CN115210974A - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的激光加工装置(1A)具备：半导体激光元件(2)；波形输出部(6)，其将输入波形数据(Da)输出；驱动电路(4)，其将具有与输入波形数据(Da)对应的时间波形的驱动电流(id)供给至半导体激光元件(2)；及加工光学系统(5)，其将自半导体激光元件(2)输出的激光照射至被加工物(B)。半导体激光元件(2)输出激光(La)，该激光由包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔地排列而成。二个以上的光脉冲组中的至少二个光脉冲组的时间波形互不相同。时间波形中，包含一个或多个光脉冲各自的时间波形、一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。由此，实现可将隔开时间差地对被加工物照射时间波形不同的多个光脉冲的结构小型化的激光加工装置及激光加工方法。

Description

激光加工装置及激光加工方法
技术领域
本公开涉及一种激光加工装置及激光加工方法。
背景技术
在专利文献1中，公开有一种激光加工方法相关的技术。该方法中，通过将分别具有10皮秒～100皮秒的脉冲宽度的至少2个脉冲(脉冲串)组合，使材料去除率增大。为了生成具有时间差的2个光脉冲，将来自激光振荡器的激光的光路通过分光器分为二支，在具有互不相同的光路长度的2条光路上传播后，通过合束器将这些光路耦合。
在专利文献2中，公开有激光加工方法及激光加工装置相关的技术。该方法及装置中，将脉冲宽度互不相同的2种光脉冲照射至被加工物。因此，一实施例中，设有输出一光脉冲的激光源、及输出另一光脉冲的另一激光源。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特表2005-511314号公报
专利文献2：日本专利特开2013-128088号公报
发明内容
发明想要解决的问题
近年来，正在研究使用具有纳秒或皮秒级的时间宽度的光脉冲进行激光加工的技术。这样的激光加工中，通过隔开时间差地照射多个光脉冲，而可获得激光加工的各种效果。
例如，上述的专利文献1中，记载有通过隔开时间差地照射2个光脉冲，而增大材料去除率。此外，有通过使光脉冲的时间波形在多个光脉冲间不同，可进一步发挥附加效果的情况。例如，上述的专利文献2中，记载有通过照射时间宽度不同的2个光脉冲，可避免非加工区域的损伤。
然而，专利文献1所记载的方法中，由于利用2条光路的光路长度差实现2个光脉冲的时间差，因此需要与期望的时间间隔对应的大小的光路长度差。例如，将时间差设为5纳秒的情况下，光路长度差约为1.5m。另外，将时间差设为5微秒的情况下，光路长度差约为1500m。因此，有装置规模过大的问题。另外，由于在激光在这样的较长的光路上传播的期间会生成较大损失，因此也有能量效率较低的问题。
专利文献2中作为一实施例记载的装置及方法中，由于需要与时间宽度不同的多个光脉冲的各个对应的多个激光源，因此光脉冲的种类越增加，则激光源的个数越多，成为阻碍激光加工装置的小型化及低成本化的要因。
本发明的目的在于提供一种可将对被加工物照射时间波形不同的多个光脉冲的结构小型化的激光加工装置及激光加工方法。
解决问题的技术手段
本发明的实施方式是一种激光加工装置。激光加工装置具备：半导体激光元件；波形输出部，其将输入波形数据输出；驱动电路，其生成具有与输入波形数据对应的时间波形的驱动电流，将该驱动电流供给至半导体激光元件；及光学系统，其将自半导体激光元件输出的激光照射至被加工物，半导体激光元件输出激光，该激光由包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔地排列而成，二个以上的光脉冲组中至少二个光脉冲组的时间波形互不相同，时间波形中，包含一个或多个光脉冲各自的时间波形、一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。
本发明的实施方式是一种激光加工方法。激光加工方法包含：电流供给步骤，其生成具有与输入波形数据对应的时间波形的驱动电流，将驱动电流供给至半导体激光元件；及光照射步骤，其将自半导体激光元件输出的激光照射至被加工物，在光照射步骤中，半导体激光元件输出激光，该激光由包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔地排列而成，二个以上的光脉冲组中至少二个光脉冲组的时间波形互不相同，时间波形中，包含一个或多个光脉冲各自的时间波形、一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。
上述激光加工装置及激光加工方法中，波形输出部将输入波形数据输出，驱动电路将具有与输入波形数据对应的时间波形的驱动电流供给至半导体激光元件。因此，通过使输入波形数据中包含任意的时间波形，而可自半导体激光元件输出具有任意的时间波形的光脉冲。另外，通过使输入波形数据中包含具有时间差的多个脉冲组，而可自半导体激光元件输出具有时间差的多个光脉冲组。
即，根据这些装置及方法，可隔开时间差地对被加工物照射时间波形不同的多个光脉冲组。此外，由于自单一的半导体激光元件在单一的光路上输出多个光脉冲组，因此与专利文献1、2所记载的各方法相比，可将装置结构小型化。
发明的效果
根据本发明的实施方式，可提供一种能将对被加工物照射时间波形不同的多个光脉冲的结构小型化的激光加工装置及激光加工方法。
附图说明
图1是概略性地表示一实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。
图2是表示半导体激光元件2、光放大器3、驱动电路4及波形输出部6的周边构造的框图。
图3是表示半导体激光元件2、光放大器3、驱动电路4及波形输出部6的周边构造的具体例的框图。
图4是表示驱动电路4的详细结构例的框图。
图5是示意性地表示波形时序调整部43的功能的图。
图6是表示激光加工装置1A的动作的流程图。
图7(a)～(d)是示意性地表示光脉冲波形的图。
图8(a)是表示放大前的激光La的时间波形的图表，及(b)是表示放大后的激光Lb的时间波形的图表。
图9(a)是表示放大前的激光La的时间波形的图表，及(b)是表示放大后的激光Lb的时间波形的图表。
图10是表示自光放大器3输出的激光Lb的时间波形的例的图表，(a)是表示FWHM为4纳秒的高斯波形，及(b)是表示FWHM为32纳秒的高斯波形。
图11是表示自光放大器3输出的激光Lb的时间波形的例的图表，(a)是表示FWHM为120纳秒的矩形波，及(b)是表示FWHM为4纳秒的斜坡波形。
图12是表示一实施方式的激光加工装置1A中作为激光Lb生成的脉冲宽度23.7ns(FWHM)的高斯脉冲Pa的时间波形的图表。
图13(a)是利用SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子显微镜)观察到的开孔加工后的被加工物B的正面图像，及(b)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的背面图像。
图14是表示一实施方式的激光加工装置1A中作为激光Lb生成的包含多条超短光脉冲Pba的光脉冲串即光脉冲组Pb的时间波形的图表。
图15(a)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的正面图像，及(b)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的背面图像。
图16(a)是表示一实施方式的激光加工装置1A中作为激光Lb生成的光脉冲组Pc及光脉冲Pd的时间波形的图表，及(b)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的正面图像。
图17是表示激光Lb的时间波形的实施例的图表。
图18是表示激光Lb的时间波形的实施例的图表，(a)表示包含多条超短光脉冲Pfa的光脉冲组Pf1、和包含单一的光脉冲Pfb的光脉冲组Pf2，及(b)表示包含多条超短光脉冲Pga的光脉冲组Pg1、包含单一的光脉冲Pgb的光脉冲组Pg2、和包含单一的光脉冲Pgc的光脉冲组Pg3。
图19是表示激光Lb的时间波形的实施例的图表，表示包含单一的光脉冲Pha的光脉冲组Ph1、和包含单一的光脉冲Phb的光脉冲组Ph2。
图20(a)～(c)是概念性表示可自一实施方式的激光加工装置1A输出的各种时间波形的图。
图21(a)～(c)是概念性表示可自一实施方式的激光加工装置1A输出的各种时间波形的图。
图22(a)～(c)是概念性表示可自一实施方式的激光加工装置1A输出的各种时间波形的图。
图23(a)～(c)是概念性表示可自一实施方式的激光加工装置1A输出的各种时间波形的图。
图24(a)～(c)是概念性表示可自一实施方式的激光加工装置1A输出的各种时间波形的图。
图25是表示将分别与多个加工过程对应的多个光脉冲组Pi、Pj、Py组合的例的图表。
图26表示使用一实施方式的激光加工装置1A，在短时间期间连续进行多个加工过程时的加工过程，(a)表示具有构成材料互不相同的多个层B1～B3的被加工物B、和照射至被加工物B的激光Lb，及(b)表示激光Lb的时间波形。
图27表示使用一实施方式的激光加工装置1A，在短时间期间连续进行多个加工过程时的加工过程，(a)表示具有构成材料互不相同的多个层B1～B3的被加工物B、和照射至被加工物B的激光Lb，及(b)表示激光Lb的时间波形。
图28表示使用一实施方式的激光加工装置1A，在短时间期间连续进行多个加工过程时的加工过程，(a)表示具有构成材料互不相同的多个层B1～B3的被加工物B、和照射至被加工物B的激光Lb，及(b)表示激光Lb的时间波形。
图29表示使用一实施方式的激光加工装置1A，在短时间期间连续进行多个加工过程时的加工过程，(a)表示具有构成材料互不相同的多个层B1～B3的被加工物B、和照射至被加工物B的激光Lb，及(b)表示激光Lb的时间波形。
图30(a)是表示与某加工过程对应的光脉冲组Pi、Py、Pk的组合的图表，(b)是表示与下个加工过程对应的光脉冲组Pj的图表，及(c)是表示与进一步下个加工过程对应的光脉冲组Pi、Pi、Pm的图表。
图31是表示一实施例中照射的激光Lb的时间波形的图表。
图32(a)、(b)是表示形成于被加工物B的孔的SEM图像的图。
图33(a)、(b)是表示形成于被加工物B的孔的SEM图像的图。
图34是表示一变化例的结构的框图。
图35是表示一变化例中照射至被加工物B的多个光脉冲组的例的图表。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边详细说明激光加工装置及激光加工方法的实施方式。此外，附图的说明中，对同一要件标注同一符号，省略重复说明。另外，本发明并非限定于这些例示。
图1是概略性地表示一实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。如图1所示，本实施方式的激光加工装置1A具备半导体激光元件2、光放大器3、驱动电路4、加工光学系统5、及波形输出部6。波形输出部6由电子电路构成，与驱动电路4电连接。波形输出部6运算并生成用于使自光放大器3输出的光脉冲的时间波形接近目标波形的输入波形数据Da，对驱动电路4提供该输入波形数据Da。
驱动电路4的输入端与波形输出部6电连接，自波形输出部6接收输入波形数据Da。驱动电路4生成具有与输入波形数据Da的时间波形对应的驱动电流id。驱动电路4的输出端与半导体激光元件2电连接，将生成的驱动电流id供给至半导体激光元件2。此外，也有将无时间变化的大小恒定的偏置电流与驱动电流id重叠的情况。
半导体激光元件2是激光二极管，且与驱动电路4电连接。驱动电路4对半导体激光元件2的阴极及阳极的任一者供给驱动电流id。半导体激光元件2接收驱动电流id，生成激光La。该激光La是由光放大器3放大前的光，具有与输入波形数据Da对应的时间波形。
一例中，半导体激光元件2为分布反馈型(DFB：Distributed feedback)激光二极管。由于半导体激光元件2为DFB激光二极管，因此容易实现与光放大器3的增益的波长特性相符的优化。半导体激光元件2的输出功率例如为数纳焦耳。
光放大器3的光输入端与半导体激光元件2光学耦合，将自半导体激光元件2输出的激光La放大。光放大器3不将激光La转换成电信号，而以光的状态直接放大。光放大器3例如可由光纤放大器、固体激光放大器或它们的组合构成。
光纤放大器具有由添加了例如Er、Yb等杂质的玻璃构成的光纤，通过与激光La一起或较其之前将激发光输入至该光纤而将激光La放大。另外，固体激光放大器可由添加有例如Nd等杂质的玻璃、钇铝石榴石(YAG)、或钕、钇、四氧化钒(YVO4)构成。固体激光放大器通过与激光La一起或较其之前输入激发光而将激光La放大。光放大器3的增益例如在3dB～30dB的范围内。
加工光学系统5构成为包含自光放大器3的输出端延伸的光路、及设置于该光路上的聚光光学系统。自光放大器3输出的放大后的激光Lb在加工光学系统5的光路上传播，到达聚光光学系统，通过聚光光学系统聚光且照射至被加工物B。
图2是表示半导体激光元件2、光放大器3、驱动电路4及波形输出部6的周边构造的框图。此外，图中的波形A是示意性地表示自半导体激光元件2输出的激光La的时间波形。如图2所示，波形输出部6具有计算机31、波形调整部32及比较部33。
计算机31具有CPU(Centralprocessing Unit：中央处理单元)及内存，根据内存中存储的程序进行动作。计算机31的内存为本实施方式的存储部，预先存储表示期望(任意)的时间波形、即目标波形的数据(以下，称为目标波形数据)。
该目标波形数据是在激光加工装置1A动作前，通过计算机31的数据输入端子，由操作者预先存储于内存。或者，计算机31也可作为波形设计部自身设计目标波形。即，也可由计算机31算出用于实现自外部赋予的光照射条件(加工条件、观察条件)的目标波形。表示算出的目标波形的目标波形数据存储于计算机31的内存。
比较部33与后述的光检测部14电连接，基于可自光检测部14获得的检测信号(光强度信号Sc)，取得激光Lb的时间波形。另外，比较部33与计算机31电连接，自计算机31取得目标波形数据Db。比较部33将激光Lb的时间波形与目标波形进行比较，将表示其差分的差分数据Dc发送至波形调整部32。
此外，比较部33也可由具有CPU及内存的计算机构成。该情况下，比较部33可与计算机31分开，也可在与计算机31共通的计算机内实现。
波形调整部32与计算机31电连接，自计算机31取得目标波形数据Db。另外，波形调整部32与比较部33电连接，取得自比较部33输出的差分数据Dc。波形调整部32基于这些数据Db、Dc，以激光Lb的时间波形接近目标波形的方式(即，以差分变小的方式)生成输入波形数据Da。
此外，波形调整部32也可由具有CPU及内存的计算机构成。该情况下，波形调整部32可与计算机31及比较部33分开，也可在与计算机31及比较部33中的至少一者共通的计算机内实现。
图2所示的激光加工装置1A还具备光隔离器12、光分支部13及光检测部14。光隔离器12的光输入端与半导体激光元件2的激光输出端光学耦合。另外，光隔离器12的光输出端与光放大器3的光输入端光学耦合。即，光隔离器12介于半导体激光元件2与光放大器3之间的光路上。光隔离器12防止由光放大器3放大的光返回至半导体激光元件2。
光分支部13及光检测部14构成光波形检测部15。光波形检测部15检测自光放大器3输出的放大后的激光Lb的时间波形。光分支部13与光放大器3的光输出端光学耦合。光分支部13通过反射(或透过)自光放大器3输出的放大后的激光Lb的一部分Lb1，而将放大后的激光Lb的一部分Lb1自激光Lb分支。光分支部13例如可由玻璃板构成。
激光Lb的一部分Lb1的强度P1与剩余部分的强度P2的比(分支比)P1/P2例如在0.005～0.01的范围内。光检测部14与光分支部13光学耦合，接收放大后的激光Lb的一部分Lb1。此外，激光Lb的剩余部分经由图1所示的加工光学系统5照射至被加工物B。
光检测部14生成与激光Lb的一部分Lb1的光强度对应的电信号即光强度信号Sc，对比较部33提供该光强度信号Sc。一例中，光检测部14可构成为包含光电二极管、及将在光电二极管流动的光电流转换成电压信号的电路。
光检测部14可输出生成的电压信号作为光强度信号Sc，也可将生成的电压信号转换成数字信号，输出该数字信号作为光强度信号Sc。光强度信号Sc为电压信号的情况下，在比较部33中被转换成数字信号。此外，光检测部14也可包含光电管(例如双面光电管)取代光电二极管。
图3是表示半导体激光元件2、光放大器3、驱动电路4及波形输出部6的周边构造的具体例的框图。图3所示的具体例中，激光加工装置1A具备：作为图2所示的光隔离器12的光隔离器21、23、27及29、作为光放大器3的光纤放大器22、固体激光放大器28及30。如此，本具体例中，光放大器3多段地构成。再者，激光加工装置1A具备带通滤波器24、光纤连接器25及准直透镜26。
光纤放大器22的光输入端与半导体激光元件2经由光纤F1光学耦合。在光纤放大器22与半导体激光元件2间，介有光隔离器21。光隔离器21防止光(激光La及激发光)自光纤放大器22返回至半导体激光元件2。由此，可防止半导体激光元件2的损伤。
光纤放大器22的光输出端与带通滤波器24经由光纤F2光学耦合。在光纤放大器22与带通滤波器24之间，介有光隔离器23。光隔离器23防止较带通滤波器24后段的光返回至光纤放大器22。
光纤放大器22是第1段的光放大器，将自半导体激光元件2输出的激光La放大。光纤放大器22的增益例如在20dB～30dB的范围内。光纤放大器22例如为添加镱的光纤(YDF)。带通滤波器24将自光纤放大器22输出的光所含的荧光的波长成分阻断。带通滤波器24例如可由电介质多层膜构成。
带通滤波器24经由光纤F3与光纤连接器25光学耦合。光纤连接器25将光纤F3终端化。即，通过带通滤波器24的光在光纤F3传播，到达光纤连接器25后朝空间输出。
准直透镜26经由空间与光纤连接器25光学耦合，将自光纤连接器25放射状输出的光平行化(准直化)。由于通过后述的固体激光放大器28及30放大的光的强度较大，因此为了避免玻璃等光学材料因激光引起的损伤，而如此在较光纤连接器25后段，使其在空间中而非在光纤中传播。此外，图3中，以虚线表示在空间中传播的光。
固体激光放大器28经由光隔离器27与准直透镜26光学耦合。光隔离器27防止固体激光放大器28的光返回至较固体激光放大器28前段。由此，可防止光纤放大器22的损伤。
固体激光放大器28是第2段的光放大器，将自光纤放大器22输出的放大后的激光进一步放大。固体激光放大器28的增益例如在3dB～20dB的范围内。
固体激光放大器30经由光隔离器29与固体激光放大器28光学耦合。即，光纤放大器22、固体激光放大器28及30互相串联耦合。光隔离器29防止固体激光放大器30的光返回至较固体激光放大器30前段。由此，可防止固体激光放大器28的损伤。
固体激光放大器30是第3段的光放大器，将自固体激光放大器28输出的放大后的激光进一步放大。固体激光放大器30的增益例如在3dB～10dB的范围内。输出通过固体激光放大器30放大的光，作为放大后的激光Lb。
图4是表示驱动电路4的详细结构例的框图。如图4所示，驱动电路4具有控制基板41、波形数据储存部42、波形时序调整部43、波形信号生成部44及电流转换部45。另外，控制基板41构成为包含CPU 41a与高速DAC(Digital to Analog Converter：数字-模拟转换器)接口41b。其中，高速DAC接口41b、波形数据储存部42、波形时序调整部43及波形信号生成部44构成D/A转换部46。D/A转换部46是电子电路，将数字的输入波形数据Da转换成模拟的驱动信号Sd。
控制基板41是作为与波形输出部6的接口的电路基板。CPU 41a经由通信线路与波形输出部6的波形调整部32(参照图2)电连接，自波形调整部32接收输入波形数据Da。CPU41a将该输入波形数据Da在适当的时序发送至高速DAC接口41b。高速DAC接口41b使波形数据储存部42暂时存储输入波形数据Da。波形数据储存部42与高速DAC接口41b电连接，例如由挥发性的存储元件构成。
本实施方式的波形调整部32将输入波形数据Da输出作为分割输入波形数据Da的时间波形而成的连续的多个区间波形数据(细节于下文叙述)。这些区间波形数据是以2个以上的区间波形数据为单位并行且同时地输出。并且，波形数据储存部42存储这些多个区间波形数据，且根据要求输出多个区间波形数据。
波形时序调整部43与波形数据储存部42电连接，调整(控制)自波形数据储存部42输出输入波形数据Da的时序。图5是示意性地表示波形时序调整部43的功能的图。如图5所示，波形时序调整部43对自波形数据储存部42读出的多个区间波形数据DD1～DD4一边赋予适当的时间差，一边依次将这些数据输出。此处，适当的时间差例如是各区间波形数据的时间宽度。该时间宽度规定输出波形的时间分辨率，一实施例中为1纳秒。
波形信号生成部44依次输入自波形时序调整部43输出的多个区间波形数据DD1～DD4，将这些区间波形数据DD1～DD4依次转换成模拟信号(电压信号)即驱动信号Sd。此时，区间波形数据DD1～DD4的转换时序的时间差与由波形时序调整部43赋予的时间差大致一致。
再次参照图4。电流转换部45与波形信号生成部44电连接，将驱动信号Sd转换成驱动电流id。即，电流转换部45由包含晶体管的模拟电路构成，将电压信号即驱动信号Sd转换成电流信号即驱动电流id。此时生成的驱动电流id的时间波形与驱动信号Sd的时间波形大致相同。
此外，在电流转换部45，还连接有偏置电流控制部11。偏置电流控制部11控制驱动电流id所含的偏压成分的大小。半导体激光元件2与电流转换部45的电流输出端电连接，自电流转换部45接收驱动电流id，输出激光La。激光La的时间波形与驱动电流id的时间波形大致相同。
图6是表示激光加工装置1A的动作的流程图。另外，图7(a)～(d)是示意性地表示光脉冲波形的图。这些图中，将光脉冲的时间波形作为连续的多个单位区间的波高值(光强度)的集合而表示。视需要设定延迟时间TA，光脉冲的时间波形的起点自基准时间推迟延迟时间TA。图7(a)～(d)中，纵轴表示光强度，横轴表示时间。一边参照图6及图7，一边针对激光加工装置1A的动作及本实施方式所涉及的激光加工方法进行说明。
首先，波形调整部32设定初始的输入波形数据Da(步骤ST1)。基于目标波形数据Db设定该初始的输入波形数据Da。一例中，将目标波形数据Db直接作为初始的输入波形数据Da使用。接着，基于该初始的输入波形数据Da，驱动电路4将驱动电流id供给至半导体激光元件2，半导体激光元件2输出激光La(电流供给步骤ST2)。图7(a)是示意性地表示基于初始的输入波形数据Da生成的激光La的时间波形。通过光放大器3将该激光La放大(光放大步骤ST3)。
此外，电流供给步骤ST2包含D/A转换步骤ST21与电流转换步骤ST22。D/A转换步骤ST21中，D/A转换部46将数字的输入波形数据Da转换成模拟的驱动信号Sd。此时，如上所述，将分割输入波形数据Da的时间波形而成的连续的多个区间波形数据DD1～DD4(参照图5)一边赋予时间差一边依次转换成驱动信号Sd。电流转换步骤ST22中，电流转换部45将驱动信号Sd转换成驱动电流id。
接着，通过光检测部14，检测放大后的激光Lb的时间波形(光波形检测步骤ST4)。图7(b)是示意性地表示检测出的时间波形。在多数情况下，放大后的激光Lb的时间波形与放大前的激光La的时间波形不同。作为原因之一，列举光放大器3的激发状态随着时间经过而变化。即，在激光La入射后，光放大器3立即被强烈激发，而以较高增益将激光La放大。但是，随着激光La自入射开始经过时间，光放大器3的激发强度逐渐降低，伴随于此，激光La的放大增益也降低。
图8及图9是表示实际测定出的放大前的激光La及放大后的激光Lb的各时间波形的图表。图8(a)表示放大前的激光La的时间波形(矩形波)，图8(b)表示将具有图8(a)所示的时间波形的激光La放大后的激光Lb的时间波形。另外，图9(a)表示放大前的激光La的时间波形(斜坡波)，图9(b)表示将具有图9(a)所示的时间波形的激光La放大后的激光Lb的时间波形。此外，纵轴表示光强度(任意单位)，横轴表示时间(单位：纳秒)。如这些图所示，放大后的激光Lb的时间波形与放大前的激光La的时间波形大幅不同。
再次参照图7。波形调整步骤ST5中，首先，比较部33将检测出的激光Lb的时间波形与目标波形数据Db所示的目标波形(图7(c))进行比较，输出其差分(误差)(步骤ST51)。接着，波形调整部32基于该差分调整输入波形数据Da的时间波形。即，波形调整部32以使该差分变得更小的方式(即，以接近0的方式)，运算新的输入波形数据Da(步骤ST52)。
基于该新的输入波形数据Da，驱动电路4将驱动电流id供给至半导体激光元件2，半导体激光元件2输出激光La(电流供给步骤ST2)。图7(d)是示意性地表示基于新的输入波形数据Da生成的激光La的时间波形。通过光放大器3将该激光La放大(光放大步骤ST3)。通过重复上述步骤ST2～ST5，放大后的激光Lb的时间波形接近目标波形。如此生成的激光Lb经由图1所示的加工光学系统5照射至被加工物B(光照射步骤ST6)。
图10及图11是表示自光放大器3输出的激光Lb的时间波形的例的图表。此外，纵轴表示光强度(任意单位)，横轴表示时间(单位：纳秒)。图10(a)是表示半高宽(Full Widthat Half Maximum：FWHM)为4纳秒的高斯波形。图10(b)是表示FWHM为32纳秒的高斯波形。图11(a)是表示FWHM为120纳秒的矩形波。图11(b)是表示FWHM为4纳秒的斜坡波形。如这些所示，根据本实施方式的激光加工装置1A，可生成任意的各种时间波形。
进一步针对激光Lb的优选的时间波形进行研讨。图12是表示本实施方式的激光加工装置1A中作为激光Lb生成的脉冲宽度23.7ns(FWHM)的高斯脉冲Pa的时间波形(实测值)的图表。图12中，纵轴表示标准化强度(任意单位)，横轴表示时间(单位：纳秒)。将该激光Lb照射至被加工物B并进行开孔加工。
此外，将激光Lb的波长设为1064nm，将光脉冲Pa的重复频率设为300Hz，照射3秒(即，光脉冲Pa的照射次数为900次)，将光脉冲Pa的脉冲能量设为40μJ，使用焦距40mm的平凸透镜作为加工光学系统5的聚光透镜。另外，将被加工物B设为厚度50μm的不锈钢(SUS(steel use stainless)304)，将被加工物B的激光Lb的聚光径设为10μm。
图13(a)是利用扫描型电子显微镜(Scanning Electron Microscope：SEM)观察到的开孔加工后的被加工物B的正面(激光照射面)的图像。图13(b)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的背面的图像。参照图13可知，在被加工物B形成有大致圆形的贯通孔。测量被加工物B的正面的孔的直径时，纸面的左右方向的宽度dx为19.1μm，纸面的上下方向的宽度dy为21.4μm。即，形成激光Lb的聚光径的约2倍大小的孔。
图14是表示本实施方式的激光加工装置1A中作为激光Lb生成的包含多条超短光脉冲Pba的光脉冲串即光脉冲组Pb的时间波形(实测值)的图表。图14中，纵轴表示标准化强度(任意单位)，横轴表示时间(单位：纳秒)。将该激光Lb照射至被加工物B并进行开孔加工。
此外，将构成该光脉冲组Pb的各超短光脉冲Pba的脉冲宽度设为70ps(FWHM)，将脉冲彼此的时间间隔设为2ns，将超短光脉冲Pba的数量设为10条。另外，将光脉冲组Pb的重复频率设为300Hz，照射3秒(即，光脉冲组Pb的照射次数为900次)，将各超短光脉冲Pba的脉冲能量设为40μJ。激光Lb的波长、加工光学系统5的聚光透镜、被加工物B的材质及激光Lb的聚光径与上述相同。
图15(a)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的正面(激光照射面)的图像。图15(b)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的背面的图像。参照图15可知，该实施例中，也在被加工物B形成有大致圆形的贯通孔。测量被加工物B的正面的孔的直径时，纸面的左右方向的宽度dx为28.6μm，纸面的上下方向的宽度dy为25.4μm。即，形成了较图12所示的高斯脉冲Pa的情况大的孔。
图12所示的高斯脉冲Pa的峰值输出为2.15GW/cm2。另一方面，由于图14所示的多条超短光脉冲Pba的脉冲宽度较高斯脉冲Pa小，因此其峰值输出为高斯脉冲Pa的峰值输出的约30倍(60GW/cm2)。因此，推测在图15中进一步促进剥蚀，加工速率变快，由此孔径变大。
图16(a)是表示本实施方式的激光加工装置1A中作为激光Lb生成的光脉冲组Pc及光脉冲Pd的时间波形(实测值)的图表。图16(a)中，纵轴表示标准化强度(任意单位)，横轴表示时间(单位：纳秒)。将该激光Lb照射至被加工物B并进行开孔加工。
此外，光脉冲组Pc包含多条超短光脉冲Pca，与将图14所示的光脉冲组Pb中的超短光脉冲Pba的条数减半即5条相同。光脉冲Pd是脉冲宽度71ns的单一的脉冲。光脉冲组Pc与光脉冲Pd的时间间隔Δt为260.1ns。激光Lb的波长、脉冲能量、加工光学系统5的聚光透镜、被加工物B的材质及激光Lb的聚光径与上述相同。
图16(b)是利用SEM观察到的开孔加工后的被加工物B的正面(激光照射面)的图像。此外，该实施例中，孔未贯通至被加工物B的背面。参照图16(b)可知，在被加工物B的正面形成有大致圆形的小凹部。测量被加工物B的正面的凹部的直径时，纸面的左右方向的宽度dx为2.5μm，纸面的上下方向的宽度dy为2.4μm。即，形成直径显著小于激光Lb的聚光径的小的凹部。
认为这样的具有显著小于激光Lb的聚光径的直径的凹部是作为复合地进行以下加工的结果而获得的：包含具有皮秒级的时间宽度的多条超短光脉冲Pca的光脉冲组Pc的加工、及具有纳秒级的时间宽度的光脉冲Pd的加工。更详细而言，推测为，利用具有高峰值输出的光脉冲组Pc，孔加工进展，另一方面，利用通过具有低峰值输出的光脉冲Pd的长时间能量照射，热加工进展，由此被加工物B(SUS304)适度熔融，形成具有小直径的凹部。
图16所示的实施例有以下启示：将各自包含一条或多条光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔Δt，照射至被加工物B，且使二个以上的光脉冲组中的至少二个光脉冲组的时间波形互不相同，由此可进行从前难以完成的各种加工。并且，这样的照射方式通过以下而实现：将包含一个或多个脉冲的二个以上的脉冲组互相隔开时间间隔Δt排列，且在电流供给步骤ST2中自驱动电路4对半导体元件2提供二个以上的脉冲组中的至少二个脉冲组的时间波形互不相同的驱动电流id。
此外，此处所谓的时间波形的概念包含以下中的至少一者：各脉冲组中的一个或多个脉冲各自的时间波形、各脉冲组中的一个或多个脉冲各自的时间宽度、及各脉冲组中的多个脉冲的时间间隔。时间间隔Δt例如为200微秒以下，更优选为1微秒以下。
图17是表示这样的照射方式的激光Lb的时间波形的另一实施例的图表(实测值)。图17中，纵轴表示标准化强度(任意单位)，横轴表示时间(单位：纳秒)。该实施例中，自光放大器3输出包含单一的光脉冲Pea的光脉冲组Pe1、与包含单一的光脉冲Peb的光脉冲组Pe2。光脉冲Pea、Peb均为高斯脉冲，时间宽度(FWHM)分别为62ps及15ns。光脉冲组Pe1与光脉冲组Pe2的时间间隔Δt为25.8ns。
根据本实施方式的激光加工装置1A，也可将这样的包含于一个光脉冲组Pe2的光脉冲Peb的脉冲宽度，设为包含于另一光脉冲组Pe1的光脉冲Pea的脉冲宽度的10倍以上。该情况下，优选为在电流供给步骤ST2中自驱动电路4对半导体激光元件2提供驱动电流id，该驱动电流id将与光脉冲组Pe1对应的脉冲组及与光脉冲组Pe2对应的脉冲组互相隔开时间间隔Δt排列。
图18及图19是进一步表示另一实施例的图表(实测值)。图18(a)表示包含多条超短光脉冲Pfa的光脉冲组Pf1、与包含单一的光脉冲Pfb的光脉冲组Pf2。超短光脉冲Pfa及光脉冲Pfb均为高斯脉冲，时间宽度(FWHM)分别为62ps及15ns，多条超短光脉冲Pfa的时间间隔为10ns。光脉冲组Pf1与光脉冲组Pf2的时间间隔Δt为37.4ns。
另外，图18(b)表示包含多条超短光脉冲Pga的光脉冲组Pg1、包含单一的光脉冲Pgb的光脉冲组Pg2、及包含单一的光脉冲Pgc的光脉冲组Pg3。超短光脉冲Pga及光脉冲Pgb均为高斯脉冲，光脉冲Pgc的时间波形为三角波。超短光脉冲Pga及光脉冲Pgb的时间宽度(FWHM)分别为62ps及15ns，光脉冲Pgc的时间宽度为36ns。多条超短光脉冲Pga的时间间隔在前半部分为5纳秒，在后半部分为10纳秒。光脉冲组Pg1与光脉冲组Pg2的时间间隔Δt1为58.2ns，光脉冲组Pg2与光脉冲组Pg3的时间间隔Δt2为49.9ns。
另外，图19表示包含单一的光脉冲Pha的光脉冲组Ph1、与包含单一的光脉冲Phb的光脉冲组Ph2。光脉冲Pha、Phb均为高斯脉冲，时间宽度(FWHM)分别为62ps及12ns。光脉冲组Ph1与光脉冲组Ph2的时间间隔Δt为40.9ns。
此外，图18及图19所示的各波形可在电流供给步骤ST2中自驱动电路4对半导体激光元件2提供驱动电流id，且该驱动电流id将与各光脉冲组Pf1、Pf2(Pg1～Pg3或Ph1、Ph2)对应的脉冲组互相隔开时间间隔Δt(或Δt1、Δt2)排列。
图20～图24(a)～(c)是概念性表示可自本实施方式的激光加工装置1A输出的各种时间波形的图。这些图中，纵轴表示光强度，横轴表示时间。图20(a)、(b)表示将包含多条超短光脉冲的光脉冲串即光脉冲组Pi、与包含单一的高斯脉冲的光脉冲组Pj组合的例。图20(a)表示在光脉冲组Pi之后照射光脉冲组Pj的例，图20(b)表示在光脉冲组Pj之后照射光脉冲组Pi的例。
此外，光脉冲组Pi所含的超短光脉冲的条数为任意，图示例中，超短光脉冲的条数为3。另外，光脉冲组Pi所含的各超短光脉冲的峰值强度可互为相等，也可至少一者与其它不同。另外，与图20(a)、(b)同样，以下说明的各例中，光脉冲组的顺序可适当替换。
图20(c)表示将包含具有光强度单调递增的三角波状的时间波形的单一的光脉冲的光脉冲组Pk、与包含单一的高斯脉冲的光脉冲组Pj组合的例。
图21(a)表示将光脉冲组Pi、包含单一的超短光脉冲的光脉冲组Pm、及光脉冲组Pk组合的例。图示例中，构成光脉冲组Pi的超短光脉冲的条数为2，各超短光脉冲的峰值强度互为相等。
图21(b)表示将包含多条超短光脉冲的光脉冲串且各超短光脉冲的峰值强度单调递增的光脉冲组Pn、与包含光强度阶梯状增加的单一的光脉冲的光脉冲组Pp组合的例。光脉冲组Pn所含的超短光脉冲的条数为任意，图示例中，超短光脉冲的条数为5。另外，构成光脉冲组Pp的光脉冲的阶数为任意，图示例中，光脉冲的阶数为2。
图21(c)表示将包含多条超短光脉冲的光脉冲串且各超短光脉冲的峰值强度单调递减的光脉冲组Pq、与包含光强度阶梯状减少的单一的光脉冲的光脉冲组Pr组合的例。光脉冲组Pq所含的超短光脉冲的条数为任意，图示例中，超短光脉冲的条数为5。另外，构成光脉冲组Pr的光脉冲的阶数为任意，图示例中，光脉冲的阶数为4。
图22(a)表示将包含具有含光强度恒定的平坦区间的时间波形的单一的光脉冲的光脉冲组Ps、与2个光脉冲组Pm组合的例。
图22(b)表示将光脉冲组Pk、与包含多个光脉冲的光脉冲串且各光脉冲具有光强度单调递增的三角波状的时间波形的光脉冲组Pt组合的例。光脉冲组Pt所含的三角波状的光脉冲的条数为任意，图示例中，光脉冲的条数为4。另外，光脉冲组Pt所含的各光脉冲的峰值强度可互为相等，也可至少一者与其它不同。
图22(c)表示将高斯脉冲的峰值强度互不相同的2个光脉冲组Pj、与光脉冲组Pi组合的例。图示例中，最初的光脉冲组Pj的高斯脉冲的峰值强度大于第2个光脉冲组Pj的高斯脉冲的峰值强度。另外，构成光脉冲组Pi的超短光脉冲的条数为2，各超短光脉冲的峰值强度互为相等。
图23(a)表示将包含多条超短光脉冲的光脉冲串且各超短光脉冲的峰值强度单调递增后单调递减的光脉冲组Pu、与光脉冲组Pj组合的例。光脉冲组Pu所含的超短光脉冲的条数为任意，图示例中，光脉冲的条数为11。
图23(b)表示包含多条超短光脉冲的光脉冲串且各超短光脉冲的峰值强度单调递减后单调递增的光脉冲组Pv。光脉冲组Pv所含的超短光脉冲的条数为任意，图示例中，光脉冲的条数为10。
图23(c)表示将包含具有光强度自大于零的光强度开始单调递增的时间波形的单一的光脉冲的光脉冲组Pw、与光脉冲组Pi组合的例。图示例中，构成光脉冲组Pi的超短光脉冲的条数为3，各超短光脉冲的峰值强度互为相等。
图24(a)表示将包含具有光强度单调递增的三角波状的时间波形的单一的光脉冲的光脉冲组Px、与光脉冲组Pi组合的例。图示例中，构成光脉冲组Pi的超短光脉冲的条数为6，各超短光脉冲的峰值强度互为相等。
图24(b)表示将包含具有含光强度恒定的平坦区间的时间波形的单一的光脉冲的光脉冲组Py、光脉冲组Pi、及包含具有光强度单调递减的三角波状的时间波形的单一的光脉冲的光脉冲组Pz组合的例。图示例中，构成光脉冲组Pi的超短光脉冲的条数为4，各超短光脉冲的峰值强度互为相等。
图24(c)表示将多个光脉冲组Pj等间隔组合的例。各光脉冲组Pj的高斯脉冲的峰值强度可互为相等，也可至少一者与其它不同。
图25是表示将分别与多个加工过程对应的多个光脉冲组Pi、Pj、Py组合的例的图表。图25中，纵轴表示光强度，横轴表示时间。如图25所示，首先照射与某加工过程对应的光脉冲组Pi，在时间Δt3后照射与另外的加工过程对应的光脉冲组Pj，在时间Δt4后照射与进一步另外的加工过程的光脉冲组Py。该情况下，可在短时间期间连续进行从前使用不同的激光加工装置进行的这些加工过程。
光脉冲组Pi所含的各超短光脉冲的脉冲宽度(FWHM)例如为1皮秒以上且1纳秒以下。光脉冲组Pj所含的高斯脉冲的脉冲宽度(FWHM)例如为1纳秒以上且1微秒以下。构成光脉冲组Py的光脉冲的平坦区间的时间宽度例如为1微秒以上且1毫秒以下。时间间隔Δt3、Δt4例如为1毫秒以下，更优选为200微秒以下。
图26～图29表示使用本实施方式的激光加工装置1A，在短时间期间连续进行多个加工过程时的例。图26～图29的各(a)表示具有构成材料互不相同的多个(图中为3个)层B1～B3的被加工物B、与照射至被加工物B的激光Lb。图26～图29的各(b)表示各加工过程中的激光Lb的时间波形。
该例中，首先，通过将图26(b)所示的光脉冲组Py照射至最上层B1，而进行被加工面的清洁(Cleaning)。构成光脉冲组Py的光脉冲中，光强度恒定的平坦区间的时间宽度例如为1毫秒。接着，通过将图27(b)所示的光脉冲组Pi照射至最上层B1，如图27(a)所示，在最上层B1形成孔B1a。构成光脉冲组Pi的各光脉冲的时间宽度例如为60皮秒。
接着，通过将图28(b)所示的光脉冲组Pp照射至层B2，如图28(a)所示，将层B2局部改性，形成改性区域B2a。构成光脉冲组Pp的光脉冲的时间宽度例如为30纳秒。接着，通过将图29(b)所示的光脉冲组Pi照射至层B2，其后将光脉冲组Pj照射至层B3，如图29(a)所示，分别在层B2形成孔B2b，在层B3形成孔B3a。构成光脉冲组Pi的各光脉冲的时间宽度例如为60皮秒，构成光脉冲组Pj的高斯脉冲的FWHM例如为30纳秒。
如此，层叠不同种材料而成的被加工物B中，可在短时间期间形成贯通孔。
此外，与多个加工过程对应的多个光脉冲组的组合也可为如下的方式。图30(a)是表示与某加工过程对应的光脉冲组Pi、Py、Pk的组合的图表。图30(b)是表示与下个加工过程对应的光脉冲组Pj的图表。图30(c)是表示与进一步下个加工过程对应的光脉冲组Pi、Pi、Pm的图表。如该例所示，可在每一加工过程对被加工物B照射多个光脉冲组。
此处，针对将与多个加工过程各个对应的多个光脉冲组照射至被加工物B的实施例进行说明。图31是表示该实施例中照射的激光Lb的时间波形的图表。如图31所示，该实施例中，将激光Lb设为包含以下：具有适于开孔加工(前加工)的时间波形的多个光脉冲组Pi、及具有适于后续除毛刺(后加工)的时间波形的多个光脉冲组Pj。
将光脉冲组Pi的个数设为300个，将光脉冲组Pi所含的多个光脉冲的个数设为10个，将各光脉冲的能量设为2μJ，将各光脉冲的时间宽度(FWDM)设为80ps，将脉冲彼此的时间间隔设为2ns。另外，将光脉冲组Pj的个数设为300个，将构成光脉冲组Pj的高斯脉冲的能量设为40μJ，将高斯脉冲的时间宽度(FWDM)设为137ns。另外，将光脉冲组Pi与光脉冲组Pj的时间间隔Δt5设为1s，作为被加工物B在光脉冲组Pi的加工后成为稳定状态的时间，将光脉冲组Pi彼此的时间间隔设为3.3ms，将光脉冲组Pj彼此的时间间隔设为3.3ms。
图32及图33是表示形成于被加工物B的孔的SEM图像的图。图32表示照射光脉冲组Pi后且照射光脉冲组Pj前的被加工物B的(a)正面(激光照射面)及(b)背面。另外，图33表示照射光脉冲组Pj后的被加工物B的(a)正面及(b)背面。
比较图32(a)与图33(a)可知，照射光脉冲组Pi后生成的孔周边的毛刺，通过照射光脉冲组Pj熔融而变得平滑。另外，比较图32(b)与图33(b)可知，与激光照射面为相反侧的孔径因照射光脉冲组Pj而熔融，从而变小。
此外，测量被加工物B的背面的孔的直径时，在照射光脉冲组Pj之前(图32(b))，纸面的左右方向的宽度dx为8.3μm，纸面的上下方向的宽度dy为8.1μm，平均宽度为8.2μm，相对于此，在照射光脉冲组Pj之后(图33(b))，纸面的左右方向的宽度dx为2.9μm，纸面的上下方向的宽度dy为2.7μm，平均宽度为2.8μm。
针对通过以上说明的本实施方式的激光加工装置1A及激光加工方法而得的效果进行说明。
本实施方式的激光加工装置1A及激光加工方法中，波形输出部6输出输入波形数据Da，驱动电路4将具有与输入波形数据Da对应的时间波形的驱动电流id供给至半导体激光元件2。因此，通过输入波形数据Da中包含任意的时间波形，可自半导体激光元件2输出具有任意的时间波形的光脉冲。另外，通过输入波形数据Da中包含具有时间差的多个脉冲组，可自半导体激光元件2输出具有时间差的多个光脉冲组。
即，根据本实施方式，可隔开时间差地对被加工物B照射时间波形不同的多个光脉冲组。此外，由于自单一的半导体激光元件2在单一的光路上输出多个光脉冲组，因此与专利文献1、2所记载的各方法相比，可将装置结构小型化。
另外，通过在短时间期间(连续)将时间波形不同的多个光脉冲组照射至被加工物B，多个光脉冲组对被加工物B复合地发挥作用，可实现形成例如如图16(b)所示的具有未达照射径的直径的凹部等从前难以完成的各种加工形状及加工质量。
另外，若如从前那样，在每一加工过程，准备具有适当的时间波形的光源，实施各加工过程，则需要用于更换光源的作业，另外，更换光源后进一步需要用于修正光轴的偏差的作业等，加工处理所需的时间变长。相对于此，根据本实施方式，例如如图26～图29及图31～图33所示，可在短时间期间(连续)自单一的半导体激光元件2生成具有适于多个加工过程各自的时间波形的多个光脉冲组，可大幅缩短加工处理所需时间。
如本实施方式，驱动电路4(电流供给步骤ST2)也可具有：D/A转换部46(D/A转换步骤ST21)，其将数字的输入波形数据Da转换成模拟的驱动信号Sd；及电流转换部45(电流转换步骤ST22)，其将驱动信号Sd转换成驱动电流id。并且，D/A转换部46(D/A转换步骤ST21)可将分割输入波形数据Da的时间波形而成的连续的多个区间波形数据DD1～DD4一边赋予时间差一边依次转换成驱动信号Sd。由此，可使驱动信号Sd更高速化，提高光脉冲的时间波形的时间分辨率。
如本实施方式，各光脉冲组中的一个或多个脉冲各自的时间宽度也可为1微秒以下。通过如此对被加工物B照射短时间宽度的光脉冲，可抑制对被加工区域周边的热影响，且增大激光Lb的光强度，可提高加工精度。
如本实施方式，光脉冲组彼此的时间间隔也可为200微秒以下。该情况下，可短时间对被加工物B照射包含二个以上的光脉冲组的激光Lb，可缩短加工所需的时间。
如本实施方式，波形输出部6(电流供给步骤ST2中)也可在被加工物B的加工中途，变更激光Lb中二个以上的光脉冲组中的至少一个脉冲组的时间波形。本实施方式中，可如此在被加工物B的加工中途变更脉冲组的时间波形。因此，可在短时间内连续进行对激光要求的时间波形各不相同的多个阶段的加工过程，可缩短加工所需的时间。
如本实施方式，一个光脉冲组中的一个或多个光脉冲的脉冲宽度也可为另外的光脉冲组中的一个或多个光脉冲的脉冲宽度的10倍以上。根据本实施方式，例如可如此在短时间内连续输出脉冲宽度大幅不同的光脉冲，可适应各种加工条件。
(变化例)
图34是表示上述实施方式的一变化例的结构的框图。如图34所示，本变化例的激光加工装置1B除了上述实施方式的激光加工装置1A的结构外，还具备空间光调制器7及驱动部8。
空间光调制器7具有二维状排列的多个像素，个别调制各像素中入射光的相位。空间光调制器7可为透过型及反射型的任一者。一例中，空间光调制器7为液晶型LCOS-SLM(Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator：硅上液晶-空间光调制器)。
空间光调制器7配置于半导体激光元件2与加工光学系统5之间的光路上(图示例中，光放大器3与加工光学系统5之间的光路上)。空间光调制器7将自光放大器3输出的激光Lb的相位进行空间性调制，将调制后的激光Lc输出至加工光学系统5。将该激光Lc经由加工光学系统5照射至被加工物B。即，图6所示的光照射步骤ST6中，将激光Lb经由空间光调制器7照射至被加工物B。
驱动部8是用于将驱动空间光调制器7用的电压信号Sv施加于空间光调制器7的各像素的电路。各像素的电压信号Sv的大小基于波形输出部6中生成的计算机全息图(CGH：Computer Generated Hologram)决定。
图35是本变化例中照射至被加工物B的多个光脉冲组的例。例如，将光脉冲组Py1照射至被加工物B，经过时间Δt6后，将光脉冲组Py2照射至被加工物B，经过时间Δt7后，进一步将光脉冲组Py3照射至被加工物B。这样的照射方式通过使来自驱动电路4的驱动电流id中包含与脉冲组Py1、Py2、Py3对应的脉冲组而实现。
此处，本变化例中，空间光调制器7呈现如下的CGH，其用于使被加工物B上的照射各光脉冲组Py1、Py2、Py3的位置因每一光脉冲组Py1、Py2、Py3而异，或使至少1个光脉冲组Py1、Py2、或Py3的照射位置与其它光脉冲组的照射位置不同。换言之，空间光调制器7依次呈现用于将第1光脉冲组Py1(或Py2)照射至第1照射位置的CGH、及用于将第2光脉冲组Py2(或Py3)照射至与第1照射位置不同的第2照射位置的CGH。此外，上述的时间Δt6、Δt7大于空间光调制器7为变更CGH所需的时间。
根据本变化例，可至少对二处被加工部位照射不同时间波形的光脉冲组，且可在短时间内连续进行这些光脉冲组的照射。因此，与现有的激光加工装置相比，可显著缩短加工所需的时间。
激光加工装置及激光加工方法并非限定于上述的实施方式及结构例，此外也可进行各种变化。例如，上述实施方式中，波形输出部6中存储有目标波形数据，但也可自激光加工装置1A的外部输入目标波形数据。另外，也可视需要省略光放大器3及/或光隔离器12。
另外，上述实施方式中，波形输出部6具有波形调整部32及比较部33，反馈激光Lb的时间波形，生成输入波形数据Da，但也可不设置这样的用于反馈的结构，而直接使用来自计算机31的目标波形数据Db生成激光Lb。
上述实施方式的激光加工装置构成为具备：半导体激光元件；波形输出部，其输出输入波形数据；驱动电路，其生成具有与输入波形数据对应的时间波形的驱动电流，并将该驱动电流供给至半导体激光元件；及光学系统，其将自半导体激光元件输出的激光照射至被加工物，半导体激光元件输出包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔排列的激光，二个以上的光脉冲组中的至少二个光脉冲组的时间波形互不相同，时间波形包含一个或多个光脉冲各自的时间波形、一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。
上述实施方式的激光加工方法构成为包含：生成具有与输入波形数据对应的时间波形的驱动电流，将驱动电流供给至半导体激光元件的电流供给步骤；及将自半导体激光元件输出的激光照射至被加工物的光照射步骤，光照射步骤中，半导体激光元件输出包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔排列的激光，二个以上的光脉冲组中的至少二个光脉冲组的时间波形互不相同，时间波形包含一个或多个光脉冲各自的时间波形、一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。
上述激光加工装置中，也可构成为，驱动电路具有：D/A转换部，其将数字的输入波形数据转换成模拟的驱动信号；及电流转换部，其将驱动信号转换成驱动电流，D/A转换部将分割输入波形数据的时间波形而成的连续的多个区间波形数据一边赋予时间差一边依次转换成驱动信号。
上述激光加工方法中，也可构成为，电流供给步骤包含：D/A转换步骤，其将数字的输入波形数据转换成模拟的驱动信号；及电流转换步骤，其将驱动信号转换成驱动电流，D/A转换步骤中，将分割输入波形数据的时间波形而成的连续的多个区间波形数据一边赋予时间差一边依次转换成驱动信号。
根据这些装置及方法，可使驱动信号更高速化，提高光脉冲的时间波形的时间分辨率。
上述激光加工装置及激光加工方法中，也可构成为，各光脉冲组中的一个或多个光脉冲各自的时间宽度为1微秒以下。通过如此将短时间宽度的光脉冲照射至被加工物，可抑制对被加工区域周边的热影响，且增大激光的光强度，可提高加工精度。
上述激光加工装置及激光加工方法中，也可构成为，二个以上的光脉冲组彼此的时间间隔为200微秒以下。该情况下，可短时间将二个以上的光脉冲组照射至被加工物，可缩短加工所需的时间。
上述激光加工装置中，波形输出部可构成为在被加工物的加工中途，变更二个以上的光脉冲组中的至少一个光脉冲组的时间波形。另外，上述激光加工方法中，也可构成为，在被加工物的加工中途，变更二个以上的光脉冲组中的至少一个光脉冲组的时间波形。
上述装置及方法中，可如此容易地在被加工物的加工中途变更光脉冲组的时间波形。因此，可在短时间内连续进行对激光要求的时间波形各不相同的多个阶段的加工，可缩短加工所需的时间。
上述激光加工装置及激光加工方法中，也可构成为，至少二个光脉冲组中，一个光脉冲组中的一个或多个光脉冲的脉冲宽度为另外光脉冲组中的一个或多个光脉冲的脉冲宽度的10倍以上。根据上述装置及方法，例如可如此在短时间内连续输出脉冲宽度大幅不同的光脉冲，可适应各种加工条件。
上述激光加工装置也可构成为还具备空间光调制器，其配置于半导体激光元件与光学系统之间的光路上，空间光调制器依次呈现用于将与二个以上的光脉冲组所含的第1光脉冲组对应的激光照射至第1照射位置的全息图、及用于将与第2光脉冲组对应的激光照射至与第1照射位置不同的第2照射位置的全息图。
上述激光加工方法也可构成为，在光照射步骤中，经由空间光调制器对被加工物照射激光，且在空间光调制器依次呈现用于将与二个以上的光脉冲组所含的第1光脉冲组对应的激光照射至第1照射位置的全息图、及用于将与第2光脉冲组对应的激光照射至与第1照射位置不同的第2照射位置的全息图。
该情况下，可在短时间内连续进行对多个加工部位的激光的照射，可缩短加工所需的时间。
产业上的可利用性
本发明可作为能将对被加工物照射时间波形不同的多个光脉冲的结构小型化的激光加工装置及激光加工方法。
【符号说明】
1A、1B……激光加工装置；
2……半导体激光元件；
3……光放大器；
4……驱动电路；
5……加工光学系统；
6……波形输出部；
7……空间光调制器；
8……驱动部；
11……偏置电流控制部；
12、21、23、27、29……光隔离器；
13……光分支部；
14……光检测部；
15……光波形检测部；
22……光纤放大器；
24……带通滤波器；
25……光纤连接器；
26……准直透镜；
28、30……固体激光放大器；
31……计算机；
32……波形调整部；
33……比较部；
41……控制基板；
41a……CPU；
41b……高速DAC接口；
42……波形数据储存部；
43……波形时序调整部；
44……波形信号生成部；
45……电流转换部；
46……D/A转换部；
B……被加工物；
B1～B3……层；
B1a、B2b、B3a……孔；
B2a……改性区域；
Da……输入波形数据；
Db……目标波形数据；
Dc……差分数据；
DD1～DD4……区间波形数据；
F1～F3……光纤；
id……驱动电流；
La、Lb、Lc……激光；
Pa……光脉冲(高斯脉冲)；
Pb、Pc、Pe1、Pe2、Pf1、Pf2、Pg1、Pg2、Pg3、Ph1、Ph2、Pi～Pz、Py1、Py2、Py3……光脉冲组；
Pba、Pca、Pfa、Pga……超短光脉冲；
Pd、Pea、Peb、Pfb、Pgb、Pgc、Pha、Phb……光脉冲；
Sc……光强度信号；
Sd……驱动信号；
Sv……电压信号；
TA……延迟时间；
Δt、Δt1、Δt2、Δt5……时间间隔。

Claims (14)

1.一种激光加工装置，其具备：
半导体激光元件；
波形输出部，其将输入波形数据输出；
驱动电路，其生成具有与所述输入波形数据对应的时间波形的驱动电流，并将该驱动电流供给至所述半导体激光元件；及
光学系统，其将自所述半导体激光元件输出的激光照射至被加工物，
所述半导体激光元件输出所述激光，所述激光由包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔地排列而成，
所述二个以上的光脉冲组中的至少二个所述光脉冲组的时间波形互不相同，
所述时间波形中，包含所述一个或多个光脉冲各自的时间波形、所述一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及所述多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其中，
所述驱动电路具有：
D/A转换部，其将数字的所述输入波形数据转换成模拟的驱动信号；及
电流转换部，其将所述驱动信号转换成所述驱动电流，
所述D/A转换部对分割所述输入波形数据的时间波形而成的连续的多个区间波形数据一边赋予时间差一边依次转换成所述驱动信号。
3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其中，
各光脉冲组中的所述一个或多个光脉冲各自的时间宽度为1微秒以下。
4.如权利要求1至3中任一项所述的激光加工装置，其中，
所述二个以上的光脉冲组彼此的时间间隔为200微秒以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的激光加工装置，其中，
所述波形输出部在所述被加工物的加工中途，变更所述二个以上的光脉冲组中的至少一个所述光脉冲组的所述时间波形。
6.如权利要求1至5中任一项所述的激光加工装置，其中，
所述至少二个光脉冲组中的一个所述光脉冲组中的所述一个或多个光脉冲的脉冲宽度，为其他所述光脉冲组中的所述一个或多个光脉冲的脉冲宽度的10倍以上。
7.如权利要求1至6中任一项所述的激光加工装置，其中，
还具备：空间光调制器，其配置于所述半导体激光元件与所述光学系统之间的光路上，
所述空间光调制器依次呈现用于将与所述二个以上的光脉冲组所含的第1所述光脉冲组对应的所述激光照射至第1照射位置的全息图、及用于将与第2所述光脉冲组对应的所述激光照射至与所述第1照射位置不同的第2照射位置的全息图。
8.一种激光加工方法，其包含：
电流供给步骤，其生成具有与输入波形数据对应的时间波形的驱动电流，并将所述驱动电流供给至半导体激光元件；及
光照射步骤，其将自所述半导体激光元件输出的激光照射至被加工物，
在所述光照射步骤中，所述半导体激光元件输出所述激光，所述激光由包含一个或多个光脉冲的二个以上的光脉冲组互相隔开时间间隔地排列而成，
所述二个以上的光脉冲组中的至少二个所述光脉冲组的时间波形互不相同，
所述时间波形中，包含所述一个或多个光脉冲各自的时间波形、所述一个或多个光脉冲各自的时间宽度、及所述多个光脉冲的时间间隔中的至少一者。
9.如权利要求8所述的激光加工方法，其中
所述电流供给步骤包含：
D/A转换步骤，其将数字的所述输入波形数据转换成模拟的驱动信号；及
电流转换步骤，其将所述驱动信号转换成所述驱动电流，
所述D/A转换步骤中，对分割所述输入波形数据的时间波形而成的连续的多个区间波形数据一边赋予时间差一边依次转换成所述驱动信号。
10.如权利要求8或9所述的激光加工方法，其中，
将各光脉冲组中的所述一个或多个光脉冲各自的时间宽度设为1微秒以下。
11.如权利要求8至10中任一项所述的激光加工方法，其中，
将所述二个以上的光脉冲组彼此的时间间隔设为200微秒以下。
12.如权利要求8至11中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述被加工物的加工中途，变更所述二个以上的光脉冲组中的至少一个所述光脉冲组的所述时间波形。
13.如权利要求8至12中任一项所述的激光加工方法，其中，
将所述至少二个光脉冲组中的一个所述光脉冲组中的所述一个或多个光脉冲的脉冲宽度，设为其他所述光脉冲组中的所述一个或多个光脉冲的脉冲宽度的10倍以上。
14.如权利要求8至13中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述光照射步骤中，经由空间光调制器将所述激光照射至所述被加工物，所述空间光调制器依次呈现用于将与所述二个以上的光脉冲组所含的第1所述光脉冲组对应的所述激光照射至第1照射位置的全息图、及用于将与第2所述光脉冲组对应的所述激光照射至与所述第1照射位置不同的第2照射位置的全息图。
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