JPH0443314A - レーザ光の合成装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は複数のレーザ光を１つのレーザ光に合成する
レーザ光の合成装置に関する。

（従来の技術） たとえば、エキシマレーザやＴ　Ｅ　Ａ　Ｃ０２レーザ
などのレーザ発振装置において、パルスレーザ光を発振
させる場合、そのレーザ光の繰り返しパルス数の高速化
には発振装置の設計上の制約によって制限を受けるとい
うことがあった。

また、光化学反応等の種々の光プロセスなどにおいては
、レーザ光を反応対象物に連続的に照射した方が均一か
つ高速な材料処理が可能な場合がある。さらに、レーザ
光を感光材に照射して露光を施す工程などでは、あまり
強力なレーザ光を照射すると感光材が蒸発するなどの不
都合が生じる。

このような場合、ピークパワーが低く、平均パワーの大
きなレーザ光で露光を行った方が作業スピードが速く行
えると言われている。さらに、レーザ光を収束して照射
する用途においては、より高いパワー密度が必要な場合
がある。

このような種々の用途に適用することができるレーザ光
を得るためには、複数のレーザ発振装置から発振された
レーザ光を被照射物に向けて異なる方向から照射すると
いうことが考えられている。

そのようにすれば、複数のレーザ光の発振タイミングを
ずらすことで被照射物上における見掛上の繰り返しパル
ス数を高速化することができ、また複数のレーザ光を同
じタイミングで発振させて収束すれば、高いパワー密度
のレーザ光を得ることができる。

しかしながら、複数のレーザ光を被照射物に異なる方向
から照射するようにすると、各レーザ発振装置が異なる
発振特性を有している場合にはそれぞれのパルスレーザ
光による処理特性が異なるから、処理を均一に行うこと
が難しくなる。

（発明が解決しようとする課題） このように、複数のレーザ発振装置から発振される複数
のレーザ光を単に被照射物に重合して照射するだけでは
、各レーザ発振装置が異なる発振特性を有している場合
には種々の処理を均一に行うことができないということ
があった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、複数のレーザ発振装置から発振され
る複数のレーザ光を処理特性が均一になるように合成す
ることができるようにしたレーザ光の合成装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、複数のレーザ発振装置と、各レ
ーザ発振装置から出力されたそれぞれのレーザ光を光束
断面形状を変えることなく２つに分割する分割手段と、
この分割手段によって分割された各レーザ光の一方の分
割光と他方の分割光とをそれぞれ合成して第１の合成光
と第２の合成光とにするとともにこれら合成光を同一方
向に導く合成手段とを具備する。

レーザ光として均一に合成することができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図乃至第３図はこの発明の一実施例を示し、図中１
は第１のレーザ発振装置であり、２は第２のレーザ発振
装置である。各レーザ発振装置１．２はたとえばエキシ
マレーザやＣＯ２ガスレーザなどであって、水平方向に
離間対向した一対の主電極３を有する。各一対の主電極
３にはそれぞれ第１のパルス電源部４と第２のパルス電
源部５とが接続されている。これら第１、第２のパルス
電源部４．５はパルス制御部６に接続されている。

このパルス制御部６は上記第１のパルス電源部４と第２
のパルス電源部５とがそれぞれ主電極３に電気エネルギ
を印加するタイミングを制御する。

各主電極３に電気エネルギが印加されれば、一対の主電
極３間に主放電が発生してレーザ媒質が励起されるから
、それによって一対の主電極３間の放電空間部からは主
放電方向と直交する方向にそれぞれ第１のレーザ光Ｌ１
と第２のレーザ光Ｌ２とが放出される。

上記各レーザ発振装置１．２の主電極３はそれぞれ高反
射ミラー７と出力ミラー８とを対向させてなる光共振器
９内に配置されている。したがって、各主電極３間から
放出された第１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光Ｌ２と
は、それぞれ光共振器９の高反射ミラー７と出力ミラー
８とで反射を繰り返して増幅され、出力ミラー８から発
振されるようになっている。

なお、図示しないか上記主放電空間部は主電極３間の主
放電に先立って図示しない予備電離電極で予備電離され
るようになっている。

上記第１のレーザ発振装置１から発振される第１のレー
ザ光Ｌ１は、第２図（ａ）に示すように上記主電極３の
主放電方向に沿って細長い矩形状の光束断面Ｄ１をなし
ている。また、上記第２のレーザ発振装置２から発振さ
れる第２のレーザ光Ｌ２は、同しく第２図（ａ）に示す
ように上記主電極３の主放電方向に沿って細長い矩形状
の光束断面Ｄ２をなしている。

上記第１のレーザ発振装置１から発振された第１のレー
ザ光ＬＩはビーム合成部１１に４５度の角度で傾斜して
設けられたハーフミラ−１２の一方の面に入射し、この
ハーフミラ−１２を透過する透過光と、反射する反射光
とに分割される。これら透過光と反射光とは第１のレー
ザ光Ｌ１の光束断面Ｄ１と同じ細長い矩形状であるが、
エネルギ密度は半分となっている。上記第２のレーザ発
振装置２から発振された第２のレーザ光Ｌ２は上記ビー
ム合成部１１に上記ハーフミラ−１２と同じ傾斜角度で
平行に設けられた第１の反射ミラー１３で反射して上記
ハーフミラ−１２の他方の面に入射する。そして、第２
のレーザ光Ｌ２は第１のレーザ光Ｌ１と同様、上記ハー
フミラ−１２を透過する透過光と、反射する反射光とに
分割される。この透過光と反射光とは、第２のレーザ光
Ｌ２の光束断面Ｄ２と同じ形状であるが、エネルギ密度
は半分となっている。

上記第１のレーザ光Ｌ１のハーフミラ−１２で反射した
反射光と、第２のレーザ光Ｌ２の上記ハーフミラ−１２
を透過した透過光とはこれらの光束断面Ｄ１、Ｄ２が一
致するよう重合され、第１の合成光Ｇ１に合成され、こ
れが反射ミラー１４で反射される。また、第１のレーザ
光Ｌ１の上記ハーフミラ−１２を透過した透過光と、第
２のレーザ光Ｌ２の上記ハーフミラ−１２で反射した反
射光とは、上記第１の合成光Ｇ、と同様、これらの光束
断面Ｄ１　Ｄ２が一致するよう重合され、第２の合成光
Ｇ２に合成される。つまり、第１、第２の合成光Ｇｌ、
Ｇ２の光束断面Ｄ３、Ｄ４は第２図（ｂ）に示すように
第１、第２のレーザ光り、　　Ｌ２の光束断面Ｄ１、Ｄ
２と同じ矩形状をなしている。

上記第２の合成光Ｇ２は上記第１のレーザ光Ｌ１の発振
方向と同じ方向に進行し、上記第１の合成光Ｇ１は上記
第１のレーザ光Ｌ１の発振方向に対して直交する方向に
進行する。この第１の合成光Ｇ、は第２の反射ミラー１
４で第２の合成光Ｇ２と同じ方向で、その光束断面り、
が第２の合成光Ｇ２の光束断面Ｄ４と重合することなく
、しかも２つの光束断面Ｄ　３　、Ｄ　４が第２図（ｂ
）に示すように上下方向に積層された１つの光束断面を
なす第３の合成光Ｇ３に合成される。

上記第３の合成光Ｇ、は上記ビーム合成部１１に設けら
れたルーフトッププリズム１５の一対の傾斜面１５ａ、
１５ｂにこれらがなす稜線を中心にして入射する。この
ルーフトッププリズム１５から出射した第３の合成光Ｇ
、はその光束断面を形成する第１、第２の合成光Ｇ、　
　Ｇ２の光束断面Ｄ３、Ｄ４か積層方向に収束されてビ
ーム照射部１６に入射する。そして、結像レンズ１７で
結像されて被照射物１８を照射する。上記ビーム照射部
１６のＤ−Ｄ線に沿う位置においては、上記第３の合成
光Ｇ３の光束断面り、は第２図（ｃ）に示すように第１
、第２の合成光Ｇ、　　Ｇ２の光束断面り９、Ｄ４が重
合した状態、つまり第１、第２のレーザ光り、　　Ｌ２
の光束断面り、　　Ｄ２と同じ矩形状になる。したがっ
て、上記Ｄ−Ｄ線の位置に加工用パターンなどを設置す
れば、そのパターンが上記結像レンズ１７を介して被照
射物１８に投影されて加工や光化学反応などが行われる
。

第３図（ａ）は第１のレーザ発振装置１から時間ｔ１　
　＊３　、ｔ５　％・・・に発振される第１のレーザ光
Ｌ１の出力波形を示し、第３図（ｂ）は第２のレーザ発
振装置２から時間ｔ２、”４％　ｉ６、・・・に発振さ
れる第２のレーザ光Ｌ２のパルス波形を示す。つまり、
第１のレーザ光Ｌ１と第２のレザ光Ｌ２とは所定時間ご
とに交互に発振される。

第３図（Ｃ）はハーフミラ−１２によって合成された第
１の合成光Ｇ１のパルス波形であり、第３図（ｄ）は同
じく第２の合成光Ｇ２の出力波形瓦に同一場所を通るこ
とで、パルス繰り返し速度が２倍になる。しかしながら
、各パルス出力におけるエネルギ密度は半分になる。

第３図（ｅ）はルーフトッププリズム１５を透過してビ
ーム照射部１６に入射した第２図のＤ−Ｄ線の位置にお
ける第３の合成光Ｇ、の出力波形を示す。この第３の合
成光Ｇ、は第１、第２の合成光Ｇ　＋　　０２を合成し
て形成されているから、ｉ＋　　　”２、ｔ３、ｊ４、
・・・ごとに発振されるパルス繰り返し速度であるとと
もに、エネルギ密度は各合成光Ｇ、　　Ｇ２の倍になる
。つまり、第３の合成光Ｇ、は第１、第２のレーザ光Ｌ
１、Ｌ２と同じエネルギ密度を有するとともに、パルス
繰り返し速度は２倍になる。

このように、ルーフトッププリズム１５に入射する前の
第３の合成光Ｇ、は、第１のレーザ光Ｌ１と第２のレー
ザ光Ｌ２とがそれぞれ半分のエネルギ密度に分割されて
再度合成されることで、合成光Ｇ、の平均パワーは（Ｌ
Ｉ＋Ｌ２）と大きく、シかも繰り返し速度は２倍となっ
ている。したがって、この第３の合成光Ｇ、によれば、
たとえば感光材に露光を施す作業を能率よ＜、シかも感
光材を蒸発させることなく行うことができる。

また、第１．第２のレーザ光り、　　Ｌ、を同時に発振
する条件では上記ルーフトッププリズム１５を透過した
光束断面り、の第３の合成光Ｇ。

は、ピークパワーがともに第１、第２のレーザ光Ｌ１、
Ｌ２の２倍になっているから、高いエネルギ密度の光束
で照射する必要のある加工などに適する。

第４図はこの発明の他の実施例を示す。この実施例は第
１のレーザ光Ｌ１と第２のレーザ光り之とを分割して合
成する、上記一実施例に示されたハーフミラ−１２と第
２の反射ミラー１４とに代わる光学部品２１を示す。つ
まり、この光学部品２１はハーフミラ−２２の上下面に
それぞれ第１の直角プリズム２３と第２の直角プリズム
２４とが接合されたものである。

そして、光学部品２１の第１の直角プリズム２３に第１
のレーザ光り、が入射し、第２の直角プリズム２４に第
２のレーザ光Ｌ２が上記第１のレーザ光り、と平行に入
射する。それによって、各レーザ光り１、Ｌ２はハーフ
ミラ−２２を透過する透過光と、反射する反射光とに分
割されてから第１、第２の合成光Ｇ、　　Ｇ２に合成さ
れ、これら合成光は光学部品２１から出射することでさ
らに第３の合成光Ｇ３に合成される。

なお、この発明は上記各実施例に限定されず、その要旨
を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

たとえば、上記一実施例では第１、第２のレーザ発振装
置からレーザ光をパルス発振させたが、レーザ光を連続
発振させる場合にも上述したごとくレーザ光を分割して
から合成するようにすれば、各レーザ発振装置の発振特
性が異なっていても、強度分布が均一なレーザ光を得る
ことができるから、種々の処理を均一に行うことができ
る。

また、上記実施例では２つのレーザ発振装置から発振さ
れる２つのレーザ光を合成する場合について説明したか
、３つ以上のレーザ光を合成する場合にもこの発明を適
用することができる。たとえば、３つのレーザ光を合成
する場合には、まず２つのレーザ光を上述したように合
成したのち、その合成されたレーザ光を１つのレーザ光
とみなし、この合成光と残りの１つのレーザ光とを同様
に合成すればよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、複数のレーザ光を
分割手段によって光束断面形状を変えることなく、２つ
の分割光に分割し、各レーザ光の一方の分割光と他方の
分割光とをそれぞれ合成して第１の合成光と第２の合成
光とし、これら合成光を同一方向に導くようにした。

したがって、ピークパワーは低いが、平均パワーの大き
いレーザ光を得ることができ、しかもパルス発振の場合
には各レーザ発振装置のもつ繰り返し速度よりも十分に
高速な速度のパルスレーザ光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は波形の説明
図、第３図　　　　　　　は上記装置の各部におけるレ
ーザ光の光束断面形状の説明図、第４図はこの発明の他
の実施例を示す光学部品の側面図である。 １．２・・・レーザ発振装置、１２・・・ハーフミラ−
（分割手段および合成手段）１４・・・第２の反射ミラ
ー（合成手段）、ＬＩ　　Ｌ２・・・レーザ光、Ｇ、　
　Ｇ２、Ｇ、・・・合成光。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のレーザ発振装置と、各レーザ発振装置から出力さ
   れたそれぞれのレーザ光を光束断面形状を変えることな
   く２つに分割する分割手段と、この分割手段によって分
   割された各レーザ光の一方の分割光と他方の分割光とを
   それぞれ合成して第１の合成光と第２の合成光とにする
   とともにこれら合成光を同一方向に導く合成手段とを具
   備したことを特徴とするレーザ光の合成装置。