JP2001025888A - 加工用レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
を照射して加工を行う加工用の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】 レーザ光源1から放出される基本波レー
ザ光を第1の波長変換素子3に入射して2倍波を発生さ
せ、その出射光を第2の波長変換素子6に入射して、基
本波レーザ光の3倍波を発生させる。温調制御器5,8
は、波長変換素子3,6の表面温度を、レーザ光照射開
始時の波長変換素子の内部温度が出力パワーが最大にな
る内部温度より低く、かつ、照射終了時の波長変換素子
の内部温度が出力パワーが最大となる内部温度より高く
なるような温度に保持する。これによりレーザ出射直後
の出力パワー変動を小さくすることができる。また、レ
ーザ制御装置9から温調制御器5,8に温度指示信号を
出力し、波長変換素子の表面温度を、出力パワーが最大
になる温度となるように制御してもよい。
Description
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。
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。
により加工を行なう加工用レーザ装置10の概略構成を
示す。レーザ光源11から出射されるレーザ光は、集光
レンズ12によって集光され、非線形光学結晶13に入
射する。非線形光学結晶13に入射されたレーザ光の一
部が波長変換されて、非線形光学結晶13から出射し、
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。使用される非線形光学結晶13として
は、例えばLBO,CLBO等がある。上記した非線形
光学結晶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はその温度一定になるように制御されている。非
線形光学結晶13の温度制御は、非線形光学結晶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13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13の温度を調節する。
晶13を加熱する場合が図示されており、以下では非線
形光学結晶13を加熱する場合を例にして説明する。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、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の位相整合角を調整し、
非線形光学結晶13を配置する角度を決定する。
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15に照射
する。図10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。
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、レーザ光をオフとして多層プリ
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、例えば一つの孔あけに1
〜30ショット必要となる。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。
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。
工用レーザ装置において、段取り換え終了後(レーザ光
の出射停止期間の終了後) に加工用レーザ装置から出力
される波長変換されたレーザ光の出力が、非線形光学結
晶の温度を設定された温度に一定制御しているにもかか
わらず、数秒から十数秒の間大きく変化する( 徐々にパ
ワーが大きくなる) 現象が生じた。図11は、図9のレ
ーザ装置において、出力されるレーザパワーの変化を示
したものである。同図は非線形光学結晶としてLBOを
用い、LBOを55.1°Cで一定に制御した場合を示
している。同図に示すように、レーザ出射開始直後のレ
ーザパワーは4.2Wであるが、それが徐々に上昇し、
約15秒後に5.5Wに達し、その後出力はほぼ一定に
なった。すなわち、出力が15秒間に約24%変化した
ことになる。
と、例えばビアホール加工の場合、ビアホールの孔の深
さが変化したり、切断加工の場合切断面の形状が乱れる
等、実用上問題が生ずる。実用上、レーザ光出力の変動
は10%以内に抑えることが要望されている。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
被加工物に照射して加工を行う加工用のレーザ装置にお
いて、段取り換え等によりレーザ光の出射を停止した後
のレーザ光の出力パワーが大きく変動することを極力小
さくし、良好な加工を可能とすることである。
た結果、加工用レーザ装置におけるレーザ光の出力の変
動は、非線形光学結晶のレーザ光が通過する部分の温度
の変化が関係していることがわかった。一般に、LBO
結晶やCLBO結晶等の非線形光学結晶は、その温度が
変化すると波長変換効率が変化する。非線形光学結晶
は、前記図9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、これは非線形光学結晶の
表面温度を一定に制御しているにすぎず、非線形光学結
晶のレーザ光が通過する部分の温度(これを以下内部温
度という)を直接制御しているわけではない。前記した
加工用レーザ装置においてはレーザ光を間欠的に照射し
ているため、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、レーザ光が通過する結晶の
内部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
内部温度の変化はレーザ光がオン/オフする毎に繰り返
される。このため、非線形光学結晶の表面温度を一定に
なるように制御しても、レーザ光のオン/オフにより結
晶の内部温度が変化し、それに応じて、結晶の位相整合
角が変動し、レーザ光の出力パワーが変動するもの考え
られる。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1
0(c)に示したように出力パワーが大きく変動する。
ところ、後述するように、非線形光学素子を用いた波長
変換素子の表面温度を、レーザ光照射開始時の上記波長
変換素子の内部温度が出力パワーが最大になる内部温度
より低く、かつ、照射終了時の上記波長変換素子の内部
温度が出力パワーが最大となる内部温度より高くなるよ
うに保持すれば、出力パワーの変動を小さくすることが
できることがわかった。さらに、温度制御手段により、
波長変換素子の表面温度を制御し、波長変換素子の内部
温度をレーザ光の出射時/停止時にかかわらず、出力パ
ワーが最大になる温度を保つように制御すれば、さらに
出力パワーの変動を小さくすることが可能となる。すな
わち、レーザ光の照射開始信号により、波長変換素子の
表面温度を低下させ、また、レーザ光の照射停止信号に
より、波長変換素子の表面温度を上昇させ、その内部温
度を常に最大の出力パワーが得られる温度に保たれるよ
うに制御する。これにより波長変換素子の変換効率を最
大に保つことができ、出力パワーの変動を小さくするこ
とができる。
工用レーザ装置の構成を示す図である。同図において、
1aはNd:YAG,Nd:YLF等のレーザ媒質、1
bは全反射鏡、1cは透過鏡、1dはQ−SW、1eは
励起光源であり、1a〜1eでレーザ光源1を構成して
おり、励起光源1eにより励起することにより、透過鏡
1cを介してレーザ光源1から基本波レーザ光(レーザ
媒質がNd:YLFの場合には、1047nm)が放出
される。また、Q−SWドライバ2により上記Q−SW
を制御することにより、レーザ光の放出/停止を制御す
ることができる。3は例えば、LBO結晶、BBO結晶
等の非線形光学結晶を用いた第1の波長変換素子であ
り、上記基本波レーザ光が入射し、基本レーザ光とその
2倍波とを出射する。
る温度調節ヒータ(温調ヒータという)、5は温調制御
器であり、温調制御器5には第1の波長変換素子3の表
面に取り付けた熱電対等の温度測定器の出力が入力さ
れ、前記図9で説明したように、温調ヒータ4を制御し
てあらかじめ設定された温度になるように第1の波長変
換素子3の温度を調節する。6はLBO結晶、CLBO
結晶等の非線形光学結晶を用いた第2の波長変換素子で
あり、第1の波長変換素子3が出射する基本レーザ光と
その2倍波が入射し、基本波レーザ光と、基本波レーザ
光の2倍波と3倍波を出射する。7は、上記第2の波長
変換素子6を加熱する温調ヒータ、8は温調制御器であ
り、温調制御器8は、上記のように温度調節ヒータ7を
制御して、あらかじめ設定された温度になるように第2
の波長変換素子6の温度を調節する。9はレーザ制御装
置であり、上記励起光源1e,Q−SWドライバ2を制
御して、レーザ光源1からのレーザ光の放出を制御す
る。
記温調制御器5,8は、前記したように、第1、第2の
波長変換素子3,6の表面温度を、レーザ光照射開始時
の上記波長変換素子の内部温度が出力パワーが最大にな
る内部温度より低く、かつ、照射終了時の上記波長変換
素子の内部温度が出力パワーが最大となる内部温度より
高くなるような温度に保持する。これによりレーザ出射
直後の出力パワー変動を小さくすることができ、出力パ
ワー変動を10%以下とすることができた。
記のような温度に保持することにより、レーザ光の出力
変動を小さくできる理由を説明する。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。
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)
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。上記(1)(2)(3) 式により、結晶温度に対する波
長変換効率ηを求めると図2のようになる。以上のこと
を検証するため、LBO結晶の表面温度を変化させ、安
定時の出力パワーを実測した。測定に使用したレーザ装
置は以下の通りである。非線形光学結晶としては、光学
距離L=15mmのLBO結晶を用いた。該LBO結晶
に波長λ1=1047mmのレーザ光および波長λ2=
523.5nmのレーザ光を入射させ、LBO結晶から
波長変換により波長λ3=349nmの光を出射させ
た。ここで、LBO結晶の入射光の入射角θ=48°±
1°、偏光方位φ=90°である。
ある。図3から明らかなように、非線形光学結晶の温度
が55°Cの時、出力パワーが最大の5.5Wになり、
温度が高くなっても、低くなっても、出力パワーは低下
している。この結果は、前記(1)(2)(3) 式で求めた結果
と良く一致した。図2、図3に従えば、結晶の温度が一
定に制御されていれば、レーザ光の出力パワーは変動し
ないはずである。ところが、実際は、レーザ光の出射開
始後の数秒〜十数秒間に出力が上昇する。その原因を種
々検討したところ、これは、非線形光学結晶のレーザ光
が通過する部分の局部的な温度(内部温度)が変化(上
昇) するためであることがわかった。前記したように、
非線形光学結晶の温度は結晶の表面での温度を測定し、
その温度が設定された温度になるように制御されてい
る。例えば、結晶の(表面) 温度を55°Cに制御して
いる場合を考える。非線形光学結晶にレーザ光が入射し
ていない時、非線形光学結晶の温度は全体としてほぼ均
一な状態で、55°Cに制御されている。
すると、波長変換されたレーザ光が出射される。結晶は
波長変換されたレーザ光を吸収し、その部分の温度が上
昇する(この温度上昇は、波長変換されて出力されるレ
ーザ光のパワーに主に依存する。短波長の光のほうが結
晶に吸収されやすいためである) 。したがって、熱伝導
によって結晶の表面温度も上昇するが、熱電対が結晶表
面の温度上昇を検出し、温調器により表面温度が55°
Cになるように温度制御がなされる。
ら表面に伝わり、表面温度が55°Cに制御されること
により放熱される。そして、非線形光学結晶内部のレー
ザ光が通過している部分の温度が、表面温度に対してや
や高い状態で熱平衡状態になる(結晶内部で温度勾配が
生じている) 。したがって、レーザ光の出力が安定した
時の非線形光学結晶の内部温度は、実際はその表面温度
である55°Cよりもやや高い温度であるはずである。
即ち、非線形光学結晶の(表面) 温度を55°Cに制御
し、レーザ光の安定時の出力パワーが最大になるよう
に、位相整合角を調整すると、非線形光学結晶の内部温
度が55°Cよりもやや高い温度(例えば55.7°
C)の時に、出力パワーが最大になるように位相整合角
を調整することになる。
る。非線形光学結晶にレーザ光が入射していない時、非
線形光学結晶全体の温度は55°Cである。この温度で
レーザ光が入射するが、非線形光学結晶の位相整合角
は、例えば55.7°Cの時に出力パワーが最大になる
ように調整されているのであるから、非線形光学結晶の
内部温度が55°Cであれば、当然、最大効率のときよ
り変換効率は小さく、したがって、出力パワーも小さい
こととなる。レーザ光の非線形光学結晶からの出力が続
くにしたがって、結晶の内部温度が上昇し、それに伴い
出力パワーも上昇する。結晶の内部温度が55.7°C
に達すると、位相整合角との関係が最適となり出力パワ
ーが最大となり安定する。非線形光学結晶へのレーザ光
の入力を停止する(非線形光学結晶からのレーザ出力を
停止する) と、内部温度が低下し、再び結晶全体の温度
が55°Cになる。
ー変動は、非線形光学結晶の温度を表面温度によって制
御しているために生じる問題であるということがわか
る。したがって、非線形光学結晶のレーザ光が通過する
部分、即ち結晶内部の温度を測定し、その部分の温度が
一定になるように制御することができれば、このような
問題は生じない。しかし、結晶の内部に熱電対等の測定
素子を埋め込むことは困難であり、たとえそれができた
としても、レーザ光の光路にそのような測定素子が存在
すると、出力されるレーザ光に影が生じることになるの
で、実用上用いることができない。
レーザ光が通過する部分の温度(内部温度) を推定し、
該内部温度が変動してもレーザ光の出力パワーの変動が
少ない結晶の温度範囲を求めることとした。以下、前記
したLBO結晶に波長λ1=1047mmのレーザ光お
よび波長λ2=523.5nmのレーザ光を入射させ、
波長λ3=349nmの光を出射するレーザ装置を例に
して説明する。まず、レーザ光源からのレーザ光入射角
(位相整合角) が設定されている非線形光学結晶を、あ
る表面温度、例えば55°C設定する。その条件でレー
ザ光源よりレーザ光を入射し、レーザ出射開始直後の出
力パワーを測定する。この出力パワーが得られる時の結
晶の内部温度は、表面温度と等しいと考える。即ち、内
部温度が55°Cの時の出力パワーは、例えば、前記図
11の場合は、4.2Wである。
せて、上記と同様に、レーザ出射開始直後の出力パワー
を測定する。このような測定を繰り返し、結晶の内部温
度が表面温度と等しいと考えられるときの出力パワーを
求める。このようにして求めた結晶温度に対する出力パ
ワーを図4に示す。上記説明から明らかなように、図4
はある位相整合角における内部温度に対する出力パワー
である。同図より、結晶の内部温度が55.7°Cの時
に最大の出力パワー(図4では5.5W)になると考え
られる。
部温度は結晶の表面温度に一致すると考えれば、レーザ
光が通過する非線形光学結晶の内部の温度に対するレー
ザ光の出力パワーの変化は次のようにして求めることが
できる。 非線形光学結晶にレーザ光源からのレーザ光を入射
していない状態で、該結晶の表面温度を一定温度に制御
しておく。 非線形光学結晶のレーザ光を入射し、レーザ光を入
射した直後の出射される波長変換されたレーザ光の出力
パワーを求める。 レーザ光源からのレーザ光を入射していない状態で
の結晶の表面温度変えて上記,の測定を繰り返し、
各表面温度における出力パワーの変化を求める。ここ
で、前記図3に示した、非線形結晶の表面温度に対する
レーザの出力パワーの変化を示す図において、ある位相
整合角における最大の出力パワーが得られるときの表面
温度(図3においては、55.0°C)を「最大の出力
パワーが得られる表面温度」と定義し、また、上記のよ
うにして求めた非線形光学結晶の内部温度とレーザの出
力パワーの関係において、上記位相整合角における最大
の出力パワーが得られるときの内部温度(図4の場合は
55.7°C)を「最大の出力パワーが得られる内部温
度」と定義する。
5°Cに制御している場合は、出力が例えば4.2Wか
ら5.5Wに上昇して安定するのであるから、結晶の内
部温度はレーザ光の出力によって0.7°C上昇すると
考えられる。そこで、図4において、非線形光学結晶の
温度が0.7°C変化しても、レーザ光の出力パワーの
変動が10%以下(およそ出力パワーの変動幅が5〜
5.5W)になるような、非線形光学結晶の内部温度の
範囲を求めると、この場合、約55.4°C〜56.1
°Cとなる。したがって、非線形光学結晶にレーザ光を
入射していない時の結晶の温度を55.4°Cに設定し
ておけば、結晶の内部温度も55.4°Cになっている
ので、レーザ光出射開始時、約5Wのレーザ光が出力さ
れることになる。また、非線形光学結晶へのレーザ光の
入射が続くと、結晶の内部温度は上昇し、55.7°C
に達した時、レーザ光の出力パワーが最大の5.5Wに
なる。
に続くと、結晶の内部温度はさらに上昇し、例えば、約
56.1°Cになって安定する。この時の出力パワーは
約5Wになる。すなわち、図5(a)に示すように、レ
ーザ光を出射していないときの結晶の表面温度を55.
4°Cに設定しておくと、レーザ光出射開始後、結晶の
内部温度は同図の矢印に示すように上昇していき、これ
に伴い、レーザ光の出力パワーが増大していく。そし
て、結晶の内部温度が55.7°Cになると出力パワー
は最大となり、さらに結晶に内部温度が上昇すると出力
パワーは減少する。
5.4°C〜56.1°Cの場合には、出力パワーは同
図に示すAの範囲で変化することになる。これに対し、
レーザ光を出射していないときの結晶の表面温度を55
°Cに設定しておくと、結晶の内部温度変化が0.7°
Cの場合、結晶の内部温度は図5(b)のように変化す
る。すなわち、同図に示すように、レーザ光出射開始
後、結晶の内部温度は同図の矢印に示すように上昇して
いき、これに伴い、レーザ光の出力パワーが増大してい
く。結晶の内部温度が55.7°Cになったとき出力パ
ワーは最大となる。この場合には、出力パワーは同図に
示すBの範囲で変化することとなる。
波長変換素子の表面温度を、照射開始時の上記波長変換
素子の内部温度が出力パワーが最大になる内部温度〔図
5(a)のQ点〕より低く、かつ、照射終了時の上記波
長変換素子の内部温度が出力パワーが最大となる内部温
度〔上記Q点〕より高くなるような温度に保持すれば、
図5(b)の場合に比べ出力パワーの変動を小さくする
ことができる。すなわち、前記したように、図3におけ
る最大の出力パワーが得られる時の表面温度を「最大の
出力パワーが得られる表面温度」と定義し、また、図4
における最大の出力パワーが得られる時の内部の温度を
「最大の出力パワーが得られる内部温度」と定義する
と、非線形光学結晶の表面温度を、上記「最大の出力パ
ワーが得られる表面温度」(図5(a)のP点)と「最
大の出力パワーが得られる内部温度」(図5(a)のQ
点)との間に設定することにより、従来例に比べ、出力
パワーの変動を小さくすることができる。
内、最大でも15%以内であればよいから、上記非線形
光学結晶の表面温度を、照射開始時の上記波長変換素子
の内部温度が出力パワーが最大になる内部温度〔図5
(a)のQ点〕より低く、かつ、照射終了時の上記波長
変換素子の内部温度が出力パワーが最大となる内部温度
〔上記Q点〕より高くなるような温度であって、出力変
動が15%以内になるような値に設定すればよい。特
に、図5(a)に示すように、結晶の内部温度変化に対
する変換効率曲線の最大値Q点が、結晶の内部温度の変
化範囲の中点になるように、上記「最大の出力パワーが
得られる表面温度」を設定すれば、出力パワーの変動を
最も小さくすることができる。
Cに設定したときのレーザ光の出力パワーの変動を示す
図である。同図は、前記した図11において使用したレ
ーザ装置と同じレーザ装置を用いた場合を示している。
同図から明らかなように、レーザ出射開始照射直後の出
力パワーの変動が、前記図11に比べて小さく、変動の
幅は10%以下となっている。なお、図6では、レーザ
光出力を続けるにつれて、前記したように結晶の内部温
度が最適値よりもやや高くなるため、出力パワーがやや
減少している。しかし、その変動は10%以下である。
以上のように本実施例においては、非線形光学結晶の表
面温度を、該結晶の内部温度の変化に対して波長変換効
率の変動が少なくなる温度領域に保持するようにしたの
で、出力パワーの変動を従来例に比べて小さくすること
ができ、良好な加工を行うことが可能となる。なお、上
記では、非線形光学結晶としてLBO結晶を用いて3倍
波を発生する場合について説明したが、BBO結晶、C
LBO結晶等のその他の非線形光学結晶において2倍
波、4倍波、その他の和周波を発生させる場合にも本発
明を適用することが可能である。
る。本実施例は、レーザ光の出力パワーの変動をさらに
小さくするため、波長変換素子の表面温度を、出力パワ
ーが最大になる内部温度を保つように制御するようにし
たものである。図7は本発明の第2の実施例を示す図で
ある。前記図1に示したものと同様の構成を有してお
り、1aはNd:YAG,Nd:YLF等のレーザ媒
質、1bは全反射鏡、1cは透過鏡、1dはQ−SW、
1eは励起光源であり、1a〜1eでレーザ光源1を構
成しており、励起光源1eにより励起することにより、
透過鏡1cを介してレーザ光源1から基本波レーザ光
(レーザ媒質がNd:YLFの場合には、1047n
m)が放出される。また、Q−SWドライバ2により上
記Q−SWを制御することにより、レーザ光の放出/停
止を制御することができる。 3は非線形光学結晶を用
いた第1の波長変換素子であり、上記基本波レーザ光が
入射し、基本レーザ光とその2倍波とを出射する。
る温度調節ヒータ(温調ヒータという)、5は温調制御
器であり、温調制御器5には第1の波長変換素子3の表
面に取り付けた熱電対等の温度測定器の出力が入力さ
れ、前記図9で説明したように、温度調節ヒータ4を制
御して、設定された温度になるように第1の波長変換素
子3の温度を調節する。6は非線形光学結晶を用いた第
2の波長変換素子であり、第1の波長変換素子3が出射
する基本レーザ光とその2倍波が入射し、基本波レーザ
光と、基本波レーザ光の2倍波と3倍波を出射する。7
は、上記第2の波長変換素子6を加熱する温調ヒータ、
8は温調制御器であり、温調制御器7は、上記のように
温調ヒータ7を制御して、設定された温度になるように
第2の波長変換素子6の温度を調節する。9はレーザ制
御装置であり、上記励起光源1e,Q−SWドライバ2
を制御して、レーザ光源1からのレーザ光の放出を制御
するとともに、上記温調制御器5,6に温度指示信号を
出力する。
図を参照しながら本実施例の動作を前記LBO結晶の例
により説明する。なお、図8に付した(1) 〜(3) は以下
の括弧付き数字に対応している。 (1) 非線形光学結晶を用いた波長変換素子3,6にレー
ザ光が入射していないときは、非線形光学結晶の表面温
度を、その位相整合角の時、レーザ光の安定時の出力パ
ワーが最大になる結晶の内部温度(前記LBO結晶の場
合は、55.7°C)に制御する。具体的には、レーザ
制御装置9から温調制御器5,8へ上昇を指示する制御
信号(図8においてで示す)を発振する。これにより
結晶の表面温度(図8においてで示す)が上昇してさ
らに結晶の内部温度(図8においてで示す)も上昇す
る。 (2) 波長変換素子3,6にレーザ光が入射されると、レ
ーザ制御装置9は温調制御器5,8に対して温度下降信
号を出力し、内部温度の上昇に合わせて結晶(表面) の
温度を、レーザ光出力が最大になって安定する表面温度
に下降させる(前記LBO結晶の場合は、55°Cに向
かって下降させる)。ここで、レーザ光照射中の結晶表
面温度を下げる割合は、入力されるレーザ光のパワー
や、レーザ光が結晶に入射している時間等で決める。レ
ーザ光のパワーや、レーザ光が結晶に入射している時間
は、被加工物であるワークの種類や、加工の条件によっ
て、あらかじめ求めることができる。したがって、それ
ら値をレーザ制御装置9に設定し、演算によって結晶表
面温度を下げる割合を求めるようにしておけばよい。レ
ーザ制御装置9は、それに応じた時間幅の下降信号を出
力する。
ザ光が入射が停止すると、レーザ制御装置9は温調制御
器5,8に対して温度上昇信号を出力し、内部温度の下
降に合わせて結晶(表面) 温度を、レーザ光出力が最大
になって安定する表面温度にまで上昇させる(前記LB
O結晶の場合は、55.7°Cに向かって上昇させ
る)。すなわち、レーザ制御装置9は、上記したように
求めた結晶表面温度を上げる割合に応じた時間幅の上昇
信号を出力する。以下、上記(2)(3)制御をレーザ光の出
射/出射停止に応じて繰り返し、結晶の温度を制御す
る。上記のように制御することにより、波長変換素子の
の内部温度を、常にレーザ光の安定時の出力パワーが最
大になる結晶の内部温度(前記LBO結晶の場合は、5
5.7°C)とすることができ、レーザ光の出力パワー
を最大で、安定した状態で保つことができる。以上のよ
うに本実施例においては、非線形光学結晶の表面温度を
制御し、該結晶の内部温度が波長変換効率が最大となる
温度を保持するようにしたので、出力パワーの変動を従
来例に比べて小さくすることができ、良好な加工を行う
ことが可能となる。
以下の効果を得ることができる。 (1)非線形光学結晶を用いた波長変換素子により、波
長変換を行なったレーザ光を、被加工物に照射して加工
を行なう加工用レーザ装置において、波長変換素子の表
面温度を、照射開始時の上記波長変換素子の内部温度が
出力パワーが最大になる内部温度より低く、かつ、照射
終了時の上記波長変換素子の内部温度が出力パワーが最
大となる内部温度より高くなるような温度に保持するよ
うにしたので、加工用レーザ装置から出力されるレーザ
パワーの変動を小さくすることができる。このため、例
えば多層プリント板のビアホール加工において、段取り
換え等でレーザ光の出力を停止したあと、レーザ光の出
力を再開する時、レーザ光出力開始後の出力パワーの変
動を小さくすることができ、加工不良等が発生するのを
回避することができる。 (2)非線形光学結晶を用いた波長変換素子により、波
長変換を行なったレーザ光を、被加工物に照射して加工
を行なう加工用レーザ装置において、非線形光学結晶に
レーザ光が入射されていない時は、非線形光学結晶の表
面温度を最大の出力レーザパワーが得られる時の表面温
度よりも、高い温度に制御し、また、非線形光学結晶に
レーザ光が入射されている時は、非線形光学結晶の表面
温度を、最大の出力レーザパワーが得られる時の表面温
度になるように制御することにより、非線形光学結晶の
レーザ光が照射されている部分の温度を、常にレーザ光
の出力パワーが最大になる温度に制御することができ
る。このため、レーザ出力直後の出力パワーの変動を、
非常に小さくすることができ、多層プリント板のビアホ
ール加工等において、加工不良等が発生するのを回避す
ることができる。
る。
力パワーを示す図である。
力パワーを示す図である。
図である。
たときのレーザ光の出力パワーの変動を示す図である。
る。
図である。
化を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 非線形光学結晶を用いた波長変換素子に
よりレーザ光の波長変換を行なって、波長変換光を被照
射物に間欠的に照射して、被照射物の孔あけ、マーキン
グ等の除去作業を行う加工用レーザ装置であって、 上記加工用レーザ装置は、上記波長変換素子の温度を制
御する制御手段を備え、 上記制御手段により上記波長変換素子の表面温度を、照
射開始時の上記波長変換素子の内部温度が出力パワーが
最大になる内部温度より低く、かつ、照射終了時の上記
波長変換素子の内部温度が出力パワーが最大となる内部
温度より高くなるような温度に保持することを特徴とす
る加工用レーザ装置。 - 【請求項2】 非線形光学結晶を用いた波長変換素子に
よりレーザ光の波長変換を行なって、波長変換光を被照
射物に間欠的に照射して、被照射物の孔あけ、マーキン
グ等の除去作業を行う加工用レーザ装置であって、 上記波長変換素子の温度を制御する制御手段を備え、該
制御手段により、上記波長変換素子の表面温度を、出力
パワーが最大になる内部温度を保つように、制御するこ
とを特徴とする加工用レーザ装置。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006528071A (ja) * | 2003-07-22 | 2006-12-14 | カール ツァイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト | 広スペクトル帯域幅を有するレーザ・パルスを用いた材料の加工方法、および該方法を実行するための装置 |
JP2009042600A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Seiko Epson Corp | 光源装置、照明装置、モニタ装置、画像表示装置、及び光源装置の制御方法 |
JP2009194371A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-08-27 | Panasonic Corp | 波長変換レーザ光源、これを備えた2次元画像表示装置およびレーザ光源装置 |
US7593438B2 (en) | 2006-11-30 | 2009-09-22 | Seiko Epson Corporation | Driving method for laser light source device, laser light source device, image display device, monitor device, and illumination device |
US7955264B2 (en) | 2004-07-07 | 2011-06-07 | General Electric Company | System and method for providing communication between ultrasound scanners |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107317217B (zh) * | 2016-04-26 | 2019-12-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种基于ⅱ类非临界相位匹配的共振增强腔倍频装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04318528A (ja) * | 1991-04-17 | 1992-11-10 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光波長変換装置 |
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JPH1020351A (ja) * | 1996-07-01 | 1998-01-23 | Sony Corp | レーザ光源装置および当該装置の制御方法 |
JP3968868B2 (ja) * | 1998-04-27 | 2007-08-29 | 株式会社島津製作所 | 固体レーザ装置 |
-
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006528071A (ja) * | 2003-07-22 | 2006-12-14 | カール ツァイス メディテック アクチエンゲゼルシャフト | 広スペクトル帯域幅を有するレーザ・パルスを用いた材料の加工方法、および該方法を実行するための装置 |
US7955264B2 (en) | 2004-07-07 | 2011-06-07 | General Electric Company | System and method for providing communication between ultrasound scanners |
US7593438B2 (en) | 2006-11-30 | 2009-09-22 | Seiko Epson Corporation | Driving method for laser light source device, laser light source device, image display device, monitor device, and illumination device |
JP2009042600A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Seiko Epson Corp | 光源装置、照明装置、モニタ装置、画像表示装置、及び光源装置の制御方法 |
JP2009194371A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-08-27 | Panasonic Corp | 波長変換レーザ光源、これを備えた2次元画像表示装置およびレーザ光源装置 |
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