JPH06224507A - Laser light irradiation device - Google Patents
Laser light irradiation deviceInfo
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- JPH06224507A JPH06224507A JP1115093A JP1115093A JPH06224507A JP H06224507 A JPH06224507 A JP H06224507A JP 1115093 A JP1115093 A JP 1115093A JP 1115093 A JP1115093 A JP 1115093A JP H06224507 A JPH06224507 A JP H06224507A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高エネルギーのレーザ
光を出力するレーザ光照射装置に係り、特に、材料の表
面処理に用いるのに好適なレーザ光照射装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser beam irradiation device for outputting a high energy laser beam, and more particularly to a laser beam irradiation device suitable for surface treatment of materials.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ光を被処理体に照射することによ
って、被処理体の表面を熱処理する表面処理方法が行わ
れている。表面熱処理用のレーザ光としては、ピーク出
力が高く、光スポットの強度分布が均一であることが望
まれている。さらに、被処理体上の熱拡散を抑制するた
めに、パルス幅は短い方が良いとされている。従来、高
ピーク出力、短パルス発振を行うために、レーザ共振器
内にスイッチング素子を設け、シングルモード発振させ
る方法が用いられている。一方、表面処理の方法として
は、スポット径が大きく、かつ、高エネルギーの１パル
スの光スポットを照射する一括処理方法と、比較的スポ
ット径の小さい光スポットの複数パルスを順に被処理面
上で走査する連続処理方法が知られている。これらの方
法は、処理対象物の面積や、処理内容により選択されて
用いられているが、一般的には、処理面積が大きくなる
と、１パルスでは処理できなくなるため、連続処理方法
が採用されている。一括処理方法は、特開昭５６−７４
９２５号に記載されている。また、連続処理方法は、特
開昭５９−３５８９３号、特開平２−２９５６９２号等
に記載されている。2. Description of the Related Art A surface treatment method is employed in which a surface of a target object is heat-treated by irradiating the target object with a laser beam. Laser light for surface heat treatment is desired to have a high peak output and a uniform light spot intensity distribution. Furthermore, in order to suppress thermal diffusion on the object to be processed, it is considered that the pulse width should be short. Conventionally, in order to perform high peak output and short pulse oscillation, a method in which a switching element is provided in a laser resonator and single mode oscillation is used. On the other hand, as a method of surface treatment, a batch treatment method of irradiating a high-energy light pulse of 1 pulse having a large spot diameter and a plurality of pulses of a light spot having a relatively small spot diameter are sequentially applied on the surface to be treated. A continuous processing method of scanning is known. These methods are selected and used according to the area of the object to be processed and the processing content. Generally, if the processing area becomes large, one pulse cannot be used for processing. Therefore, a continuous processing method is adopted. There is. The batch processing method is disclosed in JP-A-56-74.
No. 925. The continuous processing method is described in JP-A-59-35893, JP-A-2-295692, and the like.
【０００３】また、複数本のファイバーを利用したレー
ザ照射装置が、マーキング加工、スポット溶接加工など
のレーザ加工分野や、レーザプリンター装置で検討され
ている。これら従来のレーザ加工分野やレーザプリンタ
ー装置では、レーザ光を任意の位置に導く手段として、
ファイバーを用いている。このうちレーザ加工では、主
として大面積処理、複数の被加工物を処理を可能にする
ために、複数本のファイバーに順に光を入射する時分割
加工処理を行う装置が、特開昭６２−２４４５９１号、
特開昭６２−２９２２８８号、特開昭６３−８４７８６
号、特開平２−１１２８３号等に提案されている。ま
た、レーザプリンターの場合には、複数のレーザ発振器
からのレーザ光を用いた大面積印字手段として、ファイ
バーを用いたプリンタ装置が、例えば特開昭６０−２０
３９１２号に開示されている。Further, a laser irradiation device utilizing a plurality of fibers has been studied in the field of laser processing such as marking processing and spot welding processing and in a laser printer apparatus. In these conventional laser processing fields and laser printer devices, as means for guiding laser light to an arbitrary position,
Fiber is used. Among them, in laser processing, an apparatus for performing a large-area processing and a time-division processing processing in which light is sequentially incident on a plurality of fibers in order to enable processing of a plurality of workpieces is disclosed in JP-A-62-244591. issue,
JP-A-62-292288, JP-A-63-84786
And JP-A-2-11283. In the case of a laser printer, as a large area printing means using laser light from a plurality of laser oscillators, a printer device using a fiber is disclosed in, for example, JP-A-60-20.
No. 3912.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、表面熱
処理用のレーザ光としては、ピーク出力が高く、光スポ
ットの強度分布が均一であることが望まれている。しか
しながら、従来のように高ピーク出力、短パルス発振を
行うために、レーザ共振器内にスイッチング素子を設
け、シングルモード発振させる方法を用いた場合、レー
ザ光の強度分布がガウス分布形状となるため、被処理体
上の光スポットの中心部と周辺部とで光強度差が大きく
なるという問題があった。As described above, it is desired that the laser light for surface heat treatment has a high peak output and a uniform light spot intensity distribution. However, in the case of using a method in which a switching element is provided in the laser resonator and single mode oscillation is used to perform high peak output and short pulse oscillation as in the conventional case, the intensity distribution of the laser light has a Gaussian distribution shape. However, there is a problem that the light intensity difference between the central portion and the peripheral portion of the light spot on the object to be processed becomes large.
【０００５】また、処理体の表面においては、レーザ光
の波長が短いほど吸収率が高まる傾向があるため、近
年、非線形光学効果等を利用した波長変換手段によっ
て、短波長化したレーザ光を用いて表面処理を行うこと
が提案されている。この場合、効率の良い波長変換を行
うには、強度分布がガウス分布をしているシングルモー
ドのレーザ光を波長変換手段に入射させる必要がある。
そのため、この場合も、表面熱処理用として使用するに
は、被処理体上の光スポットの中心部と周辺部とで光強
度差が大きくなるという問題があった。On the surface of the processed body, the shorter the wavelength of the laser light, the higher the absorptivity tends to be. Therefore, in recent years, the wavelength conversion means utilizing the nonlinear optical effect or the like has been used to shorten the wavelength of the laser light. It has been proposed to perform surface treatment by In this case, in order to perform efficient wavelength conversion, it is necessary to make single-mode laser light whose intensity distribution has a Gaussian distribution enter the wavelength conversion means.
Therefore, also in this case, there is a problem that the difference in light intensity between the central portion and the peripheral portion of the light spot on the object to be processed becomes large when used for surface heat treatment.
【０００６】また、上記従来の技術に記載した公開公報
で開示されているレーザ照射装置等では、ビーム強度分
布の均一化については、なんら開示されていない。Further, the laser irradiation device and the like disclosed in the above-mentioned prior art publication does not disclose any homogenization of the beam intensity distribution.
【０００７】本発明は、ピーク出力が高く、光スポット
の強度分布が小さく、さらに、パルス幅の短いレーザ光
を出力することのできるレーザ光照射装置を提供するこ
とを目的とする。It is an object of the present invention to provide a laser light irradiation device capable of outputting laser light having a high peak output, a small light spot intensity distribution, and a short pulse width.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、レーザ光源と、前記レーザ光源か
ら出射された光を被処理体に導く光学系とを有するレー
ザ光照射装置であって、前記レーザ光源は、共振器と、
前記共振器のＱ値を変化させるスイッチ素子を有し、前
記光学系は、前記被処理体に光を照射する複数本の導波
路と、前記レーザ光源から出射された光を前記複数本の
導波路に順に入射させる入射手段とを有し、前記複数本
の導波路は、いずれも多モード導波路であることを特徴
とするレーザ光照射装置が提供される。In order to achieve the above object, according to the present invention, a laser light irradiation apparatus having a laser light source and an optical system for guiding the light emitted from the laser light source to an object to be processed. Wherein the laser light source is a resonator,
The optical system includes a switch element that changes the Q value of the resonator, and the optical system includes a plurality of waveguides that irradiate the object to be processed with light and a plurality of waveguides that guide the light emitted from the laser light source. There is provided a laser light irradiation device, characterized in that the laser light irradiating device has an entrance means for sequentially entering the waveguide, and each of the plurality of waveguides is a multimode waveguide.
【０００９】前記導波路は、コアとクラッドを有し、前
記複数の導波路のうち、隣あった導波路のコアの中心間
の距離をＬ、前記レーザ光が伝搬する前記導波路のコア
径を２ａ、前記導波路の出射端におけるレーザ光の広が
り角を２θ、前記導波路の出射端から前記被処理体まで
の距離をｈとしたとき、 ａ＋θ・ｈ＞Ｌ／２ を満足するように、配置することができる。The waveguide has a core and a clad, and the distance between the centers of the cores of adjacent waveguides among the plurality of waveguides is L, and the core diameter of the waveguide through which the laser light propagates. 2a, the divergence angle of the laser light at the exit end of the waveguide is 2θ, and the distance from the exit end of the waveguide to the object is h, then a + θ · h> L / 2 is satisfied. , Can be placed.
【００１０】前記レーザ光源と前記入射手段との間に
は、前記光源の出射した光の少なくとも一部を波長変換
する波長変換手段をさらに備えることも可能である。Between the laser light source and the incidence means, it is possible to further include a wavelength conversion means for wavelength-converting at least a part of the light emitted from the light source.
【００１１】[0011]
【作用】本発明のレーザ光照射装置において、レーザ光
源は、共振器のＱ値を変化させるスイッチ素子を有して
いるので、ピーク出力が高く、パルス幅の短いパルスレ
ーザ光を出射する。In the laser light irradiation apparatus of the present invention, since the laser light source has the switch element for changing the Q value of the resonator, it emits pulsed laser light having a high peak output and a short pulse width.
【００１２】レーザ光源から出射されたパルスレーザ光
は、入射手段によって、複数本の導波路それぞれに順次
入射する。これらの導波路は、いずれも多モード導波路
であるので、入射したパルス光は、複数のモードを励起
し、導波路を伝搬する。したがって、導波路に入射した
光が、例えガウシアンビームであっても、導波路から出
射する光スポットは、各モードのモードパターンが重な
りあうことによって、平均化され、被処理体上に強度分
布の均一な光スポットが照射される。The pulsed laser light emitted from the laser light source sequentially enters each of the plurality of waveguides by the incident means. Since all of these waveguides are multimode waveguides, the incident pulsed light excites a plurality of modes and propagates in the waveguide. Therefore, even if the light incident on the waveguide is a Gaussian beam, the light spots emitted from the waveguide are averaged by overlapping the mode patterns of the modes, and the intensity distribution of the intensity distribution on the object to be processed is A uniform light spot is illuminated.
【００１３】また、前記複数の導波路のうち、隣あった
導波路のコアの中心間の距離をＬ、前記レーザ光が伝搬
する前記導波路のコア径を２ａ、前記導波路の出射端に
おけるレーザ光の広がり角を２θ、前記導波路の出射端
から前記被処理体までの距離をｈとしたとき、 ａ＋θ・ｈ＞Ｌ／２ を満足するように配置した場合、被処理面上では、隣あ
う導波路から出射された光スポットの一部が重なりあ
い、疑似的に、大口径のビームを照射したのと同じよう
な効果が得られる。Further, among the plurality of waveguides, the distance between the centers of the adjacent waveguide cores is L, the core diameter of the waveguide through which the laser light propagates is 2a, and the exit end of the waveguide is When the divergence angle of the laser beam is 2θ and the distance from the exit end of the waveguide to the object to be processed is h, when arranged so as to satisfy a + θ · h> L / 2, on the surface to be processed, Part of the light spots emitted from the adjacent waveguides overlap each other, and the same effect as irradiating a beam with a large diameter can be obtained in a pseudo manner.
【００１４】また、レーザ光源と導波路との間に、波長
変換手段をさらに備えた場合に、波長変換により発生す
る短波長レーザ光と、未変換レーザ光とを分離せず導波
路に入射させ、表面処理に使用することができる。波長
変換手段に、波長変換に適したシングルモード・レーザ
光を入射させた場合にも、本発明では、上述のように導
波路を伝搬することで、強度分布が均一化することがで
きるとともに、短波長レーザ光の高吸収率特性と、未変
換光の持つ熱源としてのレーザエネルギーを同時に有効
に利用できるようになる。When a wavelength conversion means is further provided between the laser light source and the waveguide, the short wavelength laser light generated by the wavelength conversion and the unconverted laser light are made to enter the waveguide without being separated. , Can be used for surface treatment. Even when a single mode laser beam suitable for wavelength conversion is made incident on the wavelength conversion means, in the present invention, the intensity distribution can be made uniform by propagating through the waveguide as described above, The high absorptivity of short wavelength laser light and the laser energy as a heat source of unconverted light can be effectively utilized at the same time.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の一実施例のレーザ光照射装置
を図１により説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A laser light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【００１６】本実施例のレーザ光照射装置は、レーザ光
を出射するレーザ発振器１と、一列に並べられたファイ
バ束６と、レーザ発振器１から出射されたレーザ光をフ
ァイバ束６の各入射端６ａに順に入射させる回転ミラー
４を備えている。ファイバ束６の出射端６ｂ側には、出
射端６ｂから距離ｈの位置に被処理体８を位置させるた
めの移動台９が配置されている。レーザ発振器１と回転
ミラー４との間には集光レンズ３が配置されている。ま
た、回転ミラー４と入射端６ａの間には、集光レンズ５
が配置されている。回転ミラー４には、回転ミラー４を
回転駆動させる駆動部１０が接続されている。移動台
９、レーザ発振器１、および、回転ミラー４の駆動部１
０は、ともにシステム制御部１１に接続されている。シ
ステム制御部１１では、レーザ発振器１のパルス発振タ
イミング制御、回転ミラー駆動部１０に対する回転制
御、移動台９に対する駆動タイミング制御を行ってい
る。レーザ発振器１は、共振器とＱスイッチを内蔵し、
シングルモードで、ピーク出力の大きな短パルス光を発
振する。また、ファイバー束６を構成する各ファイバ
は、いずれもマルチモードファイバである。The laser light irradiation apparatus of this embodiment includes a laser oscillator 1 for emitting laser light, a fiber bundle 6 arranged in a line, and laser light emitted from the laser oscillator 1 for each incident end of the fiber bundle 6. The rotating mirror 4 is provided to sequentially make the light incident on 6a. On the exit end 6b side of the fiber bundle 6, a moving base 9 for positioning the object 8 to be processed is arranged at a position of a distance h from the exit end 6b. A condenser lens 3 is arranged between the laser oscillator 1 and the rotating mirror 4. A condenser lens 5 is provided between the rotating mirror 4 and the incident end 6a.
Are arranged. A drive unit 10 that rotationally drives the rotary mirror 4 is connected to the rotary mirror 4. Moving table 9, laser oscillator 1, and drive unit 1 for rotating mirror 4
Both 0s are connected to the system control unit 11. The system control unit 11 controls the pulse oscillation timing of the laser oscillator 1, the rotation control of the rotary mirror drive unit 10, and the drive timing control of the movable table 9. The laser oscillator 1 includes a resonator and a Q switch,
In single mode, it oscillates short pulsed light with a large peak output. In addition, each of the fibers forming the fiber bundle 6 is a multimode fiber.
【００１７】レーザ発振器１より出射された高繰返し・
高出力・短パルス幅のパルスレーザ光２は、レンズ３を
経たのち、回転ミラー４により一方向直線軌道で走査さ
れ、レンズ５を経て、直線上に配置された複数本のファ
イバー束６の入射端６ａに照射される。レーザ発振器１
から出射されたパルスレーザ光２のレーザ光強度分布
は、ガウス分布形状であるが、ファイバー束６を伝搬す
るうちに、複数のモードを励起して、強度分布は崩れて
いき、出射端６ｂで、各モードの出射パターンが重なり
あって、強度分布が台形状に均一化される。ファイバー
束６から出射されるパルスレーザ光７は、被処理体８に
照射される。出射端６ｂから出射されたレーザ光７は、
拡がりながら進むが、被処理体８の表面では、隣あうフ
ァイバー出射端６ｂからの個々のパルスレーザ光が重な
りあい、疑似線上ビーム的に照射されるように、出射端
６ｂと被処理体８との距離ｈを定めている。移動台９
は、被処理体８を順に移動させて、被処理体８の全面に
レーザ光７を照射させる。High repetition rate emitted from the laser oscillator 1
The pulsed laser light 2 having a high output and a short pulse width passes through the lens 3 and is then scanned by the rotating mirror 4 in a one-way linear trajectory, and then passes through the lens 5 and enters a plurality of fiber bundles 6 arranged on a straight line. The end 6a is illuminated. Laser oscillator 1
The laser light intensity distribution of the pulsed laser light 2 emitted from is a Gaussian distribution shape, but while propagating through the fiber bundle 6, a plurality of modes are excited and the intensity distribution collapses, and at the emission end 6b. , The emission patterns of the respective modes overlap with each other, and the intensity distribution is made uniform in a trapezoidal shape. The pulsed laser light 7 emitted from the fiber bundle 6 is applied to the object 8 to be processed. The laser light 7 emitted from the emission end 6b is
Although it spreads and spreads, on the surface of the object 8 to be processed, the individual pulse laser beams from the adjacent fiber emitting ends 6b are overlapped with each other, and the emitting end 6b and the object 8 to be processed are irradiated so as to be radiated as a pseudo-beam. Is defined as the distance h. Mobile stand 9
Causes the object 8 to be processed in order to irradiate the entire surface of the object 8 with the laser light 7.
【００１８】すなわち、個々のパルスレーザ光７が被処
理体表面において接する条件は、図３に示すようにファ
イバー出射端における隣あうファイバー中心間距離を
Ｌ、パルスレーザ光が通過するファイバーコア直径を２
ａ、ファイバーを透過したパルスレーザ光７の拡がり角
を２θ、ファイバー出射端６ｂから被処理体８までの距
離をｈとすると、次式（１）で表わせる。That is, the conditions under which the individual pulsed laser beams 7 are in contact with each other on the surface of the object to be processed are, as shown in FIG. Two
Letting a be the divergence angle of the pulsed laser beam 7 that has passed through the fiber and 2 be the distance from the fiber emission end 6b to the object 8 to be processed, the following equation (1) can be used.
【００１９】ａ＋θ・ｈ＝Ｌ／２ （１） 従って、被処理体表面で隣あうパルスレーザ光が重なり
あうためには少なくとも次式（２）を満足しなければな
らない。A + θh = L / 2 (1) Therefore, at least the following expression (2) must be satisfied in order for the adjacent pulse laser beams to overlap each other on the surface of the object to be processed.
【００２０】ａ＋θ・ｈ＞Ｌ／２ （２） レーザ光断面強度分布の変化を図２に示す。図２（ａ）
はファイバー入射端６ａでのパルスレーザ光２の強度分
布であり、ガウス分布の形状である。ファイバー出射端
６ｂでは、図２（ｂ）のように、複数のモードの出射パ
ターンが重なりあった結果、台形状に整形されている。
これをレーザ光が有する拡がり角２θを利用して距離ｈ
進ませることにより、被処理体８の表面においては図２
（ｃ）に示すように隣あったファイバーを透過したパル
スレーザ光７が重なりあう。A + θ · h> L / 2 (2) Changes in the laser beam cross-sectional intensity distribution are shown in FIG. Figure 2 (a)
Is the intensity distribution of the pulsed laser light 2 at the fiber incident end 6a and has a Gaussian distribution shape. At the fiber output end 6b, as shown in FIG. 2B, the output patterns of a plurality of modes overlap each other, and as a result, the fiber output end 6b is shaped like a trapezoid.
The distance h is calculated by using the spread angle 2θ of the laser light.
By advancing it, the surface of the object 8 to be processed is shown in FIG.
As shown in (c), the pulsed laser lights 7 transmitted through the adjacent fibers overlap each other.
【００２１】このように、本実施例では、レーザ発振器
１として、Ｑスイッチを内蔵したシングルモード発振す
るパルスレーザを用いているので、出射されるレーザ光
２は、ピーク出力が高く、パルス幅の短いガウス分布の
レーザ光である。このようなレーザ光２を本実施例で
は、マルチモードのファイバー束６を伝搬させることに
より、強度分布をガウス分布から台形の均一化された分
布に成形している。マルチモードのファイバ束６を通過
することにより、パルス幅は、若干広がるが、ファイバ
束６の長さは短いので、被処理体８の熱処理のために必
要なオーダの短パルスが十分にえられる。さらに、これ
らを隣あった光スポットが重なるよう照射することで、
小さな光スポットを照射する小型なレーザ発振器１か
ら、擬似的に線状のビームを得て、大面積の被処理体８
を処理することができる。As described above, in this embodiment, since the pulsed laser which has a built-in Q switch and oscillates in a single mode is used as the laser oscillator 1, the emitted laser light 2 has a high peak output and a pulse width. It is a laser beam with a short Gaussian distribution. In this embodiment, such a laser beam 2 is propagated through the multimode fiber bundle 6 to shape the intensity distribution from a Gaussian distribution to a trapezoidal uniform distribution. Although the pulse width is slightly widened by passing through the multimode fiber bundle 6, since the length of the fiber bundle 6 is short, a short pulse of the order necessary for the heat treatment of the object 8 to be processed can be sufficiently obtained. . Furthermore, by irradiating these so that adjacent light spots overlap,
A pseudo linear beam is obtained from a small laser oscillator 1 that irradiates a small light spot, and a large-area object 8 is processed.
Can be processed.
【００２２】つぎに、本発明の他の実施例を図４、図５
を用いて説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Will be explained.
【００２３】前記実施例で説明した図１の構成におい
て、ファイバー出射端６ａと被処理体８との間に半円筒
形状のレンズ１２を設けた。図５を用いて、半円筒状の
レンズ１２を通過する前後のパルスレーザ光７のスポッ
ト形状および強度分布を示す。図５（ａ）は、レンズ１
２を用いない場合で、（ａ−１）はパルスレーザ光の進
行方向から見たレーザ光外郭図、（ａ−２）はその中心
断面図である。パルスレーザ光を自然拡大し被処理体表
面において重なるようにしているものの、中心線１１０
からはずれるにつれ、レーザ強度分布の均一性は低下し
する傾向にある。一方、本実施例によれば、図５（ｂ−
１）に示すように半円筒レンズによって中心線１１０方
向に長い楕円形に集光され、より線状ビームに近づける
ことができる。In the configuration of FIG. 1 described in the above embodiment, a semi-cylindrical lens 12 is provided between the fiber emitting end 6a and the object 8 to be processed. FIG. 5 shows spot shapes and intensity distributions of the pulsed laser light 7 before and after passing through the semicylindrical lens 12. FIG. 5A shows the lens 1
In the case where 2 is not used, (a-1) is a laser light outline view seen from the traveling direction of the pulsed laser light, and (a-2) is a central sectional view thereof. Although the pulsed laser light is naturally expanded and overlapped on the surface of the object to be processed, the center line 110
As it deviates from the above, the uniformity of the laser intensity distribution tends to decrease. On the other hand, according to the present embodiment, FIG.
As shown in 1), the semi-cylindrical lens allows the light to be condensed into an elliptical shape that is long in the direction of the center line 110, and can be made closer to a linear beam.
【００２４】本実施例によれば、被処理面体表面に照射
されるパルスレーザ光全体として、より強度分布の均一
化が図られている。また、レンズ集光によってレーザ光
照射面積が減少した分、ピーク出力は増加しており、よ
り高出力が要求される表面処理にも対応することができ
る。According to this embodiment, the intensity distribution of the entire pulsed laser light with which the surface of the surface to be processed is irradiated can be made more uniform. Further, the peak output is increased by the amount of the laser light irradiation area reduced by condensing the lens, and it is possible to cope with the surface treatment that requires higher output.
【００２５】本発明のさらに他の実施例を図６を用いて
説明する。本実施例においては、レーザ発振器１と回転
ミラー４との間に波長変換部１３を設け、パルスレーザ
光２の波長を短波長パルスレーザ光１４に変換してい
る。波長変換部１３としては、非線形光学効果をもつ無
機材料（例えば、ＫＴｉＯＰＯ4、ＬｉＢＯ5）の結晶を
用い、２次高調波発生により入射した光の一部を１／２
波長に変換している。波長変換部１３は、入射する光の
強度が強いほど変換効率が高いので、レーザ発振器１か
らシングルモードのレーザ光が入射した場合、高い変換
効率を示す。短波長に変換されたパルスレーザ光１４と
波長変換されなった未変換光１５は、いずれもガウス分
布形状の強度分布を有しているが、これを分離せず、前
記実施例同様、回転ミラー４によってファイバー束６に
導く構成とした。ここでレンズ１６は２波長のレーザ光
１４、１５に対して共通の焦点を形成できるものとす
る。Still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the wavelength converter 13 is provided between the laser oscillator 1 and the rotating mirror 4 to convert the wavelength of the pulse laser light 2 into the short wavelength pulse laser light 14. As the wavelength conversion unit 13, a crystal of an inorganic material having a nonlinear optical effect (for example, KTiOPO 4 , LiBO 5 ) is used, and a part of the light incident by the second harmonic generation is ½.
Converted to wavelength. The wavelength conversion unit 13 has a higher conversion efficiency as the intensity of the incident light is higher. Therefore, when the single mode laser light is incident from the laser oscillator 1, the wavelength conversion unit 13 exhibits a high conversion efficiency. Both the pulsed laser light 14 converted into the short wavelength and the unconverted light 15 whose wavelength has not been converted have intensity distributions of Gaussian distribution shape, but they are not separated, and like the above-mentioned embodiment, the rotating mirror. 4 is used to guide the fiber bundle 6. Here, it is assumed that the lens 16 can form a common focal point for the laser lights 14 and 15 having two wavelengths.
【００２６】本実施例によれば、波長変換に適したガウ
ス分布形状のビーム強度分布を表面処理に適した均一強
度分布に変換するともに、複数波長のパルスレーザ光が
被処理体に照射されることで、材料吸収率の高い短波長
パルスレーザ光で被処理体の初期加熱を行い、同時に照
射される未変換光の熱エネルギーを有効に吸収できるよ
うにして、表面処理を高速化することができる。According to this embodiment, a Gaussian distribution beam intensity distribution suitable for wavelength conversion is converted into a uniform intensity distribution suitable for surface treatment, and a pulse laser beam of a plurality of wavelengths is applied to the object to be processed. By doing so, the object to be processed is initially heated by the short wavelength pulsed laser light having a high material absorptivity, and the thermal energy of the unconverted light irradiated at the same time can be effectively absorbed, thereby speeding up the surface treatment. it can.
【００２７】本発明の他の実施例を図７を用いて説明す
る。ファイバー束の出射端６ｂから被処理体８を含む空
間を、遮蔽体１７で囲い、ファイバー束６の入射端６ａ
を含む空間と隔離した。これにより、被処理体８にはパ
ルスレーザ光２の波長成分だけが照射されることにな
り、処理内容が周辺からの一般光に影響される露光処理
などのときにも、外部状況に係らず処理が行える。ま
た、レーザ発振器１を設置する一般環境と異なる雰囲気
中においても、前記実施例のようなレーザによる表面処
理を実現することができる。Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A space including the object 8 to be processed from the exit end 6b of the fiber bundle is surrounded by a shield 17, and the entrance end 6a of the fiber bundle 6 is surrounded.
It was isolated from the space containing. As a result, only the wavelength component of the pulsed laser light 2 is irradiated onto the object 8 to be processed, and even during an exposure process in which the processing content is affected by general light from the surroundings, regardless of the external conditions. It can be processed. Further, even in an atmosphere different from the general environment in which the laser oscillator 1 is installed, the surface treatment by the laser as in the above embodiment can be realized.
【００２８】本実施例においては、波長依存性の強い表
面処理や、特殊雰囲気中での表面処理が可能である。In the present embodiment, surface treatment having a strong wavelength dependency and surface treatment in a special atmosphere are possible.
【００２９】上記実施例においては、ファイバー束を形
成するすべてのファイバーに順にパルスレーザ光を入射
させる場合について説明したが、システム制御部によ
り、選択的にファイバーへ入射させて、微小部分の表面
処理用としても利用することができる。また、ファイバ
ー出射端を直線状に配置した例を説明しているが、ファ
イバー束出射端６ｂの結束形状に制限はなく、自由に配
置しても効果は変わらない。尚、ファイバー束６を構成
するマルチモードファイバは、モード数の多いマルチモ
ードファイバーを用いる方が望ましい。In the above embodiment, the case where the pulsed laser light is sequentially incident on all the fibers forming the fiber bundle has been described. However, the system controller selectively causes the laser light to be incident on the fibers to perform the surface treatment of the minute portion. It can also be used for business. Further, although an example in which the fiber emitting ends are linearly arranged has been described, the binding shape of the fiber bundle emitting ends 6b is not limited, and the effect is not changed even if they are freely arranged. As the multimode fiber forming the fiber bundle 6, it is desirable to use a multimode fiber having a large number of modes.
【００３０】さらに、上記実施例では、シングルモード
発振するレーザ発振器１を用いたが、２モードや３モー
ドで発振するレーザ発振器を用いることももちろん可能
である。 また上記実施例では、半円筒形状のレンズ１
２によって、光スポットの形状を楕円形に成形したが、
楕円形に限らず、長手方向の一部が重なる扁平な光スポ
ットであれば、長方形の光スポット等に成形してもよ
い。Further, although the laser oscillator 1 that oscillates in single mode is used in the above embodiment, it is of course possible to use a laser oscillator that oscillates in 2 modes or 3 modes. In the above embodiment, the semi-cylindrical lens 1 is used.
By 2 the shape of the light spot was elliptical,
The light spot is not limited to an elliptical shape, and may be formed into a rectangular light spot or the like as long as it is a flat light spot that partially overlaps in the longitudinal direction.
【００３１】上述の実施例では、複数のファイバから構
成したファイバ束６を回転ミラー４と被処理体８の間に
配置したが、一本のファイバをレーザ発振器１と回転ミ
ラー４との間に配置して、光スポットを均一化してから
回転ミラーで偏向させる構成をとることも可能である。In the above embodiment, the fiber bundle 6 composed of a plurality of fibers is arranged between the rotating mirror 4 and the object 8 to be processed, but one fiber is arranged between the laser oscillator 1 and the rotating mirror 4. It is also possible to arrange them so that the light spots are made uniform and then deflected by the rotating mirror.
【００３２】[0032]
【発明の効果】本発明によれば、高出力・短パルス幅で
ガウス分布形状のレーザ断面強度分布を有したパルスレ
ーザ光を、表面処理に適した高出力・短パルス幅かつ均
一強度分布の光スポットに変換することができるので、
処理面に対して均一にレーザ光を照射することができ
る。According to the present invention, a pulsed laser light having a high output / short pulse width and a Gaussian distribution-shaped laser cross-section intensity distribution can be obtained with high output / short pulse width and uniform intensity distribution suitable for surface treatment. Since it can be converted into a light spot,
It is possible to uniformly irradiate the processing surface with laser light.
【図１】本発明の第一実施例に係るレーザ光照射装置の
構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a laser light irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１の装置において各部のレーザ光のレーザ光
強度分布を説明する説明図。FIG. 2 is an explanatory view illustrating a laser light intensity distribution of laser light of each part in the apparatus of FIG.
【図３】図１の装置においてファイバー束６の配置を示
す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of fiber bundles 6 in the apparatus of FIG.
【図４】本発明の第２の実施例のレーザ光照射装置の一
部の構成を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a partial configuration of a laser beam irradiation device according to a second embodiment of the present invention.
【図５】図４び装置においてレーザ光のレーザ光強度分
布を説明する説明図。5 is an explanatory view for explaining a laser light intensity distribution of laser light in the apparatus shown in FIG.
【図６】本発明の第３の実施例のレーザ光照射装置の一
部の構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a partial configuration of a laser light irradiation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第４の実施例のレーザ光照射装置の一
部の構成を示すブロック図。FIG. 7 is a block diagram showing a partial configuration of a laser beam irradiation device according to a fourth embodiment of the present invention.
１…レーザ発振器、２…パルスレーザ光、３…レンズ、
４…回転ミラー、５…レンズ、６…ファイバー束、７…
ファイバー透過パルスレーザ光、８…被処理体、９…移
動台、１０…回転ミラー駆動部、１１…システム制御
部、１２…レンズ、１３…波長変換部、１４…短波長パ
ルスレーザ光、１７…遮蔽体。1 ... Laser oscillator, 2 ... Pulsed laser light, 3 ... Lens,
4 ... Rotating mirror, 5 ... Lens, 6 ... Fiber bundle, 7 ...
Fiber-transmitted pulsed laser light, 8 ... Object, 9 ... Moving base, 10 ... Rotating mirror drive unit, 11 ... System control unit, 12 ... Lens, 13 ... Wavelength conversion unit, 14 ... Short wavelength pulsed laser light, 17 ... Shield.
Claims (6)
れた光を被処理体に導く光学系とを有するレーザ光照射
装置であって、 前記レーザ光源は、共振器と、前記共振器のＱ値を変化
させるスイッチ素子を有し、 前記光学系は、前記被処理体に光を照射する複数本の導
波路と、前記レーザ光源から出射された光を前記複数本
の導波路に順に入射させる入射手段とを有し、 前記複数本の導波路は、いずれも多モード導波路であ
り、隣合う前記導波路から出射された光の少なくとも一
部が前記被処理体上で重なり合うように配置されている
ことを特徴とするレーザ光照射装置。1. A laser light irradiation apparatus having a laser light source and an optical system for guiding light emitted from the laser light source to an object to be processed, wherein the laser light source is a resonator and a Q of the resonator. A switch element for changing the value, wherein the optical system makes a plurality of waveguides that irradiate the object to be processed with light, and makes the light emitted from the laser light source enter the plurality of waveguides in order. And a plurality of waveguides, each of which is a multimode waveguide, and is arranged such that at least a part of light emitted from the adjacent waveguides is overlapped on the object to be processed. A laser light irradiation device characterized in that.
クラッドを有し、 前記複数の導波路のうち、隣あった導波路のコアの中心
間の距離をＬ、前記レーザ光が伝搬する前記導波路のコ
ア径を２ａ、前記導波路の出射端におけるレーザ光の広
がり角を２θ、前記導波路の出射端から前記被処理体ま
での距離をｈとしたとき、 ａ＋θ・ｈ＞Ｌ／２ を満足するように、配置されていることを特徴とするレ
ーザ光照射装置。2. The waveguide according to claim 1, wherein the waveguide has a core and a clad, the distance between the centers of the cores of adjacent waveguides of the plurality of waveguides is L, and the laser light propagates. When the core diameter of the waveguide is 2a, the divergence angle of the laser light at the exit end of the waveguide is 2θ, and the distance from the exit end of the waveguide to the object is h, then a + θ · h> L The laser light irradiation device is arranged so as to satisfy / 2.
導波路との間には、前記レーザ光源の出射した光の少な
くとも一部を波長変換する波長変換手段がさらに備えら
れていることを特徴とするレーザ光照射装置。3. The wavelength conversion means for converting the wavelength of at least a part of the light emitted from the laser light source is further provided between the laser light source and the waveguide. And a laser light irradiation device.
理体との間には、前記導波路から出射された光スポット
を成形するための成形手段がさらに備えられていること
を特徴とするレーザ光照射装置。4. The molding device according to claim 1, further comprising a molding means for molding a light spot emitted from the waveguide between the waveguide and the object to be processed. Laser light irradiation device.
一列に配置され、 前記成形手段は、前記導波路から出射された光スポット
を非円形で前記導波路の列方向に沿って長手方向を有す
る扁平形状の光スポットに成形することを特徴とするレ
ーザ光照射装置。5. The plurality of waveguides according to claim 4,
Lasers arranged in a line, wherein the shaping unit shapes the light spot emitted from the waveguide into a non-circular flat light spot having a longitudinal direction along the column direction of the waveguide. Light irradiation device.
れた光を被処理体に導く光学系とを有するレーザ光照射
装置であって、 前記レーザ光源は、共振器と、前記共振器のＱ値を変化
させるスイッチ素子を有し、 前記光学系は、前記前記レーザ光源から出射された光を
伝搬する導波路と、前記導波路から出射された光を予め
定めた角度範囲で周期的に偏向する偏向手段とを有し、 前記導波路は、多モード導波路であることを特徴とする
レーザ光照射装置。6. A laser light irradiation apparatus having a laser light source and an optical system for guiding light emitted from the laser light source to an object to be processed, wherein the laser light source is a resonator and a Q of the resonator. A switch element that changes a value, and the optical system periodically deflects light emitted from the laser light source and a waveguide that propagates the light emitted from the laser source in a predetermined angle range. And a deflecting means for controlling the laser light, wherein the waveguide is a multimode waveguide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1115093A JPH06224507A (en) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | Laser light irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1115093A JPH06224507A (en) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | Laser light irradiation device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224507A true JPH06224507A (en) | 1994-08-12 |
Family
ID=11769996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1115093A Pending JPH06224507A (en) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | Laser light irradiation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06224507A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007043560A1 (en) * | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wavelength conversion module, laser light source device, two-dimensional image display, backlight light source, liquid crystal display and laser material processing system |
| JP2012050571A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Nidek Co Ltd | Ophthalmic laser treatment apparatus |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP1115093A patent/JPH06224507A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007043560A1 (en) * | 2005-10-12 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wavelength conversion module, laser light source device, two-dimensional image display, backlight light source, liquid crystal display and laser material processing system |
| US7692848B2 (en) | 2005-10-12 | 2010-04-06 | Panasonic Corporation | Wavelength conversion module, laser light source device, two-dimensional image display device, backlight light source, liquid crystal display device and laser processing device |
| JP4837671B2 (en) * | 2005-10-12 | 2011-12-14 | パナソニック株式会社 | Wavelength conversion module, laser light source device, two-dimensional image display device, backlight light source, liquid crystal display device, and laser processing device |
| JP2012050571A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Nidek Co Ltd | Ophthalmic laser treatment apparatus |
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