JP2003069118A

JP2003069118A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2003069118A
Application number: JP2001259040A
Authority: JP
Inventors: Takashi Akaha; 崇赤羽
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】パルスレーザ光のパルス幅を短くして熱影響
を少なくし、また、加工対象に応じてパルスレーザ光の
パルス幅やピーク出力を調整することが可能なレーザ加
工装置を提供する。【解決手段】パルスレーザ発振装置１１から出力した
パルスレーザ光を光伝送手段で伝送してワークに照射す
ることにより同ワークを加工するレーザ加工装置におい
て、パルスレーザ発振装置は、レーザ媒質１の両側に高
反射率ミラーを配設してなる共振器間にＱスイッチ素子
及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器
内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、
共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近
傍で、続けてキャビティダンプ素子を動作させてキャビ
ティダンプを行なわせることにより、共振器内部に蓄積
されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置に関
し、パルスレーザ光による薄膜加工などに適用して有用
なものである。

【０００２】

【従来の技術】透明電極などに利用されるＩＴＯ膜やＡ
ｌ膜等の金属膜などの加工を行う現状のレーザ加工装置
においては、レーザ発振装置として低出力用には音響光
学素子を用いたＡＯ−Ｑスイッチを、高出力用には電気
光学結晶を用いたＥＯ−Ｑスイッチを１台又は２台用い
たパルスレーザ発振装置が用いられている。

【０００３】例えば半導体レーザを励起光源としたＹＡ
Ｇレーザ発振装置などの固体レーザ装置では、半導体レ
ーザの励起パワーが小さいため、Ｑスイッチ発振を用い
て大きなピークパワーのパルスレーザ光を得ている。即
ち、レーザ媒質を励起媒体で励起し続けると、反転分布
が大きくなり、共振器の損失をレーザの利得が上回った
ときにレーザ発振が起こるが、このレーザ発振が起こる
前に共振器の損失をさらに大きくしておくと、反転分布
（反転分布密度）は増大するが、損失が大きくてレーザ
発振を起こす迄には至らない。この状態で急激に短時間
の間に損失を小さくすると、レーザの利得が大きくなっ
ているので、短時間でレーザ発振が起こり、パルス幅が
小さくて大きなエネルギーをもつパルスレーザ出力とな
る。これをＱスイッチ発振と呼んでいる。

【０００４】図１５はＱスイッチ発振を行う現状のパル
スレーザ発振装置の構成図である。図１５に示すパルス
レーザ発振装置は半導体レーザ励起固体レーザ発振装置
であり、ＹＡＧレーザロッド等のレーザ媒質１に対し
て、励起光源である半導体レーザ２から、励起光として
半導体レーザ光を照射する。レーザ媒質１の両端面側に
はそれぞれ高反射率ミラー３及び部分反射ミラー４が配
設してあり、これらで共振器を形成している。共振器で
挟まれた空間（キャビティ）内には、電気光学結晶で形
成したＱスイッチ素子５が偏光ビームスプリッタ６及び
１／４波長（以下、λと表記する）板７とともに配設し
てある。ここで、半導体レーザ２は駆動電源８によりＣ
Ｗ（連続波）動作又はＱ−ＣＷ（準連続波）動作され
る。また、Ｑスイッチ素子５は高電圧パルサ９で１／４
λのパルス電圧が供給されたとき、１／４λ板として機
能する。また、偏光ビームスプリッタ６はＰ偏光を透過
し、Ｓ偏光を反射するものを用いている。

【０００５】かかるパルスレーザ発振装置において、半
導体レーザ２の励起光によりレーザ媒質１を励起する
と、このレーザ媒質１から光が放射される。この放射光
のうちＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ６で反射され
て外部に排出される。一方、直線偏光のうちＰ偏光成分
はＱスイッチ素子５及び１／４λ板７を介して高反射率
ミラー３に入射し、この高反射率ミラー３で反射され、
再度１／４λ板７及びＱスイッチ素子５を介して偏光ビ
ームスプリッタ６に至る。ここで、Ｑスイッチ素子５に
電圧が印加されていないときには、偏光ビームスプリッ
タ６を透過したＰ偏光は単にここを通過するだけである
ため、高反射率ミラー３で反射されて１／４λ板７を往
復することによりＳ偏光となる。このＳ偏光はＱスイッ
チ素子５を介して偏光ビームスプリッタ６に至り、ここ
で反射されて外部に排出される。すなわち、かかる状態
ではキャビティ内の損失が大きいためレーザ発振は行わ
れない。

【０００６】一方、高圧パルサ９で１／４λ電圧のパル
ス電圧（その波形を図１６（ａ）に示す）を印加すると
Ｑスイッチ素子５は１／４λ板として機能する。この結
果、偏光ビームスプリッタ６を透過したＰ偏光はＱスイ
ッチ素子５及び１／４λ板７を往復することにより一回
転してＰ偏光となる。このＰ偏光は偏光ビームスプリッ
タ６を透過してレーザ媒質１に入射し共振器内で往復増
幅される。この結果、急激に損失が小さくなるので、そ
の分レーザの利得が大きくなって、レーザ媒質１内の損
失等で決まる一定の遅延時間の経過後、大きなピークを
もつ短パルスのレーザ光（その波形を図１６（ｂ）に示
す）が部分反射ミラー４を透過して外部に取り出され
る。即ち、Ｑスイッチ発振により大きなピーク値の短パ
ルスレーザ光を得る。このときのパルスレーザ光のパル
ス幅は例えば図１６（ｂ）に示すように数１０ｎｓ〜１
００ｎｓとなる。そして、このパルスレーザ光をワーク
に照射して所定の加工を行う。例えば、ＩＴＯ膜の所定
位置にパルスレーザ光を照射して当該部分を剥離するこ
とにより、所定の形状の透明電極を形成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現状のパルスレーザ発
振装置は上記のようにＱスイッチを用いた構成となって
おり、その出力特性はＱスイッチに依存したものとなっ
ている。これに対して、一般的に薄膜加工などではパル
スレーザ光の平均出力とピーク出力及びパルス幅（レー
ザ光照射時間）をパラメータにして、その加工性や加工
品質が決まる。このため、加工対象によっては、パルス
レーザ発振装置のもつＱスイッチに依存した出力特性で
は剥離等の加工が困難なものもあり、特にパルス幅は加
工対象に熱影響を及ぼす点で大きな問題となっている。

【０００８】即ち、加工対象に対する照射時間を短くし
て熱影響を少なくするためにパルスレーザ光のパルス幅
を例えば１０ｎｓ程度に短くしようとしても、現状のＱ
スイッチを用いたパルスレーザ発振装置では対応するこ
とができない。また、加工対象（薄膜等）の種類によっ
て最適なパルス幅やピーク出力は異なるため、単にパル
ス幅を短くするだけでなく、加工対象に応じてパルスレ
ーザ光のパルス幅やピーク出力が最適となるように調整
できることが望まれる。

【０００９】従って、本発明は上記の事情に鑑み、パル
スレーザ光のパルス幅を短くして熱影響を少なくするこ
とができ、また、加工対象に応じてパルスレーザ光のパ
ルス幅やピーク出力を調整して、更に熱影響が少なく・
品質の良い加工ができるレーザ加工装置を提供すること
を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明のレーザ加工装置は、パルスレーザ発振装置を有
し、このパルスレーザ発振装置から出力したパルスレー
ザ光を光伝送手段で伝送して加工対象のワークに照射す
ることにより同ワークを加工するように構成したレーザ
加工装置において、パルスレーザ発振装置は、レーザ媒
質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射し
た光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得
る構成であって、レーザ媒質の両側に高反射率ミラーを
それぞれ配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキ
ャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完
全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器
内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、
続けてキャビティダンプ素子を動作させてキャビティダ
ンプを行なわせることにより、共振器内部に蓄積された
エネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成したこ
とを特徴とする。

【００１１】また、第２発明のレーザ加工装置は、第１
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子とキャビティダンプ素子をレーザ媒
質の両側に振り分けて配設する一方、Ｑスイッチ素子と
キャビティダンプ素子とのそれぞれに隣接させて偏光ビ
ームスプリッタを配設し、Ｑスイッチ発振により増幅さ
れたレーザ光をキャビティダンプして外部に出力するこ
とができるように構成したことを特徴とする。

【００１２】また、第３発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子とキャビティダンプ素子とを何れも
電気光学結晶で形成したことを特徴とする。

【００１３】また、第４発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子を音響光学結晶で形成したことを特
徴とする。

【００１４】また、第５発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも
狭い連続波レーザ光を放射する種光レーザを追加し、こ
の種光レーザが出力する種光を偏光ビームスプリッタで
共振器側に反射して取り込むように構成したことを特徴
とする。

【００１５】また、第６発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、半導体レーザ励起固体レーザ装置であることを特徴
とする。

【００１６】また、第７発明のレーザ加工装置は、第１
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子、キャビティダンプ素子及び偏光ビ
ームスプリッタをレーザ媒質の片側に配設する一方、Ｑ
スイッチ発振により増幅されたレーザ光をキャビティダ
ンプして外部に出力することができるように構成したこ
とを特徴とする。

【００１７】また、第８発明のレーザ加工装置は、第１
発明又は第７発明の何れか一つに記載するレーザ加工装
置において、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子
とキャビティダンプ素子とを何れも電気光学結晶で形成
したことを特徴とする。

【００１８】また、第９発明のレーザ加工装置は、第１
発明又は第７発明の何れか一つに記載するレーザ加工装
置において、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子
を音響光学結晶で形成したことを特徴とする。

【００１９】また、第１０発明のレーザ加工装置は、第
１発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装
置は、Ｑスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を一個
の電気光学結晶で形成し、この電気光学結晶に供給する
パルス電圧の立ち上がりでＱスイッチ発振を行わせると
ともに、その立ち下がりでキャビティダンプを行わせる
ように構成したことを特徴とする。

【００２０】また、第１１発明のレーザ加工装置は、第
８発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装
置は、キャビティダンプ素子に印加する電圧の大きさ、
又はこの電圧の立ち上がり時間を可変とすることによ
り、印加する電圧に対応して出力レーザ光のパルス幅を
調節することができるように構成したことを特徴とす
る。

【００２１】また、第１２発明のレーザ加工装置は、第
１０発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振
装置は、キャビティダンプ素子に印加するパルス電圧の
立ち下がり時間を可変とすることにより、印加するパル
ス電圧に対応して出力レーザ光のパルス幅を調節するこ
とができるように構成したことを特徴とする。

【００２２】また、第１３発明のレーザ加工装置は、第
１発明又は第７発明乃至第１２発明の何れか一つに記載
するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも
狭い連続波レーザ光を放射する種光レーザを追加し、こ
の種光レーザが出力する種光を偏光ビームスプリッタで
共振器側に反射して取り込むように構成したことを特徴
とする。

【００２３】また、第１４発明のレーザ加工装置は、第
１発明又は第７発明乃至第１３発明の何れかに一つに記
載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、半導体レーザ励起固体レーザ装置であることを特徴
とする。

【００２４】また、第１５発明のレーザ加工装置は、第
１発明又は第７発明乃至第１４発明の何れかに一つに記
載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも
狭い連続波レーザ光を放射する種光レーザと、この種光
レーザが出力する種光を共振器側に反射する偏光ビーム
スプリッタと、この偏光ビームスプリッタで反射した種
光を所定角度回転するとともに、上記出力レーザ光が上
記偏光ビームスプリッタを介して外部に透過するように
この出力レーザ光も所定角度回転する光回転手段とを有
し、出力レーザ光と同一光路を介して種光を共振器内に
入射させることができるように構成したことを特徴とす
る。

【００２５】また、第１６発明のレーザ加工装置は、第
１５発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振
装置の光回転手段はファラデローテータ及び１／２波長
板で形成したことを特徴とする。

【００２６】また、第１７発明のレーザ加工装置は、第
１発明乃至第１６発明の何れか一つに記載するレーザ加
工装置において、パルスレーザ発振装置から出力したパ
ルスレーザ光を１つ又は複数の波長変換素子で所定の波
長に変換し、この波長変換したパルスレーザ光を光伝送
手段で伝送して加工対象のワークに照射することにより
同ワークを加工するように構成したことを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。なお、各図中、図１５と同一
部分には同一番号を付し、また、各図において相互に同
一な部分にも同一番号を付して重複する説明は省略す
る。

【００２８】＜実施の形態１＞図１は本発明の実施の形
態１に係るレーザ加工装置の構成図である。同図に示す
ように、本実施の形態１のレーザ加工装置ではパルスレ
ーザ発振装置１１を備えており、このパルスレーザ発振
装置１１は、詳細は後述するが、短いパルス幅のパルス
レーザ光２を出力することができ、また、そのパルス幅
やピーク出力の調整を行うこともできるものである。パ
ルスレーザ発振装置１１から出力されたパルスレーザ光
１２は、集光レンズ等を備えてなる入射光学系１３によ
って光ファイバ１４に入射し、この光ファイバ４によっ
てＸＹテーブル１６の近傍に配設されている加工光学系
１５まで伝送される。そして、光ファイバ１４から出た
パルスレーザ光１２は、集光レンズ等を備えてなる加工
光学系１５により集光されて、ＸＹテーブル１６に搭載
された加工対象のワーク１７へ照射される。

【００２９】かくして、ワーク１７には点状のレーザ加
工（薄膜の剥離等）が施され、この点状のレーザ加工を
等ピッチで行うことにより、全体として線状の加工を施
すことができる。例えば図２に示すようにワーク１７の
Ａ点からＢ点まで等ピッチΔｘで点状のレーザ加工を行
うことにより、これらの点状加工部１２が連続して線状
となる。なお、図２では矢印Ｄ方向がＸＹテーブル１６
によるワーク１７の移動方向であり、その逆の矢印Ｃ方
向が加工方向である。

【００３０】図１に示すようにＸＹテーブル１６は走行
系としてリニアモータ等の駆動装置１９を備えており、
この駆動装置１９によって水平面内をＸ軸方向及びＹ軸
方向に高速移動可能となっている。このＸＹテーブル６
（ワーク１７）のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動位置は、
それぞれの移動方向に沿って配設した位置検出手段とし
ての２台のリアルタイムエンコーダ１８によって検出す
る。このリアルタイムエンコーダ１８は、微細な位置情
報が得られる高分解能のリニアエンコーダ（リニアスケ
ール）である。リアルタイムエンコーダ１８の位置検出
信号はコントローラ２０に入力され、コントローラ２０
では、このリアルタイムエンコーダ１８からの位置検出
信号に基づいて駆動装置１９の駆動制御を行うことによ
り、ＸＹテーブル１６（ワーク１７）の位置決めを行
う。

【００３１】ここで図３及び図４に基づき、パルスレー
ザ発振装置１１について詳細に説明する。図３はパルス
レーザ発振装置の構成図、図４はパルスレーザ発振装置
の各部の波形図である。

【００３２】図３に示すように、パルスレーザ発振装置
１１は、図１５に示す従来のパルスレーザ発振装置の共
振器間にキャビティダンプ用のキャビティダンプ素子３
０及び偏光ビームスプリッタ３１を追加したものであ
る。キャビティダンプ素子３０及び偏光ビームスプリッ
タ３１はレーザ媒質１に対してＱスイッチ素子５及び偏
光ビームスプリッタ６の反対側に配設してある。即ち、
Ｑスイッチ素子５とキャビティダンプ素子３０とをレー
ザ媒質１の両側に振り分けて配設し、Ｑスイッチ素子５
とキャビティダンプ素子３０とのそれぞれに隣接させて
偏光ビームスプリッタ６，３１を配設している。キャビ
ティダンプ素子３０はＱスイッチ素子５と同様の電気光
学結晶で形成してあり、偏光ビームスプリッタ３１は偏
光ビームスプリッタ６と同様にＰ偏光を透過してＳ偏光
を反射するものである。

【００３３】キャビティダンプ素子３０には高電圧パル
サ９と同様の高電圧パルサ３２でパルス状の１／４λ電
圧が印加される。１／４λ電圧が印加されたキャビティ
ダンプ素子３０は１／４λ板として機能する。電気光学
結晶は結晶への電圧印加に比例して内部の屈折率が変化
する一次電気効果を有するものであり、この特性によっ
てレーザ光のｘ方向及びｙ方向成分に位相差が生じる。
したがって、印加電圧を適当な大きさに設定することに
より上記位相差を制御して、偏光状態を変化させること
ができる。

【００３４】高電圧パルサ９，３２がＱスイッチ素子５
及びキャビティダンプ素子３０にパルス状の１／４λ電
圧を印加するタイミングは、マスタパルサ３３が出力す
るトリガパルスで制御する。具体的には、Ｑスイッチ素
子５を動作させてＱスイッチ発振を行った後、その発振
パルスレーザ光がピークレベルに達したときキャビティ
ダンプ素子３０を動作させてキャビティダンプを行なう
ようなタイミングに制御する。これは、例えば共振器内
を往復するレーザ光を、フォトダイオード等で検出する
ことにより容易に制御することができる。このときの検
出光は、例えばフォトダイオードを高反射率ミラー３，
１４の裏面等に配設することにより、これらから漏出す
るレーザ光を利用し得る。また、Ｑスイッチ発振による
発振パルスレーザ光が、Ｑスイッチ素子５の動作時点か
らピークレベルに達するまでの時間は素子に固有のもの
であり、一度これを実測しておけば、高電圧パルサ９，
３０に供給するトリガパルス間の遅延時間は一義的に決
定される。従って、この遅延時間を回路的に確保してや
れば良い。

【００３５】また、本実施の形態１においては、共振器
間を往復する光が急激に立ちあがるように共振器ミラー
は何れも反射率が１００％の高反射率ミラー３、１４で
形成している。

【００３６】かかる構成のパルスレーザ発振装置１１で
は、マスタパルサ３３のトリガパルスで高電圧パルサ９
を動作させることによりＱスイッチ素子５にパルス状の
１／４λ電圧（図４（ａ）参照）を印加すれば、図１５
に示す従来のパルスレーザ発振装置と同様の態様で高反
射率ミラー３，３４間をレーザ光が往復して増幅され
る。すなわち、Ｑスイッチ発振が起こる。この結果、一
定の遅延時間の経過後、共振器内のレーザ光（図４
（ｂ）参照、なお、この図４（ｂ）中の点線はキャビテ
ィダンプがない場合の当該レーザ光の波形である）は急
激に立ち上がるパルスレーザ光となる。

【００３７】次に、このパルスレーザ光のレベルがピー
クになった時点でマスタパルサ３３のトリガパルスによ
り高電圧パルサ３２を動作してキャビティダンプ素子３
０にパルス状の１／４λ電圧（図４（ｃ）参照）を印加
する。このことにより、Ｑスイッチ発振により共振器内
に閉じ込められていたレーザ光が偏光ビームスプリッタ
３１を介して一気に外部に取り出される。すなわち、キ
ャビティダンプにより高いピークを有する短パルス幅
（例えば１０ｎＳ程度）のパルスレーザ光（図４（ｄ）
参照）を得る。このパルスレーザ光の波長は例えばレー
ザ媒質１がＹＡＧレーザロッドの場合には１０６４ｎｍ
となる。

【００３８】更に詳言すると、レーザ光はＱスイッチ発
振により共振器間で往復増幅を始め、ある程度の増幅時
間後には共振器間のレーザ出力が充分大きくなり、その
間に溜め込んだ利得を使い一気に出力が増幅される。従
来は、共振器ミラーの片方を部分反射ミラー４（図１５
参照）として共振器間のレーザ光の一部をレーザ光とし
て取り出していたが、本実施の形態１ではレーザ光の損
失を減らし、一気に共振器間の光強度を増幅するため、
１００％に近い反射率の高反射率ミラー３，３４を用い
ており、高反射率ミラー３，３４間でレーザ光を往復増
幅する。

【００３９】レーザ光が共振器間で往復増幅を行ってい
る間はキャビティダンプ素子３０である電気光学結晶は
何の動作も行わない。この結果、レーザ光はこの電気光
学結晶（キャビティダンプ素子３０）により何の変化も
受けず、共振器間で往復する。そして、共振器間で光強
度が最大となった時点でこの電気光学結晶（キャビティ
ダンプ素子３０）に１／４λ電圧に等しい高電圧パルス
が印加されると、これによりレーザ媒質１から高反射率
ミラー３４に向かうレーザ光は偏光が変化し、高反射率
ミラー３４で折り返して電気光学結晶（キャビティダン
プ素子３０）を通過することでこの電気光学結晶（キャ
ビティダンプ素子３０）が１／２λ板として機能する。

【００４０】この結果、Ｐ偏光であったレーザ光は９０
°回転してＳ偏光になる。このＳ偏光のレーザ光は偏光
ビームスプリッタ３１で反射されて外部に出力される。
このときの電気光学結晶（キャビティダンプ素子３０）
の動作はレーザ媒質１側からみれば、大きな損失になる
ため、光の増幅はこの動作でストップし、このときに共
振器間の空間に存在したレーザ光が外部に取り出される
ことになる。従って、取り出されるレーザ光のパルス幅
はｔ＝２Ｌ／ｃＬ：共振器間隔ｃ：光速で規定される短いものになり、その分大きなピークレベ
ルを有するものとなる。なお、実際には電気光学結晶に
印加する電圧の有限の時間から上記時間ｔに較べパルス
幅は長くなる。

【００４１】図５，図６及び図７はキャビティダンプ素
子３０に印加する電圧の大きさ、又はこの電圧の立ち上
がり時間を可変とすることにより、印加する電圧に対応
して出力パルスレーザ光のパルス幅を調節することがで
きることを示してたものである。図６乃至図８中、
（ａ）はキャビティダンプ素子３０に印加する電圧の波
形、（ｂ）はＱスイッチ発振によるレーザ光の波形（な
お、図中の点線はキャビティダンプがない場合の当該レ
ーザ光の波形である）、（ｃ）はキャビティダンプによ
る出力パルスレーザ光の波形をそれぞれ示している。

【００４２】そして、図５がキャビティダンプ素子３０
に急峻に立ち上がる１／４λ電圧を印加した場合、図６
がキャビティダンプ素子１０に急峻に立ち上がる１／４
λ電圧未満の電圧を印加した場合、図７がキャビティダ
ンプ素子３０に緩やかに立ち上がる１／４λ電圧を印加
した場合のそれぞれの波形を示している。図５の場合に
は、同図（ｃ）に示すようにパルス幅が１０ｎＳ未満で
急峻に立ち上がるピーク値が最も大きい出力パルスレー
ザ光を得ている。これに対し、図６及び図７の場合に
は、それぞれの（ｃ）に示すようにパルス幅が１０ｎＳ
を越え、ピーク値もその分低下した出力パルスレーザ光
を得ている。

【００４３】キャビティダンプにより得る出力パルスレ
ーザ光のピーク値（パルス幅）を、図５乃至図７に示す
ように制御する原理は次の通りである。この原理を図８
に基づき説明する。なお、図８の下部に示す（１）〜
（４）の各偏光は、図８の上部に示す構成図中において
同一の番号を付した各部分の偏光である。

【００４４】電気光学結晶であるキャビティダンプ素子
３０は、結晶への電圧印加に比例して内部の屈折率が変
化し、レーザ光のｘｙ各方向成分に位相差を生じさせる
ことができるので、印加電圧を適当な大きさに設定する
ことによってこの位相差を制御し、偏光状態を変化させ
ることができる。従って、キャビティダンプ素子３０に
１／４λ電圧を印加した場合には、このキャビティダン
プ素子３０は、これを往復するレーザ光に対して１／２
λ板として機能し、Ｐ偏光（図８の（１）参照）であっ
たレーザ光を９０°回転したＳ偏光（図８の（３）参
照）とする。このため、この場合には全成分が偏光ビー
ムスプリッタ３１で外部に反射される。

【００４５】一方、キャビティダンプ素子３０への印加
電圧が１／４λ電圧に満たない場合、又は、１／４λ電
圧に向けて緩やかに上昇している過渡期の場合には、だ
円偏光（図８の（２）参照）となり、このだ円偏光のＳ
偏光成分（図８の（３）参照）のみが、偏光ビームスプ
リッタ３１で反射されて、外部に取り出される。このと
きのＰ偏光成分（図８の（４）参照）は偏光ビームスプ
リッタ３１を透過して再度レーザ媒質１（図３参照）に
入射する。ここで、だ円偏光のＰ偏光成分とＳ偏光成分
の割合はキャビティダンプ素子３０に対する印加電圧に
比例し、また外部に取り出したレーザ光のピーク値（パ
ルス幅）はＳ偏光成分の大きさに比例するので、キャビ
ティダンプ素子３０に印加する電圧の調整により出力パ
ルスレーザ光のピーク値（パルス幅）を連続的に変化さ
せることができる。

【００４６】以上のことから、本実施の形態１によれ
ば、パルスレーザ光１２のパルス幅を１０ｎｓ程度に短
くして加工対象に対する熱影響を少なくすることがで
き、また、加工対象に合ったパルス幅やピーク出力のパ
ルスレーザ光１２によって加工できるため、これまでに
加工できなかった加工対象も加工できるようになり、更
に熱影響の少ない・品質のよい加工が可能となる。

【００４７】＜実施の形態２＞図９は本発明の実施の形
態２に係るパルスレーザ発振装置の構成図である。同図
に示すように、本実施の形態２に係るパルスレーザ発振
装置１１は、図３に示す実施の形態１のパルスレーザ発
振装置１１とはキャビティダンプ素子３０の位置が異な
るだけである。即ち、キャビティダンプ素子３０は、共
振器内におけるレーザ媒質１と高反射率ミラー３との間
で、Ｑスイッチ素子５と偏光ビームスプリッタ６との間
に配設してある。かかる配置とすることにより、偏光ビ
ームスプリッタ６に、図１に示す偏光ビームスプリッタ
１１と同様の機能を兼備させることができる。

【００４８】つまり、偏光ビームスプリッタ６は、Ｑス
イッチ発振時にはレーザ光の往復増幅のための光路を確
保するための素子として、また、キャビティダンプ時に
はレーザ光を外部へ反射するための素子として機能す
る。出力パルスレーザ光のパルス幅やピーク出力は上記
実施の形態１と同様に調整することができる。なお、レ
ーザ加工装置の全体的な構成については、上記実施の形
態１と同様であるため（図１参照）、ここでの説明及び
図示は省略する。

【００４９】本実施の形態２においても、上記実施の形
態１と同様にパルスレーザ光１２のパルス幅を１０ｎｓ
程度に短くして加工対象に対する熱影響を少なくするこ
とができ、また、加工対象に合ったパルス幅やピーク出
力のパルスレーザ光１２によって加工できるため、これ
までに加工できなかった加工対象も加工できるようにな
り、更に熱影響の少ない・品質のよい加工が可能とな
る。また、本実施の形態２ではＱスイッチ素子５、キャ
ビティダンプ素子３０及び偏光ビームスプリッタ６をレ
ーザ媒質１の片側に配設したことにより、上記実施の形
態１と同様の機能を１個の偏光ビームスプリッタ６で実
現することができる。

【００５０】＜実施の形態３＞図１０は本発明の実施の
形態３に係るパルスレーザ発振装置の構成図である。同
図に示すように、本実施の形態３に係るパルスレーザ発
振装置１１は、図９に示す実施の形態２のパルスレーザ
発振装置１１においてキャビティダンプ素子３０を除去
し、その代わりにＱスイッチ素子５にキャビティダンプ
素子３０の機能も兼備させたものである。

【００５１】即ち、Ｑスイッチ素子５は電気光学結晶で
形成しているため、１／４λ電圧を印加すれば１／４λ
板として機能し、電圧の印加がない場合には単に光を通
過させるだけの素子である。そこで、パルス状の１／４
λ電圧の立ち上がりで１／４λ板として機能させること
により、Ｑスイッチ発振を行わせて上記実施の形態１及
び２と同様にレーザ光の往復増幅を行う。その後、この
１／４λ電圧を急激に立ち下げることができれば、その
立ち下がり以降にＱスイッチ素子５を通過するレーザ光
はＳ偏光となるので、偏光ビームスプリッタ６を介して
一気に外部に取り出すことができる。つまり、共振器内
に閉じ込められたレーザ光をキャビティダンプして外部
に取り出すことができる。

【００５２】このため、本実施の形態３では高電圧矩形
波パルサ３５を設け、この高電圧矩形波パルサ３５によ
り１／４λ電圧の矩形波パルス電圧をＱスイッチ素子５
に供給するように構成している。このときの矩形パルス
電圧の立ち上がりと立下がりの間隔は、図３及び図９に
示す実施の形態１及び２のパルスレーザ発振装置におけ
るマスタパルサ１３から送出する２個のトリガパルスの
間隔に対応させてある。かくして、Ｑスイッチ発振によ
り急激に立ち上がったパルスレーザ光のピークレベルで
キャビティダンプを行うことができる。

【００５３】かかるパルスレーザ発振装置１１において
は、高電圧矩形波パルサ３５から図１１（ａ）に示すよ
うな矩形波パルス電圧がＱスイッチ素子５に供給され
る。この矩形波パルス電圧の立ち上がり以降にＱスイッ
チ素子５を通過する光はＰ偏光となり共振器間で往復増
幅される。すなわち、Ｑスイッチ発振が起こり、共振器
間のレーザ光が一定時間の遅延の後、図１１（ｂ）（な
お、図中の点線はキャビティダンプがない場合の当該レ
ーザ光の波形である）に示すように立ち上がる。その
後、このレーザ光がピークに達した時点で上記矩形波パ
ルスを立ち下げる。この結果、Ｑスイッチ素子５から偏
光ビームスプリッタ６に供給されるレーザ光はＳ偏光と
なり偏光ビームスプリッタ６で外部に反射される。即
ち、キャビティダンプが起こり、図１１（ｃ）に示すよ
うな高ピーク値を持つ短パルス幅のＳ偏光であるパルス
レーザ光が外部に出力される。

【００５４】この場合には、高電圧矩形波パルサ３５か
らＱスイッチ素子５に供給する矩形パルスの立下がりを
緩やかにして共振器内のレーザ光をだ円偏光とすること
によって出力パルスレーザ光のパルス幅やピーク出力を
調整することができる。なお、レーザ加工装置の全体的
な構成については、上記実施の形態１と同様であるため
（図１参照）、ここでの説明及び図示は省略する。

【００５５】本実施の形態３においても、上記実施の形
態１と同様にパルスレーザ光１２のパルス幅を１０ｎｓ
程度に短くして加工対象に対する熱影響を少なくするこ
とができ、また、加工対象に合ったパルス幅やピーク出
力のパルスレーザ光１２によって加工できるため、これ
までに加工できなかった加工対象も加工できるようにな
り、更に熱影響の少ない・品質のよい加工が可能とな
る。

【００５６】また、本実施の形態３ではＱスイッチ素子
及びキャビティダンプ素子を一個の電気光学結晶（Ｑス
イッチ素子５）で形成し、この電気光学結晶に供給する
パルス電圧の立ち上がりでＱスイッチ発振を行わせると
ともに、その立ち下がりでキャビティダンプを行わせる
ように構成したため、上記実施の形態１と同様のＱスイ
ッチ発振と、それに続くキャビティダンプとを一個の電
気光学結晶で行うとができる。この結果、所定のＱスイ
ッチ発振機能及びキャビティダンプ機能を最小の素子数
で実現できるため、装置コストを低減することができ
る。

【００５７】＜実施の形態４＞図１２は本発明の実施の
形態４に係るパルスレーザ発振装置の構成図である。同
図に示すように、本実施の形態４に係るパルスレーザ発
振装置は、図１０に実施の形態３のパルスレーザ発振装
置１１に種光レーザ３６を追加したものである。出力パ
ルスレーザ光のスペクトル幅を可及的に狭くすること
は、当該パルスレーザ発振装置を露光装置の光源として
適用する場合や、波長変換装置に適用する場合に特に重
要な要件となる。かかる用途にも供し得るようするた
め、出力パルスレーザ光と同一の光路を用いて共振器内
に種光を入射し得るようにしたものが本実施の形態４の
パルスレーザ発振装置である。なお、レーザ加工装置の
全体的な構成については上記実施の形態１と同様である
ため（図１参照）、ここでの説明及び図示は省略する。

【００５８】図１２に示すように、本実施の形態４のパ
ルスレーザ発振装置１１は、種光となる連続波のスペク
トル幅の狭いレーザ光の入射機構、及び、当該パルスレ
ーザ発振装置の共振器間でこの種光レーザが共振を維持
するように共振器ミラーの間隔を維持、制御する機能を
追加したものである。入射機構は、種光となる連続波の
スペクトル幅の狭いレーザ光を出力する種光レーザ３
６、偏光ビームスプリッタ３７、ファラデローテータ３
８及び１／２λ板３９からなる。ここで、種光レーザ３
６は、種光となる連続波のスペクトル幅の狭いＳ偏光で
あるレーザ光を偏光ビームスプリッタ３７に向けて出力
する。偏光ビームスプリッタ３７はＳ偏光を共振器に向
けて反射する。ファラデローテータ３８及び１／２λ板
３９は入射レーザ光を所定の回転方向に４５°回転す
る。また、高反射率ミラー３４（高反射率ミラー３でも
良い）は共振器間隔制御装置２０でその位置を移動可能
に形成してあり、種光レーザ３６が共振を維持するよう
に高反射率ミラー３との間の距離を調整するように構成
してある。

【００５９】この結果、図１３（ａ）に示すように種光
レーザ３６から出力されたＳ偏光は偏光ビームスプリッ
タ３７で反射されて共振器に向かう。このＳ偏光はファ
ラデローテータ３８で４５°回転され、１／２λ板３９
で４５°逆方向に回転されてＳ偏光に戻され、偏光ビー
ムスプリッタ６で反射されて共振器内に入射される。一
方、偏光ビームスプリッタ６を介して共振器内から出射
したＳ偏光である出力パルスレーザ光は、図１３（ｂ）
に示すように１／２λ板３９で４５°、ファラデローテ
ータ３８で４５°回転されてＰ偏光となり偏光ビームス
プリッタ３７に入射するので、この偏光ビームスプリッ
タ３７を透過して外部に取り出される。このようにすれ
ば偏光ビームスプリッタ６，３７間の光路で種光と出力
パルスレーザ光との偏光方向が一致することはない。し
たがって、同一光路であっても２種類のレーザ光が相互
に干渉することはない。

【００６０】かかるパルスレーザ発振装置１１において
は、種光を共振器内に導入してレーザ発振を行っている
ので、その出力パルスレーザ光は種光の波長に規定され
る狭帯域のスペクトル幅をもつ良質のレーザ光となる。
しかも、このとき偏光ビームスプリッタ６の手前に直線
偏光のレーザ光の偏光方向を９０°回転させる１／２λ
板３９、偏光方向を４５°回転させるファラデローテー
タ３８と、もうひとつの偏光ビームスプリッタ３７から
なる光分離機構を出力パルスレーザ光の光路に配設して
いるので、種光及び出力パルスレーザ光の偏光状態を変
えることで両者が干渉しないように分離することができ
る。

【００６１】なお、本実施の形態４は、上記実施の形態
３のパルスレーザ発振装置に種光入射機構を追加したも
のであるが、これと全く同様の態様で上記実施の形態２
のパルスレーザ発振装置に種光入射機構を追加すること
もできる。即ち、１／２λ板３９を出た種光を偏光ビー
ムスプリッタ６を介して共振器内に取り込むようにすれ
ば良い。この場合には、本実施の形態４と全く同様に出
力パルスレーザ光と同軸の光路で種光を共振器内に導入
することができるとともに狭スペクトル幅の出力パルス
レーザ光を得ることができる。また、種光入射機構を上
記実施の形態１のパルスレーザ発振装置に追加すること
も勿論可能であり、このことにより狭スペクトル幅の出
力パルスレーザ光を得ることができる。但し、この場合
の種光の共振器内への入射は出力パルスレーザ光を出射
する偏光ビームスプリッタ３１とは別に設けられた偏光
ビームスプリッタ６を介して行われるので、種光と出力
パルスレーザ光とを同軸光路上で分離するための機構は
必要なくなる。

【００６２】また、上記実施の形態１乃至４においてＱ
スイッチ素子及びキャビティダンプ素子は電気光学結晶
で形成したが、同様の機能を実現し得るものであれば、
当然これらに代えて用いることができる。特に、Ｑスイ
ッチ素子としては音響光学素子を用いることもできる。
また、偏光ビームスプリッタ６，３１はＰ偏光を透過さ
せＳ偏光を反射するものを用いたが、このように限定す
る必要もない。Ｐ偏光を反射させＳ偏光を透過するもの
でも良い。要は、Ｑスイッチ発振とこれに続くキャビテ
ィダンプ動作を実現する構成となっていればよい。

【００６３】＜実施の形態５＞図１４は本発明の実施の
形態５に係るレーザ加工装置の要部構成図である。本実
施の形態５では波長変換素子を用いることにより、上記
実施の形態１，２，３又は４のパルスレーザ発振装置１
１から出力される基本波のパルスレーザ光を波長変換し
て所望の波長のパルスレーザ光を生成し、このパルスレ
ーザ光を加工対象のワークに照射して加工する。

【００６４】図１４（ａ）では、パルスレーザ発振装置
１１から出力された基本波となる波長１０６４ｎｍのパ
ルスレーザ光１２を、ＳＨＧ（second harmonic genera
tor)の波長変換素子として設けた非線形光学結晶素子５
１によって５３２ｎｍの波長に変換している。図１４
（ｂ）では、パルスレーザ発振装置１１から出力された
基本波となる波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光１２
を、非線形光学結晶素子５１によって５３２ｎｍの波長
に変換し、これを更にＴＨＧ（third harmonic generat
or) の波長変換素子として設けた非線形光学結晶素子５
２によって３５５ｎｍの波長に変換している。図１４
（ｃ）では、パルスレーザ発振装置１１から出力された
基本波となる波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光１２
を、非線形光学結晶素子５１によって５３２ｎｍの波長
に変換し、これを更にＦＨＧ（fourth harmonic genera
tor)の波長変換素子として設けた非線形光学結晶素子５
３によって２６６ｎｍの波長に変換している。これらの
他、図示は省略するが、波長変換素子（非線形光学結晶
素子）の組み合わせによって、その他の波長に変換する
こともできる。

【００６５】なお、５３２ｎｍの波長のパルスレーザ光
は光ファイバを光伝送手段として用いることができる
が、３５５ｎｍや２６６ｎｍの波長のパルスレーザ光の
場合には光ファイバでは損失が大きくて伝送できないた
め、図１４（ｂ），（ｃ）に示すようにレンズ５４で集
光し、ミラー５５で伝送する。光伝送手段の他、レーザ
加工装置の全体的な構成については上記実施の形態１と
同様であるため（図１参照）、ここでの説明及び図示は
省略する。

【００６６】本実施の形態５によれば、加工対象に応じ
た最適な波長のパルスレーザ光を得ることができるた
め、例えばＬＳＩメモリの製造などに用いられる露光装
置として適用できるなど、基本波のパルスレーザ光では
加工できなかった加工対象の加工もできるようになり、
多様な加工が可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明のレーザ加工装置は、パル
スレーザ発振装置を有し、このパルスレーザ発振装置か
ら出力したパルスレーザ光を光伝送手段で伝送して加工
対象のワークに照射することにより同ワークを加工する
ように構成したレーザ加工装置において、パルスレーザ
発振装置は、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及
びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有し
てパルスレーザ光を得る構成であって、レーザ媒質の両
側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してなる共振器間に
Ｑスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レ
ーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ
発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光の
ピークレベル近傍で、続けてキャビティダンプ素子を動
作させてキャビティダンプを行なわせることにより、共
振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り
出すように構成したことを特徴とする。

【００６８】従って、本発明によれば、Ｑスイッチ発振
により発振し、共振器で挟まれた空間（キャビティ）内
で往復増幅されながらキャビティ内に閉じ込められてい
るレーザ光が、十分大きくなった時点で、このレーザ光
をキャビティダンプにより瞬時に外部へ取り出すことが
できる。この結果、出力パルスレーザ光は例えば１０ｎ
ｍ程度の短パルス幅となる。このため、加工対象に対す
る熱影響を少なくすることができる。

【００６９】また、第２発明のレーザ加工装置は、第１
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子とキャビティダンプ素子をレーザ媒
質の両側に振り分けて配設する一方、Ｑスイッチ素子と
キャビティダンプ素子とのそれぞれに隣接させて偏光ビ
ームスプリッタを配設し、Ｑスイッチ発振により増幅さ
れたレーザ光をキャビティダンプして外部に出力するこ
とができるように構成したことを特徴とする。

【００７０】従って、本発明においては、Ｑスイッチが
動作していないときは、偏光ビームスプリッタで共振器
間でのレーザ光の往復を遮断する一方、Ｑスイッチの動
作により、共振器間でのレーザ光の往復増幅が行わせ、
このことによりキャビティに閉じ込められているレーザ
光が十分大きくなったときキャビティダンプ素子を動作
させてキャビティダンプにより共振器内のレーザ光を一
気に外部に取り出すことができる。この結果、上記第１
発明と同様の効果を奏する。

【００７１】また、第３発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子とキャビティダンプ素子とを何れも
電気光学結晶で形成したことを特徴とする。

【００７２】従って、本発明によれば、Ｑスイッチ発振
及びキャビティダンプは、何れも電気光学結晶への印加
電圧に比例して生じるレーザ光のＸ軸及びＹ軸方向成分
に生じる位相差を介して偏光状態を変化させることによ
り実現することができる。この結果、所定のＱスイッチ
発振機能及びキャビティダンプ機能を固体結晶で実現で
き、装置構成が容易になる。そして、加工対象に合った
パルス幅やピーク出力のパルスレーザ光によって加工で
きるため、これまでに加工できなかった加工対象も加工
できるようになり、更に熱影響の少ない・品質のよい加
工が可能となる。

【００７３】また、第４発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子を音響光学結晶で形成したことを特
徴とする。

【００７４】従って、本発明によれば、Ｑスイッチ発振
は、音響光学結晶により光軸を屈折させることにより実
現することができる。この結果、音響光学結晶を用いた
装置でも、上記第１発明及び第２発明の効果を奏するこ
とができる。

【００７５】また、第５発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも
狭い連続波レーザ光を放射する種光レーザを追加し、こ
の種光レーザが出力する種光を偏光ビームスプリッタで
共振器側に反射して取り込むように構成したことを特徴
とする。

【００７６】従って、本発明によれば、種光の入射によ
りスペクトル幅の狭い出力パルスレーザ光を得ることが
できる。この結果、特にスペクトル幅の狭いパルスレー
ザ光が要求される露光等の用途に適したものとなる。

【００７７】また、第６発明のレーザ加工装置は、第２
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、半導体レーザ励起固体レーザ装置であることを特徴
とする。

【００７８】従って、本発明によれば、従来技術におい
ては、特に高ピークレベルのパルスレーザ光が得られ難
かった半導体レーザ励起固体レーザ装置であっても、そ
の出力パルスのピークレベルを容易に所望の高ピークレ
ベルにすることができる。この結果、ハンドリングの容
易性等の多くの利点を活かして、アブレーション加工
等、半導体レーザ励起固体レーザ装置の更なる用途の拡
大を図ることができる。

【００７９】また、第７発明のレーザ加工装置は、第１
発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、Ｑスイッチ素子、キャビティダンプ素子及び偏光ビ
ームスプリッタをレーザ媒質の片側に配設する一方、Ｑ
スイッチ発振により増幅されたレーザ光をキャビティダ
ンプして外部に出力することができるように構成したこ
とを特徴とする。

【００８０】従って、本発明によれば、上記第２発明と
同様の機能を、１個の偏光ビームスプリッタで実現する
ことができる。この結果、上記第２発明の装置と同様の
効果を、１個の偏光ビームスプリッタで、即ち、少ない
数の素子で実現し得る。従って、その分、装置コストの
低廉化を図ることができる。

【００８１】また、第８発明のレーザ加工装置は、第１
発明又は第７発明の何れか一つに記載するレーザ加工装
置において、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子
とキャビティダンプ素子とを何れも電気光学結晶で形成
したことを特徴とする。

【００８２】従って、本発明によれば、Ｑスイッチ発振
及びキャビティダンプは、何れも電気光学結晶への印加
電圧に比例して生じるレーザ光のＸ軸及びＹ軸方向成分
に生じる位相差を介して偏光状態を変化させることによ
り実現することができる。この結果、所定のＱスイッチ
発振機能及びキャビティダンプ機能を固体結晶で実現で
き、装置構成が容易になる。

【００８３】また、第９発明のレーザ加工装置は、第１
発明又は第７発明の何れか一つに記載するレーザ加工装
置において、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子
を音響光学結晶で形成したことを特徴とする。

【００８４】従って、本発明によれば、Ｑスイッチ発振
は、音響光学結晶により光軸を屈折させることにより実
現することができる。この結果、音響光学結晶を用いた
装置でも、上記第１発明乃至第３発明の効果を奏するこ
とができる。

【００８５】また、第１０発明のレーザ加工装置は、第
１発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装
置は、Ｑスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を一個
の電気光学結晶で形成し、この電気光学結晶に供給する
パルス電圧の立ち上がりでＱスイッチ発振を行わせると
ともに、その立ち下がりでキャビティダンプを行わせる
ように構成したことを特徴とする。

【００８６】従って、本発明によれば、上記第１発明又
は第２発明と同様のＱスイッチ発振と、それに続くキャ
ビティダンプを一個の電気光学結晶で行わせることがで
きる。この結果、所定のキャビティダンプ発振機能及び
キャビティダンプ機能を最小限の素子数で実現でき、装
置コストは廉価なものとなる。

【００８７】また、第１１発明のレーザ加工装置は、第
８発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装
置は、キャビティダンプ素子に印加する電圧の大きさ、
又はこの電圧の立ち上がり時間を可変とすることによ
り、印加する電圧に対応して出力レーザ光のパルス幅を
調節することができるように構成したことを特徴とす
る。

【００８８】従って、本発明によれば、キャビティダン
プ素子により得るパルスレーザ光が楕円偏光となり、外
部にはそのうちの何れかの偏光成分が選択されて出力さ
れる。この結果、外部に取り出す偏光成分を印加電圧に
より調節して出力レーザ光のピーク値を調節することが
でき、加工対象に応じた最適なパルス幅及びピーク値を
有するレーザ光を容易に得ることができる。因みに、高
いピーク値のパルスレーザ光が要求される場合であって
も、これが高すぎるとワークにダメージを与えることが
あるため、これへの対策が必要とされる場合があるが、
このような場合にも対応することができる。

【００８９】また、第１２発明のレーザ加工装置は、第
１０発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振
装置は、キャビティダンプ素子に印加するパルス電圧の
立ち下がり時間を可変とすることにより、印加するパル
ス電圧に対応して出力レーザ光のパルス幅を調節するこ
とができるように構成したことを特徴とする。

【００９０】従って、本発明によれば、キャビティダン
プ素子により得るパルスレーザ光が楕円偏光となり、外
部にはそのうちの何れかの偏光成分が選択されて出力さ
れる。加工対象に合ったパルス幅やピーク出力のパルス
レーザ光によって加工できるため、これまでに加工でき
なかった加工対象も加工できるようになり、更に熱影響
の少ない・品質のよい加工が可能となる。

【００９１】また、第１３発明のレーザ加工装置は、第
１発明又は第７発明乃至第１２発明の何れか一つに記載
するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも
狭い連続波レーザ光を放射する種光レーザを追加し、こ
の種光レーザが出力する種光を偏光ビームスプリッタで
共振器側に反射して取り込むように構成したことを特徴
とする。

【００９２】従って、本発明によれば、種光の入射によ
りスペクトル幅の狭い出力パルスレーザ光を得ることが
できる。この結果、特にスペクトル幅の狭いレーザ光が
要求される露光等の加工に適したものとなる。

【００９３】また、第１４発明のレーザ加工装置は、第
１発明又は第７発明乃至第１３発明の何れかに一つに記
載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、半導体レーザ励起固体レーザ装置であることを特徴
とする。

【００９４】従って、本発明によれば、従来技術におい
ては、特に高ピークレベルのパルスレーザ光が得られ難
かった半導体レーザ励起固体レーザ装置であっても、そ
の出力パルスのピークレベルを容易に所望の高ピークレ
ベルにすることができる。この結果、ハンドリングの容
易性等の多くの利点を活かして、アブレーション加工
等、半導体レーザ励起固体レーザ装置の更なる用途の拡
大を図ることができる。

【００９５】また、第１５発明のレーザ加工装置は、第
１発明又は第７発明乃至第１４発明の何れかに一つに記
載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置
は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも
狭い連続波レーザ光を放射する種光レーザと、この種光
レーザが出力する種光を共振器側に反射する偏光ビーム
スプリッタと、この偏光ビームスプリッタで反射した種
光を所定角度回転するとともに、上記出力レーザ光が上
記偏光ビームスプリッタを介して外部に透過するように
この出力レーザ光も所定角度回転する光回転手段とを有
し、出力レーザ光と同一光路を介して種光を共振器内に
入射させることができるように構成したことを特徴とす
る。

【００９６】従って、本発明によれば、相互に反対方向
に向かう種光と出力レーザ光を光回転手段で所定角度そ
れぞれ回転することができ、しかもこの回転の結果種光
及び出力レーザ光が同一光軸上で相互に干渉しないよう
にすることができる。この結果、種光の入力のための光
路と出力レーザ光の出力のための光路とを兼用でき、最
も少ない素子構成で、種光をレーザ共振器内に導入する
ことができる。

【００９７】また、第１６発明のレーザ加工装置は、第
１５発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振
装置の光回転手段はファラデローテータ及び１／２波長
板で形成したことを特徴とする。

【００９８】従って、本発明によれば、相互に反対方向
に向かう種光と出力レーザ光をファラデローテータ及び
１／２波長板で所定角度それぞれ回転することができ、
しかもこの回転の結果種光及び出力レーザ光が同一光軸
上で相互に干渉しないようにすることができる。この結
果、種光の入力のための光路と出力レーザ光の出力のた
めの光路とを兼用でき、ファラデローテータ及び１／２
波長板という最も少ない素子構成で、種光をレーザ共振
器内に導入することができる。

【００９９】また、第１７発明のレーザ加工装置は、第
１発明乃至第１６発明の何れか一つに記載するレーザ加
工装置において、パルスレーザ発振装置から出力したパ
ルスレーザ光を１つ又は複数の波長変換素子で所定の波
長に変換し、この波長変換したパルスレーザ光を光伝送
手段で伝送して加工対象のワークに照射することにより
同ワークを加工するように構成したことを特徴とする。

【０１００】本発明によれば、波長変換素子による波長
変換によって所望の波長のパルスレーザ光が得られる。
この結果、加工対象に応じた最適な波長のパルスレーザ
光を得ることができるため、例えばＬＳＩメモリの製造
などに用いられる露光装置となるなど、基本波のパルス
レーザ光では加工できなかった加工対象の加工もできる
ようになり、多様な加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の
構成図である。

【図２】レーザ加工の状態を示す説明図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係るパルスレーザ発振
装置の構成図である。

【図４】前記パルスレーザ発振装置の各部の波形図であ
る。

【図５】図３に示すパルスレーザ発振装置のキャビティ
ダンプ素子に急峻に立ち上がる１／４λ電圧を印加した
場合の各部の波形を示す波形図である。

【図６】図３に示すパルスレーザ発振装置のキャビティ
ダンプ素子に急峻に立ち上がる１／４λ電圧未満の電圧
を印加した場合の各部の波形を示す波形図である。

【図７】図３に示す装置のキャビティダンプ素子に急峻
に立ち上がる１／４λ電圧未満の電圧を印加した場合の
各部の波形を示す波形図である。

【図８】キャビティダンプ素子に対する印加電圧を図５
（ａ）、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すようにした場
合のキャビティダンプ素子及び偏光ビームスプリッタ部
分における偏光の態様を概念的に示す説明図である。

【図９】本発明の実施の形態２に係るパルスレーザ発振
装置の構成図である。

【図１０】本発明の実施の形態３に係るパルスレーザ発
振装置の構成図である。

【図１１】図１０に示すパルスレーザ発振装置の各部の
波形を示す波形図である。

【図１２】本発明の実施の形態４に係るパルスレーザ発
振装置の構成図である。

【図１３】図１０に示すパルスレーザ発振装置における
レーザ光の偏光の態様を概念的に示しており、（ａ）は
その種光、（ｂ）はその出力パルスレーザ光の偏光を示
す説明図である。

【図１４】本発明の実施の形態５に係るレーザ加工装置
の要部構成図である。

【図１５】現状のパルスレーザ発振装置の構成図であ
る。

【図１６】図１５に示すパルスレーザ発振装置の各部の
波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１レーザ媒質２半導体レーザ３高反射率ミラー４部分反射ミラー５Ｑスイッチ素子６偏光ビームスプリッタ７１／４λ板８駆動電源９高電圧パルサ１１パルスレーザ発振装置１２パルスレーザ光１３入射光学系１４光ファイバ１５加工光学系１６ＸＹテーブル１７ワーク１８リアルタイムエンコーダ１９駆動装置２０コントローラ３０キャビティダンプ素子３１偏光ビームスプリッタ３２高電圧パルサ３３マスタパルサ３４高反射率ミラー３５高電圧矩形波パルサ３６種光レーザ３７偏光ビームスプリッタ３８ファラデローテータ３９１／２λ板４０共振器間隔制御装置５１，５２，５３波長変換素子（非線形光学結晶素
子）５４レンズ５５ミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルスレーザ発振装置を有し、このパル
スレーザ発振装置から出力したパルスレーザ光を光伝送
手段で伝送して加工対象のワークに照射することにより
同ワークを加工するように構成したレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、レーザ媒質、これを励起する
励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する
共振器を有してパルスレーザ光を得る構成であって、レ
ーザ媒質の両側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してな
る共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子
を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態
でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパル
スレーザ光のピークレベル近傍で、続けてキャビティダ
ンプ素子を動作させてキャビティダンプを行なわせるこ
とにより、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的
に外部に取り出すように構成したことを特徴とするレー
ザ加工装置。
【請求項２】請求項１に記載するレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子とキャビティ
ダンプ素子をレーザ媒質の両側に振り分けて配設する一
方、Ｑスイッチ素子とキャビティダンプ素子とのそれぞ
れに隣接させて偏光ビームスプリッタを配設し、Ｑスイ
ッチ発振により増幅されたレーザ光をキャビティダンプ
して外部に出力することができるように構成したことを
特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】請求項２に記載するレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子とキャビティ
ダンプ素子とを何れも電気光学結晶で形成したことを特
徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】請求項２に記載するレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子を音響光学結
晶で形成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】請求項２に記載するレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、当該発振装置の出力レーザ光
のスペクトル幅よりも狭い連続波レーザ光を放射する種
光レーザを追加し、この種光レーザが出力する種光を偏
光ビームスプリッタで共振器側に反射して取り込むよう
に構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】請求項２に記載するレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、半導体レーザ励起固体レーザ
装置であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】請求項１に記載するレーザ加工装置にお
いて、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子、キャビティ
ダンプ素子及び偏光ビームスプリッタをレーザ媒質の片
側に配設する一方、Ｑスイッチ発振により増幅されたレ
ーザ光をキャビティダンプして外部に出力することがで
きるように構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】請求項１又は請求項７の何れか一つに記
載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子とキャビティ
ダンプ素子とを何れも電気光学結晶で形成したことを特
徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】請求項１又は請求項７の何れか一つに記
載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子を音響光学結
晶で形成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】請求項１に記載するレーザ加工装置に
おいて、パルスレーザ発振装置は、Ｑスイッチ素子及びキャビテ
ィダンプ素子を一個の電気光学結晶で形成し、この電気
光学結晶に供給するパルス電圧の立ち上がりでＱスイッ
チ発振を行わせるとともに、その立ち下がりでキャビテ
ィダンプを行わせるように構成したことを特徴とするレ
ーザ加工装置。
【請求項１１】請求項８に記載するレーザ加工装置に
おいて、パルスレーザ発振装置は、キャビティダンプ素子に印加
する電圧の大きさ、又はこの電圧の立ち上がり時間を可
変とすることにより、印加する電圧に対応して出力レー
ザ光のパルス幅を調節することができるように構成した
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１２】請求項１０に記載するレーザ加工装置
において、パルスレーザ発振装置は、キャビティダンプ素子に印加
するパルス電圧の立ち下がり時間を可変とすることによ
り、印加するパルス電圧に対応して出力レーザ光のパル
ス幅を調節することができるように構成したことを特徴
とするレーザ加工装置。
【請求項１３】請求項１又は請求項７乃至請求項１２
の何れか一つに記載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置は、当該発振装置の出力レーザ光
のスペクトル幅よりも狭い連続波レーザ光を放射する種
光レーザを追加し、この種光レーザが出力する種光を偏
光ビームスプリッタで共振器側に反射して取り込むよう
に構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１４】請求項１又は請求項７乃至請求項１３
の何れかに一つに記載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置は、半導体レーザ励起固体レーザ
装置であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１５】請求項１又は請求項７乃至請求項１４
の何れかに一つに記載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置は、当該発振装置の出力レーザ光のスペクトル幅よりも狭い
連続波レーザ光を放射する種光レーザと、この種光レーザが出力する種光を共振器側に反射する偏
光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタで反射した種光を所定角度回
転するとともに、上記出力レーザ光が上記偏光ビームス
プリッタを介して外部に透過するようにこの出力レーザ
光も所定角度回転する光回転手段とを有し、出力レーザ光と同一光路を介して種光を共振器内に入射
させることができるように構成したことを特徴とするレ
ーザ加工装置。
【請求項１６】請求項１５に記載するレーザ加工装置
において、パルスレーザ発振装置の光回転手段はファラデローテー
タ及び１／２波長板で形成したことを特徴とするレーザ
加工装置。
【請求項１７】請求項１乃至請求項１６の何れか一つ
に記載するレーザ加工装置において、パルスレーザ発振装置から出力したパルスレーザ光を１
つ又は複数の波長変換素子で所定の波長に変換し、この
波長変換したパルスレーザ光を光伝送手段で伝送して加
工対象のワークに照射することにより同ワークを加工す
るように構成したことを特徴とするレーザ加工装置。