JPS6022632Y2 - Ｑスイッチパルスレ−ザ発振装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は切断、溶接等の加工を行うのに好適なレーザ
発振装置に関する。

シリコンやサファイヤなど半導体デバイスに利用される
薄板基板などを切断するのにパルスレーザが利用されて
いる。

例えばＹＡＧレーザを直流点灯したアークランプで励起
したＣＷＱスイッチＹＡＧレーザの出力を微少スポット
に集光することが行なわれている。

この種のレーザは共振器内にＱスイッチ素子を入れてＱ
スイッチパルス出力をとり出すことが行なわれている。

この場合、パルス出力のパルス幅は１００ｎ３程度の狭
い領域にあり、上記基板などの切断には熱影響が小さく
、高精度の加工が行なえる。

しかしパルスのピーク出力を単一発振モードで大出力を
得ようとするとレーザロッドの励起入力を増大する必要
がある。

しかし強くレーザロッドを励起するとレーザロッドの熱
歪み作用が大となり、単一モードで発振が困難となる。

そこで、ピーク出力を大とし、単一発振モードで発振さ
せるために、パルス励起入力にヨッテレーザロツドを励
起しＱスイッチによって各パルス励起１発の中で多数の
Ｑスイッチパルスを得ることが考えられている。

しかしこれらのパルスで基板の切断加工を行なうとパル
ス励起波形の立上りと立ち下り部に、励起強度が変化す
るためこの時点でＱスイッチパルスが発生するとパルス
の出力波形ピーク出力がパルス励起の中間時のパルスか
ら大きく変化し、Ｑスイッチパルスの出力ピーク値のば
らつきの大きいパルス列が形成される。

これを加工物にレンズで集光して照射しながら走査し、
切断などを行なうとパルスピーク出力の大きい部分は照
射部分が除去加工量が大きいために切断溝幅が大きくな
り、ピーク出力の小さいパルス部分の照射部位は加工除
去量が小さいので切断幅が小さくなる。

このため切断加工では切り口がギザギザなものとなり、
精密部品の加工に不都合を生じる。

この考案は上記不都合を解消するためになされたもので
、光励起強度に比例関係をもってＱスイッチパルスの繰
り返し率を制御する制御部を設ける構成にして、一定方
向に走査される加工部に対する照射加工量を均等化した
ものである。

以下、実施例を示す図面に基づいてこの考案を説明する
。

第１図に示す位置は、レーザ発振部１とこの発振部から
出力されるレーザビーム２を調整する光学系部３および
制御部４を備えた電源回路部５とで構成されている。

上記において、レーザ発振部１および光学系部３は一般
的な構成になっている。

すなわちレーザ発振部１は楕円反射鏡６と、この反射鏡
内に二つの焦点軸方向にそれぞれ配設されている励起ラ
ンプ７およびレーザロッド８と、レーザロッドの両端側
に設けられる共振鏡９ａｔ９ｂおよび全反射する側の共
振鏡９ｂとレーザロッド８との間に設けられるＱスイッ
チ１０とで構成されまた、光学系部３は凹レンズ１１と
凸レンズ１２の組合せになるビーム拡大器１３と、拡大
ビーム２ａを加工テーブル１４上に載置されている被加
工物１４ａ方向に光路を変える反射鏡１５および集光レ
ンズ１６とで構成されている。

なお、図中１７はトリガ電極、１８は起動用パルス発生
部である。

ところで電源回路部５を詳述すると、励起ランプ７は直
流補助電源１９および放電安定抵抗２０と接続して発光
回路を構成し、この回路には直流主電源２１の電圧を蓄
積する充放電コンデンサ２２と、ゲートターンオフ素子
（ＧＴＯ素子）、トランジスタもしくはサイリスタなど
からなるスイッチング素子２３および上記主放電コンデ
ンンサ２２の放電電流を検出する検出用抵抗体２４で構
成される回路が接続されている。

スイッチング素子２３はスイッチング制御回路２５に接
続し、またスイッチング素子２３、検出用抵抗体２４間
において検出電流信号は一方をコモンとする接点２６ａ
、２６ｂを有す第１のスイッチ２７を介し、増幅器２８
を経てＶ−Ｆ変換器２９に入力されるようになっている
。

一方、励起ランプ７の近傍には光電変換する励起光波形
検出部３０が設けられ、その一端である接点３１ａは第
１のスイッチ２７の切換えで接点２６ｂと接続し、また
、他端の接点３１ｂは励起ランプ７のカソード側の回路
線上に設けられる第２のスイッチ３２の接点３３ ａ、
３３ ｂのうちコモンである接点３３ｂと接続され
るようになっている。

さらに、上記Ｖ−Ｆ変換器２９はＱスイッチ駆動回路３
４に接続し、この変換器に入力された上記二つの検出部
（検出用抵抗体、励起光波形検出部）の検出信号で個々
にＱスイッチ駆動回路３４が制御されるようになってい
る。

なお、■−Ｆ変換器２９は検出信号がもつ電圧に比例し
た繰り返し周波数のパルス発生機能を有している。

上記の構成により、たとえば、第１のスイッチ２７およ
び第２のスイッチ操作により、励起光発光波形を検出す
る系統に切り換えた場合は、励起強度が強さに応じてＶ
−Ｆ変換器２９から対応する信号が出され、Ｑスイッチ
パルス繰り返し速度が高速になったり、低速になりＱス
イッチパルス１発当りの強度が均一化される。

゛また、検出用抵抗体２４によって検出された電圧の程
度に応じＱスイッチ駆動回路３４が制御され上記と同様
の作用が行われる。

次に上記励起光強度を検出した場合の制御作用における
パルス動作について第２図で説明する。

すなわち、あらかじめ直流補助電源１９で励起ランプ７
を予備放電させておき、これにスイッチング素子２３を
オンにし、励起ランプ７に充放電コンデンサ２２の電圧
（ＶＬ）を第２図ａで示すように時Ｂ、から４２間でス
テップ状に電圧印加すると、励起ランプ７の放電電流Ｉ
Ｉ、１は同図すにおける波形４１と４２で示すように徐
々に増大する。

これにつれて励起光強度も比例的に強力となる。

ここで、この励起光強度に比例してレーザロッド８の励
起レベルの分布状態が増大し、励起エネルギは蓄積され
る。

この場合、その蓄積速度は励起光強度に比例して増大す
るので、上記のようにＶ−Ｆ変換してＱスイッチパルス
発生タイミングＶＴＲを同図Ｃで示すよ、うに時間ｔ１
からｔ２の間でずらして発生させてＱスイッチパルス繰
り返し率を制御すると、同図ｄに示すようにＱスイッチ
の各パルス毎の出力ピーク値ＰＬは上記発生タイミング
に対応して均等化される。

この場合、上記のＶ −Ｆ変換によってパルス発生のパ
ルス繰り返し率を設定したので、励起入力の小さい時点
では、励起入力の小さい時点では、励起入力の大きい時
点よりパルス繰り返し率は低い。

しかし加工などにおいては、パルス毎の出力エネルギに
よって除去量が左右されるので、これらの出力で加工す
ると加工幅は、第３図に示すように従来ではギサギサ状
の切り口４３であったものが均一な幅の切り口４４で加
工が進行する。

なお、第２図ｅに示すような時間ｔ１から４２間におい
て三角波形の励起波形の電流ＩＬ２では、同図ｆに示す
ようにピーク出力Ｐ′、の大きな励起入力から徐々にＱ
スイッチパルスの繰り返し率を低下しつつ、Ｑスイッチ
パルスの各出力ピーク値を均等化することができる。

また、同図ｇに示すような脈流の励起電流ＩＬ３で励起
する場合も、Ｑスイッチパルス発生縁り返し率を周期的
に発生させることで、同図りのようにほぼ等しいＱスイ
ッチパルス列Ｐ／／、を得ることができる。

以上のようにこの発明は励起入力を直流でなくパルス、
脈流などを用いることでレーザロッドに入れる平均電力
を減少せしめ、励起のピーク値を上げてピーク出力の高
いＱスイッチパルスを得るとともに、各パルスのピーク
値を均等化するようにしたもので単一モード発振におい
ても、ピーク出力の大きな出力の均等化された出力や得
られレーザ加工等に適した場合は集光スポット径の小さ
な照射条件で加工できるので切断加工では切り口を平滑
にしかつ切断代を小さくでき、また溶接加工では均一な
溶接部が得られ高精度の加工が可能となった。

なお、上記実施例における構成では制御信号を二系統設
けた構成にしたが、どちらか一方の系統にした場合は、
いうまでもなく第１、第２のスイッチ２７．３２は不必
要となる。

また、制御のための検出は励起ランプ放電電流を検出し
たり、励起ランプの発光強度の検出の他に、レーザロッ
ドからの螢光発光出力を光電変換して検出しＶ−Ｆ変換
することでも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す全体構成図、第２図
ａ乃至りは電圧、電流およびピーク出力を示す波形図、
第３図は従来およびこの考案で得られた加工部の状態を
示す図である。 １・・・・・・レーザ発振部、４・・・・・・制御部、
５・・・・・・電源回路部、２４・・・・・・検出用抵
抗体、２９・・・・・・Ｖ−Ｆ変換器、３０・・・・・
・励起光波形検出部、３４・・・・・・Ｑスイッチ駆動
回路。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）共振器ミラー内にＱスイッチを設けた固体レーザ
   発振部と、上記Ｑスイッチを駆動するＱスイッチ駆動回
   路と、上記発振部用の制御電源回路に接続し時間的に変
   化する励起光源のレーザ物質に対する励起速度を検出す
   る検出部と、この検出部の出力値に比例関係をもって上
   記Ｑスイッチ駆動回路を制御した上記Ｑスイッチのパル
   ス繰り返し率を変化させる制御部とを備えることを特徴
   とするＱスイッチパルスレーザ発振装置。
2. （２）検出部は励起光源の通電電流を検出することを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載のＱスイッ
   チパルスレーザ発振装置。
3. （３）検出部は励起光源の発光強度を検出することを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載のＱスイッ
   チパルスレーザ発振装置。
4. （４） 検出部はレーザ物質からの螢光発光出力を検
   出することを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項
   記載のＱスイッチパルスレーザ発振装置。