JPH02297986A - Formation of uniform beam, and transmission and irradiation devices for uniform beam - Google Patents
Formation of uniform beam, and transmission and irradiation devices for uniform beamInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明はレーザ発生装置で発生したレーザを均一化する
方法並びに均一化したビームの伝送方法および照射装置
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a method for uniformizing laser beams generated by a laser generator, a method for transmitting a uniform beam, and an irradiation apparatus.
ｒ従来の技術」
レーザを伝送する場合、第１０図に示すように、エキシ
マレーザ装置などのレーザ発生装置（１）で発生したレ
ーザをアパーチャ（２）、ファイバホルダ（３）を介し
て光ファイバ（４）に入射し、この光ファイバ（４）で
目的の位置まで導光する。4. Prior Art When transmitting a laser, as shown in FIG. (4), and is guided to the target position by this optical fiber (4).
「発明が解決しようとする課題」
しかるに、レーザ発生装！（１）からのレーザを光ファ
イバに入射している段階ではレーザビームの強度分布は
第１１図または第１２図のように均一化されていない、
このうち、第１１図（ａ）は、光ファイバへの入射端面
を示し、同（ｂ）は横方向（主電極間の放電方向）の分
布、同（ｃ）は縦方向（主電極間の放電と垂直の方向）
の分布である。（ｂ）に示す横方向の分布は略均一であ
るが、（ｅ）に示す縦方向の分布は中心が強く周縁の弱
いガウス分布様（ガウス分布に近似した分布、以下同じ
）をなしている。また、第１２図は、第１１図同様、（
ａ）が入射端面、（ｂ）が横方向（主電極間の放電方向
）の分布、（Ｃ）が縦方向（主電極間の放電と垂直の方
向）の分布であり、この例では縦横の両方向ともガウス
分布様をなしている。``Problems to be solved by the invention'' However, a laser generator! At the stage when the laser from (1) is being input into the optical fiber, the intensity distribution of the laser beam is not uniform as shown in FIGS. 11 or 12.
Of these, Figure 11 (a) shows the incident end face to the optical fiber, Figure 11 (b) shows the distribution in the horizontal direction (discharge direction between the main electrodes), and Figure 11 (c) shows the distribution in the vertical direction (discharge direction between the main electrodes). direction perpendicular to the discharge)
distribution. The horizontal distribution shown in (b) is approximately uniform, but the vertical distribution shown in (e) has a Gaussian distribution with a strong center and weak edges (distribution approximating a Gaussian distribution, the same applies hereinafter). . Also, FIG. 12, like FIG. 11, (
a) is the incident end surface, (b) is the distribution in the horizontal direction (discharge direction between the main electrodes), and (C) is the distribution in the vertical direction (direction perpendicular to the discharge between the main electrodes). It has a Gaussian distribution in both directions.
このような不均一なレーザ強度分布をなしているレーザ
を光ファイバに導光すると、入射強度の強い中心部分が
損傷したり、破損したりする。また、レーザ強度分布が
不均一なまま伝送して被加工物に照射し加工すると、被
加工物に加工むらが生じ加工個所がきれいに仕上らない
という問題があった。If a laser with such a non-uniform laser intensity distribution is guided into an optical fiber, the central portion where the incident intensity is strong will be damaged or broken. Furthermore, if a workpiece is irradiated and processed with a non-uniform laser intensity distribution transmitted, there is a problem in that uneven processing occurs on the workpiece and the processed area is not finished neatly.
本発明はレーザ発生装置で発生したレーザを均一化する
方法並びに均一化して伝送する装置および均一化したレ
ーザ加工装置を得ることを目的とするものである。The object of the present invention is to provide a method for uniformizing the laser beam generated by a laser generator, a device for transmitting the uniform laser beam, and a uniform laser processing device.
「課題を解決するための手段」
本発明はレーザの進行方向に対して直角な面内のレーザ
ビーム強度が不均一な分布である場合、例えばレーザビ
ーム強度が縦横のいずれか一方向のみガウス分布様で、
他方向が略均一な分布である場合においては、レーザの
光路中に２面プリズムを介在させ、また、レーザビーム
強度が縦横のいずれもガウス分布様である場合において
は、レーザの光路中に４面プリズムを介在するようにし
たビームの均一化方法である。"Means for Solving the Problems" The present invention is applicable to cases where the laser beam intensity in a plane perpendicular to the direction of laser movement is non-uniform, for example, the laser beam intensity has a Gaussian distribution only in one of the vertical and horizontal directions. Mr.
If the distribution is approximately uniform in the other direction, a two-sided prism is interposed in the laser optical path, and if the laser beam intensity has a Gaussian distribution both vertically and horizontally, a four-sided prism is inserted in the laser optical path. This is a beam uniformization method using a planar prism.
「作用」
レーザの強度分布が、横方向には略平坦で、縦方向には
ガウス分布様を示しているような場合、多面プリズムは
２つの斜面を形成した２面プリズムが用いられる。この
２面プリズムにガウス分布様のレーザが入射したものと
すると、一方の半分は一方の斜面で一方へ屈折され、ま
た他方の半分は他方の斜面で他方へ屈折される。この結
果、ある距離の点で互いに合成されて略均一化される。"Operation" When the intensity distribution of the laser is substantially flat in the horizontal direction and exhibits a Gaussian distribution in the vertical direction, a two-sided prism with two slopes is used as the polygonal prism. When a Gaussian distribution-like laser is incident on this difaced prism, one half is refracted in one direction by one slope, and the other half is refracted in the other direction by the other slope. As a result, they are combined with each other at points at a certain distance and are made substantially uniform.
つぎに、レーザの強度分布が縦方向と横方向ともにガウ
ス分布様である場合には、多面プリズムは４つの斜面を
有する４面プリズムが用いられる。Next, when the intensity distribution of the laser is Gaussian distribution-like in both the vertical and horizontal directions, a four-sided prism having four slopes is used as the polygonal prism.
この４面プリズムによって、縦方向と横方向とも略平均
−化される。This four-sided prism substantially averages out both the vertical and horizontal directions.
「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基き説明する。"Example" Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
第１図において、（１）はＸｅＣｌエキシマレーザ（波
長３０８ｎｍ）などのレーザ発生装置で、このレーザ発
生装置（１）内で発生したレーザは外部の２枚のシリン
ドリカルレンズ（９）により例えばｌＸ１ｒ＋＋＋の正
方形に絞られ、均−他用の多面プリズム（６）に入射す
る。この多面プリズム（６）は、レーザがどのような強
度分布をなしているかによってその形状が決定される。In Fig. 1, (1) is a laser generator such as a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm). The light is condensed into a square shape and enters a polygonal prism (6) for equalization. The shape of this polygonal prism (6) is determined by the intensity distribution of the laser.
例えば、レーザの強度分布が第４図の点線で示すように
、横方向には略平坦で、縦方向にはガウス分布様を示し
ているような場合、多面プリズム（６）は第３図に示す
ように２つの斜面（６ａ） （６ｂ）を形成した２面プ
リズムが用いられる。For example, when the laser intensity distribution is approximately flat in the horizontal direction and Gaussian distribution in the vertical direction, as shown by the dotted line in Figure 4, the polygonal prism (6) is As shown, a two-sided prism with two slopes (6a) and (6b) is used.
この２面プリズム（６）に第２図に示すようなガウス分
布様のレーザが入射したものとすると、ラインＡからラ
インＢ部分までは２面レンズ（６）の一方の斜面（６ａ
）で図中下方へ屈折され、またラインＣからラインＢ部
分までは他方の斜面（６ｂ）で図中上方へ屈折される。Assuming that a laser with a Gaussian distribution as shown in Fig. 2 is incident on this difaced prism (6), from line A to line B, one slope (6a
), and the portion from line C to line B is refracted upward in the figure at the other slope (6b).
この結果、点線で示したＡＢ面特性線とＣＢ面特性線が
略一致した距離Ｘの点りで互いに合成されて実線のよう
に略均一化される。すなわち、ｌＸ１ａ＋ｍの正方形で
入射したレーザは、０．５Ｘｌ＋ｕ＋の長方形の均一化
されたレーザとなって出力する。この均一化された点り
に相当する位置に直径４００μｍアパーチャ（２）を介
して直径４００μｍの光ファイバ（４）の入射端のファ
イバホルダ（３）を位置させる。前記アパーチャ（２）
では０．５Ｘ１ｍｍの長方形のレーザを直径４００μｍ
に整形し、直径４００μｌの光ファイバ（４）に導光さ
れる。As a result, the AB surface characteristic line and the CB surface characteristic line shown by dotted lines are combined with each other at a point at a distance X that substantially coincides with each other, and are made substantially uniform as shown by the solid line. In other words, a laser beam incident with a square shape of 1X1a+m is output as a uniform laser having a rectangular shape of 0.5X1+u+. A fiber holder (3) at the input end of an optical fiber (4) having a diameter of 400 μm is positioned at a position corresponding to this uniform spot through an aperture (2) having a diameter of 400 μm. Said aperture (2)
Now, we will use a 0.5x1mm rectangular laser with a diameter of 400μm.
The light is guided into an optical fiber (4) with a diameter of 400 μl.
つぎに、レーザの強度分布が第７図の点線で示すように
縦方向と横方向ともにガウス分布様である場合には、多
面プリズム（６）は第６図に示すように４つの斜面（６
ａ） （６ｂ） （６ｃ） （６ｄ）を有する４面プリ
ズム（６）が用いられる。この４面プリズム（６）によ
って、第５図に示すように、縦方向と横方向とも略均一
化される。すなわち、例えばｌＸ１ｍｍの正方形で入射
したレーザは０．５ Ｘ Ｏ，５！１ｍｌの均一化され
た正方形のレーザとなって出力する。この均一化された
レーザもアパーチャ（２）により直径４００μｍに整形
され、直径４００μｍの光ファイバ（４）に導光される
。Next, when the intensity distribution of the laser is Gaussian distribution-like in both the vertical and horizontal directions as shown by the dotted line in FIG. 7, the polygonal prism (6) has four slopes (6
a) A four-sided prism (6) having (6b) (6c) (6d) is used. As shown in FIG. 5, this four-sided prism (6) provides substantially uniformity in both the vertical and horizontal directions. That is, for example, a laser incident in a square of 1×1 mm is output as a uniform square laser of 0.5×O, 5!1 ml. This uniform laser is also shaped into a diameter of 400 μm by an aperture (2) and guided to an optical fiber (4) with a diameter of 400 μm.
つぎに、第８図および第９図は平坦化したレーザを被加
工物（７）に照射する例を示すものである。Next, FIGS. 8 and 9 show an example in which the workpiece (7) is irradiated with a flattened laser.
このうち第８図はレーザ発生装置（１）で発生したレー
ザを光ファイバ（４）で導光し、先端から被加工物（７
）に照射する場合、光ファイバ（４）の出射側に、レー
ザの強度分布に応じて前記第３図または第６図に示すよ
うな多面プリズム（６）を介在する。In Fig. 8, the laser generated by the laser generator (1) is guided through an optical fiber (4), and the tip of the laser is guided from the tip to the workpiece (7).
), a polygonal prism (6) as shown in FIG. 3 or FIG. 6 is interposed on the output side of the optical fiber (4) depending on the intensity distribution of the laser.
このとき、多面プリズム（６）から被加工物（７）まで
の距離（Ｘ）は第２図または第５図と同様とする。At this time, the distance (X) from the polygonal prism (6) to the workpiece (7) is the same as in FIG. 2 or FIG. 5.
第９図は、レーザを反射ミラー（８）で反射して被加工
物（７）に照射する場合を示し、この場合には反射ミラ
ー（８）と被加工物（７）との間に多面プリズム（６）
を介在させる。Figure 9 shows a case where the laser is reflected by a reflecting mirror (8) and irradiated onto the workpiece (7). Prism (6)
intervene.
以上の装置による具体的加工例を説明する。A specific example of processing using the above apparatus will be explained.
レーザ発生装置（１）により例えば、ＫｒＦエキシマレ
ーザ（波長２４８ｒ＋＋＋＋）を発生させ、被加工物（
７）としてポリイミドフィルムに直径５０μ閣の孔をあ
ける場合には第９図に示す装置が用いられる。すなわち
、ＫｒＦエキシマレーザ（２０Ｘ ６ｍｍ）は石英から
なる３０ Ｘ ３０■の多面プリズム（６）の中央部分
をビームが通過するように配置する。前記多面プリズム
（６）の頂角は１６６度とすると、ビームが均一化され
る距離（Ｘ）は約５０ｍｍである。この点でのビームサ
イズは２０ Ｘ ３ｍｍと最初の大きさの１７２となる
。前記均一化された距離（Ｘ）上に、直径５０μ―の多
くの孔のあいたマスクを介在して被加工物である厚さ１
２．５μ朧のポリイミドフィルム（７）を配置する。For example, a KrF excimer laser (wavelength 248r++++) is generated by the laser generator (1), and the workpiece (
7) In the case of making holes with a diameter of 50 μm in a polyimide film, the apparatus shown in FIG. 9 is used. That is, the KrF excimer laser (20 x 6 mm) is arranged so that the beam passes through the center of a 30 x 30 inch polygonal prism (6) made of quartz. Assuming that the apex angle of the polygonal prism (6) is 166 degrees, the distance (X) over which the beam is made uniform is about 50 mm. The beam size at this point is 20 x 3 mm, which is the initial size of 172 mm. On the uniform distance (X), a mask with many holes of 50μ in diameter is interposed to form a workpiece with a thickness of 1
A 2.5μ hazy polyimide film (7) is placed.
すると、レーザの照射された部分全体において、このポ
リイミドフィルム（７）にはマスクの孔がきれいにパタ
ーン転写されて孔があけられる。Then, the hole pattern of the mask is clearly transferred to the polyimide film (7) in the entire area irradiated with the laser, and holes are formed.
また、生体組織に照射して治療等を行なう場合には、第
８図に示すように、ＫｒＦエキシマレーザを光ファイバ
（４）に導光してその先端で出射し、多面プリズム（６
）で均一化した後、被加工物である生体組織（７）へ照
射する。In addition, when performing treatment by irradiating living tissue, the KrF excimer laser is guided to an optical fiber (4) and emitted from the tip of the optical fiber (4), as shown in FIG.
), and then irradiates the biological tissue (7) that is the workpiece.
「発明の効果」
本発明は上述のように多面プリズムによりレーザビーム
強度分布を均一化するようにしたので、光ファイバで導
光する際、部分的な損傷や破損がなく、効率よくレーザ
伝送ができる。また、被加工物に照射する際にもビーム
強度分布を整形してから照射するので、均一できれいな
加工ができる。"Effects of the Invention" As described above, the present invention uses a polygonal prism to make the laser beam intensity distribution uniform, so when guiding light through an optical fiber, there is no local damage or breakage, and laser transmission is efficient. can. Furthermore, since the beam intensity distribution is shaped before irradiating the workpiece, uniform and clean processing can be achieved.
第１図は本発明によるレーザ伝送装置の説明図、第２図
は２面プリズムによる均一化の説明図、第３図は２面プ
リズムの斜視図、第４図はレーザの強度分布図、第５図
は４面プリズムによる均一化の説明図、第６図は４面プ
リズムの斜視図、第７図はレーザの強度分布図、第８図
はレーザ照射装置の説明図、第９図はレーザ照射装置の
他の例の説明図、第１０図は従来のレーザ伝送装置の説
明図、第１１図および第１２図はレーザの強度分布図で
ある。
（１）・・・レーザ発生装置、（２）・・・アパーチャ
、（３）・・・ファイバホルダ、（４）・・・光ファイ
バ、（５）・・・出射窓、（６）・・・多面プリズム、
（７）・・・被加工物、（８）・・・反射ミラー、（９
）・・・シリンドリカルレンズ。
出願人 浜松ホトニクス株式会社
第 １ 図
第２図
種万回
第 ５ 図
領万問
第 ８ 図
第 ９ 図
第１０図Fig. 1 is an explanatory diagram of a laser transmission device according to the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of uniformization using a dihedral prism, Fig. 3 is a perspective view of the dihedral prism, and Fig. 4 is a laser intensity distribution diagram. Figure 5 is an illustration of uniformity using a four-sided prism, Figure 6 is a perspective view of a four-sided prism, Figure 7 is a laser intensity distribution diagram, Figure 8 is an illustration of a laser irradiation device, and Figure 9 is a diagram of a laser beam. FIG. 10 is an explanatory diagram of another example of the irradiation device, FIG. 10 is an explanatory diagram of a conventional laser transmission device, and FIGS. 11 and 12 are laser intensity distribution diagrams. (1)... Laser generator, (2)... Aperture, (3)... Fiber holder, (4)... Optical fiber, (5)... Exit window, (6)...・Multi-sided prism,
(7)...Workpiece, (8)...Reflection mirror, (9
)...Cylindrical lens. Applicant Hamamatsu Photonics Co., Ltd. Figure 1 Figure 2 Types of Questions Number 5 Figures of Questions Number 8 Figure 9 Figure 10
Claims (6)
ーム強度が不均一な分布である場合において、レーザの
光路中に多面プリズムを介在して整形するようにしたビ
ームの均一化方法。(1) A method for making the beam uniform by interposing a polygonal prism in the laser optical path when the laser beam intensity in a plane perpendicular to the laser traveling direction is unevenly distributed.
ウス分布様で、他方向が略均一な分布である場合におい
て、レーザの光路中に２面プリズムを介在するようにし
た請求項（１）記載のビームの均一化方法。(2) In the case where the laser beam intensity has a Gaussian distribution in either the vertical or horizontal direction and a substantially uniform distribution in the other direction, a dihedral prism is interposed in the optical path of the laser (claim (1)) Described beam homogenization method.
である場合において、レーザの光路中に４面プリズムを
介在するようにした請求項（１）記載のビームの均一化
方法。(3) The beam uniformization method according to claim (1), wherein a four-sided prism is interposed in the optical path of the laser when the laser beam intensity has a Gaussian distribution both vertically and horizontally.
伝送するようにした装置において、前記光ファイバのレ
ーザ入射側に多面プリズムを配置してなることを特徴と
する均一化したビームの伝送装置。(4) A device for transmitting a laser generated by a laser generator through an optical fiber, characterized in that a polygonal prism is arranged on the laser incidence side of the optical fiber.
伝送して被加工物に照射し加工する装置において、前記
光ファイバのレーザ出射側と前記被加工物との間に多面
プリズムを配置してなることを特徴とする均一化したビ
ームの照射装置。(5) In a device that transmits a laser generated by a laser generator through an optical fiber to irradiate and process a workpiece, a polygonal prism is disposed between the laser emission side of the optical fiber and the workpiece. A uniform beam irradiation device characterized by:
て被加工物に照射し加工する装置において、前記ミラー
と前記被加工物との間に多面プリズムを配置してなるこ
とを特徴とする均一化したビームの照射装置。(6) A device for processing a workpiece by irradiating a laser generated by a laser generator through a mirror onto a workpiece, characterized in that a multifaceted prism is disposed between the mirror and the workpiece. A beam irradiation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11818789A JPH02297986A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Formation of uniform beam, and transmission and irradiation devices for uniform beam |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP11818789A JPH02297986A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Formation of uniform beam, and transmission and irradiation devices for uniform beam |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02297986A true JPH02297986A (en) | 1990-12-10 |
Family
ID=14730308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11818789A Pending JPH02297986A (en) | 1989-05-11 | 1989-05-11 | Formation of uniform beam, and transmission and irradiation devices for uniform beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02297986A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1989
- 1989-05-11 JP JP11818789A patent/JPH02297986A/en active Pending
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