JP2001313434A - Q-switch laser device - Google Patents

Q-switch laser device

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JP2001313434A
JP2001313434A JP2000130057A JP2000130057A JP2001313434A JP 2001313434 A JP2001313434 A JP 2001313434A JP 2000130057 A JP2000130057 A JP 2000130057A JP 2000130057 A JP2000130057 A JP 2000130057A JP 2001313434 A JP2001313434 A JP 2001313434A
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Japan
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pulse
time constant
laser
switch
time
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Toyama
公一 外山
Tatsuo Yamamura
辰男 山村
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable simple suppression of the peak value of a first pulse at a low cost. SOLUTION: When a laser beam 114 is emitted from a solid-state laser medium 101 and an acousto-optic Q switch 104 or the like, a signal level of a high-frequency generator 108 for driving the Q switch 104 is reduced gradually with a prescribed time constant to be given via a time constant deciding unit 112, a time constant selector 111 and a time constant generator 109. Thus, the level of a first pulse of a Q switch pulse train is made substantially equal to that of a second pulse.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、固体レーザ装置
と音響光学的Qスイッチとを備えたQスイッチパルス方
式レーザ出力装置、さらに詳しくはQスイッチパルス列
の第1パルス(ファーストパルスともいう)の制御が可
能なQスイッチレーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Q-switch pulse type laser output device having a solid-state laser device and an acousto-optic Q switch, and more particularly, to control of a first pulse (also referred to as a first pulse) of a Q-switch pulse train. The present invention relates to a Q-switched laser device capable of performing the following.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のQスイッチレーザ装置は、瞬時
的に極めて大きなレーザ尖頭値が得られるため、精密加
工・刻印・トリミングなどに広範囲に応用されている。
この装置で、Qスイッチによりレーザ発振が抑止されて
いる期間は、固体レーザ媒質にレーザ励起エネルギーが
蓄積され、レーザ発振を開始したファーストパルスは、
第2パルス以降のレーザ尖頭値に対して極端に大きな出
力となる現象が知られており、レーザ光の被照射物に対
してファーストパルスの箇所は、第2パルス以降の箇所
と比較して異質な加工・刻印・トリミングとなってしま
う。
2. Description of the Related Art A Q-switch laser device of this kind can be used for a wide range of applications such as precision machining, marking, and trimming because an extremely large laser peak value can be obtained instantaneously.
In this device, during the period when laser oscillation is suppressed by the Q switch, laser excitation energy is accumulated in the solid-state laser medium, and the first pulse that starts laser oscillation is:
It is known that the output becomes extremely large with respect to the laser peak value after the second pulse, and the location of the first pulse with respect to the object irradiated with the laser light is compared with the location after the second pulse. Heterogeneous processing / engraving / trimming.

【0003】このようなQスイッチレーザ装置のファー
ストパルスの問題を解決するものとして、例えば特公昭
63−030791号公報,特開平10−313145
号公報,特開平11−354876号公報等に示される
ものがある。特公昭63−030791号公報に示すも
のは、蓄積された励起エネルギーで弱い連続発振を起こ
させることにより、被レーザ照射物表面に熱変化を生じ
させないレベルにまで低減する技術である。特開平10
−313145号公報は、ファーストパルス専用のレー
ザ射出口を備え、ファーストパルスを加工面外に排出す
るものである。特開平11−354876号公報に示す
ものは、抑制されたファーストパルスによって光エネル
ギーを完全に放出させ、Qスイッチパルス列のファース
トパルスを第2パルスに対して無視し得る程度にまで抑
制する技術である。
To solve the problem of the first pulse of such a Q-switch laser device, for example, Japanese Patent Publication No. 63-030791, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-313145.
And JP-A-11-354876. Japanese Patent Publication No. 63-030791 discloses a technique for reducing the temperature to a level that does not cause a thermal change on the surface of an object to be laser-irradiated by causing weak continuous oscillation with accumulated excitation energy. JP Hei 10
JP-A-313145 has a laser emission port dedicated to a first pulse, and discharges the first pulse out of a processing surface. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-354876 discloses a technique in which light energy is completely emitted by a suppressed first pulse, and the first pulse of a Q-switch pulse train is suppressed to a negligible level with respect to a second pulse. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来方式
では、下記のような問題がある。 1)抑制されながらもファーストパルスが被レーザ照射
物表面に照射されるため、レーザの吸収率の大きな素材
や熱伝導性の悪い素材や、レーザ光に敏感に応答する素
材(例えば感光する素材)では無視しえない表面変化を
発生させてしまう。 2)ファーストパルスを抑制あるいは排出する期間は加
工に寄与しないため、ファーストパルスを制御している
時間が全加工時間の中でロスとなり、用途上、一般にレ
ーザの発振・停止は頻繁に繰り返されるので、このロス
時間は生産効率上無視しえない程度に増大する。 3)ファーストパルスを加工面外に排出するQスイッチ
が別途必要になる。したがって、この発明の課題は、小
型,低コストな構成でファーストパルスの抑制を図るこ
とにある。
However, the above conventional method has the following problems. 1) Since the first pulse is applied to the surface of the object to be laser-irradiated while being suppressed, a material having a large laser absorptivity, a material having poor thermal conductivity, or a material that responds sensitively to laser light (for example, a photosensitive material) Then, a surface change that cannot be ignored is generated. 2) Since the period during which the first pulse is suppressed or discharged does not contribute to the processing, the time during which the first pulse is controlled becomes a loss in the entire processing time, and the laser oscillation / stop is frequently repeated in general in use. However, this loss time increases to a level that cannot be ignored in terms of production efficiency. 3) A Q switch for discharging the first pulse out of the processing surface is separately required. Therefore, an object of the present invention is to suppress the first pulse with a small-sized and low-cost configuration.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
べく、請求項1の発明では、連続励起する固体レーザを
音響光学的QスイッチによりQスイッチパルス発振させ
るQスイッチレーザ装置において、前記音響光学的Qス
イッチを駆動するための高周波電力信号レベルを所定の
時定数で次第に減少させるQスイッチ制御部と、このQ
スイッチ制御部で前記高周波電力信号レベルを次第に減
少させるための時定数の選択が可能な時定数選択部と、
この時定数選択部で選択すべき時定数を決定する時定数
決定部とを設け、Qスイッチパルス列の第1パルスの尖
頭値を抑制して第2パルスの尖頭値とほぼ等しいレーザ
発振パルスを得ることを特徴とする。この請求項1の発
明においては、前記Qスイッチ制御部は、高周波発生装
置と時定数発生装置とを含むことができる(請求項2の
発明)。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, in a Q-switched laser device in which a solid-state laser to be continuously excited is Q-switched pulse-oscillated by an acousto-optic Q-switch, A Q switch control section for gradually reducing a high frequency power signal level for driving the optical Q switch with a predetermined time constant;
A time constant selection unit capable of selecting a time constant for gradually reducing the high-frequency power signal level in a switch control unit;
A time constant determining unit for determining a time constant to be selected by the time constant selecting unit, wherein the peak value of the first pulse of the Q-switch pulse train is suppressed and a laser oscillation pulse substantially equal to the peak value of the second pulse is provided. It is characterized by obtaining. In the first aspect of the present invention, the Q switch control section may include a high frequency generator and a time constant generator.

【0006】請求項2の発明においては、前記時定数発
生装置はバッファアンプと積分器とを含み、前記時定数
選択部はD/A変換器とラッチ回路とを含み、前記時定
数決定部はメモリを備えた演算処理装置を含むことがで
きる(請求項3の発明)。また、上記請求項1ないし3
の発明においては、前記時定数決定部は、前記時定数を
固体レーザへの励起エネルギー、励起エネルギー蓄積時
間、Qスイッチング周波数の少なくとも1つに基づいて
決定することができ(請求項4の発明)、この請求項4
の発明においては、前記固体レーザへの励起エネルギー
は励起用光源の電流値に基づいて決定し、前記励起エネ
ルギー蓄積時間はレーザ発振パルスを停止している時間
に基づいて決定することができる(請求項5の発明)。
さらに、この請求項5の発明においては、前記時定数決
定部は、前記励起用光源の電流値、レーザ発振パルスを
停止している時間、Qスイッチング周波数の少なくとも
1つを用いて前記時定数を決定するテーブルを備えてい
ることができる(請求項6の発明)。
According to a second aspect of the present invention, the time constant generating device includes a buffer amplifier and an integrator, the time constant selecting unit includes a D / A converter and a latch circuit, and the time constant determining unit includes An arithmetic processing unit having a memory can be included (the invention of claim 3). Further, the above claims 1 to 3
In the invention, the time constant determining unit can determine the time constant based on at least one of pumping energy to the solid-state laser, pumping energy accumulation time, and Q switching frequency (claim 4). This claim 4
In the present invention, the excitation energy to the solid-state laser can be determined based on a current value of an excitation light source, and the excitation energy accumulation time can be determined based on a time during which a laser oscillation pulse is stopped. Item 5).
Further, in the invention according to claim 5, the time constant determining unit determines the time constant using at least one of a current value of the excitation light source, a time during which a laser oscillation pulse is stopped, and a Q switching frequency. A table for determining can be provided (the invention of claim 6).

【0007】また、上記請求項1の発明においては、前
記レーザ発振パルスの光軸を動的に制御可能なスキャナ
装置を設け、これに前記第1パルスを与えるときは、第
1パルスと第2パルスとの時間間隔がQスイッチング周
波数に応じた間隔となるよう、前記決定された時定数に
よる時間を考慮して第1パルスの発生タイミングを調整
することができる(請求項7の発明)。上記請求項7の
発明においては、前記スキャナ装置は、X,Y座標の2
軸制御を行なうレーザ光反射ミラーを有するモータ駆動
装置からなることができ(請求項8の発明)、上記請求
項7または8の発明においては、前記光軸の軌跡を記憶
しておき、同じ軌跡を描くときは記憶されたデータを用
いることができる(請求項9の発明)。
According to the first aspect of the present invention, a scanner device capable of dynamically controlling the optical axis of the laser oscillation pulse is provided, and when the first pulse is applied to the scanner device, the first pulse and the second pulse are applied. The generation timing of the first pulse can be adjusted in consideration of the time according to the determined time constant so that the time interval with the pulse becomes an interval corresponding to the Q switching frequency (the invention of claim 7). According to the seventh aspect of the present invention, the scanner device has two X, Y coordinates.
A motor driving device having a laser light reflecting mirror for controlling the axis can be provided (invention of claim 8). In the invention of claim 7 or 8, the trajectory of the optical axis is stored and the same trajectory is stored. Can be used to draw the stored data (the invention of claim 9).

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施の形態を示
すブロック図である。同図において、101は固体レー
ザ媒質、102は全反射型ミラー、103は透過型反射
ミラー、104は音響光学的Qスイッチ、105は励起
ランプ、106はリフレクタ、107はレーザ共振路、
108は高周波発生装置、109は時定数発生装置、1
10はQスイッチ制御装置、111は時定数選択装置、
112は時定数決定装置である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a solid-state laser medium, 102 is a total reflection mirror, 103 is a transmission reflection mirror, 104 is an acousto-optic Q switch, 105 is an excitation lamp, 106 is a reflector, 107 is a laser resonator,
108 is a high frequency generator, 109 is a time constant generator, 1
10 is a Q switch control device, 111 is a time constant selection device,
Reference numeral 112 denotes a time constant determining device.

【0009】すなわち、固体レーザ媒質101に励起ラ
ンプ105を光源として励起光113を照射して励起さ
せ、音響光学的Qスイッチ104がレーザ光を透過する
ように制御されている期間は、レーザ光が全反射型ミラ
ー102と透過型反射ミラー103をレーザ共振路10
7に沿って往復して連続発振状態となり(CW発振モー
ド)、一部が透過型反射ミラー103よりレーザ射出方
向へ出力される。一般的には、さらに大きなレーザ出力
を得るために、Qスイッチパルス変調が加えられて加工
などに利用される。リフレクタ106は、励起ランプ1
05の光を効率的に固体レーザ媒質101に供給するた
めの反射装置であり、101,104,105および1
06等は必要に応じて図示されない冷却装置で冷却され
る。
That is, the solid-state laser medium 101 is excited by irradiating the solid-state laser medium 101 with the excitation light 113 by using the excitation lamp 105 as a light source, and the laser light is emitted while the acousto-optic Q switch 104 is controlled to transmit the laser light. The total reflection mirror 102 and the transmission reflection mirror 103 are
The laser beam reciprocates along the line 7 to form a continuous oscillation state (CW oscillation mode), and a part of the light is output from the transmission-type reflection mirror 103 in the laser emission direction. Generally, in order to obtain a larger laser output, a Q-switch pulse modulation is added and used for processing or the like. The reflector 106 is an excitation lamp 1
05 is a reflecting device for efficiently supplying the light of No. 05 to the solid-state laser medium 101, 101, 104, 105 and 1
06 and the like are cooled by a cooling device (not shown) as necessary.

【0010】音響光学的Qスイッチ104は、高周波発
生装置108からの高周波出力を入力(例として20M
Hz程度)とし、高周波信号を超音波に変換して光学的
特性を変化させレーザ光を偏向させる作用を持ち、高周
波入力を受けている期間はレーザ光が偏向して全反射型
ミラー102へ到達しなくなり、レーザ共振路107を
形成しなくなることによってレーザ発振が抑止され、こ
のレーザ発振抑止中はレーザ媒質101に励起エネルギ
ーが蓄積される。蓄積されたエネルギーは、Qスイッチ
104の高周波電力が高速で低下することによって、Q
スイッチのレーザ偏向が解除された瞬間に全反射型ミラ
ー102と透過型反射ミラー103との間で発振し、一
挙にエネルギーが放出されてピーク値の高いパルスとな
る。このパルスのエネルギーは励起エネルギーが大きい
程大きくなる特性を有し、励起を継続している状態でレ
ーザ発振を長時間抑止後に或るQスイッチ周波数で発振
パルスを出すようにした場合は、最初の一発は大きな尖
頭値のレーザパルスとなり、以降は一旦励起エネルギー
が放出された後の励起エネルギーとなるため小さなレー
ザパルスとなる。
The acousto-optic Q switch 104 receives a high-frequency output from a high-frequency generator 108 (for example, 20M).
Hz), and has a function of converting a high-frequency signal into an ultrasonic wave to change optical characteristics and deflect laser light. During a period of receiving a high-frequency input, the laser light deflects and reaches the total reflection mirror 102. The laser oscillation is suppressed by no longer forming the laser resonance path 107, and the excitation energy is accumulated in the laser medium 101 during the suppression of the laser oscillation. The stored energy is reduced by the high frequency power of the Q switch 104 decreasing at a high speed.
The laser oscillates between the total reflection mirror 102 and the transmission reflection mirror 103 at the moment when the laser deflection of the switch is released, and the energy is released at once, resulting in a pulse having a high peak value. The energy of this pulse has the characteristic that it increases as the pumping energy increases, and when laser oscillation is suppressed for a long time while pumping is continued and an oscillation pulse is output at a certain Q switch frequency, the first pulse is used. One shot is a laser pulse having a large peak value, and thereafter becomes a small laser pulse because it becomes the excitation energy after the excitation energy is once emitted.

【0011】図2にQスイッチパルスのタイムチャート
を示す。同図(a)は従来の場合のタイムチャートを示
し、レーザ出力期間信号がアクティブになると、tf時
間にしたがってQスイッチパルス信号が徐々に低下して
高周波出力信号を低下させ、仮想のレーザ発振しきい値
に達するとレーザ発振が徐々に行なわれることにより、
抑制されたファーストパルスが得られる。このとき、Q
スイッチパルス信号を図の点線で示すように瞬時に制御
すると、ファーストパルスは抑制されず、ピーク値の高
いパルスとなる。
FIG. 2 shows a time chart of the Q switch pulse. FIG. 6A shows a time chart in the conventional case. When the laser output period signal becomes active, the Q-switch pulse signal gradually decreases in accordance with the time tf to lower the high-frequency output signal, thereby causing virtual laser oscillation. When the threshold value is reached, laser oscillation occurs gradually,
A suppressed first pulse is obtained. At this time, Q
When the switch pulse signal is controlled instantaneously as shown by the dotted line in the figure, the first pulse is not suppressed, and becomes a pulse having a high peak value.

【0012】図3はこの発明の原理を説明するための説
明図である。すなわち、Qスイッチパルス信号を瞬時的
に変化させたときのファーストパルスの挙動と、緩やか
な変化となるよう所定しきい値に達するまでの時間tf
(時定数)を変えたときのファーストパルスの挙動を検
討するうち、その中間的なtf(概ね1ms〜数μs)
の範囲で、ファーストパルスの尖頭値出力が変化するこ
とを数々の実験により突き止めた。このことを図3で説
明すると、図示,,のように段階的にtf時間を
変えると、ファーストパルスはその拡大図に示すように
,,と変化する。なお、このときのファーストパ
ルスの絶対的なレーザ出力は、レーザ媒質へのエネルギ
ー蓄積条件により左右されるのは明らかであって、この
傾向は同一条件による相対的なものである。しかし、レ
ーザ媒質へのエネルギー蓄積状況は、データを綿密に採
取することによって予測可能であり、いかなるレーザ出
力状態においてもファーストパルスの絶対的なレベル制
御は可能である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention. That is, the behavior of the first pulse when the Q switch pulse signal is instantaneously changed, and the time tf until the predetermined threshold is reached so that the Q switch pulse signal gradually changes.
When examining the behavior of the first pulse when the (time constant) is changed, an intermediate tf (about 1 ms to several μs) is considered.
It has been found through various experiments that the peak value output of the first pulse changes within the range. This will be described with reference to FIG. 3. If the tf time is changed stepwise as shown in FIG. 3, the first pulse changes as shown in the enlarged view. It is clear that the absolute laser output of the first pulse at this time depends on the condition of energy storage in the laser medium, and this tendency is relative under the same condition. However, the state of energy storage in the laser medium can be predicted by carefully collecting data, and absolute level control of the first pulse is possible in any laser output state.

【0013】上記の原理説明と対応する部分が、図1で
は108〜112として示されている。Qスイッチ制御
装置110は、高周波発生装置108を制御するための
時定数発生装置109を備え、時定数選択装置111は
この時定数発生装置109の時定数を選択し、時定数決
定装置112はこの時定数選択装置111に対し、レー
ザ励起状態(例えば、アークランプ,レーザダイオード
などの励起用光源の電流値),レーザ発振状態(例え
ば、励起エネルギー蓄積時間),Qスイッチ周波数など
の諸条件より時定数を決定して指令する。このように時
定数を選択,決定して制御を行なった場合の、タイミン
グチャートを図2(b)に示す。同(a)の従来例に比
べてファーストパルスのレベルが第2パルスのレベルに
まで抑制されていることが分かる。
Parts corresponding to the above description of the principle are shown as 108 to 112 in FIG. The Q switch control device 110 includes a time constant generation device 109 for controlling the high frequency generation device 108, a time constant selection device 111 selects a time constant of the time constant generation device 109, and the time constant determination device 112 The time constant selection device 111 is controlled based on various conditions such as the laser excitation state (for example, the current value of an excitation light source such as an arc lamp and a laser diode), the laser oscillation state (for example, excitation energy accumulation time), and the Q switch frequency. Decide the constant and give the command. FIG. 2B shows a timing chart when the control is performed by selecting and determining the time constant as described above. It can be seen that the level of the first pulse is suppressed to the level of the second pulse as compared with the conventional example of FIG.

【0014】上記時定数発生装置109,時定数選択装
置111および時定数決定装置112の具体的構成を図
4に示す。すなわち、時定数決定装置112では演算処
理装置(CPU)401が上記の如きレーザ出力の諸条
件からエネルギー蓄積レベルをリアルタイムに判定する
一方、Qスイッチ周波数から第2パルスの尖頭値出力レ
ベルを算出してQスイッチパルス信号のtf(時定数)
を決定し、時定数選択装置111へディジタル信号にて
指令する。時定数選択装置111は時定数決定装置11
2からのディジタル信号をラッチ回路402でラッチ
し、さらにD/A変換器403にてディジタル/アナロ
グ変換し、時定数発生装置109の積分器404への入
力電流を決定する。積分器404は、オフセット,ゲイ
ン,インピーダンス変換のためのバッファアンプ405
を経て、Qスイッチパルス信号として出力される。積分
器404はレーザ出力がオフとなっている時間にリセッ
トされ、初期状態に復帰する。なお、時定数tfは励起
ランプ電流,Qスイッチ周波数,レーザ出力オフ時間等
の各パラメータや被加工物のレーザ吸収特性によって、
経験的に決定することが想定されることから、時定数決
定装置112の内部にメモリ406を用意し、これらの
諸条件によりtfを決定する変換テーブルを設けること
ができる。
FIG. 4 shows a specific configuration of the time constant generator 109, the time constant selector 111, and the time constant determiner 112. That is, in the time constant determining device 112, the arithmetic processing unit (CPU) 401 determines the energy accumulation level in real time from the above-described various conditions of the laser output, and calculates the peak value output level of the second pulse from the Q switch frequency. Tf (time constant) of the Q switch pulse signal
Is determined, and the time constant selecting device 111 is instructed by a digital signal. The time constant selecting device 111 is a time constant determining device 11
The digital signal from 2 is latched by a latch circuit 402, and is further subjected to digital / analog conversion by a D / A converter 403, and the input current to the integrator 404 of the time constant generator 109 is determined. The integrator 404 includes a buffer amplifier 405 for offset, gain, and impedance conversion.
, And is output as a Q switch pulse signal. The integrator 404 is reset when the laser output is off, and returns to the initial state. The time constant tf depends on parameters such as the excitation lamp current, the Q switch frequency, and the laser output off time, and the laser absorption characteristics of the workpiece.
Since it is assumed that the time constant is determined empirically, the memory 406 can be prepared inside the time constant determination device 112 and a conversion table for determining tf based on these conditions can be provided.

【0015】ところで、上記のようなQスイッチレーザ
装置はレーザパルスの射出光軸を動的に制御するスキャ
ナ装置と組み合わせて用いられることが多い。図5はか
かる例を示すブロック図である。同図の符号201がQ
スイッチレーザ装置であり、これより取り出されたレー
ザ光114はエクスパンダレンズ208によりビーム径
を数mm程度にまで広げて、後段のfθレンズ209の
加工面での集光を良くするとともに、サーボモータ20
3,204に取り付けられた全反射ミラー202へのレ
ーザ光の密度を下げて、熱的なダメージを緩和させる。
全反射ミラー202により反射されたレーザ光はfθレ
ンズ209へ導かれ、加工ワーク207の表面に集光さ
れ加工に寄与することになる。なお、スキャナ装置と
は、図5の201と207を除いた全ての要素を含むも
のとする。
By the way, the above-described Q-switch laser device is often used in combination with a scanner device for dynamically controlling the emission optical axis of a laser pulse. FIG. 5 is a block diagram showing such an example. The reference numeral 201 in FIG.
The laser beam 114 extracted from the switch laser device is expanded by an expander lens 208 to a beam diameter of about several millimeters to improve condensing on the processing surface of the f-theta lens 209 at the subsequent stage, and a servo motor 20
The density of the laser beam to the total reflection mirror 202 attached to 3,204 is reduced to reduce thermal damage.
The laser beam reflected by the total reflection mirror 202 is guided to the fθ lens 209, and is condensed on the surface of the processing work 207 to contribute to the processing. Note that the scanner device includes all elements except for 201 and 207 in FIG.

【0016】加工ワーク207上でのレーザ光の集光位
置は、サーボモータ203,204のそれぞれのモータ
軸206のなす角度θX ,θY により制御される。加工
ワーク面の原点位置210は、fθレンズ209の光軸
中心をレーザ光が通過する位置の上記θX ,θY として
定義し、θX ,θY の変化量が加工ワーク207上のX
Y直交座標に対応する。座標制御装置212は、上記X
Y直交座標でのレーザ光の位置をサーボ制御装置205
に指令すると同時に、その座標位置でレーザ光を発射す
るか否かの指令をシャッタ制御信号として、Qスイッチ
レーザ装置201へ指令する。
The focusing position of the laser beam on the work 207 is controlled by the angles θ X and θ Y formed by the respective motor shafts 206 of the servo motors 203 and 204. Workpiece surface in the home position 210, the theta X position of the optical axis center the laser beam passes through the fθ lens 209, theta is defined as Y, θ X, θ Y X amount change on the workpiece 207
It corresponds to Y orthogonal coordinates. The coordinate control device 212 uses the X
Servo controller 205 determines the position of the laser beam in the Y orthogonal coordinates.
At the same time, a command as to whether or not to emit laser light at the coordinate position is issued to the Q-switch laser device 201 as a shutter control signal.

【0017】サーボ制御装置205は指令された座標位
置になるよう上記θX ,θY を決定し、これを目標値と
してX軸,Y軸のサーボモータ203,204を制御す
る。座標制御装置212には、加工ワーク面上でレーザ
光にどのような軌跡を描かせるかの情報を、XY直交座
標の座標列として予め記憶しており、その座標列を内部
のクロックに同期して一定時間間隔で読み出し、サーボ
制御装置205へ連続的に指令することにより、所望の
レーザ光の軌跡を得ることができる。座標制御装置21
2からの座標指令は、加工開始信号を受けて発せられ
る。レーザ光の光軸は動的に制御され、座標制御装置2
12からの指令に基づき加工ワーク面上を移動する。
The servo controller 205 determines the above θ X and θ Y so as to be at the designated coordinate position, and controls the X-axis and Y-axis servo motors 203 and 204 using these as target values. The coordinate control device 212 stores in advance information about what kind of trajectory the laser light draws on the work surface as a coordinate sequence of XY orthogonal coordinates, and synchronizes the coordinate sequence with an internal clock. Thus, a desired laser beam trajectory can be obtained by reading the data at a constant time interval and continuously instructing the servo control device 205. Coordinate control device 21
2 is issued in response to the processing start signal. The optical axis of the laser light is dynamically controlled, and the coordinate control device 2
Based on a command from 12, the workpiece moves on the work surface.

【0018】上述のように、レーザ光の光軸がワーク面
上を移動し、それが定速移動であるとき、先に説明した
ファーストパルスと第2パルスの発射間隔が、Qスイッ
チ周波数の逆数で表わされるtq時間(図2(a)参
照)に比して短くなったり長くなったりすると、レーザ
の加工痕がファーストパルスと第2パルスとの間で不自
然に接近したり、または離れたりする不具合が生じる。
図6はこのことを説明するもので、ファーストパルスが
同(a)のように実線または点線の位置に出現すると、
ピッチ1とピッチ2は不揃いとなる。このような現象
は、特に文字,図形,記号,コードなどの刻印を行なう
場合の品質を低下させることになり、望ましくない。
As described above, when the optical axis of the laser beam moves on the work surface and moves at a constant speed, the firing interval between the first pulse and the second pulse described above is determined by the reciprocal of the Q switch frequency. When the time is shorter or longer than the tq time (see FIG. 2 (a)) represented by the following equation, the laser processing trace unnaturally approaches or separates between the first pulse and the second pulse. Trouble occurs.
FIG. 6 explains this. When the first pulse appears at the position of the solid line or the dotted line as shown in FIG.
Pitch 1 and pitch 2 are irregular. Such a phenomenon undesirably lowers the quality particularly when engraving characters, figures, symbols, codes, and the like.

【0019】そこで、この発明では、上述のようなファ
ーストパルスのレベルの抑制だけでなく、ファーストパ
ルスと第2パルスまでの時間間隔t1(図2(a)参
照)も制御するようにしている。このため、ファースト
パルスが所定のレーザ発振しきい値に達する時間をtf
時間に応じて予測して、時定数決定装置112内のCP
Uによりその起動開始タイミングを制御または調整する
ことで、いかなるtfが選択されても、ピッチ1とピッ
チ2が図6(b)に示すように等しくなるようにしてい
る。
Therefore, in the present invention, not only the level of the first pulse is suppressed as described above, but also the time interval t1 (see FIG. 2A) between the first pulse and the second pulse is controlled. Therefore, the time required for the first pulse to reach a predetermined laser oscillation threshold value is tf.
Predicted according to time, the CP in the time constant determination device 112
By controlling or adjusting the activation start timing by U, pitch 1 and pitch 2 are made equal to each other as shown in FIG. 6B, regardless of which tf is selected.

【0020】[0020]

【発明の効果】この発明によれば、Qスイッチパルス信
号を瞬時的に変化させたときのファーストパルスの挙動
と、緩やかな変化となるよう所定しきい値に達するまで
の時間tf(時定数)を変えたときのファーストパルス
の挙動を検討するうち、tfが概ね1ms〜数msの範
囲で、ファーストパルスの尖頭値出力が変化することに
着目し、Qスイッチパルス信号の変化のさせ方を適宜選
ぶことにより、ファーストパルスのレベル抑制だけでな
く、ファーストパルスと第2パルスまでの時間間隔t1
も最適となるようにすることができる。その結果、高速
かつ汎用性のあるQスイッチレーザ装置を提供すること
が可能となる利点が得られる。
According to the present invention, the behavior of the first pulse when the Q-switch pulse signal is instantaneously changed, and the time tf (time constant) until the predetermined threshold is reached so as to make a gradual change. While examining the behavior of the first pulse when the value of the pulse width is changed, focusing on the fact that the peak value output of the first pulse changes when tf is approximately in the range of 1 ms to several ms, the method of changing the Q switch pulse signal is described. By appropriately selecting, not only the level of the first pulse is suppressed but also the time interval t1 between the first pulse and the second pulse.
Can also be optimized. As a result, there is an advantage that a high-speed and versatile Q-switch laser device can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】Qスイッチパルスとレーザ出力との関係を説明
するためのタイムチャートである。
FIG. 2 is a time chart for explaining a relationship between a Q switch pulse and a laser output.

【図3】この発明の原理説明図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図4】図1の部分詳細図である。FIG. 4 is a partial detailed view of FIG. 1;

【図5】スキャナ装置を備えたQスイッチレーザ装置を
示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a Q-switch laser device including a scanner device.

【図6】レーザ光の移動軌跡を説明するための説明図で
ある。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a movement locus of a laser beam.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…固体レーザ媒質、102,202…全反射型ミ
ラー、103…透過型反射ミラー、104…音響光学的
Qスイッチ、105…励起ランプ、106…リフレク
タ、107…レーザ共振路、108…高周波発生装置、
109…時定数発生装置、110…Qスイッチ制御装
置、111…時定数選択装置、112…時定数決定装
置、113…励起光、114…レーザ光、201…Qス
イッチレーザ装置、203…X軸サーボモータ、204
…Y軸サーボモータ、205…サーボ制御装置、206
…モータ軸、207…加工ワーク、208…エクスパン
ダレンズ、209…fθレンズ、210…加工原点、2
12…座標制御装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Solid-state laser medium, 102, 202 ... Total reflection mirror, 103 ... Transmission reflection mirror, 104 ... Acousto-optic Q switch, 105 ... Excitation lamp, 106 ... Reflector, 107 ... Laser resonator, 108 ... High frequency generator ,
109: time constant generator, 110: Q switch controller, 111: time constant selector, 112: time constant determiner, 113: excitation light, 114: laser light, 201: Q switch laser device, 203: X-axis servo Motor, 204
... Y-axis servo motor, 205 ... servo control device, 206
... Motor shaft, 207 ... Workpiece, 208 ... Expander lens, 209 ... Fθ lens, 210 ... Processing origin, 2
12 ... Coordinate control device.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続励起する固体レーザを音響光学的Q
スイッチによりQスイッチパルス発振させるQスイッチ
レーザ装置において、 前記音響光学的Qスイッチを駆動するための高周波電力
信号レベルを所定の時定数で次第に減少させるQスイッ
チ制御部と、このQスイッチ制御部で前記高周波電力信
号レベルを次第に減少させるための時定数の選択が可能
な時定数選択部と、この時定数選択部で選択すべき時定
数を決定する時定数決定部とを設け、Qスイッチパルス
列の第1パルスの尖頭値を抑制して第2パルスの尖頭値
とほぼ等しいレーザ発振パルスを得ることを特徴とする
Qスイッチレーザ装置。
1. An acousto-optic Q laser for continuously exciting a solid-state laser.
A Q-switch laser device that oscillates a Q-switch pulse by a switch, comprising: a Q-switch control unit that gradually reduces a high-frequency power signal level for driving the acousto-optic Q switch by a predetermined time constant; A time constant selector for selecting a time constant for gradually reducing the high-frequency power signal level; and a time constant determiner for determining a time constant to be selected by the time constant selector. A Q-switched laser device wherein a peak value of one pulse is suppressed to obtain a laser oscillation pulse substantially equal to a peak value of a second pulse.
【請求項2】 前記Qスイッチ制御部は、高周波発生装
置と時定数発生装置とを含むことを特徴とする請求項1
に記載のQスイッチレーザ装置。
2. The device according to claim 1, wherein the Q switch control unit includes a high frequency generator and a time constant generator.
6. The Q-switched laser device according to item 1.
【請求項3】 前記時定数発生装置はバッファアンプと
積分器とを含み、前記時定数選択部はD/A変換器とラ
ッチ回路とを含み、前記時定数決定部はメモリを備えた
演算処理装置を含むことを特徴とする請求項2に記載の
Qスイッチレーザ装置。
3. The time constant generating device includes a buffer amplifier and an integrator, the time constant selecting unit includes a D / A converter and a latch circuit, and the time constant determining unit includes an arithmetic processing unit having a memory. The Q-switched laser device according to claim 2, comprising a device.
【請求項4】 前記時定数決定部は、前記時定数を固体
レーザへの励起エネルギー、励起エネルギー蓄積時間、
Qスイッチング周波数の少なくとも1つに基づいて決定
することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載のQスイッチレーザ装置。
4. The time constant determining unit determines the time constant as an excitation energy to a solid-state laser, an excitation energy accumulation time,
The Q-switched laser device according to any one of claims 1 to 3, wherein the Q-switched laser device is determined based on at least one of the Q switching frequencies.
【請求項5】 前記固体レーザへの励起エネルギーは励
起用光源の電流値に基づいて決定し、前記励起エネルギ
ー蓄積時間はレーザ発振パルスを停止している時間に基
づいて決定することを特徴とする請求項4に記載のQス
イッチレーザ装置。
5. The excitation energy to the solid-state laser is determined based on a current value of an excitation light source, and the excitation energy accumulation time is determined based on a time during which a laser oscillation pulse is stopped. The Q-switch laser device according to claim 4.
【請求項6】 前記時定数決定部は、前記励起用光源の
電流値、レーザ発振パルスを停止している時間、Qスイ
ッチング周波数の少なくとも1つを用いて前記時定数を
決定するテーブルを備えていることを特徴とする請求項
5に記載のQスイッチレーザ装置。
6. The time constant determining unit includes a table for determining the time constant using at least one of a current value of the excitation light source, a time during which a laser oscillation pulse is stopped, and a Q switching frequency. The Q-switch laser device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記レーザ発振パルスの光軸を動的に制
御可能なスキャナ装置を設け、これに前記第1パルスを
与えるときは、第1パルスと第2パルスとの時間間隔が
Qスイッチング周波数に応じた間隔となるよう、前記決
定された時定数による時間を考慮して第1パルスの発生
タイミングを調整することを特徴とする請求項1に記載
のQスイッチレーザ装置。
7. A scanner device capable of dynamically controlling the optical axis of the laser oscillation pulse, and when the first pulse is given to the scanner device, the time interval between the first pulse and the second pulse is a Q switching frequency. 2. The Q-switched laser device according to claim 1, wherein the generation timing of the first pulse is adjusted in consideration of a time based on the determined time constant so as to have an interval corresponding to the time.
【請求項8】 前記スキャナ装置は、X,Y座標の2軸
制御を行なうレーザ光反射ミラーを有するモータ駆動装
置からなることを特徴とする請求項7に記載のQスイッ
チレーザ装置。
8. The Q-switched laser device according to claim 7, wherein said scanner device comprises a motor drive device having a laser light reflecting mirror for performing two-axis control of X and Y coordinates.
【請求項9】 前記光軸の軌跡を記憶しておき、同じ軌
跡を描くときは記憶されたデータを用いることを特徴と
する請求項7または8のいずれかに記載のQスイッチレ
ーザ装置。
9. The Q-switched laser device according to claim 7, wherein the trajectory of the optical axis is stored, and when the same trajectory is drawn, the stored data is used.
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