JP2019098367A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態1に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100は、レーザ光源1と、分岐部2と、第1回折光学素子3と、集光手段4と、を備える。
Ig(r)=Ig*exp(−2*r2/ωg2) ・・・ (1)
Il(r)=Il*√2*r/ωl2*2*r2/ωl2*exp(−r2/ωl2)
・・・ (2)
I(r)=Ig(r)+Il(r) ・・・ (3)
図5は、実施形態2に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Aは、レーザ光源1Aと、第1回折光学素子3と、集光手段4と、光学ユニット5と、アクチュエータ6と、制御部7と、を備える。光学ユニット5は、分岐部である偏波ビームスプリッタ2Aと、平行化部であるプリズム8とを備えている。
図6は、実施形態3に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Bは、レーザ光源1Aと、偏波ビームスプリッタ2Aと、第1回折光学素子3と、集光手段4と、アクチュエータ6Bと、制御部7Bと、プリズム8と、1/2波長板9とを備える。レーザ加工装置100Bでは、少なくとも偏波ビームスプリッタ2Aと1/2波長板9とが分岐部を構成している。
図7は、実施形態4に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Cは、レーザ光源1Aと、第1回折光学素子3と、集光手段4と、偏波ビームスプリッタ2Aとプリズム8とを有する光学ユニット5と、アクチュエータ6A、6Bと、制御部7Cと、1/2波長板9とを備える。これらの要素のうち制御部7C以外の構成および機能は、レーザ加工装置100A、100Bにおける対応する要素と同様なので、重複説明を省略する。なお、レーザ加工装置100Cでは、少なくとも偏波ビームスプリッタ2Aと1/2波長板9とが分岐部を構成している。
図8は、実施形態5に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Dは、レーザ光源1Aと、第1回折光学素子3と、集光手段4と、偏波ビームスプリッタ2Dとプリズム8とを備える光学ユニット5Dと、アクチュエータ6、6Dと、制御部7Dとを備える。
図9は、実施形態6に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Eは、レーザ光源1Eと、第1回折光学素子3と、集光手段4と、光学ユニット5Eと、アクチュエータ6Eと、制御部7Eと、を備える。光学ユニット5Eは、分岐部である光ビームスプリッタ2Eと、平行化部であるミラー8Eとを備えている。
図11は、実施形態7に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Fは、レーザ光源1Aと、第1回折光学素子3と、集光手段4と、偏波ビームスプリッタ2Aとプリズム8とを有する光学ユニット5と、アクチュエータ6と、制御部7Fと、フォトディテクタ(PD)14、15と、ミラー16とを備える。
図13は、実施形態8に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Gは、図5に示すレーザ加工装置100Aに、1/4波長板19と光路長補正手段20とを追加したものである。以下では1/4波長板19と光路長補正手段20とについて主に説明する。
図14は、実施形態9に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Hは、図6に示すレーザ加工装置100Bに、ミラー21と偏波ビームコンバイナ22とを追加したものである。ミラー21と偏波ビームコンバイナ22とは集光手段4に対してz軸の正の方向に配置されている。
図15は、実施形態9の変形例に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Iは、図14に示すレーザ加工装置100Hにおいて、集光手段4を集光手段4aと集光手段4bとに置き換え、ミラー21をミラー23に置き換えた構成を備えている。
図16は、実施形態10に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置100Jは、図1に示すレーザ加工装置100に、第2回折光学素子3Jを追加したものである。第2回折光学素子3Jは、第2レーザ光L2のビームプロファイルを所定の第2形状に整形する。所定の第2形状は特に限定されないが、本実施形態10では、第2回折光学素子3Jは、第2レーザ光L2のビームプロファイルをプロファイルP3に示すようなガウシアン状のプロファイルに整形する。集光手段4は、整形された第1レーザ光L1と、整形された第2レーザ光L2とをワークWの所定の位置に集光させる。これにより、レーザ加工装置100Jは、ワークWに第1レーザ光L1と第2レーザ光L2とを任意の比で重畳させたビームプロファイルのレーザ光を照射することができる。このレーザ加工装置100Jも、実施形態1〜9および変形例に係るレーザ加工装置100、100A〜100Iと同様に、簡易な光学系で連続的にビームプロファイルを制御でき、小型化、低コスト化に適するものとなる。
1Aa、1Ea 光源部
1Ab 偏波保持型デリバリファイバ
1Eb デリバリファイバ
2 分岐部
2A、2D 偏波ビームスプリッタ
2E 光ビームスプリッタ
3 第1回折光学素子
3J 第2回折光学素子
4、4a、4b 集光手段
5、5D、5E 光学ユニット
6、6A、6B、6D、6E アクチュエータ
7、7B、7C、7D、7E、7F 制御部
8 プリズム
8E、13、16、21、23 ミラー
9 1/2波長板
10 偏波変換部
11 偏波分岐合成素子
12、19 1/4波長板
14、15 PD
20 光路長補正手段
22 偏波ビームコンバイナ
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100I、100J レーザ加工装置
Claims (24)
- レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を所定の範囲内の任意の分岐比で第1レーザ光と第2レーザ光とに分岐する分岐部と、
前記第1レーザ光のビームプロファイルを所定の第1形状に整形する第1回折光学素子と、
前記整形された第1レーザ光と、前記レーザ光と同じビームプロファイルを有する前記第2レーザ光とを所定の位置に集光させる集光手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記第1回折光学素子は、前記第1レーザ光のビームプロファイルをドーナツ状のプロファイルに整形することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。
- 前記ドーナツ状のプロファイルはLG0,1モードのプロファイルであることを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。
- 前記第1回折光学素子は、nを1以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が2nπだけ螺旋面状に変化するパターンを有することを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。
- 前記第1回折光学素子は、nを1以上の整数として、光軸回りに一周すると位相差が2nπだけ螺旋面状に変化するパターンと、レンズ様のパターンとを足し合わせた、ドリル状のパターンを有することを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光および前記第2レーザ光は、ガウシアン状のビームプロファイルを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を任意の分岐比で第1レーザ光と第2レーザ光とに分岐する分岐部と、
前記第1レーザ光のビームプロファイルを所定の第1形状に整形する第1回折光学素子と、
前記第2レーザ光のビームプロファイルを所定の第2形状に整形する第2回折光学素子と、
前記整形された第1レーザ光と、前記整形された第2レーザ光とを加工対象の所定の位置に集光させる集光手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記分岐部は、前記レーザ光が入力され、該レーザ光をその偏波状態に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する前記第1レーザ光と前記第2レーザ光とに分岐する偏波ビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記分岐部は、前記レーザ光源から入力された前記レーザ光にπだけ位相差を与えて前記偏波ビームスプリッタに出力する1/2波長板を備えることを特徴とする請求項8に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記偏波ビームスプリッタの回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項8または9に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記1/2波長板の回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光の光軸を回転軸とした前記偏波ビームスプリッタの回転位置および前記光軸を回転軸とした前記1/2波長板の回転位置を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項9に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光源は、単一偏波の前記レーザ光を出力する光源部と、前記レーザ光を伝搬して前記分岐部に対して出力する偏波保持型デリバリファイバとを備えることを特徴とする請求項8〜12のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 偏波分岐合成素子と1/4波長板とを有し、前記偏波分岐合成素子が、前記レーザ光源から入力された前記レーザ光を偏波方向が互いに直交する2つのレーザ光に分岐し、前記1/4波長板が、前記2つのレーザ光の一方を2回通過させて偏波方向を90度回転させ、前記偏波分岐合成素子が、前記偏波方向を回転されたレーザ光と前記2つのレーザ光の他方とを合成して前記分岐部に出力する偏波変換部を備えることを特徴とする請求項8〜12のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記分岐部は、前記レーザ光が入力され、該レーザ光をその偏波状態および入射角度に応じた分岐比で、偏波方向が互いに直交する前記第1レーザ光と前記第2レーザ光とに分岐する光ビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記光ビームスプリッタを変位させて前記入射角度を制御することにより、前記分岐比を変更する分岐比制御部を備えることを特徴とする請求項15に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光源は、ランダムな偏波の前記レーザ光を出力する光源部を備えることを特徴とする請求項15または16に記載のレーザ加工装置。
- 前記第1レーザ光と前記第2レーザ光とを平行にする平行化部を備えることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記整形された第1レーザ光が、前記集光手段の光軸から離間した位置で前記集光手段に入力するように構成されていることを特徴とする請求項1〜18のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記整形された第1レーザ光が前記集光手段に入力する位置を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項19に記載のレーザ加工装置。
- 前記分岐比を取得するための取得手段と、
前記取得手段の取得結果に基づいて、前記分岐比が設定値になるように前記分岐部の制御を行う補正制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜20のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。 - 前記第1レーザ光の光路長と前記第2レーザ光の光路長との差を補正する光路長補正手段を備えることを特徴とする請求項1〜21のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記集光手段を通過した前記第1レーザ光と前記第2レーザ光とを同軸となるように偏波合成する偏波ビームコンバイナを備えることを特徴とする請求項1〜22のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
- 前記第1レーザ光および前記2レーザ光のうち、前記集光手段の光軸から離間した位置で前記集光手段に入力するレーザ光の光路上に配置された1/4波長板を備えることを特徴とする請求項1〜23のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
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