CN105312783A

CN105312783A - 激光处理装置

Info

Publication number: CN105312783A
Application number: CN201510459584.3A
Authority: CN
Inventors: 佐藤雅夫
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: JP2016032831A; JP6261471B2; CN105312783B; DE102015214511A1; US9608397B2; US20160036194A1

Abstract

本发明提供了一种能够进行高功率激光处理同时防止激励光的光源的寿命期限缩短的激光处理装置。通过将从多个单发射器LD的单发射器所发射的光聚集到光纤线缆的一个端面上，将高功率激励光通过光纤线缆传输至标记头。从光纤线缆的另一端面发射的激励光被分离成第一激励光和第二激励光。第一激励光激励第一激光介质以产生激光。所产生的激光进入第二激光介质。第二激励光进入第二激光介质。于是，激励了第二激光介质，并且放大了已从第一激光介质进入第二激光介质的激光。

Description

激光处理装置

技术领域

本发明涉及一种激光处理装置。

背景技术

通常，已知一种用于利用激光对物体(下文中称为工件)进行二维扫描并从而以期望的方式为工件提供标记的激光标记装置(例如，JP2008-62258A)。这样的激光标记装置包括用于放大激励光以产生激光束的振荡器。

在JP2008-62258A中描述的振荡器中，诸如YAG(钇铝柘榴石)或YVO₄(钒酸钇)的固体被用作激光介质。

诸如CO₂(二氧化碳)也可以用作振荡器的激光介质。具有使用固态激光介质的振荡器的激光标记装置已得到广泛使用，这是因为其振荡器尺寸小并且提供高输出功率。

近年来，在激光标记装置的领域，要求在进行标记中所使用的激光的输出功率更高，以便在短时间段内为大量工件提供标记(占用时间缩短)。

为了实现激光的更高输出功率，可想到例如在上述的振荡器之后设置包括激光介质的放大器，并且由放大器放大振荡器产生的激光。在这种情况下，必须激励振荡器和放大器的这两个激光介质。因此，需要增大激励光源的输出功率以激励这两个激光介质。

在JP2008-62258A中描述的激光标记装置中，具有多个发射器(发光点)的LD(激光二极管)阵列被用作激励光源。然而，由于LD阵列中的发射器的数量受限制，因此在将激励光源的输出功率增大至更高方面也存在限制。另外，LD阵列被固有地配置成多个发射器彼此相邻。相应地，LD阵列的辐射性能差。因此，当所设置的发射器的密度和发射器的数量增加时，在驱动期间产生的热使得LD阵列的寿命期限更短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够进行高功率激光处理、同时防止激励光的光源的寿命期限缩短的激光处理装置。

(1)根据本发明的一种激光处理装置是用于通过以激光照射物体来处理物体的激光处理装置，该装置包括：激励光产生单元，被配置成发射激励光；激励光传输介质，具有一端和另一端，并且被配置为将从激励光产生单元发射的激励光从所述一端传输至所述另一端；激光输出单元，被配置为基于通过激励光传输介质所传输的激励光来发射激光；以及激光扫描单元，被配置为在物体的表面上扫描从激光输出单元发射的激光，其中，激励光产生单元包括：多个光源，每一个均具有用于发射激励光的单一发光点；以及聚光光学机构，被配置成将从多个光源的发光点发射的激励光聚集到激励光传输介质的所述一端上；以及激光输出单元包括：激励光分离器，被配置为将从激励光传输介质的另一端发射的激励光分离成第一激励光和第二激励光；振荡器，具有由激励光分离器所分离的第一激励光激励的第一激光介质，该振荡器被配置为发射在第一激光介质中产生的感应发射光作为激光；以及放大器，具有由激励光分离器所分离的第二激励光激励的第二激光介质，该放大器被配置成通过第二激光介质对从振荡器发射的激光进行放大。

根据这样的激光处理装置，聚光光学机构将从激励光产生单元的多个光源的单一发光点发出的激励光聚集到激励光传输介质的一端上。在这种情况下，每一个均具有单一发光点的多个光源可以以分散的方式布置。通过以分散的方式布置光源，可以容易地辐射在驱动期间产生的热。这防止了光源的寿命期限由于发热而变短。另外，通过将从多个光源发出的激励光聚集到激励光传输介质的一端上，高功率激励光通过激励光传输介质被传输至激光输出单元。

在激光输出单元中，激励光分离器将从激励光传输介质的另一端发出的激励光分离成第一激励光和第二激励光。通过第一激励光激励第一激光介质，从振荡器发射在第一激光介质中产生的感应发射光作为激光。另外，通过第二激励光激励第二激光介质，放大器对从振荡器发出的激光进行放大。

在这种情况下，由于第一激励光的输出低于聚集到激励光传输介质的一端上的激励光的输出，因此防止了在第一激光介质中的热透镜效应的发生。另外，由于利用第二激励光有效地对从第一激光介质产生的激光进行了放大，因此从激光输出单元发出的激光的输出增加。因此，激光扫描单元在物体的表面上扫描高功率激光。结果，可以利用高功率激光进行激光处理，同时防止激励光的光源的寿命期限变短。

(2)激励光产生单元的多个光源可以串联连接。在这种情况下，与多个光源并联连接的情况相比，能够减小向多个光源供给的电流。于是，能够使将电源单元与多个光源相连接的导线更薄。相应地，导线的布局的自由度增加。

(3)激励光产生单元还可以包括：壳体，用于包括多个光源和聚光光学机构，并且多个光源和聚光光学机构可以固定于壳体内。

在这种情况下，多个光源和聚光光学机构可以准确地定位于壳体内。另外，由于可以将多个光源和聚光光学机构当作单一单元，因此有利于激光处理装置的组装。

(4)激励光产生单元还可以包括为各个光源提供的多个体布拉格光栅(volumebragggrating)，并且体布拉格光栅每一个均可以通过对在预先确定的波长区域内的激励光进行反射来起到对应的一个光源的外部谐振器的作用。

在这种情况下，即使当存在从光源发出的激励光的波长由于温度等而引起的变化时，也能将通过体布拉格光栅发出的激励光的波长限制于预先确定的波长区域内。因此，通过使预先确定的波长区域包括第一激光介质的激励波长，能够有效地激励第一激光介质。

(5)预先确定的波长区域可以是宽度恒定且包括879nm的波长区域，以及第一激光介质可以基于波长为879nm的激励光来产生波长为1064nm的激光。

在这种情况下，能够以高量子效率从振荡器发出激光。于是，能够在发出激光时减少从第一激光介质产生的热。另外，通过减少发热，可以防止第一激光介质中的热透镜效应的发生。因此，能够使得具有期望光束直径和期望强度分布的激光从激光输出单元稳定地发出。

(6)激光处理装置还可以包括：包括激励光产生单元的主体；以及与主体分开设置的头部，其中，头部可以包括激光输出单元和激光扫描单元，以及激励光传输介质可以是将主体与头部连接以使得激励光产生单元产生的激励光被传输至激光输出单元的光纤线缆。

在这种情况下，从主体的激励光产生单元发出的激励光经由光纤线缆被传输至头部的激光输出单元。在头部处，基于所传输的激励光而从激光输出单元发出激光，并且在物体的表面上扫描所发出的激光。根据该配置，能够小型化发射激光的头部。

(7)第一激光介质可以包括每一个均能够发出激光的第一端和第二端，以及振荡器可以包括：第一反射构件，被布置成使从第一激光介质的第二端发出的激光朝向第二端反射；以及第二反射构件，被布置成使从第一激光介质的第一端发出的激光朝向第一端反射；以及Q开关，沿着第一反射构件与第二反射构件之间的激光路径设置。

在这种情况下，能够通过Q开关引起激光的脉冲振荡。于是，能够发射脉冲宽度短的高功率激光。因此，可以以非常小的时间间隔、利用高功率激光照射物体的表面。于是，能够缩短利用激光处理物体的时间。

(8)放大器的第二激光介质可以包括第三端和第四端，并且激光输出单元还可以包括：第一光学元件，被配置为通过第二激光介质的第三端接收从振荡器发出的激光，并且通过第二激光介质的第四端发射所接收到的激光；以及第二光学元件，被配置为通过第二激光介质的第四端接收激励光分离器分离的第二激励光。

在这种情况下，从振荡器发出的激光进入第三端，并且从第二激光介质的第四端发出。第二激励光进入第二激光介质的第四端。于是，在第二激光介质中，与第二激励光进入第三端的情况相比，能够更有效地放大激光。另外，能够提高激光输出单元内的第一光学元件和第二光学元件的布局的自由度，因而，可以有利于激光处理装置的组装。

(9)激光输出单元还可以包括：第三光学元件，被配置为使从第二激光介质的第四端发出的激光朝向激光扫描单元反射。于是，能够利用简单的配置将经第二激光介质放大的激光引导至激光扫描单元。

(10)激光处理装置还可以包括：焦点位置调整单元，设置在激光输出单元与激光扫描单元之间，其中，焦点位置调整单元可以包括：第一透镜和第二透镜，沿着从激光输出单元到激光扫描单元的激光路径设置；以及透镜移动单元，被配置为通过改变第一透镜与第二透镜之间的相对距离来调整施加至物体的激光的焦点位置。

在这种情况下，可以通过改变焦点位置调整单元的第一透镜和第二透镜之间的相对距离来调整施加至物体的激光的焦点位置。于是，能够将高功率激光聚焦于物体的表面上。结果，能够缩短进行激光处理的时间并且提高激光处理的准确性。

(11)根据本发明的激光处理装置，如上所述，在激光输出单元中，激励光分离器将从激励光传输介质的另一端发出的激励光分离(或分支)成第一激励光和第二激励光。这里，可以通过单个(一个)激励光传输介质将从激励光产生单元发出的激励光传输至激光输出单元。

在这种情况下，当激励为放大器提供的第二激光介质时，能够有效地使用通过单个(一个)激励光传输介质所传输的高功率激励光的一部分。于是，不需要在激光输出单元内分离地设置用于激励第二激光介质的激励光源，并且可以减少激光输出单元内的部件的数量。因此，能够简化激光输出单元的内部结构以及有利于组装激光处理装置。

另外，当考虑到需要在激光输出单元内分离地设置激励光源的装置时，不能在激励光源故障的情况下保持作为激光处理装置的功能。相比之下，根据本发明的激光处理装置，由于用于产生激励光的激励光产生单元设置有多个光源，因此即使这些光源之一失灵也能保持作为激光处理装置的功能，因而，提高了激光处理装置的便利性。

根据本发明，能够执行高功率激光处理同时防止激励光的光源的寿命期限缩短。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的激光处理系统的示意性配置的框图；

图2是用于示出图1所示的主体的配置的框图；

图3是示出激光激励单元的配置的另一示例的示意性平面图；

图4A是示出激光激励单元的配置的又一示例的示意性平面图；

图4B是主要示出从聚光透镜的位置看到的、图4A所示的单发射器LD的图；

图4C是示出在图4A所示的光纤线缆的一个端面处的聚光状态的图；

图5是用于示出图1所示的标记头的配置的框图；

图6是示出扫描单元和在扫描单元周围的构件的配置的外部透视图；

图7是用于示出焦点位置调整单元改变要施加至工件的激光的焦点位置的示例的侧视图；

图8是用于示出焦点位置调整单元改变要施加至工件的激光的焦点位置的示例的侧视图；

图9是示出当在工件上标记字母“A”时激光标记装置的操作的时序图；以及

图10是示出根据另一实施例的激光输出单元的配置的框图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述根据本发明的一个实施例的激光处理装置。在以下描述中，作为激光处理装置的一个示例，将描述用于通过利用激光扫描工件来对物体(下文中称为工件)进行标记(打印)的激光标记装置。

(1)激光处理系统的示意性配置

图1是示出根据本发明的一个实施例的激光处理系统的示意性配置的框图。如图1所示，激光处理系统1000包括激光标记装置100、激光处理数据设定装置900和多个外部装置910。

激光标记装置100包括主体1、标记头2、显示单元3和操作单元4。主体1和标记头2经由一条电缆EC和一条光纤线缆OC彼此连接。光纤线缆OC的长度例如为2m或更长。在激光标记装置100中，主体1产生激励光。所产生的激励光经由光纤线缆OC被传输至标记头2。传输至标记头2的激励光进入标记头2中的稍后将描述的第一激光介质LM1和第二激光介质LM2(图5)。于是，包括第一激光介质LM1的谐振器产生激光。然后，第二激光介质LM2对所产生的激光进行放大。放大后的激光被施加至工件W。通过基于预先已设置的激光处理数据在工件W上扫描激光来进行对工件W的标记。稍后将详细地描述主体1和标记头2的配置。

显示单元3例如被配置为液晶显示面板或有机EL(电致发光)面板，并且连接至主体1。显示单元3基于激光处理数据来显示各种信息。各种信息包括诸如激光标记装置100的工作条件以及要标记的图像和字母的信息。

操作单元4包括键盘和指向装置，并且连接至主体1。指向装置的示例包括鼠标和操纵杆。诸如当激光标记装置100进行对工件W的标记时，操作单元4由用户操作。

激光处理数据设定装置900例如包括CPU(中央处理单元)和存储器、或微计算机，并且连接至主体1。激光处理数据设定装置900还包括显示单元和操作单元。利用激光处理数据设定装置900，基于用户对操作单元的操作来生成激光处理数据。激光处理数据包括诸如标记图案、用于标记的激光输出、激光在工件W上的扫描速度以及稍后将描述的Q开关50Q(图5)的驱动频率的信息。所生成的激光处理数据被供给至主体1。

多个外部装置910按需要连接至激光标记装置100的主体1。在图1所示的示例中，图像识别装置911、距离测量装置912和PLC(可编程控制器)913被示为多个外部装置910。

图像识别装置911例如用于确定沿着线路运送的工件W的类型和位置。作为图像识别装置911，可以使用图像传感器等。距离测量装置912例如用于测量工件W与标记头2之间的距离。另外，PLC913用于根据预先确定的序列来控制激光处理系统1000外部的装置。

(2)主体

图2是用于示出图1所示的主体1的配置的框图。如图2所示，主体1包括控制单元10、存储器单元20、电源单元30和激光激励单元40。

控制单元10包括CPU(中央处理单元)11、ROM(只读存储器)12和RAM(随机存取存储器)13。ROM12存储例如CPU11的控制程序。RAM13存储各种数据，并且用作CPU11的工作区。CPU11执行存储在ROM12中的控制程序。

存储器单元20例如被配置为硬盘或存储卡。存储器单元20存储从图1所示的激光处理数据设定装置900提供的激光处理数据。于是，在主体1中设定激光处理数据。在这种情况下，CPU11基于所设定的激光处理数据来控制电源单元30、激光激励单元40和标记头2。

激光激励单元40包括壳体40C、多个(在该示例中为3个)单发射器LD(激光二极管)41、多个(在该示例中为3个)VBG(体布拉格光栅)49、多个(在该示例中为3个)快轴准直透镜42、多个(在该示例中为3个)慢轴准直透镜43以及一个聚光透镜44。另外，用于连接主体1和标记头2的光纤线缆OC的一端连接至激光激励单元40。在该实施例中，单发射器LD41是每一个均具有单发射器(发光点)的激光二极管。图2以示意性平面图示出了激光激励单元40的配置。图2也以虚线示出了各个单发射器LD41的单发射器。

多个单发射器LD41、多个VBG49、多个快轴准直透镜42、多个慢轴准直透镜43和一个聚光透镜44固定于壳体40C内。

在图2所示的示例中，三个单发射器LD41被设置成使得从三个单发射器LD41发射的光的方向(下文中称为发射方向)彼此平行，并且三个单发射器LD41沿着与发射方向正交的方向以规则的间隔布置。单发射器LD41中的相邻单发射器LD之间的距离例如被设置为在1mm与20mm之间(包括1mm和20mm在内)的值。如果单发射器LD41之间的距离大于20mm，则难以将单发射器LD41包括在尺寸减小的壳体中。相比之下，如果该距离小于1mm，则难以获得辐射性能的效果。因而，为了支持辐射性能和尺寸减小这两者的改进，优选的是将单发射器LD41之间的距离设置为大约5mm。

如上所述，通过以分散的方式布置多个单发射器LD41，可以容易地辐射在驱动多个单发射器LD41时由单发射器LD41产生的热。这防止了单发射器LD41的寿命期限由于发热而变得更短。

VBG49设置在各个单发射器LD41的前面。VBG49反射在从单发射器LD41发射的光之中的、在预先确定的波长区域内的光，并因而起到用于各个单发射器LD41的外部谐振器的作用。于是，通过VBG49从单发射器LD41发射的光的波长被限制于预先确定的波长区域内。预先确定的波长区域包括第一激光介质LM1的激励波长。

在这种情况下，即使当从单发射器LD41发射的光的波长由于单发射器LD41的温度的改变而改变时，也能从单发射器LD41发射在预先确定的波长区域内的光。在该实施例中，预先确定的波长区域被设置为以879nm为中心的特定宽度的范围。通过VBG49从单发射器LD41发射的光的波长主要为879nm。

快轴准直透镜42和慢轴准直透镜43以所述顺序并排设置在为单发射器LD41提供的各个VBG49前面。快轴准直透镜42和慢轴准直透镜43将从单发射器LD41发射的光变成准直光。

聚光透镜44设置在多个慢轴准直透镜43的前面，以使得从所有的单发射器LD41发射的光进入透镜。聚光透镜44将从所有的单发射器LD41发射的光聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。在光纤线缆OC的一个端面E1处的光被传输至标记头2作为高功率激励光。

如图2中的点划线所示，激光激励单元40中的多个单发射器LD41串联连接。电源单元30将电力供给至包括多个单发射器LD41的串联电路，使得从多个单发射器LD41发射的光的总输出(能量)例如为50W以上。

在这种情况下，与多个单发射器LD41并联连接的情况相比，能够减小供给至多个单发射器LD41的电流。于是，能够使将电源单元30与多个单发射器LD41相连接的导线更薄。相应地，配线的布局的自由度增加。在本实施例中，供给至包括多个单发射器LD41的串联电路的电流的值例如为15A。

对于激光激励单元40，用于将从多个单发射器LD41发射的光聚集到光纤线缆OC的一个端面E1的配置不限于图2所示的示例。激光激励单元40可以具有如下所述的配置。

图3是示出激光激励单元40的配置的另一示例的示意性平面图。图3所示的激光激励单元40除了聚光透镜44外还包括多个全反射镜45a和45b。

这里，在图3中，沿着聚光透镜44的光轴的一个单发射器LD41被称为第一单发射器LD41A，并且被布置成把第一单发射器LD41夹在中间的两个单发射器LD41被称为第二单发射器LD41B。

全反射镜45a被设置在每个第二单发射器LD41B的前面。另外，全反射镜45b设置在从全反射镜45a开始与发射方向正交的方向上。

从第一单发射器LD41A发射的光沿着聚光透镜44的光轴进入聚光透镜44，并且被聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。

另一方面，从第二单发射器LD41B发射的光在全反射镜45a和45b上被反射以朝着光纤线缆OC的一个端面E1定向，并且进入聚光透镜44。已进入聚光透镜44的光被聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。已进入聚光透镜44的光聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。在这种情况下，能够在确保相邻单发射器LD41之间的距离大的同时小型化聚光透镜44。

图4A是示出激光激励单元40的配置的又一示例的示意性平面图，图4B是主要示出从聚光透镜44的位置看到的、图4A所示的单发射器LD41a、41b和41c的图，以及图4C是示出在图4A所示的光纤线缆OC的一个端面E1处的聚光状态的图。

在图4A至图4C中，从三个单发射器LD41a、41b和41c发射的光的方向由箭头D1示为第一方向(与发射方向对应的方向)。另外，与第一方向D1正交的方向由箭头D2示为第二方向。此外，与第一方向D1和第二方向D2正交的方向由箭头D3示为第三方向。

图4A至图4C所示的激光激励单元40除了聚光透镜44外还包括多个全反射镜45c、45d、45e和45f以及基部MO。这里，在图4A至图4C中，沿着聚光透镜44的光轴的一个单发射器LD41被称为第一单发射器LD41a。在被设置成把第一单发射器LD夹入其中的两个单发射器LD41之中，一个被称为第二单发射器LD41b，而另一个被称为第三单发射器41c。

在构成激光激励单元40的多个部件之中，图4B仅示出第一单发射器LD41a至第三单发射器LD41c、多个全反射镜45c至45f、基部MO以及壳体40C。

如图4A和图4B所示，基部M0具有以阶梯状方式设置的三个放置表面MOb、MOa和MOc。放置表面MOb、MOa和MOc以所述顺序沿着第二方向D2布置，并且与第三方向D3正交。在第三方向D3上，放置表面MOc的水平高度高于放置表面MOa和MOb的水平高度。另外，放置表面MOa的水平高度高于放置表面MOb的水平高度。

第二单发射器LD41b、第一单发射器LD41a和第三单发射器LD41c分别放置在基部MO的放置表面MOb、MOa和MOc上。在该示例中第二单发射器LD41b、第一单发射器LD41a和第三单发射器LD41c在第二方向D2上的长度比在第三方向D3上的长度长。

在第二单发射器LD41b的前面，设置了一个全反射镜45c。另外，将一个全反射镜45e设置在沿着第二方向D2从全反射镜45c的位置偏移的位置处。全反射镜45e被设置成在沿着第三方向D3查看激光激励单元40时与聚光透镜44的光轴重叠。

在第三单发射器LD41c的前面，设置了一个全反射镜45d。另外，将一个全反射镜45f设置在沿着第二方向D2从全反射镜45d的位置偏移的位置处。全反射镜45f被设置成在沿着第三方向D3查看激光激励单元40时与聚光透镜44的光轴重叠。

从第一单发射器LD41a发射的光沿着聚光透镜44的光轴进入聚光透镜44，并且聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。图4C示出来自第一单发射器LD41a且聚集到一个端面E1上的光的点(由参考标记spa所示)。

另一方面，从第二单发射器LD41b发射的光在全反射镜45c上被反射、然后在全反射镜45e上被反射。已在全反射镜45e上被反射的光进入聚光透镜44，并且聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。图4C示出了来自第二单发射器LD41b且聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上的光的点(由参考标记spb所示)。

相比之下，从第三单发射器LD41c发射的光在全反射镜45d上被反射、然后在全反射镜45f上被反射。已在全反射镜45f上被反射的光进入聚光透镜44，并且聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。图4C示出了来自第三单发射器LD41c且聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上的光的点(由引用标记spc所示)。

如上所述，当发射器在第二方向D2上的长度比在第三方向D3上的长度长时，在光纤线缆OC的一个端面E1上形成的聚光点也在第二方向D2上比在第三方向D3上大。

因此，在该示例中，第一单发射器LD41a、第二单发射器LD41b、第三单发射器LD41c以及多个全反射镜45c、45d、45e和45f被设置成使得聚光点spa、spb和spc沿着第三方向D3布置。于是，能够将光更有效地引导至光纤线缆OC的圆形的一个端面E1上的较宽区域。另外，在该实施例中，类似于图3所示的示例，能够在确保相邻的单发射器LD41之间的距离大的同时小型化聚光透镜44。

(3)标记头

图5是用于示出图1所示的标记头2的配置的框图。如图5所示，标记头2包括激光输出单元50、光束扩展器70、光束采样器21、弯镜(bendmirror)22、偏振分束器23、焦点位置调整单元80、折返镜(turning-backmirror)24、四分之一波片25、扫描单元200、盖玻璃26、功率监测器110和成像装置120。

光纤线缆OC的另一端面E2连接至激光输出单元50。在激光输出单元50中，基于从主体1(图2)的激光激励单元40传输的高功率激励光来产生要施加至工件W的激光。将详细地描述激光输出单元50。

如图5所示，激光输出单元50包括准直透镜51、分束器52、折返镜53、55、56、59、60、61和62、聚光透镜54和65、后部镜(rearmirror)57、输出镜58、Q开关50Q、第一激光介质LM1和第二激光介质LM2。

从光纤线缆OC的另一端面E2发射的高功率激励光被准直透镜51调整成准直光，并进入分束器52。已进入分束器52的激励光被分离成彼此正交的两个方向。

由分束器52分离的激励光的一部分在折返镜53上被反射、然后在由准直镜54聚集时进入折返镜55。折返镜55是使进入一侧的光透射而使进入另一侧的光反射的镜。在该示例中，从聚光透镜54进入折返镜55的激励光通过折返镜55并进入第一激光介质LM1的一端。

已进入第一激光介质LM1的所述一端的激励光使得第一激光介质LM1产生自发发射光(或者感应发射光)。从第一激光介质LM1的另一端发射所产生的自发发射光。已从第一激光介质LM1的所述另一端发射的自发发射光在折返镜56上被反射并接着在后部镜57上被反射，并且进入第一激光介质LM1的所述另一端。

已进入第一激光介质LM1的所述另一端的自发发射光使得第一激光介质LM1产生感应发射光。从第一激光介质LM1的所述一端发出所产生的感应发射光。从第一激光介质LM1的所述一端发射的感应发射光在折返镜55上被反射，然后通过Q开关50Q进入输出镜58。输出镜58透射所进入的感应发射光的一部分，并且反射感应发射光的剩余部分。已在输出镜58上被反射的感应发射光通过Q开关50Q在折返镜55上被反射，并且进入第一激光介质LM1的所述一端。此后，感应发射光从第一激光介质LM1的所述另一端发出，在折返镜56上被反射并接着在后部镜57上被反射，并且进入第一激光介质LM1的所述另一端。

通过感应发射光以该方式重复地进入第一激光介质LM1，从第一激光介质LM1产生激光。

这里，Nd:YVO₄(钕:钒酸钇)或Nd:YAG(钕:钇铝柘榴石)被用作第一激光介质LM1和第二激光介质LM2。在这种情况下，从第一激光介质LM1产生的激光的波长为1064nm。如上所述，通过VBG49从单发射器LD41发射的光主要具有879nm的波长。也就是说，激励光的波长为879nm。因此，第一激光介质LM1的量子效率为约83％。

如上所述，第一激光介质LM1产生量子效率高的激光。于是，在产生激光时从第一激光介质LM1产生的热减少，因而，防止了热透镜效应发生。

第一激光介质LM1和第二激光介质LM2的晶体的长度为10mm或更长，更优选地，为15mm或更长。另外，第一激光介质LM1和第二激光介质LM2被布置成使得两个激光介质的晶体在c轴方向上彼此平行。

在该实施例中，折返镜55和56、后部镜57、输出镜58、Q开关50Q以及第一激光介质LM1起到激光的振荡器的作用。利用该振荡器，通过由未示出的驱动装置将高频率驱动信号施加至Q开关50Q来引起激光的脉冲振荡。例如，将由晶体制成的AOM(声光调制器)用作Q开关50Q。从第一激光介质LM1产生的激光由于脉冲振荡而间断地从输出镜58发射至折返镜59。所发射的激光在折返镜59上被反射，并且进入第二激光介质LM2的一端。

在振荡器中所使用的折返镜55和56的数量为一个以上(在该示例中为2个)。因此，能够在激励光进入第一激光介质LM1中的方向上小型化振荡器。

分束器52分离的激励光的剩余部分在折返镜61和62上被反射，然后在被聚光透镜65聚集时进入折返镜60。折返镜60是使进入一侧的光透射而使进入另一侧的光反射的镜。

已从聚光透镜65进入折返镜60的激励光通过折返镜60，并且进入第二激光介质LM2的另一端。在这种情况下，在第二激光介质LM2中，与激励光进入第二激光介质LM2的所述一端的情况相比，可以有效地放大从第二激光介质LM2的所述一端导向所述另一端的激光。以该方式，第二激光介质LM2起到放大器的作用。

另外，如上所述，第一激光介质LM1和第二激光介质LM2被布置成使得这两个激光介质的晶体在c轴方向上彼此平行。于是，第二激光介质LM2更有效地放大从第一激光介质LM1产生的激光。

此外，可以例如通过耦合两个以上Nd:YVO₄或Nd:YAG的晶体来制造第二激光介质LM2。于是，可以更大程度地放大进入第二激光介质LM2的激光。因此，能够增大激光的输出。

从第二激光介质LM2的所述另一端发射的激光在折返镜60上被反射，并且被导向光束扩展器70。

很难通过Q开关50Q引起高功率激光的脉冲振荡。因此，利用激光输出单元50，将由分束器52朝向折返镜53分离的激励光的输出设定为例如35W或更低。在这种情况下，能够准确地引起激光的脉冲振荡，并且使得从振荡器发出的激光的光束直径为理想光束直径的1.5倍或更小。

另外，在激光输出单元50的情况下，优选的是，由分束器52朝向折返镜61分离的激励光的输出为例如35W或更低。在这种情况下，防止了由于进入第二激光介质LM2的激励光的过高能量而发生热透镜效应。于是，能够使得从第二激光介质LM2的所述另一端稳定地发出具有期望光束直径和期望强度分布的激光。

光束扩展器70包括输入透镜71和输出透镜72。输入透镜71由平凹透镜构成，而输出透镜72由平凸透镜构成。从激光输出单元50发出的激光的光束直径小。因此，光束扩展器70将已进入的激光的光束直径调整为适合作为进入焦点位置调整单元80的激光。于是，能够以高准确性正确地调整施加至工件W的激光的光束直径。这里，当不需要以高准确性调整施加至工件W的激光的光束直径时，可以不必设置光束扩展器70。

光束采样器21透射从光束扩展器70发出的激光的一部分，并且反射激光的剩余部分。在光束采样器21上被反射的激光进入功率监测器110。功率监测器110包括用于检测从激光输出单元50发出的激光的输出(能量)的输出检测器，并且将来自输出检测器的检测结果提供至图2所示的控制单元10。例如，将热电堆或光电二极管用作输出检测器。

图2所示的控制单元10使从输出检测器提供的检测结果显示在例如图2所示的显示单元3中。于是，用户可以通过观看显示单元3来容易地确认激光输出单元50的操作状态。

作为光束采样器21，例如，可以使用未经受诸如涂覆之类的表面处理的玻璃板。在这种情况下，光束采样器21不易受温度变化的影响。因此，能够以低成本且以高准确性监测从激光输出单元50发出的激光的输出。

这里，从激光输出单元50发出的激光是线偏振光。在该实施例中，弯镜22被布置成使得从激光输出单元50发出的线偏振激光以P偏振进入弯镜22。

弯镜22是使进入一侧的光透射而使进入另一侧的光反射的镜，并且使以P偏振进入的线偏振光朝向偏振分束器23反射而不改变其偏振状态。

偏振分束器23使以S偏振进入的激光反射，并且使以P偏振进入的激光透射。另外，偏振分束器23被布置成使得在弯镜22上被反射的线偏振光以S偏振进入偏振分束器23。于是，偏振分束器23使以S偏振进入的线偏振激光朝向焦点位置调整单元80反射而不改变其偏振状态。

焦点位置调整单元80包括输入透镜81、准直透镜82、输出透镜83和透镜驱动单元89。输入透镜81由平凹透镜构成，并且准直透镜82和输出透镜83中的每一个均由平凸透镜构成。输入透镜81、准直透镜82和输出透镜83被布置成使得其光轴相同。在偏振分束器23上被朝向焦点位置调整单元80反射的激光被引导以通过输入透镜81、准直透镜82、输出透镜83、然后朝向折返镜24。

这里，在焦点位置调整单元80中，透镜驱动单元89使输入透镜81在光轴方向上移动。这改变了输入透镜81与输出透镜83之间的距离，并因而改变施加至工件W的激光的焦点位置。稍后将详细描述焦点位置调整单元80及其操作。

折返镜24使从焦点位置调整单元80发出的线偏振激光朝向四分之一波片25反射而不改变其偏振状态。四分之一波片25由例如石英构成，并且优选地被配置成使得进入且通过四分之一波片25的激光的相位滞后为45°+n×360°(n为整数)。可以例如通过接合两个石英片以使其光轴彼此正交来制造四分之一波片25。

在四分之一波片25中，从折返镜24引导的线偏振激光被转换成圆偏振激光。当使用相位滞后为为45°+n×360°(n＝0)的四分之一波片25时，能够正确地将线性偏振激光转换成圆偏振激光，而与四分之一波片25的温度无关。在该实施例中，偏振分束器23和四分之一波片25起到激光的偏振状态转换单元的作用。

已被转换成圆偏振光的激光进入扫描单元200。扫描单元200包括第一电流镜(galvanomirror)G1、第二电流镜G2、第一电机M1和第二电机M2。已进入扫描单元200的激光在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射，并且通过盖玻璃26以施加至工件W的表面。

第一电流镜G1和第二电流镜G2被配置成使得在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射的激光变为圆偏振激光。也就是说，第一电流镜G1和第二电流镜2被配置成使得进入扫描单元200的激光的偏振状态和从扫描单元200发出的激光的偏振状态相同。从扫描单元200发出的圆偏振激光被施加至工件W。稍后将详细地描述扫描单元200。

第一电流镜G1由第一电机M1驱动，而第二电流镜G2由第二电机M2驱动。于是，在彼此正交的两个方向上扫描被施加至工件W的表面的激光，并且对工件W的表面进行诸如线段的标记(打印)。

在标记头2处，不同于激光的在工件W周围的可见光通过盖玻璃26进入扫描单元200。另外，已进入扫描单元200的可见光在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射，并且通过四分之一波片25以进入折返镜24。

这里，折返镜24被配置成反射从激光输出单元50发出的激光的波长的光，并透射不包括所述激光的所述波长的预先确定的波长的光。在该实施例中，激光的波长为1064nm，并且预先确定的波长是在可见光区域(从400nm到800nm(包括400nm和800nm在内)的波长区域)内的波长。于是，进入折返镜24的可见光的至少一部分通过折返镜24。

在该实施例中，成像装置120被设置成接收通过折返镜24的可见光。成像装置120例如是包括成像元件和透镜的CCD(电荷耦合器件)摄像装置。

在这种情况下，在成像装置120中，利用通过盖玻璃26进入扫描单元200的可见光来捕获工件W的表面的图像。来自成像装置120的输出信号被提供至图2所示的控制单元10。于是，生成了与工件W的表面的图像相对应的图像数据。基于所生成的图像数据，在显示单元3中显示工件W的表面的图像。因此，用户可以在看显示单元3时确认要在工件W的表面上进行标记的位置。

另外，随着折返镜24反射从激光输出单元50发出的激光的波长的光，其还反射稍后将描述的返回光。因此，高功率激光或返回光没有进入成像装置120。于是，能够防止成像装置120由于高功率激光或返回光而损坏。

应该注意，在与激光进入的一侧相对的一侧用波长为约620nm的红色引导光照射弯镜22。引导光通过弯镜22，并且通过与从激光输出单元50发出的激光的路径相同的路径施加至工件W。于是，用户能够通过看施加至工件W的红色引导光来容易地确认利用激光要进行标记的位置。

(4)返回光

施加至工件W的激光的至少一部分在工件W的表面上被反射，然后进入盖玻璃26。在以下描述中，在工件W的表面上被反射且进入盖玻璃26的激光被称为返回光。如果返回光进入激光输出单元50，则可能存在激光输出单元50内的第一激光介质LM1和第二激光介质LM2损坏的情况。因而，使用偏振分束器23和四分之一波片25以便防止返回光进入激光输出单元50。将描述其如何工作的机制。

在工件W的表面上被反射的圆偏振激光在其旋转方向反转的状态下作为返回光进入扫描单元200。如上所述，扫描单元200被配置成使得进入扫描单元200的激光的偏振状态和从扫描单元200发出的激光的偏振状态相同。于是，旋转方向反转的圆偏振光的返回光通过扫描单元200进入四分之一波片25。在该情况下，在四分之一波片25中，圆偏振光的返回光被转换成线偏振光的返回光。此时，线偏振光的返回光的相位相对于从激光输出单元50发出的线偏振激光的相位偏移。具体地，线偏振光的返回光的偏振平面相对于从激光输出单元50发出的线偏振激光的偏振平面旋转了90°。于是，经四分之一波片25转换的线偏振光的返回光以P偏振进入偏振分束器23。

上述的偏振分束器23使以S偏振进入的光反射，并且使以P偏振进入的光透射。因此，以P偏振进入偏振分束器23的线偏振光的返回光通过偏振分束器23，如由图5中的粗虚线所示。也就是说，返回光从激光的路径转向。于是，返回光没有进入激光输出单元50。结果，能够防止激光输出单元50内的第一激光介质LM1和第二激光介质LM2损坏。

(5)扫描单元

将详细描述扫描单元200。图6是示出扫描单元200以及在扫描单元200周围的构件的配置的外部透视图。在以下描述中，第一电流镜G1在工件W上扫描激光的方向被称为X方向，第二电流镜G2在工件W上扫描激光的方向被称为Y方向，并且与X方向和Y方向正交的方向被称为Z方向。另外，扫描单元200可以在其上扫描激光的范围R的中心被称为原点O。

如图6所示，焦点位置调整单元80被布置成使得其光轴平行于Z方向。另外，折返镜24被布置成在X方向上反射从焦点位置调整单元80发出的激光。

根据本实施例的扫描单元200，第一电流镜G1由平行于Z方向从第一电机M1延伸的旋转轴S1以可围绕旋转轴S1旋转的方式保持。第二电流镜G2由平行于X方向从第二电机M2延伸的旋转轴S2以可围绕旋转轴S2旋转的方式保持。

第一电流镜G1被布置成使得经四分之一波片25转换的圆偏振激光在用激光照射原点O的状态下以45°的入射角进入第一电流镜G1。另外，第二电流镜G2被布置成使得在第一电流镜G1上被反射的激光在用激光照射原点O的状态下以45°的入射角进入第二电流镜G2。

在这种情况下，以P偏振已进入第一电流镜G1的激光在第一电流镜G1上被反射，并且以S偏振进入第二电流镜G2。另外，以S偏振已进入第一电流镜G1的激光在第一电流镜G1被反射，并且以P偏振进入第二电流镜G2。

第一电流镜G1和第二电流镜G2被配置成使得以P偏振进入且在这些镜上被反射的光的相位滞后相等，并且以S偏振进入且在这些镜上被反射的光的相位滞后相等。

这里，假设以P偏振进入且在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射的激光的相位滞后为另外，假设以S偏振进入且在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射的激光的相位滞后为此时，在以P偏振进入第一电流镜G1且在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射的激光中产生了相位滞后另外，在以S偏振进入第一电流镜G1且在第一电流镜G1和第二电流镜G2上被反射的激光中产生了相位滞后

如上所述，在以P偏振进入且在第一电流镜G1上被反射的激光中所产生的相位滞后与在以S偏振进入且在第二电流镜G2上被反射的激光中所产生的相位滞后之和等于在以S偏振进入且在第一电流镜G1上被反射的激光中所产生的相位滞后与在以P偏振进入且在第二电流镜G2上被反射的激光中所产生的相位滞后之和。在这种情况下，进入扫描单元200的激光在其偏振状态被保持的状态下从扫描单元200施加至工件W。

因此，进入扫描单元200的第一电流镜G1的圆偏振激光在第二电流镜G2上被反射为圆偏振激光，并且被施加至工件W、

在图6所示的示例中，确定第一电流镜G1和第二电流镜G2相对于激光的位置以使进入扫描单元200的激光的偏振状态和施加至工件W的激光的偏振状态相同。用于使进入扫描单元200的激光的偏振状态和施加至工件W的激光的偏振状态相同的配置不限于上述示例。

例如，第一电流镜G1和第二电流镜G2的针对激光的反射表面可以经受零偏移涂覆处理(zero-shiftcoatingtreatment)。这里，零偏移涂覆处理是指如下处理：在该镜的反射表面上形成诸如电介质多层膜之类的预定膜，使得满足关系式α＝β+n×360°(n是整数)，其中，以P偏振进入且在该镜的反射表面上被反射的光的相位滞后为α，并且以S偏振进入且在该镜的反射表面上被反射的光的相位滞后为β。

在这种情况下，对于第一电流镜G1和第二电流镜G2中的任一个，以P偏振进入并被反射的激光的相位滞后α和以S偏振进入且被反射的激光的相位滞后β基本上相同。因此，进入扫描单元200的圆偏振激光被反射为圆偏振激光而不被第一电流镜G1转换。另外，在第一电流镜G1上被反射的圆偏振光被反射为圆偏振激光而不被第二电流镜G2转换。于是，圆偏振激光被施加至工件W。

如上所述，当零偏移涂覆处理被应用于第一电流镜G1和第二电流镜G2时，不需要将进入这些镜的激光的入射角调整为45°。相应地，第一电机M1和第二电机M2的布局的自由度增加。在本实施例中，优选的是，在用激光照射原点O的状态下进入第一电流镜G1和第二电流镜G2的激光的入射角被设置为30°或更大且60°或更小，更优选地，被设置为45°。

(6)焦点位置调整单元

图7和图8是用于示出焦点位置调整单元80改变要施加至工件W的激光的焦点位置的示例的侧视图。图7和图8连同焦点位置调整单元80一起示出了扫描单元200、四分之一波片25和盖玻璃26的侧视图。

如图7和图8所示，焦点位置调整单元80包括大致圆柱形壳体80C。用于传输激光的开口设置在壳体80C的两端上。在壳体80C内，输入透镜81、准直透镜82和输出透镜83按所述顺序布置在Z方向上。

在输入透镜81、准直透镜82和输出透镜83之中，准直透镜82和输出透镜83固定于壳体80C内。另一方面，输入透镜81可移动地设置在Z方向上。透镜驱动单元89例如包括电机，并且在Z方向上移动输入透镜81。于是，输入透镜81与输出透镜83之间的相对距离改变。

例如，透镜驱动单元89可进行调整以使输入透镜81与输出透镜83之间的距离更小。在这种情况下，如图7所示，随着从输出透镜83发出的激光的聚焦角变得更小，施加至工件W的激光的焦点位置fp与盖玻璃26之间的距离增大。另一方面，透镜驱动单元89可以进行调整以使输入透镜81与输出透镜83之间的距离更大。在这种情况下，如图8所示，随着从输出透镜83发出的激光的聚焦角变得更大，施加至工件W的激光的焦点位置fp与盖玻璃26之间的距离减小。

焦点位置调整单元80可以被配置成使得在输入透镜81、准直透镜82和输出透镜83之中，输入透镜81固定于壳体80C内，而准直透镜82和输出透镜83可移动地设置在Z方向上。在这种情况下，透镜驱动单元89可以使准直透镜82和输出透镜83相对于输入透镜81在Z方向上移动。另外，输入透镜81、准直透镜82和输出透镜83可以被配置为在Z方向上相对于彼此移动。

在该实施例中，焦点位置调整单元80的透镜驱动单元89被用作用于在Z方向上扫描激光的装置。

(7)激光标记装置的操作

在例如图1所示的激光处理系统1000中，由图1所示的激光处理数据设定装置900生成的激光处理数据存储在图2所示的存储器单元20中。图2所示的控制单元10读取存储在存储器单元20中的激光处理数据以对工件W进行标记。在以下所述的示例中，将描述在工件W上标记具有三条线段的字母“A”的情况下图1所示的激光标记装置100的操作。

图9是当在工件W上标记字母“A”时激光标记装置100的操作的时序图。在图9中，最上面的行表示时间，第二行表示进行标记的时段，而第三行表示图5所示的扫描单元200的操作状态。另外，第四行表示供给至图2所示的多个单发射器LD41的电流的值，而第五行表示施加至图5所示的Q开关50Q的驱动信号的信号电平。最后，第六行表示从标记头2施加至工件W的激光的输出电平，而最下面的行表示在工件W上标记的标记图案。

这里，图5所示的扫描单元200的第一电机M1和第二电机M2被配置成能够以第一状态V1、第二状态V2和第三状态V3操作。假设扫描单元200能够在第一状态下V1下以最高速度以及在第二状态V2下以预先确定的恒定速度(下文中，称为标记速度)在X方向和Y方向上扫描被施加至工件W的激光。还假设扫描单元200能够在第三状态V3下使施加至工件W的激光的扫描速度接近标记速度。

在初始状态下，向图2所示的多个单发射器LD41供给具有预先确定的大小的电流。此时的电流的值被称为待机电流值a2。设定待机电流值a2以便改进在将每个单发射器LD41从关断状态切换为接通状态时的响应性。这里，单发射器LD41的关断状态是指单发射器LD41产生输出比预先确定的输出小的光或者完全不产生光的状态。另外，单发射器LD41的接通状态是指单发射器LD41产生输出大于或等于预先确定的输出的光。

此外，在初始状态下，向图5所示的Q开关50Q施加具有预先确定的信号电平的恒定驱动信号。此时的驱动信号的信号电平被称为待机电平p2。设定待机电平p2以便改进在Q开关50Q的振荡操作中的响应性。

在时间t0，图2所示的控制单元10读取存储在存储器单元20中的激光处理数据。另外，控制单元10基于所读取的处理数据确定如在图9中最上面的行所示的、构成字母“A”的相应的三条线段的标记时段。在该示例中，在从时间t3至时间t4的时段、从时间t6至时间t7的时段以及从时间t9至时间t10的时段期间标记各条线段。

此外，在时间t0，控制单元10使得扫描单元200转变至第一状态V1，并且控制扫描单元200。于是，对扫描单元200进行操作以使得激光的照射位置被导向要第一个标记的线段的位置。

接下来，在时间t1，控制单元10将施加至Q开关50Q的驱动信号的信号电平从待机电平p2改变为高电平p3。

随后，在时间t2，控制单元10使得扫描单元200转变至第三状态V3，并且控制扫描单元200。于是，对扫描单元200进行操作，以使得激光的照射位置被导向要第一个标记的线段的位置，以及使得激光的扫描速度变得更接近标记速度。另外，在时间t2，控制单元10将供给至多个单发射器LD41的电流的值从待机电流值a2增大至设定电流值a3。对设定电流值a3进行设定以便将多个单发射器LD41转变为接通状态。

然后，在时间t3，控制单元10将高频驱动信号施加至Q开关50Q。在这种情况下，以恒定的周期在高电平p3与低电平之间切换被施加至Q开关50Q的驱动信号。于是，在从时间t3至时间t4的时段期间，将激光从标记头2施加至工件W。

另外，在时间t3，控制单元10使得扫描单元200转变至第二状态V2，并且控制扫描单元200。于是，对扫描单元200进行操作以使得施加至工件W的激光的照射位置以标记速度从要第一个标记的线段的一端移动至另一端。结果，如在图9中最下面的行所示，在从时间t3到时间t4的时段期间，在工件W上用多个点标记出第一线段。

接下来，在时间t4，控制单元10将供给至多个单发射器LD41的电流的值从设定电流值a3减小至待机电流值a2。另外，从时间t4开始，控制单元10将供给至Q开关50Q的驱动信号的信号电平保持恒定为高电平p3。

此外，在时间t4，控制单元10使得扫描单元200转变至第一状态V1，并且控制扫描单元200。于是，对扫描单元200进行操作以使得激光的照射位置被导向要第二个标记的线段的位置。

此后，从时间t5至时间t7，控制单元10执行与从时间t2至时间t4已执行的处理相同的处理。于是，如图9中的最下面的行所示，在从时间t6至时间t7的时段期间，在工件W上用多个点标记出第二线段。

随后，从时间t8至时间t10，控制单元10执行与从时间t2至t4以及从时间t5至t7已执行的处理相同的处理。于是，如图9中的最下面的行所示，在从时间t8至时间t10的时段期间，在工件W上用多个点标记出第三线段。以该方式，完成字母“A”。

接下来，在时间t10，控制单元10将供给至多个单发射器LD41的电流的值从设定电流值a3减小至待机电流值a2。另外，从时间t10起，控制单元10将施加至Q开关50Q的驱动信号的信号电平保持恒定为高电平p3。另外，在时间t10，控制单元10停止扫描单元200的操作。

随后，在时间t11，控制单元10将施加至Q开关50Q的驱动信号的信号电平从高电平p3改变为待机电平p2。此外，在时间t12，控制单元10将供给至多个单发射器LD41的电流的值从待机电流值a2减小至比待机电流值a2更小的节能电流值a1。此外，在时间t13，控制单元10将施加至Q开关50Q的驱动信号的信号电平从待机电平p2改变为小于待机电平p2的节能电平p1。以该方式，完成字母“A”的标记。

如上所述，在该示例中，在扫描单元200处于第一状态V1下或处于第三状态V3下的时段期间，供给至多个单发射器LD41的电流的值增大至高达设定电流值a3。另外，将施加至Q开关50Q的驱动信号的信号电平从待机电平p2改变为高电平p3。于是，在线段的标记开始时，稳定地驱动多个单发射器LD41和Q开关50Q。结果，能够防止在线段的标记开始时多个单发射器LD41和Q开关50Q的响应延迟。

(8)效果

(8-1)根据激光标记装置100，从激光激励单元40的各个单发射器LD41的单发射器发出的光聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上。在这种情况下，每一个均具有单发射器的多个单发射器LD41可以以分散的方式布置。利用以分散的方式布置的单发射器LD41，可以容易地耗散在驱动期间产生的热。这防止了单发射器LD41的寿命期限由于发热而变得更短。另外，通过将从多个单发射器LD41发出的光聚集到光纤线圈OC的一个端面E1上，高功率激励光通过光纤线缆OC传送至标记头2的激光输出单元50。

在激光输出单元50中，分束器52分离从光纤线缆0C的另一端面E2发出的激励光。利用已被分离的激励光的一部分激励第一激光介质LM1以产生激光。所产生的激光进入第二激光介质LM2。被分束器52分离的激励光的剩余部分进入第二激光介质LM2。于是，激励第二激光介质LM2,并且放大已从第一激光介质LM1发出且进入第二激光介质LM2的激光。

在这种情况下，由于被分束器52分离的激励光的部分的输出低于聚集到光纤线缆OC的一个端面E1上的激励光的输出，因此防止了第一激光介质LM1中热透镜效应的发生。另外，由于利用被分束器52分离的激励光的剩余部分放大了从第一激光介质LM1产生的激光，因此从激光输出单元50发出的激光的输出增大。因此，扫描单元200在工件W的表面上扫描高功率激光。因此，能够利用高功率激光进行激光处理、同时防止多个单发射器LD41的寿命期限变短。

(8-2)在标记头2中，从激光输出单元50发出的线偏振激光以S偏振进入偏振分束器23并在其上被反射。在偏振分束器23上被反射的线偏振激光被四分之一波片25转换成圆偏振激光。扫描单元200在工件W的表面上扫描转换后的圆偏振激光。

在工件W的表面上被反射的圆偏振激光在其旋转方向反转的状态下作为返回光通过扫描单元200进入四分之一波片25。于是，圆偏振光的返回光被转换成线偏振光。此时，线偏振光的返回光的相位相对于从激光输出单元50发出的线偏振光的相位偏移。于是，线偏振光的返回光以P偏振进入偏振分束器23。在这种情况下，返回光通过偏振分束器23，而未进入激光输出单元50。

因此，能够利用高功率激光进行激光处理以及仅以简单配置和以低成本防止激光输出单元50由于返回光而损坏。

(8-3)在金属的激光处理中，利用在金属中吸收的激光的能量来处理金属。当对金属的表面进行激光处理时，金属的至少一部分变形。例如，当要通过激光处理将圆形孔设置在金属的表面中时，用激光照射的金属的一部分在激光处理期间以凹入的方式朝向激光的照射方向变形。在这种情况下，对激光倾斜的平面(下文中，称为凹入倾斜表面)形成在凹入部分内。

当在这样的激光处理中使用线偏振激光时，施加至金属的激光以P偏振进入凹入倾斜表面的一部分并且以S偏振进入凹入倾斜表面的剩余部分。这里，在激光以P偏振进入金属的表面的情况与激光以S偏振进入金属的表面的情况之间，被金属吸收的能量的大小变化。具体地，在线偏振激光以P偏振进入金属的表面时被金属吸收的能量的大小大于在线偏振光以S偏振进入金属的表面时被金属吸收的能量的大小。

于是，被凹入倾斜表面所述一部分吸收的能量增加，而被凹入倾斜表面的所述剩余部分吸收的能量减小。因此，可以容易地处理凹入倾斜表面的所述一部分，同时不能容易地处理凹入倾斜表面的所述剩余部分。因此，在金属的表面中设置了椭圆形孔而不是圆形孔。

相比之下，当圆偏振激光用于将圆形孔设置在金属的表面时，用相同比例的P偏振的激光和S偏振的激光照射在激光处理期间形成的凹入倾斜表面的整个部分。于是，正确地设置了圆形孔。因此，改进了激光处理的处理准确性(处理质量)。

根据上述的标记头2，能够利用圆偏振激光对工件W进行标记。于是，类似于上述的激光处理的示例，能够提高标记中的处理准确性(处理质量)。

(8-4)根据激光激励单元40，VBG49设置在各个单发射器LD41的前面。于是，通过VBG49从单发射器LD41发出的光的波长被限制于包括第一激光介质LM1的激励波长的波长区域内。因此，能够基于从激光激励单元40发出的激励光来有效地激励第一激光介质LM1。

(8-5)在本实施例中，主体1和标记头2经由一条光纤线缆OC相连接。从主体1的激光激励单元40发出的激励光经由光纤线缆OC传送至标记头2的激光输出单元50。利用这样的配置，能够小型化发出激光的标记头2。

(8-6)如上所述，根据激光输出单元50，能够通过Q开关50Q引起激光的脉冲振荡。于是，能够发射脉冲宽度短的高功率激光。因此，可以以非常小的时间间隔用高功率激光照射工件W的表面。于是，能够缩短利用激光对工件W进行标记的时间。

(8-7)根据标记头2，焦点位置调整单元80调整施加至工件W的激光的焦点位置。于是，能够将高功率激光聚集在工件W的表面上。结果，能够缩短利用激光对工件W进行标记的时间，并且提高处理准确性。

(8-8)用于检测从激光输出单元50发出的激光的输出的光束采样器2沿着激光的路径设置在激光输出单元50与偏振分束器23之间。在这种情况下，随着返回光通过偏振分束器23，返回光可能未进入光束采样器21。于是，能够防止返回光的一部分通过光束采样器21进入功率监测器110。结果，防止了功率监测器110的错误检测。

(9)其他实施例

(9-1)在上述实施例中，一个激光介质(第二激光介质LM2)被提供作为用于激光输出单元50的放大器。提供作为用于激光输出单元50的放大器的激光介质的数量不限于上述示例。激光输出单元50可以设置有作为放大器的两个以上的激光介质。

图10是示出根据另一实施例的激光输出单元50的配置的框图。如图10所示，该示例的激光输出单元50包括准直透镜151、分束器152和171、聚光透镜153、172和182、后部镜154、折返镜155、157、158、159、160、161和181、输出镜156、第一激光介质LM1、第二激光介质LM2和第三激光介质LM3。

在多个折返镜之中，后部镜154以及折返镜158和160是使进入一侧的光透射而使进入另一侧的光反射的镜。另外，第一激光介质LM1、第二激光介质LM2和第三激光介质LM3具有与在上述实施例中的所使用的第一激光介质LM1的配置相同的配置。第一激光介质LM1、第二激光介质LM2和第三激光介质LM3被布置成使得这些激光介质的晶体在c轴方向上彼此平行。另外，在该示例中所使用的Q开关50Q具有与在上述实施例中所使用的Q开关50Q的配置和操作相同的配置和操作。

类似地，在该示例中，从光纤线缆OC的另一端面E2发出的高功率激励光被准直透镜151调整为准直光，并且进入分束器152。已进入分束器152的激励光被分离为彼此正交的两个方向。

被分束器152分离的激励光的一部分通过后部镜154，并且进入第一激光介质LM1的一端、同时被聚光镜153聚集。

已进入第一激光介质LM1的所述一端的激励光使得第一激光介质LM1产生自发发射光(或感应发射光)。从第一激光介质LM1的另一端发出所产生的自发发射光。已从第一激光介质LM1的所述另一端发出的自发发射光通过Q开关50Q在折返镜155上被反射，并且进入输出镜156。输出镜156透射进入的自发发射光的一部分，并且反射自发发射光的剩余部分。已在输出镜156上被反射的自发发射光在折返镜155上被反射，并且通过Q开关50Q进入第一激光介质LM1的所述另一端。

已进入第一激光介质LM1的所述另一端的自发发射光使得第一激光介质LM1产生感应发射光。从第一激光介质LM1的所述一端发出所产生的感应发射光。从第一激光介质LM1的所述一端发出的感应发射光在后部镜154上被反射，并且进入第一激光介质LM1的所述一端。

此后，感应发射光从第一激光介质LM1的所述另一端发出，通过Q开关50Q在折返镜155上被反射，并且进入输出镜156。此时，输出镜156使所进入的感应发射光的一部分透射，并且使感应发射光的剩余部分反射。已在输出镜156上被反射的感应发射光在折返镜155上被反射，并且通过Q开关50Q进入第一激光介质LM1的所述另一端。此后，感应发射光从第一激光介质LM1的所述一端发出，在后部镜154上被反射，并且再次进入第一激光介质LM1的所述一端。

通过感应发射光以该方式重复地进入第一激光介质LM1来产生激光。通过Q开关50Q的操作将在第一激光介质LM1中产生的激光从输出镜156朝向折返镜157间断地发出。所发出的激光在折返镜157上被反射，并且进入第二激光介质LM2的一端。

如上所述，在该实施例中，后部镜154、第一激光介质LM1、Q开关50Q、折返镜155和输出镜156起到激光的振荡器的作用。

经分束器152分离的激励光的剩余部分进入分束器171。已进入分束器171的激励光进一步被分离为彼此正交的两个方向。

经分束器171分离的激励光的一部分在折返镜181上被反射，然后通过折返镜158并进入第二激光介质LM2的另一端、同时被聚光透镜182聚集。于是，在第二激光介质LM2中，利用从所述另一端入射的激励光有效地放大从所述一端导向所述另一端的激光。以该方式，第二激光介质LM2起到放大器的作用。

经第二激光介质LM2放大的激光在折返镜158和159上被反射，并进入第三激光LM3的一端。

这里，经分束器171分离的激励光的剩余部分通过折返镜160并进入第三激光介质LM3的另一端、同时被聚光透镜172聚集。于是，在第三激光介质LM3中，利用从所述另一端入射的激励光更有效地放大从所述一端导向所述另一端的激光。以该方式，第三激光介质LM3起到放大器的作用。

经第二激光介质LM2和第三激光介质LM3放大的激光在折返镜160和161上被反射，并且导向图5所示的光束扩展器70。

在图10所示的示例中，在第一激光介质LM1中所产生的激光被第二激光介质LM2和第三激光介质LM3放大。也就是说，一个振荡器产生的激光被两个放大器中的每一个放大。于是，能够增大施加至工件W的激光的输出功率、同时减少进入第一激光介质LM1的激励光的能量。

(9-2)在上述实施例中，四分之一波片25沿着激光的路径设置，使得用圆偏振激光照射工件W。用于以该方式用圆偏振激光照射工件W的配置不限于上述示例。替代在输出单元50与扫描单元200之间的沿着激光的路径设置四分之一波片25，扫描单元200的第一电流镜G1和第二电流镜G2之一可以设置有用于将线偏振光转换成圆偏振光的波片，并且另一个镜可以设置有零偏移涂覆。在这种情况下，由这些镜中的一个将线偏振激光转换成圆偏振激光，并且将转换后的圆偏振激光施加至工件W。另外，来自工件W的圆偏振光的返回光在进入这些镜中的一个并在该镜上被反射时被转换成线偏振激光。

(9-3)在上述实施例中，Q开关50Q在激光输出单元50内的沿着激光的路径设置在第一激光介质LM1与输出镜58之间。然而，Q开关50Q的位置不限于该示例。替代第一激光介质LM1与输出镜58之间的位置，Q开关50Q可以设置在第一激光介质LM1与后部镜57之间。

(9-4)上述实施例描述了本发明应用于激光标记装置的示例。本发明不限于该示例，并且可以应用于诸如用于在工件W中设置孔的装置、用于修整工件W的装置或用于刻绘工件W的装置之类的装置。如上所述，本发明可用在除了标记外的、使用激光的各种处理(诸如熔融、剥离、氧化、切割和去光泽)中。

(10)权利要求中的部件与实施例中的部件之间的对应关系

下文中，将描述权利要求中的部件与实施例中的部件之间的对应关系，但是本发明不限于以下示例。

在上述实施例中，工件W是物体的示例，激光标记装置100是激光处理装置的示例，激光激励单元40是激励光产生单元的示例，光纤线缆OC是激励光传输介质和光纤线缆的示例，激光输出单元50是激光输出单元的示例，以及扫描单元200是激光扫描单元的示例。

另外，单发射器LD41、第一单发射器LD41A和41a、第二单发射器LD41B和41b以及第三单发射器LD41c是光源的示例。聚光透镜44以及全反射镜45a和45b、45c、45d、45e、45f是聚光光学机构的示例，分束器52是激励光分离器的示例，以及第一激光介质LM1是第一激光介质的示例。

此外，图5所示的包括折返镜55和56、后部镜57、输出镜58、Q开关50Q和第一激光介质LM1的配置、以及图10所示的包括后部镜154、第一激光介质LM1、Q开关50Q、折返镜155和输出镜156的配置是振荡器的示例。第二激光介质LM2和第三激光介质LM3是第二激光介质和放大器的示例。

此外，壳体40C是壳体的示例，VBG49是体布拉格光栅的示例，主体1是主体的示例，标记头2是头部的示例，后部镜57和输出镜156是第一反射构件的示例，输出镜58和后部镜154是第二反射构件的示例，以及Q开关50Q是Q开关的示例。

另外，折返镜59、157和159是第一光学元件的示例，折返镜62和181以及分束器171是第二光学元件的示例，以及折返镜60和161是第三光学元件的示例。

最后，焦点位置调整单元80是焦点位置调整单元的示例，输入透镜81是第一透镜的示例，输出透镜83是第二透镜的示例，以及透镜驱动单元89是透镜移动单元的示例。

具有如权利要求中所限定的相同配置或功能的各种其他部件也可以用作权利要求中的部件。

本发明可以有效地用于使用激光对物体进行处理。

Claims

1.一种激光处理装置，用于通过以激光照射物体来处理所述物体，所述装置包括：

激励光产生单元，被配置为发射激励光；

激励光传输介质，具有一端和另一端，并且被配置为将从所述激励光产生单元发射的激励光从所述一端传输至所述另一端；

激光输出单元，被配置为基于通过所述激励光传输介质所传输的激励光来发射激光；以及

激光扫描单元，被配置为在所述物体的表面上扫描从所述激光输出单元发射的激光，其中，

所述激励光产生单元包括：

多个光源，每一个均具有用于发射激励光的单一发光点；以及

聚光光学机构，被配置为将从所述多个光源的发光点发射的激励光聚集到所述激励光传输介质的所述一端上，并且

所述激光输出单元包括：

激励光分离器，被配置为将从所述激励光传输介质的所述另一端发射的激励光分离成第一激励光和第二激励光；

振荡器，具有由所述激励光分离器所分离的所述第一激励光激励的第一激光介质，所述振荡器被配置为发射在所述第一激光介质中产生的感应发射光作为所述激光；以及

放大器，具有由所述激励光分离器所分离的所述第二激励光激励的第二激光介质，所述放大器被配置为通过所述第二激光介质对从所述振荡器发射的所述激光进行放大。

2.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中，

所述激励光产生单元的所述多个光源串联连接。

3.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中，

所述激励光产生单元还包括：壳体，用于包括所述多个光源和所述聚光光学机构，以及

所述多个光源和所述聚光光学机构固定于所述壳体内。

4.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中，

所述激励光产生单元还包括：为各个光源提供的多个体布拉格光栅，以及

所述体布拉格光栅每一个均通过对在预先确定的波长区域内的激励光进行反射来起到对应的一个光源的外部谐振器的作用。

5.根据权利要求4所述的激光处理装置，其中，

所述预先确定的波长区域是宽度恒定且包括879nm的波长区域，以及

所述第一激光介质基于波长为879nm的激励光来产生波长为1064nm的激光。

6.根据权利要求1所述的激光处理装置，还包括：

主体，包括所述激励光产生单元，以及

头部，与所述主体分开设置，其中，

所述头部包括所述激光输出单元和所述激光扫描单元，以及

所述激励光传输介质是将所述主体与所述头部连接以使得所述激励光产生单元产生的激励光被传输至所述激光输出单元的光纤线缆。

7.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中，

所述第一激光介质包括：每一个均能够发射激光的第一端和第二端，以及

所述振荡器包括：

第一反射构件，被设置成使从所述第一激光介质的所述第二端发射的激光朝向所述第二端反射；

第二反射构件，被设置成使从所述第一激光介质的所述第一端发射的激光朝向所述第一端反射；以及

Q开关，沿着所述第一反射构件与所述第二反射构件之间的激光路径设置。

8.根据权利要求1所述的激光处理装置，其中，

所述放大器的所述第二激光介质包括：第三端和第四端，以及

所述激光输出单元还包括：

第一光学元件，被配置为通过所述第二激光介质的所述第三端接收从所述振荡器发出的激光，并且通过所述第二激光介质的所述第四端发射所接收到的激光；以及

第二光学元件，被配置为通过所述第二激光介质的所述第四端接收所述激励光分离器分离的所述第二激励光。

9.根据权利要求8所述的激光处理装置，其中，

所述激光输出单元还包括：

第三光学元件，被配置为使从所述第二激光介质的所述第四端发出的激光朝向所述激光扫描单元反射。

10.根据权利要求1所述的激光处理装置，还包括：

焦点位置调整单元，设置在所述激光输出单元与所述激光扫描单元之间，其中，

所述焦点位置调整单元包括：

第一透镜和第二透镜，沿着从所述激光输出单元到所述激光扫描单元的激光路径设置；以及

透镜移动单元，被配置为通过改变所述第一透镜与所述第二透镜之间的相对距离来调整施加至所述物体的激光的焦点位置。