JP2001053356A - 加工用レーザ装置に用いられる結晶保持装置 - Google Patents

加工用レーザ装置に用いられる結晶保持装置

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JP2001053356A
JP2001053356A JP11225084A JP22508499A JP2001053356A JP 2001053356 A JP2001053356 A JP 2001053356A JP 11225084 A JP11225084 A JP 11225084A JP 22508499 A JP22508499 A JP 22508499A JP 2001053356 A JP2001053356 A JP 2001053356A
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JP
Japan
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crystal
nonlinear optical
laser beam
optical crystal
temperature
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JP11225084A
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Jun Sakuma
純 佐久間
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Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
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Ushio Sogo Gijutsu Kenkyusho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力レーザ光のパワー変動を小さくすること
ができる結晶保持装置を提供すること。 【解決手段】 非線形光学結晶1は、アルミニウム等の
熱伝導性の良い材料で形成された結晶保持体2により全
長が覆われておりその周囲にヒータ3が取り付けられ、
その外側にはセラミックス等からなる断熱材4が取り付
けられている。非線形光学結晶1の温度は、図示しない
温度制御手段により一定に制御される。レーザ光出射面
側の結晶保持体2は、非線形光学結晶1の出射面より突
出している。このため、レーザ光を入射したときに非線
形光学結晶に生じる過渡的な温度変化を小さくすること
ができ、動作時の出力を安定にすることができる。ま
た、レーザ光入出射面の両側の結晶保持体2を非線形光
学結晶1の入出射面より突出させるように構成しても同
様の効果が得られる。

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用いられる結晶
保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プリント基板等の孔あけ用のレーザ装置
として、非線形光学結晶による波長変換を用いた、波長
262〜355nmの高出力、高繰り返しの紫外レーザ
装置が使われている。一般的構成は、波長1064nm
のNd:YAGレーザ、Nd:YVO4 レーザ、または
波長1047nmのNd:YLFレーザを励起源とし
て、非線形光学結晶により第2高調波を発生させ、さら
に第3ないし第4高調波を発生させるものである。第3
高調波発生用結晶としてはLBO,GDYCOB結晶、
第4高調波用としてはBBO,CLBO結晶等が使われ
ている。
【0003】図6に非線形光学結晶を用いた波長変換に
より加工を行なう加工用レーザ装置概略構成を示す。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11であり、基本波レーザ光源11としては、
上記したように波長1064nmのレーザ光を発振する
Nd:YAGレーザ装置、Nd:YVO4 レーザ装置
や、波長1053nmまたは1047nmのレーザ光を
発振するNd:YLFレーザ装置等が用いられる。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
1−1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(2ω)に波長変
換されて、非線形光学結晶1−1から出射する。第1の
非線形光学結晶1−1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1−2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。
【0004】第2の非線形光学結晶1−2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1−2としては、3倍波
を発生させる場合には、上記したようにLBO,GDY
COB結晶、4倍波を発生する場合には、BBO,CL
BO結晶等の非線形光学結晶が使用される。上記各非線
形光学結晶1−1,1−2は、屈折率の温度依存性に伴
う位相整合条件の変化を低減するため、または吸湿によ
る劣化防止等の観点から、加熱手段もしくは冷却手段に
より温度を一定に保つ必要がある。
【0005】このため、非線形光学結晶1−1,1−2
の周囲をアルミニウム等の熱伝導性のよい結晶保持体
(図6では図示せず)で保持し、その外側に、図6に示
すように例えばヒータ3−1,3−2を設ける(以下で
は、上記保持部材とヒータを合わせたものを結晶保持装
置という)。そして、熱電対17のような温度測定器及
び温度調節器16(以下温調器16という)による温度
制御手段を設け、熱電対17の出力を温調器16に入力
し、非線形光学結晶1−1,1−2の温度をフィードバ
ック制御し、非線形光学結晶1−1,1−2の温度を一
定に保つ。例えば、非線形光学結晶として例えばCLB
O結晶を用いる場合には、150°Cに加熱する。
【0006】図7は、上記結晶保持装置の従来の構成を
示し、同図(a)はレーザ光の光軸に対して直角方向か
ら結晶保持装置を見た図、同図(b)は同図(a)にお
けるA−A断面図である。同図に示すように、非線形光
学結晶1は、アルミニウム等の熱伝導性の良い材料で形
成された結晶保持体2により全長、全周が覆われてお
り、その周囲にヒータ3が取り付けられ、さらにその外
側にはセラミックス等からなる断熱材4が取り付けられ
ている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】加工用レーザ装置によ
り、プリント基板の孔あけ加工を行う場合には、通常、
数〜数10秒の時間スケールで間欠的にレーザ光を発生
させる必要がある。非線形光学結晶1は、レーザ光を入
力して波長変換されたレーザ光を出力している時、波長
変換された波長の短い光を自己吸収して自己加熱し、レ
ーザ光を出射している結晶出射面付近の温度が上昇す
る。非線形光学結晶1の出射面付近は、一定の温度制御
が行なわれている結晶保持装置の結晶保持体2や、直接
外気とも接しているので、結晶の自己加熱、結晶保持体
の温度、外気温度との3つの温度により、結晶自身の温
度が過渡的に変化することとなる。例えば、CLBO結
晶を150°Cに制御している場合、レーザが入射して
いないときは、結晶保持体に近い結晶の周辺部は、15
0°Cであるが、入出射面は、例えば20°C〜30°
C程度の外気に接しているので、それよりもやや低い温
度である。
【0008】非線形光学結晶1にレーザ光が入射し、波
長変換された光が出射され始めると、上記したように、
結晶の出射面の光が出射している部分の温度が上昇し、
160°C以上になる。出射面において上昇した温度が
結晶の周辺部に伝わり、前記した温度制御手段は、設定
温度(150°C)以上になったことを検出すると、ヒ
ータ3−1,3−2による加熱を停止する。結晶の温度
は低下し、150°Cにまで下降すると、再びヒータ3
−1,3−2による温度制御が開始され一定温度に保た
れる。このような温度変化が短い時間で生じる。これ
が、プリント基板等の加工時、レーザ光を数〜数10秒
の時間スケールで間欠的に発生させるたびに起きる。非
線形光学結晶は屈折率の温度依存性があるため、上記の
ような温度変化があると、光軸と結晶軸のなす最適角度
がレーザー光発生により変化し、その出力が過渡的に変
動し、加工に悪影響を及ほすという問題があった。
【0009】図8(a)は図7に示す従来の結晶保持装
置を用いた場合の入射光と出射光のパワー変動を示す図
である。図8(a)は同図(b)に示すように光軸方向
の長さが15mm、光軸に垂直な断面が7×8mm角の
CLBO結晶を、光軸方向の長さが15mmの結晶保持
体に収納した場合の入射光と出射光のパワーを示してお
り、横軸は時間(1目盛り:1秒)、出力パワーは3W
である。同図に示すように、CLBO結晶に入射するレ
ーザ光のパワーが略一定であっても、出力レーザ光のパ
ワーは短い時間スケールで変動している。
【0010】以上のように、従来の結晶保持装置を用い
た加工用レーザ装置においては、出力レーザ光のパワー
が短い時間スケールで変動し、これが加工に悪影響を与
えるといった問題があった。本発明は上記した事情に鑑
みなされたものであって、その目的とするところは、出
力レーザ光のパワー変動を小さくすることができる結晶
保持装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者が種々検討した
結果、温度制御を行なっている結晶保持装置の結晶保持
体を非線形光学結晶の長さよりも長くし、結晶保持体の
少なくともレーザ光の出射側を、上記非線形光学結晶端
より突出させることにより、出力レーザ光のパワーを従
来例に比べ安定にできることがわかった。これは次の理
由によるものと考えられる。結晶保持体に囲まれた空間
の雰囲気は、温度制御されている結晶保持体によって加
熱(または冷却)され、外気とは異なる温度(温度制御
されている非線形光学結晶の温度に近い温度)になって
いる。このため、結晶保持体を非線形光学結晶の入出射
端より突出させることにより、非線形光学結晶のレーザ
光入出射面が直接外気にさらされず、設定された制御温
度に近い温度に保持される。したがって、レーザ光を入
射したときに非線形光学結晶に生じる過渡的な温度変化
を小さくすることができ、結晶温度の制御性が向上し、
特に間欠的動作時の出力を安定にすることができる。上
記温度変化は、特に非線形光学結晶のレーザ光出射面に
おいて大きい。このため、レーザ光出射面側の結晶保持
体のみを非線形光学結晶の端面より突出させるだけで
も、充分に出力パワーの安定化を図ることができる。
【0012】種々実験を行った結果、レーザ出力を実用
上支障がない程度に安定化するには、上記結晶保持体
の、非線形光学結晶の端面よりの突出長を非線形光学結
晶の長径の1/3より長くすればよいことが確認されて
いる。ここで、非線形光学結晶をレーザ光軸に垂直な面
で切ったときの断面形状が矩形の場合は対角線を長径と
定義し、また、上記断面形状が円形の場合には直径を長
径と定義する。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施例の結
晶保持装置の構成を示す断面図であり、同図(a)はレ
ーザ光の光軸に対して直角方向から結晶保持装置を見た
図、同図(b)は同図(a)におけるA−A断面図であ
る。非線形光学結晶1は、アルミニウム等の熱伝導性の
良い材料で形成された結晶保持体2により全長、全周が
覆われておりその周囲にヒータ3が取り付けられ、さら
にその外側にはセラミックス等からなる断熱材4が取り
付けられている。上記非線形光学結晶1の温度は、前記
図6に示したように温度制御手段により一定に制御され
る。また、本実施例においては、図1に示すようにレー
ザ光出射面側の結晶保持体2が、非線形光学結晶1の出
射面より突出している。
【0014】図2は本実施例の結晶保持装置を用いた場
合の入射光と出射光のパワーを示す図である。図2
(a)は同図(b)に示すように光軸方向の長さが15
mm、光軸に垂直な断面が7×8mm角のCLBO結晶
を、光軸方向の長さが19mmの結晶保持体に収納した
場合を示しており、レーザ光出射面側の非線形光学結晶
1の出射面に対する結晶保持体2の突出長(図1のB)
は4mmである。また、横軸は時間(1目盛り:1
秒)、出力パワーは3Wである。また、図3(a)は同
図(b)に示すように光軸方向の長さが15mm、光軸
に垂直な断面が7×8mm角のCLBO結晶を、光軸方
向の長さが25mmの結晶保持体に収納した場合を示し
ており、レーザ光出射面側の非線形光学結晶1の出射面
に対する結晶保持体2の突出長(図1のB)は10mm
である。また、横軸は時間(1目盛り:1秒)、出力パ
ワーは3Wである。図2、図3に示すように、本実施例
においては、前記図8に比べてCLBO結晶の出射光の
パワー変動は大きく改善されている。
【0015】図4は本発明の第2の実施例を示す断面図
であり、同図(a)はレーザ光の光軸に対して直角方向
から結晶保持装置を見た図、同図(b)は同図(a)に
おけるA−A断面図である。前記図1に示したものと同
一のものには同一の符号が付されており、本実施例にお
いては、レーザ光の入出射面側の両側において、結晶保
持体2が非線形光学結晶1の入出射面より突出してい
る。
【0016】図5は本実施例の結晶保持装置を用いた場
合の入射光と出射光のパワーを示す図である。図5
(a)は同図(b)に示すように光軸方向の長さが15
mm、光軸に垂直な断面が7×8mm角のCLBO結晶
を、光軸方向の長さが23mmの結晶保持体に収納した
場合を示しており、非線形光学結晶1のレーザ光入出射
面に対する結晶保持体2の突出長(図4のB)はそれぞ
れ4mmである。また、横軸は時間(1目盛り:1
秒)、出力パワーは3Wである。本実施例においても、
前記図8に比べてCLBO結晶の出射光のパワー変動は
大きく改善されている。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、一定温度に制御される熱伝導のよい結晶保持体によ
り非線形光学結晶の全長を覆い、また、上記結晶保持体
の少なくともレーザ光の出射側を、上記非線形光学結晶
端より突出させたので、出力レーザ光のパワー変動を小
さくすることができる。このため、加工用レーザ装置に
適用した場合、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の実施例の結晶保持装置の構成を
示す図である。
【図2】第1の実施例の結晶保持装置を用いた場合のレ
ーザ光の入力パワーと出力パワーの変動を示す図(1)
である。
【図3】第1の実施例の結晶保持装置を用いた場合のレ
ーザ光の入力パワーと出力パワーの変動を示す図(2)
である。
【図4】本発明の第2の実施例の結晶保持装置の構成を
示す図である。
【図5】第2の実施例の結晶保持装置を用いた場合のレ
ーザ光の入力パワーと出力パワーの変動を示す図であ
る。
【図6】加工用レーザ装置の概略構成を示す図である。
【図7】従来の結晶保持装置の構成を示す図である。
【図8】従来の結晶保持装置を用いた場合のレーザ光の
入力パワーと出力パワーの変動を示す図である。
【符号の説明】
1 非線形光学結晶 2 結晶保持体 3 ヒータ 4 断熱材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非線形光学結晶により高調波レーザ光を
    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に用いられる結晶保持装置であっ
    て、 上記結晶保持装置は、加熱・冷却手段により一定温度に
    保持される熱伝導のよい物質で形成された結晶保持体を
    備え、 上記結晶保持体により非線形光学結晶の全長を覆うとと
    もに、上記結晶保持体の少なくともレーザ光の出射側
    を、上記非線形光学結晶端より突出させたことを特徴と
    する加工用レーザ装置に用いられる結晶保持装置。
  2. 【請求項2】 上記結晶保持体のレーザ光の入射側を、
    上記非線形光学結晶端より突出させたことを特徴とする
    請求項1の加工用レーザ装置に用いられる結晶保持装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7218653B2 (en) 2003-11-27 2007-05-15 Mitsubishi Materials Corporation Wavelength conversion method and wavelength conversion element
US7512229B2 (en) 2002-10-23 2009-03-31 Sunarrow Ltd Key unit, method for marking key top, and method for manufacturing key unit using the same
CN102694336A (zh) * 2012-05-30 2012-09-26 上海奥通激光技术有限公司 倍频晶体加热装置及其方法

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