JPH0750442A - Laser equipment for processing - Google Patents

Laser equipment for processing

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Publication number
JPH0750442A
JPH0750442A JP19480293A JP19480293A JPH0750442A JP H0750442 A JPH0750442 A JP H0750442A JP 19480293 A JP19480293 A JP 19480293A JP 19480293 A JP19480293 A JP 19480293A JP H0750442 A JPH0750442 A JP H0750442A
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JP
Japan
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laser
laser device
processing
angle
nonlinear optical
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Application number
JP19480293A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Sekiguchi
宏 関口
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Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Publication date
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Publication of JPH0750442A publication Critical patent/JPH0750442A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a laser equipment for processing, which makes it possible to obtain a laser beam, which is used in a laser processing for obtaining a uniformly processed surface with a comparatively short-wavelength laser beam, by converting a fundamental wave laser beam into a short-wavelength laser beam. CONSTITUTION:Crystals having a large phase matching allowable incident angle are used as nonlinear optical crystals 8 and 10 and the beam divergence angle of a fundamental wave laser beam, which is emitted from an output mirror 2 of a fundamental wave laser equipment within the extent of the phase matching allowable incident angle of these nonlinear optical crystals, is set large, whereby a multi-mode laser beam for processing is obtained while the wavelength conversion efficiency of the laser is maintained comparatively high.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、特に比較的短波長のレ
ーザ光で均一な加工面を得るレーザ加工に用いるレーザ
光を、基本波レーザ光を短波長に変換することによって
得ることを可能にした加工用レーザ装置に関する。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to obtain a laser beam used in laser processing for obtaining a uniform processed surface with a laser beam having a relatively short wavelength, by converting a fundamental wave laser beam into a short wavelength. The present invention relates to a processing laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、IC回路表面に形成された樹脂
薄膜をIC回路等を損傷することなく正確に所定の領域
のみを除去する方法として、紫外領域あるいはその近傍
の比較的短波長のレーザ光を用いてレーザ加工によって
行なう方法が提案されている。このように、短波長のレ
ーザ光を用いたレーザ加工は、加工対象たる樹脂等に紫
外光等の短波長のレーザ光を照射することによって、そ
の照射した領域のみの化学結合状態(ボンド)を光化学
反応により瞬時に破壊した後、わずかな熱エネルギーに
よってそのボンドが破壊された部分を速やかに除去す
る。このため、加工対象物に熱的損傷を与えるおそれが
著しく小さく、したがって、また、照射した部分のみを
正確に除去でき、さらには、短波長であることから薄膜
の厚さ方向の一部に限って照射することができ、薄膜の
精密な加工も可能である等の種々の特徴を有しているの
で、近年、様々な分野でその応用が検討されている。
2. Description of the Related Art For example, as a method for accurately removing only a predetermined region of a resin thin film formed on the surface of an IC circuit without damaging the IC circuit or the like, laser light having a relatively short wavelength in the ultraviolet region or in the vicinity thereof is used. There has been proposed a method of performing laser processing by using. In this way, laser processing using a short-wavelength laser beam is performed by irradiating a resin or the like to be processed with a short-wavelength laser beam such as ultraviolet light so that a chemical bond state (bond) only in the irradiated region is obtained. After instant destruction by photochemical reaction, a small amount of heat energy quickly removes the part where the bond is destroyed. Therefore, the risk of thermal damage to the object to be processed is extremely small. Therefore, only the irradiated portion can be removed accurately, and since the wavelength is short, it is limited to a part in the thickness direction of the thin film. Since it has various characteristics such that it can be irradiated with light and precise processing of a thin film is possible, its application has been studied in various fields in recent years.

【0003】ところで、レーザ加工に利用可能な高い出
力を有する短波長のレーザ光を発生できるレーザ発振器
としては、例えば、エキシマレーザがあるが、装置が大
型・高価であるのでその応用も未だ限られている。
Incidentally, as a laser oscillator capable of generating a laser beam of a short wavelength having a high output which can be used for laser processing, there is, for example, an excimer laser, but its application is still limited because the device is large and expensive. ing.

【0004】比較的容易に短波長のレーザ光を得る方法
としては、例えば、Nd:YAGレーザ(波長約106
4nm)を基本波とし、第1の波長変換用非線形光学結
晶によって基本波(波長約1064nm)から第2高調
波(波長約532nm)を発生させ、この第2高調波か
ら第2の波長変換用非線形光学結晶によって第4高調波
(波長約266nm)を発生させる方法がある。
As a method of relatively easily obtaining a laser beam of a short wavelength, for example, an Nd: YAG laser (wavelength of about 106) is used.
4 nm) as the fundamental wave and the first nonlinear optical crystal for wavelength conversion generates the second harmonic (wavelength approximately 532 nm) from the fundamental wave (wavelength approximately 1064 nm), and the second harmonic for second wavelength conversion There is a method of generating a fourth harmonic (wavelength of about 266 nm) with a nonlinear optical crystal.

【0005】また、例えば、第1の波長変換用非線形光
学結晶によって基本波(波長約1064nm)から第2
高調波(波長約532nm)を発生させ、次に、第2の
波長変換用非線形光学結晶によって第2高調波と基本波
とから第3高調波(波長約355nm)を和周波発生
し、さらに第3の波長変換用非線形光学結晶によって、
第3高調波と基本波とから第4高調波(波長約266n
m)を和周波発生させる方法がある(特開平4−111
484号公報参照)。
In addition, for example, the first non-linear optical crystal for wavelength conversion changes the fundamental wave (wavelength of about 1064 nm) to the second wave.
A harmonic (wavelength of about 532 nm) is generated, and then a second harmonic conversion optical crystal is used to generate a sum frequency of a third harmonic (wavelength of about 355 nm) from the second harmonic and the fundamental wave. By the non-linear optical crystal for wavelength conversion of 3,
From the third harmonic and the fundamental wave to the fourth harmonic (wavelength approx. 266n
m) is a method of generating a sum frequency (Japanese Patent Laid-Open No. 4-111).
484).

【0006】上述の従来の方法は、いずれもより高い波
長変換効率を得るために、基本波を発生するレーザ装置
は、出来るだけ少ないビーム広がり角、つまりできるだ
け基本モード(シングルモード)に近いレーザ発振が得
られるように考慮されていた。基本モードに近いレーザ
光は干渉性が高く、また波長変換した高調波も干渉性が
高い。通常、Nd:YAGレーザの第4高調波のような
干渉性の高いレーザ光は、被加工物表面上の1点に集光
することで穴加工をおこない、また集光点を走査するこ
とで線または面加工に用いられている。
In any of the above-mentioned conventional methods, in order to obtain higher wavelength conversion efficiency, the laser device for generating the fundamental wave has a beam divergence angle as small as possible, that is, laser oscillation close to the fundamental mode (single mode). Was considered to be obtained. Laser light close to the fundamental mode has high coherency, and wavelength-converted harmonics also have high coherence. Normally, laser light with high coherence such as the fourth harmonic of an Nd: YAG laser is focused at one point on the surface of the workpiece to form a hole, and the focused point is scanned. Used for wire or surface processing.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、通常のN
d:YAGレーザの第4高調波のように干渉性の高いレ
ーザ光と結像型の光学系を組み合わせて加工すると、干
渉効果が高いために被加工物表面には凹凸状の加工痕が
残ってしまうという問題がある。被加工物表面での凹凸
状の加工痕の発生を避けるためには、干渉性の低いレー
ザ光、つまり横モード数の多いレーザ光が必要である。
However, the normal N
When laser light with high coherence such as the 4th harmonic of a d: YAG laser and an image forming optical system are combined for processing, the interference effect is high, and thus uneven processing marks remain on the surface of the workpiece. There is a problem that it will end up. Laser light with low coherence, that is, laser light with a large number of transverse modes is required in order to avoid the generation of uneven processing marks on the surface of the workpiece.

【0008】しかしながら、例えば、上述のNd:YA
Gレーザのように、紫外光を発生するには波長変換する
ことが前提となるレーザでは、単に、レーザの横モード
を増やして干渉性を下げてしまっては、こんどは波長変
換が難しくなるという問題があった。
However, for example, the above-mentioned Nd: YA
In a laser such as a G laser that requires wavelength conversion to generate ultraviolet light, it is difficult to perform wavelength conversion if the transverse mode of the laser is simply increased to reduce coherence. There was a problem.

【0009】本発明は上述の背景のもとでなされたもの
であり、特に比較的短波長のレーザ光で均一な加工面を
得るレーザ加工に用いるレーザ光を、基本波レーザ光を
短波長に変換することによって比較的簡単に得ることを
可能にした加工用レーザ装置を提供することを目的とし
たものである。
The present invention has been made under the above-mentioned background, and in particular, a laser beam used for laser processing for obtaining a uniform processed surface with a laser beam having a relatively short wavelength is converted into a fundamental wavelength laser beam having a short wavelength. It is an object of the present invention to provide a processing laser device which can be obtained relatively easily by conversion.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに本発明にかかる加工用レーザ装置は、 (構成1) 基本波レーザ光を発生する基本波レーザ装
置と、前記基本波レーザ光の波長を短波長に変換して出
射する非線形光学結晶とを有し、前記非線形光学結晶と
して位相整合の許容入射角の大きいものを用い、前記非
線形光学結晶の位相整合許容入射角の範囲内において、
前記基本波レーザ装置から出射される基本波レーザ光の
ビーム発散角を大きく設定することによりマルチモード
の加工用レーザ光を得ることを特徴とした構成とし、こ
の構成1の態様として、 (構成2) 構成1の加工用レーザ装置において、前記
基本波レーザ装置から出射する基本波レーザ光のビーム
発散角が、該基本波レーザ光のビーム径と広がり角(半
角)との積が縦又は横方向において20mm・mrad
以上になるように前記基本波レーザ装置の発振条件を設
定したことを特徴とする構成とし、また、この構成1又
は2の態様として、 (構成3) 構成1又は2の加工用レーザ装置におい
て、前記基本波レーザ装置として、共振器内に一次拡大
光学系としてシリンドリカルレンズ又はアナモルフィッ
クプリズムを設けてこれらの光学条件を選定することに
より、前記基本波レーザ装置から出射される基本波レー
ザ光のビーム発散角を所定の角度に設定するようにした
レーザ発振器又はレーザ増幅器を用いたことを特徴とす
る構成、及び、 (構成4) 構成1又は2の加工用レーザ装置におい
て、前記基本波レーザ装置として、出射開口部の縦横比
が1:2以上のレーザ媒体を用いたレーザ発振器又はレ
ーザ増幅器を用いたことを特徴とする構成とし、,さら
に、構成4の態様として、 (構成5) 構成4の加工用レーザ装置において、前記
レーザ媒体として、スラブ型レーザ媒体を用いたことを
特徴とする構成とし、構成1ないし5のいずれかの態様
として、 (構成6) 構成1ないし5のいずれかの加工用レーザ
装置において、前記非線形光学結晶として、前記基本波
レーザ光の第2高調波光を発生する角度位相整合の非線
形光学結晶及び第4高調波光を発生する温度位相整合の
非線形光学結晶を用いたことを特徴とする構成とし、こ
の構成6の態様として、 (構成7) 構成6の加工用レーザ装置において、前記
基本波レーザ光の第2高調波光を発生する角度位相整合
の非線形光学結晶としてLBO結晶又はKTP結晶を用
い、第4高調波光を発生する温度位相整合の非線形光学
結晶としてDKDP結晶を用いたことを特徴とする構成
とし、また、構成1ないし5のいずれかの態様として、 (構成8) 構成1ないし5のいずれかの加工用レーザ
装置において、前記非線形光学結晶として、前記基本波
レーザ光の第2高調波光を発生する角度位相整合の非線
形光学結晶及び第3高調波光を発生する角度位相整合の
非線形光学結晶を用いたことを特徴とする構成とし、さ
らに、構成8の態様として、 (構成9) 構成8の加工用レーザ装置において、前記
第2高調波光を発生する角度位相整合の非線形光学結晶
及び第3高調波光を発生する角度位相整合の非線形光学
結晶としてて共にLBO結晶を用いたことを特徴とする
構成とし、そして、構成1ないし9のいずれかの態様と
して、 (10) 構成1ないし9のいずれかの加工用レーザ装
置において、前記レーザ装置として、Nd・YAGレー
ザ媒体を用いたレーザ発振器又はレーザ増幅器を用いた
ことを特徴とする構成としたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a processing laser device according to the present invention comprises: (Structure 1) a fundamental wave laser device for generating a fundamental wave laser beam; Having a nonlinear optical crystal that converts the wavelength to a short wavelength and emits, using a large allowable incident angle of phase matching as the nonlinear optical crystal, within the range of the phase matching allowable incident angle of the nonlinear optical crystal,
The configuration is characterized in that multi-mode processing laser light is obtained by setting a large beam divergence angle of the fundamental wave laser light emitted from the fundamental wave laser device. ) In the processing laser device of configuration 1, the beam divergence angle of the fundamental wave laser light emitted from the fundamental wave laser device has a product of the beam diameter and the divergence angle (half angle) of the fundamental wave laser light in the vertical or horizontal direction. At 20 mm mrad
An oscillation condition of the fundamental laser device is set as described above, and as a mode of the configuration 1 or 2, (configuration 3) in the processing laser device of configuration 1 or 2, As the fundamental wave laser device, by providing a cylindrical lens or an anamorphic prism as a primary magnifying optical system in the resonator and selecting these optical conditions, the fundamental wave laser light emitted from the fundamental wave laser device is selected. A configuration characterized by using a laser oscillator or a laser amplifier in which a beam divergence angle is set to a predetermined angle, and (Configuration 4) In the processing laser device of Configuration 1 or 2, the fundamental wave laser device As a configuration, a laser oscillator or a laser amplifier using a laser medium having an aspect ratio of the emission opening of 1: 2 or more is used. Further, as a mode of Configuration 4, (Configuration 5) In the processing laser device of Configuration 4, a slab type laser medium is used as the laser medium. As a mode, (Structure 6) In the processing laser device according to any one of Structures 1 to 5, as the nonlinear optical crystal, an angular phase matching nonlinear optical crystal that generates a second harmonic light of the fundamental laser light, A configuration characterized by using a temperature-phase-matched nonlinear optical crystal that generates fourth harmonic light is provided. As an aspect of this configuration 6, (configuration 7), in the processing laser device of configuration 6, the fundamental laser light is used. Using the LBO crystal or the KTP crystal as the non-linear optical crystal of the angular phase matching for generating the second harmonic light, the non-linear optical crystal of the temperature phase matching for generating the fourth harmonic light And a DKDP crystal is used, and as an aspect of any one of configurations 1 to 5, (configuration 8) in the processing laser device of any one of configurations 1 to 5, the nonlinear optical crystal As the configuration, a non-linear optical crystal of angular phase matching that generates second harmonic light of the fundamental laser light and a non-linear optical crystal of angular phase matching that generates third harmonic light are used. As a mode of Configuration 8, (Configuration 9) In the processing laser device of Configuration 8, as the angle phase matching nonlinear optical crystal that generates the second harmonic light and the angle phase matching nonlinear optical crystal that generates the third harmonic light, And LBO crystals are used together, and as an aspect of any one of configurations 1 to 9, (10) processing of any one of configurations 1 to 9 In the laser device, as the laser device is obtained by a configuration characterized by using a laser oscillator or laser amplifier using a Nd · YAG laser medium.

【0011】[0011]

【作用】上述の構成1によれば、非線形光学結晶として
位相整合の許容入射角の大きいものを用い、かつ、前記
非線形光学結晶の位相整合許容入射角の範囲内におい
て、前記基本波レーザ装置から出射される基本波レーザ
光のビーム発散角を大きく設定することにより、波長変
換効率を比較的高く維持しつつマルチモードの加工用レ
ーザ光を得ることが可能となった。これにより、比較的
短波長のレーザ光で均一な加工面を得るレーザ加工に用
いるレーザ光を、基本波レーザ光を短波長に変換するこ
とによって極めて容易に得ることが可能になった。
According to the above configuration 1, a nonlinear optical crystal having a large allowable incident angle of phase matching is used, and within the range of the allowable incident angle of phase matching of the nonlinear optical crystal, the fundamental laser device is used. By setting a large beam divergence angle of the emitted fundamental wave laser light, it becomes possible to obtain a multi-mode processing laser light while maintaining the wavelength conversion efficiency relatively high. This makes it possible to obtain a laser beam used for laser processing for obtaining a uniform processed surface with a laser beam having a relatively short wavelength by converting a fundamental laser beam into a short wavelength very easily.

【0012】この場合、構成2の程度にビーム発散角を
設定することによって、容易に入手できる非線形光学結
晶を用いることが可能となる。
In this case, by setting the beam divergence angle to the degree of the configuration 2, it becomes possible to use a nonlinear optical crystal that is easily available.

【0013】また、構成3ないし5によれば、基本波レ
ーザ光のビーム発散角を容易に所望の角度に設定するこ
とできる。
Further, according to the constitutions 3 to 5, the beam divergence angle of the fundamental wave laser light can be easily set to a desired angle.

【0014】構成6ないし9によれば、基本波レーザ光
の第2ないし第4高調波光を得ることができる。
According to the configurations 6 to 9, it is possible to obtain the second to fourth harmonic light of the fundamental laser light.

【0015】構成10によれば、必要十分な出力を有す
る基本波レーザ装置を容易に得ることができる。
According to the structure 10, a fundamental wave laser device having a necessary and sufficient output can be easily obtained.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明の一実施例の係る加工用レーザ
装置の概略構成を示す図、図2は縦方向ビーム拡がり角
の説明図、図3は横方向ビーム拡がり角の説明図であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a processing laser device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a vertical beam divergence angle, and FIG. 3 is an explanatory view of a horizontal beam divergence angle. is there.

【0017】図1において、符号1はNd:YAGスラ
ブレーザ媒体、符号2は出力鏡、符号3は全反射鏡、符
号4はQスイッチ動作をさせるために必要なポッケルス
セル、符号5は同じくQスイッチ動作をさせるために必
要なポーラライザー、符号6a,6bはビーム径(縦方
向のみ)を波長変換用結晶LBO及びDKDPのサイズ
に合わせるための2枚のシリンドリカルレンズ、符号7
は基本波の偏光方向を調整するための1/2波長板、符
号8は第2高調波発生(SHG)用のLBO結晶、符号
9は第2高調波の偏光方向を調整するための1/2波長
板、符号10は第4高調波発生(FHG)用のDKDP
結晶、符号11は発生した第4高調波光(紫外光;26
6nm)と、基本波光(1064nm)及び第2高調波
光(532nm)とを分離するためのプリズムである。
In FIG. 1, reference numeral 1 is an Nd: YAG slab laser medium, reference numeral 2 is an output mirror, reference numeral 3 is a total reflection mirror, reference numeral 4 is a Pockels cell necessary for Q switch operation, and reference numeral 5 is also Q. Polarizers necessary for switching operation, reference numerals 6a and 6b are two cylindrical lenses, reference numeral 7 for adjusting the beam diameter (only in the vertical direction) to the size of the wavelength conversion crystals LBO and DKDP.
Is a 1/2 wavelength plate for adjusting the polarization direction of the fundamental wave, reference numeral 8 is an LBO crystal for second harmonic generation (SHG), and reference numeral 9 is 1 / for adjusting the polarization direction of the second harmonic. Two-wave plate, reference numeral 10 is DKDP for fourth harmonic generation (FHG)
Crystal, reference numeral 11 indicates the generated fourth harmonic light (ultraviolet light; 26
6 nm) and the fundamental wave light (1064 nm) and the second harmonic light (532 nm).

【0018】これら各光学素子は光軸を共通にして配置
されており、Nd:YAGスラブレーザ媒体1を挾んで
共振器を構成する出力鏡2と全反射鏡3とが配置され、
また、Nd:YAGスラブレーザ媒体1と出力鏡2との
間に、Nd:YAGスラブレーザ媒体1側から順にポー
ラライザー5及びポッケルスセル4が配置されている。
さらに、出力鏡2の外側には、該出力鏡2側から順にシ
リンドリカルレンズ6a,6b、1/2波長板7、LB
O結晶8、1/2波長板9、DKDP結晶10及びプリ
ズム11が配置されている。
These optical elements are arranged so that their optical axes are common, and an output mirror 2 and a total reflection mirror 3 which form a resonator by sandwiching the Nd: YAG slab laser medium 1 are arranged.
Further, a polarizer 5 and a Pockels cell 4 are arranged between the Nd: YAG slab laser medium 1 and the output mirror 2 in order from the Nd: YAG slab laser medium 1 side.
Further, on the outside of the output mirror 2, the cylindrical lenses 6a and 6b, the half-wave plate 7, and the LB are arranged in this order from the output mirror 2 side.
An O crystal 8, a half-wave plate 9, a DKDP crystal 10 and a prism 11 are arranged.

【0019】なお、ここではNd:YAGスラブレーザ
媒体1を励起するためのフラッシュランプ、Nd:YA
Gスラブレーザ媒体1やフラッシュランプ等を納めるた
めのランプハウス、フラッシュランプに電力を供給する
ための電源装置、Nd:YAGスラブレーザ媒体1やフ
ラッシュランプを冷却するための冷却器、Nd:YAG
スラブレーザ媒体1、出力鏡2と全反射鏡3とで構成さ
れる共振器、シリンドリカルレンズ6a,6b、1/2
波長板7、LBO結晶8、1/2波長板9、DKDP結
晶10及びプリズム11等を収納するための筐体等の図
示は省略した。
Here, a flash lamp for exciting the Nd: YAG slab laser medium 1, Nd: YA.
G slab laser medium 1, a lamp house for housing a flash lamp, a power supply device for supplying power to the flash lamp, a Nd: YAG slab laser medium 1, a cooler for cooling the flash lamp, Nd: YAG
Slab laser medium 1, resonator composed of output mirror 2 and total reflection mirror 3, cylindrical lenses 6a, 6b, 1/2
Illustration of a housing for accommodating the wave plate 7, the LBO crystal 8, the half wave plate 9, the DKDP crystal 10, the prism 11 and the like is omitted.

【0020】前記Nd:YAGスラブレーザ媒体1は、
長さ180mm、幅20mm、厚さ5mm、端面カット
角30度であり、周知のように、厚さ方向において対向
する一対の平行な面から励起光を導入し、長さ方向にお
いて対向する一対の傾斜する端面を通じてレーザ光を入
・出射するとともに、内部で上記厚さ方向において対向
する一対の平行な面を全反射面として交互にジグザグ反
射を繰り返して進行することによりレーザ光を発生する
ものである 全反射鏡3は曲率半径3mの凹面鏡であり、出力鏡2は
反射率30%の一部透過鏡であって、これらはNd:Y
AGスラブレーザ媒体1、ポーラライザー5及びポッケ
ルスセル4を挾み、約55cmの間隔をおいて対向配置
されてレーザ共振器を構成しているものである。
The Nd: YAG slab laser medium 1 is
The length is 180 mm, the width is 20 mm, the thickness is 5 mm, and the end face is cut at 30 degrees. As is well known, the excitation light is introduced from a pair of parallel surfaces facing each other in the thickness direction, and a pair of surfaces facing each other in the length direction. Laser light is generated by entering and emitting laser light through the sloping end faces, and by alternately repeating zigzag reflection with a pair of parallel surfaces facing each other in the thickness direction as total reflection surfaces inside. A total reflection mirror 3 is a concave mirror having a radius of curvature of 3 m, and an output mirror 2 is a partial transmission mirror having a reflectance of 30%. These are Nd: Y.
The AG slab laser medium 1, the polariser 5, and the Pockels cell 4 are sandwiched in between and are arranged facing each other with an interval of about 55 cm to form a laser resonator.

【0021】Nd:YAGスラブレーザ媒体1、ポーラ
ライザー5及びポッケルスセル4を全反射鏡3と出力鏡
2とで挾んで構成された装置は、基本波レーザ装置たる
Qスイッチパルスレーザ発信器を構成するものであり、
例えば、図示しないフラッシュランプに励起エネルギー
約40Jを投入してNd:YAGスラブレーザ媒体1を
励起し、ポッケルスセル4を駆動することにより、出力
鏡2から、パルス幅約15ナノ秒、出力エネルギー約4
50mJ、レーザ発振の繰り返し周波数が100Hzの
基本波レーザ光(波長;1064nm)を取り出すこと
ができるものである。
An apparatus constructed by sandwiching an Nd: YAG slab laser medium 1, a polarizer 5 and a Pockels cell 4 with a total reflection mirror 3 and an output mirror 2 constitutes a Q-switch pulse laser oscillator which is a fundamental wave laser apparatus. Is what
For example, by inputting excitation energy of about 40 J to a flash lamp (not shown) to excite the Nd: YAG slab laser medium 1 and driving the Pockels cell 4, the output mirror 2 outputs a pulse width of about 15 nanoseconds and an output energy of about Four
A fundamental wave laser light (wavelength: 1064 nm) having a repetition frequency of 50 mJ and laser oscillation of 100 Hz can be taken out.

【0022】また、LBO結晶8は、縦横8mmで長さ
12mの直方体形状であり、また、DKDP結晶10は
縦横10mmで長さ30mmの直方体形状であって、図
示しないが、どちらも回転および縦横のあおり調整機能
のついたステージ等に取り付けて調整できるようになっ
ている。
The LBO crystal 8 has a rectangular parallelepiped shape with a length and width of 8 mm and a length of 12 m, and the DKDP crystal 10 has a length and width of 10 mm and a length of 30 mm with a rectangular parallelepiped shape. It can be adjusted by attaching it to a stage with a tilt adjustment function.

【0023】この場合、第2高調波発生(SHG)用の
LBO結晶8は、TYPEI角度位相整合において、許
容角はΔΦ=6.5mrad・cm-1であり、ΔΘ=7
5mrad・cm-1である。また、第4高調波発生(F
HG)用のDKDP結晶10(Noncritical )はTYP
EI温度位相整合において、ΔΦ方向依存性なし、ΔΘ
=23mrad・cm-1と非常に広い。
In this case, the LBO crystal 8 for second harmonic generation (SHG) has an allowable angle of ΔΦ = 6.5 mrad · cm −1 and Δθ = 7 in TYPEI angle phase matching.
It is 5 mrad · cm −1 . Also, the fourth harmonic generation (F
DKDP crystal 10 (Noncritical) for HG) is TYP
In EI temperature phase matching, there is no ΔΦ direction dependency, Δθ
= 23 mrad · cm −1 , very wide.

【0024】上述の構成の装置において、出力鏡2から
基本波レーザ光(波長約1064nm)が出射される
と、この基本波レーザ光がLBO結晶8に入射して第2
高調波(波長約532nm)を発生させ、次に、発生し
た第2高調波がDKDP結晶10に入射して第4高調波
(波長約266nm)を発生させる。そして、これら
は、プリズム11によって分離して取り出される。
In the apparatus having the above-mentioned structure, when the fundamental wave laser light (wavelength of about 1064 nm) is emitted from the output mirror 2, the fundamental wave laser light is incident on the LBO crystal 8 and the second
A harmonic (wavelength of about 532 nm) is generated, and then the generated second harmonic enters the DKDP crystal 10 to generate a fourth harmonic (wavelength of about 266 nm). Then, these are separated and taken out by the prism 11.

【0025】ここで、レーザ発振器のビームクォリティ
ーは、安定共振器の場合、一般的に共振器の長さに比例
し、共振器内の支承の開口部の寸法の2乗に反比例する
ことが知られている。本実施例ではこのことを利用し
て、波長変換用非線形光学結晶(LBO結晶8、DKD
P結晶10)の許容入射角の許す限り、つまり波長変換
効率が大きく低下しない範囲(ここでは、同じ強度をも
つ理想的な単一モードレーザの波長変換効率(理論値)
の1/2以下にならない範囲を目安とした)において、
できるだけビームクォリティーを低下、つまりビーム発
散角を大きくするように、さらに換言するとマルチモー
ド発振の共振器を構成するように設定した。
Here, it is known that the beam quality of the laser oscillator is generally proportional to the length of the resonator in the case of a stable resonator and inversely proportional to the square of the size of the opening of the support in the resonator. Has been. In the present embodiment, this is utilized to make use of the wavelength conversion nonlinear optical crystal (LBO crystal 8, DKD).
As long as the allowable incident angle of the P crystal 10) allows, that is, the range in which the wavelength conversion efficiency does not significantly decrease (here, the wavelength conversion efficiency (theoretical value) of an ideal single-mode laser having the same intensity).
In the range of not less than 1/2 of
The beam quality was set as low as possible, that is, the beam divergence angle was made large, in other words, the multimode oscillation resonator was configured.

【0026】すなわち、レーザ発振器の出力鏡2を出た
直後の基本波レーザ光のビームクォリティー、つまりビ
ーム発散角は、図2に示されるように、縦方向(スラブ
開口部の寸法が大きい方向;幅方向;開口幅約15m
m)は約15mrad、M2 ファクターで表せば、約2
00となるようにした。また、横方向(スラブ開口部の
寸法が小さい方向;厚さ方向;開口幅約5mm)は約4
mrad、M2 ファクターで表せば、約20となるよう
にした。なお、このままではレーザビームの縦方向の大
きさが波長変換用結晶(LBO結晶8、DKDP結晶1
0)よりも大きいので、2枚のシリンドリカルレンズ6
a,6bによって縦方向のビーム径を約5mmにまで縮
小する。このときのビーム発散角は縦方向は約45mr
adになり、また横方向は約4mradのままである。
That is, as shown in FIG. 2, the beam quality of the fundamental laser light immediately after leaving the output mirror 2 of the laser oscillator, that is, the beam divergence angle, is in the vertical direction (the direction in which the size of the slab opening is large; Width direction: Opening width about 15m
m) is about 15 mrad, which is about 2 if expressed in terms of M 2 factor.
It was set to 00. Approximately 4 in the lateral direction (direction in which the size of the slab opening is small; thickness direction; opening width is about 5 mm).
When expressed in mrad and M 2 factors, it was set to about 20. In this state, the size of the laser beam in the vertical direction is the wavelength conversion crystal (LBO crystal 8, DKDP crystal 1).
0), so two cylindrical lenses 6
The beam diameter in the vertical direction is reduced to about 5 mm by a and 6b. The beam divergence angle at this time is about 45 mr in the vertical direction.
It becomes ad, and the lateral direction remains about 4 mrad.

【0027】出力鏡2から出射された基本波レーザ光の
発散角の大きい方向(縦方向)にLBO結晶8の許容入
射角の大きい方向が合うように該結晶8を保持し、かつ
1/2波長板7によってLBO結晶8の波長変換効率が
最大になるように偏光方向を調整する。このときLBO
結晶8では基本波の約40%が第2高調波に波長変換さ
れる。この変換効率は単一モードレーザを用いた実験に
比べ、その80%程度の高い変換効率であり、実用上十
分な値である。
The LBO crystal 8 is held so that the direction in which the allowable incident angle of the LBO crystal 8 is large coincides with the direction in which the divergence angle of the fundamental wave laser beam emitted from the output mirror 2 is large (longitudinal direction), and 1/2 The polarization direction is adjusted by the wave plate 7 so that the wavelength conversion efficiency of the LBO crystal 8 is maximized. LBO at this time
In the crystal 8, about 40% of the fundamental wave is converted into the second harmonic wave. This conversion efficiency is as high as about 80% as compared with the experiment using the single mode laser, which is a practically sufficient value.

【0028】波長変換された第2高調波はDKDP結晶
10に入射する。そこで、第2高調波の発散角の大きい
方向(縦方向)にDKDP結晶10の許容入射角の大き
い方向が合うように該結晶10を保持し、かつ1/2波
長板9によってDKDP結晶10の波長変換効率が最大
になるように偏光方向を調整する。このとき、DKDP
結晶10では第2高調波(波長約532nm)の約30
%が第4高調波に波長変換された。この変換効率は単一
モードレーザを用いた実験に比べ、その70%程度の高
い変換効率であり、実用上十分な値である。
The wavelength-converted second harmonic enters the DKDP crystal 10. Therefore, the crystal 10 is held so that the direction in which the allowable incident angle of the DKDP crystal 10 is large matches the direction in which the divergence angle of the second harmonic is large (longitudinal direction), and the ½ wavelength plate 9 is used to hold the crystal 10. The polarization direction is adjusted so that the wavelength conversion efficiency is maximized. At this time, DKDP
The crystal 10 has about 30 second harmonics (wavelength about 532 nm).
% Was wavelength converted to the 4th harmonic. This conversion efficiency is about 70% higher than that in the experiment using a single mode laser, which is a practically sufficient value.

【0029】プリズム11によって分離・出力された第
4高調波光として、最終的に、本実施例では、出力鏡2
から出射された基本波レーザ光の約10%にあたる45
mJ/パルスのエネルギーをもった干渉性の低い紫外光
が繰り返し100Hzにおいて安定して得られた。
As the fourth harmonic light separated and output by the prism 11, the output mirror 2 is finally used in this embodiment.
45 which is about 10% of the fundamental laser light emitted from
Ultraviolet light with low coherence having energy of mJ / pulse was repeatedly obtained stably at 100 Hz.

【0030】この紫外光を矩形マスクで整形し、これを
結像レンズでポリイミド樹脂上に縮小結像したところ、
従来は発生していた干渉効果による凹凸状の加工ムラが
ほとんど無い加工が容易に可能であった。
This ultraviolet light was shaped by a rectangular mask, and this was reduced and imaged on a polyimide resin by an imaging lens.
It was possible to easily perform processing with almost no uneven processing unevenness due to the interference effect that has occurred in the past.

【0031】ここでは波長変換素子としてLBO、DK
DPを用いたが、これ以外にも位相整合許容角が1方向
だけでも大きい非線形光学結晶、例えばKTPを用いて
もよい。また、ここではNd:YAGレーザの基本波1
064nmから第2高調波及び第4高調波を発生させる
場合を例に掲げたが、同様にして第2高調波及び第3高
調波を発生させることも勿論可能である。また基本波を
発生するレーザ媒質としてNd:YAG以外にも、例え
ば、レーザガラス、アレキサンドライト等を用いること
も可能である。
Here, LBO and DK are used as wavelength conversion elements.
Although DP is used, other than this, a nonlinear optical crystal having a large phase matching allowable angle even in one direction, such as KTP, may be used. Also, here, the fundamental wave 1 of the Nd: YAG laser is used.
Although the case where the second harmonic and the fourth harmonic are generated from 064 nm is described as an example, it is of course possible to generate the second harmonic and the third harmonic in the same manner. In addition to Nd: YAG, for example, laser glass, alexandrite, or the like can be used as the laser medium that generates the fundamental wave.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、非線形
光学結晶として位相整合の許容入射角の大きいものを用
い、かつ、この非線形光学結晶の位相整合許容入射角の
範囲内において、基本波レーザ装置から出射される基本
波レーザ光のビーム発散角を大きく設定することによ
り、波長変換効率を比較的高く維持しつつマルチモード
の加工用レーザ光を得ることを可能とし、これにより、
比較的短波長のレーザ光で均一な加工面を得るレーザ加
工に用いるレーザ光を、基本波レーザ光を短波長に変換
することによって極めて容易に得ることを可能にした加
工用レーザ装置を得ているものである。
As described above in detail, according to the present invention, a nonlinear optical crystal having a large allowable incident angle of phase matching is used. By setting a large beam divergence angle of the fundamental wave laser light emitted from the wave laser device, it is possible to obtain a multi-mode processing laser light while maintaining a relatively high wavelength conversion efficiency.
Obtaining a processing laser device that makes it possible to obtain a laser beam used for laser processing with a laser beam of a relatively short wavelength, which is used for laser processing, by converting a fundamental laser beam into a short wavelength very easily. There is something.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例にかかる加工用レーザ装置の
概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a processing laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】縦方向ビーム拡がり角の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a vertical beam divergence angle.

【図3】横方向ビーム拡がり角の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a lateral beam divergence angle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…Nd:YAGスラブレーザ媒体、2…出力鏡、3…
全反射鏡、4…ポッケルスセル、5…ポーラライザー、
6a,6b…シリンドリカルレンズ、7,9…1/2波
長板、8…LBO結晶、10…DKDP結晶、11…プ
リズム。
1 ... Nd: YAG slab laser medium, 2 ... Output mirror, 3 ...
Total reflection mirror, 4 ... Pockels cell, 5 ... Polarizer,
6a, 6b ... Cylindrical lens, 7, 9 ... 1/2 wave plate, 8 ... LBO crystal, 10 ... DKDP crystal, 11 ... Prism.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基本波レーザ光を発生する基本波レーザ
装置と、 前記基本波レーザ光の波長を短波長に変換して出射する
非線形光学結晶とを有し、 前記非線形光学結晶として位相整合の許容入射角の大き
いものを用い、 前記非線形光学結晶の位相整合許容入射角の範囲内にお
いて、前記基本波レーザ装置から出射される基本波レー
ザ光のビーム発散角を大きく設定することによりマルチ
モードの加工用レーザ光を得ることを特徴とした加工用
レーザ装置。
1. A fundamental wave laser device for generating a fundamental wave laser light, and a nonlinear optical crystal for converting the wavelength of the fundamental laser light into a short wavelength and emitting the short wavelength laser light. Using a large allowable incident angle, within the range of the phase matching allowable incident angle of the nonlinear optical crystal, by setting a large beam divergence angle of the fundamental laser light emitted from the fundamental laser device A processing laser device characterized by obtaining a processing laser beam.
【請求項2】 請求項1に記載の加工用レーザ装置にお
いて、 前記基本波レーザ装置から出射する基本波レーザ光のビ
ーム発散角が、該基本波レーザ光のビーム径と広がり角
(半角)との積が縦又は横方向において20mm・mr
ad以上になるように前記基本波レーザ装置の発振条件
を設定したことを特徴とする加工用レーザ装置。
2. The processing laser device according to claim 1, wherein a beam divergence angle of the fundamental wave laser light emitted from the fundamental wave laser device is equal to a beam diameter and a divergence angle (half angle) of the fundamental wave laser light. Product of 20mm · mr in vertical or horizontal direction
A laser device for processing, wherein an oscillation condition of the fundamental wave laser device is set to be equal to or more than ad.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の加工用レーザ装
置において、 前記基本波レーザ装置として、共振器内に一次拡大光学
系としてシリンドリカルレンズ又はアナモルフィックプ
リズムを設けてこれらの光学条件を選定することによ
り、前記基本波レーザ装置から出射される基本波レーザ
光のビーム発散角を所定の角度に設定するようにしたレ
ーザ発振器又はレーザ増幅器を用いたことを特徴とする
加工用レーザ装置。
3. The processing laser device according to claim 1, wherein as the fundamental wave laser device, a cylindrical lens or an anamorphic prism is provided as a primary expansion optical system in a resonator to meet these optical conditions. A laser device for processing, characterized in that a laser oscillator or a laser amplifier is used in which the beam divergence angle of the fundamental laser light emitted from the fundamental laser device is set to a predetermined angle by selection.
【請求項4】 請求項1又は2に記載の加工用レーザ装
置において、 前記基本波レーザ装置として、出射開口部の縦横比が
1:2以上のレーザ媒体を用いたレーザ発振器又はレー
ザ増幅器を用いたことを特徴とする加工用レーザ装置。
4. The processing laser device according to claim 1, wherein the fundamental wave laser device is a laser oscillator or a laser amplifier using a laser medium having an aspect ratio of the emission opening of 1: 2 or more. A laser device for processing characterized in that
【請求項5】 請求項4に記載の加工用レーザ装置にお
いて、 前記レーザ媒体として、スラブ型レーザ媒体を用いたこ
とを特徴とする加工用レーザ装置。
5. The processing laser device according to claim 4, wherein a slab type laser medium is used as the laser medium.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の加
工用レーザ装置において、 前記非線形光学結晶として、前記基本波レーザ光の第2
高調波光を発生する角度位相整合の非線形光学結晶及び
第4高調波光を発生する温度位相整合の非線形光学結晶
を用いたことを特徴とする加工用レーザ装置。
6. The processing laser device according to claim 1, wherein the non-linear optical crystal is a second laser beam of the fundamental wave laser beam.
A processing laser device using an angle-phase-matched nonlinear optical crystal that generates harmonic light and a temperature-phase-matched nonlinear optical crystal that generates fourth harmonic light.
【請求項7】 請求項6に記載の加工用レーザ装置にお
いて、 前記基本波レーザ光の第2高調波光を発生する角度位相
整合の非線形光学結晶としてLBO結晶又はKTP結晶
を用い、第4高調波光を発生する温度位相整合の非線形
光学結晶としてDKDP結晶を用いたことを特徴とする
加工用レーザ装置。
7. The processing laser device according to claim 6, wherein an LBO crystal or a KTP crystal is used as the angle-phase-matched nonlinear optical crystal that generates the second harmonic light of the fundamental laser light, and the fourth harmonic light is used. A laser device for processing, characterized in that a DKDP crystal is used as a temperature-matched nonlinear optical crystal for generating a laser beam.
【請求項8】 請求項1ないし5のいずれかに記載の加
工用レーザ装置において、 前記非線形光学結晶として、前記基本波レーザ光の第2
高調波光を発生する角度位相整合の非線形光学結晶及び
第3高調波光を発生する角度位相整合の非線形光学結晶
を用いたことを特徴とする加工用レーザ装置。
8. The processing laser device according to claim 1, wherein the nonlinear optical crystal is the second fundamental laser light beam.
A processing laser device comprising an angle-phase-matched nonlinear optical crystal that generates harmonic light and an angle-phase-matched nonlinear optical crystal that generates third harmonic light.
【請求項9】 請求項8に記載の加工用レーザ装置にお
いて、 前記第2高調波光を発生する角度位相整合の非線形光学
結晶及び第3高調波光を発生する角度位相整合の非線形
光学結晶としてて共にLBO結晶を用いたことを特徴と
する加工用レーザ装置。
9. The processing laser device according to claim 8, wherein both the angle-phase-matched nonlinear optical crystal that generates the second harmonic light and the angle-phase-matched nonlinear optical crystal that generates the third harmonic light are used together. A processing laser device using an LBO crystal.
【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
加工用レーザ装置において、 前記レーザ装置として、
Nd・YAGレーザ媒体を用いたレーザ発振器又はレー
ザ増幅器を用いたことを特徴とする加工用レーザ装置。
10. The processing laser device according to claim 1, wherein the laser device is:
A processing laser device comprising a laser oscillator or a laser amplifier using an Nd.YAG laser medium.
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