JP2007294498A - パルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルス幅が制御された高調波レーザビームを得ることができるパルスレーザ装置を提供する。
【解決手段】 パルスレーザ装置は、光共振器と、光共振器内に配置されたレーザ媒質と、レーザ媒質を励起させる励起装置と、光共振器の品質因子Ｑが相対的に高い第１の状態と相対的に低い第２の状態とを切り換えるＱスイッチと、光共振器内に配置され、非線形光学結晶を含み、第１の状態でレーザ媒質から放出された基本波が入射し、基本波の高調波を生成する波長変換素子と、波長変換素子の温度を変化させる温度調節器と、波長変換素子の温度と波長変換素子で生成される高調波のパルス幅との対応関係を記憶するとともに、目標パルス幅を記憶し、波長変換素子の温度が、上記対応関係から得られた目標パルス幅に対応する目標温度となるように、温度調節器を制御する制御装置とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明はパルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法に関し、特に、波長変換素子により高調波を生成するパルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法に関する。

高調波レーザビームを出射するパルスレーザ光源がレーザ加工に用いられている（例えば特許文献１参照）。このようなレーザ光源では、レーザ媒質から出射される基本波を波長変換素子により高調波に変換する。波長変換素子として非線形光学結晶が用いられる。

高調波レーザビームの出力を最大化する方法の一つとして、温度位相整合が用いられる。温度位相整合では、波長変換素子の温度が、高調波レーザビームの出力を最大とする温度に保たれる。

特開２００５−１３６２１８号公報

パルス幅を所望の値に制御してレーザ加工を行いたい場合もある。しかし、上述のような従来のレーザ光源ではパルス幅が制御されない。

本発明の目的は、パルス幅が制御された高調波レーザビームを得ることができるパルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法を提供することである。

本発明の第１の観点によれば、光共振器と、前記光共振器内に配置されたレーザ媒質と、前記レーザ媒質を励起させるパワーを供給する励起装置と、前記光共振器の品質因子Ｑが相対的に高い第１の状態と相対的に低い第２の状態とを切り換えるＱスイッチと、前記光共振器内に配置され、非線形光学結晶を含み、前記第１の状態で前記レーザ媒質から放出された基本波が入射し、該基本波の高調波を生成する波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を変化させる温度調節器と、前記波長変換素子の温度と該波長変換素子で生成される高調波のパルス幅との対応関係であるパルス幅温度依存性を記憶するとともに、目標パルス幅を記憶し、該波長変換素子の温度が、該パルス幅温度依存性から得られた該目標パルス幅に対応する目標温度となるように、前記温度調節器を制御する第１の制御を行う制御装置とを有するパルスレーザ装置が提供される。

本発明の第２の観点によれば、光共振器と、前記光共振器内に配置されたレーザ媒質と、前記レーザ媒質を励起させるパワーを供給する励起装置と、前記光共振器の品質因子Ｑが相対的に高い第１の状態と相対的に低い第２の状態とを切り換えるＱスイッチと、前記光共振器内に配置され、非線形光学結晶を含み、前記第１の状態で前記レーザ媒質から放出された基本波が入射し、該基本波の高調波を生成する波長変換素子と、前記波長変換素子の温度を変化させる温度調節器と、前記波長変換素子で生成された高調波のパルス幅を測定するパルス幅測定器と、パルス幅の許容範囲を記憶し、前記パルス幅測定器で測定されたパルス幅が該許容範囲から外れているかどうかを判定し、前記パルス幅測定器で測定されたパルス幅が該許容範囲から外れていた場合に、前記温度調節器を制御して、前記波長変換素子で生成される高調波のパルス幅が該許容範囲内の値となるように、該波長変換素子の温度を変化させる制御装置とを有するパルスレーザ装置が提供される。

本発明の第３の観点によれば、（ａ）非線形光学結晶を含む波長変換素子を有し、レーザ媒質から放出される基本波を該波長変換素子により高調波に変換し、該高調波のパルスレーザビームを出射するパルスレーザ装置を準備する工程と、（ｂ）前記パルスレーザ装置について、前記波長変換素子の温度と該波長変換素子で生成される高調波のパルス幅との対応関係であるパルス幅温度依存性を測定する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で測定されたパルス幅温度依存性に基づいて、目標パルス幅に対応する前記波長変換素子の目標温度を決定する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で決定された目標温度となるように、前記波長変換素子の温度を制御する工程とを有するパルスレーザビーム生成方法が提供される。

本発明の第４の観点によれば、（ａ）非線形光学結晶を含む波長変換素子を有し、レーザ媒質から放出される基本波を該波長変換素子により高調波に変換し、該高調波のパルスレーザビームを出射するパルスレーザ装置を準備する工程と、（ｂ）前記パルスレーザ装置から出射されたパルスレーザビームのパルス幅を測定する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で測定されたパルス幅が、予め与えられた許容範囲から外れているかどうかを判定する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）でパルス幅が前記許容範囲から外れていた場合、前記パルスレーザ装置から出射されるパルスレーザビームのパルス幅が該許容範囲内となるように、前記波長変換素子の温度を変化させる工程とを有するパルスレーザビーム生成方法が提供される。

第１及び第３の観点のパルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法によれば、パルス幅温度依存性から得られた目標温度となるように波長変換素子の温度を制御することにより、パルス幅を制御することができる。

第２及び第４の観点のパルスレーザ装置及びパルスレーザビーム生成方法によれば、パルス幅の測定結果に基づき、パルス幅が許容範囲に収まるように波長変換素子の温度を制御することにより、パルス幅を制御することができる。

図１を参照して、本発明の実施例によるパルスレーザ装置について説明する。反射鏡１ａ〜１ｄが光共振器１を構成し、反射鏡１ａと１ｄとが光共振器１の両端を画定する。反射鏡１ａで反射された光が、反射鏡１ｂ及び１ｃで順次反射されて反射鏡１ｄに入射するように、反射鏡１ａ〜１ｄが配置されている。反射鏡１ａから１ｂまでの間に、レーザ媒質２及びＱスイッチ３が配置されている。レーザ媒質２として、例えばＹＬＦロッドが用いられる。

励起源５が、例えばダイオードレーザから構成される。励起源５から入射したレーザビームによりレーザ媒質２が励起される。励起源５から出射されるレーザビームのパワーを、制御装置１００が制御する。制御装置１００は、例えばパーソナルコンピュータを用いて構成される。

反射鏡１ｃから１ｄまでの間に、波長変換素子４が配置されている。波長変換素子４として、非線形光学効果を有する結晶、例えばリチウムトリボレート（ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶（ＬＢＯ結晶）が用いられる。レーザ媒質２から放出された基本波を波長変換素子４に入射させることにより、この基本波の第２高調波を生成することができる。例えば、ＹＬＦロッドからなるレーザ媒質２から波長１０５４ｎｍの基本波が放出され、波長変換素子４で波長５２７ｎｍの第２高調波が生成される。

反射鏡１ｃは、基本波を反射させ第２高調波を透過させるダイクロイックミラーである。反射鏡１ｄは、基本波及び第２高調波の双方を反射させる。第２高調波は、ダイクロイックミラー１ｃを透過して光共振器１の外に出射されるので、反射鏡１ａ及び１ｂには入射しない。反射鏡１ａ及び１ｂは基本波を反射させる。

光共振器１の品質因子Ｑが相対的に低い状態と相対的に高い状態（相対的に高い状態をオン状態と呼ぶこととする）とを、Ｑスイッチ２３が切り換える。オン状態で、レーザ媒質２から誘導放出により基本波が出射され、基本波が波長変換素子４で第２高調波に変換され、第２高調波がダイクロイックミラー１ｃから光共振器１の外に出射される（オン状態でレーザ発振させる）。

制御装置１００がＱスイッチ３に契機信号ｓｉｇを送出する。契機信号ｓｉｇにより所定の繰り返し周波数（例えば１ｋＨｚ）でＱスイッチ３がオン状態にされ、所定の繰り返し周波数を有する第２高調波のパルスレーザビームＬ１がダイクロイックミラー１ｃから出射される。

温度調節器６が、波長変換素子４の温度を変化させる。温度調節器６として、例えばヒータが用いられる。なお、温度調節器６として、ペルチエ素子等の加熱及び冷却の双方が可能なものを用いてもよい。波長変換素子４が所望の温度となるように、制御装置１００が温度調節器６を制御する。

光共振器１の一端を画定する反射鏡１ｄは、基本波及び第２高調波の双方を反射させるが、反射鏡１ｄを透過する漏れ光Ｌ２が存在する。漏れ光Ｌ２がフィルタ７に入射する。フィルタ７は、基本波を透過させず第２高調波を透過させる。フィルタ７を透過した第２高調波が、フォトディテクタ８に入射する。

フォトディテクタ８は、入射光のパワーに対応する電気信号を生成してオシロスコープ９に出力する。オシロスコープ９が、入力された電気信号に基づいて、漏れ光Ｌ２の第２高調波成分のパルス幅を測定する。このパルス幅は、ダイクロイックミラー１ｃから出射したパルスレーザビームＬ１のパルス幅と等しい。オシロスコープ９で測定されたパルス幅に対応するデータが、制御装置１００に入力される。

ダイクロイックミラー１ｃから出射したパルスレーザビームＬ１が、振り分け光学系２０に入射する。振り分け光学系２０は、パルスレーザビームＬ１を、加工対象物２１に入射する光路とパワーメータ１０に入射する光路とに振り分ける。振り分け光学系２０として、例えばガルバノミラーを用いることができる。制御装置１００が、振り分け光学系２０を制御する。パワーメータ１０は、入射したパルスレーザビームの平均パワーを測定する。パワーメータ１０で測定される平均パワーは、単位時間当たりにダイクロイックミラー１ｃから出射するエネルギである。パワーメータ１０で測定された平均パワーに対応するデータが、制御装置１００に入力される。

図２は、パルスレーザビームＬ１の平均パワーの波長変換素子４の温度に対する依存性、及びパルスレーザビームＬ１のパルス幅の波長変換素子４の温度に対する依存性を測定したデータの一例を示すグラフである。レーザ媒質２はＹＬＦロッドであり、波長変換素子４はＬＢＯ結晶である。グラフの横軸が華氏単位で表した波長変換素子４の温度であり、グラフ左側の縦軸がＷ単位で表した平均パワーであり、グラフ右側の縦軸がｎｓ単位で表したパルス幅である。曲線Ｃ１が平均パワーの温度依存性を示し、曲線Ｃ２がパルス幅の温度依存性を示す。なお、励起源５からレーザ媒質２に供給されるパワーは一定である。

まず、平均パワーの温度依存性について説明する。平均パワーは、華氏３２４．５度付近で最大の２１．０Ｗとなっている。最大の平均パワーを最大パワーと呼ぶこととする。華氏３２３．０度〜３２５．８度の範囲（図中に示す範囲Ａ）は、常に最大パワーの９５％以上の平均パワーが得られる温度範囲である。範囲Ａより温度が高くなっても低くなっても、最大パワーの９５％より低い平均パワーしか得られない。

パルスレーザビームＬ１の平均パワーは、波長変換素子４による基本波から第２高調波への変換効率に対応する。パルスレーザビームＬ１の平均パワーが高いほど第２高調波への変換効率が高く、平均パワーが低いほど第２高調波への変換効率が低い。第２高調波への変換効率が低下することにより、相対的に光共振器１内の基本波のパワーが増加する。これに起因して、光共振器の損傷等が生じ得る。パルスレーザビームＬ１の出力を高水準に保ち、かつ装置の損傷を防止するために、波長変換素子４の温度は範囲Ａ内に保つことが好ましい。

次に、範囲Ａ内におけるパルス幅の温度依存性について説明する。パルス幅は、範囲Ａ内で変化し、範囲Ａの両端付近で相対的に短く、範囲Ａの中央付近で相対的に長い。範囲Ａ内で最短のパルス幅は１５０ｎｓであり、華氏３２３．０度で得られる。範囲Ａ内で最長のパルス幅は１９５ｎｓであり、華氏３２４．５度付近で得られる。

以上より、最大パワーに近い水準の平均パワーが得られる温度範囲内で波長変換素子４の温度を変化させることにより、高い水準の平均パワーを保ちかつ装置の損傷が抑制された状態でパルス幅を変化させられることがわかる。図２に示す例では、波長変換素子４の温度を範囲Ａ内で変化させることにより、パルス幅を１５０ｎｓから１９５ｎｓまで変化させることができる。

なお、Ｑスイッチ３が１回オン状態になっている期間中に、レーザビームの１つのパルスが出射される。Ｑスイッチ３がオン状態となる１回分の期間は、パルス幅より充分に長くなるように（例えば５μｓ程度）に設定されている。

次に、実施例のパルスレーザ装置を用いたパルス幅の制御方法について説明する。まず、パルスレーザビームＬ１の平均パワーの波長変換素子４の温度に対する依存性と、パルスレーザビームＬ１のパルス幅の波長変換素子４の温度に対する依存性とを測定する。これらの測定データが、制御装置１００に記憶される。

次に、平均パワーの温度依存性に基づいて最大パワーを求め、最大パワーの一定割合以上を平均パワーの許容範囲（これをパワー許容範囲と呼ぶこととする）とする。パワー許容範囲の下限は、例えば最大パワーの９５％に設定される。また、平均パワーの温度依存性に基づいて、パワー許容範囲に対応する温度範囲が求められる。パワー許容範囲及びパワー許容範囲に対応する温度範囲が、制御装置１００に記憶される。

次に、所望のパルス幅（これを目標パルス幅と呼ぶこととする）が制御装置１００に入力される。制御装置１００は、パルス幅の温度依存性に基づき、目標パルス幅に対応する波長変換素子の温度を検出する。さらに、制御装置１００は、検出された目標パルス幅に対応する温度がパワー許容範囲に対応する温度範囲に含まれているかどうかを判定する。

検出された目標パルス幅に対応する温度がパワー許容範囲に対応する温度範囲に含まれている場合に、検出された目標パルス幅に対応する温度が目標温度として定められる。波長変換素子４の温度が目標温度に制御されることにより、パルス幅が目標パルス幅となるように制御される。なお、検出された目標パルス幅に対応する温度がパワー許容範囲に対応する温度範囲に含まれていない場合は、制御装置１００が警告を発する。

なお、目標パルス幅に対応する波長変換素子の温度が複数個検出される場合もある。このような場合、複数個検出された温度のそれぞれがパワー許容範囲に対応する温度範囲に含まれるかどうか判定される。パワー許容範囲に対応する温度範囲に含まれると判定された温度が複数個存在する場合は、そのうちいずれかを目標温度として選択することができる。例えば、パワー許容範囲に対応する温度範囲に含まれると判定された温度のうち、最低のものを目標温度として選択することができる。

例えば、図２に示した平均パワー及びパルス幅の温度依存性について考える。最大パワーの９５％以上をパワー許容範囲としたとき、温度範囲Ａがパワー許容範囲に対応する温度範囲となる。目標パルス幅を１７０ｎｓとする。パルス幅１７０ｎｓに対応する温度として、範囲Ａ内に華氏３２３．４度及び華氏３２５．５度の２つが存在する。従って、例えば華氏３２３．４度を目標温度とすることができる。

なお、パルス幅の温度依存性に基づき、パワー許容範囲に対応する温度範囲内の温度で得られるパルス幅の範囲（これをパルス幅可変範囲と呼ぶこととする）を求めることができる。目標パルス幅はパルス幅可変範囲に含まれる必要がある。予めパルス幅可変範囲を求めておけば、この範囲から目標パルス幅を選択することができる。例えば図２に示したパルス幅の温度依存性では、パルス幅可変範囲が１５０ｎｓから１９５ｎｓまでとなる。

なお、パルス幅の温度依存性は、光学部品の劣化等に起因して経時変化する可能性がある。このため、制御装置１００に記憶されたパルス幅の温度依存性（これを基準特性と呼ぶこととする）が測定された時点と、実際にパルスレーザビームを出射させる時点とが離れるに従い、パルス幅制御の精度が悪化することが懸念される。

次に、パルス幅の温度依存性が経時変化してもパルス幅を良好に制御できる方法について説明する。まず、上述のような方法により、基準特性に基づいて波長変換素子４の目標温度を決定し、波長変換素子４の温度を目標温度に制御する。ただし、パルス幅の温度依存性が経時変化するとき、目標温度におけるパルス幅は、目標パルス幅からずれている可能性がある。

次に、オシロスコープ９により、目標温度におけるパルス幅を測定する。制御装置１００に、目標パルス幅を含むパルス幅の許容範囲を記憶させておく。制御装置１００は、目標温度におけるパルス幅が許容範囲内の値であるかどうかを判定する。パルス幅が許容範囲内であれば、波長変換素子４の温度をそのまま維持する。

パルス幅が許容範囲から外れていたら、波長変換素子４の温度を基準特性に基づいて求められた目標温度とする制御を解除し、充分に微小な量（例えば華氏０．１度）だけ波長変換素子４の温度を上昇させて再びパルス幅を測定する。測定結果が目標パルス幅に近づいていたら、パルス幅が許容範囲内に収まるまで、さらに波長変換素子４の温度を上昇させる。波長変換素子４の温度を上昇させることによりパルス幅が目標パルス幅から離れる場合は、波長変換素子４の温度を下降させることによりパルス幅を目標パルス幅に近づけて、パルス幅を許容範囲内に収めればよい。

このように、パルス幅の測定結果に基づき波長変換素子４の温度を調整するフィードバック制御を行うことにより、パルス幅を目標パルス幅に近づけることができる。このようなフィードバック制御を行う場合の波長変換素子４の初期の温度として、基準特性から決定される目標温度を用いることができる。

なお、温度を一定に維持していてもパルス幅が時間的に変動して許容範囲を外れる可能性もあるが、このような場合についてもパルス幅の測定結果に基づき波長変換素子４の温度を調整するフィードバック制御を行うことにより、パルス幅を許容範囲内に維持することができる。

なお、必要に応じ、所定頻度で基準特性を測定し直して基準特性を更新してもよい。基準特性を測定した直後であれば、基準特性に基づいて決定された目標温度におけるパルス幅が、充分に目標パルス幅に近い。

以上説明したように、実施例のパルスレーザ装置を用いれば、パルス幅が所望の値に制御された高調波パルスレーザビームを得ることができる。また、パルス幅を時間的に一定に維持することができる。パルス幅を所望の値に制御できるので、実施例のパルスレーザ装置を複数台用いたとき、複数台のパルスレーザ装置のパルス幅を等しくすることもできる。なお、パルス幅が時間的に変化するように制御することも可能である。

なお、波長変換素子４の温度を変化させることにより、パルス幅とともに平均パワーも変化する。上述したように、パルスレーザビームＬ１の平均パワーの低下に起因して装置が損傷する可能性がある。

次に、このような損傷を予防できる方法について説明する。実施例のパルスレーザ装置でレーザ加工を行うとき、振り分け光学系２０によりパルスレーザビームＬ１を加工対象物２１に入射する光路に振り分ける。

加工の合間に、振り分け光学系２０によりパルスレーザビームＬ１をパワーメータ１０に入射する光路に振り分け、平均パワーの測定を行う。制御装置１００は、測定された平均パワーがパワー許容範囲の下限値以上であるかどうかを判定し、パワー許容範囲の下限値よりも低かったら警告を発する。このようにして、平均パワーの低下に起因する装置の損傷が予防される。

なお、図２に示した平均パワーの温度依存性を持つパルスレーザ装置では、例えば、温度範囲Ａに対応する平均パワーの範囲がパワー許容範囲となる。波長変換素子４の温度が範囲Ａを外れると、平均パワーが許容範囲よりも低下する。範囲Ａの上限から華氏０．５度程度上側の温度までの平均パワーの低下幅と、範囲Ａの下限から華氏０．５度程度下側の温度までの平均パワーの低下幅とを比べると、範囲Ａの上側での低下幅の方が、範囲Ａの下側での低下幅よりも大きい。

図２に示したパルス幅の温度依存性を基準特性として用いる場合について考える。例えば目標パルス幅を１７０ｎｓとすると、波長変換素子４の目標温度として、相対的に低温側の華氏３２３．４度及び相対的に高温側の華氏３２５．５度のいずれかを選択することができる。

ただし、相対的に高温側の目標温度を初期の温度として選択して、波長変換素子４の温度のフィードバック制御を行う場合の方が、相対的に低温側の目標温度を初期の温度として選択してフィードバック制御を行う場合よりも、波長変換素子４の温度が範囲Ａより高温側になりやすい。これに起因して、相対的に高温側の目標温度を選択する方が、平均パワーの低下幅が大きくなる危険性が高いと考えられる。従って、相対的に低温側の目標温度を選択する方が、平均パワーの低下に起因する装置損傷の危険性を低くできるであろう。

次に、励起源５からレーザ媒質２に供給されるパワーを変化させることにより、パルスレーザビームＬ１の平均パワーを調整する方法について説明する。励起源５からレーザ媒質２に入射するレーザビームのパワーを増加させると、パルスレーザビームＬ１のパワーを増加させることができ、励起源５からレーザ媒質２に入射するレーザビームのパワーを減少させると、パルスレーザビームＬ１のパワーを減少させることができる。

制御装置１００に、パルスレーザビームＬ１の所望の平均パワー（これを目標パワーと呼ぶこととする）が記憶されている。制御装置１００は、パルスレーザビームＬ１の測定された平均パワーを目標パワーと比較し、測定された平均パワーが目標パワーよりも低かった場合は、パルスレーザビームＬ１の平均パワーが目標パワーに近づくようにレーザ媒質２に入射するレーザビームのパワーを増加させ、パルスレーザビームＬ１の測定された平均パワーが目標パワーよりも高かった場合は、パルスレーザビームＬ１の平均パワーが目標パワーに近づくようにレーザ媒質２に入射するレーザビームのパワーを減少させる。このようにして、パルスレーザビームＬ１の平均パワーを調整することができる。

図２に示した平均パワー及びパルス幅の温度依存性を持つパルスレーザ装置について考える。例えば、パルス幅を１９５ｎｓとする場合（温度華氏３２４．５度）の平均パワーよりも、パルス幅を１５０ｎｓとする場合（温度華氏３２３．０度）の平均パワーの方がやや低い。上述のようにして平均パワーを調整することにより、パルス幅１５０ｎｓ及び１９５ｎｓの平均パワーを等しくすることができる。

なお、パルスエネルギは、パルスエネルギ＝平均パワー／繰り返し周波数という式で定められ、また、パルスエネルギ＝パルス幅×ピークパワーという式で見積もることができる。例えば、平均パワー及び繰り返し周波数が一定という条件の下で（すなわちパルスエネルギが一定という条件の下で）パルス幅を変えることにより、ピークパワーを変化させることができる。パルス幅を長くすればピークパワーが減少し、パルス幅を短くすればピークパワーが増加する。

また例えば、パルス幅一定という条件の下でパルスエネルギを変えることにより、ピークパワーを変化させることができる。パルスエネルギが増加すればピークパワーも増加し、パルスエネルギが減少すればピークパワーも減少する。

なお、ＬＢＯ結晶と同様に、基本波から高調波への変換効率を温度により制御できる非線形光学結晶（温度位相整合が可能な非線形光学結晶）であれば、実施例のパルスレーザ装置の波長変換素子として用いることができると考えられる。結晶の種類によってパルス幅の波長変換素子温度に対する依存性は異なると考えられるが、ＬＢＯ結晶の場合と同様に、一定水準以上の平均パワーを確保できる温度範囲内で波長変換素子の温度を変化させることにより、パルス幅を変化させることは可能であろう。

なお、上記実施例ではレーザ媒質としてＹＬＦを用いたが、他のレーザ媒質、例えばＹＡＧ等を用いることもできる。

なお、上記実施例ではレーザ媒質の励起源としてダイオードレーザを用いたが、他の励起源、例えばフラッシュランプ等を用いることもできる。

なお、パルスレーザ装置の光共振器内に、安全のため、必要に応じてレーザ発振を妨げることができるシャッタを配置してもよい。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の実施例によるパルスレーザ装置の概略図である。 パルスレーザビームの平均パワーの波長変換素子の温度に対する依存性、及びパルスレーザビームのパルス幅の波長変換素子の温度に対する依存性を示すグラフである。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 反射鏡
２ レーザ媒質
３ Ｑスイッチ
４ 波長変換素子
５ 励起源
６ 温度調節器
７ フィルタ
８ フォトディテクタ
９ オシロスコープ
１０ パワーメータ
２０ 振り分け光学系
２１ 加工対象物
１００ 制御装置
Ｌ１ パルスレーザビーム
Ｌ２ 漏れ光

Claims (11)

1. 光共振器と、
   前記光共振器内に配置されたレーザ媒質と、
   前記レーザ媒質を励起させるパワーを供給する励起装置と、
   前記光共振器の品質因子Ｑが相対的に高い第１の状態と相対的に低い第２の状態とを切り換えるＱスイッチと、
   前記光共振器内に配置され、非線形光学結晶を含み、前記第１の状態で前記レーザ媒質から放出された基本波が入射し、該基本波の高調波を生成する波長変換素子と、
   前記波長変換素子の温度を変化させる温度調節器と、
   前記波長変換素子の温度と該波長変換素子で生成される高調波のパルス幅との対応関係であるパルス幅温度依存性を記憶するとともに、目標パルス幅を記憶し、該波長変換素子の温度が、該パルス幅温度依存性から得られた該目標パルス幅に対応する目標温度となるように、前記温度調節器を制御する第１の制御を行う制御装置と
   を有するパルスレーザ装置。
2. さらに、前記波長変換素子で生成された高調波のパルス幅を測定するパルス幅測定器を有し、
   前記制御装置は、前記目標パルス幅を含むパルス幅の許容範囲を記憶し、前記第１の制御が行われている状態において前記パルス幅測定器で測定された第１のパルス幅が、該パルスの幅許容範囲から外れているかどうかを判定し、該第１のパルス幅が該パルス幅の許容範囲から外れていた場合に、前記第１の制御を解除し、前記温度調節器を制御して、該波長変換素子で生成される高調波のパルス幅が該パルス幅の許容範囲内の値となるように、該波長変換素子の温度を変化させる第２の制御を行う請求項１に記載のパルスレーザ装置。
3. 前記制御装置は、前記波長変換素子の温度と該波長変換素子で生成される高調波のパワーとの対応関係であるパワー温度依存性を記憶するとともに、該波長変換素子で生成される高調波のパワーの許容範囲、及び該パワー温度依存性から得られ該パワーの許容範囲に対応する温度範囲を記憶し、該温度範囲に含まれるように前記目標温度を決定する請求項１または２に記載のパルスレーザ装置。
4. 前記制御装置は、前記目標パルス幅に対応する温度が前記温度範囲に複数個含まれていた場合に、これら複数個の温度のうち最低の温度を前記目標温度として選択する請求項３に記載のパルスレーザ装置。
5. さらに、前記波長変換素子で生成された高調波のパワーを測定するパワー測定器を有し、
   前記制御装置は、パワーの許容範囲を記憶し、前記パワー測定器で測定されたパワーが該許容範囲から外れているかどうかを判定し、パワーが該許容範囲から外れていた場合に警告を発する請求項１または２に記載のパルスレーザ装置。
6. さらに、前記波長変換素子で生成された高調波のパワーを測定するパワー測定器を有し、
   前記制御装置は、目標パワーを記憶し、前記パワー測定器で測定されたパワーが前記目標パワーよりも低い場合は前記レーザ媒質に供給されるパワーを増加させるように前記励起装置を制御し、前記パワー測定器で測定されたパワーが前記目標パワーよりも高い場合は前記レーザ媒質に供給されるパワーを減少させるように前記励起装置を制御する請求項１または２に記載のパルスレーザ装置。
7. 光共振器と、
   前記光共振器内に配置されたレーザ媒質と、
   前記レーザ媒質を励起させるパワーを供給する励起装置と、
   前記光共振器の品質因子Ｑが相対的に高い第１の状態と相対的に低い第２の状態とを切り換えるＱスイッチと、
   前記光共振器内に配置され、非線形光学結晶を含み、前記第１の状態で前記レーザ媒質から放出された基本波が入射し、該基本波の高調波を生成する波長変換素子と、
   前記波長変換素子の温度を変化させる温度調節器と、
   前記波長変換素子で生成された高調波のパルス幅を測定するパルス幅測定器と、
   パルス幅の許容範囲を記憶し、前記パルス幅測定器で測定されたパルス幅が該許容範囲から外れているかどうかを判定し、前記パルス幅測定器で測定されたパルス幅が該許容範囲から外れていた場合に、前記温度調節器を制御して、前記波長変換素子で生成される高調波のパルス幅が該許容範囲内の値となるように、該波長変換素子の温度を変化させる制御装置と
   を有するパルスレーザ装置。
8. （ａ）非線形光学結晶を含む波長変換素子を有し、レーザ媒質から放出される基本波を該波長変換素子により高調波に変換し、該高調波のパルスレーザビームを出射するパルスレーザ装置を準備する工程と、
   （ｂ）前記パルスレーザ装置について、前記波長変換素子の温度と該波長変換素子で生成される高調波のパルス幅との対応関係であるパルス幅温度依存性を測定する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）で測定されたパルス幅温度依存性に基づいて、目標パルス幅に対応する前記波長変換素子の目標温度を決定する工程と、
   （ｄ）前記工程（ｃ）で決定された目標温度となるように、前記波長変換素子の温度を制御する工程と
   を有するパルスレーザビーム生成方法。
9. さらに、
   （ｅ）前記パルスレーザ装置について、前記波長変換素子の温度と該波長変換素子で生成される高調波のパワーとの対応関係であるパワー温度依存性を測定する工程と、
   （ｆ）前記工程（ｅ）で測定されたパワー温度依存性に基づいて、パワーの許容範囲及び該許容範囲に対応する温度範囲を求める工程と
   を有し、
   前記工程（ｃ）において、前記工程（ｆ）で決定された温度範囲に含まれるように前記目標温度が決定される請求項８に記載のパルスレーザビーム生成方法。
10. 前記工程（ｃ）において、前記目標パルス幅に対応する温度が前記工程（ｆ）で決定された温度範囲に複数個含まれていた場合に、これら複数個の温度のうち最低の温度を前記目標温度として選択する請求項９に記載のパルスレーザビーム生成方法。
11. （ａ）非線形光学結晶を含む波長変換素子を有し、レーザ媒質から放出される基本波を該波長変換素子により高調波に変換し、該高調波のパルスレーザビームを出射するパルスレーザ装置を準備する工程と、
    （ｂ）前記パルスレーザ装置から出射されたパルスレーザビームのパルス幅を測定する工程と、
    （ｃ）前記工程（ｂ）で測定されたパルス幅が、予め与えられた許容範囲から外れているかどうかを判定する工程と、
    （ｄ）前記工程（ｃ）でパルス幅が前記許容範囲から外れていた場合、前記パルスレーザ装置から出射されるパルスレーザビームのパルス幅が該許容範囲内となるように、前記波長変換素子の温度を変化させる工程と
    を有するパルスレーザビーム生成方法。

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