JP2015024419A - レーザ加工装置および製造方法 - Google Patents
レーザ加工装置および製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015024419A JP2015024419A JP2013154687A JP2013154687A JP2015024419A JP 2015024419 A JP2015024419 A JP 2015024419A JP 2013154687 A JP2013154687 A JP 2013154687A JP 2013154687 A JP2013154687 A JP 2013154687A JP 2015024419 A JP2015024419 A JP 2015024419A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- carbon dioxide
- processing
- femtosecond
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
Description
超短光パルスは、パルス幅が極めて短く、ピークパワーが極めて大きいため、三次元形状の加工への応用などに大きな可能性を有している。超短光パルスを透明材料中に集光すると、焦点近傍における強度が非常に大きくなり、多光子イオン化、トンネルイオン化などの非線形吸収現象が生じ、さらに、それに続くアンバランシェイオン化によって、局所的に透明材料における分子構造を変化させることができる。このレーザ励起による構造的変化は、集光条件、被加工材料の種類、レーザパラメータ(波長、パルス幅、入射パルスエネルギー、繰り返し周波数など)によって、概ね、屈折率変化、散乱性の損傷(scattering damage)、ボイド(空隙、voids)の3つのタイプに分類することができる。特に、コンピュータ制御の自動ステージにより屈折率変化領域を透明材料内部に一次元、二次元、三次元的に形成すれば、透明材料内部に光導波路、光結合器、レンズ、回折格子などの三次元光学デバイスを作製することができる。
図2A、図2Bに、フェムト秒レーザおよび炭酸ガスレーザシステムを用いたレーザマイクロ加工の原理を示す。超短光レーザパルスを透明材料の表面に集光させると、焦点近傍に非線形の吸収が生じ、光電離が生じてマイクロプラズマが形成される。このマイクロプラズマにより、焦点近傍の透明材料を局所的に加工することができる。今回は、焦点を透明材料の表面としているため、材料表面にアブレーション(除去、ablation)が生じることとなる(図2A参照)。つぎに、炭酸ガスレーザビームとフェムト秒レーザパルスを材料に同時に照射すると、熱レンズ効果が生じる。Gordon らによって初めて報告された熱レンズ効果は、レーザ照射領域のまわりの2つの媒質の屈折率の温度依存性に起因して生じる。光軸に垂直な面における光ビームの強度分布は、一般的には、ガウス分布として特徴づけることができる。つまり、レーザ光路にそって径方向に対称なガウスビームが材料に吸収されると、材料中において発生する熱もまた、径方向に対称なガウス分布となる。また、多くの材料は、温度が上昇すると屈折率が減少する。したがって、温度が最も高くなる光照射部の中央部が、最も低い屈折率をもつことになる。
図3に、装置の構成を示す。三次元ステージ10は、コンピュータ制御によりXYZ方向に移動可能である。三次元ステージ10の上には、対象物12が載置される。フェムト秒レーザ26からのレーザ光は、半波長板28、偏光板30、シャッタ32を通過し、ダイクロイックミラー20によって反射され、対物レンズ18を介して、対象物12に照射される。炭酸ガスレーザ14からのレーザ光は、ミラー16によって反射され、対象物12に照射される。なお、ダイクロイックミラー20はフェムト秒レーザ光を反射し、可視光を透過することができる。したがって、カメラ24は、対象物12の表面ないし内部を撮像することができる。つまり、カメラ24により、対象物12の状況をモニタすることができる。
4.1 炭酸ガスレーザ14を併用することの効果
炭酸ガスレーザ14の効果を確認するため、(i)フェムト秒レーザ26のみを用いた場合、(ii)フェムト秒レーザと炭酸ガスレーザの双方を用いた場合(以下、ハイブリッドレーザシステムと呼ぶ)について、対象物12に対するレーザマイクロ加工を行った。フェムト秒レーザのパルスエネルギーは、0.6 μJ に設定した。また、炭酸ガスレーザの出力は3 Wとした。図4に、カメラ24にて撮像した対象物12のXY平面の画像を示す。図4Aは、炭酸ガスレーザ14を照射しない場合の対象物12の画像である。図4Aより、対象物12の表面に描いた文字「5」が明瞭に確認できる。この時のカメラ24の焦点位置をそのままとし、炭酸ガスレーザ14を照射した場合の対象物12の画像が図4Bである。炭酸ガスレーザ14による熱レンズ効果によって、文字「5」がぼやけていることが分かる。
炭酸ガスレーザ14の出力、フェムト秒レーザ26のエネルギーを変えることによる、レーザ励起による加工状態(表面アブレーション、内部加工、その中間状態(表面アブレーションから内部加工への遷移状態))の変化を観察した。フェムト秒レーザ26のエネルギーは、0.60 μJ、0.65 μJ.、0.70 μJ、0.75 μJに変化させた。また、炭酸ガスレーザ14の出力は、1W、2W、3W、4W に変化させた。
次に、炭酸ガスレーザ14の出力、フェムト秒レーザ26のエネルギーを変化させ、加工深さの変化を調べた。フェムト秒レーザのパルスエネルギーは、0.60 μJ、0.65 μJ、0.70 μJ、0.75 μJ に変化させた。また、炭酸ガスレーザ14の出力は、1W、2W、3W、4Wに変化させた。
炭酸ガスレーザ14の出力を、1W、2W、3W と変化させ、三次元ステージ10の移動速度(つまり、対象物12のレーザ光に対する移動速度)を変化させた場合の加工状態を、図13に示す。移動速度が速いと、表面アブレーションから内部加工に移るために大きな炭酸ガスレーザの出力が必要であることが分かる。これは、移動速度がゆっくりである方が、炭酸ガスレーザによる熱効果が十分に与えられるからであると思われる。
Claims (10)
- 超短光パルスレーザを対象物の照射領域に照射する超短光パルスレーザ照射手段と、
前記対象物の超短光パルスレーザーの照射領域に、熱効果レーザを重ねて照射する熱効果レーザ照射手段と、
を備えたレーザ加工装置。 - 請求項1のレーザ加工装置において、
前記超短光パルスレーザーは、ピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザーであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1または2のレーザ加工装置において、
前記熱効果レーザは、炭酸ガスレーザまたはYAGレーザであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項1〜3のいずれかのレーザ加工装置において、
前記対象物は超短光パルスレーザの光を透過する性質を有するものであることを特徴とするレーザ加工装置。 - 請求項4のレーザ加工装置において、
前記熱効果レーザの出力を調整することによって、加工深さを調整することを特徴とするレーザ加工装置。 - 超短光パルスレーザを対象物の照射領域に照射し、
前記対象物の超短光パルスレーザーの照射領域に、熱効果レーザを重ねて照射することによって、対象物を加工するレーザ加工物の製造方法。 - 請求項6の製造方法において、
前記超短光パルスレーザーは、フェムト秒レーザーであることを特徴とする製造方法。 - 請求項6または7の製造方法において、
前記熱効果レーザは、炭酸ガスレーザまたはYAGレーザであることを特徴とする製造方法。 - 請求項6〜8のいずれかの製造方法において、
前記対象物はレーザ光を透過する性質を有するものであることを特徴とする製造方法。 - 請求項9の製造方法において、
前記熱効果レーザの出力を調整することによって、加工深さを調整することを特徴とする製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013154687A JP6308733B2 (ja) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | レーザ加工装置および製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013154687A JP6308733B2 (ja) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | レーザ加工装置および製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015024419A true JP2015024419A (ja) | 2015-02-05 |
JP6308733B2 JP6308733B2 (ja) | 2018-04-11 |
Family
ID=52489531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013154687A Active JP6308733B2 (ja) | 2013-07-25 | 2013-07-25 | レーザ加工装置および製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6308733B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104923919A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-23 | 江苏大学 | 在液膜-透明材料界面制备环形结构或微凸透镜的方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000002675A (ja) * | 1998-06-12 | 2000-01-07 | Asahi Chem Ind Co Ltd | キャピラリー光熱変換分析装置 |
JP2001212685A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-07 | Seiko Epson Corp | レーザ加工方法及びその装置 |
JP2002250708A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Asahi Kasei Corp | レーザー計測装置 |
-
2013
- 2013-07-25 JP JP2013154687A patent/JP6308733B2/ja active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000002675A (ja) * | 1998-06-12 | 2000-01-07 | Asahi Chem Ind Co Ltd | キャピラリー光熱変換分析装置 |
JP2001212685A (ja) * | 2000-02-04 | 2001-08-07 | Seiko Epson Corp | レーザ加工方法及びその装置 |
JP2002250708A (ja) * | 2001-02-26 | 2002-09-06 | Asahi Kasei Corp | レーザー計測装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104923919A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-09-23 | 江苏大学 | 在液膜-透明材料界面制备环形结构或微凸透镜的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6308733B2 (ja) | 2018-04-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Micro-hole drilling and cutting using femtosecond fiber laser | |
Lei et al. | Ultrafast laser applications in manufacturing processes: A state-of-the-art review | |
Kumkar et al. | Comparison of different processes for separation of glass and crystals using ultrashort pulsed lasers | |
JP3824522B2 (ja) | レーザー誘起破壊及び切断形状を制御する方法 | |
US9147989B2 (en) | Femtosecond laser processing system with process parameters controls and feedback | |
JP4418282B2 (ja) | レーザ加工方法 | |
JP5241525B2 (ja) | レーザ加工装置 | |
JP5967405B2 (ja) | レーザによる割断方法、及びレーザ割断装置 | |
TWI801405B (zh) | 用於同步多雷射處理透明工件的設備及方法 | |
WO2007105537A1 (ja) | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 | |
JP2013528492A (ja) | レーザベースの材料加工装置及び方法 | |
US20090045179A1 (en) | Method and system for cutting solid materials using short pulsed laser | |
JP2009504415A (ja) | レーザーパルスで材料を除去する方法と装置 | |
US20070034616A1 (en) | Method for processing materials with laser pulses having a large spectral bandwidth and device for carrying out said method | |
JP2008036641A (ja) | レーザ加工装置およびレーザ加工方法 | |
JP2006007619A (ja) | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 | |
JP2005047290A (ja) | レーザ加工装置 | |
Allegre et al. | Real-time control of polarisation in ultra-short-pulse laser micro-machining | |
KR102478808B1 (ko) | 펄스 다색 레이저 빔 및 필터를 사용하여 소정의 가공 라인을 따라 공작물을 가공하기 위한 장치 및 방법 | |
JP6744624B2 (ja) | 管状脆性部材の分断方法並びに分断装置 | |
JP6308733B2 (ja) | レーザ加工装置および製造方法 | |
JP2014054668A (ja) | レーザ加工方法及び装置 | |
KR102472644B1 (ko) | 취성 재료 기판의 분단 방법 그리고 분단 장치 | |
TW201736029A (zh) | 剖面端部不加工鏡面切斷法 | |
von Witzendorff et al. | Laser ablation of borosilicate glass with high power shaped UV nanosecond laser pulses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160615 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170508 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170707 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170731 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170927 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180305 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180313 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6308733 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |