JP6995465B2 - Laser oscillator and laser processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ発振器及びレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser oscillator and a laser processing apparatus.

半導体ウェハ等の加工対象物を複数のチップに切断するために、格子状に設定された切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 A laser processing apparatus is known that forms a modified region inside a processing object along a grid-set scheduled cutting line in order to cut the processing object such as a semiconductor wafer into a plurality of chips (a laser processing apparatus is known. For example, see Patent Document 1).

特許第5456510号公報Japanese Patent No. 5456510

上述したようなレーザ加工装置に搭載されるレーザ発振器については、簡単に交換し得るというように、取扱いが容易であることが望ましい。また、特に加工対象物の内部に改質領域を形成するような場合には、アブレーション加工、溶接加工等を行うような場合に比べ、シビアなレーザ光の照射条件が要求されることから、レーザ発振器から外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定していることが望ましい。 It is desirable that the laser oscillator mounted on the laser processing apparatus as described above is easy to handle so that it can be easily replaced. Further, especially in the case of forming a modified region inside the object to be processed, more severe laser light irradiation conditions are required as compared with the case of performing ablation processing, welding processing, etc., so that the laser It is desirable that the position and angle of the optical axis of the laser beam emitted from the oscillator to the outside are stable.

本発明は、取扱いが容易であり、且つ外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定しているレーザ発振器、及びそのようなレーザ発振器を備えるレーザ加工装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser oscillator that is easy to handle and has a stable position and angle of an optical axis of a laser beam emitted to the outside, and a laser processing apparatus including such a laser oscillator. And.

本発明のレーザ発振器は、種光であるレーザ光を出射する種光源を有する種光出射部と、種光出射部から出射されたレーザ光を伝播させる第1レーザファイバ、及び第1レーザファイバを励起するための第1励起光を出射する第1励起光源を有する第1アンプ部と、第1アンプ部で増幅されたレーザ光を伝播させる第2レーザファイバ、及び第2レーザファイバを励起するための第2励起光を出射する第2励起光源を有する第2アンプ部と、第2アンプ部で増幅されたレーザ光を外部に出射する出射端が設けられた光学部品を有するレーザ光出射部と、取付ベースを有し、種光出射部、第1アンプ部、第2アンプ部及びレーザ光出射部を収容する筐体と、を備え、光学部品は、取付ベースに配置されている。 The laser oscillator of the present invention includes a seed light emitting unit having a seed light source that emits a laser light that is a seed light, a first laser fiber that propagates the laser light emitted from the seed light emitting unit, and a first laser fiber. To excite the first amplifier section having the first excitation light source that emits the first excitation light for excitation, the second laser fiber that propagates the laser beam amplified by the first amplifier section, and the second laser fiber. A second amplifier unit having a second excitation light source that emits the second excitation light of the above, and a laser light emitting unit having an optical component provided with an emission end that emits the laser light amplified by the second amplifier unit to the outside. A housing having a mounting base and accommodating a seed light emitting unit, a first amplifier unit, a second amplifier unit, and a laser light emitting unit, and optical components are arranged on the mounting base.

このレーザ発振器では、種光出射部、第1アンプ部、第2アンプ部及びレーザ光出射部が筐体に収容されている。したがって、レーザ発振器の取扱いが容易である。また、筐体が有する取付ベースに、出射端が設けられた光学部品が配置されている。これにより、例えばレーザ発振器が取付ベースを介してレーザ加工装置に搭載された場合に、レーザ加工装置で振動が発生したり、レーザ加工装置の使用環境温度の変化等に起因して筐体等が変形したりしても、出射端の位置及び角度がずれ難い。したがって、レーザ発振器から外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定する。 In this laser oscillator, a seed light emitting unit, a first amplifier unit, a second amplifier unit, and a laser light emitting unit are housed in a housing. Therefore, the laser oscillator is easy to handle. Further, an optical component provided with an emission end is arranged on a mounting base of the housing. As a result, for example, when a laser oscillator is mounted on a laser processing device via a mounting base, vibration may occur in the laser processing device, or the housing or the like may be damaged due to changes in the operating environment temperature of the laser processing device. Even if it is deformed, the position and angle of the emission end are not likely to shift. Therefore, the position and angle of the optical axis of the laser beam emitted from the laser oscillator to the outside are stable.

本発明のレーザ発振器は、筐体に収容され、少なくとも第1レーザファイバが配置された第1支持プレートと、筐体に収容され、少なくとも第2レーザファイバが配置された第2支持プレートと、を更に備えてもよい。これによれば、筐体内において、第1レーザファイバ及び第2レーザファイバを適切に支持することができる。 The laser oscillator of the present invention has a first support plate housed in a housing and arranged with at least the first laser fiber, and a second support plate housed in the housing and arranged with at least the second laser fiber. Further may be provided. According to this, the first laser fiber and the second laser fiber can be appropriately supported in the housing.

本発明のレーザ発振器では、第2支持プレートには、冷媒の流路が設けられており、第1励起光源及び第2励起光源は、第2支持プレートに配置されていてもよい。これによれば、熱が発生し易い第2レーザファイバに加え、熱が発生し易い第1励起光源及び第2励起光源を、小さなスペースで効率良く冷却することができる。 In the laser oscillator of the present invention, the second support plate is provided with a flow path for the refrigerant, and the first excitation light source and the second excitation light source may be arranged on the second support plate. According to this, in addition to the second laser fiber that easily generates heat, the first excitation light source and the second excitation light source that easily generate heat can be efficiently cooled in a small space.

本発明のレーザ発振器では、第2支持プレートは、取付ベースに対して上側に配置されており、第1支持プレートは、第2支持プレートに対して上側に配置されていてもよい。これによれば、第1アンプ部から第2アンプ部を介してレーザ光出射部に至るレーザ光の光路の配置を単純化しつつ、レーザ発振器のフットプリントを小さくすることができる。 In the laser oscillator of the present invention, the second support plate may be arranged on the upper side with respect to the mounting base, and the first support plate may be arranged on the upper side with respect to the second support plate. According to this, it is possible to reduce the footprint of the laser oscillator while simplifying the arrangement of the optical path of the laser beam from the first amplifier section to the laser beam emitting section via the second amplifier section.

本発明のレーザ発振器では、筐体は、第1アンプ部、第2アンプ部及びレーザ光出射部を収容する第1部分と、第1部分に対して着脱可能であり、種光出射部を収容する第2部分と、を有してもよい。これによれば、第1部分に対して第2部分を着脱することで、種光出射部を容易にメンテナンスすることができる。 In the laser oscillator of the present invention, the housing is removable from the first portion that houses the first amplifier section, the second amplifier section, and the laser light emitting section, and the first portion, and houses the seed light emitting section. It may have a second part and the like. According to this, the seed light emitting portion can be easily maintained by attaching / detaching the second portion to / from the first portion.

本発明のレーザ発振器は、取付ベースに設けられ、第2アンプ部からレーザ光出射部にレーザ光を伝播させるファイバが配置された支持面を有する支持部材を更に備えてもよい。これによれば、増幅されたレーザ光を伝播させるファイバを適切に(必要な曲げ径を維持しつつ)支持することができるので、当該ファイバからレーザ光が漏れるような事態を防止することができる。 The laser oscillator of the present invention may further include a support member provided on the mounting base and having a support surface on which a fiber for propagating the laser beam from the second amplifier section to the laser beam emitting section is arranged. According to this, since the fiber for propagating the amplified laser light can be appropriately supported (while maintaining the required bending diameter), it is possible to prevent the situation where the laser light leaks from the fiber. ..

本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ発振器と、レーザ発振器の出射端から出射されたレーザ光の出力を調整する出力調整部と、出力調整部を通過したレーザ光の光軸を調整するためのミラーを有するミラーユニットと、レーザ発振器の取付ベース、出力調整部及びミラーユニットが取り付けられた取付プレートと、取付プレートが取り付けられた装置フレームと、装置フレームに取り付けられ、加工対象物を支持する支持部と、ミラーユニットに対して移動可能となるように装置フレームに取り付けられ、ミラーユニットを通過したレーザ光を加工対象物に集光するレーザ集光部と、を備える。 The laser processing apparatus of the present invention is for adjusting the laser oscillator, the output adjusting unit for adjusting the output of the laser light emitted from the emission end of the laser oscillator, and the optical axis of the laser light passing through the output adjusting unit. A mirror unit having a mirror, a mounting base for a laser oscillator, a mounting plate to which an output adjusting unit and a mirror unit are mounted, a device frame to which the mounting plate is mounted, and a support mounted on the device frame to support an object to be machined. It is provided with a unit and a laser condensing unit that is attached to the device frame so as to be movable with respect to the mirror unit and that condenses the laser light that has passed through the mirror unit onto the object to be processed.

このレーザ加工装置では、レーザ集光部が移動可能となるように装置フレームに取り付けられているため、レーザ発振器を移動させる必要がない。したがって、レーザ発振器から外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度の安定性をより確実に維持することができ、シビアな照射条件で加工対象物にレーザ光を照射することができる。 In this laser processing device, since the laser condensing unit is attached to the device frame so as to be movable, it is not necessary to move the laser oscillator. Therefore, it is possible to more reliably maintain the stability of the position and angle of the optical axis of the laser beam emitted from the laser oscillator to the outside, and it is possible to irradiate the workpiece with the laser beam under severe irradiation conditions.

本発明によれば、取扱いが容易であり、且つ外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定しているレーザ発振器、及びそのようなレーザ発振器を備えるレーザ加工装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, there is provided a laser oscillator that is easy to handle and whose position and angle of the optical axis of the laser beam emitted to the outside are stable, and a laser processing apparatus including such a laser oscillator. Is possible.

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus used for forming a reforming region. 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing object which is the object of formation of the modification region. 図2の加工対象物のIII-III線に沿っての断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the object to be machined in FIG. レーザ加工後の加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing object after laser processing. 図4の加工対象物のV-V線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the VV line of the processing object of FIG. 図4の加工対象物のVI-VI線に沿っての断面図である。It is sectional drawing along the VI-VI line of the processing object of FIG. 実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。It is a perspective view of the laser processing apparatus of an embodiment. 図7のレーザ加工装置の支持台に取り付けられる加工対象物の斜視図である。It is a perspective view of the processing object attached to the support base of the laser processing apparatus of FIG. 図7のXY平面に沿ってのレーザ出力部の断面図である。It is sectional drawing of the laser output part along the XY plane of FIG. 7. 図7のレーザ加工装置におけるレーザ出力部及びレーザ集光部の一部の斜視図である。It is a perspective view of a part of a laser output part and a laser condensing part in the laser processing apparatus of FIG. 図9のレーザ出力部におけるλ/2波長板ユニット及び偏光板ユニットの光学的配置関係を示す図である。It is a figure which shows the optical arrangement relation of the λ / 2 wave plate unit and the polarizing plate unit in the laser output part of FIG. (a)は図9のレーザ出力部のλ/2波長板ユニットにおける偏光方向を示す図であり、(b)は図9のレーザ出力部の偏光板ユニットにおける偏光方向を示す図である。(A) is a diagram showing the polarization direction in the λ / 2 wave plate unit of the laser output unit of FIG. 9, and (b) is a diagram showing the polarization direction of the polarizing plate unit of the laser output unit of FIG. 実施形態のレーザ発振器の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the laser oscillator of an embodiment. 実施形態のレーザ発振器の正面図である。It is a front view of the laser oscillator of an embodiment. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the laser oscillator of FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the laser oscillator of FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the laser oscillator of FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the laser oscillator of FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the laser oscillator of FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the laser oscillator of FIG. (a)は実施形態のレーザ発振器の第1変形例の全体構成を示す図であり、(b)は実施形態のレーザ発振器の第2変形例の全体構成を示す図であり、(c)は実施形態のレーザ発振器の第3変形例の全体構成を示す図である。(A) is a diagram showing the overall configuration of the first modification of the laser oscillator of the embodiment, (b) is a diagram showing the overall configuration of the second modification of the laser oscillator of the embodiment, and (c) is a diagram. It is a figure which shows the whole structure of the 3rd modification of the laser oscillator of an embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

実施形態のレーザ加工装置(後述)では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図1~図6を参照して説明する。 In the laser processing apparatus of the embodiment (described later), a modified region is formed on the processing target along the planned cutting line by condensing the laser light on the processing target. Therefore, first, the formation of the modified region will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図1に示されるように、レーザ加工装置100は、レーザ光Lをパルス発振するレーザ光源101と、レーザ光Lの光軸(光路)の向きを90°変えるように配置されたダイクロイックミラー103と、レーザ光Lを集光するための集光用レンズ105と、を備えている。また、レーザ加工装置100は、集光用レンズ105で集光されたレーザ光Lが照射される加工対象物1を支持するための支持台107と、支持台107を移動させるためのステージ111と、レーザ光Lの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源101を制御するレーザ光源制御部102と、ステージ111の移動を制御するステージ制御部115と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that pulse-oscillates the laser beam L, and a dichroic mirror 103 arranged so as to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser beam L by 90 °. A condensing lens 105 for condensing the laser beam L is provided. Further, the laser processing apparatus 100 includes a support base 107 for supporting the processing object 1 irradiated with the laser light L focused by the light collecting lens 105, and a stage 111 for moving the support base 107. The laser light source control unit 102 that controls the laser light source 101 to adjust the output of the laser light L, the pulse width, the pulse waveform, and the like, and the stage control unit 115 that controls the movement of the stage 111 are provided.

レーザ加工装置100においては、レーザ光源101から出射されたレーザ光Lは、ダイクロイックミラー103によってその光軸の向きを90°変えられ、支持台107上に載置された加工対象物1の内部に集光用レンズ105によって集光される。これと共に、ステージ111が移動させられ、加工対象物1がレーザ光Lに対して切断予定ライン5に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン5に沿った改質領域が加工対象物1に形成される。なお、ここでは、レーザ光Lを相対的に移動させるためにステージ111を移動させたが、集光用レンズ105を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。 In the laser processing apparatus 100, the laser beam L emitted from the laser light source 101 is changed in the direction of its optical axis by 90 ° by the dichroic mirror 103, and is inside the processing object 1 placed on the support base 107. The light is collected by the light collecting lens 105. At the same time, the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser beam L along the planned cutting line 5. As a result, a modified region along the scheduled cutting line 5 is formed on the workpiece 1. Here, although the stage 111 is moved in order to move the laser beam L relatively, the condensing lens 105 may be moved, or both of them may be moved.

加工対象物1としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材(例えば、基板、ウェハ等)が用いられる。図2に示されるように、加工対象物1には、加工対象物1を切断するための切断予定ライン5が設定されている。切断予定ライン5は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物1の内部に改質領域を形成する場合、図3に示されるように、加工対象物1の内部に集光点(集光位置)Pを合わせた状態で、レーザ光Lを切断予定ライン5に沿って(すなわち、図2の矢印A方向に)相対的に移動させる。これにより、図4、図5及び図6に示されるように、改質領域7が切断予定ライン5に沿って加工対象物1に形成され、切断予定ライン5に沿って形成された改質領域7が切断起点領域8となる。 As the object to be processed 1, a plate-shaped member (for example, a substrate, a wafer, etc.) including a semiconductor substrate formed of a semiconductor material, a piezoelectric substrate formed of a piezoelectric material, or the like is used. As shown in FIG. 2, the machined object 1 is set with a scheduled cutting line 5 for cutting the machined object 1. The line 5 to be cut is a virtual line extending in a straight line. When forming a modified region inside the object to be processed 1, as shown in FIG. 3, the laser beam L is cut while the condensing point (condensing position) P is aligned with the inside of the object to be processed 1. It is relatively moved along the planned line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2). As a result, as shown in FIGS. 4, 5 and 6, the reformed region 7 is formed on the workpiece 1 along the scheduled cutting line 5, and the modified region formed along the scheduled cutting line 5. 7 becomes the cutting starting point region 8.

集光点Pとは、レーザ光Lが集光する箇所のことである。切断予定ライン5は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた3次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン5は、仮想線に限らず加工対象物1の表面3に実際に引かれた線であってもよい。改質領域7は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域7は列状でも点状でもよく、要は、改質領域7は少なくとも加工対象物1の内部に形成されていればよい。また、改質領域7を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域7は、加工対象物1の外表面(表面3、裏面、若しくは外周面)に露出していてもよい。改質領域7を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物1の表面3に限定されるものではなく、加工対象物1の裏面であってもよい。 The condensing point P is a point where the laser beam L condenses. The planned cutting line 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, a three-dimensional shape in which these are combined, or a coordinate-designated line 5. The line 5 to be cut is not limited to a virtual line, but may be a line actually drawn on the surface 3 of the object to be machined 1. The modified region 7 may be formed continuously or intermittently. The modified region 7 may be in the form of rows or dots, and in short, the modified region 7 may be formed at least inside the object to be processed 1. Further, cracks may be formed starting from the modified region 7, and the cracks and the modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface 3, back surface, or outer peripheral surface) of the object to be processed 1. .. The laser beam incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the surface 3 of the object to be processed 1, and may be the back surface of the object to be processed 1.

ちなみに、加工対象物1の内部に改質領域7を形成する場合には、レーザ光Lは、加工対象物1を透過すると共に、加工対象物1の内部に位置する集光点P近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物1に改質領域7が形成される(すなわち、内部吸収型レーザ加工)。この場合、加工対象物1の表面3ではレーザ光Lが殆ど吸収されないので、加工対象物1の表面3が溶融することはない。一方、加工対象物1の表面3に改質領域7を形成する場合には、レーザ光Lは、表面3に位置する集光点P近傍にて特に吸収され、表面3から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される(表面吸収型レーザ加工)。 By the way, when the modified region 7 is formed inside the object to be processed 1, the laser beam L passes through the object 1 to be processed and is located in the vicinity of the condensing point P located inside the object 1 to be processed. Especially absorbed. As a result, the modified region 7 is formed on the object to be machined 1 (that is, internal absorption type laser machining). In this case, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the object to be processed 1, the surface 3 of the object to be processed 1 is not melted. On the other hand, when the modified region 7 is formed on the surface 3 of the object to be processed 1, the laser beam L is particularly absorbed in the vicinity of the condensing point P located on the surface 3, and is melted and removed from the surface 3. , Holes, grooves, etc. are removed (surface absorption type laser processing).

改質領域7は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域7としては、例えば、溶融処理領域(一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する)、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域7としては、加工対象物1の材料において改質領域7の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物1の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域7は、高転位密度領域ともいえる。 The modified region 7 refers to a region in which the density, refractive index, mechanical strength and other physical properties are different from those of the surroundings. The modified region 7 includes, for example, a melting treatment region (meaning at least one of a region once melted and then resolidified, a region in a molten state, and a region in a state of being resolidified from melting) and a crack region. , Dielectric breakdown region, refractive index change region, etc., and there is also a region where these are mixed. Further, the modified region 7 includes a region in which the density of the modified region 7 in the material of the object to be processed 1 changes as compared with the density of the non-modified region, and a region in which lattice defects are formed. When the material of the object to be processed 1 is single crystal silicon, the modified region 7 can be said to be a high dislocation density region.

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域7の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域7と非改質領域との界面に亀裂(割れ、マイクロクラック)を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域7の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物1は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物1は、窒化ガリウム(GaN)、シリコン(Si)、シリコンカーバイド(SiC)、LiTaO、及び、サファイア(Al)の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物1は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、SiC基板、LiTaO基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物1は、非結晶構造(非晶質構造)を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。 The melt-treated region, the refractive index change region, the region where the density of the modified region 7 changes as compared with the density of the non-modified region, and the region where the lattice defect is formed are further inside those regions and modified. Cracks (cracks, microcracks) may be included at the interface between the region 7 and the non-modified region. The included cracks may extend over the entire surface of the modified region 7, or may be formed only in a part or in a plurality of parts. The object to be processed 1 includes a substrate made of a crystalline material having a crystal structure. For example, the workpiece 1 includes a substrate formed of at least one of gallium nitride (GaN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), LiTaO 3 , and sapphire (Al2O 3 ). In other words, the object to be processed 1 includes, for example, a gallium nitride substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a LiTaO 3 substrate, or a sapphire substrate. The crystal material may be either an anisotropic crystal or an isotropic crystal. Further, the object to be processed 1 may include a substrate made of a non-crystalline material having a non-crystalline structure (amorphous structure), and may include, for example, a glass substrate.

実施形態では、切断予定ライン5に沿って改質スポット(加工痕)を複数形成することにより、改質領域7を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域7となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の1パルスのショット(つまり1パルスのレーザ照射:レーザショット)で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも1つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物1の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン5に沿って、改質スポットを改質領域7として形成することができる。
[実施形態のレーザ加工装置]
In the embodiment, the modified region 7 can be formed by forming a plurality of modified spots (machining marks) along the planned cutting line 5. In this case, the reformed region 7 is formed by gathering a plurality of reformed spots. The modification spot is a modification portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse laser irradiation: laser shot). Examples of the modified spot include crack spots, melt-treated spots, refractive index change spots, and spots in which at least one of these is mixed. For the modified spot, the size and the length of the cracks that occur are appropriately adjusted in consideration of the required cutting accuracy, the required flatness of the cut surface, the thickness, type, crystal orientation, etc. of the workpiece 1. Can be controlled. Further, in the embodiment, the reforming spot can be formed as the reforming region 7 along the planned cutting line 5.
[Laser Machining Equipment of Embodiment]

次に、実施形態のレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、水平面内において互いに直交する方向をX軸方向及びY軸方向とし、鉛直方向をZ軸方向とする。
[レーザ加工装置の全体構成]
Next, the laser processing apparatus of the embodiment will be described. In the following description, the directions orthogonal to each other in the horizontal plane are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction, and the vertical direction is defined as the Z-axis direction.
[Overall configuration of laser processing equipment]

図7に示されるように、レーザ加工装置200は、装置フレーム210と、第1移動機構220と、支持台(支持部)230と、第2移動機構240と、を備えている。更に、レーザ加工装置200は、レーザ出力部300と、レーザ集光部500と、制御部600と、を備えている。 As shown in FIG. 7, the laser processing apparatus 200 includes an apparatus frame 210, a first moving mechanism 220, a support base (support portion) 230, and a second moving mechanism 240. Further, the laser processing apparatus 200 includes a laser output unit 300, a laser condensing unit 500, and a control unit 600.

第1移動機構220は、装置フレーム210に取り付けられている。第1移動機構220は、第1レールユニット221と、第2レールユニット222と、可動ベース223と、を有している。第1レールユニット221は、装置フレーム210に取り付けられている。第1レールユニット221には、Y軸方向に沿って延在する一対のレール221a,221bが設けられている。第2レールユニット222は、Y軸方向に沿って移動可能となるように、第1レールユニット221の一対のレール221a,221bに取り付けられている。第2レールユニット222には、X軸方向に沿って延在する一対のレール222a,222bが設けられている。可動ベース223は、X軸方向に沿って移動可能となるように、第2レールユニット222の一対のレール222a,222bに取り付けられている。可動ベース223は、Z軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。 The first moving mechanism 220 is attached to the device frame 210. The first moving mechanism 220 includes a first rail unit 221, a second rail unit 222, and a movable base 223. The first rail unit 221 is attached to the device frame 210. The first rail unit 221 is provided with a pair of rails 221a and 221b extending along the Y-axis direction. The second rail unit 222 is attached to a pair of rails 221a and 221b of the first rail unit 221 so as to be movable along the Y-axis direction. The second rail unit 222 is provided with a pair of rails 222a and 222b extending along the X-axis direction. The movable base 223 is attached to a pair of rails 222a and 222b of the second rail unit 222 so as to be movable along the X-axis direction. The movable base 223 can rotate about an axis parallel to the Z-axis direction as a center line.

支持台230は、可動ベース223に取り付けられている。支持台230は、加工対象物1を支持する。加工対象物1は、例えば、シリコン等の半導体材料からなる基板の表面側に複数の機能素子(フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等)がマトリックス状に形成されたものである。加工対象物1が支持台230に支持される際には、図8に示されるように、環状のフレーム11に張られたフィルム12上に、例えば加工対象物1の表面1a(複数の機能素子側の面)が貼付される。支持台230は、クランプによってフレーム11を保持すると共に真空チャックテーブルによってフィルム12を吸着することで、加工対象物1を支持する。支持台230上において、加工対象物1には、互いに平行な複数の切断予定ライン5a、及び互いに平行な複数の切断予定ライン5bが、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。 The support base 230 is attached to the movable base 223. The support base 230 supports the object 1 to be processed. The object to be processed 1 has, for example, a plurality of functional elements (light receiving elements such as photodiodes, light emitting elements such as laser diodes, circuit elements formed as circuits, etc.) on the surface side of a substrate made of a semiconductor material such as silicon. It is formed in a matrix. When the object to be machined 1 is supported by the support base 230, for example, the surface 1a of the object to be machined 1 (a plurality of functional elements) is placed on the film 12 stretched on the annular frame 11 as shown in FIG. Side surface) is attached. The support base 230 supports the object 1 to be processed by holding the frame 11 by a clamp and sucking the film 12 by a vacuum chuck table. On the support table 230, a plurality of scheduled cutting lines 5a parallel to each other and a plurality of scheduled cutting lines 5b parallel to each other are set in a grid pattern on the workpiece 1 so as to pass between adjacent functional elements. To.

図7に示されるように、支持台230は、第1移動機構220において第2レールユニット222が動作することで、Y軸方向に沿って移動させられる。また、支持台230は、第1移動機構220において可動ベース223が動作することで、X軸方向に沿って移動させられる。更に、支持台230は、第1移動機構220において可動ベース223が動作することで、Z軸方向に平行な軸線を中心線として回転させられる。このように、支持台230は、X軸方向及びY軸方向に沿って移動可能となり且つZ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能となるように、装置フレーム210に取り付けられている。 As shown in FIG. 7, the support base 230 is moved along the Y-axis direction by operating the second rail unit 222 in the first moving mechanism 220. Further, the support base 230 is moved along the X-axis direction by operating the movable base 223 in the first moving mechanism 220. Further, the support base 230 is rotated with the axis parallel to the Z-axis direction as the center line by operating the movable base 223 in the first moving mechanism 220. As described above, the support base 230 is attached to the device frame 210 so as to be movable along the X-axis direction and the Y-axis direction and to be rotatable about the axis parallel to the Z-axis direction as the center line.

レーザ出力部300は、装置フレーム210に取り付けられている。レーザ集光部500は、第2移動機構240を介して装置フレーム210に取り付けられている。レーザ集光部500は、第2移動機構240が動作することで、Z軸方向に沿って移動させられる。このように、レーザ集光部500は、レーザ出力部300に対してZ軸方向に沿って移動可能となるように、装置フレーム210に取り付けられている。 The laser output unit 300 is attached to the device frame 210. The laser condensing unit 500 is attached to the device frame 210 via the second moving mechanism 240. The laser condensing unit 500 is moved along the Z-axis direction by operating the second moving mechanism 240. As described above, the laser condensing unit 500 is attached to the device frame 210 so as to be movable along the Z-axis direction with respect to the laser output unit 300.

制御部600は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等によって構成されている。制御部600は、レーザ加工装置200の各部の動作を制御する。 The control unit 600 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control unit 600 controls the operation of each unit of the laser processing apparatus 200.

一例として、レーザ加工装置200では、次のように、各切断予定ライン5a,5b(図8参照)に沿って加工対象物1の内部に改質領域が形成される。 As an example, in the laser machining apparatus 200, a reformed region is formed inside the machining object 1 along the scheduled cutting lines 5a and 5b (see FIG. 8) as follows.

まず、加工対象物1の裏面1b(図8参照)がレーザ光入射面となるように、加工対象物1が支持台230に支持され、加工対象物1の各切断予定ライン5aがX軸方向に平行な方向に合わされる。続いて、加工対象物1の内部において加工対象物1のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Lの集光点が位置するように、第2移動機構240によってレーザ集光部500が移動させられる。続いて、加工対象物1のレーザ光入射面とレーザ光Lの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン5aに沿ってレーザ光Lの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン5aに沿って加工対象物1の内部に改質領域が形成される。 First, the machining object 1 is supported by the support base 230 so that the back surface 1b (see FIG. 8) of the machining object 1 becomes the laser beam incident surface, and each scheduled cutting line 5a of the machining object 1 is in the X-axis direction. Aligned in a direction parallel to. Subsequently, the laser condensing unit by the second moving mechanism 240 positions the condensing point of the laser beam L at a position separated by a predetermined distance from the laser beam incident surface of the processing object 1 inside the processing object 1. 500 is moved. Subsequently, the condensing point of the laser beam L moves relatively along each scheduled cutting line 5a while the distance between the incident surface of the laser beam of the object 1 to be processed and the condensing point of the laser beam L is kept constant. Be made to. As a result, a modified region is formed inside the workpiece 1 along each scheduled cutting line 5a.

各切断予定ライン5aに沿っての改質領域の形成が終了すると、第1移動機構220によって支持台230が回転させられ、加工対象物1の各切断予定ライン5bがX軸方向に平行な方向に合わされる。続いて、加工対象物1の内部において加工対象物1のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Lの集光点が位置するように、第2移動機構240によってレーザ集光部500が移動させられる。続いて、加工対象物1のレーザ光入射面とレーザ光Lの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン5bに沿ってレーザ光Lの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン5bに沿って加工対象物1の内部に改質領域が形成される。 When the formation of the reformed region along each scheduled cutting line 5a is completed, the support base 230 is rotated by the first moving mechanism 220, and each scheduled cutting line 5b of the workpiece 1 is in a direction parallel to the X-axis direction. Is matched to. Subsequently, the laser condensing unit by the second moving mechanism 240 positions the condensing point of the laser beam L at a position separated by a predetermined distance from the laser beam incident surface of the processing object 1 inside the processing object 1. 500 is moved. Subsequently, the focusing point of the laser beam L moves relatively along each scheduled cutting line 5b while the distance between the incident surface of the laser beam of the object 1 to be processed and the focusing point of the laser beam L is kept constant. Be made to. As a result, a modified region is formed inside the workpiece 1 along each scheduled cutting line 5b.

このように、レーザ加工装置200では、X軸方向に平行な方向が加工方向(レーザ光Lのスキャン方向)とされている。なお、各切断予定ライン5aに沿ったレーザ光Lの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン5bに沿ったレーザ光Lの集光点の相対的な移動は、第1移動機構220によって支持台230がX軸方向に沿って移動させられることで、実施される。また、各切断予定ライン5a間におけるレーザ光Lの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン5b間におけるレーザ光Lの集光点の相対的な移動は、第1移動機構220によって支持台230がY軸方向に沿って移動させられることで、実施される。 As described above, in the laser processing apparatus 200, the direction parallel to the X-axis direction is defined as the processing direction (scanning direction of the laser beam L). The relative movement of the focusing point of the laser beam L along each scheduled cutting line 5a and the relative movement of the focusing point of the laser beam L along each scheduled cutting line 5b are the first movement mechanism. This is carried out by moving the support base 230 along the X-axis direction by the 220. Further, the relative movement of the focusing point of the laser beam L between the scheduled cutting lines 5a and the relative movement of the focusing point of the laser beam L between the scheduled cutting lines 5b are performed by the first moving mechanism 220. This is carried out by moving the support base 230 along the Y-axis direction.

図9に示されるように、レーザ出力部300は、取付プレート301と、カバー302と、複数のミラー303,304と、を有している。更に、レーザ出力部300は、レーザ発振器400と、シャッタ320と、λ/2波長板ユニット(出力調整部、偏光方向調整部)330と、偏光板ユニット(出力調整部、偏光方向調整部)340と、ビームエキスパンダ(レーザ光平行化部)350と、ミラーユニット360と、を有している。 As shown in FIG. 9, the laser output unit 300 has a mounting plate 301, a cover 302, and a plurality of mirrors 303 and 304. Further, the laser output unit 300 includes a laser oscillator 400, a shutter 320, a λ / 2 wave plate unit (output adjustment unit, polarization direction adjustment unit) 330, and a polarizing plate unit (output adjustment unit, polarization direction adjustment unit) 340. It also has a beam expander (laser light parallelizing unit) 350 and a mirror unit 360.

取付プレート301は、複数のミラー303,304、レーザ発振器400、シャッタ320、λ/2波長板ユニット330、偏光板ユニット340、ビームエキスパンダ350及びミラーユニット360を支持している。複数のミラー303,304、レーザ発振器400、シャッタ320、λ/2波長板ユニット330、偏光板ユニット340、ビームエキスパンダ350及びミラーユニット360は、取付プレート301の主面301aに取り付けられている。取付プレート301は、板状の部材であり、装置フレーム210(図7参照)に対して着脱可能である。レーザ出力部300は、取付プレート301を介して装置フレーム210に取り付けられている。つまり、レーザ出力部300は、装置フレーム210に対して着脱可能である。 The mounting plate 301 supports a plurality of mirrors 303, 304, a laser oscillator 400, a shutter 320, a λ / 2 wave plate unit 330, a polarizing plate unit 340, a beam expander 350, and a mirror unit 360. A plurality of mirrors 303, 304, a laser oscillator 400, a shutter 320, a λ / 2 wave plate unit 330, a polarizing plate unit 340, a beam expander 350, and a mirror unit 360 are mounted on the main surface 301a of the mounting plate 301. The mounting plate 301 is a plate-shaped member and is removable from the device frame 210 (see FIG. 7). The laser output unit 300 is attached to the device frame 210 via the attachment plate 301. That is, the laser output unit 300 is removable from the device frame 210.

カバー302は、取付プレート301の主面301a上において、複数のミラー303,304、レーザ発振器400、シャッタ320、λ/2波長板ユニット330、偏光板ユニット340、ビームエキスパンダ350及びミラーユニット360を覆っている。カバー302は、取付プレート301に対して着脱可能である。 The cover 302 includes a plurality of mirrors 303, 304, a laser oscillator 400, a shutter 320, a λ / 2 wave plate unit 330, a polarizing plate unit 340, a beam expander 350, and a mirror unit 360 on the main surface 301a of the mounting plate 301. Covering. The cover 302 is removable from the mounting plate 301.

レーザ発振器400は、直線偏光のレーザ光LをX軸方向に沿ってパルス発振する。レーザ発振器400は、後述するように、MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)方式のファイバレーザとして構成されている。そのため、レーザ発振器400では、種光LD(Laser Diode/半導体レーザ)及び励起LDの出力のON/OFFが切り替えられることで、レーザ光Lの出力のON/OFFが高速に切り替えられる。レーザ発振器400から出射されるレーザ光Lの波長は、例えば、500~550nm、1000~1150nm又は1300~1400nmのいずれかの波長帯に含まれる。500~550nmの波長帯のレーザ光Lは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。1000~1150nm及び1300~1400nmの各波長帯のレーザ光Lは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。レーザ発振器400から出射されるレーザ光Lの偏光方向は、例えば、Y軸方向に平行な方向である。レーザ発振器400から出射されたレーザ光Lは、ミラー303によって反射され、Y軸方向に沿ってシャッタ320に入射する。 The laser oscillator 400 pulse-oscillates a linearly polarized laser beam L along the X-axis direction. As will be described later, the laser oscillator 400 is configured as a MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) type fiber laser. Therefore, in the laser oscillator 400, ON / OFF of the output of the seed light LD (Laser Diode / semiconductor laser) and the excitation LD is switched, so that the output of the laser light L can be switched ON / OFF at high speed. The wavelength of the laser beam L emitted from the laser oscillator 400 is included in, for example, any wavelength band of 500 to 550 nm, 1000 to 1150 nm, or 1300 to 1400 nm. The laser beam L having a wavelength band of 500 to 550 nm is suitable for internal absorption type laser machining on a substrate made of sapphire, for example. The laser beam L in each wavelength band of 1000 to 1150 nm and 1300 to 1400 nm is suitable for internal absorption type laser processing on a substrate made of silicon, for example. The polarization direction of the laser beam L emitted from the laser oscillator 400 is, for example, a direction parallel to the Y-axis direction. The laser beam L emitted from the laser oscillator 400 is reflected by the mirror 303 and is incident on the shutter 320 along the Y-axis direction.

シャッタ320は、機械式の機構によってレーザ光Lの光路を開閉する。レーザ出力部300からのレーザ光Lの出力のON/OFFの切り替えは、上述したように、レーザ発振器400でのレーザ光Lの出力のON/OFFの切り替えによって実施されるが、シャッタ320が設けられていることで、例えばレーザ出力部300からレーザ光Lが不意に出射されることが防止される。シャッタ320を通過したレーザ光Lは、ミラー304によって反射され、X軸方向に沿ってλ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340に順次入射する。 The shutter 320 opens and closes the optical path of the laser beam L by a mechanical mechanism. As described above, switching of ON / OFF of the output of the laser beam L from the laser output unit 300 is performed by switching ON / OFF of the output of the laser beam L in the laser oscillator 400, but the shutter 320 is provided. This prevents, for example, the laser beam L from being unexpectedly emitted from the laser output unit 300. The laser beam L that has passed through the shutter 320 is reflected by the mirror 304 and sequentially incidents on the λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 along the X-axis direction.

λ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340は、レーザ光Lの出力(光強度)を調整する出力調整部として機能する。また、λ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340は、レーザ光Lの偏光方向を調整する偏光方向調整部として機能する。これらの詳細については後述する。λ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340を順次通過したレーザ光Lは、X軸方向に沿ってビームエキスパンダ350に入射する。 The λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 function as an output adjusting unit for adjusting the output (light intensity) of the laser beam L. Further, the λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 function as a polarization direction adjusting unit for adjusting the polarization direction of the laser beam L. Details of these will be described later. The laser beam L that has sequentially passed through the λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 is incident on the beam expander 350 along the X-axis direction.

ビームエキスパンダ350は、レーザ光Lの径を調整しつつ、レーザ光Lを平行化する。ビームエキスパンダ350を通過したレーザ光Lは、X軸方向に沿ってミラーユニット360に入射する。 The beam expander 350 parallelizes the laser beam L while adjusting the diameter of the laser beam L. The laser beam L that has passed through the beam expander 350 is incident on the mirror unit 360 along the X-axis direction.

ミラーユニット360は、支持ベース361と、複数のミラー362,363と、を有している。支持ベース361は、複数のミラー362,363を支持している。支持ベース361は、X軸方向及びY軸方向に沿って位置調整可能となるように、取付プレート301に取り付けられている。ミラー362は、ビームエキスパンダ350を通過したレーザ光LをY軸方向に反射する。ミラー362は、その反射面が例えばZ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となるように、支持ベース361に取り付けられている。ミラー363は、ミラー362によって反射されたレーザ光LをZ軸方向に反射する。ミラー363は、その反射面が例えばX軸に平行な軸線回りに角度調整可能となり且つY軸方向に沿って位置調整可能となるように、支持ベース361に取り付けられている。ミラー363によって反射されたレーザ光Lは、支持ベース361に形成された開口361aを通過し、Z軸方向に沿ってレーザ集光部500(図7参照)に入射する。つまり、レーザ出力部300によるレーザ光Lの出射方向は、レーザ集光部500の移動方向に一致している。 The mirror unit 360 has a support base 361 and a plurality of mirrors 362 and 363. The support base 361 supports a plurality of mirrors 362 and 363. The support base 361 is attached to the mounting plate 301 so that the position can be adjusted along the X-axis direction and the Y-axis direction. The mirror 362 reflects the laser beam L that has passed through the beam expander 350 in the Y-axis direction. The mirror 362 is attached to the support base 361 so that its reflective surface can be angled, for example, around an axis parallel to the Z axis. The mirror 363 reflects the laser beam L reflected by the mirror 362 in the Z-axis direction. The mirror 363 is attached to the support base 361 so that the reflecting surface thereof can be adjusted in angle around an axis parallel to the X axis and can be adjusted in position along the Y axis direction, for example. The laser beam L reflected by the mirror 363 passes through the opening 361a formed in the support base 361 and is incident on the laser condensing unit 500 (see FIG. 7) along the Z-axis direction. That is, the emission direction of the laser beam L by the laser output unit 300 coincides with the moving direction of the laser condensing unit 500.

上述したように、各ミラー362,363は、反射面の角度を調整するための機構を有している。ミラーユニット360では、取付プレート301に対する支持ベース361の位置調整、支持ベース361に対するミラー363の位置調整、及び各ミラー362,363の反射面の角度調整が実施されることで、レーザ出力部300から出射されるレーザ光Lの光軸の位置及び角度がレーザ集光部500に対して合わされる。つまり、複数のミラー362,363は、レーザ出力部300から出射されるレーザ光Lの光軸を調整するための構成である。 As described above, each mirror 362, 363 has a mechanism for adjusting the angle of the reflecting surface. In the mirror unit 360, the position of the support base 361 with respect to the mounting plate 301 is adjusted, the position of the mirror 363 with respect to the support base 361 is adjusted, and the angle of the reflecting surface of each mirror 362, 363 is adjusted from the laser output unit 300. The position and angle of the optical axis of the emitted laser beam L are adjusted with respect to the laser condensing unit 500. That is, the plurality of mirrors 362 and 363 are configured to adjust the optical axis of the laser beam L emitted from the laser output unit 300.

レーザ集光部500は、ミラーユニット360を通過したレーザ光Lを加工対象物1に集光する。図10に示されるように、レーザ集光部500は、筐体501を有している。筐体501の側面には、第2移動機構240が取り付けられている。筐体501には、ミラーユニット360の開口361aとZ軸方向において対向するように、円筒状の光入射部501aが設けられている。光入射部501aは、レーザ出力部300から出射されたレーザ光Lを筐体501内に入射させる。ミラーユニット360と光入射部501aとは、第2移動機構240によってレーザ集光部500がZ軸方向に沿って移動させられた際に(すなわち、ミラーユニット360に対してレーザ集光部500が移動させられた際に)互いに接触することがない距離だけ、互いに離間している。 The laser condensing unit 500 condenses the laser beam L that has passed through the mirror unit 360 onto the object 1 to be processed. As shown in FIG. 10, the laser condensing unit 500 has a housing 501. A second moving mechanism 240 is attached to the side surface of the housing 501. The housing 501 is provided with a cylindrical light incident portion 501a so as to face the opening 361a of the mirror unit 360 in the Z-axis direction. The light incident unit 501a causes the laser beam L emitted from the laser output unit 300 to be incident on the housing 501. When the laser condensing unit 500 is moved along the Z-axis direction by the second moving mechanism 240 (that is, the laser condensing unit 500 is moved with respect to the mirror unit 360). They are separated from each other by a distance that they do not touch each other (when moved).

図示は省略するが、筐体501内には、ミラー、反射型空間光変調器、及び4fレンズユニットが配置されている。また、筐体501には、集光レンズユニット(集光光学系)、駆動機構、及び一対の測距センサが取り付けられている。 Although not shown, a mirror, a reflective spatial light modulator, and a 4f lens unit are arranged in the housing 501. Further, a condenser lens unit (condensing optical system), a drive mechanism, and a pair of ranging sensors are attached to the housing 501.

Z軸方向に沿って筐体501内に進行したレーザ光Lは、ミラーによってXY平面に平行な方向に反射され、反射型空間光変調器に入射する。反射型空間光変調器は、ミラーによって反射されたレーザ光Lを変調しつつ、当該レーザ光LをXY平面に沿って反射する。反射型空間光変調器は、例えば反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)である。 The laser beam L traveling in the housing 501 along the Z-axis direction is reflected by the mirror in a direction parallel to the XY plane and is incident on the reflective spatial light modulator. The reflection type spatial light modulator reflects the laser light L along the XY plane while modulating the laser light L reflected by the mirror. The reflective spatial light modulator is, for example, a spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) of a reflective liquid crystal display (LCOS: Liquid Crystal on Silicon).

ここで、XY平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器に入射するレーザ光Lの光軸と、反射型空間光変調器から出射されるレーザ光Lの光軸とは、鋭角である角度αをなす。これは、レーザ光Lの入射角及び反射角を抑えて回折効率の低下を抑制し、反射型空間光変調器の性能を十分に発揮させるためである。また、反射型空間光変調器では、レーザ光LがP偏光として反射される。これは、反射型空間光変調器の光変調層に液晶が用いられている場合において、反射型空間光変調器に対して入出射するレーザ光Lの光軸を含む平面に平行な面内で液晶分子が傾斜するように、当該液晶が配向されているときには、偏波面の回転が抑制された状態でレーザ光Lに位相変調が施されるからである(例えば、特許第3878758号公報参照)。 Here, in a plane parallel to the XY plane, the optical axis of the laser beam L incident on the reflective spatial light modulator and the optical axis of the laser beam L emitted from the reflective spatial light modulator are sharply angled. Make a certain angle α. This is because the incident angle and the reflection angle of the laser beam L are suppressed to suppress the decrease in the diffraction efficiency, and the performance of the reflection type spatial light modulator is fully exhibited. Further, in the reflection type spatial light modulator, the laser beam L is reflected as P polarization. This is in the plane parallel to the plane including the optical axis of the laser beam L entering and exiting the reflective space optical modulator when the liquid crystal is used for the optical modulation layer of the reflective spatial optical modulator. This is because when the liquid crystal is oriented so that the liquid crystal molecules are tilted, phase modulation is applied to the laser beam L in a state where the rotation of the polarization plane is suppressed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 387875). ..

4fレンズユニットは、反射型空間光変調器の反射面と集光レンズユニットの入射瞳面とが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光Lの像(反射型空間光変調器において変調されたレーザ光Lの像)が、集光レンズユニットの入射瞳面に転像(結像)される。 The 4f lens unit constitutes a bilateral telecentric optical system in which the reflective surface of the reflective spatial light modulator and the entrance pupil surface of the condenser lens unit are in an imaging relationship. As a result, the image of the laser beam L on the reflective surface of the reflective spatial light modulator (the image of the laser beam L modulated in the reflective spatial light modulator) is transferred to the incident pupil surface of the condenser lens unit (as a result). Image).

集光レンズユニットは、駆動機構を介して筐体501に取り付けられている。集光レンズユニットは、支持台230に支持された加工対象物1(図7参照)に対してレーザ光Lを集光する。駆動機構は、圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニットをZ軸方向に沿って移動させる。 The condenser lens unit is attached to the housing 501 via a drive mechanism. The condenser lens unit concentrates the laser beam L on the processing object 1 (see FIG. 7) supported by the support base 230. The drive mechanism moves the condenser lens unit along the Z-axis direction by the drive force of the piezoelectric element.

一対の測距センサは、X軸方向において集光レンズユニットの両側に位置するように、筐体501に取り付けられている。各測距センサは、支持台230に支持された加工対象物1(図7参照)のレーザ光入射面に対して測距用の光(例えば、レーザ光)を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、加工対象物1のレーザ光入射面の変位データを取得する。 The pair of ranging sensors are attached to the housing 501 so as to be located on both sides of the condenser lens unit in the X-axis direction. Each distance measuring sensor emits light for distance measurement (for example, laser light) to the laser light incident surface of the workpiece 1 (see FIG. 7) supported by the support base 230, and the laser light incident surface. By detecting the light for distance measurement reflected by the object 1, the displacement data of the incident surface of the laser beam of the workpiece 1 is acquired.

レーザ加工装置200では、上述したように、X軸方向に平行な方向が加工方向(レーザ光Lのスキャン方向)とされている。そのため、各切断予定ライン5a,5bに沿ってレーザ光Lの集光点が相対的に移動させられる際に、一対の測距センサのうち集光レンズユニットに対して相対的に先行する測距センサが、各切断予定ライン5a,5bに沿った加工対象物1のレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、加工対象物1のレーザ光入射面とレーザ光Lの集光点との距離が一定に維持されるように、駆動機構が、測距センサによって取得された変位データに基づいて集光レンズユニットをZ軸方向に沿って移動させる。
[λ/2波長板ユニット及び偏光板ユニット]
In the laser processing apparatus 200, as described above, the direction parallel to the X-axis direction is the processing direction (scanning direction of the laser beam L). Therefore, when the focusing point of the laser beam L is relatively moved along the lines 5a and 5b to be cut, the distance measuring sensor that precedes the focusing lens unit of the pair of distance measuring sensors is relatively advanced. The sensor acquires displacement data of the laser beam incident surface of the workpiece 1 along each of the scheduled cutting lines 5a and 5b. Then, the drive mechanism is a condenser lens based on the displacement data acquired by the ranging sensor so that the distance between the laser beam incident surface of the object 1 to be processed and the focusing point of the laser beam L is kept constant. Move the unit along the Z-axis direction.
[Λ / 2 wave plate unit and polarizing plate unit]

上述したように、レーザ集光部500では、XY平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器に入射するレーザ光Lの光軸と、反射型空間光変調器から出射されるレーザ光Lの光軸とが、鋭角である角度αをなす。一方、図9に示されるように、レーザ出力部300では、レーザ光Lの光路がX軸方向又はY軸方向に沿うように設定されている。そのため、レーザ出力部300においては、λ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340を、レーザ光Lの出力を調整する出力調整部としてだけでなく、レーザ光Lの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能させる必要がある。 As described above, in the laser condensing unit 500, the optical axis of the laser beam L incident on the reflective spatial light modulator and the laser beam emitted from the reflective spatial light modulator in a plane parallel to the XY plane. The optical axis of L forms an angle α which is a sharp angle. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the laser output unit 300, the optical path of the laser beam L is set to be along the X-axis direction or the Y-axis direction. Therefore, in the laser output unit 300, the λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are not only used as an output adjusting unit for adjusting the output of the laser beam L, but also as a polarization direction for adjusting the polarization direction of the laser beam L. It also needs to function as an adjustment unit.

図11に示されるように、λ/2波長板ユニット330は、ホルダ331と、λ/2波長板332と、を有している。ホルダ331は、X軸方向に平行な軸線(第1軸線)XLを中心線としてλ/2波長板332が回転可能となるように、λ/2波長板332を保持している。λ/2波長板332は、その光学軸(例えば、fast軸)に対して偏光方向が角度θだけ傾いてレーザ光Lが入射した場合に、軸線XLを中心線として偏光方向を角度2θだけ回転させてレーザ光Lを出射する(図12の(a)参照)。 As shown in FIG. 11, the λ / 2 wave plate unit 330 has a holder 331 and a λ / 2 wave plate 332. The holder 331 holds the λ / 2 wave plate 332 so that the λ / 2 wave plate 332 can rotate about the axis (first axis) XL parallel to the X-axis direction as the center line. The λ / 2 wave plate 332 rotates the polarization direction by an angle of 2θ with the axis XL as the center line when the laser beam L is incident with the polarization direction tilted by an angle θ with respect to the optical axis (for example, the fast axis). The laser beam L is emitted (see (a) in FIG. 12).

偏光板ユニット340は、ホルダ341と、偏光板(偏光部材)342と、光路補正板(光路補正部材)343と、を有している。ホルダ341は、軸線(第2軸線)XLを中心線として偏光板342及び光路補正板343が一体で回転可能となるように、偏光板342及び光路補正板343を保持している。偏光板342の光入射面及び光出射面は、所定角度(例えば、ブリュスター角度)だけ傾いている。偏光板342は、レーザ光Lが入射した場合に、偏光板342の偏光軸に一致するレーザ光LのP偏光成分を透過させ、レーザ光LのS偏光成分を反射又は吸収する(図12の(b)参照)。光路補正板343の光入射面及び光出射面は、偏光板342の光入射面及び光出射面とは逆側に傾いている。光路補正板343は、偏光板342を透過することで軸線XL上から外れたレーザ光Lの光軸を軸線XL上に戻す。 The polarizing plate unit 340 has a holder 341, a polarizing plate (polarizing member) 342, and an optical path correction plate (optical path correction member) 343. The holder 341 holds the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343 so that the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343 can rotate integrally with the axis line (second axis) XL as the center line. The light incident surface and the light emitting surface of the polarizing plate 342 are tilted by a predetermined angle (for example, the brewster angle). When the laser beam L is incident, the polarizing plate 342 transmits the P-polarized component of the laser beam L corresponding to the polarization axis of the polarizing plate 342, and reflects or absorbs the S-polarized component of the laser beam L (FIG. 12). (B)). The light incident surface and the light emitting surface of the optical path correction plate 343 are inclined to be opposite to the light incident surface and the light emitting surface of the polarizing plate 342. The optical path correction plate 343 returns the optical axis of the laser beam L deviated from the axis XL by passing through the polarizing plate 342 to the axis XL.

偏光板ユニット340では、軸線XLを中心線として偏光板342及び光路補正板343が一体で回転させられ、図12の(b)に示されるように、Y軸方向に平行な方向に対して偏光板342の偏光軸が角度αだけ傾けられる。これにより、偏光板ユニット340から出射されるレーザ光Lの偏光方向が、Y軸方向に平行な方向に対して角度αだけ傾く。その結果、レーザ集光部500の反射型空間光変調器においてレーザ光LがP偏光として反射される。 In the polarizing plate unit 340, the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343 are integrally rotated with the axis XL as the center line, and as shown in FIG. 12 (b), the polarizing plate unit is polarized in a direction parallel to the Y-axis direction. The polarization axis of the plate 342 is tilted by an angle α. As a result, the polarization direction of the laser beam L emitted from the polarizing plate unit 340 is tilted by an angle α with respect to the direction parallel to the Y-axis direction. As a result, the laser beam L is reflected as P-polarized light in the reflective spatial light modulator of the laser condensing unit 500.

また、図12の(b)に示されるように、偏光板ユニット340に入射するレーザ光Lの偏光方向が調整され、偏光板ユニット340から出射されるレーザ光Lの光強度が調整される。偏光板ユニット340に入射するレーザ光Lの偏光方向の調整は、λ/2波長板ユニット330において軸線XLを中心線としてλ/2波長板332が回転させられ、図12の(a)に示されるように、λ/2波長板332に入射するレーザ光Lの偏光方向(例えば、Y軸方向に平行な方向)に対するλ/2波長板332の光学軸の角度が調整されることで、実施される。 Further, as shown in FIG. 12B, the polarization direction of the laser beam L incident on the polarizing plate unit 340 is adjusted, and the light intensity of the laser beam L emitted from the polarizing plate unit 340 is adjusted. The adjustment of the polarization direction of the laser beam L incident on the polarizing plate unit 340 is shown in FIG. 12 (a) by rotating the λ / 2 wave plate 332 with the axis XL as the center line in the λ / 2 wave plate unit 330. By adjusting the angle of the optical axis of the λ / 2 wave plate 332 with respect to the polarization direction (for example, the direction parallel to the Y-axis direction) of the laser beam L incident on the λ / 2 wave plate 332. Will be done.

以上のように、レーザ出力部300において、λ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340は、レーザ光Lの出力を調整する出力調整部(上述した例では、出力減衰部)としてだけでなく、レーザ光Lの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能する。
[実施形態のレーザ発振器]
As described above, in the laser output unit 300, the λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are not only used as an output adjusting unit (output attenuation unit in the above example) for adjusting the output of the laser beam L. It also functions as a polarization direction adjusting unit for adjusting the polarization direction of the laser beam L.
[Laser Oscillator of Embodiment]

図13に示されるように、レーザ発振器400は、種光出射部410と、プリアンプ部(第1アンプ部)420と、パワーアンプ部(第2アンプ部)430と、レーザ光出射部440と、を備えている。レーザ発振器400は、MOPA方式のファイバレーザとして構成されている。 As shown in FIG. 13, the laser oscillator 400 includes a seed light emitting unit 410, a preamplifier unit (first amplifier unit) 420, a power amplifier unit (second amplifier unit) 430, and a laser light emitting unit 440. It is equipped with. The laser oscillator 400 is configured as a MOPA type fiber laser.

種光出射部410は、種光LD(種光源)411を有している。種光LD411は、パルスジェネレータによって駆動され、種光であるレーザ光Lをパルス発振する。種光LD411から出射されたレーザ光Lは、ファイバF1及びファイバケーブルFC1によってプリアンプ部420に伝播させられる。レーザ光Lは、所定波長(例えば1098nm)を有している。 The seed light emitting unit 410 has a seed light LD (seed light source) 411. The seed light LD411 is driven by a pulse generator and pulse-oscillates the laser light L, which is the seed light. The laser beam L emitted from the seed light LD411 is propagated to the preamplifier section 420 by the fiber F1 and the fiber cable FC1. The laser beam L has a predetermined wavelength (for example, 1098 nm).

プリアンプ部420は、アイソレータ421と、クラッドモードストリッパ422と、第1レーザファイバ423と、例えば1つの第1励起LD(第1励起光源)424と、コンバイナ425と、を有している。プリアンプ部420では、レーザ光Lは、ファイバF3,F4,F5によって第1レーザファイバ423に伝播させられ、第1レーザファイバ423で増幅された後、ファイバF6,F7によってパワーアンプ部430に伝播させられる。 The preamplifier unit 420 includes an isolator 421, a clad mode stripper 422, a first laser fiber 423, for example, one first excited LD (first excited light source) 424, and a combiner 425. In the preamplifier section 420, the laser beam L is propagated to the first laser fiber 423 by the fibers F3, F4, F5, amplified by the first laser fiber 423, and then propagated to the power amplifier section 430 by the fibers F6, F7. Will be.

第1励起LD424は、第1レーザファイバ423を励起するための所定波長(例えば915nm)の第1励起光PL1を出射する。第1励起LD424から出射された第1励起光PL1は、ファイバF21によってコンバイナ425に伝播させられる。コンバイナ425は、ファイバF6とファイバF7との間において第1励起光PL1をファイバF6に結合する。ファイバF6に結合された第1励起光PL1は、第1レーザファイバ423に入射し、第1レーザファイバ423においてレーザ光Lの進行方向とは逆方向に進行する。このように、プリアンプ部420では、後方励起の構成が採用されている。 The first excitation LD424 emits the first excitation light PL1 having a predetermined wavelength (for example, 915 nm) for exciting the first laser fiber 423. The first excitation light PL1 emitted from the first excitation LD424 is propagated to the combiner 425 by the fiber F21. The combiner 425 couples the first excitation light PL1 to the fiber F6 between the fiber F6 and the fiber F7. The first excitation light PL1 coupled to the fiber F6 is incident on the first laser fiber 423 and travels in the first laser fiber 423 in the direction opposite to the traveling direction of the laser light L. As described above, the preamplifier unit 420 adopts a rear excitation configuration.

第1レーザファイバ423は、第1励起光PL1によって励起された状態で、種光出射部410から出射されたレーザ光Lを伝播させることで、レーザ光Lを増幅する。アイソレータ421は、ファイバF3とファイバF4との間において戻り光(種光出射部410側に進行する光)を遮断する。クラッドモードストリッパ422は、ファイバF5と第1レーザファイバ423との間において、第1レーザファイバ423で吸収されなかった第1励起光PL1を除去する。 The first laser fiber 423 amplifies the laser light L by propagating the laser light L emitted from the seed light emitting unit 410 in a state of being excited by the first excitation light PL1. The isolator 421 blocks the return light (light traveling toward the seed light emitting unit 410 side) between the fiber F3 and the fiber F4. The clad mode stripper 422 removes the first excitation light PL1 that was not absorbed by the first laser fiber 423 between the fiber F5 and the first laser fiber 423.

パワーアンプ部430は、アイソレータ431と、バンドパスフィルタ432と、クラッドモードストリッパ433と、第2レーザファイバ434と、例えば複数(ここでは6つ)の第2励起LD(第2励起光源)435と、コンバイナ436と、を有している。パワーアンプ部430では、レーザ光Lは、ファイバF8,F9,F10によって第2レーザファイバ434に伝播させられ、第2レーザファイバ434で増幅された後、ファイバF11,F12,F13によってレーザ光出射部440に伝播させられる。 The power amplifier unit 430 includes an isolator 431, a bandpass filter 432, a clad mode stripper 433, a second laser fiber 434, and, for example, a plurality of (six in this case) second excited LDs (second excited light sources) 435. , Combiner 436, and. In the power amplifier section 430, the laser beam L is propagated to the second laser fiber 434 by the fibers F8, F9, F10, amplified by the second laser fiber 434, and then the laser beam emission section by the fibers F11, F12, F13. Propagate to 440.

各第2励起LD435は、第2レーザファイバ434を励起するための所定波長(例えば915nm)の第2励起光PL2を出射する。各第2励起LD435から出射された第2励起光PL2は、ファイバF22によってコンバイナ436に伝播させられる。コンバイナ436は、ファイバF11とファイバF12との間において第2励起光PL2をファイバF11に結合する。ファイバF11に結合された第2励起光PL2は、第2レーザファイバ434に入射し、第2レーザファイバ434においてレーザ光Lの進行方向とは逆方向に進行する。このように、パワーアンプ部430では、後方励起の構成が採用されている。 Each second excited LD435 emits a second excited light PL2 having a predetermined wavelength (for example, 915 nm) for exciting the second laser fiber 434. The second excitation light PL2 emitted from each second excitation LD435 is propagated to the combiner 436 by the fiber F22. The combiner 436 couples the second excitation light PL2 to the fiber F11 between the fiber F11 and the fiber F12. The second excitation light PL2 coupled to the fiber F11 is incident on the second laser fiber 434 and travels in the second laser fiber 434 in the direction opposite to the traveling direction of the laser beam L. As described above, the power amplifier unit 430 adopts a rear-excited configuration.

第2レーザファイバ434は、第2励起光PL2によって励起された状態で、プリアンプ部420で増幅されたレーザ光Lを伝播させることで、レーザ光Lを増幅する。アイソレータ431は、ファイバF7とファイバF8との間において戻り光(プリアンプ部420側に進行する光)を遮断する。バンドパスフィルタ432は、プリアンプ部420で発生したASE(Amplified Spontaneous Emission)光を除去する。クラッドモードストリッパ433は、ファイバF10と第2レーザファイバ434との間において、第2レーザファイバ434で吸収されなかった第2励起光PL2を除去する。 The second laser fiber 434 amplifies the laser light L by propagating the laser light L amplified by the preamplifier unit 420 in a state of being excited by the second excitation light PL2. The isolator 431 blocks the return light (light traveling toward the preamplifier unit 420) between the fiber F7 and the fiber F8. The bandpass filter 432 removes ASE (Amplified Spontaneous Emission) light generated in the preamplifier unit 420. The clad mode stripper 433 removes the second excitation light PL2 that was not absorbed by the second laser fiber 434 between the fiber F10 and the second laser fiber 434.

レーザ光出射部440は、コリメータ441と、アイソレータ(光学部品)442と、を有している。コリメータ441は、ファイバF13の出射端から出射されたレーザ光Lを平行化する。アイソレータ442は、戻り光(レーザ発振器400内に進行する光)を遮断する。アイソレータ442の出射端は、パワーアンプ部430で増幅されたレーザ光Lを外部に出射する出射端443を構成している。 The laser beam emitting unit 440 has a collimator 441 and an isolator (optical component) 442. The collimator 441 parallelizes the laser beam L emitted from the emission end of the fiber F13. The isolator 442 blocks the return light (light traveling in the laser oscillator 400). The emission end of the isolator 442 constitutes an emission end 443 that emits the laser beam L amplified by the power amplifier unit 430 to the outside.

レーザ発振器400では、種光出射部410から出射されたレーザ光Lの出力、プリアンプ部420で増幅されたレーザ光Lの出力、パワーアンプ部430で増幅されたレーザ光Lの出力、及びパワーアンプ部430での戻り光の出力がモニタされる。また、第1励起LD424から出射された第1励起光PL1の出力、及び複数の第2励起LD435から出射された第2励起光PL2の出力がモニタされる。 In the laser oscillator 400, the output of the laser beam L emitted from the seed light emitting section 410, the output of the laser beam L amplified by the preamplifier section 420, the output of the laser beam L amplified by the power amplifier section 430, and the power amplifier The output of the return light in the unit 430 is monitored. Further, the output of the first excitation light PL1 emitted from the first excitation LD424 and the output of the second excitation light PL2 emitted from the plurality of second excitation LD435s are monitored.

種光出射部410から出射されたレーザ光Lの一部は、ファイバF4とファイバF5との間に設けられたカプラ451を介してファイバF31に入射し、ファイバF31によってPD(受光素子)452に伝播させられてPD452で検出される。種光出射部410から出射されたレーザ光Lの出力は、PD452から出力される信号に基づいてモニタされる。 A part of the laser beam L emitted from the seed light emitting unit 410 is incident on the fiber F31 via the coupler 451 provided between the fiber F4 and the fiber F5, and is incident on the PD (light receiving element) 452 by the fiber F31. It is propagated and detected by PD452. The output of the laser beam L emitted from the seed light emitting unit 410 is monitored based on the signal output from the PD452.

プリアンプ部420で増幅されたレーザ光Lの一部は、ファイバF9とファイバF10との間に設けられたカプラ454を介してファイバF32に入射し、ファイバF32によってPD(受光素子)455に伝播させられてPD455で検出される。プリアンプ部420で増幅されたレーザ光Lの出力は、PD455から出力される信号に基づいてモニタされる。 A part of the laser beam L amplified by the preamplifier unit 420 enters the fiber F32 via the coupler 454 provided between the fiber F9 and the fiber F10, and propagates to the PD (light receiving element) 455 by the fiber F32. It is detected by PD455. The output of the laser beam L amplified by the preamplifier unit 420 is monitored based on the signal output from the PD455.

パワーアンプ部430で増幅されたレーザ光Lの一部は、ファイバF12とファイバF13との間に設けられたカプラ458を介してファイバF34に入射し、ファイバF34によってPD(受光素子)459に伝播させられてPD459で検出される。パワーアンプ部430で増幅されたレーザ光Lの出力は、PD459から出力される信号に基づいてモニタされる。 A part of the laser beam L amplified by the power amplifier unit 430 enters the fiber F34 via the coupler 458 provided between the fiber F12 and the fiber F13, and propagates to the PD (light receiving element) 459 by the fiber F34. It is made to be detected by PD459. The output of the laser beam L amplified by the power amplifier unit 430 is monitored based on the signal output from the PD 459.

パワーアンプ部430の第2レーザファイバ434で戻り光(バンドパスフィルタ432側に進行する光)が発生した場合、当該戻り光の一部は、カプラ454を介してファイバF33に入射し、ファイバF33によってPD456に伝播させられてPD456で検出される。パワーアンプ部430での戻り光の出力は、PD456から出力される信号に基づいてモニタされる。 When return light (light traveling toward the bandpass filter 432 side) is generated in the second laser fiber 434 of the power amplifier unit 430, a part of the return light is incident on the fiber F33 via the coupler 454 and enters the fiber F33. It is propagated to PD456 and detected by PD456. The output of the return light in the power amplifier unit 430 is monitored based on the signal output from the PD 456.

第1励起LD424から出射された第1励起光PL1の一部は、ファイバF6と第1レーザファイバ423との接合部分に配置されたPD453に入射してPD453で検出される。第1励起LD424から出射された第1励起光PL1の出力は、PD453から出力される信号に基づいてモニタされる。 A part of the first excitation light PL1 emitted from the first excitation LD424 is incident on the PD453 arranged at the junction between the fiber F6 and the first laser fiber 423 and detected by the PD453. The output of the first excitation light PL1 emitted from the first excitation LD424 is monitored based on the signal output from the PD453.

複数の第2励起LD435から出射された第2励起光PL2の一部は、ファイバF11と第2レーザファイバ434との接合部分に配置されたPD457に入射してPD457で検出される。複数の第2励起LD435から出射された第2励起光PL2の出力は、PD457から出力される信号に基づいてモニタされる。 A part of the second excited light PL2 emitted from the plurality of second excited LD435s is incident on the PD 457 arranged at the junction between the fiber F11 and the second laser fiber 434 and detected by the PD 457. The output of the second excitation light PL2 emitted from the plurality of second excitation LD435s is monitored based on the signal output from the PD 457.

図14に示されるように、レーザ発振器400は、第1支持プレート461と、第2支持プレート462と、筐体470と、を備えている。筐体470には、取付ベース471が設けられている。筐体470は、第1部分470aと、第2部分470bと、を有している。第2部分470bは、第1部分470aに対して着脱可能である。一例として、第1部分470aは、直方体状の形状を呈しており、取付ベース471は、第1部分470aの下壁によって構成されている。第2部分470bは、直方体状の形状を呈しており、第1部分470aの上面に取り付けられている。 As shown in FIG. 14, the laser oscillator 400 includes a first support plate 461, a second support plate 462, and a housing 470. The housing 470 is provided with a mounting base 471. The housing 470 has a first portion 470a and a second portion 470b. The second portion 470b is removable from the first portion 470a. As an example, the first portion 470a has a rectangular parallelepiped shape, and the mounting base 471 is configured by the lower wall of the first portion 470a. The second portion 470b has a rectangular parallelepiped shape and is attached to the upper surface of the first portion 470a.

第1部分470aは、プリアンプ部420、パワーアンプ部430及びレーザ光出射部440を収容している。第2部分470bは、種光出射部410を収容している。種光出射部410からプリアンプ部420にレーザ光Lを伝播させるファイバケーブルFC1は、第1部分470aと第2部分470bとの間に掛け渡されている(図9参照)。 The first portion 470a accommodates a preamplifier section 420, a power amplifier section 430, and a laser beam emitting section 440. The second portion 470b accommodates the seed light emitting portion 410. The fiber cable FC1 that propagates the laser beam L from the seed light emitting unit 410 to the preamplifier unit 420 is laid between the first portion 470a and the second portion 470b (see FIG. 9).

第1支持プレート461及び第2支持プレート462は、第1部分470aに収容されており、互いに対面するように(すなわち、第1支持プレート461及び第2支持プレート462のそれぞれの厚さ方向が互いに一致し且つ当該厚さ方向から見た場合に第1支持プレート461及び第2支持プレート462が互いに重なるように)配置されている。第2支持プレート462は、取付ベース471に対して上側に配置されている。第1支持プレート461は、第2支持プレート462に対して上側に配置されている。より具体的には、取付ベース471の表面471aと第2支持プレート462の裏面462bとが空間を介して互いに対向しており、第2支持プレート462の表面462aと第1支持プレート461の裏面461bとが空間を介して互いに対向している。第1支持プレート461及び第2支持プレート462は、それぞれ、支柱(図示省略)等によって支持されている。 The first support plate 461 and the second support plate 462 are housed in the first portion 470a so that they face each other (that is, the thickness directions of the first support plate 461 and the second support plate 462 are relative to each other. The first support plate 461 and the second support plate 462 are arranged so as to coincide with each other and to overlap each other when viewed from the thickness direction. The second support plate 462 is arranged above the mounting base 471. The first support plate 461 is arranged above the second support plate 462. More specifically, the front surface 471a of the mounting base 471 and the back surface 462b of the second support plate 462 face each other through a space, and the front surface 462a of the second support plate 462 and the back surface 461b of the first support plate 461 b. Are facing each other through space. The first support plate 461 and the second support plate 462 are each supported by columns (not shown) or the like.

レーザ発振器400は、取付ベース471の裏面471bが取付プレート301の主面301aに接触し且つレーザ光出射部440の出射端443がミラー303に向いた状態で、取付ベース471を介して取付プレート301に取り付けられている(図9参照)。つまり、レーザ発振器400は、取付プレート301(延いては装置フレーム210)に対して着脱可能である。 In the laser oscillator 400, the back surface 471b of the mounting base 471 is in contact with the main surface 301a of the mounting plate 301, and the emission end 443 of the laser beam emitting portion 440 faces the mirror 303, and the laser oscillator 400 is connected to the mounting plate 301 via the mounting base 471. It is attached to (see Fig. 9). That is, the laser oscillator 400 is removable from the mounting plate 301 (and thus the device frame 210).

図15に示されるように(図13参照)、第1支持プレート461の表面461aには、ファイバコネクタ401、アイソレータ421、カプラ451、クラッドモードストリッパ422、第1レーザファイバ423、PD453、コンバイナ425、アイソレータ431、バンドパスフィルタ432及びカプラ454が取り付けられている。ファイバコネクタ401は、ファイバケーブルFC1とファイバF3とを互いに接続する。第1レーザファイバ423は、ファイバリール(図示省略)によって保持されている。第2レーザファイバ434にレーザ光Lを伝播させるファイバF10は、第1支持プレート461に形成された切欠き461cを介して、第1支持プレート461の表面461aから第2支持プレート462の表面462aに延在している。 As shown in FIG. 15 (see FIG. 13), the surface 461a of the first support plate 461 has a fiber connector 401, an isolator 421, a coupler 451 and a clad mode stripper 422, a first laser fiber 423, a PD453, and a combiner 425. An isolator 431, a bandpass filter 432 and a coupler 454 are attached. The fiber connector 401 connects the fiber cable FC1 and the fiber F3 to each other. The first laser fiber 423 is held by a fiber reel (not shown). The fiber F10 for propagating the laser beam L to the second laser fiber 434 is transferred from the surface 461a of the first support plate 461 to the surface 462a of the second support plate 462 via the notch 461c formed in the first support plate 461. It is postponed.

図16及び図17に示されるように、第2支持プレート462の表面462a、裏面462b及び側面462cは、パワーアンプ部430の第2レーザファイバ434及び複数の第2励起LD435、並びに、プリアンプ部420の第1励起LD424等の配置面である。なお、図17は、第2支持プレート462の裏面462b側の構成を第2支持プレート462の表面462a側から見た図であり、図17では、第2支持プレート462の表面462a側の構成が省略されている。 As shown in FIGS. 16 and 17, the front surface 462a, the back surface 462b, and the side surface 462c of the second support plate 462 include a second laser fiber 434 of the power amplifier unit 430, a plurality of second excitation LD435s, and a preamplifier unit 420. It is an arrangement surface of the 1st excitation LD424 and the like. It should be noted that FIG. 17 is a view of the configuration of the back surface 462b side of the second support plate 462 as viewed from the surface 462a side of the second support plate 462, and in FIG. 17, the configuration of the surface 462a side of the second support plate 462 is It is omitted.

図16に示されるように(図13参照)、第2支持プレート462の表面462aには、クラッドモードストリッパ433、第2レーザファイバ434、PD457、コンバイナ436、カプラ458及びPD459が取り付けられている。第2レーザファイバ434は、ファイバリール(図示省略)によって保持されている。レーザ光出射部440にレーザ光Lを伝播させるファイバF13は、第2支持プレート462に形成された切欠き462eを介して、第2支持プレート462の表面462aから取付ベース471の表面471aに延在している。 As shown in FIG. 16 (see FIG. 13), a clad mode stripper 433, a second laser fiber 434, PD457, a combiner 436, a coupler 458 and a PD459 are attached to the surface 462a of the second support plate 462. The second laser fiber 434 is held by a fiber reel (not shown). The fiber F13 that propagates the laser beam L to the laser beam emitting portion 440 extends from the surface 462a of the second support plate 462 to the surface 471a of the mounting base 471 via the notch 462e formed in the second support plate 462. is doing.

第2支持プレート462の側面462cには、PD452,455,456及び第1励起LD424が取り付けられている。PD452にレーザ光Lの一部を伝播させるファイバF31、PD455にレーザ光Lの一部を伝播させるファイバF32、及びPD456に戻り光を伝播させるファイバF33は、第1支持プレート461と筐体470の第1部分470aの内面と間に形成された隙間を介して、第1支持プレート461の表面461aから第2支持プレート462の側面462cに延在している。コンバイナ425に第1励起光PL1を伝播させるファイバF21は、第1支持プレート461と筐体470の第1部分470aの内面と間に形成された隙間を介して、第2支持プレート462の側面462cから第1支持プレート461の表面461aに延在している。 PD452,455,456 and the first excited LD424 are attached to the side surface 462c of the second support plate 462. The fiber F31 for propagating a part of the laser beam L to the PD452, the fiber F32 for propagating a part of the laser beam L to the PD455, and the fiber F33 for propagating the return light to the PD456 are the first support plate 461 and the housing 470. It extends from the surface 461a of the first support plate 461 to the side surface 462c of the second support plate 462 through a gap formed between the inner surface of the first portion 470a. The fiber F21 for propagating the first excitation light PL1 to the combiner 425 is the side surface 462c of the second support plate 462 via a gap formed between the first support plate 461 and the inner surface of the first portion 470a of the housing 470. Extends from to the surface 461a of the first support plate 461.

図17に示されるように、第2支持プレート462の裏面462bには、複数の第2励起LD435が取り付けられている。コンバイナ436に第2励起光PL2を伝播させるファイバF22は、第2支持プレート462に形成された切欠き462dを介して、第2支持プレート462の裏面462bから第2支持プレート462の表面462aに延在している。 As shown in FIG. 17, a plurality of second excited LD435s are attached to the back surface 462b of the second support plate 462. The fiber F22 for propagating the second excitation light PL2 to the combiner 436 extends from the back surface 462b of the second support plate 462 to the surface 462a of the second support plate 462 via the notch 462d formed in the second support plate 462. It exists.

図16及び図17に示されるように、第2支持プレート462には、配管462fが埋設されている。配管462fには、冷却水(冷媒)Wが循環供給される。これにより、第2支持プレート462は、冷却水Wの流路が設けられた冷却プレートとして機能する。レーザ発振器400では、プリアンプ部420の第1レーザファイバ423が第1支持プレート461に配置されている一方で、パワーアンプ部430の第2レーザファイバ434及び複数の第2励起LD435、並びに、プリアンプ部420の第1励起LD424が第2支持プレート462に配置されている。これにより、パワーアンプ部430の第2レーザファイバ434及び複数の第2励起LD435、並びに、プリアンプ部420の第1励起LD424が冷却される。 As shown in FIGS. 16 and 17, a pipe 462f is embedded in the second support plate 462. Cooling water (refrigerant) W is circulated and supplied to the pipe 462f. As a result, the second support plate 462 functions as a cooling plate provided with a flow path for the cooling water W. In the laser oscillator 400, the first laser fiber 423 of the preamplifier unit 420 is arranged on the first support plate 461, while the second laser fiber 434 of the power amplifier unit 430, the plurality of second excited LD435s, and the preamplifier unit The first excited LD424 of 420 is arranged on the second support plate 462. As a result, the second laser fiber 434 of the power amplifier unit 430, the plurality of second excited LD435s, and the first excited LD424 of the preamplifier unit 420 are cooled.

図18に示されるように、取付ベース471の表面471aには、支持部材402、コリメータ441及びアイソレータ442が取り付けられている。つまり、レーザ光出射部440は、取付ベース471に配置されている。図19に示されるように、取付ベース471の裏面471bには、凹部471cが形成されている。凹部471cの内面には、PD452,455,456,457,459から出力される信号の処理基板403,404、及びメモリ基板405が取り付けられている。なお、図19は、取付ベース471の裏面471b側の構成を取付ベース471の表面471a側から見た図であり、図19では、取付ベース471の表面471a側の構成が省略されている。 As shown in FIG. 18, a support member 402, a collimator 441, and an isolator 442 are mounted on the surface 471a of the mounting base 471. That is, the laser light emitting unit 440 is arranged on the mounting base 471. As shown in FIG. 19, a recess 471c is formed on the back surface 471b of the mounting base 471. A signal processing board 403, 404 and a memory board 405 output from PD452,455,456,457,459 are attached to the inner surface of the recess 471c. Note that FIG. 19 is a view of the configuration on the back surface 471b side of the mounting base 471 as viewed from the front surface 471a side of the mounting base 471, and in FIG. 19, the configuration on the front surface 471a side of the mounting base 471 is omitted.

図20に示されるように、支持部材402は、支持面402aを有している。支持面402aには、パワーアンプ部430からレーザ光出射部440にレーザ光Lを伝播させるファイバF13が配置されている。より具体的には、支持面402aは、第2支持プレート462に形成された切欠き462eの直下から(図16及び図18参照)コリメータ441の入射端に向かって延在しており、コリメータ441に近づくほど下側に位置するように傾斜している。
[実施形態の作用及び効果]
As shown in FIG. 20, the support member 402 has a support surface 402a. On the support surface 402a, a fiber F13 that propagates the laser beam L from the power amplifier section 430 to the laser beam emitting section 440 is arranged. More specifically, the support surface 402a extends from directly below the notch 462e formed in the second support plate 462 (see FIGS. 16 and 18) toward the incident end of the collimator 441, and the collimator 441 extends. It is inclined so that it is located on the lower side as it gets closer to.
[Actions and effects of embodiments]

レーザ発振器400は、種光であるレーザ光Lを出射する種光LD411を有する種光出射部410と、種光出射部410から出射されたレーザ光Lを伝播させる第1レーザファイバ423、及び第1レーザファイバ423を励起するための第1励起光PL1を出射する第1励起LD424を有するプリアンプ部420と、プリアンプ部420で増幅されたレーザ光Lを伝播させる第2レーザファイバ434、及び第2レーザファイバ434を励起するための第2励起光PL2を出射する第2励起LD435を有するパワーアンプ部430と、パワーアンプ部430で増幅されたレーザ光Lを外部に出射する出射端443が設けられたアイソレータ442を有するレーザ光出射部440と、取付ベース471を有し、種光出射部410、プリアンプ部420、パワーアンプ部430及びレーザ光出射部440を収容する筐体470と、を備える。出射端443が設けられたアイソレータ442は、取付ベース471に配置されている。 The laser oscillator 400 includes a seed light emitting unit 410 having a seed light LD411 that emits a laser light L that is a seed light, a first laser fiber 423 that propagates the laser light L emitted from the seed light emitting unit 410, and a first laser oscillator 400. A preamp section 420 having a first excitation LD424 that emits a first excitation light PL1 for exciting one laser fiber 423, a second laser fiber 434 that propagates the laser beam L amplified by the preamp section 420, and a second. A power amplifier unit 430 having a second excitation LD435 that emits a second excitation light PL2 for exciting the laser fiber 434 and an emission end 443 that emits the laser light L amplified by the power amplifier unit 430 to the outside are provided. It includes a laser light emitting unit 440 having an isolator 442, and a housing 470 having a mounting base 471 and accommodating a seed light emitting unit 410, a preamplifying unit 420, a power amplifier unit 430, and a laser light emitting unit 440. The isolator 442 provided with the emission end 443 is arranged on the mounting base 471.

レーザ発振器400では、種光出射部410、プリアンプ部420、パワーアンプ部430及びレーザ光出射部440が筐体470に収容されている。したがって、レーザ発振器400の取扱いが容易である。また、筐体470が有する取付ベース471に、出射端443が設けられたアイソレータ442が配置されている。これにより、例えばレーザ発振器400が取付ベース471を介してレーザ加工装置200に搭載された場合に、レーザ加工装置200で振動が発生したり、レーザ加工装置200の使用環境温度の変化等に起因して筐体470等が変形したりしても、出射端443の位置及び角度がずれ難い。したがって、レーザ発振器400から外部に出射されるレーザ光Lの光軸の位置及び角度が安定する。特に加工対象物1の内部に改質領域を形成するような場合には、アブレーション加工、溶接加工等を行うような場合に比べ、シビアなレーザ光Lの照射条件が要求されることから、レーザ発振器400から外部に出射されるレーザ光Lの光軸の位置及び角度が安定していることが望ましい。 In the laser oscillator 400, the seed light emitting unit 410, the preamplifier unit 420, the power amplifier unit 430, and the laser light emitting unit 440 are housed in the housing 470. Therefore, the laser oscillator 400 is easy to handle. Further, an isolator 442 provided with an emission end 443 is arranged on the mounting base 471 of the housing 470. As a result, for example, when the laser oscillator 400 is mounted on the laser processing device 200 via the mounting base 471, vibration is generated in the laser processing device 200, or a change in the operating environment temperature of the laser processing device 200 is caused. Even if the housing 470 or the like is deformed, the position and angle of the emission end 443 are unlikely to shift. Therefore, the position and angle of the optical axis of the laser beam L emitted to the outside from the laser oscillator 400 are stable. In particular, when a modified region is formed inside the object to be machined 1, more severe laser beam L irradiation conditions are required as compared with the case where ablation processing, welding processing, etc. are performed. It is desirable that the position and angle of the optical axis of the laser beam L emitted from the oscillator 400 to the outside are stable.

レーザ発振器400では、筐体470に収容された第1支持プレート461に、少なくとも第1レーザファイバ423が配置されており、筐体470に収容された第2支持プレート462に、少なくとも第2レーザファイバ434が配置されている。これにより、筐体470内において、第1レーザファイバ423及び第2レーザファイバ434を適切に支持することができる。 In the laser oscillator 400, at least the first laser fiber 423 is arranged on the first support plate 461 housed in the housing 470, and at least the second laser fiber is arranged on the second support plate 462 housed in the housing 470. 434 is arranged. Thereby, the first laser fiber 423 and the second laser fiber 434 can be appropriately supported in the housing 470.

レーザ発振器400では、第2支持プレート462に、冷却水Wの流路が設けられており、第1励起LD424及び第2励起LD435が、第2支持プレート462に配置されている。これにより、熱が発生し易い第2レーザファイバ434に加え、熱が発生し易い第1励起LD424及び第2励起LD435を、小さなスペースで効率良く冷却することができる。 In the laser oscillator 400, the flow path of the cooling water W is provided in the second support plate 462, and the first excited LD424 and the second excited LD435 are arranged in the second support plate 462. As a result, in addition to the second laser fiber 434 that easily generates heat, the first excited LD424 and the second excited LD435 that easily generate heat can be efficiently cooled in a small space.

レーザ発振器400では、第2支持プレート462が、取付ベース471に対して上側に配置されており、第1支持プレート461が、第2支持プレート462に対して上側に配置されている。これにより、プリアンプ部420からパワーアンプ部430を介してレーザ光出射部440に至るレーザ光Lの光路の配置を単純化しつつ、レーザ発振器400のフットプリントを小さくすることができる。 In the laser oscillator 400, the second support plate 462 is arranged above the mounting base 471, and the first support plate 461 is arranged above the second support plate 462. This makes it possible to reduce the footprint of the laser oscillator 400 while simplifying the arrangement of the optical path of the laser beam L from the preamplifier section 420 to the laser beam emitting section 440 via the power amplifier section 430.

レーザ発振器400では、筐体470が、プリアンプ部420、パワーアンプ部430及びレーザ光出射部440を収容する第1部分470aと、第1部分470aに対して着脱可能であり、種光出射部410を収容する第2部分470bと、を有している。これにより、第1部分470aに対して第2部分470bを着脱することで、種光出射部410を容易にメンテナンスすることができる。 In the laser oscillator 400, the housing 470 is detachable from the first portion 470a accommodating the preamplifier unit 420, the power amplifier unit 430, and the laser light emitting unit 440 and the first portion 470a, and the seed light emitting unit 410. It has a second portion 470b and the like for accommodating. Thereby, by attaching / detaching the second portion 470b to / from the first portion 470a, the seed light emitting portion 410 can be easily maintained.

レーザ発振器400では、パワーアンプ部430からレーザ光出射部440にレーザ光Lを伝播させるファイバF13が、取付ベース471に設けられた支持部材402が有する支持面402aに配置されている。これにより、増幅されたレーザ光Lを伝播させるファイバF13を適切に(必要な曲げ径を維持しつつ)支持することができるので、ファイバF13からレーザ光Lが漏れるような事態を防止することができる。 In the laser oscillator 400, the fiber F13 that propagates the laser beam L from the power amplifier section 430 to the laser beam emitting section 440 is arranged on the support surface 402a of the support member 402 provided on the mounting base 471. As a result, the fiber F13 that propagates the amplified laser beam L can be appropriately supported (while maintaining the required bending diameter), so that the situation where the laser beam L leaks from the fiber F13 can be prevented. can.

レーザ加工装置200では、レーザ集光部500が移動可能となるように装置フレーム210に取り付けられているため、レーザ発振器400を移動させる必要がない。したがって、レーザ発振器400から外部に出射されるレーザ光Lの光軸の位置及び角度の安定性をより確実に維持することができ、シビアな照射条件で加工対象物1にレーザ光Lを照射することができる。 In the laser processing device 200, since the laser condensing unit 500 is attached to the device frame 210 so as to be movable, it is not necessary to move the laser oscillator 400. Therefore, the stability of the position and angle of the optical axis of the laser beam L emitted from the laser oscillator 400 to the outside can be more reliably maintained, and the laser beam L is irradiated to the workpiece 1 under severe irradiation conditions. be able to.

また、レーザ発振器400は、種光であるレーザ光Lを出射する種光LD411を有する種光出射部410と、種光出射部410から出射されたレーザ光Lを伝播させる第1レーザファイバ423、及び第1レーザファイバ423を励起するための第1励起光PL1を出射する第1励起LD424を有するプリアンプ部420と、プリアンプ部420で増幅されたレーザ光Lを伝播させる第2レーザファイバ434、及び第2レーザファイバ434を励起するための第2励起光PL2を出射する第2励起LD435を有するパワーアンプ部430と、パワーアンプ部430で増幅されたレーザ光Lを外部に出射する出射端443が設けられたアイソレータ442を有するレーザ光出射部440と、第1レーザファイバ423が配置された第1支持プレート461と、第2レーザファイバ434、第1励起LD424及び第2励起LD435が配置され、冷却水Wの流路が設けられた第2支持プレート462と、を備える。第1支持プレート461及び第2支持プレート462は、互いに対面するように(すなわち、第1支持プレート461及び第2支持プレート462のそれぞれの厚さ方向が互いに一致し且つ当該厚さ方向から見た場合に第1支持プレート461及び第2支持プレート462が互いに重なるように)配置されている。 Further, the laser oscillator 400 includes a seed light emitting unit 410 having a seed light LD411 that emits a laser light L that is a seed light, and a first laser fiber 423 that propagates the laser light L emitted from the seed light emitting unit 410. And the preamp section 420 having the first excitation LD424 that emits the first excitation light PL1 for exciting the first laser fiber 423, the second laser fiber 434 that propagates the laser beam L amplified by the preamp section 420, and The power amplifier unit 430 having the second excitation LD435 that emits the second excitation light PL2 for exciting the second laser fiber 434 and the emission end 443 that emits the laser light L amplified by the power amplifier unit 430 to the outside A laser light emitting unit 440 having an isolator 442 provided, a first support plate 461 in which a first laser fiber 423 is arranged, a second laser fiber 434, a first excited LD424, and a second excited LD435 are arranged and cooled. A second support plate 462 provided with a flow path for water W is provided. The first support plate 461 and the second support plate 462 face each other (that is, the thickness directions of the first support plate 461 and the second support plate 462 coincide with each other and are viewed from the thickness direction. In some cases, the first support plate 461 and the second support plate 462 are arranged so as to overlap each other).

レーザ発振器400では、熱が発生し易い第2レーザファイバ434の冷却に加え、熱が発生し易い第1励起LD424及び第2励起LD435の冷却が、冷却水Wの流路が設けられた第2支持プレート462によって実施される。しかも、第1レーザファイバ423が配置された第1支持プレート461が、第2支持プレート462と対面するように配置されている。これにより、レーザ増幅部であるプリアンプ部420及びパワーアンプ部430の小型化を図ることができる。 In the laser oscillator 400, in addition to cooling the second laser fiber 434, which easily generates heat, cooling of the first excited LD424 and the second excited LD435, which easily generate heat, is provided with a second flow path of the cooling water W. It is carried out by a support plate 462. Moreover, the first support plate 461 in which the first laser fiber 423 is arranged is arranged so as to face the second support plate 462. As a result, the size of the preamplifier unit 420 and the power amplifier unit 430, which are the laser amplification units, can be reduced.

レーザ発振器400では、第2支持プレート462の表面462a、裏面462b及び側面462cが、第2レーザファイバ434、第1励起LD424及び第2励起LD435等の配置面となっている。これにより、冷却プレートとして機能する第2支持プレート462の表面462a、裏面462b及び側面462cを有効に利用して、第2支持プレート462の大型化を確実に抑制することができる。 In the laser oscillator 400, the front surface 462a, the back surface 462b, and the side surface 462c of the second support plate 462 serve as arrangement surfaces for the second laser fiber 434, the first excited LD 424, the second excited LD 435, and the like. As a result, the front surface 462a, the back surface 462b, and the side surface 462c of the second support plate 462 that function as a cooling plate can be effectively utilized, and the increase in size of the second support plate 462 can be reliably suppressed.

レーザ発振器400では、種光出射部410、プリアンプ部420、パワーアンプ部430、レーザ光出射部440、第1支持プレート461及び第2支持プレート462が、筐体470に収容されている。これにより、レーザ発振器400の取扱いが容易となる。 In the laser oscillator 400, the seed light emitting unit 410, the preamplifier unit 420, the power amplifier unit 430, the laser light emitting unit 440, the first support plate 461 and the second support plate 462 are housed in the housing 470. This facilitates the handling of the laser oscillator 400.

レーザ発振器400では、レーザ光Lの一部を検出する各PD452,455,459が、冷却プレートとして機能する第2支持プレート462に配置されている。これにより、各PD452,455,459を適切な温度で動作させることができる。特に、各PD452,455,459にSi(シリコン)フォトダイオードが用いられ、検出対象であるレーザ光Lの波長が1098nmである場合には、各PD452,455,459が第2支持プレート462に配置されることは、1098nmの波長に対して安定した感度を維持する上で重要である。なお、PD453にSiフォトダイオードが用いられ、検出対象である第1励起光PL1の波長が915nmである場合には、PD453の温度が多少上昇しても、915nmの波長に対して安定した感度が維持されるため、PD453を第2支持プレート462に配置する必要性は低い。 In the laser oscillator 400, each PD 452,455,459 that detects a part of the laser beam L is arranged on the second support plate 462 that functions as a cooling plate. As a result, each PD 452, 455, 459 can be operated at an appropriate temperature. In particular, when a Si (silicon) photodiode is used for each PD452,455,459 and the wavelength of the laser beam L to be detected is 1098 nm, each PD452,455,459 is arranged on the second support plate 462. It is important to maintain stable sensitivity to the wavelength of 1098 nm. When a Si photodiode is used for PD453 and the wavelength of the first excitation light PL1 to be detected is 915 nm, stable sensitivity to the wavelength of 915 nm is obtained even if the temperature of PD453 rises slightly. The need to place the PD453 on the second support plate 462 is low because it is maintained.

レーザ加工装置200は、レーザ増幅部の小型化を図り得るレーザ発振器400を備えている。これにより、レーザ加工装置200の大型化を抑制することができる。 The laser processing apparatus 200 includes a laser oscillator 400 that can reduce the size of the laser amplification unit. As a result, it is possible to suppress the increase in size of the laser processing apparatus 200.

また、レーザ出力部300では、レーザ発振器400、λ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340並びにミラーユニット360が取付プレート301の主面301aに配置されている。これにより、レーザ加工装置200の装置フレーム210に対して取付プレート301を着脱することで、レーザ加工装置200に対してレーザ出力部300を容易に着脱することができる。また、レーザ発振器400からλ/2波長板ユニット330及び偏光板ユニット340を介してミラーユニット360に至るレーザ光Lの光路が、取付プレート301の主面301aに平行な平面に沿うように設定されており、ミラーユニット360が、当該平面と交差する方向に沿ってレーザ光Lを外部に出射する。これにより、例えばレーザ光Lの出射方向が鉛直方向に沿っている場合、レーザ出力部300が低背化されるので、レーザ加工装置200に対してレーザ出力部300を容易に着脱することができる。更に、ミラーユニット360が、レーザ光Lの光軸を調整するためのミラー362,363を有している。これにより、レーザ加工装置200の装置フレーム210にレーザ出力部300を取り付けた際に、レーザ集光部500に入射するレーザ光Lの光軸の位置及び角度を調整することができる。以上により、レーザ出力部300は、レーザ加工装置200に対して容易に着脱することができる。 Further, in the laser output unit 300, the laser oscillator 400, the λ / 2 wave plate unit 330, the polarizing plate unit 340, and the mirror unit 360 are arranged on the main surface 301a of the mounting plate 301. Thereby, by attaching / detaching the mounting plate 301 to / from the apparatus frame 210 of the laser processing apparatus 200, the laser output unit 300 can be easily attached / detached to / from the laser processing apparatus 200. Further, the optical path of the laser beam L from the laser oscillator 400 to the mirror unit 360 via the λ / 2 wave plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 is set along a plane parallel to the main surface 301a of the mounting plate 301. The mirror unit 360 emits the laser beam L to the outside along the direction intersecting the plane. As a result, for example, when the emission direction of the laser beam L is along the vertical direction, the laser output unit 300 is lowered in height, so that the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the laser processing apparatus 200. .. Further, the mirror unit 360 has mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser beam L. Thereby, when the laser output unit 300 is attached to the apparatus frame 210 of the laser processing apparatus 200, the position and angle of the optical axis of the laser beam L incident on the laser condensing unit 500 can be adjusted. As described above, the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the laser processing device 200.

なお、レーザ光出射部440において出射端443が設けられた光学部品が取付ベース471に配置されていれば、例えばレーザ発振器400が取付ベース471を介してレーザ加工装置200に搭載された場合に、レーザ加工装置200で振動が発生したり、レーザ加工装置200の使用環境温度の変化等に起因して筐体470等が変形したりしても、出射端443の位置及び角度がずれ難い。したがって、レーザ光出射部440において出射端443が設けられた光学部品が取付ベース471に配置されていれば、レーザ発振器400から外部に出射されるレーザ光Lの光軸の位置及び角度が安定する。一例として、図21の(a)に示されるように、レーザ光出射部440上においてプリアンプ部420及びパワーアンプ部430が水平方向に沿って並設されていても、或いは、図21の(b)及び(c)に示されるように、レーザ光出射部440、プリアンプ部420及びパワーアンプ部430が水平方向に沿って並設されていても、レーザ光出射部440において出射端443が設けられた光学部品が取付ベース471に配置されていれば、レーザ発振器400から外部に出射されるレーザ光Lの光軸の位置及び角度が安定する。
[変形例]
If the optical component provided with the emission end 443 in the laser beam emitting unit 440 is arranged on the mounting base 471, for example, when the laser oscillator 400 is mounted on the laser processing apparatus 200 via the mounting base 471, Even if vibration is generated in the laser processing device 200 or the housing 470 or the like is deformed due to a change in the operating environment temperature of the laser processing device 200 or the like, the position and angle of the emission end 443 are unlikely to shift. Therefore, if the optical component provided with the emission end 443 in the laser beam emitting unit 440 is arranged on the mounting base 471, the position and angle of the optical axis of the laser beam L emitted to the outside from the laser oscillator 400 are stable. .. As an example, as shown in FIG. 21 (a), even if the pre-amp unit 420 and the power amplifier unit 430 are arranged side by side in the horizontal direction on the laser light emitting unit 440, or in FIG. 21 (b). ) And (c), even if the laser light emitting unit 440, the preamplifier unit 420, and the power amplifier unit 430 are arranged side by side along the horizontal direction, the laser light emitting unit 440 is provided with an emission end 443. If the optical component is arranged on the mounting base 471, the position and angle of the optical axis of the laser beam L emitted to the outside from the laser oscillator 400 are stable.
[Modification example]

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、プリアンプ部420に、後方励起の構成が採用されていたが、第1レーザファイバ423において第1励起光PL1がレーザ光Lの進行方向と同方向に進行する前方励起の構成が採用されてもよい。同様に、上記実施形態では、パワーアンプ部430に、後方励起の構成が採用されていたが、第2レーザファイバ434において第2励起光PL2がレーザ光Lの進行方向と同方向に進行する前方励起の構成が採用されてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above embodiment, the configuration of backward excitation is adopted for the preamplifier unit 420, but in the first laser fiber 423, the first excitation light PL1 travels in the same direction as the traveling direction of the laser light L. The configuration may be adopted. Similarly, in the above embodiment, the configuration of backward excitation is adopted for the power amplifier unit 430, but in the second laser fiber 434, the second excitation light PL2 travels in the same direction as the traveling direction of the laser light L. Excitation configurations may be adopted.

また、本発明のレーザ発振器は、加工対象物1の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置200に限定されず、アブレーション加工、溶接加工等、他のレーザ加工を実施するレーザ加工装置に搭載することも可能である。 Further, the laser oscillator of the present invention is not limited to the laser machining apparatus 200 that forms a modified region inside the object to be machined 1, and is mounted on a laser machining apparatus that performs other laser machining such as ablation machining and welding machining. It is also possible to do.

また、レーザ加工装置200では、偏光板ユニット340に、偏光板342以外の偏光部材が設けられてもよい。一例として、偏光板342及び光路補正板343に替えて、キューブ状の偏光部材が用いられてもよい。キューブ状の偏光部材とは、直方体状の形状を呈する部材であって、当該部材において互いに対向する側面が光入射面及び光出射面とされ且つその間に偏光板の機能を有する層が設けられた部材である。 Further, in the laser processing apparatus 200, the polarizing plate unit 340 may be provided with a polarizing member other than the polarizing plate 342. As an example, a cube-shaped polarizing member may be used instead of the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343. The cube-shaped polarizing member is a member having a rectangular parallelepiped shape, and the side surfaces of the member facing each other are a light incident surface and a light emitting surface, and a layer having a function of a polarizing plate is provided between them. It is a member.

また、レーザ加工装置200では、λ/2波長板332が回転する軸線と、偏光板342が回転する軸線とは、互いに一致していなくてもよい。 Further, in the laser processing apparatus 200, the axis on which the λ / 2 wave plate 332 rotates and the axis on which the polarizing plate 342 rotates do not have to coincide with each other.

また、レーザ加工装置200では、レーザ出力部300が、レーザ出力部300から出射されるレーザ光Lの光軸を調整するためのミラー362,363を有していたが、レーザ出力部300から出射されるレーザ光Lの光軸を調整するためのミラーを少なくとも1つ有していればよい。 Further, in the laser processing apparatus 200, the laser output unit 300 has mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser light L emitted from the laser output unit 300, but the laser output unit 300 emits light. It suffices to have at least one mirror for adjusting the optical axis of the laser beam L to be generated.

1…加工対象物、200…レーザ加工装置、210…装置フレーム、230…支持台(支持部)、301…取付プレート、330…λ/2波長板ユニット(出力調整部)、340…偏光板ユニット(出力調整部)、360…ミラーユニット、362,363…ミラー、400…レーザ発振器、402…支持部材、402a…支持面、410…種光出射部、411…種光LD(種光源)、420…プリアンプ部(第1アンプ部)、423…第1レーザファイバ、424…第1励起LD(第1励起光源)、430…パワーアンプ部(第2アンプ部)、434…第2レーザファイバ、435…第2励起LD(第2励起光源)、440…レーザ光出射部、442…アイソレータ(光学部品)、443…出射端、461…第1支持プレート、462…第2支持プレート、470…筐体、470a…第1部分、470b…第2部分、471…取付ベース、500…レーザ集光部、FC1…ファイバケーブル、F13…ファイバ、L…レーザ光、PL1…第1励起光、PL2…第2励起光、W…冷却水(冷媒)。 1 ... Object to be machined, 200 ... Laser processing device, 210 ... Device frame, 230 ... Support stand (support part), 301 ... Mounting plate, 330 ... λ / 2 wavelength plate unit (output adjustment part), 340 ... Plate plate unit (Output adjustment unit) 360 ... Mirror unit, 362, 363 ... Mirror, 400 ... Laser oscillator, 402 ... Support member, 402a ... Support surface, 410 ... Seed light emitting part, 411 ... Seed light LD (seed light source), 420 ... preamp section (first amplifier section), 423 ... first laser fiber, 424 ... first excitation LD (first excitation light source), 430 ... power amplifier section (second amplifier section), 434 ... second laser fiber, 435. ... Second excitation LD (second excitation light source), 440 ... Laser light emitting part, 442 ... Isolator (optical component), 443 ... Emission end, 461 ... First support plate, 462 ... Second support plate, 470 ... Housing 470a ... 1st part, 470b ... 2nd part, 471 ... Mounting base, 500 ... Laser condensing part, FC1 ... Fiber cable, F13 ... Fiber, L ... Laser light, PL1 ... First excitation light, PL2 ... Second Excitation light, W ... Cooling water (refrigerator).

Claims (8)

種光であるレーザ光を出射する種光源を有する種光出射部と、
前記種光出射部から出射された前記レーザ光を伝播させる第1レーザファイバ、及び前記第1レーザファイバを励起するための第1励起光を出射する第1励起光源を有する第1アンプ部と、
前記第1アンプ部で増幅された前記レーザ光を伝播させる第2レーザファイバ、及び前記第2レーザファイバを励起するための第2励起光を出射する第2励起光源を有する第2アンプ部と、
前記第2アンプ部で増幅された前記レーザ光を外部に出射する出射端が設けられた光学部品を有するレーザ光出射部と、
外部装置に取り付けられる平板状の取付ベースを有し、前記種光出射部、前記第1アンプ部、前記第2アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する筐体と、を備え、
前記光学部品は、前記取付ベースの内側の表面に配置されており、
前記光学部品の前記出射端は、前記出射端から出射するレーザ光の進行方向に沿った直線が、前記筐体内では前記取付ベースの内側の前記表面を含む平面と交わらないように、前記筐体のうち前記取付ベースを除く部分において前記筐体の外部に臨んでいる、レーザ発振器。
A seed light emitting unit having a seed light source that emits a laser beam that is a seed light,
A first laser fiber that propagates the laser beam emitted from the seed light emitting unit, a first amplifier unit that has a first excitation light source that emits a first excitation light for exciting the first laser fiber, and a first amplifier unit.
A second amplifier unit having a second laser fiber that propagates the laser beam amplified by the first amplifier unit and a second excitation light source that emits a second excitation light for exciting the second laser fiber, and a second amplifier unit.
A laser beam emitting unit having an optical component provided with an emission end for emitting the laser beam amplified by the second amplifier unit to the outside, and a laser beam emitting unit.
It has a flat plate-shaped mounting base that can be mounted on an external device , and includes a housing that houses the seed light emitting unit, the first amplifier unit, the second amplifier unit, and the laser light emitting unit.
The optics are located on the inner surface of the mounting base.
The emission end of the optical component is such that a straight line along the traveling direction of the laser beam emitted from the emission end does not intersect the plane including the surface inside the mounting base in the housing. A laser oscillator facing the outside of the housing in a portion other than the mounting base.
前記筐体に収容され、少なくとも前記第1レーザファイバが配置された第1支持プレートと、
前記筐体に収容され、少なくとも前記第2レーザファイバが配置された第2支持プレートと、を更に備える、請求項1記載のレーザ発振器。
A first support plate housed in the housing and on which at least the first laser fiber is arranged,
The laser oscillator according to claim 1, further comprising a second support plate housed in the housing and in which at least the second laser fiber is arranged.
前記第2支持プレートには、冷媒の流路が設けられており、
前記第1励起光源及び前記第2励起光源は、前記第2支持プレートに配置されている、請求項2記載のレーザ発振器。
The second support plate is provided with a flow path for the refrigerant, and is provided with a flow path for the refrigerant.
The laser oscillator according to claim 2, wherein the first excitation light source and the second excitation light source are arranged on the second support plate.
前記第2支持プレートは、前記取付ベースに対して上側に配置されており、
前記第1支持プレートは、前記第2支持プレートに対して上側に配置されている、請求項2又は3記載のレーザ発振器。
The second support plate is arranged above the mounting base.
The laser oscillator according to claim 2 or 3, wherein the first support plate is arranged above the second support plate.
前記筐体は、
前記第1アンプ部、前記第2アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する第1部分と、
前記第1部分に対して着脱可能であり、前記種光出射部を収容する第2部分と、を有する、請求項1~4のいずれか一項記載のレーザ発振器。
The housing is
A first portion accommodating the first amplifier section, the second amplifier section, and the laser beam emitting section,
The laser oscillator according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second portion that is removable from the first portion and accommodates the seed light emitting portion.
前記取付ベースに設けられ、前記第2アンプ部から前記レーザ光出射部に前記レーザ光を伝播させるファイバが配置された支持面を有する支持部材を更に備える、請求項1~5のいずれか一項記載のレーザ発振器。 One of claims 1 to 5, further comprising a support member provided on the mounting base and having a support surface on which a fiber for propagating the laser beam is arranged from the second amplifier section to the laser beam emitting section. The laser oscillator of the description. 種光であるレーザ光を出射する種光源を有する種光出射部と、
前記種光出射部から出射された前記レーザ光を伝播させる第1レーザファイバ、及び前記第1レーザファイバを励起するための第1励起光を出射する第1励起光源を有する第1アンプ部と、
前記第1アンプ部で増幅された前記レーザ光を伝播させる第2レーザファイバ、及び前記第2レーザファイバを励起するための第2励起光を出射する第2励起光源を有する第2アンプ部と、
前記第2アンプ部で増幅された前記レーザ光を外部に出射する出射端が設けられた光学部品を有するレーザ光出射部と、
取付ベースを有し、前記種光出射部、前記第1アンプ部、前記第2アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する筐体と、を備え、
前記光学部品は、前記取付ベースに配置されており、
前記筐体は、
前記第1アンプ部、前記第2アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する第1部分と、
前記第1部分に対して着脱可能であり、前記種光出射部を収容する第2部分と、を有する、レーザ発振器。
A seed light emitting unit having a seed light source that emits a laser beam that is a seed light,
A first laser fiber that propagates the laser beam emitted from the seed light emitting unit, a first amplifier unit that has a first excitation light source that emits a first excitation light for exciting the first laser fiber, and a first amplifier unit.
A second amplifier unit having a second laser fiber that propagates the laser beam amplified by the first amplifier unit and a second excitation light source that emits a second excitation light for exciting the second laser fiber, and a second amplifier unit.
A laser beam emitting unit having an optical component provided with an emission end for emitting the laser beam amplified by the second amplifier unit to the outside, and a laser beam emitting unit.
It has a mounting base, and includes a housing for accommodating the seed light emitting unit, the first amplifier unit, the second amplifier unit, and the laser light emitting unit.
The optical component is arranged on the mounting base and
The housing is
A first portion accommodating the first amplifier section, the second amplifier section, and the laser beam emitting section,
A laser oscillator having a second portion that is removable from the first portion and accommodates the seed light emitting portion.
請求項1~7のいずれか一項記載のレーザ発振器と、
前記レーザ発振器の前記出射端から出射された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、
前記出力調整部を通過した前記レーザ光の光軸を調整するためのミラーを有するミラーユニットと、
前記レーザ発振器の前記取付ベース、前記出力調整部及び前記ミラーユニットが取り付けられた取付プレートと、
前記取付プレートが取り付けられた装置フレームと、
前記装置フレームに取り付けられ、加工対象物を支持する支持部と、
前記ミラーユニットに対して移動可能となるように前記装置フレームに取り付けられ、前記ミラーユニットを通過した前記レーザ光を前記加工対象物に集光するレーザ集光部と、を備える、レーザ加工装置。
The laser oscillator according to any one of claims 1 to 7.
An output adjusting unit that adjusts the output of the laser beam emitted from the emitting end of the laser oscillator, and an output adjusting unit.
A mirror unit having a mirror for adjusting the optical axis of the laser beam that has passed through the output adjusting unit, and a mirror unit.
The mounting base to which the laser oscillator is mounted, the output adjusting unit, and the mounting plate to which the mirror unit is mounted.
The device frame to which the mounting plate is mounted and
A support portion that is attached to the device frame and supports the object to be machined,
A laser processing device including a laser condensing unit that is attached to the device frame so as to be movable with respect to the mirror unit and that condenses the laser light that has passed through the mirror unit onto the processing object.
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