JP2021524161A - 波長合成技術用レーザシステムにおけるパワー及びスペクトラムのモニタリング - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年5月22日に出願された、米国仮特許出願第62/674,652号に基づく利益及び優先権を主張し、その開示の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
sina+sinb=mpl・・・[1]
ここで、mは回折次数(0、±1、±2、...)、pは回折間隔(即ち、単位長さ当たりの線または溝の数)、lは波長であり、角度a及びbは、回折格子の垂線200aの同じ側において、同じ符号(正または負)を有する。
Claims (88)
- 波長合成技術(WBC)レーザシステムであって、
異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
回折格子と、
ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ1次回折ビームとセカンダリ1次回折ビームとを形成する、
前記プライマリ1次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ1次回折ビームの第1部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ1次回折ビームの第2部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
前記セカンダリ1次ビームを受けるように配置され、前記セカンダリ1次ビームからのパワー及び/またはスペクトラム情報を検出する第1検出装置と、
を備える、レーザシステム。 - 前記第1検出装置から前記パワー及び/またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するように構成されたコントローラをさらに有する、請求項1に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、前記第1検出装置から受信した前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、1つまたは複数のビーム発振器に供給されたパワー及び/または電流を制御するように構成される、請求項2に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、
前記第1検出装置から受信した前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、(i)1つまたは複数のビーム発振器、(ii)前記変換光学系、(iii)前記回折格子、または(iv)前記出力カプラの少なくとも1つの位置及び/または傾斜角度を制御するように構成される、請求項2に記載のレーザシステム。 - (i)前記回折格子は透過性回折格子であり、
(ii)前記プライマリ1次回折ビームは1次透過であり、及び
(iii)前記セカンダリ1次回折ビームは1次反射である、請求項1に記載のレーザシステム。 - (i)前記回折格子は反射性回折格子であり、
(ii)前記プライマリ1次回折ビームは1次反射であり、及び
(iii)前記セカンダリ1次回折ビームは1次透過である、請求項1に記載のレーザシステム。 - 前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、0次透過及び/または0次反射を形成する、請求項1に記載のレーザシステム。
- 前記0次透過及び/または前記0次反射からパワー及び/またはスペクトラム情報を検出する第2検出装置をさらに有する、請求項7に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、前記第2検出装置からパワー及び/またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するように構成される、請求項8に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、前記第2検出装置から受信した前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、1つまたは複数のビーム発振器に供給されたパワー及び/または電流を制御するように構成される、請求項9に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、
前記第2検出装置から受信した前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、(i)1つまたは複数のビーム発振器、(ii)前記変換光学系、(iii)前記回折格子、または(iv)前記出力カプラの少なくとも1つの位置及び/または傾斜角度を制御するように構成される、請求項10に記載のレーザシステム。 - 前記第2検出装置は、パワー検出器を有する、請求項8に記載のレーザシステム。
- 前記パワー検出器は、1つまたは複数のフォトダイオード及び/または1つまたは複数のサーモパイルを有する、請求項12に記載のレーザシステム。
- 前記第2検出装置は、分光計をさらに有する、請求項12に記載のレーザシステム。
- 前記第2検出装置は、分光計を有する、請求項8に記載のレーザシステム。
- 第2検出装置は、前記0次透過及び/または前記0次反射を受けて、前記0次透過及び/または前記0次反射の部分を異なる出力に供給するビームスプリッタを有する、請求項8に記載のレーザシステム。
- 前記ビームスプリッタはファイバカプラを有する、請求項16に記載のレーザシステム。
- 前記ビームスプリッタの第1出力に結合されたパワー検出器と、
前記ビームスプリッタの第2出力に結合された分光計と、
をさらに有する、請求項16に記載のレーザシステム。 - 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
前記WBC平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記WBC平面における前記セカンダリ1次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項1に記載のレーザシステム。 - 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面内において、リトロー角度で傾斜され、
前記WBC平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記WBC平面における前記セカンダリ1次回折ビームと前記回折格子との間の角度と同じである、請求項1に記載のレーザシステム。 - 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非WBC平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
前記非WBC平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記非WBC平面における前記セカンダリ1次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項20に記載のレーザシステム。 - 前記第1検出装置は、パワー検出器を有する、請求項1に記載のレーザシステム。
- 前記パワー検出器は、1つまたは複数のフォトダイオード及び/または1つまたは複数のサーモパイルを有する、請求項22に記載のレーザシステム。
- 前記第1検出装置は、分光計をさらに有する、請求項22に記載のレーザシステム。
- 前記第1検出装置は、分光計を有する、請求項1に記載のレーザシステム。
- 第1検出装置は、前記セカンダリ1次回折ビームを受けて、前記セカンダリ1次回折ビームの部分を異なる出力に供給するビームスプリッタを有する、請求項1に記載のレーザシステム。
- 前記ビームスプリッタはファイバカプラを有する、請求項26に記載のレーザシステム。
- 前記ビームスプリッタの第1出力に結合されたパワー検出器と、
前記ビームスプリッタの第2出力に結合された分光計と、
をさらに有する、請求項26に記載のレーザシステム。 - (i)それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、(ii)回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、(iii)回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、プライマリ1次回折ビームとセカンダリ1次回折ビームとを形成する、(iv)前記プライマリ1次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記プライマリ1次回折ビームの第1部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記プライマリ1次回折ビームの第2部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術(WBC)レーザシステムを操作する方法であって、
前記セカンダリ1次回折ビームからパワー及び/またはスペクトラム情報を検出するステップと、
前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するステップと、
を含む、方法。 - 前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するステップは、前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、1つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び/または電流を制御することを有する、請求項29に記載の方法。
- 前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するステップは、前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、(i)1つまたは複数のビーム発振器、(ii)前記変換光学系、(iii)前記回折格子、または(iv)前記出力カプラの少なくとも1つの位置及び/または傾斜角度を制御することを有する、請求項29に記載の方法。
- (i)前記回折格子は透過性回折格子であり、
(ii)前記プライマリ1次回折ビームは1次透過であり、及び
(iii)前記セカンダリ1次回折ビームは1次反射である、請求項29に記載の方法。 - (i)前記回折格子は反射性回折格子であり、
(ii)前記プライマリ1次回折ビームは1次反射であり、及び
(iii)前記セカンダリ1次回折ビームは1次透過である、請求項29に記載の方法。 - 前記回折格子は、前記入射ビームの回折によって、0次透過及び/または0次反射を形成し、
前記方法は、前記0次透過及び/または前記0次反射からパワー及び/またはスペクトラム情報を検出することをさらに有する、請求項29に記載の方法。 - 前記0次透過及び/または前記0次反射からの前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御することをさらに有する、請求項34に記載の方法。
- 前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するステップは、前記0次透過及び/または前記0次反射からの前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、1つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び/または電流を制御することを有する、請求項35に記載の方法。
- 前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリ1次回折ビームを制御するステップは、前記0次透過及び/または前記0次反射からの前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、(i)1つまたは複数のビーム発振器、(ii)前記変換光学系、(iii)前記回折格子、または(iv)前記出力カプラの少なくとも1つの位置及び/または傾斜角度を制御することを有する。請求項35に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
前記WBC平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記WBC平面における前記セカンダリ1次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項29に記載の方法。 - 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面内において、リトロー角度で傾斜され、
前記WBC平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記WBC平面における前記セカンダリ1次回折ビームと前記回折格子との間の角度と同じである、請求項29に記載の方法。 - 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非WBC平面内において、非リトロー角度で傾斜され、
前記非WBC平面における前記入射ビームと前記回折格子との間の角度は、前記非WBC平面における前記セカンダリ1次回折ビームと前記回折格子との間の角度と異なる、請求項39に記載の方法。 - レーザ共振器を操作する方法であって、
複数のビーム発振器から複数のビームを照射するステップと、
プライマリビームと1つまたは複数のセカンダリビームを形成するように前記複数のビームを回折するステップと、
前記複数のビーム発振器に前記プライマリビームの第1部分を戻すように伝播させるステップと、
前記プライマリビームの第2部分を出力するステップと、
少なくとも1つのセカンダリビームからパワー及び/またはスペクトラム情報を検出するステップと、
少なくとも1つのセカンダリビームから前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリビームを制御するステップと、
を含む、方法。 - 前記プライマリビームは1次回折透過を有し、
前記1つまたは複数のセカンダリビームは、(i)1次回折反射、(ii)0次回折透過と、または(iii)0次回折反射の少なくとも1つを有する、請求項41に記載の方法。 - 前記プライマリビームは1次回折反射を有し、
前記1つまたは複数のセカンダリビームは、(i)1次回折透過、(ii)0次回折透過と、または(iii)0次回折反射の少なくとも1つを有する、請求項41に記載の方法。 - 前記複数のビーム発振器及び/または前記プライマリビームを制御するステップは、少なくとも1つのセカンダリビームからの前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、1つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び/または電流を制御することを有する、請求項41に記載の方法。
- (i)前記複数のビームは回折格子によって回折され、及び(ii)前記回折格子は前記入射ビームに対して、WBC平面内において、非リトロー角度で傾斜される、請求項41に記載の方法。
- (i)前記複数のビームは回折格子によって回折され、及び(ii)前記回折格子は前記入射ビームに対して、WBC平面内において、リトロー角度で傾斜される、請求項41に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非WBC平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項46に記載の方法。
- (i)それぞれがビームを照射するように構成された複数のビーム発振器と、(ii)回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、(iii)前記回折格子と、ここで、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、1次回折ビームと少なくとも1つの0次回折ビームとを形成する、(iv)前記1次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記1次回折ビームの第1部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記1次回折ビームの第2部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、を有する波長合成技術(WBC)レーザシステムを操作する方法であって、
前記少なくとも1つの0次回折ビームからパワー及び/またはスペクトラム情報を検出するステップと、
前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記1次回折ビームを制御するステップと、
を含む、方法。 - 前記1次回折ビームは、1次回折透過を有する、請求項48に記載の方法。
- 前記1次回折ビームは、1次回折反射を有する、請求項48に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの0次回折ビームは、少なくとも0次回折透過または0次回折反射を有する、請求項48に記載の方法。
- 前記複数のビーム発振器及び/または前記1次回折ビームを制御するステップは、前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、1つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び/または電流を制御することを有する、請求項48に記載の方法。
- 前記複数のビーム発振器及び/または前記1次回折ビームを制御するステップは、前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、(i)1つまたは複数のビーム発振器、(ii)前記変換光学系、(iii)前記回折格子、または(iv)前記出力カプラの少なくとも1つの位置及び/または傾斜角度を制御することを有する。請求項48に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項48に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面において、リトロー角度で傾斜されている、請求項48に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非WBC平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項55に記載の方法。
- 波長合成技術(WBC)レーザシステムであって、
異なる波長を有するビームを照射するように、それぞれのビーム発振器が構成された複数のビーム発振器と、
回折格子に向かって照射された前記ビームの主光線を収束させる変換光学系と、
回折格子と、
ここで、前記回折格子は、前記ビームを受けて、前記回折格子上に入射された前記ビームの回折によって、1次回折ビームと少なくとも1つの0次回折ビームとを形成する、
前記1次回折ビームを受けて、マルチ波長出力ビームとして前記1次回折ビームの第1部分を透過させて、前記複数のビーム発振器に向かって前記1次回折ビームの第2部分を反射させて戻すように配置された部分的に反射性を有する出力カプラと、
少なくとも1つの前記0次回折ビームからパワー及び/またはスペクトラム情報を検出するための検出装置と、
を有する、レーザシステム。 - 前記検出装置からの前記パワー及び/またはスペクトラム情報を受信し、前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のビーム発振器及び/または前記1次回折ビームを制御するように構成されたコントローラをさらに有する、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、前記検出装置から受信した前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて1つまたは複数のビーム発振器に供給されるパワー及び/または電流を制御するように構成される、請求項58に記載のレーザシステム。
- 前記コントローラは、前記検出装置から受信した前記パワー及び/またはスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、(i)1つまたは複数のビーム発振器、(ii)前記変換光学系、(iii)前記回折格子、または(iv)前記出力カプラの少なくとも1つの位置及び/または傾斜角度を制御するように構成される、請求項58に記載のレーザシステム。
- 前記1次回折ビームは1次透過である、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記1次回折ビームは1次反射である、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記少なくとも1つの0次回折ビームは、少なくとも1つの0次透過または0次反射を有する、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、WBC平面において、リトロー角度で傾斜されている、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非WBC平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項65に記載のレーザシステム。
- 前記検出装置は、パワー検出器を有する、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記パワー検出器は、1つまたは複数のフォトダイオード及び/または1つまたは複数のサーモパイルを有する、請求項67に記載のレーザシステム。
- 前記検出装置は、分光計をさらに有する、請求項67に記載のレーザシステム。
- 前記検出装置は、分光計を有する、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記検出装置は、少なくとも1つの0次回折ビームを受けて、その部分を異なる出力に供給するためのビームスプリッタを有する、請求項57に記載のレーザシステム。
- 前記ビームスプリッタは、ファイバカプラを有する、請求項71に記載のレーザシステム。
- 前記ビームスプリッタの第1出力に結合されたパワー検出器と、前記ビームスプリッタの第2出力に結合された分光計をさらに有する、請求項71に記載のレーザシステム。
- レーザ共振器を用いて、工作物を加工する方法であって、
前記レーザ共振器内に波長ロックされたプライマリビームを、少なくとも部分的に回折によって形成するステップと、
工作物を加工するために工作物上に前記プライマリビームを向けるステップと、
加工の前及び/またその最中において、前記レーザ共振器からのパワー及び/またはスペクトラム情報を検出するため、前記レーザ共振器内の波長ロック光をモニタリングするステップと、
加工の前及び/またその最中において、検出された前記パワー及び/またスペクトラム情報に少なくとも部分的に基づいて、前記プライマリビームを制御するステップと、を有する、方法。 - 前記共振器内の波長ロックされた光は、前記プライマリビームの部分を取り出すことまたは前記プライマリビームを測定することなく、モニタリングされる、請求項74に記載の方法。
- 前記プライマリビームの形成と同時に、1つまたは複数の波長ロックされたセカンダリビームを、少なくとも部分的に回折によって、形成することをさらに有する、請求項74に記載の方法。
- 前記レーザ共振器内の波長ロックされた光をモニタリングするステップは、少なくとも1つのセカンダリビームをモニタリングすることを有する、請求項76に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のセカンダリビームは、1次回折透過または1次回折反射を有する、請求項76に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のセカンダリビームは、0次回折透過または0次回折反射の少なくとも1つを有する、請求項76に記載の方法。
- 前記プライマリビームを制御するステップは、前記プライマリビームのパワーを制御することを有する、請求項74に記載の方法。
- 前記レーザ共振器内において、前記プライマリビームを形成するステップは、
複数のビーム発振器から複数のビームを照射することと、
回折格子に向かって前記複数のビームの焦点を合わせることと、
前記プライマリビームを形成するように前記回折格子によって、前記ビームを回折することと、
を有する、請求項74に記載の方法。 - 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、波長合成技術(WBC)平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項81に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、波長合成技術(WBC)平面において、リトロー角度で傾斜されている、請求項81に記載の方法。
- 前記回折格子は、前記入射ビームに対して、非WBC平面において、非リトロー角度で傾斜されている、請求項83に記載の方法。
- 加工中、前記工作物の少なくとも1つの特徴に少なくとも部分的に基づいて、前記プライマリビームを制御することをさらに有する、請求項74に記載の方法。
- 前記工作物の前記少なくとも1つの特徴は、前記工作物の厚み及び/または前記工作物の組成物を有する、請求項85に記載の方法。
- 前記工作物を加工するステップは、前記工作物の表面の少なくとも一部を物理的に変更することを有する、請求項74に記載の方法。
- 前記工作物を加工するステップは、切断、溶接、エッチング、アニーリング、穴あけ加工、はんだ付け、またはろう付けの少なくとも1つを有する、請求項74に記載の方法。
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