JP2019529973A - モジュラー式紫外線パルスレーザ源 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年8月25日に出願された米国仮出願第62/379,639号および2017年7月31日に出願された米国非仮特許出願第15/664,176号に対して優先権を主張する。上記文献の開示内容は、それらの全体として参照することによって本明細書において援用される。
本発明は、一般に、紫外線(UV)レーザ放射のビームを発生させることに関する。本発明は、具体的には、例えば、約380ナノメートルよりも短い波長と、約20ピコ秒未満のパルス持続時間とを有する、UVパルスレーザ放射のビームを発生させることに関する。
レーザ材料処理は、広範囲の材料を切断する、穿孔する、マークする、および印を付けるためにますます使用されている。伝統的な機械的処理は、処理された材料を劣化および弱化させる、粗面および微細な亀裂等の不要な欠陥を生成する。パルスレーザ放射の集束ビームを使用するレーザ材料処理は、より高品質の縁および壁を有する、より精密な切り込みおよび孔を生成する一方で、不要な欠陥の形成を最小限にする。科学的研究および製造の進歩は、増加する範囲の材料のレーザ材料処理につながっている一方で、より高い処理速度および改良された精度を要求する。
一側面では、本発明による、UVパルスレーザ放射発生装置は、パルスレーザ放射のビームを発生させるレーザ源を備える。パルスレーザ放射は、約100フェムト秒〜約200ピコ秒のパルス持続時間を有する。周波数変換モジュールが、提供される。周波数変換モジュールは、気密に密閉されている封入された内部容積を有する。光ファイバが、提供され、レーザ源から周波数変換モジュールにパルスレーザ放射のビームを輸送するように配列される。四ホウ酸リチウム結晶は、周波数変換モジュールの封入された内部容積内に位置する。四ホウ酸リチウム結晶は、パルスレーザ放射のビームを遮断し、そこからUVパルスレーザ放射のビームを発生させるように配列される。
ここで、同様の特徴が同様の参照番号によって指定される、図面を参照すると、図1は、本発明による、紫外線(UV)パルスレーザ放射発生装置の1つの好ましい実施形態10を概略的に図示する。装置10は、約100フェムト秒(fs)〜約200ピコ秒(ps)のパルス持続時間を有する、パルスレーザ放射のビーム22を発生させるレーザ源20を備える。パルスレーザ放射のビーム22は、レーザ源20の基本波長である、赤外線(IR)波長を有する。一例として、イッテルビウム(Yb3+)でドープした利得ファイバは、約976ナノメートル(nm)または約1,030nmにおいてレーザ放射を生成する。ネオジム(Nd3+)でドープした利得結晶は、約1,064nmにおいてレーザ放射を生成する。パルスレーザ放射のビーム22は、示されるような離散モジュールであり、またはレーザ源20に統合され得る、ファイバ結合モジュール26によって、光ファイバ24の中へ結合される。
Claims (35)
- 紫外線パルスレーザ放射を発生させるための装置であって、
パルスレーザ放射のビームを発生させるレーザ源であって、前記パルスレーザ放射は、約100フェムト秒〜約200ピコ秒のパルス持続時間を有する、レーザ源と、
周波数変換モジュールであって、前記周波数変換モジュールは、気密に密閉されている封入された内部容積を有する、周波数変換モジュールと、
前記レーザ源から前記周波数変換モジュールに前記パルスレーザ放射のビームを輸送するように配列されている、光ファイバと、
前記周波数変換モジュールの前記封入された内部容積内に位置する四ホウ酸リチウム結晶であって、前記四ホウ酸リチウム結晶は、前記パルスレーザ放射のビームを遮断し、そこから紫外線パルスレーザ放射のビームを発生させるように配列されている、四ホウ酸リチウム結晶と
を備える、装置。 - 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、約266ナノメートルの波長を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、約244ナノメートルの波長を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、約213ナノメートルの波長を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記周波数変換モジュールの前記封入された内部容積は、真空化されている、任意の前記請求項に記載の装置。
- 前記周波数変換モジュールの前記封入された内部容積は、乾性ガスでパージされている、請求項1−4のいずれかに記載の装置。
- 前記乾性ガスは、清浄な乾燥空気である、請求項6に記載の装置。
- 前記光ファイバは、中空コアを有し、前記パルスレーザ放射のビームは、その中で伝搬する、任意の前記請求項に記載の装置。
- 前記中空コア光ファイバは、約15マイクロメートルを上回るモードフィールド直径を有する、請求項8に記載の装置。
- 前記中空コアは、調整されている圧力を有するガスを含有する、請求項8または請求項9に記載の装置。
- 前記光ファイバから出る前記パルスレーザ放射は、20ピコ秒を上回るパルス持続時間を有し、前記装置はさらに、パルス圧縮器を備え、前記パルス圧縮器は、前記光ファイバと前記周波数変換モジュールとの間に位置し、前記パルス圧縮器は、前記パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記パルスレーザ放射の前記パルス持続時間を約20ピコ秒未満まで減少させるように配列されている、任意の前記請求項に記載の装置。
- 前記光ファイバから出る前記パルスレーザ放射は、1ピコ秒を上回るパルス持続時間を有し、前記装置はさらに、パルス圧縮器を備え、前記パルス圧縮器は、前記光ファイバと前記周波数変換モジュールとの間に位置し、前記パルス圧縮器は、前記パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記パルスレーザ放射の前記パルス持続時間を約1ピコ秒未満まで減少させるように配列されている、請求項1−10のいずれかに記載の装置。
- ビームスキャナをさらに備え、前記ビームスキャナは、前記紫外線パルスレーザ放射のビームを遮断し、偏向させるように配列されている、任意の前記請求項に記載の装置。
- 集束レンズをさらに備え、前記集束レンズは、前記紫外線パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記紫外線パルスレーザ放射のビームをワークピースにおいて合焦させるように配列されている、任意の前記請求項に記載の装置。
- ビームスキャナと、集束レンズとをさらに備え、前記ビームスキャナは、前記紫外線パルスレーザ放射のビームを遮断し、偏向させるように配列され、前記集束レンズは、前記偏向された紫外線パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記紫外線パルスレーザ放射のビームをワークピースにおいて合焦させるように配列されている、請求項1−12のいずれかに記載の装置。
- 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、気密エンクロージャ内で前記周波数変換モジュールと前記集束レンズとの間に伝搬する、請求項15に記載の装置。
- 前記気密エンクロージャは、真空化されている、請求項16に記載の装置。
- 前記気密エンクロージャは、乾性ガスでパージされている、請求項16に記載の装置。
- 前記乾性ガスは、清浄な乾燥空気である、請求項18に記載の装置。
- 紫外線パルスレーザ放射を発生させるための装置であって、
パルスレーザ放射のビームを発生させるレーザ源であって、前記パルスレーザ放射は、約100フェムト秒〜約200ピコ秒のパルス持続時間を有する、レーザ源と、
周波数変換モジュールであって、前記周波数変換モジュールは、気密に密閉されている封入された内部容積を有する、周波数変換モジュールと、
前記レーザ源から前記周波数変換モジュールに前記パルスレーザ放射のビームを輸送するように配列されている、中空コア光ファイバと、
前記周波数変換モジュールの前記封入された内部容積内に位置する、第1の非線形結晶および第2の非線形結晶と
を備え、
前記パルスレーザ放射のビームは、前記中空コア光ファイバ、前記第1の非線形結晶、および前記第2の非線形結晶を通る、列挙された順序で伝搬し、
前記第1の非線形結晶および前記第2の非線形結晶は、紫外線パルスレーザ放射のビームを発生させるように配列されている、装置。 - 前記第2の非線形結晶は、四ホウ酸リチウムから作製される、請求項20に記載の装置。
- 前記中空コア光ファイバの中空コアは、調整されている圧力を有するガスを含有する、請求項20または請求項21に記載の装置。
- ビームスキャナと、集束レンズとをさらに備え、前記ビームスキャナは、前記紫外線パルスレーザ放射のビームを遮断し、偏向させるように配列され、前記集束レンズは、前記偏向された紫外線パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記紫外線パルスレーザ放射のビームをワークピースにおいて合焦させるように配列されている、請求項20−22のいずれかに記載の装置。
- 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、気密エンクロージャ内で前記周波数変換モジュールと前記集束レンズとの間に伝搬する、請求項23に記載の装置。
- 前記気密エンクロージャは、真空化されている、請求項24に記載の装置。
- 前記気密エンクロージャは、乾性ガスでパージされている、請求項24に記載の装置。
- 前記乾性ガスは、清浄な乾燥空気である、請求項26に記載の装置。
- 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、約266ナノメートルの波長を有する、請求項20−27のいずれかに記載の装置。
- 前記紫外線パルスレーザ放射のビームは、約244ナノメートルの波長を有する、請求項20−27のいずれかに記載の装置。
- 前記周波数変換モジュールの前記封入された内部容積は、真空化されている、請求項20−29のいずれかに記載の装置。
- 前記周波数変換モジュールの前記封入された内部容積は、乾性ガスでパージされている、請求項20−29のいずれかに記載の装置。
- 前記乾性ガスは、清浄な乾燥空気である、請求項31に記載の装置。
- 前記中空コア光ファイバは、約15マイクロメートルを上回るモードフィールド直径を有する、請求項20−32のいずれかに記載の装置。
- 前記光ファイバから出る前記パルスレーザ放射は、20ピコ秒を上回るパルス持続時間を有し、前記装置はさらに、パルス圧縮器を備え、前記パルス圧縮器は、前記光ファイバと前記周波数変換モジュールとの間に位置し、前記パルス圧縮器は、前記パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記パルスレーザ放射の前記パルス持続時間を約20ピコ秒未満まで減少させるように配列されている、請求項20−33のいずれかに記載の装置。
- 前記光ファイバから出る前記パルスレーザ放射は、1ピコ秒を上回るパルス持続時間を有し、前記装置はさらに、パルス圧縮器を備え、前記パルス圧縮器は、前記光ファイバと前記周波数変換モジュールとの間に位置し、前記パルス圧縮器は、前記パルスレーザ放射のビームを遮断し、前記パルスレーザ放射の前記パルス持続時間を約1ピコ秒未満まで減少させるように配列されている、請求項20−33のいずれかに記載の装置。
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