JP7258091B2 - Laser oscillator and laser processing equipment - Google Patents

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JP7258091B2 JP2021146044A JP2021146044A JP7258091B2 JP 7258091 B2 JP7258091 B2 JP 7258091B2 JP 2021146044 A JP2021146044 A JP 2021146044A JP 2021146044 A JP2021146044 A JP 2021146044A JP 7258091 B2 JP7258091 B2 JP 7258091B2
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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)。 In order to cut a workpiece such as a semiconductor wafer into a plurality of chips, there is known a laser processing apparatus that forms a modified region inside the workpiece along grid-like cutting lines ( 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おいては、については、フットプリントが小さいことが望ましいが、レーザ光出射部に比べ、レーザ増幅部が大型化し易い。 In the laser oscillator mounted on the laser processing apparatus as described above, it is desirable that the footprint is small, but the laser amplification section tends to be larger than the laser light emission section.

本発明は、レーザ増幅部の小型化を図ることができるレーザ発振器、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。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser oscillator capable of reducing the size of a laser amplifier, and a laser processing apparatus having such a laser oscillator.

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、第1レーザファイバが配置された第1支持プレートと、第2レーザファイバ、第1励起光源及び第2励起光源が配置され、冷媒の流路が設けられた第2支持プレートと、を備え、第1支持プレート及び第2支持プレートは、互いに対面するように配置されている。 A laser oscillator according to the present invention includes a seed light emitting section having a seed light source for emitting laser light as seed light, a first laser fiber for propagating the laser light emitted from the seed light emitting section, and a first laser fiber. A first amplifier section having a first pumping light source that emits first pumping light for pumping, a second laser fiber that propagates the laser light amplified by the first amplifier section, and for pumping the second laser fiber a second amplifier unit having a second pumping light source that emits the second pumping light of; , a first support plate on which the first laser fiber is arranged, a second support plate on which the second laser fiber, the first excitation light source and the second excitation light source are arranged, and a coolant flow path is provided; The first support plate and the second support plate are arranged to face each other.

このレーザ発振器では、熱が発生し易い第2レーザファイバの冷却に加え、熱が発生し易い第1励起光源及び第2励起光源の冷却が、冷媒の流路が設けられた第2支持プレートによって実施される。しかも、第1レーザファイバが配置された第1支持プレートが、第2支持プレートと対面するように(すなわち、第1支持プレート及び第2支持プレート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支持プレート及び第2支持プレートが互いに重なるように)配置されている。これにより、レーザ増幅部である第1アンプ部及び第2アンプ部の小型化を図ることができる。 In this laser oscillator, in addition to cooling the second laser fiber, which easily generates heat, the first excitation light source and the second excitation light source, which tend to generate heat, are cooled by the second support plate provided with coolant flow paths. be implemented. Moreover, the first support plate on which the first laser fiber is arranged faces the second support plate (that is, the thickness directions of the first support plate and the second support plate are aligned with each other and the thickness are arranged such that the first support plate and the second support plate overlap each other when viewed from the vertical direction. As a result, it is possible to reduce the size of the first amplifier section and the second amplifier section, which are laser amplifier sections.

本発明のレーザ発振器では、第2支持プレートの表面及び裏面は、第2レーザファイバ、第1励起光源及び第2励起光源の配置面であってもよい。これによれば、第2支持プレートの表面及び裏面を有効に利用して、第2支持プレートの大型化を抑制することができる。 In the laser oscillator of the present invention, the front surface and the rear surface of the second support plate may be surfaces on which the second laser fiber, the first excitation light source and the second excitation light source are arranged. According to this, it is possible to effectively utilize the front surface and the rear surface of the second support plate, and to suppress the enlargement of the second support plate.

本発明のレーザ発振器では、第2支持プレートの側面は、配置面であってもよい。これによれば、第2支持プレートの側面を有効に利用して、第2支持プレートの大型化をより確実に抑制することができる。 In the laser oscillator of the present invention, the side surface of the second support plate may be the placement surface. According to this, the side surface of the second support plate can be effectively used to more reliably suppress the increase in size of the second support plate.

本発明のレーザ発振器は、種光出射部、第1アンプ部、第2アンプ部、レーザ光出射部、第1支持プレート及び第2支持プレートを収容する筐体を更に備えてもよい。これによれば、レーザ発振器の取扱いが容易となる。 The laser oscillator of the present invention may further include a housing that accommodates the seed light emitting section, the first amplifier section, the second amplifier section, the laser light emitting section, the first support plate, and the second support plate. This facilitates handling of the laser oscillator.

本発明のレーザ発振器は、種光出射部、第1アンプ部、第2アンプ部、第1支持プレート及び第2支持プレートを収容する第1筐体と、レーザ光出射部を収容する第2筐体と、第1筐体と第2筐体との間に掛け渡され、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ケーブルと、を更に備えてもよい。これによれば、レーザ増幅部である第1アンプ部及び第2アンプ部に対するレーザ光出射部の配置の自由度が向上する。 The laser oscillator of the present invention includes a first housing that houses a seed light emitting section, a first amplifier section, a second amplifier section, a first support plate, and a second support plate, and a second housing that houses a laser light emitting section. and a fiber cable stretched between the first housing and the second housing for propagating the laser light from the second amplifier section to the laser light emitting section. According to this, the degree of freedom in disposing the laser light emitting section with respect to the first amplifier section and the second amplifier section, which are laser amplifier sections, is improved.

本発明のレーザ発振器は、種光源と第1レーザファイバとの間の位置、第1レーザファイバと第2レーザファイバとの間の位置、及び第2レーザファイバと光学部品との間の位置の少なくとも1つの位置において、レーザ光の一部を検出する少なくとも1つの受光素子を更に備え、少なくとも1つの受光素子は、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、受光素子を適切な温度で動作させることができる。 The laser oscillator of the present invention has at least a position between the seed light source and the first laser fiber, a position between the first laser fiber and the second laser fiber, and a position between the second laser fiber and the optical component. At one position, it may further comprise at least one light receiving element for detecting part of the laser light, the at least one light receiving element being arranged on the second support plate. According to this, the light receiving element can be operated at an appropriate temperature.

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、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 comprises the laser oscillator, an output adjusting section for adjusting the output of the laser light emitted from the output end of the laser oscillator, and an optical axis for adjusting the optical axis of the laser light that has passed through the output adjusting section. A mirror unit having a mirror, a mounting plate to which a laser oscillator, an output adjustment section and a mirror unit are attached, a device frame to which the mounting plate is attached, a support portion attached to the device frame for supporting a workpiece, a laser condensing section that is attached to the apparatus frame so as to be movable with respect to the mirror unit and 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は、レーザ増幅部の小型化を図り得るレーザ発振器を備えるため、レーザ加工装置の大型化を抑制することができる。 Since this laser processing apparatus includes a laser oscillator that can reduce the size of the laser amplifying section, it is possible to suppress an increase in the size of the laser processing apparatus.

本発明によれば、レーザ増幅部の小型化を図ることができるレーザ発振器、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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the laser oscillator which can achieve size reduction of a laser amplification part, and the laser processing apparatus provided with such a laser oscillator.

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。1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus used for forming a modified region; FIG. 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。FIG. 4 is a plan view of a workpiece to be processed to form a modified 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 along line III-III of the workpiece of FIG. 2; レーザ加工後の加工対象物の平面図である。FIG. 2 is a plan view of an object to be processed 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。FIG. 5 is a cross-sectional view of the workpiece of FIG. 4 taken along line VV; 図4の加工対象物のVI-VI線に沿っての断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the workpiece of FIG. 4 taken along line VI-VI; 第1実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。1 is a perspective view of a laser processing apparatus according to a first embodiment; FIG. 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。8 is a perspective view of an object to be processed attached to a support base of the laser processing apparatus of FIG. 7; 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。FIG. 8 is a cross-sectional view of the laser output portion 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。FIG. 8 is a perspective view of part of a laser output unit and a laser condensing unit in the laser processing apparatus of FIG. 7; 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。FIG. 10 is a diagram showing an optical arrangement relationship between a λ/2 wavelength plate unit and a polarizing plate unit in the laser output section of FIG. 9; (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。10A is a diagram showing the polarization directions in a λ/2 wavelength plate unit of the laser output section in FIG. 9, and FIG. 10B is a diagram showing the polarization directions in the polarizing plate unit of the laser output section in FIG. 9. FIG. 第1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 1st Embodiment. 第1実施形態のレーザ発振器の正面図である。1 is a front view of a laser oscillator according to a first embodiment; FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。15 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 14; FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。15 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 14; FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。15 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 14; FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。15 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 14; FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。15 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 14; FIG. 図14のレーザ発振器の内部構成を示す図である。15 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 14; FIG. (a)は第1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)は第1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)は第1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 a first modification of the laser oscillator of the first embodiment, (b) is a diagram showing the overall configuration of a second modification of the laser oscillator of the first embodiment, (c) is a diagram showing the overall configuration of a third modification of the laser oscillator of the first embodiment. 第2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 2nd Embodiment. 図22のレーザ発振器の内部構成を示す図である。23 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 22; FIG. 図22のレーザ発振器の内部構成を示す図である。23 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 22; FIG. 図22のレーザ発振器の内部構成を示す図である。23 is a diagram showing the internal configuration of the laser oscillator of FIG. 22; FIG.

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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 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 denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.

第1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 (described later) of the first embodiment, a modified region is formed in the object along the planned cutting line by focusing the laser beam on the object. Therefore, first, the formation of the modified region will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.

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 a laser beam L, and a dichroic mirror 103 arranged to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser beam L by 90°. , and a condensing lens 105 for condensing the laser light L. The laser processing apparatus 100 also includes a support table 107 for supporting the workpiece 1 irradiated with the laser beam L condensed by the condensing lens 105, and a stage 111 for moving the support table 107. , a laser light source control unit 102 for controlling the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, pulse waveform, etc. of the laser light L, and a stage control unit 115 for controlling the movement of the stage 111 .

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 has its optical axis direction changed by 90° by the dichroic mirror 103, and enters the workpiece 1 placed on the support table 107. The light is condensed by the condensing lens 105 . Along with this, the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is relatively moved along the planned cutting line 5 with respect to the laser beam L. As a result, a modified region along the line to cut 5 is formed in the workpiece 1 . Although the stage 111 is moved here to relatively move the laser light L, the condenser 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 1 to be processed, a plate-like member (for example, a substrate, a wafer, etc.) including a semiconductor substrate made of a semiconductor material, a piezoelectric substrate made of a piezoelectric material, or the like is used. As shown in FIG. 2, a line to cut 5 for cutting the object 1 is set on the object 1 . The planned cutting line 5 is a straight imaginary line. When forming the modified region inside the object 1, as shown in FIG. 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, a modified region 7 is formed in the workpiece 1 along the line to cut 5, and the modified region formed along the line to cut 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 light L is condensed. The line to cut 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, a three-dimensional combination of these lines, or a coordinate-designated line. The planned cutting line 5 may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1 instead of a virtual line. The modified region 7 may be formed continuously or intermittently. The modified regions 7 may be linear or dotted, and the point is that the modified regions 7 should be formed at least inside the object 1 to be processed. In addition, a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and the modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface 3, back surface, or outer peripheral surface) of the workpiece 1. . The laser beam incident surface for forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the object 1 to be processed, and may be the rear surface of the object 1 to be processed.

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)。 Incidentally, when forming the modified region 7 inside the object 1, the laser light L is transmitted through the object 1 and near the condensing point P located inside the object 1. especially absorbed. As a result, the modified region 7 is formed in the object 1 (that is, internal absorption laser processing). In this case, since the surface 3 of the object 1 hardly absorbs the laser beam L, the surface 3 of the object 1 is not melted. On the other hand, when forming the modified region 7 on the surface 3 of the workpiece 1, the laser beam L is particularly absorbed in the vicinity of the focal point P located on the surface 3, melted and removed from the surface 3. , holes and grooves are formed (surface absorption 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 density, refractive index, mechanical strength and other physical properties are different from those of the surroundings. Examples of the modified region 7 include a melt-processed region (meaning at least one of a region once melted and re-solidified, a region in a molten state, and a region in a state of being melted and re-solidified), and a crack region. , a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is also a region where these are mixed. Furthermore, the modified region 7 includes a region in which the density of the modified region 7 is changed compared to the density of the non-modified region in the material of the object 1, and a region in which lattice defects are formed. When the material of the workpiece 1 is single crystal silicon, the modified region 7 can also 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-processed region, the refractive index changing region, the region where the density of the modified region 7 is changed compared to the density of the non-modified region, and the region where lattice defects are formed, are further divided into the inside of these regions and the modified region. The interface between the region 7 and the non-modified region may contain cracks (cracks, microcracks). The included cracks may extend over the entire surface of the modified region 7, or may be formed only in a portion or in a plurality of portions. The workpiece 1 includes a substrate made of a crystalline material having a crystalline structure. For example, the workpiece 1 includes a substrate made of at least one of gallium nitride (GaN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), LiTaO 3 and sapphire (Al 2 O 3 ). In other words, the workpiece 1 includes, for example, a gallium nitride substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a LiTaO 3 substrate, or a sapphire substrate. The crystalline material may be either an anisotropic crystal or an isotropic crystal. In addition, the workpiece 1 may include a substrate made of an amorphous material having an amorphous structure (amorphous structure), such as 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。
[第1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 (processing marks) along the line to cut 5 . In this case, a plurality of modified spots gather to form the modified region 7 . A modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, one pulse of laser irradiation: laser shot). Modified spots include crack spots, melted spots, refractive index change spots, or a mixture of at least one of these. Regarding the modified spot, considering the required cutting accuracy, the required flatness of the cut surface, the thickness, type, crystal orientation, etc. of the workpiece 1, the size and the length of the generated crack are appropriately adjusted. can be controlled. Further, in the embodiment, a modified spot can be formed as the modified region 7 along the line to cut 5 .
[Laser processing apparatus of the first embodiment]

次に、第1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 first embodiment will be explained. In the following description, directions perpendicular to each other in the horizontal plane are the X-axis direction and the Y-axis direction, and the vertical direction is the Z-axis direction.
[Overall Configuration of Laser Processing Device]

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 device 200 includes a device frame 210 , a first moving mechanism 220 , a support base (supporting portion) 230 and a second moving mechanism 240 . Furthermore, the laser processing apparatus 200 includes a laser output section 300 , a laser condensing section 500 and a control section 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 has 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 is rotatable about an axis parallel to the Z-axis direction.

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 workpiece 1 . The workpiece 1 includes, for example, a plurality of functional elements (light receiving elements such as photodiodes, light emitting elements such as laser diodes, or circuit elements formed as circuits) 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 processed 1 is supported by the support table 230, as shown in FIG. side) is affixed. The support table 230 supports the object 1 by holding the frame 11 with a clamp and sucking the film 12 with a vacuum chuck table. On the support table 230, a plurality of parallel lines to cut 5a and a plurality of lines to cut 5b parallel to each other are set in a grid pattern so as to pass between adjacent functional elements. be.

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 table 230 is moved along the Y-axis direction by operating the second rail unit 222 in the first moving mechanism 220 . Further, the support table 230 is moved along the X-axis direction by operating the movable base 223 in the first moving mechanism 220 . Further, the support table 230 is rotated about an axis parallel to the Z-axis direction by the movement of the movable base 223 in the first moving mechanism 220 . Thus, 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 an axis line parallel to the Z-axis direction.

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 section 300 is attached to the device frame 210 . The laser focusing unit 500 is attached to the device frame 210 via the second moving mechanism 240 . The laser focusing unit 500 is moved along the Z-axis direction by the operation of the second moving mechanism 240 . In this manner, the laser condensing section 500 is attached to the device frame 210 so as to be movable along the Z-axis direction with respect to the laser output section 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 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control section 600 controls the operation of each section 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 processing apparatus 200, a modified region is formed inside the object 1 along the lines to cut 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 workpiece 1 is supported by the support base 230 so that the back surface 1b (see FIG. 8) of the workpiece 1 becomes the laser beam incident surface, and each planned cutting line 5a of the workpiece 1 is aligned in the X-axis direction. aligned in a direction parallel to Subsequently, the second moving mechanism 240 moves the laser beam condensing unit so that the focal point of the laser beam L is located at a position separated from the laser beam incident surface of the object 1 by a predetermined distance inside the object 1 . 500 are moved. Subsequently, while the distance between the laser beam incident surface of the workpiece 1 and the focal point of the laser beam L is kept constant, the focal point of the laser beam L relatively moves along each line to cut 5a. Let me. Thereby, a modified region is formed inside the object 1 along each line to cut 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 modified region along each scheduled cutting line 5a is completed, the support base 230 is rotated by the first moving mechanism 220 so that each scheduled cutting line 5b of the workpiece 1 is parallel to the X-axis direction. is adapted to Subsequently, the second moving mechanism 240 moves the laser beam condensing unit so that the focal point of the laser beam L is located at a position separated from the laser beam incident surface of the object 1 by a predetermined distance inside the object 1 . 500 are moved. Subsequently, while the distance between the laser beam incident surface of the workpiece 1 and the focal point of the laser beam L is maintained constant, the focal point of the laser beam L relatively moves along each line to cut 5b. Let me. Thereby, a modified region is formed inside the object 1 along each line to cut 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。 Thus, in the laser processing apparatus 200, the direction parallel to the X-axis direction is the processing direction (the scanning direction of the laser beam L). The relative movement of the focal point of the laser light L along each line to cut 5a and the relative movement of the focal point of the laser light L along each line to cut 5b are performed by the first moving mechanism This is done by moving the support base 230 along the X-axis direction by means of 220 . In addition, the relative movement of the focal point of the laser light L between the lines to cut 5a and the relative movement of the focal point of the laser light L between the lines to cut 5b are performed by the first moving mechanism 220. It is implemented 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 section 300 has a mounting plate 301, a cover 302 and a plurality of mirrors 303,304. Further, the laser output unit 300 includes a laser oscillator 400, a shutter 320, a λ/2 wavelength plate unit (output adjustment unit, polarization direction adjustment unit) 330, and a polarizing plate unit (output adjustment unit, polarization direction adjustment unit) 340. , a beam expander (laser beam collimating 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。 Mounting plate 301 supports a plurality of mirrors 303 , 304 , laser oscillator 400 , shutter 320 , λ/2 wavelength plate unit 330 , polarizer unit 340 , beam expander 350 and mirror unit 360 . A plurality of mirrors 303 and 304 , laser oscillator 400 , shutter 320 , λ/2 wavelength plate unit 330 , polarizing plate unit 340 , beam expander 350 and mirror unit 360 are attached to main surface 301 a of attachment plate 301 . The mounting plate 301 is a plate-like member, and is detachable from the apparatus frame 210 (see FIG. 7). The laser output section 300 is attached to the device frame 210 via an attachment plate 301 . In other words, the laser output section 300 is detachable with respect to 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。 Cover 302 covers a plurality of mirrors 303 and 304, laser oscillator 400, shutter 320, λ/2 wavelength plate unit 330, polarizing plate unit 340, beam expander 350 and mirror unit 360 on main surface 301a of 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 linearly polarized laser light 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, the output of the laser light L is switched ON/OFF at high speed by switching ON/OFF the output of the seed light LD (Laser Diode/semiconductor laser) and the pumping LD. The wavelength of the laser light L emitted from the laser oscillator 400 is included in one of the wavelength bands of 500 to 550 nm, 1000 to 1150 nm, or 1300 to 1400 nm, for example. A laser beam L in a wavelength band of 500 to 550 nm is suitable for internal absorption laser processing of a substrate made of sapphire, for example. Laser light L in wavelength bands of 1000 to 1150 nm and 1300 to 1400 nm is suitable for internal absorption laser processing of a substrate made of silicon, for example. The polarization direction of the laser light L emitted from the laser oscillator 400 is parallel to the Y-axis direction, for example. A laser beam L emitted from the laser oscillator 400 is reflected by the mirror 303 and enters 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 light L by a mechanical mechanism. ON/OFF switching of the output of the laser light L from the laser output unit 300 is performed by switching ON/OFF the output of the laser light L in the laser oscillator 400 as described above. As a result, the laser light L is prevented from being emitted unexpectedly from the laser output unit 300, for example. The laser light L that has passed through the shutter 320 is reflected by the mirror 304 and sequentially enters the λ/2 wavelength 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 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 function as an output adjustment section that adjusts the output (light intensity) of the laser light L. Also, the λ/2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 function as a polarization direction adjusting section that adjusts the polarization direction of the laser light L. FIG. Details of these will be described later. The laser light L that has sequentially passed through the λ/2 wavelength 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 light L while adjusting the diameter of the laser light L. FIG. The laser light 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 . A support base 361 supports a plurality of mirrors 362 and 363 . The support base 361 is attached to the mounting plate 301 so as to be positionally adjustable along the X-axis direction and the Y-axis direction. The mirror 362 reflects the laser light 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 reflecting surface can be angularly adjusted around an axis parallel to the Z-axis. The mirror 363 reflects the laser light L reflected by the mirror 362 in the Z-axis direction. The mirror 363 is attached to the support base 361 so that its reflective surface is angularly adjustable around an axis parallel to the X-axis and positionally adjustable along the Y-axis. The laser beam L reflected by the mirror 363 passes through an opening 361a formed in the support base 361 and enters the laser focusing unit 500 (see FIG. 7) along the Z-axis direction. In other words, the direction in which the laser beam L is emitted by the laser output section 300 matches the moving direction of the laser condensing section 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 adjustment of the support base 361 with respect to the mounting plate 301, the position adjustment of the mirror 363 with respect to the support base 361, and the angle adjustment of the reflecting surfaces of the mirrors 362 and 363 are performed. The position and angle of the optical axis of the emitted laser light L are aligned with the laser condensing section 500 . In other words, the multiple mirrors 362 and 363 are configured to adjust the optical axis of the laser light L emitted from the laser output section 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 converges the laser light L that has passed through the mirror unit 360 onto the workpiece 1 . As shown in FIG. 10 , the laser focusing section 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 portion 501 a causes the laser light L emitted from the laser output portion 300 to enter the housing 501 . The mirror unit 360 and the light incident part 501a are separated when the second moving mechanism 240 moves the laser focusing part 500 along the Z-axis direction (that is, when the laser focusing part 500 moves relative to the mirror unit 360). 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 illustration is omitted, a mirror, a reflective spatial light modulator, and a 4f lens unit are arranged in the housing 501 . In addition, a condensing lens unit (condensing optical system), a driving mechanism, and a pair of distance measuring 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 that has traveled into the housing 501 along the Z-axis direction is reflected by a mirror in a direction parallel to the XY plane and enters the reflective spatial light modulator. The reflective spatial light modulator modulates the laser light L reflected by the mirror and reflects the laser light L along the XY plane. The reflective spatial light modulator is, for example, a reflective liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon) spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator).

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 light L incident on the reflective spatial light modulator and the optical axis of the laser light L emitted from the reflective spatial light modulator form an acute angle. form an angle α. This is because the incident angle and the reflection angle of the laser light L are suppressed to suppress the deterioration of the diffraction efficiency, and the performance of the reflective spatial light modulator is fully exhibited. Also, in the reflective spatial light modulator, the laser light L is reflected as P-polarized light. This is because, when liquid crystal is used for the light modulation layer of the reflective spatial light modulator, in a plane parallel to the plane containing the optical axis of the laser light L entering and exiting the reflective spatial light modulator. This is because when the liquid crystal is oriented so that the liquid crystal molecules are tilted, the laser light L is phase-modulated while the rotation of the plane of polarization is suppressed (see, for example, Japanese Patent No. 3878758). .

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 double-telecentric optical system in which the reflecting surface of the reflective spatial light modulator and the entrance pupil surface of the condensing lens unit are in an imaging relationship. As a result, the image of the laser light L on the reflecting surface of the reflective spatial light modulator (the image of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator) is transferred to the entrance pupil plane of the condenser lens unit ( 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 condensing lens unit condenses the laser light L onto the workpiece 1 (see FIG. 7) supported by the support table 230 . The driving mechanism moves the condensing lens unit along the Z-axis direction by the driving 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。 A pair of ranging sensors are attached to the housing 501 so as to be positioned 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 table 230, and detects the laser light incident surface. Displacement data of the laser beam incident surface of the workpiece 1 is acquired by detecting the light for distance measurement reflected by .

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 (the scanning direction of the laser beam L). Therefore, when the condensing point of the laser beam L is relatively moved along each of the planned cutting lines 5a and 5b, the distance measuring sensor of the pair of distance measuring sensors that precedes the condenser lens unit relatively A sensor acquires the displacement data of the laser beam incident surface of the workpiece 1 along each of the planned cutting lines 5a and 5b. Then, in order to maintain a constant distance between the laser beam incident surface of the workpiece 1 and the focal point of the laser beam L, the driving mechanism moves the condenser lens based on the displacement data acquired by the distance measuring sensor. Move the unit along the Z-axis.
[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 focusing unit 500, the optical axis of the laser light L incident on the reflective spatial light modulator and the laser light emitted from the reflective spatial light modulator are arranged in a plane parallel to the XY plane. and the optical axis of L form an acute angle α. On the other hand, as shown in FIG. 9, in the laser output section 300, the optical path of the laser light L is set along the X-axis direction or the Y-axis direction. Therefore, in the laser output section 300, the λ/2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are used not only as an output adjustment section for adjusting the output of the laser light L, but also as a polarization direction for adjusting the polarization direction of the laser light L. It also needs to function as a coordinator.

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 wavelength plate unit 330 has a holder 331 and a λ/2 wavelength plate 332 . The holder 331 holds the λ/2 wavelength plate 332 so that the λ/2 wavelength plate 332 can rotate about an axis (first axis) XL parallel to the X-axis direction. The λ/2 wavelength plate 332 rotates the polarization direction by an angle 2θ about the axis line XL when the laser light L is incident with the polarization direction inclined by an angle θ with respect to the optical axis (for example, the fast axis). to emit laser light L (see FIG. 12(a)).

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 correcting plate 343 so that the polarizing plate 342 and the optical path correcting plate 343 are integrally rotatable about the axis (second axis) XL as the center line. The light incident surface and the light exit surface of the polarizing plate 342 are inclined by a predetermined angle (eg Brewster's angle). When the laser light L is incident on the polarizing plate 342, the polarizing plate 342 transmits the P-polarized component of the laser light L that matches the polarization axis of the polarizing plate 342, and reflects or absorbs the S-polarized component of the laser light L (see FIG. 12). (b)). The light incident surface and the light exit surface of the optical path correction plate 343 are inclined opposite to the light incident surface and the light exit surface of the polarizing plate 342 . The optical path correction plate 343 returns the optical axis of the laser light L that has 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 about the axis XL, and as shown in FIG. The polarization axis of plate 342 is tilted by angle α. As a result, the polarization direction of the laser light 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 at the reflective spatial light modulator of the laser focusing 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 light L incident on the polarizing plate unit 340 is adjusted, and the light intensity of the laser light L emitted from the polarizing plate unit 340 is adjusted. Adjustment of the polarization direction of the laser light L incident on the polarizing plate unit 340 is performed by rotating the λ/2 wave plate 332 about the axis line XL in the λ/2 wave plate unit 330, as shown in FIG. 12(a). By adjusting the angle of the optical axis of the λ/2 wave plate 332 with respect to the polarization direction of the laser light L incident on the λ/2 wave plate 332 (for example, the direction parallel to the Y-axis direction), 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。
[第1実施形態のレーザ発振器]
As described above, in the laser output unit 300, the λ/2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 serve not only as an output adjustment unit (output attenuation unit in the above example) that adjusts the output of the laser light L, but also , and also functions as a polarization direction adjusting section that adjusts the polarization direction of the laser light L. FIG.
[Laser Oscillator of First 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, laser oscillator 400 includes seed light emitting section 410, preamplifier section (first amplifier section) 420, power amplifier section (second amplifier section) 430, laser light emitting section 440, It has 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 section 410 has a seed light LD (seed light source) 411 . The seed light LD 411 is driven by a pulse generator and pulse-oscillates laser light L, which is the seed light. Laser light L emitted from seed light LD 411 is propagated to preamplifier section 420 by fiber F1 and 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 section 420 has an isolator 421 , a cladding mode stripper 422 , a first laser fiber 423 , one first pumping LD (first pumping light source) 424 , and a combiner 425 . In the preamplifier section 420, the laser light L is propagated through the fibers F3, F4, and F5 to the first laser fiber 423, amplified by the first laser fiber 423, and then propagated through the fibers F6 and F7 to the power amplifier section 430. be done.

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 pumping LD 424 emits first pumping light PL<b>1 with a predetermined wavelength (for example, 915 nm) for exciting the first laser fiber 423 . The first pumping light PL1 emitted from the first pumping LD 424 is propagated to the combiner 425 through the fiber F21. Combiner 425 couples first pump light PL1 to fiber F6 between fibers F6 and F7. The first pumping light PL1 coupled to the fiber F6 enters the first laser fiber 423 and travels in the direction opposite to the traveling direction of the laser light L in the first laser fiber 423 . In this way, preamplifier section 420 employs a backward pumping 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 section 410 while being excited by the first pumping light PL1. The isolator 421 blocks return light (light traveling toward the seed light emitting section 410 side) between the fibers F3 and F4. The cladding mode stripper 422 removes the first pumping light PL1 that has not been 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 cladding mode stripper 433, a second laser fiber 434, and, for example, a plurality (here, six) of second pumping LDs (second pumping light sources) 435. , and a combiner 436 . In the power amplifier section 430, the laser light L is propagated through the fibers F8, F9, and F10 to the second laser fiber 434, amplified by the second laser fiber 434, and then transmitted through the fibers F11, F12, and F13 to the laser light emission section. 440 is propagated.

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 pumping LD 435 emits second pumping light PL2 of a predetermined wavelength (915 nm, for example) for exciting the second laser fiber 434 . 2nd pumping light PL2 emitted from each 2nd pumping LD435 is propagated to the combiner 436 by the fiber F22. A combiner 436 couples the second pumping light PL2 to the fiber F11 between the fibers F11 and F12. The second excitation light PL2 coupled to the fiber F11 enters the second laser fiber 434 and travels in the second laser fiber 434 in the direction opposite to the traveling direction of the laser light L. As shown in FIG. In this way, the power amplifier section 430 employs a backward pumping 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 section 420 while being excited by the second pumping light PL2. The isolator 431 blocks return light (light traveling toward the preamplifier section 420) between the fibers F7 and F8. A bandpass filter 432 removes ASE (Amplified Spontaneous Emission) light generated in the preamplifier section 420 . The cladding mode stripper 433 removes the second pumping light PL2 that has not been 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 light emitting section 440 has a collimator 441 and an isolator (optical component) 442 . The collimator 441 collimates the laser light L emitted from the emission end of the fiber F13. The isolator 442 blocks return light (light traveling into the laser oscillator 400). An emission end of the isolator 442 constitutes an emission end 443 that emits the laser light L amplified by the power amplifier section 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 light L emitted from the seed light emitting section 410, the output of the laser light L amplified by the preamplifier section 420, the output of the laser light L amplified by the power amplifier section 430, and the power amplifier The return light output at section 430 is monitored. Also, the output of the first pumping light PL1 emitted from the first pumping LD 424 and the output of the second pumping light PL2 emitted from the plurality of second pumping LDs 435 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 light L emitted from the seed light emitting part 410 enters the fiber F31 through the coupler 451 provided between the fiber F4 and the fiber F5, and is transmitted to the PD (light receiving element) 452 by the fiber F31. It is propagated and detected by PD452. The output of the laser light L emitted from the seed light emitting section 410 is monitored based on the signal output from the PD 452 .

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 light L amplified by the preamplifier section 420 enters the fiber F32 through the coupler 454 provided between the fiber F9 and the fiber F10, and propagates to the PD (light receiving element) 455 through the fiber F32. detected by PD455. The output of laser light L amplified by preamplifier section 420 is monitored based on the signal output from PD 455 .

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。 Part of the laser light 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 (photodetector) 459 through the fiber F34. detected by PD459. The output of laser light L amplified by power amplifier section 430 is monitored based on the signal output from 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 band-pass filter 432 side) is generated in the second laser fiber 434 of the power amplifier unit 430, part of the return light enters the fiber F33 via the coupler 454 and enters the fiber F33. is propagated to PD 456 by and detected by PD 456 . The output of the returned light from the power amplifier section 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。 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 pumping light PL1 emitted from the first pumping 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 pumping light PL2 emitted from the plurality of second pumping LDs 435 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 pumping light PL2 emitted from the multiple second pumping LDs 435 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. As shown in FIG. A mounting base 471 is provided on the housing 470 . The housing 470 has a first portion 470a and a second portion 470b. The second portion 470b is detachable 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 470 a accommodates the preamplifier section 420 , the power amplifier section 430 and the laser light emitting section 440 . The second portion 470b accommodates the seed light emitting portion 410. As shown in FIG. A fiber cable FC1 for propagating the laser light L from the seed light emitting section 410 to the preamplifier section 420 is stretched 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 accommodated in the first portion 470a so as to face each other (that is, the thickness directions of the first support plate 461 and the second support plate 462 are mutually are arranged such that the first support plate 461 and the second support plate 462 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 rear surface 462b of the second support plate 462 are opposed to each other with a space therebetween, and the front surface 462a of the second support plate 462 and the rear surface 461b of the first support plate 461 face each other. are opposed to each other through a space. The first support plate 461 and the second support plate 462 are respectively 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。 The laser oscillator 400 is attached to the mounting plate 301 via the mounting base 471 in a state in which the rear surface 471b of the mounting base 471 is in contact with the principal surface 301a of the mounting plate 301 and the emission end 443 of the laser beam emitting portion 440 is directed toward the mirror 303. (see Figure 9). In other words, the laser oscillator 400 is attachable/detachable to/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 includes a fiber connector 401, an isolator 421, a coupler 451, a cladding mode stripper 422, a first laser fiber 423, a PD 453, a combiner 425, An isolator 431, a bandpass filter 432 and a coupler 454 are attached. A 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 light L to the second laser fiber 434 extends from the surface 461a of the first support plate 461 to the surface 462a of the second support plate 462 through the notch 461c formed in the first support plate 461. extended.

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, a front surface 462a, a back surface 462b and a side surface 462c of the second support plate 462 are the second laser fiber 434 and the plurality of second pumping LDs 435 of the power amplifier section 430 and the preamplifier section 420. 1 is an arrangement surface of the first pumping LD 424 and the like. 17 is a view of the configuration of the rear surface 462b side of the second support plate 462 as viewed from the front surface 462a side of the second support plate 462. In FIG. 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 cladding mode stripper 433, a second laser fiber 434, a PD 457, a combiner 436, a coupler 458 and a PD 459 are attached to the surface 462a of the second support plate 462. FIG. The second laser fiber 434 is held by a fiber reel (not shown). The fiber F13 that propagates the laser light L to the laser light emitting portion 440 extends from the surface 462a of the second support plate 462 to the surface 471a of the mounting base 471 through a notch 462e formed in the second support plate 462. are 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。 PDs 452 , 455 , 456 and a first excitation LD 424 are attached to a side surface 462 c of the second support plate 462 . A fiber F31 that propagates part of the laser light L to the PD 452, a fiber F32 that propagates a part of the laser light L to the PD 455, and a fiber F33 that propagates the return light to the PD 456 are connected between 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 via a gap formed between the inner surface of the first portion 470a. The fiber F21 for propagating the first pumping light PL1 to the combiner 425 passes through the gap formed between the first support plate 461 and the inner surface of the first portion 470a of the housing 470 to the side surface 462c of the second support plate 462. to the surface 461 a 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 excitation LDs 435 are attached to the rear surface 462 b of the second support plate 462 . The fiber F22 that propagates the second pumping light PL2 to the combiner 436 extends from the rear surface 462b of the second support plate 462 to the front surface 462a of the second support plate 462 via a notch 462d formed in the second support plate 462. exist.

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. As shown in FIGS. Cooling water (refrigerant) W is circulated and supplied to the pipe 462f. Thereby, the second support plate 462 functions as a cooling plate provided with a cooling water W flow path. In the laser oscillator 400, the first laser fiber 423 of the preamplifier section 420 is arranged on the first support plate 461, while the second laser fiber 434 and the plurality of second pumping LDs 435 of the power amplifier section 430 and the preamplifier section 420 first pump LDs 424 are arranged on the second support plate 462 . Thereby, the second laser fiber 434 and the plurality of second pumping LDs 435 of the power amplifier section 430 and the first pumping LD 424 of the preamplifier section 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, the support member 402, the collimator 441 and the isolator 442 are attached to the surface 471a of the attachment base 471. As shown in FIG. That is, the laser light emitting portion 440 is arranged on the mounting base 471 . As shown in FIG. 19, a concave portion 471c is formed on the rear surface 471b of the mounting base 471. As shown in FIG. Signal processing boards 403 and 404 output from the PDs 452, 455, 456, 457 and 459 and a memory board 405 are attached to the inner surface of the recess 471c. 19 is a view of the configuration of the rear surface 471b side of the mounting base 471 as viewed from the front surface 471a side of the mounting base 471, and the configuration of the front surface 471a side of the mounting base 471 is omitted in FIG.

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。
[第1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. A fiber F13 for propagating the laser light L from the power amplifier section 430 to the laser light emitting section 440 is arranged on the supporting surface 402a. 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. It is inclined so that it is located on the lower side as it approaches .
[Actions and effects of the first embodiment]

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。 The laser oscillator 400 includes a seed light emitting section 410 having a seed light LD 411 that emits a laser light L that is seed light, a first laser fiber 423 that propagates the laser light L emitted from the seed light emitting section 410, and a second A preamplifier section 420 having a first pumping LD 424 that emits a first pumping light PL1 for pumping one laser fiber 423, a second laser fiber 434 that propagates the laser light L amplified by the preamplifier section 420, and a second A power amplifier section 430 having a second pumping LD 435 that emits a second pumping light PL2 for pumping a laser fiber 434, and an emission end 443 that emits the laser light L amplified by the power amplifier section 430 to the outside are provided. A laser light emitting unit 440 having an isolator 442, a first support plate 461 having a first laser fiber 423 arranged thereon, a second laser fiber 434, a first pumping LD 424 and a second pumping LD 435 are arranged, and cooling water W and a second support plate 462 provided with a flow path of . The first support plate 461 and the second support plate 462 are arranged so as to face each other (that is, the thickness directions of the first support plate 461 and the second support plate 462 are aligned with each other and viewed from the thickness direction). are arranged such that the first support plate 461 and the second support plate 462 overlap each other in some cases).

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 that easily generates heat, the cooling of the first pumping LD 424 and the second pumping LD 435 that easily generate heat is performed by cooling the second laser fiber 434 in which the cooling water W flow path is provided. Implemented by support plate 462 . Moreover, the first support plate 461 on 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 section 420 and the power amplifier section 430, which are laser amplifier sections, 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 surface 462a, the back surface 462b and the side surface 462c of the second support plate 462 are arranged surfaces for the second laser fiber 434, the first pumping LD424, the second pumping LD435 and the like. As a result, the front surface 462a, the rear surface 462b, and the side surfaces 462c of the second support plate 462, which function as cooling plates, can be effectively used to reliably prevent the second support plate 462 from increasing in size.

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 laser oscillator 400 , seed light emitting section 410 , preamplifier section 420 , power amplifier section 430 , laser light emitting section 440 , first support plate 461 and second support plate 462 are housed in housing 470 . This facilitates 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 laser oscillator 400, PDs 452, 455, and 459 that detect part of laser light L are arranged on second support plate 462 that functions as a cooling plate. Thereby, each PD 452, 455, 459 can be operated at an appropriate temperature. In particular, when Si (silicon) photodiodes are used for the PDs 452, 455, and 459 and the wavelength of the laser light L to be detected is 1098 nm, the PDs 452, 455, and 459 are arranged on the second support plate 462. is important to maintain stable sensitivity to the 1098 nm wavelength. When a Si photodiode is used for the PD 453 and the wavelength of the first excitation light PL1 to be detected is 915 nm, even if the temperature of the PD 453 rises slightly, the sensitivity is stable with respect to the wavelength of 915 nm. is maintained, there is less need to place the PD 453 on the second support plate 462 .

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 section. Thereby, enlargement of the laser processing apparatus 200 can be suppressed.

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、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。 In addition, the laser oscillator 400 includes a seed light emitting section 410 having a seed light LD 411 for emitting a laser light L as seed light, a first laser fiber 423 for propagating the laser light L emitted from the seed light emitting section 410, and a preamplifier section 420 having a first pumping LD 424 that emits the first pumping light PL1 for pumping the first laser fiber 423, a second laser fiber 434 that propagates the laser light L amplified by the preamplifier section 420, and A power amplifier section 430 having a second pumping LD 435 that emits a second pumping light PL2 for pumping a second laser fiber 434, and an emission end 443 that emits laser light L amplified by the power amplifier section 430 to the outside. A laser light emitting section 440 having an isolator 442 provided thereon, and a housing 470 having a mounting base 471 and housing the seed light emitting section 410, the preamplifier section 420, the power amplifier section 430, and the laser light emitting section 440. Prepare. The isolator 442 provided with the output 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 section 410 , the preamplifier section 420 , the power amplifier section 430 and the laser light emitting section 440 are accommodated in the housing 470 . Therefore, handling of the laser oscillator 400 is easy. Also, an isolator 442 provided with an output end 443 is arranged on a mounting base 471 of the housing 470 . As a result, for example, when the laser oscillator 400 is mounted on the laser processing apparatus 200 via the mounting base 471, vibrations may occur in the laser processing apparatus 200, or due to changes in the operating environment temperature of the laser processing apparatus 200. Even if the housing 470 or the like is deformed due to deformation, the position and angle of the output end 443 are unlikely to shift. Therefore, the position and angle of the optical axis of the laser light L emitted from the laser oscillator 400 are stabilized. Particularly in the case of forming a modified region inside the object 1, severer irradiation conditions for the laser beam L are required than in the case of performing ablation processing, welding processing, or the like. It is desirable that the position and angle of the optical axis of the laser light L emitted from the oscillator 400 to the outside be 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 in the first support plate 461 housed in the housing 470, and at least the second laser fiber 423 is arranged in the second support plate 462 housed in the housing 470. 434 are arranged. Thereby, the first laser fiber 423 and the second laser fiber 434 can be properly supported inside 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 , a flow path for cooling water W is provided in the second support plate 462 , and the first pumping LD 424 and the second pumping LD 435 are arranged on the second support plate 462 . This makes it possible to efficiently cool the first pumping LD 424 and the second pumping LD 435, which tend to generate heat, in addition to the second laser fiber 434, which tends to generate heat, 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 . As a result, the footprint of the laser oscillator 400 can be reduced while simplifying the arrangement of the optical path of the laser light L from the preamplifier section 420 to the laser light 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 includes a first portion 470a that houses the preamplifier section 420, the power amplifier section 430, and the laser light emitting section 440, and is detachable from the first section 470a. and a second portion 470b that accommodates the . Thus, by attaching and detaching the second portion 470b to and from the first portion 470a, maintenance of the seed light emitting portion 410 can be facilitated.

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 F<b>13 that propagates the laser light L from the power amplifier section 430 to the laser light emitting section 440 is arranged on the support surface 402 a of the support member 402 provided on the mounting base 471 . As a result, the fiber F13 that propagates the amplified laser light L can be properly supported (while maintaining the required bending diameter), so that the laser light L can be prevented from leaking from the fiber F13. 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 apparatus 200, since the laser condensing section 500 is mounted on the apparatus frame 210 so as to be movable, the laser oscillator 400 does not need to be moved. Therefore, the stability of the position and angle of the optical axis of the laser light L emitted from the laser oscillator 400 to the outside can be more reliably maintained, and the laser light L can be applied to the workpiece 1 under severe irradiation conditions. be able to.

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。 Also, in the laser output section 300 , the laser oscillator 400 , the λ/2 wavelength plate unit 330 , the polarizing plate unit 340 and the mirror unit 360 are arranged on the main surface 301 a of the mounting plate 301 . Accordingly, by attaching and detaching the mounting plate 301 to and from the device frame 210 of the laser processing device 200 , the laser output section 300 can be easily attached and detached to and from the laser processing device 200 . The optical path of the laser light L from the laser oscillator 400 to the mirror unit 360 via the λ/2 wavelength 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. , and the mirror unit 360 emits the laser light L to the outside along the direction intersecting with the plane. As a result, for example, when the emission direction of the laser light L is along the vertical direction, the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the laser processing apparatus 200 because the height of the laser output unit 300 is reduced. . Furthermore, the mirror unit 360 has mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser beam L. As shown in FIG. Accordingly, when the laser output unit 300 is attached to the device frame 210 of the laser processing device 200, the position and angle of the optical axis of the laser light 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 apparatus 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。
[第2実施形態のレーザ発振器]
Note that if the optical component provided with the output end 443 in the laser beam output 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 the laser processing apparatus 200 vibrates or the housing 470 or the like is deformed due to changes in the operating environment temperature of the laser processing apparatus 200 or the like, the position and angle of the output end 443 are unlikely to shift. Therefore, if the optical component provided with the emission end 443 in the laser beam emission section 440 is arranged on the mounting base 471, the position and angle of the optical axis of the laser beam L emitted from the laser oscillator 400 to the outside are stabilized. . As an example, as shown in (a) of FIG. 21, the preamplifier section 420 and the power amplifier section 430 may be arranged in parallel along the horizontal direction on the laser light emitting section 440, or (b) of FIG. ) and (c), even if the laser light emitting section 440, the preamplifier section 420, and the power amplifier section 430 are arranged in parallel along the horizontal direction, the laser light emitting section 440 does not have the emitting end 443. If the optical component is arranged on the mounting base 471, the position and angle of the optical axis of the laser light L emitted from the laser oscillator 400 to the outside are stabilized.
[Laser Oscillator of Second Embodiment]

第2実施形態のレーザ発振器400は、第1筐体470と、第2筐体480と、ファイバケーブルFC2と、を備える点で、上述した第1実施形態のレーザ発振器400と主に相違している。図22に示されるように、第1筐体470は、種光出射部410、プリアンプ部420、パワーアンプ部430、第1支持プレート461及び第2支持プレート462を収容している。第2筐体480は、レーザ光出射部440を収容している。ファイバケーブルFC2は、第1筐体470と第2筐体480との間に掛け渡されており、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。 The laser oscillator 400 of the second embodiment is mainly different from the laser oscillator 400 of the first embodiment described above in that it includes a first housing 470, a second housing 480, and a fiber cable FC2. there is As shown in FIG. 22 , the first housing 470 accommodates the seed light emitting section 410 , the preamplifier section 420 , the power amplifier section 430 , the first support plate 461 and the second support plate 462 . The second housing 480 accommodates the laser light emitting section 440 . The fiber cable FC2 is stretched between the first housing 470 and the second housing 480 and propagates the laser light L from the power amplifier section 430 to the laser light emitting section 440 .

図23に示されるように、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は、第1支持プレート461の裏面461bに取り付けられている。第1支持プレート461の表面461a側の構成は、上述した第1実施形態のレーザ発振器400と同様である。なお、図23は、第1支持プレート461の裏面461b側の構成を第1支持プレート461の表面461a側から見た図であり、図23では、第1支持プレート461の表面461a側の構成が省略されている。 As shown in FIG. 23, the signal processing boards 403 and 404 output from the PDs 452, 455, 456, 457 and 459 and the memory board 405 are attached to the rear surface 461b of the first support plate 461. As shown in FIG. The configuration of the surface 461a side of the first support plate 461 is the same as that of the laser oscillator 400 of the first embodiment described above. 23 is a view of the configuration of the rear surface 461b side of the first support plate 461 as viewed from the front surface 461a side of the first support plate 461. In FIG. omitted.

図24に示されるように、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は、ファイバケーブルFC2に接続されている。第2支持プレート462の表面462a側の構成及び裏面462b側の構成は、上述した第1実施形態のレーザ発振器400と同様である。 As shown in FIG. 24, the fiber F13 that propagates the laser light L from the power amplifier section 430 to the laser light emitting section 440 is connected to the fiber cable FC2. The configuration of the front surface 462a side and the configuration of the rear surface 462b side of the second support plate 462 are the same as those of the laser oscillator 400 of the first embodiment described above.

図25に示されるように、第2筐体480が有する取付ベース481の表面481aには、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。ファイバケーブルFC2によって伝播させられたレーザ光Lは、ファイバF14によってコリメータ441に伝播させられる。 As shown in FIG. 25, the collimator 441 and the isolator 442 are attached to the surface 481a of the attachment base 481 of the second housing 480. As shown in FIG. Laser light L propagated by fiber cable FC2 is propagated to collimator 441 by fiber F14.

以上のように構成されたレーザ発振器400によれば、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に対するレーザ光出射部440の配置の自由度が向上する。
[変形例]
According to the laser oscillator 400 configured as described above, the degree of freedom of arrangement of the laser light emitting section 440 with respect to the preamplifier section 420 and the power amplifier section 430, which are laser amplifying sections, is improved.
[Modification]

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-described embodiment, the preamplifier unit 420 employs a backward pumping configuration. configurations may be employed. Similarly, in the above-described embodiment, the power amplifier unit 430 employs a backward pumping configuration. Configurations of excitation may be employed.

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 processing apparatus 200 that forms a modified region inside the workpiece 1, but is installed in a laser processing apparatus that performs other laser processing such as ablation processing, welding processing, etc. It is also possible to

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, instead of the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343, a cubic polarizing member may be used. A cubic polarizing member is a member having a rectangular parallelepiped shape, in which side surfaces of the member facing each other are a light incident surface and a light emitting surface, and a layer functioning as 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 along which the λ/2 wavelength plate 332 rotates and the axis along which the polarizing plate 342 rotates may not 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 section 300 has the mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser light L emitted from the laser output section 300. At least one mirror may be provided for adjusting the optical axis of the laser beam L to be emitted.

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、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、452,455,459…PD(受光素子)、461…第1支持プレート、462…第2支持プレート、462a…表面、462b…裏面、462c…側面、470…筐体、第1筐体、480…第2筐体、500…レーザ集光部、FC2…ファイバケーブル、L…レーザ光、PL1…第1励起光、PL2…第2励起光、W…冷却水(冷媒)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Object to be processed, 200... Laser processing apparatus, 210... Apparatus frame, 230... Support stand (support part), 301... Mounting plate, 330... λ/2 wavelength plate unit (output adjustment part), 340... Polarizing plate unit (output adjusting unit) 360 mirror unit 362, 363 mirror 400 laser oscillator 410 seed light emitting unit 411 seed light LD (seed light source) 420 preamplifier unit (first amplifier unit) 423... First laser fiber 424... First pumping LD (first pumping light source) 430... Power amplifier unit (second amplifier unit) 434... Second laser fiber 435... Second pumping LD (second pumping light source) ), 440...Laser light emitting part, 442...Isolator (optical component), 443...Emitting end, 452, 455, 459...PD (light receiving element), 461...First supporting plate, 462...Second supporting plate, 462a... Front surface 462b Back surface 462c Side surface 470 Housing First housing 480 Second housing 500 Laser focusing unit FC2 Fiber cable L Laser light PL1 First excitation light , PL2... second excitation light, W... cooling water (refrigerant).

Claims (7)

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、
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部分の上面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
前記第1部分の下壁は、取付ベースを構成しており、
前記レーザ光出射部は、前記第1部分内において前記取付ベースに配置されている、レーザ発振器。
a seed light emitting unit having a seed light source for emitting laser light, which is seed light;
a first amplifier section having a first laser fiber for propagating the laser light emitted from the seed light emitting section and a first excitation light source for emitting first excitation light for exciting the first laser fiber;
a second amplifier unit having a second laser fiber for propagating the laser light amplified by the first amplifier unit and a second pumping light source for emitting a second pumping light for pumping the second laser fiber;
a laser light emitting section having an optical component provided with an emitting end for emitting the laser light amplified by the second amplifier section to the outside;
a housing that accommodates the seed light emitting unit, the first amplifier unit, the second amplifier unit, and the laser light emitting unit;
The housing is
a first portion housing the first amplifier section, the second amplifier section, and the laser light emitting section;
a second portion that is detachable from the upper surface of the first portion and that accommodates the seed light emitting portion;
The lower wall of the first portion forms a mounting base,
The laser oscillator , wherein the laser light emitting section is arranged on the mounting base within the first portion .
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、
前記第2レーザファイバ、前記第1励起光源及び前記第2励起光源が配置され、冷媒の流路が設けられた第2支持プレートと、
前記種光出射部から前記第1アンプ部に前記レーザ光を伝播させるファイバケーブルと、を更に備え、
前記筐体は、前記第1支持プレート及び前記第2支持プレートを更に収容しており、
前記第1支持プレート及び前記第2支持プレートは、互いに対面するように配置されており、
前記光学部品は、前記第1支持プレート及び前記第2支持プレートのそれぞれの厚さ方向から見た場合に前記第1支持プレート及び前記第2支持プレートと重なるように配置されており、
前記光学部品の前記出射端は、前記筐体において前記筐体の外部に臨んでおり、
前記第1部分は、前記第1支持プレート及び前記第2支持プレートを収容しており、
前記ファイバケーブルは、前記第1部分と前記第2部分との間に掛け渡されている、請求項1に記載のレーザ発振器。
a first support plate on which the first laser fiber is arranged;
a second support plate on which the second laser fiber, the first excitation light source and the second excitation light source are arranged and a coolant flow path is provided;
a fiber cable for propagating the laser light from the seed light emitting unit to the first amplifier unit,
the housing further houses the first support plate and the second support plate;
The first support plate and the second support plate are arranged to face each other,
The optical component is arranged so as to overlap the first support plate and the second support plate when viewed from the respective thickness directions of the first support plate and the second support plate,
The output end of the optical component faces the outside of the housing in the housing,
the first portion houses the first support plate and the second support plate;
2. The laser oscillator according to claim 1, wherein said fiber cable is stretched between said first portion and said second portion.
前記第2支持プレートの表面及び裏面は、前記第2レーザファイバ、前記第1励起光源及び前記第2励起光源の配置面である、請求項2記載のレーザ発振器。 3. The laser oscillator according to claim 2, wherein a front surface and a back surface of said second support plate are surfaces on which said second laser fiber, said first excitation light source and said second excitation light source are arranged. 前記第2支持プレートの側面は、前記配置面である、請求項3記載のレーザ発振器。 4. The laser oscillator according to claim 3, wherein the side surface of said second support plate is said placement surface. 前記種光源と前記第1レーザファイバとの間の位置、前記第1レーザファイバと前記第2レーザファイバとの間の位置、及び前記第2レーザファイバと前記光学部品との間の位置の少なくとも1つの位置において、前記レーザ光の一部を検出する少なくとも1つの受光素子を更に備え、
少なくとも1つの前記受光素子は、前記第2支持プレートに配置されている、請求項2~4のいずれか一項記載のレーザ発振器。
at least one of a position between the seed light source and the first laser fiber, a position between the first laser fiber and the second laser fiber, and a position between the second laser fiber and the optical component further comprising at least one light receiving element that detects a portion of the laser light at one position;
5. The laser oscillator according to claim 2, wherein said at least one light receiving element is arranged on said second support plate.
前記光学部品は、戻り光を遮断するアイソレータである、請求項1~5のいずれか一項記載のレーザ発振器。 6. The laser oscillator according to claim 1, wherein said optical component is an isolator for blocking return light. 請求項1~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、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。
a laser oscillator according to any one of claims 1 to 6 ;
an output adjustment unit that adjusts the output of the laser light emitted from the emission end of the laser oscillator;
a mirror unit having a mirror for adjusting the optical axis of the laser beam that has passed through the output adjustment unit;
a mounting plate to which the laser oscillator, the output adjustment section and the mirror unit are mounted;
a device frame to which the mounting plate is attached;
a support part that is attached to the apparatus frame and supports the object to be processed;
and a laser beam condensing unit attached to the apparatus frame so as to be movable with respect to the mirror unit, the laser condensing unit condensing the laser beam that has passed through the mirror unit onto the object to be processed.
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