JPH04167992A - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JPH04167992A
JPH04167992A JP2293130A JP29313090A JPH04167992A JP H04167992 A JPH04167992 A JP H04167992A JP 2293130 A JP2293130 A JP 2293130A JP 29313090 A JP29313090 A JP 29313090A JP H04167992 A JPH04167992 A JP H04167992A
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laser
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laser beam
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light
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Hideo Hara
秀雄 原
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザ加工装置にかかり、特にレーザ光に対
して透過性を有する材料を精密に加工する場合等に利用
できるものに関する。
[従来の技術] 例えば、ガラス等の可視領域の光線に透明な材料の切断
を行うレーザ加工装置としては、従来波長10.6μm
のCO2レーザ加工装置が用いられるのが一般的であっ
た。
しかしながら、CO2レーザによる加工は、材料に対す
るレーザ光の吸収がよいことから効率のよい加工が可能
である反面、レーザ光が材料中に侵入してまもなく吸収
されてその部分の材料を強力に溶融もしくは蒸散させて
しまう。それゆえ、厚みのある材料では、材料の上方か
ら徐々に蒸散していくため、きれいな加工表面が得られ
ないとともに熱歪が残るおそれも高い。さらには、波長
が長いことから、精密加工には向かないという問題があ
った。
このため、近年にいたり、CO2レーザに比較して波長
の短いレーザ光、例えば、波長1.06μmのNd:Y
AGレーザを用いて透明体の精密な加工を行う試みがな
されている。これによれば、レーザ光は厚み方向に比較
的均一に吸収されるから、所定以上のパワーを加えると
、厚み方向の各部位が同時に加熱融解されて比較的奇麗
な加工面が得られると共に、波長が短いから、精密な加
工も可能である。
[発明が解決しようとする課題] ところが、このような透明体に対してはレーザ光のエネ
ルギーがわずかしか吸収されないので、加工を可能とす
るためには著しく大出力のレーザ装置が必要になるとい
う問題点があった。
本発明は上述の背影のもとでなされたものであり、特に
レーザ光の吸収の少ない材料の加工を比較的小さい出力
のレーザ装置で行うことを可能とするレーザ加工装置を
提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、以下の各構成とすることにより、上述の課題
を解決している。
(1)レーザ光を被加工物の加工箇所に集光して加工を
行うレーザ加工装置において、 前記被加工物の加工箇所に集光されたレーザ光のうち該
被加工物に吸収されずに透過したレーザ光を位相共役鏡
によって反射して再度前記被加工物の加工箇所に集光さ
せるようにしたことを特徴とする構成。
(2)レーザ発振器と、 このレーザ発振器から射出されたレーザ光を集束して被
加工物の加工箇所に集光させる第1の集束レンズ系と、 前記被加工物に集光されたレーザ光のうち該被加工物に
吸収されずに透過した発散レーザ光を集束光にする第2
の集束レンズ系と、 この第2の集束光学系を通過してきたレーザ光を位相共
役波として反射して再度前記被加工物の加工箇所に集光
させる位相共役鏡とを備えた構成。
(3)レーザ発振器と、 二のレーザ発振器から射出されたレーザ光を入射して該
入射レーザ光が直線偏光でない場合にはこれを直線偏光
にして射出する偏光手段と、前記レーザ発振器から直接
または前記偏光手段を介して射出された直線偏光のレー
ザ光を反射してその進路を変更し、一方、この直線偏光
のレーザ光の偏光面とその偏光面が90°をなす偏光面
を有する直線偏光のレーザ光を通過させる偏光ビームス
プリッタと、 前記偏光ビームスプリッタによって反射されたレーザ光
を集束して被加工物の加工箇所に集光させる第1の集束
レンズ系と、 前記被加工物に集光されたレーザ光のうち該被加工物に
吸収されずに透過した発散レーザ光を集束光にする第2
の集束レンズ系と、 この第2の集束レンズ系を通過してきたレーザ光を位相
共役波として反射して再度前記被加工物の加工箇所に集
光させる第1の位相共役鏡と、前記被加工物と第1の位
相共役鏡との間に介在されて往復通過する光の偏光面を
90°変える偏光面変更手段と、 前記第1の位相共役鏡によって反射されて前記被加工物
の加工箇所に集光された光のうち該被加工物に吸収され
ずに透過したレーザ光であって、前記第1の集束レンズ
系及び前記偏光ビームスプリッタを通過してきたレーザ
光を集束する第3の集束レンズ系と、 この第3の集束レンズ系を通過してきたレーザ光を位相
共役波として反射して前記被加工物の加工箇所に集光さ
せる第2の位相共役鏡とを備えた構成。
[作用] 上述の構成(1)によれば、被加工物を透過したレーザ
光は、位相共役鏡によって反射される。この位相共役鏡
は、入射波を位相共役波として、すなわち、あたかも時
間をかさのぼるごとく入射波と全く同一の条件のもとて
入射波と同一方向を入射波と逆向きに進む光波として反
射するから、この位相共役鏡による反射光は、最初にレ
ーザ光が集光された加工箇所に再度正確に集光される。
すなわち、吸収されずに通過したレーザ光は、再度正確
に同一の加工箇所に照射されるから吸収率が小さい材料
でもトータルの吸収量を多くすることができ、比較的弱
いパワーのレーザ光によっても加工が可能となる。
また、構成(2)によれば、最初に照射されたレーザ光
のうち被加工物に吸収されずに通過したレーザ光は位相
共役鏡によって再度被加工物に照射されるから、比較的
単純な構成により、1つのレーザ発振器で被加工物にレ
ーザ光を2回照射させることができるレーザ加工装置を
得ることができる。
また、構成(3)においては、最初に照射されたレーザ
光のうち被加工物に吸収されずに通過したレーザ光は第
1の位相共役鏡によって再度被加工物に照射され、また
、この照射によっても吸収されなかったレーザ光は第2
の位相共役鏡よって反射されて被加工物に3度目の照射
を行い、さらにこの照射によっても吸収されなかったレ
ーザ光は前記第1の位相共役鏡によって再度反射されて
被加工物に4度目の照射を行う。4度目に吸収されなか
ったレーザ光は偏光面が90°ずれているから偏光ビー
ムスプリッタによって反射されてレーザ発振器にいたっ
て消滅する。したがってこの構成(3)によれば、1つ
のレーザ発振器で被加工物にレーザ光を4回照射させる
ことができるレーザ加工装置が得られる [実施例] 策よ実施刊 第1図は本発明の第1実施例にがかるレーザ加工装置の
構成を示す図である。以下、第1図を参照にしながら第
1実施例を詳述する。
第1図において、符号1はレーザ発振器、符号2はλ/
4波長板、符号3はミラー、符号4a。
4b、4cは集光レンズ、符号5は被加工物、符号6は
透明ステージ、符号7は位相共役鏡である。
レーザ発振器1は、波長1.06μmのレーザ光を発振
するNd:YAGレーザ発振器である。
このレーザ発振器1からは単一横モード(TEM00)
の直線偏光のパルスレーザ光り。が射出される。
このレーザ発振器1から射出されるレーザ光Loの進路
上には、λ/4波長板2及びミラー3が配置されている
。λ/4波長板2は、レーザ発振器1から射出される直
線偏光のレーザ光を円偏光に変換するものであり、ミラ
ー3は、レーザ光Loの進路を90°変えてこれを集光
レンズ4aに導く。
集光レンズ4aは、レーザ光Loを集光して被加工物5
に照射する。
被加工物5は、ガラス等の透明体であり、X。
Yの位置調整が可能な透明ステージ6上に載置されてい
る。なお、この透明ステージ6の表面には必要に応じて
反射防止用の薄膜であるARコートが施される。
透明ステージ6の下方には集光レンズ4b及び4Cが所
定の間隔をおいて配置されている。
集光レンズ4bは、被加工物5及び透明ステージ6を通
過してきた発散レーザ光Lo1を平行光に変え、また、
集光レンズ4cは、この平行光を集束光に変えて、位相
共役鏡7に入射させる。
位相共役鏡7は、上部に光学ガラスからなる入射窓を設
けた容器内に二硫化炭素(C82)の液体を満たしたも
のであり、入射窓から入射したレーザ光を誘導プリリュ
アン散乱(StiI!1urated Br111io
uin 5catterinp) L、位相共役波とし
て反射する。すなわち、この位相共役鏡によって反射さ
れると、入射波はあたかも時間をさかのぼるように入射
波と同一の位相を保持して入射方向と同一方向を逆向き
に進むことになる。
したがって、この位相共役鏡7によって反射されたレー
ザ光Lrlは、集光レンズ4C及び4bを透過光り。1
と全く同一の光路を逆向きにたどって被加工物5の完全
に同一の加工箇所に再度正確に。
集束される。
したがって、被加工物5の加工箇所には、レーザ光LO
と反射光Lrlとが照射されることになり、従来に比較
してほぼ2倍の出力のレーザ発振器を用いた場合と同等
の効果を得ることができる。
!λ去施ヨ 第2図は本発明の第2実施例にがかるレーザ加工装置の
構成を示す図である。以下、第2図を参照しながら第2
実施例を詳述する。
この実施例は、位相共役鏡を2つ用いて、被加工物にレ
ーザ光を4回照射するようにしたもので、基本的な構成
は第1実施例と共通するので、共通する部分には同一の
符号を付してその説明を省略し、以下では、相違点のみ
を説明する。
この実施例が第1実施例と異なる点は、第1実施例にお
けるλ/4波長板2は用いず、ミラー3のかわりに偏光
ビームスプリッタ31を用い、さらに、被加工物5に対
する集光光路の光軸の延長上において、偏光ビームスプ
リッタ31の外側に新たに集光レンズ4dを介して第2
の位相共役鏡9を設けると共に、集光レンズ4bと4c
との間にλ/4板8を設けた点である。この構成により
、被加工物5をレーザ光が4回通過することになる。
すなわち、レーザ発振器1からは、紙面に垂直な偏光方
向を持つレーザ光L0が射出される。このレーザ光り。
は、偏光ビームスプリッタ31によって、90°進路を
変えられて、集光レンズ4aを通じて被加工物5に集光
される。ここで吸収されなかった透過光り。1は、集光
レンズ4bと40によって集束光にされると共に、λ/
4板8によって円偏光にされた後、位相共役鏡7に入射
する。
位相共役鏡7によって反射された反射光Lrlは、入射
光Lo1と全く同一の経路をたどり、再度被加工物5に
集光されるが、λ/4板8を通過することによって紙面
と平行な直線偏光に変えられている。この反射光Lrl
のうち被加工物5に吸収されずに透過した透過光り、1
1は、集光レンズ4aを通過することにより平行光にさ
れた後、偏光ビームスプリッタ31に入射するが、紙面
と平行な直線偏光であるため、この偏光ビームスプリッ
タ31を透過して直進し、集光レンズ4dによって集束
光にされてから第2の位相共役鏡9に入射する。
第2の位相共役鏡9によって反射された反射光Lr2は
、集光レンズ4d、I光ビームスプリッタ31及び集光
レンズ4aを逆向きに進行して被加工物5の加工箇所に
集光され、この部分に3度目の照射を行う。
ここで吸収されなかった透過光り、21は、前記と同様
にして位相共役鏡7によって反射されて反射光Lr3と
して被加工物5に集光され、4度目の照射を行う。この
場合、反射光Lr3は、λ/4板8を往復することによ
って紙面に垂直な偏光になっている。したがって、この
反射光Lr3のうち被加工物5に吸収されずに透過した
光り、31は、偏光ビームスプリッタ31によって反射
されてレーザ発振器1に至り消滅する。なお、レーザ発
振器1から射出されるレーザ光が直線偏光でない場合は
、レーザ発振器1v偏光ビームスプリツタ31との間に
偏光手段を介在させてこれを直i偏光にすれば良い。
上述の第2実施例によれば、レーザ発振器1がら射出さ
れたレーザ光が被加工物に4回照射されることになり、
したがって、略4倍のパワーのレーザ発振器を用いた場
合に近い加工特性を得ることが可能である。
また、本実施例では直交する直線偏光のレーザ光をそれ
ぞれ2回ずつ被加工物5に照射しているので、円偏光で
照射した場合と同等の良好な加工形状が得られる。
なお、以上の実施例においては、レーザ発振器1として
YAGレーザ発振器を用いた場合について説明したが、
被加工物5が赤外領域の光をほぼ透過するものである場
合には、YLFレーザ発振器、アレクサンドライトレー
ザ発振器等の固体レーザ発振器、または、半導体レーザ
発振器を用いることができる。
また、被加工物5が可視領域の光をほぼ透過するような
場合には、ルビーレーザ発振器、または、半導体レーザ
発振器等の可視領域のレーザ光を発振するレーザ発振器
を使用することにより上述の実施例と同様の加工を施す
ことができる。
さらに、紫外領域をほぼ透過する被加工物の加工にはエ
キシマレーザ光等の紫外領域のレーザ光を発振するレー
ザ発振器を使用することにより同様の加工を施すことが
できる。
また、上述の実施例では、集光レンズ4a、4b、4c
、4dを1枚の凸レンズで構成する例を示したが、複数
枚のレンズで構成しても良い。
さらに、上述の実施例では、位相共役鏡を構成するため
の液体として、二硫化炭素を用いた場合を例に掲げたが
、これは、例えば、四塩化チタン<TiC,1)4)、
四塩化スズ(SnCN4)等を用いても良い。
また、被加工物に対するレーザ光の集束の度合及び集束
位置を調整することにより被加工物の圧さ方向における
特定の箇所、例えば、表面もしくは内部のみを加工する
こともできる。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明は、 被加工物の加工箇所に集光されたレーザ光のうち該被加
工物に吸収されずに透過したレーザ光を位相共役鏡によ
って反射して再度前記被加工物の加工箇所に集光させる
ようにしたことにより、レーザ光の吸収の少ない材料の
加工を比較的小さい出力のレーザ装置で行うことを可能
とするレーザ加工装置を得ているものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例にががるレーザ加工装置の
構成を示す図、第2図は本発明の第2実施例にがかるレ
ーザ加工装置の構成を示す図である。 1・・・レーザ発振器、2・・・λ/4波長板、3・・
・ミラー、4a、4b、4c・・・集光レンズ、5・・
・被加工物、6・・・透明ステージ、7・・・位相共役
鏡、8・・・λ/4.9・・・第2の位相共役鏡、31
・・・偏光ビームスプリッタ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)レーザ光を被加工物の加工箇所に集光して加工を
    行うレーザ加工装置において、 前記被加工物の加工箇所に集光されたレーザ光のうち該
    被加工物に吸収されずに透過したレーザ光を位相共役鏡
    によって反射して再度前記被加工物の加工箇所に集光さ
    せるようにしたことを特徴とするレーザ加工装置。
  2. (2)レーザ発振器と、 このレーザ発振器から射出されたレーザ光を集束して被
    加工物の加工箇所に集光させる第1の集束レンズ系と、 前記被加工物に集光されたレーザ光のうち該被加工物に
    吸収されずに透過した発散レーザ光を集束光にする第2
    の集束レンズ系と、 この第2の集束光学系を通過してきたレーザ光を位相共
    役波として反射して再度前記被加工物の加工箇所に集光
    させる位相共役鏡とを備えたレーザ加工装置。
  3. (3)レーザ発振器と、 このレーザ発振器から射出されたレーザ光を入射して該
    入射レーザ光が直線偏光でない場合にはこれを直線偏光
    にして射出する偏光手段と、前記レーザ発振器から直接
    または前記偏光手段を介して射出された直線偏光のレー
    ザ光を反射してその進路を変更し、一方、この直線偏光
    のレーザ光の偏光面とその偏光面が90゜をなす偏光面
    を有する直線偏光のレーザ光を通過させる偏光ビームス
    プリッタと、 前記偏光ビームスプリッタによって反射されたレーザ光
    を集束して被加工物の加工箇所に集光させる第1の集束
    レンズ系と、 前記被加工物に集光されたレーザ光のうち該被加工物に
    吸収されずに透過した発散レーザ光を集束光にする第2
    の集束レンズ系と、 この第2の集束レンズ系を通過してきたレーザ光を位相
    共役波として反射して再度前記被加工物の加工箇所に集
    光させる第1の位相共役鏡と、前記被加工物と第1の位
    相共役鏡との間に介在されて往復通過する光の偏光面を
    90゜変える偏光面変更手段と、 前記第1の位相共役鏡によって反射されて前記被加工物
    の加工箇所に集光された光のうち該被加工物に吸収され
    ずに透過したレーザ光であって、前記第1の集束レンズ
    系及び前記偏光ビームスプリッタを通過してきたレーザ
    光を集束する第3の集束レンズ系と、 この第3の集束レンズ系を通過してきたレーザ光を位相
    共役波として反射して前記被加工物の加工箇所に集光さ
    せる第2の位相共役鏡とを備えたレーザ加工装置。
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