JP2005051068A

JP2005051068A - Laser device and laser processing device

Info

Publication number: JP2005051068A
Application number: JP2003281949A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sakurai; 努櫻井; Kanji Nishii; 完治西井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: JP4383793B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an end-surface exciting laser device which is capable of using lasers properly according to its use. <P>SOLUTION: An LD direct head 8 which makes light emitted from an optical fiber 1 parallel is arranged as a first stage, an LD exciting head 9 which end-surface excites a laser beam emitted from the LD direct head 8 is provided as a second stage, and a wavelength changing head 10 which changes the wavelength of the laser beam emitted from the LD exciting head 9 is arranged as a third stage. The above three unit heads 8, 9, and 10 are joined together in a detachable manner like a rocket, and furthermore an output head 11 which is equipped with an output mirror 30 and outputs exciting laser rays is provided as a fourth stage. Moreover, a piping connector 12 is joined to the LD direct head 8, a piping connector 24 is provided to the wavelength changing head 10, water passages 18, 21, and 23 extending from the end surface of the laser excitation medium 20 to the sides of a laser crystal via the side of the laser excitation medium 20 are provided inside a main body, the piping connectors 12 and 24 are connected, and cooling water is made to pass through the water passages 18, 21, and 23 to dissipate heat released inside. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、従来のランプ励起に代わって、高出力半導体レーザ（以下ＬＤまたはレーザと省略）を用いてＬＤダイレクト加工や、高効率・高出力のＬＰ励起、波長変換、短パルス変換を共通・共用化してシステマチックに構成するレーザ装置およびレーザ加工装置に関するものである。 In the present invention, instead of the conventional lamp excitation, a high-power semiconductor laser (hereinafter abbreviated as LD or laser) is used for LD direct processing, high-efficiency and high-power LP excitation, wavelength conversion, and short pulse conversion. The present invention relates to a laser apparatus and a laser processing apparatus that are shared and systematically configured.

図３は一般的な従来レーザ装置の外観を示す斜視図であり、５０は光ファイバ、５１はＹＡＧレーザ発生装置、５２はレーザ共振器を示し、ＹＡＧレーザ発生装置５１とレーザ共振器５２とは、光ファイバ５０によって光学的に接続されており、ＹＡＧレーザ発生装置５１において発生した励起レーザは光ファイバ５０を介してレーザ共振器５２から出力される。 FIG. 3 is a perspective view showing an external appearance of a general conventional laser device, in which 50 is an optical fiber, 51 is a YAG laser generator, 52 is a laser resonator, and the YAG laser generator 51 and the laser resonator 52 are The pump laser generated in the YAG laser generator 51 is output from the laser resonator 52 via the optical fiber 50.

ところで、数十Ｗ以上のパワーのあるレーザは、たとえ励起レーザとなっても、レーザ媒体および結晶熱冷却を行うために装置が必要となるため大掛かりな装置となり、小型化を図るにしても、励起後光ファイバを使用する程度しかなく、牛やタンスのように大きなレーザ装置が、子牛や小タンスになったぐらいのサイズメリットしかなかった。 By the way, even if a laser having a power of several tens of watts or more is an excitation laser, a laser medium and a device for performing thermal cooling of the crystal are required, so that it becomes a large-scale device, and even if a reduction in size is achieved, There was only the use of an optical fiber after pumping, and a large laser device such as a cow or chiffon had only a merit of size that became a calf or a small chiffon.

そこで、本発明者は、従来、特許文献１に記載されている水中発振を提案し、高出力・高安定な端面励起型レーザ装置を実現した。 Therefore, the present inventor has conventionally proposed the underwater oscillation described in Patent Document 1 and realized a high-power and high-stable edge-pumped laser device.

図４は従来の端面励起型レーザ装置の内部構成を示す説明図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図である。 4A and 4B are explanatory views showing an internal configuration of a conventional end face pump type laser device, in which FIG. 4A is a top view and FIG. 4B is a side view.

ＬＤスタック６１は波長８０８ｎｍ、定格５０Ｗ、１ｃｍ×１ミクロンの発光面を有する複数のＬＤバー６２とＦＡＳＴレンズ６３を積層して構成され、同一光軸方向にラインコリメートされている。ＬＤスタック６１から出射される複数のラインコリメート光６４をダウンコリメータ６５により、ビームサイズを小さくし、前記ＬＤバー６２の配列方向と垂直な尾根を有するシリンドリカルレンズ６６と、シリンドリカルレンズ６６を通過して得られる長方形ＬＤ光６７を、透明ウインドウ６８を介してＹＡＧロッド６９端面に照射する。 The LD stack 61 is configured by laminating a plurality of LD bars 62 and FAST lenses 63 each having a light emitting surface with a wavelength of 808 nm, a rating of 50 W, and 1 cm × 1 micron, and is line-collimated in the same optical axis direction. A plurality of line collimated light beams 64 emitted from the LD stack 61 are reduced in beam size by a down collimator 65, and pass through a cylindrical lens 66 having a ridge perpendicular to the arrangement direction of the LD bars 62, and the cylindrical lens 66. The obtained rectangular LD light 67 is applied to the end surface of the YAG rod 69 through the transparent window 68.

ＹＡＧロッド６９のＬＤ励起部は水没しており、配管コネクタ７０よりジェット水流７１をＹＡＧロッド６９のＬＤ励起部に照射し、高効率の水冷をしている。 The LD excitation part of the YAG rod 69 is submerged, and a jet water flow 71 is irradiated to the LD excitation part of the YAG rod 69 from the pipe connector 70 to perform highly efficient water cooling.

ＹＡＧロッド６９のＬＤ励起部端面には、レーザ発振波長１０６４ｎｍのワイドレンジ全反射コートと８０８ｎｍのワイドレンジＡＲ（ANTI-REFLECTION：反射防止）コートがイオンアシスト法により複合コートされており、緻密かつ堅固で、水による波長シフトや、コート膜の劣化を極めて小さくしている。 The end face of the LD excitation part of the YAG rod 69 is combined with a wide-range total reflection coating with a laser oscillation wavelength of 1064 nm and a wide-range AR (ANTI-REFLECTION) coating with 808 nm by an ion assist method, which is dense and solid. Therefore, the wavelength shift due to water and the deterioration of the coating film are made extremely small.

またＹＡＧロッド６９の側面は側面研磨を施し、端面から入射したＬＤ光を側面研磨面の全反射作用を利用して完全に閉じ込めることにより、ＬＤ励起効率をあげている。ＹＡＧロッド６９は、外周が４５度テーパで、内周がＹＡＧロッド６９の外周と同曲率な硬質材料であるアルミからなる２つ割りして台形円錐体７２を、回転リングネジ７３で締め付けており、ジェット水流をＬＤ照射部にあてても、ふらつかないことにより、短時間変動の小さい安定したレーザ発振を実現している。 Further, the side surface of the YAG rod 69 is subjected to side surface polishing, and the LD light incident from the end surface is completely confined using the total reflection action of the side surface polished surface, thereby increasing the LD excitation efficiency. The YAG rod 69 has an outer periphery tapered by 45 degrees, and an inner periphery is divided into two parts made of aluminum which is a hard material having the same curvature as the outer periphery of the YAG rod 69, and a trapezoidal cone 72 is fastened with a rotating ring screw 73. Even if the jet water flow is applied to the LD irradiation part, stable laser oscillation with small fluctuations is realized by not wobbling.

なお、ＹＡＧロッド６９はステンレスの円筒７４内に配置し、円筒７４の端面７５は垂直に研磨されており、光軸センタ７６を中心に２分配された位置の研磨面にタップ穴７７が設けられている。 The YAG rod 69 is disposed in a stainless steel cylinder 74, and the end face 75 of the cylinder 74 is vertically polished, and a tapped hole 77 is provided on the polishing surface at a position divided into two around the optical axis center 76. ing.

出力ミラー８０の保持体７８は、光軸センタ７６を中心に４分配された位置で、おのおの対照にボールプランジャ７９と、六角穴付ボルト８２を配置し、出力ミラー８０とＹＡＧロッド６９の全反射コート面８３を平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように六角穴付ボルト８２とボールプランジャ７９の締め付け力を調整する。その後、初期クリープがおさまるまで数日間放置し、再度クリープによる出力低下を微調整後、再び１日放置し、初期クリープがおさまった後、完成品とすることにより、時間経過による出力変動を減らしている。 The holding body 78 of the output mirror 80 is divided into four parts with the optical axis center 76 as the center, and a ball plunger 79 and a hexagon socket head bolt 82 are arranged for the respective contrasts, and the output mirror 80 and the YAG rod 69 are totally reflected. After aligning the coat surface 83 in parallel, the tightening force of the hexagon socket head bolt 82 and the ball plunger 79 is adjusted so that the laser output power becomes maximum. After that, let it stand for several days until the initial creep has subsided. After finely adjusting the decrease in output due to creep again, let it stand again for one day, and after the initial creep has subsided, reduce the output fluctuation over time by making it a finished product. Yes.

なお、出力ミラー８０の出力コート面は曲率が１ｍから５ｍ程度の凹面の方がレーザ発振効率もあがり、またアライメント機構のクリープによる影響を受けにくく好適である。 Note that a concave surface with a curvature of about 1 m to 5 m is preferable for the output coated surface of the output mirror 80, and the laser oscillation efficiency is improved, and it is less susceptible to the effects of creep of the alignment mechanism.

さらに、保持体７８における出力ミラー８０の光軸センタ上にアクロマ集光レンズ８１を配置して、レーザ溶接用に一般的に用いられる出射鏡筒形状にした後、ＬＤスタック６１も搭載して、ファイバレスな高集光溶接器を実現している。 Further, an achromatic condenser lens 81 is disposed on the optical axis center of the output mirror 80 in the holding body 78 to form an emission lens barrel generally used for laser welding, and then an LD stack 61 is also mounted. A fiberless high-concentration welder has been realized.

ところで、レーザは切断用，接合用，調整用と種々な用途があるが、対象となるワークの吸収波長や、材質によりレーザのパワー、波長、照射時間等多くのパラメータに対し、レーザを使い分ける必要があった。これらの使い分けが出来ない装置であれば、高価なレーザ加工装置を購入しても、加工条件やワーク材料、形状が変われば装置が使えなくなったり、さらに、生産が終われば有休資産にしたり廃棄するなど、結果として、ロスが大きくなるおそれがあった。 By the way, there are various uses of lasers for cutting, joining, and adjustment, but it is necessary to use different lasers for many parameters such as the laser's absorption wavelength, the laser power, wavelength, irradiation time, etc. depending on the material. was there. If you can't use them properly, even if you purchase expensive laser processing equipment, the equipment will become unusable if the processing conditions, work material, and shape change, and if production ends, it will be used as a holiday asset or discarded. As a result, there is a risk that the loss increases.

このように、近年、用途に応じてレーザを使い分けるとともに、特に、卓上レーザ加工の実験から生産ができ、さらに、即座にＬＤダイレクトからＬＤ励起加工、グリーン・紫外レーザ加工、ミリ、マイクロ、ナノ、ピコ秒照射時間切り替えが可能なヘッド交換器共通プラットフォームが望まれている。
特開２００３−２３１９６号公報 In this way, in recent years, lasers can be used properly according to the application, and in particular, it can be produced from experiments on tabletop laser processing. Furthermore, LD direct to LD excitation processing, green / ultraviolet laser processing, millimeter, micro, nano, There is a need for a common head exchanger platform that can switch picosecond irradiation times.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-23196

ところで、用途に応じてレーザを使い分けるように構成する場合には、次の３つの点が問題となる。 By the way, when it is configured to use the laser properly according to the application, the following three points become problems.

１つは小型のレーザアライメント機構の超小型とクリープの影響を受けないアライント機構の安定化である。この問題に対して本発明者は、特許文献１に記載されている水超小型、高精度なレーザミラーアライメント機構を考案しており、サイズが従来より１桁以上小型にすることができた。しかし、この機構はネジの微妙な締め付けのサジ加減が必要なため、熟練者でないとできない問題があった。特に、レーザの波長を切り換えるごとに調整の必要が生ずるため、容易かつ簡単な調整機構が望まれる。 One is the miniaturization of the small laser alignment mechanism and the stabilization of the alignment mechanism that is not affected by creep. In order to solve this problem, the present inventor has devised a water ultra-compact and high-precision laser mirror alignment mechanism described in Patent Document 1, and the size can be reduced by one digit or more than the conventional one. However, this mechanism requires a delicate screw tightening, and has a problem that can only be accomplished by a skilled person. In particular, since adjustment is required each time the laser wavelength is switched, an easy and simple adjustment mechanism is desired.

２つ目は熱の問題である。この問題に対しても、特許文献１に記載されている水没による水中発振方式により、サイズが従来より１桁以上小型にすることができた。しかし、従来の水没型端面励起型ＬＤ励起レーザ装置は、ＹＡＧロッド端面全てを均質にＬＤ励起レーザ光を照射するものでなかったため、破壊閾値を大きくすること困難であった。また、端面励起にて破壊閾値と効率を上げるには、平行なＬＤレーザビームが必要であるが、従来における集光レンズのビームウエストを利用するような場合には、ＬＤビームが平行な距離が短くて効率が理論最大限までとれず、またＹＡＧ等のレーザ媒体均質な温度上昇が困難であった。 The second is a heat problem. Against this problem, the size can be reduced by an order of magnitude or more compared to the conventional size by the underwater oscillation method based on submersion described in Patent Document 1. However, since the conventional submerged end face pumped LD pump laser apparatus does not uniformly irradiate the LD pump laser light on the entire end face of the YAG rod, it is difficult to increase the breakdown threshold. In addition, a parallel LD laser beam is required to increase the destruction threshold and efficiency by end face excitation. However, when the beam waist of a conventional condensing lens is used, the parallel distance of the LD beam is increased. It was short and the efficiency could not be maximized, and it was difficult to raise the temperature uniformly for a laser medium such as YAG.

また、特許文献１におけるレーザ媒体の冷却方式は高速ジェット水流が励起端面を狙うものではなかったため、更なる高出力化が困難であった。 Moreover, since the cooling method of the laser medium in Patent Document 1 does not aim at the excitation end face by the high-speed jet water flow, it is difficult to further increase the output.

３つ目はレーザ媒体や関連結晶さらに光学部品に設けたコートの水に対する耐久性劣化の問題である。通常、レーザ媒体はリアの反射鏡にＨＡＲＤＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮすなわちＨＲコートと呼ばれる多層膜コートや、出力ミラーに部分通過ミラーコート、さらに共振器内に配置されているレーザ媒体にはＡＮＴＩ−ＲＥＦＬＥＣＴＩＯＮすなわち反射防止コートがされているが、これらの従来のレーザコートでは、数ヶ月しか水没状態での耐久性はなく、水没どころか、湿度の高い状態での使用も不可である。 The third is a problem of deterioration of durability of the coating provided on the laser medium, the related crystal, and the optical component with respect to water. Usually, the laser medium is a multilayer coating called HARD REFLECTION or HR coat on the rear reflecting mirror, the partial pass mirror coat on the output mirror, and the anti-reflection coating on the laser medium arranged in the resonator. However, these conventional laser coats have durability in a submerged state for only a few months, and cannot be used in a high humidity state.

本発明は、上記従来のような問題点をすべて解決するばかりでなく、卓上レーザ工作機、すなわち、卓上レーザ旋盤を始め、卓上レーザフライス、ドリルＭＬＦすなわち、ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧＬＡＢＯＦＡＣＴＯＲＹ標準レーザプラットフォームとして、共通、共用可能な、さらに高出力な小型出射鏡筒型ＬＤ励起のレーザ装置およびレーザ加工装置を提供するものである。 The present invention not only solves all the above-mentioned conventional problems, but also as a tabletop laser machine tool, that is, a tabletop laser lathe, a tabletop laser milling machine, a drill MLF, that is, a MANUFACTURING LABO FACTORY standard laser platform, The present invention provides a laser device and a laser processing device that can be shared and have a high output and a small output lens barrel type LD excitation.

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、光ファイバによってレーザ電源と接続され、前記光ファイバから出射されたレーザ光を平行光にする光学部材を有するレーザ導入部と、このレーザ導入部から出射されたレーザ光を励起させるレーザ励起媒体を有するレーザ励起部と、レーザ光から励起レーザ光を透過させる出力ミラーを有するレーザ出力部と、液体の冷却媒体を導入する冷却媒体導入部と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出部と、装置本体内に前記冷却媒体導入部と前記冷却媒体排出部とを連結する冷却媒体通路とを有するレーザ装置において、前記レーザ励起部からのレーザ光の波長を変換して出力するレーザ結晶を有し、かつ前記レーザ励起部と前記レーザ励起部との間に着脱可能な波長変換部を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a laser introduction unit including an optical member connected to a laser power source by an optical fiber and configured to convert the laser beam emitted from the optical fiber into parallel light, and the laser introduction. A laser excitation unit having a laser excitation medium that excites laser light emitted from the unit, a laser output unit having an output mirror that transmits the excitation laser light from the laser light, and a cooling medium introduction unit that introduces a liquid cooling medium In the laser apparatus having a cooling medium discharge unit for discharging the cooling medium, and a cooling medium passage connecting the cooling medium introduction unit and the cooling medium discharge unit in the apparatus main body, the laser beam from the laser excitation unit It has a laser crystal that converts a wavelength and outputs it, and a detachable wavelength conversion unit is provided between the laser excitation unit and the laser excitation unit. That.

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記ＬＤ導入部、前記ＬＤ励起部および前記波長変換部をそれぞれユニット体とし、各ユニット体を多段ロケット状に着脱可能に連結し、連結した際に、前記光学部材、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶が前記光ファイバの光軸上に配置されることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein each of the LD introduction part, the LD excitation part, and the wavelength conversion part is a unit body, and each unit body is detachably connected in a multistage rocket shape, When connected, the optical member, the laser excitation medium, and the laser crystal are arranged on the optical axis of the optical fiber.

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、基本波にてＬＤ励起を行う場合は、前記波長変換部の代わりに前記ＬＤ出力部を前記ＬＤ励起部に直接取り付けたことを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 2, when LD excitation is performed with a fundamental wave, the LD output unit is directly attached to the LD excitation unit instead of the wavelength conversion unit. And

請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明において、高調波出力のＬＤ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記ＬＤ励起部を取り付け、前記レーザ結晶として非線形結晶を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 2, wherein when performing LD excitation of harmonic output, the LD converter is attached to the wavelength converter, and a nonlinear crystal is used as the laser crystal. It is built in.

請求項５に係る発明は、請求項２項に係る発明において、短パルス出力のＬＤ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記ＬＤ励起部を取り付け、前記レーザ結晶としてＱ素子を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 2, wherein when performing LD excitation of short pulse output, the LD converter is attached to the wavelength converter, and a Q element is used as the laser crystal for wavelength conversion. It is built in the part.

請求項６に係る発明は、請求項３，４または５に係る発明において、前記出力部の出力ミラー保持体における光軸センタを中心に４分配された位置で、かつ一方の対角線上の２つの位置においておのおの対象に前記出力部の取付先に螺合する押しネジを設け、他方の対角線上における一方の位置にばねを介して先端が球状のボールプランジャを設け、他方の位置にプッシュ・プルの球面細目ネジを設け、前記出力ミラーと前記レーザ励起媒体の端面を平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように各押しネジとボールプランジャを回転させて、前記ＬＤ出力部を調整することを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to claim 3, 4 or 5, wherein the output part of the output mirror holding body of the output unit is divided into four positions centered on the optical axis center and on two diagonal lines. At each position, a push screw that is screwed to the attachment destination of the output portion is provided for each target, a ball plunger having a spherical tip is provided via a spring at one position on the other diagonal line, and a push-pull is provided at the other position. A spherical fine screw is provided, and after aligning the output mirror and the end face of the laser excitation medium in parallel, each push screw and ball plunger are rotated so as to maximize the laser output power, thereby adjusting the LD output unit. It is characterized by.

請求項７に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、前記冷却媒体通路内に前記レーザ励起媒体を配置し、前記光学部材に対向する前記レーザ励起媒体の端面を冷却媒体の流れに対して略直角方向に対向させたことを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the laser excitation medium is disposed in the cooling medium passage, and an end face of the laser excitation medium facing the optical member is used as a flow of the cooling medium. It is characterized by facing in a substantially perpendicular direction.

請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明において、前記冷却媒体導入部を前記ＬＤ導入部に設け、前記冷却媒体排出部を前記波長変換部に設け、前記冷却媒体通路を通過する冷却媒体により、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶の側面部を直接冷却させることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the cooling medium introduction part is provided in the LD introduction part, the cooling medium discharge part is provided in the wavelength conversion part, and the cooling medium passage is passed. The laser excitation medium and the side surface of the laser crystal are directly cooled by a medium.

請求項９に係る発明は、請求項７または８に係る発明において、前記冷却媒体通路における前記ＬＤ導入部と前記波長変換部との連結部分をノズル状に形成し、前記レーザ励起媒体の端面に対してジェット噴流を放射することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to claim 7 or 8, wherein a connection portion between the LD introduction part and the wavelength conversion part in the cooling medium passage is formed in a nozzle shape, and is formed on an end face of the laser excitation medium. On the other hand, a jet jet is radiated.

請求項１０に係る発明は、請求項１〜９のいずれか１項に係る発明において、冷却媒体を、純度が１〜１０マイクロジーメンスに低下させた不活性純水としたことを特徴とする。 The invention according to claim 10 is the invention according to any one of claims 1 to 9, wherein the cooling medium is inert pure water having a purity reduced to 1 to 10 microsiemens.

請求項１１に係る発明は、請求項１０に係る発明において、前記レーザ励起媒体における前記光学部材に対向する端面に、水と反応しにくい水中の発振波長にて全反射するＨＲコートをイオンアシスト法によって膜付けしたことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to the tenth aspect, an ion-assisted HR coating that totally reflects at an oscillation wavelength in water that hardly reacts with water is formed on an end surface of the laser excitation medium that faces the optical member. It is characterized by having been filmed.

請求項１２に係る発明は、請求項７〜１１のいずれか１項に係る発明において、前記ＬＤ励起部と前記波長変換部との連結部分において、冷却媒体を装置内部に供給した場合に、前記レーザ励起媒体の前記波長変換部側の端面と、前記レーザ結晶の前記ＬＤ励起部側の端面との間に冷却媒体による層を形成させることを特徴とする。 The invention according to claim 12 is the invention according to any one of claims 7 to 11, wherein the cooling medium is supplied to the inside of the apparatus at the connection portion between the LD excitation unit and the wavelength conversion unit. A layer made of a cooling medium is formed between an end face of the laser excitation medium on the wavelength conversion section side and an end face of the laser crystal on the LD excitation section side.

請求項１３に係る発明は、請求項７〜１２に係る発明において、前記レーザ励起媒体または前記レーザ結晶自体における励起レーザ光が通過する面に、耐水の水中内ＡＲコートを施したことを特徴とする。 The invention according to claim 13 is characterized in that, in the invention according to claims 7 to 12, an AR coat in water-resistant underwater is applied to a surface through which excitation laser light in the laser excitation medium or the laser crystal itself passes. To do.

請求項１４に係る発明は、請求項１〜１３に係る発明において、前記光ファイバからの出射光を、前記光ファイバ径の２倍以下のビームサイズのコリメート光に変換する手段を有し、このコリメート光をホモジナイザを介して均質ビームにすることを特徴とする。 The invention according to a fourteenth aspect is the invention according to the first to thirteenth aspects, further comprising means for converting the light emitted from the optical fiber into collimated light having a beam size of twice or less the diameter of the optical fiber. The collimated light is converted into a homogeneous beam through a homogenizer.

請求項１５に係る発明は、請求項１〜１４のいずれか１項係る発明において、レーザ励起媒体またはレーザ結晶の端面に、予めサブミクロン以下の亜鉛メッキ処理によって光の波長より小さな凹凸を形成してなることを特徴とする。 The invention according to claim 15 is the invention according to any one of claims 1 to 14, wherein unevenness smaller than the wavelength of light is formed in advance on the end face of the laser excitation medium or laser crystal by galvanization of submicron or less. It is characterized by.

請求項１６に係る発明は、標準サイズ化された筐体を上、下２段の空間に区切り、下段には光ファイバにてレーザ出力されるファイバＬＤレーザと、ＬＤ駆動装置と、液体冷却媒体の冷却機とを収納し、上段と下段との仕切りとしてベースを設け、このベースの上に、請求項１〜１５のいずれか１項記載のレーザ装置と、このレーザ装置を用いてレーザ加工される被加工物と前記レーザ装置とを相対位置移動させる可動ステージとを配置し、前記光ファイバおよび前記冷却機の配管を前記レーザ装置に接続してなることを特徴とする。 According to the sixteenth aspect of the present invention, a standard-sized casing is divided into two upper and lower spaces, and a fiber LD laser that outputs laser light using an optical fiber at the lower stage, an LD driving device, and a liquid cooling medium And a laser device according to any one of claims 1 to 15, and laser processing using the laser device. The laser device is provided with a base as a partition between an upper stage and a lower stage. And a movable stage for moving the relative position between the workpiece and the laser device, and the optical fiber and the piping of the cooler are connected to the laser device.

このように構成したことにより、用途に合わせて波長変換部を選択し、装置本体に装着することにより、用途に合う励起レーザを簡単に得ることが可能になる。 With this configuration, it is possible to easily obtain an excitation laser suitable for the application by selecting the wavelength conversion unit according to the application and mounting the wavelength converter on the apparatus main body.

また、この場合における問題点として３点ほど上述したが、これら３つの問題に対しては、下記の３つ解決策が主なポイントである。 In addition, although three points have been described as problems in this case, the following three solutions are the main points for these three problems.

１つ目の超小型レーザアライメント機構については、プッシュ・プルの球面細目ネジと、ボールプランジャを用いることにより、超小型でクリープなく、簡単調整で安定する。さらに小型シンプルであるため、他のレーザ結晶の位相整合等のアライメントにも活用できる。 As for the first ultra-small laser alignment mechanism, it is ultra-compact and does not creep and is stabilized by simple adjustment by using a push-pull spherical fine screw and a ball plunger. Furthermore, since it is small and simple, it can also be used for alignment such as phase matching of other laser crystals.

２つ目の熱の問題に対しては、複数のＬＤ励起照射位置集中ジェットによる、更なる冷却効率改善によるパワーＵＰを実現するとともに、この排水を他のレーザ結晶の側面冷却に用いて全体の冷却能力ＵＰにより、更なる超小型パワーＵＰを実現している。 For the second thermal problem, a plurality of LD excitation irradiation focused lasers can be used to increase the power by further improving cooling efficiency, and this drainage can be used for side cooling of other laser crystals. The ultra-compact power UP is realized by the cooling capacity UP.

３つ目のコート剥離の問題については、通常のレーザコートの上に、イオンアシストやイオンクラスター等でさらに緻密な膜を形成してレーザコートの耐久性を向上させる他、さらに、レーザ膜＋耐水性保護膜コートのハイブリットや、逆にＡＲコートをなくして水没またはオイルによるＡＲレスオプチカルコンタクトによる反射率低下を積極的に活用して解決している。
As for the third problem of coat peeling, in addition to improving the durability of laser coating by forming a denser film with ion assist or ion cluster on the normal laser coating, laser film + water resistance This has been solved by actively utilizing the hybrid of the protective protective film coating, and conversely, the AR coating is eliminated, and the decrease in reflectance due to the AR-less optical contact due to submersion or oil is actively utilized.

以上、説明したように構成された本発明によれば、波長変換部をレーザ装置本体に対して着脱可能に構成したことにより、用途に応じて必要なレーザを得ることが可能になる。 As described above, according to the present invention configured as described above, since the wavelength conversion unit is configured to be detachable from the laser device main body, it is possible to obtain a laser necessary for the application.

また、プッシュ・プルの球面細目ネジと、ボールプランジャを用いることにより、出力部の取付先に対してボールプランジャのばねによる加圧力以外は作用しないために、クリープの発生を防止しするとともに、簡単な調整でかつ安定したアライメントが実現する。さらに小型シンプルであるため、他のレーザ結晶の位相整合等のアライメントにも活用できる。 In addition, by using a push-pull spherical fine screw and a ball plunger, there is no action other than the pressure applied by the spring of the ball plunger against the attachment point of the output part. Adjustment and stable alignment are achieved. Furthermore, since it is small and simple, it can also be used for alignment such as phase matching of other laser crystals.

また、複数のＬＤ励起照射位置に冷却媒体を当てることにより、さらなる冷却効率の改善が可能となり、その結果、レーザの出力パワーをＵＰさせることを実現するとともに、この冷却媒体を他のレーザ結晶の側面冷却に用いて全体の冷却能力ＵＰにより、更さらなる超小型を実現可能になる。 Further, by applying a cooling medium to a plurality of LD excitation irradiation positions, it becomes possible to further improve the cooling efficiency. As a result, it is possible to increase the output power of the laser and to apply this cooling medium to other laser crystals. By using the side cooling to increase the overall cooling capacity, it is possible to realize even smaller size.

また、レーザ膜＋耐水性保護膜コートのハイブリッドと、ＡＲレスオプチカルコンタクトとにより、コート耐久性向上させることが可能になり、数年以上の実用耐久性を得ることが可能になる。 In addition, the durability of the coating can be improved by the hybrid of the laser film + waterproof protective film coating and the AR-less optical contact, and practical durability of several years or more can be obtained.

本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本実施形態の装置を備えたレーザ加工装置の構成を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a laser processing apparatus provided with the apparatus of the present embodiment.

まず、レーザ加工装置について説明する。図２に示すように、標準サイズ化されたチラー内蔵筐体４は上下２段の空間に区切られており、この上下の区切り間が光ファイバ１によって繋がれている。下段には、光ファイバ１にレーザ出力するＬＤ光源を内蔵したＬＤ電源２、各種の制御を行うコントローラ３および図示しないＬＤ駆動装置および純水冷水機が収納されている。上段と下段との仕切り用にベース５が設けられており、このベース５の上に、光ファイバ１と結合されるＭＬＦレーザヘッド６、このＭＬＦレーザヘッド６を用いてレーザ加工される被加工物７、およびＭＬＦレーザヘッド６と被加工物７とを相対位置移動させる図示しない可動ステージが搭載されている。 First, the laser processing apparatus will be described. As shown in FIG. 2, the standard-sized chiller built-in housing 4 is partitioned into two upper and lower spaces, and the upper and lower partitions are connected by an optical fiber 1. In the lower stage, an LD power source 2 incorporating an LD light source that outputs laser light to the optical fiber 1, a controller 3 that performs various controls, an LD driving device (not shown), and a pure water chiller are housed. A base 5 is provided for partitioning the upper stage and the lower stage. On the base 5, an MLF laser head 6 coupled to the optical fiber 1, and a workpiece to be laser processed using the MLF laser head 6. 7 and a movable stage (not shown) for moving the MLF laser head 6 and the workpiece 7 relative to each other are mounted.

図２は図１のＭＬＦレーザヘッドの概略を示す構成図であり、図２（ａ）は外観を示す上面図、図２（ｂ）は内部構成を示す側面図である。 2 is a block diagram showing an outline of the MLF laser head of FIG. 1, FIG. 2 (a) is a top view showing an external appearance, and FIG. 2 (b) is a side view showing an internal configuration.

図２（ａ）に示すように、ＭＬＦレーザヘッド６は、１段目にＬＤダイレクトヘッド８，２段目にＬＤ励起ヘッド９，３段目に波長変換ヘッド１０の３つユニット体を互いに着脱可能でかつロケット状に連結し、さらに４段目として励起レーザを出力する出力ヘッド１１を傾き調整可能に設けた構成である。ヘッド８〜１０は、それぞれ円筒状のホルダ１３〜１５に各種部品を取り付けて構成したものであり、仮にホルダ１３〜１５をロケット状に連結した場合、その中心孔同士が連結されてホルダ１３〜１５を貫通する貫通孔となり、後述するが、ＬＤダイレクトヘッド８に接続された光ファイバ１の出射光が前記貫通孔を通過するようになる。 As shown in FIG. 2A, the MLF laser head 6 has three unit bodies, ie, an LD direct head 8 at the first stage, an LD excitation head 9 at the second stage, and a wavelength conversion head 10 at the third stage. In this configuration, the output head 11 that can be connected in a rocket shape and outputs an excitation laser is provided as a fourth stage so that the tilt can be adjusted. The heads 8 to 10 are configured by attaching various parts to cylindrical holders 13 to 15, respectively. When the holders 13 to 15 are connected in a rocket shape, their center holes are connected to each other to hold the holders 13 to 13. As will be described later, the light emitted from the optical fiber 1 connected to the LD direct head 8 passes through the through hole.

ＬＤダイレクトヘッド８において、ホルダ１３の内部には光ファイバ支持部１７が設けられており、ホルダ１３の端面の中心に光ファイバ１の先端部が固定される。この光ファイバ１の両側部に配管コネクタ１２が設けられており、ホルダ１３の内部には配管コネクタ１２，１２の孔部に連結される水路１８，１８が形成されており、水路１８，１８は、ホルダ１３の他方の端面側において中心孔に連結されている。また、光ファイバ支持部１７にセルフォックコリメートレンズ１６が光ファイバ１のレーザ光の出射端面に対向して設けられており、光ファイバ１から出射されるレーザ光の光軸センターを基本軸とし、この軸を中心に垂直な面になるように、セルフォックコリメートレンズ１６が配置されている。 In the LD direct head 8, an optical fiber support 17 is provided inside the holder 13, and the tip of the optical fiber 1 is fixed at the center of the end face of the holder 13. Piping connectors 12 are provided on both sides of the optical fiber 1, and water paths 18, 18 connected to holes of the pipe connectors 12, 12 are formed inside the holder 13. The other end face side of the holder 13 is connected to the center hole. Further, a Selfoc collimating lens 16 is provided on the optical fiber support portion 17 so as to face the laser light emission end face of the optical fiber 1, and the optical axis center of the laser light emitted from the optical fiber 1 is a basic axis, The selfoc collimating lens 16 is arranged so as to be a surface perpendicular to the axis.

ＬＤ励起ヘッド９において、ホルダ１４の中心軸上にはレーザ励起媒体２０が設けられており、このレーザ励起媒体２０とホルダ１４の中心孔との空間が水路２１となり、ＬＤダイレクトヘッド８とＬＤ励起ヘッド９とを、Ｏリング２５を介して連結した場合、基本軸上にレーザ励起媒体２０が配置され、レーザ励起媒体２０の一方の端面がセルフォックコリメートレンズ１６に対向する。ＬＤ励起ヘッド９本体を中心軸に対して垂直方向の断面を想定した場合、内部が４分割されており、対角の２つが支持部、他の対角の２つが水路２１となる。なお、前記支持部はステンレス等の剛体によって構成されている。また、レーザ励起媒体２０の支持部にスパイラル状に凹部を形成し、この凹部を水路２１とするように構成しても良い。 In the LD excitation head 9, a laser excitation medium 20 is provided on the central axis of the holder 14, and a space between the laser excitation medium 20 and the center hole of the holder 14 serves as a water channel 21, and the LD direct head 8 and the LD excitation are provided. When the head 9 is connected via the O-ring 25, the laser excitation medium 20 is disposed on the basic axis, and one end face of the laser excitation medium 20 faces the selfoc collimating lens 16. When the LD excitation head 9 main body is assumed to have a cross section perpendicular to the central axis, the inside is divided into four parts, two of the diagonals are the support portions, and the other two diagonals are the water channels 21. In addition, the said support part is comprised by rigid bodies, such as stainless steel. Further, a concave portion may be formed in a spiral shape in the support portion of the laser excitation medium 20, and the concave portion may be configured as the water channel 21.

レーザ励起媒体２０としてはＹＡＧやＹＡＰ，ＹＶＯ４等が適用され、セルフォックコリメートレンズ１６に対向するレーザ励起媒体２０の端面は、基準軸に対して面垂直な鏡面となっている。この端面には、水と反応しにくくしかも水中の発振波長にて全反射するＨＲコートがイオンアシスト法によって強化して膜付けされている。このＨＲコートに対してさらに耐久性・長寿命を要求する場合には、上から水とより反応しにくい水中の発振波長によって励起するＬＤ波長に対して透過性を有する防水強化膜によって補強すると良い。 As the laser excitation medium 20, YAG, YAP, YVO4 or the like is applied, and the end surface of the laser excitation medium 20 facing the selfoc collimating lens 16 is a mirror surface perpendicular to the reference axis. On this end face, an HR coat that hardly reacts with water and totally reflects at an oscillation wavelength in water is reinforced by an ion assist method. When more durability and longer life are required for this HR coat, it is better to reinforce with a waterproof reinforced membrane that is transparent to the LD wavelength excited by the oscillation wavelength in water that is more difficult to react with water from above. .

また、ホルダ１４の中心孔は、ＬＤダイレクトヘッド８側の口径よりも波長変換ヘッド１０側の口径の方が大きくなるように緩やかに口径を変化させている。そのため、ＬＤダイレクトヘッド８とＬＤ励起ヘッド９との連結部分にはノズル部１９が形成されるようになる。 Further, the diameter of the central hole of the holder 14 is gradually changed so that the diameter on the wavelength conversion head 10 side becomes larger than the diameter on the LD direct head 8 side. For this reason, a nozzle portion 19 is formed at the connecting portion between the LD direct head 8 and the LD excitation head 9.

波長変換ヘッド１０において、ホルダ１５にはレーザ結晶２２が中心軸上に設けられており、レーザ結晶２２とホルダ１５の中心孔との空間が水路２１となる。この水路の出口がホルダ１５の側面部に形成されており、前記出口に配管コネクタ２４が設けられている。そして、ＬＤ励起ヘッド９と波長変換ヘッド１０とを、Ｏリング２５を介して連結した場合、水路２１と水路２３が連結されるとともに、基本軸上にレーザ結晶２２が配置され、レーザ結晶２２の端面がレーザ励起媒体２０の他方の端面に対向する。そのため、後に詳述するが、配管コネクタ１２から冷却水がＭＬＦレーザヘッド６に供給された場合、冷却水は、セルフォックコリメートレンズ１６、レーザ励起媒体２０およびレーザ結晶２２を水没させて配管コネクタ２４から排出される。波長変換ヘッド１０本体を中心軸に対して垂直方向の断面を想定した場合、ＬＤ励起ヘッド９本体と同様に内部が４分割されており、対角の２つが支持部、他の対角の２つが水路２１となる。なお、前記支持部はステンレス等の剛体によって構成されている。また、レーザ結晶２２の支持部にスパイラル状に凹部を形成し、この凹部を水路２１とするように構成しても良い。 In the wavelength conversion head 10, a laser crystal 22 is provided on the center axis of the holder 15, and a space between the laser crystal 22 and the center hole of the holder 15 serves as a water channel 21. The outlet of this water channel is formed in the side part of the holder 15, and the piping connector 24 is provided in the said outlet. When the LD excitation head 9 and the wavelength conversion head 10 are connected via the O-ring 25, the water channel 21 and the water channel 23 are connected, and the laser crystal 22 is disposed on the basic axis. The end face faces the other end face of the laser excitation medium 20. Therefore, as will be described in detail later, when cooling water is supplied from the pipe connector 12 to the MLF laser head 6, the cooling water submerses the Selfoc collimating lens 16, the laser excitation medium 20, and the laser crystal 22 to submerge the pipe connector 24. Discharged from. Assuming that the wavelength conversion head 10 main body has a cross section perpendicular to the central axis, the inside is divided into four as in the case of the LD excitation head 9 main body. One becomes the waterway 21. In addition, the said support part is comprised by rigid bodies, such as stainless steel. Further, a concave portion may be formed in a spiral shape on the support portion of the laser crystal 22, and the concave portion may be configured as the water channel 21.

また、レーザ励起媒体２０の他方の端面にはＡＲコートの膜が形成されておらず、レーザ励起媒体２０と水没させた場合に波長変換ヘッド１０のレーザ結晶２２とは、冷却水にてオプチカルコンタクトされるようになり、冷却水がＡＲコートの代用となる。なお、レーザ励起媒体２０およびレーザ結晶２２を水没させた際に、レーザ励起媒体２０の他方の端面が水没しないような構成であれば、イオンアシスト法によってＡＲコートを形成すると良い。 In addition, an AR coat film is not formed on the other end face of the laser excitation medium 20, and the optical crystal contacts the laser crystal 22 of the wavelength conversion head 10 with cooling water when immersed in the laser excitation medium 20. The cooling water is used as a substitute for the AR coating. If the laser excitation medium 20 and the laser crystal 22 are submerged, the AR coating may be formed by an ion assist method as long as the other end face of the laser excitation medium 20 is not submerged.

波長変換ヘッド１０におけるＬＤ励起ヘッド９の反対側には出力ヘッド１１が配置され、波長変換ヘッド１０のホルダ１５におけるＬＤ励起ヘッド９との対向面の反対側の端面は、基本軸に対して垂直になるように研磨されており、このホルダ１５の反対側端面には基準軸を中心に２分配された位置にタップ穴２６が形成されている。 An output head 11 is arranged on the opposite side of the wavelength conversion head 10 to the LD excitation head 9, and an end surface of the holder 15 of the wavelength conversion head 10 opposite to the surface facing the LD excitation head 9 is perpendicular to the basic axis. A tap hole 26 is formed on the opposite end face of the holder 15 at a position divided into two around the reference axis.

出力ヘッド１１は出力ミラー３０、出力ミラー保持体３１を備えており、この出力ミラー保持体３１は、タップ穴２６，２６に対応させて細ピッチでかつ頭付きの押しねじ３２，３２によって、波長変換ヘッド１０に取り付けられる。また、出力ミラー保持体３１における基準軸を中心に９０°方向でかつ点対象に４分配された位置において、１組の対角位置には押しねじ３２が設けられるが、残る２分配された位置の一方には、プッシュ・プルの球面細目ネジである細ピッチセットビス３３が設けられ、他方にはボールプランジャ３４がばね３５を介して設けられる。 The output head 11 includes an output mirror 30 and an output mirror holder 31. The output mirror holder 31 has a wavelength corresponding to the tap holes 26 and 26 by a fine pitch and headed push screws 32 and 32. It is attached to the conversion head 10. Further, in the position where the output mirror holder 31 is divided into four points in the direction of 90 ° with respect to the reference axis as a center, one set of diagonal positions is provided with the push screw 32, but the remaining two distributed positions. One is provided with a fine pitch set screw 33 which is a push-pull spherical fine screw, and the other is provided with a ball plunger 34 via a spring 35.

そして、押しねじ３２に対応してボールプランジャ３４と細ピッチセットビス３３との押合いバランスによって出力ミラー３０面の基準軸に対する傾きが調整される。具体的には、出力ミラー保持体３１にボールプランジャ３４と押しねじ３２を配置しておき、出力ミラー３０とレーザ励起媒体２０の全反射コート面とを平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように押しねじ３２、細ピッチセットビス３３とを回転させて、先端が球状のボールプランジャ３４を揺動させることにより調整する。このような調整機構により、波長変換ヘッド１０に対してばね３５による加圧以外はかからないようになるため、ねじの締め付け力によるクリープが生じないようになる。 Then, the inclination of the surface of the output mirror 30 relative to the reference axis is adjusted by the pressing balance between the ball plunger 34 and the fine pitch set screw 33 corresponding to the pressing screw 32. Specifically, the ball plunger 34 and the push screw 32 are arranged on the output mirror holding body 31, and the laser output power is maximized after the output mirror 30 and the total reflection coating surface of the laser excitation medium 20 are aligned in parallel. The push screw 32 and the fine pitch set screw 33 are rotated so that the ball plunger 34 having a spherical tip is swung. Such an adjustment mechanism prevents the wavelength conversion head 10 from being pressed except by the pressure applied by the spring 35, so that creep due to the screw tightening force does not occur.

次に、冷却動作について説明する。 Next, the cooling operation will be described.

配管コネクタ１２から供給された冷却水は、光ファイバ１の光軸に沿って流れるようになり、レーザ励起媒体２０の端面に向けて放射される。この時、ＬＤダイレクトヘッド８の水路１８はＬＤ励起ヘッド９側に向かって細くなっており、ノズル状に形成されているため、レーザ励起媒体２０の端面にはジェット噴流が放射されて直接冷却される。レーザ励起媒体２０の端面の冷却後の冷却水は、レーザ励起媒体２０の側面を通って水冷した後、さらにレーザ結晶２２を直接冷却しながら排出される。なお、セルフォックコリメートレンズ１６と光ファイバ１との間に空間を設け、この空間に冷却水を通すようにしても良い。 The cooling water supplied from the pipe connector 12 flows along the optical axis of the optical fiber 1 and is radiated toward the end face of the laser excitation medium 20. At this time, the water channel 18 of the LD direct head 8 is narrowed toward the LD excitation head 9 side, and is formed in a nozzle shape. Therefore, a jet jet is emitted to the end face of the laser excitation medium 20 and directly cooled. The The cooling water after cooling the end face of the laser excitation medium 20 is discharged through the side surface of the laser excitation medium 20 and then cooling the laser crystal 22 directly. A space may be provided between the SELFOC collimating lens 16 and the optical fiber 1, and cooling water may be passed through this space.

次に、ＭＬＦレーザヘッドの動作について説明する。 Next, the operation of the MLF laser head will be described.

光ファイバ１から出射されたレーザ光は、セルフォックコリメートレンズ１６によって光ファイバ１の径の２倍以下のビームサイズなるコリメート光に変換しておく。そして、このコリメート光がレーザ励起媒体２０のＨＲコートされた端面に照射され、ＬＤ励起光となり、出力ヘッド１１をから励起されたレーザ光が出力される。 The laser light emitted from the optical fiber 1 is converted into collimated light having a beam size less than twice the diameter of the optical fiber 1 by the Selfoc collimating lens 16. Then, the collimated light is irradiated on the HR-coated end face of the laser excitation medium 20 to become LD excitation light, and the excited laser light is output from the output head 11.

基本波にてＬＤ励起を行う場合には２つの方法がある。すなわち、冷却水を供給する場合としない場合であり、冷却水を供給しない場合には、ＬＤ励起ヘッド９に対して出力ヘッド１１を直接連結して、励起レーザを出力させる。冷却水を供給する場合には、レーザ結晶２２が外されている波長変換ヘッド１０をＬＤ励起ヘッド９に連結し、さらに、この波長変換ヘッド１０に出力ヘッド１１を連結させる。なお、冷却水を供給する場合には排水穴を有する出力ヘッド１１を使用する必要がある。 There are two methods for performing LD excitation with a fundamental wave. That is, when cooling water is not supplied and when cooling water is not supplied, the output head 11 is directly connected to the LD excitation head 9 to output the excitation laser. When supplying cooling water, the wavelength conversion head 10 from which the laser crystal 22 is removed is connected to the LD excitation head 9, and the output head 11 is connected to the wavelength conversion head 10. In addition, when supplying cooling water, it is necessary to use the output head 11 which has a drain hole.

高調波出力のＬＤ励起を行う場合は、４段目に出力ヘッド１１を配置し、３段目にレーザ結晶２２として非線形結晶を内蔵した波長変換ヘッド１０を配置し、レーザ結晶２２を水没させる。 When performing LD excitation of harmonic output, the output head 11 is arranged at the fourth stage, the wavelength conversion head 10 incorporating a nonlinear crystal as the laser crystal 22 is arranged at the third stage, and the laser crystal 22 is submerged.

短パルス出力のＬＤ励起を行う場合は、４段目に出力ヘッド１１を配置し、３段目にレーザ結晶２２としてＱ素子を内蔵した波長変換ヘッド１０を配置し、レーザ結晶２２を水没させる。 When performing LD excitation with a short pulse output, the output head 11 is arranged at the fourth stage, the wavelength conversion head 10 incorporating the Q element as the laser crystal 22 is arranged at the third stage, and the laser crystal 22 is submerged.

以上、本実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は、上述したものに限るものではない。例えば、図２に示す例では、光ファイバ１のセルフォックコリメートレンズ１６を接続したが、または光ファイバ１の出射端をレンズ加工して、光ファイバ径の２倍以下のビームサイズなるコリメート光に変換してもよい。また、このコリメート光は、ホモジナイザを介して均質ビームにし、ＬＤレーザ露光等のＬＤ直接加工に用いる他、ＬＤ励起を共用しても良い。 Although the present embodiment has been described above, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the example shown in FIG. 2, the Selfoc collimating lens 16 of the optical fiber 1 is connected, or the exit end of the optical fiber 1 is processed into a collimated light having a beam size less than twice the diameter of the optical fiber. It may be converted. Further, the collimated light may be converted into a homogeneous beam through a homogenizer and used for LD direct processing such as LD laser exposure, or LD excitation may be shared.

また、冷却媒体として水を使用したが、オイルであっても良い。 Further, although water is used as the cooling medium, oil may be used.

さらに、レーザ励起媒体２０レーザ結晶２２に対してのＨＲコートまたはＡＲコートを施す場合には、水と反応しにくい膜材料をイオンアシストコートした後にさらに平坦化処理することにより、緻密かつ強力な膜を形成することが可能になる。さらにより強固な膜が必要な場合は、結晶端面を予めサブミクロン以下の亜鉛メッキ処理、すなわちジントラプロセス等で結晶表面を亜鉛と結晶の結合体で光の波長より小さな凸凹を形成して、ＡＲないしＨＲコートを行うことにより、水分による剥離を防止し、波長シフトの影響を極力減らすことが可能になる。 Further, when the HR coating or the AR coating is applied to the laser excitation medium 20 and the laser crystal 22, a dense and strong film can be obtained by performing an ion assist coating on a film material that does not easily react with water and then performing a planarization process. Can be formed. If an even stronger film is required, the crystal end face is pre-submicron galvanized, that is, the crystal surface is formed by a zinc-crystal combination with an unevenness smaller than the wavelength of light, such as a gintra process, By performing AR or HR coating, it is possible to prevent peeling due to moisture and to reduce the influence of wavelength shift as much as possible.

本発明のレーザ装置を有する加工装置を示す斜視図The perspective view which shows the processing apparatus which has the laser apparatus of this invention 本発明の第１実施形態としてのレーザ装置を示す上面図および側面図The top view and side view which show the laser apparatus as 1st Embodiment of this invention 従来のＹＡＧレーザの概観図Overview of conventional YAG laser 従来の端面励起型のレーザ装置の構成図Configuration of a conventional edge-pumped laser device

符号の説明Explanation of symbols

１光ファイバ
２ＬＤ電源
３コントローラ
４チラー内蔵筐体
５ベース
６ＭＬＦレーザヘッド
７被加工物
８ＬＤダイレクトヘッド
９ＬＤ励起ヘッド
１０波長変換ヘッド
１１出力ヘッド
１２，２４配管コネクタ
１３，１４，１５ホルダ
１６セルフォックコリメートレンズ
１７光ファイバ支持部
１８，２１，２３水路
２０レーザ励起媒体
２２レーザ結晶
２５Ｏリング
２６タップ穴
３０出力ミラー
３１出力ミラー保持体
３２押しねじ
３３細ピッチセットビス
３４ボールプランジャ
３５ばね DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 LD power supply 3 Controller 4 Chiller built-in housing 5 Base 6 MLF laser head 7 Work piece 8 LD direct head 9 LD excitation head 10 Wavelength conversion head 11 Output head 12, 24 Piping connector 13, 14, 15 Holder 16 Selfoc collimating lens 17 Optical fiber support 18, 21, 23 Water channel 20 Laser excitation medium 22 Laser crystal 25 O-ring 26 Tap hole 30 Output mirror 31 Output mirror holder 32 Press screw 33 Fine pitch set screw 34 Ball plunger 35 Spring

Claims

光ファイバによってレーザ電源と接続され、前記光ファイバから出射されたレーザ光を平行光にする光学部材を有するレーザ導入部と、このレーザ導入部から出射されたレーザ光を励起させるレーザ励起媒体を有するレーザ励起部と、レーザ光から励起レーザ光を透過させる出力ミラーを有するレーザ出力部と、液体の冷却媒体を導入する冷却媒体導入部と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出部と、装置本体内に前記冷却媒体導入部と前記冷却媒体排出部とを連結する冷却媒体通路とを有するレーザ装置において、
前記レーザ励起部からのレーザ光の波長を変換して出力するレーザ結晶を有し、かつ前記レーザ励起部と前記レーザ励起部との間に着脱可能な波長変換部を設けたことを特徴とするレーザ装置。 A laser introduction unit connected to a laser power source by an optical fiber and having an optical member that collimates the laser beam emitted from the optical fiber, and a laser excitation medium that excites the laser beam emitted from the laser introduction unit A laser excitation unit, a laser output unit having an output mirror that transmits the excitation laser beam from the laser beam, a cooling medium introduction unit that introduces a liquid cooling medium, a cooling medium discharge unit that discharges the cooling medium, and an inside of the apparatus main body In the laser apparatus having a cooling medium passage connecting the cooling medium introduction part and the cooling medium discharge part to
It has a laser crystal that converts the wavelength of laser light from the laser excitation unit and outputs it, and a detachable wavelength conversion unit is provided between the laser excitation unit and the laser excitation unit. Laser device.

前記レーザ導入部、前記レーザ励起部および前記波長変換部をそれぞれユニット体とし、各ユニット体を多段ロケット状に着脱可能に連結し、連結した際に、前記光学部材、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶が前記光ファイバの光軸上に配置されることを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 The laser introduction unit, the laser excitation unit, and the wavelength conversion unit are each a unit body, and each unit body is detachably connected in a multistage rocket shape, and when connected, the optical member, the laser excitation medium, and the laser 2. The laser device according to claim 1, wherein the crystal is disposed on an optical axis of the optical fiber.

基本波にてレーザ励起を行う場合は、前記波長変換部の代わりに前記レーザ出力部を前記レーザ励起部に直接取り付けたことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。 3. The laser apparatus according to claim 2, wherein when laser excitation is performed with a fundamental wave, the laser output unit is directly attached to the laser excitation unit instead of the wavelength conversion unit.

高調波出力のレーザ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記レーザ励起部を取り付け、前記レーザ結晶として非線形結晶を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。 3. The laser device according to claim 2, wherein when performing laser excitation of harmonic output, the laser excitation unit is attached to the wavelength conversion unit, and a nonlinear crystal is built in the wavelength conversion unit as the laser crystal.

短パルス出力のレーザ励起を行う場合は、前記波長変換部に前記レーザ励起部を取り付け、前記レーザ結晶としてＱ素子を前記波長変換部に内蔵したことを特徴とする請求項２項記載のレーザ装置。 3. The laser device according to claim 2, wherein when performing laser excitation with a short pulse output, the laser excitation unit is attached to the wavelength conversion unit, and a Q element is built in the wavelength conversion unit as the laser crystal. .

前記出力部の出力ミラー保持体における光軸センタを中心に４分配された位置で、かつ一方の対角線上の２つの位置においておのおの対象に前記出力部の取付先に螺合する押しネジを設け、他方の対角線上における一方の位置にばねを介して先端が球状のボールプランジャを設け、他方の位置にプッシュ・プルの球面細目ネジを設け、前記出力ミラーと前記レーザ励起媒体の端面を平行にアライメント後、レーザ出力パワーが最大になるように各押しネジとボールプランジャを回転させて、前記レーザ出力部を調整することを特徴とする請求項３，４または５記載のレーザ装置。 In the output mirror holding body of the output part, provided with a set screw that is screwed to the attachment destination of the output part at each of the four positions about the optical axis center and at two positions on one diagonal line, A ball plunger with a spherical tip is provided via a spring at one position on the other diagonal, and a push-pull spherical fine screw is provided at the other position, and the output mirror and the end face of the laser excitation medium are aligned in parallel. 6. The laser device according to claim 3, wherein the laser output unit is adjusted by rotating each push screw and a ball plunger so that the laser output power becomes maximum.

前記冷却媒体通路内に前記レーザ励起媒体を配置し、前記光学部材に対向する前記レーザ励起媒体の端面を冷却媒体の流れに対して略直角方向に対向させたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。 The laser excitation medium is disposed in the cooling medium passage, and an end surface of the laser excitation medium facing the optical member is opposed in a direction substantially perpendicular to the flow of the cooling medium. 2. The laser device according to 2.

前記冷却媒体導入部を前記レーザ導入部に設け、前記冷却媒体排出部を前記波長変換部に設け、前記冷却媒体通路を通過する冷却媒体により、前記レーザ励起媒体および前記レーザ結晶の側面部を直接冷却させることを特徴とする請求項７記載のレーザ装置。 The cooling medium introduction part is provided in the laser introduction part, the cooling medium discharge part is provided in the wavelength conversion part, and the laser excitation medium and the side part of the laser crystal are directly connected by the cooling medium passing through the cooling medium passage. The laser device according to claim 7, wherein the laser device is cooled.

前記冷却媒体通路における前記レーザ導入部と前記波長変換部との連結部分をノズル状に形成し、前記レーザ励起媒体の端面に対してジェット噴流を放射することを特徴とする請求項７または８記載のレーザ装置。 9. The connecting portion between the laser introducing portion and the wavelength converting portion in the cooling medium passage is formed in a nozzle shape, and jet jet is radiated to the end face of the laser excitation medium. Laser equipment.

冷却媒体を、純度が１〜１０マイクロジーメンスに低下させた不活性純水としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載のレーザ装置。 The laser apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the cooling medium is inert pure water having a purity reduced to 1 to 10 microsiemens.

前記レーザ励起媒体における前記光学部材に対向する端面に、水と反応しにくい水中の発振波長にて全反射するＨＲコートをイオンアシスト法によって膜付けしたことを特徴とする請求項１１項記載のレーザ装置。 12. The laser according to claim 11, wherein an HR coat that is totally reflected at an oscillation wavelength in water that hardly reacts with water is formed on an end face of the laser excitation medium facing the optical member by an ion assist method. apparatus.

前記レーザ励起部と前記波長変換部との連結部分において、冷却媒体を装置内部に供給した場合に、前記レーザ励起媒体の前記波長変換部側の端面と、前記レーザ結晶の前記レーザ励起部側の端面との間に冷却媒体による層を形成させることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項記載のレーザ装置。 When the cooling medium is supplied to the inside of the apparatus at the connecting portion between the laser excitation unit and the wavelength conversion unit, the end surface of the laser excitation medium on the wavelength conversion unit side and the laser excitation unit side of the laser crystal The laser apparatus according to claim 7, wherein a layer made of a cooling medium is formed between the end face and the end face.

前記レーザ励起媒体または前記レーザ結晶自体における励起レーザ光が通過する面に、耐水の水中内ＡＲコートを施したことを特徴とする請求項７〜１２記載のレーザ装置。 13. The laser apparatus according to claim 7, wherein an AR coating in water-resistant water is applied to a surface through which excitation laser light in the laser excitation medium or the laser crystal itself passes.

前記光ファイバからの出射光を、前記光ファイバ径の２倍以下のビームサイズのコリメート光に変換する手段を有し、このコリメート光をホモジナイザを介して均質ビームにすることを特徴とする請求項１〜１１記載のレーザ装置。 A means for converting light emitted from the optical fiber into collimated light having a beam size less than or equal to twice the diameter of the optical fiber, wherein the collimated light is converted into a homogeneous beam through a homogenizer. The laser apparatus of 1-11.

レーザ励起媒体またはレーザ結晶の端面に、予めサブミクロン以下の亜鉛メッキ処理によって光の波長より小さな凹凸を形成してなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項記載のレーザ装置。 The laser device according to any one of claims 1 to 14, wherein irregularities smaller than the wavelength of light are formed in advance on the end face of the laser excitation medium or laser crystal by a galvanizing treatment of submicron or less.

標準サイズ化された筐体を上、下２段の空間に区切り、下段には光ファイバにてレーザ出力されるファイバＬＤレーザと、ＬＤ駆動装置と、液体冷却媒体の冷却機とを収納し、上段と下段との仕切りとしてベースを設け、このベースの上に、請求項１〜１５のいずれか１項記載のレーザ装置と、このレーザ装置を用いてレーザ加工される被加工物と前記レーザ装置とを相対位置移動させる可動ステージとを配置し、前記光ファイバおよび前記冷却機の配管を前記レーザ装置に接続してなることを特徴とするレーザ加工装置。 The standard sized casing is divided into two upper and lower spaces, and the lower stage contains a fiber LD laser that outputs laser light using an optical fiber, an LD driving device, and a liquid cooling medium cooler. A base is provided as a partition between an upper stage and a lower stage, and the laser device according to any one of claims 1 to 15, a workpiece to be laser processed using the laser device, and the laser device are provided on the base. And a movable stage that moves the relative position of the optical fiber and a pipe of the cooler are connected to the laser device.