WO2015122374A2 - レーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法 - Google Patents

レーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法 Download PDF

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    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
    • H01S5/06216—Pulse modulation or generation

Definitions

  • the present invention relates to a laser light source device and a laser pulse light generation method used for various types of laser processing.
  • laser light has been used for various processes.
  • Laser light having a wavelength in the vicinity of 532 nm to 1064 nm has high energy intensity, and is suitably used for various processing such as cutting or welding of metal or glass.
  • laser light in the deep ultraviolet region with a wavelength of 200 nm to 350 nm is used for processing electronic materials and composite materials.
  • a laser light source device that outputs laser light having a shorter wavelength than the near infrared region includes a seed light source that outputs laser light having a wavelength in the near infrared region, an optical amplifier that amplifies the laser light output from the seed light source, A nonlinear optical element that converts the wavelength of the laser light amplified by the optical amplifier into a target wavelength is provided.
  • Various seed light sources are selected and various optical amplifiers are used so that laser pulse light having a pulse width of several hundred picoseconds or less and a frequency of several hundred megahertz or less and a large peak power can be obtained. Yes.
  • a mode-locked laser with a repetition frequency of several tens of megahertz is used as such a seed light source, and a pulse light of several kilohertz is obtained by dividing the pulse light output from the seed light source.
  • the oscillation frequency of the mode-locked laser fluctuates due to environmental factors such as temperature and vibration, and it is difficult to control the value appropriately, the oscillation frequency of the laser pulse light detected using a light receiving element etc. Therefore, there is a problem that the circuit configuration for this is complicated, and that the saturable absorber that is a component of the mode-locked laser is easily deteriorated and long-term stable driving is difficult. It was.
  • a semiconductor laser capable of controlling the oscillation frequency of pulsed light as a seed light source.
  • the pulse energy of near-infrared pulsed light output from such a semiconductor laser is from several picojoules to several hundreds of picojoules.
  • pulsed light having a pulse energy of a few tens of microjoules to several tens of millijoules, which is very small as a picojoule it is necessary to amplify much more than when a conventional seed light source is used.
  • neodymium in yttrium aluminum garnet Nd YAG was added neodymium yttrium vanadate Nd: A solid-state amplifier such as YVO4 is preferably used.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an optical amplifier in which such a fiber amplifier and a solid-state amplifier are combined. As shown in Patent Documents 1 and 2, both fiber amplifiers and solid-state amplifiers are used for excitation in order to amplify light having the same wavelength as the laser light to be amplified by the pumping action in the laser active region. It is necessary to provide a light source. Usually, a semiconductor laser is used as such a light source for excitation.
  • spontaneous emission light noise (hereinafter referred to as “ASE noise (Amplified Spontaneous Emission Noise)”) generated in the amplification process by the fiber amplifier in the previous stage is superimposed on the pulse light from the seed light source,
  • ASE noise Amplitude modulation or Raman scattering in the optical fiber
  • the frequency of the pulsed light is higher than the order of megahertz, the ASE noise is very small, so there is no problem.
  • the influence of the ASE noise and the like should be fully considered. I had to.
  • an object of the present invention is to improve energy utilization efficiency when amplifying pulsed light with a solid-state amplifier, reduce heat generation loss of the solid-state amplifier, and achieve a relatively inexpensive and compact laser light source device.
  • a first characteristic configuration of a laser light source device includes a seed light source that outputs pulsed light by a gain switching method, and the seed light source as described in claim 1 of the claims.
  • a fiber amplifier that amplifies the pulsed light output from the light source, a solid-state amplifier that amplifies the pulsed light output from the fiber amplifier, and a nonlinear optical element that wavelength-converts and outputs the pulsed light output from the solid-state amplifier;
  • a light source device comprising: an optical switch element disposed between the fiber amplifier and the solid-state amplifier to allow or block light propagation from the fiber amplifier to the solid-state amplifier; and the seed light source Before the input of the pulsed light output from the seed light source.
  • the frequency component pulse light that contributes to the wavelength conversion by the wavelength conversion element is efficiently amplified by the solid-state amplifier or the like by the gain switching control process, the excitation control process, and the optical switch control process executed by the control unit.
  • the heat loss is reduced, a large cooling mechanism is not required, and a relatively inexpensive and small laser light source device can be realized.
  • the seed light source is driven at a predetermined cycle and pulsed light is output.
  • the fiber amplifier and / or the fiber amplifier and / or the solid state amplifier is obtained so that an inversion distribution state that can be amplified before the pulsed light is input to the fiber amplifier and / or the solid-state amplifier is obtained.
  • the excitation light source of the solid-state amplifier is driven periodically. Therefore, the excitation light source is not unnecessarily driven when no pulsed light is input.
  • the pulse light propagates from the fiber amplifier to the solid-state amplifier via the optical switch element during the output period of the pulse light from the seed light source, and in a period different from the output period of the pulse light. Is prevented from propagating the output light of the fiber amplifier to the solid-state amplifier. Propagation of ASE noise to the solid-state amplifier is prevented during a period different from the output period of the pulsed light, so that waste of energy in the active region of the solid-state amplifier is avoided. That is, the optical switch element functions as a filter that removes ASE noise in the time domain.
  • the optical switch element is configured by a dynamic optical element including an acousto-optic element or an electro-optic element. There is in point.
  • Dynamic optical elements such as an acousto-optic element that turns on or off first-order diffracted light when an ultrasonic transducer is turned on or off as an optical switch element, or an electro-optic element that turns on or off light by an electric field using intensity modulation of EO modulation It is preferable to use it.
  • control unit in addition to the first or second feature configuration described above, includes the seed light source and the seed light source based on a control signal for the optical switch element. It is in the point comprised so that the light source for excitation may be controlled.
  • the optical switch element can be driven.
  • the seed light source is configured by a DFB laser
  • the control unit includes the DFB laser.
  • the laser is configured to be driven at a frequency of several megahertz or less and with a pulse width of several hundred picoseconds or less.
  • a gain switching method using a DFB laser as a seed light source By applying a gain switching method using a DFB laser as a seed light source, it oscillates in a single longitudinal mode, and pulsed light having a higher intensity than that in a steady state can be obtained. According to the gain switching method, it is possible to easily generate pulsed light having a desired pulse width of several hundred picoseconds or less at a desired frequency of several megahertz or less including single pulsed light. By using the above-described optical switch element, it becomes possible to efficiently obtain pulsed light having a high average output and a desired wavelength.
  • the pulse light output from the seed light source by the gain switching method is sequentially amplified by a fiber amplifier and a solid-state amplifier as described in claim 5, and after the amplification
  • a pulsed light generation method for converting the pulsed light of the laser beam with a non-linear optical element and outputting the pulsed light so that the fiber amplifier and / or the solid-state amplifier is inverted before the pulsed light output from the seed light source is input.
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser light source device.
  • 2A is an explanatory diagram of the frequency characteristics and time axis characteristics of narrow-band pulsed light oscillated from the seed light source.
  • FIGS. 2B and 2C are diagrams illustrating self-phase modulation and Raman scattering of the fiber amplifier. It is explanatory drawing of the frequency characteristic and time-axis characteristic of the pulsed light made into the wide band.
  • 3A is an explanatory diagram of pulsed light periodically oscillated from the seed light source
  • FIG. 3B is an explanatory diagram of pulsed light on which ASE noise is superimposed by the first-stage fiber amplifier
  • FIG. 3C is a subsequent stage.
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser light source device.
  • 2A is an explanatory diagram of the frequency characteristics and time axis characteristics of narrow-band pulsed light oscillated from the seed light source.
  • FIGS. 2B and 2C are diagrams illustrating self-phase modulation and Raman scattering
  • FIG. 3 (d) is an explanatory diagram of pulsed light passing through the optical switch element in synchronization with the oscillation period of the seed light source in the time domain
  • FIG. 3 (e). ) Is an explanatory diagram of pulsed light that has passed through the optical switch element in synchronization with the oscillation cycle of the seed light source in the time domain and has been amplified by the solid-state amplifier.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the output timing of the trigger signal for driving the seed light source, the driving signal for the excitation light source of each amplifier, and the gate signal for driving the optical switch element.
  • FIG. 5A is an explanatory diagram of pulse energy characteristics after wavelength conversion comparing the case where the optical switch element is used with the case where the optical switch element is not used
  • FIG. 5B is the case where the optical switch element is used. It is explanatory drawing of the average power characteristic after wavelength conversion which contrasted with the case where an optical switch element is not used.
  • FIG. 6 is a block diagram of a laser light source
  • FIG. 1 shows an exemplary configuration of a laser light source device 1 according to the present invention.
  • the laser light source device 1 includes a light source unit 1A, a fiber amplification unit 1B, a solid amplification unit 1C, and a wavelength conversion unit 1D arranged along the optical axis L, and further includes a control unit 100 that controls the light source unit 1A and the like. It is prepared for.
  • the light source unit 1A includes a seed light source 10, a seed light source driver D1, an optical isolator ISL1, and the like.
  • the fiber amplifying unit 1B includes two-stage fiber amplifiers 20 and 30 each having excitation light sources 21 and 31 and multiplexers 22 and 32 each composed of a laser diode, optical isolators ISL2 and ISL3, and an optical switch element. 40 etc.
  • the solid-state amplifier 1C includes a solid-state amplifier 50, reflection mirrors M1, M2, and M3, a lens L1, a collimator CL2, and the like.
  • the wavelength conversion unit 1D includes a first wavelength conversion unit 1E and a second wavelength conversion unit 1F, and includes nonlinear optical elements 60 and 70, respectively.
  • Laser pulse light with a wavelength of 1064 nm output from the seed light source 10 (hereinafter also simply referred to as “pulse light”) is amplified by the two-stage fiber amplifiers 20 and 30 and further amplified to a desired level by the one-stage solid-state amplifier 50. Is done.
  • the pulsed light amplified by the solid-state amplifier 50 is wavelength-converted to a wavelength of 532 nm by the nonlinear optical element 60 and further wavelength-converted to a wavelength of 266 nm by the nonlinear optical element 70 and output.
  • the number of fiber amplifiers and solid-state amplifiers is not particularly limited, and may be set as appropriate in order to obtain a desired amplification factor for pulsed light.
  • three fiber amplifiers may be cascaded, and two solid state amplifiers may be cascaded in the subsequent stage.
  • a distributed feedback laser diode (hereinafter referred to as “DFB laser”) that outputs a single longitudinal mode laser beam is used as the seed light source 10, and is controlled by a control signal output from the control unit 100 to which the gain switching method is applied. From the DFB laser, pulse light having a desired pulse width of several hundred picoseconds or less is output at a desired frequency of one shot or several megahertz or less.
  • Pulse light having a pulse energy of several picojoules to several hundred picojoules output from the seed light source 10 is finally pulsed by the fiber amplifiers 20 and 30 and the solid-state amplifier 50 with a pulse energy of several tens of microjoules to several tens of millijoules. After being amplified to light, it is converted into deep ultraviolet rays having a wavelength of 266 nm by being input to the two-stage nonlinear optical elements 60 and 70.
  • the pulse light output from the seed light source 10 is amplified by the first-stage fiber amplifier 20 via the optical isolator ISL1.
  • the fiber amplifiers 20 and 30 rare earth-doped optical fibers such as ytterbium (Yb) -doped fiber amplifiers pumped by a pumping light source 21 having a predetermined wavelength (for example, 975 nm) are used. Since the lifetime of the inversion distribution of the fiber amplifier 20 is in the order of milliseconds, the energy excited by the excitation light source 21 is efficiently transferred to pulsed light having a frequency of 1 kilohertz or more.
  • Yb ytterbium
  • the pulse light amplified by about 30 dB by the first-stage fiber amplifier 20 is input to the subsequent-stage fiber amplifier 30 via the optical isolator ISL2, and is amplified by about 25 dB.
  • the pulsed light amplified by the subsequent fiber amplifier 30 is beam-shaped by the collimator CL1, passes through the optical isolators ISL3 and ISL4, and is then guided to the solid-state amplifier 50 to be amplified by about 25 decibels.
  • the pulse light output from the fiber amplifier 30 is beamed by the collimator CL1 immediately before the incident surface of the solid amplifier 50 so as to be efficiently amplified with respect to the thermal lens effect generated in the solid amplifier 50. Beam-shaped so that the waist is located.
  • an acousto-optic modulator AOM Acoustic-Optic Modulator
  • An optical isolator ISL4 that guides the pulsed light amplified by the solid-state amplifier 50 to the nonlinear optical element 60 is disposed between M1 and M2 .
  • the optical isolators ISL1 to ISL4 are polarization-dependent optical isolators that block the return light by rotating the polarization plane in the reverse direction and the reverse direction using the magneto-optical effect.
  • Each optical element disposed on the upstream side along the optical axis is provided for avoiding thermal destruction by high-intensity return light.
  • a solid-state laser medium such as Nd: YVO4 crystal or Nd: YAG crystal is preferably used.
  • the solid-state laser medium is configured to be excited by the excitation light output from the excitation light source 51 including a laser diode having an emission wavelength of 808 nm or 888 nm and beam-formed by the collimator CL2.
  • the pulsed light that has passed through the optical switch element 40 is incident on the solid-state amplifier 50 through the reflection mirrors M1 and M2 and amplified, and then reflected by the reflection mirror M3 and re-enters the solid-state amplifier 50 to be amplified again. Is done. That is, it is configured to be amplified on the forward path and the return path of the solid-state amplifier 50, respectively.
  • the lens L1 is for beam shaping.
  • the first wavelength conversion unit 1E incorporates an LBO crystal (LiB 3 O 5 ) that is a nonlinear optical element 60
  • the second wavelength conversion unit 1F incorporates a CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) that is a nonlinear optical element 70. It is.
  • the pulse light having a wavelength of 1064 nm output from the seed light source 10 is wavelength-converted to a wavelength of 532 nm by the nonlinear optical element 60, and further wavelength-converted to a wavelength of 266 nm by the nonlinear optical element 70.
  • the reflection mirrors M4 and M8 function as a filter for separating pulsed light with a wavelength of 1064 nm output from the nonlinear optical element 60, and the reflection mirror M6 is for separating pulsed light with a wavelength of 532 nm output from the nonlinear optical element 70.
  • Each of the separated pulse lights is attenuated by an optical damper.
  • the second wavelength conversion unit 1F is provided with a stage 71 that is a scanning mechanism that moves a CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) in a plane orthogonal to the optical axis.
  • a stage 71 that is a scanning mechanism that moves a CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) in a plane orthogonal to the optical axis.
  • the control unit 100 is configured by a circuit block including an FPGA (Field Programmable Gate Array) and peripheral circuits, and drives a plurality of logic elements based on a program stored in advance in a memory in the FPGA. For example, the blocks constituting the block are sequentially controlled.
  • the control unit 100 may be configured with a microcomputer, a peripheral circuit such as a memory and an IO, or may be configured with a programmable logic controller (PLC) or the like.
  • PLC programmable logic controller
  • the control unit 100 includes a gain switching control process for driving the seed light source 10 at a predetermined period, and the fiber amplifiers 20 and 30 and the solid-state amplifier 50 are inverted before the pulse light output from the seed light source 10 is input.
  • the excitation control processing for periodically driving and controlling the excitation light sources 21, 31, 51 of the fiber amplifiers 20, 30 and the solid-state amplifier 50 and the propagation of light during the pulse light output period from the seed light source 10 are allowed.
  • an optical switch control process for controlling the optical switch element 40 so as to prevent the propagation of light during a period different from the output period of the pulsed light from the seed light source 10 is executed.
  • a trigger signal having a predetermined pulse width is output to the driver D1 of the DFB laser that is the seed light source 10 in order to cause the seed light source 10 to emit light using the gain switching method.
  • a pulse current corresponding to the trigger signal is applied from the drive circuit to the DFB laser, relaxation oscillation occurs, and only the first wave having the highest emission intensity immediately after the start of light emission due to relaxation oscillation consists of the second and subsequent sub-pulses.
  • a pulsed laser beam not included is output.
  • the gain switching method refers to a method of generating pulsed light having a short pulse width and high peak power using such relaxation oscillation.
  • each of the excitation light sources 21, 31, 51 has a period so that an inversion distribution state in which the energy state can be amplified before the pulse light is input to the fiber amplifiers 20, 30 and the solid-state amplifier 50 is obtained. Controlled intermittently or intermittently.
  • each excitation light source 21, 31, 51 is driven at least a predetermined excitation start time before the timing at which the seed light source 10 is turned on, and the timing at which the seed light source 10 is turned off, or the seed light source. It is configured to be turned off when a predetermined excitation end time elapses from the timing at which 10 is turned on.
  • the excitation start time is a value determined according to the fluorescence lifetime of each amplifier 20, 30, 50, and is set to a value 0.5 to 3 times the fluorescence lifetime ⁇ , for example. Since the fluorescence lifetimes of the individual amplifiers 20, 30, 50 are different, it is necessary to individually drive and control the excitation light sources 21, 31, 51 of the individual amplifiers 20, 30, 50. In order to simplify the drive circuit of the excitation light sources 21, 31, 51, the excitation start time of another amplifier may be matched with the excitation start time of the amplifier having the longest fluorescence lifetime.
  • a gate signal is output to the RF driver D2 that drives the acousto-optic modulator AOM that is the optical switch element 40.
  • a diffraction grating is generated in a crystal constituting the acoustooptic device by a transducer (piezoelectric conversion device) to which a high frequency signal is applied from the RF driver D2, and diffracted light of pulsed light incident on the acoustooptic device is incident on the reflection mirror M1 .
  • the RF driver D2 is stopped, the pulsed light incident on the acoustooptic device passes through without being diffracted and does not enter the reflection mirror M1 .
  • the light that has passed through the acoustooptic device when the RF driver D2 is stopped is attenuated by an optical damper.
  • the optical switch element 40 When the optical switch element 40 is turned on by the gate signal, the diffracted light propagates from the fiber amplifier 30 to the solid-state amplifier 50. When the optical switch element 40 is turned off by the gate signal, light propagation is blocked from the fiber amplifier 30 to the solid-state amplifier 50.
  • control unit 100 is configured to execute a shift control process in which the stage 71 is controlled and moved stepwise in order to shift the irradiation position of the pulsed light onto the CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) at a predetermined time. ing.
  • the intensity of the wavelength-converted ultraviolet light is monitored, and when the monitored intensity history matches a predetermined pattern, the stage 71 is moved to irradiate the CLBO crystal (CsLiB 6 O 10 ) with pulsed light. Shift position.
  • the stage 71 is controlled by the control unit 100 via the motor driver D3 and / or the Y-direction moving motor so that the stage 71 can move on the XY plane orthogonal to the optical axis of the pulsed light. It is connected to the drive.
  • a narrow-band laser pulse light having a center wavelength of 1064 nm is output at a predetermined period from the DFB laser that is the seed light source 10 by the trigger signal output from the control unit 100 (see FIG. 2A).
  • the spectrum width is unnecessarily widened by self-phase modulation, Raman scattering, etc., and further, ASE noise is generated and S of the optical pulse is generated.
  • the / N ratio decreases (see FIG. 2B).
  • the bandwidth is further increased, and the ASE noise level increases (see FIG. 2C).
  • the wavelength converting unit 1D In order to obtain deep ultraviolet pulsed light having a desired intensity, it is necessary to amplify the pulsed light amplified by the fiber amplifiers 20 and 30 to a larger peak power by the solid-state amplifier 50 at the subsequent stage.
  • the wavelength range that can be converted by the wavelength converting unit 1D is limited by the characteristics of the nonlinear optical elements 60 and 70, the energy required for amplification does not contribute to wavelength conversion efficiently. That is, the wavelength conversion efficiency is lowered.
  • an optical switch element 40 that is controlled by the control unit 100 and functions as a noise filter that removes ASE noise and the like in the time domain is provided.
  • the optical switch element 40 allows the light to propagate during the output period of the pulsed light from the seed light source 10 by the above-described switch control process and prevents the light from propagating during a period different from the output period of the pulsed light from the seed light source 10. Is controlled so as to generate an output permissible state that permits the output of pulsed light from the nonlinear optical elements 60 and 70.
  • the optical switch element 40 When the optical switch element 40 is turned off during a period different from the output period of the pulsed light from the seed light source 10, the ASE noise is prevented from propagating to the subsequent solid-state amplifier 50 during that period. It is avoided that energy in the active region is wasted (see section Toff in FIG. 3D).
  • the optical switch element 40 when the optical switch element 40 is turned on by the control unit 100 during the period in which the pulse light is output from the seed light source 10, the pulse light propagates from the fiber amplifier 30 to the solid-state amplifier 50 (section in FIG. 3D). Ton), the pulsed light is amplified with energy efficiency (see FIG. 3E), and the pulsed light with a large peak power is output from the nonlinear optical element. That is, the optical switch element 40 is caused to function as a filter for removing ASE noise in the time domain.
  • the “output period of pulsed light from the seed light source” in which the optical switch element 40 is on-controlled by the control unit 100 does not mean only the entire period during which pulse light is output from the seed light source, but a nonlinear optical element As long as the peak power of the pulsed light that has been wavelength-converted by the above is in a range that shows an appropriate value, it may be a partial period, and also includes a slight period before and after the period in which the pulsed light is output from the seed light source It is a concept like this.
  • the “period different from the output period of the pulsed light from the seed light source” in which the optical switch element 40 is controlled to be off by the control unit 100 in the output allowable state is the entire period between the output periods of the plurality of pulsed light, that is, It does not mean only the whole period in which no pulsed light exists, but if it is within a range where it is possible to reduce the wasteful consumption of energy in the active region of the solid-state amplifier excited by the excitation light source due to ASE noise, a part thereof It is a concept that includes a period.
  • a significant effect is obtained when the frequency of the pulsed light output from the seed light source 10 is 1 megahertz or less, and the ASE noise removal effect by the optical switch element 40 appears remarkably when the frequency is several hundred kilohertz or less, particularly 200 kilohertz or less.
  • the pumping light sources 21 and 31 are obtained by the above-described pumping control process so that an inversion distribution state in which the fiber amplifiers 20 and 30 and the solid-state amplifier 50 can be amplified before the pulsed light is input is obtained.
  • 51 are controlled periodically or intermittently, the pumping light source is not unnecessarily driven when no pulsed light is input, and thus the heat generation in each amplifier is suppressed. It becomes like this.
  • the driving cycle of the excitation light sources 21, 31, 51 is determined in synchronization with the driving cycle of the seed light source 10, and when the seed light source 10 is stopped, the excitation light sources 21, 31, 51 are similarly stopped and large in advance. Since the excited state is not reached, even when the seed light source 10 is driven next, a giant pulse with a remarkably large peak power is output, and the wavelength converter or the like is not thermally damaged. Even when the seed light source 10 is periodically driven, ASE noise is not generated at least when the excitation light sources 21, 31, 51 are turned off, so that the SN ratio of the pulsed light does not greatly decrease.
  • FIG. 4 illustrates a control timing chart for the seed light source 10, the excitation light sources 21, 31, 51, and the optical switch element 40 executed by the control unit 100.
  • the control unit 100 outputs a gate signal to the RF driver D2 of the optical switch element 40 at a reference time t0, and after a predetermined delay time, outputs a trigger signal to the driver D1 of the seed light source 10 at a time t3. To do. By turning off the trigger signal at a predetermined time t5 after the relaxation oscillation occurs at the time t4, the pulsed light S1 having a predetermined pulse width is obtained.
  • the controller 100 does not stop the laser oscillation by turning off the trigger signal at time t5, but the driver D1 stops the laser oscillation of the seed light source 10 at the predetermined time t5 for the seed light source 10 in which the relaxation oscillation has occurred. You may be comprised so that it may make. In this case, the trigger signal OFF timing may be set arbitrarily.
  • the control unit 100 turns on the excitation light sources 21, 31, 51 at time t eon after a predetermined time has elapsed from time t0, and turns off the excitation light sources 21, 31, 51 at time t eoff, that is, when the seed light source 10 is turned off.
  • the time t eon is a time that is traced back by the excitation start time described above with reference to the output time t3 of the trigger signal for the seed light source 10.
  • the time is set back by the maximum fluorescence lifetime ⁇ of the fluorescence lifetimes of the amplifiers.
  • the pulsed light S1 is amplified by the fiber amplifiers 20 and 30, and the pulsed light S3 is obtained.
  • the pulsed light S3 has a broad band and is further superimposed with ASE noise.
  • the optical switch element 40 is turned on at time t2 by the gate signal turned on at time t0, and the optical switch element 40 is turned off at time t6 by the gate signal turned off at time t1.
  • the output S4 amplified by the fiber amplifier 30 and passed through the optical switch element 40 is propagated to the solid-state amplifier 50.
  • the output light S4 amplified by the fiber amplifier 30 and passed through the optical switch element 40 is transmitted to the solid-state amplifier 50 between the time t2 and t6 when the optical switch element 40 is turned on. Propagate. Then, during the time t6 to t7 when the optical switch element 40 is turned off, the propagation of the ASE noise to the solid-state amplifier 50 is prevented, so that the excitation energy accumulated in the active region of the solid-state amplifier 50 is wasted. Will be avoided. In FIG. 4, it is indicated that ASE noise is generated even when the excitation light sources 21 and 31 are turned off, but in reality, the generation of ASE noise is suppressed to some extent during this period.
  • a diffraction grating is formed in the optical switch element 40 when an RF signal is input, and the state in which the diffracted light propagates to the solid-state amplifier 50 is expressed as ON, and the diffraction grating is formed in the optical switch element 40.
  • the state in which the zero-order light is attenuated by the damper without propagating the light to the solid-state amplifier 50 is expressed as OFF.
  • the logic of the control signal output to the optical switch element 40 may be either positive logic or negative logic.
  • the on-time of the optical switch element 40 is preferably set to a range of 1.5 to 10 times the pulse width of the pulsed light output from the seed light source 10, More preferably, it is set in the range of 1.5 times to 3 times. For example, if the pulse width of the pulsed light output from the seed light source 10 is 50 picoseconds, it may be set from 75 picoseconds to 500 picoseconds. However, the range may be limited by the control period of the control unit 100.
  • control unit 100 is configured to output a trigger signal for controlling the seed light source 10 and the excitation light sources 21, 31, 51 based on a control signal (gate signal) for the optical switch element 40.
  • a control signal gate signal
  • the optical switch element 40 When the response of the optical switch element 40 is sufficiently faster than the response of the pulsed light output from the seed light source 10, the optical switch element 40 is naturally controlled based on the control signal for the seed light source 10. It is also possible to do.
  • control unit 100 described above is configured so that the fiber amplifiers 20 and 30 and / or the solid-state amplifier 50 are inverted and distributed before the pulse light output from the seed light source 10 is input.
  • the pumping light source is controlled periodically or intermittently, and the optical switch element 40 disposed between the fiber amplifier 30 and the solid-state amplifier 50 is controlled to output light during the output period of the pulsed light from the seed light source 10.
  • a laser pulse light generation method is performed in which the propagation of the light is allowed and the light propagation is prevented during a period different from the output period of the pulse light from the seed light source 10.
  • FIG. 5A shows the case where an optical switch element that removes ASE noise is used in a state where the power during driving of the excitation light sources 21, 31, 51 is kept constant, and the case where no optical switch element is used.
  • FIG. 5B shows average power characteristics after wavelength conversion when using an optical switch element that removes ASE noise and when no optical switch element is used. It is shown. In both figures, the characteristics plotted with black circles are characteristics when an optical switch element is used, and the characteristics plotted with black squares are characteristics when no optical switch element is used.
  • the pulse energy and the average power are effectively increased in the frequency range from several tens of kilohertz to several megahertz by removing the ASE noise using the optical switch element. I understand that.
  • the present invention is widely applied to a laser light source device including a seed light source configured to be driven at a frequency of several hundred megahertz or less and a pulse width of several hundred picoseconds or less with respect to a semiconductor laser including a DFB laser. Applicable.
  • a band pass filter that narrows the band of pulse light that has been widened by chirping phenomenon, self-phase modulation in optical fiber, Raman scattering, or the like may be provided downstream of the fiber amplifiers 20 and 30. .
  • FIG. 6 shows an example in which a band pass filter BPF1 is provided in the subsequent stage of the fiber amplifier 20.
  • the pulse light that has been broadened in the process of being amplified by the fiber amplifier 20 and on which the ASE noise is superimposed is filtered by the bandpass filter BPF1 to become a pulse light that has been narrowed to some extent and from which the ASE noise has been removed. Then, it is input to the fiber amplifier 30 at the subsequent stage.
  • a band pass filter may be provided between the seed light source 10, the optical isolator ISL1, and the fiber amplifier 20, so that reflection of ASE noise to the seed light source may be avoided.
  • an acousto-optic element that turns on or off first-order diffracted light by turning on or off an ultrasonic transducer is described as an optical switch element.
  • intensity modulation of EO modulation is used as an optical switch element. It is also possible to use an electro-optic element that turns on and off light by an electric field.
  • the optical switch element 40 whether or not the output of the fiber amplifier 30 is propagated to the solid-state amplifier 50 by using a micro peristaltic mirror (mirror composed of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)) manufactured by the micromachining technology as the optical switch element 40. May be configured to be switched according to a slight swing angle of the swing mirror.
  • a polarization device capable of dynamically switching the polarization state and controlling transmission and blocking of light may be used.
  • the optical switch element only needs to be composed of a dynamic optical element.
  • the excitation light sources 21, 31, 51 of the optical amplifiers 20, 30, 50 are driven with the same period as the drive period of the seed light source 10 .
  • Only the light sources 21 and 31 may be driven in the same cycle as that of the seed light source 10, and the excitation light source 51 of the solid-state amplifier 50 may be continuously driven, or only the excitation light source 51 of the solid-state amplifier 50 may be driven by the seed light source 10.
  • You may drive with the same period as a drive period. That is, the excitation control process periodically controls the excitation light source of the fiber amplifier and / or the solid-state amplifier so that the fiber amplifier and / or the solid-state amplifier is inverted and distributed before the input of the pulsed light output from the seed light source. What is necessary is just to be comprised.
  • periodic on / off control or intensity modulation control may be performed so that the optical amplifier is in an inverted distribution state at the input timing of the pulsed light output from the seed light source 10.
  • the optical amplifier may be in an inverted distribution state by intermittently driving the excitation light source during a predetermined period until the pulsed light from the seed light source is incident.
  • the fiber amplifiers 20, 30 and / or the solid-state amplifier 50 are in an inverted distribution state before the pulsed light output from the seed light source 10 is input. Since the excitation light is periodically or intermittently driven, ing to be able to reduce wasteful energy consumption and heat generation does not contribute to the amplification of the pulse light.
  • a DFB laser is used as a seed light source and a gain switching method is applied to the DFB laser to generate pulsed light having a higher intensity than that in a steady state in a single longitudinal mode.
  • the present invention only needs to use a semiconductor laser as a seed light source, and a general Fabry-Perot type semiconductor laser other than a DFB laser can also be used.
  • the present invention is not limited to a seed light source with an oscillation wavelength of 1064 nm.
  • a seed light source having a different wavelength depending on the application, such as 1030 nm, 1550 nm, and 976 nm.
  • Nonlinear optical elements other than those described above can be used as the nonlinear optical element.
  • a BBO crystal, a KBBF crystal, an SBBO crystal, a KABO crystal, a BABO crystal, or the like can be used instead of the CLBO crystal.
  • Laser light source device 10 seed light source 20
  • 30 fiber amplifier 40
  • optical switch element 50 solid state amplifier 60
  • 70 nonlinear optical element

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Abstract

　固体増幅器でパルス光を増幅する際のエネルギー利用効率を向上させるとともに、固体増幅器の発熱ロスを低減して、比較的安価で小型のレーザ光源装置で、種光源１０と、ゲインスイッチング法を用いて種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、その出力をさらに増幅する固体増幅器と、固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換する非線形光学素子と、ファイバ増幅器３０と固体増幅器５０との間に配置されたＡＳＥノイズを除去する光スイッチ素子４０と、制御部１００を備えて構成され、制御部は種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、当該出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子を制御するとともに、種光源から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器及び／または固体増幅器が反転分布するように、ファイバ増幅器及び／または固体増幅器の励起用光源を周期的または間歇的に制御する。

Description

レーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法
　本発明は、各種のレーザ加工に用いられるレーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法に関する。
　近年、レーザ光は様々な加工に用いられている。波長が５３２ｎｍから１０６４ｎｍ付近のレーザ光はエネルギー強度が大きく、金属やガラス等の切断または溶接等の各種の加工に好適に用いられている。また、波長が２００ｎｍから３５０ｎｍ付近の深紫外領域のレーザ光は電子材料や複合材料の加工に用いられている。
　近赤外領域よりも短い波長のレーザ光を出力するレーザ光源装置は、近赤外領域の波長のレーザ光を出力する種光源と、種光源から出力されるレーザ光を増幅する光増幅器と、光増幅器で増幅されたレーザ光の波長を目的とする波長に変換する非線形光学素子を備えて構成されている。
　そして、パルス幅が数百ピコ秒以下で周波数が数百メガヘルツ以下のピークパワーが大きなレーザパルス光を得ることができるように様々な種光源が選択されて、様々な光増幅器等が用いられている。
　従来、このような種光源として繰返し周波数が数十メガヘルツのモード同期レーザを用い、当該種光源から出力されたパルス光を分周することにより数キロヘルツのパルス光を得るように構成されたものがあった。
　しかし、モード同期レーザの発振周波数は温度や振動等の環境的な要因で変動し、その値を適正に制御することが困難であるため、受光素子等を用いて検出したレーザパルス光の発振周波数に同期して分周する必要があり、そのための回路構成が複雑になるという問題や、モード同期レーザの構成部品である過飽和吸収体が劣化し易く、長期安定駆動が困難であるという問題があった。
　そこで、パルス光の発振周波数の制御が可能な半導体レーザを種光源に用いることが考えられるが、このような半導体レーザから出力される近赤外のパルス光のパルスエネルギーは数ピコジュールから数百ピコジュールと非常に小さく、最終的に数十マイクロジュールから数十ミリジュールのパルスエネルギーのパルス光を得るためには、従来の種光源を使用する場合よりも大幅に増幅する必要がある。
　そのための光増幅器として、エルビウム・ドープト・ファイバ増幅器やイッテルビウム・ドープト・ファイバ増幅器等のファイバ増幅器や、イットリウム・アルミニウム・ガーネットにネオジウムを添加したＮｄ：ＹＡＧ、イットリウム・バナデートにネオジムを添加したＮｄ：ＹＶＯ４等の固体増幅器が好適に用いられる。
　特許文献１，２には、このようなファイバ増幅器と固体増幅器を組み合わせた光増幅器が開示されている。当該特許文献１，２に示されているように、ファイバ増幅器及び固体増幅器の何れも、レーザ活性領域でのポンプ作用で増幅対象となるレーザ光と同じ波長の光を増幅するために、励起用の光源を備える必要がある。そして、通常、このような励起用の光源として半導体レーザが用いられている。
特開２０１１－１９２８３１号公報 ＷＯ２００８／０１４３３１号公報
　上述したように、モード同期レーザの代替として半導体レーザを種光源に用いる場合には、大きなエネルギー強度のレーザパルス光を得るために、単一または複数のファイバ増幅器及び固体増幅器を用いる必要がある。
　この場合、前段のファイバ増幅器による増幅の過程で生じる自然放出光ノイズ（以下、「ＡＳＥノイズ(Amplified Spontaneous Emission Noise)」と記す。）が種光源からのパルス光に重畳され、さらにチャーピング現象や光ファイバ内の自己位相変調やラマン散乱等によって広帯域化されたパルス光が後段の固体増幅器で増幅されることとなり、増幅のために固体増幅器に注入される励起光のエネルギーの一部がこのようなノイズ成分の増幅に無駄に消費されるという問題があった。
　このような状況でパルス光を所定強度に増幅するためには、固体増幅器に過剰な励起エネルギーを注入する必要があり、固体増幅器のエネルギー利用効率が低下するばかりか発熱が大きくなり、冷却のために大型の冷却機構が必要となり、部品コスト等も増大するという問題があった。
　パルス光の周波数がメガヘルツの位数より大きければ、ＡＳＥノイズは極僅かであるためさほど問題とならないが、パルス光の発振周波数が１メガヘルツよりも低い領域ではＡＳＥノイズ等の影響を十分に考慮しなければならなかった。
　さらに、用途によっては単発或いは数ヘルツのパルス光を出力することが望まれているが、波長変換前の基準となるパルス光の広帯域化及びＡＳＥノイズの影響によるエネルギー損失が大きく、その実現が困難であった。
　本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、固体増幅器でパルス光を増幅する際のエネルギー利用効率を向上させるとともに、固体増幅器の発熱ロスを低減して、比較的安価で小型のレーザ光源装置を提供する点にある。
　上述の目的を達成するため、本発明によるレーザ光源装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、前記種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、前記ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、前記固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子と、を備えているレーザ光源装置であって、前記ファイバ増幅器と前記固体増幅器との間に配置され前記ファイバ増幅器から前記固体増幅器への光の伝播を許容または阻止する光スイッチ素子と、前記種光源を所定の周期で駆動するゲインスイッチング制御処理と、前記種光源から出力されるパルス光の入力前に前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器が反転分布するように、前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器の励起用光源を周期的にまたは間歇的に制御する励起制御処理と、前記種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、前記種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように前記光スイッチ素子を制御する光スイッチ制御処理と、を実行するように構成されている制御部と、を備えている点にある。
　上述の構成によれば、制御部によって実行されるゲインスイッチング制御処理、励起制御処理及び光スイッチ制御処理によって、波長変換素子で波長変換に寄与する周波数成分のパルス光が固体増幅器等で効率よく増幅され、発熱ロスが低減されるので、大型の冷却機構も不要となり、比較的安価で小型のレーザ光源装置を実現できるようになる。
　具体的に、ゲインスイッチング制御処理が実行されることによって、所定の周期で種光源が駆動されてパルス光が出力される。また、励起制御処理が実行されることによって、ファイバ増幅器及び／または固体増幅器に当該パルス光が入力される前に増幅可能なエネルギー状態となる反転分布状態が得られるように、ファイバ増幅器及び／または固体増幅器の励起用光源が周期的に駆動される。従って、パルス光が入力されることのないときに不必要に励起用光源が駆動されることがない。
　そして、光スイッチ制御処理が実行されると、種光源からのパルス光の出力期間に光スイッチ素子を介してファイバ増幅器から固体増幅器へパルス光が伝播し、当該パルス光の出力期間と異なる期間にはファイバ増幅器の出力光の固体増幅器への伝播が阻止される。当該パルス光の出力期間と異なる期間には固体増幅器へのＡＳＥノイズの伝播が阻止されるので、固体増幅器の活性領域のエネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる。つまり、当該光スイッチ素子は時間領域でＡＳＥノイズを除去するフィルタとして機能する。
　その結果、エネルギー効率の良い状態で、単発或いは数ヘルツのパルス光を出力するレーザ光源装置を提供することも可能になった。
　同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記光スイッチ素子が音響光学素子または電気光学素子を含む動的光学素子で構成されている点にある。
　光スイッチ素子として超音波トランデューサのオンまたはオフによって１次回折光をオンまたはオフする音響光学素子、ＥＯ変調の強度変調を利用して電界により光をオンオフする電気光学素子等の動的光学素子を用いることが好ましい。
　同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記制御部は、前記光スイッチ素子に対する制御信号を基準に前記種光源及び励起用光源を制御するように構成されている点にある。
　種光源や励起用光源の応答性よりも光スイッチ素子の応答性が遅い場合であっても、光スイッチ素子に対する制御信号を基準に種光源を制御する制御信号を生成することにより、適正な時期に光スイッチ素子を駆動することができるようになる。
　同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記種光源がＤＦＢレーザで構成され、前記制御部は前記ＤＦＢレーザを数メガヘルツ以下の周波数で、且つ、数百ピコ秒以下のパルス幅で駆動するように構成されている点にある。
　種光源としてＤＦＢレーザを用いてゲインスイッチング法を適用することによって、単一縦モードで発振し、定常状態よりも高強度のパルス光が得られる。ゲインスイッチング法によれば、単発のパルス光を含む数メガヘルツ以下の所望の周波数で、数百ピコ秒以下の所望のパルス幅のパルス光を容易に生成することができ、このようなパルス光に上述の光スイッチ素子を用いることによって、高い平均出力で且つ所望の波長のパルス光を効率よく得ることができるようになる。
　本発明によるレーザパルス光生成方法の第一の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、ゲインスイッチング法で種光源から出力されたパルス光をファイバ増幅器及び固体増幅器で順次増幅し、増幅後のパルス光を非線形光学素子で波長変換して出力するレーザパルス光生成方法であって、前記種光源から出力されるパルス光の入力前に前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器が反転分布するように、前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器の励起用光源を周期的にまたは間歇的に制御するとともに、前記ファイバ増幅器と前記固体増幅器との間に配置された光スイッチ素子を制御して、前記種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、前記種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止する点にある。
　以上説明した通り、本発明によれば、固体増幅器でパルス光を増幅する際のエネルギー利用効率を向上させるとともに、固体増幅器の発熱ロスを低減して、比較的安価で小型のレーザ光源装置を提供することができるようになった。
図１はレーザ光源装置のブロック構成図である。 図２（ａ）は種光源から発振される狭帯域のパルス光の周波数特性と時間軸特性の説明図、図２（ｂ），図２（ｃ）はファイバ増幅器の自己位相変調やラマン散乱によって広帯域化したパルス光の周波数特性と時間軸特性の説明図である。 図３（ａ）は種光源から周期的に発振されるパルス光の説明図、図３（ｂ）は初段のファイバ増幅器でＡＳＥノイズが重畳したパルス光の説明図、図３（ｃ）は後段のファイバ増幅器でさらにＡＳＥノイズが重畳したパルス光の説明図、図３（ｄ）は時間領域で種光源の発振周期と同期して光スイッチ素子を通過するパルス光の説明図、図３（ｅ）は時間領域で種光源の発振周期と同期して光スイッチ素子を通過して、固体増幅器で増幅されたパルス光の説明図である。 図４は、種光源を駆動するトリガ信号と、各増幅器の励起用光源の駆動信号と、光スイッチ素子を駆動するゲート信号の出力タイミングを説明するタイミングチャートである。 図５（ａ）は光スイッチ素子を用いた場合と、光スイッチ素子を用いない場合とを対比した波長変換後のパルスエネルギー特性の説明図、図５（ｂ）は光スイッチ素子を用いた場合と、光スイッチ素子を用いない場合とを対比した波長変換後の平均パワー特性の説明図である。 図６は別実施形態を示すレーザ光源装置のブロック構成図である。
　以下、本発明によるレーザ光源装置及びレーザパルス光生成方法の実施形態を説明する。図１には、本発明によるレーザ光源装置１の一例となる構成が示されている。レーザ光源装置１は、光源部１Ａと、ファイバ増幅部１Ｂと、固体増幅部１Ｃと、波長変換部１Ｄとが光軸Ｌに沿って配置され、さらに光源部１Ａ等を制御する制御部１００を備えて構成されている。
　光源部１Ａには、種光源１０と、種光源用のドライバＤ１と、光アイソレータＩＳＬ１等を備えている。ファイバ増幅部１Ｂには、それぞれレーザダイオードで構成される励起用光源２１，３１及び合波器２２，３２を備えた二段のファイバ増幅器２０，３０と、光アイソレータＩＳＬ２，ＩＳＬ３と、光スイッチ素子４０等を備えている。
　固体増幅部１Ｃには、固体増幅器５０と、反射ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３と、レンズＬ１，コリメータＣＬ２等を備えている。波長変換部１Ｄは、第１波長変換部１Ｅ及び第２波長変換部１Ｆで構成され、それぞれに非線形光学素子６０，７０を備えている。
　種光源１０から出力された波長１０６４ｎｍのレーザパルス光（以下、単に「パルス光」とも記す。）が二段のファイバ増幅器２０，３０で増幅され、さらに一段の固体増幅器５０で所望のレベルまで増幅される。固体増幅器５０で増幅されたパルス光は非線形光学素子６０で波長５３２ｎｍに波長変換され、さらに非線形光学素子７０で波長２６６ｎｍに波長変換されて出力される。
　尚、ファイバ増幅器及び固体増幅器の数は特に限定されることはなく、パルス光に対する所望の増幅率を得るために適宜設定されればよい。例えば三つのファイバ増幅器を縦続接続し、その後段に二つの固体増幅器を縦続接続してもよい。
　種光源１０として単一縦モードのレーザ光を出力する分布帰還型レーザダイオード（以下、「ＤＦＢレーザ」と記す。）が用いられ、ゲインスイッチング法を適用する制御部１００から出力される制御信号によって、ＤＦＢレーザから単発または数メガヘルツ以下の所望の周波数で、数百ピコ秒以下の所望のパルス幅のパルス光が出力される。
　種光源１０から出力された数ピコジュールから数百ピコジュールのパルスエネルギーのパルス光が、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０によって最終的に数十マイクロジュールから数十ミリジュールのパルスエネルギーのパルス光に増幅された後に、二段の非線形光学素子６０，７０に入力されることによって波長２６６ｎｍの深紫外線に波長変換される。
　種光源１０から出力されたパルス光は、光アイソレータＩＳＬ１を介して、初段のファイバ増幅器２０で増幅される。ファイバ増幅器２０，３０として、所定波長（例えば９７５ｎｍ）の励起用光源２１で励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）添加ファイバ増幅器等の希土類添加光ファイバが用いられる。このようなファイバ増幅器２０の反転分布の寿命はミリ秒の位数であるため、励起用光源２１で励起されたエネルギーは１キロヘルツ以上の周波数のパルス光に効率的に転移されるようになる。
　初段のファイバ増幅器２０で約３０デシベル増幅されたパルス光は、光アイソレータＩＳＬ２を介して後段のファイバ増幅器３０に入力されて約２５デシベル増幅される。後段のファイバ増幅器３０で増幅されたパルス光は、コリメータＣＬ１によってビーム成形され、光アイソレータＩＳＬ３，ＩＳＬ４を通過した後に固体増幅器５０に導かれて約２５デシベル増幅される。
　本実施形態では、固体増幅器５０で生じる熱レンズ効果に対して効率的に光増幅されるように、ファイバ増幅器３０から出力されたパルス光が、当該コリメータＣＬ１によって固体増幅器５０の入射面直前にビームウェストが位置するようにビーム成形される。
　コリメータＣＬ１と固体増幅器５０との間には、音響光学素子が組み込まれ光スイッチ素子４０として機能する音響光学変調器ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）、一対の反射ミラーＭ１，Ｍ２が配置され、反射ミラーＭ１，Ｍ２間には固体増幅器５０で増幅されたパルス光を非線形光学素子６０に導く光アイソレータＩＳＬ４が配置されている。
　尚、上述の光アイソレータＩＳＬ１～ＩＳＬ４は、何れも磁気光学効果を利用して順方向と逆方向で偏光面を逆方向に回転させることで戻り光を遮断する偏光依存型の光アイソレータであり、光軸に沿って上流側に配置された各光学素子が、高強度の戻り光によって熱破壊されることを回避する等のために設けられている。
　固体増幅器５０としてＮｄ：ＹＶＯ４結晶やＮｄ：ＹＡＧ結晶等の固体レーザ媒体が好適に用いられる。発光波長８０８ｎｍまたは８８８ｎｍのレーザダイオードで構成される励起用光源５１から出力され、コリメータＣＬ２によってビーム成形された励起光によって固体レーザ媒体が励起されるように構成されている。
　光スイッチ素子４０を通過したパルス光は、反射ミラーＭ１，Ｍ２を経由して固体増幅器５０に入射して増幅された後に、さらに反射ミラーＭ３で反射されて固体増幅器５０に再入射して再度増幅される。つまり、固体増幅器５０の往路及び復路でそれぞれ増幅されるように構成されている。尚、レンズＬ１はビーム整形用である。
　第１波長変換部１Ｅには非線形光学素子６０であるＬＢＯ結晶（ＬｉＢ３Ｏ５）が組み込まれ、第２波長変換部１Ｆには非線形光学素子７０であるＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）が組み込まれている。種光源１０から出力された波長１０６４ｎｍのパルス光が非線形光学素子６０で波長５３２ｎｍに波長変換され、さらに非線形光学素子７０で波長２６６ｎｍに波長変換される。
　反射ミラーＭ４，Ｍ８は非線形光学素子６０から出力される波長１０６４ｎｍのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、反射ミラーＭ６は非線形光学素子７０から出力される波長５３２ｎｍのパルス光を分離するためのフィルタとして機能し、分離されたパルス光はそれぞれ光ダンパで減衰される。
　第２波長変換部１ＦにはＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）を光軸と直交する面内で移動させる走査機構であるステージ７１が設けられている。紫外線が長時間同一箇所に照射されるとＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）に光学損傷が生じて強度分布の劣化と波長変換出力の低下を招くため、所定時期にＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトするためである。
　制御部１００はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）及び周辺回路等を備えた回路ブロックで構成され、予めＦＰＧＡ内のメモリに記憶したプログラムに基づいて複数の論理素子を駆動することにより、レーザ光源装置１を構成する各ブロックが例えばシーケンシャルに制御される。尚、制御部１００はＦＰＧＡで構成される以外に、マイクロコンピュータとメモリ及びＩＯ等の周辺回路で構成されていてもよいし、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等で構成されていてもよい。
　具体的に、制御部１００は、種光源１０を所定の周期で駆動するゲインスイッチング制御処理と、種光源１０から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０が反転分布するように、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０の励起用光源２１，３１，５１を周期的に駆動制御する励起制御処理と、種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子４０を制御する光スイッチ制御処理等を実行するように構成されている。
　ゲインスイッチング制御処理では、ゲインスイッチング法を用いて種光源１０を発光させるべく、種光源１０であるＤＦＢレーザのドライバＤ１に所定パルス幅のトリガ信号を出力する。当該駆動回路からＤＦＢレーザにトリガ信号に応じたパルス電流が印加されると緩和振動が発生し、緩和振動による発光開始直後の最も発光強度が大きな第１波のみからなり第２波以降のサブパルスを含まないパルス状のレーザ光が出力される。ゲインスイッチング法とは、このような緩和振動を利用した短いパルス幅でピークパワーが大きいパルス光を発生させる方法をいう。
　励起制御処理では、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０に当該パルス光が入力される前に増幅可能なエネルギー状態となる反転分布状態が得られるように各励起用光源２１，３１，５１が周期的または間歇的に制御される。
　従って、パルス光が入力されることのないときに不必要に励起用光源が駆動されることがないので各増幅器の発熱も低減される。本実施形態では、各励起用光源２１，３１，５１は、少なくとも種光源１０がオンされるタイミングよりも所定の励起開始時間だけ前に駆動され、種光源１０がオフされるタイミング、或いは種光源１０がオンされたタイミングから所定の励起終了時間の経過でオフされるように構成されている。
　当該励起開始時間は、各増幅器２０，３０，５０の蛍光寿命に従って決定される値で、例えば蛍光寿命τの０．５～３倍の値に設定される。個々の増幅器２０，３０，５０の蛍光寿命が異なるために、個々の増幅器２０，３０，５０の励起用光源２１，３１，５１を個別に駆動制御する必要がある。励起用光源２１，３１，５１の駆動回路をシンプルにするために、蛍光寿命が最長となる増幅器の励起開始時間に他の増幅器の励起開始時間を合わせてもよい。
　光スイッチ制御処理では、光スイッチ素子４０である音響光学変調器ＡＯＭを駆動するＲＦドライバＤ２にゲート信号を出力する。ＲＦドライバＤ２から高周波信号が印加されたトランスジューサ（ピエゾ変換素子）によって音響光学素子を構成する結晶に回折格子が生成され、音響光学素子に入射するパルス光の回折光が反射ミラーＭ１に入射する。ＲＦドライバＤ２が停止すると音響光学素子に入射したパルス光は回折せずにそのまま通過し、反射ミラーＭ１に入射することはない。尚、ＲＦドライバＤ２の停止時に音響光学素子を通過した光は光ダンパによって減衰されるように構成されている。
　ゲート信号によって光スイッチ素子４０がオンすると回折された光がファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へ伝播し、ゲート信号によって光スイッチ素子４０がオフするとファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へ光の伝播が阻止される。
　さらに、制御部１００は所定時期にＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトするためにステージ７１を制御してステップ的に移動させるシフト制御処理を実行するように構成されている。
　例えば、シフト制御処理では、波長変換された紫外線の強度をモニタし、モニタした強度の履歴が所定のパターンに一致するとステージ７１を移動させてＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）へのパルス光の照射位置をシフトする。
　パルス光の光軸に直交するＸ－Ｙ平面でステージ７１が移動可能となるように、ステージ７１は制御部１００によりモータドライバＤ３を介して制御されるＸ方向移動モータ及び／またはＹ方向移動モータに駆動連結されている。
　図２（ａ），（ｂ），（ｃ）には、レーザ光源装置１の各部を伝播するパルス光の周波数特性が左側に示され、それらパルス光の時間軸特性が右側に示されている。これらの図で示す符号Ｓｎ（ｎは整数）は、図１に示すレーザ光源装置１の各部の出力ノードの光信号Ｓｎ（ｎ＝１，２，・・・）に対応する。
　制御部１００から出力されるトリガ信号によって種光源１０であるＤＦＢレーザから中心波長１０６４ｎｍの狭帯域のレーザパルス光が所定の周期で出力される（図２（ａ）参照）。種光源１０から出力されたパルス光がファイバ増幅器２０に導かれて増幅される過程で自己位相変調やラマン散乱等によって不必要にスペクトル幅が広がり、さらにはＡＳＥノイズが発生して光パルスのＳ／Ｎ比が低下する（図２（ｂ）参照）。そのようなパルス光が後段のファイバ増幅器３０に導かれて増幅される過程でさらに広帯域化され、ＡＳＥノイズレベルが増大する（図２（ｃ）参照）。
　所望の強度の深紫外のパルス光を得るために、ファイバ増幅器２０，３０で増幅されたパルス光を後段の固体増幅器５０でさらに大きなピークパワーに増幅する必要がある。しかし、波長変換部１Ｄで波長変換可能な波長範囲が各非線形光学素子６０，７０の特性によって制限されることから、増幅に要したエネルギーが効率的に波長変換に寄与しない。つまり波長変換効率が低下することになる。
　固体増幅器５０の励起エネルギーがＡＳＥノイズの増幅や広帯域化したパルス光に無駄に消費される結果、エネルギー効率が大きく低下するという問題や、そのために励起エネルギーを大きくすると、発熱による素子の破損を回避するために大掛かりな冷却装置が必要となり、徒にレーザ光源装置１が高価になるという問題がある。パルス光の周波数がメガヘルツの位数より大きければ、ＡＳＥノイズは極僅かであるためさほど問題とならないが、パルス光の発振周波数が１メガヘルツよりも低い領域ではＡＳＥノイズの影響が顕著になる。
　そこで、本実施形態では、制御部１００に制御され、時間領域でＡＳＥノイズ等を除去するノイズフィルタとして機能する光スイッチ素子４０を備えている。上述のスイッチ制御処理によって種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように光スイッチ素子４０を制御することにより、非線形光学素子６０，７０からパルス光の出力を許容する出力許容状態を生成するように構成されている。
　種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光スイッチ素子４０がオフされると、その間は、後段の固体増幅器５０へのＡＳＥノイズの伝播が阻止されるようになり、固体増幅器５０の活性領域のエネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる（図３（ｄ）の区間Ｔoff参照）。
　そして、種光源１０からパルス光が出力される期間に制御部１００によって光スイッチ素子４０がオンされると、ファイバ増幅器３０から固体増幅器５０へパルス光が伝播するので（図３（ｄ）の区間Ｔon参照）、エネルギー効率よくパルス光が増幅されて（図３（ｅ）参照）、非線形光学素子から大きなピークパワーのパルス光が出力されるようになる。つまり、当該光スイッチ素子４０を時間領域でＡＳＥノイズを除去するフィルタとして機能させるのである。
　制御部１００によって光スイッチ素子４０がオン制御される「種光源からのパルス光の出力期間」とは、種光源からパルス光が出力されている全期間のみを意味するのではなく、非線形光学素子により波長変換されたパルス光のピークパワーが適切な値を示す範囲であれば一部期間であってもよく、また種光源からパルス光が出力されている期間の前後の僅かな期間も含まれるような概念である。
　出力許容状態で、制御部１００によって光スイッチ素子４０がオフ制御される「種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間」とは、複数のパルス光の各出力期間の間の全期間、つまりパルス光が存在しない全期間のみを意味するのではなく、励起用光源によって励起された固体増幅器の活性領域のエネルギーがＡＳＥノイズで無駄に消費されることが低減できる範囲であれば、その一部期間も含まれるような概念である。
　種光源１０から出力されるパルス光の周波数が１メガヘルツ以下のときに大きな効果があり、数百キロヘルツ以下、特に２００キロヘルツ以下の時に光スイッチ素子４０によるＡＳＥノイズ除去効果が顕著に現れる。
　さらに、上述の励起制御処理によって、ファイバ増幅器２０，３０及び固体増幅器５０に当該パルス光が入力される前に増幅可能なエネルギー状態となる反転分布状態が得られるように、励起用光源２１，３１，５１が周期的にまたは間歇的に制御されるので、パルス光が入力されることのないときに不必要に励起用光源が駆動されることがなく、従って各増幅器での発熱が抑制されるようになる。
　種光源１０の駆動周期と同期して励起用光源２１，３１，５１の駆動周期が決定され、種光源１０が停止されると励起用光源２１，３１，５１も同様に停止され、事前に大きな励起状態に至ることがないので、次に種光源１０が駆動された場合でも著しく大きなピークパワーのジャイアントパルスが出力され、波長変換装置等が熱破損するようなことがない。そして、種光源１０が周期的に駆動される場合でも、少なくとも励起用光源２１，３１，５１がオフされているときにはＡＳＥノイズは発生しないので、パルス光のＳＮ比が大きく低下することもない。
　図４には、制御部１００によって実行される種光源１０、励起用光源２１，３１，５１及び光スイッチ素子４０に対する制御タイミングチャートが例示されている。
　制御部１００は、基準とする時刻ｔ０で光スイッチ素子４０のＲＦドライバＤ２に対してゲート信号を出力し、所定の遅延時間の後、時刻ｔ３で種光源１０のドライバＤ１に対するトリガ信号をオン出力する。時刻ｔ４で緩和振動が発生した後の所定時刻ｔ５でトリガ信号をオフすることによって所定のパルス幅のパルス光Ｓ１が得られる。
　尚、制御部１００が時刻ｔ５でトリガ信号をオフしてレーザ発振を停止させるのではなく、緩和振動が発生した種光源１０に対してドライバＤ１が所定時刻ｔ５で種光源１０のレーザ発振を停止させるように構成されていてもよい。この場合、トリガ信号のオフタイミングは任意に設定すればよい。
　制御部１００は、時刻ｔ０から所定時間経過後、時刻ｔｅｏｎで励起用光源２１，３１，５１をオンし、時刻ｔｅｏｆｆつまり種光源１０のオフタイミングで励起用光源２１，３１，５１をオフする。時刻ｔｅｏｎは、種光源１０に対するトリガ信号の出力時刻ｔ３を基準に、上述の励起開始時間だけ遡った時刻となる。ここでは各増幅器の蛍光寿命のうちの最大の蛍光寿命τだけ遡った時刻に設定されている。
　パルス光Ｓ１がファイバ増幅器２０，３０で増幅されてパルス光Ｓ３が得られる。このパルス光Ｓ３は広帯域化され、さらにＡＳＥノイズが重畳されている。
　時刻ｔ０でオン出力されたゲート信号によって光スイッチ素子４０が時刻ｔ２でオンし、時刻ｔ１でオフされたゲート信号によって光スイッチ素子４０が時刻ｔ６でオフする。光スイッチ素子４０がオンする時刻ｔ２からｔ６の間に、ファイバ増幅器３０で増幅され光スイッチ素子４０を通過した出力Ｓ４が固体増幅器５０に伝播する。
　従って、光スイッチ素子４０がオンする時刻ｔ２からｔ６の間に、ファイバ増幅器３０で増幅され光スイッチ素子４０を通過した出力光Ｓ４、つまり種光源１０から出力されたパルス光Ｓ４が固体増幅器５０に伝播する。そして、光スイッチ素子４０がオフする時刻ｔ６からｔ７の間には、ＡＳＥノイズの固体増幅器５０への伝播が阻止されるので、固体増幅器５０の活性領域に蓄積された励起エネルギーが無駄に消費されることが回避されるようになる。尚、図４では、励起用光源２１，３１がオフされた間もＡＳＥノイズが発生しているように記されているが、実際にはこの間はＡＳＥノイズの発生はある程度抑制されている。
　尚、図４では、ＲＦ信号が入力されて光スイッチ素子４０に回折格子が形成され、回折された光が固体増幅器５０へ伝播する状態をオンと表記し、光スイッチ素子４０に回折格子が形成されず、光が固体増幅器５０へ伝播することなく、零次光がダンパで減衰される状態をオフと表記している。光スイッチ素子４０へ出力する制御信号の論理は正論理及び負論理の何れであってもよい。
 
　光スイッチ素子４０のオン時間は、できるだけＡＳＥノイズを除去できることが望ましいので、種光源１０で出力されたパルス光のパルス幅の１．５倍から１０倍の範囲に設定されていることが好ましく、１．５倍から３倍の範囲に設定されていることがさらに好ましい。例えば、種光源１０で出力されたパルス光のパルス幅が５０ピコ秒であれば、７５ピコ秒から５００ピコ秒に設定されていればよい。但し、制御部１００の制御周期によってその範囲は制限される場合がある。
　図４で説明した例では、制御部１００は、光スイッチ素子４０に対する制御信号（ゲート信号）を基準に種光源１０及び励起用光源２１，３１，５１を制御するトリガ信号を出力するように構成されている。このように構成すれば、種光源１０から出力されるパルス光の応答性よりも光スイッチ素子４０の応答性が遅い場合であっても、光スイッチ素子４０に対する制御信号を基準に種光源１０を制御する制御信号を生成することで、適正に光スイッチ素子４０を駆動することができるようになる。
　尚、種光源１０から出力されるパルス光の応答性よりも光スイッチ素子４０の応答性が十分に速い場合には、当然のことながら種光源１０に対する制御信号を基準に光スイッチ素子４０を制御することも可能である。
　つまり、上述した制御部１００によって、種光源１０から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器２０，３０及び／または固体増幅器５０が反転分布するように、２０，３０及び／または固体増幅器５０の励起用光源を周期的にまたは間歇的に制御するとともに、ファイバ増幅器３０と固体増幅器５０との間に配置された光スイッチ素子４０を制御して、種光源１０からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、種光源１０からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するレーザパルス光生成方法が実行される。
　図５（ａ）には、励起用の光源２１，３１，５１の駆動時のパワーを一定に維持した状態で、ＡＳＥノイズを除去する光スイッチ素子を用いた場合と、光スイッチ素子を用いない場合の波長変換後のパルスエネルギー特性が示され、図５（ｂ）には、ＡＳＥノイズを除去する光スイッチ素子を用いた場合と、光スイッチ素子を用いない場合の波長変換後の平均パワー特性が示されている。両図とも、黒丸でプロットした特性が光スイッチ素子を用いた場合の特性であり、黒四角でプロットした特性が光スイッチ素子を用いない場合の特性である。
　図５（ａ），（ｂ）によれば、光スイッチ素子を用いてＡＳＥノイズを除去することにより、数十キロヘルツから数メガヘルツの周波数範囲で効果的にパルスエネルギー及び平均パワーが上昇していることが判る。
　本発明は、ＤＦＢレーザを含む半導体レーザに対して、数百メガヘルツ以下の周波数で、且つ、数百ピコ秒以下のパルス幅で駆動するように構成された種光源を備えたレーザ光源装置に広く適用可能である。
　以下、本発明の別実施形態を説明する。
　上述した実施形態に加えて、ファイバ増幅器２０，３０の後段にチャーピング現象や光ファイバ内の自己位相変調やラマン散乱等によって広帯域化したパルス光を狭帯域化するバンドパスフィルタを設けてもよい。
　図６は、ファイバ増幅器２０の後段にバンドパスフィルタＢＰＦ１を設けた例が示されている。ファイバ増幅器２０で増幅される過程で広帯域化されるとともにＡＳＥノイズが重畳されたパルス光が、バンドパスフィルタＢＰＦ１でフィルタリングされて、ある程度狭帯域化されるとともにＡＳＥノイズが除去されたパルス光になって後段のファイバ増幅器３０に入力される。
　種光源１０と光アイソレータＩＳＬ１とファイバ増幅器２０との間にバンドパスフィルタを設けて、種光源へのＡＳＥノイズの反射を回避するように構成してもよい。
　上述した実施形態では、光スイッチ素子として超音波トランデューサのオンまたはオフによって１次回折光をオンまたはオフする音響光学素子を用いた例を説明したが、光スイッチ素子としてＥＯ変調の強度変調を利用して電界により光をオンオフする電気光学素子を用いることも可能である。
　さらに光スイッチ素子４０としてマイクロマシーニング技術で製作した微少な搖動ミラー（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成されたミラー）を用いて、ファイバ増幅器３０の出力が固体増幅器５０に伝播するか否かを微少な搖動ミラーの搖動角度によって切り替えるように構成してもよい。また、偏光状態を動的に切替えて光の透過と遮断を制御可能な偏光デバイスを用いてもよい。つまり、光スイッチ素子が動的光学素子で構成されていればよい。
　上述の実施形態では、各光増幅器２０，３０，５０の励起用光源２１，３１，５１を種光源１０の駆動周期と同じ周期で駆動する例を説明したが、ファイバ増幅器２０，３０の励起用光源２１，３１のみを種光源１０の駆動周期と同じ周期で駆動し、固体増幅器５０の励起用光源５１を連続駆動してもよいし、固体増幅器５０の励起用光源５１のみを種光源１０の駆動周期と同じ周期で駆動してもよい。つまり、励起制御処理は、種光源から出力されるパルス光の入力前にファイバ増幅器及び／または固体増幅器が反転分布するように、ファイバ増幅器及び／または固体増幅器の励起用光源を周期的に制御するように構成されていればよい。
　例えば、種光源１０から出力されるパルス光の入力タイミングで光増幅器が反転分布状態になるように周期的にオン／オフ制御したり強度変調制御したりすればよい。さらには、種光源からのパルス光が入射されるまでの所定期間に励起用光源を間歇的に駆動することによって光増幅器を反転分布状態にしてもよい。
　励起用光源２１，３１，５１をこのように制御すれば、種光源１０から出力されるパルス光が入力される前にファイバ増幅器２０，３０及び／または固体増幅器５０が反転分布状態になるように励起光が周期的または間歇的に駆動されるので、パルス光の増幅に寄与しない無駄なエネルギー消費や発熱を低減することができるようになる。
　上述した実施形態では、種光源としてＤＦＢレーザを用いて、ＤＦＢレーザにゲインスイッチング法を適用することによって、単一縦モードで定常状態よりも高強度のパルス光を生成する例を説明したが、本発明は種光源として半導体レーザを用いるものであればよく、ＤＦＢレーザ以外の一般的なファブリペロー型の半導体レーザを用いることも可能である。
　また、本発明は、発振波長が１０６４ｎｍとなる種光源に限定されるものでもなく、例えば、１０３０ｎｍ、１５５０ｎｍ、９７６ｎｍ等、用途によって適宜異なる波長の種光源を選択することが可能である。さらに、非線形光学素子を介してこれらの波長を基本波とする高調波、和周波、差周波を発生させることも可能である。非線形光学素子として、上述以外の非線形光学素子を用いることも可能である。例えば、ＣＬＢＯ結晶に代えて、ＢＢＯ結晶、ＫＢＢＦ結晶、ＳＢＢＯ結晶、ＫＡＢＯ結晶、ＢＡＢＯ結晶等を用いることができる。
　上述した複数の実施形態は、何れも本発明の一実施態様の説明であり、該記載により本発明の範囲が限定されるものではない。また、各部の具体的な回路構成や回路に使用する光学素子は、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜選択し、或いは変更設計可能であることはいうまでもない。
１：レーザ光源装置
１０：種光源
２０，３０：ファイバ増幅器
４０：光スイッチ素子
５０：固体増幅器
６０，７０：非線形光学素子

Claims (5)

  1. 　ゲインスイッチング法でパルス光を出力する種光源と、前記種光源から出力されるパルス光を増幅するファイバ増幅器と、前記ファイバ増幅器から出力されるパルス光を増幅する固体増幅器と、前記固体増幅器から出力されるパルス光を波長変換して出力する非線形光学素子と、を備えているレーザ光源装置であって、
    　前記ファイバ増幅器と前記固体増幅器との間に配置され前記ファイバ増幅器から前記固体増幅器への光の伝播を許容または阻止する光スイッチ素子と、
    　前記種光源を所定の周期で駆動するゲインスイッチング制御処理と、
    　前記種光源から出力されるパルス光の入力前に前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器が反転分布するように、前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器の励起用光源を周期的または間歇的に制御する励起制御処理と、
    　前記種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、前記種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するように前記光スイッチ素子を制御する光スイッチ制御処理と、
    を実行するように構成されている制御部と、
    を備えているレーザ光源装置。
  2. 　前記光スイッチ素子が音響光学素子または電気光学素子を含む動的光学素子で構成されている請求項１記載のレーザ光源装置。
  3. 　前記制御部は、前記光スイッチ素子に対する制御信号を基準に前記種光源及び励起用光源を制御するように構成されている請求項１または２記載のレーザ光源装置。
  4. 　前記種光源がＤＦＢレーザで構成され、前記制御部は前記ＤＦＢレーザを数メガヘルツ以下の周波数で、且つ、数百ピコ秒以下のパルス幅で駆動するように構成されている請求項１から３の何れかに記載のレーザ光源装置。
  5. 　ゲインスイッチング法で種光源から出力されたパルス光をファイバ増幅器及び固体増幅器で順次増幅し、増幅後のパルス光を非線形光学素子で波長変換して出力するレーザパルス光生成方法であって、
    　前記種光源から出力されるパルス光の入力前に前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器が反転分布するように、前記ファイバ増幅器及び／または前記固体増幅器の励起用光源を周期的にまたは間歇的に制御するとともに、
    　前記ファイバ増幅器と前記固体増幅器との間に配置された光スイッチ素子を制御して、前記種光源からのパルス光の出力期間に光の伝播を許容し、前記種光源からのパルス光の出力期間と異なる期間に光の伝播を阻止するレーザパルス光生成方法。
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