JPWO2018105733A1 - パルスレーザ装置、加工装置及びパルスレーザ装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態1に係るパルスレーザ装置のブロック図である。パルスレーザ装置100は、シード光源部10と、駆動部20と、制御部30と、プリアンプ40と、ブースターアンプ50と、出力部60と、を備えている。シード光源部10とプリアンプ40とブースターアンプ50とはシングルモード光ファイバで接続されている。
図8は、実施形態2に係るパルスレーザ装置であるシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Aは、図1に示すシード光源装置1の構成において、制御部30を制御部30Aに置き換えた構成を有する。
図20は、実施形態3に係るパルスレーザ装置であるシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Cは、図8に示すシード光源装置1Aの構成において、制御部30Aを制御部30Cに置き換えた構成を有する。制御部30Cは、制御部30Aの構成に、基準クロック生成部33Cを追加した構成を有する。
図21は、実施形態4に係るパルスレーザ装置であるシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Dは、シード光源部10Dと、駆動部20Dと、制御部30Dとを備えている。
図24は、実施形態5に係るパルスレーザ装置であるシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Eは、シード光源部10Eと、駆動部20Eと、制御部30Eとを備えている。
パルスレーザ装置によって加工を行う場合、光パルス列をバースト状に出力することで、最適な加工を実現できる用途がある。上記実施形態1〜5に係るシード光源装置は、バーストパルス列を容易に出力することができる。この場合、制御部は、LD11、SOA13又はAOM14のパルス変調のパルス幅を調整することによって、EOM12に入力されるレーザ光のパルス幅を所望のバーストパルス列が発生する期間に相当するパルス幅に設定するとともに該レーザ光の繰り返し周波数を所望のバーストパルス列の繰り返し周波数に設定し、かつ、EOM駆動パルス信号S12の繰り返し周波数を、所望のバーストパルス列のパルス間隔に応じた繰り返し周波数に設定する。
以下、シード光源装置1を例として説明する。
図1のようなMOPA構成のパルスレーザ装置100では、シード光源装置1から出力されるシード光(レーザ光L1)のパルス幅が広い場合、シード光源装置1よりも後段のシングルモード光ファイバ内や光増幅器内にて、例えば誘導ブリルアン散乱(SBS:Stimulated Brillouin Scattering)等の非線形現象の影響が顕著になる場合がある。このような非線形現象は、パルスレーザ装置100から出力されるレーザ光L4の出力ピークパワーを制約する原因になることがある。上記実施形態に係るシード光源装置では、EOM12をパルス変調することにより、EOM12に入力されるパルスレーザ光を、より小さいパルス幅のパルスレーザ光として切り出している。しかし、EOM12がオフ状態の場合でも、EOM12に入力されるパルスレーザ光の一部がEOM12から漏れ出てしまうことがある。そのため、EOM12に入力されるパルスレーザ光のパルス幅が大きい場合には、上記の非線形現象の影響を受ける場合がある。
図27は、実施形態6に係るシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Fは、図8に示すシード光源装置1Aの構成において、制御部30Aを制御部30Fに置き換えた構成を有する。制御部30Fは、制御部30Aの構成にデューティ比調整部33Fを追加した構成を有する。デューティ比調整部33Fは、パルスパターン生成部31Aが出力するEOM駆動パルスパターン信号S31Aのデューティ比を調整する。これにより、EOM駆動パルス生成部32Aが出力するEOM駆動パルス信号S12のデューティ比と、EOM駆動部22が出力するEOM駆動信号S22のデューティ比とを調整し、EOM12に対するパルス変調のデューティ比を調整する。デューティ比調整部33Fは、EOM12に対するパルス変調の設定パルス幅に応じて、EOM駆動部22に対する最適な駆動周波数を導出し、パルスパターン生成部31Aが出力するEOM駆動パルスパターン信号S31Aの駆動周波数を変更することによって、デューティ比を調整することができる。
図29は、実施形態7に係るシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Gは、図27に示すシード光源装置1Fの構成において、記憶部70を追加した構成を有する。記憶部70は、例えば公知の外部記憶装置であり、EOM12に対するパルス変調に対して設定するデューティ比または繰り返し周波数を、設定パルス幅と対応させたテーブルデータとして記憶している。デューティ比調整部33Fは、EOM12に対するパルス変調の設定パルス幅を引数として、記憶部70からデューティ比または繰り返し周波数の値を読み出し、そのデューティ比または繰り返し周波数の値に基づいて、EOM12に対するパルス変調のデューティ比を調整する。
図30は、実施形態8に係るシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Hは、図28に示すシード光源装置1Fの構成において、光カプラ80を追加し、制御部30Fを制御部30Hに置き換えた構成を有する。制御部30Hは、制御部30Fに光出力モニタ部34Hを追加した構成を有する。
図31は、実施形態9に係るシード光源装置のブロック図である。シード光源装置1Iは、図30に示すシード光源装置1Hの構成において、制御部30Hを制御部30Iに置き換え、記憶部70を追加した構成を有する。制御部30Iは、制御部30Hに消光比算出部35Iを追加した構成を有する。
R=1+(T/τ)×[(Pave/Poff)−1]
なお、Tはレーザ光L1の繰り返し周期、τはレーザ光L1のパルス幅である。
図32は、実施形態10に係る加工装置の模式図である。この加工装置1000は、パルスレーザ装置1001と、加工ヘッド1002とを備える。パルスレーザ装置1001は、図1に示すパルスレーザ装置100と同様のシード光源装置、プリアンプ、およびブースターアンプを備え、パルスのレーザ光L5を出力する。なお、シード光源装置としては、上記実施形態のいずれのシード光源装置も使用することができる。加工ヘッド1002は、レーザ光L5を、パルスのレーザ光L6として加工対象であるワークWに照射する。なお、パルスレーザ装置1001と加工ヘッド1002とは、光ファイバで光学的に接続してもよいし、空間結合系で光学的に接続してもよい。ワークWに対する加工は、例えば穴あけ、スクライビング、精密切断、精密溶接(薄膜等)、表面処理、マーキングである。
図33は、実施形態11に係る加工装置の模式図である。この加工装置1000Aは、図32に示す加工装置1000にさらに制御部1003を追加した構成を有する。制御部1003は、パルスレーザ装置1001の動作と加工ヘッド1002の動作とを制御するものであり、たとえばパルスレーザ装置1001の動作と、加工ヘッド1002によるレーザ光L6の照射状態とを同期させて制御することができる。
10、10D、10E シード光源部
11 LD
12 EOM
13 SOA
14 AOM
20、20D、20E 駆動部
21 LD駆動部
22 EOM駆動部
23 SOA駆動部
24 AOM駆動部
30、30A、30C、30D、30E、30F、30H、30I、1003 制御部
31A、31AB、31B パルスパターン生成部
32A、32AA、32AB、32B、32C EOM駆動パルス生成部
32A1 遅延パルス生成部
32A2、32AA2、32AB2 駆動パルス生成部
33C 基準クロック生成部
33F デューティ比調整部
34H 光出力モニタ部
35I 消光比算出部
40 プリアンプ
50 ブースターアンプ
60 出力部
70 記憶部
80 光カプラ
100、1001 パルスレーザ装置
1000、1000A 加工装置
1002 加工ヘッド
D 遅延ゲート回路
G ゲート回路
L01、L01D、L01F、L02、L03、L1、L2、L3、L4、L5、L6 レーザ光
S1 制御信号
S11、S11F LD駆動パルス信号
S11D LD駆動CW信号
S12、S12A EOM駆動パルス信号
S13 SOA駆動パルス信号
S14 AOM駆動パルス信号
S2 駆動信号
S21、S21D、S21F LD駆動信号
S22、S22A EOM駆動信号
S23 SOA駆動信号
S24 AOM駆動信号
S31A、S31AB、S31B1、S31B2 EOM駆動パルスパターン信号
S31C 同期信号
S32A、S32B1、S32B2 遅延パルス信号
S32C 基準クロック信号
S4 論理積パルス信号
SW1、SW2、SW3 スイッチ
Claims (34)
- レーザ光源と、
電気光学変調器と、
前記レーザ光源をパルス変調で駆動するレーザ光源駆動部と、
前記電気光学変調器をパルス変調で駆動する電気光学変調器駆動部と、
前記レーザ光源駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御する制御部と、
を備え、
前記レーザ光源は、前記レーザ光源駆動部によりパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、
前記電気光学変調器は、前記レーザ光源が出力したパルスレーザ光が前記電気光学変調器駆動部によりさらにパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、
前記制御部は、前記レーザ光源に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とが、少なくとも前記レーザ光源がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるとともに、前記レーザ光源がオフ状態の間に、前記電気光学変調器が少なくとも1回オン状態となるように、前記レーザ光源駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御し、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を前記レーザ光源に対するパルス変調のデューティ比よりも高くする
ことを特徴とするパルスレーザ装置。 - 前記制御部は、前記電気光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数が一定であり、かつ該繰り返し周波数が前記レーザ光源に対するパルス変調の繰り返し周波数よりも大きくなるように、前記レーザ光源駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御することを特徴とする請求項1に記載のパルスレーザ装置。
- Nを2以上の整数とすると、前記電気光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数が、前記レーザ光源に対するパルス変調の繰り返し周波数のN倍であることを特徴とする請求項2に記載のパルスレーザ装置。
- 前記レーザ光源がオン状態における、前記電気光学変調器に対するパルス変調のパルス幅が、前記レーザ光源に対するパルス変調のパルス幅よりも小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記電気光学変調器に対するパルス変調のパルス幅が一定であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- レーザ光源と、
半導体光増幅器と、
電気光学変調器と、
前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、
前記半導体光増幅器をパルス変調で駆動する半導体光増幅器駆動部と、
前記電気光学変調器をパルス変調で駆動する電気光学変調器駆動部と、
前記レーザ光源駆動部と前記半導体光増幅器駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御する制御部と、
を備え、
前記レーザ光源はレーザ光を出力し、
前記半導体光増幅器は、前記レーザ光が前記半導体光増幅器駆動部によりパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、
前記電気光学変調器は、前記半導体光増幅器が出力したパルスレーザ光が前記電気光学変調器駆動部によりさらにパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、
前記制御部は、前記半導体光増幅器に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とが、少なくとも前記半導体光増幅器がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるとともに、前記半導体光増幅器がオフ状態の間に、前記電気光学変調器が少なくとも1回オン状態となるように、前記半導体光増幅器駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御し、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を前記半導体光増幅器に対するパルス変調のデューティ比よりも高くする
ことを特徴とするパルスレーザ装置。 - 前記制御部は、前記電気光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数が一定であり、かつ該繰り返し周波数が前記半導体光増幅器に対するパルス変調の繰り返し周波数よりも大きくなるように、前記半導体光増幅器駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御することを特徴とする請求項6に記載のパルスレーザ装置。
- Nを2以上の整数とすると、前記電気光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数が、前記半導体光増幅器に対するパルス変調の繰り返し周波数のN倍であることを特徴とする請求項7に記載のパルスレーザ装置。
- 前記半導体光増幅器がオン状態の間における、前記電気光学変調器に対するパルス変調のパルス幅が、前記半導体光増幅器に対するパルス変調のパルス幅よりも小さいことを特徴とする請求項6〜8のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記電気光学変調器に対するパルス変調のパルス幅が一定であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- レーザ光源と、
音響光学変調器と、
電気光学変調器と、
前記レーザ光源を駆動するレーザ光源駆動部と、
前記音響光学変調器をパルス変調で駆動する音響光学変調器駆動部と、
前記電気光学変調器をパルス変調で駆動する電気光学変調器駆動部と、
前記レーザ光源駆動部と前記音響光学変調器駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御する制御部と、
を備え、
前記レーザ光源はレーザ光を出力し、
前記音響光学変調器は、前記レーザ光が前記音響光学変調器駆動部によりパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、
前記電気光学変調器は、前記音響光学変調器が出力したパルスレーザ光が前記電気光学変調器駆動部によりさらにパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、
前記制御部は、前記音響光学変調器に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とが、少なくとも前記音響光学変調器がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるとともに、前記音響光学変調器がオフ状態の間に、前記電気光学変調器が少なくとも1回オン状態となるように、前記音響光学変調器駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御し、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を前記音響光学変調器に対するパルス変調のデューティ比よりも高くする
ことを特徴とするパルスレーザ装置。 - 前記制御部は、前記電気光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数が一定であり、かつ該繰り返し周波数が前記音響光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数よりも大きくなるように、前記音響光学変調器駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御することを特徴とする請求項11に記載のパルスレーザ装置。
- Nを2以上の整数とすると、前記電気光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数が、前記音響光学変調器に対するパルス変調の繰り返し周波数のN倍であることを特徴とする請求項12に記載のパルスレーザ装置。
- 前記音響光学変調器がオン状態の間における、前記電気光学変調器に対するパルス変調のパルス幅が、前記音響光学変調器に対するパルス変調のパルス幅よりも小さいことを特徴とする請求項11〜13のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記電気光学変調器に対するパルス変調のパルス幅が一定であることを特徴とする請求項11〜14のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記レーザ光源駆動部は、前記レーザ光源をパルス変調で駆動し、
前記制御部は、前記レーザ光源に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とが、少なくとも前記レーザ光源がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるように、前記レーザ光源駆動部と前記電気光学変調器駆動部とを制御する
ことを特徴とする請求項6〜15のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。 - 前記制御部は、
前記レーザ光源、前記半導体光増幅器及び前記音響光学変調器のうち少なくともいずれか一つと、前記電気光学変調器と、をパルス変調するためのパルスパターン信号を生成するパルスパターン生成部と、
前記パルスパターン生成部から出力されたパルスパターン信号を基に、前記電気光学変調器駆動部を駆動するための電気光学変調器駆動パルス信号を生成する電気光学変調器駆動パルス生成部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。 - 前記制御部は、
前記レーザ光源、前記半導体光増幅器及び前記音響光学変調器のうち少なくともいずれか一つをパルス変調するためのパルスパターン信号を生成するパルスパターン生成部と、
前記電気光学変調器をパルス変調するための、前記パルスパターン信号と同期した基準クロック信号を生成する基準クロック生成部と、
前記基準クロック生成部から出力された基準クロック信号を基に、前記電気光学変調器駆動部を駆動するための電気光学変調器駆動パルス信号を生成する電気光学変調器駆動パルス生成部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。 - 前記電気光学変調器駆動パルス生成部は、
前記パルスパターン信号を基に遅延パルス信号を生成する少なくとも一つの遅延パルス生成部と、
前記少なくとも一つの遅延パルス生成部から出力された前記遅延パルス信号を基に、前記電気光学変調器駆動パルス信号を生成する駆動パルス生成部と、
を備えることを特徴とする請求項17または18に記載のパルスレーザ装置。 - 前記制御部は、前記レーザ光源、前記半導体光増幅器又は前記音響光学変調器のパルス変調のパルス幅を調整し、前記電気光学変調器に入力されるレーザ光のパルス幅を3ns以下に設定することを特徴とする請求項1〜19のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記制御部は、前記レーザ光源、前記半導体光増幅器又は前記音響光学変調器のパルス変調のパルス幅を調整することによって、前記電気光学変調器に入力されるレーザ光のパルス幅を所望のバーストパルス列が発生する期間に相当するパルス幅に設定するとともに該レーザ光の繰り返し周波数を前記所望のバーストパルス列の繰り返し周波数に設定し、かつ、
前記電気光学変調器駆動パルス信号の繰り返し周波数を、前記所望のバーストパルス列のパルス間隔に応じた繰り返し周波数に設定する
ことを特徴とする請求項1〜19のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。 - 前記電気光学変調器から出力されたパルスレーザ光を受け付けて該パルスレーザ光を増幅して出力する光増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項1〜21のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を調整するデューティ比調整部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜22のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記デューティ比調整部は、前記電気光学変調器に対するパルス変調の設定パルス幅に応じて、前記電気光学変調器駆動部に対する駆動周波数を変更することを特徴とする請求項23に記載のパルスレーザ装置。
- 前記電気光学変調器に対するパルス変調に対して設定するデューティ比又は繰り返し周波数を記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項23または24に記載のパルスレーザ装置。
- 前記電気光学変調器から出力されるレーザ光の強度をモニタするモニタ部を備え、前記デューティ比調整部は、前記モニタ部がモニタした強度が極小値となるように、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を設定することを特徴とする請求項23または24に記載のパルスレーザ装置。
- 前記デューティ比調整部は、前記電気光学変調器がオフ状態のときに前記モニタ部がモニタした強度に基づいて、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を設定することを特徴とする請求項26に記載のパルスレーザ装置。
- 前記モニタ部がモニタしたレーザ光の強度の平均値と前記電気光学変調器がオフ状態のときにモニタした強度を基に消光比を算出する消光比算出部と、前記レーザ光に必要な消光比の設定値を記憶する記憶部を備え、前記算出部が算出した消光比が前記消光比の設定値となるように、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を設定することを特徴とする23または24に記載のパルスレーザ装置。
- 前記デューティ比調整部は、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を10%以下とすることを特徴とする請求項23〜27のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 前記デューティ比調整部は、前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を略50%とすることを特徴とする請求項23〜27のいずれか一つに記載のパルスレーザ装置。
- 請求項1〜30に記載のパルスレーザ装置と、
前記パルスレーザ装置から出力されるパルスレーザ光を加工対象に照射する加工ヘッドと、
を備えることを特徴とする加工装置。 - レーザ光源と、電気光学変調器と、を備え、前記レーザ光源は、パルス変調されたパルスレーザ光を出力し、前記電気光学変調器は、前記レーザ光源が出力したパルスレーザ光がさらにパルス変調されたパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置の制御方法であって、
前記レーザ光源に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とを、少なくとも前記レーザ光源がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるようにし、
前記レーザ光源がオフ状態の間に、前記電気光学変調器が少なくとも1回オン状態となるようにし、
前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を前記レーザ光源に対するパルス変調のデューティ比よりも高くする、
ことを特徴とするパルスレーザ装置の制御方法。 - レーザ光源と、半導体光増幅器と、電気光学変調器と、を備え、前記レーザ光源はレーザ光を出力し、前記半導体光増幅器は、前記レーザ光源が出力したレーザ光がパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、前記電気光学変調器は、前記半導体光増幅器が出力したパルスレーザ光がさらにパルス変調されたパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置の制御方法であって、
前記半導体光増幅器に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とを、少なくとも前記半導体光増幅器がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるようにし、
前記半導体光増幅器がオフ状態の間に、前記電気光学変調器が少なくとも1回オン状態となるようにし、
前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を前記半導体光増幅器に対するパルス変調のデューティ比よりも高くする
ことを特徴とするパルスレーザ装置の制御方法。 - レーザ光源と、音響光学変調器と、電気光学変調器と、を備え、前記レーザ光源はレーザ光を出力し、前記音響光学変調器は、前記レーザ光源が出力したレーザ光がパルス変調されたパルスレーザ光を出力し、前記電気光学変調器は、前記音響光学変調器が出力したパルスレーザ光がさらにパルス変調されたパルスレーザ光を出力するパルスレーザ装置の制御方法であって、
前記音響光学変調器に対するパルス変調と前記電気光学変調器に対するパルス変調とを、少なくとも前記音響光学変調器がオン状態の間に前記電気光学変調器がオン状態となるようにし、
前記音響光学変調器がオフ状態の間に、前記電気光学変調器が少なくとも1回オン状態となるようにし、
前記電気光学変調器に対するパルス変調のデューティ比を前記音響光学変調器に対するパルス変調のデューティ比よりも高くする
ことを特徴とするパルスレーザ装置の制御方法。
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