JP2009059924A - Laser generating device and laser machining device - Google Patents

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Shinichi Matsubara
伸一 松原
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Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To amplify an ultrashort pulse with a simple constitution in a laser generating device and a laser machining device. <P>SOLUTION: A cross-section area of a laser medium 23 orthogonal to an optical axis L of a seed light becomes larger from an incident side end part (a base end part) to an output side end part (a front edge part) corresponding to a beam power of the seed light gradually becoming larger as traveling through the laser medium 23 excited by an excitation light E. The amount of light of an excitation light E of an excitation light source 24 irradiating from the incident side end part to the output side end part of the laser medium 23 is configured to become larger corresponding to the cross-section area of the laser medium 23. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超短パルス発振可能なレーザ発生装置及びレーザ加工装置に関するものである。   The present invention relates to a laser generator capable of oscillating an ultrashort pulse and a laser processing apparatus.

レーザ発生装置において、種光源から出射された種光(実際に得たい波長のレーザ光)を誘導放出という現象を利用して増幅する光増幅器を備えたものがある。光増幅器は、発光元素をドープした結晶等よりなるレーザ媒体と、発光元素を励起可能な波長を有する励起光をレーザ媒体に照射する励起光源とからなる。このようなレーザ発生装置では、励起光をレーザ媒体に照射して発光元素をエネルギーが高い状態に励起し、そのレーザ媒体に種光を入射する。すると、レーザ媒体内の発光元素は、エネルギー、位相及び進行方向がそれぞれ種光と揃ったレーザ光を放出(誘導放出)し、これにより、種光はレーザ媒体内においてビーム径を拡大させながら増幅伝搬され出射される。   Some laser generators include an optical amplifier that amplifies seed light emitted from a seed light source (laser light having a wavelength that is actually desired) using a phenomenon called stimulated emission. The optical amplifier includes a laser medium made of a crystal doped with a light emitting element and an excitation light source that irradiates the laser medium with excitation light having a wavelength capable of exciting the light emitting element. In such a laser generator, a laser medium is irradiated with excitation light to excite a light emitting element in a high energy state, and seed light is incident on the laser medium. Then, the light emitting element in the laser medium emits laser light (stimulated emission) whose energy, phase, and traveling direction are aligned with the seed light, and the seed light is amplified while expanding the beam diameter in the laser medium. Propagated and emitted.

しかしながら、このようなレーザ発生装置では、レーザ媒体内における種光の増幅伝搬途中で、そのビームパワーがレーザ媒体損傷の限界値を越えてしまうとレーザ媒体が破損してしまう。そのため、ビームパワーが非常に短い時間幅に集中されて極めて強くなる超短パルス(例えばフェムト秒パルス)のレーザ光を増幅することは困難であった。   However, in such a laser generator, the laser medium is damaged if the beam power exceeds the limit value of damage to the laser medium during the amplification propagation of the seed light in the laser medium. For this reason, it has been difficult to amplify laser light of an ultrashort pulse (for example, femtosecond pulse) in which the beam power is concentrated in a very short time width and becomes extremely strong.

そこで、従来では、レーザ媒体の破損を抑制しつつ超短パルス光を増幅する方法として、所謂チャープパルス増幅法(CPA法)が用いられている(例えば特許文献1参照)。CPA法では、まず、種光としての超短パルス光のパルス幅をパルスストレッチャーにより引き延ばした後、そのレーザ光を発光元素が励起されたレーザ媒体によって増幅する。このとき、超短パルス光のパルス幅が引き延ばされているため、増幅されるレーザ光のビームパワーを抑えることができ、これによりレーザ媒体への負担が軽減される。その後、増幅されたレーザ光のパルス幅をパルスコンプレッサにより圧縮して元のパルス幅に戻す。すると、パルス幅が短くなった分、パルスの高さ(ビームパワー)が高くなり、結果としてレーザ媒体損傷の限界値よりも高い超高出力、超短パルスのレーザ光が得られる。CPA法では、このような過程を経て種光を増幅させることで、レーザ媒体の損傷を抑制しつつも超短パルス光の増幅が可能となっている。
特表2004−527001号公報
Therefore, conventionally, a so-called chirp pulse amplification method (CPA method) is used as a method of amplifying ultrashort pulse light while suppressing damage to the laser medium (see, for example, Patent Document 1). In the CPA method, first, the pulse width of ultrashort pulse light as seed light is extended by a pulse stretcher, and then the laser light is amplified by a laser medium excited with a light emitting element. At this time, since the pulse width of the ultra-short pulse light is extended, the beam power of the amplified laser light can be suppressed, thereby reducing the burden on the laser medium. Thereafter, the pulse width of the amplified laser light is compressed by a pulse compressor to return to the original pulse width. As a result, the pulse width (beam power) increases as the pulse width becomes shorter, and as a result, an ultrahigh output, ultrashort pulse laser beam higher than the limit value of laser medium damage is obtained. In the CPA method, by amplifying the seed light through such a process, it is possible to amplify ultrashort pulse light while suppressing damage to the laser medium.
JP-T-2004-527001

しかしながら、上記のようなレーザ発生装置では、超短パルス光のパルス幅を伸縮するためのパルスストレッチャー及びパルスコンプレッサ等の装置を用いて複数の手順を踏んで光を増幅しているため構成が複雑となり、ひいてはレーザ発生装置の大型化、高コスト化に繋がる要因となっていた。   However, the laser generator as described above has a configuration because the light is amplified through a plurality of procedures using devices such as a pulse stretcher and a pulse compressor for expanding and contracting the pulse width of the ultrashort pulse light. As a result, it has become complicated, leading to an increase in the size and cost of the laser generator.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、レーザ発生装置及びレーザ加工装置において、簡単な構成で超短パルス光の増幅を可能にすることにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to enable amplification of ultrashort pulse light with a simple configuration in a laser generator and a laser processing apparatus.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、発光元素がドープされた固体よりなるレーザ媒体及び該レーザ媒体に励起光を照射して前記発光元素を励起させる励起光源からなり、励起された前記発光元素が励起状態から基の状態に戻る際に放出するレーザ光により増幅して該レーザ媒体の先端部から増幅されたレーザ光を出射する光増幅器を備えて構成され、前記レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸と直交する断面積が、その基端部から先端部にかけて大きくなるように形成され、前記励起光源は、前記レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する前記励起光の光量が、前記レーザ媒体の断面積に対応して大きくなるように構成されたことをその要旨とする。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 comprises a laser medium made of a solid doped with a light emitting element and an excitation light source that excites the light emitting element by irradiating the laser medium with excitation light, An optical amplifier for amplifying the laser light emitted when the excited light emitting element returns from the excited state to the base state and emitting the amplified laser light from the tip of the laser medium; The medium is formed such that a cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the emitted laser light increases from the base end portion to the tip end portion, and the excitation light source irradiates from the base end portion to the tip end portion of the laser medium. The gist of the invention is that the amount of the excitation light is configured to increase in accordance with the cross-sectional area of the laser medium.

この発明では、レーザ媒体は出射するレーザ光の光軸と直交する断面積が、励起光によって励起されたレーザ媒体中を進むほど徐々に大きくなっていくレーザ光のビームパワーに対応して、基端部から先端部にかけて大きくなるように形成される。このため、レーザ媒体は光軸方向全体に亘って増幅されるレーザ光のビームパワーに耐えうる形状をなし、その結果、増幅されたレーザ光によりレーザ媒体が破損されるのを抑制することができる。また、レーザ媒体は、高い耐久性が必要のない基端部の断面積が小さく形成されているため、レーザ媒体を効率的に小型にすることができ、その結果、レーザ発生装置の大型化を抑制できる。さらに、励起光源は、レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する前記励起光の光量が、レーザ媒体の断面積に対応して大きくなるように構成されるため、レーザ媒体を効率的に励起させることができる。従って、レーザ光のパルス幅を伸縮するためのパルスストレッチャー及びパルスコンプレッサ等の装置を用いなくてもよいため、簡単な構成で超短パルス光の増幅が可能となる。   In the present invention, the laser medium has a cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the emitted laser light, corresponding to the beam power of the laser light that gradually increases as it travels through the laser medium excited by the excitation light. It is formed so as to increase from the end to the tip. For this reason, the laser medium has a shape that can withstand the beam power of the laser light amplified over the entire optical axis direction, and as a result, the laser medium can be prevented from being damaged by the amplified laser light. . Further, since the laser medium is formed with a small cross-sectional area at the base end portion that does not require high durability, the laser medium can be efficiently reduced in size, thereby increasing the size of the laser generator. Can be suppressed. Furthermore, since the excitation light source is configured so that the amount of the excitation light irradiated from the base end portion to the tip end portion of the laser medium increases corresponding to the cross-sectional area of the laser medium, the laser medium is efficiently excited. Can be made. Accordingly, it is not necessary to use a device such as a pulse stretcher and a pulse compressor for expanding and contracting the pulse width of the laser light, and thus it is possible to amplify ultrashort pulse light with a simple configuration.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ発生装置において、前記励起光源は、前記レーザ媒体の先端側から基端側に向けて前記励起光を照射させて、前記レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する前記励起光の光量が、前記レーザ媒体の断面積に対応して大きくなるように設けられたことをその要旨とする。   According to a second aspect of the present invention, in the laser generator according to the first aspect, the excitation light source irradiates the excitation light from the distal end side to the proximal end side of the laser medium, and The gist thereof is that the amount of the excitation light irradiated from the base end portion to the tip end portion is provided so as to increase corresponding to the cross-sectional area of the laser medium.

この発明では、励起光源はレーザ媒体の先端側から基端側に向けて励起光を照射するように設けられるため、レーザ媒体が受ける励起光の光量は励起光源から離れた基端部ほど少なくなる。従って、例えば1つの励起光源のみを用いても、レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する励起光の光量を、レーザ媒体の断面積に対応して大きくすることができるため、レーザ発生装置の部品点数を抑えることができる。   In the present invention, since the excitation light source is provided so as to irradiate the excitation light from the distal end side to the proximal end side of the laser medium, the light quantity of the excitation light received by the laser medium decreases as the proximal end portion away from the excitation light source. . Therefore, for example, even when only one excitation light source is used, the amount of excitation light irradiated from the base end portion to the tip end portion of the laser medium can be increased corresponding to the cross-sectional area of the laser medium. The number of parts can be reduced.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のレーザ発生装置において、前記励起光源は複数設けられ、それら複数の励起光源は、前記レーザ媒体が出射するレーザ光の光軸と直交する方向から前記レーザ媒体の断面積に応じた光量の励起光をそれぞれ照射することをその要旨とする。   According to a third aspect of the present invention, in the laser generator according to the first aspect, a plurality of the excitation light sources are provided, and the plurality of excitation light sources are in a direction orthogonal to an optical axis of laser light emitted from the laser medium. The gist of the present invention is to irradiate the excitation light with a light amount corresponding to the cross-sectional area of the laser medium.

この発明では、複数設けられた励起光源は、レーザ媒体が出射するレーザ光の光軸と直交する方向から断面積に応じた光量の励起光をそれぞれ照射するように設けられる。これにより、レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する前記励起光の光量を、レーザ媒体の断面積に対応して大きくすることができる。   In the present invention, the plurality of excitation light sources are provided so as to irradiate each amount of excitation light according to the cross-sectional area from a direction orthogonal to the optical axis of the laser light emitted from the laser medium. Thereby, the light quantity of the said excitation light irradiated from the base end part of a laser medium to a front-end | tip part can be enlarged corresponding to the cross-sectional area of a laser medium.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ発生装置において、前記レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸方向に複数並設されたレーザ媒体片からなり、それら複数のレーザ媒体片は、後段に配置された前記レーザ媒体片の入射面の面積が、前段に配置された前記レーザ媒体片の出射面の面積以上にそれぞれ形成されたことをその要旨とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the laser generator according to any one of the first to fourth aspects, the laser medium includes a plurality of laser medium pieces arranged in parallel in the optical axis direction of the emitted laser light. The plurality of laser medium pieces are respectively formed such that the area of the incident surface of the laser medium piece arranged in the subsequent stage is larger than the area of the emission surface of the laser medium piece arranged in the previous stage. And

この発明では、複数のレーザ媒体片は、後段に配置されたレーザ媒体片の入射面の面積が、前段に配置されたレーザ媒体片の出射面の面積以上にそれぞれ形成されるため、複数のレーザ媒体片を用いたレーザ光の増幅が可能となる。そして、例えばレーザ媒体に結晶を用いる場合、形成できる結晶の大きさには限りがあり増幅できるビームパワーにも限界があるが、複数のレーザ媒体片を用いることで、レーザ光をより高いビームパワーまで増幅させることができる。   In the present invention, the plurality of laser medium pieces are formed so that the area of the incident surface of the laser medium piece arranged in the subsequent stage is larger than the area of the emission surface of the laser medium piece arranged in the preceding stage. Laser light amplification using a medium piece can be performed. For example, when a crystal is used for the laser medium, the size of the crystal that can be formed is limited and the beam power that can be amplified is limited. Can be amplified.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ発生装置において、前記レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸と直交する断面積が円形状をなし、前記励起光源は、該光軸の周方向において等間隔に複数設けられたことをその要旨とする。   The invention according to claim 5 is the laser generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the laser medium has a circular cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the emitted laser light, The gist thereof is that a plurality of the excitation light sources are provided at equal intervals in the circumferential direction of the optical axis.

この発明では、レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸と直交する断面積が円形状をなすため、レーザ媒体から出射されるレーザ光のビームスポットを円形にすることができる。また、励起光源は、レーザ媒体から出射されるレーザ光の光軸の周方向において等間隔に複数設けられるため、レーザ光をバランス良く増幅させることができる。   In the present invention, since the laser medium has a circular cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the emitted laser light, the beam spot of the laser light emitted from the laser medium can be made circular. In addition, since a plurality of excitation light sources are provided at equal intervals in the circumferential direction of the optical axis of the laser light emitted from the laser medium, the laser light can be amplified in a balanced manner.

請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ発生装置において、前記発光元素にレーザ光を放出させるための種光を前記レーザ媒体に入射する種光源を備えたことをその要旨とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the laser generator according to any one of the first to fifth aspects, the seed light source for causing the light emitting element to emit seed light into the laser medium is used. The gist is prepared.

この発明では、種光源から出射される種光によりレーザ媒体からレーザ光を出射させることができる。
請求項7に記載の発明は、レーザ加工装置において、請求項1〜6に記載のレーザ発生装置から出射されたレーザ光を用いて加工対象物に加工を行うことをその要旨とする。
In the present invention, the laser beam can be emitted from the laser medium by the seed light emitted from the seed light source.
The gist of the invention described in claim 7 is that, in the laser processing apparatus, processing is performed on the object to be processed using the laser light emitted from the laser generator according to claims 1 to 6.

この発明では、レーザ発生装置を簡単な構成な超短パルス光の増幅が可能とすることができ、ひいては、レーザ加工装置の簡素化に貢献することができる。   In the present invention, it is possible to amplify ultrashort pulse light with a simple configuration in the laser generator, and thus contribute to simplification of the laser processing apparatus.

従って、上記記載の発明によれば、レーザ発生装置及びレーザ加工装置において、簡単な構成で超短パルス光の増幅を可能にすることができる。   Therefore, according to the above-described invention, it is possible to amplify ultrashort pulse light with a simple configuration in the laser generator and the laser processing apparatus.

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に概略構成を示す本実施形態のレーザ加工装置10は、制御部11の制御に基づいて、搬送されるワーク(加工対象物)Wの表面に文字・記号・図形等をマーキング加工するものである。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
A laser processing apparatus 10 of the present embodiment whose schematic configuration is shown in FIG. 1 performs marking processing of characters, symbols, figures, and the like on the surface of a workpiece (processing object) W to be conveyed based on the control of the control unit 11. It is.

レーザ加工装置10のレーザ発生装置12は、種光として超短パルスのレーザ光を発振可能な種光源21と、その種光源21から出射された種光を誘導放出により増幅する光増幅器22とから構成されている。尚、種光源21は制御部11によりその発振が制御されている。   The laser generator 12 of the laser processing apparatus 10 includes a seed light source 21 that can oscillate an ultrashort pulse laser beam as seed light, and an optical amplifier 22 that amplifies the seed light emitted from the seed light source 21 by stimulated emission. It is configured. The oscillation of the seed light source 21 is controlled by the control unit 11.

光増幅器22において種光源21の後段に設けられたレーザ媒体23は、発光元素としてのイッテリビウム(Yb)がドープされたYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)結晶からなるとともに、その内部に種光が入射されるように設置されている。図1において、レーザ媒体23の側方視の形状を図示している。レーザ媒体23は、側方視及び平面視において、レーザ光を出射する先端側にかけて拡がる台形状をなすとともに、種光が入射される入射側端面及び出射側端面がそれぞれ種光の光軸Lと直交するように設けられている。即ち、レーザ媒体23は、種光の光軸Lと直交する断面が矩形をなすとともに、その断面積が種光を入射する入射側端部(基端部)から出射側端部(先端部)にかけて大きくなるように形成されている。また、レーザ媒体23は光軸Lに対して対称形状をなしている。尚、レーザ媒体23は、例えば紙面直交方向長さが、入射側端面では100μm以下に形成され、出射側端面はその入射側端面長さの50倍以上の長さに形成されている。   The laser medium 23 provided in the rear stage of the seed light source 21 in the optical amplifier 22 is made of YAG (yttrium, aluminum, garnet) crystal doped with ytterbium (Yb) as a light emitting element, and seed light is incident on the inside thereof. It is installed to be. In FIG. 1, the shape of the laser medium 23 viewed from the side is illustrated. The laser medium 23 has a trapezoidal shape that spreads toward the front end side from which laser light is emitted in the side view and the plan view, and the incident-side end face and the emission-side end face on which the seed light is incident respectively have an optical axis L of the seed light. It is provided to be orthogonal. That is, the laser medium 23 has a rectangular cross section orthogonal to the optical axis L of the seed light, and the cross sectional area of the laser medium 23 from the incident side end (base end) where the seed light is incident to the emission side end (tip end). It is formed so as to increase in size. Further, the laser medium 23 has a symmetrical shape with respect to the optical axis L. The laser medium 23 has a length in the direction perpendicular to the paper surface of, for example, 100 μm or less at the incident side end surface, and the emission side end surface is formed to be 50 times or more the length of the incident side end surface.

レーザ媒体23の出射側の斜め上方及び斜め下方にはそれぞれ、レーザ媒体23とともに光増幅器22を構成する励起光源24が設けられている。図1では紙面直交方向に重なっているが、同方向に所定間隔をあけてそれぞれ一対の励起光源24が配設され、光増幅器22には励起光源24が、例えばレーザ媒体23の出射側端部の各角部に対応させて、全部で4つ設けられている。   An excitation light source 24 that constitutes an optical amplifier 22 together with the laser medium 23 is provided obliquely above and obliquely below the emission side of the laser medium 23. In FIG. 1, they overlap in the direction perpendicular to the plane of the drawing, but a pair of pumping light sources 24 are arranged at predetermined intervals in the same direction. A total of four are provided corresponding to each corner.

各励起光源24は、発光元素としてのイッテリビウムを励起可能な波長を有する励起光Eを、レーザ媒体23の出射側から入射側に向けて斜めに入射させ、その励起光Eはレーザ媒体23の出射側端面及び側面全体に亘って照射される。尚、各励起光源24は制御部11によりその発振が制御されている。各励起光源24から出射された励起光Eはレーザ媒体23内を進むにつれて光量が減少するため、レーザ媒体23が受ける励起光Eの光量は励起光源24から離れた箇所ほど少ない。即ち、レーザ媒体23が受ける励起光Eの光量は、入射側端部が最も少なく出射側端部にかけて徐々に多くなっている。励起光Eの照射によりレーザ媒体23中の発光元素はエネルギーの高い状態に励起される。レーザ媒体23が励起光Eから吸収するエネルギーは、その入射側端部から出射側端部にかけて大きくなっている。また、励起光源24は、レーザ媒体23において断面積が小さいために吸収率が高い先端側ほど照射される光量が少なくなるように励起光Eを照射するため、レーザ媒体23に対して無駄なく効率的に励起光Eを照射することができる。   Each excitation light source 24 causes excitation light E having a wavelength capable of exciting ytterbium as a light emitting element to enter obliquely from the emission side to the incidence side of the laser medium 23, and the excitation light E is emitted from the laser medium 23. Irradiation is performed over the entire side end face and side face. Note that the oscillation of each excitation light source 24 is controlled by the control unit 11. Since the amount of the excitation light E emitted from each excitation light source 24 decreases as it travels through the laser medium 23, the light amount of the excitation light E received by the laser medium 23 decreases as the distance from the excitation light source 24 increases. That is, the amount of the excitation light E received by the laser medium 23 is the smallest at the incident side end and gradually increases toward the emission side end. By the irradiation with the excitation light E, the light emitting element in the laser medium 23 is excited to a high energy state. The energy absorbed by the laser medium 23 from the excitation light E increases from the incident side end to the emission side end. Further, since the excitation light source 24 irradiates the excitation light E so that the amount of light irradiated toward the tip side having a higher absorption rate is reduced because the cross-sectional area of the laser medium 23 is small, the laser light source 23 is efficient without waste. The excitation light E can be irradiated.

このように励起されたレーザ媒体23に種光源21から出射された種光が入射すると、その種光は励起光源24からの励起光Eが照射されたレーザ媒体23内で増幅伝搬され、レーザ媒体23中を進むほどそのビームパワーが増していく。レーザ媒体23は、種光の光軸Lと直交する断面積が入射側端部から出射側端部にかけて大きくなるように形成されているため、光軸L方向全体に亘って増幅される種光のビームパワーに耐えうる形状をなし、その結果、増幅された種光により破損されないようになっている。尚、このとき、レーザ媒体23中を増幅伝搬する種光はそのビーム径を拡大させながら進む。このように増幅された種光はレーザ媒体23の端面から出射される。   When the seed light emitted from the seed light source 21 enters the laser medium 23 thus excited, the seed light is amplified and propagated in the laser medium 23 irradiated with the excitation light E from the excitation light source 24, and the laser medium. The beam power increases as it goes through 23. Since the laser medium 23 is formed so that the cross-sectional area perpendicular to the optical axis L of the seed light increases from the incident side end to the output side end, the seed light amplified over the entire optical axis L direction. It is shaped so that it can withstand the beam power, and as a result, it is not damaged by the amplified seed light. At this time, the seed light amplified and propagated in the laser medium 23 travels while expanding its beam diameter. The seed light thus amplified is emitted from the end face of the laser medium 23.

このような光増幅器22では、レーザ媒体23は、高い耐久性が必要のない入射側の断面積が小さく形成されているため、レーザ媒体23を効率的に小型にすることができる。また、励起光源24は、レーザ媒体23の入射側端部から出射側端部にかけて照射する励起光Eの光量が、レーザ媒体23の断面積に対応して大きくなるように設けられているため、レーザ媒体23を効率的に励起させることができる。このようなレーザ発生装置12では、種光のパルス幅を伸縮するためのパルスストレッチャー及びパルスコンプレッサ等の装置を用いなくてもよいため、簡単な構成で超短パルス光の増幅が可能となる。   In such an optical amplifier 22, since the laser medium 23 is formed with a small sectional area on the incident side that does not require high durability, the laser medium 23 can be efficiently downsized. In addition, the excitation light source 24 is provided so that the amount of excitation light E irradiated from the incident side end to the emission side end of the laser medium 23 increases corresponding to the cross-sectional area of the laser medium 23. The laser medium 23 can be excited efficiently. In such a laser generator 12, it is not necessary to use a device such as a pulse stretcher and a pulse compressor for expanding and contracting the pulse width of the seed light. Therefore, it is possible to amplify ultrashort pulse light with a simple configuration. .

レーザ媒体23にて増幅され出射されたレーザ光は、レーザ媒体23の後段に配置されたコリメータレンズ25によって平行光にされ、そのレーザ光がレーザ発生装置12から出射される。   The laser light amplified and emitted by the laser medium 23 is converted into parallel light by the collimator lens 25 disposed at the subsequent stage of the laser medium 23, and the laser light is emitted from the laser generator 12.

レーザ発生装置12の後段に配置されたガルバノミラー31は、該レーザ発生装置12から出射されるレーザ光を反射してその照射方向を変更するものであり、例えば対をなすX軸ミラーとY軸ミラーとで構成されている。ガルバノミラー31は、制御部11の制御に基づく駆動装置32の駆動により角度制御され、マーキングする文字や記号、図形等に基づいて2次元でレーザ光を走査する。   The galvanometer mirror 31 disposed at the rear stage of the laser generator 12 reflects the laser light emitted from the laser generator 12 and changes the irradiation direction thereof. For example, a pair of an X-axis mirror and a Y-axis It consists of a mirror. The galvanometer mirror 31 is angle-controlled by driving of the driving device 32 based on the control of the control unit 11 and scans the laser beam two-dimensionally based on characters, symbols, figures, etc. to be marked.

ガルバノミラー31の後段に配置された収束レンズ(fθレンズ)33は、レーザ発生装置12から出射されるレーザ光をワークWの表面において所定のスポット径となるまで収束させ、これによりレーザ光がマーキング加工に適したエネルギー密度まで高められる。そして、このようにしてワークW表面にマーキング加工が施されるようになっている。   A converging lens (fθ lens) 33 disposed at the subsequent stage of the galvanometer mirror 31 converges the laser light emitted from the laser generator 12 until the spot diameter reaches a predetermined spot on the surface of the workpiece W, whereby the laser light is marked. The energy density suitable for processing is increased. In this way, the marking process is performed on the surface of the workpiece W.

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)レーザ媒体23は種光の光軸Lと直交する断面積が、励起光Eによって励起されたレーザ媒体23中を進むほど徐々に大きくなっていく種光のビームパワーに対応して、入射側端部(基端部)から出射側端部(先端部)にかけて大きくなるように形成される。このため、レーザ媒体23は光軸L方向全体に亘って増幅される種光のビームパワーに耐えうる形状をなし、その結果、増幅された種光によりレーザ媒体23が破損されるのを抑制することができる。また、レーザ媒体23は、高い耐久性が必要のない入射側の断面積が小さく形成されているため、レーザ媒体23を効率的に小型にすることができ、その結果、レーザ発生装置12の大型化を抑制できる。従って、種光のパルス幅を伸縮するためのパルスストレッチャー及びパルスコンプレッサ等の装置を用いなくてもよいため、簡単な構成で超短パルス光の増幅が可能となる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) The laser medium 23 corresponds to the beam power of the seed light whose cross-sectional area perpendicular to the optical axis L of the seed light gradually increases as it travels through the laser medium 23 excited by the excitation light E. It is formed to increase from the incident side end (base end) to the emission side end (tip). Therefore, the laser medium 23 has a shape that can withstand the beam power of the seed light amplified over the entire optical axis L direction, and as a result, the laser medium 23 is prevented from being damaged by the amplified seed light. be able to. In addition, since the laser medium 23 is formed with a small sectional area on the incident side that does not require high durability, the laser medium 23 can be efficiently reduced in size, and as a result, the laser generator 12 is increased in size. Can be suppressed. Accordingly, it is not necessary to use a device such as a pulse stretcher and a pulse compressor for expanding and contracting the pulse width of the seed light, so that ultrashort pulse light can be amplified with a simple configuration.

(2)励起光源24は、レーザ媒体23の入射側端部から出射側端部にかけて照射する前記励起光Eの光量が、レーザ媒体23の断面積に対応して大きくなるように構成されるため、レーザ媒体23を効率的に励起させることができる。   (2) The excitation light source 24 is configured so that the amount of the excitation light E irradiated from the incident side end portion to the emission side end portion of the laser medium 23 increases corresponding to the cross-sectional area of the laser medium 23. The laser medium 23 can be excited efficiently.

(3)レーザ媒体23の出射側から入射側に向けて励起光Eを照射するように設けられるため、レーザ媒体23が受ける励起光Eの光量は励起光源24から離れた入射側端部ほど少なくなる。従って、励起光源の設置数を少なくしても、レーザ媒体23の入射側端部から出射側端部にかけて照射する励起光Eの光量を、レーザ媒体23の断面積に対応して大きくすることができるため、レーザ発生装置12の部品点数を抑えることができる。   (3) Since the excitation light E is radiated from the emission side to the incidence side of the laser medium 23, the amount of the excitation light E received by the laser medium 23 is smaller at the incident side end away from the excitation light source 24. Become. Therefore, even if the number of excitation light sources is reduced, the amount of excitation light E irradiated from the incident side end to the emission side end of the laser medium 23 can be increased corresponding to the cross-sectional area of the laser medium 23. Therefore, the number of parts of the laser generator 12 can be suppressed.

(4)レーザ媒体23は1つのみ設けられるため、レーザ発生装置12をより簡単に構成できる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
(4) Since only one laser medium 23 is provided, the laser generator 12 can be configured more easily.
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.

・上記実施形態では、励起光源24はレーザ媒体23の出射側から入射側に向けて斜めに励起光Eを照射するように設けられた。しかし、これ以外に例えば、図2に示すように、複数の励起光源40をレーザ媒体23の側方に設け、種光の光軸Lと直交する方向からレーザ媒体23の断面積に応じた光量の励起光をそれぞれ照射するように構成してもよい。   In the above embodiment, the excitation light source 24 is provided so as to irradiate the excitation light E obliquely from the emission side to the incident side of the laser medium 23. However, other than this, for example, as shown in FIG. 2, a plurality of excitation light sources 40 are provided on the side of the laser medium 23, and the amount of light corresponding to the cross-sectional area of the laser medium 23 from the direction orthogonal to the optical axis L of the seed light You may comprise so that the excitation light of each may be irradiated.

・上記実施形態では、励起光源24はレーザ媒体23の出射側端部の各角部に対応させて設けられたが、これ以外に例えば、光軸L方向から見てレーザ媒体23の上下左右に配置してもよい。   In the above embodiment, the excitation light source 24 is provided corresponding to each corner of the emission side end of the laser medium 23. However, for example, on the top, bottom, left and right of the laser medium 23 when viewed from the optical axis L direction. You may arrange.

・上記実施形態では、励起光源24はレーザ媒体23より出射側において光軸L周方向に4つ設けられたが、これに限定されるものではなく、1〜3つ、又は5つ以上設けてもよい。   In the above embodiment, four excitation light sources 24 are provided in the circumferential direction of the optical axis L on the emission side from the laser medium 23, but are not limited to this, and 1 to 3 or 5 or more are provided. Also good.

・上記実施形態では、励起光源24は、レーザ媒体23の入射側端部から出射側端部にかけて照射する励起光Eの光量が、レーザ媒体23の断面積に対応して大きくなるように設けられたが、これ以外に例えば、入射側端部から出射側端部にかけて均一な光量を照射してもよい。   In the above embodiment, the excitation light source 24 is provided so that the amount of excitation light E irradiated from the incident side end to the emission side end of the laser medium 23 increases corresponding to the cross-sectional area of the laser medium 23. However, other than this, for example, a uniform amount of light may be irradiated from the incident side end to the emission side end.

・上記実施形態のレーザ媒体23を、図3に示すような種光の光軸L方向に複数(図3においては3つ)並設されたレーザ媒体片50a,50b,50cにて構成してもよい。レーザ媒体片50a〜50cはそれぞれ密着して設けられている。また、最も種光源21側に配置されたレーザ媒体片50aの出射面の面積と、その後段のレーザ媒体片50bの入射面の面積とは略等しく形成されるとともに、レーザ媒体片50bの出射面の面積とその後段のレーザ媒体片50cの入射面の面積も略等しく形成されている。このような構成によれば、レーザ媒体を全体として大きく形成することができ、種光をより高いビームパワーまで増幅させることができる。また、図4に示すように、複数のレーザ媒体片60a,60b,60cをそれぞれ光軸L方向に離間させて設けてもよい。また、最も種光源21側に配置されたレーザ媒体片60aの出射面の面積よりも、その後段のレーザ媒体片50bの入射面の面積の方が大きく形成されるとともに、レーザ媒体片50bの出射面の面積よりもその後段のレーザ媒体片50cの入射面の面積の方が大きく形成されている。また、レーザ媒体片60a〜60cのそれぞれに対し、上記実施形態と同様な構成の励起光源61が設けられている。このような構成としても、上記したような図3に示す構成と同様の作用効果が得られる。尚、図3及び図4に示す構成において、レーザ媒体片を2つ、又は4つ以上で構成してもよい。   The laser medium 23 of the above embodiment is configured by a plurality of laser medium pieces 50a, 50b, and 50c arranged in parallel in the optical axis L direction of the seed light as shown in FIG. 3 (three in FIG. 3). Also good. The laser medium pieces 50a to 50c are provided in close contact with each other. Further, the area of the emission surface of the laser medium piece 50a arranged closest to the seed light source 21 and the area of the incident surface of the subsequent laser medium piece 50b are formed to be substantially equal, and the emission surface of the laser medium piece 50b. And the area of the incident surface of the laser medium piece 50c in the subsequent stage are formed to be substantially equal. According to such a configuration, the laser medium can be formed large as a whole, and the seed light can be amplified to a higher beam power. Also, as shown in FIG. 4, a plurality of laser medium pieces 60a, 60b, 60c may be provided separately in the direction of the optical axis L. Further, the area of the incident surface of the subsequent laser medium piece 50b is formed larger than the area of the emission surface of the laser medium piece 60a arranged closest to the seed light source 21, and the laser medium piece 50b is emitted. The area of the incident surface of the subsequent laser medium piece 50c is formed larger than the area of the surface. Moreover, the excitation light source 61 of the structure similar to the said embodiment is provided with respect to each of the laser medium pieces 60a-60c. Even in such a configuration, the same operation and effect as the configuration shown in FIG. 3 as described above can be obtained. In the configuration shown in FIGS. 3 and 4, two or four or more laser medium pieces may be configured.

・上記実施形態では、レーザ媒体23としてイッテリビウムがドープされたYAG結晶を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、例えばチタン(Ti)がドープされたサファイヤ結晶を用いてもよく、また、他の物質から構成されたものを用いてもよい。   In the above embodiment, the YAG crystal doped with ytterbium is used as the laser medium 23. However, the present invention is not limited to this. For example, a sapphire crystal doped with titanium (Ti) may be used. Those composed of other substances may also be used.

・上記実施形態では、レーザ媒体23は光軸Lと直交する断面が矩形に形成されたが、これに限定されず、例えば断面円形でもよい。この構成によれば、レーザ媒体23から出射されるレーザ光のビームスポットを円形にすることができる。また、この構成において、励起光源24を光軸Lの周方向において等間隔に複数設けた場合、レーザ光をバランス良く増幅させることができる。   In the above embodiment, the laser medium 23 has a rectangular cross section orthogonal to the optical axis L, but is not limited thereto, and may be, for example, a circular cross section. According to this configuration, the beam spot of the laser light emitted from the laser medium 23 can be made circular. Further, in this configuration, when a plurality of excitation light sources 24 are provided at equal intervals in the circumferential direction of the optical axis L, the laser light can be amplified with a good balance.

・上記実施形態では、種光を出射する種光源21を備え、レーザ媒体23に種光を入射することで発光元素がレーザ光を放出(誘導放出)するようになっているが、種光源21を設けない構成として、種光の替わりに励起された発光元素の自然放出によりレーザ光を得るようにしてもよい。   In the above embodiment, the seed light source 21 that emits the seed light is provided, and the light emitting element emits laser light (stimulated emission) when the seed light is incident on the laser medium 23. Alternatively, the laser beam may be obtained by spontaneous emission of a light emitting element excited instead of seed light.

・上記実施形態では、マーキング加工を行うレーザ加工装置を例にとって説明したが、これ以外に例えば、ワークに対して切断加工や溶接加工等を行うものにも同様に用いてもよい。   In the above-described embodiment, the laser processing apparatus that performs the marking process has been described as an example. However, for example, the laser processing apparatus may be used in the same manner for a workpiece that performs cutting or welding on the workpiece.

本実施形態におけるレーザ加工装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser processing apparatus in this embodiment. 別例のレーザ発生装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser generator of another example. 別例のレーザ発生装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser generator of another example. 別例のレーザ発生装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the laser generator of another example.

符号の説明Explanation of symbols

E…励起光、L…種光の光軸、W…加工対象物としてのワーク、10…レーザ加工装置、12…レーザ発生装置、21…種光源、22…光増幅器、23…レーザ媒体、24,40,61…励起光源、50a〜50c,60a〜60c…レーザ媒体片。   E ... excitation light, L ... optical axis of seed light, W ... work as workpiece 10 laser processing device, 12 laser generating device, 21 seed light source, 22 optical amplifier, 23 laser medium, 24 40, 61 ... excitation light source, 50a-50c, 60a-60c ... laser medium piece.

Claims (7)

発光元素がドープされた固体よりなるレーザ媒体及び該レーザ媒体に励起光を照射して前記発光元素を励起させる励起光源からなり、励起された前記発光元素が励起状態から基の状態に戻る際に放出するレーザ光により増幅して該レーザ媒体の先端部から増幅されたレーザ光を出射する光増幅器を備えて構成され、
前記レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸と直交する断面積が、その基端部から先端部にかけて大きくなるように形成され、
前記励起光源は、前記レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する前記励起光の光量が、前記レーザ媒体の断面積に対応して大きくなるように構成されたことを特徴とするレーザ発生装置。
A laser medium made of a solid doped with a light emitting element and an excitation light source that excites the light emitting element by irradiating the laser medium with excitation light, and when the excited light emitting element returns from an excited state to a base state An optical amplifier that is amplified by the emitted laser light and emits the amplified laser light from the tip of the laser medium is configured,
The laser medium is formed so that a cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the emitted laser light increases from the base end to the tip.
The excitation light source is configured so that the amount of the excitation light irradiated from the proximal end portion to the distal end portion of the laser medium is increased corresponding to a cross-sectional area of the laser medium. .
請求項1に記載のレーザ発生装置において、
前記励起光源は、前記レーザ媒体の先端側から基端側に向けて前記励起光を照射させて、前記レーザ媒体の基端部から先端部にかけて照射する前記励起光の光量が、前記レーザ媒体の断面積に対応して大きくなるように設けられたことを特徴とするレーザ発生装置。
The laser generator according to claim 1, wherein
The excitation light source irradiates the excitation light from the distal end side to the proximal end side of the laser medium, and the amount of the excitation light irradiated from the proximal end portion to the distal end portion of the laser medium is A laser generator characterized by being provided so as to increase in size corresponding to a cross-sectional area.
請求項1に記載のレーザ発生装置において、
前記励起光源は複数設けられ、
それら複数の励起光源は、前記レーザ媒体が出射するレーザ光の光軸と直交する方向から前記レーザ媒体の断面積に応じた光量の励起光をそれぞれ照射することを特徴とするレーザ発生装置。
The laser generator according to claim 1, wherein
A plurality of the excitation light sources are provided,
The plurality of excitation light sources respectively irradiate with excitation light having a light amount corresponding to a cross-sectional area of the laser medium from a direction orthogonal to an optical axis of laser light emitted from the laser medium.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ発生装置において、
前記レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸方向に複数並設されたレーザ媒体片からなり、それら複数のレーザ媒体片は、後段に配置された前記レーザ媒体片の入射面の面積が、前段に配置された前記レーザ媒体片の出射面の面積以上にそれぞれ形成されたことを特徴とするレーザ発生装置。
In the laser generator of any one of Claims 1-3,
The laser medium is composed of a plurality of laser medium pieces arranged in parallel in the optical axis direction of the emitted laser light, and the plurality of laser medium pieces has an area of an incident surface of the laser medium piece arranged in the subsequent stage, The laser generator is formed so as to be larger than the area of the emission surface of the laser medium piece arranged on the substrate.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のレーザ発生装置において、
前記レーザ媒体は、出射するレーザ光の光軸と直交する断面積が円形状をなし、
前記励起光源は、該光軸の周方向において等間隔に複数設けられたことを特徴とするレーザ発生装置。
In the laser generator of any one of Claims 1-4,
The laser medium has a circular cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the emitted laser light,
2. A laser generator according to claim 1, wherein a plurality of the excitation light sources are provided at equal intervals in the circumferential direction of the optical axis.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のレーザ発生装置において、
前記発光元素にレーザ光を放出させるための種光を前記レーザ媒体に入射する種光源を備えたことを特徴とするレーザ発生装置。
In the laser generator of any one of Claims 1-5,
A laser generator, comprising: a seed light source for causing the light emitting element to emit seed light into the laser medium.
請求項1〜6に記載のレーザ発生装置から出射されたレーザ光を用いて加工対象物に加工を行うことを特徴とするレーザ加工装置。   A laser processing apparatus that performs processing on an object to be processed using laser light emitted from the laser generator according to claim 1.
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