JPH06314832A

JPH06314832A - レーザ装置

Info

Publication number: JPH06314832A
Application number: JP12464593A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yamaguchi; 哲山口; Masahiro Daimon; 正博大門; Koichi Chiba; 宏一千葉; Tetsuo Kobayashi; 哲郎小林; Yoshimasa Saito; 吉正斉藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】光路を９０度変換する光学素子（反射鏡また
は直角プリズム）を半導体レーザ端面励起固体レーザの
光軸上に挿入可能にすることにより、半導体レーザ固体
レーザ出力と励起用半導体レーザ出力との両方の利用を
可能にする。【構成】半導体レーザ１と固体レーザ素子２との光路
間に、出し入れ可能な光路を９０度変換する第１の光学
素子（反射鏡または直角プリズム）４と、９０度変換さ
れた光路をさらに９０度変換し固体レーザ素子と出力鏡
を迂回させる第２、第３の光学素子５，６と、迂回した
光路を９０度変換し固体レーザの出力９の光路に合流さ
せる、第１の光学素子４と同期して出し入れ可能な第４
の光学素子７を配した半導体レーザ端面励起固体レーザ
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工やレーザ半
田付け、分析の分野に於て、半導体レーザ励起固体レー
ザ出力と励起光源としての半導体レーザ出力を直接利用
するレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を集光し光エネルギーを利用す
ることは、レーザ加工分野に於て重要である。通常のレ
ーザ加工に用いられるレーザとしてはランプ励起ＹＡＧ
レーザ等が用いられる。しかし、電気入力に対する光出
力の変換効率が低く大きな装置と冷却水が必要である。
一方、半導体レーザは変換効率が高くコンパクトで冷却
も大がかりな装置を必要としない。しかし、半導体レー
ザはビーム品質が悪く高密度に絞ることが困難である。
また、２波長のレーザ光を用いて物質の分析を行う場
合、２台のレーザを使用するか、あるいは波長可変レー
ザを使用する必要があった。

【０００３】半導体レーザを励起光源として用いた固体
レーザが、高効率、長寿命、小型化が図れることから、
注目を集めている。また、クリーンルームへの導入も容
易である。半導体レーザ励起固体レーザにおける、固体
レーザの光軸方向から光励起する端面励起方式では、固
体レーザの発振の空間モードに半導体レーザ出力光によ
る励起空間をうまくマッチングさせることにより、高効
率で単一基本横モード発振を実現でき、レーザ光を高密
度に絞ることができパワー密度を高めることが可能であ
る。しかしながら、出力は励起光である半導体レーザ出
力に比べると３分の１以下に落ちてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】レーザ加工やレーザ半
田付けの分野に於て、レーザ照射対象箇所の微細化が進
んでいる。したがって、使用するレーザ光も微小スポッ
トに絞ることができるビーム品質のよいレーザ光が要求
される。この点で高ビーム品質、高効率、長寿命、コン
パクトな半導体レーザ励起固体レーザを利用することが
有利である。しかしながら、レーザ加工やレーザ半田付
け工程に於て微細な箇所と同時に微細でない箇所にもレ
ーザ光を照射する必要がある場合が生じて来る。このよ
うなとき、細く絞られパワー密度は高いが出力自体は小
さいような半導体レーザ励起固体レーザでは微細でない
箇所への照射に適用できない場合がある。また、この場
合レーザ光を細く絞る必要はない。また、分析の分野に
於て、１波長のレーザ光よりも２波長のレーザ光を用い
た方がより詳しい分析を行うことができる。

【０００５】本発明は、かかる状況に鑑みてなされたも
ので、微細な加工箇所への照射には半導体レーザ励起固
体レーザ出力光を用い、微細でない箇所には励起に用い
ている半導体レーザ出力を直接利用することができ、あ
わせて、固体レーザ波長と半導体レーザ波長との２波長
を分析に利用することができるレーザを提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の手段として、励起源としての半導体レ
ーザと、固体レーザ素子と、出力鏡とを有する半導体レ
ーザ端面励起固体レーザ装置において、前記半導体レー
ザと固体レーザ素子との光路間に、出し入れ可能な光路
を９０度変換する第１の光学素子（反射鏡または直角プ
リズム）と、９０度変換された光路をさらに９０度変換
し固体レーザ素子と出力ミラーを迂回させる第２、第３
の光学素子（反射鏡または直角プリズム）と、固体レー
ザ出力光路上に、迂回した光路を９０度変換し固体レー
ザ出力光路に合流させる、第１の光学素子と同期して出
し入れ可能な第４の光学素子（反射鏡または直角プリズ
ム）を配したことを特徴するものである。

【０００７】また、前記光路を９０度変換する第１の光
学素子は、半導体レーザ光をコリメートする光学素子
と、コリメートした半導体レーザ光をフォーカシングす
る光学素子の間に、前記光路を９０度変換する第４の光
学素子は、固体レーザ光をフォーカシングする光学素子
と出力ミラーの間に配したことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【作用】レーザ加工の手段としての可能性を有する高出
力の半導体レーザの活性層ストライプは、通常、幅が約
１００〜２００μｍと広く、さらに高出力であるマルチ
ストライプアレイ半導体レーザはこのような活性層スト
ライプが数十本配列したものである。したがって、この
ような半導体レーザ光を光学系を用いて直接絞ってもス
トライプの幅以下に絞ることは困難である。一方、この
様な半導体を用いて固体レーザを励起すれば固体レーザ
が半導体レーザエネルギーを一旦蓄えることにより固体
レーザが波長変換器としてばかりでなくビーム整形器と
して働く。空間モードの劣った半導体レーザ光を空間モ
ードの優れたレーザ光に変換することができる。レーザ
出力自体は励起に用いた半導体レーザに比べておよそ３
分の１以下に落ちるが、半導体レーザ励起固体レーザの
出射光を光学系で絞ることによりパワー密度は３０倍以
上に高くすることができる。このとき、固体レーザの励
起を固体レーザ共振器の光軸方向から励起する端面励起
で行えば特に効率およびビーム品質を高めることができ
る。

【０００９】このような半導体レーザ励起固体レーザを
用いればレーザビームを微小スポットに絞ることができ
るためレーザ加工の中でもマイクロ加工や、半導体実装
における狭リードピッチの半導体のレーザ半田付けが可
能である。しかしながら、リードピッチが０.５ｍｍ以
上のものは加工対象箇所が大きいがゆえに大きなレーザ
出力が要求され、半導体レーザ励起固体レーザ出力では
対応できない場合が生じて来る。このとき、レーザビー
ムはそれほど小さく絞る必要はない。狭リードピッチと
広リードピッチとに対し一台のレーザで対応するには固
体レーザの励起に用いている半導体レーザからの出射光
を直接使うことができればよい。広リードピッチに対し
ては空間モードの劣った半導体レーザでも十分である。
したがって、広リードピッチに対応するときには、固体
レーザ素子に入射する前の半導体レーザビームの光路を
９０度変換することを４度繰り返すことにより半導体レ
ーザ端面励起固体レーザの光軸から半導体レーザビーム
を取り出し固体レーザ共振器を迂回させ固体レーザ光軸
に戻してやればよい。すなわち、半導体レーザビームを
第１の光学素子（反射鏡または直角プリズム）で半導体
レーザ励起固体レーザ光軸から抜き出し、第２、第３の
光学素子（反射鏡または直角プリズム）で固体レーザ共
振器を迂回させ、第４の光学素子（反射鏡または直角プ
リズム）で固体レーザ光軸に戻す。しかる後にフォーカ
シングレンズで絞って照射すればよい。狭リードピッチ
に対しては第１および第４の光学素子を抜きだして半導
体レーザ光で固体レーザを励起した固体レーザ出力光を
照射し、広リードピッチにたいしては第１および第４の
光学素子を挿入して半導体レーザ光を直接照射すればよ
い。

【００１０】このとき、半導体レーザ光をコリメートし
たのち第１の光学素子で抜き出すことが効果的である。

【００１１】半導体レーザとしては単一ストライプ半導
体レーザを用いることもできるし、また、コリメートし
たのち取り出せばマルチストライプアレイ半導体レーザ
であってもよい。

【００１２】さらに、このようなレーザ装置は２波長の
レーザビームを与えることができ、２波長の光を利用し
た分析に用いることができる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。

【００１４】図１に示すごとく、半導体レーザ端面励起
固体レーザの光軸上に光路を９０度変換し同期して可動
な第１および第４の光学素子（反射鏡または直角プリズ
ム）４および７と、第２、第３の光学素子（反射鏡また
は直角プリズム）５および６とにより、半導体レーザ光
８の迂回光路を設けた。半導体レーザ出力を直接利用す
る時には、第１および第４の光学素子４および７を光路
上に挿入し、固体レーザ出力９を利用するときには、第
１および第４の光学素子４および７を光路上から外す。
こうして得られる半導体レーザ波長８０８ｎｍとＹＡＧ
レーザ波長１０６４ｎｍとを用い、空気中の水蒸気の１
０６４ｎｍと８０８ｎｍの波長に対する吸光度の差を利
用して、空気中にレーザ光を照射し水蒸気濃度を見積る
ことができている。

【００１５】また、図２に示すごとく、半導体レーザ光
８をコリメートする光学素子１０とコリメートした半導
体レーザ光をフォーカシングし固体レーザ素子２を励起
する光学素子１１との間に第１の光学素子４を、固体レ
ーザ共振器の出力ミラー３と固体レーザ光９をフォーカ
シングする光学素子１２との間に第４の光学素子７を挿
入できるようにすることにより、固体レーザ光９と半導
体レーザ光８の両方をレーザ加工に利用することを可能
とした。出力１Ｗの単一ストライプ半導体レーザとＹＡ
Ｇ結晶を用いた固体レーザと、図２のような光学系を用
いて、ＹＡＧレーザ光を集光した微細スポットで径２０
μｍ、パワー密度１００ｋＷ／ｃｍ² 半導体レーザ光を
集光した粗いスポットで径２００μｍ、パワー密度２.
５ｋＷ／ｃｍ²が得られている。また、出力１０Ｗのマ
ルチストライプアレイ半導体レーザを用いて、微細スポ
ットで径３０μｍ、パワー密度３００ｋＷ／ｃｍ²、粗
いスポットで径１ｍｍ、パワー密度１ｋＷ／ｃｍ²が得
られている。マルチストライプアレイ半導体レーザを使
ったものをＩＣの半田付けに適用し、リードピッチが２
００μｍのものには微細スポット光を照射し、５００μ
ｍのものには粗いスポット光を照射して、リードの半田
付けに成功している。

【００１６】

【発明の効果】半導体レーザ励起固体レーザとしてかか
る構成を持つレーザ装置はレーザビームを細く絞って微
細レーザ加工に対応できるとともに出力の大きな励起用
半導体レーザを直接用いて荒い加工にも対応できる。コ
ンパクトな構成で広範囲の利用を可能にする。また、得
られる２波長のレーザ光を分析に適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す図である。

【図２】本発明の他の実施態様を示す図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ（単一ストライプ半導体レーザまたは
マルチストライプ半導体レーザ）２固体レーザ素子（ＹＡＧ結晶）３アウトプットミラー４第１の光学素子（ミラーまたはプリズム）５第２の光学素子（ミラーまたはプリズム）６第３の光学素子（ミラーまたはプリズム）７第４の光学素子（ミラーまたはプリズム）８半導体レーザ光９固体レーザ光１０コリメーションレンズ１１フォーカシングレンズ１２フォーカシングレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林哲郎東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者斉藤吉正東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】励起源としての半導体レーザと、固体レ
ーザ素子と、出力鏡とを有する半導体レーザ端面励起固
体レーザ装置において、前記半導体レーザと固体レーザ
素子との光路間に、出し入れ可能な光路を９０度変換す
る第１の光学素子（反射鏡または直角プリズム）と、９
０度変換された光路をさらに９０度変換し固体レーザ素
子と出力鏡を迂回させる第２、第３の光学素子（反射鏡
または直角プリズム）と、固体レーザ出力光路上に、迂
回した光路を９０度変換し固体レーザ出力光路に合流さ
せる、第１の光学素子と同期して出し入れ可能な第４の
光学素子（反射鏡または直角プリズム）を配したことを
特徴する半導体レーザ励起固体レーザ装置。
【請求項２】前記光路を９０度変換する第１の光学素
子は、半導体レーザ光をコリメートする光学素子と、コ
リメートした半導体レーザ光をフォーカシングする光学
素子の間に、さらに、前記光路を９０度変換する第４の
光学素子は、固体レーザ光をフォーカシングする光学素
子と出力鏡の間に配したことを特徴とする請求項１記載
の半導体レーザ励起固体レーザ装置。