WO2020059247A1 - レーザ装置及びレーザ波形制御方法 - Google Patents

レーザ装置及びレーザ波形制御方法 Download PDF

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隆史 栗田
義則 加藤
利幸 川嶋
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a laser device and a laser waveform control method.
  • Non-Patent Document 1 discloses a laser device that outputs an optical pulse having a pulse width on the order of nanoseconds.
  • the laser device includes a light source that outputs continuous (CW) laser light, an acousto-optic light modulator (AOM) that temporally cuts laser light output from the light source and generates pulsed light, and an output from AOM. And an electro-optic light modulator (EOM) for shaping the pulsed light into an arbitrary waveform.
  • the light source is a laser diode (LD) pumped fiber laser.
  • a conventional pulsed light generation device shapes continuous light output from a fiber laser or a solid-state laser into an arbitrary waveform by EOM, as described in Non-Patent Document 1, for example.
  • Fiber lasers and solid-state lasers tend to have large dimensions, and EOMs have large fluctuations in characteristics (temperature drift) due to temperature changes. Therefore, a separate configuration for compensating for the temperature drift of the EOMs is required. These are factors that hinder downsizing of the laser device.
  • the object of the present invention is to provide a laser device and a laser waveform control method capable of reducing the size of the device.
  • the embodiment of the present invention is a laser device.
  • the laser device is a semiconductor laser element, a waveform calculation unit that calculates input waveform data, and is electrically connected to the waveform calculation unit and the semiconductor laser element, and generates a drive current having a time waveform according to the input waveform data,
  • a driver circuit for supplying the driving current to the semiconductor laser element, an optical amplifier optically coupled to the semiconductor laser element, for amplifying light output from the semiconductor laser element, and an amplified optical waveform output from the optical amplifier
  • An optical waveform detection unit for detecting the input waveform data.
  • the waveform calculation unit compares the amplified optical waveform detected by the optical waveform detection unit with the target waveform, adjusts the time waveform of the input waveform data, and amplifies the amplified waveform. The subsequent optical waveform is made closer to the target waveform.
  • the embodiment of the present invention is a laser waveform control method.
  • the laser waveform control method includes a current supply step of generating a drive current having a time waveform according to input waveform data and supplying the drive current to the semiconductor laser element, and an optical amplification step of amplifying light output from the semiconductor laser element And an optical waveform detecting step of detecting the amplified optical waveform, and comparing the amplified optical waveform detected by the optical waveform detecting step with the target waveform, adjusting the time waveform of the input waveform data, and And a waveform adjusting step of bringing the optical waveform of the above to a target waveform.
  • a semiconductor laser element is used as a light source instead of a fiber laser or solid-state laser that outputs continuous light. Then, the waveform of the drive signal for driving the semiconductor laser element is adjusted based on the amplified optical waveform detected by the optical waveform detection unit (optical waveform detection step). This makes it possible to adjust the optical waveform output from the semiconductor laser element and bring the amplified optical waveform closer to the target waveform.
  • the size of an electronic circuit such as a waveform calculation unit and the size of a semiconductor laser element are much smaller than the size of a fiber laser or a solid-state laser and an EOM. Further, with respect to the temperature drift of the semiconductor laser device, it is sufficient to keep the temperature of the semiconductor laser device constant by using a Peltier device or the like. As described above, according to the laser device and the laser waveform control method, the size of the device can be reduced as compared with the conventional device and method.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser device 1A according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the laser device 1A.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration example of the driver circuit 4.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the function of the waveform timing adjustment unit 43.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the laser device 1A.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing optical pulse waveforms (a) to (d).
  • 7A is a graph showing a time waveform (rectangular wave) of the laser beam La before amplification
  • FIG. 7B is a graph showing the laser beam Lb after amplifying the laser beam La having the time waveform shown in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing a time waveform of FIG. 8A is a graph showing a time waveform (ramp wave) of the laser light La before amplification
  • FIG. 8B is a graph showing the laser light Lb after amplifying the laser light La having the time waveform shown in FIG. 5 is a graph showing a time waveform of FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of a time waveform of the laser beam La output from the semiconductor laser element 5, wherein (a) a Gaussian waveform having a full width at half maximum of 4 nanoseconds and (b) a Gaussian waveform having a full width at half maximum of 32 nanoseconds. 3 shows a Gaussian waveform.
  • FIG. 8A is a graph showing a time waveform (ramp wave) of the laser light La before amplification
  • FIG. 8B is a graph showing the laser light Lb after amplifying the laser light La having the time waveform shown in FIG. 5 is a graph showing a time waveform of
  • FIG. 10 is a graph showing an example of a time waveform of the laser beam La output from the semiconductor laser element 5, wherein (a) a square wave having a full width at half maximum of 120 nanoseconds and (b) a rectangular wave having a full width at half maximum of 4 nanoseconds. 9 shows a ramp waveform.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional laser device.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration in which a feedback circuit for adjusting a drive signal based on an output waveform is added to the laser device shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser device 1A according to one embodiment.
  • a laser device 1A of the present embodiment includes a waveform calculation unit 3, a driver circuit 4, a semiconductor laser element 5, an optical isolator 6, an optical amplifier 7, an optical branching unit 8, And a light detection unit 9.
  • the waveform calculation unit 3 is configured by an electronic circuit, and is electrically connected to the driver circuit 4.
  • the waveform calculator 3 calculates and generates input waveform data Da for bringing a waveform of an optical pulse output from the optical amplifier 7 (hereinafter, referred to as an output waveform) closer to a target waveform, and generates the input waveform data Da by a driver circuit.
  • the waveform calculation unit 3 includes a computer 31, a waveform adjustment unit 32, and a comparison unit 33.
  • the computer 31 has a CPU and a memory, and operates according to a program stored in the memory.
  • the memory of the computer 31 is a storage unit in the present embodiment, and stores in advance a desired (arbitrary) optical waveform, that is, data representing a target waveform (hereinafter, referred to as target waveform data).
  • the target waveform data is stored in a memory in advance by an operator through a data input terminal of the computer 31 before the operation of the laser device 1A.
  • the computer 31 may design the target waveform by itself as a waveform designing unit. That is, the computer 31 may calculate a target waveform for realizing light irradiation conditions (processing conditions, observation conditions) given from outside.
  • Target waveform data representing the calculated target waveform is stored in the memory of the computer 31.
  • the comparison unit 33 is electrically connected to the light detection unit 9 described below, and acquires an output waveform based on a detection signal (light intensity signal Sc) obtained from the light detection unit 9. Further, the comparison unit 33 is electrically connected to the computer 31 and acquires the target waveform data Db from the computer 31. The comparison unit 33 compares the output waveform with the target waveform, and sends difference data Dc indicating the difference to the waveform adjustment unit 32.
  • the comparison unit 33 may be configured by a computer having a CPU and a memory. In this case, the comparison unit 33 may be separate from the computer 31 or may be implemented in a computer common to the computer 31.
  • the waveform adjusting unit 32 is electrically connected to the computer 31 and acquires the target waveform data Db from the computer 31. Further, the waveform adjustment unit 32 is electrically connected to the comparison unit 33, and acquires the difference data Dc output from the comparison unit 33. The waveform adjusting unit 32 generates the input waveform data Da based on the data Db and Dc such that the output waveform approaches the target waveform (that is, the difference becomes small).
  • the waveform adjustment unit 32 may also be configured by a computer having a CPU and a memory. In that case, the waveform adjustment unit 32 may be separate from the computer 31 and the comparison unit 33, or may be implemented in a computer common to at least one of the computer 31 and the comparison unit 33.
  • the input end of the driver circuit 4 is electrically connected to the waveform adjustment unit 32 of the waveform calculation unit 3 and receives input waveform data Da from the waveform adjustment unit 32.
  • the driver circuit 4 generates a drive current Id having a time waveform according to the input waveform data Da.
  • the output terminal of the driver circuit 4 is electrically connected to the semiconductor laser element 5 and supplies the generated drive current Id to the semiconductor laser element 5. It should be noted that a bias current having a constant magnitude without time change may be superimposed on the drive current Id.
  • the semiconductor laser element 5 is a laser diode, and is electrically connected to the driver circuit 4.
  • the driver circuit 4 supplies a drive current Id to either the cathode or the anode of the semiconductor laser device 5.
  • the semiconductor laser element 5 receives the drive current Id and generates a laser beam La.
  • the laser light La is light before being amplified by the optical amplifier 7, and has a time waveform corresponding to the input waveform data Da.
  • the semiconductor laser element 5 is a distributed feedback (DFB) laser diode. Since the semiconductor laser element 5 is a DFB laser diode, it is easy to optimize the gain of the optical amplifier 7 according to the wavelength characteristics. Note that a waveform A in the figure schematically shows a time waveform of the laser light La output from the semiconductor laser element 5.
  • the output power of the semiconductor laser device 5 is, for example, several nanojoules.
  • the light input end of the optical isolator 6 is optically coupled to the laser light output end of the semiconductor laser device 5.
  • the optical output end of the optical isolator 6 is optically coupled to the optical input end of the optical amplifier 7. That is, the optical isolator 6 is interposed on the optical path between the semiconductor laser device 5 and the optical amplifier 7.
  • the optical isolator 6 prevents the light amplified by the optical amplifier 7 from returning to the semiconductor laser device 5.
  • the optical input end of the optical amplifier 7 is optically coupled to the semiconductor laser element 5 via the optical isolator 6, and amplifies the laser light La output from the semiconductor laser element 5.
  • the optical amplifier 7 directly amplifies the laser light without converting the laser light into an electric signal.
  • the optical amplifier 7 can be constituted by, for example, an optical fiber amplifier, a solid-state laser amplifier, or a combination thereof.
  • the optical fiber amplifier has an optical fiber made of glass to which impurities such as Er and Yb are added, and amplifies the laser light La by inputting the pump light together with the laser light La to the optical fiber.
  • the solid-state laser amplifier can be made of glass or yttrium aluminum garnet (YAG) to which an impurity such as Nd is added.
  • the solid-state laser amplifier amplifies the laser light La by inputting the pump light together with the laser light La.
  • the gain of the optical amplifier 7 is, for example, in the range of 3 to 30 dB.
  • the optical branching unit 8 and the light detecting unit 9 constitute an optical waveform detecting unit 10.
  • the optical waveform detector 10 detects the amplified optical waveform output from the optical amplifier 7.
  • the optical branching unit 8 is optically coupled to an optical output terminal of the optical amplifier 7.
  • the optical branching unit 8 reflects (or transmits) a part Lb1 of the amplified laser light Lb output from the optical amplifier 7 and transmits (or reflects) the remaining part Lb2 to thereby generate the amplified laser light Lb. Partially branches Lb1.
  • the light branching unit 8 can be made of, for example, a glass plate.
  • the ratio (branch ratio) P1 / P2 of the intensity P1 of the part Lb1 of the laser beam Lb to the intensity P2 of the remaining part Lb2 is, for example, in the range of 0.005 to 0.01.
  • the light detection unit 9 is optically coupled to the light branching unit 8 and receives a part Lb1 of the amplified laser light Lb. Note that the remaining portion Lb2 of the laser beam Lb is output to the outside of the laser device 1A, and is used for laser processing, various types of measurement, and the like.
  • the light detection unit 9 generates a light intensity signal Sc that is an electric signal corresponding to the light intensity of a part Lb1 of the laser light Lb, and provides the light intensity signal Sc to the comparison unit 33.
  • the light detection unit 9 can be configured to include a photodiode and a circuit that converts a photocurrent flowing through the photodiode into a voltage signal.
  • the light detection unit 9 may output the generated voltage signal as the light intensity signal Sc, or may convert the generated voltage signal into a digital signal and output the digital signal as the light intensity signal Sc.
  • the light intensity signal Sc is a voltage signal
  • the light intensity signal Sc is converted into a digital signal in the comparing unit 33.
  • the light detection unit 9 may include a photoelectric tube (for example, a biplanar photoelectric tube) instead of the photodiode.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the laser device 1A.
  • the laser device 1A includes optical isolators 61, 62, 63, and 64 as the optical isolators 6 shown in FIG. 1, an optical fiber amplifier 71 as the optical amplifier 7, and a solid-state laser amplifier. 72 and 73 are provided.
  • the optical amplifier 7 is configured in multiple stages.
  • the laser device 1A includes a bandpass filter 12, an optical fiber connector 13, and a collimator lens 14.
  • optical input end of the optical fiber amplifier 71 and the semiconductor laser element 5 are optically coupled via the optical fiber F1.
  • An optical isolator 61 is interposed between the optical fiber amplifier 71 and the semiconductor laser device 5.
  • the optical isolator 61 prevents light (laser light La and pump light) from returning from the optical fiber amplifier 71 to the semiconductor laser device 5. This can prevent the semiconductor laser element 5 from being damaged.
  • optical fiber amplifier 71 and the bandpass filter 12 are optically coupled via the optical fiber F2.
  • An optical isolator 62 is interposed between the optical fiber amplifier 71 and the bandpass filter 12. The optical isolator 62 prevents light downstream of the bandpass filter 12 from returning to the optical fiber amplifier 71.
  • the optical fiber amplifier 71 is a first-stage optical amplifier, and amplifies the laser light La output from the semiconductor laser device 5.
  • the gain of the optical fiber amplifier 71 is, for example, in the range of 20 to 30 dB.
  • the bandpass filter 12 blocks the wavelength component of the fluorescence contained in the light output from the optical fiber amplifier 71.
  • the bandpass filter 12 can be composed of, for example, a dielectric multilayer film.
  • the bandpass filter 12 is optically coupled to the optical fiber connector 13 via the optical fiber F3.
  • the optical fiber connector 13 terminates the optical fiber F3. That is, the light that has passed through the bandpass filter 12 propagates through the optical fiber F3, reaches the optical fiber connector 13, and is output to the space.
  • the collimator lens 14 is optically coupled to the optical fiber connector 13 via a space, and collimates (collimates) light radially output from the optical fiber connector 13. Since the intensity of light amplified by the solid-state laser amplifiers 72 and 73 to be described later is large, in order to avoid damage to the optical material such as glass by the laser, the optical fiber is not provided in the space but in the space downstream of the optical fiber connector 13 as described above. Is propagated. In FIG. 2, light propagating in space is indicated by a broken line.
  • the solid-state laser amplifier 72 is optically coupled to the collimator lens 14 via the optical isolator 63.
  • the optical isolator 63 prevents the light of the solid-state laser amplifier 72 from returning to a stage preceding the solid-state laser amplifier 72. Thus, damage to the optical fiber amplifier 71 can be prevented.
  • the solid-state laser amplifier 72 is a second-stage optical amplifier, and further amplifies the amplified laser light output from the optical fiber amplifier 71.
  • the gain of the solid-state laser amplifier 72 is, for example, in the range of 3 to 20 dB.
  • the solid-state laser amplifier 73 is optically coupled to the solid-state laser amplifier 72 via the optical isolator 64. That is, the optical fiber amplifier 71 and the solid-state laser amplifiers 72 and 73 are connected in series with each other.
  • the optical isolator 64 prevents the light of the solid-state laser amplifier 73 from returning to a stage preceding the solid-state laser amplifier 73. This can prevent the solid-state laser amplifier 72 from being damaged.
  • the solid-state laser amplifier 73 is a third-stage optical amplifier, and further amplifies the amplified laser light output from the solid-state laser amplifier 72.
  • the gain of the solid-state laser amplifier 73 is, for example, in the range of 3 to 10 dB.
  • the light amplified by the solid-state laser amplifier 73 is output as the amplified laser light Lb.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration example of the driver circuit 4.
  • the driver circuit 4 includes a control board 41, a waveform data storage unit 42, a waveform timing adjustment unit 43, a waveform signal generation unit 44, and a current conversion unit 45.
  • the control board 41 includes a CPU 41a and a high-speed DAC interface 41b. Among them, the high-speed DAC interface 41b, the waveform data storage unit 42, the waveform timing adjustment unit 43, and the waveform signal generation unit 44 constitute a D / A conversion unit 46.
  • the D / A converter 46 is an electronic circuit, and converts digital input waveform data Da into an analog drive signal Sd.
  • the control board 41 is a circuit board that serves as an interface with the waveform calculation section 3.
  • the CPU 41a is electrically connected to the waveform adjustment unit 32 (see FIG. 1) of the waveform calculation unit 3 via a communication line, and receives input waveform data Da from the waveform adjustment unit 32.
  • the CPU 41a transmits the input waveform data Da to the high-speed DAC interface 41b at an appropriate timing.
  • the high-speed DAC interface 41b causes the waveform data storage unit 42 to temporarily store the input waveform data Da.
  • the waveform data storage unit 42 is electrically connected to the high-speed DAC interface 41b, and includes, for example, a volatile storage element.
  • the waveform adjusting unit 32 of the present embodiment outputs the input waveform data Da as a plurality of continuous section waveform data obtained by dividing the time waveform of the input waveform data Da (see FIG. 4). These section waveform data are output in parallel and simultaneously for every two or more section waveform data. Then, the waveform data storage unit 42 stores the plurality of section waveform data and outputs the plurality of section waveform data in response to a request.
  • the waveform timing adjustment unit 43 is electrically connected to the waveform data storage unit 42, and adjusts (controls) the timing at which the input waveform data Da is output from the waveform data storage unit 42.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the function of the waveform timing adjustment unit 43. As shown in FIG. 4, the waveform timing adjustment unit 43 sequentially outputs the plurality of section waveform data DD1 to DD4 read from the waveform data storage unit 42 while giving an appropriate time difference.
  • the appropriate time difference is, for example, a time width of each section waveform data. This time width defines the time resolution of the output waveform, and is one nanosecond in one embodiment.
  • the waveform signal generation unit 44 sequentially inputs the plurality of section waveform data DD1 to DD4 output from the waveform timing adjustment unit 43, and converts the section waveform data DD1 to DD4 into a drive signal Sd which is an analog signal (voltage signal). Convert sequentially. At this time, the time difference between the conversion timings of the section waveform data DD1 to DD4 substantially coincides with the time difference given by the waveform timing adjustment unit 43.
  • the current converter 45 is electrically connected to the waveform signal generator 44, and converts the drive signal Sd into the drive current Id. That is, the current conversion unit 45 is configured by an analog circuit including a transistor, and converts the drive signal Sd that is a voltage signal into the drive current Id that is a current signal.
  • the time waveform of the drive current Id generated at this time is substantially the same as the time waveform of the drive signal Sd.
  • the bias current control unit 11 is further connected to the current conversion unit 45.
  • the bias current control unit 11 controls the magnitude of a bias component included in the drive current Id.
  • the semiconductor laser element 5 is electrically connected to a current output terminal of the current converter 45, and receives the drive current Id from the current converter 45 and outputs a laser beam La.
  • the time waveform of the laser light La is substantially the same as the time waveform of the drive current Id.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the laser device 1A.
  • FIGS. 6A to 6D are diagrams schematically showing optical pulse waveforms.
  • the optical pulse waveform is shown as a set of peak values (light intensity) of a plurality of continuous unit sections.
  • the delay time TA is set as necessary, and the starting point of the optical pulse waveform is delayed from the reference time by the delay time TA.
  • the vertical axis represents light intensity
  • the horizontal axis represents time.
  • the waveform adjustment unit 32 sets initial input waveform data Da (step ST1).
  • the initial input waveform data Da is set based on the target waveform data Db.
  • the target waveform data Db is used as it is as the initial input waveform data Da.
  • the driver circuit 4 supplies a drive current Id to the semiconductor laser element 5 based on the initial input waveform data Da, and the semiconductor laser element 5 outputs a laser beam La (current supply step ST2).
  • FIG. 6A schematically shows a time waveform of the laser light La generated based on the initial input waveform data Da. This laser light La is amplified by the optical amplifier 7 (optical amplification step ST3).
  • the current supply step ST2 includes a D / A conversion step ST21 and a current conversion step ST22.
  • the D / A conversion step ST21 the D / A converter 46 converts the digital input waveform data Da into an analog drive signal Sd.
  • a plurality of continuous section waveform data DD1 to DD4 obtained by dividing the time waveform of the input waveform data Da are sequentially converted into the drive signal Sd while giving a time difference.
  • the current conversion unit 45 converts the drive signal Sd into a drive current Id.
  • the time waveform (output waveform) of the amplified laser light Lb is detected through the light detection unit 9 (light waveform detection step ST4).
  • FIG. 6B schematically shows the detected output waveform.
  • the time waveform of the laser light Lb after amplification is different from the time waveform of the laser light La before amplification.
  • One cause is that the excitation state in the optical amplifier 7 changes with time. That is, the optical amplifier 7 is strongly excited immediately after the incidence of the laser beam La, and amplifies the laser beam La with a high gain.
  • the pumping intensity of the optical amplifier 7 gradually decreases, and accordingly, the amplification gain of the laser beam La also decreases.
  • FIGS. 7 and 8 are graphs showing the actually measured time waveforms of the laser light La before amplification and the laser light Lb after amplification.
  • FIG. 7A shows a time waveform (rectangular wave) of the laser light La before amplification
  • FIG. 7B shows a laser light La having the time waveform shown in FIG. 5 shows a time waveform of the amplified laser light Lb.
  • 8A shows a time waveform (ramp wave) of the laser beam La before amplification
  • FIG. 8B shows a laser beam having the time waveform shown in FIG. 8A.
  • 5 shows a time waveform of a laser beam Lb after La has been amplified.
  • the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis represents time (unit: nanosecond). As shown in these figures, the time waveform of the laser light Lb after amplification is significantly different from the time waveform of the laser light La before amplification.
  • the comparing unit 33 compares the detected output waveform with the target waveform ((c) in FIG. 6) indicated by the target waveform data Db, and outputs a difference (error). (Step ST51).
  • the waveform adjusting unit 32 adjusts the time waveform of the input waveform data Da based on the difference. That is, the waveform adjustment unit 32 calculates new input waveform data Da so that the difference becomes smaller (ie, approaches 0) (step ST52).
  • FIG. 6D schematically shows a time waveform of the laser light La generated based on the new input waveform data Da.
  • This laser light La is amplified by the optical amplifier 7 (optical amplification step ST3).
  • the time waveform of the amplified laser light Lb approaches the target waveform.
  • the laser light Lb thus generated is output to the outside of the laser device 1A.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional laser device.
  • This laser device includes an optical isolator 6 and an optical amplifier 7. Further, the laser device includes a semiconductor laser element 100, a driver circuit 101, an optical amplifier 102, an acousto-optic light modulator (AOM) 103, an electro-optic light modulator (EOM) 104, a computer 105, an arbitrary pulse generator 106, a timing A control unit 107 and an RF amplifier 108 are provided.
  • AOM acousto-optic light modulator
  • EOM electro-optic light modulator
  • the driver circuit 101 supplies the semiconductor laser device 100 with a drive current Id having a constant magnitude.
  • the semiconductor laser device 100 outputs continuous light Le1 having a constant light intensity as a seed light source.
  • the optical amplifier 102 is, for example, an optical fiber amplifier or a solid-state laser amplifier, and amplifies the continuous light Le1.
  • the light intensity of the continuous light Le1 before amplification is, for example, 10 mW
  • the light intensity of the continuous light Le2 after amplification is, for example, 2W.
  • the AOM 103 generates the pulse light Lp1 by defining the time width of the amplified continuous light Le2.
  • the time width of the pulse light Lp1 is, for example, 100 nanoseconds.
  • the computer 105 stores the target waveform data in advance or generates the target waveform data.
  • the arbitrary pulse generator 106 receives the target waveform data from the computer 105 and generates a drive signal based on the target waveform data.
  • the arbitrary pulse generator 106 provides a drive signal to the RF amplifier 108.
  • the timing control unit 107 synchronizes the timing at which the arbitrary pulse generator 106 provides the drive signal to the RF amplifier 108 and the timing at which the AOM 103 generates the pulse light Lp1.
  • the RF amplifier 108 amplifies the drive signal and provides the drive signal to the EOM 104.
  • the EOM 104 is driven by the drive signal, and adjusts the time waveform of the pulse light Lp1 to a waveform according to the drive signal to generate the pulse light Lp2.
  • the EOM 104 is, for example, a lithium niobate (LN) modulator.
  • the pulse light Lp2 is sent to the optical amplifier 7 through the optical isolator 6.
  • the optical amplifier 7 amplifies the pulse light Lp2.
  • the amplified pulse light Lp2 is output to the outside of the laser device.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration in which a feedback circuit that adjusts a drive signal based on an output waveform is added to the laser device shown in FIG.
  • the laser device shown in FIG. 12 further includes an optical branching unit 8, a light detecting unit 9, a comparing unit 109, and a waveform adjusting unit 110 in addition to the components shown in FIG.
  • the optical branching unit 8 branches a part of the pulse light Lp2 amplified by the optical amplifier 7.
  • the light detection unit 9 detects the light intensity of a part of the branched pulse light Lp2.
  • the comparing unit 109 compares the target waveform data output from the computer 105 with the detected time waveform of the pulse light Lp2, and outputs the difference.
  • the waveform adjustment unit 110 adjusts the drive signal so that the difference approaches zero.
  • the continuous light Le2 output from the fiber laser or the solid-state laser is shaped into an arbitrary waveform by the EOM 104.
  • the dimensions of the fiber laser and the solid-state laser tend to be large, and the EOM 104 has a large characteristic variation (temperature drift) due to a temperature change. Therefore, a configuration for compensating for the temperature drift of the EOM 104 is separately required. These are factors that hinder downsizing of the laser device.
  • the semiconductor laser element 5 is used as a light source of the light to be amplified, instead of a fiber laser or a solid-state laser that outputs continuous light. Then, the time waveform of the drive signal Sd for driving the semiconductor laser element 5 is adjusted based on the time waveform of the amplified laser light Lb detected by the light waveform detection unit 10 (light waveform detection step ST4). This makes it possible to adjust the time waveform of the laser light La output from the semiconductor laser element 5 and bring the time waveform of the amplified laser light Lb closer to the target waveform.
  • the size of the electronic circuit such as the waveform calculation unit 3 and the size of the semiconductor laser element 5 are much smaller than the sizes of the fiber laser or solid-state laser and EOM. Further, with respect to the temperature drift of the semiconductor laser element 5, it is sufficient to keep the temperature of the semiconductor laser element 5 constant by using a Peltier element or the like.
  • the size of the device can be reduced as compared with the conventional device and method.
  • the height of the conventional device is 1500 mm.
  • the height of the laser device 1A of the embodiment is 88 mm, which is much smaller than the conventional device.
  • the output waveform is shaped by adjusting the light transmittance.
  • the output waveform is shaped by adjusting the time waveform of the drive signal Sd for driving the semiconductor laser device 5. Therefore, if the drive signal Sd is controlled so that the drive current Id becomes smaller than the threshold value, the laser light La is not output from the semiconductor laser element 5, so that the light intensity can be easily set to exactly zero.
  • the output waveform can be controlled with a short time resolution. it can.
  • the input voltage (drive signal) and the light transmittance have a nonlinear relationship with each other. Therefore, in the waveform adjustment unit 110, in addition to the change in the time waveform generated in the optical amplifier 7, a calculation for compensating for the distortion of the time waveform in the EOM 104, a calibration table, and the like are required, and the calculation is complicated. On the other hand, in the present embodiment, since the light output intensity of the semiconductor laser element 5 and the drive current Id have a substantially linear relationship to each other, the calculation in the waveform adjustment unit 32 is relatively easy.
  • the time width of the pulse light Lp1 that can be output is limited to a short time, for example, 100 nanoseconds.
  • the semiconductor laser element 5 does not have such a time limit, a longer light pulse can be generated.
  • FIGS. 9 and 10 are graphs showing examples of the time waveform of the laser light La output from the semiconductor laser device 5.
  • the vertical axis represents light intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis represents time (unit: nanosecond).
  • FIG. 9A shows a Gaussian waveform having a full width at half maximum of 4 nanoseconds.
  • FIG. 9B shows a Gaussian waveform having a full width at half maximum of 32 nanoseconds.
  • FIG. 10A shows a rectangular wave having a full width at half maximum of 120 nanoseconds.
  • FIG. 10B shows a ramp waveform having a full width at half maximum of 4 nanoseconds.
  • any various time waveforms can be generated.
  • the waveform calculation unit 3 in the waveform adjustment step ST5), the difference between the time waveform of the amplified laser light Lb detected by the optical waveform detection unit 10 and the target waveform approaches zero.
  • the time waveform of the input waveform data Da may be adjusted. This makes it possible to bring the amplified time waveform closer to the target waveform with higher accuracy.
  • the waveform calculation unit 3 may include a storage unit (memory of the computer 31) that stores data indicating the target waveform in advance.
  • the driver circuit 4 (current supply step ST2) includes a D / A converter 46 (D / A conversion step ST21) that converts digital input waveform data Da into an analog drive signal Sd. And a current converter 45 (current conversion step ST22) for converting the drive signal Sd into the drive current Id. Then, the D / A conversion unit 46 (D / A conversion step ST21) converts the continuous waveform data DD1 to DD4 obtained by dividing the time waveform of the input waveform data Da into the drive signal Sd while giving a time difference. The conversion may be performed sequentially. As a result, the speed of the drive signal Sd can be further increased, and the time resolution of the output waveform can be increased.
  • the laser device and the laser waveform control method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments and configuration examples, and various other modifications are possible.
  • the target waveform data is stored in the waveform calculator 3, but the target waveform data may be input from outside the laser device 1A.
  • the optical isolator 6 may be omitted as needed.
  • the laser device includes a semiconductor laser element, a waveform calculator for calculating input waveform data, a drive current electrically connected to the waveform calculator and the semiconductor laser element, and having a time waveform corresponding to the input waveform data. And a driver circuit for supplying the driving current to the semiconductor laser element, an optical amplifier optically coupled to the semiconductor laser element, for amplifying light output from the semiconductor laser element, and an amplification output from the optical amplifier. An optical waveform detector for detecting a subsequent optical waveform, wherein the waveform calculator compares the amplified optical waveform detected by the optical waveform detector with the target waveform to determine a time waveform of the input waveform data.
  • the configuration is such that the optical waveform after the adjustment is adjusted so as to approach the target waveform.
  • the laser waveform control method generates a drive current having a time waveform according to the input waveform data, supplies the drive current to the semiconductor laser element, and amplifies the light output from the semiconductor laser element.
  • the waveform calculator may be configured to adjust the time waveform of the input waveform data so that the difference between the amplified optical waveform detected by the optical waveform detector and the target waveform approaches zero.
  • the time waveform of the input waveform data is adjusted so that the difference between the amplified optical waveform detected in the optical waveform detecting step and the target waveform approaches zero. It is good.
  • the amplified optical waveform can be brought closer to the target waveform with higher accuracy.
  • the waveform calculation section may have a configuration having a storage section for storing data indicating the target waveform in advance.
  • the driver circuit has a D / A converter for converting digital input waveform data into an analog drive signal, and a current converter for converting the drive signal into a drive current.
  • the conversion unit may be configured to sequentially convert a plurality of continuous section waveform data obtained by dividing the time waveform of the input waveform data into drive signals while giving a time difference.
  • the current supply step includes a D / A conversion step of converting digital input waveform data into an analog drive signal, and a current conversion step of converting the drive signal into a drive current.
  • a D / A conversion step a plurality of continuous section waveform data obtained by dividing the time waveform of the input waveform data may be sequentially converted into drive signals while giving a time difference.
  • the speed of the drive signal can be further increased, and the time resolution of the optical waveform can be increased.
  • the present invention can be used as a laser device and a laser waveform control method capable of reducing the size of the device.

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Abstract

レーザ装置１Ａは、半導体レーザ素子５と、入力波形データＤａを演算する波形演算部３と、入力波形データＤａに応じた時間波形を有する駆動電流Ｉｄを半導体レーザ素子５に供給するドライバ回路４と、半導体レーザ素子５から出力されたレーザ光Ｌａを増幅する光増幅器７と、光増幅器７から出力された増幅後のレーザ光Ｌｂの波形を検出する光波形検出部１０とを備える。波形演算部３は、光波形検出部１０により検出された増幅後のレーザ光Ｌｂの波形と目標波形とを比較して、入力波形データＤａの時間波形を調整し、増幅後のレーザ光Ｌｂの波形を目標波形に近づける。これにより、装置寸法の小型化が可能なレーザ装置及びレーザ波形制御方法が実現される。

Description

レーザ装置及びレーザ波形制御方法
　本開示は、レーザ装置及びレーザ波形制御方法に関するものである。
　非特許文献１には、ナノ秒オーダーのパルス幅を有する光パルスを出力するレーザ装置が開示されている。このレーザ装置は、連続（ＣＷ）光であるレーザ光を出力する光源と、光源から出力されたレーザ光を時間的に切り取ってパルス光とする音響光学光変調器（ＡＯＭ）と、ＡＯＭから出力されたパルス光を任意の波形に整形する電気光学光変調器（ＥＯＭ）とを備えている。光源は、レーザダイオード（ＬＤ）励起のファイバレーザである。
Saumyabrata Banerjee et al., "100 J-level nanosecond pulsed diode pumped solid state laser", Optics Letters, Vol.41 No.9, pp.2089-2092 (2016)
　超短パルス光、又は、短パルス光の時間波形を任意に整形することは、例えばレーザ加工や各種の計測器（例えば形状モニタ、衝撃波モニタ）にとって極めて有用である。加工対象や計測対象に応じた適切なパルス光の波形を選択することによって、加工精度や計測精度の向上が見込めるからである。しかしながら、所望の波形を精度良く生成したとしても、必要なパルス光強度を得る為に光増幅を行うと、光増幅器の非線形性に起因して、増幅後の光波形が歪んでしまうという問題がある。そこで、光増幅器の非線形性を予め考慮して、増幅後の光波形が所望の形状となるような波形のパルス光を光増幅器に入力することが考えられる。
　従来のパルス光生成装置は、例えば非特許文献１に記載されているように、ファイバレーザ若しくは固体レーザから出力された連続光をＥＯＭによって任意の波形に整形する。ファイバレーザ及び固体レーザの寸法は大きくなり易く、また、ＥＯＭでは温度変化による特性の変動（温度ドリフト）が大きいので、ＥＯＭの温度ドリフトを補償するための構成が別途必要となる。これらは、レーザ装置の小型化を妨げる要因となる。
　本発明は、装置寸法の小型化が可能なレーザ装置及びレーザ波形制御方法を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態は、レーザ装置である。レーザ装置は、半導体レーザ素子と、入力波形データを演算する波形演算部と、波形演算部及び半導体レーザ素子と電気的に接続され、入力波形データに応じた時間波形を有する駆動電流を生成し、該駆動電流を半導体レーザ素子に供給するドライバ回路と、半導体レーザ素子と光学的に結合され、半導体レーザ素子から出力された光を増幅する光増幅器と、光増幅器から出力された増幅後の光波形を検出する光波形検出部と、を備え、波形演算部は、光波形検出部により検出された増幅後の光波形と目標波形とを比較して、入力波形データの時間波形を調整し、増幅後の光波形を目標波形に近づける。
　本発明の実施形態は、レーザ波形制御方法である。レーザ波形制御方法は、入力波形データに応じた時間波形を有する駆動電流を生成し、駆動電流を半導体レーザ素子に供給する電流供給ステップと、半導体レーザ素子から出力された光を増幅する光増幅ステップと、増幅後の光波形を検出する光波形検出ステップと、光波形検出ステップにより検出された増幅後の光波形と目標波形とを比較して、入力波形データの時間波形を調整し、増幅後の光波形を目標波形に近づける波形調整ステップと、を含む。
　上記のレーザ装置及びレーザ波形制御方法では、連続光を出力するファイバレーザ若しくは固体レーザではなく、半導体レーザ素子を光源として用いている。そして、半導体レーザ素子を駆動するための駆動信号の波形を、光波形検出部（光波形検出ステップ）により検出した増幅後の光波形に基づいて調整する。これにより、半導体レーザ素子から出力される光波形を調整して、増幅後の光波形を目標波形に近づけることができる。
　また、波形演算部といった電子回路、及び半導体レーザ素子のサイズは、ファイバレーザ若しくは固体レーザ、及びＥＯＭのサイズと比較して格段に小さい。更に、半導体レーザ素子の温度ドリフトに関しては、ペルチェ素子等によって半導体レーザ素子の温度を一定に維持すれば足りる。以上のことから、上記のレーザ装置及びレーザ波形制御方法によれば、従来の装置及び方法と比較して、装置寸法の小型化が可能となる。
　本発明の実施形態によれば、装置寸法の小型化が可能なレーザ装置及びレーザ波形制御方法を提供できる。
図１は、一実施形態に係るレーザ装置１Ａの構成を示すブロック図である。 図２は、レーザ装置１Ａの具体例を示すブロック図である。 図３は、ドライバ回路４の詳細な構成例を示すブロック図である。 図４は、波形タイミング調整部４３の機能を模式的に示す図である。 図５は、レーザ装置１Ａの動作を示すフローチャートである。 図６は、（ａ）～（ｄ）光パルス波形を模式的に示す図である。 図７は、（ａ）増幅前のレーザ光Ｌａの時間波形（矩形波）を示すグラフ、及び（ｂ）（ａ）に示された時間波形を有するレーザ光Ｌａを増幅した後のレーザ光Ｌｂの時間波形を示すグラフである。 図８は、（ａ）増幅前のレーザ光Ｌａの時間波形（ランプ波）を示すグラフ、及び（ｂ）（ａ）に示された時間波形を有するレーザ光Ｌａを増幅した後のレーザ光Ｌｂの時間波形を示すグラフである。 図９は、半導体レーザ素子５から出力されるレーザ光Ｌａの時間波形の例を示すグラフであり、（ａ）半値全幅が４ナノ秒のガウス波形、及び（ｂ）半値全幅が３２ナノ秒のガウス波形を示している。 図１０は、半導体レーザ素子５から出力されるレーザ光Ｌａの時間波形の例を示すグラフであり、（ａ）半値全幅が１２０ナノ秒の矩形波、及び（ｂ）半値全幅が４ナノ秒のランプ波形を示している。 図１１は、従来のレーザ装置の構成を示すブロック図である。 図１２は、図１１に示されたレーザ装置に、出力波形に基づいて駆動信号を調整するフィードバック回路を追加した場合の構成を示すブロック図である。
　以下、添付図面を参照しながら、レーザ装置及びレーザ波形制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、一実施形態に係るレーザ装置１Ａの構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態のレーザ装置１Ａは、波形演算部３と、ドライバ回路４と、半導体レーザ素子５と、光アイソレータ６と、光増幅器７と、光分岐部８と、光検出部９とを備えている。
　波形演算部３は、電子回路によって構成され、ドライバ回路４と電気的に接続されている。波形演算部３は、光増幅器７から出力される光パルスの波形（以下、出力波形という）を目標波形に近づけるための入力波形データＤａを演算して生成し、その入力波形データＤａをドライバ回路４に提供する。一例では、波形演算部３は、コンピュータ３１と、波形調整部３２と、比較部３３とを有する。コンピュータ３１は、ＣＰＵ及びメモリを有し、メモリに記憶されたプログラムに従って動作する。
　コンピュータ３１のメモリは、本実施形態における記憶部であって、所望（任意）の光波形、すなわち目標波形を表すデータ（以下、目標波形データという）を予め記憶している。この目標波形データは、レーザ装置１Ａの動作前に、コンピュータ３１のデータ入力端子を通じて、操作者により予めメモリに記憶される。或いは、コンピュータ３１が、波形設計部として、目標波形を自ら設計してもよい。すなわち、外部より与えられた光照射条件（加工条件、観察条件）を実現するための目標波形を、コンピュータ３１が算出してもよい。算出された目標波形を表す目標波形データは、コンピュータ３１のメモリに記憶される。
　比較部３３は、後述する光検出部９と電気的に接続されており、光検出部９から得られた検出信号（光強度信号Ｓｃ）に基づいて、出力波形を取得する。また、比較部３３は、コンピュータ３１と電気的に接続されており、目標波形データＤｂをコンピュータ３１から取得する。比較部３３は、出力波形と目標波形とを比較し、その差分を示す差分データＤｃを波形調整部３２に送る。
　なお、比較部３３は、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータによって構成されてもよい。その場合、比較部３３は、コンピュータ３１とは別体であってもよいし、コンピュータ３１と共通のコンピュータ内に実現されてもよい。
　波形調整部３２は、コンピュータ３１と電気的に接続されており、目標波形データＤｂをコンピュータ３１から取得する。また、波形調整部３２は、比較部３３と電気的に接続されており、比較部３３から出力された差分データＤｃを取得する。波形調整部３２は、これらのデータＤｂ，Ｄｃに基づいて、出力波形が目標波形に近づくように（すなわち差分が小さくなるように）入力波形データＤａを生成する。
　なお、波形調整部３２もまた、ＣＰＵ及びメモリを有するコンピュータによって構成されてもよい。その場合、波形調整部３２は、コンピュータ３１及び比較部３３とは別体であってもよいし、コンピュータ３１及び比較部３３のうち少なくとも一方と共通のコンピュータ内に実現されてもよい。
　ドライバ回路４の入力端は、波形演算部３の波形調整部３２と電気的に接続されており、波形調整部３２から入力波形データＤａを受け取る。ドライバ回路４は、入力波形データＤａに応じた時間波形を有する駆動電流Ｉｄを生成する。ドライバ回路４の出力端は、半導体レーザ素子５と電気的に接続されており、生成した駆動電流Ｉｄを半導体レーザ素子５に供給する。なお、駆動電流Ｉｄには、時間変化がなく大きさ一定のバイアス電流が重畳される場合もある。
　半導体レーザ素子５は、レーザダイオードであって、ドライバ回路４と電気的に接続されている。ドライバ回路４は、半導体レーザ素子５のカソード及びアノードのいずれかに対して駆動電流Ｉｄを供給する。半導体レーザ素子５は、駆動電流Ｉｄを受けてレーザ光Ｌａを発生する。このレーザ光Ｌａは、光増幅器７による増幅前の光であって、入力波形データＤａに応じた時間波形を有する。
　一例では、半導体レーザ素子５は分布帰還型（ＤＦＢ）レーザダイオードである。半導体レーザ素子５がＤＦＢレーザダイオードであることにより、光増幅器７の利得の波長特性にあわせた最適化が容易にできる。なお、図中の波形Ａは、半導体レーザ素子５から出力されるレーザ光Ｌａの時間波形を模式的に示している。半導体レーザ素子５の出力パワーは例えば数ナノジュールである。
　光アイソレータ６の光入力端は、半導体レーザ素子５のレーザ光出力端と光学的に結合されている。また、光アイソレータ６の光出力端は、光増幅器７の光入力端と光学的に結合されている。すなわち、光アイソレータ６は、半導体レーザ素子５と光増幅器７との間の光路上に介在している。光アイソレータ６は、光増幅器７によって増幅された光が半導体レーザ素子５に戻ることを防ぐ。
　光増幅器７の光入力端は、光アイソレータ６を介して半導体レーザ素子５と光学的に結合されており、半導体レーザ素子５から出力されたレーザ光Ｌａを増幅する。光増幅器７は、レーザ光を電気信号に変換せず、光のまま直接増幅する。光増幅器７は、例えば光ファイバ増幅器、固体レーザ増幅器、或いはそれらの組み合わせによって構成され得る。
　光ファイバ増幅器は、例えばＥｒ、Ｙｂなどの不純物を添加したガラスからなる光ファイバを有し、レーザ光Ｌａとともに励起光が該光ファイバに入力されることによってレーザ光Ｌａを増幅する。また、固体レーザ増幅器は、例えばＮｄなどの不純物を添加した、ガラス若しくはイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）によって構成され得る。固体レーザ増幅器は、レーザ光Ｌａとともに励起光が入力されることによってレーザ光Ｌａを増幅する。光増幅器７の利得は、例えば３～３０ｄＢの範囲内である。
　光分岐部８及び光検出部９は、光波形検出部１０を構成する。光波形検出部１０は、光増幅器７から出力された増幅後の光波形を検出する。光分岐部８は、光増幅器７の光出力端と光学的に結合されている。光分岐部８は、光増幅器７から出力された増幅後のレーザ光Ｌｂの一部Ｌｂ１を反射（若しくは透過）し、残部Ｌｂ２を透過（若しくは反射）することにより、増幅後のレーザ光Ｌｂの一部Ｌｂ１を分岐する。光分岐部８は、例えばガラス板によって構成され得る。
　レーザ光Ｌｂの一部Ｌｂ１の強度Ｐ１と、残部Ｌｂ２の強度Ｐ２との比（分岐比）Ｐ１／Ｐ２は、例えば、０．００５～０．０１の範囲内である。光検出部９は、光分岐部８と光学的に結合されており、増幅後のレーザ光Ｌｂの一部Ｌｂ１を受ける。なお、レーザ光Ｌｂの残部Ｌｂ２は、レーザ装置１Ａの外部へ出力され、レーザ加工、各種の計測等に使用される。
　光検出部９は、レーザ光Ｌｂの一部Ｌｂ１の光強度に応じた電気信号である光強度信号Ｓｃを生成し、この光強度信号Ｓｃを比較部３３に提供する。一例では、光検出部９は、フォトダイオードと、フォトダイオードを流れる光電流を電圧信号に変換する回路とを含んで構成され得る。光検出部９は、生成した電圧信号を光強度信号Ｓｃとして出力してもよく、生成した電圧信号をディジタル信号に変換し、該ディジタル信号を光強度信号Ｓｃとして出力してもよい。光強度信号Ｓｃが電圧信号である場合、比較部３３においてディジタル信号に変換される。なお、光検出部９は、フォトダイオードに代えて、光電管（例えばバイプラナ光電管）を含んでもよい。
　図２は、レーザ装置１Ａの具体例を示すブロック図である。図２に示される具体例において、レーザ装置１Ａは、図１に示された光アイソレータ６としての光アイソレータ６１，６２，６３，及び６４と、光増幅器７としての光ファイバ増幅器７１、固体レーザ増幅器７２及び７３とを備えている。このように、本具体例では、光増幅器７が多段に構成されている。更に、レーザ装置１Ａは、バンドパスフィルタ１２、光ファイバコネクタ１３、及びコリメータレンズ１４を備えている。
　光ファイバ増幅器７１の光入力端と半導体レーザ素子５とは、光ファイバＦ１を介して光学的に結合されている。光ファイバ増幅器７１と半導体レーザ素子５との間には、光アイソレータ６１が介在している。光アイソレータ６１は、光ファイバ増幅器７１から半導体レーザ素子５へ光（レーザ光Ｌａ及び励起光）が戻ることを防ぐ。これにより、半導体レーザ素子５の損傷を防止できる。
　光ファイバ増幅器７１の光出力端とバンドパスフィルタ１２とは、光ファイバＦ２を介して光学的に結合されている。光ファイバ増幅器７１とバンドパスフィルタ１２との間には、光アイソレータ６２が介在している。光アイソレータ６２は、バンドパスフィルタ１２より後段の光が光ファイバ増幅器７１に戻ることを防ぐ。
　光ファイバ増幅器７１は、第１段の光増幅器であって、半導体レーザ素子５から出力されたレーザ光Ｌａを増幅する。光ファイバ増幅器７１の利得は、例えば２０～３０ｄＢの範囲内である。バンドパスフィルタ１２は、光ファイバ増幅器７１から出力された光に含まれる、蛍光の波長成分を遮断する。バンドパスフィルタ１２は、例えば誘電体多層膜によって構成され得る。
　バンドパスフィルタ１２は、光ファイバＦ３を介して光ファイバコネクタ１３と光学的に結合されている。光ファイバコネクタ１３は、光ファイバＦ３を終端する。すなわち、バンドパスフィルタ１２を通過した光は、光ファイバＦ３を伝搬して光ファイバコネクタ１３に達した後、空間に出力される。
　コリメータレンズ１４は、空間を介して光ファイバコネクタ１３と光学的に結合されており、光ファイバコネクタ１３から放射状に出力された光を平行化（コリメート）する。後述する固体レーザ増幅器７２及び７３によって増幅された光の強度は大きいので、ガラス等の光学材料のレーザによる損傷を回避するため、このように光ファイバコネクタ１３より後段においては光ファイバではなく空間中を伝搬させる。なお、図２では、空間中を伝搬する光を破線で示している。
　固体レーザ増幅器７２は、光アイソレータ６３を介してコリメータレンズ１４と光学的に結合されている。光アイソレータ６３は、固体レーザ増幅器７２の光が固体レーザ増幅器７２より前段に戻ることを防ぐ。これにより、光ファイバ増幅器７１の損傷を防止できる。
　固体レーザ増幅器７２は、第２段の光増幅器であって、光ファイバ増幅器７１から出力された増幅後のレーザ光を更に増幅する。固体レーザ増幅器７２の利得は、例えば３～２０ｄＢの範囲内である。
　固体レーザ増幅器７３は、光アイソレータ６４を介して固体レーザ増幅器７２と光学的に結合されている。すなわち、光ファイバ増幅器７１、固体レーザ増幅器７２及び７３は、互いに直列に結合されている。光アイソレータ６４は、固体レーザ増幅器７３の光が固体レーザ増幅器７３より前段に戻ることを防ぐ。これにより、固体レーザ増幅器７２の損傷を防止できる。
　固体レーザ増幅器７３は、第３段の光増幅器であって、固体レーザ増幅器７２から出力された増幅後のレーザ光を更に増幅する。固体レーザ増幅器７３の利得は、例えば３～１０ｄＢの範囲内である。固体レーザ増幅器７３によって増幅された光は、増幅後のレーザ光Ｌｂとして出力される。
　図３は、ドライバ回路４の詳細な構成例を示すブロック図である。図３に示されるように、ドライバ回路４は、コントロール基板４１、波形データ格納部４２、波形タイミング調整部４３、波形信号生成部４４、及び電流変換部４５を有する。また、コントロール基板４１は、ＣＰＵ４１ａと、高速ＤＡＣインターフェース４１ｂとを含んで構成される。このうち、高速ＤＡＣインターフェース４１ｂ、波形データ格納部４２、波形タイミング調整部４３、及び波形信号生成部４４は、Ｄ／Ａ変換部４６を構成する。Ｄ／Ａ変換部４６は、電子回路であって、ディジタルの入力波形データＤａをアナログの駆動信号Ｓｄに変換する。
　コントロール基板４１は、波形演算部３とのインターフェースを担う回路基板である。ＣＰＵ４１ａは、波形演算部３の波形調整部３２（図１を参照）と通信回線を介して電気的に接続され、波形調整部３２から入力波形データＤａを受け取る。ＣＰＵ４１ａは、この入力波形データＤａを、適切なタイミングで高速ＤＡＣインターフェース４１ｂに送信する。高速ＤＡＣインターフェース４１ｂは、入力波形データＤａを波形データ格納部４２に一時的に記憶させる。波形データ格納部４２は、高速ＤＡＣインターフェース４１ｂと電気的に接続され、例えば揮発性の記憶素子によって構成される。
　本実施形態の波形調整部３２は、入力波形データＤａを、入力波形データＤａの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データとして出力する（図４を参照）。これらの区間波形データは、２以上の区間波形データ毎に並列且つ同時に出力される。そして、波形データ格納部４２は、この複数の区間波形データを記憶するとともに、要求に応じて複数の区間波形データを出力する。
　波形タイミング調整部４３は、波形データ格納部４２と電気的に接続されており、波形データ格納部４２から入力波形データＤａが出力されるタイミングを調整（制御）する。図４は、波形タイミング調整部４３の機能を模式的に示す図である。図４に示されるように、波形タイミング調整部４３は、波形データ格納部４２から読み出した複数の区間波形データＤＤ１～ＤＤ４を、適切な時間差を与えながら順次出力する。ここで、適切な時間差とは、例えば各区間波形データの時間幅である。この時間幅は、出力波形の時間分解能を規定し、一実施例では１ナノ秒である。
　波形信号生成部４４は、波形タイミング調整部４３から出力された複数の区間波形データＤＤ１～ＤＤ４を順次入力し、これらの区間波形データＤＤ１～ＤＤ４をアナログ信号（電圧信号）である駆動信号Ｓｄに順次変換する。このとき、区間波形データＤＤ１～ＤＤ４の変換タイミングの時間差は、波形タイミング調整部４３によって付与された時間差と略一致する。
　電流変換部４５は、波形信号生成部４４と電気的に接続されており、駆動信号Ｓｄを駆動電流Ｉｄに変換する。すなわち、電流変換部４５は、トランジスタを含むアナログ回路によって構成され、電圧信号である駆動信号Ｓｄを、電流信号である駆動電流Ｉｄに変換する。このとき生成される駆動電流Ｉｄの時間波形は、駆動信号Ｓｄの時間波形と略同一である。
　なお、電流変換部４５には、更にバイアス電流制御部１１が接続されている。バイアス電流制御部１１は、駆動電流Ｉｄに含まれるバイアス成分の大きさを制御する。半導体レーザ素子５は電流変換部４５の電流出力端と電気的に接続されており、電流変換部４５から駆動電流Ｉｄを受けてレーザ光Ｌａを出力する。レーザ光Ｌａの時間波形は、駆動電流Ｉｄの時間波形と略同一である。
　図５は、レーザ装置１Ａの動作を示すフローチャートである。また、図６の（ａ）～（ｄ）は、光パルス波形を模式的に示す図である。これらの図では、光パルス波形を、連続する複数の単位区間の波高値（光強度）の集合として示している。必要に応じて遅延時間ＴＡが設定され、光パルス波形の始点は基準時間から遅延時間ＴＡだけ遅れる。図６の（ａ）～（ｄ）において、縦軸は光強度を表し、横軸は時間を表す。図５及び図６を参照しつつ、レーザ装置１Ａの動作及び本実施形態に係るレーザ波形制御方法について説明する。
　まず、波形調整部３２は、初期の入力波形データＤａを設定する（ステップＳＴ１）。この初期の入力波形データＤａは、目標波形データＤｂに基づいて設定される。一例では、目標波形データＤｂがそのまま初期の入力波形データＤａとして用いられる。次に、この初期の入力波形データＤａに基づいてドライバ回路４が駆動電流Ｉｄを半導体レーザ素子５に供給し、半導体レーザ素子５がレーザ光Ｌａを出力する（電流供給ステップＳＴ２）。図６の（ａ）は、初期の入力波形データＤａに基づいて生成されたレーザ光Ｌａの時間波形を模式的に示している。このレーザ光Ｌａは光増幅器７によって増幅される（光増幅ステップＳＴ３）。
　なお、電流供給ステップＳＴ２は、Ｄ／Ａ変換ステップＳＴ２１と、電流変換ステップＳＴ２２とを含む。Ｄ／Ａ変換ステップＳＴ２１では、Ｄ／Ａ変換部４６が、ディジタルの入力波形データＤａをアナログの駆動信号Ｓｄに変換する。このとき、前述したように、入力波形データＤａの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データＤＤ１～ＤＤ４（図４を参照）を、時間差を与えながら駆動信号Ｓｄに順次変換する。電流変換ステップＳＴ２２では、電流変換部４５が駆動信号Ｓｄを駆動電流Ｉｄに変換する。
　続いて、光検出部９を通じて、増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形（出力波形）を検出する（光波形検出ステップＳＴ４）。図６の（ｂ）は、検出された出力波形を模式的に示している。多くの場合、増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形は、増幅前のレーザ光Ｌａの時間波形と異なる。一つの原因としては、光増幅器７における励起状態が時間経過に応じて変化することが挙げられる。すなわち、レーザ光Ｌａの入射直後においては光増幅器７が強く励起されており、高い利得でもってレーザ光Ｌａを増幅する。しかし、レーザ光Ｌａの入射開始から時間が経過すると、次第に光増幅器７の励起強度が低下し、それに伴ってレーザ光Ｌａの増幅利得も低下する。
　図７及び図８は、実際に測定された、増幅前のレーザ光Ｌａ及び増幅後のレーザ光Ｌｂの各時間波形を示すグラフである。図７の（ａ）は、増幅前のレーザ光Ｌａの時間波形（矩形波）を示し、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示された時間波形を有するレーザ光Ｌａを増幅した後のレーザ光Ｌｂの時間波形を示す。また、図８の（ａ）は、増幅前のレーザ光Ｌａの時間波形（ランプ波）を示し、図８の（ｂ）は、図８の（ａ）に示された時間波形を有するレーザ光Ｌａを増幅した後のレーザ光Ｌｂの時間波形を示す。なお、縦軸は光強度（任意単位）を表し、横軸は時間（単位：ナノ秒）を表す。これらの図に示されるように、増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形は、増幅前のレーザ光Ｌａの時間波形と大きく異なる。
　再び図５を参照する。波形調整ステップＳＴ５では、まず、比較部３３が、検出された出力波形と、目標波形データＤｂに示される目標波形（図６の（ｃ））とを比較し、その差分（誤差）を出力する（ステップＳＴ５１）。次に、波形調整部３２は、この差分に基づいて入力波形データＤａの時間波形を調整する。すなわち、波形調整部３２は、この差分がより小さくなるように（すなわち０に近づくように）、新たな入力波形データＤａを演算する（ステップＳＴ５２）。
　この新たな入力波形データＤａに基づいてドライバ回路４が駆動電流Ｉｄを半導体レーザ素子５に供給し、半導体レーザ素子５がレーザ光Ｌａを出力する（電流供給ステップＳＴ２）。図６の（ｄ）は、新たな入力波形データＤａに基づいて生成されたレーザ光Ｌａの時間波形を模式的に示している。このレーザ光Ｌａは光増幅器７によって増幅される（光増幅ステップＳＴ３）。上記のステップＳＴ２～ＳＴ５を繰り返すことによって、増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形が目標波形に近づく。こうして生成されたレーザ光Ｌｂが、レーザ装置１Ａの外部へ出力される。
　以上の構成を備える本実施形態のレーザ装置１Ａ及びレーザ波形制御方法によって得られる効果について、従来のレーザ装置及び制御方法が有する課題と共に説明する。図１１は、従来のレーザ装置の構成を示すブロック図である。このレーザ装置は、光アイソレータ６及び光増幅器７を備えている。更に、このレーザ装置は、半導体レーザ素子１００、ドライバ回路１０１、光増幅器１０２、音響光学光変調器（ＡＯＭ）１０３、電気光学光変調器（ＥＯＭ）１０４、コンピュータ１０５、任意パルス発生器１０６、タイミング制御部１０７、及びＲＦアンプ１０８を備えている。
　ドライバ回路１０１は、半導体レーザ素子１００に一定の大きさの駆動電流Ｉｄを供給する。半導体レーザ素子１００は、種光源として光強度一定の連続光Ｌｅ１を出力する。光増幅器１０２は、例えば光ファイバ増幅器若しくは固体レーザ増幅器であって、この連続光Ｌｅ１を増幅する。増幅前の連続光Ｌｅ１の光強度は例えば１０ｍＷであり、増幅後の連続光Ｌｅ２の光強度は例えば２Ｗである。ＡＯＭ１０３は、増幅後の連続光Ｌｅ２の時間幅を規定することにより、パルス光Ｌｐ１を生成する。パルス光Ｌｐ１の時間幅は、例えば１００ナノ秒である。
　コンピュータ１０５は、目標波形データを予め記憶するか、若しくは目標波形データを生成する。任意パルス発生器１０６は、コンピュータ１０５から目標波形データを受け取り、目標波形データに基づいて駆動信号を生成する。任意パルス発生器１０６は、駆動信号をＲＦアンプ１０８に提供する。タイミング制御部１０７は、任意パルス発生器１０６が駆動信号をＲＦアンプ１０８に提供するタイミングと、ＡＯＭ１０３がパルス光Ｌｐ１を生成するタイミングとを同期させる。
　ＲＦアンプ１０８は、駆動信号を増幅してＥＯＭ１０４に提供する。ＥＯＭ１０４は、駆動信号により駆動され、パルス光Ｌｐ１の時間波形を駆動信号に応じた波形に調整して、パルス光Ｌｐ２を生成する。ＥＯＭ１０４は、例えばリチウムニオブ酸（ＬＮ）変調器である。パルス光Ｌｐ２は、光アイソレータ６を通って光増幅器７に送られる。光増幅器７は、パルス光Ｌｐ２を増幅する。増幅後のパルス光Ｌｐ２は、レーザ装置の外部へ出力される。
　図１２は、図１１に示されたレーザ装置に、出力波形に基づいて駆動信号を調整するフィードバック回路を追加した場合の構成を示すブロック図である。図１２に示されるレーザ装置は、図１１に示された各要素に加えて、光分岐部８、光検出部９、比較部１０９、及び波形調整部１１０を更に備えている。光分岐部８は、光増幅器７による増幅後のパルス光Ｌｐ２の一部を分岐する。光検出部９は、分岐された一部のパルス光Ｌｐ２の光強度を検出する。比較部１０９は、コンピュータ１０５から出力された目標波形データと、検出したパルス光Ｌｐ２の時間波形とを比較し、その差分を出力する。波形調整部１１０は、この差分が０に近づくように、駆動信号を調整する。
　図１１及び図１２に示されるレーザ装置では、ファイバレーザ若しくは固体レーザから出力された連続光Ｌｅ２をＥＯＭ１０４によって任意の波形に整形する。ファイバレーザ及び固体レーザの寸法は大きくなり易く、また、ＥＯＭ１０４では温度変化による特性の変動（温度ドリフト）が大きいので、ＥＯＭ１０４の温度ドリフトを補償するための構成が別途必要となる。これらは、レーザ装置の小型化を妨げる要因となる。
　本実施形態では、連続光を出力するファイバレーザ若しくは固体レーザではなく、半導体レーザ素子５を被増幅光の光源として用いている。そして、半導体レーザ素子５を駆動するための駆動信号Ｓｄの時間波形を、光波形検出部１０（光波形検出ステップＳＴ４）により検出した増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形に基づいて調整する。これにより、半導体レーザ素子５から出力されるレーザ光Ｌａの時間波形を調整して、増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形を目標波形に近づけることができる。
　また、波形演算部３といった電子回路、及び半導体レーザ素子５のサイズは、ファイバレーザ若しくは固体レーザ、及びＥＯＭのサイズと比較して格段に小さい。更に、半導体レーザ素子５の温度ドリフトに関しては、ペルチェ素子等によって半導体レーザ素子５の温度を一定に維持すれば足りる。
　以上のことから、本実施形態によれば、従来の装置及び方法と比較して、装置寸法の小型化が可能となる。本発明者が作製した実験設備の例では、幅及び奥行きを本実施形態のレーザ装置１Ａと従来の装置とでほぼ同等とした場合、従来の装置の高さが１５００ｍｍであるのに対し、本実施形態のレーザ装置１Ａの高さは８８ｍｍであり、従来の装置よりも格段に小さくなった。
　また、連続光Ｌｅ２をＥＯＭ１０４により整形する従来の方式では、光透過率を調整することにより出力波形を整形するが、光透過率を厳密に０にすることは難しく、光強度を厳密に０としたい区間においても僅かな光強度が残存してしまう。これに対し、本実施形態では、半導体レーザ素子５を駆動するための駆動信号Ｓｄの時間波形を調整することにより出力波形を整形する。従って、駆動電流Ｉｄが閾値より小さくなるように駆動信号Ｓｄを制御すれば、半導体レーザ素子５からレーザ光Ｌａが出力されないので、光強度を厳密に０とすることが容易にできる。
　また、ＥＯＭ１０４を用いて光パルス波形を整形する方式と比較して、半導体レーザ素子５への駆動電流Ｉｄを整形する本実施形態の方式によれば、短い時間分解能で出力波形を制御することができる。
　また、ＥＯＭ１０４では、入力電圧（駆動信号）と光透過率とが互いに非線形の関係にある。従って、波形調整部１１０では、光増幅器７において生じる時間波形の変化に加えて、ＥＯＭ１０４での時間波形の歪みを補償するための計算、又は校正表等が必要になり、計算が複雑化する。これに対し、本実施形態では、半導体レーザ素子５の光出力強度と駆動電流Ｉｄとが互いにほぼ線形の関係にあるので、波形調整部３２における計算は比較的容易である。
　また、ＥＯＭ１０４を用いて光パルス波形を整形する方式では、出力可能なパルス光Ｌｐ１の時間幅が例えば１００ナノ秒といった短時間に制限される。これに対し、本実施形態では、半導体レーザ素子５がそのような時間制限を有しないので、より長時間の光パルスを生成可能である。
　図９及び図１０は、半導体レーザ素子５から出力されるレーザ光Ｌａの時間波形の例を示すグラフである。なお、縦軸は光強度（任意単位）を表し、横軸は時間（単位：ナノ秒）を表す。図９の（ａ）は、半値全幅が４ナノ秒のガウス波形を示している。図９の（ｂ）は、半値全幅が３２ナノ秒のガウス波形を示している。図１０の（ａ）は、半値全幅が１２０ナノ秒の矩形波を示している。図１０の（ｂ）は、半値全幅が４ナノ秒のランプ波形を示している。これらのように、本実施形態のレーザ装置１Ａによれば、任意の様々な時間波形を生成することができる。
　また、本実施形態のように、波形演算部３は（波形調整ステップＳＴ５では）、光波形検出部１０により検出された増幅後のレーザ光Ｌｂの時間波形と目標波形との差分が０に近づくように、入力波形データＤａの時間波形を調整してもよい。これにより、増幅後の時間波形を目標波形に更に精度良く近づけることができる。この場合、波形演算部３は、目標波形を示すデータを予め記憶する記憶部（コンピュータ３１のメモリ）を有してもよい。
　また、本実施形態のように、ドライバ回路４（電流供給ステップＳＴ２）は、ディジタルの入力波形データＤａをアナログの駆動信号Ｓｄに変換するＤ／Ａ変換部４６（Ｄ／Ａ変換ステップＳＴ２１）と、駆動信号Ｓｄを駆動電流Ｉｄに変換する電流変換部４５（電流変換ステップＳＴ２２）と、を有してもよい。そして、Ｄ／Ａ変換部４６（Ｄ／Ａ変換ステップＳＴ２１）は、入力波形データＤａの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データＤＤ１～ＤＤ４を、時間差を与えながら駆動信号Ｓｄに順次変換してもよい。これにより、駆動信号Ｓｄをより高速化して出力波形の時間分解能を高めることができる。
　本発明によるレーザ装置及びレーザ波形制御方法は、上述した実施形態及び構成例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では目標波形データを波形演算部３において記憶しているが、目標波形データはレーザ装置１Ａの外部から入力されてもよい。また、必要に応じて光アイソレータ６を省いてもよい。
　上記実施形態によるレーザ装置は、半導体レーザ素子と、入力波形データを演算する波形演算部と、波形演算部及び半導体レーザ素子と電気的に接続され、入力波形データに応じた時間波形を有する駆動電流を生成し、該駆動電流を半導体レーザ素子に供給するドライバ回路と、半導体レーザ素子と光学的に結合され、半導体レーザ素子から出力された光を増幅する光増幅器と、光増幅器から出力された増幅後の光波形を検出する光波形検出部と、を備え、波形演算部は、光波形検出部により検出された増幅後の光波形と目標波形とを比較して、入力波形データの時間波形を調整し、増幅後の光波形を目標波形に近づける構成としている。
　上記実施形態によるレーザ波形制御方法は、入力波形データに応じた時間波形を有する駆動電流を生成し、駆動電流を半導体レーザ素子に供給する電流供給ステップと、半導体レーザ素子から出力された光を増幅する光増幅ステップと、増幅後の光波形を検出する光波形検出ステップと、光波形検出ステップにより検出された増幅後の光波形と目標波形とを比較して、入力波形データの時間波形を調整し、増幅後の光波形を目標波形に近づける波形調整ステップと、を含む構成としている。
　上記のレーザ装置において、波形演算部は、光波形検出部により検出された増幅後の光波形と目標波形との差分が０に近づくように入力波形データの時間波形を調整する構成としても良い。
　また、上記のレーザ波形制御方法において、波形調整ステップでは、光波形検出ステップにより検出された増幅後の光波形と目標波形との差分が０に近づくように入力波形データの時間波形を調整する構成としても良い。
　このような構成によれば、増幅後の光波形を目標波形に更に精度良く近づけることができる。また、この場合、レーザ装置において、波形演算部は、目標波形を示すデータを予め記憶する記憶部を有する構成としても良い。
　上記のレーザ装置において、ドライバ回路は、ディジタルの入力波形データをアナログの駆動信号に変換するＤ／Ａ変換部と、駆動信号を駆動電流に変換する電流変換部と、を有し、Ｄ／Ａ変換部は、入力波形データの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データを、時間差を与えながら駆動信号に順次変換する構成としても良い。
　また、上記のレーザ波形制御方法において、電流供給ステップは、ディジタルの入力波形データをアナログの駆動信号に変換するＤ／Ａ変換ステップと、駆動信号を駆動電流に変換する電流変換ステップと、を含み、Ｄ／Ａ変換ステップでは、入力波形データの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データを、時間差を与えながら駆動信号に順次変換する構成としても良い。
　このような構成によれば、駆動信号をより高速化して、光波形の時間分解能を高めることができる。
　本発明は、装置寸法の小型化が可能なレーザ装置及びレーザ波形制御方法として利用可能である。
　１Ａ…レーザ装置、３…波形演算部、４…ドライバ回路、５…半導体レーザ素子、６…光アイソレータ、７…光増幅器、８…光分岐部、９…光検出部、１０…光波形検出部、１１…バイアス電流制御部、１２…バンドパスフィルタ、１３…光ファイバコネクタ、１４…コリメータレンズ、３１…コンピュータ、３２…波形調整部、３３…比較部、４１…コントロール基板、４１ａ…ＣＰＵ、４１ｂ…高速ＤＡＣインターフェース、４２…波形データ格納部、４３…波形タイミング調整部、４４…波形信号生成部、４５…電流変換部、４６…Ｄ／Ａ変換部、６１，６２，６３，６４…光アイソレータ、７１…光ファイバ増幅器、７２，７３…固体レーザ増幅器、Ｄａ…入力波形データ、Ｄｂ…目標波形データ、Ｄｃ…差分データ、ＤＤ１～ＤＤ４…区間波形データ、Ｆ１～Ｆ３…光ファイバ、Ｉｄ…駆動電流、Ｌａ，Ｌｂ…レーザ光、Ｓｃ…光強度信号、Ｓｄ…駆動信号、ＴＡ…遅延時間。

Claims (7)

  1. 　半導体レーザ素子と、
    　入力波形データを演算する波形演算部と、
    　前記波形演算部及び前記半導体レーザ素子と電気的に接続され、前記入力波形データに応じた時間波形を有する駆動電流を生成し、該駆動電流を前記半導体レーザ素子に供給するドライバ回路と、
    　前記半導体レーザ素子と光学的に結合され、前記半導体レーザ素子から出力された光を増幅する光増幅器と、
    　前記光増幅器から出力された増幅後の光波形を検出する光波形検出部と、
    を備え、
    　前記波形演算部は、前記光波形検出部により検出された増幅後の光波形と目標波形とを比較して、前記入力波形データの時間波形を調整し、増幅後の光波形を前記目標波形に近づける、レーザ装置。
  2. 　前記波形演算部は、前記光波形検出部により検出された増幅後の光波形と前記目標波形との差分が０に近づくように前記入力波形データの時間波形を調整する、請求項１に記載のレーザ装置。
  3. 　前記波形演算部は、前記目標波形を示すデータを予め記憶する記憶部を有する、請求項１または２に記載のレーザ装置。
  4. 　前記ドライバ回路は、
    　ディジタルの前記入力波形データをアナログの駆動信号に変換するＤ／Ａ変換部と、
    　前記駆動信号を前記駆動電流に変換する電流変換部と、
    を有し、
    　前記Ｄ／Ａ変換部は、前記入力波形データの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データを、時間差を与えながら前記駆動信号に順次変換する、請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ装置。
  5. 　入力波形データに応じた時間波形を有する駆動電流を生成し、前記駆動電流を半導体レーザ素子に供給する電流供給ステップと、
    　前記半導体レーザ素子から出力された光を増幅する光増幅ステップと、
    　増幅後の光波形を検出する光波形検出ステップと、
    　前記光波形検出ステップにより検出された増幅後の光波形と目標波形とを比較して、前記入力波形データの時間波形を調整し、増幅後の光波形を前記目標波形に近づける波形調整ステップと、
    を含む、レーザ波形制御方法。
  6. 　前記波形調整ステップでは、前記光波形検出ステップにより検出された増幅後の光波形と前記目標波形との差分が０に近づくように前記入力波形データの時間波形を調整する、請求項５に記載のレーザ波形制御方法。
  7. 　前記電流供給ステップは、
    　ディジタルの前記入力波形データをアナログの駆動信号に変換するＤ／Ａ変換ステップと、
    　前記駆動信号を前記駆動電流に変換する電流変換ステップと、
    を含み、
    　前記Ｄ／Ａ変換ステップでは、前記入力波形データの時間波形を分割してなる連続する複数の区間波形データを、時間差を与えながら前記駆動信号に順次変換する、請求項５または６に記載のレーザ波形制御方法。
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