レーザ光源
【課題】パルス光の出力を一時停止して再開した場合の光サージの発生が抑制されたレーザ光源を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ光源１は、第１の波長の光をパルス光として出力する第１光源１７と、第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２光源２１と、第１光源１７から出力されるパルス光と第２光源２１から出力される光とを入力し、第１光源１７から出力されるパルス光及び第２光源２１から出力される光を増幅して出力する光増幅器である光増幅性ファイバ１２と、第１光源１７からの光の出力に応じて前記第２の光源からの光の出力を制御する制御部２２と、を備え、第１光源１７は、パルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態と、パルス光の出力が一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態と、を有し、制御部２２は、第１光源１７がＯＦＦ状態である場合に、第２光源から光を出力させることにより、光増幅性ファイバ１２に添加された希土類系元素の反転分布の上昇を抑制する。
【解決手段】レーザ光源１は、第１の波長の光をパルス光として出力する第１光源１７と、第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２光源２１と、第１光源１７から出力されるパルス光と第２光源２１から出力される光とを入力し、第１光源１７から出力されるパルス光及び第２光源２１から出力される光を増幅して出力する光増幅器である光増幅性ファイバ１２と、第１光源１７からの光の出力に応じて前記第２の光源からの光の出力を制御する制御部２２と、を備え、第１光源１７は、パルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態と、パルス光の出力が一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態と、を有し、制御部２２は、第１光源１７がＯＦＦ状態である場合に、第２光源から光を出力させることにより、光増幅性ファイバ１２に添加された希土類系元素の反転分布の上昇を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を出射するレーザ光源に関する。特に、光増幅器を使用し、パルス光を増幅して、出射するレーザ光源であり、高出力であり、加工用や医療用などに適用される。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療、計測等の多くの分野において、パルス幅が短く、パルスピークが高く、且つ、高速繰返しの可能なパルスレーザ光が要望される。レーザ加工の分野では、パルスレーザ光はＱスイッチ方式で実現されることが多い。しかしながら、Ｑスイッチ方式のパルスレーザ光源では、パルス幅は光共振器中を光が複数回往復した時間に相当するため、短パルス化に限界があり、且つ高速繰返しも困難である。このため、パルス変調された半導体レーザ等を種光源とし、その下流に光増幅器を配置したＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式を用いたレーザ光源が注目されている。レーザ光源としてＭＯＰＡ方式を採用した場合、光増幅器部分を、希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒体とする光ファイバ増幅器とすることにより、高い利得及び安定した回折限界ビーム品質を実現することが容易であるという効果が知られている。
【０００３】
ただし、ＭＯＰＡ方式のパルスレーザ光源を用いる場合、パルス動作を一時中断する場合に種光源からのパルス光の出力を停止すると、光ファイバ増幅器に含まれ、希土類元素が添加された光増幅媒体である光ファイバ中の反転分布が極限まで上昇してしまうため、パルス動作を再開した際に出射光の光パワーが一時的に増大する光サージが発生する場合がある。このため、光サージが発生したレーザ光を加工対象物に照射することを防ぐ方法として、例えば特許文献１記載のように、出力再開後のパルスレーザ光を遮蔽する方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５８０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の光サージの発生は、レーザ光が照射される加工対象物以外にも影響を与える場合がある。例えば、光サージの発生は、レーザ光源の故障の原因になりうる。また、光ファイバ増幅器の動作を停止する方法も考えられるが、光ファイバ増幅器を再び励起する際に、熱平衡に達するまでの暖機運転に一定の時間を要することから、短時間に安定動作させることが困難である。このように、ＭＯＰＡ方式を用いたレーザ光源からのパルス光の出力を一時停止する場合、再開後の光サージの発生が抑制され一定強度のパルス光を安定して出射するレーザ光源の提供が望まれている。
【０００６】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、パルス光の出力を一時停止して再開した場合の光サージの発生が抑制されたレーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源は、第１の波長の光をパルス光として出力する第１光源と、第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２光源と、第１光源及び第２光源から出力される光を増幅する光増幅器と、第１光源からの光の出力に応じて第２の光源からの光の出力を制御する制御部とを備え、第１光源は、パルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態と、パルス光の出力が一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態とを有し、制御部は、第１光源がＯＦＦ状態である場合に、第２光源から光を出力させることを特徴とする。
【０００８】
上記のレーザ光源のように、第１光源からのパルス光の出力が一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態の際に第２光源からの光を出力させることにより、上記の反転分布が抑制されるため、第１光源からのパルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態とした場合の光サージの発生が抑制される。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ光源は、光増幅器により増幅されて出力された光を入力し、この入力した光のうち第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を遮断するフィルタをさらに備えるフィルタをさらに備える態様とすることができる。
【００１０】
上記のように、フィルタをさらに備えることで、第２光源から出射され、光増幅器により増幅された光が外部に出射されることを抑制することができる。
【００１１】
また、制御部は、第１光源がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更される時点又は第１光源がＯＮ状態である場合に、第２光源からの光の出力を停止させる態様としてもよい。
【００１２】
このように、第１光源がＯＮ状態である場合には第２光源からの光の出力を停止させることにより、第１光源から出力されるパルス光のピークパワーを抑圧することなく、レーザ光を出力させることができる。
【００１３】
また、光増幅器は、光増幅性元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として構成され、第２光源から出力される光の立ち上がり時間は、光増幅性元素の励起寿命の５０％〜２００％の時間となるように設定されている態様とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光源のＯＦＦ状態時に光増幅器の熱平衡が維持されるように励起光を光増幅器に供給しない状態で、パルス光を出力する光源をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更した場合に、巨大な光サージを発生することがないレーザ光源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。
【図２】レーザ光源１に含まれるＬＷＰＦ２６について説明する図である。
【図３】レーザ光源１に含まれる合波器２３について説明する図である。
【図４】レーザ光源１によるレーザ光の出力について説明する図である。
【図５】レーザ光源１によるレーザ加工について説明する図である。
【図６】ガルバノスキャナによるＸ軸方向及びＹ軸方向の掃引の有無と、第１光源１７及び第２光源２１のレーザ光の出力の有無（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）との関係の一例を示す図である。
【図７】ガルバノスキャナによるＸ軸方向及びＹ軸方向の掃引の有無と、第１光源１７及び第２光源２１のレーザ光の出力の有無（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）との関係の他の例を示す図である。
【図８】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。図１に示すように、レーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１，１２、励起光源１３，１４、コンバイナ１５，１６、第１光源１７、光アイソレータ１８，２０、バンドパスフィルタ１９、第２光源２１、制御部２２、ＷＤＭ（Wavelength DivisionMultiplexing）カプラ２３、エンドキャップ２４、レンズ２５及びＬＷＰＦ（LongWavelength Pass Filter）２６を含んで構成される。
【００１８】
このレーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１，１２に対して励起光源１３，１４より出力される励起光を入力することにより、光増幅性ファイバ１１，１２を励起状態とすることにより、種光源である第１光源１７から出力される種光が光増幅性ファイバ１１，１２により光増幅され、その光増幅された光がレーザ光源１の出力となる。すなわち、このレーザ光源１はＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）の構造となっている。
【００１９】
第１光源１７としては種光となるパルス光を出射することができる光源であれば、特に限定されないがＹＡＧレーザ光源等が好適に用いられる。本実施形態における第１光源１７は、その駆動電流は２００ｍＡ程度であり、種光となる波長１０６４ｎｍで７００ｍＷ程度のパルス光を出力する。この種光の波長１０６０ｎｍ帯において光増幅性ファイバ１１，１２はそれぞれ利得を有する。
【００２０】
光増幅を行う活性媒体は、既存のＹＡＧレーザ光源と互換性がある波長１０６０ｎｍ周辺に利得を有し、かつ、励起光波長と被増幅光波長とが互いに近くパワー変換効率の点で有利なＹｂ元素が好適であり、光ファイバのコアにＹｂ元素が添加されたＹｂＤＦ（Yb-Doped Fiber）であるのが望ましい。このレーザ光源１における光増幅部は、光増幅性ファイバ１１を含むプリアンプ部及び光増幅性ファイバ１２を含むブースターアンプ部を含んで構成される。
【００２１】
プリアンプ部では、第１光源１７から出力され光アイソレータ１８及びコンバイナ１５を経て光増幅性ファイバ１１に入力された種光を、この光増幅性ファイバ１１により光増幅する。励起ＬＤモジュールからなる励起光源１３からコンバイナ１５を経て光増幅性ファイバ１１に順方向に供給される励起光は、波長が９７５ｎｍであり、パワーが５Ｗ級である。光増幅性ファイバ１１は、リン（Ｐ）濃度が２６．４ｗｔ％であり、且つアルミニウム（Ａｌ）濃度が０．８ｗｔ％であるコア励起方式のリン酸塩系ＹｂＤＦであって、コア径が１０μｍであり、第１クラッドの径が１２５μｍ程度であり、波長９１５ｎｍにおける非飽和吸収係数が１．８ｄＢ／ｍであり、長さが３．４ｍである。光増幅性ファイバ１１の後段に配置されたバンドパスフィルタ１９は、種光源から出力される光以外の波長を抑圧する為に挿入される。
【００２２】
上記のプリアンプ部のバンドパスフィルタ１９の後段において、第１光源１７から出力され、光増幅性ファイバ１１により光増幅された光と、第２光源２１から出力される光と、を合波する合波器２３が設けられる。合波器２３において合波された光は、光アイソレータ２０、コンバイナ１６を経由しブースターアンプ部である光増幅性ファイバ１２へ出力される。
【００２３】
第２光源２１は、波長１０３０ｎｍのレーザ光を連続して出力する光源である。この第２光源２１による光の出力は、制御部２２により制御される。制御部２２は、第１光源２１からの種光（パルス光）の出力の開始（ＯＦＦ状態→ＯＮ状態）及び停止（ＯＮ状態→ＯＦＦ状態）等の情報を配線を介して受信し、これに基づいて第２光源２１からのレーザ光（例えば、ＣＷ光）の出力を制御する。制御部２２による制御方法の詳細については後述する。
【００２４】
ブースターアンプ部では、コンバイナ１６を経た光を、この光増幅性ファイバ１２において光増幅する。励起光源１４のそれぞれからコンバイナ１６を経て光増幅性ファイバ１２に順方向に供給される励起光は、波長が９７５ｎｍであり、パワーが５Ｗ級である。すなわち光増幅性ファイバ１２に供給される励起光のパワーは３０Ｗである。なお、光増幅性ファイバ１２は、アルミニウム（Ａｌ）濃度が１．５ｗｔ％であるコア励起方式のＡｌ共添加石英系ＹｂＤＦであって、コア径が１０μｍであり、第１クラッドの径が１２５μｍ程度であり、波長９１５ｎｍにおける非飽和吸収係数が１．５ｄＢ／ｍであり、長さが４ｍである。
【００２５】
さらに光増幅性ファイバ１２の後段には、エンドキャップ２４が設けられ、光増幅性ファイバ１２から出力された光を入力し、エンドキャップ２４から出力する。さらにエンドキャップ２４の後段にレンズ２５が設けられる。エンドキャップ２４から出力された光はレンズ２５によりコリメートされた後、ＬＷＰＦ２６に入力される。ＬＷＰＦ２６は長波長透過フィルタであり、その透過特性は図２に示すとおりである。ＬＷＰＦ２６は、第２光源から出力される光の波長（第２波長）を第１光源から出力される光の波長（第１波長）より短い波長とし、第１波長の光を透過し、第２波長の光を除去する波長域に設定されている。このような透過特性を有するＬＷＰＦ２６を経た光がパルス光としてレーザ光源１から出射される。なお、第２波長の光を除去するためだけであれば、第１の波長の光のみが透過可能なフィルタとして、ＬＷＰＦ２６に代えてバンドパスフィルタを用いることもできる。ただし、レーザ光を高パワー出力する場合には、光増幅性ファイバ１１，１２中で誘導ラマン散乱（Stimulated Raman Scattering：ＳＲＳ）等の非線形効果により、波長１１００ｎｍ付近の成分の光が発生する場合がある。この長波長成分の光もレーザ加工に寄与する場合がある。長波長成分の光を利用する場合は、長波長成分を透過させることのできるＬＷＰＦを用いることが好ましい。
【００２６】
図３は、合波器２３について説明する図である。図３では、合波器２３としてＷＤＭフィルタを用いた場合について説明する。図３（Ａ）に示すように、第１光源１７と第２光源２１それぞれからの光の入力ポートは、合波器２３に対して対向する位置に配置される。図３（Ｂ）はＷＤＭフィルタの特性を説明する図であり、Ｓ１はＷＤＭフィルタに対する各波長の光の透過率を示し、Ｓ２は当該フィルタに対する各波長の光の反射率を示す。図３（Ｂ）に示すように、第１光源１７から出射される波長１０６４ｎｍの光は合波器２３を透過し、出力ポートへ出力することができる。一方、第２光源２１から出射される波長１０３０ｎｍの光は、ＷＤＭフィルタにおいて反射され、第１光源１７からの光の入力ポートへはほとんど透過されず、出力ポートへ出力する。このため、図３（Ａ）に示すように、合波器２３に対して対向するように第１光源１７と第２光源とを配置することにより、第１光源１７及び第２光源２１から出射される光を同一の方向に出射させることができる。これにより、合波器２３は、第１光源１７から出射される光と第２光源２１から出射される光とを合波し、光アイソレータ２０に対して出射させることができる。なお、合波器２３としては、ＷＤＭフィルタに代えて、ＷＤＭカプラを用いてもよい。なお、ＷＤＭカプラとはファイバを溶融接続した溶融式ファイバカプラであり、安価且つコンパクトである。
【００２７】
なお、レーザ光源１から出射されるレーザ光の照射方向は、ガルバノスキャナ等により制御される。
【００２８】
ここで、図４及び図５を用いて、第１光源１７及び第２光源２１のそれぞれから光を出射するタイミングについて、説明する。図４は、レーザ光源１から出射されるレーザ光の出力パワーについて説明する図である。また、図５は、レーザ光源１を用いて加工対象物を加工する例について説明する図である。
【００２９】
本実施形態では、図５に示すように、レーザ光源１から出射されるレーザ光によって加工対象物Ｐの表面を加工する場合について説明する。具体的には、レーザ光源１から出射されるレーザ光Ｌにより、平板状の加工対象物Ｐの表面をＸ軸に平行な方向に複数本加工する（図５のＡ部が加工対象領域である）。そしてレーザ光源１の照射領域は、加工対象物ＰのＹ軸方向の側縁部に位置し、隣接するＡ部の端部の間を繋ぐ領域（図５のＢ部）上を移動する。これにより、レーザ光源１の照射領域が、加工対象であるＡ部上と非加工対象であるＢ部上とを交互に移動することにより、Ｘ軸に平行な複数本の加工部（Ａ部）をレーザ光Ｌにより加工することができる。このとき、レーザ光源１の照射領域がＢ部上を移動する場合にはレーザ光Ｌの照射を停止する必要がある。
【００３０】
上記の加工対象物Ｐを加工する場合、図４（Ａ）に示すように、レーザ光源１から出射されるレーザ光の照射領域がＡ部上であるＯＮ時間帯（図４（Ａ）において時間Ｔ１１に示す時間帯）は、第１光源１７から波長１０６４ｎｍのパルス光を出力し（ＯＮ状態）、レーザ光源１からはこのパルス光が光増幅されたパルスレーザ光Ｌ１が出力される。次に、ガルバノスキャナにより、レーザ光源１によるレーザ光の照射領域がＢ部上になった場合には、第１光源１７からのパルス光の出力を停止させる（ＯＦＦ状態）。これにより、レーザ光源１によるパルスレーザ光Ｌ１の出力は停止される。ただし、この停止時間中に、光増幅性ファイバ１２中に添加される希土類元素の反転分布が極限まで上昇してしまうため、再びレーザ光源１のレーザ光Ｌの照射領域がＡ部上に来て、レーザ光源１からのパルスレーザ光Ｌ１の照射を再開した時点（時間Ｔ１２の開始時点）におけるパルスレーザ光Ｌ１の出力パワーが一時的に急激に増大し、光サージが発生する。巨大な光サージが発生すると、レーザ光源１の各部に故障や破損等が発生する可能性がある。
【００３１】
これに対して、本実施形態のレーザ光源１では、図４（Ｂ）に示すように、第１光源１７からの種光（パルス光）の出射をパルス光のパルス周期以上の期間停止している（ＯＦＦ状態である）ＯＦＦ時間帯（時間Ｔ２で示される時間帯）に、第２光源２１からの光の出射を行う。そして、第２光源２１から出力された光は、光増幅性ファイバ１２により増幅される。光増幅性ファイバ１２により増幅されたレーザ光Ｌ２は、エンドキャップ２４、レンズ２５を経てＬＷＰＦ２６に入射する。この第２光源２１から出射されるレーザ光Ｌ２は、ＬＷＰＦ２６によりそのほとんどが遮断される。なお、レーザ光Ｌ２が、加工等に利用する場合や、照射対象に対して無害の場合は、ＬＷＰＦ２６などのフィルタがない状態でも良い。上記の通り、ＯＦＦ時間帯に第２光源２１から出射された光が光増幅性ファイバ１２に対して入射され、光増幅性ファイバ１２に入力される励起光が消費されるため、光増幅性ファイバ１２に添加される希土類元素の反転分布の著しい上昇が抑制される。これにより、第１光源１７からのパルス光の出力が再開された時点（時間Ｔ１２の開始時点）におけるパルスレーザ光Ｌ１の巨大な光サージの発生を抑制することができる。
【００３２】
第２光源２１からの光の出射は、第１光源１７からのパルス光の出射を停止した後、間隙をおかず、開始することが好ましい。第１光源１７からのパルス光の出射の停止時刻と第２光源２１からの光の出射の開始時刻との間に間隙がある（すなわち、いずれの光源からも光が出射されない時間帯がある）と、その間に光増幅性ファイバ１２に添加される希土類元素の反転分布が上昇するため、第２光源２１から光の出射を開始した際に、光サージが発生する場合がある。これを防ぐためには、第１光源１７からのパルス光の出射を停止した後、第１光源１７から出射されるパルス光の出力周期と同等又はそれよりも短い間隔で第２光源２１からの光の出射を開始することが好ましい。より具体的には、第１光源１７から出力されるパルス光の繰返し周波数が１００ｋＨｚである場合、１パルス周期の時間は１０μｓであるので、第１光源１７からのパルス光の出力停止後１パルス周期の時間以内、すなわち１０μｓ以内に第２光源２１からのレーザ光の出力を開始することが好ましい。
【００３３】
また、第１光源１７がＯＮ状態となる時点より、光増幅性ファイバ１２に添加される希土類元素の励起寿命に対して５０〜２００％の時間だけ早く第２光源２１からのレーザ光の出力を開始させる態様、すなわち、第２光源２１から出力される光の立ち上がり時間を希土類元素の励起寿命の５０％〜２００％の時間とする態様とすることもできる。
【００３４】
第２光源２１からレーザ光を出力する場合、このレーザ光の出力強度が所定の値となるまでの所要時間（立ち上がり時間）が短すぎると、光サージの原因となる可能性がある。また、立ち上がり時間が遅すぎると、希土類元素の反転分布の上昇を十分に抑制することが難しくなる。このため、第２光源２１からのレーザ光の出力に係る立ち上がり時間（所定の出力強度に対して１０％の強度の状態から９０％の強度になるまでの所要時間）は、光増幅性ファイバ１２において光増幅作用を起こすＹｂイオンの励起寿命である１００μｓに対して同程度であることが好ましいが、励起寿命に対して５０〜２００％としてもよい。
【００３５】
第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力に係る制御は、例えば、レーザ光源１から出力される増幅後のレーザ光の照射位置を制御してビーム掃引を行うガルバノスキャナに対して、ガルバノスキャナの動作に係る制御信号をレーザ光源１に係る制御装置２２から送信する場合に併せてレーザ光源１に対しても第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力に係る制御信号を送信することにより行うことができる。より具体的には、レーザ光源１によるレーザ光の掃引方向が図５におけるＸ軸方向（加工対象領域であるＡ部）からＹ軸方向（非加工対象領域であるＢ部）に対して変更する場合に、第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御する制御部２２に対してもレーザ光の出力に係る制御信号が送信されることにより、第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御することができる。なお、他の方法として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動をそれぞれ制御するガルバノスキャナのモータの駆動（掃引状態）及び停止に係る信号を外部出力し、この駆動及び停止に対応付けて第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御する態様としてもよい。
【００３６】
図５に示す加工対象物Ｐのレーザ加工を行う場合、ガルバノスキャナによるＸ軸方向及びＹ軸方向の掃引の有無と、第１光源１７及び第２光源２１のレーザ光の出力の有無（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）とは、例えば図６に基づいて対応付けることができる。なお、図６のうち、「１」はガルバノスキャナが該当する方向に対して掃引状態であることを示し、「０」はガルバノスキャナが該当する方向への掃引を停止している状態であることを示す。なお、表１では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両者が「０」である場合及び両者が「１」である場合についても示している。これは、ガルバノスキャナがソレノイドモーター等からなるため、電気信号に対する即応性が低いことにより発生する状態に対応するものである。すなわち、電気信号によりＸ軸方向又はＹ軸方向についての掃引及び停止を切り替えた際に、過渡的にガルバノスキャナが緩和振動を起こした場合の各光源の制御を示すものである。この場合、光サージを避ける目的から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両者が「０」である場合及び両者が「１」である場合のいずれにおいても、第１光源１７及び第２光源２１をＯＮ状態とし、両光源からレーザ光を出射させる状態とすることが好ましい。
【００３７】
なお、図６のように第１光源１７及び第２光源２１の両者のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えず、例えば第１光源１７は常時ＯＮ状態とし、第２光源２１のみＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える態様とした場合とすることができる。この場合のガルバノスキャナによる掃引方向と第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力の関係を図７に示す。
【００３８】
図７に示すように、第１光源１７が常時ＯＮ状態である場合であっても、第２光源を用いることにより、レーザ光源１から出射されるパルス光のピークを抑圧することができる。特に、加工対象物が熱影響を受け難い材料からなる場合には、表２に示す関係で第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御することにより、レーザ光の照射位置をＹ軸方向に掃引する際のレーザ光源１から出射されるパルス光のパルスピークをより簡便に抑圧することができる。なお、上記の実施形態では第１光源１７がＯＮ状態である場合について説明しているが、何かの拍子に第１光源をＯＦＦ状態で、励起光を駆動する際には、第２光源をＯＮ状態で使用することで、有効となる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るレーザ光源の第２実施形態について説明する。図８は第２実施形態に係るレーザ光源２の構成を示す図である。レーザ光源２がレーザ光源１と異なる点は、以下の点である。すなわち、種光として、第１光源１７及び第２光源２１とは異なる波長のパルス光を出射する第３光源３０を備え、第１光源１７から出射されるパルス光及び第３光源３０から出射されるパルス光は、合波器３１により合波された後、光アイソレータ１８に入射され、コンバイナ１５を経て光増幅性ファイバ１１に入射される点である。なお、第２光源の波長は、第１光源、第３光源のそれぞれの波長が含まれる波長帯とは異なることが望ましい。この合波器３１としては、上述のＷＤＭカプラが好適に用いられる。
【００４０】
このように、レーザ光源２から出射するパルス光の種光を複数種類の波長のレーザ光とすることができる。第２光源２１からの光を、第１光源と第３光源それぞれからのパルス光の出射が停止しているＯＦＦ時間帯に出射することにより、第１光源と第３光源それぞれからのパルス光の出射を再開した際の光サージを抑制することができる。なお、第１実施形態で記載された種々の変更可能な実施態様は、第２実施形態でも適用可能してもよい。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について種々の形態を説明したが、本発明は上記態様に限定されない。例えば、上記実施形態では、Ｙｂが添加された光増幅性ファイバ１１，１２を用いた態様について説明したが、Ｙｂに代えてＥｒが添加された光増幅性ファイバを用いてもよい。この場合には、第１光源１７から出射されるパルス光の波長を１５５０ｎｍとし、第２光源２１から出射される光の波長を１５３０ｎｍとすることが好ましい。ただし、レーザ光源１から出力されるレーザ光の強度をより高くする場合には、上述のように、励起光と被増幅光（種光）との波長を近くすることから、Ｙｂが添加された光増幅性ファイバを用いることが好ましい。
【００４２】
また、第１光源１７から種光の出射を停止したＯＦＦ状態のときに第２光源２１から出射される光の波長は、光増幅性ファイバ１１，１２に添加する希土類系元素がＹｂ及びＥｒのいずれであっても、自然放出光スペクトルのピークを有する波長の近傍とすることが好ましい。この場合、第２光源２１から出射される光による光サージの抑制がより効果的に行われる。
【００４３】
また、上記実施形態では、光増幅器として光増幅性ファイバ１１，１２が用いられる形態について説明したが、固体レーザを用いる態様とすることもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１，２…レーザ光源、１１，１２…光増幅性ファイバ、１３，１４…励起光源、１５，１６…コンバイナ、１７…第１光源、１８，２０…光アイソレータ、１９…バンドパスフィルタ、２１…第２光源、２２…制御部、２３，３１…合波器、２４…エンドキャップ、２５…レンズ、２６…ＬＷＰＦ、３０…第３光源。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス光を出射するレーザ光源に関する。特に、光増幅器を使用し、パルス光を増幅して、出射するレーザ光源であり、高出力であり、加工用や医療用などに適用される。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工や医療、計測等の多くの分野において、パルス幅が短く、パルスピークが高く、且つ、高速繰返しの可能なパルスレーザ光が要望される。レーザ加工の分野では、パルスレーザ光はＱスイッチ方式で実現されることが多い。しかしながら、Ｑスイッチ方式のパルスレーザ光源では、パルス幅は光共振器中を光が複数回往復した時間に相当するため、短パルス化に限界があり、且つ高速繰返しも困難である。このため、パルス変調された半導体レーザ等を種光源とし、その下流に光増幅器を配置したＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式を用いたレーザ光源が注目されている。レーザ光源としてＭＯＰＡ方式を採用した場合、光増幅器部分を、希土類元素を添加した光ファイバを光増幅媒体とする光ファイバ増幅器とすることにより、高い利得及び安定した回折限界ビーム品質を実現することが容易であるという効果が知られている。
【０００３】
ただし、ＭＯＰＡ方式のパルスレーザ光源を用いる場合、パルス動作を一時中断する場合に種光源からのパルス光の出力を停止すると、光ファイバ増幅器に含まれ、希土類元素が添加された光増幅媒体である光ファイバ中の反転分布が極限まで上昇してしまうため、パルス動作を再開した際に出射光の光パワーが一時的に増大する光サージが発生する場合がある。このため、光サージが発生したレーザ光を加工対象物に照射することを防ぐ方法として、例えば特許文献１記載のように、出力再開後のパルスレーザ光を遮蔽する方法が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５８０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の光サージの発生は、レーザ光が照射される加工対象物以外にも影響を与える場合がある。例えば、光サージの発生は、レーザ光源の故障の原因になりうる。また、光ファイバ増幅器の動作を停止する方法も考えられるが、光ファイバ増幅器を再び励起する際に、熱平衡に達するまでの暖機運転に一定の時間を要することから、短時間に安定動作させることが困難である。このように、ＭＯＰＡ方式を用いたレーザ光源からのパルス光の出力を一時停止する場合、再開後の光サージの発生が抑制され一定強度のパルス光を安定して出射するレーザ光源の提供が望まれている。
【０００６】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、パルス光の出力を一時停止して再開した場合の光サージの発生が抑制されたレーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源は、第１の波長の光をパルス光として出力する第１光源と、第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２光源と、第１光源及び第２光源から出力される光を増幅する光増幅器と、第１光源からの光の出力に応じて第２の光源からの光の出力を制御する制御部とを備え、第１光源は、パルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態と、パルス光の出力が一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態とを有し、制御部は、第１光源がＯＦＦ状態である場合に、第２光源から光を出力させることを特徴とする。
【０００８】
上記のレーザ光源のように、第１光源からのパルス光の出力が一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態の際に第２光源からの光を出力させることにより、上記の反転分布が抑制されるため、第１光源からのパルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態とした場合の光サージの発生が抑制される。
【０００９】
また、本発明に係るレーザ光源は、光増幅器により増幅されて出力された光を入力し、この入力した光のうち第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を遮断するフィルタをさらに備えるフィルタをさらに備える態様とすることができる。
【００１０】
上記のように、フィルタをさらに備えることで、第２光源から出射され、光増幅器により増幅された光が外部に出射されることを抑制することができる。
【００１１】
また、制御部は、第１光源がＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更される時点又は第１光源がＯＮ状態である場合に、第２光源からの光の出力を停止させる態様としてもよい。
【００１２】
このように、第１光源がＯＮ状態である場合には第２光源からの光の出力を停止させることにより、第１光源から出力されるパルス光のピークパワーを抑圧することなく、レーザ光を出力させることができる。
【００１３】
また、光増幅器は、光増幅性元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として構成され、第２光源から出力される光の立ち上がり時間は、光増幅性元素の励起寿命の５０％〜２００％の時間となるように設定されている態様とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光源のＯＦＦ状態時に光増幅器の熱平衡が維持されるように励起光を光増幅器に供給しない状態で、パルス光を出力する光源をＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更した場合に、巨大な光サージを発生することがないレーザ光源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。
【図２】レーザ光源１に含まれるＬＷＰＦ２６について説明する図である。
【図３】レーザ光源１に含まれる合波器２３について説明する図である。
【図４】レーザ光源１によるレーザ光の出力について説明する図である。
【図５】レーザ光源１によるレーザ加工について説明する図である。
【図６】ガルバノスキャナによるＸ軸方向及びＹ軸方向の掃引の有無と、第１光源１７及び第２光源２１のレーザ光の出力の有無（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）との関係の一例を示す図である。
【図７】ガルバノスキャナによるＸ軸方向及びＹ軸方向の掃引の有無と、第１光源１７及び第２光源２１のレーザ光の出力の有無（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）との関係の他の例を示す図である。
【図８】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。図１に示すように、レーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１，１２、励起光源１３，１４、コンバイナ１５，１６、第１光源１７、光アイソレータ１８，２０、バンドパスフィルタ１９、第２光源２１、制御部２２、ＷＤＭ（Wavelength DivisionMultiplexing）カプラ２３、エンドキャップ２４、レンズ２５及びＬＷＰＦ（LongWavelength Pass Filter）２６を含んで構成される。
【００１８】
このレーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１，１２に対して励起光源１３，１４より出力される励起光を入力することにより、光増幅性ファイバ１１，１２を励起状態とすることにより、種光源である第１光源１７から出力される種光が光増幅性ファイバ１１，１２により光増幅され、その光増幅された光がレーザ光源１の出力となる。すなわち、このレーザ光源１はＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）の構造となっている。
【００１９】
第１光源１７としては種光となるパルス光を出射することができる光源であれば、特に限定されないがＹＡＧレーザ光源等が好適に用いられる。本実施形態における第１光源１７は、その駆動電流は２００ｍＡ程度であり、種光となる波長１０６４ｎｍで７００ｍＷ程度のパルス光を出力する。この種光の波長１０６０ｎｍ帯において光増幅性ファイバ１１，１２はそれぞれ利得を有する。
【００２０】
光増幅を行う活性媒体は、既存のＹＡＧレーザ光源と互換性がある波長１０６０ｎｍ周辺に利得を有し、かつ、励起光波長と被増幅光波長とが互いに近くパワー変換効率の点で有利なＹｂ元素が好適であり、光ファイバのコアにＹｂ元素が添加されたＹｂＤＦ（Yb-Doped Fiber）であるのが望ましい。このレーザ光源１における光増幅部は、光増幅性ファイバ１１を含むプリアンプ部及び光増幅性ファイバ１２を含むブースターアンプ部を含んで構成される。
【００２１】
プリアンプ部では、第１光源１７から出力され光アイソレータ１８及びコンバイナ１５を経て光増幅性ファイバ１１に入力された種光を、この光増幅性ファイバ１１により光増幅する。励起ＬＤモジュールからなる励起光源１３からコンバイナ１５を経て光増幅性ファイバ１１に順方向に供給される励起光は、波長が９７５ｎｍであり、パワーが５Ｗ級である。光増幅性ファイバ１１は、リン（Ｐ）濃度が２６．４ｗｔ％であり、且つアルミニウム（Ａｌ）濃度が０．８ｗｔ％であるコア励起方式のリン酸塩系ＹｂＤＦであって、コア径が１０μｍであり、第１クラッドの径が１２５μｍ程度であり、波長９１５ｎｍにおける非飽和吸収係数が１．８ｄＢ／ｍであり、長さが３．４ｍである。光増幅性ファイバ１１の後段に配置されたバンドパスフィルタ１９は、種光源から出力される光以外の波長を抑圧する為に挿入される。
【００２２】
上記のプリアンプ部のバンドパスフィルタ１９の後段において、第１光源１７から出力され、光増幅性ファイバ１１により光増幅された光と、第２光源２１から出力される光と、を合波する合波器２３が設けられる。合波器２３において合波された光は、光アイソレータ２０、コンバイナ１６を経由しブースターアンプ部である光増幅性ファイバ１２へ出力される。
【００２３】
第２光源２１は、波長１０３０ｎｍのレーザ光を連続して出力する光源である。この第２光源２１による光の出力は、制御部２２により制御される。制御部２２は、第１光源２１からの種光（パルス光）の出力の開始（ＯＦＦ状態→ＯＮ状態）及び停止（ＯＮ状態→ＯＦＦ状態）等の情報を配線を介して受信し、これに基づいて第２光源２１からのレーザ光（例えば、ＣＷ光）の出力を制御する。制御部２２による制御方法の詳細については後述する。
【００２４】
ブースターアンプ部では、コンバイナ１６を経た光を、この光増幅性ファイバ１２において光増幅する。励起光源１４のそれぞれからコンバイナ１６を経て光増幅性ファイバ１２に順方向に供給される励起光は、波長が９７５ｎｍであり、パワーが５Ｗ級である。すなわち光増幅性ファイバ１２に供給される励起光のパワーは３０Ｗである。なお、光増幅性ファイバ１２は、アルミニウム（Ａｌ）濃度が１．５ｗｔ％であるコア励起方式のＡｌ共添加石英系ＹｂＤＦであって、コア径が１０μｍであり、第１クラッドの径が１２５μｍ程度であり、波長９１５ｎｍにおける非飽和吸収係数が１．５ｄＢ／ｍであり、長さが４ｍである。
【００２５】
さらに光増幅性ファイバ１２の後段には、エンドキャップ２４が設けられ、光増幅性ファイバ１２から出力された光を入力し、エンドキャップ２４から出力する。さらにエンドキャップ２４の後段にレンズ２５が設けられる。エンドキャップ２４から出力された光はレンズ２５によりコリメートされた後、ＬＷＰＦ２６に入力される。ＬＷＰＦ２６は長波長透過フィルタであり、その透過特性は図２に示すとおりである。ＬＷＰＦ２６は、第２光源から出力される光の波長（第２波長）を第１光源から出力される光の波長（第１波長）より短い波長とし、第１波長の光を透過し、第２波長の光を除去する波長域に設定されている。このような透過特性を有するＬＷＰＦ２６を経た光がパルス光としてレーザ光源１から出射される。なお、第２波長の光を除去するためだけであれば、第１の波長の光のみが透過可能なフィルタとして、ＬＷＰＦ２６に代えてバンドパスフィルタを用いることもできる。ただし、レーザ光を高パワー出力する場合には、光増幅性ファイバ１１，１２中で誘導ラマン散乱（Stimulated Raman Scattering：ＳＲＳ）等の非線形効果により、波長１１００ｎｍ付近の成分の光が発生する場合がある。この長波長成分の光もレーザ加工に寄与する場合がある。長波長成分の光を利用する場合は、長波長成分を透過させることのできるＬＷＰＦを用いることが好ましい。
【００２６】
図３は、合波器２３について説明する図である。図３では、合波器２３としてＷＤＭフィルタを用いた場合について説明する。図３（Ａ）に示すように、第１光源１７と第２光源２１それぞれからの光の入力ポートは、合波器２３に対して対向する位置に配置される。図３（Ｂ）はＷＤＭフィルタの特性を説明する図であり、Ｓ１はＷＤＭフィルタに対する各波長の光の透過率を示し、Ｓ２は当該フィルタに対する各波長の光の反射率を示す。図３（Ｂ）に示すように、第１光源１７から出射される波長１０６４ｎｍの光は合波器２３を透過し、出力ポートへ出力することができる。一方、第２光源２１から出射される波長１０３０ｎｍの光は、ＷＤＭフィルタにおいて反射され、第１光源１７からの光の入力ポートへはほとんど透過されず、出力ポートへ出力する。このため、図３（Ａ）に示すように、合波器２３に対して対向するように第１光源１７と第２光源とを配置することにより、第１光源１７及び第２光源２１から出射される光を同一の方向に出射させることができる。これにより、合波器２３は、第１光源１７から出射される光と第２光源２１から出射される光とを合波し、光アイソレータ２０に対して出射させることができる。なお、合波器２３としては、ＷＤＭフィルタに代えて、ＷＤＭカプラを用いてもよい。なお、ＷＤＭカプラとはファイバを溶融接続した溶融式ファイバカプラであり、安価且つコンパクトである。
【００２７】
なお、レーザ光源１から出射されるレーザ光の照射方向は、ガルバノスキャナ等により制御される。
【００２８】
ここで、図４及び図５を用いて、第１光源１７及び第２光源２１のそれぞれから光を出射するタイミングについて、説明する。図４は、レーザ光源１から出射されるレーザ光の出力パワーについて説明する図である。また、図５は、レーザ光源１を用いて加工対象物を加工する例について説明する図である。
【００２９】
本実施形態では、図５に示すように、レーザ光源１から出射されるレーザ光によって加工対象物Ｐの表面を加工する場合について説明する。具体的には、レーザ光源１から出射されるレーザ光Ｌにより、平板状の加工対象物Ｐの表面をＸ軸に平行な方向に複数本加工する（図５のＡ部が加工対象領域である）。そしてレーザ光源１の照射領域は、加工対象物ＰのＹ軸方向の側縁部に位置し、隣接するＡ部の端部の間を繋ぐ領域（図５のＢ部）上を移動する。これにより、レーザ光源１の照射領域が、加工対象であるＡ部上と非加工対象であるＢ部上とを交互に移動することにより、Ｘ軸に平行な複数本の加工部（Ａ部）をレーザ光Ｌにより加工することができる。このとき、レーザ光源１の照射領域がＢ部上を移動する場合にはレーザ光Ｌの照射を停止する必要がある。
【００３０】
上記の加工対象物Ｐを加工する場合、図４（Ａ）に示すように、レーザ光源１から出射されるレーザ光の照射領域がＡ部上であるＯＮ時間帯（図４（Ａ）において時間Ｔ１１に示す時間帯）は、第１光源１７から波長１０６４ｎｍのパルス光を出力し（ＯＮ状態）、レーザ光源１からはこのパルス光が光増幅されたパルスレーザ光Ｌ１が出力される。次に、ガルバノスキャナにより、レーザ光源１によるレーザ光の照射領域がＢ部上になった場合には、第１光源１７からのパルス光の出力を停止させる（ＯＦＦ状態）。これにより、レーザ光源１によるパルスレーザ光Ｌ１の出力は停止される。ただし、この停止時間中に、光増幅性ファイバ１２中に添加される希土類元素の反転分布が極限まで上昇してしまうため、再びレーザ光源１のレーザ光Ｌの照射領域がＡ部上に来て、レーザ光源１からのパルスレーザ光Ｌ１の照射を再開した時点（時間Ｔ１２の開始時点）におけるパルスレーザ光Ｌ１の出力パワーが一時的に急激に増大し、光サージが発生する。巨大な光サージが発生すると、レーザ光源１の各部に故障や破損等が発生する可能性がある。
【００３１】
これに対して、本実施形態のレーザ光源１では、図４（Ｂ）に示すように、第１光源１７からの種光（パルス光）の出射をパルス光のパルス周期以上の期間停止している（ＯＦＦ状態である）ＯＦＦ時間帯（時間Ｔ２で示される時間帯）に、第２光源２１からの光の出射を行う。そして、第２光源２１から出力された光は、光増幅性ファイバ１２により増幅される。光増幅性ファイバ１２により増幅されたレーザ光Ｌ２は、エンドキャップ２４、レンズ２５を経てＬＷＰＦ２６に入射する。この第２光源２１から出射されるレーザ光Ｌ２は、ＬＷＰＦ２６によりそのほとんどが遮断される。なお、レーザ光Ｌ２が、加工等に利用する場合や、照射対象に対して無害の場合は、ＬＷＰＦ２６などのフィルタがない状態でも良い。上記の通り、ＯＦＦ時間帯に第２光源２１から出射された光が光増幅性ファイバ１２に対して入射され、光増幅性ファイバ１２に入力される励起光が消費されるため、光増幅性ファイバ１２に添加される希土類元素の反転分布の著しい上昇が抑制される。これにより、第１光源１７からのパルス光の出力が再開された時点（時間Ｔ１２の開始時点）におけるパルスレーザ光Ｌ１の巨大な光サージの発生を抑制することができる。
【００３２】
第２光源２１からの光の出射は、第１光源１７からのパルス光の出射を停止した後、間隙をおかず、開始することが好ましい。第１光源１７からのパルス光の出射の停止時刻と第２光源２１からの光の出射の開始時刻との間に間隙がある（すなわち、いずれの光源からも光が出射されない時間帯がある）と、その間に光増幅性ファイバ１２に添加される希土類元素の反転分布が上昇するため、第２光源２１から光の出射を開始した際に、光サージが発生する場合がある。これを防ぐためには、第１光源１７からのパルス光の出射を停止した後、第１光源１７から出射されるパルス光の出力周期と同等又はそれよりも短い間隔で第２光源２１からの光の出射を開始することが好ましい。より具体的には、第１光源１７から出力されるパルス光の繰返し周波数が１００ｋＨｚである場合、１パルス周期の時間は１０μｓであるので、第１光源１７からのパルス光の出力停止後１パルス周期の時間以内、すなわち１０μｓ以内に第２光源２１からのレーザ光の出力を開始することが好ましい。
【００３３】
また、第１光源１７がＯＮ状態となる時点より、光増幅性ファイバ１２に添加される希土類元素の励起寿命に対して５０〜２００％の時間だけ早く第２光源２１からのレーザ光の出力を開始させる態様、すなわち、第２光源２１から出力される光の立ち上がり時間を希土類元素の励起寿命の５０％〜２００％の時間とする態様とすることもできる。
【００３４】
第２光源２１からレーザ光を出力する場合、このレーザ光の出力強度が所定の値となるまでの所要時間（立ち上がり時間）が短すぎると、光サージの原因となる可能性がある。また、立ち上がり時間が遅すぎると、希土類元素の反転分布の上昇を十分に抑制することが難しくなる。このため、第２光源２１からのレーザ光の出力に係る立ち上がり時間（所定の出力強度に対して１０％の強度の状態から９０％の強度になるまでの所要時間）は、光増幅性ファイバ１２において光増幅作用を起こすＹｂイオンの励起寿命である１００μｓに対して同程度であることが好ましいが、励起寿命に対して５０〜２００％としてもよい。
【００３５】
第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力に係る制御は、例えば、レーザ光源１から出力される増幅後のレーザ光の照射位置を制御してビーム掃引を行うガルバノスキャナに対して、ガルバノスキャナの動作に係る制御信号をレーザ光源１に係る制御装置２２から送信する場合に併せてレーザ光源１に対しても第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力に係る制御信号を送信することにより行うことができる。より具体的には、レーザ光源１によるレーザ光の掃引方向が図５におけるＸ軸方向（加工対象領域であるＡ部）からＹ軸方向（非加工対象領域であるＢ部）に対して変更する場合に、第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御する制御部２２に対してもレーザ光の出力に係る制御信号が送信されることにより、第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御することができる。なお、他の方法として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の移動をそれぞれ制御するガルバノスキャナのモータの駆動（掃引状態）及び停止に係る信号を外部出力し、この駆動及び停止に対応付けて第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御する態様としてもよい。
【００３６】
図５に示す加工対象物Ｐのレーザ加工を行う場合、ガルバノスキャナによるＸ軸方向及びＹ軸方向の掃引の有無と、第１光源１７及び第２光源２１のレーザ光の出力の有無（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）とは、例えば図６に基づいて対応付けることができる。なお、図６のうち、「１」はガルバノスキャナが該当する方向に対して掃引状態であることを示し、「０」はガルバノスキャナが該当する方向への掃引を停止している状態であることを示す。なお、表１では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両者が「０」である場合及び両者が「１」である場合についても示している。これは、ガルバノスキャナがソレノイドモーター等からなるため、電気信号に対する即応性が低いことにより発生する状態に対応するものである。すなわち、電気信号によりＸ軸方向又はＹ軸方向についての掃引及び停止を切り替えた際に、過渡的にガルバノスキャナが緩和振動を起こした場合の各光源の制御を示すものである。この場合、光サージを避ける目的から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両者が「０」である場合及び両者が「１」である場合のいずれにおいても、第１光源１７及び第２光源２１をＯＮ状態とし、両光源からレーザ光を出射させる状態とすることが好ましい。
【００３７】
なお、図６のように第１光源１７及び第２光源２１の両者のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替えず、例えば第１光源１７は常時ＯＮ状態とし、第２光源２１のみＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切り替える態様とした場合とすることができる。この場合のガルバノスキャナによる掃引方向と第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力の関係を図７に示す。
【００３８】
図７に示すように、第１光源１７が常時ＯＮ状態である場合であっても、第２光源を用いることにより、レーザ光源１から出射されるパルス光のピークを抑圧することができる。特に、加工対象物が熱影響を受け難い材料からなる場合には、表２に示す関係で第１光源１７及び第２光源２１からのレーザ光の出力を制御することにより、レーザ光の照射位置をＹ軸方向に掃引する際のレーザ光源１から出射されるパルス光のパルスピークをより簡便に抑圧することができる。なお、上記の実施形態では第１光源１７がＯＮ状態である場合について説明しているが、何かの拍子に第１光源をＯＦＦ状態で、励起光を駆動する際には、第２光源をＯＮ状態で使用することで、有効となる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係るレーザ光源の第２実施形態について説明する。図８は第２実施形態に係るレーザ光源２の構成を示す図である。レーザ光源２がレーザ光源１と異なる点は、以下の点である。すなわち、種光として、第１光源１７及び第２光源２１とは異なる波長のパルス光を出射する第３光源３０を備え、第１光源１７から出射されるパルス光及び第３光源３０から出射されるパルス光は、合波器３１により合波された後、光アイソレータ１８に入射され、コンバイナ１５を経て光増幅性ファイバ１１に入射される点である。なお、第２光源の波長は、第１光源、第３光源のそれぞれの波長が含まれる波長帯とは異なることが望ましい。この合波器３１としては、上述のＷＤＭカプラが好適に用いられる。
【００４０】
このように、レーザ光源２から出射するパルス光の種光を複数種類の波長のレーザ光とすることができる。第２光源２１からの光を、第１光源と第３光源それぞれからのパルス光の出射が停止しているＯＦＦ時間帯に出射することにより、第１光源と第３光源それぞれからのパルス光の出射を再開した際の光サージを抑制することができる。なお、第１実施形態で記載された種々の変更可能な実施態様は、第２実施形態でも適用可能してもよい。
【００４１】
以上、本発明の好適な実施形態について種々の形態を説明したが、本発明は上記態様に限定されない。例えば、上記実施形態では、Ｙｂが添加された光増幅性ファイバ１１，１２を用いた態様について説明したが、Ｙｂに代えてＥｒが添加された光増幅性ファイバを用いてもよい。この場合には、第１光源１７から出射されるパルス光の波長を１５５０ｎｍとし、第２光源２１から出射される光の波長を１５３０ｎｍとすることが好ましい。ただし、レーザ光源１から出力されるレーザ光の強度をより高くする場合には、上述のように、励起光と被増幅光（種光）との波長を近くすることから、Ｙｂが添加された光増幅性ファイバを用いることが好ましい。
【００４２】
また、第１光源１７から種光の出射を停止したＯＦＦ状態のときに第２光源２１から出射される光の波長は、光増幅性ファイバ１１，１２に添加する希土類系元素がＹｂ及びＥｒのいずれであっても、自然放出光スペクトルのピークを有する波長の近傍とすることが好ましい。この場合、第２光源２１から出射される光による光サージの抑制がより効果的に行われる。
【００４３】
また、上記実施形態では、光増幅器として光増幅性ファイバ１１，１２が用いられる形態について説明したが、固体レーザを用いる態様とすることもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１，２…レーザ光源、１１，１２…光増幅性ファイバ、１３，１４…励起光源、１５，１６…コンバイナ、１７…第１光源、１８，２０…光アイソレータ、１９…バンドパスフィルタ、２１…第２光源、２２…制御部、２３，３１…合波器、２４…エンドキャップ、２５…レンズ、２６…ＬＷＰＦ、３０…第３光源。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光をパルス光として出力する第１光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２光源と、
前記第１光源及び前記第２光源から出力される光を増幅する光増幅器と、
前記第１光源からの光の出力に応じて前記第２の光源からの光の出力を制御する制御部とを備え、
前記第１光源は、前記パルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態と、前記パルス光の出力が前記一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態とを有し、
前記制御部は、前記第１光源が前記ＯＦＦ状態である場合に、前記第２光源から前記光を出力させる
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記光増幅器により増幅されて出力された光を入力し、この入力した光のうち前記第１の波長の光を透過し、前記第２の波長の光を遮断するフィルタをさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１光源が前記ＯＦＦ状態から前記ＯＮ状態に変更される時点又は前記第１光源が前記ＯＮ状態である場合に、前記第２光源からの前記光の出力を停止させる
ことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記光増幅器は、光増幅性元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として構成され、
前記第２光源から出力される光の立ち上がり時間は、前記光増幅性元素の励起寿命の５０％〜２００％の時間となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【請求項１】
第１の波長の光をパルス光として出力する第１光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を出力する第２光源と、
前記第１光源及び前記第２光源から出力される光を増幅する光増幅器と、
前記第１光源からの光の出力に応じて前記第２の光源からの光の出力を制御する制御部とを備え、
前記第１光源は、前記パルス光の一定周期での繰り返し出力が開始・継続するＯＮ状態と、前記パルス光の出力が前記一定周期以上の間停止するＯＦＦ状態とを有し、
前記制御部は、前記第１光源が前記ＯＦＦ状態である場合に、前記第２光源から前記光を出力させる
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記光増幅器により増幅されて出力された光を入力し、この入力した光のうち前記第１の波長の光を透過し、前記第２の波長の光を遮断するフィルタをさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１光源が前記ＯＦＦ状態から前記ＯＮ状態に変更される時点又は前記第１光源が前記ＯＮ状態である場合に、前記第２光源からの前記光の出力を停止させる
ことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記光増幅器は、光増幅性元素が添加された光ファイバを光増幅媒体として構成され、
前記第２光源から出力される光の立ち上がり時間は、前記光増幅性元素の励起寿命の５０％〜２００％の時間となるように設定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２５８２７２（Ｐ２０１０−２５８２７２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０７７６０（Ｐ２００９−１０７７６０）
【出願日】平成２１年４月２７日（２００９．４．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２７日（２００９．４．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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