JPH06318756A

JPH06318756A - レ−ザ装置

Info

Publication number: JPH06318756A
Application number: JP10558493A
Authority: JP
Inventors: Junji Fujiwara; 淳史藤原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-05-06
Filing date: 1993-05-06
Publication date: 1994-11-15

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明はレ−ザ光を所定のパルス幅に伸長
させることができるようにしたレ−ザ装置を提供するこ
とを目的とする。【構成】レ−ザ光Ｌのパルス幅を伸長させるレ−ザ装
置において、所定のパルス幅のレ−ザ光を発振出力する
レ−ザ発振器１と、所定の反射率に設定された２枚の反
射板３、４を有し、これら反射板によって上記レ−ザ発
振器からのレ−ザ光の反射と透過を繰り返し、透過した
レ−ザ光を積算することでそのパルス幅を伸長させるパ
ルス幅伸長光学系２とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はパルス発振されるレ−
ザ光のパルス幅を伸長させるためのレ−ザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】連続発振（ＣＷ）あるいはナノセカンド
（ｎｓ）以上のパルス幅を持つレ−ザ光を用いたレ−ザ
加工は、通常、熱加工であるとされている。レ−ザ加工
に用いられるレ−ザ光は、そのエネルギを被加工物に小
さなスポットで集中することができる。そのスポットに
投入されたエネルギが被加工物の周辺へ拡散する速度
（たとえば被加工物の熱伝導度）に対して、投入したエ
ネルギが大きい場合には、上記被加工物は溶けて穴あ
け、切断、溶接などが可能になる。

【０００３】このようなレ−ザ光による熱加工には、レ
−ザ光のつぎのような２つの特性が利用されている。第
１に、集光性が良いことであり、それによってレ−ザ光
のエネルギを小さなスポットに集中できる。第２に波長
選択性を有することで、それによって被加工物の吸収波
長とレ−ザ光の発振波長とを一致させることができる。

【０００４】ところで、連続発振（ＣＷ）あるいはナノ
セカンド（ｎｓ）以上のパルス幅を持つレ−ザ光を用い
てレ−ザ加工を行うと、大量のエネルギが消費され、熱
効率が極めて低くなるということがあり、また熱加工さ
れる部分の周辺部に熱歪みなどの熱影響が現われ易いと
いうことがある。

【０００５】そのような欠点を除去するために、短パル
スレ−ザ光を用いてレ−ザ加工を行うことが研究されて
いる。短パルスレ−ザ光を用いた場合、つぎのような利
点を上げることができる。第１に、レ−ザ光のパルス幅
が被加工物の熱伝導度よりも短く、レ−ザ光のエネルギ
が小さい場合、熱的に被加工物の周辺部を溶かすような
ことがない。このことは被加工物の周辺部に限らず、加
工箇所についても言える。第２に、レ−ザ光の発振波長
が特定の化学結合（分子・原子）の吸収波長に一致して
いる場合には、レ−ザ光で特定の結合のみを切断するこ
とが可能になる。

【０００６】以上のことから、レ−ザ加工はつぎの２つ
のケ−スに分けることができる。１つは、連続発振ある
いはナノセカンドオ−ダの、パルス幅が熱伝導時間より
も十分長いレ−ザ光を用いた場合であり、１つはパルス
幅が熱伝導時間よりも十分短い、短パルスレ−ザ光を用
いた場合である。

【０００７】これら２つのケ−ス以外にも、加工の様相
が変わる領域がある。それは、上記２つの領域の中間の
領域で、パルス幅と熱伝導時間がほぼ同じ領域であり、
その領域では上記２つの領域の中間の効果あるいは相乗
効果を期待することができる。

【０００８】そのような中間の領域でレ−ザ加工を行う
場合、パラメ−タとして変化させたいのは、レ−ザ光の
パルス幅である。しかしながら、レ−ザ光のパルス幅を
自由に変化させることは非常に難しい。

【０００９】たとえば、ＹＡＧレ−ザの場合、Ｑスイッ
チで１００ｎｓ程度のパルス幅が得られ、モ−ドロック
で１００ｐｓ程度のパルス幅が得られる。しかしなが
ら、その中間のパルス幅のレ−ザ光を直接、作るのは現
状では難しい。また、色素レ−ザも同様で、１０ｐｓ
（ピコセカンド）と１００ｆｓ（フェムトセカンド）の
中間のパルス幅を作ることは難しい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来はレ
−ザ光のパルス幅を容易に変化させることができないと
いうことがあった。この発明は上記事情に基づきなされ
たもので、その目的とするところは、レ−ザ光のパルス
幅を比較的容易に変えることができるようにしたレ−ザ
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、レ−ザ光のパルス幅を伸長させるレ−ザ
装置において、所定のパルス幅のレ−ザ光を発振出力す
るレ−ザ発振器と、所定の反射率に設定された２枚の反
射板を有し、これら反射板によって上記レ−ザ発振器か
らのレ−ザ光の反射と透過を繰り返し、透過したレ−ザ
光を積算することでそのパルス幅を伸長させる光学手段
とを具備したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、レ−ザ光は２枚の反射板で
反射と透過を繰り返すから、上記反射板を透過したレ−
ザ光が積算されれば、そのレ−ザ光のパルス幅は伸長さ
れることになる。

【００１３】

【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。図１に示すレ−ザ装置はレ−ザ発振器１を備え
ている。このレ−ザ発振器１はたとえばモ−ドロック式
のＹＡＧレ−ザで、パルス幅が１００ｐｓの短パルスレ
−ザ光Ｌを発振出力できるようになっている。図２
（ａ）は上記レ−ザ発振器１日ら発振出力された強度Ｓ
0 で、パルス幅Ｔ0 のレ−ザ光Ｌを示す。

【００１４】上記レ−ザ発振器１から発振出力されたレ
−ザ光Ｌは、そのパルス幅を伸長させるための、パルス
幅伸長光学系２に入射する。このパルス幅伸長光学系２
は第１の反射板３と第２の反射板４とからなる。これら
反射板３、４は一方の面が所定の反射率の反射面３ａ、
４ａに形成され、他方の面が透過面３ｂ、４ｂに形成さ
れている。２枚の反射板３、４は、これらの反射面３
ａ、４ａを対向させるとともに、所定の間隔で離間して
平行に配置されている。

【００１５】上記レ−ザ光Ｌは、上記パルス幅伸長光学
系２の第１の反射板３の反射面３ａ側から入射する。第
１の反射板３に入射したレ−ザ光Ｌは、一対の反射板間
のギャップを通過して第２の反射板４に入射する。レ−
ザ光Ｌは一部が第２の反射板４を透過し、残りが第２の
反射板４の反射面４ａで反射して第１の反射板３に入射
する。

【００１６】第１の反射板３に入射したレ−ザ光Ｌは、
その一部が透過し、残りがその反射面３ａで反射して再
度、第２の反射板４に入射するから、その一部は透過
し、残りは反射する。このように、レ−ザ光Ｌは、第１
の反射板３と第２の反射板４とで反射と透過を繰返す。
この状態を図１（ｂ）に示す。

【００１７】上記第２の反射板４を最初に透過したレ−
ザ光を第１の透過光Ｌ₁ とし、以後、一対の反射板間で
反射を繰り返すごとに上記第２の反射板４を透過するレ
−ザ光を第２の透過光Ｌ₂ 、第３の透過光Ｌ₃ 、…とす
る。各透過光は図２（ｂ）に示すように時間的にずれ、
また反射を繰返して第２の反射板４から透過するごとに
強度Ｉ₀ からＩ₁ 、Ｉ₂ 、Ｉ₃ …へと低下する。

【００１８】上記第２の反射板４を透過した各透過光Ｌ
₁ 、Ｌ₂ 、…は集光レンズ５で集束されて所定の部位、
たとえば被加工物６を照射する。つまり、第２の反射板
４を透過した各透過光Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、…は集光レンズ５に
よって積算されて被加工物６を照射することになる。

【００１９】上記第２の反射板４を透過した各透過光Ｌ
₁ 、Ｌ₂ 、…は、時間的にずれがあるので、被加工物６
をそれぞれがパルス幅Ｔ0 で順次照射することになる。
したがって、各透過光のパルス幅をＴ₀ とすれば、各透
過光Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、…が時間的にずれて被加工物６を照射
することで、レ−ザ光Ｌの実質上のパルス幅は（Ｔ₀×
ｎ）に拡大されることになる。なお、ｎは同一箇所を照
射する透過光の数である。

【００２０】しかしながら、透過光は強度が次第に低下
するから、所定の強度以上の透過光だけがレ−ザ光Ｌの
パルス幅を有効に伸長させることになる。以下、どのよ
うにレ−ザ光のパルス幅が伸長するのかを考察する。ま
ず、レ−ザ光Ｌのパルス幅がＴ₀ で、時間的に矩形であ
ると仮定する。また、一対の反射板３、４の光学長さ
（間隔）Ｇを下記のように選択する。

【００２１】Ｇ＝ｃ・Ｔ₀ ／２ …（１）式ただし、ｃは光の速度である。上記（１）式の場合、１
回目に通過した透過光Ｌ1 と２回目に透過した透過光Ｌ
2 とは図２（ｂ）に示すように時間的に重ならない。

【００２２】また、最初にパルス幅伸長光学系２に入射
するレ−ザ光Ｌの強度をＩ₀ とすると、Ｎ回の反射を繰
返して出射するレ−ザ光Ｌの強度ＩN は、Ｉ_N ＝（１−Ｒ）² ・Ｒ^2(N-1)・Ｉ₀ …（２）式で示される。ただし、Ｒは一対の反射板３、４の反射率
である。

【００２３】たとえば、１ｐｓのレ−ザ光Ｌを３倍のパ
ルス幅に広げることを考える。このときの一対の反射板
３、４の間隔Ｇは上記（１）式を解くと１５ｃｍにな
る。また、レ−ザ光Ｌのパルス幅を、その強度が最初の
レ−ザ光Ｌの強度Ｉ₁ に対して２分の１以上を維持して
３倍に広げるためには、Ｉ₃ とＩ₁ の比率が２：１であ
ればよいことになる。この条件は下記のように表せる。

【００２４】Ｉ₃ ：Ｉ₁ ＝２：１ …（３）式これを、上記（２）式を使って解くと、Ｒ＝０．８４と
なる。つまり、反射板３、４に反射率が８４％の反射コ
−トを付ければよいことになる。

【００２５】このように、何倍のパルス幅に広げるかと
いうことと、パルス幅が拡げられたレ−ザ光の強度を最
初のレ−ザ光Ｌの強度に対してどの程度にするのかとい
う条件に応じて上記第１の反射板３と第２の反射板４と
の反射率を設定することで、レ−ザ光Ｌのパルス幅をそ
の条件に応じて伸長させることができる。

【００２６】上記一実施例では第１の反射板と第２の反
射板との反射率が一様に設定されている場合について説
明した。その場合、異なる条件でレ−ザ光のパルス幅を
伸長させるには、第１、第２の反射板を反射率の異なる
ものに交換しなければならない。

【００２７】そこで、第１、第２の反射板の反射率を部
分的に変化させておけば、上記反射板のどの部分を利用
するかによって異なる条件でレ−ザ光のパルス幅を伸長
させることができる。

【００２８】また、レ−ザ発振器としては、ＹＡＧレ−
ザに限られず、ガスレ−ザや色素レ−ザなどであっても
よく、さらにパルス幅が制御されたレ−ザ光の用途はレ
−ザ加工に限られず、測定用など、他の用途にも利用す
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、所定の反
射率に設定された２枚の反射板によってレ−ザ発振器か
らのレ−ザ光の反射と透過を繰り返し、透過したレ−ザ
光を積算することでそのパルス幅を伸長させるようにし
た。そのため、レ−ザ光を、上記２枚の反射板の反射率
に応じて所定のパルス幅に伸長させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の一実施例の全体構成図、
（ｂ）はレ−ザ光が一対の反射板に対して反射と透過を
繰返す状態の説明図。

【図２】同じく（ａ）はパルス幅伸長光学系に入射する
レ−ザ光の説明図、（ｂ）はパルス幅伸長光学系出反射
を繰返して順次透過するレ−ザ光の説明図。

【符号の説明】１…レ−ザ発振器、２…パルス幅伸長光学系（光学手
段）、３，４…反射板、５…集光レンズ、Ｌ…レ−ザ
光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レ−ザ光のパルス幅を伸長させるレ−ザ
装置において、所定のパルス幅のレ−ザ光を発振出力す
るレ−ザ発振器と、所定の反射率に設定された２枚の反
射板を有し、これら反射板によって上記レ−ザ発振器か
らのレ−ザ光の反射と透過を繰り返し、透過したレ−ザ
光を積算することでそのパルス幅を伸長させる光学手段
とを具備したことを特徴とするレ−ザ装置。