JP7561585B2

JP7561585B2 - レーザ光出力装置

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Inventors: 孝夫桜井
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Description

本発明は、複数種類の波長のレーザ光をパルスとして出力することに関する。

従来より、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射するレーザ光出力装置が知られている（特許文献１を参照）。

なお、上記のようなレーザ光出力装置とは直接の関係は無いが、特許文献２および特許文献３には、可変光アッテネータ（ＶＯＡ）についての開示があり、特許文献４および特許文献５には、複数の光路が開示されており、特許文献６には、発光素子に電流を印加することが開示されている。

特開２０２０－１６６２３５号公報特開２０１０－２８６６７２号公報特開２０１０－２５６７８４号公報特開２０１５－２２２４１４号公報特開２００４－０２９１５２号公報特開２００７－２７３４３５号公報

ここで、上記のような従来技術におけるレーザ光出力装置においては、例えば、励起レーザの経時的出力変動および環境温度依存性と、ＰＰＬＮの変換効率の経時的変化（フォトリフラクティブ効果）とにより、レーザ光の出力が変動してしまう。

そこで、本発明は、レーザ光出力装置の出力の調整を課題とする。

本発明にかかる第一のレーザ光出力装置は、所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力するパルスレーザ出力部と、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて２つ以上の光路のうちいずれか一つ以上に光路を決定して出力する光路決定部と、前記２つ以上の光路の各々を進行した進行光を受け、前記進行光のパワーが閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する波長変更部と、前記波長変更部の出力を合波する合波器とを備え、前記光路決定部が、前記進行光であって前記２つ以上の光路のうちの２つの光路のうちの一方を進行するものの第一パワーと、前記進行光であって前記２つの光路のうちの他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができるように構成される。

上記のように構成された第一のレーザ光出力装置によれば、パルスレーザ出力部が、所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力する。光路決定部が、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて２つ以上の光路のうちいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。波長変更部が、前記２つ以上の光路の各々を進行した進行光を受け、前記進行光のパワーが閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する。合波器が、前記波長変更部の出力を合波する。さらに、前記光路決定部が、前記進行光であって前記２つ以上の光路のうちの２つの光路のうちの一方を進行するものの第一パワーと、前記進行光であって前記２つの光路のうちの他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができる。

本発明にかかる第二のレーザ光出力装置は、所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力するパルスレーザ出力部と、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて２つ以上の光路のうちいずれか一つ以上に光路を決定して出力する光路決定部と、前記２つ以上の光路の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする平行化部と、前記平行化部の出力を受け、該出力のパワーが閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する波長変更部と、前記波長変更部の出力を受けて集束する集束部と、前記集束部の出力をコアの端面で受ける光ファイバとを備え、前記集束部が、前記波長変更部の出力を、前記コアの端面に集束し、前記光路決定部が、前記進行光であって前記２つ以上の光路のうちの２つの光路のうちの一方を進行するものの第一パワーと、前記進行光であって前記２つの光路のうちの他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができるように構成される。

上記のように構成された第二のレーザ光出力装置によれば、パルスレーザ出力部が、所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力する。光路決定部が、前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて２つ以上の光路のうちいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。平行化部が、前記２つ以上の光路の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする。波長変更部が、前記平行化部の出力を受け、該出力のパワーが閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する。集束部が、前記波長変更部の出力を受けて集束する。光ファイバが、前記集束部の出力をコアの端面で受ける。前記集束部が、前記波長変更部の出力を、前記コアの端面に集束する。前記光路決定部が、前記進行光であって前記２つ以上の光路のうちの２つの光路のうちの一方を進行するものの第一パワーと、前記進行光であって前記２つの光路のうちの他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができる。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記光路決定部が、前記進行光のうちいずれか一つの光路を進行した進行光のみのパワーが、前記閾値を超えるようにし、前記第一パワーが前記閾値を超える場合に、前記パワー比を二種類以上とることができるようにし、前記第二パワーが前記閾値を超える場合にも、前記パワー比を二種類以上とることができるようにするようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記閾値が、前記光路ごとに定まっているようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記光路決定部に、前記パワー比を変更するためのパワー比変更信号を与えるパワー比変更信号付与部を備え、前記光路決定部が音響光学変調器であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記パワー比変更信号付与部が、搬送波を出力する搬送波源と、前記搬送波と、電圧が可変な変調信号とを混合して、被変調信号を出力する混合器と、前記被変調信号の振幅を変更して前記パワー比変更信号を出力する振幅変更器とを有するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記波長変更部の出力を測定する出力測定部を備え、前記パワー比変更信号付与部が、前記出力測定部の測定結果に基づき、前記パワー比変更信号の大きさを変更するようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記光路決定部が音響光学変調器であり、前記２つの光路が、前記音響光学変調器の０次光の光路および１次光の光路であるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記波長変更部が、ＰＰＬＮであるようにしてもよい。

なお、本発明にかかる第一および第二のレーザ光出力装置は、前記波長変更部が、ＯＰＯまたはＯＰＧであるようにしてもよい。

第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第一の実施形態にかかる波長変更部１４の平面図である。第一の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。第一の実施形態の第一変形例にかかる波長変更部１４の平面図である。第一の実施形態の第二変形例にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。回折効率制御信号のパワーＰと、回折効率ηとの関係を示す図である。回折効率制御部１２０の構成を示す機能ブロック図である。変調信号の電圧と、回折効率制御信号のパワーＰとの対応関係を示す図である。波長変更部（PPLN）１４の励起光エネルギとシグナル光エネルギとの関係を示す図である。回折効率制御信号のパワーＰと、第二パルスＰ２ｂのパワーとの対応関係を示す図である。第一の実施形態の第三変形例にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第二の実施形態にかかる波長変更部１４の平面図である。第二の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。波長変更部（PPLN）１４の出力が光路ＯＰ１から出力される場合の第一パワーＩ・（１－η）および第二パワーＩ・ηを示す図である。波長変更部（PPLN）１４の出力が光路ＯＰ２から出力される場合の第一パワーＩ・（１－η）および第二パワーＩ・ηを示す図である。第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。第三の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図２は、第一の実施形態にかかる波長変更部１４の平面図である。図３は、第一の実施形態にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。なお、図３においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類（実線または破線）を変えて図示している。

第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、波長変更部（PPLN）１４、ミラー１５、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６、フィルタ（F）１７２、１７４、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂを備える。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０は、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１（図３参照）として出力する。励起レーザ１０は、例えば、Yb:YAGレーザである。

音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２は、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。なお、２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２は、それぞれ、音響光学変調器１２の０次光の光路および１次光の光路である。音響光学変調器１２の回折効率ηが０の場合は、第一パルスＰ１は、光路ＯＰ１のみを進行する。回折効率ηが０を超える場合は、第一パルスＰ１は、光路ＯＰ１および光路ＯＰ２を進行する。音響光学変調器１２が受けた第一パルスＰ１のパワーをＩとすると、光路ＯＰ１にはパワーＩ・（１－η）のパルスが進行し、光路ＯＰ２にはパワーＩ・ηのパルスが進行する。

このように、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２は、進行光であって２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２のうちの一方ＯＰ１を進行するものの第一パワーＩ・（１－η）と、進行光であって２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２のうちの他方ＯＰ２を進行するものの第二パワーＩ・ηとの比であるパワー比（１－η：η）を変更することができる。なお、進行光とは、２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した光である。

音響光学変調器１２には、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０から回折効率制御信号が与えられる。回折効率ηは、回折効率制御信号のパワーＰにより変化する。回折効率制御信号のパワーＰは、０以上Ｐｍａｘ以下である。回折効率制御信号は、図示省略したトランスデューサにより、電気信号から音響波に変化して、音響光学変調器１２に与えられる。

図６は、回折効率制御信号のパワーＰと、回折効率ηとの関係を示す図である。回折効率制御信号のパワーＰが０[Ｗ]の場合、回折効率η＝０となる。０＜Ｐ＜Ｐ０において、回折効率ηは単調増加する。Ｐ＝Ｐ０のときに、ηは最大値ηｍａｘをとる。Ｐ０＜Ｐ＜Ｐｍａｘにおいて、回折効率ηは単調減少する。

図１５は、波長変更部（PPLN）１４の出力が光路ＯＰ１から出力される場合の第一パワーＩ・（１－η）および第二パワーＩ・ηを示す図である。図１６は、波長変更部（PPLN）１４の出力が光路ＯＰ２から出力される場合の第一パワーＩ・（１－η）および第二パワーＩ・ηを示す図である。

図１５を参照して、回折効率η＝０（図１５（ａ）参照）の場合、第一パワーはＩ、第二パワーは０となる。回折効率η＝η１１（＞０）（図１５（ｂ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η１１）、第二パワーはＩ・η１１となる。回折効率η＝η２１（＞η１１）（図１５（ｃ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η２１）、第二パワーはＩ・η２１となる。このように、回折効率ηが増加するにつれて、第一パワーが減少していく。

図１６を参照して、回折効率η＝ηｍａｘ（図１６（ａ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－ηｍａｘ）、第二パワーはＩ・ηｍａｘとなる。回折効率η＝η１２（＜ηｍａｘ）（図１６（ｂ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η１２）、第二パワーはＩ・η１２となる。回折効率η＝η２２（＜η１２）（図１６（ｃ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η２２）、第二パワーはＩ・η２２となる。このように、回折効率ηが減少するにつれて、第二パワーが減少していく。

音響光学変調器１２と波長変更部（PPLN）１４との間に図示省略した光減衰器を設けてもよい。

波長変更部（PPLN）１４は、２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光（である第二パルスＰ２ａ）を受け、進行光のパワーが発振閾値（後述する）を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する。波長変更部１４の出力が、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂである。なお、波長変更部（PPLN）１４は、ＰＰＬＮである。また、波長変更部１４は、ＯＰＯ（光パラメトリック発振）またはＯＰＧ（光パラメトリック発生）である。

図９は、波長変更部（PPLN）１４の励起光エネルギとシグナル光エネルギとの関係を示す図である。ただし、励起光は光路ＯＰ１、ＯＰ２から与えられ、シグナル光は光路ＯＰ１、ＯＰ２から出力される。すると、光路ＯＰ１から与えられる励起光（進行光）は音響光学変調器１２の０次光であり、この励起光により生じるシグナル光（波長変更部１４の出力）が光路ＯＰ１から出力される。また、光路ＯＰ２から与えられる励起光（進行光）は音響光学変調器１２の１次光であり、この励起光により生じるシグナル光（波長変更部１４の出力）が光路ＯＰ２から出力される。

波長変更部１４は、ＯＰＯまたはＯＰＧであるため、発振閾値が存在する。すなわち、励起光エネルギ（進行光のパワー）が発振閾値を超えると、シグナル光（波長変更部１４の出力）が出力される。励起光エネルギが発振閾値を超えている場合、励起光エネルギが大きくなれば、シグナル光のエネルギも増大する。

なお、光路ＯＰ１から与えられる励起光（０次光）の発振閾値は、光路ＯＰ２から与えられる励起光（１次光）の発振閾値よりも大きい。ただし、これは一例に過ぎず、励起光（０次光）の発振閾値が、励起光（１次光）の発振閾値よりも小さい場合もあり得る。また、励起光（０次光）の発振閾値が、励起光（１次光）の発振閾値と等しい場合もあり得る。

なお、上記のように、光路ＯＰ１、ＯＰ２ごとに、発振閾値が定まっている。

音響光学変調器１２は、進行光のうちいずれか一つの光路（ＯＰ１またはＯＰ２）を進行した進行光のみのパワー（第一パワーＩ・（１－η）または第二パワーＩ・η）が、発振閾値を超えるようにする。

例えば、図１５に示すような場合は、光路ＯＰ１を進行した進行光のみのパワー（第一パワーＩ・（１－η））が、発振閾値を超えるようにする。

回折効率η＝０（図１５（ａ）参照）の場合、第一パワーＩが発振閾値を超え、波長変更部１４の出力はＪ０１となり、光路ＯＰ１より出力される。第二パワー０は発振閾値未満であるため、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ２より出力されることはない。

回折効率η＝η１１（＞０）（図１５（ｂ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η１１）、第二パワーはＩ・η１１となる。第一パワーＩ（１－η１１）が発振閾値を超え、波長変更部１４の出力はＪ１１となり、光路ＯＰ１より出力される。なお、回折効率η＝０の場合に比べて、第一パワーがＩ・η１１だけ小さくなるため、波長変更部１４の出力Ｊ１１もＪ０１より小さくなる。また、第二パワーＩ・η１１は発振閾値未満であるため、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ２より出力されることはない。

回折効率η＝η２１（＞η１１）（図１５（ｃ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η２１）、第二パワーはＩ・η２１となる。第一パワーＩ（１－η２１）が発振閾値を超え、波長変更部１４の出力はＪ２１となり、光路ＯＰ１より出力される。なお、回折効率η＝η１１の場合に比べて、第一パワーがＩ・（η２１－η１１）だけ小さくなるため、波長変更部１４の出力Ｊ２１もＪ１１より小さくなる。また、第二パワーＩ・η２１は発振閾値未満であるため、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ２より出力されることはない。

このように、音響光学変調器１２は、第一パワーＩ・（１－η）が発振閾値を超える場合に、パワー比（１－η：η）を二種類以上とることができるようする。例えば、パワー比を、１：０（図１５（ａ）参照）、１－η１１：η１１（図１５（ｂ）参照）、１－η２１：η２１（図１５（ｃ）参照）とすることができる。これにより、波長変更部１４の出力をＪ０１（図１５（ａ）参照）からＪ１１（図１５（ｂ）参照）へ、Ｊ１１（図１５（ｂ）参照）からＪ２１（図１５（ｃ）参照）へと減衰させることができる。

パワー比は最低二種類とることができればよく、例えば、パワー比を、１－η１１：η１１（図１５（ｂ）参照）、１－η２１：η２１（図１５（ｃ）参照）とすることも考えられる。これにより、波長変更部１４の出力をＪ１１（図１５（ｂ）参照）からＪ２１（図１５（ｃ）参照）へと減衰させることができる。

例えば、図１６に示すような場合は、光路ＯＰ２を進行した進行光のみのパワー（第二パワーＩ・η）が、発振閾値を超えるようにする。

回折効率η＝ηｍａｘ（図１６（ａ）参照）の場合、第二パワーはＩ・ηｍａｘが発振閾値を超え、波長変更部１４の出力はＪ０２となり、光路ＯＰ２より出力される。第一パワーＩ（１－ηｍａｘ）は発振閾値未満であるため、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ１より出力されることはない。

回折効率η＝η１２（＜ηｍａｘ）（図１６（ｂ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η１２）、第二パワーはＩ・η１２となる。第二パワーＩ・η１２が発振閾値を超え、波長変更部１４の出力はＪ２１となり、光路ＯＰ２より出力される。なお、回折効率η＝ηｍａｘの場合に比べて、第二パワーがＩ・（ηｍａｘ－η１２）だけ小さくなるため、波長変更部１４の出力Ｊ１２もＪ０２より小さくなる。また、第一パワーＩ（１－η１２）は発振閾値未満であるため、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ１より出力されることはない。

回折効率η＝η２２（＜η１２）（図１６（ｃ）参照）の場合、第一パワーはＩ（１－η２２）、第二パワーはＩ・η２２となる。第二パワーＩ・η２２が発振閾値を超え、波長変更部１４の出力はＪ２２となり、光路ＯＰ２より出力される。なお、回折効率η＝η１２の場合に比べて、第二パワーがＩ・（η１２－η２２）だけ小さくなるため、波長変更部１４の出力Ｊ２２もＪ１２より小さくなる。また、第一パワーＩ（１－η２２）は発振閾値未満であるため、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ１より出力されることはない。

このように、音響光学変調器１２は、第二パワーＩ・ηが発振閾値を超える場合に、パワー比（１－η：η）を二種類以上とることができるようする。例えば、パワー比を、１－ηｍａｘ：ηｍａｘ（図１６（ａ）参照）、１－η１２：η１２（図１６（ｂ）参照）、１－η２２：η２２（図１６（ｃ）参照）とすることができる。これにより、波長変更部１４の出力をＪ０２（図１６（ａ）参照）からＪ１２（図１６（ｂ）参照）へ、Ｊ１２（図１６（ｂ）参照）からＪ２２（図１６（ｃ）参照）へと減衰させることができる。

パワー比は最低二種類とることができればよく、例えば、パワー比を、１－η１２：η１２（図１６（ｂ）参照）、１－η２２：η２２（図１６（ｃ）参照）とすることも考えられる。これにより、波長変更部１４の出力をＪ１２（図１６（ｂ）参照）からＪ２２（図１６（ｃ）参照）へと減衰させることができる。

ここで、図１および図３を参照して、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の奇数番目（１、３、…番目）のパルスを受けた時点では、光路ＯＰ１を進行した進行光のみのパワー（第一パワーＩ・（１－η））が、発振閾値を超えるようにする。光路ＯＰ２を進行した進行光のパワー（第二パワーＩ・η）は発振閾値未満となる。例えば、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の１番目のパルスを受けた時点では、パワー比を１－η１１：η１１（図１５（ｂ）参照）とする。音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の３番目のパルスを受けた時点では、パワー比を１－η２１：η２１（図１５（ｃ）参照）とする。

また、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の偶数番目（２、４、…番目）のパルスを受けた時点では、光路ＯＰ２を進行した進行光のみのパワー（第二パワーＩ・η）が、発振閾値を超えるようにする。光路ＯＰ１を進行した進行光のパワー（第一パワーＩ・（１－η））は発振閾値未満となる。例えば、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の２番目のパルスを受けた時点では、パワー比を１－η１２：η１２（図１６（ｂ）参照）とする。音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の４番目のパルスを受けた時点では、パワー比を１－η２２：η２２（図１６（ｃ）参照）とする。

これにより、音響光学変調器１２は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々から、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有し、かつそれぞれ位相が１８０度異なるパルスである第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａを出力する（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

タイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、音響光学変調器（光路決定部）１２の出力を、第一パルスＰ１の出力のタイミングに合わせる。タイミングを合わせた結果は、図３を参照して上述したとおりである。なお、タイミング制御回路１９は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０から、第一パルスＰ１の出力のタイミングに同期した信号を受け、この信号に基づき、音響光学変調器１２の出力タイミングを制御する。

図３を参照して、波長変更部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）（発振閾値を超えている１、３、…番目のパルス）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。ただし、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）（発振閾値未満の２、４、…番目のパルス）を受けても、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）を出力することはない。

また、波長変更部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）（発振閾値を超えている２、４、…番目のパルス）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。ただし、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）（発振閾値未満の１、３、…番目のパルス）を受けても、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）を出力することはない。

図１０は、回折効率制御信号のパワーＰと、第二パルスＰ２ｂのパワーとの対応関係を示す図である。回折効率制御信号のパワーＰが０のときは、回折効率η＝０であり（図６参照）、第二パルスＰ２ｂ（光路ＯＰ１を進行するもの）のパワーはＪ０１となる（図１５（ａ）参照）。パワーＰが増大するにつれて、回折効率ηが増加し（図６参照）、第二パルスＰ２ｂ（光路ＯＰ１を進行するもの）のパワーは減少していく（図１５参照）。やがて、第二パルスＰ２ａ（光路ＯＰ１を進行したもの）が発振閾値以下となり、第二パルスＰ２ｂ（光路ＯＰ１を進行するもの）は出力されなくなる。

また、パワーＰが増大するにつれて、回折効率ηが増加し（図６参照）、第二パルスＰ２ａ（光路ＯＰ２を進行したもの）が発振閾値を超えるようになり、第二パルスＰ２ｂ（光路ＯＰ２を進行するもの）が出力されるようになる（図１６参照）。

第二パルスＰ２ｂが光路ＯＰ１のみを進行する（光路ＯＰ２は進行しない）場合の、第二パルスＰ２ｂのパワーの範囲を出力範囲１という。光路ＯＰ１のみを進行する第二パルスＰ２ｂのパワーを、出力範囲１内で調整できる。

第二パルスＰ２ｂが光路ＯＰ２のみを進行する（光路ＯＰ１は進行しない）場合の、第二パルスＰ２ｂのパワーの範囲を出力範囲２という。光路ＯＰ２のみを進行する第二パルスＰ２ｂのパワーを、出力範囲２内で調整できる。

図２を参照して、波長変更部１４は、ＬＮ結晶基板１４２、分極反転部１４４を有する。なお、図２においては、図示の便宜上、図１とは異なり、ＬＮ結晶基板１４２のｘ軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。

分極反転部１４４は、進行光（である第二パルスＰ２ａ）が伝播するものである。分極反転部１４４は、光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものと、光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものとがある。なお、分極反転部１４４は、図２おいては、ＰＰＬＮ（周期分極反転ニオブ酸リチウム）であるが、これに限らず、例えば、ＰＰＬＴ（リチウムタンタレート）またはＰＰＫＴＰでもよい。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている。所定の間隔は進行光ごとに異なる。すなわち、所定の間隔Ｄ１と、所定の間隔Ｄ２とは異なる。

ＬＮ結晶基板１４２には、分極反転部１４４が形成されている。ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されている。なお、第一の実施形態においては、ＬＮ結晶基板１４２は、ＬＮ結晶基板でなくとも、非線形光学結晶基板であればよい。他の実施形態においても同様に、ＬＮ結晶基板にかえて、非線形光学結晶基板を使用できる。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃは、ＬＮ結晶基板１４２のｘ軸に平行な直線上に配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４の図心１４４ｃも、ＬＮ結晶基板１４２のｘ軸に平行な直線上に配置されている。なお、分極反転部１４４の図心１４４ｃは、分極反転部１４４に均一に重力が作用しているとした場合の重心と一致する。

ミラー１５は、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ２を進行したものを受け、ダイクロイックミラー１６に向けて反射する。

ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６は、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ１を進行したものを、波長変更部１４から受ける。ダイクロイックミラー１６は、さらに、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ２を進行したものを、ミラー１５から受ける。さらに、ダイクロイックミラー１６は、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したものとを合波し、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３を出力する。

ただし、波長変更部１４の出力には、励起レーザ１０の出力する波長W1[nm]のレーザ光（励起光）と、波長変更部１４によって生じる赤外域のアイドラ光とが混入している。なお、レーザ光（励起光）を波長変更部１４に与えると、光パラメトリック発生により、シグナル光と上述のアイドラ光とが生じる。シグナル光が、波長変更部１４の出力（第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ）である（他の実施形態の波長変更部においても同様）。

フィルタ（F）１７２、１７４は、それぞれ、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ１、ＯＰ２を進行したものから、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ダイクロイックミラー１６、ミラー１５に出力する。なお、ポンプ光およびアイドラ光がフォトダイオード１３２ａ、１３２ｂに入らないようにするために、フィルタ１７２、１７４は、それぞれ、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂと波長変更部１４との間に配置されている。

光ファイバ（MMF）１８は、ダイクロイックミラー１６の出力する第三パルスＰ３をその一端で受け、他端から出力する。

ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ１、ＯＰ２を進行したものの一部を反射して、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂに与える。

フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂは、それぞれ、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂを介して受けた波長変更部１４の出力を測定する。

回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０は、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２に、回折効率制御信号（パワー比変更信号）を与える。回折効率制御信号により、回折効率ηが変動し、ひいては、パワー比（１－η：η）が変動する。

図７は、回折効率制御部１２０の構成を示す機能ブロック図である。回折効率制御部１２０は、搬送波源１２２、変調信号出力部１２４、ミキサ（混合器）１２６、アンプ（振幅変更器）１２８ａ、１２８ｂを有する。

搬送波源１２２は、搬送波を出力する。変調信号出力部１２４は、電圧が可変な変調信号を出力する。ミキサ（混合器）１２６は、搬送波と、変調信号とを混合して、被変調信号を出力する。ミキサ１２６は、ＬＯポート、ＩＦポート、ＲＦポートを有している。例えば、ＬＯポートには搬送波を与え、ＩＦポートには変調信号を与え、ＲＦポートから被変調信号を出力するようにすることが考えられる。アンプ（振幅変更器）１２８ａ、１２８ｂは、被変調信号の振幅を変更して回折効率制御信号（パワー比変更信号）を出力する。

図８は、変調信号の電圧と、回折効率制御信号のパワーＰとの対応関係を示す図である。変調信号の電圧が０から増加するにしたがい、回折効率制御信号のパワーＰも０からＰｍａｘまで増加する。

このように、変調信号の電圧を変更することにより、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）を変更することができる。例えば、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０の変調信号出力部１２４が、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂの測定結果に基づき、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）の大きさを変更し、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）を変更する。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

まず、励起レーザ１０が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１（図３参照）として出力する。第一パルスＰ１は、音響光学変調器１２に与えられる。タイミング制御回路１９が、音響光学変調器１２の出力タイミング（図３参照）を制御する。

また、回折効率制御部１２０が、回折効率制御信号を、音響光学変調器１２に与えて、回折効率ηを調整する（図６参照）。

音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の奇数番目（１、３、…番目）のパルスを受けた時点では、光路ＯＰ１を進行した進行光のみのパワー（第一パワーＩ・（１－η））が、発振閾値を超えるようにする。よって、光路ＯＰ１を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の偶数番目（２、４、…番目）のパルスを受けた時点では、光路ＯＰ２を進行した進行光のみのパワー（第二パワーＩ・η）が、発振閾値を超えるようにする。よって、光路ＯＰ２を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１８０度異なる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）は、波長変更部１４において所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、ダイクロイックミラー１６に与えられる。

光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）は、波長変更部１４において所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、ミラー１５により反射されてから、ダイクロイックミラー１６に与えられる。

波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとがダイクロイックミラー１６により合波され、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３となる。

第三パルスＰ３は、光ファイバ１８の一端に与えられ、他端から出力される。

なお、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂは、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂを介して、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂに与えられる。フォトダイオード１３２ａ、１３２ｂの測定結果に応じて、回折効率制御部１２０が、音響光学変調器１２に与える回折効率制御信号の大きさを決定する。

第一の実施形態によれば、第三パルスＰ３を、光ファイバ１８から出力することができる。第三パルスＰ３は、波長W2[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに（例えば、500マイクロ秒）別の波長W3[nm]のパルス光を照射されるものである。すなわち、第一の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射することができる。

また、第一の実施形態によれば、図１５を参照して、光路ＯＰ２を進行した進行光のパワー（第二パワーＩ・η）を大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ２から出力されないようにする）、光路ＯＰ１を進行した進行光のパワー（第一パワーＩ・（１－η））を小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ１より）を減衰させることにより、レーザ光出力装置１の出力（第三パルスＰ３）の調整ができる。

さらに、第一の実施形態によれば、図１６を参照して、光路ＯＰ１を進行した進行光のパワー（第一パワーＩ・（１－η））を大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ１から出力されないようにする）、光路ＯＰ２を進行した進行光のパワー（第二パワーＩ・η）を小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ２より）を減衰させることにより、レーザ光出力装置１の出力（第三パルスＰ３）の調整ができる。

このような波長変更部１４の出力の減衰は、１／２波長板および偏光子を有する可変光アッテネータにおいて１／２波長板をモータにより回転させる場合に比べて（特許文献３を参照）、高速かつ小型の装置で行うことができる。

第一変形例
なお、第一の実施形態においては、分極反転部１４４の図心１４４ｃが、ＬＮ結晶基板１４２のｘ軸に平行な直線上に配置されているが（図２参照）、分極反転部１４４の図心１４４ｃの配置については、以下のような変形例が考えられる。

図４は、第一の実施形態の第一変形例にかかる波長変更部１４の平面図である。なお、図４においては、図示の便宜上、図１とは異なり、図２と同様に、ＬＮ結晶基板１４２のｘ軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。

図４を参照して、第一の実施形態の第一変形例にかかる波長変更部１４においては、進行光（光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａ）が伝播する分極反転部１４４が、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されおり、その図心１４４ｃが進行光（光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａ）の進行方向に平行な直線上（例えば、進行方向上）に配置されている。また、進行光（光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａ）が伝播する分極反転部１４４が、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されおり、その図心１４４ｃが進行光（光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａ）の進行方向に平行な直線上（例えば、進行方向上）に配置されている。

上記のような第一の実施形態の第一変形例によれば、分極反転部１４４の縦の長さ（Ｙ軸方向の長さ）を、第一の実施形態の場合に比べて、短くすることができる。

また、第一の実施形態においては、波長変更部１４に分極反転部１４４を設けることとされているが（図２および図４参照）、分極反転部１４４を設けないで、進行光が伝播する非線形光学結晶を有する変形例も考えられる。例えば、波長変更部１４を、BPM（複屈折位相整合）によるOPO（光パラメトリック発振）、SHG（第2高調波発生）またはTHG（第3高調波発生）などとすることができる。

第二変形例
なお、第一の実施形態においてはＬＮ結晶基板１４２が一つしかないが、ＬＮ結晶基板を伝播する進行光ごとに設ける変形例が考えられる。

図５は、第一の実施形態の第二変形例にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第一の実施形態と相違する部分は、ロンボイドプリズム１３１、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂであり、他の部分は第一の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

ロンボイドプリズム１３１は、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ２を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ１から離れるように変更する。

波長変更部（PPLN）１４ａは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を音響光学変調器１２から受けて、発振閾値を超えるもののみを第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。波長変更部１４ａの構成は、図２または図４のうち、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

波長変更部（PPLN）１４ｂは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）をロンボイドプリズム１３１から受けて、発振閾値を超えるもののみを第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。波長変更部１４ｂの構成は、図２または図４のうち、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

なお、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板とは、伝播する進行光（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したもの）ごとに設けられている。

第一の実施形態の第二変形例によれば、ＬＮ結晶基板が、伝播する進行光（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したもの）ごとに設けられているので、所定の間隔Ｄ１およびＤ２に応じた分極反転部１４４の製造条件を設定でき、波長変更部１４ａ、１４ｂの製造が容易となる。

第三変形例
なお、第一の実施形態においては、ある波長W2[nm]の「一つ」のパルス光を照射してから、すぐに別の波長W3[nm]の「一つ」のパルス光を照射する（図３のＰ３参照）が、ある波長W2[nm]の「複数」のパルス光（所定時間範囲ＴＲ１内）を照射してから、すぐにある波長W3[nm]の「複数」のパルス光（所定時間範囲ＴＲ２内）を照射する（図１１のＰ３参照）ような変形例が考えられる。

また、この変形例にかかるレーザ光出力装置１は、第一パルスＰ１の周波数が一定しない点が、第一パルスＰ１の周波数が一定である（例えば、2kHz）第一の実施形態と異なる。

図１１は、第一の実施形態の第三変形例にかかる第一パルスＰ１、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ、第三パルスＰ３のタイミングチャートである。なお、図１１においては、波長に応じて、パルスを示す線の太さおよび線の種類（実線または破線）を変えて図示している。また、図１１においては、回折効率η＝η１１、η１２の場合を図示している。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０は、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、第一パルスＰ１（図１１参照）として出力する。励起レーザ１０は、例えば、Yb:YAGレーザである。図１１を参照して、第一パルスＰ１は、所定時間範囲ＴＲ１、ＴＲ２ごとに出力される疑似ランダム信号（例えば、Ｍ系列信号）である。なお、所定時間範囲ＴＲ１、ＴＲ２の長さは、Ｍ系列信号の１周期に相当する。また、第一パルスＰ１は疑似ランダム信号であるため、第一実施形態とは異なり、その周波数は一定していない。

音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２は、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。

例えば、図１１を参照して、音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスを受けた時点では、光路ＯＰ１を進行した進行光のみのパワー（第一パワーＩ・（１－η））が、発振閾値を超えるようにする。光路ＯＰ２を進行した進行光のパワー（第二パワーＩ・η）は発振閾値未満となる。例えば、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ１内の複数のパルスを受けた時点では、パワー比を１－η１１：η１１（図１５（ｂ）参照）とする。

また、音響光学変調器１２が、第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ２内の複数のパルスを受けた時点では、光路ＯＰ２を進行した進行光のみのパワー（第二パワーＩ・η）が、発振閾値を超えるようにする。光路ＯＰ１を進行した進行光のパワー（第一パワーＩ・（１－η））は発振閾値未満となる。例えば、音響光学変調器１２が第一パルスＰ１の所定時間範囲ＴＲ２内の複数のパルスを受けた時点では、パワー比を１－η１２：η１２（図１６（ｂ）参照）とする。

これにより、音響光学変調器１２は、第一パルスＰ１の内の所定時間範囲ＴＲ１、ＴＲ２内にある複数のパルスであり、かつそれぞれ所定時間範囲が異なる（重複しない）パルスである第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ（発振閾値を超えるもののみ）を、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々から出力する。

すなわち、音響光学変調器１２は、光路ＯＰ１から、第一パルスＰ１の内の所定時間範囲ＴＲ１内にある複数のパルスを出力する（図９のＰ２ａ（ＯＰ１）参照）。さらに、音響光学変調器１２は、光路ＯＰ２から、第一パルスＰ１の内の所定時間範囲ＴＲ２内にある複数のパルスを出力する（図９のＰ２ａ（ＯＰ２）参照）。第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（Ｐ２ａ（ＯＰ１））（発振閾値を超えるもののみ）と、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（Ｐ２ａ（ＯＰ２））（発振閾値を超えるもののみ）とは、所定時間範囲が異なる（重複しない）。

波長変更部（PPLN）１４は、複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光（である第二パルスＰ２ａ）を受け、それぞれ異なった波長に変更して出力する。波長変更部１４の出力が、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂである。

図１１を参照して、波長変更部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）（発振閾値を超えるもののみ）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。また、波長変更部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）（発振閾値を超えるもののみ）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。

第一の実施形態の第三変形例によれば、第三パルスＰ３を、光ファイバ１８から出力することができる。第三パルスＰ３は、波長W2[nm]の複数のパルス光が照射されてから、すぐに別の波長W3[nm]の複数のパルス光を照射されるものである。すなわち、第一の実施形態の第三変形例によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射することができる。

第二の実施形態
第二の実施形態にかかるにかかるレーザ光出力装置１は、第一の実施形態におけるダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６にかえて、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、およびアクロマートレンズ（集束部）（L2）１６０を備えたものである。

図１２は、第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図１３は、第二の実施形態にかかる波長変更部１４の平面図である。

第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、波長変更部（PPLN）１４、アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６０、フィルタ（F）１７２、１７４、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂを備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、音響光学変調器（光路決定部）（AOM）１２、フィルタ（F）１７２、１７４、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

凸レンズ（平行化部）（L1）１３は、２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする。なお、平行化部として、凸レンズ１３にかえて、プリズムを用いることも可能である。

なお、凸レンズ（平行化部）１３の出力の間の距離の最大値をＹｍａｘとすれば、Ｙｍａｘは、凸レンズ１３からアクロマートレンズ１６までに位置する光路ＯＰ１と光路ＯＰ２との間の距離となる（図１３参照）。

波長変更部（PPLN）１４は、第一の実施形態と同様であるが、凸レンズ（平行化部）１３の出力、すなわち２つの光路ＯＰ１、ＯＰ２の各々を進行した進行光が凸レンズ１３を透過したもの（である第二パルスＰ２ａ）を受け、凸レンズ（平行化部）１３の出力のパワーが発振閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する。波長変更部１４の出力が、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂである。

なお、音響光学変調器１２の出力のいずれか一つ（例えば、光路ＯＰ１を進行するもの）が、凸レンズ１３の光軸を通過するようにしてもよい。この場合、凸レンズ１３は、光路ＯＰ１を進行するものの進行方向を変えないが、光路ＯＰ２を進行するものの進行方向を変えて光路ＯＰ１と平行にする。

図３を参照して、波長変更部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する（発振閾値を超えているもののみ）。また、波長変更部１４は、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）を受けて、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する（発振閾値を超えているもののみ）。なお、波長変更部１４の発振閾値については、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する（図９参照）。

図１３を参照して、波長変更部１４は、ＬＮ結晶基板１４２、分極反転部１４４を有する。なお、図２においては、図１と同様に、ＬＮ結晶基板１４２のＸ軸方向を紙面の横方向とを平行に図示している。

分極反転部１４４は、凸レンズ１３の出力（である第二パルスＰ２ａ）が伝播するものである。分極反転部１４４は、光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものと、光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播するものとがある。なお、分極反転部１４４は、図１３おいては、ＰＰＬＮ（周期分極反転ニオブ酸リチウム）であるが、これに限らず、例えば、ＰＰＬＴ（リチウムタンタレート）またはＰＰＫＴＰでもよい。

光路ＯＰ１を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている。光路ＯＰ２を進行する第二パルスＰ２ａが伝播する分極反転部１４４は、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている。所定の間隔は凸レンズ１３の出力ごとに異なる。すなわち、所定の間隔Ｄ１と、所定の間隔Ｄ２とは異なる。

ＬＮ結晶基板１４２には、分極反転部１４４が形成されている。ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されている。なお、第二の実施形態においては、ＬＮ結晶基板１４２は、ＬＮ結晶基板でなくとも、非線形光学結晶基板であればよい。他の実施形態においても同様に、ＬＮ結晶基板にかえて、非線形光学結晶基板を使用できる。

なお、波長変更部１４の出力には、第二パルスＰ２ｂの他にも、励起レーザ１０の出力する波長W1[nm]のレーザ光（励起光）と、波長変更部１４によって生じる赤外域のアイドラ光とが混入している。なお、レーザ光（励起光）を波長変更部１４に与えると、光パラメトリック発生により、シグナル光と上述のアイドラ光とが生じる。シグナル光が、波長変更部１４の出力（第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ）である（他の実施形態の波長変更部においても同様）。

アクロマートレンズ（集束部）（L2）１６０は、波長変更部１４の出力を受けて集束する。アクロマートレンズ１６０は、凸レンズ１６０ａ、凹レンズ１６０ｂを有する。凸レンズ１６０ａは凹レンズ１６０ｂよりも励起レーザ１０に近く配置されている。凹レンズ１６０ｂの凹面に、凸レンズ１６０ａの凸面が接している。

アクロマートレンズ１６０は、第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）（光路ＯＰ１を進行したもの）と、第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）（光路ＯＰ２を進行したもの）との間の波長の違いによる焦点距離の違い（色収差）を少なくしたレンズである。

なお、波長W2[nm]と波長W3[nm]との差が小さい場合は、集束部として、アクロマートレンズ１６０にかえて、単一の凸レンズ１６０ａを用いてもよい。

光ファイバ（MMF）１８はコアを有し、コアは端面１８Ｅを有する。光ファイバ１８は、アクロマートレンズ１６０の出力を、コアの端面１８Ｅで受ける。アクロマートレンズ１６０が、波長変更部１４の出力を、コアの端面１８Ｅに集束する。

波長変更部１４の出力を、コアの端面１８Ｅに集束させるためには、アクロマートレンズ１６０の焦点距離をｆとし、光ファイバ１８の開口数をＮＡとしたとき、ＮＡ＞Ｙｍａｘ／（２ｆ）であることが好ましい。

光ファイバ（MMF）１８は、コアの端面１８Ｅに集束された波長変更部１４の出力（第三パルスＰ３）（図３参照）を、他端から出力する。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

励起レーザ１０、音響光学変調器１２およびタイミング制御回路１９に関する動作は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

光路ＯＰ１を進行する進行光は、凸レンズ１３をその光軸方向にまっすぐ透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ（図３参照）となる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路ＯＰ２を進行する進行光は、凸レンズ１３により進行方向を光路ＯＰ１と平行に変えながら凸レンズ１３を透過して、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（２個）で割った値の周波数（1kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ（図３参照）となる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ２を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１８０度異なる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路ＯＰ１を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）は、波長変更部１４において所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ（図３参照）となり、フィルタ１７２により、励起光およびアイドラ光が除去されて、アクロマートレンズ１６に与えられる。

光路ＯＰ２を進行する進行光が凸レンズ１３を透過したもの（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）は、波長変更部１４において所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂ（図３参照）となり、フィルタ１７４により、励起光およびアイドラ光が除去されて、アクロマートレンズ１６に与えられる。

波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとがアクロマートレンズ１６により光ファイバ１８のコアの端面１８Ｅに集束され、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３（図３のＰ３と同じ波形である）となる。

第三パルスＰ３は、光ファイバ１８の他端から出力される。

ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂおよび回折効率制御部１２０に関する動作は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。

第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。

しかも、第二の実施形態によれば、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものとを合波する合波器（例えば、ダイクロイックミラー）が不要となる。ダイクロイックミラーは、光軸の調整および第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂの波長W2[nm]および波長W3[nm]の変更への対応が難しいので、ダイクロイックミラーを不要とすることで、労力の軽減を図ることができる。

なお、第二の実施形態においては、第一の実施形態の第三変形例（図１１参照）と同様に、ある波長W2[nm]の「複数」のパルス光（所定時間範囲ＴＲ１内）を照射してから、すぐにある波長W3[nm]の「複数」のパルス光（所定時間範囲ＴＲ２内）を照射するようにしてもよい。

変形例
なお、第二の実施形態においてはＬＮ結晶基板１４２が一つしかないが、ＬＮ結晶基板を伝播する進行光ごとに設ける変形例が考えられる。

図１４は、第二の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。第二の実施形態と相違する部分は、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂであり、他の部分は第二の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

波長変更部（PPLN）１４ａは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ１を進行したもの（波長W1[nm]）を音響光学変調器１２から凸レンズ１３を介して受けて、発振閾値を超えるもののみを第二パルスＰ２ｂ（波長W2[nm]）に変換する。波長変更部１４ａの構成は、図１３のうち、所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

波長変更部（PPLN）１４ｂは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ２を進行したもの（波長W1[nm]）を音響光学変調器１２から凸レンズ１３を介してから受けて、発振閾値を超えるもののみを第二パルスＰ２ｂ（波長W3[nm]）に変換する。波長変更部１４ｂの構成は、図１３のうち、所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

なお、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板とは、伝播する凸レンズ１３の出力（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したもの）ごとに設けられている。

第二の実施形態の変形例によれば、ＬＮ結晶基板が、伝播する進行光（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したもの）ごとに設けられているので、所定の間隔Ｄ１およびＤ２に応じた分極反転部１４４の製造条件を設定でき、波長変更部１４ａ、１４ｂの製造が容易となる。

第三の実施形態
第一および第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１においては、光路が２つ（光路ＯＰ１および光路ＯＰ２）設けられている。したがって、光ファイバ１８の他端から出力される第三パルスの波長もW2およびW3の２種類となる。

しかし、光路は２つを超えてもよい。第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１においては、光路が３つ（光路ＯＰ１、光路ＯＰ２および光路ＯＰ３）設けられており、この点が第一の実施形態と異なる。したがって、光ファイバ１８の他端から出力される第三パルスの波長もW2、W3およびW4の３種類となる。

第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、光路決定部として２個の音響光学変調器（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）を用いる点が第一の実施形態にかかるレーザ光出力装置１と主に異なる。

図１７は、第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図１８は、第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。

第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａ、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ、ロンボイドプリズム１３ａ、１３ｂ、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、ミラー１５４、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６２、１６４、フィルタ（F）１７２、１７４、１７６、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９、レンズ（L）１９２、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。

回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、回折効率制御部１２０は、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂおよび１３２ｃの測定結果に基づき、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）の大きさを変更し、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）を変更する。

ハーフミラー１３０ｃは、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ３を進行したものの一部を反射して、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ｃに与える。

フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ｃは、ハーフミラー１３０ｃを介して受けた波長変更部１４の出力を測定する。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、光ファイバ（MMF）１８は、ダイクロイックミラー１６４の出力する第三パルスＰ３を、レンズ（L）１９２を介して、その一端で受け、他端から出力する。また、タイミング制御回路１９は、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の出力タイミングを制御する。

ミラー１５４は、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ３を進行したものを受け、ダイクロイックミラー１６２に向けて反射する。

ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６２は、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ２を進行したものと、ミラー１５４からの反射光（第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ３を進行したもの）とを合波し、ダイクロイックミラー１６４に向けて反射する。

ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６４は、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ１を進行したものと、ダイクロイックミラー１６２からの光（第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ２を進行したものと、光路ＯＰ３を進行したものとを合波したもの）とを合波し、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３を出力する。

光路決定部は、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂを有する。第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの平面形状は、双方ともに、長方形である。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの長い方の辺は、第一パルスＰ１を受ける。第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの短い方の辺は、光路ＯＰ２に対し、左回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。

第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの長い方の辺は、第一音響光学変調器１２ａの出力を受ける。第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの短い方の辺は、光路ＯＰ２に対し、右回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。第三の実施形態においては、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１の一つずつを、回折（光路ＯＰ１）（回折効率η＞０の場合、ただし、光路ＯＰ２にも発振閾値未満のパルスが出力される）または直進（光路ＯＰ２）（回折効率η＝０の場合）させて出力する。

第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一音響光学変調器１２ａの出力を受け、第一音響光学変調器１２ａの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。第三の実施形態においては、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一パルスが直進（光路ＯＰ２）したものを受けて回折（光路ＯＰ３）（回折効率η＞０の場合、ただし、光路ＯＰ２にも発振閾値未満のパルスが出力される）または直進（光路ＯＰ２）（回折効率η＝０の場合）させて出力し、第一パルスが回折（光路ＯＰ１）したものを受けて直進（光路ＯＰ１）（回折効率η＝０）させて出力する。

これにより、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）は、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて３つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。

例えば、図１８を参照して、光路決定部が第一パルスＰ１の１＋３N番目（１、４、７、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ１（図１８参照）を進行する（光路ＯＰ２にも発振閾値未満のパルスが出力される）。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の２＋３N番目（２、５、８、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａにも、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の２＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ２（図１８参照）を進行する。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の３＋３N番目（３、６、９、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の３＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ３（図１８参照）を進行する（光路ＯＰ２にも発振閾値未満のパルスが出力される）。

これにより、光路決定部は、３つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３の各々から、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有し、かつそれぞれ位相が１２０度異なるパルスである第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａを出力する（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

これにより、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）は、（１）第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することにより、３つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のうちの２つの光路（光路ＯＰ１、ＯＰ２）のうちの一方を進行するものの第一パワーと、他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができ、（２）第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を変更することにより、３つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のうちの２つの光路（光路ＯＰ２、ＯＰ３）のうちの一方を進行するものの第一パワーと、他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができる。

ロンボイドプリズム１３ａは、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ１を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ１から離れるように変更する。ロンボイドプリズム１３ｂは、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ３を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ３から離れるように変更する。

光減衰器（ATT）１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、光路ＯＰ１を進行した光（ロンボイドプリズム１３ａの出力）、光路ＯＰ２を進行した光、光路ＯＰ３を進行した光（ロンボイドプリズム１３ｂの出力）を減衰させて、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂ、１４ｃに与える。

波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂは、第一の実施形態の第二変形例（図５参照）と同様であり、説明を省略する。

波長変更部（PPLN）１４ｃは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ３を進行したもの（波長W1[nm]）をロンボイドプリズム１３ｂから受けて、発振閾値を超えるもののみを第二パルスＰ２ｂ（波長W4[nm]）に変換する。波長変更部１４ｃの構成は、図２または図４のうち、所定の間隔Ｄ２（ただし、所定の間隔Ｄ２をＤ３に変更する）をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

なお、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｃの有するＬＮ結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｃの有するＬＮ結晶基板とは、伝播する進行光（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したものと、光路ＯＰ３を進行したもの）ごとに設けられている。

フィルタ（F）１７２、１７４、１７６は、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂ、１４ｃの出力から、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６４、１６２、ミラー１５４に出力する。なお、ポンプ光およびアイドラ光がフォトダイオード１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃに入らないようにするために、フィルタ１７２、１７４、１７６は、それぞれ、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと波長変更部１４ａ、１４ｂ、１４ｃとの間に配置されている。

レンズ（L）１９２は、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６４の出力を受け、光ファイバ（MMF）１８に与える。

次に、第三の実施形態の動作を説明する。

まず、励起レーザ１０が、所定の波長W1[nm]のレーザ光を、所定の周波数（例えば、2kHz）の第一パルスＰ１として出力する。第一パルスＰ１は、光路決定部の第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに与えられる。タイミング制御回路１９が、光路決定部の出力タイミングを制御する。

光路決定部が第一パルスＰ１の１＋３N番目（１、４、７、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の１＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ１（図１２参照）を進行する。よって、光路ＯＰ１を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路決定部が第一パルスＰ１の２＋３N番目（２、５、８、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａにも、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の２＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ２（図１２参照）を進行する。よって、光路ＯＰ２を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路決定部が第一パルスＰ１の３＋３N番目（３、６、９、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の３＋３N番目のパルスは、光路ＯＰ３（図１２参照）を進行する。よって、光路ＯＰ３を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（３個）で割った値の周波数（2/3kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１２０度異なる。光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ３を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは１２０度異なる。光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ３を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは２４０度異なる。

光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、ロンボイドプリズム１３ａにより光路が変化させられ、光減衰器（ATT）１１ａにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ａに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ａに与えられた光は、波長変更部１４ａにおいて所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７２によりポンプ光およびアイドラ光が除去されてから、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、光減衰器（ATT）１１ｂにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ｂに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ｂに与えられた光は、波長変更部１４ｂにおいて所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７４によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ダイクロイックミラー１６２により反射されてから、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

光路ＯＰ３を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、ロンボイドプリズム１３ｂにより光路が変化させられ、光減衰器（ATT）１１ｃにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ｃに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ｃに与えられた光は、波長変更部１４ａにおいて所定の間隔Ｄ３をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW4[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７６によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ミラー１５４により反射されてから、ダイクロイックミラー１６２を介して、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

波長変更部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものとがダイクロイックミラー１６４により合波され、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３となる。

第三パルスＰ３は、レンズ（L）１９２を透過して、光ファイバ（MMF）１８に与えられる。

第三の実施形態によれば、複数の光路を３個（光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３）に増やすことができる。これにより、第三パルスＰ３は、波長W2[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに（例えば、500マイクロ秒）別の波長W3[nm]のパルス光を照射される。しかも、波長W3[nm]のパルス光が照射されてから、すぐに（例えば、500マイクロ秒）さらに別の波長W4[nm]のパルス光を照射される。すなわち、第三の実施形態によれば、ある波長のパルス光を照射してから、すぐに別の波長のパルス光を照射し、すぐにさらに別の波長のパルス光を照射することができる。このように、第三の実施形態によれば、３種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。

また、第三の実施形態においては、第一の実施形態と同じく、ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されているようにしてもよい。

また、第三の実施形態によれば、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ２（またはＯＰ１）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ２（またはＯＰ１）から出力されないようにする）、光路ＯＰ１（またはＯＰ２）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ１（またはＯＰ２）より）を減衰させることができる。

なお、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することによって光路ＯＰ２を進行した進行光のパワーを小さくした場合、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を最大値に固定しておけば、光路ＯＰ３を進行した進行光のパワーを小さくすることができる。

また、第三の実施形態によれば、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ３（またはＯＰ２）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ３（またはＯＰ２）から出力されないようにする）、光路ＯＰ２（またはＯＰ３）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ２（またはＯＰ３）より）を減衰させることができる。

なお、第三の実施形態においては、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の動作について、以下のような変形例が考えられる。

図２１は、第三の実施形態の変形例にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ２のいずれか一つに光路を決定して出力する。例えば、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１の一つずつを、回折（光路ＯＰ１）または直進（光路ＯＰ２）させて出力する。ここまでは、第三の実施形態と同じである。

ここで、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一音響光学変調器１２ａの出力を受け、第一音響光学変調器１２ａの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３のいずれか一つに光路を決定して出力する。第三の実施形態の変形例においては、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一パルスが直進（光路ＯＰ２）したものを受けて直進させ（光路ＯＰ２）（回折させない点が第三の実施形態と異なる）、第一パルスが回折（光路ＯＰ１）したものを受けて回折（光路ＯＰ３）または直進（光路ＯＰ１）させて（回折させることがある点が第三の実施形態と異なる）出力する。

なお、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの短い方の辺は、光路ＯＰ１に対し、左回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。

また、第三の実施形態の変形例によれば、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ２（またはＯＰ１）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ２（またはＯＰ１）から出力されないようにする）、光路ＯＰ１（またはＯＰ２）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ１（またはＯＰ２）より）を減衰させることができる。

なお、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することによって光路ＯＰ１を進行した進行光のパワーを小さくした場合、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を最大値に固定しておけば、光路ＯＰ３を進行した進行光のパワーを小さくすることができる。

また、第三の実施形態の変形例によれば、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ３（またはＯＰ１）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ３（またはＯＰ１）から出力されないようにする）、光路ＯＰ１（またはＯＰ３）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ１（またはＯＰ３）より）を減衰させることができる。

なお、第三の実施形態およびその変形例において、第二の実施形態のように、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６にかえて、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、およびアクロマートレンズ（集束部）（L2）１６０を備えるようにしてもよい。

第四の実施形態
第一および第二の実施形態にかかるレーザ光出力装置１においては、光路が２つ（光路ＯＰ１および光路ＯＰ２）設けられている。したがって、光ファイバ１８の他端から出力される第三パルスの波長もW2およびW3の２種類となる。

しかし、光路は２つを超えてもよい。第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１においては、光路が４つ（光路ＯＰ１、光路ＯＰ２、光路ＯＰ３および光路ＯＰ４）設けられており、この点が第一の実施形態と異なる。したがって、光ファイバ１８の他端から出力される第三パルスの波長もW2、W3、W4およびW5の４種類となる。

第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、第三の実施形態と同じく２個の音響光学変調器（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）を用いながら、４種類の波長のパルス光を照射する点が第三の実施形態にかかるレーザ光出力装置１と主に異なる。

図１９は、第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１の構成を示す図である。図２０は、第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１における光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）の近傍の拡大図である。

第四の実施形態にかかるレーザ光出力装置１は、励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａ、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ、ロンボイドプリズム１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、ミラー１５４、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６１、１６２、１６４、フィルタ（F）１７２、１７４、１７６、１７８、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９、レンズ（L）１９２、回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄを備える。以下、第三の実施形態と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。

回折効率制御部（パワー比変更信号付与部）１２０、ハーフミラー１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃは、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、回折効率制御部１２０は、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃおよび１３２ｄの測定結果に基づき、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）の大きさを変更し、回折効率制御信号のパワーＰ（パワー比変更信号の大きさ）を変更する。

ハーフミラー１３０ｄは、波長変更部１４の出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ４を進行したものの一部を反射して、フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ｄに与える。

フォトダイオード（出力測定部）（PD）１３２ｄは、ハーフミラー１３０ｄを介して受けた波長変更部１４の出力を測定する。

励起レーザ（パルスレーザ出力部）１０、光減衰器（ATT）１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、波長変更部（PPLN）１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、ミラー１５４、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６２、１６４、フィルタ（F）１７２、１７４、１７６、光ファイバ（MMF）１８、タイミング制御回路（タイミング制御部）１９、レンズ（L）１９２は、第三の実施形態と同様であり、説明を省略する。

ただし、ミラー１５４は、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ４を進行したものを受け、ダイクロイックミラー１６１に向けて反射する。ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６２は、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、光路ＯＰ２を進行したものと、ダイクロイックミラー１６１からの反射光とを合波し、ダイクロイックミラー１６４に向けて反射する。フィルタ（F）１７６は、波長変更部（PPLN）１４ｃの出力から、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６１に出力する。

フィルタ（F）１７８は、波長変更部（PPLN）１４ｄの出力から、ポンプ光およびアイドラ光を除去して、ミラー１５４に出力する。なお、ポンプ光およびアイドラ光がフォトダイオード１３２ｄに入らないようにするために、フィルタ１７８は、ハーフミラー１３０ｄと波長変更部１４ｄとの間に配置されている。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの長い方の辺と、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの長い方の辺とは、互いに平行である。なお、光路ＯＰ４は、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの短い方の辺に対し、右回りにθB（ブラッグ角）だけ傾いている。第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの長い方の辺は第一パルスＰ１を受け、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの長い方の辺は第一音響光学変調器１２ａの出力を受ける。

第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて複数の光路ＯＰ１、ＯＰ４のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。第四の実施形態においては、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａは、第一パルスＰ１の一つずつを、回折（光路ＯＰ１）（回折効率η＞０の場合、ただし、光路ＯＰ４にも発振閾値未満のパルスが出力される）または直進（光路ＯＰ４）（回折効率η＝０の場合）させて出力する。

第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一音響光学変調器１２ａの出力を受け、第一音響光学変調器１２ａの出力のパルス一つずつについて一つ以上の光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。第四の実施形態においては、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂが、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの出力のパルス一つずつを、回折（光路ＯＰ２、ＯＰ３）（回折効率η＞０の場合、ただし、光路ＯＰ１、ＯＰ４にも発振閾値未満のパルスが出力される）または直進（光路ＯＰ１、ＯＰ４）（回折効率η＝０の場合）させて出力する。より詳細には、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂは、第一パルスが直進（光路ＯＰ４）したものを受けて回折（光路ＯＰ２）（回折効率η＞０の場合、ただし、光路ＯＰ４にも発振閾値未満のパルスが出力される）または直進（光路ＯＰ４）（回折効率η＝０の場合）させて出力し、第一パルスが回折（光路ＯＰ１）したものを受けて回折（光路ＯＰ３）（回折効率η＞０の場合、ただし、光路ＯＰ１にも発振閾値未満のパルスが出力される）または直進（光路ＯＰ１）（回折効率η＝０の場合）させて出力する。

これにより、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）は、第一パルスＰ１を受け、第一パルスＰ１の一つずつについて４つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４のいずれか一つ以上に光路を決定して出力する。

光路決定部が第一パルスＰ１の１＋４N番目（１、５、９、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の１＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ１（図２０参照）を進行する（光路ＯＰ４にも発振閾値未満のパルスが出力される）。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の２＋４N番目（２、６、１０、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の２＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ２（図２０参照）を進行する（光路ＯＰ４にも発振閾値未満のパルスが出力される）。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の３＋４N番目（３、７、１１、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の３＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ３（図２０参照）を進行する（光路ＯＰ４、ＯＰ１にも発振閾値未満のパルスが出力される）。

また、光路決定部が第一パルスＰ１の４＋４N番目（４、８、１２、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の４＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ４（図２０参照）を進行する。

これにより、光路決定部は、４つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４の各々から、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（４個）で割った値の周波数（1/2kHz）を有し、かつそれぞれ位相が９０度異なるパルスである第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａを出力する（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

これにより、光路決定部（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）は、（１）第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することにより、４つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４のうちの２つの光路（光路ＯＰ１、ＯＰ４）のうちの一方を進行するものの第一パワーと、他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができ、（２）第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を変更することにより、４つの光路ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４のうちの２つの光路（（光路ＯＰ１、ＯＰ３）または（光路ＯＰ２、ＯＰ４））のうちの一方を進行するものの第一パワーと、他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができる。

ロンボイドプリズム１３ｃは、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ１を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ１から離れるように変更する。ロンボイドプリズム１３ｅは、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ２を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ２から離れるように変更する。ロンボイドプリズム１３ｆは、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ３を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ３から離れるように変更する。ロンボイドプリズム１３ｄは、第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａのうち、光路ＯＰ４を進行したものを受け、光路を平行に、かつ光路ＯＰ４から離れるように変更する。

光減衰器（ATT）１１ｄは、光路ＯＰ４を進行した光（ロンボイドプリズム１３ｄの出力）を減衰させて、波長変更部（PPLN）１４ｄに与える。

波長変更部（PPLN）１４ｄは、第二パルスＰ２ａのうち光路ＯＰ４を進行したもの（波長W1[nm]）をロンボイドプリズム１３ｄから受けて、発振閾値を超えるもののみを第二パルスＰ２ｂ（波長W5[nm]）に変換する。波長変更部１４ｂの構成は、図２または図４のうち、所定の間隔Ｄ２（ただし、所定の間隔Ｄ２を、Ｄ１、Ｄ２およびＤ３のいずれとも異なるＤ４に変更する）をあけて配置されている分極反転部１４４と、それが形成されているＬＮ結晶基板１４２とに相当する。

なお、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｃの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｄの有するＬＮ結晶基板とは別のものである。すなわち、波長変更部１４ａの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｂの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｃの有するＬＮ結晶基板と、波長変更部１４ｄの有するＬＮ結晶基板とは、伝播する進行光（光路ＯＰ１を進行したものと、光路ＯＰ２を進行したものと、光路ＯＰ３を進行したものと、光路ＯＰ４を進行したもの）ごとに設けられている。

次に、第四の実施形態の動作を説明する。

光路決定部が第一パルスＰ１の１＋４N番目（１、５、９、…番目）（ただし、Nは0以上の整数）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の１＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ１（図１４参照）を進行する。よって、光路ＯＰ１を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（４個）で割った値の周波数（1/2kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路決定部が第一パルスＰ１の２＋４N番目（２、６、１０、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂには音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の２＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ２（図１４参照）を進行する。よって、光路ＯＰ２を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（４個）で割った値の周波数（1/2kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路決定部が第一パルスＰ１の３＋４N番目（３、７、１１、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａに音響波を与え、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与える。すると、第一パルスＰ１の３＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ３（図１４参照）を進行する。よって、光路ＯＰ３を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（４個）で割った値の周波数（1/2kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる（ただし、発振閾値未満のパルスを無視する）。

光路決定部が第一パルスＰ１の４＋４N番目（４、８、１２、…番目）のパルスを受けた時点では、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａには音響波を与えず、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂにも音響波を与えない。すると、第一パルスＰ１の４＋４N番目のパルスは、光路ＯＰ４（図１４参照）を進行する。よって、光路ＯＰ４を進行する進行光は、所定の周波数（例えば、2kHz）を複数の光路の個数（４個）で割った値の周波数（1/2kHz）を有する第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａとなる。

しかも、光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ３を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相と、光路ＯＰ４を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ）の位相とは９０度ずつ異なる。

光路ＯＰ１を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、ロンボイドプリズム１３ｃにより光路が変化させられ、光減衰器（ATT）１１ａにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ａに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ａに与えられた光は、波長変更部１４ａにおいて所定の間隔Ｄ１をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW2[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７２によりポンプ光およびアイドラ光が除去されてから、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

光路ＯＰ２を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、ロンボイドプリズム１３ｅにより光路が変化させられ、光減衰器（ATT）１１ｂにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ｂに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ｂに与えられた光は、波長変更部１４ｂにおいて所定の間隔Ｄ２をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW3[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７４によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ダイクロイックミラー１６２により反射されてから、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

光路ＯＰ３を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、ロンボイドプリズム１３ｆにより光路が変化させられ、光減衰器（ATT）１１ｃにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ｃに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ｃに与えられた光は、波長変更部１４ｃにおいて所定の間隔Ｄ３をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW4[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７６によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ダイクロイックミラー１６１により反射されてから、ダイクロイックミラー１６２を介して、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

光路ＯＰ４を進行する進行光（第二パルス（波長変換前）Ｐ２ａ：波長W1[nm]）は、ロンボイドプリズム１３ｄにより光路が変化させられ、光減衰器（ATT）１１ｄにより減衰されて、波長変更部（PPLN）１４ｄに与えられる。さらに、波長変更部（PPLN）１４ｄに与えられた光は、波長変更部１４ｄにおいて所定の間隔Ｄ４をあけて配置されている分極反転部１４４を伝播し、波長がW5[nm]に変換され、第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂとなり、フィルタ（F）１７８によりポンプ光およびアイドラ光が除去され、ミラー１５４により反射されてから、ダイクロイックミラー１６１、１６２を介して、ダイクロイックミラー１６４に与えられる。

波長変更部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの出力する第二パルス（波長変換後）Ｐ２ｂのうち、波長W2[nm]のものと、波長W3[nm]のものと、波長W4[nm]のものと、波長W5[nm]のものとがダイクロイックミラー１６４により合波され、所定の周波数（2kHz）を有する第三パルスＰ３となる。

第四の実施形態によれば、第三の実施形態と同じく、２個の音響光学変調器（第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａおよび第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂ）を用いながら、第三の実施形態よりも多い４種類の波長のパルス光を照射することが可能となる。

また、第四の実施形態においては、第三の実施形態と同じく、ＬＮ結晶基板１４２は、ただ一つであり、分極反転部１４４の全てが形成されているようにしてもよい。

また、第四の実施形態によれば、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ４（またはＯＰ１）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ４（またはＯＰ１）から出力されないようにする）、光路ＯＰ１（またはＯＰ４）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ１（またはＯＰ４）より）を減衰させることができる。

なお、第一音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ａの回折効率を変更することによって光路ＯＰ１（またはＯＰ４）を進行した進行光のパワーを小さくした場合、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を最大値に固定しておけば、光路ＯＰ３（またはＯＰ２）を進行した進行光のパワーを小さくすることができる。

また、第四の実施形態によれば、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ３（またはＯＰ１）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ３（またはＯＰ１）から出力されないようにする）、光路ＯＰ１（またはＯＰ３）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ１（またはＯＰ３）より）を減衰させることができる。

また、第四の実施形態によれば、第二音響光学変調器（ＡＯＭ）１２ｂの回折効率を変更することにより、光路ＯＰ４（またはＯＰ２）を進行した進行光のパワーを大きくしていくことで（ただし、発振閾値未満として、波長変更部１４の出力が光路ＯＰ４（またはＯＰ２）から出力されないようにする）、光路ＯＰ２（またはＯＰ４）を進行した進行光のパワーを小さくすることができ、これにより、波長変更部１４の出力（光路ＯＰ２（またはＯＰ４）より）を減衰させることができる。

なお、第四の実施形態において、第二の実施形態のように、ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）１６にかえて、凸レンズ（平行化部）（L1）１３、およびアクロマートレンズ（集束部）（L2）１６０を備えるようにしてもよい。

η 回折効率
Ｐ１第一パルス
Ｐ２ａ第二パルス（波長変換前）
Ｐ２ｂ第二パルス（波長変換後）
Ｐ３第三パルス
ＯＰ１、ＯＰ２光路
１レーザ光出力装置
１０励起レーザ（パルスレーザ出力部）
１２音響光学変調器（光路決定部）（AOM）
１２ａ第一音響光学変調器（ＡＯＭ）
１２ｂ第二音響光学変調器（ＡＯＭ）
１２０回折効率制御部
１３凸レンズ（平行化部）（L1）
１３１ロンボイドプリズム
１３０ａ、１３０ｂハーフミラー
１３２ａ、１３２ｂフォトダイオード（出力測定部）（PD）
１４、１４ａ、１４ｂ波長変更部（PPLN）
１４２ＬＮ結晶基板
１４４分極反転部
１５ミラー
１６ダイクロイックミラー（合波器）（DCM）
１６０アクロマートレンズ（集束部）（L2）
１６０ａ凸レンズ
１６０ｂ凹レンズ
１７２、１７４、１７６、１７８フィルタ（F）
１８光ファイバ（MMF）
１９タイミング制御回路（タイミング制御部）

Claims

所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力するパルスレーザ出力部と、
前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて２つ以上の光路のうちいずれか一つ以上に光路を決定して出力する光路決定部と、
前記２つ以上の光路の各々を進行した進行光を受け、前記進行光のパワーが閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する波長変更部と、
前記波長変更部の出力を合波する合波器と、
を備え、
前記光路決定部が、
前記進行光であって前記２つ以上の光路のうちの２つの光路のうちの一方を進行するものの第一パワーと、前記進行光であって前記２つの光路のうちの他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができ、
前記進行光のうちいずれか一つの光路を進行した進行光のみのパワーが、前記閾値を超えるようにし、
前記第一パワーが前記閾値を超える場合に、前記パワー比を二種類以上とることができるようにし、
前記第二パワーが前記閾値を超える場合にも、前記パワー比を二種類以上とることができるようにする、
レーザ光出力装置。
所定の波長のレーザ光を第一パルスとして出力するパルスレーザ出力部と、
前記第一パルスを受け、前記第一パルスの一つずつについて２つ以上の光路のうちいずれか一つ以上に光路を決定して出力する光路決定部と、
前記２つ以上の光路の各々を進行した進行光の進行方向を平行にする平行化部と、
前記平行化部の出力を受け、該出力のパワーが閾値を超えた場合に、それぞれ異なった波長に変更して出力する波長変更部と、
前記波長変更部の出力を受けて集束する集束部と、
前記集束部の出力をコアの端面で受ける光ファイバと、
を備え、
前記集束部が、前記波長変更部の出力を、前記コアの端面に集束し、
前記光路決定部が、
前記進行光であって前記２つ以上の光路のうちの２つの光路のうちの一方を進行するものの第一パワーと、前記進行光であって前記２つの光路のうちの他方を進行するものの第二パワーとの比であるパワー比を変更することができ、
前記進行光のうちいずれか一つの光路を進行した進行光のみのパワーが、前記閾値を超えるようにし、
前記第一パワーが前記閾値を超える場合に、前記パワー比を二種類以上とることができるようにし、
前記第二パワーが前記閾値を超える場合にも、前記パワー比を二種類以上とることができるようにする、
レーザ光出力装置。
請求項１または２に記載のレーザ光出力装置であって、
前記閾値が、前記光路ごとに定まっている、
レーザ光出力装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のレーザ光出力装置であって、
前記光路決定部に、前記パワー比を変更するためのパワー比変更信号を与えるパワー比変更信号付与部を備え、
前記光路決定部が音響光学変調器である、
レーザ光出力装置。
請求項４に記載のレーザ光出力装置であって、
前記パワー比変更信号付与部が、
搬送波を出力する搬送波源と、
前記搬送波と、電圧が可変な変調信号とを混合して、被変調信号を出力する混合器と、
前記被変調信号の振幅を変更して前記パワー比変更信号を出力する振幅変更器と、
を有するレーザ光出力装置。
請求項４または５に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変更部の出力を測定する出力測定部を備え、
前記パワー比変更信号付与部が、前記出力測定部の測定結果に基づき、前記パワー比変更信号の大きさを変更する、
レーザ光出力装置。
請求項１または２に記載のレーザ光出力装置であって、
前記光路決定部が音響光学変調器であり、
前記２つの光路が、前記音響光学変調器の０次光の光路および１次光の光路である、
レーザ光出力装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変更部が、ＰＰＬＮである、
レーザ光出力装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のレーザ光出力装置であって、
前記波長変更部が、ＯＰＯまたはＯＰＧである、
レーザ光出力装置。