JP2013201216A - レーザ照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寄生発振の発生を抑制することができるレーザ照射方法を提供する。
【解決手段】互いに反射面２ａ，３ａが対向して配置された出力ミラー２及び反射ミラー３と、出力ミラー２と反射ミラー３との間に配置された固体レーザ媒体４及びＱスイッチ６と、を有する光共振器１を用いる。固体レーザ媒体４と出力ミラー２との間に遮光部材１０を配置し、その状態で固体レーザ媒体４の出力ミラー２側の端面４ａから反射ミラー３の反射面３ａまでの第１区間Ｓ１から出射される光を検出する。固体レーザ媒体４と反射ミラー３との間に遮光部材１０を配置し、その状態で固体レーザ媒体４の反射ミラー３側の端面４ｂから出力ミラー２の反射面２ａまでの第２区間Ｓ２から出射される光を検出する。第１区間Ｓ１及び第２区間Ｓ２から出射される光が検出されないように光共振器１を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ照射方法に関する。

互いに反射面が対向して配置された出力ミラー及び反射ミラーと、出力ミラーと反射ミラーとの間に配置された固体レーザ媒体及びＱスイッチと、を有する光共振器を用いたレーザ照射方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−４５８９７号公報

上述したレーザ照射方法では、出力ミラーと反射ミラーとの間での正規のレーザ発振により光が増幅される。しかしながら、正規のレーザ発振に付随して出力ミラーと反射ミラーとの間の一部の区間において意図しないレーザ発振が発生してしまう場合がある（以下、この発振を寄生発振という）。寄生発振により光共振器内の光のエネルギーが許容レベルを超えると、固体レーザ媒体等の損傷が発生し、所望の出力のレーザ光を照射できなくなる懼れがある。

そこで、本発明の課題は、寄生発振の発生を抑制することができるレーザ照射方法を提供することである。

本発明に係るレーザ照射方法は、互いに反射面が対向して配置された出力ミラー及び反射ミラーと、出力ミラーと反射ミラーとの間に配置された固体レーザ媒体及びＱスイッチと、を有する光共振器を用いたレーザ照射方法であって、固体レーザ媒体と出力ミラーとの間に遮光部材を配置し、その状態で固体レーザ媒体の出力ミラー側の端面から反射ミラーの反射面までの第１区間から出射される光を検出し、固体レーザ媒体と反射ミラーとの間に遮光部材を配置し、その状態で固体レーザ媒体の反射ミラー側の端面から出力ミラーの反射面までの第２区間から出射される光を検出し、第１区間及び第２区間から出射される光が検出されないように光共振器を調整することを特徴とする。

このようなレーザ照射方法では、固体レーザ媒体と出力ミラーとの間に遮光部材を配置し、その状態で第１区間から出射される光を検出する。遮光部材が配置されていることにより、出力ミラーと反射ミラーとの間での正規のレーザ発振は発生しない。このため、第１区間から出射される光を検出することで、第１区間での寄生発振が検出される。固体レーザ媒体と反射ミラーとの間に遮光部材を配置し、その状態で第２区間から出射される光を検出する。遮光部材が配置されていることにより、出力ミラーと反射ミラーとの間での正規のレーザ発振は発生しない。このため、第２区間から出射される光を検出することで、第２区間での寄生発振が検出される。第１区間から出射される光又は第２区間から出射される光が検出されると、第１区間及び第２区間から出射される光が検出されないように光共振器が調整される。従って、第１区間及び第２区間での寄生発振の発生を抑制することができる。

第２区間から出射される光として、第２区間から出力ミラーを透過して光共振器の外に出射される光を検出することが好ましい。この場合、第２区間から出射される光の検出が光共振器の外で行われるため、より小型の光共振器を用いることができる。

第１区間から出射される光が検出されないように固体レーザ媒体に対する反射ミラーの位置又は姿勢を調整することが好ましい。この場合、固体レーザ媒体に対する反射ミラーの位置又は姿勢の調整により第１区間における寄生発振の発生が抑制される。

第２区間から出射される光が検出されないように固体レーザ媒体に対する出力ミラーの位置又は姿勢を調整することが好ましい。この場合、固体レーザ媒体に対する出力ミラーの位置又は姿勢の調整により第２区間における寄生発振の発生が抑制される。

本発明に係るレーザ照射方法によれば、寄生発振の発生を抑制することができる。

本実施形態に係るレーザ照射方法に用いられる光共振器の概略図である。 図１の光共振器の第１区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の配置を示す図である。 図１の光共振器の第２区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の配置を示す図である。 図１の光共振器の第２区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の他の配置を示す図である。 他の光共振器の概略図である。 図５の光共振器の第１区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の配置を示す図である。 図５の光共振器の第２区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の配置を示す図である。 図５の光共振器の第２区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の他の配置を示す図である。 更に他の光共振器の概略図である。 図９の光共振器の第１区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の配置を示す図である。 図９の光共振器の第２区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の配置を示す図である。 図９の光共振器の第２区間から出射される光を測定する際の遮光部材及び光検出器の他の配置を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るレーザ照射方法に用いられる光共振器の概略図である。図１に示される光共振器１は、レーザ加工等においてパルスレーザ光を照射するのに利用されるものである。光共振器１は、出力ミラー２と、反射ミラー３と、固体レーザ媒体４と、励起光源５と、Ｑスイッチ６と、を有している。

出力ミラー２は、半透過型のミラーであり、反射面２ａに入射した光の一部を裏面２ｂ側に透過させる。反射ミラー３は、全反射型のミラーであり、反射面３ａに入射した光の大部分を反射させる。出力ミラー２と反射ミラー３とは、反射面２ａと反射面３ａとが対向するように配置されている。

固体レーザ媒体４と励起光源５とＱスイッチ６とは、出力ミラー２と反射ミラー３との間に配置されている。固体レーザ媒体４は、例えばネオジウムイオンを添加されたＹＡＧ結晶からなる棒状のレーザ媒体である。固体レーザ媒体４は、一端面４ａが出力ミラー２の反射面２ａに対向し、他端面４ｂが反射ミラー３の反射面３ａに対向するように配置されている。励起光源５は、固体レーザ媒体４の中心線Ｌ１に交差する方向で、固体レーザ媒体４と並ぶように配置されている。

Ｑスイッチ６は、ポラライザ７と、ポッケルスセル８と、λ／４波長板９とを有している。ポラライザ７と、ポッケルスセル８と、λ／４波長板９とは、出力ミラー２と反射ミラー３とが対向する方向に沿って並んでいる。Ｑスイッチ６は、ポッケルスセル８に電圧が印加されているときには特定方向の直線偏光を透過させ、ポッケルスセル８に電圧が印加されていないときには入射光を光共振器１の外に放出する。

続いて、光共振器１を用いたレーザ照射方法について説明する。まず、ポッケルスセル８に電圧を印加しない状態で、励起光源５によって固体レーザ媒体４に励起光を照射する。励起光の照射により固体レーザ媒体４が励起されると、固体レーザ媒体４から光が自然放出される。固体レーザ媒体４から自然放出された光は、Ｑスイッチ６により光共振器１の外に放出される。このため、光共振器１内でレーザ発振は生じず、固体レーザ媒体４にエネルギーが蓄積される。

次に、ポッケルスセル８にパルス状に電圧を印加する。ポッケルスセル８に電圧が印加されている間は、固体レーザ媒体４から放出された光のうち特定方向の直線偏光がＱスイッチ６を通過する。これにより、出力ミラー２と反射ミラー３との間でのレーザ発振が発生し、レーザ光が出力ミラー２を透過して光共振器１の外に照射される。

このようなレーザ照射方法では、ポッケルスセル８に電圧を印加していない期間に固体レーザ媒体４に蓄積されたエネルギーが、ポッケルスセル８にパルス状の電圧を印加する短期間に集中して放出されるため、ピーク出力の高いパルス状のレーザ光が照射される。

ところで、出力ミラー２と反射ミラー３との間で生じる正規のレーザ発振に付随して、光共振器１内で寄生発振が発生してしまう場合がある。寄生発振が生じ易い区間としては、固体レーザ媒体４の出力ミラー２側の端面４ａから反射ミラー３の反射面３ａまでの第１区間Ｓ１と、固体レーザ媒体４の反射ミラー３側の端面４ｂから出力ミラー２の反射面２ａまでの第２区間Ｓ２と、が挙げられる。寄生発振により光共振器１内の光のエネルギーが許容レベルを超えると、固体レーザ媒体４等の損傷が発生し、所望の出力のレーザ光を照射できなくなる懼れがある。そこで、本実施形態のレーザ照射方法では、寄生発振の発生を抑制するために光共振器１を調整する。以下、その方法について詳述する。

まず、図２に示されるように、固体レーザ媒体４と出力ミラー２との間に遮光部材１０を配置する。遮光部材１０と固体レーザ媒体４との間に光検出器１１を配置する。光検出器１１の受光部１１ａと固体レーザ媒体４の端面４ａとを対向させる。励起光源５によって固体レーザ媒体４に励起光を照射し、ポッケルスセル８に電圧を印加する。この状態で、第１区間Ｓ１から出射される光を光検出器１１によって検出する。遮光部材１０が配置されていることにより、出力ミラー２と反射ミラー３との間での正規のレーザ発振は発生しない。このため、第１区間Ｓ１から出射される光を検出することで、第１区間Ｓ１での寄生発振が検出される。

次に、図３に示されるように、固体レーザ媒体４とＱスイッチ６との間に遮光部材１０を配置する。遮光部材１０と固体レーザ媒体４との間に光検出器１１を配置する。光検出器１１の受光部１１ａと固体レーザ媒体４の端面４ｂとを対向させる。励起光源５によって固体レーザ媒体４に励起光を照射し、ポッケルスセル８に電圧を印加する。この状態で、第２区間Ｓ２から出射される光を光検出器１１によって検出する。遮光部材１０が配置されていることにより、出力ミラー２と反射ミラー３との間での正規のレーザ発振は発生しない。このため、第２区間Ｓ２から出射される光を検出することで、第２区間Ｓ２での寄生発振が検出される。

第１区間Ｓ１から出射される光が検出された場合には、第１区間Ｓ１から出射される光が低減されるように、光共振器１を調整する。例えば、固体レーザ媒体４に対する反射ミラー３の位置又は姿勢を調整する。Ｑスイッチ６を、不要な偏光成分のカット率がより高いものに交換してもよい。第２区間Ｓ２から出射される光が検出された場合には、第２区間Ｓ２から出射される光が低減されるように、光共振器１を調整する。例えば、固体レーザ媒体４に対する出力ミラー２の位置又は姿勢を調整する。出力ミラー２を、光の透過率がより高いものに交換してもよい。

本実施形態において、光が検出された場合とは、所定の閾値を超える光量の光が検出された場合を意味する。所定の閾値は、固体レーザ媒体４から自然放出される光のみが光検出器１１の受光部１１ａに入射する場合に検出される光量よりも大きい値に設定されている。

光共振器１を調整した場合、第１区間Ｓ１から出射される光及び第２区間Ｓ２から出射される光を上述した方法で再度検出する。第１区間Ｓ１から出射される光又は第２区間Ｓ２から出射される光が再度検出された場合には、再度光共振器１を調整する。第１区間Ｓ１から出射される光及び第２区間Ｓ２から出射される光が検出されなくなるまで、第１区間Ｓ１から出射される光及び第２区間Ｓ２から出射される光の検出と、光共振器１の調整とを繰り返す。これにより、第１区間Ｓ１及び第２区間Ｓ２での寄生発振の発生を抑制することができる。

なお、第２区間Ｓ２から出射される光を検出する際には、遮光部材１０及び光検出器１１をＱスイッチ６と反射ミラー３との間に配置してもよい。遮光部材１０をＱスイッチ６と反射ミラー３との間に配置し、光検出器１１を固体レーザ媒体４とＱスイッチ６との間に配置してもよい。図４に示されるように、光検出器１１を光共振器１外の出力ミラー２側に配置し、光検出器１１の受光部１１ａと出力ミラー２の裏面２ｂとを対向させてもよい。すなわち、第２区間Ｓ２から出射される光として、第２区間Ｓ２から出力ミラー２を透過して光共振器１の外に出射される光を検出してもよい。第２区間Ｓ２から出射される光の検出が光共振器１の外で行われるため、より小型の光共振器１を用いることができる。

本実施形態では、図１に示される光共振器１を用いているが、これに限られない。例えば、図５に示される光共振器１Ａを用いてもよい。光共振器１Ａは、光共振器１のＱスイッチ６をＱスイッチ６Ａに替えたものである。Ｑスイッチ６Ａのポラライザ７は固体レーザ媒体４と出力ミラー２との間に配置されている。Ｑスイッチ６Ａのポッケルスセル８及びλ／４波長板９は固体レーザ媒体４と反射ミラー３との間に配置されている。

光共振器１Ａを用いる場合にも、光共振器１を用いる場合と同様に、ピーク出力の高いパルス状のレーザ光を照射することができる。光共振器１Ａを用いる場合にも、光共振器１を用いる場合と同様に、寄生発振の発生を抑制するために光共振器１Ａを調整する。

光共振器１Ａの第１区間Ｓ１から出射される光を検出する際には、図６に示されるように、ポラライザ７と出力ミラー２との間に遮光部材１０を配置する。遮光部材１０とポラライザ７との間に光検出器１１を配置する。ポラライザ７を介して、光検出器１１の受光部１１ａと固体レーザ媒体４の端面４ａとを対向させる。遮光部材１０及び光検出器１１を固体レーザ媒体４とポラライザ７との間に配置してもよい。遮光部材１０をポラライザ７と出力ミラー２との間に配置し、光検出器１１を固体レーザ媒体４とポラライザ７との間に配置してもよい。

光共振器１Ａの第２区間Ｓ２から出射される光を検出する際には、図７に示されるように、固体レーザ媒体４とポッケルスセル８との間に遮光部材１０を配置する。遮光部材１０と固体レーザ媒体４との間に光検出器１１を配置する。光検出器１１の受光部１１ａと固体レーザ媒体４の端面４ｂとを対向させる。遮光部材１０及び光検出器１１をλ／４波長板９と反射ミラー３との間に配置してもよい。遮光部材１０をλ／４波長板９と反射ミラー３との間に配置し、光検出器１１を固体レーザ媒体４とポッケルスセル８との間に配置してもよい。図８に示されるように、光検出器１１を光共振器１外の出力ミラー２側に配置し、光検出器１１の受光部１１ａと出力ミラー２の裏面２ｂとを対向させてもよい。

図９に示される光共振器１Ｂを用いてもよい。光共振器１Ｂは、光共振器１のＱスイッチ６を固体レーザ媒体４と出力ミラー２との間に配置したものである。光共振器１Ｂを用いる場合にも、光共振器１を用いる場合と同様に、ピーク出力の高いパルス状のレーザ光を照射することができる。光共振器１Ｂを用いる場合にも、光共振器１を用いる場合と同様に、寄生発振の発生を抑制するために光共振器１Ｂを調整する。

光共振器１Ｂの第１区間Ｓ１から出射される光を検出する際には、図１０に示されるように、Ｑスイッチ６と出力ミラー２との間に遮光部材１０を配置する。遮光部材１０とＱスイッチ６との間に光検出器１１を配置する。Ｑスイッチ６を介して、光検出器１１の受光部１１ａと固体レーザ媒体４の端面４ａとを対向させる。遮光部材１０及び光検出器１１を固体レーザ媒体４とＱスイッチ６との間に配置してもよい。遮光部材１０をＱスイッチ６と出力ミラー２との間に配置し、光検出器１１を固体レーザ媒体４とＱスイッチ６との間に配置してもよい。

光共振器１Ｂの第２区間Ｓ２から出射される光を検出する際には、図１１に示されるように、固体レーザ媒体４と反射ミラー３との間に遮光部材１０を配置する。遮光部材１０と固体レーザ媒体４との間に光検出器１１を配置する。光検出器１１の受光部１１ａと固体レーザ媒体４の端面４ｂとを対向させる。図１２に示されるように、光検出器１１を光共振器１外の出力ミラー２側に配置し、光検出器１１の受光部１１ａと出力ミラー２の裏面２ｂとを対向させてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されない。例えば、第１区間Ｓ１から出射される光を検出する前に、第２区間Ｓ２から出射される光を検出してもよい。第１区間Ｓ１から出射される光を検出しながら、第１区間Ｓ１から出射される光が検出されなくなるように光共振器１，１Ａ，１Ｂを調整してもよい。第２区間Ｓ２から出射される光を検出しながら、第２区間Ｓ２から出射される光が検出されなくなるように光共振器１，１Ａ，１Ｂを調整してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…光共振器、２…出力ミラー、２ａ…反射面、３…反射ミラー、３ａ…反射面４…固体レーザ媒体、４ａ…端面、４ｂ…端面、５…励起光源、６，６Ａ…Ｑスイッチ、７…ポラライザ、８…ポッケルスセル、９…λ／４波長板、１０…遮光部材、１１…光検出器、Ｓ１…第１区間、Ｓ２…第２区間。

Claims (4)

1. 互いに反射面が対向して配置された出力ミラー及び反射ミラーと、前記出力ミラーと前記反射ミラーとの間に配置された固体レーザ媒体及びＱスイッチと、を有する光共振器を用いたレーザ照射方法であって、
   前記固体レーザ媒体と前記出力ミラーとの間に遮光部材を配置し、その状態で前記固体レーザ媒体の前記出力ミラー側の端面から前記反射ミラーの前記反射面までの第１区間から出射される光を検出し、
   前記固体レーザ媒体と前記反射ミラーとの間に遮光部材を配置し、その状態で前記固体レーザ媒体の前記反射ミラー側の端面から前記出力ミラーの前記反射面までの第２区間から出射される光を検出し、
   前記第１区間及び前記第２区間から出射される光が検出されないように前記光共振器を調整することを特徴とするレーザ照射方法。
2. 前記第２区間から出射される光として、前記第２区間から前記出力ミラーを透過して前記光共振器の外に出射される光を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザ照射方法。
3. 前記第１区間から出射される光が検出されないように前記固体レーザ媒体に対する前記反射ミラーの位置又は姿勢を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ照射方法。
4. 前記第２区間から出射される光が検出されないように前記固体レーザ媒体に対する前記出力ミラーの位置又は姿勢を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ照射方法。

Images