JP2001021931A - Type1の非線形結晶を用いた加工用レーザ装置 - Google Patents
Type1の非線形結晶を用いた加工用レーザ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザ
光を出射する加工用レーザ装置においてレーザ光の出力
パワーの変動を小さくすること。 【解決手段】 基本波レーザ光源11から出射される基
本波が2倍波発生用の第1の非線形光学結晶13に入射
し、非線形光学結晶13はその2倍波と基本波とを発生
する。非線形光学結晶13から出射する基本波と2倍波
は波長板20に入射する。波長板20は基本波の偏光方
向を90°回転させ、基本波と2倍波の偏光方向を平行
とする。波長板20から出射する偏光方向が平行な2倍
波と基本波は、TYPE1の第2の非線形光学結晶1
3’に入射して波長変換され3倍波と基本波とが出射す
る。TYPE1の結晶はTYPE2の結晶より温度許容
幅が大きいので、TYPE1の結晶のみを使用すること
により、結晶に多少の温度変化が生じてもレーザ光の出
力パワーの変動を小さくすることができる。
光を出射する加工用レーザ装置においてレーザ光の出力
パワーの変動を小さくすること。 【解決手段】 基本波レーザ光源11から出射される基
本波が2倍波発生用の第1の非線形光学結晶13に入射
し、非線形光学結晶13はその2倍波と基本波とを発生
する。非線形光学結晶13から出射する基本波と2倍波
は波長板20に入射する。波長板20は基本波の偏光方
向を90°回転させ、基本波と2倍波の偏光方向を平行
とする。波長板20から出射する偏光方向が平行な2倍
波と基本波は、TYPE1の第2の非線形光学結晶1
3’に入射して波長変換され3倍波と基本波とが出射す
る。TYPE1の結晶はTYPE2の結晶より温度許容
幅が大きいので、TYPE1の結晶のみを使用すること
により、結晶に多少の温度変化が生じてもレーザ光の出
力パワーの変動を小さくすることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長変換素子を用
いて波長変換を行い、波長変換光を多層プリント板等の
被加工物に照射して加工を行う加工用レーザ装置に関す
る。
いて波長変換を行い、波長変換光を多層プリント板等の
被加工物に照射して加工を行う加工用レーザ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】プリント基板のビアホールの孔あけ、フ
ィルム・金属の切断等の加工にレーザが使用される。近
年、微細加工の要求により、加工に用いられるレーザが
短波長化している。短波長のレーザの発生には、非線形
光学結晶を用いた波長変換方式を用いることが有効であ
る。図8に、非線形光学結晶を用いた波長変換により基
本波(1ω)の3倍波(3ω)を発生させる加工用レー
ザ装置10の概略構成を示す。同図において、11は基
本波(1ω) を発生する基本波レーザ光源11であり、
基本波レーザ光源11としては、波長1064nmのレ
ーザ光を発振するNd:YAGレーザ装置や、波長10
53nmまたは1047nmのレーザ光を発振するN
d:YLFレーザ装置等を用いることができる。
ィルム・金属の切断等の加工にレーザが使用される。近
年、微細加工の要求により、加工に用いられるレーザが
短波長化している。短波長のレーザの発生には、非線形
光学結晶を用いた波長変換方式を用いることが有効であ
る。図8に、非線形光学結晶を用いた波長変換により基
本波(1ω)の3倍波(3ω)を発生させる加工用レー
ザ装置10の概略構成を示す。同図において、11は基
本波(1ω) を発生する基本波レーザ光源11であり、
基本波レーザ光源11としては、波長1064nmのレ
ーザ光を発振するNd:YAGレーザ装置や、波長10
53nmまたは1047nmのレーザ光を発振するN
d:YLFレーザ装置等を用いることができる。
【0003】基本波レーザ光源11から出射される基本
波レーザ光は、集光レンズ12によって集光され、第1
の非線形光学結晶13に入射する。第1の非線形光学結
晶13に入射された基本波レーザ光の一部はその2倍波
(2ω)に波長変換されて、非線形光学結晶13から出
射する。第1の非線形光学結晶13から出射する基本波
レーザ光とその2倍波は、さらに、第2の非線形光学結
晶13’に入射し、それが3倍波(3ω)に波長変換さ
れる。第2の非線形光学結晶13’からの出射光は集光
レンズ14によって集光され被加工物15に照射され
る。上記した第1、第2の非線形光学結晶13,13’
は温度と位相整合角(レーザ光が結晶に入射する角度)
が変化すると、出力するレーザパワーが変化することが
知られている。したがって、非線形光学結晶13,1
3’はその温度一定になるように制御されている。
波レーザ光は、集光レンズ12によって集光され、第1
の非線形光学結晶13に入射する。第1の非線形光学結
晶13に入射された基本波レーザ光の一部はその2倍波
(2ω)に波長変換されて、非線形光学結晶13から出
射する。第1の非線形光学結晶13から出射する基本波
レーザ光とその2倍波は、さらに、第2の非線形光学結
晶13’に入射し、それが3倍波(3ω)に波長変換さ
れる。第2の非線形光学結晶13’からの出射光は集光
レンズ14によって集光され被加工物15に照射され
る。上記した第1、第2の非線形光学結晶13,13’
は温度と位相整合角(レーザ光が結晶に入射する角度)
が変化すると、出力するレーザパワーが変化することが
知られている。したがって、非線形光学結晶13,1
3’はその温度一定になるように制御されている。
【0004】非線形光学結晶13,13’の温度制御
は、非線形光学結晶13,13’の表面に熱電対16の
ような温度測定素子を接触させ、非線形光学結晶全体を
ヒータ18等の加熱手段、もしくはペルチェ素子等の冷
却手段で覆う。そして、熱電対16の出力を温度調節器
17(以下温調器17という)に入力する。温調器17
は、あらかじめ設定された温度になるように、測定され
た非線形光学結晶の温度をフィードバックし、加熱手段
もしくは冷却手段の入力を制御し、非線形光学結晶1
3,13’の温度を調節する。図8ではヒータ18を用
いて非線形光学結晶13を加熱する場合が図示されてい
る。なお、以下では非線形光学結晶を加熱する場合を例
にして説明する。
は、非線形光学結晶13,13’の表面に熱電対16の
ような温度測定素子を接触させ、非線形光学結晶全体を
ヒータ18等の加熱手段、もしくはペルチェ素子等の冷
却手段で覆う。そして、熱電対16の出力を温度調節器
17(以下温調器17という)に入力する。温調器17
は、あらかじめ設定された温度になるように、測定され
た非線形光学結晶の温度をフィードバックし、加熱手段
もしくは冷却手段の入力を制御し、非線形光学結晶1
3,13’の温度を調節する。図8ではヒータ18を用
いて非線形光学結晶13を加熱する場合が図示されてい
る。なお、以下では非線形光学結晶を加熱する場合を例
にして説明する。
【0005】図8に示した加工用レーザ装置10からの
出力は、次のようにして調整する。 非線形光学結晶13,13’を設定された所定の温
度に加熱し、一定温度になるように制御する。その状態
で、基本波レーザ光源11からのレーザ光を、非線形光
学結晶13に入射し、波長変換されて出力されるレーザ
光を図示しないパワーモニタによって受光する。 パワーモニタの表示を見ながら、その値が最大にな
るように、非線形光学結晶13,13’の位相整合角を
調整し、非線形光学結晶13,13’を配置する角度を
決定する。
出力は、次のようにして調整する。 非線形光学結晶13,13’を設定された所定の温
度に加熱し、一定温度になるように制御する。その状態
で、基本波レーザ光源11からのレーザ光を、非線形光
学結晶13に入射し、波長変換されて出力されるレーザ
光を図示しないパワーモニタによって受光する。 パワーモニタの表示を見ながら、その値が最大にな
るように、非線形光学結晶13,13’の位相整合角を
調整し、非線形光学結晶13,13’を配置する角度を
決定する。
【0006】図9は図8に示した加工用レーザ装置に使
用される非線形光学結晶の位相整合のタイプと、偏光方
向を示す図である。同図において、基本波レーザ発振器
11から発振された1ωの基本波は、2倍波発生用非線
形光学結晶13(SHG)に入射して、波長変換され2
倍波(2ω) と基本波( 1ω) とが出射する。ここで、
同図中の矢印、丸印(黒丸付き)はそれぞれ偏光方向を
示しており、矢印と丸印は偏光方向が互いに直交してい
ることを示している。2倍波発生用の非線形光学結晶1
3に入射する1ωの偏光方向は互いに平行であるので、
2倍波発生用の非線形光学結晶13としては、偏光方向
が互いに平行な光を入射して波長変換を行なうTYPE
1の結晶が用いられる。使用できる非線形光学結晶とし
ては、LBO,CLBO,BBO等がある。
用される非線形光学結晶の位相整合のタイプと、偏光方
向を示す図である。同図において、基本波レーザ発振器
11から発振された1ωの基本波は、2倍波発生用非線
形光学結晶13(SHG)に入射して、波長変換され2
倍波(2ω) と基本波( 1ω) とが出射する。ここで、
同図中の矢印、丸印(黒丸付き)はそれぞれ偏光方向を
示しており、矢印と丸印は偏光方向が互いに直交してい
ることを示している。2倍波発生用の非線形光学結晶1
3に入射する1ωの偏光方向は互いに平行であるので、
2倍波発生用の非線形光学結晶13としては、偏光方向
が互いに平行な光を入射して波長変換を行なうTYPE
1の結晶が用いられる。使用できる非線形光学結晶とし
ては、LBO,CLBO,BBO等がある。
【0007】2倍波発生用の非線形光学結晶13から出
射された2倍波(2ω) と基本波(1ω) とが、3倍波
発生用の非線形光学結晶13’(THG)に入射して、
波長変換され、3倍波(3ω)、2倍波(2ω)、基本
波(1ω) とが出射する。2倍波発生用の非線形光学結
晶13は上記のようにTYPE1であり、TYPE1の
結晶から出射される波長変換された2倍波(2ω) の偏
光方向は、基本波(1ω) の偏光方向に対し直角にな
る。したがって、3倍波発生用の非線形光学結晶13’
には偏光方向が互いに直角な光を入射して波長変換を行
なうTYPE2の結晶が用いられる。使用される非線形
光学結晶の種類としては、LBO,CLBO等がある。
射された2倍波(2ω) と基本波(1ω) とが、3倍波
発生用の非線形光学結晶13’(THG)に入射して、
波長変換され、3倍波(3ω)、2倍波(2ω)、基本
波(1ω) とが出射する。2倍波発生用の非線形光学結
晶13は上記のようにTYPE1であり、TYPE1の
結晶から出射される波長変換された2倍波(2ω) の偏
光方向は、基本波(1ω) の偏光方向に対し直角にな
る。したがって、3倍波発生用の非線形光学結晶13’
には偏光方向が互いに直角な光を入射して波長変換を行
なうTYPE2の結晶が用いられる。使用される非線形
光学結晶の種類としては、LBO,CLBO等がある。
【0008】上記した加工用レーザ装置により、多層プ
リント板のビアホール加工等を行う場合には、レーザ光
をシャッタあるいはQ−SWによりオン/オフして、パ
ルス状のレーザ光を間欠的に被加工物に照射する。図1
0にレーザ光によるビアホール加工の様子を示す。同図
(a)に示すように、通常、一枚の基板上には、複数の
照射領域A1,A2,…が形成されており、各照射領域
A1,A2,…には複数の孔あけ箇所が設けられてい
る。そして、加工用レーザ装置から放出されるレーザ光
を、ガルバノメータ等の制御手段により走査して、多層
プリント板の各孔あけ位置に位置決めし、各孔あけ位置
にパルス状のレーザ光を複数回照射してビアホール加工
を行う。
リント板のビアホール加工等を行う場合には、レーザ光
をシャッタあるいはQ−SWによりオン/オフして、パ
ルス状のレーザ光を間欠的に被加工物に照射する。図1
0にレーザ光によるビアホール加工の様子を示す。同図
(a)に示すように、通常、一枚の基板上には、複数の
照射領域A1,A2,…が形成されており、各照射領域
A1,A2,…には複数の孔あけ箇所が設けられてい
る。そして、加工用レーザ装置から放出されるレーザ光
を、ガルバノメータ等の制御手段により走査して、多層
プリント板の各孔あけ位置に位置決めし、各孔あけ位置
にパルス状のレーザ光を複数回照射してビアホール加工
を行う。
【0009】すなわち、同図(d)に示すように半値全
幅(ピーク値の1/2のときのパルス幅)が数10ns
〜数100nsで、繰り返し周波数が数kHz〜数10
kHzのレーザパルスを、領域A1の各孔あけ箇所で同
図(c)に示すように複数回照射して孔あけ加工を行
い、一つの孔あけが終わると同じ領域の次の孔あけ位置
にレーザ光を移動させ、同様にして孔あけを行う操作を
繰り返す。そして、領域A1の全ての孔あけが終了する
と、同図(b)示すように、レーザ光をオフにして、レ
ーザ光を次の領域A2に移動させ、同様な孔あけ加工を
行う。以下同様にして多層プリント板の各領域A1,A
2,…の孔あけ加工を順次行い、一枚の多層プリント基
板の孔あけが終わると、多層プリント板を交換して、次
のプリント板の加工を行う。ここで、レーザのショット
回数は、一つの孔を加工するのに1〜30ショットとな
る。なお、図10(c)ではレーザ光の出射開始直後、
レーザ光の大きさが次第に大きくなっているが、これは
後述するように非線形光学結晶の内部温度の上昇による
出力変動である。
幅(ピーク値の1/2のときのパルス幅)が数10ns
〜数100nsで、繰り返し周波数が数kHz〜数10
kHzのレーザパルスを、領域A1の各孔あけ箇所で同
図(c)に示すように複数回照射して孔あけ加工を行
い、一つの孔あけが終わると同じ領域の次の孔あけ位置
にレーザ光を移動させ、同様にして孔あけを行う操作を
繰り返す。そして、領域A1の全ての孔あけが終了する
と、同図(b)示すように、レーザ光をオフにして、レ
ーザ光を次の領域A2に移動させ、同様な孔あけ加工を
行う。以下同様にして多層プリント板の各領域A1,A
2,…の孔あけ加工を順次行い、一枚の多層プリント基
板の孔あけが終わると、多層プリント板を交換して、次
のプリント板の加工を行う。ここで、レーザのショット
回数は、一つの孔を加工するのに1〜30ショットとな
る。なお、図10(c)ではレーザ光の出射開始直後、
レーザ光の大きさが次第に大きくなっているが、これは
後述するように非線形光学結晶の内部温度の上昇による
出力変動である。
【0010】上記したように、加工用レーザ装置を多層
プリント板のビアホール等の加工に用いる場合、加工処
理済のワーク(多層プリント板)を未処理のワークに取
り換えたり、1つの多層プリント板内で、レーザ光を照
射する領域を移動させるなどの操作が必要である(この
操作を「段取り換え」という)。この段取り換えの時間
は、通常、数秒から数十秒(場合によっては数分間) か
かる。段取り換えを行なっている時は、図10で説明し
たようにレーザ光源からのレーザ光の出射を行なわず、
加工用レーザ装置はレーザを出力しない。そして、段取
り換え終了後、レーザ光源からレーザ光を出射し、ワー
クに波長変換されたレーザ光を照射する。
プリント板のビアホール等の加工に用いる場合、加工処
理済のワーク(多層プリント板)を未処理のワークに取
り換えたり、1つの多層プリント板内で、レーザ光を照
射する領域を移動させるなどの操作が必要である(この
操作を「段取り換え」という)。この段取り換えの時間
は、通常、数秒から数十秒(場合によっては数分間) か
かる。段取り換えを行なっている時は、図10で説明し
たようにレーザ光源からのレーザ光の出射を行なわず、
加工用レーザ装置はレーザを出力しない。そして、段取
り換え終了後、レーザ光源からレーザ光を出射し、ワー
クに波長変換されたレーザ光を照射する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】波長変換により基本波
の3倍波を発生させ加工を行う加工用レーザ装置におい
ては、前記したように3倍波発生用の非線形光学結晶1
3’として、TYPE2のLBO結晶やCLBO結晶が
使用されていた。非線形光学結晶は、前記図8で説明し
たように温調器により一定温度になるように制御されて
いるが、レーザ光の出力パワーの変動を10%以下にす
るためには、結晶の温度をおよそ土0.5°Cに制御す
る必要があり、前記したような温度調節では、なかなか
難かしいのが現状である。
の3倍波を発生させ加工を行う加工用レーザ装置におい
ては、前記したように3倍波発生用の非線形光学結晶1
3’として、TYPE2のLBO結晶やCLBO結晶が
使用されていた。非線形光学結晶は、前記図8で説明し
たように温調器により一定温度になるように制御されて
いるが、レーザ光の出力パワーの変動を10%以下にす
るためには、結晶の温度をおよそ土0.5°Cに制御す
る必要があり、前記したような温度調節では、なかなか
難かしいのが現状である。
【0012】特に、図9に示したTYPE2の非線形光
学結晶を用いたレーザ装置を、レーザ光を間欠的に照射
して多層プリント板等の加工を行う加工用レーザ装置に
適用した場合、温調器により非線形光学結晶の表面温度
が一定になるように制御しても、レーザ光の出力パワー
の変動を小さくするのは難しい。すなわち、レーザ光出
射開始直後、非線形光学結晶は波長変換された光を吸収
し、レーザが通過する結晶内部の温度が上昇していく。
また、レーザ光の出射が停止し所定時間経過すると結晶
内部の温度は低下する。このような結晶内部の温度変化
が、レーザ光がオン/オフする毎に繰り返され、それに
応じて、結晶の波長変換効率が変動し、レーザの出力パ
ワーが変動する。
学結晶を用いたレーザ装置を、レーザ光を間欠的に照射
して多層プリント板等の加工を行う加工用レーザ装置に
適用した場合、温調器により非線形光学結晶の表面温度
が一定になるように制御しても、レーザ光の出力パワー
の変動を小さくするのは難しい。すなわち、レーザ光出
射開始直後、非線形光学結晶は波長変換された光を吸収
し、レーザが通過する結晶内部の温度が上昇していく。
また、レーザ光の出射が停止し所定時間経過すると結晶
内部の温度は低下する。このような結晶内部の温度変化
が、レーザ光がオン/オフする毎に繰り返され、それに
応じて、結晶の波長変換効率が変動し、レーザの出力パ
ワーが変動する。
【0013】特に、前記図10で説明したような多層プ
リント板の加工においては、段取り換えの間に非線形光
学結晶の内部温度が低下するため、段取り換え後レーザ
光を出射したとき非線形光学結晶の内部温度が上昇し、
図10(c)に示したように出力パワーが大きく変動す
る。ビアホールの加工等においては、レーザ光の出力パ
ワーが変動すると、孔の深さや加工形状に不具合が発生
し、実用上問題が生ずる。
リント板の加工においては、段取り換えの間に非線形光
学結晶の内部温度が低下するため、段取り換え後レーザ
光を出射したとき非線形光学結晶の内部温度が上昇し、
図10(c)に示したように出力パワーが大きく変動す
る。ビアホールの加工等においては、レーザ光の出力パ
ワーが変動すると、孔の深さや加工形状に不具合が発生
し、実用上問題が生ずる。
【0014】図11、図12は、TYPE2のLBO結
晶について、レーザ光出射開始直後のレーザパワーの変
化を示したものであり、レーザの出力パワーが3Wの場
合を示しており、横軸は時間(sec)、縦軸は出力パワー
(W)である。ここで、図11は結晶の表面温度を例え
ば55.1°Cに制御した場合の変化であり、図12は
結晶の表面温度を例えば55.4°Cに制御した場合の
変化を示す。図11、図12から明らかなように、いず
れの場合にもレーザ光出射開始直後、レーザパワーが変
化している。すなわち、図11ではレーザ光出射開始直
後から出力パワーが上昇し続けており、また、図12で
は、レーザ光出射開始直後、一旦出力パワーが上昇し、
その後出力パワーが低下している。以上のように従来の
TYPE2の非線形光学結晶を用いた加工用レーザ装置
においては、レーザ光の出力パワーが変動し、加工に不
具合を生じるといった問題が生じた。
晶について、レーザ光出射開始直後のレーザパワーの変
化を示したものであり、レーザの出力パワーが3Wの場
合を示しており、横軸は時間(sec)、縦軸は出力パワー
(W)である。ここで、図11は結晶の表面温度を例え
ば55.1°Cに制御した場合の変化であり、図12は
結晶の表面温度を例えば55.4°Cに制御した場合の
変化を示す。図11、図12から明らかなように、いず
れの場合にもレーザ光出射開始直後、レーザパワーが変
化している。すなわち、図11ではレーザ光出射開始直
後から出力パワーが上昇し続けており、また、図12で
は、レーザ光出射開始直後、一旦出力パワーが上昇し、
その後出力パワーが低下している。以上のように従来の
TYPE2の非線形光学結晶を用いた加工用レーザ装置
においては、レーザ光の出力パワーが変動し、加工に不
具合を生じるといった問題が生じた。
【0015】本発明は上記した事情に鑑みなされたもの
であって、本発明の目的は、非線形光学結晶を用いて波
長変換したレーザ光を出射する加工用レーザ装置におい
て、非線形光学結晶に多少の温度変化が生じても、レー
ザ光の出力パワーの変動を小さくすることができる加工
用レーザ装置を提供することである。
であって、本発明の目的は、非線形光学結晶を用いて波
長変換したレーザ光を出射する加工用レーザ装置におい
て、非線形光学結晶に多少の温度変化が生じても、レー
ザ光の出力パワーの変動を小さくすることができる加工
用レーザ装置を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、非線形光学結晶により波長変換
を行ない紫外線レーザ光を発生するレーザ装置におい
て、波長変換用の非線形光学結晶にTYPE1の結晶の
みを用いる。TYPE1の結晶はTYPE2の結晶に比
べて温度許容幅が大きく、温度変化に対する出力パワー
の変動が少ないことを見いだした。したがって、TYP
E1の結晶のみを用いることにより、結晶の温度が多少
変動してもレーザ光の出力パワーの変動を抑えることが
できる。ここで、TYPE1の結晶を用いて波長変換を
行なうためには、波長変換される光の偏光方向が、互い
に平行でなければならない。そこで、波長板を用いて、
TYPE1の結晶に入射する基本波、2倍波もしくは3
倍波かのいずれか一方のレーザ光を、90°回転させ
る。
め、本発明においては、非線形光学結晶により波長変換
を行ない紫外線レーザ光を発生するレーザ装置におい
て、波長変換用の非線形光学結晶にTYPE1の結晶の
みを用いる。TYPE1の結晶はTYPE2の結晶に比
べて温度許容幅が大きく、温度変化に対する出力パワー
の変動が少ないことを見いだした。したがって、TYP
E1の結晶のみを用いることにより、結晶の温度が多少
変動してもレーザ光の出力パワーの変動を抑えることが
できる。ここで、TYPE1の結晶を用いて波長変換を
行なうためには、波長変換される光の偏光方向が、互い
に平行でなければならない。そこで、波長板を用いて、
TYPE1の結晶に入射する基本波、2倍波もしくは3
倍波かのいずれか一方のレーザ光を、90°回転させ
る。
【0017】
【発明の実施の形態】まず、結晶温度と波長変換効率と
の関係について説明する。一般に、非線形結晶の波長変
換効率η(イータ) は、次のような(1) 式で表すことが
できる。 η∝{sin2( ΔkL/2)}/(ΔkL/2)2 …(1) ここで、Lは非線形結晶の光学的距離、Δkは非線形結
晶に入射するレーザと出射するレーザとの波数の差であ
り、次のような(2) 式で表される。
の関係について説明する。一般に、非線形結晶の波長変
換効率η(イータ) は、次のような(1) 式で表すことが
できる。 η∝{sin2( ΔkL/2)}/(ΔkL/2)2 …(1) ここで、Lは非線形結晶の光学的距離、Δkは非線形結
晶に入射するレーザと出射するレーザとの波数の差であ
り、次のような(2) 式で表される。
【0018】また、λ1,λ2は非線形結晶に入射する
レーザの波長、λ3は非線形結晶から出射する波長変換
されたレーザの波長、ni は波長λiに対する屈折率
で、非線形結晶の物理光学座標に対する入射光の入射角
(θ)とその偏光方位(φ) 、及び非線形結晶の温度
(T) によって決まる。即ち、屈折率nは次の(3) 式に
示すようにθ,φ,Tの関数として表すことができる。 n=f(θ,φ,T)…(3)
レーザの波長、λ3は非線形結晶から出射する波長変換
されたレーザの波長、ni は波長λiに対する屈折率
で、非線形結晶の物理光学座標に対する入射光の入射角
(θ)とその偏光方位(φ) 、及び非線形結晶の温度
(T) によって決まる。即ち、屈折率nは次の(3) 式に
示すようにθ,φ,Tの関数として表すことができる。 n=f(θ,φ,T)…(3)
【0019】したがって、(1)(2)(3) 式より、波長変換
効率ηは、非線形結晶の温度Tの関数として表すことが
できる。そこで、波長変換効率ηを結晶温度に対して表
すと図3のようになる。ここで、波長変換効率が半減す
る(0.5になる) までに許される温度幅のことを、温
度許容幅と言い、通常全幅で定義される。図3から明ら
かなように、結晶の変換効率ηが最大となる結晶温度T
o が存在し、非線形光学結晶の内部温度(レーザ光が通
過する部分の温度)をこの温度に保持すれば、波長変換
効率を最大とすることができる。しかし、前記したよう
に加工用レーザ装置においては、非線形光学結晶の内部
温度を一定に保つのは難しい。このため、使用する非線
形光学結晶としては、結晶の温度変化に対して変換効率
の変化が小さいものを選択するのが望ましい。
効率ηは、非線形結晶の温度Tの関数として表すことが
できる。そこで、波長変換効率ηを結晶温度に対して表
すと図3のようになる。ここで、波長変換効率が半減す
る(0.5になる) までに許される温度幅のことを、温
度許容幅と言い、通常全幅で定義される。図3から明ら
かなように、結晶の変換効率ηが最大となる結晶温度T
o が存在し、非線形光学結晶の内部温度(レーザ光が通
過する部分の温度)をこの温度に保持すれば、波長変換
効率を最大とすることができる。しかし、前記したよう
に加工用レーザ装置においては、非線形光学結晶の内部
温度を一定に保つのは難しい。このため、使用する非線
形光学結晶としては、結晶の温度変化に対して変換効率
の変化が小さいものを選択するのが望ましい。
【0020】そこで、TYPE1,TYPE2のLBO
結晶について温度許容幅を調べた。図4〜図6は、TY
PE1,TYPE2のLBO結晶の温度許容幅を示す図
である。図4は、Nd:YLFレーザが出射する104
7nmのレーザ光と、その2倍波である523.5nm
の光をLBO結晶に入射して349nmの3倍波を発生
させる場合、図5はNd:YAGレーザが出射する10
64nmのレーザ光と、その2倍波である532nmの
光をLBO結晶に入射して354.7nmの3倍波を発
生させる場合、図6はNd:YLFレーザが出射する1
053nmのレーザ光と、その2倍波である526.5
nmの光をLBO結晶に入射して351nmの3倍波を
発生させる場合おけるTYPE1とTYPE2の結晶の
温度許容幅を示したものであり、丸印がTYPE1、四
角印がTYPE2の結晶を示している。
結晶について温度許容幅を調べた。図4〜図6は、TY
PE1,TYPE2のLBO結晶の温度許容幅を示す図
である。図4は、Nd:YLFレーザが出射する104
7nmのレーザ光と、その2倍波である523.5nm
の光をLBO結晶に入射して349nmの3倍波を発生
させる場合、図5はNd:YAGレーザが出射する10
64nmのレーザ光と、その2倍波である532nmの
光をLBO結晶に入射して354.7nmの3倍波を発
生させる場合、図6はNd:YLFレーザが出射する1
053nmのレーザ光と、その2倍波である526.5
nmの光をLBO結晶に入射して351nmの3倍波を
発生させる場合おけるTYPE1とTYPE2の結晶の
温度許容幅を示したものであり、丸印がTYPE1、四
角印がTYPE2の結晶を示している。
【0021】図4〜図6から明らかなように、TYPE
1のLBO結晶の温度許容幅は、TYPE2の結晶に比
べて10倍以上大きい。温度許容幅が大きいことは、温
度変化に対する出力パワーの変動が小さいことを意味し
ており、TYPE1の結晶を用いることにより、TYP
E2の結晶を用いる場合に比べ温度変化に対する出力パ
ワーの変動を小さくすることができる。
1のLBO結晶の温度許容幅は、TYPE2の結晶に比
べて10倍以上大きい。温度許容幅が大きいことは、温
度変化に対する出力パワーの変動が小さいことを意味し
ており、TYPE1の結晶を用いることにより、TYP
E2の結晶を用いる場合に比べ温度変化に対する出力パ
ワーの変動を小さくすることができる。
【0022】図1は第1、第2の非線形光学結晶とし
て、TYPE1の結晶を使用した本発明の実施例のレー
ザ装置の構成を示す図である。なお、同図では、非線形
光学結晶の位相整合のタイプと、偏光方向を示している
が、前記図8に示した加工用レーザ装置に適用すること
ができる。同図において、前記図8、図9に示したもの
と同一のものには同一の符号が付されており、11は基
本波(1ω) を発生する基本波レーザ光源であり、基本
波レーザ光源11としては、前記したように波長106
4nmのレーザ光を発振するNd:YAGレーザ装置
や、波長1053nmまたは1047nmのレーザ光を
発振するNd:YLFレーザ装置等を用いることができ
る。
て、TYPE1の結晶を使用した本発明の実施例のレー
ザ装置の構成を示す図である。なお、同図では、非線形
光学結晶の位相整合のタイプと、偏光方向を示している
が、前記図8に示した加工用レーザ装置に適用すること
ができる。同図において、前記図8、図9に示したもの
と同一のものには同一の符号が付されており、11は基
本波(1ω) を発生する基本波レーザ光源であり、基本
波レーザ光源11としては、前記したように波長106
4nmのレーザ光を発振するNd:YAGレーザ装置
や、波長1053nmまたは1047nmのレーザ光を
発振するNd:YLFレーザ装置等を用いることができ
る。
【0023】13は第1の非線形光学結晶(SHG)、
13’は第2の非線形光学結晶(THG)であり、第1
の非線形光学結晶13,第2の非線形光学結晶13’と
しては、偏光方向が互いに平行な光を入射して波長変換
を行なうTYPE1の結晶が用いられる。第1の非線形
光学結晶13として使用できる結晶の種類としては、L
BO,CLBO,BBO等がある。また、第2の非線形
光学結晶として使用できる結晶の種類としては、LBO
がある。20は第1の非線形光学結晶13から出射され
る基本波(1ω)を、90°回転させる波長板であり、
本実施例においては、上記のように第2の非線形光学結
晶13’にTYPE1の結晶を用いているので、第1の
非線形光学結晶13と第2の非線形光学結晶13’の間
に、上記波長板20が設けられている。
13’は第2の非線形光学結晶(THG)であり、第1
の非線形光学結晶13,第2の非線形光学結晶13’と
しては、偏光方向が互いに平行な光を入射して波長変換
を行なうTYPE1の結晶が用いられる。第1の非線形
光学結晶13として使用できる結晶の種類としては、L
BO,CLBO,BBO等がある。また、第2の非線形
光学結晶として使用できる結晶の種類としては、LBO
がある。20は第1の非線形光学結晶13から出射され
る基本波(1ω)を、90°回転させる波長板であり、
本実施例においては、上記のように第2の非線形光学結
晶13’にTYPE1の結晶を用いているので、第1の
非線形光学結晶13と第2の非線形光学結晶13’の間
に、上記波長板20が設けられている。
【0024】同図において、基本波レーザ光源11から
出射される基本波(1ω)は、2倍波発生用の第1の非
線形光学結晶13に入射する。第1の非線形光学結晶1
3は、非線形光学結晶13は、上記基本波(1ω) を波
長変換し、その2倍波(2ω) と基本波(1ω) とを発
生する。2倍波発生用の非線形光学結晶13は上記のよ
うにTYPE1であり、TYPE1の結晶から出射され
る波長変換された2倍波(2ω) の偏光方向は、同図に
示すように基本波(1ω) の偏光方向に対し直角にな
る。非線形光学結晶13から出射する基本波(1ω)と
2倍波(2ω)は波長板20に入射し、波長板20は基
本波(1ω)の偏光方向を90°回転させる。その結
果、波長板20から出射する基本波(1ω)と2倍波
(2ω)は同図に示すように平行となる。
出射される基本波(1ω)は、2倍波発生用の第1の非
線形光学結晶13に入射する。第1の非線形光学結晶1
3は、非線形光学結晶13は、上記基本波(1ω) を波
長変換し、その2倍波(2ω) と基本波(1ω) とを発
生する。2倍波発生用の非線形光学結晶13は上記のよ
うにTYPE1であり、TYPE1の結晶から出射され
る波長変換された2倍波(2ω) の偏光方向は、同図に
示すように基本波(1ω) の偏光方向に対し直角にな
る。非線形光学結晶13から出射する基本波(1ω)と
2倍波(2ω)は波長板20に入射し、波長板20は基
本波(1ω)の偏光方向を90°回転させる。その結
果、波長板20から出射する基本波(1ω)と2倍波
(2ω)は同図に示すように平行となる。
【0025】波長板20から出射する偏光方向が平行な
2倍波(2ω) と基本波(1ω) は、TYPE1の第2
の非線形光学結晶13’に入射して波長変換され、第2
の非線形光学結晶13’からは3倍波(3ω)と基本波
(1ω) とが出射する。以上のように、本実施例におい
ては、第1の非線形光学結晶13と第2の非線形光学結
晶13’の間に波長板20を設けているので、第2の非
線形光学結晶としてTYPE1の非線形光学結晶を用い
ることができ、温度変化に対する波長変換効率の変化を
小さくすることができる。
2倍波(2ω) と基本波(1ω) は、TYPE1の第2
の非線形光学結晶13’に入射して波長変換され、第2
の非線形光学結晶13’からは3倍波(3ω)と基本波
(1ω) とが出射する。以上のように、本実施例におい
ては、第1の非線形光学結晶13と第2の非線形光学結
晶13’の間に波長板20を設けているので、第2の非
線形光学結晶としてTYPE1の非線形光学結晶を用い
ることができ、温度変化に対する波長変換効率の変化を
小さくすることができる。
【0026】図2は上記実施例の変形例を示す図であ
り、図2においては、波長板20’として、第1の非線
形光学結晶13から出射する基本波(1ω)と2倍波
(2ω)の内、2倍波の偏光方向を90°回転させる波
長板を用いたものである。図2においても、波長板2
0’により第2の非線形光学結晶13’に入射する光の
偏光方向を平行にしているので、第2の非線形光学結晶
としてTYPE1の結晶を使用することができ、図1と
同様に、温度変化に対する波長変換効率の変化を小さく
することができる。図7は、本実施例のレーザ装置にお
けるレーザ光出射開始直後のレーザパワーの変化を示す
図である。同図は第2の非線形光学結晶として温度を5
0〜51°Cに保ったTYPE1のLBO結晶を用いた
場合を示しており、出力パワーは前記図11、図12と
同様、3Wである。同図から明らかなように、TYPE
1の結晶を使用した本実施例のレーザ装置においては、
レーザ光出射開始直後のレーザパワーに殆ど変動がな
い。このため、前記したように多層プリント板の加工に
適用した場合でも、加工に不具合が生ずることがない。
り、図2においては、波長板20’として、第1の非線
形光学結晶13から出射する基本波(1ω)と2倍波
(2ω)の内、2倍波の偏光方向を90°回転させる波
長板を用いたものである。図2においても、波長板2
0’により第2の非線形光学結晶13’に入射する光の
偏光方向を平行にしているので、第2の非線形光学結晶
としてTYPE1の結晶を使用することができ、図1と
同様に、温度変化に対する波長変換効率の変化を小さく
することができる。図7は、本実施例のレーザ装置にお
けるレーザ光出射開始直後のレーザパワーの変化を示す
図である。同図は第2の非線形光学結晶として温度を5
0〜51°Cに保ったTYPE1のLBO結晶を用いた
場合を示しており、出力パワーは前記図11、図12と
同様、3Wである。同図から明らかなように、TYPE
1の結晶を使用した本実施例のレーザ装置においては、
レーザ光出射開始直後のレーザパワーに殆ど変動がな
い。このため、前記したように多層プリント板の加工に
適用した場合でも、加工に不具合が生ずることがない。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては以
下の効果を得ることができる。 (1) 波長変換用の非線形結晶に、温度許容幅の広いT
YPE1のみを用いたので、結晶に多少の温度変化が生
じても、波長変換されたレーザ光の出力パワーの変動を
抑えることができる。 (2)特に、レーザ光出射開始直後において結晶の内部
温度が多少変化しても、出力パワーの変動がほとんど生
じないので、パルス状のレーザ光を間欠的に照射する加
工用レーザ装置にして使用した場合に、孔の深さや加工
形状に不具合が発生することを防止することができる。
下の効果を得ることができる。 (1) 波長変換用の非線形結晶に、温度許容幅の広いT
YPE1のみを用いたので、結晶に多少の温度変化が生
じても、波長変換されたレーザ光の出力パワーの変動を
抑えることができる。 (2)特に、レーザ光出射開始直後において結晶の内部
温度が多少変化しても、出力パワーの変動がほとんど生
じないので、パルス状のレーザ光を間欠的に照射する加
工用レーザ装置にして使用した場合に、孔の深さや加工
形状に不具合が発生することを防止することができる。
【図1】本発明の実施例のレーザ装置の構成を示す図で
ある。
ある。
【図2】図1の実施例の変形例を示す図である。
【図3】結晶温度に対する波長変換効率ηを示す図であ
る。
る。
【図4】TYPE1,TYPE2のLBO結晶の温度許
容幅を示す図(1)である。
容幅を示す図(1)である。
【図5】TYPE1,TYPE2のLBO結晶の温度許
容幅を示す図(2)である。
容幅を示す図(2)である。
【図6】TYPE1,TYPE2のLBO結晶の温度許
容幅を示す図(3)である。
容幅を示す図(3)である。
【図7】本発明の実施例のレーザ装置におけるレーザ光
出射開始直後のレーザパワーの変化を示す図である。
出射開始直後のレーザパワーの変化を示す図である。
【図8】非線形光学結晶を用いた波長変換により3倍波
を発生させる加工用レーザ装置の概略構成を示す図であ
る。
を発生させる加工用レーザ装置の概略構成を示す図であ
る。
【図9】図8に示した加工用レーザ装置に使用される非
線形光学結晶の位相整合のタイプと偏光方向を示す図で
ある。
線形光学結晶の位相整合のタイプと偏光方向を示す図で
ある。
【図10】レーザ光によるビアホール加工の様子を示す
図である。
図である。
【図11】TYPE2のLBO結晶から出射されるレー
ザパワーの変化を示す図(1)である。
ザパワーの変化を示す図(1)である。
【図12】TYPE2のLBO結晶から出射されるレー
ザパワーの変化を示す図(2)である。
ザパワーの変化を示す図(2)である。
11 基本波レーザ光源 13 第1の非線形光学結晶 13’ 第2の非線形光学結晶 20 波長板
Claims (1)
- 【請求項1】 非線形光学結晶により波長変換を行な
い、紫外線レーザ光を発生するレーザ装置であって、 基本波レーザ光を発振するレーザ発振器と、 上記レーザ発振器からの基本波レーザ光を入射して、そ
の2倍波を出射する第1のTYPE1の非線形光学結晶
と、 上記基本波レーザ光と上記2倍波の偏光方向を互いに平
行とする波長板と、 上記波長板を通過した、上記基本波レーザ光と上記2倍
波とを入射して、基本波レーザ光の3倍波を出射する第
2のTYPE1のLBO結晶とを備えたことを特徴とす
る加工用レーザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11195531A JP2001021931A (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Type1の非線形結晶を用いた加工用レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11195531A JP2001021931A (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Type1の非線形結晶を用いた加工用レーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001021931A true JP2001021931A (ja) | 2001-01-26 |
Family
ID=16342649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11195531A Pending JP2001021931A (ja) | 1999-07-09 | 1999-07-09 | Type1の非線形結晶を用いた加工用レーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001021931A (ja) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-07-09 JP JP11195531A patent/JP2001021931A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040406 |