preventing device in the first aspect of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the laser device of the second configuration mode in the first aspect of the present invention.
  • FIG. 5 is a connection configuration example of an optical fiber coupler in the first aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a connection configuration example using a partial reflection mirror or the like in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating the laser device of the third configuration mode in the second mode of the present invention.
  • FIG. 8 is a simulation result illustrating the time change of the gain in the wavelength 1030 nm band when the signal light is suddenly interrupted in a state where the ytterbium-doped fiber optical amplifier is excited in the second aspect of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a laser device having a fourth configuration form according to the second aspect of the present invention.
  • FIG. 10 shows a connection configuration example of the optical fiber coupler in the second aspect of the present invention.
  • FIG. 11 is a connection configuration example using a partial reflection mirror or the like in the second aspect of the present invention.
  • FIG. 12 shows the experimental results of observing the suppression state of the excitation current by the involuntary oscillation preventing device in the second aspect of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser apparatus 1 having a first configuration according to the first aspect of the present invention.
  • the laser device 1 operates the signal light generation unit 10 that generates signal light, the amplification unit 20 that amplifies and emits the signal light generated by the signal light generation unit, and the operation of the signal light generation unit 10 and the amplification unit 20.
  • a control device 40 to be controlled.
  • the signal light generator 10 is a part that generates the signal light amplified by the amplifier 20, and includes a laser light source 11 such as a semiconductor laser, a bulk solid-state laser, or a fiber laser.
  • a DFB semiconductor laser is used as the laser light source 11, and an external modulator 15 such as an electro-optic modulation element (EOM), an acousto-optic modulation element (AOM), or a semiconductor optical amplifier (SOA) is also provided.
  • EOM electro-optic modulation element
  • AOM acousto-optic modulation element
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the DFB semiconductor laser can be oscillated with CW and pulse, and can control the pulse waveform of the output light at high speed by controlling the current waveform, and can be narrow band in a predetermined wavelength range by controlling the temperature. It is possible to output single-wavelength pulsed light.
  • pulse light having a wavelength of 1064 nm, a repetition frequency of 2 MHz, and an ON time of about 10 nsec is emitted from the laser light source 11, and 1 to 2 nsec is cut out by the external modulator 15 to output pulse light having a short ON time.
  • An example of the configuration will be shown.
  • the external modulator 15 is used in this manner, chirp (frequency modulation) generated when the laser light source 11 is directly pulse-oscillated can be suppressed, and pulsed light close to the Fourier limit can be generated.
  • the signal light generator 10 can output pulsed signal light having a very narrow bandwidth and high monochromaticity.
  • the signal light Ls generated by the signal light generator 10 is incident on the amplifier 20 via the isolator 17.
  • the amplification unit 20 is mainly composed of a fiber optical amplifier 21 that amplifies the signal light Ls.
  • a fiber optical amplifier that amplifies signal light having a wavelength of 1064 nm an ytterbium-doped fiber optical amplifier (YDFA) having a gain in a wavelength band of 1030 to 1100 nm is preferably used.
  • the fiber optical amplifier 21 includes an optical fiber 22 having a core doped with ytterbium (Yb), a pump light source 23 for exciting Yb, a control unit 25 for controlling pumping power supplied to the pump light source 23, and the like.
  • a fiber having a double clad structure is used as the optical fiber 22, the signal light Ls output from the laser light output unit 10 is incident on the core via the pump combiner 24, and is output from the pump light source 23. Excitation light having a wavelength of 976 nm is incident on the first cladding.
  • the control unit 25 is provided with a current source 26 that generates excitation power and a power breaker 55 that interrupts the supply of the generated excitation power to the pump light source 23 at high speed.
  • the optical fiber 22 may be a single-clad fiber, or the amplifier 20 may be configured by connecting a plurality of fiber optical amplifiers in series or in parallel.
  • the control device 40 controls the operation of the signal light generating unit 10 and the amplifying unit 20, and the signal light generated by the signal light generating unit 10 and amplified by the amplifying unit 20 to a power of several W to several tens W (for convenience)
  • the laser device 1 outputs La (referred to as amplified light).
  • an involuntary oscillation preventing device 50 for preventing the fiber optical amplifier 21 from causing unintended oscillation.
  • the involuntary oscillation preventing device 50 ⁇ / b> A of the first configuration form includes a signal light detector 51 that detects the signal light Ls incident on the fiber optical amplifier 21, and a power breaker 55 provided in the control unit 25.
  • the signal light detector 51 is provided on an optical path branched from between the laser light source 11 and the fiber optical amplifier 21.
  • a partial reflection mirror 53 that reflects signal light by about 1 to several percent, a signal light, and the like.
  • a part of the signal light Ls emitted from the signal light generator 10 is input through a melt-stretching type branching coupler or the like that branches about 1 to several percent of the above.
  • the signal light detector 51 is a high-speed infrared light sensor having a band on the order of MHz or higher. For example, a sensor using an InGaAs photodiode can be used.
  • a detection signal from the signal light detector 51 is input to the control unit 25.
  • the control unit 25 instructs the power breaker 55 to suppress power supply to the pump light source 23 when the intensity of the signal light Ls detected by the signal light detector 51 becomes equal to or less than a predetermined signal reference value. And the supply of excitation power from the current source 26 to the pump light source 23 is suppressed.
  • the above-mentioned “signal reference value” is based on the magnitude of the gain in the wavelength 1030 nm band that increases with the intensity of the signal light Ls incident on the optical fiber 22 when the fiber optical amplifier 21 is excited. Is set.
  • the inversion distribution ratio of Yb increases with the decrease in the signal light intensity, and the gain distribution as a whole gains.
  • the gain is higher in the wavelength 1030 nm band than in the wavelength 1064 nm.
  • the increased gain of the wavelength 1030 nm exceeds the oscillation threshold (that is, the one-way gain of the wavelength 1030 nm is higher than that of the fiber optical amplifier 21.
  • the fiber optical amplifier 21 oscillates at 1030 nm.
  • the “signal reference value” is set based on the intensity of the signal light when the gain in the 1030 nm band becomes equal to the oscillation threshold in the gain distribution that increases as the intensity of the signal light Ls incident on the fiber optical amplifier 21 decreases. The For example, it is set equal to or greater than the intensity of the signal light Ls or a value added with a predetermined margin.
  • the signal reference value is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • the time from when the intensity of the signal light Ls detected by the signal light detector 51 becomes equal to or lower than the signal reference value until the excitation power is substantially cut off by the power breaker 55 is a signal incident on the fiber optical amplifier 21.
  • the gain distribution is set based on the time until the gain in the 1030 nm band becomes equal to the oscillation threshold, and is equal to or less than that time, for example, zero to several tenths of that time. Set within.
  • the set time is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • the signal light Ls is incident on the fiber optical amplifier 21 while the power of the signal light Ls incident on the fiber optical amplifier 21 is 0.5 W and the power of the pumping light from the pump light source 23 is 120 W.
  • FIG. 2 shows the simulation result of the time change of the gain in the wavelength 1030 nm band when the signal is suddenly interrupted.
  • the horizontal axis represents the elapsed time from when the incidence of the signal light Ls was interrupted, and the vertical axis represents the gain of light having a wavelength of 1030 nm.
  • the fiber optical amplifier 21 had a length of 3 m, a core diameter of 25 ⁇ m, a cladding diameter of 250 ⁇ m, and the concentration of Yb added to the core was 6.9 ⁇ 10 25 / m 3 .
  • the inversion distribution rate of Yb increases rapidly, and the gain g at a wavelength of 1030 nm increases exponentially with time.
  • the oscillation threshold depends on the amount of reflected light remaining in the fiber optical amplifier 21 and varies depending on the configuration of the fiber optical amplifier. Assuming that the return loss of the fiber optical amplifier 21 is ⁇ 50 dB, oscillation occurs at 1030 nm when the one-way gain exceeds 50 dB. From FIG. 2, it can be seen that oscillation occurs in about 10 ⁇ sec from the time when the signal light Ls is interrupted.
  • the time until the one-way gain of the fiber optical amplifier 21 exceeds the return loss is almost inversely proportional to the power of the pumping light, when the power of the pumping light is larger, oscillation occurs in a shorter time, and When the power is smaller, oscillation takes longer time. If the excitation power is substantially cut off within about 6 to 8 ⁇ sec from when the incident power of the signal light Ls is greatly reduced, the increase of the inversion distribution can be suppressed and the fiber optical amplifier 21 can be prevented from causing unintended oscillation. be able to.
  • the control unit 25 when the detection signal input from the signal light detector 51 becomes equal to or less than the signal reference value, the control unit 25 outputs a command signal for cutting off the power supply to the power breaker 55.
  • the supply of excitation power from the current source 26 to the pump light source 23 is cut off within a few ⁇ sec.
  • the signal light Ls is 1 to 3 ⁇ se corresponding to 2 to 6 light pulses (for example, 2 ⁇ se corresponding to 4 pulses).
  • a configuration in which the supply of excitation power to the pump light source 23 is immediately interrupted when it is not detected is exemplified.
  • Fig. 3 shows the experimental results of observing the interruption state of the excitation current by the involuntary oscillation prevention device.
  • the horizontal axis represents time (1 ⁇ sec / div)
  • the vertical axis represents the excitation power and the light intensity of the signal light Ls.
  • the excitation power to the pump light source 23 is cut off after confirming that it has been interrupted for 2 ⁇ s corresponding to four light pulses, and the time required for the power breaker 55 to cut off the excitation power. Is less than 1 ⁇ sec.
  • the pumping power is increased before the gain of the wavelength 1030 nm rises to the oscillation threshold.
  • the fiber optical amplifier 21 can be prevented from causing unintended oscillation.
  • the laser light source 11 is turned off while the fiber optical amplifier 21 is excited, for example, the laser light source 11 or the external modulator 15 is broken or disconnected, the laser light source 11 and the fiber light amplification.
  • the fiber optical amplifier 21 is prevented from causing unintended oscillation. As a result, it is possible to prevent the constituent members from being damaged.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of the entire laser device 2 including the involuntary oscillation preventing device 50B.
  • the same components as those of the laser device 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the involuntary oscillation preventing device 50B of the second configuration form includes an ASE photodetector 52 that detects light in the wavelength 1030 nm band emitted from the fiber optical amplifier 21 in addition to the involuntary oscillation prevention device 50A of the first configuration form. Configured.
  • a 4-port 2 ⁇ 2 melt-stretching optical fiber coupler 54 as shown in FIG. 5 is provided between the laser light source 11 and the fiber optical amplifier 21.
  • the signal light Ls, the fiber optical amplifier 21, the above-described signal light detector 51, and the ASE light detector 52 are combined.
  • the optical fiber coupler 54 has a branching ratio of 99: 1, for example, branches 1% of the signal light Ls incident from the signal light generating unit 10 side to the signal light detector 51, and is generated by the fiber optical amplifier 21 to be incident side. 1% of the backward propagating spontaneously emitted light (Backward ASE light) that travels to the ASE photodetector 52 can be branched.
  • FIG. 5 illustrates a configuration provided with a bandpass filter BPF that transmits only backward propagation spontaneous emission light having a wavelength of 1030 nm.
  • signal light is generated by using a wavelength-selective partial reflection mirror that transmits 99% of light with a wavelength of 1064 nm (1% reflection) while totally reflects light with a wavelength of 1030 nm.
  • Reflected light having a wavelength of 1064 nm that is incident and reflected from the side of the unit 10 is incident on the signal light detector 51, and ASE light having a wavelength of 1030 nm that is incident and reflected from the side of the amplifying unit 20 is incident on the ASE photodetector 52.
  • You may comprise so that it may be made.
  • a partial reflection mirror 541 that transmits 99% of light with a wavelength of 1064 nm (1% reflection) and a dichroic mirror 542 that transmits light with a wavelength of 1064 nm and reflects light with a wavelength of 1030 nm are combined.
  • An isolator 545 that blocks light in the wavelength 1030 nm band may be provided between the two.
  • the ASE photodetector 52 is a high-speed infrared photodetector having a band on the order of MHz or higher, and for example, a sensor using an InGaAs photodiode can be used.
  • the detection signal of the signal light detector 51 and the detection signal of the ASE light detector 52 are input to the control unit 25.
  • action of the control part 25 based on the detection signal of the signal photodetector 51 is as having explained in full detail in description of 50 A of involuntary oscillation prevention apparatuses of 1st structure form, duplication description is abbreviate
  • the operation of the control unit 25 based on the detection signal of the ASE photodetector 52 will be described.
  • the control unit 25 outputs a command signal for suppressing power supply to the power breaker 55 when the intensity of the ASE light detected by the ASE light detector 52 exceeds a predetermined ASE reference value, and the current source 26 The pumping power supply to the pump light source 23 is cut off.
  • the “ASE reference value” is set based on the intensity of the backward propagation ASE light when the gain of light in the 1030 nm band in the fiber optical amplifier 21 becomes equal to the oscillation threshold. As described above, in the gain distribution of Yb, the gain in the wavelength 1030 nm band is higher than that in the wavelength 1064 nm. If there are any reflectors, the ASE light near 1030 nm emitted by spontaneous emission is reflected by these reflectors, and the feedback level to the amplifier becomes high. As a result, the power level of the ASE light increases.
  • Examples of the reflector outside the fiber optical amplifier 21 include dirt on the incident / exit surface of the optical fiber 22 and the incident / exit surface of a wavelength conversion optical element that converts the wavelength of the amplified light emitted from the fiber optical amplifier 21. Is mentioned. In such a case, the return loss of the fiber amplifier is effectively increased and the oscillation threshold is lowered. When the gain at the wavelength of 1030 nm exceeds the oscillation threshold, the fiber optical amplifier 21 oscillates at 1030 nm.
  • the “ASE reference value” is set based on the intensity of the backward propagation ASE light when the gain of light in the 1030 nm band in the fiber optical amplifier 21 becomes equal to the oscillation threshold, and is equivalent to the intensity of the backward propagation ASE light at that time.
  • it is set to about 1/10 to 1/100.
  • the gain in the wavelength 1030 nm band oscillates until the excitation power is substantially cut off by the power breaker 55. It is set based on the time until it becomes equal to the threshold, and is set to be equal to or less than that time, for example, about a fraction.
  • the ASE reference value is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • FIG. 2 shows the simulation result of the time change of the gain in the wavelength 1030 nm band when the incidence of the signal light Ls suddenly stops when the fiber optical amplifier 21 is excited.
  • the inversion distribution rate of Yb is rapidly increased, and the gain g at the wavelength of 1030 nm increases exponentially with time.
  • the time from when the signal light Ls is interrupted until oscillation is about 10 ⁇ sec when the return loss of the fiber optical amplifier 21 is ⁇ 50 dB.
  • the time until the oscillation starts after exceeding the ASE intensity is as follows: It is about 5 ⁇ sec. Therefore, if the excitation power is substantially cut off within about 2 to 4 ⁇ sec from when the intensity of the backward propagation ASE light becomes equal to or higher than the ASE reference value, the increase of the inversion distribution is suppressed, and the fiber optical amplifier 21 is not oscillated unintentionally. Can be prevented.
  • the time until the excitation power is cut off is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • the control unit 25 when the detection signal input from the ASE photodetector 52 becomes equal to or higher than the ASE reference value, the control unit 25 outputs a command signal for suppressing power supply to the power breaker 55, and the current source The supply of excitation power from 26 to the pump light source 23 is immediately shut off.
  • the time required for the power breaker 55 to suppress the excitation power based on the command signal is less than 1 ⁇ sec. As a result, the excitation power is substantially cut off before the gain at the wavelength of 1030 nm rises to the oscillation threshold, and the fiber optical amplifier 21 can be prevented from unintentionally oscillating.
  • the entrance / exit surface of the optical fiber 22 and the input of the wavelength conversion optical element at the subsequent stage are provided. Even when there is dirt on the emission surface or adhesion of dust, or when there is spontaneously emitted return light reflected from an object to be processed or the like, the optical fiber amplifier 21 causes unintentional oscillation and damages its constituent members. Can be prevented in advance. Furthermore, a laser device with high safety and long-term reliability can be provided with a simple configuration in which the fiber coupler 54, the signal light detector 51, and the ASE photodetector are provided on the incident side of the fiber optical amplifier 21.
  • the wavelength of the signal light Ls is set to a 1060 nm band and the configuration using the ytterbium-doped fiber optical amplifier (YDFA) as the fiber optical amplifier 21 is exemplified, the wavelength of the signal light may be in another band,
  • the fiber optical amplifier may be one doped with another laser medium, such as an erbium-doped fiber optical amplifier (EDFA).
  • FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a laser apparatus 3 of a third configuration form to which the present invention is applied.
  • the laser device 3 operates the signal light generation unit 10 that generates signal light, the amplification unit 20 that amplifies and emits the signal light generated by the signal light generation unit, and the operations of the signal light generation unit 10 and the amplification unit 20.
  • a control device 40 to be controlled.
  • the signal light generator 10 is a part that generates the signal light amplified by the amplifier 20, and includes a laser light source 11 such as a semiconductor laser, a bulk solid-state laser, or a fiber laser.
  • a laser light source 11 such as a semiconductor laser, a bulk solid-state laser, or a fiber laser.
  • FIG. 7 shows a configuration in which a DFB semiconductor laser is used as the laser light source 11 and an external modulator 15 such as an electro-optic modulation element (EOM), an acousto-optic modulation element (AOM), or a semiconductor optical amplifier (SOA) is provided.
  • EOM electro-optic modulation element
  • AOM acousto-optic modulation element
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the DFB semiconductor laser can be oscillated with CW and pulse, and can control the pulse waveform of the output light at high speed by controlling the current waveform, and can be narrow band in a predetermined wavelength range by controlling the temperature. It is possible to output single-wavelength pulsed
  • pulse light having a wavelength of 1064 nm, a repetition frequency of 2 MHz, and an ON time of about 10 nsec is emitted from the laser light source 11, and 1 to 2 nsec is cut out by the external modulator 15 to output pulse light having a short ON time.
  • An example of the configuration will be shown.
  • the external modulator 15 is used in this manner, chirp (frequency modulation) generated when the laser light source 11 is directly pulse-oscillated can be suppressed, and pulsed light close to the Fourier limit can be generated.
  • the signal light generator 10 can output pulsed signal light having a very narrow bandwidth and high monochromaticity.
  • the signal light Ls generated by the signal light generator 10 is incident on the amplifier 20 via the isolator 17.
  • the amplification unit 20 is mainly composed of a fiber optical amplifier 21 that amplifies the signal light Ls.
  • a fiber optical amplifier that amplifies signal light having a wavelength of 1064 nm an ytterbium-doped fiber optical amplifier (YDFA) having a gain in a wavelength band of 1030 to 1100 nm is preferably used.
  • the fiber optical amplifier 21 includes an optical fiber 22 having a core doped with ytterbium (Yb), a pump light source 23 for exciting Yb, a control unit 25 for controlling pumping power supplied to the pump light source 23, and the like.
  • a fiber having a double clad structure is used as the optical fiber 22, the signal light Ls output from the laser light output unit 10 is incident on the core via the pump combiner 24, and is output from the pump light source 23. Excitation light having a wavelength of 976 nm is incident on the first cladding.
  • the control unit 25 is provided with a current source 26 that generates excitation power and a power breaker 55 that interrupts the supply of the generated excitation power to the pump light source 23 at high speed.
  • the optical fiber 22 may be a single-clad fiber, or the amplifier 20 may be configured by connecting a plurality of fiber optical amplifiers in series or in parallel.
  • the control device 40 controls the operation of the signal light generating unit 10 and the amplifying unit 20, and the signal light generated by the signal light generating unit 10 and amplified by the amplifying unit 20 to a power of several W to several tens W (for convenience)
  • the laser device 3 outputs La (referred to as amplified light).
  • the laser device 3 configured in this manner is provided with an involuntary oscillation preventing device 60 (60A) for preventing the fiber optical amplifier 21 from causing unintended oscillation.
  • the involuntary oscillation preventing device 60 ⁇ / b> A of the third configuration form includes an ASE photodetector 52 that detects light in the wavelength 1030 nm band emitted from the fiber optical amplifier 21, and a power breaker 55 provided in the control unit 25. Composed.
  • the ASE light generated by spontaneous emission in the fiber optical amplifier 21 travels forwardly spontaneously emitted light (Forward ASE light) that travels through the optical fiber 22 to the output side of the amplified light and to the incident side of the signal light. There is backscattered spontaneous emission light (Backward ASE light).
  • Forward ASE light forwardly spontaneously emitted light
  • Backward ASE light backscattered spontaneous emission light
  • an ASE photodetector is provided on the optical path branched from the emission side of the optical fiber 22
  • the forward propagation spontaneous emission light is detected, and the ASE photodetector is arranged on the optical path branched from the incident side of the optical fiber 22.
  • it is provided it is possible to detect backward propagation spontaneous emission light.
  • a dichroic mirror 56 that transmits light having a wavelength of 1064 nm and reflects light having a wavelength of 1030 nm is provided between the laser light source 11 and the fiber optical amplifier 21, and the backward propagation reflected by the dichroic mirror 56 is provided.
  • a configuration in which spontaneous emission light is detected by the ASE photodetector 52 is shown. Note that a WDM coupler may be used in place of the dichroic mirror 56.
  • the ASE photodetector 52 is a high-speed infrared photodetector having a band on the order of MHz or higher, and for example, a sensor using an InGaAs photodiode can be used.
  • a detection signal from the ASE photodetector 52 is input to the control unit 25.
  • the control unit 25 outputs a command signal for suppressing power supply to the power breaker 55 when the intensity of the ASE light detected by the ASE light detector 52 exceeds a predetermined ASE reference value, and the current source 26 Is substantially cut off from the supply of excitation power to the pump light source 23.
  • the “ASE reference value” is set based on the intensity of the backward propagation ASE light when the gain of light in the 1030 nm band in the fiber optical amplifier 21 becomes equal to the oscillation threshold. As described above, in the gain distribution of Yb, the gain is higher in the wavelength 1030 nm band than in the wavelength 1064 nm. Therefore, when the fiber light amplifier 21 is pumped and the signal light Ls is not incident, If there is any reflector outside, ASE light near 1030 nm emitted by spontaneous emission is reflected by these reflectors, and the feedback level to the amplifier becomes high. As a result, the power level of the ASE light increases.
  • Examples of the reflector outside the fiber optical amplifier 21 include dirt on the incident / exit surface of the optical fiber 22 and the incident / exit surface of a wavelength conversion optical element that converts the wavelength of the amplified light emitted from the fiber optical amplifier 21. Is mentioned. In such a case, the return loss of the fiber amplifier is effectively increased, and the oscillation threshold is lowered. When the gain at the wavelength of 1030 nm exceeds the oscillation threshold (when the one-way gain at the wavelength of 1030 nm exceeds the return loss of the fiber optical amplifier 21), the fiber optical amplifier 21 starts laser oscillation at 1030 nm.
  • the “ASE reference value” is set based on the intensity of the backward propagation ASE light when the gain of light in the 1030 nm band in the fiber optical amplifier 21 becomes equal to the oscillation threshold, and is equivalent to the intensity of the backward propagation ASE light at that time.
  • it is set to about 1/10 to 1/100.
  • the gain in the wavelength 1030 nm band oscillates until the excitation power is substantially cut off by the power breaker 55. It is set based on the time until it becomes equal to the threshold, and is set to be equal to or less than that time, for example, immediately to within several tenths.
  • the ASE reference value is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • the signal light Ls is incident on the fiber optical amplifier 21 while the power of the signal light Ls incident on the fiber optical amplifier 21 is 0.5 W and the power of the pumping light from the pump light source 23 is 120 W.
  • FIG. 8 shows the simulation result of the time change of the gain in the wavelength 1030 nm band when the signal is suddenly interrupted.
  • the horizontal axis represents the elapsed time from when the incidence of the signal light Ls was interrupted, and the vertical axis represents the gain of light having a wavelength of 1030 nm.
  • the fiber optical amplifier 21 had a length of 3 m, a core diameter of 25 ⁇ m, a cladding diameter of 250 ⁇ m, and the concentration of Yb added to the core was 6.9 ⁇ 10 25 / m 3 .
  • the inversion distribution rate of Yb increases rapidly, and the gain g at a wavelength of 1030 nm increases exponentially with time.
  • the oscillation threshold depends on the amount of reflected light remaining in the fiber optical amplifier 21 and varies depending on the configuration of the fiber optical amplifier. Assuming that the return loss of the fiber optical amplifier 21 is ⁇ 50 dB, oscillation occurs at 1030 nm when the one-way gain exceeds 50 dB. From FIG. 8, it can be seen that the oscillation starts in about 10 ⁇ sec from the time when the signal light Ls is interrupted.
  • the time until the one-way gain of the fiber optical amplifier 21 exceeds the return loss is almost inversely proportional to the power of the pumping light. Therefore, if the pumping power of the pumping light is large, oscillation occurs in a shorter time than the above, and the pumping power is small. It takes longer time to oscillate.
  • the time until the oscillation starts after exceeding the ASE intensity is as follows: It is about 5 ⁇ sec. Therefore, if the excitation power is substantially cut off within about 2 to 4 ⁇ sec from when the intensity of the backward propagation ASE light becomes equal to or higher than the ASE reference value, the increase of the inversion distribution is suppressed, and the fiber optical amplifier 21 is not oscillated unintentionally. Can be prevented.
  • the control unit 25 when the detection signal input from the ASE photodetector 52 becomes equal to or higher than the ASE reference value, the control unit 25 outputs a command signal for suppressing power supply to the power breaker 55, and the current source The supply of excitation power from 26 to the pump light source 23 is immediately suppressed.
  • the time during which the power breaker 55 suppresses the excitation power based on the command signal is less than 1 ⁇ sec (the excitation power suppression time will be described later). As a result, the excitation power is suppressed before the gain at the wavelength of 1030 nm rises to the oscillation threshold, and unintended oscillation can be suppressed.
  • the time until the excitation power is cut off is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • the laser device 3 provided with the involuntary oscillation preventing device 60A there is a case where dirt or dust adheres to the incident / exit surface of the optical fiber 22 or the incident / exit surface of the wavelength conversion optical element at the subsequent stage, or from a processing object. Even when there is reflected spontaneously emitted return light, it is possible to prevent the constituent members from being damaged due to unintended oscillation of the fiber optical amplifier 21.
  • FIG. 9 shows a schematic configuration of the entire laser apparatus 4 including the involuntary oscillation preventing apparatus 60B.
  • the same components as those of the laser device 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the involuntary oscillation preventing device 60B according to the fourth configuration form includes a signal light detector 51 that detects the signal light Ls propagating to the fiber optical amplifier 21 in addition to the involuntary oscillation preventing device 60A according to the third configuration form. Is done.
  • a 4-port 2 ⁇ 2 melt-stretching optical fiber coupler 54 as shown in FIG. 10 is provided between the laser light source 11 and the fiber optical amplifier 21, and each port is provided.
  • the signal light Ls, the fiber optical amplifier 21, the signal light detector 51, and the ASE light detector 52 described above are combined.
  • the optical fiber coupler 54 has a branching ratio of 99: 1, for example, branches 1% of the signal light Ls incident from the signal light generating unit 10 side to the signal light detector 51, and is generated by the fiber optical amplifier 21 to be incident side. 1% of the back-propagating spontaneously emitted light that travels to the ASE photodetector 52 can be branched.
  • FIG. 10 illustrates a configuration provided with a bandpass filter BPF that transmits only backward propagation spontaneous emission light having a wavelength of 1030 nm.
  • a wavelength-selective partial reflection mirror that totally reflects light of a wavelength of 1030 nm band and transmits 99% of light having a wavelength of 1064 nm and reflects 1% is used. Reflected light having a wavelength of 1064 nm incident and reflected from the light generating unit 10 side is incident on the signal light detector 51, and ASE light having a wavelength of 1030 nm band incident and reflected from the amplifying unit 20 side is reflected on the ASE photodetector 52. You may comprise so that it may inject into. Alternatively, as shown in FIG.
  • a partial reflection mirror 541 that transmits 99% of light with a wavelength of 1064 nm (1% reflection) and a dichroic mirror 542 that transmits light with a wavelength of 1064 nm and reflects light with a wavelength of 1030 nm are combined.
  • An isolator 545 that suppresses light in the wavelength 1030 nm band may be provided between the two.
  • the signal light detector 51 is a high-speed infrared light sensor having a band on the order of MHz or higher, and for example, a sensor using an InGaAs photodiode can be used.
  • the detection signal of the signal light detector 51 and the detection signal of the ASE light detector 52 are input to the control unit 25.
  • action of the control part 25 based on the detection signal of the ASE photodetector 52 is as having explained in full detail in description of the involuntary oscillation prevention apparatus 50A of a 1st structure form, duplication description is abbreviate
  • the operation of the control unit 25 based on the detection signal of the signal light detector 51 will be described.
  • the control unit 25 When the intensity of the signal light Ls detected by the signal light detector 51 is equal to or lower than a predetermined signal reference value, the control unit 25 outputs a command signal for suppressing power supply to the power breaker 55, and a current source The supply of excitation power from 26 to the pump light source 23 is cut off.
  • the “signal reference value” is set based on the magnitude of the gain in the wavelength 1030 nm band that increases when the intensity of the signal light Ls incident on the optical fiber 22 decreases when the fiber optical amplifier 21 is excited. Is done.
  • the inversion distribution ratio of Yb increases with the decrease in the signal light intensity, and the gain distribution as a whole gains. rise to a high state. At this time, in the gain distribution, the gain is higher in the wavelength 1030 nm band than in the wavelength 1064 nm. As a result, when the increased gain of the wavelength 1030 nm exceeds the oscillation threshold, the fiber optical amplifier 21 starts laser oscillation at 1030 nm. .
  • the “signal reference value” is set based on the intensity of the signal light when the gain in the 1030 nm band becomes equal to the oscillation threshold in the gain distribution that increases as the intensity of the signal light Ls incident on the fiber optical amplifier 21 decreases. The For example, it is set equal to or greater than the intensity of the signal light Ls or a value added with a predetermined margin.
  • the signal reference value is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • the time from when the intensity of the signal light Ls detected by the signal light detector 51 becomes equal to or lower than the signal reference value until the excitation power is substantially cut off by the power breaker 55 is a signal incident on the fiber optical amplifier 21.
  • the gain distribution is set based on the time until the gain in the 1030 nm band becomes equal to the oscillation threshold, and is set equal to or less than that time, for example, about a fraction of that time. Is done.
  • the set time is set and stored in a memory (not shown) provided in the control unit 25.
  • FIG. 8 shows a simulation result of the time change of the gain in the wavelength 1030 nm band when the input of the signal light Ls suddenly stops when the fiber optical amplifier 21 is excited.
  • the inversion distribution ratio of Yb is rapidly increased, and the gain g at the wavelength of 1030 nm increases exponentially with time.
  • the time from when the signal light Ls is interrupted until oscillation is about 10 ⁇ sec when the return loss of the fiber optical amplifier 21 is ⁇ 50 dB.
  • the time until the one-way gain of the fiber optical amplifier 21 exceeds the return loss is almost inversely proportional to the power of the pumping light, when the power of the pumping light is larger, oscillation occurs in a shorter time, and When the power is smaller, oscillation takes longer time. If the excitation power is substantially cut off within about 6 to 8 ⁇ sec from when the incident power of the signal light Ls is greatly reduced, the increase of the inversion distribution can be suppressed, and unintentional oscillation of the fiber optical amplifier 21 can be suppressed. .
  • the control unit 25 when the detection signal input from the signal light detector 51 becomes equal to or less than the signal reference value, the control unit 25 outputs a command signal for suppressing power supply to the power breaker 55.
  • the supply of excitation power from the current source 26 to the pump light source 23 is suppressed within a few ⁇ sec.
  • the signal light Ls is 1 to 3 ⁇ se corresponding to 2 to 6 light pulses (for example, 2 ⁇ se corresponding to 4 pulses).
  • a configuration in which supply of excitation power to the pump light source 23 is immediately suppressed when it is not detected is exemplified.
  • FIG. 12 shows the experimental results of observing the excitation current interruption state by the involuntary oscillation prevention device.
  • the horizontal axis represents time (1 ⁇ sec / div)
  • the vertical axis represents the excitation power and the light intensity of the signal light Ls.
  • the excitation power to the pump light source 23 is cut off after confirming that it has been interrupted for 2 ⁇ s corresponding to four light pulses, and the time required for the power breaker 55 to cut off the excitation power. Is less than 1 ⁇ sec.
  • the pump power is increased before the gain of the wavelength 1030 nm rises to the oscillation threshold. Are substantially cut off, and the fiber optical amplifier 21 can be prevented from causing unintended oscillation.
  • the signal light Ls is interrupted due to breakage or disconnection of the external modulator 15, entry of foreign matter on the optical path between the laser light source 11 and the fiber optical amplifier 21, or disconnection of the introduction portion of the optical fiber 22. Even in such a case, it is possible to prevent the fiber optical amplifier 21 from causing unintended oscillation, and as a result, it is possible to prevent the constituent members from being damaged. Furthermore, it is possible to provide a laser device with high safety and long-term reliability with a simple configuration in which the fiber coupler 54, the signal light detector 51, and the ASE photodetector are provided on the incident side of the fiber optical amplifier 21.
  • the wavelength of the signal light Ls is set to a 1060 nm band and the configuration using the ytterbium-doped fiber optical amplifier (YDFA) as the fiber optical amplifier 21 is exemplified, the wavelength of the signal light may be in another band,
  • the fiber optical amplifier may be one doped with another laser medium, such as an erbium-doped fiber optical amplifier (EDFA).

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Abstract

　要約書レーザ装置は、信号光を増幅して出射するファイバ光増幅器と、ファイバ光増幅器を励起するための励起電力を制御する制御部と、ファイバ光増幅器に伝播される信号光を検出する信号光検出器、または、ファイバ光増幅器から出射し、信号光よりも利得が高い波長の光を検出するＡＳＥ光検出器を備え、信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となるか、または、ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、制御部は、ファイバ光増幅器を励起するための励起電力を抑制するように構成される。

Description

レーザ装置
　本発明は、信号光をファイバ光増幅器により増幅して出力するレーザ装置に関する。
　信号光をファイバ光増幅器により増幅して出力するレーザ装置は、例えば顕微鏡や形状測定装置、露光装置などの光源として広く用いられている。レーザ装置の出力波長は、組み込まれる装置の用途及び機能に応じて設定され、当該出力波長に応じた励起媒質がドープされたファイバ光増幅器が用いられる。ファイバ光増幅器として、例えば、石英系の光ファイバに、エルビウム（Ｅｒ）がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）、イッテルビウム（Ｙｂ）がドープされたイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）などが知られている（特許文献１、特許文献２を参照）。
日本国特開２０００－２００７４７号公報 日本国特開２００２－０５０８１５号公報
　ファイバ光増幅器は、コアにドープされたレーザ媒質に応じた増幅特性を有している。例えば、ＹＤＦＡ（イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器）の増幅帯域は、主に１０３０～１１００ｎｍである。ＹＤＦＡによりＮｄ－ＹＡＧレーザの発振波長と同じ１０６４ｎｍの増幅光を出力させようとした場合に、波長１０３０ｎｍ付近の寄生発振が発生しやすい。これは、ＹＤＦＡの利得分布は、短波長側で利得が高く、長波長側で利得が低くなっており、波長λ＝１０６４ｎｍよりもλ＝１０３０ｎｍの方が利得が顕著に高いためである。
　この結果、例えばレーザ光源の損傷等があった場合、ＹＤＦＡが励起された状態においてファイバ光増幅器に入射する信号光の強度が大きく低下し、あるいは信号光の強度が０になると、イッテルビウムの反転分布密度が急激に上昇して増幅器の利得が異常に増大し、波長１０３０ｎｍ付近で発振するようになる。この結果、ファイバ光増幅器自体や周辺の光学素子に損傷を与えるおそれがあるという課題があった。
　また、例えば、ファイバの入出射面や、ファイバ光増幅器から出射された光を波長変換する波長変換光学素子等の入出射面等に汚れ等により、励起状態にあるＹＤＦＡの増幅部以外の場所に何らかの反射体があった場合、自然放出により発生した１０３０ｎｍ付近の自然放出光（ＡＳＥ光：Amplified　Spontaneous　Emission）が反射してファイバ光増幅器の内部に戻り、これが発振することもある。この場合にも、上記と同様にファイバ内を伝播する増幅光及び出射される出力光が高出力となり、ファイバ光増幅器自身や周辺の光学素子に損傷を与えるおそれがあるという課題があった。
　また、例えば、ファイバ光増幅器の入出射面や、ファイバ光増幅器から出射された光を波長変換する波長変換光学素子等の入出射面等に汚れ等により、ファイバ光増幅器の増幅部外に何らかの反射体がある状態でＹＤＦＡが励起された場合、ＡＳＥ光が反射してファイバ内に戻り、これが発振することがある。この結果、ファイバ光増幅器自体や周辺の光学素子に損傷を与えるおそれがあるという課題があった。
　本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ファイバ光増幅器における意図しない発振を未然に防止しうるレーザ装置を提供することを目的とする。
　本発明を例示する第１の態様は、レーザ装置であって、信号光を含む波長帯域で利得を有し信号光を増幅して出射するファイバ光増幅器と、ファイバ光増幅器に伝播される信号光を検出する信号光検出器と、ファイバ光増幅器を励起するための励起電力を制御する制御部とを備え、制御部は信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときに、ファイバ光増幅器に供給する励起電力を抑制する。
　第１の態様において、所定の信号基準値は、ファイバ光増幅器に伝播される信号光の強度低下に伴って上昇するファイバ光増幅器の利得分布における、信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの信号光の強度に基づいて設定することが好ましい。また、信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったのち励起電力が抑制されるまでの時間は、ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度低下に伴って上昇するファイバ光増幅器の利得分布における、信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定することが好ましい。
　また、前記ファイバ光増幅器から出射する、ファイバ光増幅器の利得分布における信号光よりも利得が高い波長の光を検出するＡＳＥ光検出器を備え、前記制御部は、ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、励起電力を抑制するように構成することが好ましい。
　このとき、所定のＡＳＥ基準値は、ファイバ光増幅器における信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの自然放出光の強度に基づいて設定することが好ましい。また、ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定の基準値以上となったのち励起電力が抑制されるまでの時間は、ファイバ光増幅器における信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定することが好ましい。また、ＡＳＥ光検出器はファイバ光増幅器における信号光の入射側に設けられ、ファイバ光増幅器を入射側に向かう後方伝搬自然放出光を検出することが好ましい。
　本発明を例示する第２の態様のレーザ装置は、信号光を含む波長帯域で利得を有し信号光を増幅して出射するファイバ光増幅器と、ファイバ光増幅器から出射する、ファイバ光増幅器の利得分布における信号光よりも利得が高い波長の光を検出するＡＳＥ光検出器と、ファイバ光増幅器の励起電力を制御する制御部とを備え、制御部は、ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、前記ファイバ光増幅器を励起するための励起電力を抑制するように構成される。
　第２の態様において、所定のＡＳＥ基準値は、ファイバ光増幅器における信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの自然放出光の強度に基づいて設定することが好ましい。また、ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったのち励起電力が抑制されるまでの時間は、ファイバ光増幅器における信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定することが好ましい。また、ＡＳＥ光検出器はファイバ光増幅器における信号光の入射側に設けられ、ファイバ光増幅器を入射側に向かう後方伝搬自然放出光を検出することが好ましい。
　また、ファイバ光増幅器に伝播される信号光を検出する信号光検出器を備え、制御部は信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときに、励起電力を抑制するように構成することが好ましい。
　このとき、所定の信号基準値は、ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度低下に伴って上昇するファイバ光増幅器の利得分布における、信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの信号光の強度に基づいて設定することが好ましい。また、信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったのち励起電力が抑制されるまでの時間は、ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度低下に伴って上昇するファイバ光増幅器の利得分布における、信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定することが好ましい。
　なお、第２の態様のレーザ装置においては、ＡＳＥ光検出器をファイバ光増幅器における信号光の入射側に設け、ファイバ光増幅器を入射側に向かう後方伝搬自然放出光を検出するように構成することがもできる。
　また、第１および第２態様のレーザ装置において、ファイバ光増幅器の入射側に４つのポートを有する光ファイバカプラを設け、信号光、ファイバ光増幅器、信号光検出器、及びＡＳＥ光検出器を接続して構成することが好ましい。
　第１および第２態様のレーザ装置においては、ファイバ光増幅器はイッテルビウムを励起媒体とするイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器であり、信号光の波長は１．０６μｍ帯とすることが好ましい。
　本発明の第１の態様のレーザ装置によれば、ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときに励起電力が抑制され、ファイバ光増幅器の利得が減殺される。このため、信号光の入射状態に起因したファイバ光増幅器の意図しない発振を未然に防止可能なレーザ装置を提供することができる。
　ＡＳＥ光検出器を備えた第１の態様のレーザ装置によれば、ファイバ光増幅器で発生する自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときにも励起電力が抑制され、ファイバ光増幅器の利得が減殺される。このため、自然放出光に起因したファイバ光増幅器の意図しない発振をも未然に防止可能なレーザ装置を提供することができる。
　本発明の第２の態様のレーザ装置によれば、ファイバ光増幅器で発生する自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに励起電力が抑制され、ファイバ光増幅器の利得が減殺される。このため、自然放出光に起因したファイバ光増幅器の意図しない発振をも未然に防止可能なレーザ装置を提供することができる。
　信号光検出器を備えた第２の態様のレーザ装置によれば、ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときにも励起電力が抑制され、ファイバ光増幅器の利得が減殺される。このため、信号光の入射状態に起因したファイバ光増幅器の意図しない発振を未然に防止可能なレーザ装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１の態様における、第１構成形態のレーザ装置を例示する概要構成図である。 図２は、本発明の第１の態様において、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器が励起された状態で信号光が突然途切れたときの波長１０３０ｎｍ帯の利得の時間変化を例示するシミュレーション結果である。 図３は、本発明の第１の態様において、不随意発振防止装置による励起電流の抑制状況を観察した実験結果である。 図４は、本発明の第１の態様における、第２構成形態のレーザ装置を例示する概要構成図である。 図５は、本発明の第１の態様において、光ファイバカプラの接続構成例である。 図６は、本発明の第１の態様において、部分反射鏡等を用いた接続構成例である。 図７は、本発明の第２の態様における、第３構成形態のレーザ装置を例示する概要構成図である。 図８は、本発明の第２の態様において、イッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器が励起された状態で信号光が突然途切れたときの波長１０３０ｎｍ帯の利得の時間変化を例示するシミュレーション結果である。 図９は、本発明の第２の態様における、第４構成形態のレーザ装置を例示する概要構成図である。 図１０は、本発明の第２の態様において、光ファイバカプラの接続構成例である。 図１１は、本発明の第２の態様において、部分反射鏡等を用いた接続構成例である。 図１２は、本発明の第２の態様において、不随意発振防止装置による励起電流の抑制状況を観察した実験結果である。
[第１の形態]
　以下、本発明を実施するための第１の形態について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明の第１の態様における、第１構成形態のレーザ装置１の概要構成図を示す。レーザ装置１は、信号光を発生する信号光発生部１０と、信号光発生部により発生された信号光を増幅して出射する増幅部２０と、信号光発生部１０及び増幅部２０の作動を制御する制御装置４０とを備えて構成される。
　信号光発生部１０は、増幅部２０で増幅される信号光を発生する部位であり、半導体レーザやバルク固体レーザ、ファイバーレーザ等のレーザ光源１１を備える。図１には、レーザ光源１１としてＤＦＢ半導体レーザを用い、併せて電気光学変調素子（ＥＯＭ）や音響光学変調素子（ＡＯＭ）、半導体光増幅器（ＳＯＡ）等の外部変調器１５を設けた構成を示す。ＤＦＢ半導体レーザは、ＣＷ及びパルスで発振させることができるとともに、電流波形を制御することにより出力光のパルス波形を高速で制御することができ、また温度制御することにより所定の波長範囲で狭帯域化された単一波長のパルス光を出力させることができる。
　本構成形態では、レーザ光源１１から波長１０６４ｎｍで繰り返し周波数２ＭＨｚ、ＯＮ時間が１０ｎsec程度のパルス光を出射させ、外部変調器１５により１～２ｎsecを切り出してＯＮ時間が短いパルス光を出力するようにした構成例を示す。このように外部変調器１５を使用すると、レーザ光源１１を直接パルス発振させたときに発生するチャープ（周波数変調）を抑制してフーリエ限界に近いパルス光を発生させることができる。これにより、信号光発生部１０から極めて狭帯域の単色性が高いパルスの信号光を出力することができる。信号光発生部１０で発生された信号光Ｌｓはアイソレータ１７を介して増幅部２０に入射される。
　増幅部２０は、信号光Ｌｓを増幅するファイバ光増幅器２１を主体として構成される。波長１０６４ｎｍの信号光を増幅するファイバ光増幅器として、１０３０～１１００ｎｍの波長帯域に利得を有するイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２１は、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた光ファイバ２２と、Ｙｂを励起するポンプ光源２３と、ポンプ光源２３に供給する励起電力を制御する制御部２５などから構成される。
　本構成形態においては、光ファイバ２２としてダブルクラッド構造のファイバを用い、ポンプコンバイナ２４を介して、レーザ光出力部１０から出力された信号光Ｌｓをコアに入射させ、ポンプ光源２３から出力された波長９７６ｎｍの励起光を第１クラッドに入射させている。制御部２５には、励起電力を発生する電流源２６と、発生された励起電力のポンプ光源２３への供給を高速遮断する電力遮断器５５とが設けられている。なお、光ファイバ２２としてシングルクラッド構造のファイバを用いても良く、また複数のファイバ光増幅器を直列または並列に接続して増幅部２０を構成しても良い。
　制御装置４０は、信号光発生部１０及び増幅部２０の作動を制御し、信号光発生部１０で発生され増幅部２０において数Ｗ～数十Ｗ程度のパワーに増幅された信号光（便宜的に増幅光という）Ｌａをレーザ装置１から出力させる。
　このように構成されるレーザ装置１において、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを未然に防止する不随意発振防止装置５０（５０Ａ）が設けられている。第１構成形態の不随意発振防止装置５０Ａは、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓを検出する信号光検出器５１と、制御部２５に設けられた電力遮断器５５とを備えて構成される。
　信号光検出器５１は、レーザ光源１１とファイバ光増幅器２１との間から分岐させた光路上に設けられており、例えば、信号光を１～数％程度反射する部分反射鏡５３や、信号光の１～数％程度を分岐する溶融延伸型の分岐カプラ等を介して、信号光発生部１０から出射された信号光Ｌｓの一部が入力される。信号光検出器５１は、MHｚオーダー、またはそれ以上の帯域を持つ高速の赤外光センサであり、例えばＩnＧaＡsフォトダイオードを利用したセンサを用いることができる。信号光検出器５１の検出信号は制御部２５に入力される。
　制御部２５は、信号光検出器５１により検出された信号光Ｌｓの強度が所定の信号基準値以下となったときに、電力遮断器５５に、ポンプ光源２３への電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を抑制する。
　上記「信号基準値」は、ファイバ光増幅器２１が励起状態で光ファイバ２２に入射する信号光Ｌｓの強度が低下したときに、これに伴って上昇する波長１０３０ｎｍ帯域の利得の大きさに基づいて設定される。
　すなわち、ファイバ光増幅器２１が励起状態のときに、光ファイバ２２に入射する信号光Ｌｓの強度が低下すると、信号光強度の低下に伴ってＹｂの反転分布率が上昇し、利得分布全体が利得の高い状態に上昇する。このとき、利得分布において波長１０６４ｎｍよりも波長１０３０ｎｍ帯の方が利得が高くなり、その結果、上昇した波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値を超える（即ち、波長１０３０ｎｍの片道利得が、ファイバ光増幅器２１の反射減衰量を超える）と、ファイバ光増幅器２１において１０３０ｎｍでレーザ発振するようになる。
　「信号基準値」は、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓの強度低下に伴って上昇する利得分布において、１０３０ｎｍ帯の利得が発振閾値と等しくなるときの信号光の強度に基づいて設定される。例えば、信号光Ｌｓの強度と同等または所定のマージンを加えた値以上に設定される。信号基準値は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　信号光検出器５１により検出された信号光Ｌｓの強度が信号基準値以下となったのち電力遮断機５５により励起電力が実質的に遮断されるまでの時間は、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓの強度低下に伴って上昇する利得分布において、１０３０ｎｍ帯の利得が発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定され、その時間と同等以下、例えばゼロ～その時間の数十分の一以内に設定される。設定された時間は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　具体例として、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓのパワーが０．５Ｗ、ポンプ光源２３による励起光のパワーが１２０Ｗで作動している状態で、ファイバ光増幅器２１への信号光Ｌｓの入射が突然途切れたときの、波長１０３０ｎｍ帯の利得の時間変化についてのシミュレーション結果を図２に示す。図２における横軸は信号光Ｌｓの入射が途切れたときからの経過時間、縦軸は波長１０３０ｎｍの光の利得である。なお、ファイバ光増幅器２１は、長さ３ｍ、コア径２５μｍ、 クラッド径２５０μｍ、コアに添加されたＹbの濃度は６．９×１０25 ／ｍ3とした。
　信号光Ｌｓが途切れた後もファイバ光増幅器２１に励起光が入射され続けると、Ｙｂの反転分布率が急激に高まり、波長１０３０ｎｍの利得ｇが時間の経過とともに指数関数的に増大する。発振閾値はファイバ光増幅器２１に残存する反射光量等に依存し、ファイバ光増幅器の構成により異なった値となる。ファイバ光増幅器２１の反射減衰量を－５０ｄＢとすると、片道利得が５０ｄＢを超えたときに１０３０ｎｍで発振する。図２から、信号光Ｌｓが途切れた時点から約１０μsecで発振に至ることが分かる。
　ファイバ光増幅器２１の片道利得が反射減衰量を超えるまでの時間は、励起光のパワーにほぼ反比例するため、励起光のパワーがより大きい場合には、より短い時間で発振に至り、励起光のパワーがより小さい場合には、より長い時間をかけて発振に至ることになる。信号光Ｌｓの入射パワーが大きく減少したときから６～８μsec程度以内に励起電力を実質的に遮断すれば、反転分布の増大が抑えられ、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを抑止することができる。
　不随意発振防止装置５０Ａにおいては、信号光検出器５１から入力される検出信号が信号基準値以下となったときに、制御部２５が電力遮断器５５に電力供給を遮断する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を数μsec以内に遮断させる。具体例として、信号光検出器５１から入力される検出信号において、光パルス２～６パルス分に相当する１～３μseの時間（例えば、４パルス分に相当する２μseの時間）、信号光Ｌｓが検出されなかったときに、ポンプ光源２３への励起電力の供給を即時遮断する構成が例示される。
　図３に、不随意発振防止装置による励起電流の遮断状況を観察した実験結果を示す。図３における横軸は時間（１μsec／div）、縦軸は励起電力及び信号光Ｌｓの光強度である。本実施例では、光パルス４パルス分に相当する２μseの間途切れたのを確認後にポンプ光源２３への励起電力を遮断しており、電力遮断器５５が励起電力を遮断するのに要した時間は１μsec未満である。
　不随意発振防止装置５０Ａを備えたレーザ装置１では、ファイバ光増幅器２１が励起状態のまま信号光Ｌｓの入射パワーが大きく減少したときに、波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値まで上昇する以前に励起電力が実質的に遮断され、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを抑止できる。本構成形態によれば、ファイバ光増幅器２１が励起状態においてレーザ光源１１がオフになった場合に加えて、例えば、レーザ光源１１や外部変調器１５の破損や断線、レーザ光源１１とファイバ光増幅部２１との間の光路上への異物の進入や光ファイバ２２の導入部の断線などにより、信号光Ｌｓの遮断が生じた場合でも、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを防止し、その結果、構成部材が損傷すること等を未然に防止することができる。
　次に、第２構成形態の不随意発振防止装置５０（５０Ｂ）について図４を参照して説明する。図４は不随意発振防止装置５０Ｂを含むレーザ装置２全体の概要構成を示している。レーザ装置１と同様の構成部分には同一番号を付して重複説明を省略する。第２構成形態の不随意発振防止装置５０Ｂは、第１構成形態の不随意発振防止装置５０Ａに加えて、ファイバ光増幅器２１から出射する波長１０３０ｎｍ帯の光を検出するＡＳＥ光検出器５２を備えて構成される。
　図４に示すレーザ装置２においては、レーザ光源１１とファイバ光増幅器２１との間に、図５に示すような４ポートの２×２溶融延伸型の光ファイバカプラ５４が設けられ、各ポートに信号光Ｌｓ、ファイバ光増幅器２１、前述の信号光検出器５１、及びＡＳＥ光検出器５２が結合されている。光ファイバカプラ５４は、例えば分岐比を９９：１とし、信号光発生部１０側から入射する信号光Ｌｓの１％を信号光検出器５１に分岐し、ファイバ光増幅器２１で発生して入射側に進行する後方伝播自然放出光（Backward　ＡＳＥ光）の１％をＡＳＥ光検出器５２に分岐するように構成することができる。図５には波長１０３０ｎｍ帯の後方伝播自然放出光のみを透過するバンドパスフィルタＢＰＦを設けた構成を例示する。
　なお、上記光ファイバカプラ５４に代えて、波長１０６４ｎｍの光について９９％透過（１％反射）する一方、波長１０３０ｎｍ帯の光については全反射する波長選択性の部分反射鏡を用い、信号光発生部１０側から入射して反射された波長１０６４ｎｍの反射光を信号光検出器５１に入射させ、増幅部２０側から入射して反射された波長１０３０ｎｍ帯のＡＳＥ光をＡＳＥ光検出器５２に入射させるように構成しても良い。あるいは、図６に示すように、波長１０６４ｎｍの光について９９％透過（１％反射）する部分反射鏡５４１と、波長１０６４ｎｍの光を透過し波長１０３０ｎｍ帯の光を反射するダイクロイックミラー５４２とを組み合わせて構成し、両者の間に波長１０３０ｎｍ帯の光を遮断するアイソレータ５４５を設けて構成しても良い。
　ＡＳＥ光検出器５２は、MHｚオーダー、またはそれ以上の帯域を持つ高速の赤外光検出器であり、例えばＩnＧaＡsフォトダイオードを利用したセンサを用いることができる。信号光検出器５１の検出信号、及びＡＳＥ光検出器５２の検出信号は制御部２５に入力されている。なお、信号光検出器５１の検出信号に基づく制御部２５の作用は、第１構成形態の不随意発振防止装置５０Ａの説明において詳述したとおりであるため重複説明を省略する。以降、ＡＳＥ光検出器５２の検出信号に基づく制御部２５の作用について説明する。
　制御部２５は、ＡＳＥ光検出器５２により検出されたＡＳＥ光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、電力遮断器５５に電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を遮断する。
　「ＡＳＥ基準値」は、ファイバ光増幅器２１における１０３０ｎｍ帯の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの後方伝播ＡＳＥ光の強度に基づいて設定される。前述したように、Ｙｂの利得分布では波長１０６４ｎｍよりも波長１０３０ｎｍ帯の方が利得が高いため、ファイバ光増幅器２１が励起状態において、信号光Ｌｓの入射が途絶えたり、ファイバ光増幅器２１の外部に何らかの反射体があった場合、自然放出により放射された１０３０ｎｍ付近のＡＳＥ光がこれらの反射体で反射されて増幅器へのフィードバックレベルが高くなる。その結果、ＡＳＥ光のパワーレベルが増大する。ファイバ光増幅器２１の外部の反射体としては、例えば、光ファイバ２２の入出射面や、ファイバ光増幅器２１から出射された増幅光を波長変換する波長変換光学素子等の入出射面等の汚れ等が挙げられる。このような場合、実効的にファイバ増幅器の反射減衰量が増加し発振閾値が下がることになる。そして、波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値を超えるとファイバ光増幅器２１において１０３０ｎｍでレーザ発振するようになる。
　「ＡＳＥ基準値」は、ファイバ光増幅器２１における１０３０ｎｍ帯の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの後方伝播ＡＳＥ光の強度に基づいて設定され、そのときの後方伝播ＡＳＥ光の強度と同等以下、例えば１／１０～１／１００程度に設定される。
　ＡＳＥ光検出器５２により検出された後方伝播ＡＳＥ光の強度がＡＳＥ基準値以上となったのち電力遮断機５５により励起電力が実質的に遮断されるまでの時間は、波長１０３０ｎｍ帯の利得が発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定され、その時間と同等以下、例えば数分の一程度に設定される。ＡＳＥ基準値は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　図２に、ファイバ光増幅器２１が励起状態において、信号光Ｌｓの入射が突然途絶えたときの波長１０３０ｎｍ帯の利得の時間変化についてのシミュレーション結果を示した。図２に示したように、信号光Ｌｓが途切れるとＹｂの反転分布率が急激に高まり、波長１０３０ｎｍの利得ｇが時間の経過とともに指数関数的に増大する。信号光Ｌｓが途切れたのち発振に至るまでの時間は、ファイバ光増幅器２１の反射減衰量を－５０ｄＢとしたときに約１０μsecであった。
　ＡＳＥ基準値を、波長１０３０ｎｍ帯の光の利得が発振閾値と等しくなるときの後方伝播ＡＳＥ光の強度の１／５０程度としたとき、当該ＡＳＥ強度を超えたのち発振に至るまでの時間は、概ね５μsec程度である。そのため、後方伝播ＡＳＥ光の強度がＡＳＥ基準値以上となったときから２～４μsec程度以内に励起電力を実質的に遮断すれば、反転分布の増大が抑えられ、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを抑止できる。励起電力を遮断するまでの時間は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　レーザ装置２においては、ＡＳＥ光検出器５２から入力される検出信号がＡＳＥ基準値以上となったときに、制御部２５が電力遮断器５５に電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を即時遮断させる。指令信号に基づいて電力遮断器５５が励起電力を抑制するまでに要する時間は１μsec未満である。これにより、波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値まで上昇する以前に励起電力が実質的に遮断され、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振をすることを抑止できる。
　不随意発振防止装置５０Ｂを備えたレーザ装置２によれば、前述した不随意発振防止装置５０Ａを備えた場合の効果に加えて、光ファイバ２２の入出射面や後段の波長変換光学素子の入出射面の汚れやゴミの付着がある場合や、加工対象物などから反射した自然放出の戻り光がある場合でも、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことによりそ構成部材が損傷すること等を未然に防止することができる。更に、ファイバ光増幅器２１の入射側にファイバカプラ５４と信号光検出器５１とＡＳＥ光検出器とを設けた簡明な構成で、安全性及び長期信頼性の高いレーザ装置を提供することができる。
　以上の説明では、ポンプ光源２３と電流源２６との間に設けた電力遮断器５５によりポンプ光源２３への供給電力を抑制する構成を例示したが、電流源２６そのものをオフにするように構成しても良い。また、信号光Ｌｓの波長を１０６０ｎｍ帯とし、ファイバ光増幅器２１としてイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）を用いた構成を例示したが、信号光の波長は他の帯域であっても良く、ファイバ光増幅器は他のレーザ媒質がドープされたもの、例えば、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）などであっても良い。
[第２の形態]
　次に、本発明を実施するための第２の形態について、図７を参照しながら説明する。図７に本発明を適用した第３構成形態のレーザ装置３の概要構成図を示す。レーザ装置３は、信号光を発生する信号光発生部１０と、信号光発生部により発生された信号光を増幅して出射する増幅部２０と、信号光発生部１０及び増幅部２０の作動を制御する制御装置４０とを備えて構成される。
　信号光発生部１０は、増幅部２０で増幅される信号光を発生する部位であり、半導体レーザやバルク固体レーザ、ファイバーレーザ等のレーザ光源１１を備える。図７には、レーザ光源１１としてＤＦＢ半導体レーザを用い、併せて電気光学変調素子（ＥＯＭ）や音響光学変調素子（ＡＯＭ）、半導体光増幅器（ＳＯＡ）等の外部変調器１５を設けた構成を示す。ＤＦＢ半導体レーザは、ＣＷ及びパルスで発振させることができるとともに、電流波形を制御することにより出力光のパルス波形を高速で制御することができ、また温度制御することにより所定の波長範囲で狭帯域化された単一波長のパルス光を出力させることができる。
　本構成形態では、レーザ光源１１から波長１０６４ｎｍで繰り返し周波数２ＭＨｚ、ＯＮ時間が１０ｎsec程度のパルス光を出射させ、外部変調器１５により１～２ｎsecを切り出してＯＮ時間が短いパルス光を出力するようにした構成例を示す。このように外部変調器１５を使用すると、レーザ光源１１を直接パルス発振させたときに発生するチャープ（周波数変調）を抑制してフーリエ限界に近いパルス光を発生させることができる。これにより、信号光発生部１０から極めて狭帯域の単色性が高いパルスの信号光を出力することができる。信号光発生部１０で発生された信号光Ｌｓはアイソレータ１７を介して増幅部２０に入射される。
　増幅部２０は、信号光Ｌｓを増幅するファイバ光増幅器２１を主体として構成される。波長１０６４ｎｍの信号光を増幅するファイバ光増幅器として、１０３０～１１００ｎｍの波長帯域に利得を有するイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）が好適に用いられる。ファイバ光増幅器２１は、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）がドープされた光ファイバ２２と、Ｙｂを励起するポンプ光源２３と、ポンプ光源２３に供給する励起電力を制御する制御部２５などから構成される。
　本構成形態においては、光ファイバ２２としてダブルクラッド構造のファイバを用い、ポンプコンバイナ２４を介して、レーザ光出力部１０から出力された信号光Ｌｓをコアに入射させ、ポンプ光源２３から出力された波長９７６ｎｍの励起光を第１クラッドに入射させている。制御部２５には、励起電力を発生する電流源２６と、発生された励起電力のポンプ光源２３への供給を高速遮断する電力遮断器５５とが設けられている。なお、光ファイバ２２としてシングルクラッド構造のファイバを用いても良く、また複数のファイバ光増幅器を直列または並列に接続して増幅部２０を構成しても良い。
　制御装置４０は、信号光発生部１０及び増幅部２０の作動を制御し、信号光発生部１０で発生され増幅部２０において数Ｗ～数十Ｗ程度のパワーに増幅された信号光（便宜的に増幅光という）Ｌａをレーザ装置３から出力させる。
　このように構成されるレーザ装置３に、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを未然に防止する不随意発振防止装置６０（６０Ａ）が設けられている。第３構成形態の不随意発振防止装置６０Ａは、ファイバ光増幅器２１から出射する波長１０３０ｎｍ帯の光を検出するＡＳＥ光検出器５２と、制御部２５に設けられた電力遮断器５５とを備えて構成される。
　ここで、ファイバ光増幅器２１において自然放出により発生するＡＳＥ光には、光ファイバ２２を増幅光の出射側に進行する前方伝播自然放出光（Forward　ＡＳＥ光）と、信号光の入射側に進行する後方伝播自然放出光（Backward　ＡＳＥ光）とがある。光ファイバ２２の出射側から分岐させた光路上にＡＳＥ光検出器を設けた場合には前方伝播自然放出光を検出し、光ファイバ２２の入射側から分岐させた光路上にＡＳＥ光検出器を設けた場合には後方伝播自然放出光を検出することができる。
　本構成形態では、後方伝播自然放出光を検出する場合を例示する。図７には、レーザ光源１１とファイバ光増幅器２１との間に、波長１０６４ｎｍの光を透過し、波長１０３０ｎｍ帯の光を反射するダイクロイックミラー５６を設け、このダイクロイックミラー５６により反射された後方伝播自然放出光をＡＳＥ光検出器５２で検出するようにした構成を示す。なお、ダイクロイックミラー５６に代えてＷＤＭカプラを用いても良い。
　ＡＳＥ光検出器５２は、MHｚオーダー、またはそれ以上の帯域を持つ高速の赤外光検出器であり、例えばＩnＧaＡsフォトダイオードを利用したセンサを用いることができる。ＡＳＥ光検出器５２の検出信号は制御部２５に入力されている。
　制御部２５は、ＡＳＥ光検出器５２により検出されたＡＳＥ光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、電力遮断器５５に電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を実質的に遮断する。
　「ＡＳＥ基準値」は、ファイバ光増幅器２１における１０３０ｎｍ帯の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの後方伝播ＡＳＥ光の強度に基づいて設定される。前述したように、Ｙｂの利得分布では波長１０６４ｎｍよりも波長１０３０ｎｍ帯の方が利得が高いため、ファイバ光増幅器２１が励起状態において、信号光Ｌｓの入射が途絶えた場合や、ファイバ光増幅器２１の外部に何らかの反射体があった場合、自然放出により放射された１０３０ｎｍ付近のＡＳＥ光がこれらの反射体で反射されて増幅器へのフィードバックレベルが高くなる。その結果、ＡＳＥ光のパワーレベルが増大する。ファイバ光増幅器２１の外部の反射体としては、例えば、光ファイバ２２の入出射面や、ファイバ光増幅器２１から出射された増幅光を波長変換する波長変換光学素子等の入出射面等の汚れ等が挙げられる。このような場合、実効的にファイバ増幅器の反射減衰量が増加し、発振閾値が下がることになる。そして、波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値を超えると（波長１０３０ｎｍの片道利得が、ファイバ光増幅器２１の反射減衰量を超えると）ファイバ光増幅器２１において１０３０ｎｍでレーザ発振するようになる。
　「ＡＳＥ基準値」は、ファイバ光増幅器２１における１０３０ｎｍ帯の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの後方伝播ＡＳＥ光の強度に基づいて設定され、そのときの後方伝播ＡＳＥ光の強度と同等以下、例えば１／１０～１／１００程度に設定される。
　ＡＳＥ光検出器５２により検出された後方伝播ＡＳＥ光の強度がＡＳＥ基準値以上となったのち電力遮断機５５により励起電力が実質的に遮断されるまでの時間は、波長１０３０ｎｍ帯の利得が発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定され、その時間と同等以下、例えば即時～数十分の一以内に設定される。ＡＳＥ基準値は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　具体例として、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓのパワーが０．５Ｗ、ポンプ光源２３による励起光のパワーが１２０Ｗで作動している状態で、ファイバ光増幅器２１への信号光Ｌｓの入射が突然途切れたときの、波長１０３０ｎｍ帯の利得の時間変化についてのシミュレーション結果を図８に示す。図８における横軸は信号光Ｌｓの入射が途切れたときからの経過時間、縦軸は波長１０３０ｎｍの光の利得である。なお、ファイバ光増幅器２１は、長さ３ｍ、コア径２５μｍ、 クラッド径２５０μｍ、コアに添加されたＹbの濃度は６．９×１０25 ／ｍ3とした。
　信号光Ｌｓが途切れた後もファイバ光増幅器２１に励起光が入射され続けると、Ｙｂの反転分布率が急激に高まり、波長１０３０ｎｍの利得ｇが時間の経過とともに指数関数的に増大する。発振閾値はファイバ光増幅器２１に残存する反射光量等に依存し、ファイバ光増幅器の構成により異なった値となる。ファイバ光増幅器２１の反射減衰量を－５０ｄＢとすると、片道利得が５０ｄＢを超えたときに１０３０ｎｍで発振する。図８から、信号光Ｌｓが途切れた時点から約１０μsecで発振に至ることが分かる。ファイバ光増幅器２１の片道利得が反射減衰量を超えるまでの時間は、励起光のパワーにほぼ反比例するため、励起光のポンプパワーが大きければ上記よりも短い時間で発振に至り、ポンプパワーが小さければより長い時間をかけて発振に至ることになる。
　ＡＳＥ基準値を、波長１０３０ｎｍ帯の光の利得が発振閾値と等しくなるときの後方伝播ＡＳＥ光の強度の１／５０程度としたとき、当該ＡＳＥ強度を超えたのち発振に至るまでの時間は、概ね５μsec程度である。そのため、後方伝播ＡＳＥ光の強度がＡＳＥ基準値以上となったときから２～４μsec程度以内に励起電力を実質的に遮断すれば、反転分布の増大が抑えられ、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを抑止できる。
　レーザ装置３においては、ＡＳＥ光検出器５２から入力される検出信号がＡＳＥ基準値以上となったときに、制御部２５が電力遮断器５５に電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を即時抑制させる。指令信号に基づいて電力遮断器５５が励起電力を抑制する時間は１μsec未満である（励起電力の抑制時間については後述する）。これにより、波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値まで上昇する以前に励起電力が抑制され、意図しない発振を抑止することができる。励起電力を遮断するまでの時間は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　不随意発振防止装置６０Ａを備えたレーザ装置３によれば、光ファイバ２２の入出射面や後段の波長変換光学素子の入出射面の汚れやゴミの付着がある場合や、加工対象物などから反射した自然放出の戻り光がある場合でも、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことより構成部材が損傷すること等を未然に防止することができる。
　次に、第４構成形態の不随意発振防止装置６０（６０Ｂ）について図９を参照して説明する。図９は不随意発振防止装置６０Ｂを含むレーザ装置４全体の概要構成を示している。レーザ装置３と同様の構成部分には同一番号を付して重複説明を省略する。第４構成形態の不随意発振防止装置６０Ｂは、第３構成形態の不随意発振防止装置６０Ａに加えて、ファイバ光増幅器２１に伝播する信号光Ｌｓを検出する信号光検出器５１を備えて構成される。
　図９に示すレーザ装置４においては、レーザ光源１１とファイバ光増幅器２１との間に、図１０に示すような４ポートの２×２溶融延伸型の光ファイバカプラ５４が設けられ、各ポートに信号光Ｌｓ、ファイバ光増幅器２１、信号光検出器５１、及び前述したＡＳＥ光検出器５２が結合されている。光ファイバカプラ５４は、例えば分岐比を９９：１とし、信号光発生部１０側から入射する信号光Ｌｓの１％を信号光検出器５１に分岐し、ファイバ光増幅器２１で発生して入射側に進行する後方伝播自然放出光の１％をＡＳＥ光検出器５２に分岐するように構成することができる。図１０には波長１０３０ｎｍ帯の後方伝播自然放出光のみを透過するバンドパスフィルタＢＰＦを設けた構成を例示する。
なお、上記光ファイバカプラ５４に代えて、波長１０３０ｎｍ帯の光については全反射する一方、波長１０６４ｎｍの光については９９％透過し１％反射するような波長選択性の部分反射鏡を用い、信号光発生部１０側から入射して反射された波長１０６４ｎｍの反射光を信号光検出器５１に入射させ、増幅部２０側から入射して反射された波長１０３０ｎｍ帯のＡＳＥ光をＡＳＥ光検出器５２に入射させるように構成しても良い。あるいは、図１１に示すように、波長１０６４ｎｍの光について９９％透過（１％反射）する部分反射鏡５４１と、波長１０６４ｎｍの光を透過し波長１０３０ｎｍ帯の光を反射するダイクロイックミラー５４２とを組み合わせて構成し、両者の間に波長１０３０ｎｍ帯の光を抑制するアイソレータ５４５を設けて構成しても良い。
　信号光検出器５１は、MHｚオーダー、またはそれ以上の帯域を持つ高速の赤外光センサであり、例えばＩnＧaＡsフォトダイオードを利用したセンサを用いることができる。信号光検出器５１の検出信号、及びＡＳＥ光検出器５２の検出信号は制御部２５に入力されている。なお、ＡＳＥ光検出器５２の検出信号に基づく制御部２５の作用は、第１構成形態の不随意発振防止装置５０Ａの説明において詳述したとおりであるため重複説明を省略する。以降、信号光検出器５１の検出信号に基づく制御部２５の作用について説明する。
　制御部２５は、信号光検出器５１により検出された信号光Ｌｓの強度が所定の信号基準値以下となったときに、電力遮断器５５に電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を遮断する。
　「信号基準値」は、ファイバ光増幅器２１が励起状態で光ファイバ２２に入射する信号光Ｌｓの強度が低下したときに、これに伴って上昇する波長１０３０ｎｍ帯域の利得の大きさに基づいて設定される。
　すなわち、ファイバ光増幅器２１が励起状態のときに、光ファイバ２２に入射する信号光Ｌｓの強度が低下すると、信号光強度の低下に伴ってＹｂの反転分布率が上昇し、利得分布全体が利得の高い状態に上昇する。このとき、利得分布において波長１０６４ｎｍよりも波長１０３０ｎｍ帯の方が利得が高くなり、その結果、上昇した波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値を超えると、ファイバ光増幅器２１において１０３０ｎｍでレーザ発振するようになる。
　「信号基準値」は、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓの強度低下に伴って上昇する利得分布において、１０３０ｎｍ帯の利得が発振閾値と等しくなるときの信号光の強度に基づいて設定される。例えば、信号光Ｌｓの強度と同等または所定のマージンを加えた値以上に設定される。信号基準値は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　信号光検出器５１により検出された信号光Ｌｓの強度が信号基準値以下となったのち電力遮断機５５により励起電力が実質的に遮断されるまでの時間は、ファイバ光増幅器２１に入射する信号光Ｌｓの強度低下に伴って上昇する利得分布において、１０３０ｎｍ帯の利得が発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定され、その時間と同等以下、例えばその時間の数分の一程度に設定される。設定された時間は、制御部２５に設けられたメモリ（不図示）に設定記憶される。
　図８にファイバ光増幅器２１が励起状態において、信号光Ｌｓの入射が突然途絶えたときの波長１０３０ｎｍ帯の利得の時間変化についてのシミュレーション結果を示した。図８に示したように、信号光Ｌｓが途切れるとＹｂの反転分布率が急激に高まり、波長１０３０ｎｍの利得ｇが時間の経過とともに指数関数的に増大する。信号光Ｌｓが途切れたのち発振に至るまでの時間は、ファイバ光増幅器２１の反射減衰量を－５０ｄＢとしたときに約１０μsecであった。
　ファイバ光増幅器２１の片道利得が反射減衰量を超えるまでの時間は、励起光のパワーにほぼ反比例するため、励起光のパワーがより大きい場合には、より短い時間で発振に至り、励起光のパワーがより小さい場合には、より長い時間をかけて発振に至ることになる。信号光Ｌｓの入射パワーが大きく減少したときから６～８μsec程度以内に励起電力を実質的に遮断すれば、反転分布の増大が抑えられ、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを抑止できる。
　不随意発振防止装置６０Ｂにおいては、信号光検出器５１から入力される検出信号が信号基準値以下となった場合に、制御部２５が電力遮断器５５に電力供給を抑制する指令信号を出力し、電流源２６からポンプ光源２３への励起電力の供給を数μsec以内に抑制させる。具体例として、信号光検出器５１から入力される検出信号において、光パルス２～６パルス分に相当する１～３μseの時間（例えば、４パルス分に相当する２μseの時間）、信号光Ｌｓが検出されなかったときに、ポンプ光源２３への励起電力の供給を即時抑制する構成が例示される。
　図１２に、不随意発振防止装置による励起電流の遮断状況を観察した実験結果を示す。図１２における横軸は時間（１μsec／div）、縦軸は励起電力及び信号光Ｌｓの光強度である。本実施例では、光パルス４パルス分に相当する２μseの間途切れたのを確認後にポンプ光源２３への励起電力を遮断しており、電力遮断器５５が励起電力を遮断するのに要した時間は１μsec未満である。
　不随意発振防止装置６０Ｂを備えたレーザ装置４では、ファイバ光増幅器２１が励起状態のまま信号光Ｌｓの入射パワーが大きく減少したときに、波長１０３０ｎｍの利得が発振閾値まで上昇する以前に励起電力が実質的に遮断され、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを抑止できる。本構成形態によれば、前述した不随意発振防止装置６０Ａを備えた場合の効果に加え、ファイバ光増幅器２１が励起状態でレーザ光源１１がオフになった場合に加えて、例えば、レーザ光源１１や外部変調器１５の破損や断線、レーザ光源１１とファイバ光増幅部２１との間の光路上への異物の進入や光ファイバ２２の導入部の断線などにより、信号光Ｌｓの遮断が生じた場合でも、ファイバ光増幅器２１が意図しない発振を起こすことを防止し、その結果、構成部材が損傷すること等を未然に防止することができる。更に、ファイバ光増幅器２１の入射側にファイバカプラ５４と信号光検出器５１とＡＳＥ光検出器とを設けた簡明な構成で、安全性及び長期信頼性の高いレーザ装置を提供することができる。
　以上の説明では、ポンプ光源２３と電流源２６との間に設けた電力遮断器５５によりポンプ光源２３への供給電力を抑制する構成を例示したが、電流源２６そのものをオフにするように構成しても良い。また、信号光Ｌｓの波長を１０６０ｎｍ帯とし、ファイバ光増幅器２１としてイッテルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＹＤＦＡ）を用いた構成を例示したが、信号光の波長は他の帯域であっても良く、ファイバ光増幅器は他のレーザ媒質がドープされたもの、例えば、エルビウム・ドープ・ファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ）などであっても良い。
　上記の通り、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国出願２０１１年第００９１２２号（２０１１年１月１９日）
　日本国出願２０１１年第００９１２６号（２０１１年１月１９日）

Claims (17)

  1. 　レーザ装置であって、
    　信号光を含む波長帯域で利得を有し信号光を増幅して出射するファイバ光増幅器と、
    　前記ファイバ光増幅器を励起するための励起電力を制御する制御部と、
    　前記ファイバ光増幅器に伝播される信号光を検出する信号光検出器か、または、前記ファイバ光増幅器から出射する、前記ファイバ光増幅器の利得分布における前記信号光よりも利得が高い波長の光を検出するＡＳＥ光検出器を備え、
    　前記信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときか、または、前記ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、前記制御部は、前記ファイバ光増幅器を励起するための前記励起電力を抑制するレーザ装置。
  2. 　レーザ装置であって、
    　信号光を含む波長帯域で利得を有し信号光を増幅して出射するファイバ光増幅器と、
    　前記ファイバ光増幅器に伝播される信号光を検出する信号光検出器と、
    　前記ファイバ光増幅器を励起するための励起電力を制御する制御部とを備え、
    　前記制御部は、前記信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときに、前記ファイバ光増幅器を励起するための前記励起電力を抑制するレーザ装置。
  3. 　請求項１または２に記載のレーザ装置において前記所定の信号基準値は、前記ファイバ光増幅器に伝播される信号光の強度低下に伴って上昇する前記ファイバ光増幅器の利得分布における、前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの前記信号光の強度に基づいて設定されるレーザ装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記信号光検出器により検出された信号光の強度が前記所定の信号基準値以下となったのち前記励起電力が抑制されるまでの時間は、前記ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度低下に伴って上昇する前記ファイバ光増幅器の利得分布における、前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定されるレーザ装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ファイバ光増幅器から出射する、前記ファイバ光増幅器の利得分布における前記信号光よりも利得が高い波長の光を検出するＡＳＥ光検出器を備え、前記制御部は、前記ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、前記励起電力を抑制するレーザ装置。
  6. 　請求項５に記載のレーザ装置において、前記所定のＡＳＥ基準値は、前記ファイバ光増幅器における前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの自然放出光の強度に基づいて設定されるレーザ装置。
  7. 　請求項５または６に記載のレーザ装置において、前記ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が前記所定のＡＳＥ基準値以上となったのち前記励起電力が抑制されるまでの時間は、前記ファイバ光増幅器における前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定されるレーザ装置。
  8. 　請求項５～７のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ＡＳＥ光検出器は前記ファイバ光増幅器における信号光の入射側に設けられ、前記ファイバ光増幅器を入射側に向かう後方伝搬自然放出光を検出するレーザ装置。
  9. 　レーザ装置であって、
    　信号光を含む波長帯域で利得を有し信号光を増幅して出射するファイバ光増幅器と、
    　前記ファイバ光増幅器から出射する、前記ファイバ光増幅器の利得分布における前記信号光よりも利得が高い波長の光を検出するＡＳＥ光検出器と、
    　前記ファイバ光増幅器の励起電力を制御する制御部とを備え、
    　前記制御部は、前記ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が所定のＡＳＥ基準値以上となったときに、前記ファイバ光増幅器を励起するための前記励起電力を抑制するレーザ装置。
  10. 　請求項１または９に記載のレーザ装置において、前記所定のＡＳＥ基準値は、前記ファイバ光増幅器における前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの自然放出光の強度に基づいて設定されるレーザ装置。
  11. 　請求項１、９および１０のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ＡＳＥ光検出器により検出された自然放出光の強度が前記所定のＡＳＥ基準値以上となったのち前記励起電力が抑制されるまでの時間は、前記ファイバ光増幅器における前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定されるレーザ装置。
  12. 　請求項１および９～１１のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ＡＳＥ光検出器は前記ファイバ光増幅器における信号光の入射側に設けられ、前記ファイバ光増幅器を入射側に向かう後方伝搬自然放出光を検出するレーザ装置。
  13. 　請求項１および９～１２のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ファイバ光増幅器に入射する信号光を検出する信号光検出器を備え、前記制御部は、前記信号光検出器により検出された信号光の強度が所定の信号基準値以下となったときに、前記励起電力を抑制するように構成されるレーザ装置。
  14. 　請求項１３に記載のレーザ装置において、前記所定の信号基準値は、前記ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度低下に伴って上昇する前記ファイバ光増幅器の利得分布における、前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるときの前記信号光の強度に基づいて設定されるレーザ装置。
  15. 　請求項１３または１４に記載のレーザ装置において、前記信号光検出器により検出された信号光の強度が前記所定の信号基準値以下となったのち前記励起電力が抑制されるまでの時間は、前記ファイバ光増幅器に入射する信号光の強度低下に伴って上昇する前記ファイバ光増幅器の利得分布における、前記信号光よりも利得が高い波長の光の利得が、発振閾値と等しくなるまでの時間に基づいて設定されるレーザ装置。
  16. 　請求項５～８および１２～１５に記載のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ファイバ光増幅器の入射側に４つのポートを有する光ファイバカプラが設けられ、前記４つのポートに、前記信号光、前記ファイバ光増幅器、前記信号光検出器、及び前記ＡＳＥ光検出器が接続されて構成されるレーザ装置。
  17. 　請求項１～１６のいずれか一項に記載のレーザ装置において、前記ファイバ光増幅器はイットリビウムをレーザ媒質とするイットリビウム・ドープ・ファイバ光増幅器であり、前記信号光の波長は１．０６μｍ帯であるレーザ装置。
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