JP2008049393A - Laser beam machining apparatus and method - Google Patents

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芳夫 早崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus or the like capable of greatly increasing accuracy of output light while making it precisely controllable. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus irradiates a target machining substance with an ultra-short pulsed laser beam and machines the substance with the energy of the ultra-short pulsed laser beam. The apparatus includes a laser light source for outputting the ultra-short pulsed laser beam, a spacial light modulation element that modulates the ultra-short pulsed laser beam radiated from the laser light source into a spacial arbitrary shape, and a multiple photon absorption detector having sensitivity in the wavelength of optical energy that is generated by multiple photon absorption produced at each point of the modulated ultra-short pulsed laser beam, wherein the spacial light modulation element makes modulation possible of the ultra-short pulsed laser beam on the basis of the detection by the multiple photon absorption detector. Accordingly, the output light presently obtained in the laser beam machining apparatus is detected by the multiple photon absorption detector, on which the spacial light modulation element can be controlled; therefore, machining with an extremely high accuracy is made possible in which design-oriented errors are adjusted. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、より詳しくは、極超短パルスレーザ光を使用し、加工対象物質を精密に加工可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method, and more particularly to a laser processing apparatus and a laser processing method capable of precisely processing a material to be processed using an ultra-short pulse laser beam.

極超短パルスレーザであるフェムト秒パルスレーザは、多光子吸収過程によって透明物質内部にサブミクロンサイズの微細加工を可能にする。また、エネルギー注入時の熱拡散に要する時間に比べてレーザ光のパルス幅が非常に短いため、加工部周辺への熱損傷が少ない。したがってフェムト秒パルスレーザ加工は、3次元構造を有する新デバイスの作製に利用されている。しかしながら、一般的に3次元デバイスの作製は、膨大な数の加工点を必要とするため、全体の加工を行うのに時間を要する。そこで本発明者らは、該フェムト秒パルスレーザによる加工時間を短縮するため、ホログラム等の光学素子を用いてレーザ光を複数に分割し、同時並列に加工を行う並列加工方法を開発した(特許文献1)。具体的には、空間光変調素子に計算機ホログラムを表示し、フェムト秒レーザパルスを空間的に整形し、加工対象に照射することによる可変並列の加工を実現した。ここで空間光変調素子に表示される、光の強度分布の変換機能やビームを複数本に分岐する機能を有する光学素子は、コンピュータ等の計算機で事前に設計される。   A femtosecond pulse laser, which is an ultra-short pulse laser, enables submicron-size microfabrication inside a transparent material through a multiphoton absorption process. Further, since the pulse width of the laser beam is very short compared to the time required for thermal diffusion at the time of energy injection, there is little thermal damage to the periphery of the processed part. Therefore, the femtosecond pulse laser processing is used for manufacturing a new device having a three-dimensional structure. However, in general, manufacturing a three-dimensional device requires an enormous number of processing points, so that it takes time to perform the entire processing. Therefore, the present inventors have developed a parallel processing method in which laser light is divided into a plurality of parts using an optical element such as a hologram and processed in parallel in order to shorten the processing time by the femtosecond pulse laser (patent) Reference 1). Specifically, variable parallel processing was realized by displaying a computer generated hologram on the spatial light modulator, spatially shaping femtosecond laser pulses, and irradiating the object to be processed. Here, the optical element having the function of converting the intensity distribution of light and the function of branching the beam into a plurality of beams displayed on the spatial light modulator is designed in advance by a computer such as a computer.

ところで、ホログラムをはじめとする光学素子の計算機による設計において、光学素子の出力は計算機の中で再生され、その計算機の再生結果を基に、光学素子を再設計して、それを繰り返しながら、所望の出力像に対して誤差が小さくなるまで計算を繰り返し、光学素子を最適化する。したがって、最終的に得られた出力の多数のビームの出力分布は、計算機中では、高い性能が得られている。なぜなら、設計過程の中で、光源の特性や、空間変調素子の特性、光学系の特性を考慮に入れて設計されるからである。   By the way, in the design of optical elements such as holograms by computer, the output of the optical element is reproduced in the computer. Based on the reproduction result of the computer, the optical element is redesigned and repeated as desired. The calculation is repeated until the error becomes smaller with respect to the output image, and the optical element is optimized. Therefore, the power distribution of a large number of beams finally obtained has high performance in the computer. This is because, in the design process, the light source, the characteristics of the spatial modulation element, and the characteristics of the optical system are taken into consideration.

しかしながら、なおも理想とする光学系に対し、実際の光学系の像から生まれる出力像の劣化は避けられなかった。なぜなら、ホログラムの不十分な設計に加えて、レーザのコヒーレンス、レーザ空間的な強度のばらつき、空間光変調素子の特性の空間的なばらつき、空間光変調素子の入力信号や位相変調特性の非線形性、空間光変調素子の階級数の特性、さらには、光学素子上の微少な傷やゴミ等光学系の理想状態からのずれをコンピュータの中で十分には表現しきれないからである。したがって、コンピュータ内で設計された高い性能を有する光学素子を空間光変調素子に表示した時、コンピュータ内で計算された出力に対して、実際の光学系で得られた出力には誤差が生じる。   However, the deterioration of the output image produced from the image of the actual optical system is unavoidable compared to the ideal optical system. This is because, in addition to insufficient design of holograms, laser coherence, laser spatial intensity variations, spatial light modulator element spatial variations, spatial light modulator input signals and nonlinearity of phase modulation characteristics This is because the characteristics of the class number of the spatial light modulation element and the deviation from the ideal state of the optical system such as minute scratches and dust on the optical element cannot be fully expressed in the computer. Therefore, when an optical element having high performance designed in the computer is displayed on the spatial light modulation element, an error occurs in the output obtained in the actual optical system with respect to the output calculated in the computer.

具体的に、1光子吸収の少ない透明材料、例えば、ガラスやポリマーのような多光子吸収が発生する材料における誤差は顕著である。超短パルスレーザの引き起こす反応では、2光子以上を同時に吸収する多光子吸収が支配的になるため、その誤差は、さらに増大する。   Specifically, errors in a transparent material with little one-photon absorption, such as a material that generates multiphoton absorption such as glass or polymer, are significant. In the reaction caused by the ultrashort pulse laser, the multiphoton absorption that simultaneously absorbs two or more photons becomes dominant, and the error further increases.

一方、設計上の誤差を補正するため、実際の出力光のデータをフィードバックさせレーザ光の出力を修正する機構が組み込まれたレーザ集光装置等が開発されている(特許文献2)。このレーザ集光装置101は、図12に示すように、複数のレーザ光源102と、各レーザ光源102から出力されたそれぞれのレーザ光Lの波面を補正するために各レーザ光Lを変調する反射型空間光変調器(SLM)111と、反射型空間光変調器111から出力された各レーザ光Lを集光する集光レンズ112とを備える。シリンドリカルレンズアレイ103、104とSLM111との間には、レーザ光軸に対して45°傾けられたビームスプリッタ105が配置されており、このビームスプリッタ105によって直角に曲げられた分岐レーザ光Lの光軸上に波面検出器であるシャックハルトマンセンサ106が配置されている。シャックハルトマンセンサ106は、図12に示すように、マイクロレンズアレイ107と、CCDカメラ109とから構成されている。さらに、シャックハルトマンセンサ106は、SLMコントローラ110に接続されている。   On the other hand, in order to correct a design error, a laser condensing device in which a mechanism for correcting the output of laser light by feeding back data of actual output light has been developed (Patent Document 2). As shown in FIG. 12, the laser condensing device 101 includes a plurality of laser light sources 102 and reflections that modulate each laser light L in order to correct the wavefront of each laser light L output from each laser light source 102. A spatial light modulator (SLM) 111 and a condenser lens 112 that condenses each laser light L output from the reflective spatial light modulator 111 are provided. Between the cylindrical lens arrays 103 and 104 and the SLM 111, a beam splitter 105 inclined by 45 ° with respect to the laser optical axis is disposed, and the light of the branched laser light L bent at a right angle by the beam splitter 105. A Shack-Hartmann sensor 106, which is a wavefront detector, is disposed on the axis. As shown in FIG. 12, the Shack-Hartmann sensor 106 includes a microlens array 107 and a CCD camera 109. Further, the Shack-Hartmann sensor 106 is connected to the SLM controller 110.

また図13(a)は、LDアレイ102から出力されたレーザ光Lとマイクロレンズアレイ107との関係を説明する説明図、(b)はマイクロレンズアレイ107の一部を拡大した拡大図である。図13(a)に示すように、シリンドリカルレンズアレイ103、104によってコリメートされた各レーザ光Lは、分離された状態でマイクロレンズアレイ107に到達し、図13(b)に示すようにマイクロレンズアレイ107の各レンズ素子108に入射されてそれぞれ集光される。なお、図13(b)からも分かるように、それぞれのレーザ光Lはマイクロレンズアレイ107のそれぞれのレンズ素子108に対応する。そして、各レンズ素子108によって集光された各レーザ光Lの焦点位置のずれが各レーザ光Lの波面の歪みに比例することを利用して、各レーザ光Lの波面の歪みを検出している。このように、反射型空間光変調器111によって波面を揃えたレーザ光を集光レンズで集光するので、集光スポットが小さく、かつエネルギー密度が高いレーザ光が得られる。
特開2006−68762号公報 特開2001−228449号公報
FIG. 13A is an explanatory diagram for explaining the relationship between the laser light L output from the LD array 102 and the microlens array 107, and FIG. 13B is an enlarged view of a part of the microlens array 107. . As shown in FIG. 13A, the laser beams L collimated by the cylindrical lens arrays 103 and 104 reach the microlens array 107 in a separated state, and as shown in FIG. The light is incident on each lens element 108 of the array 107 and collected. As can be seen from FIG. 13B, each laser beam L corresponds to each lens element 108 of the microlens array 107. Then, by utilizing the fact that the shift of the focal position of each laser beam L collected by each lens element 108 is proportional to the distortion of the wavefront of each laser beam L, the distortion of the wavefront of each laser beam L is detected. Yes. As described above, since the laser beam having the same wavefront is collected by the condensing lens by the reflective spatial light modulator 111, a laser beam having a small condensing spot and a high energy density can be obtained.
JP 2006-68762 A JP 2001-228449 A

しかしながら、この装置で用いられる光検出器は、1光子吸収で光強度の測定のみを行っており、この装置では多光子吸収に基づく正確な検出値を得ることは困難であった。なぜなら、1光子吸収を検知する光検出器では、レーザの波長の光に感度を有しており、その検出値はレーザ光の平均的な強度に比例する。そのため、レーザ加工では、照射エネルギーとパルス形状に依存する瞬間的な光強度が関係するが、1光子吸収を検知する光検出器では、瞬間的な光強度を検出できない。すなわち、1光子吸収では、その検出値は、レーザパルス幅にほとんど関係しないが、多光子吸収では、パルス幅に大きく変化する。このように、1光子吸収と多光子吸収の検出値には差があるため、特許文献2に記載の1光子吸収をメインに検知する光検出器では、多光子吸収を検知し難いという問題があった。   However, the photodetector used in this apparatus only measures the light intensity with one-photon absorption, and it is difficult to obtain an accurate detection value based on multi-photon absorption with this apparatus. This is because a photodetector that detects one-photon absorption has sensitivity to light of the wavelength of the laser, and the detected value is proportional to the average intensity of the laser light. For this reason, in laser processing, the instantaneous light intensity that depends on the irradiation energy and the pulse shape is related, but the photodetector that detects the one-photon absorption cannot detect the instantaneous light intensity. That is, in the case of one-photon absorption, the detected value is hardly related to the laser pulse width, but in multi-photon absorption, the detection value changes greatly. Thus, since there is a difference between the detection values of the one-photon absorption and the multi-photon absorption, the photodetector that mainly detects the one-photon absorption described in Patent Document 2 has a problem that it is difficult to detect the multi-photon absorption. there were.

一般的に、2光子吸収は、1光子吸収よりも発生する確率が低いので、特許文献2の装置で用いられているような、レーザーの波長に感度を有する1光子吸収がメインの光検出器では、2光子吸収に基づく検出値を得ることは難しい。また、1光子吸収と比べて、多光子吸収におけるレーザ光のエネルギー量は、光軸方向の位置により大きく異なる。さらに極超短パルスレーザのような瞬間的に強いエネルギーを有していると、レーザパルスの集光する位置は、幾可光学的な光の集光する位置とは異なるようになる。したがって集光位置におけるエネルギーを測定するためには、カメラ等の光検出器の設置位置が極めて重要になる。   In general, since two-photon absorption is less likely to occur than one-photon absorption, one-photon absorption that is sensitive to the wavelength of the laser as used in the apparatus of Patent Document 2 is the main photodetector. Then, it is difficult to obtain a detection value based on two-photon absorption. Compared with single-photon absorption, the energy amount of laser light in multiphoton absorption varies greatly depending on the position in the optical axis direction. Furthermore, when the laser beam has an instantaneously strong energy such as an ultra-short pulse laser, the position where the laser pulse is focused becomes different from the position where the optical light is focused. Therefore, in order to measure the energy at the condensing position, the installation position of the photo detector such as a camera is extremely important.

1光子吸収の少ない透明材料、例えば、ガラスやポリマー等で生じる多光子吸収の大きさを測定するためには、1光子吸収がメインとなる一般的なCCD(charge-coupled device)カメラやCMOS(complementary metal-oxide semiconductor)カメラを使用できないという問題があった。このため、多光子吸収の生じるレーザ加工において、空間光変調素子上の位相や偏光、強度をどのように変調するか、誤差を考慮した上で正確に設計することは極めて困難であった。   In order to measure the magnitude of multiphoton absorption that occurs in transparent materials with low one-photon absorption, such as glass and polymers, general CCD (charge-coupled device) cameras and CMOS ( complementary metal-oxide semiconductor) There was a problem that the camera could not be used. For this reason, it has been extremely difficult to design accurately in consideration of errors in how to modulate the phase, polarization, and intensity on the spatial light modulation element in laser processing in which multiphoton absorption occurs.

本発明は、従来のこのような問題点を解消するためになされたものである。本発明の目的は、多光子吸収が発生するレーザ加工においても、現実に得られる出力光に応じた制御を行うことで出力光をより高精度とできるレーザ加工装置と加工方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the conventional problems. An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a processing method capable of making output light more accurate by performing control according to output light actually obtained even in laser processing in which multiphoton absorption occurs. is there.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記の目的を達成するために、本発明の第1のレーザ加工装置は、極超短パルスレーザ光を加工対象物質に照射し、極超短パルスレーザ光のエネルギーで加工対象物質に加工を行うレーザ加工装置であって、極超短パルスレーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から放射される極超短パルスレーザ光を、前記加工対象物質の置かれる場所において空間的な任意の形状に成形する空間光変調素子と、成形された極超短パルスレーザ光の各点で生じる多光子吸収を検出する多光子吸収検出器と、多光子吸収検出器での検出結果に基づき、空間光変調素子を制御して、極超短パルスレーザ光を変調可能としている。これにより、レーザ加工装置で現に得られる出力光を多光子吸収検出器で検出し、これに基づいて空間光変調素子を制御できるので、設計上の誤差を調整した極めて高精度な加工が可能となる。   In order to achieve the above object, the first laser processing apparatus of the present invention irradiates a material to be processed with an ultra-short pulse laser beam and processes the material to be processed with the energy of the ultra-short pulse laser beam. A laser processing apparatus, comprising: a laser light source that outputs an ultra-short pulse laser beam; and an ultra-short pulse laser beam emitted from the laser light source into an arbitrary spatial shape at a place where the material to be processed is placed Spatial light modulation element based on the detection result of the multi-photon absorption detector that detects the multi-photon absorption that occurs at each point of the molded ultra-short pulse laser light The element can be controlled to modulate ultra-short pulse laser light. As a result, the output light actually obtained by the laser processing device can be detected by the multiphoton absorption detector, and the spatial light modulation element can be controlled based on the detected output light, enabling extremely high-precision processing with adjustment of design errors. Become.

また、本発明の第2のレーザ加工装置は、多光子吸収検出器が、レーザ光源の波長には実質的に感度がなく、レーザ光源の波長より短波長領域に感度を有することができる。これにより、レーザ光源の波長によらず、多光子吸収等で波長変換された光のみを多光子吸収検出器で効率よく検出できる。   In the second laser processing apparatus of the present invention, the multiphoton absorption detector is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source and can have sensitivity in a shorter wavelength region than the wavelength of the laser light source. Accordingly, only the light whose wavelength is converted by multiphoton absorption or the like can be efficiently detected by the multiphoton absorption detector regardless of the wavelength of the laser light source.

また、本発明の第3のレーザ加工装置は、多光子吸収検出器が、成形された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収により電子像を生成する光電面と、光電面から放出された電子像が結像される結像素子とを備えることができる。これにより、光電面とCCDの2層構造で精度良く多光子吸収を検出可能な多光子吸収検出器が実現できる。   Further, according to the third laser processing apparatus of the present invention, the multiphoton absorption detector includes a photocathode that generates an electron image by multiphoton absorption generated at each point of the formed ultrashort pulse laser beam, and a photocathode. And an imaging element on which the emitted electron image is formed. As a result, a multiphoton absorption detector capable of accurately detecting multiphoton absorption with a two-layer structure of a photocathode and a CCD can be realized.

また、本発明の第4のレーザ加工装置は、多光子吸収検出器が、成形された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収により電子像を生成する光電面と、光電面から放出された電子像が照射される蛍光体と、蛍光体が電子像により励起されて発生した蛍光像を検出する蛍光像検出手段と、を備えることができる。これにより、光電面と蛍光体と蛍光像検出手段の3層構造で、さらに高精度に多光子吸収を検出可能な多光子吸収検出器が実現できる。   Further, the fourth laser processing apparatus of the present invention includes a photocathode in which a multiphoton absorption detector generates an electron image by multiphoton absorption generated at each point of the formed ultrashort pulse laser beam, and a photocathode. A phosphor that is irradiated with the emitted electron image, and a fluorescence image detecting unit that detects a fluorescence image generated when the phosphor is excited by the electron image can be provided. As a result, a multiphoton absorption detector capable of detecting multiphoton absorption with higher accuracy can be realized with the three-layer structure of the photocathode, the phosphor, and the fluorescent image detection means.

また、本発明の第5のレーザ加工装置は、光電面がレーザ光源の波長に実質的に感度がなく、レーザ光源の波長よりも短波長領域に高い感度を有するものとできる。これにより、多光子吸収のみを検出する高精度な多光子吸収検出器が実現できる。   In the fifth laser processing apparatus of the present invention, the photocathode is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source and has higher sensitivity in a shorter wavelength region than the wavelength of the laser light source. Thereby, the highly accurate multiphoton absorption detector which detects only multiphoton absorption is realizable.

また、本発明の第6のレーザ加工装置は、光電面がGaAsPで構成できる。これにより、レーザ光を選択的に多光子吸収検出器に入射させることができる。   In the sixth laser processing apparatus of the present invention, the photocathode can be made of GaAsP. Thereby, the laser beam can be selectively incident on the multiphoton absorption detector.

また、本発明の第7のレーザ加工装置は、多光子吸収検出器が、レーザ光源の波長には実質的に感度がなく、レーザ光源の波長の略1/2の波長を含む波長領域に高い感度を有する蛍光体と、レーザ光源の波長の光を遮断し、蛍光体が多光子吸収により励起されて発生した蛍光像を透過するフィルタと、フィルタを透過した蛍光像を結像するレンズと、レンズにより結像された蛍光像を検出する蛍光像検出手段とを備えることができる。これにより、蛍光体とフィルタ、蛍光像検出手段の組み合わせによって光信号を精度良く電気信号に変換できる。   In the seventh laser processing apparatus of the present invention, the multiphoton absorption detector is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source and is high in a wavelength region including approximately half the wavelength of the laser light source. A fluorescent material having sensitivity, a filter that blocks light having a wavelength of the laser light source, and transmits a fluorescent image generated when the fluorescent material is excited by multiphoton absorption; a lens that forms a fluorescent image that has passed through the filter; And a fluorescent image detecting means for detecting a fluorescent image formed by the lens. Thereby, an optical signal can be converted into an electrical signal with high accuracy by a combination of the phosphor, the filter, and the fluorescence image detecting means.

また、本発明の第8のレーザ加工装置は、多光子吸収検出器は光軸方向に移動可能な駆動系を有しており、多光子吸収検出器での検出結果に応じて多光子吸収検出器の光軸方向の位置を駆動系で制御可能とできる。これにより、多光子吸収を最適な位置で検出できるよう駆動系で調整できる。   In the eighth laser processing apparatus of the present invention, the multiphoton absorption detector has a drive system that can move in the optical axis direction, and multiphoton absorption detection is performed according to the detection result of the multiphoton absorption detector. The position in the optical axis direction of the device can be controlled by the drive system. Thereby, it can be adjusted by the drive system so that multiphoton absorption can be detected at an optimum position.

また、本発明の第9のレーザ加工方法は、極超短パルスレーザ光を加工対象物質に照射し、極超短パルスレーザ光のエネルギーで加工対象物質に加工を行うレーザ加工方法であって、レーザ光源から出力される極超短パルスレーザ光を、前記加工対象物質の置かれる場所において空間光変調素子により空間的な任意の形状に成形する工程と、成形された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程と、多光子吸収検出器での検出結果により、空間光変調素子を制御して、極超短パルスレーザ光を変調する工程とを含むことができる。これにより、レーザ加工装置で現に得られる出力光を多光子吸収検出器で検出し、これに基づいて空間光変調素子を制御できるので、設計上の誤差を調整した極めて高精度な加工が可能となる。   The ninth laser processing method of the present invention is a laser processing method for irradiating a material to be processed with ultra-short pulse laser light and processing the material to be processed with the energy of ultra-short pulse laser light, A step of forming an ultra-short pulse laser beam output from a laser light source into a spatial arbitrary shape by a spatial light modulator at a place where the material to be processed is placed, and a step of forming the ultra-short pulse laser beam thus formed A step of detecting multiphoton absorption occurring at each point with a multiphoton absorption detector, and a step of modulating the ultrashort pulse laser light by controlling the spatial light modulation element according to the detection result of the multiphoton absorption detector; Can be included. As a result, the output light actually obtained by the laser processing device can be detected by the multiphoton absorption detector, and the spatial light modulation element can be controlled based on the detected output light, enabling extremely high-precision processing with adjustment of design errors. Become.

また、本発明の第10のレーザ加工方法は、極超短パルスレーザ光を加工対象物質に照射し、極超短パルスレーザ光のエネルギーで加工対象物質に加工を行うレーザ加工方法であって、レーザ光源から放射された極超短パルスレーザ光を空間光変調素子により空間的な任意の形状に成形する工程と、成形された複数の極超短パルスレーザ光をビームスプリッタにより切り出す工程と、該ビームスプリッタにより切り出された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程と、多光子吸収検出器での検出結果により、空間光変調素子を制御して、極超短パルスレーザ光を変調する工程とを含むことができる。これにより、ビームスプリッタで途中の光を検出できるので、リアルタイムのフィードバック制御等に適した空間光変調素子の制御システムを構築できる。   The tenth laser processing method of the present invention is a laser processing method for irradiating a material to be processed with ultra-short pulse laser light and processing the material to be processed with the energy of ultra-short pulse laser light, A step of shaping an ultra-short pulse laser beam emitted from a laser light source into a spatial arbitrary shape by a spatial light modulator; a step of cutting out a plurality of shaped ultra-short pulse laser beams by a beam splitter; The spatial light modulator is controlled according to the process of detecting the multiphoton absorption generated at each point of the ultra-short pulse laser beam extracted by the beam splitter with the multiphoton absorption detector and the detection result of the multiphoton absorption detector. And a step of modulating the ultra-short pulse laser beam. Thereby, light in the middle can be detected by the beam splitter, so that a control system for a spatial light modulation element suitable for real-time feedback control or the like can be constructed.

また、本発明の第11のレーザ加工方法は、多光子吸収検出器は光電面と蛍光像検出手段とから構成されており、多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程において、光電面により、多光子吸収により電子像を生成する工程と、光電面から放出された電子像を蛍光像検出手段に打ち込む工程とを含むことができる。これにより、光電面と蛍光像検出手段の2層構造で精度良く多光子吸収を検出可能な多光子吸収検出器が実現できる。   In the eleventh laser processing method of the present invention, the multiphoton absorption detector comprises a photocathode and a fluorescence image detecting means, and in the step of detecting multiphoton absorption by the multiphoton absorption detector, the photocathode Thus, a step of generating an electron image by multiphoton absorption and a step of driving the electron image emitted from the photocathode into the fluorescence image detecting means can be included. As a result, a multiphoton absorption detector capable of accurately detecting multiphoton absorption with a two-layer structure of the photocathode and the fluorescence image detecting means can be realized.

また、本発明の第12のレーザ加工方法は、多光子吸収検出器は光電面と蛍光体と蛍光像検出手段とから構成されており、多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程において、光電面において多光子吸収により電子像を生成する工程と、光電面から放出された電子像を蛍光体に照射し、蛍光体を励起させる工程と、励起され発光した蛍光像を蛍光像検出手段により検出する工程を含むことができる。これにより、光電面と蛍光体と画像検出器の3層構造で、さらに高精度に多光子吸収を検出可能な多光子吸収検出器が実現できる。   In the twelfth laser processing method of the present invention, the multiphoton absorption detector is composed of a photocathode, a phosphor, and a fluorescent image detection means. In the step of detecting multiphoton absorption with the multiphoton absorption detector, A step of generating an electron image by multiphoton absorption on the photocathode, a step of irradiating the phosphor with the electron image emitted from the photocathode and exciting the phosphor, and a fluorescence image detecting means for detecting the excited and emitted fluorescence image The step of detecting can be included. Thereby, a multi-photon absorption detector capable of detecting multi-photon absorption with higher accuracy can be realized with a three-layer structure of a photocathode, a phosphor and an image detector.

また、本発明の第13のレーザ加工方法は、多光子吸収検出器は、レーザ光源の波長には実質的に感度がなく、レーザ光源の波長の1/2の波長を含む波長領域に感度を有する蛍光体と、レーザ光源の波長の光を遮断し、励起された蛍光像のみを透過させるフィルタと、蛍光像を結像するレンズと、蛍光像を検出する蛍光像検出手段と、を備えており、多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程において、成形された極超短パルスレーザ光を蛍光体に照射させ、蛍光体を励起させる工程と、フィルタによって、蛍光体によって吸収されなかったレーザ光源の波長の光を遮断し、励起された蛍光像のみを透過させる工程と、励起された蛍光像をレンズにより結像する工程と、蛍光像検出手段により結像された蛍光像を検出する工程を含むことができる。これにより、蛍光体とフィルタ、蛍光像検出手段の組み合わせによって光信号を精度良く電気信号に変換できる。   In the thirteenth laser processing method of the present invention, the multiphoton absorption detector is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source, and is sensitive to a wavelength region including half the wavelength of the laser light source. A fluorescent material, a filter that blocks light of the wavelength of the laser light source and transmits only the excited fluorescent image, a lens that forms the fluorescent image, and a fluorescent image detection means that detects the fluorescent image. In the step of detecting multiphoton absorption with a multiphoton absorption detector, the step of irradiating the phosphor with the formed ultra-short pulse laser light to excite the phosphor and the filter are not absorbed by the phosphor. The step of blocking the light of the wavelength of the laser light source and transmitting only the excited fluorescence image, the step of forming the excited fluorescence image with the lens, and the fluorescence image formed by the fluorescence image detecting means are detected. Including the process of Can. Thereby, an optical signal can be converted into an electrical signal with high accuracy by a combination of the phosphor, the filter, and the fluorescence image detecting means.

また、本発明の第14のレーザ加工方法は、多光子吸収検出器での検出結果により、多光子吸収検出器の位置を制御することを特徴とする。これにより、多光子吸収を最適な位置で検出できるよう駆動系で調整できる。   The fourteenth laser processing method of the present invention is characterized in that the position of the multiphoton absorption detector is controlled based on the detection result of the multiphoton absorption detector. Thereby, it can be adjusted by the drive system so that multiphoton absorption can be detected at an optimum position.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための、レーザ加工装置及びレーザ加工方法を例示するものであって、本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a laser processing apparatus and a laser processing method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention describes the laser processing apparatus and the laser processing method as follows. Not specific to anything. Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the embodiments are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is appended to the members shown. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.

また、実際のレーザ加工装置におけるレーザ光の入射ビーム角度は、図面上で表現されている角度と必ずしも同一とは限らない。即ち、入射ビームの角度は空間光変調素子の厚み等により生じる空間分解能や回折効率の低下を無視できるよう、ある特定の角度をもって入射されることもあるが、図面には便宜上その光学素子の構成位置を略して記しているのであって、入射ビームの角度を忠実に表現したものではない。   Further, the incident beam angle of laser light in an actual laser processing apparatus is not necessarily the same as the angle represented on the drawing. That is, the incident beam angle may be incident at a specific angle so that the reduction in spatial resolution and diffraction efficiency caused by the thickness of the spatial light modulation element can be ignored. The position is abbreviated and is not a faithful representation of the angle of the incident beam.

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、極超短パルスレーザ光を複数の集光スポットに集光して加工対象物質に照射し、極超短パルスレーザ光のエネルギーで加工対象物質の特定の部位を加工することができる。なおレーザ加工装置及びレーザ加工方法とは、超短パルスレーザによる加工に用途を限定する趣旨でなく、レーザ照射による反応等も含めて、ここでは加工と呼ぶ。   The laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention condense an ultra-short pulse laser beam to a plurality of focused spots and irradiate the material to be processed, and specify the target material by the energy of the ultra-short pulse laser beam. Can be processed. Note that the laser processing apparatus and the laser processing method are not intended to limit the application to processing by an ultrashort pulse laser, but are also referred to as processing here including a reaction by laser irradiation and the like.

極超短パルスレーザとして、典型的にはフェムト秒パルスレーザが利用できる。フェムト秒パルスレーザは、1パルスの時間幅が、1×10-15〜1000×10-15秒と極めて短いパルス幅のレーザである。ただし、本発明は、1パルスの時間幅が100×10-12sec以下であって、30×10-15秒以上とする極超短パルスレーザも使用できる。このように、パルス幅の短い極超短パルスレーザは、エネルギーを極小時間に集中して照射するので単位時間のエネルギーが極めて大きい。このレーザは、集光スポットまでは加工対象物質の表面から内部まで透過する。この領域ではレーザが多光子吸収を起こすほどのエネルギー密度になっていない。集光スポットにおいては、レーザエネルギー密度が極めて大きいので、多光子吸収によって加工対象物質に効率よく吸収される。 As the ultra-short pulse laser, a femtosecond pulse laser can be typically used. The femtosecond pulse laser is a laser having a very short pulse width of 1 × 10 −15 to 1000 × 10 −15 seconds. However, the present invention can also use an ultra-short pulse laser in which the time width of one pulse is 100 × 10 −12 sec or less and 30 × 10 −15 sec or more. As described above, the ultra-short pulse laser with a short pulse width irradiates the energy concentrated in the minimum time, so that the energy per unit time is extremely large. This laser is transmitted from the surface to the inside of the material to be processed up to the focused spot. In this region, the energy density is not high enough for the laser to cause multiphoton absorption. In the focused spot, the laser energy density is extremely high, so that it is efficiently absorbed by the material to be processed by multiphoton absorption.

ところで、光に対する物質の吸収率や屈折率は通常は定数であるが、光が強くなると光強度によって変化するようになる。具体的には弱い光に対しては透明な場合でも、強い光に対しては必ず吸収が起こるようになる。これは光を光子(フォトン)の集りと見た場合、複数個の光子が同時に吸収される多光子吸収として説明される。このとき、物質は高いエネルギー状態に励起されるだけでなく、イオン化や分子の解離等の物質変化も起こる。一方、屈折率は一般に光強度と共に増大する。この性質のため、強い光が物質中を伝搬するとき、自分自身の性質を変えていくという自己作用が起こる。例えば、光ビームが自然に細くなる自己集束、光パルスのスペクトルが広がる自己位相変調、偏光の回転を起こす現象等がある。   By the way, although the absorptivity and refractive index of a substance with respect to light are usually constants, when the light becomes stronger, it changes depending on the light intensity. Specifically, even if it is transparent to weak light, absorption always occurs for strong light. This is explained as multiphoton absorption in which a plurality of photons are absorbed simultaneously when the light is viewed as a collection of photons. At this time, the substance is not only excited to a high energy state but also changes in the substance such as ionization and molecular dissociation. On the other hand, the refractive index generally increases with light intensity. Because of this property, when strong light propagates through the material, a self-action occurs that changes its own properties. For example, there are self-focusing in which the light beam naturally narrows, self-phase modulation in which the spectrum of the light pulse spreads, and a phenomenon that causes polarization rotation.

(波長)
具体的には、1光子吸収と多光子吸収により生じる各光エネルギーの波長域が異なるため、1光子吸収がメインの光検出器では、2光子吸収に基づく検出値を得ることは難しい。したがって、レーザ光源の波長には感度が非常に小さく、その半分以下の波長で感度を有する光検出器を使用すれば、多光子吸収の大きさを測定することができる。
(wavelength)
Specifically, since the wavelength range of each light energy generated by one-photon absorption and multi-photon absorption is different, it is difficult to obtain a detection value based on two-photon absorption in a photodetector with main one-photon absorption. Therefore, the sensitivity of the wavelength of the laser light source is very small, and the magnitude of multiphoton absorption can be measured by using a photodetector having sensitivity at half or less of the wavelength.

(検出位置)
また、時間的にも、空間的にもフォトンの密度が高い方が、多光子吸収の起こる確率が高いので、多光子吸収は、光が集光されている時、焦点付近で起こる頻度が高くなる。そのため、光が集光されている時等、光軸方向の位置によって、フォトン密度が異なるような場合には、1光子吸収は、光検出器の光を検出する領域に到達するフォトンの数だけで決まるのに対し、多光子吸収は、光軸方向の位置により、起こる頻度が大きく異なる。例えば2光子吸収では、入射エネルギーの2乗に比例するため、2光子吸収カメラを設置する光軸方向の位置が、ビームの集光位置からミクロンオーダーの少しのずれに対しても、その出力は大きく変化する。さらに、フェムト秒レーザのような瞬間的に強いエネルギーを有していると、空気でも屈折率が変化し、ビーム中心の強度が高く、ビームの周辺の強度が弱いようなレーザパルスでは、空気そのものがレンズのような働きとなり、レーザパルスの集光する位置は、幾何光学的な光の集光する位置とは異なってくる。さらにパルスの強度によっても、その集光位置が変化する。
(Detection position)
Also, the higher the photon density in terms of time and space, the higher the probability of multiphoton absorption, so multiphoton absorption is more likely to occur near the focal point when light is collected. Become. Therefore, when the photon density varies depending on the position in the optical axis direction, such as when the light is condensed, the one-photon absorption is the number of photons that reach the light detection region of the photodetector. However, the frequency of multiphoton absorption varies greatly depending on the position in the optical axis direction. For example, in two-photon absorption, the output energy is proportional to the square of the incident energy, so even if the position in the optical axis direction where the two-photon absorption camera is installed is slightly shifted in the order of microns from the focused position of the beam, the output is It changes a lot. In addition, when there is an instantaneously strong energy like a femtosecond laser, the refractive index changes even in air, and in the laser pulse where the intensity at the center of the beam is high and the intensity around the beam is weak, the air itself Acts like a lens, and the position where the laser pulse is focused is different from the position where the geometric optical light is focused. Further, the condensing position changes depending on the intensity of the pulse.

したがって多光子吸収では、検出位置を正確に設定しなければならない。特に、上述の観点から、光軸方向の制御が重要になる。このため多光子吸収カメラの設置位置を高い信号強度が得られるように調整するため、新たな機構が必要となる。   Therefore, in multiphoton absorption, the detection position must be set accurately. In particular, control in the optical axis direction is important from the above viewpoint. Therefore, a new mechanism is required to adjust the installation position of the multiphoton absorption camera so that high signal intensity can be obtained.

(多光子吸収検出器)
実施例1のレーザ加工装置を図1に基づいて説明する。図1に示すレーザ加工装置は、レーザ光源1と空間光変調素子4との間に前適合光学系7を配置している。実施例1ではレーザ光源1としてフェムト秒パルスレーザを使用した。前適合光学系7は、レーザ光源1から出力されるレーザを断面におけるエネルギー分布を均一化して空間光変調素子4に入力する。すなわち、レーザ光源1から出力されるレーザを空間光変調素子4の全面に均一に照射するように拡大する。図1の前適合光学系7は、複数のレンズ2を備え、レンズ2でもってレーザ光源1から出力されるレーザを拡大して空間光変調素子4に均一に入力させる。
(Multiphoton absorption detector)
The laser processing apparatus of Example 1 is demonstrated based on FIG. In the laser processing apparatus shown in FIG. 1, a pre-adapting optical system 7 is disposed between the laser light source 1 and the spatial light modulator 4. In Example 1, a femtosecond pulse laser was used as the laser light source 1. The pre-adapting optical system 7 equalizes the energy distribution in the cross section of the laser output from the laser light source 1 and inputs it to the spatial light modulator 4. That is, the laser light output from the laser light source 1 is expanded so as to uniformly irradiate the entire surface of the spatial light modulator 4. The pre-adapting optical system 7 in FIG. 1 includes a plurality of lenses 2, and the laser output from the laser light source 1 is enlarged by the lenses 2 and is uniformly input to the spatial light modulator 4.

さらに、前適合光学系7は、図1に示すように、ビーム整形素子3を使用することもできる。レーザ光源1から出力されるレーザビームは通常、ガウス分布のように中心が強く周辺にいくにつれて徐々に弱くなるような空間分布を有する。ビーム整形素子3は、レーザ光源1から出力されるレーザビームを一様にする素子で、空間光変調素子4の有効径内で強度分布が一様になるようにする。   Furthermore, the pre-adapting optical system 7 can use a beam shaping element 3 as shown in FIG. The laser beam output from the laser light source 1 usually has a spatial distribution in which the center is strong and gradually becomes weak as it goes to the periphery like a Gaussian distribution. The beam shaping element 3 is an element that makes the laser beam output from the laser light source 1 uniform, and makes the intensity distribution uniform within the effective diameter of the spatial light modulation element 4.

空間光変調素子4は、光の位相や振幅を制御信号によって変化させるデバイスである。つまり、レーザ光を任意の形状に成形することができる。具体的に、空間光変調素子4は、レーザ光源1から照射される極超短パルスレーザ光を2次元的或いは3次元的に分割し、多光子吸収検出器20の内部において多数の集光スポットを形成させる。集光スポットは、多光子吸収検出器20の内部で2次元的或いは3次元的に分布できる。   The spatial light modulator 4 is a device that changes the phase and amplitude of light by a control signal. That is, the laser beam can be formed into an arbitrary shape. Specifically, the spatial light modulation element 4 divides the ultra-short pulse laser light emitted from the laser light source 1 two-dimensionally or three-dimensionally, and a large number of focused spots inside the multiphoton absorption detector 20. To form. The focused spot can be distributed two-dimensionally or three-dimensionally inside the multiphoton absorption detector 20.

空間光変調素子4として、透過型回折光学素子、反射型回折光学素子、屈折光学素子、反射光学素子等が使用できる。透過型回折光学素子や反射型回折光学素子の空間光変調素子4は、液晶を用いた空間光変調素子があり、制御装置11から送られた信号に応じて各場所毎に屈折率を変化させて回折光学素子を形成する。屈折光学素子は、多数のレンズ2が並んだレンズアレイを用いることで同時に多数の集光スポットを形成する。各レンズ2の焦点距離を変えると3次元的に分布して加工も可能となる。変形可能な屈折光学素子を用いれば、加工形状を任意に変更できる。反射光学素子は、2次元的、3次元的分布な光強度分布を形成するために、反射光学素子上の各点で位相を変化させるために形状を変化できるデフォーマブルミラーのような素子を用いる。   As the spatial light modulation element 4, a transmissive diffractive optical element, a reflective diffractive optical element, a refractive optical element, a reflective optical element, or the like can be used. The spatial light modulation element 4 of the transmission type diffractive optical element or the reflection type diffractive optical element has a spatial light modulation element using liquid crystal, and changes the refractive index for each place in accordance with a signal sent from the control device 11. Thus, a diffractive optical element is formed. The refractive optical element forms a large number of condensing spots at the same time by using a lens array in which a large number of lenses 2 are arranged. When the focal length of each lens 2 is changed, processing is possible with three-dimensional distribution. If a deformable refractive optical element is used, the processing shape can be arbitrarily changed. The reflective optical element uses an element such as a deformable mirror whose shape can be changed to change the phase at each point on the reflective optical element in order to form a two-dimensional or three-dimensional light intensity distribution. .

実施例1の空間光変調素子4は浜松ホトニクス株式会社のPPM(Programmable Phase Modulator)を使用した。これによりレーザ光源1から出力されるレーザを、多光子吸収検出器20の内部に複数の集光スポットとして分割できる。   As the spatial light modulator 4 of Example 1, PPM (Programmable Phase Modulator) manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. was used. Thereby, the laser output from the laser light source 1 can be divided into a plurality of focused spots inside the multiphoton absorption detector 20.

一方、図1のレーザ加工装置は、空間光変調素子4と多光子吸収検出器20との間に後適合光学系8を配置している。後適合光学系8は、空間光変調素子4で集光される集光スポットを多光子吸収検出器20の内部でさらに小さく集光する。図1の後適合光学系8は、顕微鏡の対物レンズのような高い開口率を有するレンズ9を使用して、空間分布を維持しながらレーザを多光子吸収検出器20の内部で小さく集光する。   On the other hand, in the laser processing apparatus of FIG. 1, the post-adaptive optical system 8 is disposed between the spatial light modulation element 4 and the multiphoton absorption detector 20. The post-adaptive optical system 8 collects the condensing spot collected by the spatial light modulator 4 to be smaller in the multiphoton absorption detector 20. The post-adaptive optical system 8 in FIG. 1 uses a lens 9 having a high aperture ratio such as an objective lens of a microscope to focus the laser small inside the multiphoton absorption detector 20 while maintaining a spatial distribution. .

実施例1では、図1に示す多光子吸収検出器として、2光子吸収を感知する2光子吸収カメラ21を備えた。図2に2光子吸収カメラ21の説明図を示す。実施例1の2分子吸収カメラbはGaAsP(ガリウムヒ素リン)で構成される光電面24を備える。光電面24は波長800nmの光にはほとんど感度がなく、約280〜720nmの波長域で感度を有する。特に450〜550nm付近に感度のピークがあり、最大量子効率は約50%である。光電面に入射された上記の特定の波長域のエネルギーに相当する光子が、電子に変換される。   In the first embodiment, a two-photon absorption camera 21 that senses two-photon absorption is provided as the multiphoton absorption detector shown in FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of the two-photon absorption camera 21. The bimolecular absorption camera b of the first embodiment includes a photocathode 24 made of GaAsP (gallium arsenide phosphorus). The photocathode 24 has little sensitivity to light having a wavelength of 800 nm, and has sensitivity in a wavelength region of about 280 to 720 nm. In particular, there is a sensitivity peak near 450 to 550 nm, and the maximum quantum efficiency is about 50%. Photons corresponding to the energy in the specific wavelength range incident on the photocathode are converted into electrons.

また、実施例1では、2光子吸収カメラ21に、結像素子28としてCCDカメラを使用した。光電面24に対向する側にCCD(charge-coupled device)カメラ28が設置される。CCDとは、光を電気信号に変換する半導体製の受光素子である。光電面24から放出された電子像はCCDカメラ28に打ち込まれ結像される。   In the first embodiment, a CCD camera is used as the imaging element 28 for the two-photon absorption camera 21. A CCD (charge-coupled device) camera 28 is installed on the side facing the photocathode 24. The CCD is a light receiving element made of semiconductor that converts light into an electrical signal. The electronic image emitted from the photocathode 24 is shot into the CCD camera 28 and formed.

実施例1において、レーザ光源1から出力されるレーザ光の中心波長は800nmである。続いて、空間光変調素子4によって分割された極超短パルスレーザ光の集光スポットでは2光子吸収が生じ、即ち400nmの波長に相当するエネルギーが検出される。光電面24は入射光である800nmのレーザ光には感度がほとんどないが、2光子吸収により生じる400nm付近の波長に相当するエネルギーには感度を有する。これにより、2光子吸収に係る光子のみが光電面でもって電子像に変換される。さらに、光電面24から放出した電子像を印加電圧により加速してCCDカメラ28に打ち込み増倍ゲインを得る。   In Example 1, the center wavelength of the laser beam output from the laser light source 1 is 800 nm. Subsequently, two-photon absorption occurs at the focused spot of the ultra-short pulse laser beam divided by the spatial light modulator 4, that is, energy corresponding to a wavelength of 400 nm is detected. The photocathode 24 has little sensitivity to incident 800 nm laser light, but has sensitivity to energy corresponding to a wavelength near 400 nm generated by two-photon absorption. As a result, only photons related to two-photon absorption are converted into an electronic image by the photocathode. Further, the electron image emitted from the photocathode 24 is accelerated by the applied voltage, and is shot into the CCD camera 28 to obtain a multiplication gain.

(再設計方法)
また、2光子吸収カメラ21による検出結果に基づき空間光変調素子4を制御し、ひいては極超短パルスレーザ光を変調可能にする方法を図3を用いて説明する。ここは、極超短パルスレーザ光の焦点位置を、意図した加工位置に調整することで極超短パルスレーザ光を変調している。図3は、実施例1に係る2光子吸収カメラ21を含む多光子吸収検出器20の構成図である。2光子吸収カメラ21は、光軸方向に移動できる駆動系34を有する。この駆動系34でもって、2光子吸収カメラ21は、光軸方向に移動しながら2光子吸収を検出し、適切な位置に設定できる機構を有する。具体的には2光子吸収カメラ21により得られた画像信号は、コントローラ35に送信される。この画像信号を基に、2光子吸収カメラ21に備えられた駆動系34に制御信号が送信される。これにより2光子吸収カメラ21は適切な位置に移動する。同時に2光子吸収カメラ21により得られた画像信号は、図1及び図3に示すように、多光子吸収検出器20に接続されたホログラム計算用コンピュータ10に送信され、さらに制御装置11にデータが出力される。
(Redesign method)
A method for controlling the spatial light modulation element 4 based on the detection result by the two-photon absorption camera 21 so that the ultrashort pulse laser beam can be modulated will be described with reference to FIG. Here, the ultra-short pulse laser beam is modulated by adjusting the focal position of the ultra-short pulse laser beam to the intended processing position. FIG. 3 is a configuration diagram of the multiphoton absorption detector 20 including the two-photon absorption camera 21 according to the first embodiment. The two-photon absorption camera 21 has a drive system 34 that can move in the optical axis direction. With this drive system 34, the two-photon absorption camera 21 has a mechanism that can detect two-photon absorption while moving in the optical axis direction and set it to an appropriate position. Specifically, the image signal obtained by the two-photon absorption camera 21 is transmitted to the controller 35. Based on this image signal, a control signal is transmitted to the drive system 34 provided in the two-photon absorption camera 21. As a result, the two-photon absorption camera 21 moves to an appropriate position. At the same time, the image signal obtained by the two-photon absorption camera 21 is transmitted to the hologram calculation computer 10 connected to the multi-photon absorption detector 20 as shown in FIGS. Is output.

このデータは、空間光変調素子4に表示された光学素子を実際に加工光学系内で再生し、多光子吸収検出器20により得られた出力結果である。この出力結果と、所望の出力結果とを比較することにより、空間光変調素子4上に表示される光学素子の位相変調や偏光変調、強度変調の空間的分布を更新する。これを繰り返すことにより、光学系から出力される光が所望の強度分布に近づき、光学素子が最適化される。出力結果には、ビームの特性や光学系の特性が作用した結果であるので、このプロセスによって得られた光学素子の設計結果をそのまま使うことができる。
また、その光軸方向の移動の機構は、ホログラムにより生成された3次元的な強度分布を検出するためにも用いられる。
This data is an output result obtained by the multi-photon absorption detector 20 when the optical element displayed on the spatial light modulator 4 is actually reproduced in the processing optical system. By comparing this output result with a desired output result, the spatial distribution of the phase modulation, polarization modulation, and intensity modulation of the optical element displayed on the spatial light modulation element 4 is updated. By repeating this, the light output from the optical system approaches the desired intensity distribution, and the optical element is optimized. Since the output result is a result of the characteristics of the beam and the characteristics of the optical system, the design result of the optical element obtained by this process can be used as it is.
The mechanism of movement in the optical axis direction is also used for detecting a three-dimensional intensity distribution generated by the hologram.

図4及び5は、光学素子を最適化する方法を示すプロセス図である。図4は、従来法であり、光学素子の再生を計算機内で行う。一方、図5は、実施例1において、光学素子を最適化する計算のプロセスを示しており、光学素子の再生を加工光学系で行う。一般に図4で示す計算機内再生を用いたプロセスは、図5に示す光学再生を用いたプロセスに比べて、短い計算時間で実行される。しかしながら、上述したように、図5の光学素子の再生を加工光学系で行った場合、実際の出力結果に準じた光学素子の設計結果を使用できる。したがって、両者の利点を考慮し、図4の計算機再生を用いたプロセスを実行して光学素子を最適値に近い状態まで最適化した後、この計算機再生による設計値を初期値として、図5の光学再生を用いたプロセスにより、光学素子の最適化の仕上げを行う方法も有効である。   4 and 5 are process diagrams illustrating a method for optimizing an optical element. FIG. 4 shows a conventional method in which the optical element is reproduced in a computer. On the other hand, FIG. 5 shows a calculation process for optimizing the optical element in the first embodiment, and the optical element is reproduced by the processing optical system. In general, the process using the computer regeneration shown in FIG. 4 is executed in a shorter calculation time than the process using the optical regeneration shown in FIG. However, as described above, when the optical element shown in FIG. 5 is reproduced by the processing optical system, the design result of the optical element according to the actual output result can be used. Therefore, considering the advantages of both, after performing the process using the computer regeneration of FIG. 4 and optimizing the optical element to a state close to the optimum value, the design value by this computer regeneration is used as the initial value, as shown in FIG. It is also effective to perform an optical element optimization finish by a process using optical reproduction.

(パルス幅のばらつきを補正)
また、多光子吸収では、多光子吸収検出器における多光子吸収の検出値が、レーザのパルス幅に大きく依存する。換言すれば、多光子吸収検出器で得られた多光子吸収の検出値により、光学系内でのパルス幅の変化による出力像の変化を、光学素子の設計に反映することができる。
(Correction of pulse width variation)
In multiphoton absorption, the detection value of multiphoton absorption in the multiphoton absorption detector greatly depends on the pulse width of the laser. In other words, the change in the output image due to the change in the pulse width in the optical system can be reflected in the design of the optical element by the detection value of the multiphoton absorption obtained by the multiphoton absorption detector.

また、多光子吸収検出器にダメージを与えないように、実際加工を行うビームエネルギーに比べて弱いエネルギーで光検出を行うこともできる。この場合、更なる光学素子の最適化が必要になる。光学系設計時のエネルギーで得られた光学素子を用いて、エネルギーを変化させた時の出力値を計算し、その出力値が所望の出力値になるように設計時の段階で出力値を調節するように設計する。これにより加工時のエネルギーにおいて所望の光強度分布になるようにする。   Moreover, light detection can be performed with energy weaker than the beam energy for actual processing so as not to damage the multiphoton absorption detector. In this case, further optimization of the optical element is required. Using the optical element obtained with the energy at the time of optical system design, calculate the output value when the energy is changed, and adjust the output value at the design stage so that the output value becomes the desired output value Design to do. As a result, a desired light intensity distribution is obtained in the energy during processing.

また、多光子吸収検出器20として、別の2光子吸収カメラ22を使用することもできる。図6に示す、2光子吸収カメラ22を備えるレーザ加工装置は、2光子吸収カメラ22以外は実施例1のレーザ加工装置と同じ機構を有する。   Further, another two-photon absorption camera 22 can be used as the multiphoton absorption detector 20. The laser processing apparatus including the two-photon absorption camera 22 illustrated in FIG. 6 has the same mechanism as the laser processing apparatus of the first embodiment except for the two-photon absorption camera 22.

実施例2における2光子吸収カメラ22は、実施例1の2光子吸収カメラ21と同様の光電面24を備える。即ち、波長800nmである極超短パルスレーザ光の分割光が集光することで、400nmの波長のエネルギーに相当する2光子吸収が生じる。この2光子吸収に係る光子のみが光電面24に入射するとで、光子が電子像に変換される。   The two-photon absorption camera 22 in the second embodiment includes the same photocathode 24 as the two-photon absorption camera 21 in the first embodiment. That is, the two-photon absorption corresponding to the energy of the wavelength of 400 nm is generated by condensing the split light of the ultra-short pulse laser beam having the wavelength of 800 nm. When only the photon related to the two-photon absorption is incident on the photocathode 24, the photon is converted into an electronic image.

光電面24により変換された光電子像は、光電子増倍管29内に放出され、2次電子放出効果によって増倍される。これにより高い感度を有し、高速時間応答が可能になる。また、光電子増倍管29による光電子を増倍させる機構は真空管内で行われるため、ノイズが少なく微弱光の測定も実現可能である。   The photoelectron image converted by the photocathode 24 is emitted into the photomultiplier tube 29 and multiplied by the secondary electron emission effect. As a result, high sensitivity and high-speed time response are possible. Further, since the mechanism for multiplying photoelectrons by the photomultiplier tube 29 is performed in a vacuum tube, it is possible to measure weak light with little noise.

光電子増倍管29により増倍された光電子像は、蛍光体30に照射される。該光電子像により蛍光体30が励起され、この蛍光発光パターンを蛍光像検出手段39で検出する。この際、蛍光像を蛍光像検出手段39に結像するためのレンズ31を使用するのが好適である。2光子吸収カメラ22により得られた検出値を使用して、光学素子を最適化する方法は実施例1と同様である。   The photoelectron image multiplied by the photomultiplier tube 29 is applied to the phosphor 30. The phosphor 30 is excited by the photoelectron image, and this fluorescence emission pattern is detected by the fluorescence image detecting means 39. At this time, it is preferable to use a lens 31 for forming a fluorescent image on the fluorescent image detecting means 39. The method for optimizing the optical element using the detection value obtained by the two-photon absorption camera 22 is the same as in the first embodiment.

さらに別の多光子吸収検出器20として、別の2光子吸収カメラ23を使用することもできる。図7に示す、2光子吸収カメラ23を備えるレーザ加工装置は、2光子吸収カメラ23以外は実施例1のレーザ加工装置と同じ機構を有する。   As another multiphoton absorption detector 20, another two-photon absorption camera 23 can be used. The laser processing apparatus including the two-photon absorption camera 23 illustrated in FIG. 7 has the same mechanism as the laser processing apparatus of the first embodiment except for the two-photon absorption camera 23.

実施例3における2光子吸収カメラ23は、レーザの波長には感度が非常に小さく、その半分の波長で感度を有する蛍光体32を使用する。波長800nmの極超短パルスレーザ光の分割光が集光することで生じた2光子吸収反応のエネルギーでもって、直接、蛍光体32を励起させる。この2光子吸収により生じる約400nmの波長に相当するエネルギーにより励起された蛍光体32の蛍光像を、蛍光像検出手段39で検出する。この際、実施例2と同様に、蛍光像を蛍光像検出手段39に結像するためのレンズ31を使用するのが好適である。さらに、蛍光体32へ入射するレーザ光源の光をカットし、蛍光体32により励起された蛍光像のみを透過させる入射光カットフィルタ33を使用するのが好適である。これらのレンズ31及び入射光カットフィルタ33を使用することで、所望の蛍光像のみのデータを正確に検出することができ、より精密に光学素子を最適化することが可能となる。この2光子吸収カメラ23には光電子を増倍させる機能はない。したがって、入射パルスが弱い場合は、感度が小さくなり蛍光像を検出できない可能性もあるが、構造がシンプルであるためコストを低減することができる。また、必要に応じて光電子増倍管等の光電子を増倍させる機能を付加できることはもちろんのことである。   The two-photon absorption camera 23 according to the third embodiment uses a phosphor 32 that is very sensitive to the wavelength of the laser and has sensitivity at half that wavelength. The phosphor 32 is directly excited by the energy of the two-photon absorption reaction generated by condensing the split light of the ultra-short pulse laser beam having a wavelength of 800 nm. A fluorescent image of the phosphor 32 excited by energy corresponding to a wavelength of about 400 nm generated by the two-photon absorption is detected by the fluorescent image detecting means 39. At this time, as in the second embodiment, it is preferable to use a lens 31 for forming a fluorescent image on the fluorescent image detecting means 39. Furthermore, it is preferable to use an incident light cut filter 33 that cuts off the light of the laser light source incident on the phosphor 32 and transmits only the fluorescence image excited by the phosphor 32. By using the lens 31 and the incident light cut filter 33, it is possible to accurately detect data of only a desired fluorescent image, and it is possible to optimize the optical element more precisely. The two-photon absorption camera 23 does not have a function of multiplying photoelectrons. Therefore, when the incident pulse is weak, there is a possibility that the sensitivity becomes small and the fluorescent image cannot be detected, but the cost can be reduced because the structure is simple. Of course, a function of multiplying photoelectrons such as a photomultiplier tube can be added if necessary.

2光子吸収カメラ23により得られた検出値を使用して、光学素子を最適化する方法は実施例1と同様である。   The method for optimizing the optical element using the detection value obtained by the two-photon absorption camera 23 is the same as in the first embodiment.

以上の多光子吸収検出器は、2次元の出力像を同時に取得できるよう、検出器を2次元状に配置した2次元イメージセンサが好適に利用できる。ただ、一の多光子吸収検出器20を、図8に示すように2次元的に走査させることにより時分割で出力像を得る方法としてもよい。この場合、レーザパルスにはパルスごとにエネルギーのばらつきがあるので、多数回計測して平均をとる方法も考えられる。   As the multiphoton absorption detector described above, a two-dimensional image sensor in which detectors are arranged two-dimensionally can be suitably used so that a two-dimensional output image can be acquired simultaneously. However, a method of obtaining an output image in a time division manner by scanning one multiphoton absorption detector 20 two-dimensionally as shown in FIG. In this case, since the laser pulse has energy variation for each pulse, a method of measuring the number of times and averaging can be considered.

また、図9のように、多数の分割されたビームの集光点が3次元的に分布する場合、多光子吸収検出器20を単一の検出器を3次元的に操作するか、2光子吸収カメラを移動して3次元的な光強度が測定される。   In addition, as shown in FIG. 9, when the condensing points of a large number of divided beams are distributed three-dimensionally, the multiphoton absorption detector 20 is operated three-dimensionally with a single detector or two photons. A three-dimensional light intensity is measured by moving the absorption camera.

また、図10は、空間光変調素子4により成形された極超短パルスレーザ光をビームスプリッタ36により切り出して、切り出された極超短パルスレーザ光の各焦点において生じる多光子吸収を多光子吸収検出器20で検知する方法である。これは、時間的な温度等の変化によってレーザーや空間光変調素子、光学系の特性変化がある場合やサンプル37の位置に多光子吸収検出器を置くことができない場合に有効である。   FIG. 10 shows the multi-photon absorption generated at each focal point of the ultra-short pulse laser beam cut out by the beam splitter 36 by cutting the ultra-short pulse laser beam formed by the spatial light modulator 4. This is a method of detecting with the detector 20. This is effective when there is a change in the characteristics of the laser, the spatial light modulator, or the optical system due to changes in temperature, etc., or when the multiphoton absorption detector cannot be placed at the position of the sample 37.

さらに、図11は、実施例1の光学系において、反射型空間光変調素子38を使用した場合の光学系の配置である。反射型空間光変調素子38と入射ビームの角度は、45度から90度であり、多くの場合、反射型空間光変調素子38の厚みにより空間分解能や回折効率の低下を無視できるようにするために、入射ビームは、反射型空間光変調素子に垂直に近い角度で入射される。図10と同様に、成形された極超短パルスレーザ光をビームスプリッタにより切り出して、これを多光子吸収検出器を用いて光検出する方法も行うことができる。   Further, FIG. 11 shows an arrangement of the optical system when the reflective spatial light modulation element 38 is used in the optical system of the first embodiment. The angle between the reflective spatial light modulator 38 and the incident beam is 45 degrees to 90 degrees, and in many cases, a reduction in spatial resolution and diffraction efficiency can be ignored depending on the thickness of the reflective spatial light modulator 38. In addition, the incident beam is incident on the reflective spatial light modulator at an angle close to perpendicular. Similarly to FIG. 10, it is also possible to perform a method in which the formed ultra-short pulse laser light is cut out by a beam splitter, and the light is detected using a multiphoton absorption detector.

本発明のレーザ加工装置と加工方法は、透明体の内部にボイドを設けたり屈折率等の改質をさせて、三次元的な立体模様、図形、文字等を表示する等の用途に好適に利用できる。さらには、光情報処理における光メモリや光回路、光学部材の作製、マイクロチップ反応容器の作製等の用途に適している。   The laser processing apparatus and processing method of the present invention are suitable for applications such as displaying a three-dimensional solid pattern, figure, character, etc. by providing a void inside the transparent body or modifying the refractive index. Available. Furthermore, it is suitable for applications such as optical memory, optical circuit, optical member manufacturing, and microchip reaction container manufacturing in optical information processing.

実施例1のレーザ加工装置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the laser processing apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の2光子吸収カメラを説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a two-photon absorption camera of Example 1. 実施例1の多光子吸収検出器を説明する構成図である。It is a block diagram explaining the multiphoton absorption detector of Example 1. FIG. 光学素子を最適化する従来の方法を示すプロセス図である。FIG. 6 is a process diagram illustrating a conventional method for optimizing an optical element. 実施例1の光学素子を最適化する方法を示すプロセス図である。FIG. 3 is a process diagram illustrating a method for optimizing the optical element according to the first embodiment. 実施例2の2光子吸収カメラを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a two-photon absorption camera according to a second embodiment. 実施例3の2光子吸収カメラを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a two-photon absorption camera of Example 3. 多光子吸収検出器の操作方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation method of a multiphoton absorption detector. 多光子吸収検出器の別の操作方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining another operation method of a multiphoton absorption detector. 別のレーザ加工装置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining another laser processing apparatus. さらに別のレーザ加工装置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining another laser processing apparatus. 従来のレーザ加工装置を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the conventional laser processing apparatus. 従来のレーザ加工装置の一部拡大図であって、図13(a)は、レーザ光とマイクロレンズアレイとの関係を説明する説明図であり、図13(b)は、マイクロレンズアレイの一部を拡大した拡大図である。FIG. 13A is a partially enlarged view of a conventional laser processing apparatus, FIG. 13A is an explanatory diagram for explaining the relationship between laser light and a microlens array, and FIG. It is the enlarged view to which the part was expanded.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ光源
2…レンズ
3…ビーム整形素子
4…空間光変調素子
7…前適合光学系
8…後適合光学系
9…レンズ
10…ホログラム計算用コンピュータ
11…制御装置
20…多光子吸収検出器
21…2光子吸収カメラ
22…2光子吸収カメラ
23…2光子吸収カメラ
24…光電面
28…結像素子(CCDカメラ)
29…光電子増倍管
30…蛍光体
31…レンズ
32…蛍光体
33…入射光カットフィルタ
34…駆動系
35…コントローラ
36…ビームスプリッタ
37…サンプル
38…反射型空間光変調素子
39…蛍光像検出手段
101…レーザ集光装置
102…レーザ光源(レーザダイオードアレイ)
103…シリンドリカルレンズアレイ
104…シリンドリカルレンズアレイ
105…ビームスプリッタ
106…シャックハルトマンセンサ
107…マイクロレンズアレイ
108…レンズ素子
109…CCDカメラ
110…SLMコントローラ
111…反射型空間光変調器(SLM)
112…集光レンズ
L…レーザ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source 2 ... Lens 3 ... Beam shaping element 4 ... Spatial light modulation element 7 ... Pre-adaptation optical system 8 ... Post-adaptation optical system 9 ... Lens 10 ... Computer for hologram calculation 11 ... Control apparatus 20 ... Multiphoton absorption detector DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Two-photon absorption camera 22 ... Two-photon absorption camera 23 ... Two-photon absorption camera 24 ... Photocathode 28 ... Imaging element (CCD camera)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 29 ... Photomultiplier tube 30 ... Phosphor 31 ... Lens 32 ... Phosphor 33 ... Incident light cut filter 34 ... Drive system 35 ... Controller 36 ... Beam splitter 37 ... Sample 38 ... Reflection type spatial light modulator 39 ... Fluorescence image detection Means 101 ... Laser condensing device 102 ... Laser light source (laser diode array)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... Cylindrical lens array 104 ... Cylindrical lens array 105 ... Beam splitter 106 ... Shack-Hartmann sensor 107 ... Micro lens array 108 ... Lens element 109 ... CCD camera 110 ... SLM controller 111 ... Reflection type spatial light modulator (SLM)
112 ... Condenser lens L ... Laser light

Claims (14)

極超短パルスレーザ光を加工対象物質に照射し、該極超短パルスレーザ光のエネルギーで前記加工対象物質に加工を行うレーザ加工装置であって、
極超短パルスレーザ光を出力するレーザ光源と、
該レーザ光源から出力される極超短パルスレーザ光を、前記加工対象物質の置かれる場所において空間的な任意の形状に成形する空間光変調素子と、
該成形された極超短パルスレーザ光の各点で生じる多光子吸収を検出する多光子吸収検出器と、
該多光子吸収検出器での検出結果に基づき、前記空間光変調素子を制御して、前記極超短パルスレーザ光を変調可能であることを特徴とするレーザ加工装置。
A laser processing apparatus that irradiates a material to be processed with an ultra-short pulse laser beam and processes the material to be processed with the energy of the ultra-short pulse laser beam,
A laser light source that outputs an ultra-short pulse laser beam;
A spatial light modulator for shaping an ultra-short pulse laser beam output from the laser light source into an arbitrary spatial shape at a place where the material to be processed is placed;
A multiphoton absorption detector for detecting multiphoton absorption occurring at each point of the shaped ultra-short pulse laser beam;
A laser processing apparatus characterized in that the ultra-short pulse laser beam can be modulated by controlling the spatial light modulation element based on a detection result of the multiphoton absorption detector.
請求項1に記載のレーザ加工装置であって、
前記多光子吸収検出器が、前記レーザ光源の波長には実質的に感度がなく、該レーザ光源の波長より短波長領域に感度を有することを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The laser processing apparatus, wherein the multiphoton absorption detector is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source and has sensitivity in a shorter wavelength region than the wavelength of the laser light source.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置であって、
前記多光子吸収検出器が、
成形された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収により電子像を生成する光電面と、
該光電面から放出された電子像が結像される結像素子と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The multiphoton absorption detector is
A photocathode that generates an electron image by multiphoton absorption occurring at each point of the shaped ultra-short pulse laser beam;
An imaging element on which an electron image emitted from the photocathode is formed;
A laser processing apparatus comprising:
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置であって、
前記多光子吸収検出器が、
成形された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収により電子像を生成する光電面と、
該光電面から放出された電子像が照射される蛍光体と、
該蛍光体が該電子像により励起されて発生した蛍光像を検出する蛍光像検出手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The multiphoton absorption detector is
A photocathode that generates an electron image by multiphoton absorption occurring at each point of the shaped ultra-short pulse laser beam;
A phosphor irradiated with an electron image emitted from the photocathode;
Fluorescence image detection means for detecting a fluorescence image generated when the phosphor is excited by the electronic image;
A laser processing apparatus comprising:
請求項3又は4に記載のレーザ加工装置であって、
該光電面が前記レーザ光源の波長に実質的に感度がなく、該レーザ光源の波長よりも短波長領域に高い感度を有することを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 3 or 4,
The laser processing apparatus, wherein the photocathode is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source and has a higher sensitivity in a shorter wavelength region than the wavelength of the laser light source.
請求項3〜5のいずれか一に記載のレーザ加工装置であって、
前記光電面がGaAsPで構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
A laser processing apparatus according to any one of claims 3 to 5,
A laser processing apparatus, wherein the photocathode is made of GaAsP.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置であって、
前記多光子吸収検出器が、前記レーザ光源の波長には実質的に感度がなく、該レーザ光源の波長の略1/2の波長を含む波長領域に高い感度を有する蛍光体と、
該レーザ光源の波長の光を遮断し、該蛍光体が多光子吸収により励起されて発生した蛍光像を透過するフィルタと、
該フィルタを透過した蛍光像を結像するレンズと、
該レンズにより結像された蛍光像を検出する蛍光像検出手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2,
The multiphoton absorption detector is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source, and has a high sensitivity in a wavelength region including a wavelength approximately half of the wavelength of the laser light source;
A filter that blocks light of the wavelength of the laser light source and transmits a fluorescent image generated by excitation of the phosphor by multiphoton absorption;
A lens for forming a fluorescent image transmitted through the filter;
A fluorescence image detecting means for detecting a fluorescence image formed by the lens;
A laser processing apparatus comprising:
請求項1〜7のいずれか一に記載のレーザ加工装置であって、
前記多光子吸収検出器は光軸方向に移動可能な駆動系を有しており、
前記多光子吸収検出器での検出結果に応じて該多光子吸収検出器の光軸方向の位置を前記駆動系で制御可能に構成してなることを特徴とするレーザ加工装置。
It is a laser processing apparatus as described in any one of Claims 1-7,
The multiphoton absorption detector has a drive system movable in the optical axis direction,
A laser processing apparatus, wherein the position of the multiphoton absorption detector in the optical axis direction can be controlled by the drive system in accordance with the detection result of the multiphoton absorption detector.
極超短パルスレーザ光を加工対象物質に照射し、該極超短パルスレーザ光のエネルギーで前記加工対象物質に加工を行うレーザ加工方法であって、
レーザ光源から出力される該極超短パルスレーザ光を、前記加工対象物質の置かれる場所において空間光変調素子により空間的な任意の形状に成形する工程と、
該成形された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程と、
該多光子吸収検出器での検出結果により、前記空間光変調素子を制御して、前記極超短パルスレーザ光を変調する工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
A laser processing method of irradiating a material to be processed with an ultra-short pulse laser beam and processing the material to be processed with energy of the ultra-short pulse laser beam,
Forming the ultra-short pulse laser beam output from a laser light source into a spatial arbitrary shape by a spatial light modulation element at a place where the material to be processed is placed;
Detecting multiphoton absorption occurring at each point of the shaped ultra-short pulse laser beam with a multiphoton absorption detector;
A step of controlling the spatial light modulator and modulating the ultrashort pulse laser beam according to a detection result of the multiphoton absorption detector;
A laser processing method comprising:
極超短パルスレーザ光を加工対象物質に照射し、該極超短パルスレーザ光のエネルギーで前記加工対象物質に加工を行うレーザ加工方法であって、
レーザ光源から放射された該極超短パルスレーザ光を空間光変調素子により空間的な任意の形状に成形する工程と、
該成形された複数の極超短パルスレーザ光をビームスプリッタにより切り出す工程と、
該ビームスプリッタにより切り出された極超短パルスレーザ光の各点において生じる多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程と、
該多光子吸収検出器での検出結果により、前記空間光変調素子を制御して、前記極超短パルスレーザ光を変調する工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
A laser processing method of irradiating a material to be processed with an ultra-short pulse laser beam and processing the material to be processed with energy of the ultra-short pulse laser beam,
Forming the ultra-short pulse laser light emitted from a laser light source into a spatial arbitrary shape by a spatial light modulator;
A step of cutting the plurality of ultra-short pulse laser lights formed by a beam splitter;
Detecting a multiphoton absorption generated at each point of the ultra-short pulse laser beam cut out by the beam splitter with a multiphoton absorption detector;
A step of controlling the spatial light modulator and modulating the ultrashort pulse laser beam according to a detection result of the multiphoton absorption detector;
A laser processing method comprising:
請求項9又は10に記載のレーザ加工方法であって、
該多光子吸収検出器は光電面と結像素子とから構成されており、
前記多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程において、
該光電面により、前記多光子吸収により電子像を生成する工程と、
該光電面から放出された電子像を該結像素子に結像する工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 9 or 10,
The multiphoton absorption detector is composed of a photocathode and an imaging element,
In the step of detecting the multiphoton absorption with a multiphoton absorption detector,
Generating an electronic image by the multiphoton absorption by the photocathode;
Imaging the electron image emitted from the photocathode onto the imaging element;
A laser processing method comprising:
請求項9又は10に記載のレーザ加工方法であって、
該多光子吸収検出器は光電面と蛍光体と蛍光像検出手段とから構成されており、
前記多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程において、
該光電面において前記多光子吸収により電子像を生成する工程と、
該光電面から放出された電子像を該蛍光体に照射し、該蛍光体を励起させる工程と、
該励起され発光した蛍光像を該蛍光像検出手段により検出する工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 9 or 10,
The multiphoton absorption detector is composed of a photocathode, a phosphor, and a fluorescence image detecting means,
In the step of detecting the multiphoton absorption with a multiphoton absorption detector,
Generating an electronic image by the multiphoton absorption on the photocathode;
Irradiating the phosphor with an electron image emitted from the photocathode to excite the phosphor;
Detecting the excited and emitted fluorescent image by the fluorescent image detecting means;
A laser processing method comprising:
請求項9又は10に記載のレーザ加工方法であって、
該多光子吸収検出器は、前記レーザ光源の波長には実質的に感度がなく、該レーザ光源の波長の1/2の波長を含む波長領域に感度を有する蛍光体と、
前記レーザ光源の波長の光を遮断し、励起された蛍光像のみを透過させるフィルタと、
該蛍光像を結像するレンズと、
該蛍光像を検出する蛍光像検出手段と、
を備えており、
前記多光子吸収を多光子吸収検出器で検知する工程において、
前記成形された極超短パルスレーザ光を該蛍光体に照射させ、該蛍光体を励起させる工程と、
該フィルタによって、該蛍光体によって吸収されなかった前記レーザ光源の波長の光を遮断し、励起された蛍光像のみを透過させる工程と、
該励起された蛍光像を該レンズにより結像する工程と、
該蛍光像検出手段により該結像された蛍光像を検出する工程と、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
The laser processing method according to claim 9 or 10,
The multiphoton absorption detector is substantially insensitive to the wavelength of the laser light source, and has a sensitivity in a wavelength region including a half wavelength of the wavelength of the laser light source;
A filter that blocks light of the wavelength of the laser light source and transmits only the excited fluorescence image;
A lens that forms the fluorescent image;
Fluorescence image detecting means for detecting the fluorescence image;
With
In the step of detecting the multiphoton absorption with a multiphoton absorption detector,
Irradiating the phosphor with the ultra-short pulse laser beam thus shaped, and exciting the phosphor;
Blocking the light of the wavelength of the laser light source not absorbed by the phosphor by the filter and transmitting only the excited fluorescence image;
Forming the excited fluorescence image with the lens;
Detecting the imaged fluorescent image by the fluorescent image detecting means;
A laser processing method comprising:
請求項9〜13に記載のレーザ加工方法であって、
さらに、前記多光子吸収検出器での検出結果により、該多光子吸収検出器の位置を制御することを特徴とするレーザ加工方法。
It is a laser processing method of Claims 9-13,
Furthermore, the laser processing method characterized by controlling the position of the multiphoton absorption detector according to the detection result of the multiphoton absorption detector.
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