JPWO2007138884A1 - Laser pulse generating apparatus and method, and laser processing apparatus and method - Google Patents
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Abstract
固体レーザのパルス出力を安定化して加工対象物に照射し微細加工を行う安定化レーザ加工装置を提供する。レーザ共振器内に設置したQスイッチ素子6とレーザ媒体5と予め光励起する励起レーザ発振器46、レーザ媒体内の上準位の励起密度を発振目的波長以外レーザ波長で所定期間照射し上準位密度低減の脱励起を行うレーザ発振器41を備え、レーザ共振器内で脱励起後にQスイッチ素子6をレーザ発振遮断(閉)状態にして上準位の光励起を行いレーザ媒体のエネルギー蓄積を所定期間行い、次いでQスイッチ6をレーザ発振可能(開)状態に切り換えてQスイッチパルスを発振出力させることによりQスイッチパルス発振間隔に関係なくパルス毎に均等なQスイッチパルス出力を加工対象物に導き精密加工するレーザ加工装置。Provided is a stabilized laser processing apparatus that stabilizes a pulse output of a solid-state laser and irradiates a workpiece with fine processing. The Q switch element 6 and the laser medium 5 installed in the laser resonator, the excitation laser oscillator 46 that is optically excited in advance, and the upper level excitation density in the laser medium are irradiated for a predetermined period at a laser wavelength other than the oscillation target wavelength. A laser oscillator 41 that performs de-excitation for reduction is provided, and after de-excitation in the laser resonator, the Q-switch element 6 is cut off (closed) in the laser oscillation state to perform upper-level photo-excitation to accumulate energy in the laser medium for a predetermined period Next, the Q switch 6 is switched to the laser oscillation enabled (open) state and the Q switch pulse is oscillated and output, so that an equal Q switch pulse output for each pulse is guided to the workpiece regardless of the Q switch pulse oscillation interval, and precision machining is performed. Laser processing equipment.
Description
本発明は、半導体ウエーハ上の半導体デバイスの回路構成部品などの加工に適するレーザ発振装置を用いた加工装置に関し、パルス繰り返し周波数を変化しても安定な高出力Qスイッチパルスを得る装置及び方法を得る。さらに、任意の照射タイミングでも常に安定化した出力を得ることが可能な微細加工装置及び方法を実現する。 The present invention relates to a processing apparatus using a laser oscillation apparatus suitable for processing circuit components of semiconductor devices on a semiconductor wafer, and an apparatus and method for obtaining a stable high output Q switch pulse even when the pulse repetition frequency is changed. obtain. Furthermore, a fine processing apparatus and method capable of always obtaining a stable output at any irradiation timing are realized.
電子工業において微細化した回路部品の調整、修正、加工など当業者には周知の如く、固体レーザから得られるQスイッチパルス出力を照射し、除去、マーキング、トリミング、スクライビングなどの製造工程に用いている。このレーザ加工方法においては、レーザのパルス毎の出力エネルギー、波形を繰り返し周波数の変化に対しても常に所定の出力が得られることが望ましい。例えば、半導体メモリの冗長回路の切り替えのための不良救済のための回路フューズ切断などは不等間隔の切断点を高速で走査しながら集光レーザビームを回路のフューズに照射しフューズ部を切断する。これには切断点に向けて高速な発振指令に従って安定なパルス波形、エネルギーの照射により高集積度のメモリーセルを高精度処理することが求められる。これらの加工対象物に対するレーザパルスの照射の時間間隔が不均一である場合が多く、レーザ発振器から放出されるパルスエネルギー、パルス幅、ピーク出力を均等化するための工夫がされてきている。これらに対する従来技術では図1に示すようなパルスレーザ発振装置と音響光学素子(AOM)の組合せによるパルスの安定化方法が提案されている。 As is well known to those skilled in the art, such as adjustment, correction, and processing of miniaturized circuit components in the electronics industry, it is irradiated with a Q-switch pulse output obtained from a solid-state laser and used in manufacturing processes such as removal, marking, trimming, and scribing. Yes. In this laser processing method, it is desirable that a predetermined output is always obtained even when the output energy and waveform of each laser pulse are repeated and the frequency is changed. For example, circuit fuse cutting for defect relief for switching a redundant circuit of a semiconductor memory is performed by irradiating a focused laser beam to a circuit fuse while scanning unequally spaced cutting points at high speed. . This requires high-precision processing of highly integrated memory cells by irradiation with a stable pulse waveform and energy according to a high-speed oscillation command toward the cutting point. In many cases, the time interval of laser pulse irradiation to these workpieces is not uniform, and contrivances have been made to equalize the pulse energy, pulse width, and peak output emitted from the laser oscillator. In the related art, a pulse stabilization method using a combination of a pulse laser oscillation device and an acousto-optic element (AOM) as shown in FIG. 1 has been proposed.
図1はAOMをパルス毎に作動させるパルス安定化方法であり、Qスイッチパルスの発振の後に生じている低出力パルスをAOMにより除去する方法を用いる。これは高価なAOM装置を用いる欠点がある。以下説明する。半導体レーザなどの励起用の光源1から放出されたレーザ光は固体レーザ媒体5のレーザ発振励起用集光部10に向けて放出される。この間にレンズなどの集光光学系3と固体レーザ共振器を構成するレーザ波長に対しては高反射で励起光波長に対しては透過性となる高反射鏡4が介在する。レーザ共振器の他方の出力鏡7がレーザ媒体5の高反射鏡4と反対側に設置される、レーザ媒体5と出力鏡7の間には音響光学的なスイッチ素子からなるQスイッチ素子6が設置される。レーザ装置の制御部11から動作制御信号が励起光源駆動部8、Qスイッチ駆動部9、それとレーザ共振器の外部に設置されたAOM29を制御するAOM駆動部12に信号が発せられる。AOMは超音波トランスジューサにRFパワーを印加してブラッグ回折セルを生成し、通過ビームを回折させる。従って駆動部12からセルにRFを印加するとRF印加時点で回折によりビームの一部は分離される。AOMの回折セルにRFパワー音波を伝播して回折格子を通過したレーザパルスはビーム拡大器15によりコリメートされ、反射鏡16に進み、反射されて加工対象物20に向き、レンズ18で集光されて加工対象物20の表面に集光照射され、加工が行われる。加工対象物20は駆動テーブル23により精密位置決め駆動が行われる。駆動は周知の技術で駆動部21により制御部11から制御信号を制御信号線26を経由して行われる。
FIG. 1 shows a pulse stabilization method in which the AOM is operated for each pulse, and uses a method in which the low output pulse generated after the oscillation of the Q switch pulse is removed by the AOM. This has the disadvantage of using expensive AOM equipment. This will be described below. Laser light emitted from the
このような構成でレーザ発振は図2に示すような手順で行われる。半導体レーザからの励起用レーザビーム2は予め発せられレーザ媒体は予め励起状態に置かれる。ここにパルストリガが(a)のt1、t3、t5、…時点で発せられるとQスイッチ素子6に駆動部9からRF1のパワーが印加されレーザ発振器の高反射鏡4と出力鏡7の間でのレーザ発振の往復光路の損失を増加し、発振を抑制する状態を形成する。この状態は時間t1−t2、t3−t4、t5−t6、…の間持続し、この間にレーザ媒体5に励起エネルギーを蓄積する、この蓄積量は励起光の強度及びt1−t2、t3−t4、t5−t6、…の時間に大よそ比例する。時刻t2、t4、t6でQスイッチ6へのRFパワー供給を駆動部9で遮断する。これによりレーザ共振器内に急激にQスイッチパルスが発生し、出力鏡7を透過して(c)の出力ビーム30MIRが得られる。引き続いてレーザ媒体が励起状態に置かれているのでレーザ媒体にレーザ発振利得が回復し、Qスイッチ素子6にRFパワーが印加されない状態にあるので連続的な低出力の発振部分が図2の(c)の13SIRで示すように持続発振する。従ってレーザ出力ビーム30IRにはQスイッチパルス部分30MIRと連続的出力部分13SIRが含まれる。
With such a configuration, laser oscillation is performed according to the procedure shown in FIG. The
レーザ共振器の外部のビーム光路にAOM29が設置されているので、このAOM29にRFパワーRFDを駆動部12から印加タイミングを図2(d)のようにQスイッチパルス30MIRの終了後で連続的発振部分13SIRの発振とタイミングを合わせて入れる。連続的発振部分13SIRはAOM29で回折されるので、Qスイッチパルス30MIRと分離して図1に示されるように別な方向のビーム13SIRとして得る。連続的レーザ発振部分14はこれを示す。Qスイッチパルス部分30MIRと分離して連続的なレーザ部分13SIRは加工対象物20に向けないようにする。従って加工対象物20にはQスイッチパルス30MIRだけが照射され、加工に寄与する。
Since the
このような従来構成では、発振器の外部にAOM29を設置し、パルス発振と同期させて動作タイミングを制御する必要がある。AOM29による損失があり、パワーの損失がある、AOM29を用いることは装置のコスト増加を招くこと、設置場所が必要であることなどの欠点がある。さらに、AOM29はレーザビーム波長が変化すると、設置角度、光学端面の反射防止膜の変更の必要性発生などの設置条件を再度最適化する必要がある。
In such a conventional configuration, it is necessary to install the
さらに、繰り返しパルス発振出力において、第1番目のパルスが後続のパルス出力と異なる現象を回避するため、Nd:YAGレーザ媒体を励起する光源の励起強度をQスイッチパルス発振の直前に低下する技術が米国特許第4337442号明細書に開示されている。パルス出力を一定にするために、このように連続的励起を継続しQスイッチパルス発振の前に所定期間発振動作を停止するためQスイッチで発振を遮断し、Qスイッチパルスのためのエネルギーを蓄積した後にQスイッチパルスを発振させる方法、予めQスイッチパルス発振の前に励起光源からの励起強度を低下させる方法などレーザ発振の上準位レベルの分布数を調整する方法が開示されている。 Further, in order to avoid the phenomenon that the first pulse differs from the subsequent pulse output in the repetitive pulse oscillation output, there is a technique for reducing the excitation intensity of the light source for exciting the Nd: YAG laser medium immediately before the Q switch pulse oscillation. This is disclosed in U.S. Pat. No. 4,337,442. In order to make the pulse output constant, continuous excitation is continued in this way, and the oscillation is interrupted by the Q switch to stop the oscillation operation for a predetermined period before the Q switch pulse oscillation, and energy for the Q switch pulse is accumulated. A method of adjusting the number of distributions of the upper level of laser oscillation, such as a method of oscillating a Q switch pulse after the lapse of time and a method of reducing the excitation intensity from the excitation light source before the Q switch pulse oscillation is disclosed.
本願発明で解決しようとする課題は、繰り返しQスイッチパルスの出力の均等化である。すなわち、パルス繰り返しの時間間隔が変化してもそれに依存しない安定化したQスイッチパルスレーザ発振出力を得ることができるレーザパルス発生装置及び方法を提供することであり、さらにそれを用いたレーザ加工装置及び方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is equalization of the output of repeated Q switch pulses. That is, it is to provide a laser pulse generating apparatus and method capable of obtaining a stabilized Q-switch pulse laser oscillation output that does not depend on the pulse repetition time interval, and a laser processing apparatus using the same. And providing a method.
本発明は、前記課題を解決するために、レーザ媒体とレーザ共振器と前記レーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子と前記レーザ媒体の脱励起源と、前記脱励起源を第一の所定時間動作させレーザ媒体から蓄積エネルギーを放出させる手段と第二の所定時間前記Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加することにより前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積させる手段と、Qスイッチレーザパルス発振出力を得るため前記Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号停止手段とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a laser medium, a laser resonator, a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator, a deexcitation source of the laser medium, A predetermined energy is stored in the laser medium by operating a deexcitation source for a first predetermined time to release stored energy from the laser medium and applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a second predetermined time. And a means for stopping a laser oscillation suppression signal to the Q switch element in order to obtain a Q switch laser pulse oscillation output.
また、前記レーザ媒体の励起源を備え、前記蓄積エネルギーを放出させる手段にはさらに前記励起源の励起強度を低減または励起を停止もしくは遮断する手段を備えたことを特徴とする。また、前記エネルギーを蓄積させる手段にはさらに前記レーザ発振抑制信号のレベルを十分な発振抑止能を有しないレベルに設定する手段を備えことを特徴とする。また、前記蓄積エネルギーを放出する手段にはさらに第一の所定時間をゼロ以上に設定する手段を備えたことを特徴とする。 The laser medium excitation source may further include means for reducing the excitation intensity of the excitation source or stopping or blocking excitation. The means for accumulating energy further comprises means for setting the level of the laser oscillation suppression signal to a level that does not have sufficient oscillation suppression capability. Further, the means for releasing the stored energy further comprises means for setting the first predetermined time to zero or more.
次に、レーザ媒体とレーザ共振器と前記レーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子と、
十分な発振抑止能を有しないレベルのレーザ発振抑制信号を所定時間前記Qスイッチ素子に印加することにより前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積させる手段と、
Qスイッチレーザパルス発振出力を得るため前記Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止する手段とを備えたことを特徴とする。Next, a laser medium, a laser resonator, a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling the Q value of the laser resonator,
Means for applying a laser oscillation suppression signal at a level that does not have sufficient oscillation suppression capability to the Q switch element for a predetermined time to accumulate predetermined energy in the laser medium;
And means for stopping a laser oscillation suppression signal to the Q switch element in order to obtain a Q switch laser pulse oscillation output.
次に、レーザ媒体とレーザ共振器と前記レーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子と、前記レーザ媒体に変調した励起信号を与える手段と、
レーザ発振抑制信号を印加して所定時間前記Qスイッチ素子に印加することにより前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積させる手段と、Qスイッチレーザパルス発振出力を得るため前記Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止する手段とを備えたことを特徴とする。Next, a laser medium, a laser resonator, a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator, and means for providing a modulated excitation signal to the laser medium;
Means for storing a predetermined energy in the laser medium by applying a laser oscillation suppression signal and applying the laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a predetermined time; and suppressing laser oscillation to the Q switch element to obtain a Q switch laser pulse oscillation output And a means for stopping the signal.
次に、レーザ媒体とレーザ共振器と前記レーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子と、前記Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加し前記レーザ媒体にエネルギーを蓄積させる手段、前回パルスからの発生間隔に応じた損失がある状態でQスイッチレーザパルス発振出力を得るため前回のパルスからの発生間隔に依存してレーザ発振抑制信号を変調する手段を備えたことを特徴とする。 Next, a laser medium, a laser resonator, a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator, a laser oscillation suppression signal is applied to the Q switch element, and energy is applied to the laser medium. Means for accumulating, means for modulating a laser oscillation suppression signal depending on the generation interval from the previous pulse in order to obtain a Q-switched laser pulse oscillation output in a state where there is a loss corresponding to the generation interval from the previous pulse It is characterized by.
さらに、本発明はQスイッチレーザパルスの光路に非線形光学素子をさらに備えたことを特徴とする。また、これらのレーザパルス発生装置からのパルス出力を加工対象物に照射するレーザ加工装置であり、さらに、加工対象物が半導体基板上でのリンク配線、コンデンサ、抵抗、インダクタなどの電子デバイスであることまたは液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマ表示装置等表示装置であることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that a nonlinear optical element is further provided in the optical path of the Q-switched laser pulse. Further, the laser processing apparatus irradiates the processing target with the pulse output from these laser pulse generators, and the processing target is an electronic device such as a link wiring, a capacitor, a resistor, and an inductor on the semiconductor substrate. Or a display device such as a liquid crystal display device, an electroluminescence display device, or a plasma display device.
一方、本発明は、レーザ媒体とレーザ共振器とレーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子とレーザ媒体の脱励起源とを設けるステップと、脱励起源を第一の所定時間動作させレーザ媒体から蓄積エネルギーを放出するステップと、第二の所定時間Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加することによりレーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップと、Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止することによりQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有することを特徴とする。 On the other hand, the present invention provides a step of providing a laser medium, a laser resonator, a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator, and a deexcitation source of the laser medium, Operating for a predetermined period of time to release stored energy from the laser medium; applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a second predetermined period of time; and storing the predetermined energy in the laser medium; And a step of obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output by stopping the laser oscillation suppression signal.
また、前記蓄積エネルギーを放出するステップにおいてはさらにレーザ媒体への励起強度を低減するまたは励起を停止もしくは遮断することを特徴とする。また、前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップにおいてはレーザ発振抑制信号のレベルを十分な発振抑止能を有しないレベルとすることを特徴とする。また、前記蓄積エネルギーを放出するステップにおいて第一の所定時間がゼロ以上であることを特徴とする。 Further, in the step of releasing the stored energy, the excitation intensity to the laser medium is further reduced, or excitation is stopped or cut off. In the step of storing predetermined energy in the laser medium, the level of the laser oscillation suppression signal is set to a level that does not have sufficient oscillation suppression capability. In the step of releasing the stored energy, the first predetermined time is zero or more.
次に、レーザ媒体とレーザ共振器とレーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子とを設けるステップと、所定時間Qスイッチ素子に十分な発振抑止能を有しない信号レベルのレーザ発振抑制信号を印加することによりレーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップと、Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止することによりQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有することを特徴とする。 Next, a step of providing a laser medium, a laser resonator, and a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling the Q value of the laser resonator, and a signal that does not have sufficient oscillation suppression capability for a predetermined time Storing a predetermined energy in the laser medium by applying a laser oscillation suppression signal at a level, and obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output by stopping the laser oscillation suppression signal to the Q switch element It is characterized by.
次に、レーザ媒体とレーザ共振器とレーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子とを設けるステップと、レーザ媒体に変調した励起信号を与えるステップと、Qスイッチ素子に所定時間レーザ発振抑制信号を印加することによりレーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップと、Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止することによりQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有することを特徴とする。 Next, a step of providing a laser medium, a laser resonator, and a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling the Q value of the laser resonator, a step of providing a modulated excitation signal to the laser medium, and a Q switch element Storing a predetermined energy in the laser medium by applying a laser oscillation suppression signal to the laser switch for a predetermined time, and obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output by stopping the laser oscillation suppression signal to the Q switch element It is characterized by that.
次に、レーザ媒体とレーザ共振器とレーザ共振器のQ値を制御することによりレーザ発振抑制をするQスイッチ素子を設けるステップと、Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加しレーザ媒体にエネルギーを蓄積するステップと、前回のパルスからの発生間隔に依存してレーザ発振抑制信号を変調することにより前回パルスからの発生間隔に応じた損失がレーザ共振器にある状態でQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有することを特徴とする。 Next, a step of providing a Q switching element that suppresses laser oscillation by controlling the Q value of the laser medium, the laser resonator, and the laser resonator, and applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element to apply energy to the laser medium. Q-switched laser pulse oscillation output in the state where the laser resonator has a loss corresponding to the generation interval from the previous pulse by modulating the laser oscillation suppression signal depending on the accumulation step and the generation interval from the previous pulse And obtaining a step.
さらに、本発明はQスイッチレーザパルスを高調波に変換して出力するステップをさらに有することを特徴とする。また、これらのレーザパルス発生方法で発生したレーザパルスを加工対象物に照射するステップを有するレーザ加工方法であり、さらに、加工対象物が半導体基板上でのリンク配線、コンデンサ、抵抗、インダクタなどの電子デバイスであることまたは液晶表示装置、エレクトロルミネセンス表示装置、プラズマ表示装置等表示装置であることを特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized by further comprising the step of converting the Q-switched laser pulse into a harmonic and outputting it. Further, the laser processing method includes a step of irradiating a processing target with a laser pulse generated by these laser pulse generation methods. Further, the processing target is a link wiring, a capacitor, a resistor, an inductor, or the like on a semiconductor substrate. It is an electronic device or a display device such as a liquid crystal display device, an electroluminescence display device, or a plasma display device.
本発明のレーザパルス発生装置及び方法によると、パルス繰り返しの時間間隔が変化してもそれに依存しない安定したQスイッチパルスを得ることができる。また、本発明のレーザパルス加工装置及び方法によれば、加工物体に任意のタイミングで均一レーザパルスを照射できる。レーザパルスによる物体加工においては、ビームを照射する際に加工位置が不等間隔で基板上に分布する場合があり、このような場合にも本願発明によれば、加工位置に応じて不均等な任意タイミングであるが、均一なレーザパルスの照射が可能となる。 According to the laser pulse generating apparatus and method of the present invention, it is possible to obtain a stable Q switch pulse that does not depend on a change in the time interval of pulse repetition. Moreover, according to the laser pulse processing apparatus and method of the present invention, it is possible to irradiate a processed object with a uniform laser pulse at an arbitrary timing. In object processing using laser pulses, processing positions may be distributed on the substrate at unequal intervals when irradiating a beam. Even in such a case, according to the present invention, the processing positions are unevenly distributed according to the processing positions. Although it is an arbitrary timing, it is possible to irradiate a uniform laser pulse.
また本願発明によれば従来必要としたAOMなどの外部におけるビームの連続発振出力とQスイッチパルス発振出力部の選別用分岐素子がなくても安定なQスイッチレーザパルスによる加工が実現できる。レーザ発振媒体からの基本波から高調波成分を得る場合、脱励起光成分や高調波素子で変換された波長以外の波長の光がQスイッチパルス又は高調波成分に混入することを防止できる。レーザ媒体に導波路を採用したコア周囲に多孔を設けたホーリ・ファイバを用いることで、レーザ媒体内に形成される温度分布によるレーザ媒体内の温度変化による屈折率変動による影響を低減してレーザ発振モードの安定性向上も図ることができる。 In addition, according to the present invention, stable processing with a Q-switched laser pulse can be realized without the need for a continuous oscillation output of an external beam such as an AOM and a branching element for selection of a Q-switched pulse oscillation output unit. When obtaining a harmonic component from the fundamental wave from the laser oscillation medium, it is possible to prevent light having a wavelength other than the de-excitation light component or the wavelength converted by the harmonic element from being mixed into the Q switch pulse or the harmonic component. By using a holey fiber with a waveguide around the core that employs a waveguide as the laser medium, the effect of refractive index fluctuations due to temperature changes in the laser medium due to the temperature distribution formed in the laser medium is reduced and the laser is reduced. The stability of the oscillation mode can also be improved.
1:励起用半導体レーザ光源
2:励起用レーザビーム
3:集光光学系
4:レーザ共振器用高反射鏡
4’:エンドミラー
5:固体レーザ用レーザ媒体
6:Qスイッチ素子
7:レーザ共振器用出力鏡
7’:出力鏡
8:励起光源駆動部
9:Qスイッチ駆動部
10:レーザ発振励起用集光部
11:レーザ装置制御部
12:AOM駆動部
14:連続的レーザ発振部分
15:ビーム拡大器
16:反射鏡
18:加工用集光レンズ
19:Qスイッチパルスレーザ発振部分
20:加工対象物
21:駆動テーブル駆動部
26,27,40:制御信号線
23:駆動テーブル
29:音響光学素子(AOM)
31:非線形光学素子
32:波長フィルタ
34:ビーム吸収体
41:脱励起用レーザ発振器
42,43:コリメートレンズ
44:偏光ビーム重畳器
45:合成ビーム
46:励起用半導体レーザ発振器
50:レーザ装置制御部1: Excitation semiconductor laser light source 2: Excitation laser beam 3: Condensing optical system 4: High-reflection mirror for
8: excitation light source drive unit 9: Q switch drive unit 10: condensing unit for laser oscillation excitation 11: laser device control unit 12: AOM drive unit 14: continuous laser oscillation unit 15: beam expander 16: reflector 18: Condensing
31: Nonlinear optical element 32: Wavelength filter 34: Beam absorber 41:
以下、図3〜図10を参照して、本発明の好ましい実施例について説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
以下図3,4を用いて本発明の実施例1を詳細に説明する。図の中の説明番号につき従来技術の説明の図1に使用した番号と同一機能の部分は同一の番号を用いている。ここで出力鏡7’は基本波に対しては高反射率、第2高調波に対しては高透過率の特性を有する出力鏡とする。レーザ励起光源である半導体レーザ発振器46からの励起用レーザビームをコリメートレンズ43経由で平行ビームにして偏光ビーム重畳器44に導く。一方、レーザ上準位励起密度低減用の脱励起用レーザ発振器41は、レーザ媒体にレーザ発振目的波長外のレーザ波長を照射する脱励起源となる。脱励起用レーザ発振器41からのレーザビームをコリメートレンズ42で平行ビームにし、偏光ビーム重畳器44に導く、これら2本のビームを重畳又は時間をずらして同軸上に配置した合成したビーム45を同軸上に進行し、集光光学系3でレーザ媒体5にレーザ共振器の基本波長に対する高反射鏡4を通過させてレーザ媒体5に集光照射する。レーザ共振器の出力鏡7’とQスイッチ素子6の間には非線形光学素子31を設置する。この構成でレーザ共振器鏡4と出力鏡7’の間のQスイッチ素子6にRFパワーのオンとオフのタイミングを制御部50からの指令で図4(b)に示すように制御する。
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Parts having the same functions as the numbers used in FIG. 1 of the description of the prior art are used for the explanation numbers in the figure. Here, the
図3の例では励起用の半導体レーザ発振器46の光は空間上で伝送しているが励起用発振器の光をファイバーで伝送することもでき、その場合には脱励起用光源ビームをそのファイバーに結合して同軸で伝送する。
In the example of FIG. 3, the light of the pumping
脱励起用レーザ発振器41,励起用半導体レーザ発振器46の発振波長は、レーザ媒体がNd+3イオン添加のNd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YLFなどの場合は励起用波長としては図5に示すような周知のNdのエネルギー準位図から808nm近傍の波長を用い、脱励起用には波長0.9μm、1.1μm、1.3μm近傍のレーザ光が有効である。このことはレーザ媒体に用いられるNd:YAG結晶の通常使用される波長のレーザ遷移の上準位の4F3/2 を起点とするその他の遷移波長には946nm、1123nm、1319nmがあるからである。これらの構成において、各素子と制御部の動作タイミング例を説明する。The oscillation wavelengths of the
加工対象物20の加工位置を設定するため制御部50からの信号で駆動テーブル23が駆動部21で駆動される。この駆動テーブルの制御位置はエンコーダ付の閉ループ位置制御システム(図示なし)でもよい。この段階で図4の時刻t1に先んじて超音波印加のQスイッチ素子6、励起用半導体レーザ発振器46を駆動するため図4(b)のRF1の印加タイミングを制御してのRFの印加、(c)の励起パワー(PL)を始動させる。Qスイッチ素子6はQスイッチ駆動部9からRFパワーをQスイッチ素子6の超音波トランスジューサに印加し、レーザ共振器を損失の大きなレーザ発振遮断状態にしておく。一方、レーザ媒体5には励起用レーザ出力を印加し、レーザ発振をする前にレーザ媒体内の熱的な温度分布がある平衡状態に形成されるようにするため制御部50から制御信号線27経由で励起用半導体レーザ発振器46に発振指令を送る。
The drive table 23 is driven by the
加工対象物20の加工位置が対応する集光レンズ18の集光点に到達する時間t3を予測して制御部50からレーザ発振動作プロセス開始の指令信号を発する。先ず、それまで励起されていた上準位の反転分布密度を低減するための脱励起波長近傍のレーザ光を印加するため、制御部50から脱励起用レーザ発振器41に発振指令を制御信号線40経由で送る。発振指令は、図4(a)に示したトリガ信号によって出され、トリガ信号の下降エッジによって(d)に示すように時刻t1、t5、t9において脱励起用レーザ発振が開始される。脱励起レーザ光はコリメータレンズ42でコリメートされて平行になり偏光ビーム重畳器44に入り、通過して集光レンズ3でレーザ媒体5に照射される。そのレーザ媒体5には予め励起用半導体レーザ発振器46からコリメートレンズ43で平行にされて、偏光ビーム重畳器44で同軸にされた励起レーザビームで励起されて結晶の温度上昇が発生し、上準位へ励起エネルギーが図4(e)破線レベルで示すように蓄積されている。そこに脱励起用のレーザ波長が同じ結晶空間に照射されるので上準位からレーザ発振の基本波長と異なる波長で下位準位へ遷移し光放出される。この光はレーザ共振器と十分な発振条件になる条件が満足されないほどの損失が大きいからレーザ発振には至らない。それまで蓄積された上準位のエネルギー準位の密度を図4(e)UL−1で示すように低減できる。
A time t3 when the processing position of the
所定時間t1−t2の期間に脱励起を行い、その後励起レーザだけでレーザ媒体をt2−t3の間に励起し上準位に反転分布を発生ための励起を行う(UL−2)。その後、図4(b)に示すように、Qスイッチ素子6への駆動用RFパワーをt3−t4間に遮断し、透過(開)状態にし、Qスイッチパルス33Gを発振させる。ここで上準位の励起密度はレーザ発振に伴い低減する(UL−3)。このときのQスイッチパルス出力33Gは時間t2−t3の間にレーザ媒体5に蓄積されたエネルギーに対応してパルスエネルギー(f)Q0の33Gが放出される。Qスイッチパルスの発振の後に時刻t4から再びQスイッチを遮断(閉)状態にするためQスイッチ素子6にRFパワーを印加する。この過程の時刻t3−t4の間に発振して放出されるQスイッチパルスで、第1の加工対象点が加工される。次いで第2の加工対象物点も同様に、位置と走査速度から求まるQスイッチパルス発振のタイミングを求め、それに基づく時間関係で、脱励起DPL1を時間t5―t6の間継続し、その後、所定の時間t6−t7の間レーザ励起を行い、その後、時間t7−t8間にRFを遮断してQスイッチパルス33Gを発振させる。この場合、Qスイッチパルスの間隔である時間t3−t7、t7−t11の時間が変化する場合、即ち時間t4−t5、t8−t9の間の時間が異なっても、脱励起プロセス(d)のDPL1をQスイッチ繰り返し動作のパルス発振サイクル間に導入したので、t1、t5、t9以前から夫々蓄積された上準位エネルギーは脱励起レーザによって減少する。(f)Q0に示すQスイッチパルス出力33Gの出力エネルギーは、脱励起後の励起エネルギーで設定されるのでパルス繰り返し周波数には関係ない出力均等化が図れる。したがってこれらの均等化されたパルス出力を用いることでレーザ照射タイミングに無関係で加工対象物の加工を精密に行えるようになった。第3番目以降のQスイッチパルス動作は同様なプロセスの繰り返しである。
De-excitation is performed during a predetermined time period t1-t2, and then the laser medium is excited between t2-t3 with only the excitation laser, and excitation for generating an inversion distribution at the upper level is performed (UL-2). Thereafter, as shown in FIG. 4 (b), the driving RF power to the
上記の図の実施例で励起用のレーザ出力PLを図4(c)に示すように一定な強度で動作させる例を示したが、この出力を脱励起中は発振停止、又は低出力状態になるように励起用レーザ出力PLを変調して脱励起速度を促進してもよい。 In the embodiment of the above figure, an example is shown in which the laser output PL for excitation is operated at a constant intensity as shown in FIG. 4 (c). Thus, the excitation laser output PL may be modulated to accelerate the deexcitation rate.
上記の説明では非線形光学素子31については、加工用波長に基本波の波長を用いる場合は不要である、しかし、第2高調波を用いる場合には周知の非線形光学素子を基本波のビームに対して位相整合条件を満足するように設置する。これによりQスイッチパルスは第2高調波に変換されて出力鏡7’から放射される。この場合必要に応じて第2高調波出力に混入するQスイッチパルスの基本波成分や脱励起波長成分により刺激されて放出されるASE成分(ASE = Amplified Spontaneous Emissionの略で、増幅された自然放出光の意味)を波長フィルタ32により除去し、ビーム吸収体34に混入成分33IRを導き、第2高調波成分33Gだけをビーム拡大器15でコリメートして反射鏡16で反射した後に集光レンズ18で微細なスポットに形成して加工対象物に照射し、加工を施すことができる。
In the above description, the nonlinear
非線形光学素子31に非線形作用をさせるためには入力光が偏光されている必要がある。共振器内に偏光を伴う要素が有る場合、例えばレーザ媒体とNd:YVOやNd:YLFとした場合は、偏光手段を特にいれなくても、偏光発振が可能であるので、単に非線形光学素子31をいれればよい。しかしながら、レーザ媒体が偏光を伴う要素がない場合は別途光路にポラライザ等の偏光手段を入れる必要がある。ここに示した偏光手段の必要性は本願発明で非線形光学素子を入れた場合、すべてに共通である。
In order for the nonlinear
この基本波長の第2高調波成分を非線形光学素子で波長変換し加工に利用する場合には連続発振成分が基本波に混入してもよい、波長変換される第2高調波成分の大部分は高い変換効率が得られるQスイッチ素子の成分だけが第2高調波成分として出力されるからである。連続波成分が波長変換されないで高調波と同軸上に放出されても波長フィルタ32で高調波以外を削除可能である。したがって完全に連続成分を削除できる。
When the second harmonic component of the fundamental wavelength is converted into a wavelength by a nonlinear optical element and used for processing, a continuous oscillation component may be mixed into the fundamental wave. Most of the second harmonic component to be wavelength converted is This is because only the component of the Q switch element that provides high conversion efficiency is output as the second harmonic component. Even if the continuous wave component is emitted on the same axis as the harmonic without being wavelength-converted, the
非線形光学素子31を通過することでQスイッチ素子6の基本波成分に対する共振器内の発振抑制能の負担が大幅に緩和できる。それは、従来から、基本波を用いる場合はQスイッチ素子の駆動パワーを連続出力成分が出力されないようにQスイッチ素子の抑制能増大のためQスイッチ素子駆動のRFパワーを大きくし連続発振を抑制するか、又は連続成分を出力した後に、従来技術で説明したようにAOMで削除しなければならないからである。前者の場合は、Qスイッチ駆動部9のRF回路の最大パワーを大きくするために発熱による信頼性低下、高繰り返しRF変調素子への負荷の増大に伴う最高繰り返し率への制限、Qスイッチトランスジューサの消費電力増大によるトランスジューサの回折媒体との接合部の剥離や超音波振動用トランスジューサの割れの発生など不利な現象が多数発生することの不利な点がある。後者の場合はQスイッチパルス成分と連続発振成分とを分離する高い回折効率を有するAOM設置のためにはAOMのトランスジューサに高いRFパワー駆動が必要となりQスイッチ素子6におけるRF駆動器に関する設計的制約が欠点として生じる。
By passing through the nonlinear
実施例2は基本波発振において連続出力成分がQスイッチパルスと交互に発生する例である。図3の構成を用いる。図6には本実施例による動作を説明する。予め励起用半導体レーザ発振器46の出力を発生し、レーザ媒体5を励起しておく、その間Qスイッチ素子6のRFパワーを繰り返しパルスの速度で必要なエネルギーの蓄積レベルまで抑制できる程度まで低い回折能を有するまでRFパワーを低減するように(b)のRF1を比較的低いレベルに設定する。したがって、励起エネルギーの蓄積が進行するとレーザがQスイッチ素子6の抑制に打ち勝って連続的発振を始めて(f)Q0に示すように連続的低出力LPを出力する。次に脱励起DPL1を(d)DPLのt1−t2の間発生して脱励起して、蓄積されたエネルギーをASEとして放出させ上準位のエネルギーを(e)UL−NのUL−1で示すようにて消費する(UL−1)。この間、励起用半導体レーザは(c)PLのt1−t2間のように発振停止か遮断する。なお、脱励起用レーザの発振指令は、実施例1と同様、図6(a)に示したトリガ信号によって出される。
The second embodiment is an example in which the continuous output component is alternately generated with the Q switch pulse in the fundamental wave oscillation. The configuration of FIG. 3 is used. FIG. 6 illustrates the operation according to this embodiment. The output of the
t2−t3の間に励起用半導体レーザから励起光を再び照射してレーザ媒体5を励起し、必要な励起レベルエネルギーを蓄積する(UL−2)。その後t3でQスイッチ素子6のRF印加を停止してQスイッチパルス発振を起こさせQスイッチパルス33Gを放出する(UL−3)。次はQスイッチ素子6にRF1パワーを印加して励起用半導体レーザ発振器46からレーザ媒体5を光励起し、連続発振成分LPが発振する。この後は必要なタイミングt5−t6で脱励起レーザ照射を行い、励起用半導体レーザで所定時間(t6−t7)励起し、次いでQスイッチパルスを発振することの繰り返しを行う。このサイクルの中で連続的な出力が発生しても、非線形光学素子31における変換効率はパワーの2乗に比例するので、連続出力の変換効率は、Qスイッチパルスのそれに比較して圧倒的に低いから基本波のまま非線形光学素子31を通過し、波長フィルタ32で分離され、ビーム吸収体34で熱になり削除できる。したがって、加工対象物には高調波成分のQスイッチパルスからの変換成分だけが照射され加工が行われる。
During the period from t2 to t3, the excitation medium is again irradiated with excitation light to excite the laser medium 5, and necessary excitation level energy is accumulated (UL-2). After that, at t3, RF application of the
脱励起期間t1−t2、t5−t6、及びt9−t10はゼロにすることも可能である。ゼロにした場合は、脱励起用レーザは省略することが可能であるので、図3から脱励起用レーザ発信器41、制御信号線40、コリメートレンズ42、偏光ビーム重畳器44およびレーザ装置制御部50における脱励起用レーザ発振器制御に関する機能はなくてもよい。
The deexcitation periods t1-t2, t5-t6, and t9-t10 can be zero. When zero, the deexcitation laser can be omitted, and therefore, from FIG. 3, the
Qスイッチ素子6へのRFパワー印加時に発振を完全には抑制できないレベルに設定して、上準位の反転分布数を抑制した状態図6(g)UL’―Nを用いた場合で、特に脱励起時間t1−t2、t5−t6、t9−t10を0にした場合の動作を図6(g)(h)(i)に示す。この場合、低ピークQスイッチを低繰り返しから高繰り返し動作まで安定に任意間隔で得ることができる特徴を有する。このとき、上準位のエネルギーは図6(g)で示される。図6(f)に相当する発振出力の時間経過は図6(h)のようになる。Qスイッチの抑制能による損失に打ち勝って連続漏れ成分LP’が発振し、Qスイッチパルス発振指令タイミングt3、t7、t11 直前まで継続し、そこでRFパワーがオフされると、RFパワー印加で抑制されていた残存利得により低ピークQスイッチパルス(h)Q’0の33Gが得られる。これを非線形光学素子で高調波に波長変換することで第2高調波のQスイッチ出力(i)QSHGの33G’が得られる。この方法によると、漏れ発振成分LP’の発生が出来なくなるほど高い繰り返し率まではQスイッチパルス33G及び第2高調波出力33G’を一定な出力で得られるので、パルス繰り返し率に無関係、パルス間隔に無関係な安定な高調波Qスイッチパルスが得られる。
When the state diagram 6 (g) UL′-N is used in which the number of inversion distributions in the upper level is suppressed by setting the level at which oscillation cannot be completely suppressed when RF power is applied to the
実施例3は脱励起用レーザ発振器をつかうことなく非線形光学素子を用いる例である。図7に構成を示す。図1と同様なので説明は省略するが、図7においては、非線形光学素子31が付加されており、また、基本波に対しては高反射率、第2高調波に対しては高透過率の特性を有する出力鏡7’を用いる。このようにした場合動作を図8に示す。(a)は励起レーザパワーを示す。ここでは連続波ではなく、変調されたものとする。(b)はトリガ信号である。トリガ信号の間隔t1−t2,t2−t3、t3−t4は一定でなくてもよい。トリガ信号(この場合は上昇エッジ)が入ることにより(c)に示すように、Qスイッチ素子6に発振抑制信号RF1が印加される。これによりレーザ媒体にエネルギーが蓄積されるところ、RF1印加時間を一定とするので、トリガ信号の間隔が一定でなくても、レーザ媒体に蓄積されるエネルギーは一定化される。RF1印加終了により、(d)に示すように、Qスイッチパルス33Gが発生されるが、蓄積エネルギー一定なので、エネルギーが一定化されたQスイッチパルスを得ることができる。このパルスは、そのまま、あるいは非線形光学素子31により高調波変換されて(e)に示すようにQスイッチパルス33G’となり、加工物体20に照射されるが、照射される各パルスのエネルギーは一定に保たれる。このように、本実施例では、トリガ信号に対応して、RFが一定時間Qスイッチ素子6に印加されるため、レーザ媒体5へのエネルギー蓄積時間が一定になるので、均一なQスイッチパルスを得ることが出来るという効果がある。また、レーザ結晶内の発生熱量が一定となるので、ビーム特性を一定に保つことが可能となる。
Example 3 is an example in which a nonlinear optical element is used without using a deexcitation laser oscillator. FIG. 7 shows the configuration. Although not described because it is the same as FIG. 1, a nonlinear
本実施例で、励起レーザパワーの変調方法によっては、Qスイッチパルス33Gの間に連続波が発生する場合がある。前述したように、非線形光学素子の非線形性により、もともとパワーが弱い連続波は高調波への変換効率が非常に低いので、非線形光学素子31から出るのは基本波成分のみである。基本波は波長フィルタ32で分離されるため、加工物体20には照射されない。
In this embodiment, a continuous wave may be generated between the
実施例4は、共振器に損失の有る状態でQスイッチパルスを発生させることにより、そのエネルギーを一定にするものである。図7と同じ構成であり、このときの動作を図9に示す。図9(a)に示すように、励起レーザパワーは連続動作させる。また、図9(c)に示すようにQスイッチ素子6にはレーザ媒体にエネルギーを蓄積させるため発振抑制用のRF信号を印加する。図9(b)に示すように、トリガの間隔t1−t2、t2−t3,t3−t4、t4−t5は任意である。このような任意のタイミングで発生するトリガに対して、トリガパルスの入力(図9の場合は下降エッジ)により、発振抑制用RF信号の強度に一定時間変調DRF1、DRF2、DRF3等を掛けるものとする。このときその変調量は前回トリガとの間隔(例えばDRF4及びDRF5に対してはそれぞれ3−t4及びt4−t5に)依存させ、かつトリガの間隔が長いほどRF信号強度の減少量を小さくするように変調する。Qスイッチ素子6に入力するRF信号の強度が弱くなると(d)に示すように、共振器のQ値が上昇する。これによりレーザ媒体5内に蓄積されたエネルギーが放出され、(e)に示すようにQスイッチパルス30Gが発生する。ただし、パルス発生時にRF信号が常にゼロになる他の実施例と異なり、RF信号が弱いがゼロでないときは、Q値が十分上昇しない。このため、RF信号が弱いがゼロでないときレーザ共振器内に有る程度損失のある状態で発振する。このとき、発生されるQスイッチパルスのエネルギーは、レーザ媒体中の蓄積エネルギーと共振器内のQ値とで決定されるので、前者が大きいときは後者を小さく制御すれば、発生パルスのエネルギーを一定にすることができる。すなわち、前回のトリガからの間隔が長いときは、レーザ媒体5内の蓄積エネルギーが大きいので、RF信号の変調度を小さくして、共振器内のQ値を小さくさせ、損失を大きくしてパルスを発生させると、一定のエネルギーを有するQスイッチパルスを発生させることが可能になる。
In the fourth embodiment, the energy is made constant by generating a Q switch pulse in a state where the resonator has a loss. The configuration is the same as in FIG. 7, and the operation at this time is shown in FIG. As shown in FIG. 9A, the pump laser power is operated continuously. Further, as shown in FIG. 9C, an RF signal for suppressing oscillation is applied to the
一定のエネルギーのQスイッチパルス発生をさせるためトリガの時間間隔に応じたRF信号の変調量を示すテーブルを作成し、図7におけるレーザ制御装置50に備え付けておくことにより、上記の方法を実施することが可能である。トリガパルスの間隔から、テーブル参照により必要な変調量を読み取り、レーザ制御装置50の制御にてQスイッチ素子6に所定のRF変調量を与えればよい。
A table indicating the modulation amount of the RF signal corresponding to the trigger time interval is generated in order to generate a Q-switch pulse with a constant energy, and the above method is implemented by providing the table in the
なお、トリガの時間間隔に対応するQスイッチ素子に与えるRF変調量の設定値を変えることにより、本実施例に示したように一定のエネルギーとするのではなく、パルス毎に任意のエネルギーを与えるようにすることも可能である。 In addition, by changing the set value of the RF modulation amount applied to the Q switch element corresponding to the trigger time interval, an arbitrary energy is given for each pulse instead of a constant energy as shown in this embodiment. It is also possible to do so.
本実施例では、Qスイッチパルスのエネルギーを一定にできるほか、レーザを出力するときだけQ値を上げるので、励起パワーを最大限に利用でき、エネルギー利用効率が高いという効果を有する。 In this embodiment, the energy of the Q switch pulse can be made constant, and the Q value is increased only when the laser is output, so that the pump power can be used to the maximum and the energy utilization efficiency is high.
図10には、第2高調波(SHG)共振器の構成につき、図3及び図7に示したものとは異なる例を示す。この図においては、図7の構成のように脱励起用レーザ発振器41がないものとなっているが、図10の第2高調波共振器の構成につき図3のように脱励起用レーザ発振器41がある構成にも適用可能なことはいうまでもない。非線形光学素子31を用いる点は図3または図7と共通である。さらに基本波と第2高調波に対して全反射特性を有するエンドミラー4’を有する。本構成では、基本波が非線形光学素子31を往復することで変換効率が高まるという利点を有する。
FIG. 10 shows an example of the configuration of the second harmonic (SHG) resonator that is different from those shown in FIGS. 3 and 7. In this figure, there is no
以上の実施例において、非線形光学素子によって基本波から変換される波長を第2高調波のほかに第3高調波、第4高調波または第5高調波とすることが周知の波長変換技術を用いることで可能なことは明らかである。 In the above embodiment, a wavelength conversion technique that is known to set the wavelength converted from the fundamental wave by the nonlinear optical element to the third harmonic, the fourth harmonic, or the fifth harmonic in addition to the second harmonic is used. This is clearly possible.
本発明は従来開示されている基本波波長における出力での連続発振出力とQスイッチパルス発振の混入したレーザ発振方法と異なり、Qスイッチパルスだけを基本波ないしは高調波変換された出力で発振することもでき、各Qスイッチパルス出力をパルス繰り返し周期に無関係に均等化できる。したがって連続発振出力の除去装置は不要である構成も実現できる利点がある。また高調波に変換することで基本波に連続成分が混在していても変換効率の差異と波長フィルタ作用でQスイッチパルスだけを用いることができる。基本波出力を用いる場合、高調波出力を用いる場合のいずれの場合でも、加工対象物を走査する場合の相対的な高速走査でQスイッチによる短パルスだけが照射されることになるので、連続的成分による照射は起こらないから熱的な影響の発生も生じない。高繰り返し動作域で動作するQスイッチ駆動部のRF回路出力パワーの低減による回路の簡素化もできる。 Unlike the laser oscillation method in which continuous oscillation output at the fundamental wavelength output and Q switch pulse oscillation are mixed, the present invention oscillates only the Q switch pulse with the fundamental or harmonic converted output. Each Q switch pulse output can be equalized regardless of the pulse repetition period. Accordingly, there is an advantage that a configuration that does not require a continuous oscillation output removing device can be realized. Moreover, even if continuous components are mixed in the fundamental wave by converting to harmonics, only the Q switch pulse can be used due to the difference in conversion efficiency and the wavelength filter action. In either case of using the fundamental wave output or the case of using the harmonic output, since only a short pulse by the Q switch is irradiated by the relative high-speed scanning when scanning the workpiece, it is continuous. Irradiation by the components does not occur, so no thermal effects occur. It is possible to simplify the circuit by reducing the RF circuit output power of the Q switch driving unit operating in a high repetition operating range.
さらにレーザ媒体に高反射鏡を通じて同軸で励起する構成を示したが、レーザ媒体の励起はこれ以外の周知の側面励起として、レーザダイオードスタッグ励起、ランプ励起などでもこの発明を変形して実施できる。 Further, the configuration in which the laser medium is pumped coaxially through the high-reflection mirror has been shown, but the laser medium can be pumped by other known side surface pumps such as laser diode stag pumping and lamp pumping.
レーザ媒体をNd添加の結晶で説明したが、軸方向にコアの周囲に多数の孔を設けて中心部を導波路とした一種のレーザ活性物質を有する光導波路(ホーリ・ファイバ)を用いてレーザ媒体とすることでレーザ媒体内に形成される温度分布によるレーザ媒体内の温度変化による屈折率変動による影響を低減してレーザ発振モードの安定性をさらに向上できる。 Although the laser medium has been described as an Nd-doped crystal, a laser is used by using an optical waveguide (holi-fiber) having a kind of laser active material in which a large number of holes are provided around the core in the axial direction and the central portion is a waveguide. By using the medium, the influence of the refractive index variation due to the temperature change in the laser medium due to the temperature distribution formed in the laser medium can be reduced, and the stability of the laser oscillation mode can be further improved.
以上本発明の実施例をいくつか説明した。特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想から逸脱することなく、これらに変更を施すことができることは明らかである。 A number of embodiments of the present invention have been described above. Obviously, modifications may be made to the invention without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.
本発明の活用例として、半導体メモリのシリコンウエファの回路素子の切断、コンデンサ、抵抗、インダクタンスなどのトリミング、LCD表示パネル修正加工、PDP表示装置の修正加工、回路基板の機能トリミングその他半導体基板のレーザ精密加工に適用して、加工幅の微小化、加工除去物の減少などにより製品歩留まり向上により電子部品の製造コストの低減が可能になる。 Examples of applications of the present invention include cutting circuit elements of silicon wafers of semiconductor memories, trimming capacitors, resistors, inductances, LCD display panel correction processing, PDP display device correction processing, circuit board function trimming, and other semiconductor substrate lasers. When applied to precision machining, it is possible to reduce the manufacturing cost of electronic components by improving the product yield by reducing the machining width and reducing the amount of processed removal.
Claims (33)
前記脱励起源を第一の所定時間動作させレーザ媒体から蓄積エネルギーを放出させる手段と
第二の所定時間前記Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加することにより前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積させる手段と、
Qスイッチレーザーパルス発振出力を得るため前記Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号停止手段とを備えたレーザパルス発生装置。A laser medium, a laser resonator, a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator, and a deexcitation source of the laser medium;
A predetermined energy is stored in the laser medium by operating the deexcitation source for a first predetermined time to release the stored energy from the laser medium and applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a second predetermined time. Means to
A laser pulse generator comprising: a laser oscillation suppression signal stop means for the Q switch element to obtain a Q switch laser pulse oscillation output.
前記蓄積エネルギーを放出させる手段にはさらに前記励起源の励起強度を低減または励起を停止もしくは遮断する手段を備えた請求項1のレーザパルス発生装置。An excitation source for the laser medium,
2. The laser pulse generator according to claim 1, wherein said means for releasing stored energy further comprises means for reducing excitation intensity of said excitation source or stopping or blocking excitation.
十分な発振抑止能を有しないレベルのレーザ発振抑制信号を所定時間前記Qスイッチ素子に印加することにより前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積させる手段と、
Qスイッチレーザパルス発振出力を得るため前記Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止する手段とを備えたレーザパルス発生装置。A laser medium, a laser resonator, and a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator;
Means for applying a laser oscillation suppression signal at a level that does not have sufficient oscillation suppression capability to the Q switch element for a predetermined time to accumulate predetermined energy in the laser medium;
A laser pulse generator comprising: means for stopping a laser oscillation suppression signal to the Q switch element to obtain a Q switch laser pulse oscillation output.
前記レーザ媒体に変調した励起信号を与える手段と、
レーザ発振抑制信号を印加して所定時間前記Qスイッチ素子に印加することにより前記レーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積させる手段と、
Qスイッチレーザパルス発振出力を得るため前記Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止する手段とを備えたレーザパルス発生装置。A laser medium, a laser resonator, and a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator;
Means for providing a modulated excitation signal to the laser medium;
Means for storing a predetermined energy in the laser medium by applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a predetermined time;
A laser pulse generator comprising: means for stopping a laser oscillation suppression signal to the Q switch element to obtain a Q switch laser pulse oscillation output.
前記Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加し前記レーザ媒体にエネルギーを蓄積させる手段、
前回パルスからの発生間隔に応じた損失がある状態でQスイッチレーザパルス発振出力を得るため前回のパルスからの発生間隔に依存してレーザ発振抑制信号を変調する手段を備えたレーザパルス発生装置。A laser medium, a laser resonator, and a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator;
Means for applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element to accumulate energy in the laser medium;
A laser pulse generator comprising means for modulating a laser oscillation suppression signal depending on a generation interval from a previous pulse in order to obtain a Q-switch laser pulse oscillation output in a state where there is a loss corresponding to the generation interval from the previous pulse.
脱励起源を第一の所定時間動作させレーザ媒体から蓄積エネルギーを放出するステップと
第二の所定時間Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加することによりレーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップと、
Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止することによりQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有するレーザパルス発生方法。Providing a laser medium, a laser resonator, a Q switch element that suppresses laser oscillation by controlling a Q value of the laser resonator, and a laser medium deexcitation source;
Operating the deexcitation source for a first predetermined time to release stored energy from the laser medium; and applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a second predetermined time to store the predetermined energy in the laser medium; ,
And a step of obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output by stopping a laser oscillation suppression signal to the Q-switch element.
所定時間Qスイッチ素子に十分な発振抑止能を有しない信号レベルのレーザ発振抑制信号を印加することによりレーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップと、
Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止することによりQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有するレーザパルス発生方法。Providing a laser medium, a laser resonator, and a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling the Q value of the laser resonator;
Storing predetermined energy in the laser medium by applying a laser oscillation suppression signal having a signal level that does not have sufficient oscillation suppression capability to the Q switch element for a predetermined time;
And a step of obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output by stopping a laser oscillation suppression signal to the Q-switch element.
レーザ媒体に変調した励起信号を与えるステップと
Qスイッチ素子に所定時間レーザ発振抑制信号を印加することによりレーザ媒体に所定のエネルギーを蓄積するステップと、
Qスイッチ素子へのレーザ発振抑制信号を停止することによりQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有するレーザパルス発生方法。Providing a laser medium, a laser resonator, and a Q switch element for suppressing laser oscillation by controlling the Q value of the laser resonator;
Applying a modulated excitation signal to the laser medium, and storing a predetermined energy in the laser medium by applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element for a predetermined time;
And a step of obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output by stopping a laser oscillation suppression signal to the Q-switch element.
Qスイッチ素子にレーザ発振抑制信号を印加しレーザ媒体にエネルギーを蓄積するステップと、
前回のパルスからの発生間隔に依存してレーザ発振抑制信号を変調することにより前回パルスからの発生間隔に応じた損失がレーザ共振器にある状態でQスイッチレーザパルス発振出力を得るステップとを有するレーザパルス発生方法。Providing a Q switching element that suppresses laser oscillation by controlling the Q value of the laser medium, the laser resonator, and the laser resonator;
Applying a laser oscillation suppression signal to the Q switch element to store energy in the laser medium;
Obtaining a Q-switched laser pulse oscillation output in a state where the laser resonator has a loss corresponding to the generation interval from the previous pulse by modulating the laser oscillation suppression signal depending on the generation interval from the previous pulse. Laser pulse generation method.
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