JP2001042371A - 加工用レーザ装置 - Google Patents

加工用レーザ装置

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JP2001042371A
JP2001042371A JP21268099A JP21268099A JP2001042371A JP 2001042371 A JP2001042371 A JP 2001042371A JP 21268099 A JP21268099 A JP 21268099A JP 21268099 A JP21268099 A JP 21268099A JP 2001042371 A JP2001042371 A JP 2001042371A
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crystal
optical crystal
temperature
laser light
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JP21268099A
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Jun Sakuma
純 佐久間
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Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工用レーザ装置においてレーザ光の出力パ
ワーの変動を抑え、良好な加工を可能とすること。 【解決手段】 非線形光学結晶2には2倍波(2ω)が
入射し、非線形光学結晶2は、入射する2倍波(2ω)
を3倍波(3ω)もしくは4倍波(4ω)に波長変換す
る。非線形光学結晶2の入射側、出射側の端部には、そ
れぞれ温調器6a,6bにより制御されるヒータ4a,
4bが取り付けられ、非線形光学結晶2の一方の端部
は、レーザ光照射直後において最大パワーが得られる温
度に維持され、非線形光学結晶2の他方の端部は、レー
ザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力
パワーが得られる温度に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非線形光学結晶を
用いて高調波レーザ光を発生させ、高調波レーザ光を多
層プリント板等の被照射物に照射して、孔あけ・マーキ
ング等の加工を行う加工用レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プリント基板のビアホールの孔あけ、フ
ィルム・金属の切断等の加工にレーザが使用される。プ
リント基板の加工用レーザとしては、波長262−35
5nmの高出力、高繰り返しの紫外レーザ光源が使われ
ている。図10に、非線形光学結晶を用いた波長変換に
より基本波(1ω)の3倍波(3ω)もしくは4倍波
(4ω)を発生させる加工用レーザ装置10の概略構成
を示す。同図において、11は基本波(1ω) を発生す
る基本波レーザ光源であり、基本波レーザ光源11とし
ては、波長1064nmのレーザ光を発振するNd:Y
AGレーザ装置、Nd:YVO4 レーザ装置や、波長1
053nmまたは1047nmのレーザ光を発振するN
d:YLFレーザ装置等を用いることができる。
【0003】基本波レーザ光源11から出射される基本
波レーザ光は、集光レンズ12によって集光され、第1
の非線形光学結晶1に入射する。第1の非線形光学結晶
1に入射された基本波レーザ光の一部はその2倍波(2
ω)に波長変換されて、非線形光学結晶1から出射す
る。第1の非線形光学結晶1から出射する基本波レーザ
光とその2倍波は、さらに、集光レンズ13を介して第
2の非線形光学結晶2に入射し、その3倍波(3ω)も
しくは4倍波(4ω)に波長変換される。第2の非線形
光学結晶2からの出射光は集光レンズ14によって集光
され被加工物15に照射される。第2の非線形光学結晶
2としては、3倍波を発生させる場合にはLBO,GD
YCOB結晶、4倍波を発生する場合には、BBO,C
LBO結晶等の非線形光学結晶が使用される。上記した
第1、第2の非線形光学結晶1,2の結晶軸とレーザ光
軸のなす角度は、波長変換効率が最大となる位相整合角
と呼ばれる角度に保持されるが、その角度は温度に依存
するため、温度が変化すると、出力するレーザパワーが
変化することが知られている。したがって、非線形光学
結晶1,2はその温度が一定になるように制御されてい
る。また、第1、第2の非線形光学結晶1,2の角度を
調整するため、第1、第2の非線形光学結晶1,2は駆
動装置9,10により駆動される角度調整機構7,8の
上に取り付けられている。
【0004】非線形光学結晶1,2の温度制御は、非線
形光学結晶1,2の表面に熱電対16のような温度測定
素子を接触させ、非線形光学結晶全体をヒータ3,4等
の加熱手段、もしくはペルチェ素子等の冷却手段で覆
う。そして、熱電対16の出力を温度調節器4,5(以
下温調器4,5という)に入力する。温調器4,5は、
あらかじめ設定された温度になるように、測定された非
線形光学結晶1,2の温度をフィードバックし、加熱手
段もしくは冷却手段の入力を制御し、非線形光学結晶
1,2の温度を調節する。図10ではヒータ3,4を用
いて非線形光学結晶1,2を加熱する場合が図示されて
いる。なお、以下では非線形光学結晶を加熱する場合を
例にして説明する。
【0005】図10に示した加工用レーザ装置10から
の出力は、次のようにして調整する。 非線形光学結晶1,2を設定された所定の温度に加
熱し、一定温度になるように制御する。その状態で、レ
ーザ光源11からのレーザ光を、非線形光学結晶1に入
射し、波長変換されて出力されるレーザ光を図示しない
パワーモニタによって受光する。 パワーモニタの表示を見ながら、その値が最大にな
るように、非線形光学結晶1,2の位相整合角を調整
し、非線形光学結晶1,2を配置する角度を決定する。 上記した加工用レーザ装置により、多層プリント板のビ
アホール加工等を行う場合には、レーザ光をシャッタあ
るいはQ−SWによりオン/オフして、パルス状のレー
ザ光を間欠的に被加工物に照射する。図11にレーザ光
によるビアホール加工の様子を示す。同図(a)に示す
ように、通常、一枚の基板上には、複数の照射領域A
1,A2,…が形成されており、各照射領域A1,A
2,…には複数の孔あけ箇所が設けられている。そし
て、加工用レーザ装置から放出されるレーザ光を、ガル
バノメータ等の制御手段により走査して、多層プリント
板の各孔あけ位置に位置決めし、各孔あけ位置にパルス
状のレーザ光を複数回照射してビアホール加工を行う。
【0006】すなわち、同図(d)に示すように半値全
幅(ピーク値の1/2のときのパルス幅)が数10ns
〜数100nsで、繰り返し周波数が数kHz〜数10
kHzのレーザパルスを、領域A1の各孔あけ箇所で同
図(c)に示すように複数回照射して孔あけ加工を行
い、一つの孔あけが終わると同じ領域の次の孔あけ位置
にレーザ光を移動させ、同様にして孔あけを行う操作を
繰り返す。そして、領域A1の全ての孔あけが終了する
と、同図(b)示すように、レーザ光をオフにして、レ
ーザ光を次の領域A2に移動させ、同様な孔あけ加工を
行う。以下同様にして多層プリント板の各領域A1,A
2,…の孔あけ加工を順次行い、一枚の多層プリント基
板の孔あけが終わると、多層プリント板を交換して、次
のプリント板の加工を行う。ここで、レーザのショット
回数は、例えば1つの孔の加工するのに1〜30ショッ
トとなる。なお、図11(c)ではレーザ光の出射開始
直後、レーザ光の大きさが次第に大きくなっているが、
これは後述するように非線形光学結晶の内部温度の上昇
による出力変動である。
【0007】上記したように、加工用レーザ装置を多層
プリント板のビアホール等の加工に用いる場合、加工処
理済のワーク(多層プリント板)を未処理のワークに取
り換えたり、1つの多層プリント板内で、レーザ光を照
射する領域を移動させるなどの操作が必要である(この
操作を「段取り換え」という)。この段取り換えの時間
は、通常、数秒から数10秒(場合によっては数分間)
かかる。段取り換えを行なっている時は、図11で説明
したようにレーザ光源からのレーザ光の出射を行なわ
ず、加工用レーザ装置はレーザを出力しない。そして、
段取り換え終了後、レーザ光源からレーザ光を出射し、
ワークに波長変換されたレーザ光を照射する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記した非線形光学結
晶は屈折率が温度に依存して変化する。このため、レー
ザ光発生に伴う非線形光学結晶自身の自己加熱により光
軸と結晶軸のなす最適角度がレーザ光発生により変化
し、その出力が変動するという問題がある。そのため、
通常非線形光学結晶は、前記図10に示したように加熱
手段もしくは冷却手段により加熱もしくは冷却され周囲
温度が一定に保持される。しかし、前記図11で説明し
たように、数〜数10秒の時間間隔で間欠的に光を発生
させる必要がある場合には過渡的に温度が変化するため
一定に保つことは困難である。図12は、レーザ光出射
開始直後の非線形光学結晶から出射されるレーザ光のパ
ワーの変化を示した図であり、非線形光学結晶としてC
LBO結晶を用い、CLBO結晶の温度を前記したよう
に一定に制御した場合を示している。同図に示すよう
に、レーザ出射開始直後からレーサパワーは徐々に上昇
する。
【0009】レーザ光出力が図12のように変化する
と、例えばビアホール加工の場合、ビアホールの孔の深
さが変化したり、切断加工の場合切断面の形状が乱れる
等、実用上問題が生ずる。実用上、レーザ光出力の変動
は10%以内に抑えることが要望されている。本発明は
上記した事情に鑑みなされたものであって、本発明の目
的は、非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザ光を
被加工物に照射して加工を行う加工用のレーザ装置にお
いて、段取り換え等によりレーザ光の出射を停止した後
のレーザ光の出力パワーが大きく変動することを極力小
さくし、良好な加工を可能とすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、次のようにして解決する。 (1)非線形光学結晶の一方の端部を、レーザ光照射直
後において最大パワーが得られる温度に維持し、非線形
光学結晶の他方の端部を、レーザ光照射に伴う自己加熱
による温度上昇後に最大の出力パワーが得られる温度に
維持する。 (2)同一の非線形光学結晶をレーザ光の光軸に沿って
2つ配置し、非線形光学結晶の内の一方の結晶を、レー
ザ光照射直後において最大パワーが得られる温度に維持
し、非線形光学結晶の内の他方の結晶は、レーザ光照射
に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワーが
得られる温度に維持する。 (3)非線形光学結晶の一方の端部からレーザ光を入射
させ、他方の端部から出射したレーザ光を反射させて、
再び上記非線形光学結晶の他方の端部から入射させるよ
うに構成し、上記レーザ光の光軸と非線形光学結晶の結
晶軸の関係を、上記非線形光学結晶の一方もしくは他方
の端部からレーザ光が入射する際には、レーザ光照射直
後において最大パワーが得られるべき位相整合角に維持
し、他方もしくは一方の端部からレーザ光が入射する際
には、レーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に
最大の出力パワーが得られる位相整合角に維持する。 (4)同一の非線形光学結晶をレーザ光の光軸に沿って
2つ配置し、上記レーザ光の光軸と非線形光学結晶の結
晶軸の関係を、上記非線形光学結晶の内の一方の結晶
は、レーザ光照射直後において最大パワーが得られる位
相整合角に維持され、上記非線形光学結晶の内の他方の
結晶は、レーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後
に最大の出力パワーが得られる位相整合角に維持される
ようにする。 本発明においては、上記(1)(2)(3)(4)のよ
うに構成したので、レーザ光照射直後における出力パワ
ーと、レーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後の
出力パワーをほぼ等しくすることができ、レーザ光の出
力パワーの変動を小さくすることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施例を示
す図である。なお、同図では、前記図10に示した加工
用レーザ装置における第2の非線形光学結晶2と温度制
御系のみが示されており、その他の細部は省略されてい
る。同図において、2は前記図10に示した第2の非線
形光学結晶であり、前記図10に示した第1の非線形光
学結晶1から出射される2倍波(2ω)を、3倍波(3
ω)もしくは4倍波(4ω)に変換する。本実施例では
第2の非線形光学結晶2として、3倍波を発生させる場
合には例えばLBO結晶が使用され、4倍波を発生させ
る場合には例えばCLBO結晶が使用される。非線形光
学結晶2の入射側、出射側の端部には、それぞれ温調器
6a,6bにより制御されるヒータ4a,4bが取り付
けられ、温調器6a,6bとヒータ4a,4bにより、
非線形光学結晶2の表面温度が一定の温度(T1,T
2)になるように制御される。上記ヒータ4a,4bに
より非線形光学結晶の入出射側の端部A,Bの温度T
1,T2はそれぞれ次のように制御される。
【0012】まず、結晶温度と波長変換効率との関係に
ついて説明する。一般に、非線形光学結晶の波長変換効
率ηは、次のような(1) 式で表すことができる。 η∝{sin2( ΔkL/2)}/(ΔkL/2)2 …(1) ここで、Lは非線形光学結晶の光学的距離、Δkは非線
形光学結晶に入射するレーザと出射するレーザとの波数
の差であり、次のような(2) 式で表される。
【0013】また、λ1,λ2は非線形光学結晶に入射
するレーザの波長、λ3は非線形光学結晶から出射する
波長変換されたレーザの波長、ni は波長λiに対する
屈折率で、非線形光学結晶の物理光学座標に対する入射
光の入射角(θ)とその偏光方位(φ) 、及び非線形光
学結晶の温度(T) によって決まる。即ち、屈折率nは
次の(3) 式に示すようにθ,φ,Tの関数として表すこ
とができる。 n=f(θ,φ,T)…(3)
【0014】したがって、(1)(2)(3) 式より、波長変換
効率ηは、非線形光学結晶の温度Tの関数として表すこ
とができる。上記(1)(2)(3) 式により、結晶温度に対す
る波長変換効率ηを求めると図2のようになる。図2に
おいて、横軸は、ある位相整合角で出力パワーが最大と
なる結晶温度Toとの温度差、縦軸は変換効率であり、
同図に示すように、結晶温度がToで最適な位相整合角
にあるとき、結晶温度がToより高くなっても低くなっ
ても、変換出力は低下する。
【0015】図2に従えば、結晶の温度が一定に制御さ
れていれば、レーザ光の出力パワーは変動しないはずで
ある。ところが、実際は、前記したようにレーザ光発生
に伴う非線形光学結晶自身の自己加熱により光軸と結晶
軸のなす最適角度がレーザ光発生により変化する。例え
ば、非線形光学結晶全体の温度を、図2のToに制御し
ている場合を考える。なお、温度は前記したように結晶
表面に取り付けた熱電対により測定しているのであるか
ら、上記温度は非線形光学結晶の表面温度である。 非
線形光学結晶にレーザ光が入射していない時、非線形光
学結晶の温度は全体としてほぼ均一な状態でToに制御
されている。ここで、非線形光学結晶にレーザ光が入射
すると、波長変換されたレーザ光が出射される。結晶は
波長変換されたレーザ光を吸収し、その部分の温度が上
昇する。したがって、熱伝導によって結晶の表面温度も
上昇するが、前記したように温調器により表面温度がT
oになるように温度制御がなされる。
【0016】レーザ光が通過する部分の加熱は、内部か
ら表面に伝わり、表面温度がToに制御されることによ
り放熱される。そして、非線形光学結晶内部のレーザ光
が通過している部分の温度(以下、これを内部温度とい
う)が、表面温度に対してやや高い状態で熱平衡状態に
なる(結晶内部で温度勾配が生じている) 。したがっ
て、レーザ光の出力が安定した時の非線形光学結晶の内
部温度は、実際はその表面温度であるToよりもやや高
い温度であるはずである。即ち、非線形光学結晶の(表
面) 温度をToに制御し、レーザ光の安定時の出力パワ
ーが最大になるように、位相整合角を調整すると、非線
形光学結晶の内部温度がToよりもやや高い温度To+
ΔTの時に、出力パワーが最大になるように位相整合角
を調整することになる。
【0017】以上のことから、次のような結論が導かれ
る。非線形光学結晶にレーザ光が入射していない時、非
線形光学結晶全体の温度はToである。この温度でレー
ザ光が入射するが、非線形光学結晶の位相整合角は、T
o+ΔTの時に出力パワーが最大になるように調整され
ているのであるから、非線形光学結晶の内部温度がTo
であれば、当然、最大効率のときより変換効率は小さ
く、したがって、出力パワーも小さいこととなる。レー
ザ光の非線形光学結晶からの出力が続くにしたがって、
結晶の内部温度が上昇し、それに伴い出力パワーも上昇
する。結晶の内部温度がTo+ΔTに達すると、位相整
合角との関係が最適となり出力パワーが最大となり安定
する。非線形光学結晶へのレーザ光の入力を停止する
(非線形光学結晶からのレーザ出力を停止する) と、内
部温度が低下し再び結晶全体の温度がToになる。
【0018】このことから、レーザ出射開始後の出力パ
ワー変動は、非線形光学結晶全体の温度を、変換効率が
最大となる温度Toに設定しているために生じる問題で
あるということがわかる。以上に基づき本発明者らが種
々検討したところ、非線形光学結晶の一方の端部を、
「レーザ光照射直後において最大パワーが得られる温度
T1(表面温度)」に維持し、他方の端部を、「レーザ
光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パ
ワーが得られる温度T2(表面温度)」に維持すれば、
レーザ光の出力パワーが大きく変動することを極力小さ
くすることができることがわかった。以下、図3により
その理由を説明する。なお、ここでは、前記図1におい
て非線形光学結晶2のA側の端部の温度をT1に維持
し、B側の端部の温度をT2に維持した場合について説
明するが、逆に非線形光学結晶2のA側の端部の温度を
T2に維持し、B側の端部の温度をT1に維持した場合
についても同様である。またこの場合、非線形光学結晶
2の位相整合角は結晶の内部温度がT1のときに変換効
率が最大になるように設定されているものとする。
【0019】図3は、非線形光学結晶の表面温度を上記
のように維持した場合における非線形光学結晶2の変換
効率を示す図である。同図(a)は、非線形光学結晶2
のA側の端部における内部温度と変換効率の関係を示
し、同図(b)は、非線形光学結晶のB側の端部におけ
る内部温度と変換効率の関係を示す。まず、レーザ光照
射直後においては、結晶の内部温度と表面温度は等しい
と考えることができる。したがって、非線形光学結晶2
のA側の端部の内部温度はT1であり、図3(a)に示
すように変換効率はη1である。また、非線形光学結晶
2のB側の端部の内部温度はT2であり、図3(b)に
示すように変換効率はη2である。したがってこの時の
非線形光学結晶2の全体の変換効率ηは上記変換効率η
1とη2により定まる。次に、レーザ光照射に伴う自己
加熱により非線形光学結晶2の内部温度が上昇すると、
非線形光学結晶2のA側の端部の内部温度は図3(a)
の矢印で示すように上昇してT3となり変換効率はη4
となる。また、非線形光学結晶2のB側の端部の内部温
度は図3(b)の矢印で示すように上昇しその変換効率
はη3となる。したがって、この時の非線形光学結晶2
の全体の変換効率ηは上記変換効率η3とη4により定
まる。
【0020】ここで、非線形光学結晶2のA側とB側の
端部の内部温度の上昇は略等しく、また、前記図2に示
した変換効率特性は、変換効率が最大となる温度に対し
て左右対象であるから、η1−η4=η3−η2とな
る。したがって、結晶端部の温度を上記のような温度に
維持すれば、レーザ光照射直後における出力パワーとレ
ーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後の出力パワ
ーをほぼ等しくすることができる。すなわち、レーザ光
の出力パワーの変動を小さくすることができる。以上の
ように、本実施例においては、非線形光学結晶の一方の
端部を、「レーザ光照射直後において最大パワーが得ら
れる温度T1」に維持し、他方の端部を、「レーザ光照
射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワー
が得られる温度T2」に維持するようにしたので、レー
ザ光の出力パワーの変動を小さくすることができ、加工
用レーザ装置に適用した場合に良好な加工を行うことが
可能となる。
【0021】図4は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。前記第1の実施例では、一つの非線形光学結晶の両
端部をそれぞれT1,T2に維持する場合について示し
たが、本実施例は、3倍波もしくは4倍波を発生する非
線形光学結晶を2つに分割し、一方の結晶の温度をT1
に維持し、他方の結晶の温度をT2に維持するようにし
たものである。なお、図4においては前記図1と同様、
非線形光学結晶と温度制御系のみが示されており、その
他の細部は省略されている。同図において、2a,2b
は例えばCLBO結晶、LBO結晶等の非線形光学結晶
であり、前記図10に示した第1の非線形光学結晶1か
ら出射される2倍波(2ω)が順次非線形光学結晶2
a,2bに入射し、非線形光学結晶2a,2bにより、
3倍波(3ω)もしくは4倍波(4ω)に変換される。
【0022】非線形光学結晶2a,2bには、それぞれ
温調器6a,6bにより制御されるヒータ4a,4bが
取り付けられ、温調器6a,6bとヒータ4a,4bに
より、非線形光学結晶2a,2bの表面温度を前記第1
の実施例で説明したようにT1,T2になるように維持
する。すなわち、非線形光学結晶2aの温度を「レーザ
光照射直後において最大パワーが得られる温度T1(表
面温度)」に維持し、非線形光学結晶2bの温度を、
「レーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大
の出力パワーが得られる温度T2(表面温度)」に維持
する。なお、前記と同様、非線形光学結晶2a,2bの
位相整合角は結晶の内部温度がT1のときに変換効率が
最大になるように設定されているものとする。非線形光
学結晶2a,2bの表面温度を上記温度T1,T2に維
持することにより、前述したように、レーザ光照射直後
における出力パワーとレーザ光照射に伴う自己加熱によ
る温度上昇後の出力パワーをほぼ等しくすることがで
き、レーザ光の出力パワーの変動を小さくすることがで
きる。
【0023】以上の実施例は、非線形光学結晶の温度を
T1,T2に維持することにより、出力パワーの変動が
極力小さくしなるようにしたものであるが、同様に非線
形光学結晶の位相整合角により出力パワーの変動を小さ
くすることもできる。以下その実施例について説明す
る。図5は本発明の第3の実施例を示す図である。な
お、同図では、前記図10に示した加工用レーザ装置に
おける第2の非線形光学結晶2のみが示されており、そ
の他の細部は省略されているが、前記したように、非線
形光学結晶2を加熱するヒータ、非線形光学結晶の温度
を制御する温調器、非線形光学結晶の位相整合角を調整
するための角度調整機構等が設けられている。
【0024】同図において、2は前記図10に示したL
BO結晶、CLBO結晶等からなる第2の非線形光学結
晶であり、前記図10に示した第1の非線形光学結晶1
から出射される2倍波(2ω)を、3倍波(3ω)もし
くは4倍波(4ω)に変換する。図示しない第1の非線
形光学結晶から放出される2倍波(2ω)は、ミラーM
1を介して非線形光学結晶2に入射し、その出射光はミ
ラーM2,M3を介して再び非線形光学結晶2に入射す
る。そして波長変換された3倍波(3ω)もしくは4倍
波(4ω)はミラーM4を介して出力される。上記非線
形光学結晶2の温度(レーザ光が入射していない時の温
度)は、図示しない温調器により、一定の温度に維持さ
れているとする。
【0025】また、非線形光学結晶2に入射するレーザ
光の光軸と結晶軸の関係は、上記非線形光学結晶2の一
方の端部A側においては、入射するレーザ光の光軸に対
して、レーザ光照射直後(このときの結晶の内部温度を
Toとする)において最大パワーが得られるべき位相整
合角に設定され、他方の端部B側においては、ミラーM
1,M2を介して入射するレーザ光の光軸に対して、レ
ーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後(このとき
の結晶の内部温度をTo+ΔTとする)に最大の出力パ
ワーが得られる位相整合角に設定されている。上記位相
整合角は前記したミラーM1〜M3の角度を調整するこ
とにより設定することができる。なお、これとは逆に、
上記非線形光学結晶2の端部B側において、レーザ光照
射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワー
が得られる位相整合角に設定し、端部A側においてレー
ザ光照射直後において最大パワーが得られるべき位相整
合角に設定されていてもよい。上記のように位相整合角
を設定することにより、前記第1、第2の実施例と同
様、レーザ光の出力パワーの変動を小さくすることがで
きる。
【0026】以下、その理由を説明する。図6は非線形
光学結晶の温度差と位相整合角ずれの関係を示す図であ
る。同図において、横軸は、結晶の温度差、縦軸は位相
整合角からの角度のずれを示し、例えば、結晶温度(内
部温度)がToのときの位相整合角をθoとすると、結
晶温度が+5°Cずれ(To+5)°Cになると、位相
整合角は約0.4mradずれ、θo+0.4mrad
になる。ここで、上記温度差ΔTと位相整合角のずれΔ
θの関係をΔθ=f(ΔT)と表記すると、非線形光学
結晶の温度がレーザ光照射に伴う自己加熱によりΔT上
昇すると、非線形光学結晶の位相整合角はΔθ=f(Δ
T)ずれることになる。
【0027】したがって、レーザ光照射直後における結
晶温度の温度がToであり、結晶の結晶軸がその時に最
大変換効率となる位相整合角θoに設定されている場
合、レーザ光照射直後においては変換効率が最大となる
が、非線形光学結晶の温度がレーザ光照射に伴う自己加
熱によりΔT上昇すると、図7(a)の矢印に示すよう
に位相整合角はθoからΔθずれ、変換効率が低下す
る。一方、予め、非線形光学結晶の結晶軸を上記位相整
合角θoからΔθだけずらしておくと、レーザ光照射直
後には、最大変換効率を得られないが、非線形光学結晶
の温度がレーザ光照射に伴う自己加熱によりΔT上昇す
ると、図7(b)の矢印のように位相整合角が変化し変
換効率が最大となる。
【0028】ここで、非線形光学結晶の変換効率は、位
相整合角のずれ量に応じて低下するので、前記図5の構
成で、非線形光学結晶2の一方の端部A側において、入
射するレーザ光の光軸に対してレーザ光照射直後におい
て最大パワーが得られるべき位相整合角θoに設定し、
他方の端部B側において、入射するレーザ光の光軸に対
してレーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に最
大の出力パワーが得られる位相整合角θo−Δθに設定
しておけば、レーザ光照射直後と、レーザ光照射に伴う
自己加熱による温度上昇後の非線形光学結晶の変換効率
は略等しくなる。したがって、前記第1、第2の実施例
と同様、レーザ光の出力パワーの変動を小さくすること
ができる。
【0029】以上のように、本実施例においては、非線
形光学結晶2の一方の端部A側において、入射するレー
ザ光の光軸に対してレーザ光照射直後において最大パワ
ーが得られるべき位相整合角θoに設定し、他方の端部
B側において、入射するレーザ光の光軸に対してレーザ
光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パ
ワーが得られる位相整合角θo−Δθに設定しているの
で、レーザ光の出力パワーの変動を小さくすることがで
き、加工用レーザ装置に適用した場合に良好な加工を行
うことが可能となる。
【0030】図8は本発明の第4の実施例を示す図であ
る。前記第3の実施例では、ミラーを用いて、一つの非
線形光学結晶にレーザ光を2回入射させる場合について
示しが、本実施例は、3倍波もしくは4倍波を発生する
非線形光学結晶を2つ設け、一方の結晶を、入射するレ
ーザ光の光軸に対してレーザ光照射直後において最大パ
ワーが得られるべき位相整合角に設定し、他方の結晶
を、入射するレーザ光の光軸に対してレーザ光照射に伴
う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワーが得ら
れる位相整合角に設定するようにしたものである。な
お、図8においては、非線形光学結晶と角度調整機構の
みが示されており、その他の細部は省略されている。
【0031】同図において、2a,2bは例えばCLB
O結晶、LBO結晶等の非線形光学結晶であり、前記図
10に示した第1の非線形光学結晶1から出射される2
倍波(2ω)が順次非線形光学結晶2a,2bに入射
し、非線形光学結晶2a,2bにより、3倍波(3ω)
もしくは4倍波(4ω)に変換される。上記非線形光学
結晶2a,2bの温度(レーザ光が入射していない時の
温度)は、図示しない温調器により一定温度になるよう
に維持されている。また、非線形光学結晶2a,2bは
駆動装置10a,10bにより駆動される角度調整機構
8a,8bの上に取り付けられており、非線形光学結晶
2a,2bの角度が上記角度調整機構8a,8bにより
調整される。入射するレーザ光の光軸と非線形光学結晶
2aの結晶軸の関係は、非線形光学結晶2aにおいて
は、入射するレーザ光の光軸に対して、レーザ光照射直
後において最大パワーが得られるべき位相整合角に設定
され、入射するレーザ光の光軸と非線形光学結晶2bの
結晶軸の関係は、レーザ光照射に伴う自己加熱による温
度上昇後に最大の出力パワーが得られる位相整合角に設
定される。
【0032】以上のように、本実施例においては、非線
形光学結晶2a,2bの位相整合角を上記のように設定
しているので、第3の実施例と同様、レーザ光の出力パ
ワーの変動を小さくすることができ、加工用レーザ装置
に適用した場合に良好な加工を行うことが可能となる。
また、本実施例においては、非線形光学結晶2a,2b
の結晶軸の方向を互いに逆転させて配置することによ
り、ウオークオフを補償することもできる。図9はウオ
ークオフを補償する結晶軸の配置を示す図であり、同図
においては、非線形光学結晶2a,2bのみが示されて
おり、その他の構成は省略されている。一般に複屈折の
結晶では、図9に示すように、常光線の光ビームは位相
の伝搬する方向に進むが、異常光線の光ビームは、位相
の伝搬する方向と光ビームの方向が異なる。ウオークオ
フが大きくなると常光線と異常光線のビームが重ならな
い部分が生ずるので変換が有効に行われなくなる。そこ
で、図9に示すように、非線形光学結晶2a,2bの結
晶軸の方向を逆にする。これにより、同図に示すように
非線形光学結晶2aで受けるウオークオフを非線形結晶
2bで打ち消すことができ、ウオークオフのない高調波
を発生させることができる。
【0033】なお、本発明は、前記したLBO,CLB
O結晶等の各種の非線形光学結晶に適用可能であるが、
特にCLBO結晶は、可視光から紫外光への変換に使用
されるため光の吸収による波長変換時の温度上昇が大き
く、また、出力パワーが大きい(すなわち温度変化に対
して出力パワーの変動が大きい)ので、本発明をCLB
O結晶に適用すると特に有効である。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、レーザ光照射直後における出力パワーと、レーザ光
照射に伴う自己加熱による温度上昇後の出力パワーをほ
ぼ等しくすることができ、レーザ光の出力パワーの変動
を小さくすることができる。このため、加工用のレーザ
装置において、段取り換え等によりレーザ光の出射を停
止した後のレーザ光の出力パワーが大きく変動すること
を極力小さくすることができ、良好な加工が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】非線形光学結晶の結晶温度に対する波長変換効
率ηを示す図である。
【図3】第1の実施例において出力パワーの変動を小さ
くできる理由を説明する図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図6】非線形光学結晶の温度差と位相整合角ずれの関
係を示す図である。
【図7】第3の実施例において出力パワーの変動を小さ
くできる理由を説明する図である。
【図8】本発明の第4の実施例を示す図である。
【図9】第4の実施例においてウオークオフの補償をし
た結晶軸の配置を示す図である。
【図10】波長変換により高調波を発生させる加工用レ
ーザ装置の概略構成を示す図である。
【図11】レーザ光によるビアホール加工の様子を示す
図である。
【図12】レーザ光出射開始直後のレーザ光のパワーの
変化を示す図である。
【符号の説明】
2,2a,2b 非線形光学結晶 4a,4b ヒータ 6a,6b 温調器 8a,8b 角度調整機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2K002 AA04 AB12 CA02 GA04 HA11 HA20 4E068 AF00 CA02 CA04 CB06 CD08 DA11 5F072 AB02 AB15 AB20 JJ02 JJ20 KK12 QQ02 RR05 TT11 YY06 YY20

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学結晶を用いて高調波レーザ光
    を発生させ、該高調波レーザ光を被照射物に間欠的に照
    射して、被照射物の孔あけ・マーキング等の除去作業を
    行う加工用レーザ装置であって、 上記非線形光学結晶の一方の端部は、レーザ光照射直後
    において最大パワーが得られる温度に維持されており、 上記非線形光学結晶の他方の端部は、レーザ光照射に伴
    う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワーが得ら
    れる温度に維持されていることを特徴とする加工用レー
    ザ装置。
  2. 【請求項2】 非線形光学結晶を用いて高調波レーザ光
    を発生させ、該高調波レーザ光を被照射物に間欠的に照
    射して、被照射物の孔あけ・マーキング等の除去作業を
    行う加工用レーザ装置であって、 同一の非線形光学結晶がレーザ光の光軸に沿って2つ配
    置されており、該非線形光学結晶の内の一方の結晶は、
    レーザ光照射直後において最大パワーが得られる温度に
    維持されており、 上記非線形光学結晶の内の他方の結晶は、レーザ光照射
    に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワーが
    得られる温度に維持されていることを特徴とする加工用
    レーザ装置。
  3. 【請求項3】 非線形光学結晶の一方の端部からレーザ
    光を入射させ、他方の端部から出射したレーザ光を反射
    させて、再び上記非線形光学結晶の他方の端部から入射
    させ、非線形光学結晶の上記一方の端部から出射する高
    調波レーザ光を被照射物に間欠的に照射して、被照射物
    の孔あけ・マーキング等の除去作業を行う加工用レーザ
    装置であって、 上記レーザ光の光軸と非線形光学結晶の結晶軸の関係
    は、上記非線形光学結晶の一方もしくは他方の端部から
    レーザ光が入射する際には、レーザ光照射直後において
    最大パワーが得られるべき位相整合角に維持され、他方
    もしくは一方の端部からレーザ光が入射する際には、レ
    ーザ光照射に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出
    力パワーが得られる位相整合角に維持されるていること
    を特徴とする加工用レーザ装置。
  4. 【請求項4】 非線形光学結晶を用いて高調波レーザ光
    を発生させ、該高調波レーザ光を被照射物に間欠的に照
    射して、被照射物の孔あけ・マーキング等の除去作業を
    行う加工用レーザ装置であって、 同一の非線形光学結晶がレーザ光の光軸に沿って2つ配
    置されており、上記レーザ光の光軸と上記非線形光学結
    晶の結晶軸の関係は、上記非線形光学結晶の内の一方の
    結晶が、レーザ光照射直後において最大パワーが得られ
    る位相整合角に維持され、 上記非線形光学結晶の内の他方の結晶が、レーザ光照射
    に伴う自己加熱による温度上昇後に最大の出力パワーが
    得られる位相整合角に維持されていることを特徴とする
    加工用レーザ装置。
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