JP4265424B2 - 波長変換方法、波長変換レーザ装置、およびレーザ加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、非線形光学結晶を用いてレーザビームを波長変換する技術に関し、さらに、波長変換されたレーザビームを被加工物に照射して被加工物を加工するする技術に関するものである。

従来技術１．
従来の波長変換レーザ装置においては、２つの非線形光学結晶を直列に並べて用いる場合に、非線形光学結晶はレーザビームの通過方向の長さが同じものとされている。また、１つ目の非線形光学結晶は入射レーザビームに対して位相整合の結晶方位軸を一致させている。入射レーザビームが１つ目の非線形光学結晶を通過した後、再び２つ目の非線形光学結晶に入射するが、２つ目の非線形光学結晶は位相整合の結晶方位軸を１つ目の非線形光学結晶に対して、位相整合角度の半値全幅以下の角度だけずらした位置に設置するようにしており、また、非線形光学結晶の結晶軸（結晶方位軸）の角度のずれは数ｍｒａｄ〜数十ｍｒａｄと小さい（例えば、特許文献１参照）。すなわち、レーザビーム通過方向の長さが同じである２つの非線形光学結晶を、レーザビームの光軸方向から見て、各非線形光学結晶の結晶方位軸がほぼ同方向になるように配置している。

従来技術２．
また、従来の別の波長変換レーザ装置においては、非線形光学結晶であるＫＮ結晶の厚さは双方とも０．５ｍｍである。また、２つのＫＮ結晶を互いのカット角θを変えて配置する場合において、結晶軸（結晶方位軸）の向きをウォーク角を補正する関係になるように配置するようにしている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、レーザビーム通過方向の長さが同じである２つの非線形光学結晶を、レーザビームの光軸方向から見て、各非線形光学結晶の結晶方位軸が光軸を中心にほぼ１８０°回転するように配置している。

従来技術３．
また、従来のさらに別の波長変換レーザ装置は、同一の非線形光学結晶材料の結晶を２つ用いるものであり、それらを互いに長さが等しいものとした上で、それらの相等しい光学軸が互いに９０°ずれる向きに配置するようにしているものもある（例えば、特許文献３参照。）。

特開平５−１４２６０７号公報（第３−４頁、図１） 特開平６−１１００９８号公報（第３−４頁、図２） 特開平４−３３０４２５号公報（第３頁、図１）

従来技術１および２の波長変換レーザ装置においては、レーザビーム通過方向の長さが同じである２つの非線形光学結晶を、レーザビームの光軸方向から見て、各非線形光学結晶の結晶方位軸がほぼ同方向になるように配置している、あるいは、レーザビームの光軸方向から見て、各非線形光学結晶の結晶方位軸が光軸を中心にほぼ１８０°回転するように配置している。その結果、２つの非線形光学結晶それぞれから発せられる波長変換レーザビームの偏光方向は同方向になっていた、すなわち、直線偏光の波長変換レーザビームとして出力されていた。そのため、２つの非線形光学結晶それぞれから発せられる波長変換レーザビームは干渉を起こした。ここで、２つの非線形光学結晶の間に存在する空気などの気体、または、２つの非線形光学結晶端面に施された無反射コーティング（ＡＲコーティング）に屈折率の波長分散があり、２つの非線形光学結晶の距離によりそれぞれの非線形光学結晶から発せられる波長変換レーザビームの干渉条件が異なるため、２つの非線形光学結晶を特定の間隔に配置しなければ、高出力波長変換レーザビームを発生することはできなかった。また、２つの非線形光学結晶の間に存在する気体や無反射コーティングの屈折率は温度により変化するため、干渉条件が温度により異なり、発生した波長変換レーザビームが非常に不安定になるなどの問題があった。

また、従来技術３の波長変換レーザ装置においては、基本波レーザビームを発生させるための共振器の内部で波長変換する構成であり、共振器内で複数回往復しながら非線形光学結晶に入射し、非線形光学結晶を通過する毎に発生する基本波レーザビームの位相のずれをキャンセルするために、２つの非線形光学結晶のレーザビーム通過方向の長さを厳密に同じ長さとする必要があった。このため、非線形光学結晶を交換する際に、元の非線形光学結晶と厳密に同じ長さの非線形光学結晶を準備して交換する、あるいは、厳密に同じ長さの２つの非線形光学結晶を準備して交換する必要があり、メンテナンスコストが高価になる、非線形光学結晶の交換時間、調整時間が長くかかるなどの問題があった。

本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、２つの非線形光学結晶のレーザビーム通過方向の長さ等を厳密に調節することなく簡単にそれぞれの非線形光学結晶により波長変換されたレーザビーム間の干渉を防止して、高出力な波長変換レーザビームを高効率、安定に発生することができる波長変換方法および波長変換レーザ装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、均質かつ均一な加工を長期間安定に精度良く実施することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係る波長変換方法は、基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶によって波長変換する方法であって、ランダム偏光の基本波レーザビームを、直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶に順に通して、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生させつつ、当該各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける入射対象面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように偏光状態を変換して、前記偏光状態を変換された波長変換レーザビームを、その一部を透過する反射手段に入射させ、当該反射手段を透過した波長変換レーザビームおよび前記反射手段で反射された波長変換レーザビームの一方のビームパラメータをモニタするものである。

本発明に係る波長変換レーザ装置は、ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに異なる方向になるように直列に配置され、前記基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換する２つの波長変換用の非線形光学結晶、あるいは、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いにおよそ同方向もしくはおよそ１８０°異なる方向になるように直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶と該２つの波長変換用の非線形光学結晶の間に配置され波長変換されたレーザビームの偏光方向を４５°ないし９０°の範囲で回転させる偏光方向回転手段、とを備え、前記ランダム偏光の基本波レーザビームを前記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生する波長変換レーザ装置であって、
波長変換レーザビームの一部を透過する反射手段と、当該反射手段を透過した波長変換レーザビームおよび前記反射手段で反射された波長変換レーザビームの一方のビームパラメータをモニタする手段と、前記反射手段の前段に配置され波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける前記反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段とを備えたものである。

本発明に係る波長変換レーザ装置は、ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに異なる方向になるように直列に配置され、前記基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換する２つの波長変換用の非線形光学結晶、あるいは、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いにおよそ同方向もしくはおよそ１８０°異なる方向になるように直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶と該２つの波長変換用の非線形光学結晶の間に配置され波長変換されたレーザビームの偏光方向を４５°ないし９０°の範囲で回転させる偏光方向回転手段、とを備え、前記ランダム偏光の基本波レーザビームを前記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生する波長変換レーザ装置であって、
可変透過率ミラーを有する可変アッテネータと、当該可変アッテネータの前段に配置され前記波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける前記可変透過率ミラーのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段とを備えたものである。

本発明に係るレーザ加工装置は、上記の波長変換レーザ装置により波長変換された波長変換レーザビームを被加工物に照射するようにしたものである。

本発明によれば、基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶によって波長変換する方法であって、ランダム偏光の基本波レーザビームを、直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶に順に通して波長変換し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生するので、２つの非線形光学結晶のレーザビーム通過方向の長さ等を厳密に調節することなく簡単にそれぞれの非線形光学結晶により波長変換されたレーザビーム間の干渉を防止して、高出力な波長変換レーザビームを高効率、安定に発生することができるという効果がある。

また、基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶によって波長変換する装置であって、ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる方向になるように直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶とを備え、上記ランダム偏光の基本波レーザビームを上記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生するので、２つの非線形光学結晶のレーザビーム通過方向の長さ等を厳密に調節することなく簡単にそれぞれの非線形光学結晶により波長変換されたレーザビーム間の干渉を防止して、高出力な波長変換レーザビームを高効率、安定に発生することができるという効果がある。

また、基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶によって波長変換する装置であって、ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いにおよそ同方向もしくはおよそ１８０°異なる方向になるように直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶と、上記２つの非線形光学結晶の間に配置され波長変換されたレーザビームの偏光方向を４５°ないし９０°の範囲で回転させる偏光方向回転手段とを備え、上記ランダム偏光の基本波レーザビームを上記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生するので、２つの非線形光学結晶のレーザビーム通過方向の長さ等を厳密に調節することなく簡単にそれぞれの非線形光学結晶により波長変換されたレーザビーム間の干渉を防止して、高出力な波長変換レーザビームを高効率、安定に発生することができるという効果がある。

また、上記の波長変換レーザ装置により波長変換された波長変換レーザビームを被加工物に照射するようにしたので、均質かつ均一な加工を長期間安定に精度良くしかも効率良く実施することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図であり、より具体的には、図１はレーザ加工装置を示す側面図、図２（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はそれぞれ図１の波長変換用の非線形光学結晶を拡大して示す上面図、側面図、および斜視図である。また、図３は比較実験に用いたレーザ加工装置の要部である波長変換用の非線形光学結晶を示す斜視図である。

図１において、レーザ加工装置は、ランダム偏光の基本波レーザビーム３を発生する基本波レーザ光源（以下、単にレーザ光源と言うこともある。）２と、直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶（以下、波長変換結晶と言うこともある。）１Ａおよび１Ｂを備え基本波レーザビーム３を２つの非線形光学結晶１Ａおよび１Ｂに通してそれぞれの非線形光学結晶１Ａおよび１Ｂにより偏光方向が互いにおよそ９０°異なる方向になるように波長変換する波長変換装置と、波長変換装置により波長変換された波長変換レーザビーム３Ｃを被加工物１７に照射する照射装置とを備えている。

波長変換装置は、波長変換結晶１Ａおよび１Ｂと、基本波レーザビーム３を反射し、波長変換レーザビーム３Ｃを透過する分離ミラー６とを備えている。波長変換結晶１Ａおよび１Ｂは、それぞれ温度調節器４Ａおよび４Ｂ上にレーザ光源２の光軸に対して直列に並べて配置されており、分離ミラー６はミラーホルダー７上に配置されている。
レーザ光源２および波長変換装置で波長変換レーザ装置を構成しており、レーザ光源２、温度調節器４Ａ、４Ｂ、およびミラーホルダー７は共通の基台５上に配置されている。
照射装置は、反射ミラー１２、集光光学系１４、および加工台１８備えている。ミラー保持具１３に保持された反射ミラー１２および光学系保持具１５に保持された集光光学系１４は、固定治具１６に保持されており、固定治具１６は加工台１８に固定されている。加工台１８上にはシリコン、金属板、セラミック、プリント基板、グリーンシートなどの被加工物１７が保持されている。

レーザ光源２は例えばＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・ヤグ）を活性媒質としてもち、ランダム偏光で波長１０６４ｎｍの基本波レーザビーム３を発生する。なお、本発明で言う、ランダム偏光とは、偏光方向が直線偏光のように１方向に揃っていない偏光状態であり、複数の偏光方向成分が含まれている偏光状態や無偏光の状態を含む。
波長変換結晶１Ａおよび１Ｂは、例えばリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５、略称：ＬＢＯ）等の非線形光学結晶からなる。

まず、図１により、波長変換レーザ装置（波長変換装置）の動作について説明する。レーザ光源２から発生され、波長変換の基本波となる基本波レーザビーム３は、前段の波長変換結晶１Ａに入射し、その一部を高調波に波長変換された基本波・高調波混合レーザビーム３Ａとなる。基本波・高調波混合レーザビーム３Ａは、後段の波長変換結晶１Ｂに再び入射し、その基本波成分の一部を高調波に波長変換された基本波・高調波混合レーザビーム３Ｂとなる。基本波・高調波混合レーザビーム３Ｂは分離ミラー６に入射し、その基本波成分は反射されて図には記載していないダンパー等に入射し、その高調波成分のみが透過し、波長変換レーザビーム３Ｃとして波長変換レーザ装置（波長変換装置）の外部に取り出される。
このように、本実施の形態による波長変換レーザ装置では、基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶（波長変換結晶１Ａ、１Ｂ）によって波長変換する。

次に、図２により、波長変換結晶１Ａ、１Ｂの配置方法について詳細に説明する。ここでは、レーザ光源２としてランダム偏光で波長１０６４ｎｍの基本波レーザビーム３を発生するＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・ヤグ）レーザを用い、波長変換結晶１Ａ、１Ｂとして、タイプ２位相整合により基本波レーザビーム３の一部を波長５３２ｎｍの第２高調波に波長変換するリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５、略称：ＬＢＯ）結晶を用いる場合について示している。
この場合、リチウム・ボレイト結晶の結晶方位軸ａに垂直で結晶方位軸ｂと結晶方位軸ｃからなる面９Ａ、９Ｂ内の結晶方位軸ｃから約２０．５°の方向に基本波レーザビーム３を通過させることにより基本波と第２高調波のタイプ２位相整合条件を満たし、ランダム偏光の基本波レーザビーム３の一部が波長変換されて結晶方位軸ａ方向に沿った直線偏光の第２高調波が発生する。

本実施の形態においては、基本波レーザビームが先に通過する前段の波長変換結晶１Ａと基本波レーザビームが後で通過する後段の波長変換結晶１Ｂとのレーザビーム通過方向の長さは異なり、前段の波長変換結晶１Ａの長さより、後段の波長変換結晶１Ｂの長さの方が長くなっている。
また、波長変換結晶１Ａは結晶方位軸ａが水平方向（図１の紙面に対し垂直方向）になるように配置され、波長変換結晶１Ｂは結晶方位軸ａが垂直方向（図１の紙面に対し平行方向）になるように配置されている。このように、２つの波長変換結晶１Ａ、１Ｂを直列に並べて用いる場合に、一方の波長変換結晶１Ａに対し他方の波長変換結晶１Ｂの結晶方位軸をレーザビーム３の光軸を中心として９０°回転させて配置する（すなわち、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに９０°異なる方向になるように配置する）ことにより、波長変換結晶１Ａから発生する第２高調波の偏光方向と波長変換結晶１Ｂから発生する第２高調波の偏光方向が９０°異なることになる。その結果、偏光方向が互いにおよそ９０°異なる波長変換レーザビーム３Ｃを発生する。

次に、レーザ加工について説明する。波長変換レーザ装置（波長変換装置）から発生した波長変換レーザビーム３Ｃは、反射ミラー１２により反射され、集光光学系１５により被加工物１７に集光照射され、被加工物１７に対しアニール、表面改質、穴あけ、切断、溶接、トリミング等の加工を行う。

以上説明したように、本実施の形態１においては、波長変換結晶１Ａから発生する第２高調波（波長変換レーザビーム）の偏光方向と波長変換結晶１Ｂから発生する第２高調波（波長変換レーザビーム）の偏光方向が９０°異なることから、無反射コーティングの有無にかかわらず、また、２つの波長変換結晶１Ａと１Ｂの間隔にもよらず、それぞれの第２高調波どうしの干渉は起こらないため、高出力な波長変換レーザビームを高効率かつ安定に、さらに、簡単に発生することができるという効果を奏する。

さらに、上記波長変換は、ランダム偏光の基本波レーザビームを発生するレーザ光源を用いているため、前段の波長変換結晶１Ａにより基本波レーザビームの位相がずれても、後段の波長変換結晶１Ｂにおける波長変換には影響がない。また、上記波長変換は、基本波レーザビームを発生させるための共振器の外部で行われるため、２つの波長変換結晶１Ａ，１Ｂによって生じる基本波レーザビームの位相ずれが基本波レーザビームの発振に影響を及ぼすこともない。したがって、２つの波長変換結晶１Ａ，１Ｂ（非線形光学結晶）のレーザビーム通過方向の長さを厳密に調節することなく簡単にそれぞれの波長変換結晶１Ａ，１Ｂにより波長変換されたレーザビーム間の干渉を防止して、高出力な波長変換レーザビームを高効率、安定に発生することができる。また、２つの波長変換結晶１Ａ，１Ｂのレーザビーム通過方向の長さを厳密に調節しなくてもよいため、波長変換結晶１Ａ，１Ｂを交換する際に元の結晶と厳密に同じ長さの結晶を準備する必要がなく、メンテナンスコストが安くできるという効果を奏する。また、同じ長さの波長変換結晶１Ａ，１Ｂを２つ準備する必要がなく、メンテナンスコストが安く、さらに結晶交換、調整時間が短くできるという効果を奏する。

また、波長変換結晶１Ａに入射する基本波レーザビーム３のパワーよりも波長変換結晶１Ｂに入射する基本波・高調波混合レーザビーム３Ａの基本波成分のパワーの方が小さくなるが、本実施の形態１においては、前段の波長変換結晶１Ａにおけるレーザビーム通過方向の長さより、後段の波長変換結晶１Ｂにおけるレーザビーム通過方向の長さの方が長いため、前段の波長変換結晶１Ａから発生する第２高調波のパワーと後段の波長変換結晶１Ｂから発生する第２高調波のパワーを近い値にすることができ、波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を等方に近い状態にすることができるという効果を奏する。このため、以下で詳細に説明するが、本実施の形態１による波長変換レーザ装置で発生した波長変換レーザビーム３Ｃを例えば加工の光源として用いる場合に、加工の偏光方向依存性をなくすことができるという効果を奏する。

すなわち、本実施の形態１においては、レーザ加工装置は上記のように構成されており、波長変換レーザ装置（波長変換装置）から発生する波長変換レーザビーム３Ｃには水平方向（図１の紙面に対し垂直方向）の偏光成分と垂直方向（図１の紙面に対し平行方向）の偏光成分とを含み、ランダム偏光に近い偏光状態となるため、偏光方向に依存しない均質な（偏光方向や加工点(場所)によらずに一定である）加工を安定に実施することができるという効果を奏する。また、波長変換レーザ装置（波長変換装置）は高出力な波長変換レーザビーム３Ｃを高効率にかつ安定に発生することができるため、長期間安定に精度良く均一な（時間的に一定である）加工が効率よくできるという効果を奏する。

以下では、具体的な実験例（実施例１と比較例１）を示して本実施の形態の効果についてさらに説明する。
実施例１．
レーザ光源２として、Ｑスイッチパルス発振しランダム偏光で波長１０６４ｎｍの基本波レーザビーム３を発生するＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・ヤグ）レーザを用いた。レーザビーム３の条件は、平均パワー５２９Ｗ、パルス繰り返し周波数４ｋＨｚ、パルス幅４０．４ｎｓ、ビーム品質Ｍ^２≒１０であった。
波長変換結晶１Ａおよび１Ｂとして、タイプ２位相整合により第２高調波を発生する、レーザビーム通過方向の長さが１５ｍｍおよび１８ｍｍであるリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５）を用い、それぞれ基本波レーザビーム３の１／ｅ^２半径０．５４ｍｍおよび０．５２ｍｍの位置に配置した。

波長変換結晶１Ａ、１Ｂの方向として、図２のように波長変換結晶１Ａの結晶方位軸ａが水平方向になるように配置し、波長変換結晶１Ｂの結晶方位軸ａが垂直方向になるように配置した場合、第２高調波波長変換レーザビーム３Ｃの平均出力１８６Ｗが得られた。この第２高調波波長変換レーザビームを偏光分離してそれぞれのパワーを測定したところ、波長変換結晶１Ａから発生した偏光成分のパワーは９５Ｗ、波長変換結晶２Ａから発生した偏光成分のパワーは９１Ｗとほぼ同じパワーであり、波長変換レーザビーム３Ｃは等方に近い偏光状態であった。また、第２高調波波長変換レーザビーム３Ｃの平均出力の変動は約±１％と非常に安定であった。この波長変換レーザビーム３Ｃをアモルファスシリコンに照射してポリシリコン化を行ったところ、デバイスの特性は偏光方向に依存しなかった。

比較例１．
一方、比較例として、波長変換結晶１Ａ、１Ｂの方向のみが実施例１と異なり、図３に示すように、いずれの波長変換結晶１Ａ、１Ｂにおいても結晶方位軸ａが水平方向になるように配置した場合は、第２高調波波長変換レーザビーム３Ｃの平均出力は１３８Ｗであり、本実施例と比較して約２３％低かった。また、第２高調波波長変換レーザビーム３Ｃの平均出力の変動は約±１０％と非常に不安定であった。また、２つの波長変換結晶１Ａ、１Ｂの結晶方位軸方向をそろえたため、波長変換レーザビーム３Ｃは直線偏光であった。この波長変換レーザビーム３Ｃをアモルファスシリコンに照射してポリシリコン化を行ったところ、スキャン方向と偏光方向の関係に依存してデバイスの特性に差があった。

本実験の結果、特に１００Ｗ以上の高出力波長変換レーザビーム３Ｃを発生させる場合に、本実施の形態１に示す波長変換レーザ装置および波長変換方法を用いることにより、高出力な波長変換レーザビームを高効率にかつ安定に発生することができることが明らかになった。

なお、上記実施例においては、波長変換結晶１Ａおよび１Ｂとして長さ１５ｍｍおよび長さ１８ｍｍの非線形光学結晶を用いたが、結晶長はこれに限るものでなく、例えば長さ１８．００ｍｍと長さ１８．０１ｍｍの非線形光学結晶を用いるなど、非常に近い長さの非線形光学結晶を用いてもよく、同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態１においては、波長変換結晶１Ａの結晶方位軸ａが水平方向になるように配置し、波長変換結晶１Ｂの結晶方位軸ａが垂直方向になるように配置する場合について示したが、逆に波長変換結晶１Ａの結晶方位軸ａが垂直方向になるように配置し、波長変換結晶１Ｂの結晶方位軸ａが水平方向になるように配置してもよく、要は、波長変換結晶１Ａで発生する波長変換レーザビームの偏光方向と、波長変換結晶１Ｂで発生する波長変換レーザビームの偏光方向が９０°異なるように結晶を配置すればよく、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態１においては、２つの波長変換結晶１Ａと１Ｂを、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに９０°異なる方向になるように配置し偏光方向が互いに９０°異なる波長変換レーザビーム３Ａを発生したが、前段の波長変換結晶１Ａで発生する波長変換レーザビームと後段の波長変換結晶１Ｂで発生する波長変換レーザビームの干渉の影響が小さくなる程度に異なる角度であればよいので、正確に９０°異なる方向にならなくてもよく、２つの波長変換結晶１Ａと１Ｂの結晶方位軸および波長変換レーザビーム３Ａの偏光方向は何れも互いに４５°ないし９０°の範囲で異なればよい。望ましくはおよそ９０°（例えば８５°ないし９０°の範囲（干渉の影響による出力低下が１０％以下となる。）、より好ましくは８８°ないし９０°の範囲（干渉の影響による出力低下が５％以下となる。））異なればよい。

なお、本発明では、２つの波長変換結晶１Ａと１Ｂの結晶方位軸のなす角度の内小さい方の角度が４５°である場合に２つの波長変換結晶１Ａと１Ｂの結晶方位軸が４５°異なると言い、波長変換結晶１Ａにより波長変換された波長変換レーザビームの偏光方向と波長変換結晶１Ｂにより波長変換された波長変換レーザビームの偏光方向とのなす角度の内小さい方の角度が４５°である場合に偏光方向が互いに４５°異なるという。

実施の形態２．
図４および図５は、本発明の実施の形態２による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図であり、より具体的には、図４はレーザ加工装置の側面図、図５は図４の波長変換結晶および波長板を拡大して示す斜視図である。
本実施の形態では、２つの波長変換結晶１Ａ、１Ｂは、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸ａが互いに同方向になるように直列に配置されており、２つの非線形光学結晶１Ａと１Ｂの間に波長変換されたレーザビームの偏光方向を９０°回転させる偏光方向回転手段として波長板１０が配置されている。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では主に、実施の形態１との相違点について説明する。

図４に示す波長変換レーザ装置において、基本波・高調波混合レーザビーム３Ａの高調波成分の偏光方向を光軸を中心として９０°回転させる波長板１０は保持具１１により保持され、波長変換結晶１Ａと波長変換結晶１Ｂの間の基台５上に配置されている。波長板１０は例えば１／２波長板からなり、その結晶方位軸が波長変換結晶１Ａ、１Ｂの結晶方位軸ａに対してレーザビーム３の光軸を中心として４５°回転されている。

図５は、レーザ光源２としてランダム偏光で波長１０６４ｎｍの基本波レーザビーム３を発生するＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・ヤグ）レーザを用い、波長変換結晶１Ａ、１Ｂとしてタイプ２位相整合により基本波レーザビーム３の一部を波長５３２ｎｍの第２高調波に波長変換するリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５、略称：ＬＢＯ）結晶を用いる場合について示しており、波長変換結晶１Ａ、１Ｂとも結晶方位軸ａが水平方向（図４の紙面に対し垂直方向）になるように配置されている。

このように構成されたものにおいて、基本波・高調波混合レーザビーム３Ａの高調波成分は１／２波長板１０により偏光方向を光軸を中心に９０°回転されて、波長変換結晶１Ｂに入射するため、波長変換結晶１Ａから発生して波長変換結晶１Ｂに入射する第２高調波の偏光方向と波長変換結晶１Ｂから発生する第２高調波の偏光方向とが９０°異なることになる。すなわち、波長変換レーザビーム３Ｃとして、偏光方向が互いにおよそ９０°異なるレーザビームを発生する。
したがって、本実施の形態２においても実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。
なお、本実施の形態による波長変換レーザ装置でも、実施の形態１と同様に、基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶（波長変換結晶１Ａ、１Ｂ）によって波長変換している。

なお、上記実施の形態２においては、波長変換されたレーザビームの偏光方向をおよそ９０°回転させる偏光方向回転手段として、１／２波長板１０を用いる構成について示したが、１／２波長板１０の代わりに旋光板や電気光学素子を用いてもよく、同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態２においては、レーザビームの光軸方向から見て２つの波長変換結晶１Ａと１Ｂの結晶方位軸を互いに同方向に配置する構成について示したが、互いに１８０°異なる方向になるように配置してもよく、上記実施の形態２と同様の効果がある。
また、波長変換結晶１Ａと１Ｂの結晶方位軸の角度は、前段の波長変換結晶１Ａで発生する波長変換レーザビームと後段の波長変換結晶１Ｂで発生する波長変換レーザビームの干渉の影響が小さくなる程度であればよいので、正確に同方向あるいは正確に１８０°異なる方向にならなくてもよく、およそ同方向あるいはおよそ１８０°異なる方向であればよく、例えば同方向あるいは１８０°異なる方向から５°以内、望ましくは２°以内の範囲でずれていてもよい。
また、偏光方向回転手段についても同様であり、正確に９０°回転させなくてもよく、４５°ないし９０°の範囲であればよい。望ましくはおよそ９０°（例えば８５°ないし９０°の範囲、より好ましくは８８°ないし９０°の範囲）であればよい。
要は、実施の形態１の場合と同様に、波長変換結晶１Ａで発生して波長変換結晶１Ｂに入射する波長変換レーザビームの偏光方向と、波長変換結晶１Ｂで発生する波長変換レーザビームの偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なればよい。望ましくはおよそ９０°（例えば８５°ないし９０°の範囲、より好ましくは８８°ないし９０°の範囲）異なっていればよい。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図であり、より具体的には、レーザ加工装置の側面図である。
本実施の形態では、波長変換レーザビーム３Ｃを円偏光に変換する円偏光化手段として１／４波長板１９を備えている。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では主に、実施の形態１との相違点について説明する。

１／４波長板１９は保持具２０に固定され、基台５Ａ上に配置されており、基台５Ａは、基台５に固定されている。なお、図６では、基台５Ａは基台５と別体に構成されているが、一体に構成されていてもよいのは言うまでもない。

このように構成されたものにおいて、分離ミラー６を通過した波長変換レーザビーム３Ｃは、１／４波長板１９により円偏光に変換されて円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄとなる。具体的には、例えば波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分を１／４波長板１９により右回りの円偏光とした場合、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分は１／４波長板１９により左回りの円偏光となり、左右の円偏光が混在した波長変換レーザビーム３Ｄとなる。円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄは、反射ミラー１２により反射され、集光光学系１４により被加工物１７に集光照射され、被加工物に対しアニール、表面改質、穴あけ、切断、溶接、トリミング等の加工を行う。

以上説明したように、本実施の形態３においては、波長変換レーザビーム３Ｃを円偏光に変換する円偏光化手段として１／４波長板１９を備えているので、上記実施の形態１の効果に加えて、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄが被加工物１７に集光照射されるため、偏光方向に依存しないより均質な加工を安定に実施することができるという効果を奏する。

なお、図６では、実施の形態１による波長変換レーザ装置（波長変換装置）に１／４波長板１９を挿入した場合について示したが、実施の形態２による波長変換レーザ装置（波長変換装置）に１／４波長板１９を挿入してもよく、同様の効果が得られる。

なお、波長変換レーザビームを円偏光に変換する円偏光化手段は、１／４波長板１９に限るものではなく、例えば電気光学素子であってもよい。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図であり、より具体的には、レーザ加工装置の上面図である。
本実施の形態では、実施の形態１で示した波長変換レーザ装置（レーザ加工装置）に加えて、主に、以下のものを備えている。
まず、波長変換レーザビーム３Ｄの一部を透過する反射手段として、反射ミラー２１、２１Ａを備えている。
さらに、反射ミラー２１，２１Ａを透過した波長変換レーザビーム３Ｅ，３Ｆのビームパラメータ（パワー、ビームプロファイル（ビーム径）、ビーム品質、発散角）をモニタする手段であるビームモニタとして、パワーをモニタする手段であるパワーモニタ２２、およびビームプロファイルをモニタする手段であるビームプロファイラ２３を備えている。
またさらに、反射手段（反射ミラー２１、２１Ａ）の前段に配置され、波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ，１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段、すなわち、基本波レーザビームが先に通過する非線形光学結晶１Ａから発生した波長変換レーザビームにおける反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合と、基本波レーザビームが後で通過する非線形光学結晶１Ｂから発生した波長変換レーザビームにおける反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段として、１／４波長板１９を備えている。なお、１／４波長板１９は実施の形態３で説明した波長変換レーザビーム３Ｃを円偏光に変換する円偏光化手段を兼ねている。
他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では主に、実施の形態１との相違点について説明する。

１／４波長板１９は保持具２０に保持され、基台５上に配置されている。反射ミラー２１、２１Ａはミラーホルダ７Ａ、７Ｂに保持され基台５上の１／４波長板１９の後に配置されている。パワーモニタ２２は保持具２０Ａに保持され、反射ミラー２１の背面側で基台５上に配置されている。ビームプロファイラ２３は保持具２０Ｂに保持され、反射ミラー２１Ａの背面側で基台５上に配置されている。

照射装置は、反射ミラー１２、集光光学系１４、および加工台１８Ａを備えている。ミラー保持具１３Ａに保持された反射ミラー１２、光学系保持具１５Ａに保持された集光光学系１４および加工台１８Ａは、基台５Ｂに固定されている。加工台１８Ａにはシリコン、金属板、セラミック、プリント基板、グリーンシートなどの被加工物１７が保持されている。

このように構成されたものにおいて、分離ミラー６を通過した波長変換レーザビーム３Ｃは、１／４波長板１９により円偏光に変換される（円偏光化される）ことにより、偏光状態を変換されて、各非線形光学結晶１Ａ，１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射手段（反射ミラー２１、２１Ａ）の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じである波長変換レーザビーム３Ｄとなる。具体的には、例えば波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分を１／４波長板１９により右回りの円偏光とした場合、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分は１／４波長板１９により左回りの円偏光となり、左右の円偏光が混在した波長変換レーザビーム３Ｄとなる。

円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄは、反射ミラー２１、２１Ａ、および１２により反射され、集光光学系１４により被加工物１７に集光照射され、被加工物１７に対しアニール、表面改質、穴あけ、切断、溶接、トリミング等の加工を行う。
また、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄの一部は、反射ミラー２１を透過する。反射ミラー２１を透過した波長変換レーザビーム３Ｅはパワーモニタ２２に入射し、そのパワーを測定される。さらに、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄの一部は、反射ミラー２１Ａを透過する。反射ミラー２１Ａを透過した波長変換レーザビーム３Ｆはビームプロファイラ２３に入射し、そのビームプロファイルを測定される。

以上説明したように、本実施の形態においては、円偏光化手段および偏光状態変換手段を兼用する手段として１／４波長板１９を備えており、波長変換レーザビーム３Ｃを円偏光に変換するので、上記実施の形態３と同様に、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄが被加工物１７に集光照射されるため、偏光方向に依存しないより均質な加工を安定に実施することができるという効果を奏する。

さらに、波長変換レーザビーム３Ｄのパワーをモニタする手段としてパワーモニタ２２を備え、円偏光化された（波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射ミラー２１、２１Ａの反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるように変換された）波長変換レーザビーム３Ｄの一部である波長変換レーザビーム３Ｅのパワーをモニタするようにしたため、あらかじめ波長変換レーザビーム３Ｅのパワーと波長変換レーザビーム３Ｄのパワーの関係を把握しておくことにより、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分のパワーと波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分のパワーの和をほぼ正確に測定することができる。すなわち、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｄのパワーをほぼ正確に測定することができる。したがって、長期間安定に高出力な波長変換レーザビームを高効率に発生しているか否かを把握することができ、さらには、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｄのパワーをほぼ正確に測定することができるので、長期間安定に精度良く均一な（時間的に一定である）加工ができているか否かを把握することができるという効果を奏する。

またさらに、波長変換レーザビーム３Ｄのビームプロファイルをモニタする手段としてビームプロファイラ２３を備え、円偏光化された（波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射ミラー２１、２１Ａの反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるように変換された）波長変換レーザビーム３Ｄの一部である波長変換レーザビーム３Ｆのビームプロファイルをモニタするようにしたため、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分のビームプロファイルと波長変換結晶１Ｂから発生した成分のビームプロファイルとの和をほぼ正確に測定することができる。すなわち、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｄのビームプロファイルをほぼ正確に測定することができる。したがって、長期間安定に高出力な波長変換レーザビームを高効率に発生しているか否かを把握することができ、さらには、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｄのビームプロファイルをほぼ正確に測定することができるので、長期間安定に精度良く均一な（時間的に一定である）加工ができているか否かを把握することができるという効果を奏する。

上記のような、波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射ミラー２１、２１Ａの反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるように変換された（円偏光化された）波長変換レーザビーム３Ｄの一部のパワーあるいはビームプロファイルをモニタすることにより得られる効果は、本発明による複数の直線偏光成分が混在する波長変換レーザ装置においてのみ得られる特有の効果であり、一般的な直線偏光レーザ装置やランダム偏光レーザ装置では得られない効果である。以下では、この点について詳細に説明する。

一般的に、ミラーに垂直入射以外の角度でレーザビームを入射させる場合、入射するビームの偏光方向によりミラーの反射率に差があり、ｓ偏光の反射率がｐ偏光の反射率より高くなる。すなわち、ｓ偏光の透過率がｐ偏光の透過率より低くなる。

まず、比較例として、１／４波長板１９を備えず、円偏光化していない波長変換レーザビーム３Ｃを反射ミラー２１、２１Ａに入射させ、反射ミラー２１、２１Ａを透過した波長変換レーザビーム３Ｅ、３Ｆのパワーおよびビームプロファイルをモニタするようにした場合について説明する。例えば、波長変換結晶１Ａ、１Ｂから偏光方向が互いにおよそ９０°異なる波長変換レーザビームが発生している場合に、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分をｓ偏光、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分をｐ偏光で反射ミラー２１、２１Ａに入射させたとすると、ｓ偏光の透過率がｐ偏光の透過率より低くなることから、波長変換レーザビーム３Ｃの内、波長変換結晶１Ａから発生した成分よりも波長変換結晶１Ｂから発生した成分のパワーやビームプロファイルをより多くモニタすることになる。

具体的には、例えば、反射ミラー２１、２１Ａに対して約４５°の入射角で波長変換レーザビーム３Ｃを入射させる場合、反射ミラー２１、２１Ａのｓ偏光の透過率は例えば約０．１％、反射ミラー２１、２１Ａのｐ偏光の透過率は例えば約０．９％となり、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．１％と波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の約０．９％の和がパワーモニタ２２およびビームプロファイラ２３に入射し、そのパワーやビームプロファイルを測定することになる。
したがって、例えば、波長変換レーザビーム３Ｃのうち波長変換結晶１Ａから発生した成分のみのパワーやビームプロファイルが変化しても、パワーモニタ２２やビームプロファイラ２３のモニタ値の変化は小さく、被加工物１７に照射される波長変換レーザビームのパワーやビームプロファイルの変化を正確にモニタできないという問題が生じる。

ところが、本実施の形態においては、１／４波長板１９で円偏光化された（波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射ミラー２１、２１Ａの反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるように変換された）波長変換レーザビーム３Ｄを反射ミラー２１、２１Ａに入射するようにしたので、パワーモニタ２２およびビームプロファイラ２３に入射する波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分および波長変換結晶１Ｂから発生した成分それぞれのｓ偏光成分とｐ偏光成分はおよそ同割合となり、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分のパワーやビームプロファイルをおよそ同じ割合ずつモニタすることになる。

具体的には、例えば、反射ミラー２１、２１Ａのｓ偏光の透過率は約０．１％、反射ミラー２１、２１Ａのｐ偏光の透過率は約０．９％となり、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分も約５０％であるから、ｓ偏光成分の約０．１％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．０５％）とｐ偏光成分の約０．９％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．４５％）の和、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．５％が反射ミラー２１、２１Ａを透過する。同様に、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分もｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分は約５０％であることから、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の約０．５％が反射ミラー２１、２１Ａを透過する。よって、波長変換レーザビーム３Ｄの内、波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分とが同割合ずつパワーモニタ２２やビームプロファイラ２３に入射し、そのパワーやビームプロファイルを測定することになる。

したがって、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｄのパワーやビームプロファイルをほぼ正確に測定することができ、長期間安定に高出力な波長変換レーザビームを高効率に発生しているか否かを把握することができるという効果を奏する。このため、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｄのパワーやビームプロファイルをほぼ正確に測定することができ、長期間安定に精度良く均一な（時間的に一定である）加工ができているか否かを把握することができるという効果を奏する。
さらに、例えば、波長変換レーザビーム３Ｃのうち波長変換結晶１Ａから発生した成分のみのパワーやビームプロファイルが変化しても、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｄのパワーやビームプロファイルの変化をほぼ正確にモニタでき、波長変換レーザビーム３Ｄのうち波長変換結晶１Ａから発生した成分のみのパワーやビームプロファイルの変化による加工の変化を把握することができるという効果を奏する。

一方、一般的な直線偏光レーザ装置においては、反射ミラー２１、２１Ａに入射するレーザビームの偏光方向はｓ偏光およびｐ偏光のうちの一方のみであることから、反射ミラー２１、２１Ａに入射させる前に円偏光化させるか否かにかかわらず透過率は一定である。したがって、円偏光化された波長変換レーザビームのパワーやビームプロファイルをモニタすることによる新たな効果は生じない。
また、一般的なランダム偏光レーザ装置においては、反射ミラー２１、２１Ａに入射するレーザビームの偏光方向はｓ偏光とｐ偏光とが同割合であることから、反射ミラー２１、２１Ａに入射させる前に円偏光化させるか否かにかかわらず透過率は一定である。したがって、円偏光化された波長変換レーザビームのパワーやビームプロファイルをモニタすることによる新たな効果は生じない。

なお、上記では波長変換結晶１Ａ、１Ｂから偏光方向が互いにおよそ９０°異なる波長変換レーザビームが発生している場合について、具体的数値を挙げて説明したが、９０°に限らず、４５°ないし９０°の範囲で異なる場合にも、同様のことが言える。例えば、波長変換レーザビーム３Ｃを偏光状態変換手段を兼用する手段である１／４波長板１９を通過させて、波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約６０％、ｐ偏光成分は約４０％、波長変換結晶１Ｂから発生した成分のうちｓ偏光成分は約６０％、ｐ偏光成分は約４０％、というように各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおけるｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じである楕円偏光に変換された波長変換レーザビーム３Ｄに変換することにより、波長変換レーザビーム３Ｄの内、波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分とが同割合ずつパワーモニタ２２やビームプロファイラ２３に入射し、そのパワーやビームプロファイルを測定することになる。

なお、図７では、反射ミラー２１、２１Ａを反射した波長変換レーザビームを加工に用い、反射ミラー２１、２１Ａを透過した波長変換レーザビームのビームパラメータをモニタする構成を示したが、反射ミラー２１、２１Ａを透過した波長変換レーザビームを加工に用い、反射ミラー２１、２１Ａで反射された波長変換レーザビームのビームパラメータをモニタする構成としてもよい。

また、図７では、実施の形態１による波長変換レーザ装置に、１／４波長板１９、反射ミラー２１、２１Ａ、パワーモニタ２２、およびビームプロファイラ２３を備える場合について示したが、実施の形態２によるレーザ加工装置に、１／４波長板１９、反射ミラー２１、２１Ａ、パワーモニタ２２、およびビームプロファイラ２３を備えてもよく、同様の効果が得られる。

また、図７に示した構成に加えて、パワーモニタ２２のモニタ値に応じてレーザ光源２の出力を調節する手段、若しくはパワーモニタ２２のモニタ値に応じて温度調節器４Ａ、４Ｂの温度を調節する手段を設けてフィードバック制御することにより、波長変換レーザビーム３Ｄのパワーを長期間安定に一定に保つことができるという効果を奏する。

また、ビームプロファイラ２３で測定したビームプロファイルからビーム径を求めることができることから、図７に示した構成に加えて、例えば複数のレンズの組み合わせからなるビーム径調整機構を設けることにより、波長変換レーザビーム３Ｄのビーム径を任意の値に調整して出力することができるという効果を奏する。
さらに、ビームプロファイラ２３で測定したビーム径に応じてビーム径調整機構を制御する手段を設けてフィードバック制御することにより、波長変換レーザビーム３Ｄのビーム径を長期間安定に一定に保つことができるという効果を奏する。

なお、上記実施の形態４においては、ビームパラメータ（パワー、ビームプロファイル（ビーム径）、ビーム品質、発散角）のうちパワーとビームプロファイルをモニタする手段を備える場合について説明したが、ビーム品質（レーザビームの集光性を示すＭ^２値やビームプロダクトなどの指標値）をモニタする手段を備えてもよく、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｄのビーム品質をほぼ正確に測定することができ、長期間安定に高品質な波長変換レーザビームを発生しているか否かを把握することができるという効果を奏する。このため、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｄのビーム品質をほぼ正確に測定することができ、長期間安定に精度良く均一な（時間的に一定である）加工ができているか否かを把握することができるという効果を奏する。

また、例えば複数のビームプロファイラを備えるなどして発散角をモニタする手段を備えてもよく、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｄの発散角をほぼ正確に測定することができ、長期間安定に高品質な波長変換レーザビームを発生しているか否かを把握することができるという効果を奏する。このため、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｄの発散角をほぼ正確に測定することができ、長期間安定に精度良く均一な（時間的に一定である）加工ができているか否かを把握することができるという効果を奏する。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図であり、より具体的には、レーザ加工装置の上面図である。
本実施の形態では、実施の形態１で示した波長変換レーザ装置（レーザ加工装置）に加えて、主に、以下のものを備えている。
まず、波長変換レーザビーム３Ｄのパワーを調整する手段として可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂを有する透過率が可変の可変アッテネータ２４を備えている。
さらに、可変アッテネータ２４の前段に配置され、波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ，１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段として、１／４波長板１９を備えている。なお、１／４波長板１９は実施の形態３で説明した波長変換レーザビーム３Ｃを円偏光に変換する円偏光化手段を兼ねている。
他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では主に、実施の形態１との相違点について説明する。

１／４波長板１９は保持具２０に固定され、基台５上に配置されている。可変アッテネータ２４は保持具２０Ｃに固定され、基台５上に配置されている。可変アッテネータ２４内には波長変換レーザビーム３Ｃの入射角により透過率が変化する可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂ、および可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに対する波長変換レーザビーム３Ｃの入射角を変化させるための、図示していない可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂを回転させる機構が設けられている。
照射装置の構成は、実施の形態４と同様である。

このように構成されたものにおいて、分離ミラー６を通過した波長変換レーザビーム３Ｃは、１／４波長板１９により円偏光に変換される（円偏光化される）ことにより、偏光状態を変換されて、各非線形光学結晶１Ａ，１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分ｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じである波長変換レーザビーム３Ｄとなる。
円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄは、可変アッテネータ２４によりパワーを調整された波長変換レーザビーム３Ｇとなり、反射ミラー１２により反射され、集光光学系１４により被加工物１７に集光照射され、被加工物に対しアニール、表面改質、穴あけ、切断、溶接、トリミング等の加工を行う。

以上説明したように、本実施の形態においては、円偏光化手段および偏光状態変換手段を兼用する手段として１／４波長板１９を備えており、波長変換レーザビーム３Ｃを円偏光に変換するので、上記実施の形態３と同様に、円偏光化された波長変換レーザビーム３Ｄが被加工物１７に集光照射されるため、偏光方向に依存しないより均質な加工を安定に実施することができるという効果を奏する。

さらに、波長変換レーザビーム３Ｄのパワーを調整する手段として可変アッテネータ２４を備え、円偏光化された（波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換された）波長変換レーザビーム３Ｄを可変アッテネータ２４に入射するようにしたため、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分のパワーと波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分のパワーとを同率で調整することができる。したがって、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｇのビームプロファイルをほとんど変化させることなくパワーを調整することができるという効果を奏する。このため、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｇのビームプロファイルをほとんど変化させることなくパワーを調整することができ、加工パラメータとしてパワーのみを変化させて加工することができるという効果を奏する。

さらに、可変アッテネータ２４の透過率を下げて加工台１８Ａ上の加工点にビームプロファイラを配置して加工点のビームプロファイルを測定することにより、加工時とおよそ同じビームプロファイルを測定することができるという効果を奏する。

上記のような、波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換された（円偏光化された）波長変換レーザビーム３Ｄを可変アッテネータ２４に入射させ波長変換レーザビーム３Ｇのパワーを可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに対する波長変換レーザビーム３Ｄの入射角を変化させることにより調整するようにしたことにより得られる効果は、本発明の複数の直線偏光成分が混在する波長変換レーザ装置においてのみ得られる特有の効果であり、一般的な直線偏光レーザ装置やランダム偏光レーザ装置では得られない効果である。以下では、この点について詳細に説明する。

まず、比較例として、１／４波長板１９を備えず、円偏光化していない波長変換レーザビーム３Ｃを可変アッテネータ２４に入射するようにした場合について説明する。例えば、波長変換結晶１Ａ、１Ｂから偏光方向が互いにおよそ９０°異なる波長変換レーザビームが発生している場合に、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分をｓ偏光、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分をｐ偏光で可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射させたとすると、ｓ偏光の透過率がｐ偏光の透過率より低くなることから、波長変換レーザビーム３Ｃのうち波長変換結晶１Ａから発生した成分よりも波長変換結晶１Ｂから発生した成分を多く含んだ波長変換レーザビームが波長変換レーザ装置から出力され、その波長変換レーザビームが被加工物１７に照射されることになる。

また、ｓ偏光とｐ偏光の透過率の比が可変アッテネータ２４（可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂ）の透過率により変化することから、可変アッテネータ２４により、ビームプロファイルを変化させずにパワーのみを調整することができず、例えば可変アッテネータ２４の透過率を下げて加工点にビームプロファイラを配置して加工点のビームプロファイルを測定する場合、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｃのうち波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分の割合は、加工時とビームプロファイル測定時で異なった割合となり、加工時とは異なる加工点のビームプロファイルを測定するすることになる。

具体的には、例えば、可変アッテネータ２４の平均透過率を約５０％に下げて加工する場合、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｓ偏光の透過率は例えば約３５％、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｐ偏光の透過率は例えば約６５％となり、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分を約３５％、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分を約６５％含んだ波長変換レーザビーム、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１：１．９の波長変換レーザビームが波長変換レーザ装置から出力され、波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分の割合が異なる波長変換レーザビームで加工することになる。

さらに、例えば、可変アッテネータ２４の透過率を約１％に下げ、加工台１８Ａ上の加工点にビームプロファイラを配置して加工点のビームプロファイルを測定する場合、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｓ偏光の透過率は例えば約０．１％、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｐ偏光の透過率は例えば約０．９％となり、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分を約０．１％、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分を約０．９％含んだ波長変換レーザビーム、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１：９という加工時とは全く異なった割合の波長変換レーザビームが波長変換レーザ装置から出射され、例えば上述の可変アッテネータ２４の平均透過率約５０％で加工する時の波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分の割合とは異なった割合の波長変換レーザビームのビームプロファイルを測定することになる。したがって、加工時とビームプロファイル測定時のビームプロファイルが異なり、加工時のビームプロファイルを正確に把握することができず、加工に対するビームプロファイルの影響を正確に把握することができないという問題が生じる。

ところが、本実施の形態においては、１／４波長板１９で円偏光化された（波長変換レーザビーム３Ｃの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるように変換された）波長変換レーザビーム３Ｄを可変アッテネータ２４に入射するようにしたので、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分および波長変換結晶１Ｂから発生した成分それぞれの可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射するｓ偏光成分とｐ偏光成分はおよそ同割合となり、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分をおよそ同じ割合ずつ含んだ波長変換レーザビームを被加工物１７に照射することができる。
また、可変アッテネータ２４の透過率を変化させても、波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分はおよそ同じ割合ずつ含まれるため、可変アッテネータ２４によりビームプロファイルを変化させずにパワーのみを調整することができる。したがって、例えば、可変アッテネータ２４の透過率を下げて加工点にビームプロファイラを配置して、加工点のビームプロファイルを測定することにより加工時とおよそ同じビームプロファイルを測定することができる。

具体的には、例えば、可変アッテネータ２４の平均透過率を約５０％に下げて加工する場合、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｓ偏光の透過率は例えば約３５％、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｐ偏光の透過率は例えば約６５％となり、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分も約５０％であるから、ｓ偏光成分の約３５％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約１７．５％）とｐ偏光成分の約６５％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約３２．５％）の和、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約５０％が可変アッテネータ２４を透過する。同様に、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分も、ｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分は約５０％であることから、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の約５０％が可変アッテネータ２４を透過する。

よって、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分が同割合ずつ可変アッテネータ２４を透過し、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１：１の波長変換レーザビーム３Ｇが波長変換レーザ装置から出射され、波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１：１の波長変換レーザビーム３Ｇで加工することになる。

また、例えば、可変アッテネータ２４の透過率を約１％に下げて加工点にビームプロファイラを配置して、加工点のビームプロファイルを測定する場合、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｓ偏光の透過率は例えば約０．１％、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｐ偏光の透過率は例えば約０．９％となり、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分も約５０％であるから、ｓ偏光成分の約０．１％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．０５％）とｐ偏光成分の約０．９％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．４５％）の和、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．５％が可変アッテネータ２４を透過する。同様に、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分もｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分は約５０％であることから、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の約０．５％が可変アッテネータ２４を透過する。

よって、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分が同割合ずつ可変アッテネータ２４を透過し、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１：１の波長変換レーザビーム３Ｇが波長変換レーザ装置から出射され、波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１：１の波長変換レーザビーム３Ｇで加工点のビームプロファイルを測定することができる。

したがって、加工時とビームプロファイル測定時の波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比はおよそ同じであることから、加工時のビームプロファイルをほぼ正確に把握することができ、加工に対するビームプロファイルの影響をほぼ正確に把握することができ、また、測定した加工点のビームプロファイルを見て加工条件を変化させることができる。

一方、一般的な直線偏光レーザ装置においては、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射するレーザビームの偏光方向はｓ偏光およびｐ偏光のうちの一方のみであることから、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射させる前に円偏光化させるか否かにかかわらず透過率は一定である。したがって、円偏光化された波長変換レーザビームを可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射させることによる新たな効果は生じない。
また、一般的なランダム偏光レーザ装置においては、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射するレーザビームの偏光方向はｓ偏光とｐ偏光とが同割合であることから、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射させる前に円偏光化させるか否かにかかわらず透過率は一定である。したがって、円偏光化された波長変換レーザビームを可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂに入射させることによる新たな効果は生じない。

なお、上記では波長変換結晶１Ａ、１Ｂから偏光方向が互いにおよそ９０°異なる波長変換レーザビームが発生している場合について、具体的数値を挙げて説明したが、９０°に限らず、４５°ないし９０°の範囲で異なる場合にも、同様のことが言える。例えば、波長変換レーザビーム３Ｃを偏光状態変換手段を兼用する手段である１／４波長板１９を通過させて、波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約６０％、ｐ偏光成分は約４０％、波長変換結晶１Ｂから発生した成分のうちｓ偏光成分は約６０％、ｐ偏光成分は約４０％、というように各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおけるｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じである楕円偏光に変換された波長変換レーザビーム３Ｄに変換することにより、波長変換レーザビーム３Ｄの内、波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換結晶１Ｂから発生した成分とが同割合ずつ可変アッテネータ２４に入射する。このように、加工時とビームプロファイル測定時の波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比はおよそ同じであることから、加工時のビームプロファイルをほぼ正確に把握することができ、加工に対するビームプロファイルの影響をほぼ正確に把握することができ、また、測定した加工点のビームプロファイルを見て加工条件を変化させることができる。

なお、図８では、波長変換レーザ装置に１／４波長板１９および可変アッテネータ２４を備える場合について示したが、さらに、可変アッテネータ２４の後に、実施の形態４と同様に、１／４波長板１９、反射ミラー２１、２１Ａ、およびパワーモニタ２２やビームプロファイラ２３等のビームパラメータをモニタする手段を備えてもよく、実施の形態４と同様の効果を奏するとともに、パワーを調整された波長変換レーザビーム３Ｇのパワーやビームプロファイルをほぼ正確にモニタできるという効果を奏する。

なお、図８では、実施の形態１による波長変換レーザ装置に、１／４波長板１９および可変アッテネータ２４を備える場合について示したが、実施の形態２によるレーザ加工装置に、１／４波長板１９および可変アッテネータ２４を備えてもよく、同様の効果が得られる。

また、図８では、透過率が可変の可変アッテネータ２４を備える場合について示したが、透過率が一定のアッテネータを備えてもよく、この場合にも、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分のパワーと波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分のパワーとを同率で調整することができる。したがって、波長変換レーザ装置から出力される波長変換レーザビーム３Ｇのビームプロファイルをほとんど変化させることなく、透過率が一定のアッテネータによってパワーを調整することができるという効果を奏する。このため、被加工物１７に照射される波長変換レーザビーム３Ｇのビームプロファイルをほとんど変化させることなくアッテネータの透過率に対応したパワーに調整することができ、加工パラメータとしてパワーのみを変化させて加工することができるという効果を奏する。

なお、上記実施の形態４および５において、１／４波長板１９などの偏光状態変換手段は、波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射手段の反射面（可変透過率ミラーのミラー面）に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合が正確に同じになるように変換するのが望ましいが、非線形光学結晶１Ａから発生した波長変換レーザビームのｓ偏光成分／ｐ偏光成分の値と非線形光学結晶１Ｂから発生した波長変換レーザビームのｓ偏光成分／ｐ偏光成分の値の比がおおよそ１：４〜４：１の間であればよく、同様の効果を奏する。

具体的には、例えば、非線形光学結晶１Ａから発生した波長変換レーザビームのｓ偏光成分が約２０％、ｐ偏光成分が約８０％で、非線形光学結晶１Ｂから発生した波長変換レーザビームのｓ偏光成分が約５０％、ｐ偏光成分が約５０％の場合、非線形光学結晶１Ａから発生した波長変換レーザビームのｓ偏光成分／ｐ偏光成分の値と非線形光学結晶１Ｂから発生した波長変換レーザビームのｓ偏光成分／ｐ偏光成分の値の比が１：４となる。この場合、可変アッテネータ２４の平均透過率を約５０％に下げて加工する場合、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｓ偏光の透過率は例えば約３５％、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｐ偏光の透過率は例えば約６５％となり、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約２０％、ｐ偏光成分は約８０％であるから、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分の約３５％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約７％）とｐ偏光成分の約６５％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約５２％）の和、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約５９％が可変アッテネータ２４を透過する。波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分も、ｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分は約５０％であることから、前述したように波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の約５０％が可変アッテネータ２４を透過する。

よって、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１．１８：１の波長変換レーザビーム３Ｇが波長変換レーザ装置から出射され、波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１．１８：１の波長変換レーザビーム３Ｇで加工することになる。

また、例えば、可変アッテネータ２４の透過率を約１％に下げて加工点にビームプロファイラを配置して、加工点のビームプロファイルを測定する場合、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｓ偏光の透過率は例えば約０．１％、可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのｐ偏光の透過率は例えば約０．９％となり、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分のうちｓ偏光成分は約２０％、ｐ偏光成分は約８０％であるから、ｓ偏光成分の約０．１％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．０２％）とｐ偏光成分の約０．９％（波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．７２％）の和、すなわち、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分の約０．８％が可変アッテネータ２４を透過する。波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の内ｓ偏光成分は約５０％、ｐ偏光成分は約５０％であることから、前述したように波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分の約０．５％が可変アッテネータ２４を透過する。

よって、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分と波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ｂから発生した成分が同割合ずつ可変アッテネータ２４を透過し、波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１．６：１の波長変換レーザビーム３Ｇが波長変換レーザ装置から出射され、波長変換結晶１Ａから発生した成分対波長変換結晶１Ｂから発生した成分の比がおおよそ１．６：１の波長変換レーザビーム３Ｇで加工点のビームプロファイルを測定することができる。

したがって、加工時とビームプロファイル測定時の波長変換レーザビーム３Ｄの波長変換結晶１Ａから発生した成分／波長変換結晶１Ｂから発生した成分の値の差はおおよそ３６％であることから、加工時のビームプロファイルをおおよそ正確に把握することができ、加工に対するビームプロファイルの影響をおおよそ正確に把握することができ、また、測定した加工点のビームプロファイルを見て加工条件を変化させることができる。

なお、上記実施の形態４および５においては、波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射手段（反射ミラー２１、２１Ａ）の反射面または可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段として、１／４波長板１９を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。偏光状態変換手段として、例えば、波長変換レーザビームを円偏光に変換する電気光学素子を用いてもよい。さらに、偏光状態変換手段として、例えば、１／２波長板、偏光ローテーター、電気光学素子などを用いて波長変換レーザビーム３Ｃの偏光方向を回転させ、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分における上記各ミラーの反射面（ミラー面）に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合と、波長変換結晶１Ｂから発生した成分における上記各ミラーの反射面（ミラー面）に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分の割合とがおよそ同じになるようにしてもよく、上記実施の形態４および５と同様の効果を奏する。

なお、上記実施の形態４および５において、例えば、波長変換結晶１Ａ、１Ｂから偏光方向が互いにおよそ９０°異なる波長変換レーザビームが発生しており、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ａから発生した成分をｓ偏光、波長変換レーザビーム３Ｃの波長変換結晶１Ｂから発生した成分をｐ偏光で反射ミラー２１、２１Ａ（可変透過率ミラー２５Ａ、２５Ｂ）に入射させる構成において、非線形光学結晶１Ａ，１Ｂおよび分離ミラー６を、レーザビーム３の光軸を中心として例えば４５°回転して配置した場合には、各非線形光学結晶１Ａ、１Ｂから発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける反射ミラー２１、２１Ａの反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合とがおよそ同じになるため、偏光状態変換手段は無くてもよい。ただし、この場合にも１／４波長板１９などの円偏光化手段を備えることにより、実施の形態３で説明したのと同様に、円偏光化された波長変換レーザビームが被加工物１７に集光照射されるため、偏光方向に依存しないより均質な加工を安定に実施することができるという効果を奏する。

なお、上記各実施の形態においては、レーザ光源２として、波長１０６４ｎｍのランダム偏光の基本波レーザビーム３を発生するＮｄ：ＹＡＧ（ネオジウム・ヤグ）レーザを用いる場合について示したが、レーザ光源２の種類はこれに限るものでなく、例えばＮｄ：ＹＬＦ（ネオジウム・イルフ）レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４（ネオジウム・ワイヴイオーフォー）レーザ、Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３（チタン・サファイア）レーザ等の固体レーザの他、アルゴンレーザ、エキシマレーザ等のガスレーザ、色素レーザ等の液体レーザ等でもよい。ただし、Ｎｄ：ＹＶＯ_４（ネオジウム・ワイヴイオーフォー）レーザのように一般的には直線偏光発振し、ランダム偏光とならない場合があるが、例えば固体レーザ媒質の切り出し方向を一般的な方向とは異なる方向にすることによりランダム偏光とすることができる。

また、上記各実施の形態においては、波長変換結晶１Ａ、１Ｂとして、タイプ２位相整合により第２高調波を発生する非線形光学結晶を用いる場合について示したが、ランダム偏光の基本波レーザビーム３を用いているため、位相整合のタイプはタイプ１であってもよく、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。

また、上記各実施の形態においては、波長変換結晶１Ａ、１Ｂとして、タイプ２位相整合により第２高調波を発生するリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶を用いる場合について示したが、発生する波長変換レーザビームは第２高調波に限るものではなく、例えば、第３高調波、第４高調波、第５高調波、和周波、差周波等であってもよく、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。
また、波長変換用の非線形光学結晶（波長変換結晶）１Ａ、１Ｂもリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶に限るものではなく、例えば、セシウム・リチウム・ボレート（化学式：ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、略称：ＣＬＢＯ）結晶、セシウム・ボレート（化学式：ＣｓＢ₃Ｏ₅、略称：ＣＢＯ）結晶、ベータ・バリウム・ボレート（化学式：β−ＢａＢ₂Ｏ₄、略称：ＢＢＯ）、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレート（化学式：Ｇｄ_xＹ_1-xＣａ₄（ＢＯ₃）₃、略称：ＧｄＹＣＯＢ）結晶、ポタシウム・チタニル・フォスフェイト（化学式：ＫＴｉＯＰＯ_４、略称：ＫＴＰ）結晶等であってもよく、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。

また、上記各実施の形態においては、波長変換結晶１Ａ、１Ｂとして、同種の結晶を用いる場合について示したが、例えば波長変換結晶１Ａとしてリチウム・ボレイト（化学式：ＬｉＢ_３Ｏ_５）結晶を用い、波長変換結晶１Ｂとしてセシウム・リチウム・ボレート（化学式：ＣｓＬｉＢ₆Ｏ₁₀、略称：ＣＬＢＯ）結晶を用いる等、異種の結晶を組み合わせて用いてもよく、この場合、波長変換結晶１Ａで発生する波長変換レーザビームの偏光方向と、波長変換結晶１Ｂで発生する波長変換レーザビームの偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で（望ましくはおよそ９０°）異なるように、より詳細には、波長変換結晶１Ａで発生して波長変換結晶１Ｂに入射する波長変換レーザビームの偏光方向と、波長変換結晶１Ｂで発生する波長変換レーザビームの偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で（望ましくはおよそ９０°）異なるように、言い換えれば、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で（望ましくはおよそ９０°）異なる波長変換レーザビーム３Ｃを発生するように、各波長変換結晶１Ａおよび１Ｂを配置すればよく、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。
さらに、波長変換結晶１Ｂとして波長変換結晶１Ａよりも波長変換効率の良い結晶を用いることにより、各非線形光学結晶１Ａと１Ｂにおけるレーザビーム通過方向の長さが同じであっても、前段の波長変換結晶１Ａから発生する波長変換レーザビームのパワーと後段の波長変換結晶１Ｂから発生する波長変換レーザビームのパワーを近い値にすることができ、波長変換レーザビーム３Ｃを等方に近い偏光状態にすることができるという効果が得られる。

また、上記各実施の形態においては、波長変換レーザ装置において集光レンズを用いない構成について示したが、レーザ光源２と波長変換結晶１Ａとの間、あるいは波長変換結晶１Ａと１Ｂの間等に集光レンズを配置してもよく、上記各実施の形態と同様の効果に加えて、波長変換結晶１Ａと１Ｂに入射する基本波レーザビームの径を調整することができるため、前段の波長変換結晶１Ａから発生する波長変換レーザビームのパワーと後段の波長変換結晶１Ｂから発生する波長変換レーザビームのパワーをより近い値にすることができ、波長変換レーザビーム３Ｃをより等方に近い偏光状態にすることができるという効果が得られる。

また、上記各実施の形態においては、照射装置において、集光光学系１４を、反射ミラー１２と加工台１８（被加工物１７）との間に配置した場合について示したが、分離ミラー６と反射ミラー１２との間にも配置してもよい。さらに、例えばフライアイレンズ等のビーム均一化素子や例えばレーザビームの中心部分のみを透過するマスクを備えてもよく、上記各実施の形態と同様の効果に加えて、より均質な加工を安定に実施することができるという効果が得られる。

本発明の実施の形態１による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態１による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態１による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態２による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態２による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態３による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態４による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。 本発明の実施の形態５による波長変換方法、波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置を説明するための図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 波長変換結晶、２ レーザ光源、３ 基本波レーザビーム、３Ａ、３Ｂ 基本波・高調波混合レーザビーム、３Ｃ 波長変換（高調波）レーザビーム、６ 分離ミラー、９Ａ、９Ｂ 結晶方位軸ｂ、ｃからなる面、１０ １／２波長板、１２、２１、２１Ａ 反射ミラー、１４ 集光光学系、１７ 被加工物、１８、１８Ａ 加工台、１９ １／４波長板、２２ パワーモニタ、２３ ビームプロファイラ、２４ 可変アッテネータ、２５Ａ、２５Ｂ 可変透過率ミラー、ａ、ｂ、ｃ 結晶方位軸。

Claims (8)

1. 基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換用の非線形光学結晶によって波長変換する方法であって、ランダム偏光の基本波レーザビームを、直列に配置された２つの波長変換用の非線形光学結晶に順に通して、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生させつつ、当該各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける入射対象面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように偏光状態を変換して、前記偏光状態を変換された波長変換レーザビームを、その一部を透過する反射手段に入射させ、当該反射手段を透過した波長変換レーザビームおよび前記反射手段で反射された波長変換レーザビームの一方のビームパラメータをモニタすることを特徴とする波長変換方法。
2. モニタするビームパラメータは、パワーまたはビームプロファイルであることを特徴とする請求項１記載の波長変換方法。
3. ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる方向になるように直列に配置され、前記基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換する２つの波長変換用の非線形光学結晶とを備え、前記ランダム偏光の基本波レーザビームを前記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生する波長変換レーザ装置であって、
   波長変換レーザビームの一部を透過する反射手段と、当該反射手段を透過した波長変換レーザビームおよび前記反射手段で反射された波長変換レーザビームの一方のビームパラメータをモニタする手段と、前記反射手段の前段に配置され波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける前記反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段とを備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
4. ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いにおよそ同方向もしくはおよそ１８０°異なる方向になるように直列に配置され、前記基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換する２つの波長変換用の非線形光学結晶と、当該２つの非線形光学結晶の間に配置され波長変換されたレーザビームの偏光方向を４５°ないし９０°の範囲で回転させる偏光方向回転手段とを備え、前記ランダム偏光の基本波レーザビームを前記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生する波長変換レーザ装置であって、
   波長変換レーザビームの一部を透過する反射手段と、当該反射手段を透過した波長変換レーザビームおよび前記反射手段で反射された波長変換レーザビームの一方のビームパラメータをモニタする手段と、前記反射手段の前段に配置され、波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける前記反射手段の反射面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段とを備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
5. モニタするビームパラメータは、パワーまたはビームプロファイルであることを特徴とする請求項３あるいは請求項４に記載の波長変換レーザ装置。
6. ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる方向になるように直列に配置され、前記基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換する２つの波長変換用の非線形光学結晶とを備え、前記ランダム偏光の基本波レーザビームを前記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生する波長変換レーザ装置であって、
   可変透過率ミラーを有する可変アッテネータと、当該可変アッテネータの前段に配置され前記波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける前記可変透過率ミラーのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段とを備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
7. ランダム偏光の基本波レーザビームを発生させる基本波レーザ光源と、レーザビームの光軸方向から見て結晶方位軸が互いにおよそ同方向もしくはおよそ１８０°異なる方向になるように直列に配置され、前記基本波レーザビームを一方向に進行させて波長変換する２つの波長変換用の非線形光学結晶と、当該２つの非線形光学結晶の間に配置され波長変換されたレーザビームの偏光方向を４５°ないし９０°の範囲で回転させる偏光方向回転手段とを備え、前記ランダム偏光の基本波レーザビームを前記２つの非線形光学結晶に順に通し、偏光方向が互いに４５°ないし９０°の範囲で異なる波長変換レーザビームを発生する波長変換レーザ装置であって、
   可変透過率ミラーを有する可変アッテネータと、当該可変アッテネータの前段に配置され前記波長変換レーザビームの偏光状態を、各非線形光学結晶から発生したそれぞれの波長変換レーザビームにおける前記可変透過率ミラーのミラー面に対するｓ偏光成分とｐ偏光成分との割合がおよそ同じになるように変換する偏光状態変換手段とを備えたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
8. 前記請求項３ないし７の何れかの請求項に記載された波長変換レーザ装置により波長変換された波長変換レーザビームを、被加工物に照射するようにしたことを特徴とするレーザ加工装置。

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