CN110023027B - 激光加工系统和激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

激光加工系统具有：A、波长可变激光装置，其输出脉冲激光，并且能够使脉冲激光的波长发生变化；B、光学系统，其对被加工物照射从波长可变激光装置输出的脉冲激光；C、基准波长取得部，其取得与基于被加工物的材料的光子吸收对应的基准波长；D、激光加工控制部，其对波长可变激光装置进行控制，在对被加工物实施主加工之前执行预加工，并且一边使波长可变激光装置所输出的脉冲激光的波长在包含基准波长的规定范围内变化，一边按照多个波长执行波长搜索用预加工；E、加工状态计测器，其计测按照多个波长进行的波长搜索用预加工的每个波长的加工状态；以及F、最佳波长确定部，其对每个波长的加工状态进行评价来确定用于主加工的最佳波长。

Description

激光加工系统和激光加工方法
技术领域
本公开涉及激光加工系统和激光加工方法。
背景技术
近年来，在激光加工领域中，使用了脉冲宽度非常短的超短脉冲的脉冲激光的激光加工正备受瞩目。例如，公知有通过对被加工材料照射脉冲宽度为皮秒或飞秒的脉冲激光而在被加工材料的表面引起光子吸收，从而能够通过非热加工来进行干净的加工。
另外，还尝试了如下的方法：使用能够使所输出的脉冲激光的波长发生变化的波长可变激光装置来选择与被加工物对应的适当的波长的脉冲激光来进行激光加工。例如，在被加工物是晶体材料的情况下，作为适当的波长，选择理论上与材料的带隙对应确定的光的吸收波长。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-273581号公报
专利文献2：日本特表2008-503032号公报
专利文献3：WO2003/076151号公报
发明内容
本公开的1个观点的对被加工物照射脉冲激光而进行激光加工的激光加工系统具有：
A、波长可变激光装置，其输出脉冲激光，并且能够使脉冲激光的波长发生变化；
B、光学系统，其对被加工物照射从波长可变激光装置输出的脉冲激光；
C、基准波长取得部，其取得与基于被加工物的材料的光子吸收对应的基准波长；
D、激光加工控制部，其对波长可变激光装置进行控制，在对被加工物实施主加工之前执行预加工，并且一边使波长可变激光装置输出的脉冲激光的波长在包含基准波长的规定范围内变化，一边按照多个波长执行波长搜索用预加工；
E、加工状态计测器，其计测按照多个波长进行的波长搜索用预加工的每个波长的加工状态；以及
F、最佳波长确定部，其对每个波长的加工状态进行评价来确定用于主加工的最佳波长。
本公开的1个观点的对被加工物照射脉冲激光而进行激光加工的激光加工方法具有以下的步骤：
A、基准波长取得步骤，取得与基于被加工物的材料的光子吸收对应的基准波长；
B、波长搜索用预加工步骤，使用能够使脉冲激光的波长发生变化的波长可变激光装置，一边使波长可变激光装置输出的脉冲激光的波长在包含基准波长的规定范围内变化，一边按照多个波长来执行波长搜索用预加工；
C、加工状态计测步骤，计测按照多个波长进行的波长搜索用预加工的每个波长的加工状态；以及
D、最佳波长确定步骤，对每个波长的加工状态进行评价来确定用于主加工的最佳波长。
附图说明
下面，仅仅作为例子，参照附图对本公开的几个实施方式进行说明。
图1是概略地示出比较例的激光加工系统的结构的图。
图2是示出比较例的激光加工控制部的处理过程的流程图。
图3是示出比较例的激光加工的处理过程的流程图。
图4是示出比较例的激光控制部的处理过程的流程图。
图5是第1波长选择表的说明图。
图6是概略地示出第1实施方式的激光加工系统的结构的图。
图7是示出第1实施方式的激光加工控制部的处理过程的流程图。
图8是示出搜索第1实施方式的最佳波长的处理过程的流程图。
图9是示出确定波长检索用通量的处理过程的流程图的前半部分。
图10是示出确定波长检索用通量的处理过程的流程图的后半部分。
图11是通量评价值表的说明图。
图12是示出波长搜索处理过程的流程图的前半部分。
图13是示出波长搜索处理过程的流程图的后半部分。
图14是第1评价值表的说明图。
图15是示出确定最佳波长的处理过程的流程图。
图16是概略地示出第2实施方式的激光加工系统的结构的图。
图17是加工深度的说明图。
图18是示出第2实施方式的激光加工控制部的处理过程的流程图。
图19是示出搜索第2实施方式的最佳波长的处理过程的流程图的前半部分。
图20是示出搜索第2实施方式的最佳波长的处理过程的流程图的后半部分。
图21是示出计测加工状态和记录第2波长评价值的处理过程的流程图。
图22是第2评价值表的说明图。
图23是材料A的特性图。
图24是材料B的特性图。
图25是概略地示出第3实施方式的激光加工系统的结构的图。
图26是第2波长选择表的说明图。
图27是示出第3实施方式的激光加工控制部的处理过程的流程图。
图28是示出选择基准波长λa和确定脉冲宽度ΔTa的过程的流程图。
图29是示出第3实施方式的激光控制部的处理过程的流程图。
图30是概略地示出第4实施方式的激光加工系统的结构的图。
图31是示出第4实施方式的激光加工控制部的处理过程的流程图的前半部分。
图32是示出第4实施方式的激光加工控制部的处理过程的流程图的后半部分。
图33是示出最佳脉冲宽度的搜索过程的流程图的前半部分。
图34是示出最佳脉冲宽度的搜索过程的流程图的后半部分。
图35是示出计测加工状态和记录脉冲宽度评价值的过程的流程图。
图36是脉冲宽度评价值表的说明图。
图37是示出波长可变激光装置的具体例的说明图。
图38是具有转印光学系统的激光加工装置的说明图。
图39是反射型的聚光光学系统的说明图。
图40是反射型的转印光学系统的说明图。
具体实施方式
<内容＞
1.概要
2.基于比较例的激光加工系统
2.1激光加工系统的结构
2.2激光加工系统的动作
2.3课题
3.第1实施方式的激光加工系统
3.1结构
3.2动作
3.3作用
3.4变形例
4.第2实施方式的激光加工系统
4.1结构
4.2动作
4.3作用
5.第3实施方式的激光加工系统
5.1结构
5.2动作
5.3作用
5.4变形例
6.第4实施方式的激光加工系统
6.1结构
6.2动作
6.3作用
7.波长可变激光装置的具体例
7.1结构
7.2动作
7.3变形例
8.激光加工装置的变形例
8.1结构
8.2动作
9.反射型的光学系统
9.1反射型的聚光光学系统
9.2反射型的转印光学系统
下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式示出了本公开的几个例子，并没有限定本公开的内容。另外，在各实施方式中说明的结构和动作并非全部是本公开的结构和动作所必须的。另外，对相同的结构要素赋予相同的参照标号而省略重复的说明。
1.概要
本公开涉及对被加工物照射激光而进行激光加工的激光加工系统。
2.比较例的激光加工系统
2.1激光加工系统的结构
图1概略地示出了比较例的激光加工系统的结构。激光加工系统2具有激光装置3和激光加工装置4。激光装置3和激光加工装置4通过光路管5来连接。
激光装置3包含固体激光装置10、监视器模块11、快门12以及激光控制部13。激光装置3是输出脉冲激光的激光装置，是能够使脉冲激光的波长发生变化的波长可变激光装置。
固体激光装置10包含波长可变掺钛蓝宝石振荡器16、掺钛蓝宝石放大器17、波长转换系统18以及抽运激光装置19。波长可变掺钛蓝宝石振荡器16包含由掺钛蓝宝石晶体、波长选择元件和输出耦合镜构成的光谐振器。通过从抽运激光装置19输出的脉冲激光对掺钛蓝宝石晶体呈脉冲状进行激励。从该波长可变掺钛蓝宝石振荡器16输出的种子光通过光谐振器中的波长选择元件来进行波长选择，输出650nm～1100nm的范围的脉冲激光。这里，作为波长选择元件的具体例，例如是光栅。
掺钛蓝宝石放大器17包含掺钛蓝宝石晶体和用于多路径放大的光学系统。与种子光入射到掺钛蓝宝石晶体同步地被从抽运激光装置19输出的脉冲激光被激励成脉冲状。其结果是，在掺钛蓝宝石放大器17中对作为脉冲激光的种子光进行放大，并输出放大后的脉冲激光。
放大后的脉冲激光的脉冲宽度依赖于从抽运激光装置19输出的激励用的脉冲激光的脉冲宽度。例如，激励用的脉冲激光的脉冲宽度被设定为在被加工物41的材料中产生1个光子的光子吸收的脉冲宽度，具体来说，激励用的脉冲激光的脉冲宽度被设定成使照射于被加工物41的脉冲激光的脉冲宽度处于1ns以上且100ns以下的范围。
抽运激光装置19例如是输出YLF激光器的第2高次谐波光的脉冲激光来作为激励光的激光装置。抽运激光装置19将激励光输入到波长可变掺钛蓝宝石振荡器16和掺钛蓝宝石放大器17。
波长转换系统18对被掺钛蓝宝石放大器17放大的种子光的波长进行转换。在波长转换系统18中，种子光被选择性地转换成第2高次谐波(325nm～550nm)、第3高次谐波(217nm～367nm)和第4高次谐波(162nm～275nm)中的任一种。固体激光装置10输出被波长转换系统18波长转换后的脉冲激光。
监视器模块11配置在固体激光装置10输出的脉冲激光的光路上。监视器模块11例如包含分束器11a、光传感器11b以及波长监视器11c。
分束器11a使固体激光装置10输出的脉冲激光以高透过率朝向快门12透过，并且使脉冲激光的一部分朝向分束器11d反射。分束器11d配置在分束器11a的反射光路上，即，分束器11a与光传感器11b之间。分束器11d对分束器11a反射的反射光的一部分进行反射并使剩余部分透过。透过了分束器11d的透过光入射到光传感器11b，被分束器11d反射后的反射光入射到波长监视器11c。
光传感器11b检测入射到受光面的脉冲激光的脉冲能量，并将检测到的脉冲能量的数据输出到激光控制部13。
波长监视器11c例如包含光栅等波长分散元件，是利用图像传感器来检测其衍射像并根据检测出的衍射像来检测波长的分光器。
激光控制部13在其与激光加工装置4的激光加工控制部32之间收发各种信号。例如，激光控制部13从激光加工控制部32接收发光触发Tr、目标脉冲能量Et、目标波长λt的数据等。
激光控制部13从监视器模块11的光传感器11b接收脉冲能量的数据。激光控制部13根据所接收的脉冲能量的数据，对从抽运激光装置19输出的激励用脉冲激光的脉冲能量进行控制。抽运激光装置19将激励用脉冲激光输出到波长可变掺钛蓝宝石振荡器16和掺钛蓝宝石放大器17。通过控制激励用脉冲激光的脉冲能量来控制波长可变掺钛蓝宝石振荡器16和掺钛蓝宝石放大器17所输出的脉冲激光的脉冲能量。
快门12配置在透过了监视器模块11的分束器11a的脉冲激光的光路上。在开始激光振荡之后，激光控制部13在从监视器模块11接收的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差处于容许范围内的期间控制为关闭快门12。在从监视器模块11接收的脉冲能量与目标脉冲能量Et之差处于容许范围内之后，激光控制部13控制为打开快门12。激光控制部13将表示能够接收到脉冲激光的发光触发Tr的激光加工OK信号与快门12的打开信号同步地发送到激光加工控制部32。
激光加工装置4包含激光加工控制部32、工作台33、XYZ台34、光学系统36、壳体37以及框体38。在壳体37内配置有光学系统36。在框体38上固定有壳体37和XYZ台34。
工作台33对被加工物41进行支承。被加工物41是被照射脉冲激光而进行激光加工的加工对象。被加工物41例如是晶体材料。XYZ台34对工作台33进行支承。XYZ台34能够在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上移动，能够通过调整工作台33的位置来调整被加工物41的位置。XYZ台34将被加工物41的位置调整为被照射从光学系统36出射的脉冲激光。
光学系统36例如具有高反射镜36a～36c、作为聚光光学系统的聚光透镜36d以及衰减器52。高反射镜36a～36c、聚光透镜36d以及衰减器52分别固定于未图示的保持器，在壳体37内配置在规定的位置。
高反射镜36a～36c以高反射率对脉冲激光进行反射。高反射镜36a使从激光装置3输入的脉冲激光朝向高反射镜36b反射，高反射镜36b使脉冲激光朝向高反射镜36c反射。高反射镜36c使脉冲激光朝向聚光透镜36d反射。高反射镜36a～36c例如在由合成石英或氟化钙形成的透明基板的表面上覆盖有对脉冲激光进行高反射的反射膜。
衰减器52在壳体37内配置在高反射镜36a与高反射镜36b之间的光路上。衰减器52例如包含两个局部反射镜52a和52b以及这两个局部反射镜的旋转台52c和52d。两个局部反射镜52a和52b是透过率T根据脉冲激光的入射角度而发生变化的光学元件。局部反射镜52a和局部反射镜52b通过旋转台52c和旋转台52d来调整倾斜角度，以使得脉冲激光的入射角度互相一致，并且为期望的透过率T。
衰减器52根据激光加工控制部32的控制信号来控制透过率T。衰减器52通过控制透过率T而将要入射的脉冲激光的脉冲能量调节为期望的脉冲能量。
聚光透镜36d被配置成使所入射的脉冲激光经由窗口42会聚在被加工物41的表面。聚光透镜36d例如是将合成石英和CaF2晶体等不同材料的透镜组合起来而得的色像差校正透镜。色像差校正范围例如是根据从作为波长可变激光装置的激光装置3输出的脉冲激光的波长范围而设定的。
窗口42配置在聚光透镜36d与被加工物41之间的光路上，在形成于壳体37的开口处以被O环(未图示)密封的状态被固定。
在激光加工系统2的工作期间，在壳体37的内部始终流过作为惰性气体的氮(N2)气。在壳体37设置有将氮气吸入到壳体37的吸入口(未图示)和将氮气从壳体37向外部排出的排出口(未图示)。吸入口和排出口能够与未图示的吸气管和排出管连接。吸入口和排出口在与吸气管和排出管连接的状态下被O环(未图示)密封以抑制外部气体混入到壳体37内。吸入口与氮气供给源(未图示)连接。
在光路管5内也流过氮气，光路管5在与激光加工装置4的连接部分和与激光装置3的连接部分也被O环密封。
另外，在壳体37内流过氮气的目的在于，由于紫外区域的光具有其一部分被大气吸收的特性，所以将这些大气从壳体37内排出。因此，在脉冲激光的波长不处于紫外区域的情况下，也可以不使壳体37内流过氮气。另外，在壳体37中配置有抑制大气向壳体37内流入的窗口42，但在脉冲激光的波长不处于紫外区域的情况下，也可以不配置窗口42。
2.2激光加工系统的动作
参照图2～图4的流程图对激光加工系统2的动作进行说明。图2所示的S1000是示出激光加工装置4的激光加工控制部32的处理的流程图，图4所示的S2000是示出激光装置3的激光控制部13的处理的流程图。
首先，在进行激光加工的情况下，被加工物41被设置于XYZ台34的工作台33。然后，如图2所示，首先，在S1010中，激光加工控制部32等待输入所设置的被加工物41的材料名MN。材料名MN的输入例如是通过操作人员对操作面板手动输入材料名MN或接收从外部装置发送的材料名MN的数据而进行的。作为外部装置，例如是设置有激光加工系统2的工厂的工厂管理系统等的操作终端。
当激光加工控制部32取得被加工物41的材料名MN时(在S1010中为是)，在S1020中取得与材料名MN对应的波长λa。具体来说，激光加工控制部32从图5所示的第1波长选择表56中读出与材料名MN对应的波长λa。第1波长选择表56是记录了按照金刚石(Diamond)、碳化硅(SiC)等被加工物41的各种材料预先设定的波长λa的工作台数据。
第1波长选择表56例如被存储在激光加工控制部32的内部存储器中。另外，作为存储第1波长选择表56的存储部，不限于激光加工控制部32的内部存储器，也可以是设置在激光加工系统2内的数据存储器。另外，也可以是能够与激光加工系统2通信连接的计算机等外部存储装置。
波长λa是与基于被加工物41的材料的光子吸收对应的基准波长。更具体来说，基准波长λa是作为在材料中产生光子吸收的吸收波长而想到的波长。光子吸收是指材料吸收光子来激励电子的过程。在材料为晶体材料的情况下，吸收波长根据晶体材料的带隙来确定的。具体来说，带隙越大，越需要较大的能量以产生光子吸收，因此单光子吸收波长较短。基准波长λa是在理论上加工速度最大、作为用于激光加工的波长来讲最合适的波长。这里，加工速度是指向材料照射的脉冲激光的每1脉冲的加工深度Depth，由下述式(1)来定义。
PS＝Depth/Nm······(1)
这里，PS是加工速度，Nm是脉冲数。
第1波长选择表56是对每个材料名MN记录了单光子吸收波长的数据来作为基准波长λa的表。在图5中，除了单光子吸收波长之外，在第1波长选择表56中还记录了带隙的数据。在图5中对带隙的数据进行记录是为了示出与单光子吸收波长之间的相关关系，也可以不将带隙的数据记录在第1波长选择表56中。带隙的单位是[eV]，单光子吸收波长的单位是[nm]。
在S1030中，激光加工控制部32将所取得的基准波长λa设定为目标波长λt，在S1040中，将激光加工时的脉冲能量Em设定为目标脉冲能量Et。接着，在S1050中，激光加工控制部32将所设定的目标波长λt和目标脉冲能量Et的数据发送到激光控制部13。
在S1060中，在激光装置3完成准备动作之前的期间，激光加工控制部32等待接收来自激光控制部13的激光加工OK信号。激光加工OK信号是表示激光装置3完成了发光触发Tr的接收准备的信号，是激光控制部13发送到激光加工控制部32的信号。
当从激光控制部13接收到激光加工OK信号时(在S1060中为是)，在S1070中，激光加工控制部32对XYZ台34设置初始的加工位置的位置数据。在S1080中，激光加工控制部32对XYZ台34进行控制而使被加工物41移动到初始的激光加工位置。具体来说，被加工物41的XY平面内的位置和Z轴方向的位置被定位。关于Z轴方向的位置，被加工物41被移动到从聚光透镜36d出射的脉冲激光在被加工物41的表面以期望的照射直径聚光的位置。这里，脉冲激光的照射直径是照射在被加工物41的表面上的脉冲激光束的直径。
当被加工物41的定位结束时，在S1090中，激光加工控制部32对激光控制部13发送发光触发Tr而执行被加工物41的激光加工。与发光触发Tr同步地从激光装置3输出脉冲激光。脉冲激光入射到激光加工装置4。
入射到激光加工装置4的脉冲激光经由高反射镜36a、衰减器52以及高反射镜36b、36c而入射到聚光透镜36d。在脉冲激光透过衰减器52时调节脉冲能量。透过了聚光透镜36d的脉冲激光经由窗口42会聚在被加工物41的表面并进行照射。通过该激光照射而对被加工物41实施激光加工。
在针对初始的加工位置的激光加工结束之后，在存在下一个加工位置的情况下(在S1100中为否)，在S1110中，激光加工控制部32对XYZ台34设置下一个加工位置的位置数据。然后，在S1080中，利用XYZ台34使被加工物41移动到下一个加工位置。在S1090中，在下一个加工位置对被加工物41进行激光加工。在存在下一个加工位置的情况下，激光加工结束(在S1100中为是)。重复进行这样的过程直到针对所有加工位置的激光加工结束。
根据图3所示的流程图来进行S1090的激光加工。激光加工控制部32对脉冲能量进行控制，以使照射于被加工物41的表面的脉冲激光是激光加工所需的期望的通量FLm。
这里，通量FL是指被照射脉冲激光的被加工物41的表面上的脉冲激光的能量密度，在可以无视光学系统36的光损失的情况下，由下述式(2)来定义。
FL＝Et/S[mJ/cm2]······(2)
这里，S是照射面积，当将照射直径设为D时，S＝π(D/2)2[cm2]。
并且，当将激光加工时的照射面积设为Sm、将激光加工时所需的目标脉冲能量Et设为Em时，激光加工所需的通量FLm由下述式(3)来定义。
FLm＝Em/Sm[mJ/cm2]······(3)
除了通过目标脉冲能量Et来控制脉冲激光的通量FL之外，激光加工控制部32还对衰减器52的透过率T进行控制，从而控制脉冲激光的通量FL。在激光装置3无法大范围地变更脉冲能量的情况下，通过衰减器52的透过率T来控制通量FL是有效的。
在光学系统36无光损失的情况下，根据下述式(4)来求出衰减器52的透过率T。
T＝π(D/2)2(FL/Et)·····(4)
这里，FL是通量，Et是目标脉冲能量，D是脉冲激光在被加工物41的表面上的照射直径。在求出用于获得激光加工所需的通量FLm的透过率T的情况下，T＝π(D/2)2(FLm/Em)。
当在S1091中设定了透过率T之后，在S1092中，激光加工控制部32将由激光加工所需的规定的重复频率fm和规定的脉冲数Nm限定的发光触发Tr发送到激光控制部13。由此，进行与发光触发Tr对应的激光照射。
如图4所示，在S2010中，当激光控制部13从激光加工控制部32接收到目标波长λt和目标脉冲能量Et的数据时，在S2020中，将激光加工NG信号发送到激光加工控制部32。激光加工NG信号是禁止发送来自激光加工控制部32的发光触发Tr的信号。在发送了激光加工NG信号之后，在S2030中，激光控制部13关闭快门12。由此，激光控制部13开始用于输出与目标波长λt和目标脉冲能量Et对应的脉冲激光的准备动作。
在S2040中，激光控制部13根据未图示的内部发光触发，使固体激光装置10以规定的重复频率进行调整振荡，以使得固体激光装置10所输出的脉冲激光为目标波长λt和目标脉冲能量Et。
监视器模块11对从固体激光装置10输出的脉冲激光进行采样而计测脉冲能量的实测值和波长的实测值。激光控制部13对抽运激光装置19的激励光的脉冲能量进行控制，以使脉冲能量的实测值与目标脉冲能量Et之差ΔE接近为0。另外，激光控制部13对波长可变掺钛蓝宝石振荡器16的波长选择元件的选择波长进行控制以使波长的实测值与目标波长λt之差Δλ接近为0，从而对输出波长进行控制。具体来说，激光控制部13对激励光的脉冲能量进行控制以使ΔE处于容许范围，并且对波长可变掺钛蓝宝石振荡器16的波长选择元件的选择波长进行控制以使Δλ处于容许范围，从而能够对脉冲激光的脉冲能量和波长进行控制。
在ΔE和Δλ处于容许范围的情况下，激光控制部13停止调整振荡。然后，在S2050中打开快门12，并且在S2060中对激光加工控制部32发送表示发光触发Tr的接收准备完成的激光加工OK信号。
在发送了激光加工OK信号之后，激光控制部13接收发光触发Tr。在S2070中，根据来自激光加工控制部32的发光触发Tr，使固体激光装置10进行激光振荡。在基于发光触发Tr的激光振荡期间，激光控制部13根据来自监视器模块11的实测值来进行反馈控制。在脉冲能量和波长的实测值不处于容许范围的情况下(在S2080中为否)，激光控制部13返回到S2020，执行S2020到S2070的步骤。由此，进行反馈控制以使脉冲能量和波长的实测值处于容许范围。
另外，在激光振荡期间，激光控制部13受理来自激光加工控制部32的目标波长λt或目标脉冲能量Et的变更请求(S2090)。在存在目标波长λt或目标脉冲能量Et中的任意一种的变更请求的情况下(在S2090中为是)，激光控制部13返回到S2010，重复进行上述步骤。在存在来自激光加工控制部32的下一个发光触发Tr的情况下(在S2100中为是)，激光控制部13继续进行激光振荡。激光控制部13重复进行上述步骤直到下一个发光触发Tr的发送结束(在S2100中为否)。
2.3课题
比较例的激光加工系统2利用与被加工物41的材料的带隙对应的基准波长λa的脉冲激光来进行激光加工。如上述那样，可认为基准波长λa是理论上加工速度PS最大时的最佳波长。但是，在激光加工中，即使为了改善加工速度PS而与基准波长λa一致，实际上加工速度PS有时也未改善。其原因可认为是，在实际加工的被加工物41的材料中，因杂质等的影响而成为与理论上的带隙稍微不同的带隙。
3.第1实施方式的激光加工系统
3.1结构
图6概略地示出了第1实施方式的激光加工系统2A的结构。第1实施方式的激光加工系统2A具有激光加工装置4A来代替图1所示的比较例的激光加工系统2的激光加工装置4。第1实施方式的激光装置3与比较例的激光装置3同样。在第1实施方式的以下说明中，以与比较例的激光加工系统2不同的点为中心来进行说明。
激光加工系统2A具有对在被加工物41的激光加工中使用的最佳波长λopt进行搜索的功能。第1实施方式的激光加工装置4A具有激光加工控制部32A来代替比较例的激光加工控制部32。与激光加工控制部32同样地，在激光加工控制部32A的内部存储器中存储有第1波长选择表56。
激光加工控制部32A执行最佳波长λopt的搜索处理。最佳波长λopt的搜索是通过如下方式进行：在对被加工物41进行激光加工的主加工之前进行预加工，并对预加工的加工状态进行评价。激光加工控制部32A借助激光控制部13对激光装置3进行控制，从而执行预加工。第1实施方式的激光加工装置4A具有观察装置66来代替比较例的激光加工装置4。
观察装置66对被加工物41的表面进行拍摄，从而对表示在多个波长下进行的预加工的每个波长的加工状态的观察图像进行记录。观察装置66通过记录观察图像来计测是否至少实施了加工来作为加工状态。在本例子中，观察装置66作为加工状态计测器来发挥功能。观察装置66具有半反射镜66a、准直透镜66b、照明光源66c、成像透镜66d以及图像传感器66e。另外，作为高反射镜36c，使用了对脉冲激光进行高反射并且能够使照明光源66c发出的可见光透过的反射镜。
照明光源66c发出对被加工物41的表面进行照明的照明光。照明光被准直透镜66b准直。在准直后的照明光的光路上配置有半反射镜66a、高反射镜36c以及聚光透镜36d。由此，照明光被照射在被加工物41上。
另外，半反射镜66a被配置成使被工作台33上的被加工物41的表面反射并透过了聚光透镜36d和高反射镜36c的反射光向成像透镜66d反射。成像透镜66d被配置成能够观察处于执行激光加工的加工位置的被加工物41的表面的像。具体来说，成像透镜66d被配置成使在被加工物41的表面上反射而入射的反射光在图像传感器66e的受光面上成像。
3.2动作
参照图7到图15对激光加工系统2A的动作进行说明。在图7的S1000A所示的激光加工控制部32A的处理的流程图中，与图2所示的S1000的比较例的处理不同之处的一点在于，在S1020之后紧接着追加了搜索S1021A的最佳波长λopt的处理。
另一点在于，图2所示的比较例的S1030变更为S1030A。具体来说，在比较例的S1030中，将基准波长λa本身设定为目标波长λt。与此相对，在第1实施方式的S1030A中，将在搜索处理中确定的最佳波长λopt设定为目标波长λt。由此，在第1实施方式中，使用最佳波长λopt来进行激光加工的主加工。其他各步骤与图2所示的比较例同样。
如图8所示，S1021A的最佳波长λopt的搜索包含SR110的确定波长搜索用通量FLth的处理以及SR120的使用所确定的波长搜索用通量FLth来搜索最佳波长λopt的波长搜索处理。确定SR110的波长搜索用通量FLth的处理和SR120的波长搜索处理都是通过对被加工物41实施预加工而执行的。
为了区分各处理的预加工，在第1实施方式中，将在确定波长搜索用通量FLth的处理中执行的通量确定用的预加工称为第1预加工，将使用波长搜索用通量FLth来进行的波长搜索用预加工称为第2预加工。激光加工控制部32A作为对在第2预加工中使用的波长搜索用通量FLth进行确定的波长搜索用通量确定部来发挥功能。
图9和图10示出了本例的波长搜索用通量FLth的确定处理(SR110)的流程图。在SR110中，激光加工控制部32A在将目标波长λt固定为基准波长λa的状态下一边使通量发生变化，一边按照多个通量来执行第1预加工。
在图9所示的SR1101中，激光加工控制部32A将基准波长λa设定为目标波长λt，在SR1102中，将激光加工时的脉冲能量Em设定为目标脉冲能量Et。接着，在SR1103中，激光加工控制部32A将所设定的目标波长λt和目标脉冲能量Et的数据发送到激光控制部13。
激光加工控制部32A在SR1104中等待接收激光加工OK信号。在从激光控制部13接收到激光加工OK信号的情况下(在SR1104中为是)，在SR1105中，激光加工控制部32A对在第1预加工中使用的通量FLp(N)的值进行初始化。具体来说，在SR1105中，将初始值Fm0设置为在第1预加工中使用的第1个通量FLp(1)。然后，在SR1106中，将要使用的通量FLp(N)的编号N设置为“1”而选择FLp(1)。
在SR1107中，激光加工控制部32A设置初始的预加工位置的位置数据。在SR1108中，激光加工控制部32A根据所设置的位置数据，利用XYZ台34使被加工物41移动到初始的预加工位置。在被加工物41的表面上进行预加工的区域例如是被加工物41的周缘区域等(在被加工物41中进行主加工的部分以外的区域)。预加工位置是该区域与脉冲激光的照射位置一致的位置。
在SR1109中，激光加工控制部32A将通量FLp(N)设定为目标通量FLt。在对通量FLp(N)的编号N设置了“1”的情况下，对目标通量FLt设定作为第1个通量FLp(1)的初始值FLp0。如图10所示，在SR1110中，激光加工控制部32A对衰减器52的透过率T进行设定以成为目标通量FLt。在SR1111中，激光加工控制部32A将由激光加工所需的重复频率fm和脉冲数Nm限定的发光触发Tr发送到激光控制部13。由此，从激光装置3输出脉冲激光而对被加工物41的预加工位置执行第1预加工。
当执行基于通量FLp(N)的第1预加工时，在SR1112中，观察装置66计测第1预加工的加工状态。观察装置66利用图像传感器66e对被加工物41的表面进行拍摄而对表示基于通量FLp(N)的第1预加工的加工状态的观察图像进行记录。观察图像被储存在未图示的存储器等数据存储器中。激光加工控制部32A根据所记录的观察图像，对基于通量FLp(N)的第1预加工的加工状态进行评价。
具体来说，判定是否已通过基于通量FLp(N)的第1预加工对被加工物41的预加工位置实施了加工。例如，在通过第1预加工在被加工物41的表面形成圆孔的情况下，在形成有孔的情况下判定为实施了加工，在未形成孔孔的情况下判定为未实施加工。然后，激光加工控制部32A将判定结果Dok(N)作为通量评价值来记录在图11所示的通量评价值表67中。在编号N为“1”的情况下，基于第1个通量FLp(1)的第1预加工的判定结果Dok(1)作为通量评价值而被记录在通量评价值表67中。
在结束了对1个通量FLp(N)记录通量评价值的情况下，在SR1113中，激光加工控制部32A对编号N加上1。在SR1114中，激光加工控制部32A将对FLp(N-1)的通量的值加上ΔFLs后的值设定为FLp(N)的通量的值。例如，在FLp(1)的通量评价值的记录结束之后，对N加上1。在初始的预加工位置的第1预加工结束后的阶段，由于N＝1，所以当加上1时为N＝2。然后，由于N＝2，所以在SR1114中为N-1＝2-1＝1。因此，对FLp(1)的值加上ΔFLs后的值被设定为FLp(2)的通量的值。由于FLp(1)的值为初始值FLp0，所以FLp(2)＝FLp0+ΔFLs。
当在SR1114中设定的FLp(N)的值为FLpmax以下的情况下(在SR1115中为否)，激光加工控制部32A设置下一个预加工位置的位置数据(SR1117)。然后，在SR1108中，激光加工控制部32A对XYZ台34进行控制而使被加工物41移动到下一个预加工位置。在下一个预加工位置处执行SR1109到SR1114的步骤。在SR1112中，激光加工控制部32A在FLp(N)＝FLp(2)的情况下将FLp(2)的判定结果Dok(2)作为通量评价值来记录在通量评价值表67中。重复进行这样的处理直到FLp(N)的值超过FLpmax(在SR1115中为是)。
如图11所示，通量评价值表67是将在第1预加工中使用的多个通量FLp(N)的值和作为与各FLp(N)对应的通量评价值的判定结果Dok(N)对应起来而记录的表。在通过第1预加工在被加工物41的表面形成孔的情况下，当通量FLp(N)的值过小时不形成孔，但当使FLp(N)的值变大时，按照某个值来形成孔。在不形成孔的情况下，激光加工控制部32A判定为不实施加工，并将表示不实施加工的“加工NG”记录为判定结果Dok(N)。另一方面，在形成有孔的情况下，判定为实施了加工，并将表示实施了加工的“加工OK”记录为判定结果Dok(N)。
将在第1预加工中使FLp(N)的值阶段性地变大ΔFLp的情况下的各个判定结果Dok(N)作为通量评价值而记录在通量评价值表67中。
在图10的SR1116中，激光加工控制部32A参照通量评价值表67将通量评价值为“加工NG”时的通量FLp(N)的最大值确定为波长搜索用通量FLth。换言之，通量评价值为“加工NG”时的通量FLp(N)的最大值是将要对被加工物41实施加工之前的通量FLp(N)的最大值。在图11所示的例子中，用阴影示出的FLp(5)的值被确定为FLth。使用以这种方式确定的波长搜索用通量FLth来进行最佳波长λopt的波长搜索处理。
在图12的SR120的波长搜索处理中，激光加工控制部32A在将通量固定为波长搜索用通量FLth的状态下一边使波长发生变化，一边按照多个波长来执行第2预加工。
在SR1201中，激光加工控制部32A将激光加工时的脉冲能量Em设定为目标脉冲能量Et。接着，在SR1202中，激光加工控制部32A将所设定的目标脉冲能量Et的数据发送到激光控制部13。然后，激光加工控制部32A在SR1203中将波长搜索用通量FLth设定为目标通量FLt，在SR1204中对衰减器52的透过率T进行设定以成为目标通量FLt。
在SR1205中，激光加工控制部32A对在第2预加工中使用的波长λp(N)的值进行初始化。具体来说，在SR1205中，将作为初始值的最小波长λpmin设置为在第2预加工中使用的第1个波长λp(1)。在SR1206中，将所要使用的波长λp(N)的编号N设置为“1”而选择λp(1)。
这里，最小波长λpmin是在第2预加工中使用的波长范围的下限值。在第2预加工中使用的波长范围是包含基准波长λa的规定范围。最小波长λpmin是通过基准波长λa-ΔλL来求出的。ΔλL是基准波长λa与最小波长λpmin之差。
在SR1207中，激光加工控制部32A设置初始的预加工位置的位置数据。在SR1208中，激光加工控制部32A根据所设置的位置数据，利用XYZ台34使被加工物41移动到初始的预加工位置。第2预加工的预加工位置与第1预加工的预加工位置同样地是进行主加工的部分以外的区域，但被设定为与第1预加工的预加工位置不同的区域。
如图13所示，在SR1209中，激光加工控制部32A将波长λp(N)设定为目标波长λt。在对波长λp(N)的编号N设置为“1”的情况下，将作为第1个波长λp(1)的最小波长λpmin设定为目标波长λt。然后，在SR1210中，将目标波长λt发送到激光控制部13。
在SR1211中，激光加工控制部32A等待来自激光控制部13的激光加工OK信号。在激光加工控制部32A接收到激光加工OK信号的情况下(在SR1211中为是)，在SR1212中，将由激光加工所需的重复频率fm和脉冲数Nm限定的发光触发Tr发送到激光控制部13。由此，从激光装置3输出脉冲激光而对被加工物41的预加工位置执行第2预加工。
当执行基于波长λp(N)的第2预加工时，在SR1213中，观察装置66计测第2预加工的每个波长的加工状态。观察装置66利用图像传感器66e对被加工物41的表面进行拍摄，并对表示基于波长λp(N)的第2预加工的加工状态的观察图像进行记录。由此，激光加工控制部32A根据所记录的观察图像，对基于波长λp(N)的第2预加工的加工状态进行评价。
具体来说，判定是否已通过基于波长λp(N)的第2预加工对被加工物41的预加工位置实施了加工。例如，在通过第2预加工在被加工物41的表面形成圆孔的情况下，在形成有孔的情况下判定为实施了加工，在未形成孔的情况下判定为未实施加工。然后，激光加工控制部32A将判定结果Dok(N)作为第1波长评价值来记录在图14所示的第1波长评价值表69中。在编号N为“1”的情况下，基于第1个波长λp(1)的第2预加工的判定结果Dok(1)作为第1波长评价值而被记录在第1波长评价值表69中。
在结束了对1个波长λp(N)记录第1波长评价值的情况下，在SR1214中，激光加工控制部32A对编号N加上1。在SR1215中，激光加工控制部32A将对λp(N-1)的波长的值加上Δλs后的值设定为λp(N)的波长的值。例如，在λp(1)的第1波长评价值的记录结束之后，对N加上1。在初始的预加工位置的第2预加工结束后的阶段，由于N＝1，所以当加上1时为N＝2。然后，由于N＝2，所以在SR1215中为N-1＝2-1＝1。因此，对λp(1)的值加上Δλs后的值被设定为λp(2)的波长的值。由于λp(1)的值是作为初始值的最小波长λpmin，所以λp(2)＝λpmin+Δλs。
当在SR1215中设定的λp(N)的值为最大波长λpmax以下的情况下(在SR1216中为否)，激光加工控制部32A设置下一个预加工位置的位置数据(SR1218)。最大波长λpmax是在第2预加工中使用的波长范围的上限值。最大波长λpmax是通过基准波长λa+ΔλU而求出的。ΔλU是基准波长λa与最大波长λpmax之差。
当在SR1218中设置了位置数据之后，在SR1208中，激光加工控制部32A对XYZ台34进行控制而使被加工物41移动到下一个预加工位置。在下一个预加工位置处执行SR1209到SR1215的步骤。在S1213中，在λp(N)＝λp(2)的情况下，激光加工控制部32A将λp(2)的判定结果Dok(2)作为第1波长评价值来记录在第1波长评价值表69中。
重复进行这样的处理直到λp(N)的值超过λpmax(在SR1216中为是)。这样，激光加工控制部32A一边使脉冲激光的波长在包含基准波长λa的规定的波长范围内变化，一边按照多个波长来执行作为波长搜索用预加工的第2预加工。
如图14所示，第1波长评价值表69是将在第2预加工中使用的多个波长λp(N)的值和作为与各λp(N)对应的第1波长评价值的判定结果Dok(N)对应起来而记录的表。如上述那样，在第2预加工中，在使用了基准波长λa的情况下，使用将要实施加工之前的通量的最大值。在基准波长λa与最佳波长λopt不同的情况下，可认为最佳波长λopt的加工速度PS比基准波长λa的加工速度PS大。因此，在第2预加工中，即使在使用了基准波长λa的情况下为“加工NG”，有时在使用了与基准波长λa不同的波长的情况下也会为“加工OK”。
例如，如图14所示，在基准波长λa为λp(10)的情况下，在第2预加工中，由于使用波长搜索用通量FLth，所以λp(10)的第1波长评价值为“加工NG”。这是因为波长搜索用通量FLth是将要对被加工物41实施加工之前的通量FL。另一方面，在从比λp(10)靠长波长侧的λp(12)到λp(15)的范围内，第1评价值为“加工OK”。λp(12)是“加工OK”的波长的最小值λokmin，λp(15)是“加工OK”的波长的最大值λokmax。最佳波长λopt是从最小值λokmin到最大值λokmax的范围来确定的。
在图13的SR1217A中，激光加工控制部32A根据第1波长评价值表69来确定最佳波长λopt。在本例中，激光加工控制部32A相当于对每个波长的加工状态进行评价来确定用于主加工的最佳波长λopt的最佳波长确定部。图15是SR1217A的最佳波长λopt的确定处理的流程图。
在SR1217A1中，激光加工控制部32A读入通过进行第2预加工而记录了第1波长评价值的第1波长评价值表69。在SR1217A2中，激光加工控制部32A从第1波长评价值表69中读出第1波长评价值的判定结果Dok为“加工OK”的波长λp(N)的范围。然后，根据“加工OK”的波长λp(N)的范围来求出“加工OK”的波长的最小值λokmin和“加工OK”的波长的最大值λokmax。在SR1217A3中，激光加工控制部32A计算λopt＝(λokmin+λokmax)/2而求出最佳波长λopt。即，将最小值λokmin与最大值λokmax的中间值确定为最佳波长λopt。如在图7的S1030A中所示的那样，使用最佳波长λopt来执行激光加工的主加工。
3.3作用
激光加工系统2A在激光加工中使用最佳波长λopt来作为脉冲激光的波长。激光加工控制部32A一边使脉冲激光的波长在包含基准波长λa的规定的波长范围内变化，一边按照多个波长来进行波长搜索用预加工，对预加工的加工状态进行评价而确定最佳波长λopt。这样，在本例中，实际进行预加工来确定最佳波长λopt。因此，在要加工的被加工物41的材料中，即使因杂质等的影响而导致作为理论上的最佳波长的基准波长λa与实际的最佳波长λopt不同的情况下，也能够准确地求出实际的最佳波长λopt。并且，由于使用最佳波长λopt来进行激光加工，所以脉冲激光被被加工物41高效地吸收。由此，能够改善加工速度PS。
在本例中，使用搭载于激光加工装置4A的观察装置66来观察工作台33上的被加工物41的加工状态。因此，与观察装置66和激光加工装置4分开设置的情况相比，能够在短时间内进行加工状态的计测和评价。因此，能够在比较短的时间内进行最佳波长λopt的搜索。
优选被加工物41的材料是图5的第1波长选择表56中所示的晶体材料。另外，被加工物41的材料可以不是晶体材料，也可以是产生光子吸收的吸收波长已被预先判明的玻璃材料、有机材料等。在这种材料的情况下，以预先判明的吸收波长为基准波长λa来进行最佳波长λopt的搜索。
3.4变形例
在上述例中，从第1波长选择表56读出基准波长λa，如图12的SR1205和图13的SR1215所示，通过计算来求出根据基准波长λa使波长发生变化的规定的波长范围。并不限于这样的例子，也可以将包含基准波长λa的波长范围(即，使波长发生变化的规定的波长范围)的数据记录在第1波长选择表56中。在该情况下，激光加工控制部32A从第1波长选择表56取得与材料名MN对应的波长范围的数据。由此，不需要求出规定的波长范围的计算。
在上述例中，激光加工控制部32A根据所输入的材料名MN从第1波长选择表56求出基准波长λa，激光加工控制部32A相当于基准波长取得部。基准波长取得部也可以直接受理与被加工物41对应的基准波长λa的输入来代替材料名MN。基准波长λa的输入也可以是来自上述手动输入或外部装置的输入。在直接输入基准波长λa的情况下，也可以不使用第1波长选择表56。
当然，通过使用如第1波长选择表56那样将材料名MN与基准波长λa之间的对应关系记录下来的波长选择表，仅通过输入材料名MN便能够确定基准波长λa，操作简便。因此，优选使用第1波长选择表56那样的波长选择表。
另外，材料名MN是确定材料种类的材料识别信息。作为材料识别信息，除了材料名MN之外，也可以使用确定材料种类的代码信息等。
4.第2实施方式的激光加工系统
4.1结构
图16到图22示出了第2实施方式的激光加工系统2B。如图16所示，第2实施方式的激光加工系统2B具有激光装置3和激光加工装置4B。激光装置3与第1实施方式同样。除了第1实施方式的激光加工装置4A的结构之外，激光加工装置4B还具有加工深度计测器70。激光加工控制部32B具有与第1实施方式为不同方式的最佳波长搜索功能。由于激光加工系统2B的除此之外的结构与第1实施方式的激光加工系统2A相同，所以下面以不同点为中心来进行说明。
加工深度计测器70例如安装于壳体37，配置在能够对工作台33上的被加工物41的表面进行计测的位置。加工深度计测器70是计测被加工物41的表面的加工状态的加工状态计测器的1个方式，计测加工深度Depth来作为加工状态。加工深度计测器70例如是共焦型激光显微镜。
在图17中，标号71是通过激光加工而形成在被加工物41的表面的孔71。图17A是被加工物41的俯视图，图17B是示出图17A中的A-A截面的剖视图。加工深度计测器70计测在图17B中示出的孔71的加工深度Depth。
另外，如图16所示，除加工深度计测器70之外，在激光加工装置4B中还与第1实施方式的激光加工装置4A同样地设置有观察装置66。如后述那样，在激光加工装置4B中，作为计测预加工的加工状态的加工状态计测器，主要由加工深度计测器70来发挥功能，观察装置66不用于加工状态计测。但是，观察装置66从被加工物41的定位用途来看是有效的，因此在激光加工装置4B中也设置有观察装置66。
4.2动作
参照图18到图21对激光加工系统2B的动作进行说明。如图18的S1000B所示，在第2实施方式的激光加工控制部32B的处理中，与图7的第1实施方式的S1000A的处理不同之处是最佳波长λopt的搜索方式。在第2实施方式中，S1021A被变更为S1021B。其他各步骤与图7所示的第1实施方式同样。
如图19和图20所示，第2实施方式的S1021B的最佳波长λopt的搜索与第1实施方式不同，不使用波长搜索用通量FLth。因此，在第2实施方式的S1021B中，不存在如第1实施方式那样确定波长搜索用通量FLth的处理。第2实施方式的S1021B是使用用于激光加工的主加工的通量FLm来执行波长搜索用预加工的方式的波长搜索处理。
图19和图20所示的第2实施方式的S1021B与第1实施方式的图12和图13的SR120类似，对相同的步骤赋予相同的标号并省略说明。首先，在图19所示的第2实施方式的S1021B中与图12所示的第1实施方式的SR1203不同，不同之处是在SR1203B中将用于激光加工的通量FLm设定为目标通量FLt。
在图19和图20所示的第2实施方式的S1021B中，SR1204到SR1212的各步骤、SR1214到SR1216的各步骤以及SR1218的步骤与图12和图13所示的第1实施方式同样。在第1实施方式中，如图13所示，在SR1212与SR1214之间插入了对预加工的加工状态进行计测而记录第1波长评价值的步骤SR1213。因此，在第1实施方式中，在每次使波长发生变化时便对预加工的加工状态进行计测。
与此相对，在第2实施方式中，如图20所示，在SR1212与SR1214之间没有插入对预加工的加工状态进行计测而记录评价值的步骤。取而代之，在SR1216之后插入了对预加工的加工状态进行计测而将第2波长评价值记录在第2波长评价值表中的步骤SR1216-2。因此，在第2实施方式中，在执行了基于多个波长的预加工之后，对多个预加工位置的加工状态进行总结而计测。
在第2实施方式的SR1216-2中，激光加工控制部32B对多个波长的加工状态进行计测并将各预加工位置的第2波长评价值记录在图22所示的第2波长评价值表72中。然后，在SR1217B中，激光加工控制部32B参照第2波长评价值表72来确定最佳波长λopt。
在示出了SR1216-2的过程的图21中，激光加工控制部32B首先在SR1216-21中将编号N设置为“1”而进行初始化。在SR1216-22中，激光加工控制部32B对XYZ台34进行控制而将被加工物41的第N个预加工位置定位在加工深度计测器70的计测位置。在N＝1的情况下，将第1个加工位置定位于计测位置。在SR1216-23中，通过加工深度计测器70对加工深度Depth(N)进行计测来作为加工状态。在SR1216-24中，根据加工深度Depth(N)对加工速度PS(N)进行计算来作为第2波长评价值。加工速度PS(N)如上述式(1)所示的那样是加工深度Depth除以脉冲数Nm而得的值，通过PS(N)＝Depth(N)/Nm来计算。
在SR1216-25中，激光加工控制部32B将用于预加工的波长λp(N)与加工速度PS(N)对应起来而如图22所示的那样记录在第2波长评价值表72中。在SR1216-26中，激光加工控制部32B对编号N加上“1”。在编号N为最大值Nmax以下的情况下(在SR1216-27中为否)，激光加工控制部32B判定为存在下一个预加工位置。最大值Nmax是作为加工状态的评价对象的预加工位置的总数。在激光加工控制部32B判定为存在下一个预加工位置的情况下返回到SR1216-22，对下一个预加工位置重复进行SR1216-25之前的处理并记录下一个预加工位置的第2波长评价值。
激光加工控制部32B重复进行SR1216-22到SR1216-26的处理，直到编号N超过最大值Nmax(在SR1216-27中为是)，即，所有预加工位置的加工状态的评价结束。
在图20的SR1217B中，激光加工控制部32B参照第2波长评价值表72将加工速度PS(N)最大时的波长λp(N)确定为最佳波长λopt。
4.3作用
这样，在第2实施方式中，激光加工控制部32B将用于主加工的通量FLm设定为目标通量FLt而执行波长搜索用预加工。并且，作为最佳波长确定部来发挥功能的激光加工控制部32B根据按照多个波长进行的预加工的加工深度Depth来求出加工速度PS，并将加工速度PS最大时的波长确定为最佳波长λopt。由于与第1实施方式同样地通过实际进行预加工来确定最佳波长λopt，所以能够准确地求出实际的最佳波长λopt。由此，能够改善加工速度PS。
另外，由于能够使用搭载于激光加工装置4B的加工深度计测器70来观察工作台33上的被加工物41的加工状态，所以能够与第1实施方式同样地在短时间内进行加工状态的计测和评价。因此，能够在比较短的时间内进行最佳波长λopt的搜索。另外，由于使用加工深度计测器70来作为加工状态计测器，所以根据加工深度Depth来使用加工速度PS作为评价值。因此，与使用无法计测到加工深度Depth的观察装置66的情况相比能够进行高精度的评价。由此，能够高精度地进行最佳波长λopt的搜索。
另外，第2实施方式与第1实施方式不同，能够获得如下的效果。图23和图24是示出了被加工物41在各个材料A、B中的通量FL与加工深度Depth之间的关系的、脉冲激光的波长依赖性的曲线图。这里，加工深度Depth是照射了加工所需的脉冲数Nm的脉冲激光的情况下的值。另外，图23和图24的曲线图是利用处于λa<λ1<λ2<λ3<λ4<λ5关系的5个波长的脉冲激光对材料A和B进行了加工的情况的例子，均是在波长比作为基准波长的λa长的一侧存在最佳波长λopt的例子。
如图23和图24所示，无论材料种类如何，通常在脉冲激光的波长相同的情况下都是通量FL的值越大，加工深度Depth的值越增加。另外，如上述那样，在使用了波长λa的情况下，通量FLth被定义为将要对被加工物41实施加工之前的通量FL的最大值。因此，如图23和图24所示，无论材料种类如何，当在波长λa下按照通量FLth进行了加工的情况下，都是“加工NG”，加工深度Depth为“0”。
在图23的材料A中，除了波长λa之外，当在λ1和λ5下按照通量FLth进行了加工的情况下也是“加工NG”，加工深度Depth为“0”。也就是说，在图23的材料A中，除了波长λa之外，在波长λ1和λ5中，通量FLth未达到“加工OK”的加工阈值的通量FL。另一方面，在波长λ2、λ3和λ4中，通量FLth达到加工阈值的通量FL，加工深度Depth超过“0”。即，在波长λ2、λ3和λ4中为“加工OK”。
因此，在图23的材料A的情况下使用波长搜索用通量FLth来搜索最佳波长λopt的第1实施方式的方式中，将存在于“加工OK”的波长λ2～λ4的范围内的波长(即，表示通量FL与加工深度Depth之间的关系的曲线通过点P1的波长)确定为最佳波长λopt。点P1是“加工OK”的波长为最大值λokmax时的波长λ4与“加工OK”的波长为最小值λokmin时的波长λ2之间的中间值。该中间值接近波长λ3。
另外，在图23的材料A的情况下使用激光加工时的通量FLm并且通过求出加工速度PS来搜索最佳波长λopt的第2实施方式的方式中，在通量FLm时，通过点P2的波长λ3的加工深度Depth最大，加工速度PS也最大。因此，在第2实施方式的方式中，将波长λ3确定为最佳波长λopt。在如以上那样对材料A进行了加工的情况下，由第1实施方式和第2实施方式确定的最佳波长λopt大致一致。
在图24的材料B中，与图23的材料A的情况同样，在波长λa、λ1和λ5中，在按照通量FLth进行了加工的情况下为“加工NG”，加工深度Depth为“0”。也就是说，图24的材料B也与图23的材料A同样，在波长λa、λ1和λ5中，通量FLth未达到作为“加工OK”的加工阈值的通量FL。另一方面，在波长λ2、λ3和λ4中，通量FLth达到加工阈值的通量FL，加工深度Depth超过“0”。即，在波长λ2、λ3和λ4中为“加工OK”。
因此，在图24的材料B的情况下使用波长搜索用通量FLth来搜索最佳波长λopt的第1实施方式的方式中，将存在于“加工OK”的波长λ2～λ4的范围内的波长(即，表示通量FL与加工深度Depth之间的关系的曲线通过点P3的波长)确定为最佳波长λopt。点P3是“加工OK”的波长为最大值λokmax时的波长λ4与“加工OK”的波长为最小值λokmin时的波长λ2之间的中间值。该中间值接近波长λ3。
但是，在图24的材料B的情况下使用激光加工时的通量FLm并且通过求出加工速度PS来搜索最佳波长λopt的第2实施方式的方式中，在通量FLm时，通过点P4的波长λ4的加工深度Depth最大，加工速度PS也最大。因此，在第2实施方式的方式中，将波长λ4确定为最佳波长λopt。在如以上那样对与材料A不同的在通量FLth和通量FLm时加工深度depth的波长依赖特性发生变化的材料B进行了加工的情况下，由第1实施方式和第2实施方式确定的最佳波长λopt有时会较大地不同。
作为最佳波长λopt，最好选择在用于激光加工的通量FLm时加工速度PS为最大的波长。在具有图23的特性的材料A的情况下最好选择波长λ3，在具有图24的特性的材料B的情况下最好选择波长λ4。与第1实施方式的方式不同，在第2实施方式的方式中，即使如图23和图24所示的那样各材料A、B的特性存在差异，也能够始终确定合适的最佳波长λopt。因此，与第1实施方式相比，优选第2实施方式的方式。
在上述例中，在图20所示的SR1216-2中，在按照多个波长进行了预加工之后，统一进行各波长的加工状态的计测和评价。因此，如图13所示的第1实施方式的SR1213那样，与每次按照1个波长进行预加工时便进行加工状态的计测和评价的情况相比，能够高效地进行计测和评价。当然，在第2实施方式中，也可以如第1实施方式那样在每次按照1个波长进行预加工时便进行加工状态的计测和评价。
另外，作为加工深度计测器70，除了激光显微镜之外，还可以使用激光位移计、原子间力显微镜(AFM：Atomic Force Microscope)等。
5.第3实施方式的激光加工系统
5.1结构
图25到图29所示的第3实施方式的激光加工系统2C具有激光装置3C和激光加工装置4C。第3实施方式的激光装置3C具有固体激光装置10C来代替激光装置3的固体激光装置10。另外，激光控制部13变更为激光控制部13C。除了固体激光装置10的结构之外，还对固体激光装置10C追加了同步电路81、脉冲波形调节器82以及光快门83，具有使脉冲激光的脉冲宽度ΔT发生变化的脉冲宽度可变功能。激光装置3C的其他结构与激光装置3的结构相同。以下，以与激光装置3不同的点为中心对激光装置3C进行说明。
同步电路81构成为与输入发光触发Tr或未图示的内部发光触发的时机同步地对抽运激光装置19发送第1触发，并且在晚于第1触发的时机对脉冲波形调节器82发送第2触发。光快门83配置在波长可变掺钛蓝宝石振荡器16与掺钛蓝宝石放大器17之间的光路上。光快门83是高速的光快门，包含EO普克尔盒、偏振片以及对EO普克尔盒施加高电压的电源。当对电源施加作为矩形波电压的脉冲信号时，光快门83将所输入的光的波形整形为与电压波形对应的光脉冲。脉冲波形调节器82经由激光控制部13C来接收从激光加工控制部32C发送的脉冲宽度ΔT的数据。然后，根据所接收的脉冲宽度ΔT对光快门83进行驱动。脉冲波形调节器82通过将接收到的脉冲宽度ΔT的脉冲信号输入到光快门83的电源而生成具有与脉冲宽度ΔT对应的脉冲波形的脉冲激光。
这里，当从同步电路81向抽运激光装置19输入第1触发时，从抽运激光装置19向掺钛蓝宝石振荡器16输出激励用脉冲激光。在掺钛蓝宝石振荡器16中，当输入激励用脉冲激光时，掺钛蓝宝石振荡器16的掺钛蓝宝石晶体被激励，在比激励用脉冲激光的输入时机晚的时机进行激光振荡。同步电路81设定为使第2触发相对于第1触发延迟规定的时间后输出到脉冲波形调节器82，以使得从掺钛蓝宝石振荡器16输出的脉冲激光被光快门83进行光整形而成为期望的脉冲波形。由此，使光快门83与掺钛蓝宝石振荡器16进行激光振荡而输出脉冲激光的时机一致地进行动作。
激光加工装置4C具有激光加工控制部32C来代替激光加工装置4A的激光加工控制部32A。其他结构与激光加工装置4A相同。激光加工控制部32C与激光加工控制部32A同样地作为基准波长取得部来发挥功能。激光加工控制部32C参照图26所示的第2波长选择表84来取得与被加工物41的材料对应的基准波长λa。第2波长选择表84例如被存储在激光加工控制部32C的内部存储器中。
第2波长选择表84与图5所示的第1波长选择表56不同，是除了单光子吸收波长之外还对每种材料记录了作为两个光子的吸收波长的双光子吸收波长的表。双光子吸收是指材料同时吸收两个光子并利用两个光子来激励1个电子的过程。在双光子吸收中，每1个光子的能量是单光子吸收的一半。因此，光子的频率ν为1/2，双光子吸收波长λ2hν为单光子吸收波长λ1hν的两倍。
激光加工控制部32C除了参照第2波长选择表84取得单光子吸收波长λ1hν之外，还取得双光子吸收波长λ2hν来作为与材料对应的基准波长λa。并且，激光加工控制部32C作为波长选择部来发挥功能：在单光子吸收波长λ1hν为规定值以上的情况下，选择双光子吸收波长λ2hν来作为用于预加工的基准波长λa。此外，激光加工控制部32C还作为如下的脉冲宽度设定部来发挥功能：在选择了双光子吸收波长λ2hν的情况下，将脉冲宽度ΔT设定为比选择了单光子吸收波长的情况下的第1脉冲宽度ΔT1hν短的第2脉冲宽度ΔT2hν。
5.2动作
图27所示的第3实施方式的S1000C的流程图示出了第3实施方式的激光加工控制部32C的处理过程。第3实施方式的S1000C是图7所示的第1实施方式的S1000A的变形例。在第3实施方式的S1000C中，与第1实施方式的S1000A不同之处在于，S1020变更为S1020C，S1021A变更为S1021C，S1050变更为S1050C，其他步骤是相同的。以下，以不同点为中心来进行说明。
当激光加工控制部32C取得材料名MN时(在S1010中为是)，在S1020C中进行用于预加工的基准波长λa的选择和脉冲宽度ΔTa的确定。激光加工控制部32C在S1021C中按照与图12和图13所示的第1实施方式的波长搜索处理同样的过程来进行预加工并进行最佳波长λopt的搜索。在S1021C中，激光加工控制部32C将选择出的基准波长λa设定为预加工的目标波长λt，并将所确定的脉冲宽度ΔTa设定为预加工的脉冲宽度ΔT，然后将所设定的数据发送到激光控制部13C。由此，使用基准波长λa和脉冲宽度ΔTa来进行最佳波长λopt的搜索。在最佳波长λopt的搜索中，与第1实施方式同样地确定波长搜索用通量FLth，使用波长搜索用通量FLth来确定最佳波长λopt。
在S1030A中，激光加工控制部32C将所确定的最佳波长λopt设定为目标波长λt而进行激光加工的主加工。在S1050C中，激光加工控制部32C将在S1020C中确定的脉冲宽度ΔTa设定为脉冲宽度ΔT而发送到激光控制部13C。由此，脉冲宽度ΔTa也被使用为主加工的脉冲宽度ΔT。
图28示出了图27的S1020C的处理过程。首先，在S1021C1中，激光加工控制部32C参照第2波长选择表84来取得单光子吸收波长λ1hν和双光子吸收波长λ2hν作为与材料名对应的基准波长λa。接着，在S1020C2中，判定单光子吸收波长λ1hν是否为规定值λz以上。
在单光子吸收波长λ1hν为规定值λz以上的情况下(在S1020C2中为是)，激光加工控制部32C在S1020C3中选择单光子吸收波长λ1hν来作为基准波长λa。另外，激光加工控制部32C在S1020C3中将与单光子吸收波长λ1hν对应的第1脉冲宽度ΔT1hν确定为脉冲宽度ΔTa。
另一方面，在单光子吸收波长λ1hν小于规定值λz的情况下(在S1020C2中为否)，激光加工控制部32C在S1020C4中选择双光子吸收波长λ2hν来作为基准波长λa。另外，激光加工控制部32C在S1020C4中将与双光子吸收波长λ2hν对应的第2脉冲宽度ΔT2hν确定为脉冲宽度ΔTa。在S1020C5中，激光加工控制部32C将脉冲宽度ΔTa设定为发送到激光控制部13C的脉冲宽度ΔT。
规定值λz例如是220nm。220nm这一波长在第2波长选择表84中位于金刚石和SiO2各自的单光子吸收波长λ1hν之间。因此，在被加工物41的材料为金刚石的情况下，激光加工控制部32C选择单光子吸收波长λ1hν来作为基准波长λa，在SiO2的情况下，选择双光子吸收波长λ2hν来作为基准波长λa。在规定值λz＝220nm的情况下，选择在第2波长选择表84中根据材料用阴影表示的吸收波长来作为基准波长λa。
另外，第2脉冲宽度ΔT2hν比第1脉冲宽度ΔT1hν短。例如，第1脉冲宽度ΔT1hν被设定在1ns≤ΔT1hν≤50ns的范围内，第2脉冲宽度ΔT2hν被设定在0.01ns≤ΔT2hν<1ns的范围内。
图29所示的S2000C是示出第3实施方式的激光控制部13C的处理过程的流程图。S2000C与图4所示的比较例的S2000的处理过程相同。不同点之处在于以下两点：其一是随着从激光加工控制部32C发送脉冲宽度ΔT而使图4所示的S2010和S2090的各步骤分别变更为S2010C和S2090C，其二是追加了S2011C。在S2010C中，激光加工控制部32C除了接收目标波长λt和目标脉冲能量Et之外，还接收脉冲宽度ΔT。在S2011C中，将接收到的脉冲宽度ΔT发送到脉冲波形调节器82。在S2090C中，激光加工控制部32C除了等待目标波长λt和目标脉冲能量Et的变更请求之外，还等待脉冲宽度ΔT的变更请求。
5.3作用
在第3实施方式中，在单光子吸收波长λ1hν比规定值λz短的情况下，激光加工控制部32C选择双光子吸收波长λ2hν来作为基准波长λa。在材料的带隙比较小且单光子吸收波长λ1hν较长的情况下，作为从固体激光装置10输出的脉冲激光，可以使用第2高次谐波(325nm～550nm)或第3高次谐波(217nm～367nm)。如果是第2高次谐波或第3高次谐波，由于波长转换效率比较高，所以能够确保较高的脉冲能量。当脉冲能量较高时，由于能够高效地产生光子吸收，所以改善了加工速度PS。
与此相对，在材料的带隙比较大且单光子吸收波长λ1hν较短的情况下，作为从固体激光装置10输出的脉冲激光，可以使用第4高次谐波162nm～275nm)。由于与第2或第3高次谐波相比第4高次谐波的波长转换效率较低，所以脉冲能量下降。当脉冲能量较低时，由于无法高效地产生光子吸收，所以加工速度PS下降。
因此，在单光子吸收波长λ1hν较短的情况下，只要代替单光子吸收波长λ1hν而选择双光子吸收波长λ2hν来作为基准波长λa，便能够使用第2或第3高次谐波。由此，改善了波长转换效率，因此也能够改善加工速度PS。但是，由于双光子吸收需要使两个光子同时吸收，所以吸收效率比单光子吸收低。因此，在选择了双光子吸收波长λ2hν的情况下，激光加工控制部32C将比第1脉冲宽度ΔT1hν短的第2脉冲宽度ΔT2hν确定为脉冲宽度ΔTa。由此，能够期待双光子吸收的吸收效率的改善。另外，在为了提高双光子吸收的吸收效率而选择了双光子吸收波长λ2hν的情况下，与选择了单光子吸收波长λ1hν的情况相比，优选提高脉冲激光的峰值功率。
5.4变形例
在上述例中，对按照使用波长搜索用通量FLth的第1实施方式的方式来进行图27所示的S1021C的最佳波长λopt的搜索的例子进行了说明，但也可以按照不使用波长搜索用通量FLth的第2实施方式的方式来进行。在该情况下，与第2实施方式的激光加工装置4B同样地在激光加工装置4C设置有加工深度计测器70。
6.第4实施方式的激光加工系统
6.1结构
图30到图36所示的第4实施方式的激光加工系统2D具有激光装置3C和激光加工装置4D。在激光加工系统2D中，与图25所示的第3实施方式的激光加工系统2C的不同之处在于，代替激光加工装置4C而具有激光加工装置4D。其他点与第3实施方式的激光加工系统2C同样。
激光加工装置4D具有加工深度计测器70。另外，代替激光加工装置4C的激光加工控制部32C而具有激光加工控制部32D。激光加工控制部32D与激光加工控制部32C同样地作为在单光子吸收波长λ1hν小于规定值λz的情况下选择双光子吸收波长λ2hν来作为基准波长λa的波长选择部来发挥功能。在第4实施方式中也使用第2波长选择表84。与激光加工控制部32C同样，第2波长选择表84也被存储于激光加工控制部32D的内部存储器等。
另外，激光加工控制部32D在作为脉冲宽度设定部来发挥功能的点上与激光加工控制部32C同样。即，在选择了单光子吸收波长λ1hν的情况下，激光加工控制部32D将第1脉冲宽度ΔT1hν设定为脉冲宽度ΔTa，在选择了双光子吸收波长2hν的情况下，将第2脉冲宽度ΔT2hν设定为脉冲宽度ΔTa。此外，激光加工控制部32D作为最佳脉冲宽度确定部来发挥功能：以所设定的脉冲宽度ΔTa为基准脉冲宽度，从包含脉冲宽度ΔTa的规定的范围的脉冲宽度中确定用于主加工的最佳脉冲宽度ΔTopt。
6.2动作
图31和图32所示的第4实施方式的S1000D的流程图示出了第4实施方式的激光加工控制部32D的处理过程。对与图18所示的S1000B或图27所示的第3实施方式的S1000C相同的步骤省略说明，下面以不同点为中心来进行说明。
如图31所示，在第4实施方式的S1000D中，与图27所示的第3实施方式的S1000C同样，激光加工控制部32D进行S1020C的基准波长λa的选择和脉冲宽度ΔTa的确定。另外，与图18所示的第2实施方式的S1000B同样，激光加工控制部32D进行S1021B的最佳波长λopt的搜索。
此外，激光加工控制部32D以在S1020C中确定的脉冲宽度ΔTa为基准脉冲宽度，在S1022D中从包含基准脉冲宽度的规定的范围的脉冲宽度中确定用于主加工的最佳脉冲宽度ΔTopt。
激光加工控制部32D在S1031D中将最佳脉冲宽度ΔTopt设定为发送到激光控制部13C的脉冲宽度ΔT。然后，在图32所示的S1050C中，除了设定有最佳波长λopt的目标波长λt之外，激光加工控制部32D还将设定有最佳脉冲宽度ΔTopt的脉冲宽度ΔT发送到激光控制部13C。由此，在图32的S1090中，利用最佳波长λopt和最佳脉冲宽度ΔTopt的脉冲激光来执行激光加工。
在图33和图34中示出了S1022D的最佳脉冲宽度ΔTopt的搜索的处理过程。在图33的S1022D的最佳脉冲宽度ΔTopt的搜索中，与图19和图20所示的第2实施方式的S1021B同样，激光加工控制部32D使用用于激光加工的主加工的通量FLm来执行脉冲宽度搜索用预加工。
第4实施方式的图31所示的S1022D虽然在求出最佳脉冲宽度ΔTopt还是求出最佳波长λopt的方面不同，但作为整体的处理流程，与第2实施方式的图19和图20的S1021B类似。
如图33所示，首先，激光加工控制部32D在SR1301中将激光加工时的脉冲能量Em设定为目标脉冲能量Et，在SR1302中将目标脉冲能量Et发送到激光控制部13C。在SR1303中，将激光加工时的通量FLm设定为目标通量FLt。激光加工控制部32D在SR1304中对衰减器52的透过率T进行设定以成为目标通量FLt。
在SR1305中，激光加工控制部32D对在脉冲宽度搜索用预加工中使用的ΔTp(N)的值进行初始化。具体来说，在SR1305中，将作为初始值的最小脉冲宽度ΔTpmin设置为在脉冲宽度搜索用预加工中使用的第1个脉冲宽度ΔT(1)。然后，在SR1306中，将所使用的脉冲宽度ΔTp(N)的编号N设置为“1”而选择ΔTp(1)。
这里，最小脉冲宽度ΔTpmin是在脉冲宽度搜索用预加工中使用的范围的下限值。在脉冲宽度搜索用预加工中使用的范围是包含有被设定为基准脉冲宽度的脉冲宽度ΔTa的规定范围。最小脉冲宽度ΔTpmin是通过脉冲宽度ΔTa-ΔTL求出的。ΔTL是脉冲宽度ΔTa与最小脉冲宽度ΔTpmin之差。
激光加工控制部32D在SR1307中设置初始的预加工位置的位置数据。在SR1308中，激光加工控制部32D根据所设置的位置数据，利用XYZ台34使被加工物41移动到初始的预加工位置。
如图34所示，激光加工控制部32D在SR1309中将ΔTp(N)设定为脉冲宽度ΔT。在ΔTp(N)的编号N被设置为“1”的情况下，将作为第1个脉冲宽度ΔTp(1)的最小脉冲宽度ΔTpmin设定为脉冲宽度ΔT。然后，在SR1310中，将脉冲宽度ΔT发送到激光控制部13C。
在SR1311中，激光加工控制部32D等待来自激光控制部13的激光加工OK信号。在激光加工控制部32D接收到激光加工OK信号的情况下(在SR1311中为是)，在SR1312中将由激光加工所需的重复频率fm和脉冲数Nm限定的发光触发Tr发送到激光控制部13。由此，从激光装置3输出脉冲激光而对被加工物41的预加工位置执行脉冲宽度搜索用预加工。
在对1个脉冲宽度ΔTp(N)结束了脉冲宽度搜索用预加工的情况下，在SR1314中，激光加工控制部32D对编号N加上1。在SR1315中，激光加工控制部32D将对脉冲宽度ΔTp(N-1)的值加上ΔTs后的值设定为ΔTp(N)的脉冲宽度的值。例如，在ΔTp(1)的预加工结束之后，对N加上1。在初始的预加工位置的预加工结束后的阶段，由于N＝1，所以当加上1时N＝2。并且，由于N＝2，所以在SR1315中N-1＝2-1＝1。因此，对ΔTp(1)的值加上ΔTs后的值被设定为ΔTp(2)的脉冲宽度的值。由于ΔTp(1)的值是作为初始值的最小脉冲宽度ΔTpmin，所以ΔTp(2)＝ΔTpmin+ΔTs。
在通过SR1315设定的ΔTp(N)的值为最大脉冲宽度ΔTpmax以下的情况下(在SR1316中为否)，激光加工控制部32D设置下一个预加工位置的位置数据(SR1318)。最大脉冲宽度ΔTpmax是在脉冲宽度搜索用预加工中使用的脉冲宽度范围的上限值。最大脉冲宽度ΔTpmax是通过脉冲宽度ΔTa+ΔTU求出的。ΔTU是脉冲宽度ΔTa与最大脉冲宽度ΔTpmax之差。
在SR1316-2中，激光加工控制部32D对多个脉冲宽度的加工状态进行计测，并将各预加工位置的脉冲宽度评价值记录在图36所示的脉冲宽度评价值表86中。然后，在SR1317中，激光加工控制部32D参照脉冲宽度评价值表86来确定最佳脉冲宽度ΔTopt。
图35是示出SR1316-2的处理过程的流程图。SR1316-2与图21的第2实施方式的SR1216-2的处理过程大致同样。如图35所示，首先，在SR1316-21中，激光加工控制部32D将编号N设置为“1”并进行初始化。在SR1316-22中，激光加工控制部32D将被加工物41的第N个预加工位置定位在加工深度计测器70的计测位置。在N＝1的情况下，将第1个加工位置定位在计测位置。在SR1316-23中，通过加工深度计测器70对加工深度Depth(N)进行计测来作为加工状态。在SR1316-24中，根据加工深度Depth(N)对加工速度PS(N)进行计算来作为脉冲宽度评价值。加工速度PS(N)如上述式(1)所示的那样通过PS(N)＝Depth(N)/Nm来计算。
在SR1316-25中，激光加工控制部32D将用于脉冲宽度搜索用预加工的脉冲宽度ΔTp(N)和加工速度PS(N)对应起来而如图36所示的那样记录在脉冲宽度评价值表86中。在SR1316-26中，激光加工控制部32D对编号N加上“1”。在编号N为最大值Nmax以下的情况下(在SR1316-27中为否)，激光加工控制部32D判定为存在下一个预加工位置。最大值Nmax是作为加工状态的评价对象的预加工位置的总数。在激光加工控制部32D判定为存在下一个预加工位置的情况下，返回到SR1316-22，对下一个预加工位置重复进行SR1316-25之前的处理并记录下一个预加工位置的脉冲宽度评价值。
激光加工控制部32D重复进行SR1316-22到SR1316-26的处理，直到编号N超过最大值Nmax(在SR1316-27中为是)，即，所有预加工位置的加工状态的评价结束。
在图34的SR1317中，激光加工控制部32D参照脉冲宽度评价值表86将加工速度PS(N)最大时的脉冲宽度ΔTp(N)确定为最佳脉冲宽度ΔTopt。
6.3作用
在第4实施方式中，激光加工控制部32D一边使脉冲激光的脉冲宽度发生变化，一边按照多个脉冲宽度来执行脉冲宽度搜索用预加工，对每个脉冲宽度的加工状态进行计测并对每个脉冲宽度的加工状态进行评价，从而确定最佳脉冲宽度ΔTopt。因此，除了最佳波长λopt之外，还能够按照最佳脉冲宽度ΔTopt来进行激光加工，因此能够期待光子的吸收效率的进一步改善和加工速度PS的提高。特别是由于双光子吸收的吸收效率比单光子吸收的吸收效率低，所以本例是有效的。
7.波长可变激光装置的具体例
7.1结构
在图37中示出了作为在第3实施方式和第4实施方式中使用的波长可变激光装置的激光装置3C的具体例。如上述那样，激光装置3C具有固体激光装置10C、监视器模块11以及激光控制部13C。
在固体激光装置10C中，波长可变掺钛蓝宝石振荡器16具有输出耦合镜16A、掺钛蓝宝石晶体16B、扩束器16C、光栅16D以及旋转台16E。
光谐振器由输出耦合镜16A和光栅16D构成。在输出耦合镜16A上涂覆有在大约650nm～1100nm的波长范围内进行局部反射的膜。在光谐振器的光路上配置有掺钛蓝宝石晶体16B和扩束器16C。
扩束器16C包含棱镜，配置成对从掺钛蓝宝石晶体16B出射的光的束宽进行放大而使该光入射到光栅16D。另外，扩束器16C使来自光栅16D的反射光的束宽缩小，并且使该光返回到掺钛蓝宝石晶体16B和输出耦合镜16A。
光栅16D的表面物质由高反射率的材料构成，在表面上按照规定的间隔形成有多个槽。光栅16D是分散光学元件。各槽例如是截面形状为直角三角形的槽。从扩束器16C入射到光栅16D的光被这些槽反射，并且在与光的波长对应的方向上进行衍射。光栅16D被利特罗配置，以使从扩束器16C入射到光栅16D的光的入射角与期望波长的衍射光的衍射角一致。由此，期望的波长附近的光经由扩束器16C返回到掺钛蓝宝石晶体16B和输出耦合镜16A。
旋转台16E对光栅16D进行支承，通过使光栅16D绕X轴进行旋转来变更光向光栅16D入射的入射角度。通过使光栅16D进行旋转，能够选择从光栅16D经由扩束器16C返回到输出耦合镜16A的光的波长。
光快门83配置在波长可变掺钛蓝宝石振荡器16与掺钛蓝宝石放大器17之间的光路上。如上述那样，光快门83包含EO普克尔盒、偏振片以及对EO普克尔盒施加高电压的电源。掺钛蓝宝石放大器17包含未图示的掺钛蓝宝石晶体和多个反射镜。被光快门83进行了脉冲波形整形的脉冲激光入射到掺钛蓝宝石放大器17。在掺钛蓝宝石放大器17中，未图示的多个反射镜被配置成使掺钛蓝宝石晶体为多路径。
波长转换系统18具有LBO(LiB3O5)晶体18A、CLBO(CsLiB6O10)晶体18B以及KBBF(KBe2BO3F2)晶体18C这3个非线性晶体、多个旋转台18D、单轴台18E以及台控制部18F。各旋转台18D分别对LBO晶体18A、CLBO晶体18B、KBBF晶体18C进行支承。各旋转台18D绕X轴进行旋转而使各晶体18A、18B、18C进行旋转。
单轴台18E与旋转台18D一起对CLBO晶体18B和KBBF晶体18C进行支承，并使CLBO晶体18B和KBBF晶体18C在Z轴方向上移动。单轴台18E在LBO晶体18A的出射光路上的插入位置与退避位置之间自由移动，其中，该插入位置供CLBO晶体18B或KBBF晶体18C中的任意晶体插入，该退避位置供这两个非线性晶体从出射光路退避。台控制部18F对旋转台18D的旋转和单轴台18E的移动进行控制。
抽运激光装置19输出YLF激光的第2高次谐波(即，激励用脉冲激光)。在抽运激光装置19的出射光路上配置有未图示的分束器。分束器使激励用脉冲激光分支而入射到波长可变蓝宝石振荡器16和掺钛蓝宝石放大器17。
7.2动作
激光控制部13C从激光加工控制部32C接收目标波长λt、目标脉冲能量Et、脉冲宽度ΔT以及发光触发Tr的数据。激光控制部13C关闭快门12而将激光加工NG信号发送到激光加工控制部32C。激光控制部13C将脉冲宽度ΔT的数据发送到脉冲波形调节器82。
激光控制部13C将目标波长λt的数据发送到台控制部18F。台控制部18F根据目标波长λt来确定使用CLBO晶体18B或KBBF晶体18C中的哪个晶体，对单轴台18E进行控制而将要使用的晶体插入到LBO晶体18A的出射光路上。另外，台控制部18F根据目标波长λt来确定LBO晶体18A的入射角度以及CLBO晶体18B或KBBF晶体18C中所使用的非线性晶体的入射角度，对各旋转台18D进行控制以成为所确定的入射角度。
台控制部18F例如如下述那样根据目标波长λt的波长范围来选定要使用的非线性晶体。第1，在选择了第2高次谐波(325nm～550nm)的波长范围内的目标波长λt的情况下，仅使用LBO晶体18A。在该情况下，台控制部18F使单轴台18E移动到退避位置而使CLBO晶体18B和KBBF晶体18C这两个晶体从LBO晶体18A的出射光路退避。
第2，在选择了第3高次谐波(217nm～367nm)的波长范围内的目标波长λt的情况下，使用LBO晶体18A和CLBO晶体18B。在该情况下，台控制部18F使单轴台18E移动到CLBO晶体18B的插入位置。第3，在选择了第4高次谐波(162nm～275nm)的波长范围内的目标波长λt的情况下，使用KBBF晶体18C。台控制部18F使单轴台18E移动到KBBF晶体18C的插入位置。
激光控制部13C向抽运激光装置19发送脉冲能量的初始值。这里，将第1～第3高次谐波中的任意高次谐波记作第m高次谐波。在选择了第m高次谐波作为目标波长λt的情况下，激光控制部13C对旋转台16E进行控制而对光栅16D的入射角度进行调节，以使波长可变掺钛蓝宝石振荡器16按照接近目标波长λt的m倍的波长进行振荡。
另外，激光控制部13C将未图示的内部发光触发发送到同步电路81。同步电路81与内部发光触发同步地将第1触发输出到抽运激光装置19，并且使第2触发相对于第1触发延迟规定时间延迟而输出到脉冲波形调节器82。来自抽运激光装置19的激励用脉冲激光入射到波长可变掺钛蓝宝石振荡器16和掺钛蓝宝石放大器17的各自的掺钛蓝宝石晶体。由此，各个掺钛蓝宝石晶体被激励。
由于光栅16D的入射角度被设定为与目标波长λt的m倍对应的角度，所以在波长可变掺钛蓝宝石振荡器16中输出大约λt·m倍的波长的脉冲激光。该脉冲激光被光快门83进行脉冲整形而成为脉冲宽度ΔT。脉冲整形后的脉冲激光被掺钛蓝宝石放大器17进行多路径放大。放大后的脉冲激光通过波长转换系统18而输出作为第m高次谐波光的脉冲激光。
激光控制部13C通过监视器模块11的光传感器11b来检测波长转换后的脉冲激光的脉冲能量的实测值E。激光控制部13C对从抽运激光装置19输出的激励用脉冲激光的脉冲能量进行控制，以使实测值E与目标脉冲能量Et之差ΔE＝E-Et接近为“0”。
另外，激光控制部13C通过监视器模块11的波长监视器11c来检测波长转换后的脉冲激光的波长的实测值λ。激光控制部13C通过旋转台16E对波长可变掺钛蓝宝石振荡器16的光栅16D的入射角度进行控制，以使实测值λ与目标波长λt之差Δλ＝λ-λt接近为“0”。然后，在ΔE和Δλ处于容许范围之后，激光控制部13C使内部发光触发停止而打开快门12。
激光控制部13C将激光加工OK信号发送到激光加工控制部32C。激光控制部13C将来自激光加工控制部32C的发光触发Tr输入到同步电路81。其结果是，脉冲宽度ΔT、目标波长λt、目标脉冲能量Et的脉冲激光入射到激光加工装置4C。
7.3变形例
当从图37所示的激光装置3C取下同步电路81、脉冲波形调节器82以及光快门83时，能够作为图1所示的比较例、图6所示的第1实施方式、图16所示的第2实施方式的各激光装置3来使用。在该情况下，由于输出脉冲宽度为1ns到几十ns的脉冲激光，所以几乎不存在双光子吸收的比例。
如图37所示，作为波长可变激光装置(即，激光装置3C)，示出了具有波长可变掺钛蓝宝石振荡器16、掺钛蓝宝石放大器17以及波长转换系统18的例子，但并不限定于该例。只要是能够在波长大约为200nm～500nm的范围内或者其一部分的范围内进行波长可变的激光装置即可。作为其他波长可变激光装置的例子，存在日本特开2002-273581所记载的短脉冲波长可变拉曼激光装置、由光学参量振荡器(OPO：optical parametric oscillator)构成的波长可变激光装置等。
8.激光加工装置的变形例
8.1结构
在上述各实施方式的激光加工装置中，对具有作为聚光光学系统来发挥功能的光学系统的例子进行了说明，但也可以如图38所示的激光加工装置4E那样具有作为能够对被加工物41转印像的转印光学系统来发挥功能的光学系统93。光学系统93具有光束均束器91、可变缝隙92以及转印透镜94。这里，转印透镜94由玻璃材料不同的多个透镜组合构成，是在波长可变激光装置的波长可变范围内进行色像差校正的色像差校正透镜。作为多个透镜，例如，使用了合成石英透镜与CaF2晶体透镜的组合透镜。
光束均束器91和可变缝隙92配置在高反射镜36b和36c之间的光路上。光束均束器91具有复眼透镜91a和聚焦透镜91b。光束均束器91被配置成对被高反射镜36b反射的脉冲激光的光强度分布进行均匀化而对可变缝隙92进行柯勒照明。可变缝隙92具有使光透过的缝隙，能够对缝隙的大小进行变更。可变缝隙92能够根据对被加工物41的加工尺寸来调节缝隙的大小。可变缝隙92的缝隙的大小由激光加工控制部32A来进行控制。
另外，激光加工装置4E具有观察装置96来代替观察装置66。观察装置96是将准直透镜66b和成像透镜66d从观察装置66的结构削除的结构。图像传感器66e配置在通过转印透镜94使加工面的像成像的位置。
8.2动作
被高反射镜36b反射的脉冲激光通过光束均束器91使光强度在空间上被均匀化而入射到可变缝隙92。当脉冲激光透过可变缝隙92的缝隙时，形成与缝隙的形状对应的图像光。该图像光经由高反射镜36c入射到转印透镜94。转印透镜94经由窗口42A在被加工物41的表面形成与可变缝隙92的缝隙的形状对应的缝隙像，从而转印缝隙像。由此，能够使被加工物41的表面的加工形状为与可变缝隙92的缝隙对应的形状。
从照明光源66c出射的照明光经由半反射镜66a和高反射镜36c而通过转印透镜94对被加工物41的加工面进行照明。对加工面进行照明的光发生反射而通过转印透镜94并经由高反射镜36c和半反射镜66a成像在图像传感器66e上。其结果是，能够通过图像传感器66e来计测被加工物41的加工面的加工状态。
在本例子中，还可以配置例如形成有期望的形状的多个孔的掩模来代替可变缝隙92。在该情况下，能够对被加工物41的表面同时进行多个孔的加工。
9.反射型的光学系统
在上述实施方式中，对作为聚光光学系统、转印光学系统来发挥功能的光学系统使用聚光透镜36d、转印透镜94等透镜的例子进行了说明，但在光学系统中也可以使用反射型的光学系统来代替透镜。
9.1反射型的聚光光学系统
能够使用图39所示的反射型的聚光光学系统101来代替聚光透镜36d。聚光光学系统101具有平面镜101a和轴外放物面的凹面镜101b。聚光光学系统101通过平面镜101a和凹面镜101b的反射对光进行会聚。平面镜101a和凹面镜101b在反射面上实施了对波长可变激光装置的波长可变范围的光进行高反射的高反射涂布。该高反射涂布例如是在Al膜上涂布MgF2或者在波长可变激光装置的波长可变范围内具有某种程度的较高的反射率的介电多层膜的涂布。
由于聚光光学系统101是不使用透镜的反射型，所以即使从波长可变激光装置3输出的脉冲激光的波长发生变化，也不会受到色像差的影响。另外，由于菲涅尔损失等光损失较少，所以聚光效率也较好。另外，在使用观察装置66的情况下，可见光的照明光也入射到聚光光学系统101，但照明光也与脉冲激光同样地能够避免色像差的影响，并且聚光效率也较好。在如波长可变激光装置那样使波长可变的情况下，有时也无法无视色像差的影响。因此，反射型的聚光光学系统101在用于波长可变激光装置的情况下特别有效。
9.2反射型的转印光学系统
能够使用图40所示的转印光学系统102来代替图38所示的转印透镜94。转印光学系统102是公知的Schwarzschild类型的光学系统，具有在中央形成有开口的球面凹面镜102b和球面凸面镜102a。透过了掩模103的图像光向球面凹面镜102b的开口入射而被球面凸面镜102a和球面凹面镜102b反射，从而在被加工物41的加工面上成像。
球面凹面镜102b和球面凸面镜102a在反射面上实施了对波长可变激光装置的波长可变范围的光进行高反射的高反射涂布。该高反射涂布例如是在Al膜上涂布MgF2或者对在波长可变激光装置的波长可变范围内具有某种程度较高的反射率的介电多层膜的涂布。
与聚光光学系统101同样，转印光学系统102是不使用透镜的反射型，因此不会受到色像差的影响，聚光效率也较高。另外，与聚光光学系统101同样，转印光学系统102在用于波长可变激光装置的情况下特别有效。
上述的说明只是示例性的，不是用于限定的内容。因此，本领域技术人员可以理解在不脱离权利要求书的范围的情况下可以对本公开的各实施方式实施变更。
本说明书以及附带的权利要求书整体中使用的术语应该解释为“不限定”的术语。例如，“包括”或者“包含”等术语应该解释为“不限定于作为包含的手段记载的手段”。术语“具有”应该解释为“不限定于作为具有的手段记载的手段”。并且，本说明书以及附带的权利要求书的范围中记载的修饰语“一个”应该解释为“至少一个”或者“一个或一个以上”。

Claims (20)

1.一种激光加工系统，其向被加工物照射脉冲激光而进行激光加工，其中，该激光加工系统具有：
A、波长可变激光装置，其输出所述脉冲激光，并且能够使所述脉冲激光的波长发生变化；
B、光学系统，其对所述被加工物照射从所述波长可变激光装置输出的所述脉冲激光；
C、基准波长取得部，其取得与基于所述被加工物的材料的光子吸收对应的基准波长；
D、激光加工控制部，其对所述波长可变激光装置进行控制，在对所述被加工物实施主加工之前执行预加工，并且一边使所述波长可变激光装置输出的所述脉冲激光的波长在包含所述基准波长的规定范围内变化，一边按照多个波长执行波长搜索用预加工；
E、加工状态计测器，其计测按照多个波长进行的所述波长搜索用预加工的每个波长的加工状态；以及
F、最佳波长确定部，其对每个波长的所述加工状态进行评价来确定用于所述主加工的最佳波长。
2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
在进行所述主加工时，所述激光加工控制部将所述最佳波长设定为所述波长可变激光装置输出的所述脉冲激光的目标波长。
3.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
该激光加工系统还具有：
G、存储部，其存储对所述被加工物的每种材料记录了所述基准波长的波长选择表，
其中，所述基准波长取得部受理所输入的材料识别信息，并参照所述波长选择表来取得与所输入的所述材料识别信息对应的所述基准波长。
4.根据权利要求3所述的激光加工系统，其中，
在所述波长选择表中记录有包含所述基准波长的规定范围的数据，
所述基准波长取得部取得包含所述基准波长的规定范围的数据。
5.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
所述加工状态计测器计测是否至少实施了加工来作为所述加工状态。
6.根据权利要求5所述的激光加工系统，其中，
该激光加工系统还具有：
H、波长搜索用通量确定部，其确定所述脉冲激光在所述被加工物中的通量，该通量是每单位照射面积的脉冲能量，且是在所述波长搜索用预加工中使用的波长搜索用通量。
7.根据权利要求6所述的激光加工系统，其中，
所述激光加工控制部在将目标波长固定为所述基准波长的状态下一边使通量发生变化，一边按照多个通量来执行作为通量确定用的预加工的第1预加工，
所述加工状态计测器计测按照多个通量进行的所述第1预加工的每个通量的加工状态，
所述波长搜索用通量确定部对多个通量的每个通量的所述加工状态进行评价，将紧接在对所述被加工物实施加工之前的通量的最大值确定为所述波长搜索用通量。
8.根据权利要求7所述的激光加工系统，其中，
在所述第1预加工之后，所述激光加工控制部在将目标通量固定为所述波长搜索用通量的状态下执行所述波长搜索用预加工来作为第2预加工，
所述加工状态计测器计测按照多个波长进行的所述第2预加工的每个波长的加工状态，
所述最佳波长确定部对所述第2预加工的每个波长的加工状态进行评价而将实施了加工的波长确定为所述最佳波长。
9.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
所述加工状态计测器是计测加工深度来作为所述加工状态的加工深度计测器。
10.根据权利要求9所述的激光加工系统，其中，
所述加工深度计测器包含激光显微镜、激光位移计以及原子间力显微镜中的任意部件。
11.根据权利要求9所述的激光加工系统，其中，
所述激光加工控制部将用于主加工的通量设定为目标通量而执行所述波长搜索用预加工，
所述最佳波长确定部根据按照多个波长进行的所述波长搜索用预加工的加工深度来求出加工速度，将所述加工速度最大时的波长确定为所述最佳波长。
12.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
所述基准波长取得部取得单光子吸收波长来作为每种所述材料的所述基准波长，其中，该单光子吸收波长是由1个光子产生光子吸收的吸收波长。
13.根据权利要求12所述的激光加工系统，其中，
除了取得所述单光子吸收波长之外，所述基准波长取得部还取得双光子吸收波长来作为每种所述材料的所述基准波长，其中，该双光子吸收波长是由两个光子产生光子吸收的吸收波长。
14.根据权利要求13所述的激光加工系统，其中，
所述波长可变激光装置的所述脉冲激光的脉冲宽度是可变的。
15.根据权利要求14所述的激光加工系统，其中，
该激光加工系统还包含：
I、波长选择部，其在所述单光子吸收波长小于规定值的情况下，选择所述双光子吸收波长来作为用于所述预加工的所述基准波长；以及
J、脉冲宽度设定部，其在选择了所述双光子吸收波长的情况下，将所述脉冲宽度设定为比选择了所述单光子吸收波长的情况下的第1脉冲宽度短的第2脉冲宽度。
16.根据权利要求15所述的激光加工系统，其中，
该激光加工系统还包含：
K、最佳脉冲宽度确定部，其以所述脉冲宽度设定部设定的所述脉冲宽度为基准脉冲宽度，从包含所述基准脉冲宽度的规定范围中确定用于主加工的最佳脉冲宽度。
17.根据权利要求16所述的激光加工系统，其中，
所述激光加工控制部一边使所述波长可变激光装置输出的所述脉冲激光的脉冲宽度在包含所述基准脉冲宽度的规定范围内变化，一边按照多个脉冲宽度来执行脉冲宽度搜索用预加工，
所述加工状态计测器计测按照多个脉冲宽度进行的所述脉冲宽度搜索用预加工的每个脉冲宽度的加工状态，
所述最佳脉冲宽度确定部对所述脉冲宽度搜索用预加工的每个脉冲宽度的加工状态进行评价来确定所述最佳脉冲宽度。
18.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
所述基准波长是在所述被加工物的材料为晶体材料的情况下与所述晶体材料的带隙对应的吸收波长。
19.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
该激光加工系统还包含：
L、观察装置，其对所述被加工物的表面进行拍摄而记录观察图像。
20.一种激光加工方法，向被加工物照射脉冲激光而进行激光加工，其中，具有以下的步骤：
A、基准波长取得步骤，取得与基于所述被加工物的材料的光子吸收对应的基准波长；
B、波长搜索用预加工步骤，使用能够使所述脉冲激光的波长发生变化的波长可变激光装置，一边使所述波长可变激光装置输出的所述脉冲激光的波长在包含所述基准波长的规定范围内变化，一边按照多个波长来执行波长搜索用预加工；
C、加工状态计测步骤，计测按照所述多个波长进行的所述波长搜索用预加工的每个波长的加工状态；以及
D、最佳波长确定步骤，对每个波长的所述加工状态进行评价来确定用于主加工的最佳波长。
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