KR100633626B1 - 파장 변환 방법 및 파장 변환 레이저와 레이저빔 가공 방법 - Google Patents

Abstract

기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써, 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본파 레이저빔을 파장 변환하기 위해서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하고, 이로써, 서로 45°내지90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사한다. 레이저빔의 광축 방향에서 볼 때, 결정의 결정 방위축이 서로 45°내지 90°상이하도록 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정이 제공된다.

Description

파장 변환 방법 및 파장 변환 레이저와 레이저빔 가공 방법{WAVELENGTH CONVERSION METHOD, WAVELENGTH CONVERSION LASER, AND LASER BEAM MACHINING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 2(a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공 장치를 도시하는 평면도,

도 2(b)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공 장치를 도시하는 측면도,

도 2(c)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 사시도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 10(a)는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 평면도,

도 10(b)는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 측면도,

도 10(c)는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 사시도,

도 11는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 13은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 14는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 15는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도 16은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 도면,

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1A, 1B: 파장 변환 결정 2: 레이저 광원

3: 기본파 레이저빔 6: 분리미러

10: 파장판 12: 반사미러

14: 집광계 17: 피가공물

22: 전력모니터 23: 빔 프로파일러

본 발명은 비선형 광학 결정을 사용하여 레이저빔을 파장 변환하는 것에 관한 것으로, 특히 피가공물상에 파장 변환된 레이저빔을 조사하므로써 피가공물을 가공하는 기법에 관한 것이다.

특허 JP-A-5-142607(3 내지 4 페이지, 도 1)의 파장 변환 레이저에서, 2개의 비선형 광학 결정이 서로 직렬배치될 때, 비선형 광학 결정은 레이저빔이 결정을 통과하는 방향으로의 길이가 동일할 것이다. 비선형 광학 결정중의 하나는 위상 정합을 위하여 결정 방위축에 관하여 입사 레이저빔과 정렬된다. 입사 레이저빔은 제 1 비선형 광학 결정을 통과한 후에 제 2 비선형 광학 결정으로 들어간다. 여기서, 위상 정합을 위하여 제 2 결정의 결정 방위축이 위상 일치각의 최대의 절반인 전체 폭 이하의 각만큼 제 1 결정의 결정 방위축과 오프셋되는 지점에 제 2 비선형 광학 결정을 배치한다. 비선형 광학 결정의 결정축(방위축)의 오프셋각은 수 마이크로라디안 내지 수십 마이크로라디안만큼 작다(예를 들면, 특허 JP-A-5-142607을 참조). 특히, 비선형 광학 결정의 결정 방위축이 레이저빔의 광축 방향과 관련하여 거의 동일한 방향이도록, 레이저빔이 결정을 통과하는 방향에 관한 길이에서 동일한 2개의 비선형 광학 결정을 배치한다.

특허 JP-A-6-110098(3 내지 4 페이지, 도 2)의 파장 변환 레이저에서, 비선형 광학 결정인 KN 결정의 각각은 0.5㎜ 두께를 가진다. 두 KN 결정이 그들 결정의 절단각이 서로 다르도록 배치될 때, 결정의 결정학상축의 방위(결정 방위축)는 동각(walking angle)을 보상하도록 배치된다(예를 들면, JP-A-6-110098을 참조). 특히, 각 비선형 광학 결정의 결정 방위축이 광축의 방향으로 볼 때 레이저빔의 광축 둘레로 거의 180°까지 회전하도록, 레이저빔이 결정을 통과하는 방향에 관한 길이가 동일한 2개의 비선형 광학 결정이 배치된다.

특허 JP-A-4-330425(3 페이지 및 도 1)의 파장 변환 레이저는 비선형 광학 결정체의 2개의 동일한 결정을 사용한다. 결정이 서로 길이에서 동일하도록 만들어 질 때, 결정은 결정의 상호 동일한 광축이 90°만큼 서로 오프셋되도록 배치된다(예를 들면, 특허 JP-A-4-330425를 참조).

특허 JP-A-5-142607 및 JP-A-6-110098의 파장 변환 레이저빔에서, 각 비선형 광학 결정의 결정 방위축이 레이저빔의 광축 방향에서 볼 때 거의 동일한 방향으로 지향되도록, 레이저빔이 결정을 통과하는 방향에 관한 길이가 동일한 2개의 비선형 광학 결정이 배치된다. 이 대신에, 각 비선형 광학 결정의 결정 방위축이 광축 둘레로 약 180°회전하도록 2개의 비선형 광학 결정이 배치된다. 결과적으로, 2개의 비선형 광학 결정으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향은 동일한 방향으로 배치되고, 즉, 레이저빔은 직선 편광된 파장 변환 레이저빔으로서 출력된다. 따라서, 2개의 비선형 광학 결정으로부터 방사된 파장 변환된 레이저빔은 간섭을 일으킨다. 이제, 2개의 비선형 광학 결정 사이에 제공되는 공기와 같은 기체의 굴절률 또는, 2개의 비선형 광학 결정의 단면상에 제공되는 무반사 코팅(AR 코팅)의 굴절률이 파장 분산을 일으키기 쉽다. 비선형 광학 결정으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔들간의 간섭이 발생하는 조건은 2개의 비선형 광학 결정들간의 거리에 따라 달라진다. 2개의 비선형 광학 결정이 특정 간격을 유지하는 데 실패할 경우, 고출력 파장 변환된 레이저빔을 출사시키는 것은 불가능하다. 2개의 비선형 광학 결정들간에 존재하는 공기의 굴절률 또는, 무반사 코팅의 굴절률이 온도에 따라 변하므로, 간섭 환경은 온도에 따라 변하고, 따라서, 결과적으로 생성되 는 파장 변환된 레이저빔이 상당히 불안정하게 되는 문제가 발생된다.

특허 JP-A-4-330425에 따른 파장 변환 레이저는 기본파 레이저빔을 생성하기 위한 공진기내에 파장을 변환시키는 구성을 가진다. 레이저빔은 공진기내에서 전후진하는 동안에 비선형 광학 결정에 입사한다. 레이저빔이 비선형 광학 결정을 통과할 때 마다 방사되는 기본파 레이저빔들간의 오프셋을 상쇄시키기 위하여, 2개의 비선형 광학 결정이 레이저빔이 통과하는 방향에 관해 길이가 정확히 동일하도록 만들 필요가 있다. 따라서, 비선형 광학 결정을 교체시에, 원래의 비선형 광학 결정과 길이가 정확히 동일한 비선형 광학 결정을 준비 및 교체하거나, 혹은 길이가 정확이 동일한 2개의 비선형 광학 결정을 준비 및 교체할 필요가 있다. 이것은 유지관리 비용의 상승 및, 비선형 광학 결정을 교체 및 조정시키는 횟수가 증가하는 문제가 생긴다.

기존의 레이저빔 가공 방법, 예를 들면, 비정질 실리콘을 레이저빔에 노출시키므로써 막의 질을 향상시키는 방법하에서, Q-스위치 YAG 레이저의 이중 파형은 비정질 실리콘상에 조사된다(예를 들면, 특허 JP-A-63-314862, 2 페이지, 도면 1 및 3을 참조).

또다른 기존의 레이저빔 가공 방법, 예를 들면, 비정질 실리콘을 레이저빔에 노출시키므로써 비정질 실리콘을 결정화시키는 방법하에서, 노출이 진행되는 동안에 노출된 면의 윤곽이 선형화되도록 YAG 레이저의 기본, 제 2 고조파, 제 3 고조파 또는 제 4 고조파가 변형되면서 레이저빔이 방사된다(예를 들어, 특허 JP-A-2001-144027을 참조, 4 및 5 페이지, 도 2를 참조).

종래의 레이저 가공 방법에 따르면, 파장 변환기를 갖춘 파장 변환 레이저로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔을 노출에 사용시에, 파장 변환 레이저(즉, 파장 변환기)로부터 방사되는 파장 변환된 레이저는 통상적으로 직선 편광되고, 가공 방향 및 편광 방향에 따라 가공 결과에 차이가 생기는 문제가 발생된다. 특히, 비정질 실리콘상에 레이저빔을 조사하고, 그리하여 노출된 실리콘을 가열냉각(annealing)하므로써 폴리실리콘을 구체화하는 가공 동작의 경우에, 박막 트랜지스터와 같은 장치가 통상적인 레이저빔 가공 방법에 의해 폴리실리콘으로 변형되는 기판을 사용하므로써 제조될 때, 레이저빔의 스캐닝 방향 및 편광 방향간의 관계에 따른 특성에서 차이가 생기는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 종래의 파장 변환 레이저의 단점을 인지하고, 레이저가 광학 결정을 통과하는 방향에서 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 제어하지 않고서도, 2개의 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환된 레이저빔들간에 간섭이 발생하지 않도록 즉시 방지하므로써 고효율 및 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출사시키는 파장 변환 방법 및 파장 변환 레이저를 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은 종래의 파장 변환 레이저의 단점을 인지하고, 레이저가 광학 결정을 통과하는 방향에서 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 제어하지 않고서도, 2개의 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환된 레이저빔들간에 간섭이 발생하지 않도록 즉시 방지하므로써 고효율 및 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정 되게 출사시키는 파장 변환 방법 및 파장 변환 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은 긴 시간주기에 걸쳐 균일한 가공을 정확화게 할 수 있는 레이저빔 가공 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 파장 변환 방법은 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본파 레이저빔을 파장 변환시키는 방법으로, 상기 방법은, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 하므로써, 서로 45°내지 90° 상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다.

본 발명에 따른 파장 변환 레이저는 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본파 레이저빔을 파장 변환시키는 장치에 관한 것으로, 상기 레이저는 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 기본 레이저 광원과, 레이저빔의 광축의 방향에 관해 볼 때, 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°만큼 상이하도록 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정을 포함하고, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 되므로써, 45°내지 90°만큼 상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다.

본 발명에 따른 파장 변환 레이저는 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본 레이저를 파장 변환시키는 장치로서, 상기 레이저는, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 기본 레이저 광원과, 레이저빔의 광축 방향으로 볼 때 결정의 결정 방위축이 동일 방향 또는 약 180°반대 방향으로 정렬되도록 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정과, 2개의 비선형 광학 결정 사이에 배치되어 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 45°내지 90°회전시키는 편광 방향 회전수단을 포함하는 데, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다.

본 발명의 파장 변환 장치는 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 공진기 외부에서 파장 변환을 일으키는 데, 이 장치는,

레이저빔의 광축 방향에 관하여 볼 때, 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정을 포함하는 데, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 되므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다.

기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 공진기 외부에서 파장 변환을 일으키는 파장 변환 장치로서, 이 장치는 레이저빔의 광축의 방향에 관하여 볼 때 단일 방향 또는 약 180°반대 방향으로 정렬되도록 서로 직렬 배치된 2개의 비선형 광축 결정을 포함하고, 그리고, 2개의 비선형 광학 결정 사이에 배치되어 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 45°내지 90°회전시키는 편광 방향 회전수단을 더 포함하는 데, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 되므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다.

본 발명에 따른 레이저빔 가공장치는 피가공물을 전술한 파장 변환부에 의해 파장 변환된 레이저빔에 노출시킨다.

본 발명에 따라서, 기본파 레이저빔이 단일 방향이 되게 하므로써 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본파 레이저빔을 파장 변환시키는 방법이 제공되는 데, 상기 방법은, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔이 일렬로 배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과토록 하는 단계를 포함하므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다. 따라서, 레이저빔이 통과하는 방향에 관하여 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 조정하지 않고서도 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환된 레이저빔들간에 일어날 수 있는 간섭을 쉽게 방지할 수 있다. 보다 효율적인 방식으로 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출력시킬 수 있는 이점을 가지게 된다.

또한, 본 발명은 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써, 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본파 레이저빔을 파장 변환시키는 장치를 제공하는 데, 상기 레이저는, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 출사시키는 기본 레이저 광원과, 레이저빔의 광축 방향에 관하여 볼 때, 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정을 포함하고, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 되므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다. 따라서, 레이저빔이 통과하는 방향에 관하여 볼 때 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 조정할 필요없이, 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환된 레이저빔들간에 발생될 수 있는 간섭을 쉽게 방지할 수 있다. 보다 효율적인 방식으로 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출력시킬 수 있는 이점을 가지게 된다.

더욱이, 본 발명은 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 사용하여 기본파 레이저빔을 파장 변환시키는 장치를 제공하는 데, 상기 레이저는, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 출사시키는 기본 레이저 광원과, 레이저빔의 광축 방향에 관하여 볼 때 결정의 결정 방위축이 동일 방향 또는 약 180°반대 방향으로 정렬되도록 서로 직렬배치되는 2개의 비선형 광학 결정과, 그리고, 2개의 비선형 광학 결정 사이에 배치되어 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 45°내지 90°회전시키는 편광 방향 회전수단을 포함하고, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다. 따라서, 레이저빔의 통과 방향에 관하여 볼 때 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 조정할 필요없이, 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환된 레이저빔들간에 생길 수 있는 간섭을 쉽게 방지할 수 있다. 보다 효율적인 방식으로 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출력시킬 수 있는 이점을 가진다.

또한, 본 발명은 전술한 파장 변환 레이저에 의해 파장 변환된 레이저빔에 피가공물을 노출시킬 수 있다. 안정되고 정확하고 효율적인 방식으로 균질 및 균일한 가공을 수행할 수 있는 이점을 가지게 된다.

(발명의 실시예)

(제 1 실시예)

도 1 내지 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시한다. 도 1은 레이저빔 가공장치를도시하는 측면도이다. 도 2(a)는 레이저빔 가공장치의 확대된 평면도이고, 도 2(b)는 레이저빔 가공장치의 확대된 측면도이고, 도 2(c)는 레이저빔 가공장치의 확대된 사시도이다. 도 3은 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 도시하는 사시도로서, 비교 시험을 위해 사용되는 레이저빔 가공장치의 주요부이다.

도 1에서, 레이저빔 가공장치는 파장 변환기 및 레이저 방사장치를 포함한다. 파장 변환기는 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)을 출사시키기 위한 기본 레이저 광원(이후로부터 종종 "레이저 광원으로 간단히 지칭)(2)과, 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정(이후로부터 종종 "파장 변환 결정"으로 지칭)(1A 및 1B)을 구비한다. 기본파 레이저빔(3)은 2개의 비선형 광학 결정(1A 및 1B)을 통과하므로써 편광 방향이 서로 90°상이하게 파장 변환된다. 레이저 방사장치는 파장 변환기에 의해 파장 변환된 레이저빔(3C)을 피가공물(17)상에 조사한다.

파장 변환기는 파장 변환 결정(1A 및 1B), 그리고, 기본파 레이저빔(3)을 반사시키는 분리 미러(separation mirror)(6)를 구비하고, 파장 변환된 레이저빔(3C)을 통과시킨다. 파장 변환기(1A, 1B)는 레이저 광원(2)의 광축에 관하여 직렬이 되도록 각 온도 조절기(4A, 4B)상에 배치된다. 분리 미러(6)는 미러 홀더(7)에 배치된다.

레이저 광원(2) 및 파장 변환기가 파장 변환 레이저를 구성하고, 레이저 광원(2), 온도조절기(4A, 4B) 및, 미러 홀더(7)가 공통 기반(5)상에 배치된다.

레이저 방사장치는 반사 미러(12), 집광광학계(14) 및 가공대(18)를 가진다. 반사 미러(12)는 미러 홀더(13)에 의해 유지되는 반사 미러(12), 광학계 유지기(15)에 의해 유지되는 집광광학계(14)는 고정 지그(fixing jig)(16)에 의해 유지되고, 고정 지그(16)는 가공대(18)상에서 유지된다. 실리콘, 금속판, 세라믹, 인쇄기판 및 그린시트와 같은 피가공물(17)은 가공대(18)상에서 유지된다.

레이저 광원(2)은 활성 매질인 예를 들면, Nd(네오디뮴):YAG를 가지며, 1064 ㎚의 파장을 가진 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)을 출사한다. 본 명세서에 사용되는 "랜덤 편광된"이라는 말은 직선 편광된 광과 대조적으로 편광 방향이 단일이 아닌 편광 상태를 나타내며, 다수의 편광 방향 성분 또는 비편광 상태를 포함한다.

파장 변환 결정(1A, 1B)는 비선형 광학 결정, 예를 들면, 리튬 보레이트(litium borate)(화학식 Lib₃O₅, 약자로 LBO)로부터 형성된다.

먼저, 도 1을 참조하여 파장 변환 레이저(즉, 파장 변환기)의 동작을 기술할것이다. 레이저 광원(2)으로부터 방사되어 파장 변환에 대한 기본 파형으로 동작하는 기본파 레이저빔(3)은 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)에 입사되고, 따라서, 레이저빔(3)의 일부는 파장 변환을 통해 고조파로 변환되어 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)을 생성한다. 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)는 다시 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로 입사되고, 레이저빔(3A)의 기본 파형 성분의 일부는 파장 변환을 통해 고조파로 변환되므로써, 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3B)을 생성한다. 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3B)은 분리 미러(6)로 입사되고, 레이저빔(3B)의 기본 파형 성분은 반사되어 도시된 댐퍼등으로 들어간다. 레이저빔(3B)의 고조파 성분만이 분리 미러(6)를 통과하고, 통과된 고조파 성분은 파장 변환된 레이저빔(3C)으로서 파장 변환 레이저(파장 변환기)의 외부로 추출된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 파장 변환 레이저는 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하고, 레이저빔은 파장 변환용인 비선형 광학 결정(즉, 파장 변환 결정(1A, 1B)에 의해 파장 변환된다.

이제, 도 2(a) 내지 도 2(c)를 참조하여 파장 변환 결정(1A, 1B)를 배치하는 방법을 상세히 기술할 것이다. 여기서, 레이저 광원(2)에는 랜덤 편광된 상태로 1064 ㎚의 파장으로 기본파 레이저빔(3)을 방사하는 Nd(neodymium):YAG 레이저를 사용하고, 파장 변환 결정(1A, 1B)에는 유형-2 위상정합을 통해 기본파 레이저빔(3)의 일부를 532 ㎚의 제 2 고조파로 변환시키는 리튬 보레이트(화학식 Lib₃O₅, 약자로 LBO)를 사용한다.

이 경우에, 기본파 레이저빔(3)은 리튬 보레이트 결정의 결정 방위축("a")에 수직하며 결정 방위축("b", "c")으로부터 형성되는 두 면(9A, 9B)내에서 결정 방위축("a")에 관하여 약 20.5°의 방향으로 지나가고, 이로써, 기본파 및 제 2 고조파인 유형-2 위상 정합 조건을 만족시킨다. 결과적으로, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)의 일부는 파장 변환되고, 이로써, 결정 방위축("a")의 방향으로 직선 편광된 제 2 고조파를 출사시킨다.

본 발명에서, 전단에 배치되어 기본 파형 레이저빔이 제일 먼저 통과하는 파장 변환 결정(1A), 후단에 배치되어 기본 파형 레이저빔이 뒤이어 통과하는 파장 변환 결정(1B)은 레이저빔이 파장 변환 결정을 통과하는 방향에 관하여 길이가 상이한데, 즉, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)은 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A) 보다 길게 된다.

또한, 파장 변환 결정(1A)은 결정 방위축("a")이 수평 방향(즉, 도 1의 종이에 수직한 방향)을 향하게 되도록 배치되고, 파장 변환 결정(1B)는 결정 방위축("a")이 수직 방향(즉, 도 1의 종이에 평행한 방향)을 향하게 되도록 배치된다. 전술한 바와 같이, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)은 서로 직렬배치될 때, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축은 나머지 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축에 대하여 90°회전된다(상세히 말하면, 결정 방위축은 레이저빔의 광축 방향에서 볼 때 서로 90°상이하다). 그 결과, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 편광 방향은 파장 변환 결정(1B)로부터 전개되는 제 2 고조파의 편광 방향과 90°만큼 상이하다. 결과적으로, 약 90°만큼 상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔(3C)이 출사된다.

이제, 레이저빔 가공을 기술할 것이다. 파장 변환 레이저(즉, 파장 변환기로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)은 반사 미러(12)에 의해 반사되고, 집광광학계(14)에 의해 피가공물(17)상에 집광조사되므로써, 가열냉각, 표면개질, 천 공, 절단, 용접, 트리밍등을 통해 피가공물(17)을 가공한다.

전술한 바와 같이, 제 1 실시예에서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파(파장 변환된 레이저빔)의 편광 방향은 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 제 2 고조파(즉, 파장 변환된 레이저빔)의 편광 방향과 서로 90°상이하다. 무반사코팅의 유/무 또는, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B) 사이의 간격에 관계없이, 제 2 고조파들간에 간섭은 일어나지 않는다. 따라서, 고효율 및 안정적으로, 단순한 수단으로써 고출력 파장 변환된 레이저빔을 출사시킬 수 있는 이점을 가진다.

전술한 파장 변환은 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 레이저 광원을 사용한다. 따라서, 기본파 레이저빔의 위상이 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)에 의해 천이될 지라도, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)에 의해 수행되는 파장 변환에는 영향이 없을 것이다. 파장 변환은 기본파 레이저빔에 사용할 공진기 외부에서 수행되고, 따라서, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)에 의한 기본파 레이저빔의 위상 천이는 기본파 레이저빔의 발진에 영향을 주지 않는다. 파장 변환 결정(1A, 1B)에 의해 파장 변환된 레이저빔들간의 간섭은 레이저빔의 결정 통과 방향에 관하여 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)(즉, 비선형 광학 결정)의 길이를 정확하게 조정하지 않아도 되는 간단한 방식으로 방지되므로 보다 효율적이다. 레이저빔이 결정을 통과하는 방향으로 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 길이를 정확하게 조정할 필요가 없으므로, 파장 변환 결정(1A, 1B)을 교체시에 원래 결정의 길이와 정확히 동일한 결정을 준비할 필요가 없으므로 보다 저렴한 유지관리 비용이 드는 이점을 가지게 된다. 또한, 동일한 길이를 가지는 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)을 준비할 필요가 없으므로, 낮은 유지관리 비용과 결정을 교체 또는 조정시에 필요한 시간이 단축된다.

파장 변환 결정(1B)에 입사되는 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)의 기본파 성분의 전력은 파장 변환 결정(1A)에 입사되는 기본파 레이저빔(3)의 전력보다 작다. 그러나, 제 1 실시예에서, 레이저빔의 결정 통과 방향에 관하여 볼 때, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)은 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)보다 길다. 따라서, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 전력은 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 전력에 근접토록 만들어 질 수 있다. 따라서, 이하에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 제 1 실시예의 파장 변환 레이저로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 예를 들면, 가공 광원으로 사용시에, 가공의 편광 방향에 의존하지 않아도 되는 이점을 가진다.

즉, 제 1 실시예에서, 레이저빔 가공장치는 전술한 바와 같이 구성된다. 파장 변환 레이저(즉, 파장 변환기)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 수평 방향(즉, 도 1의 종이에 수직하는 방향)의 편광 성분과 수직 방향(즉, 도 1의 종이에 평행한 방향)의 편광 성분을 포함한다. 파장 변환된 레이저빔은 랜덤 편광된 광의 상태에 근접한 편광 상태로 된다. 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한(즉, 편광 방향 또는 가공점(위치)에 관계없이 일정한) 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 파장 변환 레이저(파장 변환기)는 고출력 파장 변환된 레이저빔(3C)을 보다 효율적이고 안정적으로 출사시킬 수 있고, 따라서, 긴 시간주기에 걸쳐 정확하고 일정한(즉, 동작당 시간이란 점에서 일정한) 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가지게 된다.

특정한 시험예(즉, 예 1 및 비교 예 1)로써 본 발명의 장점을 더 기술할 것이다.

예 1

레이저 광원(2)으로서 큐스위치 펄스 발진을 수행하고 1064㎚의 파장을 가진 Nd(Neodymium):YAG 레이저를 사용한다. 레이저빔(3)에 대한 명세는 529 W의 평균전력, 4 kHz의 펄스 사이클 주파수, 40.4 ns의 펄스폭 및 M²≒10의 빔 품질을 포함한다.

파장 변환 결정(1A, 1B)에는 리튬 보레이트(화학식: Lib₃O₅)를 사용했는 데, 리튬 보레이트는 유형-2 위상 정합에 의해 제 2 고조파를 출사시키고, 결정은 레이저빔의 결정 통과방향에 관하여 15 ㎚ 및 18㎚의 길이를 가진다. 기본파 레이저빔(3)의 1/e² 반경에, 즉, 0.54 ㎚ 및 0.52 ㎚에 배치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축("a")은 수평으로 배치되고, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축("a")은 수직으로 배치될 때, 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)은 186 W의 출력을 발생한다. 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔은 편광 분리부에 입사되고, 결과적인 편광 성분의 각 전력이 측정된다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 편광 성분의 전력은 95 W이고, 파장 변환 결정(2A)으로부터 출사되는 편광 성분의 전력을 91 W이다. 따라서, 2개의 편광 성분은 거의 동일한 전력을 가진다. 파장 변환된 레이저빔(3C)은 등방성에 근접한 편광 상태이다. 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)의 평균 출력은 약 ±1% 의 변동을 가지며 상당히 안정적이다. 파장 변환된 레이저빔(3C)은 비정질 실리콘상에 조사되므로써, 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 변형시킨다. 이 장치의 특성은 편광 방향에 의존하지 않는다.

비교예 1

도 3에 도시된 바와 같이, 비교예는 파장 변환 결정(1A, 1B)의 방향에서만 예 1과 다른 데, 즉, 결정 방위축("a")이 수평으로 정렬되도록 파장 변환 결정(1A, 1B)을 배치한다. 이 경우에, 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)의 평균 출력은 상기 예에서 얻은 출력보다 약 23 % 낮은 138 W이다. 또한, 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)의 평균 출력은 약 ±10 %의 변동을 가지며 상당히 불안정하다. 더욱이, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축의 방향이 정렬되었으므로, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 직선 편광된다. 파장 변환된 레이저빔(3C)은 비정질 실리콘상에 조사되어 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 변형시켰다. 이 장치의 특성들간에는 스캐닝 방향 및 편광 방향에 의존하므로 차이가 있다.

시험한 결과로부터 알 수 있는 것은 100 W 이상의 전력을 가진 고출력 파장 변환된 레이저빔(3C)을 출사시에, 예 1에서 도시된 파장 변환 레이저 및 파장 변환 방법을 사용하면 고출력 파장 변환된 레이저빔을 고 효율 및 안정되게 출사시킬 수 있다는 것이다.

상기 예에서, 파장 변환 결정(1A)에는 15 ㎚의 길이를 가지는 비선형 광학 결정을 사용하고, 파장 변환 결정(1B)에는 18 ㎚의 길이를 가지는 비선형 광학 결정을 사용하였다. 그러나, 결정의 길이는 이들 길이로 제한되지는 않는다. 예를 들면, 18.00 ㎚의 길이를 가진 비선형 광학 결정 및 18.01 ㎚의 길이를 가진 비선형 광학 결정과 같이 상당히 유사한 길이를 가진 비선형 광학 결정을 사용할 수도 있는 데, 이 경우에도 유사한 이점을 가질 수 있다.

예 1은 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축("a")이 수평으로 배치되고, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축("a")이 수직으로 배치되는 경우를 설명했었다. 이와 반대로, 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축("a")은 수직으로 배치될 수 있고, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축("a")은 수평으로 배치될 수 있다. 요컨데, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향, 파장 변환 결정(1B)으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 서로 90°상이하도록 결정을 배치하는 것이다. 이 요건을 만족시키기만 한다면, 제 1 실시예와 관련하여 기술한 바와 유사한 이점을 가질 수 있다.

제 1 실시예에서, 2개의 파장 변환 결정(1A)은 레이저빔의 광축 방향으로 볼 때에 결정 방위축이 서로 90°상이하도록 배치된다. 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔과, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔 사이의 간섭 영향이 작게 되는 한, 어떠한 각도 사용될 수 있다. 따라서, 편광 방향이 정확히 서로 90°다를 필 요는 없다. 유일한 요건은 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축과 파장 변환된 레이저빔(3A)의 편광 방향이 범위 45°내지 90°내에서 서로 상이하다는 것이다. 바람직한 차이는 약 90°이다(예를 들면, 85°내지 90°의 범위내이고(간섭의 영향으로 인한 출력의 하락이 10% 이하가 되고), 보다 바람직하게는 88°내지 90°의 범위내이다(간섭의 영향으로 인한 출력의 하락이 5% 이하가 된다).

본 발명에서, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축들간에 정의되는 각들중에 보다 작은 각이 45°일 때, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축은 서로 45°상이하게 된다. 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)에 의해 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향들간에 정의되는 각들중에 보다 작은 작이 45°일 때, 편광 방향은 서로 45°상이하게 된다.

(제 2 실시예)

도 4 및 도 5는 제 2 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시한다. 특히, 도 4는 레이저빔 가공장치의 측면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 파장 변환 결정 및 파장판을 확대한 사시도이다.

제 2 실시예에서, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)은 결정의 결정 방위축("a")이 레이저빔의 광축 방향에서 볼 때 단일 방향이 되도록 서로 직렬배치된다. 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 90°회전시키기 위한 방향 회전수단인 파장판(10)은 2개의 비선형 광학 결정(1A, 1B)의 사이에 배치된다. 제 2 실시예가 이외에는 제 1 실시예와 동일하므로 제 1 실시예와 제 2 실시예 사이의 차이만을 주로 기술 할 것이다.

도 4에 도시된 파장 변환 레이저에서, 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)의 고조파 성분의 편광 방향을 회전시키기 위한 파장판(10)은 광축에 대해 90°까지 회전되고, 홀더(11)에 의해 유지된다. 홀더(11)는 파장 변환 결정(1A, 1B) 사이에 배치되는 기반(5)상에 제공된다. 파장판(10)은 예를 들면, 1/2 파장판으로부터 형성되고, 파장판(10)의 결정 방위축은 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축("a")과 관련하여 레이저빔(3)의 광축에 대해 45°까지 회전된다.

도 5에서, 레이저 광원(2)에는 임의 편광을 통해 1064 ㎚의 파장을 가진 기본파 레이저빔(3)을 출사시키는 Nd(Neodymium):YAG 레이저를 사용하고, 여기서, 파장 변환 결정(1A, 1B)에는 유형-2 위상 정합을 통해 기본파 레이저빔(3)을 532 ㎚의 파장을 가진 제 2 고조파로 파장 변환하는 리튬 보레이트(화학식 Lib₃O₅, 약자로 LBO)를 사용한다. 파장 변환 결정(1A, 1B)은 결정 방위축("a")이 수평으로(즉, 도 4의 종이에 수직한 방향으로) 배열되도록 배치된다.

전술한 구조를 가진 파장 변환 레이저에서, 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)이 파장 변환 결정(1B)에 입사되고, 레이저빔(3A)의 고조파 성분의 편광 방향은 1/2 파장판(10)에 의해 광축 둘레로 90°까지 회전된다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)으로 입사되는 제 2 고조파의 편광 방향과, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 제 2 고조파의 편광 방향은 서로 90°상이하다. 명확히 말하면, 서로 약 90°상이한 편광 방향을 가진 레이저빔이 파장 변환된 레이저빔(3C)으로 출사된다.

따라서, 제 2 실시예는 제 1 실시예의 이점과 동일한 이점을 가진다.

제 1 실시예의 경우에서와 같이, 제 2 실시예의 파장 변환 레이저는 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하고, 파장 변환용인 비선형 광학 결정(즉, 파장 변환 결정(1A, 1B))으로써 레이저빔을 변환시킨다.

제 2 실시예는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 약 90°회전시키기 위한 편광 방향 회전수단으로서 1/2 파장판(10)을 사용하는 파장 변환 레이저의 구성을 도시한다. 그러나, 1/2 파장판(10) 대신에 광학 회전판 또는 전기광학 소자를 사용할 수도 있는 데, 이 경우에도 유사한 이점을 가진다.

제 2 실시예는 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축이 레이저빔의 광축의 방향으로 볼 때에 단일 방향으로 정렬되는 구성을 보여준다. 그러나, 2개의 파장 변환 결정은 180°차이가 나는 반대 방향으로 배치될 수 있는 데, 이 경우에도 제 2 실시예의 이점과 유사한 이점을 가진다.

전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔 간의 간섭의 영향이 그 각에서 보다 작게 되는 한, 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축들간에 형성되는 각은 어떤 각도 충분하다. 파장 변환 결정의 결정 방위축은 한 방향으로 정확하게 정렬되거나 혹은 정확히 180°반대 방향으로 정렬될 필요는 없다. 결정 방위축은 거의 단일 방향으로 정렬되거나 혹은 거의 약 180°반대 방향으로 정렬될 수 있다. 예를 들면, 단일 방향으로부터 또는 180°반대 방향으로부 터 5°이하의 오프셋, 또는 바람직하게는 2°이하의 오프셋이 허용될 수 있다.

또한, 이는 편광 방향 회전수단에도 동일하게 적용된다. 편광 방향 회전수단이 정확히 90°까지 회전될 필요는 없고, 회전수단의 회전은 45°내지 90°의 범위내가 바람직하다. 바람직하게는, 약 90°의 차이(예를 들면, 85°내지 90°의 범위내로, 특히 바람직하게는 88°내지 90°의 범위내에 들어가는 차이)면 충분하다.

요컨대, 제 1 실시예의 경우에서와 같이, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)로 입사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향과 45°내지 90°범위내에서 달라야 한다는 것이다. 바람직하게는, 약 90°차이(예를 들면, 85°내지 90°범위내, 보다 바람직하게는 88°내지 90°범위내에 들어가는 차이)면 충분하다.

(제 3 실시예)

도 6은 제 3 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시한다. 특히, 도 6은 레이저빔 가공장치의 측면도이다.

제 3 실시예에서, 장치는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 원편광(circular polarized light)으로 변형시키기 위한 원편광화수단으로서 기능하는 1/4 파장판(19)을 구비한다. 본 실시예가 이외에는 제 1 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 제 3 실시예와 제 1 실시예의 차이만을 주로 설명할 것이다.

1/4 파장판(19)은 기반(5A)의 상부에 배치된 홀더(20)에 의해 고정되고, 기반(5A)은 기반(5)상에 고정된다. 도 6에서, 기반(5A)은 기반(5)로부터 분리되어 구성되지만 완전체로서 구성될 수도 있다.

전술한 구성을 가지는 레이저빔 가공장치에서, 분리 미러(6)를 통과하는 파장 변환된 레이저빔(3C)은 1/4 파장판(19)에 의해 원편광으로 변환되고, 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)을 출사시킨다. 특히, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A)으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)으로부터 출사되는 성분이 1/4 파장판(19)에 의해 시계방향으로 원편광화되는 경우에, 파장 변환 결정(1B)으로부터 방사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)로부터 출사되는 성분은 1/4 파장판(19)에 의해 반시계방향으로 원편광화 된다. 따라서, 반시계방향의 원편광 및 시계방향 원편광이 혼합된 파장 변환된 레이저빔(3D)이 출사된다. 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 반사 미러(12)로부터 반사되고, 반사된 광은 집광광학계(14)에 의해 집광되어 피가공물에 조사되므로써, 피가공물에 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트리밍등을 하게 된다.

전술한 바와 같이, 제 3 실시예에서, 레이저빔 가공장치는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 원편광으로 변환시키기 위한 원편광화수단으로서 기능하는 1/4 파장판(19)을 구비한다. 따라서, 제 1 실시예의 이점에 부가적으로, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 따라서, 편광 방향에 관계없이 보다 균질한 가공을 안정되게 할 수 있는 이점을 가지게 된다.

도 6은 1/4 파장판(19)이 제 1 실시예의 파장 변환 레이저(파장 변환기)에 삽입되는 경우를 도시한다. 그러나, 1/4 파장판(19)이 제 2 실시예의 파장 변환 레이저(파장 변환기)로 삽입될 수도 있다.

파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환시키기 위한 원편광화수단은 1/4 파장판(19)으로 제한되지 않으며, 예를 들면, 전기광학 소자일 수 있다.

(제 4 실시예)

도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 데, 특히, 도 7은 레이저빔 가공장치의 평면도이다.

제 1 실시예와 관련하여 기술한 파장 변환 레이저 소자(즉, 레이저빔 가공장치)를 가지는 것에 부가적으로, 이 실시예의 레이저빔 가공장치는 다음의 소자를 가진다.

먼저, 레이저빔 가공장치는 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부를 통과하도록 허용하는 반사 장치로서 기능하는 반사 미러(21, 21A)를 포함한다.

또한, 레이저빔 가공장치에 전력을 감시하는 전력 모니터(22)와 빔 프로파일을 감시하는 빔 프로파일러(23)가 제공된다. 여기서, 전력 모니터(22)는 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 파장 변환 레이저빔(3E, 3F)의 빔 파라메터(전력, 빔 프로파일(빔 크기), 빔 품질 및 발산각)를 감시하기 위한 수단인 빔 모니터로서 기능한다.

또한, 레이저빔 가공장치는 편광 상태 변환수단으로서 기능하는 1/4 파장판(19)을 포함한다. 편광 상태 변환수단은 반사장치(반사 미러(21, 21A))의 앞 단에 배치되고, 각 비선형 광 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사장치의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시킨다. 특히, 반사장치의 반사면과 관련하여 기본파 레이저빔이 먼저 통과하는 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비가, 편광장치의 반사면과 관련하여 기본파 레이저빔이 뒤이어 통과하는 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비와 거의 동일하게 되도록 변환 동작을 수행한다. 1/4 파장판(19)은 제 3 실시예와 관련하여 기술한 파장 변환된 레이저빔(3C)을 원편광으로 변환시키기 위한 원편광화수단으로서 이중역활을 한다.

이 레이저빔 가공장치가 이외에는 제 1 실시예의 레이저빔 가공장치의 구성과 동일하므로, 이하에서는 제 1 실시예와 제 4 실시예의 차이만을 주로 설명할 것이다.

1/4 파장판(19)은 기반(9)상에 배치된 홀더(20)에 의해 유지된다. 반사 미러(21, 21A)는 기반(5)상의 1/4 파장판(19)뒤에 배치되는 미러 홀더(7A, 7B)에 의해 유지된다. 전력 모니터(22)는 반사 미러(21)의 뒤에 있는 기반(5)상에 배치되는 홀더(20A)에 의해 유지된다. 빔 프로파일러(23)는 반사 미러(21A) 뒤의 베이스(5)상에 배치된 홀더(20B)에 의해 유지된다.

레이저 방사장치는 반사 미러(12), 집광광학계(14) 및 가공대(18A)를 가진다. 미러 홀더(13A)에 의해 유지되는 반사 미러(12), 집광광학계 홀더(15A)에 의 해 유지되는 집광광학계(14) 및 가공대(18A)가 기반(5B)에 고정된다. 가공대(18A)는 실리콘, 금속판, 세라믹, 인쇄기판 또는 그린시트와 같은 피가공물(17)을 유지시킨다.

전술한 구성을 가지는 레이저빔 가공장치에서, 분리 미러(6)를 통과한 레이저빔(3C)은 1/4 파장판(19)에 의해 원편광으로 변환(즉, 원편광화)되는 데, 이로써, 레이저빔(3C)의 편광 상태가 변환되어 파장 변환된 레이저빔(3D)을 출사시킨다. 레이저빔(3D)은 반사장치(즉, 반사 미러(21, 21A))의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 각 비선형 광결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과 거의 동일하다. 특히, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분이 1/4 파장판(19)에 의해 시계방향 원편광으로 변환될 때, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분이 1/4 파장판(19)에 의해 반시계방향 원편광으로 변환되고, 따라서, 파장 변환된 레이저빔(3D)은 시계방향 원편광 및 반시계방향 원편광을 혼합하여 포함한다.

원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 반사 미러(21, 21A)에 의해 반사되고, 집광광학계(14)에 의해 집광되어 피가공물(17)상에 조사되므로써, 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트리밍등을 통해 피가공물(17)을 가공한다.

원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부는 반사 미러(21)를 통과한다. 반사 미러(21)를 통과한 파장 변환된 레이저빔(3E)은 레이저빔(3E)의 전력이 측정되는 전력 모니터로 입사된다. 또한, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부는 반 사 미러(21A)를 통과한다. 반사 미러(21A)를 통과한 파장 변환된 레이저빔(3F)은 빔의 프로파일을 측정하는 빔 프로파일러(23)로 입사된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 레이저빔 가공장치는 원편광화수단과 편광 상태 변환 수단으로서 동작하는 수단인 1/4 파장판(19)을 포함하고, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 원편광으로 변환된다. 따라서, 제 3 실시예의 경우에서와 같이, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 집광되어 피가공물(17)상에 조사되고, 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 레이저빔 가공장치는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 감시하는 수단으로서 기능하는 전력 모니터(22)를 구비하는 데, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부에 대응하는 파장 변환된 레이저빔(3E)의 전력을 감시한다(즉, 각 비선형 광결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔의 편광 상태를 변환시키므로써 레이저빔(3D)을 형성한다). 미리 파악한 파장 변환된 레이저빔(3E)의 전력과 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 간의 관계의 결과로서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력의 합을 거의 정확하게 측정할 수 있다. 명확히 말하면, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 거의 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 고출력 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 고효율로 안정되게 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있다. 또한, 피가공물(17)상에 조사될 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 거의 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 일정하고(즉, 시간에서 볼 때 일정한) 보다 정확한 가공이 긴 시간 주기에 걸쳐 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가지게 된다.

레이저빔 가공장치는 또한, 파장 변환된 레이저빔(3D)의 프로파일을 감시하는 수단으로서 기능하는 빔 프로파일러(23)를 포함하므로써, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부인 파장 변환된 레이저빔(3F)의 프로파일을 감시한다(즉, 레이저빔(3D)은 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환하여 형성되므로써, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 된다). 따라서, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분의 빔 프로파일과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 빔 프로파일의 합은 거의 정확하게 측정될 수 있다. 명확히 말하면, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 빔 프로파일은거의 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 고출력 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되고 고효율적으로 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있다. 더욱이, 피가공물(17)상에 조사될 파장 변환된 레이저빔(3D)의 빔 프로파일은 거의 정확히 측정될 수 있다. 따라서, 일정하고(즉, 시간에 있어 일정한) 보다 정확한 가공인지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다.

각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반 사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태가 변환되는(원편광화) 결과로서 형성되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 일부의 전력과 빔 프로파일을 모니터링하므로써 얻어지는 이점은, 다수의 직선 편광된 광 성분을 혼합하여 포함하는 본 발명의 파장 변환 레이저에 의해 고유하게 얻어질 수 있다. 이 장점은 통상적인 직선 편광된 레이저 또는 랜덤 편광된 레이저에 의해서는 얻어질 수 없다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 이후에 설명할 것이다.

통상적으로, 레이저빔이 수직이 아닌 다른 각으로 미러로 입사될 때, 입사 빔의 편광 방향에 따라 미러의 반사율에서 차이가 생기고, "s" 편광의 반사율은 "p" 편광의 반사율 보다 높게 된다. 명확히 말하면, "s" 편광의 투과율은 "p" 편광의 투과율 보다 낮게 된다.

이제, 비교예로서 기능하는 파장 변환 레이저를 기술할 것이다. 특히, 레이저가 1/4 파장판(19)을 포함하지 않고, 원편광화되지 않은 파장 변환된 레이저빔(3C)을 반사 미러(21, 21A)로 입사되게 하고, 그리고 반사 미러를 통과하는 파장 변환된 레이저빔(3E, 3F)의 전력 및 빔 프로파일이 감시된다. 예를 들면, 파장 변환 결정(1A, 1B)이 서로 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시킬 때, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "s" 편광으로서 반사 미러(21, 21A)에 입사되고, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "p" 편광으로 반사 미러(21, 21A)에 입사된다고 한다. "s" 편광의 투과율은 "p" 편광의 투과율 보다 낮게 된 다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력 및 빔 프로파일은 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력 및 빔 프로파일과 보다 근접하게 모니터링된다.

명확히 말하면, 예를 들면, 파장 변환된 레이저빔(3C)이 약 45°각으로 반사 미러(21, 21A)에 입사될 때, "s" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과시의 투과율은 예를 들어, 약 0.1%이고, "p" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과시에 투과율은 예를 들어, 0.9%이다. 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 약 0.1%와, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 약 0.9%의 합이 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)에 입사되고, 여기서 합의 전력 및 빔 프로파일이 측정된다.

따라서, 예를들면, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분만의 전력 또는 빔 프로파일에 변동이 발생되면, 전력 모니터(22)에서 판독되는 변동 및 빔 프로파일러에서 판독되는 변동은 작다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔의 빔 프로파일 또는 전력에서의 변화를 정확하게 감시할 수 없게 되는 문제가 생긴다.

이 실시예에서, 1/4 파장판(19)에 의해 원편광화된(즉, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔(3C)을 변환(원편광화)) 파장 변환된 레이저빔(3D)이 반사 미러(21, 21A)로 입사된다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되어 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분은 거의 동일한 상대비율로 "s" 편광 성분 및 "p" 편광 성분을 포함한다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 전력 및 빔 프로파일과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 전력 및 프로파일은 거의 동일한 상대 비율로 모니터링된다.

명확히 말하면, 예를 들어, "s" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 투과율은 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 투과율은 약 0.9% 값이다. "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분의 각각은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D) 성분의 약 50%를 차지한다. "s" 편광 성분의 약 0.1%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.05%)과, "p" 편광 성분의 약 0.9%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.45%)의 합, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 반사 미러(21, 21A)를 통과한다. 유사하게, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분의 각각은 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%를 차지한다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 반사 미러(21, 21A)를 통과한다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과, 파장 변환 결정(1B) 로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분은 동일한 비율로 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되고, 성분의 전력 및 빔 프로파일이 측정된다.

따라서, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 및 빔 프로파일을 본질적으로 정확히 측정할 수 있고, 고출력 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되고 고효율적으로 출사되는 지의 여부를 확인할 수있는 이점을 가진다. 따라서, 피가공물상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 및 빔 프로파일을 정확히 측정할 수 있고, 긴 시간주기에 걸쳐 높은 정확성을 가지고 일정한(시간에 있어 일정한) 가공을 할 수 있는 지를 확인할 수 있는 이점이 있다.

또한, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분만의 전력 및 빔 프로파일에서 변동이 있을 지라도, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 및 빔 프로파일에서 변동을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분만의 전력 및 빔 프로파일에서의 변동으로 인한 가공에서의 변동을 확인할 수 있는 이점을 가진다.

통상적인 직선 편광된 레이저에서, 반사 미러(21, 21A)로 입사되는 레이저빔의 방향은 단지 "s" 편광 또는 "p" 편광이다. 따라서, 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)로 입사되기 전에 원형 편광되는 지의 여부에 관계없이, 투과율은 일정하게 유지된다. 따라서, 원형 편광된 파장 변환된 레이저빔의 전력 및 빔 프로파일을 관찰한 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

또한, 통상적 랜덤 편광된 레이저에서, 반사 미러(21, 21A)로 입사되는 레이저빔의 편광 방향은 동일한 비율의 "s" 편광과 "p" 편광을 포함한다. 따라서, 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)로 입사되기 전에 원형 편광되는 지의 여부에 관계없이 투과율은 일정하게 유지된다. 따라서, 원형 편광된 파장 변환된 레이저빔의 전력 및 빔 프로파일을 관찰한 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

파장 변환 결정(1A, 1B)이 서로 약 90°상이한 편광 방향의 파장 변환된 레이저빔을 방출하는 경우를 특정 수치를 언급하여 기술하였다. 또한, 편광 방향이 서로 45°내지 90°상이한 경우뿐만 아니라 편광 방향이 서로 90°상이한 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들면, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 편광 상태 변환 수단의 이중역활을 하는 1/4 파장판(19)을 통과하고, 타원형으로 편광된 파장 변환 레이저빔(3D)으로 변환되는 데, 여기서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분은 약 60% "s" 편광 성분과 약 40% "p" 편광 성분을 포함하고, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 성분은 약 60% "s" 편광 성분과 약 40% "p" 편광 성분을 포함하는 방식으로, 레이저빔(3D)은 본질적으로 비선형 광학 결정(1A, 1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분을 본질적으로 동일한 비율로 포함한다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분은 동일한 비율로 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되고, 여기서, 성분의 전력 및 프로파일이 측정된다.

도 7은 반사 미러(21, 21A)로부터 반사된 파장 변환된 레이저빔이 가공에 사 용되고, 반사 미러(21, 21A)를 통과한 파장 변환된 레이저빔의 빔 파라메터가 모니터링되는 구성을 도시한다. 또한, 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 파장 변환된 레이저빔이 가공에 사용되고, 반사 미러(21, 21A)상에서 반사 되는 파장 변환된 레이저빔의 빔 파라메터가 모니터링되는 구성을 사용할 수도 있다.

도 7은 제 1 실시예의 파장 변환 레이저가 1/4 파장판(19), 반사 미러(21, 21A), 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)를 가지는 경우를 도시한다. 그러나, 제 2 실시예의 레이저빔 가공 장치가 1/4 파장판(19), 반사 미러(21, 21A), 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)를 구비할 경우에도 동일한 이점을 가질 수 있다.

도 7에 도시된 구성에 부가적으로, 파장 변환 레이저는 전력 모니터(22)를 판독함에 따라 레이저 광원(2)의 출력을 제어하기 위한 수단 또는, 전력 모니터(22)를 판독함에 따라 온도조절기(4A, 4B)의 온도를 제어하기 위한 수단을 갖추므로써 피드백 제어를 수행한다. 결과적으로, 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되게 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 유지관리할 수 있는 이점을 가진다.

빔 크기는 빔 프로파일러(23)에 의해 측정되는 빔 프로파일로부터 결정될 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 구성에 부가적으로, 파장 변환 레이저는 예를 들어, 다수의 렌즈의 결합부를 포함하는 빔 크기 조정 메카니즘을 갖추므로써, 파장 변환된 레이저빔(3D)을 임의 값으로 조정 및 출력할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 피드백 제어는 프로파일러(23)에 의해 측정되는 빔 크기에 따라 빔 크기 조정 메카니즘을 제어하기 위한 수단을 제공하므로써 수행되고, 따라서, 긴 시간 주기에 걸쳐 파장 변환된 레이저빔의 빔 크기를 안정되게 유지관리할 수 있는 이점을 가진다.

제 4 실시예는 파장 변환 레이저가 빔 파라메터들(즉, 전력, 빔 프로파일(빔 크기), 빔 품질 및 발산각)중에 전력 및 빔 프로파일을 모니터링하기 위한 수단을 갖추는 경우를 기술한다. 파장 변환 레이저는 빔 품질(레이저빔 또는 빔 제품의 집광 특성을 표시하는 M² 값과 같은 인덱스)을 모니터링하기 위한 수단을 갖출 수 있다. 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 품질을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고품질 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되게 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 품질을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 보다 정확하고 일정한(시간에 있어 일정한) 가공이 긴 시간주기에 걸쳐 안정되게 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다.

파장 변환 레이저가 발산각을 모니터링하는 수단, 예를 들어, 빔 프로파일러를 구비할 수 있다. 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 발산각을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고품질 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간주기에 걸쳐 안정되게 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 발산각을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 보다 정확하고 일정한(시간에 있어 일정한) 가공이 긴 시간주기에 걸쳐 안정되게 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점이 있다.

(제 5 실시예)

도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 파장 변환 방법, 파장 변환 레이저 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 데, 특히 도 8은 레이저빔 가공장치의 평면도이다.

제 1 실시예와 관련하여 기술된 파장 변환 레이저(즉, 레이저빔 가공장치)의 파장 변환 레이저 소자를 가지는 것에 부가적으로, 본 실시예의 레이저빔 가공장치는 다음의 소자를 더 구비한다.

먼저, 레이저빔 가공장치는 파장 변환 레이저빔(3D)의 전력을 조정하기 위한 수단으로서 기능하며 투과율이 가변적인은 가변성 투과율 미러(25A, 25B)를 가진 가변 감쇠기(24)를 포함한다.

또한, 레이저빔 가공장치는 편광 상태 변환수단으로서 기능하는 1/4 파장판(19)을 포함한다. 편광 상태 변환수단은 가변 감쇠기(24)보다 앞단에 배치되고, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사 장치의 반사면과 관련하여,"s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비율에서 거의 동일하도록 파장 변환 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시킨다. 여기서, 1/4 파장판(19)은 또한 제 3 실시예와 관련하여 기술한 파장 변환기 레이저빔(3C)을 원편광으로 변환시키기 위한 원편광화수단으로서 기능한다.

제 5 실시예는 그외에는 제 1 실시예의 구성과 동일하므로, 제 1 실시예와 제 5 실시예의 차이만을 주로 기술할 것이다.

1/4 파장판(19)은 기반(5)상에 배치된 홀더(20)에 의해 유지된다. 가변 감쇠기(24)는 기반(5)상에 배치된 홀더(20C)에 의해 유지된다. 가변 감쇠기(24)에 는, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 입사각에 따라 투과율이 변경되는 가변 투과율 미러(25A, 25B)와, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 입사각을 변경시키기 위하여 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 회전시키기 위한 도시된 메카니즘이 제공된다.

레이저 방사장치는 제 4 실시예와 관련하여 기술한 구성과 동일하다.

전술한 구성을 가지는 레이저빔 가공장치에서, 분리 미러(6)를 통과한 레이저빔(3C)는 1/4 파장판(19)에 의해 원편광으로 변환되므로써(즉, 원편광화) 레이저빔(3C)의 편광 상태가 변환되어 파장 변환된 레이저빔(3D)을 출사한다. 레이저빔(3D)은 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면(mirror surfaces)과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비율에서 각 비선형 광결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과 거의 동일하다.

원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)는 가변 감쇠기(24)에 의해 조정되는 전력을 가진 파장 변환된 레이저빔(3G)으로 변환된다. 그 후, 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(12)에 의해 반사되고, 집광광학계(14)에 의해 피가공물상에 집광 및 조사되므로써, 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트링밍등을 통해 피가공물(17)을 가공한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서, 본 발명의 레이저빔 가공장치는 원편광화수단 및 편광 상태 변환수단으로 동작하는 수단인 1/4 파장판(19)을 구비하고, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 원편광으로 변환된다. 따라서, 제 3 실시예의 경우에서와 같이, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 편광 방향에 관계없이 보다 일정한 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진 다.

또한, 레이저빔 가공장치는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 조정하기 위한 수단으로서 기능하는 가변 감쇠기(24)를 포함하고, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)(즉, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 가변 투과 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비율에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환하므로써 형성된 레이저빔(3D))은 가변 감쇠기(24)로 입사하게 된다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력은 동일한 비율로 조정될 수 있다. 따라서, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 빔 프로파일을 거의 변경하지 않고서도 전력을 조정할 수 있는 이점을 가진다. 이 이유로 인하여, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3G)의 빔 프로파일을 거의 변경하지 않고서도 전력을 조정할 수 있는 이점과, 가공 파라메터로서 단지 전력을 변경하므로써 가공 동작을 수행할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 가변 감쇠기(24)의 투과율을 낮추므로써, 빔 프로파일을 가공대(18A)의 가공점에 배치시키고, 가공점에서 빔 프로파일을 측정하므로써, 가공 동안에 거의 동일한 빔 프로파일을 측정할 수 있는 이점을 가진다.

파장 변환된 레이저빔(3D)을 가변 감쇠기(24)에 입사시키므로써, 그리고, 파장 변환된 레이저빔(3D)이 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되는 각을 변경시켜 파장 변환된 레이저빔(3G)의 전력을 조정하므로써 얻어지는 이점은 다수의 직선 편광 성분을 혼합하여 포함하는 본 발명의 파장 변환 레이저에 의해 고유하게 얻어질 수 있는 데, 여기서, 각 비선형 광 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비율에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환하므로써(원편광화함으로써) 파장 변환된 레이저빔(3D)을 형성한다. 이 장점은 통상적인 직선 편광된 레이저 또는 랜덤 편광된 레이저에 의해 얻어질 수 없다. 이에 대한 상세한 설명은 차후에 할 것이다.

이제, 비교예로서 1/4 파장판(19)이 제공되지 않고, 원편광되지 않은 파장 변환된 레이저빔(3C)을 가변 감쇠기(24)에 입사하게 하는 경우를 기술할 것이다. 예를 들면, 파장 변환 결정(1A, 1B)이 서로 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저를 출사시킬 때, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "s" 편광으로서 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되고, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "p" 편광으로서 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사된다. "s" 편광의 투과율은 "p" 편광의 투과율 보다 낮게 된다. 결과적으로, 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분 보다 큰 양으로 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분을 포함한 파장 변환된 레이저빔을 출력하고, 방사된 파장 변환된 레이저빔이 피가공물(17)상에 조사된다.

"s" 편광의 투과율과 "p" 편광의 투과율 간의 비율은 가변 감쇠기(24)(즉, 가변 투과율 미러(25A, 25B))의 투과율에 따라 변경된다. 따라서, 가변 감쇠기(24)는 파장 변환된 레이저빔의 전력을 조정할 수 없다. 예를 들면, 빔 프로파일러는 가변 감쇠기(24)의 투과율을 감소시키므로써 가공점에 배치될 때, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분 간의 비율은 가공시로부터 프로파일을 측정할 때 까지의 주기 동안에 변한다. 따라서, 가공점에서 얻을 수 있으며 가공 동안에 요구되는 것과 상이한 빔 프로파일이 측정된다.

명확히 말하면, 예를 들어, 가공이 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율이 약 50%로 감소되는 동안에 수행될 때, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 35%이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 65%이다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3C)의 약 35% 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 약 65% 성분을 포함하는 파장 변환된 레이저빔을 출력하는 데, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 1:1.9의 비율로 포함한다. 가공은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분을 상이한 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔을 사용하여 이루어질 수 있다.

예를 들면, 가변 감쇠기(24)의 투과율을 약 1% 감소시키므로써, 그리고, 가공대(18A)상의 가공점에 빔 프로파일을 배치시키므로써 가공점에서 얻을 빔 프로파 일을 측정할 때, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시의 투과율은 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시의 투과율은 약 0.9%의 값이다. 파장 변환 레이저는 가공 동안에 방사되는 것과 전체적으로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 방사하는 데, 즉, 파장 변환된 레이저빔은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 약 0.1% 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 약 0.9% 성분을 포함하고, 명확히 말하면, 파장 변환된 레이저빔은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분을 포함하는 파장 변환된 레이저빔을 1:9의 비율로 포함한다. 결과적으로, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분 대, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분의 비율에서 가공이 전술한 가변 감쇠기(24)의 약 50%의 평균 투과율에서 수행될 때 얻어지는 바와 상이한 파장 변환된 레이저빔의 빔 프로파일이 측정된다. 따라서, 빔 프로파일은 가공시로부터 빔 프로파일의 측정시까지의 주기 동안에 변동되고, 가공 동안에 얻어지는 빔 프로파일을 정확하게 확인할 수 없으므로, 가공시에 빔 프로파일의 영향을 정확하게 확인할 수 없는 문제가 생긴다.

그러나, 본 실시예에서, 1/4 파장판(19)에 의해 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 가변 감쇠기(24)로 입사된다(여기서, 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여, 각 비선형 광결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비율에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환 된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시키므로써 레이저빔(3D)을 형성). 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 "s" 편광 성분과, 파장 변환된 레이저빔(3D)의 "p" 편광 성분은 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비율에서 동일하게 된다. 피가공물(17)은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분을 거의 동일한 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔에 노출될 수 있다.

가변 감쇠기(24)의 투과율이 변경될 지라도, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분은 거의 동일한 비율로 포함되고, 따라서, 파장 변환된 레이저빔의 전력만은 빔 프로파일을 변경하지 않고서도 가변 감쇠기(24)에 의해 조정될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 가변 감쇠기(24)의 투과율을 감소시키므로써 가공점에 빔 프로파일러를 배치하고, 가공점에서 얻을 빔 프로파일을 측정하므로써, 가공 동안에 얻을 빔 프로파일과 거의 동일한 빔 프로파일을 측정할 수 있다.

명확히 말하면, 예를 들어, 가공이 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율이 약 50%로 낮아지는 동안에 수행될 때, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 통과시에 투과율이 약 35% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 통과시에 투과율이 약 약 65% 값이다. "s" 편광 성분은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. "s" 편광 성분의 약 35%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변 환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 17.5%)와, "p" 편광 성분의 약 65%(즉, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 32.5%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분에 관하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 50%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 가공은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저 빔(3D)의 성분을 약 1:1 의 비율로 포함한 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하므로써 수행된다.

예를 들면, 빔 프로파일러가 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율을 약 1%로 낮추므로써 가공점에 배치될 때와 가공점에서 얻을 빔 프로파일을 측정시에, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 0.9% 값이다. "s" 편광 성분 은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. "s" 편광 성분의 약 0.1%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 0.05%)와, "p" 편광 성분의 약 0.9%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 0.45%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 0.5%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분에 관하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1의 비율로 포함한 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1의 비율로 포함한 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하여 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일을 측정할 수 있다.

빔 프로파일을 측정시에, 그리고, 가공시에 거의 일정한 비율이 존재하는 데, 명확히 말하면, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D)의 성분 사이에 거의 일정한 비율이 있다. 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일을 본질적으로 정확하게 확인할 수 있고, 가공시에 빔 프로파일의 영향도 본질적으로 정확하게 확인할 수 있다. 또한, 가공 조건은 가공점에서 측정되는 빔 프로파일을 관찰하므로써 변경될 수 있다.

통상적인 직선 편광된 레이저에서, 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되는 레이저의 편광 방향은 단지 "s" 편광 또는 "p" 편광이다. 따라서, 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되기 전에 원편광되는 지의 여부에 관계없이 투과율은 일정한다. 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되도록 한 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

또한, 통상적인 랜덤 편광된 레이저에서, 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되는 레이저빔의 편광 방향은 동일한 비율로 "s" 편광과 "p" 편광을 포함한다. 따라서, 투과율은 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되기 전에 원편광되는 지의 여부에 관계없이 일정하게 유지된다. 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

파장 변환 결정(1A, 1B)이 편광 방향으로 서로 약 90°상이한 파장 변환된 레이저빔을 방사하는 경우를 특정 수치를 언급하며 기술하였다. 또한, 편광 방향이 45°내지 90°상이한 경우 뿐만 아니라, 편광 방향이 서로 90°상이한 경우에도 적용될 수 있다. 예를 들면, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 편광 상태 변환 수단으 로서 이중역활을 하는 1/4 파장판(19)을 통과하고, 타원형으로 편광된 파장 변환 레이저빔(3D)으로 변환되고, 여기서, 레이저빔(3D)은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분이 "s" 편광 성분의 약 60%, "p" 편광성분의 약 40%을 포함하는 방식으로, 그리고 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분이 "s" 편광 성분의 약 60%와 "p" 편광 성분의 약 40%를 포함하도록, 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분을 본질적으로 동일한 비율로 포함한다. 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의성분과 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)에 입사된다. 전술한 바와 같이, 빔 프로파일의 측정시에 및 가공시에 거의 일정한 비율이 존재하는 데, 특히, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분간에는 거의 일정한 비율이 있다. 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일을 본질상 정확하게 확인할 수 있고, 가공시에 빔 프로파일의 영향도 정확히 확인할 수 있다. 또한, 가공 조건은 가공점에서 측정되는 빔 프로파일을 관찰하므로써 변경될 수 있다.

도 8은 파장 변환 레이저가 1/4 파장판(19)과 가변 감쇠기(24)를 갖춘 경우를 도시한다. 그러나, 제 4 실시예의 경우에서와 같이, 1/4 파장판(19), 반사 미러(21, 21A), 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)와 같은 빔 파라메터를 감시하기 위한 수단이 가변 감쇠기(24)에 후속한 단에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 제 4 실시예에서와 동일한 이점을 가지며, 또한, 조정된 전력을 가지는 파장 변환 된 레이저빔(3G)의 전력 및 프로파일을 거의 정확하게 모니터링할 수 있는 이점을 또한 가지게 된다.

도 8은 제 1 실시예의 파장 변환 레이저가 1/4 파장판(19) 및 가변 감쇠기(24)를 가지는 경우를 도시한다. 그러나, 제 2 실시예의 레이저빔 가공장치가 1/4 파장판(19) 및 가변 감쇠기(24)를 구비할 때에도 동일한 이점을 가질 수 있다.

도 8이 파장 변환 레이저가 가변적인 투과율을 가진 가변 감쇠기(24)를 구비할 때의 경우를 도시하고는 있지만, 파장 변환 레이저가 일정한 투과율을 가지는 감쇠기를 포함할 수도 있다. 이러한 경우일 지라도, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3C) 성분의 전력과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력은 동일한 비율로 조정될 수 있다. 따라서, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3G)의 빔 프로파일에서의 실질적인 변동에 관계없이 일정한 투과율을 가지는 감쇠기에 의해 전력을 조정할 수 있는 이점을 가진다. 결과적으로, 전력은 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3G)의 빔 프로파일에서의 실질적인 변동에 관계없이 감쇠기의 투과율에 따라 조정될 수 있으므로, 가공 파라메터로서 레이저빔의 전력만을 변경시키므로써 가공을 수행할 수 있는 이점을 가진다.

제 4 실시예와 제 5 실시예에서, 1/4 파장판(19)과 같은 편광 상태 변환수단은 파장 변환된 레이저빔의 편광 상태를 바람직하게 변환시키므로써, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 반사장치의 반사면(예 를 들면, 가변 투과율 미러의 미러면)과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 정확하게 동일하게 된다. 그러나, 동일한 이점을 가지기 위한 필수 요건은 파장 변환된 레이저빔(비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비율 값과, 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비율 값 사이에는 약 1:4 내지 4:1 의 비율이 있다는 것이다.

명확히 말하면, 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분은 약 20%이며 "p" 편광 성분이 80%이고, 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분은 약 50%이고 "p" 편광 성분이 약 50%인 경우에, 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비의 값과, 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 때 "p" 편광 성분의 비율 값 사이에는 1:4의 비율이 존재한다. 이 경우, 가변 감쇠기의 평균 투과율이 약 50%로 낮아지는 동안에 가공을 수행시에, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시의 투과율은 약 35% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시의 투과율은 약 65%의 값이다. "s" 편광 성분은 파장 변환된 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 20%의 값이고, "p" 편광 성분은 약 80% 값이다. 따라서, "s" 편광 성분의 약 35% (즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D) 성분의 약 7%)와 "p" 편광 성분의 약 65% (즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 52%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 59%가 가변 감쇠기를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분에 관하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 전술한 바와 같이, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1.18:1의 비율로 포함하는 파장 변환 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 가공은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1.18:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하여 수행된다.

예를 들면, 빔 프로파일러가 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율을 약 1%로 낮추므로써 가공점에 배치될 때, 그리고, 가공점에서 얻어지는 빔 프로파일러를 측정시에, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시 투과율은 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시 투과율은 약 0.9% 값이다. "s" 편광 성분은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D) 성분의 약 20% 값이고, "p" 편광 성분은 약 80% 값이다. "s" 편광 성분의 약 0.1% (즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.2%)와 "p" 편광 성분의 약 0.9% (즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 약 0.72%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D) 성분의 약 0.8%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분에 관하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 결정 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1.6:1 의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일은 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하여 측정될 수 있는 데, 여기서 파장 변환된 레이저빔(3G)은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 성분을 약 1.6:1의 비율로 포함한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분 값은 가공동안 뿐만 아니라 빔 프로파일의 측정시에 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분 값과 약 36% 상이하다. 따라서, 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일이 본질적으로 정확하게 확인될 수 있고, 가공에 미치는 빔 프로파일의 영향도 본질적으로 정확하게 확인될 수 있다. 더욱이, 가공 조건은 가공점에서 측정되는 빔 프로파일을 관찰하므로써 변경될 수 있다.

제 4 및 제 5 실시예는 파장 변환된 레이저빔의 편광 상태를 변환시키기 위한 편광 상태 변환 수단으로 1/4 파장판(19)을 사용하므로써, 각 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔은 반사 장치의 반사면(즉, 반사 미러(21, 21A) 또는, 가변 투과율 미러(25A,25B)의 미러면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비에 있어서 정확히 동일하게 된다. 예를 들면, 파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환하기 위한 전기광학 소자가 편광 상태 변환 수단으로서 사용될 수 있다. 또한, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 방향은 편광 상태 변환 수단으로서 기능하는 예를 들어, 1/2 파장판, 편광 회전자 또는 전기광학 소자를 사용하므로써 회전될 수 있으므로, 각 미러의 반사면(즉, 미러면)에 관하여 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비가 각 미러의 반사면(즉, 미러면)에 관하여 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비와 거의 동일하다. 따라서, 제 4 및 제 5 실시예에서와 동일한 이점을 가질 수 있다.

제 4 및 제 5 실시예에서, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A, 1B)은 편광 방향이 90°상이한 파장 변환된 레이저빔을 출사시키고, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분이 "s" 편광으로서 반사 미러(21, 21A)( 또는 가변 투과율 미러(25A, 25B))로 입사되고, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3C)의 성분이 "p" 편광으로서 반사 미러(21, 21A)(또는 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되는 구성을 채택하였다. 이 경우에, 비선형 광학 결정(1A, 1B)과 분리 미러(6)가 약 45°로 회전되어 정렬될 때, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비율에서 거의 동일하게 된다. 따라서, 편광 상태 변환 수단이 필요없을 수도 있다. 이 경우일지라도, 1/4 파장판(19)과 같은 원편광화수단이 제공된 파장 변환 레이저의 결과로, 원편광된 파장 변환 레이저빔은 제 3 실시예와 관련하여 기술한 바와 동일한 방식으로 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한 가공을 안정되게 할 수 있는 이점을 가진다.

각 실시예는 레이저 광원(2)으로서 1064 ㎚의 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)을 출사시키기 위한 Nd(Neodymium):YAG 레이저를 사용하는 경우를 기술한다. 그러나, 레이저 광원(2)의 유형은 Nd(Neodymium):YAG로 제한되지 않는다. 예를 들면, Nd:YLF 레이저, Nd:YVO₄ 레이저 또는 Ti:Al₂O₃(티타늄 사파이어) 레이저와 같은 고체 레이저 뿐만 아니라 아르곤 레이저 또는 엑시머 레이저와 같은 가스 레이저, 혹은, 다이 레이저와 같은 액상 레이저를 사용할 수 있다. 그러나, 레이저가 Nd:YVO₄ 레이저의 경우에서와 같은 직선 편광된 발진을 일으키지만 랜덤 편광된 발진을 하지 않는 경우가 종종 출사될 수 있다. 그러나, 고체 레이저 매질의 절단 방향이 매질이 주로 절단되는 방향과 상이한 방향으로 정렬되는 한, 랜덤 편광된 발진이 출사될 수 있다.

각 실시예는 파장 변환 결정(1A, 1B)으로서 유형-2 위상 정합을 일으키는 비선형 광학 결정을 사용하는 경우를 보여 준다. 그러나, 랜덤 편광된 레이저빔(3)을 사용하므로, 위상 정합의 유형은 유형-1 일 수 있으며, 이 경우에도 각 실시예에서와 동일한 이점을 가질 수 있다.

각 실시예는 파장 변환 결정(1A, 1B)에 유형-2 위상 정합을 통해 제 2 고조파를 출사시키는 리튬 보레이트 결정(화학식 Lib₃O₅)을 사용하는 경우를 보여준다. 그러나, 출사시키기 위한 파장 변환 레이저빔은 제 2 고조파로 제한되지 않는다. 예를 들면, 제 3 고조파, 제 4 고조파, 제 5 고조파, 합산 주파수 또는 상이한 주파수를 사용할 수 있고, 이들 각 경우에서도 각 실시예에서와 동일한 이점을 가진다.

또한, 파장 변환용 비선형 광학 결정(파장 변환 결정)(1A, 1B)은 리튬 보레이트 결정(화학식 LiB₃O₅)으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 세슘 리튬 보레이트(화학식: CsLiB₃O₁₀, 약자로 CLBO) 결정, 세슘 보레이트(화학식: CsB₃O₅ , 약자로 CBO), 베타 바륨 보레이트(화학식: -BaB₂O₄, 약자로 BBO) 결정, 가돌리늄 이트륨 칼슘 옥시보레이트(화학식: Gd_xY_1-xCa₄(BO₃)₃, 약자로 GdYCOB) 결정, 또는 칼륨 티타늄 인(화학식: KTiOPO₄, 약자로 KTP)등을 사용할 수 있으며, 이 경우에서 각 실시예에 서와 동일한 이점을 가진다.

각 실시예는 동일한 유형의 결정이 파장 변환 결정(1A, 1B)에 사용되는 경우를 보여준다. 그러나, 상이한 유형의 결정이 결합되어 사용될 수 있는 데, 예를 들면, 리튬 보레이트 결정(화학식: LiB₃O₅)가 파장 변환 결정(1A)에 사용될 수 있고, 세슘 리튬 보레이트 결정(화학식: CsLiB₆O₁₀, 약자: CLBO)가 파장 변환 결정(1B)에 사용될 수 있다. 이 경우에, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)로 입사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔의 편광 방향과 45°내지 90°(바람직하게는 약 90°)만큼 상이하도록 파장 변환 결정(1A, 1B)을 배치하는 것이다. 명확히 말하면, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)으로 입사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향과 45°내지 90°(바람직하게는 약 90°) 상이하도록, 환언하면, 45°내지 90°(바람직하게는 약 90°) 상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 출사시키도록 파장 변환 결정(1A, 1B)을 배치하는 것이다. 이들 각 경우에도 각 실시예에서의 이점과 동일한 이점을 가진다.

또한, 파장 변환 결정(1B)에는 파장 변환 효율에서 파장 변환 결정(1A)에 비해 우수한 결정이 사용된다. 결과적으로, 비선형 광학 결정(1A, 1B)이 레이저빔의 결정 통과방향에 관하여 동일한 길이를 가질 지라도, 전단에 배치된 파장 변환 결 정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력 및, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력을 서로 근접하게 만들 수 있고, 파장 변환된 레이저빔(3C)을 등방성에 근접한 편광 상태로 만들 수 있는 이점을 가진다.

각 실시예는 집광 렌즈를 사용하지 않는 파장 변환 레이저의 구성을 기술하였다. 그러나, 집광 렌즈는 레이저 광원(2)과 파장 변환 결정(1A) 사이에, 혹은 파장 변환 결정(1A, 1B) 사이에 배치될 수 있다. 각 실시예의 이점에 부가적으로, 파장 변환 결정(1A, 1B)에 입사되는 기본 레이저의 직경을 조정할 수 있다. 따라서, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력과, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔의 전력을 서로 근접하게 만들 수 있으며, 파장 변환된 레이저빔(3C)을 등방성에 가까운 편광 상태로 만들 수 있는 이점을 가진다.

각 실시예는 집광광학계(14)가 반사 미러(12)와 가공대(18)(즉, 피가공물(17)) 사이에 배치되는 레이저 방사장치의 경우를 기술하였다. 그러나, 집광광학계(14)는 분리 미러(6)와 반사 미러(12) 사이에도 배치될 수 있다. 또한, 파장 변환 레이저는 예를 들면, 플라이 아이 렌즈(fly eye lens)와 같이 빔을 일정하게 만들어 주기 위한 소자, 레이저빔의 중심만을 통과하게 하기 위한 마스크를 더 포함할 수 있다. 각 실시예와 동일한 이점을 가지는 것에 부가적으로, 보다 일정한 가공을 안정되게 할 수 있는 이점을 가진다.

본 발명에 따라서, 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 공진기 외부의 파장 변환을 수행하기 위한 파장 변환 방법을 포함하는 데, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저를 출사한다. 따라서, 레이저빔이 통과하는 방향에 대하여 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 조정하지 않고서도 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환되는 레이저빔들간에 발생할 수 있는 간섭을 쉽게 방지할 수 있다. 고효율적 방식으로 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출력할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 본 발명의 파장 변환 장치가 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 공진기 외부에 파장 변환을 일으키기 위해 제공되는 데, 상기 장치는, 결정의 결정 방위축이 레이저빔의 광학 결정의 방향에서 볼때 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정을 포함하는 데, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 되므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사한다. 따라서, 레이저빔의 통과방향과 관련하여 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확히 조정하지 않고서도 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환되는 레이저빔들간에 출사되는 간섭을 쉽게 방지할 수 있다. 고효율적 방식으로 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출력할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 공진기 외부에 파장 변환을 행하기 위한 파장 변환 장치가 제공되는 데, 상기 장치는, 2개의 비선형 광학 결정의 결정 방위축들이 레이저빔의 광축의 방향으로 볼 때 단일 방향 또는 약 180°반대 방향으로 정렬되도록 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정을 포함하고, 2개의 비선형 광학 결정들 사이에 배치되어 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 45°내지 90°회전시키는 편광 방향 회전수단을 더 포함하는 데, 여기서, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔은 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 되므로써, 서로 45°내지 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사한다. 따라서, 레이저빔이 통과하는 방향에 관하여 2개의 비선형 광학 결정의 길이를 정확하게 조정하지 않고서도 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환되는 레이저빔들간에 출사되는 간섭을 쉽게 방지할 수 있다. 고효율적 방식으로 고출력 파장 변환된 레이저빔을 안정되게 출력시킬 수 있는 이점을 가진다.

또한, 본 발명은 전술한 파장 변환 레이저에 의해 파장 변환된 레이저빔에 피가공물을 노출시킬 수 있다. 안정되고 정확하며 효율적인 방식으로 균질하고 일정한 가공을 수행할 수 있는 이점을 가진다.

(제 6 실시예)

도 9 및 도 10은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 레이저빔 가공 방법 및 레이저빔 가공장치를 도시한다. 특히, 도 9는 레이저빔 가공장치를 도시한다. 도 10(a)는 평면도이고, 도 10(b)는 측면도이고, 도 10(c)는 사시도로서, 도 9에 도시된 파장 변환용인 비선형 광학 결정을 확대하여 보여준다.

도 9에서, 레이저빔 가공장치는 파장 변환기 및 레이저 방사장치를 포함한다. 파장 변환기는 기본파 레이저빔(3)을 출사시키기 위한 레이저 광원(2) 및, 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정(이후로부터 주로 "파장 변환 결정"으로 지칭)(1A, 1B)을 구비한다. 기본파 레이저빔(3)은 편광 방향이 서로 90°상이하도록 2개의 비선형 광학 결정(1A, 1B)을 통과하므로써 파장 변환된다. 레이저 방사장치는 파장 변환기에 의해 파장 변환된 레이저빔(3C)을 피가공물(17)상에 조사한다.

파장 변환기는 파장 변환 결정(1A, 1B)을 구비하고, 기본파 레이저빔(3)을 반사하여 파장 변환된 레이저빔(3C)의 통과를 허용하는 분리 미러(6)를 구비한다. 파장 변환 결정(1A, 1B)은 레이저 광원(2)의 광축에 관하여 직렬이 되도록 각 온도조절기(4A, 4B)상에 배치된다. 분리 미러(6)는 미러 홀더(7)에 배치된다.

레이저 광원(2)과 파장 변환기는 파장 변환 레이저를 구성하고, 레이저 광원(2), 온도 조절기(4A, 4B) 및 미러 홀더(7)는 공통 기반(5)상에 배치된다.

레이저 방사장치는 반사 미러(12), 집광광학계(14) 및 가공대(18)를 가진다. 미러 홀딩툴(13)에 의해 유지되는 반사 미러(12), 광학계 홀딩툴(15)에 의해 유지되는 집광광학계(14)는 고정 지그(16)에 의해 유지되고, 고정 지그(16)는 가공대(18)에 고정된다. 실리콘, 금속판, 세라믹, 인쇄기판 또는 그린시트와 같은 피가공물(17)은 가공대(18)상에 유지된다.

레이저 광원(2)은 예를 들어, 활성 매질로서 동작하고 1064㎚의 파장을 가진 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)을 출사시키는 예를 들면, Nd(Neodymiun):YAG를 가진다. 본 명세서에 사용되는 "랜덤 편광된"이란 용어는 편광 방향이 직선 편광된 광의 경우와 다르게 단일이 아닌 편광 상태를 의미한다. 다수의 편광 방향 성분을 포함하는 편광 상태 또는 비편광 상태를 포함한다.

파장 변환 결정(1A, 1B)은 예를 들어, 리튬 보레이트(화학식 LiB₃O₅, 약자로 LBO)인 비선형 광학 결정으로부터 형성된다.

먼저, 도 9를 참조하여 파장 변환 레이저(즉, 파장 변환기)를 설명할 것이다. 레이저 광원(2)으로부터 방사되어 파장 변환을 위한 기본 파형인 기본파 레이저빔(3)이 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)에 입사되고, 레이저빔(3)의 일부는 파장 변환을 통해 고조파로 변환되어 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)을 출사한다. 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)은 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)로 입사되고, 레이저빔(3A)의 기본 파형 성분의 일부는 파장 변환을 통해 고조파로 변환되어, 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3B)을 출사한다. 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3B)은 분리 미러(6)로 입사되고, 레이저빔(3B)의 기본 파형 성분은 반사되어 도시된 댐퍼(damper)등에 입사된다. 레이저빔(3B)의 고조파 성분만이 분리 미러(6)를 통과하고, 통과된 고조파 성분은 파장 변환된 레이저빔(3C)으로서 파장 변환 레이저(파장 변환기)의 외부로 추출된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예의 파장 변환 레이저(파장 변환기)는 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하고, 이에 따라, 레이저빔은 파장 변환용인 비선형 광학 결정(즉, 파장 변환 결정(1A, 1B))에 의해 파장 변환된다.

도 10(a) 내지 도 10(c)를 참조하여 파장 변환 결정(1A, 1B)을 정렬시키는 방법을 상세히 기술할 것이다. 여기서, 레이저 광원(2)으로는 랜덤 편광된 상태로 1064 ㎚의 파장으로 기본파 레이저빔(3)을 방사하는 Nd(neodymium):YAG 레이저를 사용하고, 파장 변환 결정(1A, 1B)으로는 기본파 레이저빔(3)의 일부를 유형-2 위상 정합을 통해 532 ㎚인 제 2 고조파로 변환시키는 리튬 보레이트(화학식 LiB₃O₅, 약자로 LBO) 결정을 사용한다.

이 경우에, 기본파 레이저빔(3)은 리튬 보레이트 결정의 결정 방위축에 수직하며 결정 방위축("b", "c")으로부터 형성되는 평면(9A, 9B)내 결정 방위축("c")에 대하여 약 20.5°의 방향으로 통과하므로써, 유형-2 위상 정합, 즉, 기본파 및 제 2 고조파에 대한 조건을 만족시킨다. 결과적으로, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)의 일부는 파장 변환되므로써, 결정 방위축 "a"의 방향으로 직선 편광된 제 2 고조파를 출사시킨다.

본 실시예에서, 전단에 배치되어 기본파 레이저빔이 먼저 통과하는 파장 변환 결정(1A)과 후단에 배치되어 기본파 레이저빔이 후속하여 통과하는 파장 변환 결정(1B)은 파장 변환 결정을 통과하는 레이저빔의 방향에 관한 길이에서 상이한 데, 즉, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)은 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A) 보다 길게 된다.

또한, 파장 변환 결정(1A)은 결정 방위축("a")이 수평 방향(즉, 도 9의 종이에 수직한 방향)으로 향하도록 배치되고, 파장 변환 결정(1B)는 결정 방위축("a")이 수직 방향(즉, 도 9의 종이에 평행한 방향)을 향하도록 배치된다. 전술한 바와 같이, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)이 서로 직렬배치될 때, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축은 나머지 파장 변환 결정(1A)의 방위축에 관련하여, 레이저빔(3)의 광축에 대해 90°회전된다(명확히 말하면, 결정 방위축은 레이저빔의 광축의 방향에서 볼 때 서로 90°상이하다). 결과적으로, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 편광 방향은 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 편광 방향과 90°상이하다. 따라서, 약 90°다른 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔(3C)을 출사시킨다.

이제, 레이저빔 가공을 설명할 것이다. 파장 변환 레이저(즉, 파장 변환기)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저(3C)는 반사 미러(12)에 의해 반사되고, 집광광학계(14)에 의해 피가공물(17)상에 집광 및 조사되므로써, 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트리밍등을 통해 피가공물(17)을 가공한다.

전술한 바와 같이, 제 6 실시예에서, 파장 변환 레이저(파장 변환기)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 방향은 서로 90°상이하다. 특히, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 수평 편광 성분(즉, 도 9의 종이에 수직한 방향으로 발생되는 성분)과 수직 편광 성분(즉, 도 9의 종이에 평행한 방향으로 출사되는 성분)을 포함하고, 랜덤 편광된 광에 근접한 편광 상태로 입사된다. 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한(편광 방향 및 가공점(위치)에 관계없이 일정한) 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점이 있다.

제 6 실시예에서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파(파장 변환된 레이저빔)의 편광 방향과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 제 2 고조파(즉, 파장 변환된 레이저빔)의 편광 방향은 서로 90°상이하다. 따라서, 제 2 고조파들간에 간섭이 발생되지 않으며, 파장 변환 레이저(파장 변환기)는 고효율을 가진 고출력 파장 변환된 레이저빔(3C)을 안정되게 출사시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 고출력 파장 변환된 레이저빔(3C)은 안정되고 고효율로써 출사될 수 있으므로, 긴 시간주기에 걸쳐 높은 정확성을 가지고 일정한(즉, 시간에 있어 일정한) 가공을 수행할 수 있는 이점이 있다.

또한, 파장 변환 결정(1B)으로 입사되는 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)의 기본파 성분의 전력은 파장 변환 결정(1A)으로 입사되는 기본파 레이저빔(3)의 전력보다 작다. 그러나, 제 6 실시에에서, 레이저빔이 결정을 통과하는 방향에서 볼 때, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)은 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A) 보다 길다. 따라서, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 전력은 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 전력에 근접하게 만들어 질 수 있다. 전술한 바와 같이, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 전력은 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 전력에 근접하게 만들어 질 수 있으므로, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 임의 편광에 근접한 편광 상태가 될 수 있다. 편광 방향에 관계없이 일정한 가공을 안정되게 할 수 있는 이점이 있다.

특정한 시험예(즉, 제 6 실시예와 비교예1)를 제공하여, 본 실시예의 이점을 더 설명할 것이다.

제 6 실시예

레이저 광원(2)으로서 Q-스위칭 펄스 발진을 수행하고 1064㎚의 파장을 가진 기본파 레이저빔을 출사시키는 Nd(네오디뮴):YAG 레이저를 사용했다. 레이저빔(3)은 529W의 평균 전력, 4KHz의 펄스 사이클 주파수, 40.4ns의 펄스폭 및 M2≒10의 빔 품질을 가진다.

파장 변환 결정(1A, 1B)으로서 리튬 보레이트(화학식: Lib₃O₅)를 사용하였는 데, 여기서, 리튬 보레이트는 유형-2 위상 정합에 의해 제 2 고조파를 출사시키고, 이 결정은 레이저빔이 결정을 통과하는 방향에 대하여 15 ㎚ 및 18 ㎚의 길이를 가진다. 이 결정은 기본파 레이저빔(3)의 1/e² 반경에, 즉, 0.54 ㎚ 및 0.52 ㎚에 배치되었다.

도 10(a) 내지 도 10(c)에서 도시된 바와 같이, 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축("a")은 수평으로 배치되고, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축("a")은 수직으로 배치될 때, 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)은 186 W의 출력을 출사한다. 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔이 편광 분리되고, 각 결과적인 편광 성분의 전력이 측정된다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 편광 성분의 전력은 95 W이고, 파장 변환 결정(2A)로부터 출사되는 편광 성분의 전력은 91 W이다. 따라서, 2개의 편광 성분은 거의 동일한 전력을 가진다. 파장 변환된 레이저빔(3C)은 임의 편광에 근접한 편광 상태였다. 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)의 평균 출력은 약 ±1% 변동을 가지는 상당히 안정적이다. 파장 변환된 레이저빔(3C)은 비정질 실리콘상에 방사되므로써 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 변형시킨다. 이 장치의 특성은 편광 방향에 의존하지 않는다.

비교예 1

비교예는 파장 변환 결정(1A, 1B)의 방향에서만 예 1과 상이한데, 파장 변환 결정(1A, 1B)은 결정 방위축("a")이 수평으로 정렬되도록 배치된다. 이 경우에, 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔(3C)의 평균 출력은 138 W로서, 상기 예에서 얻을 전력보다 약 23% 낮다. 또한, 제 2 고조파 파장 변환된 레이저빔의 평균 출력은 약 ±10%의 변동을 가지므로 상당히 불안정하다. 또한, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축의 방향이 정렬되었으므로, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 선형적으로 편광된다. 파장 변환된 레이저빔(3C)은 비정질 실리콘상에 방사되므로, 비정질 실리콘을 폴리실리콘으로 변형시킨다. 이 장치의 특성들간에는 스캐닝 방향과 편광 방향에 따라 차이가 있다.

그 결과, 피가공물을 직선 편광에 노출시키지 않고 서로 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔에 노출시키므로써, 편광 방향에 관계없이 일정한 가공을 안정되게 수행할 수 있게 된다.

제 6 실시예는 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축("a")과 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축("a")이 수직으로 배치되는 경우를 기술한다. 이와 반대로, 파장 변환 결정(1A)의 결정 방위축("a")은 수직으로 배치될 수 있고, 파장 변환 결정(1B)의 결정 방위축("a")은 수평으로 배치될 수 있다. 요약하면, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향 및 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 서로 90°상이하도록 결정을 배치하는 것이다. 이 요건을 만족시키는 한, 제 6 실시예와 관련된 이점과 유사한 이점을 가질 수 있다.

제 6 실시예는 서로 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 피가공물(17)에 방사하는 경우를 기술한다. 그러나, 편광 방향은 상호 교차하는 편광 성분을 포함할 필요가 있고, 임의 편광에 근접한 편광 상태로 가야 한다. 따라서, 유일한 요건은, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔 사이에 간섭의 영향이 작게 되는 범위까지 서로 편광 방향이 상이하다는 것이다. 따라서, 편광 방향은 서로 정확히 90°상이할 필요는 없다. 유일한 요건은 편광 방향이 서로 45°내지 90°상이하다는 것이다. 바람직하게는, 차이가 약 90°이다(예를 들면, 85°내지 90°의 범위내(간섭의 영향으로 인한 출력에서의 하락이 10% 이하가 됨), 특히 바람직하게는 88°내지 90°범위내(간섭의 영향으로 인한 출력에서의 하락이 5% 이하가 됨)이다).

2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)은 레이저빔의 광축의 방향으로 볼 때에 결정 방위축이 서로 90°상이하도록 배치된다. 그러나, 전술한 경우에서와 같이, 결정 방위축은 서로 정확히 90°상이할 필요는 없다. 유일한 요건은 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축이 서로 45°내지 90°상이하다는 것이다. 바람직하게는, 약 90°이다(예를 들면, 85°내지 90°의 범위내, 보다 바람직하게는 88°내지 90°의 범위내이다).

본 발명에서, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축들간에 정의되는 각들중에 보다 작은 각이 45°인 경우에, 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축은 서로 45°상이하다. 2개의 파장 변환 결정(1A,1B)에 의해 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향들간에 정의되는 각들중의 보다 작은 각이 45°일 때, 편광 방향은 서로 45°상이하다.

(제 7 실시예)

도 11 및 도 12는 제 7 실시예에 따른 레이저빔 가공 방법 및 장치를 설명하기 위하여 도시된 것이다. 특히, 도 11은 레이저빔 가공장치의 측면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 파장 변환 결정 및 파장판을 확대하여 보여주는 사시도이다.

제 7 실시예에서, 레이저빔의 광축의 방향으로 볼 때에 결정의 결정 방위축("a")이 단일 방향으로 정렬되도록 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)을 서로 직렬배치한다. 파장판(10)은 2개의 비선형 광학 결정(1A, 1B) 사이에 배치되어, 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 90°까지 회전시키기 위한 편광 방향 회전 수단이 된다. 환언하면, 제 7 실시예는 제 6 실시예와 동일하므로, 다음의 설명은 제 6 실시예와 제 7 실시예 간의 차이와 관련있다.

도 11에 도시된 파장 변환 레이저에서, 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)의 고조파 성분의 편광 방향을 회전시키기 위한 파장판(10)은 광축에 대해 90°까지 회전되며, 홀더(11)에 의해 유지된다. 홀더(11)은 파장 변환 결정(1A, 1B) 사 이에 배치된 기반(5)상에 제공된다. 파장판(10)은 예를 들면, 1/2 파장판으로부터 형성되고, 파장판(10)의 결정 방위축은 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축("a")과 관련하여 레이저빔(3)의 광축에 대해 45°까지 회전된다.

도 12는 레이저 광원(2)으로서 임의 편광을 통해 1064 ㎚의 파장을 가진 기본파 레이저빔(3)을 출사시키는 Nd(네오디뮴):YAG 레이저을 사용하고, 파장 변환 결정(1A, 1B)으로서 기본파 레이저빔(3)의 일부를 유형-2 위상 정합을 통해 532 ㎚의 파장을 가진 제 2 고조파로 파장 변환시키는 리튬 보레이트(화학식 Lib₃O₅, 약자로 LBO)를 사용한 경우를 도시한다. 결정 방위축("a")이 수평으로(즉, 도 11의 종이에 수직하는 방향으로) 배치되도록 파장 변환 결정(1A, 1B)을 배치한다.

전술한 구조를 가지는 파장 변환 레이저에서, 기본파/고조파 혼합된 레이저빔(3A)은 파장 변환 결정(1B)으로 입사되지만, 레이저빔(3A)의 고조파 성분의 편광 방향은 1/2 파장판(10)에 의해 광축에 대해 90°까지 회전된다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)으로 입사되는 제 2 고조파의 편광 방향과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 제 2 고조파의 편광 방향은 서로 90°상이하다. 특히, 서로 약 90°상이한 편광 방향을 가지는 레이저빔은 파장 변환된 레이저빔(3C)으로서 출사된다.

따라서, 제 7 실시예는 제 6 실시예에 의한 이점과 동일한 이점을 가진다.

제 7 실시예는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 약 90°까지 회전시키기 위한 편광 방향 회전 수단으로서 1/2 파장판(10)을 사용한다. 그러나, 1/2 파장판(10)을 대신하여 광학 회전판 또는 전자 광학 소자를 사용할 수도 있는 데, 이 경우에도 유사한 이점을 가진다.

제 7 실시예는 2개의 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축이 레이저빔의 광축의 방향으로 볼 때 단일 방향으로 정렬되는 구성을 도시한다. 그러나, 2개의 파장 변환 결정은 반대 방향으로, 즉, 180°차이를 가지고 정렬될 수 있는 데, 이 경우에도 제 7 실시예의 이점과 유사한 이점을 가진다.

전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 그 각에서 보다 작게 되는 한, 파장 변환 결정(1A, 1B)의 결정 방위축들간에 형성된 각으로 어떤 각도 가능하다. 파장 변환 결정의 결정 방위축은 거의 단일 방향으로 또는 거의 약 180°반대 방향으로 정렬될 수 있다. 예를 들면, 단일 방향으로부터 또는 180°반대 방향으로부터 5°이하의 오프셋, 바람직하게는 2°이하의 오프셋이 허용된다.

또한, 편광 방향 회전 수단에도 동일하게 적용된다. 편광 방향 회전 수단은정확히 90°까지 회전될 필요는 없으며, 45°내지 90°의 범위내에서 회전 수단의 회전이 바람직하다. 바람직하게는, 약 90°의 차이(예를 들면, 85°내지 90°의 범위내, 보다 바람직하게는 88°내지 90°범위내에 들어가는 차이)면 충분하다.

요약하면, 제 6 실시예의 경우에서와 같이, 유일한 요건은 피가공물상에 조사할 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)으로 입사되는 파장 변환된 레이저빔의 방향과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향)은 45° 내지 90°의 범위내에서, 바람직하게는 90° (예를 들면, 85°내지 90°의 범위, 보다 바람직하게는 88°내지 90°의 범위) 서로 상이하다.

(제 8 실시예)

도 13 및 도 14는 제 8 실시예에 따른 레이저빔 가공 방법 및 레이저빔 가공장치를 도시한다. 특히, 도 13 및 도 14는 레이저빔 가공장치의 측면도이다.

제 8 실시예에서, 장치는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 원편광으로 변환하기 위한 원편광화수단으로서 기능하는 1/4 파장판(19)을 가진다. 환언하면,본 실시예는 제 6 실시예의 구성과 동일하므로, 이후로부터 제 8 실시예와 제 6 실시예의 차이만을 주로 설명할 것이다.

1/4 파장판(19)은 기반(5A)의 상부에 배치된 홀더(20)에 고정되고, 또한, 기반(5A)은 기반(5)에 고정된다. 도 13에서, 기반(5A)은 기반(5)로부터 분리된 것으로 구성되었지만, 완전체로서 구성될 수도 있다.

전술한 구성을 가지는 레이저빔 가공장치에서, 파장 변환기(즉, 파장 변환 레이저)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)은 1/4 파장판(19)에 의해 원편광으로 변환되어, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)을 출사한다. 특히, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분이 1/4 파장판(19)에 의해 시계방향으로 원편광이 되는 경우에, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 1/4 파장판(19)에 의해 반시계 방 향으로 원편광이 된다. 따라서, 파장 변환된 레이저빔(3D)은 반시계방향의 원편광과 시계방향의 원편광을 혼합하여 포함한다. 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 반사 미러(12)로부터 반사되고, 반사된 광은 집광광학계(14)에 의해 피가공물(17)상에 집광 및 조사되므로써, 피가공물에 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트리밍등을 행하게 된다.

전술한 바와 같이, 제 8 실시예에서, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 따라서, 제 6 실시예의 이점에 부가적으로 편광 방향에 관계없이 보다 균질의 가공을 안정되게 할 수 있는 이점을 가진다.

도 13은 제 6 실시예의 파장 변환 레이저(파장 변환기)에 1/4 파장판(19)을 삽입한 경우를 도시한다. 그러나, 도 14에 도시된 바와 같이, 제 4 실시예의 파장 변환 레이저(파장 변환기)에 1/4 파장판(19)을 삽입할 수도 있다.

파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환하기 위한 원편광화수단은 1/4 파장판(19)으로 제한되지 않으며, 예를 들면 전기공학 소자일 수 있다.

(제 9 실시예)

도 15는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 레이저빔 가공 방법 및 레이저빔 가공장치를 도시하는 데, 특히 도 15는 레이저빔 가공장치의 평면도이다.

제 6 실시예와 관련하여 기술된 파장 변환 레이저 소자를 구비한 것에 부가적으로, 본 실시예의 레이저빔 가공장치는 다음의 요소를 가진다.

먼저, 레이저빔 가공장치는 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부가 통과할 수 있 게 하기 위한 반사 장치로서 동작하는 반사 미러(21, 21A)를 포함한다.

또한, 레이저빔 가공장치는 전력을 모니터링하기 위한 전력 모니터(22)와, 빔 프로파일을 모니터링하기 위한 빔 프로파일러를 더 포함한다. 여기서 전력 모니터(22)는 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 파장 변환 레이저빔(3E, 3F)의 빔 파라메터(전력, 빔 프로파일(빔 크기), 빔 품질 및 발산각)를 모니터링하기 위한 수단인 빔 모니터로서 동작한다.

또한, 레이저빔 가공장치는 편광 상태 변환 수단으로서 동작하는 1/4 파장판(19)을 포함한다. 편광 상태 변환 수단은 반사 장치(반사 미러(21, 21A))의 앞단에 배치되어, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시킨다. 특히, 편광 상태 변환 수단은 변환 동작을 수행하므로써, 반사 장치의 반사면과 관련하여, 기본파 레이저빔이 거의 먼저 통과하는 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서의 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비는 반사 장치의 반사면과 관련하여 기본파 레이저빔이 후속하여 통과하는 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서의 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비와 동일하게 된다. 1/4 파장판(19)은 제 8 실시예와 관련하여 기술되는 원편광 파장 변환된 레이저빔(3C)으로 변환하기 위한 원편광화수단으로 이중역활을 한다.

환언하면, 레이저빔 가공 장치는 제 6 실시예의 레이저빔 가공 장치의 구성과 동일하므로, 제 6 실시예와 제 9 실시예간의 차이만을 주로 설명할 것이다.

1/4 파장판(19)은 기반(5)상에 배치된 홀더(20)에 의해 유지된다. 반사 미러(21, 21A)는 기반(5)상에 1/4 파장판(19) 뒤에 배치된 미러 홀더(7A, 7B)에 의해 유지된다. 전력 모니터(22)는 반사 미러(21)의 뒤에 있는 기반(5) 상에 배치된 홀더(20A)에 의해 유지된다. 빔 프로파일러(23)는 반사 미러(21A)의 뒤에 기반(5)상에 배치된 홀더(20B)에 의해 유지된다.

레이저 반사 장치는 반사 미러(12), 집광광학계(14) 및 가공대(18A)를 가진다. 미러 홀더(13A)에 의해 유지되는 반사 미러(12), 광 시스템 홀더(15A)에 의해 유지되는 집광광학계(14), 그리고, 가공대(18A)는 기반(5B)에 고정된다. 가공대(18A)는 실리콘, 금속판, 세라믹, 인쇄기판 또는 그린시트와 같은 피가공물(17)을 유지시킨다.

전술한 구성을 가진 레이저빔 가공 장치에 있어서, 분리 미러(6)를 통과하는 레이저빔(3C)은 1/4 파장판(19)에 의해 원편광(즉, 원편광화)으로 변환되고, 이로 인하여, 레이저빔(3C)의 편광 상태가 변환되어 파장 변환된 레이저빔(3D)을 출사한다. 레이저빔(3D)은 반사 장치(즉, 반사 미러(21, 21A))의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비에서 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과 거의 동일하다. 특히, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분이 시계방향으로의 원편광으로 변환될 때, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 1/4 파장판(19)에 의해 반시계방향으로의 원편광으로 변환되므로써, 파장 변환된 레이저빔(3D)은 시계방향 원편광과 반시계방향 원편광을 혼 합하여 포함한다.

원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 반사 미러(21, 21A, 12)에 의해 반사되고, 집광광학계(14)에 의해 피가공물(17)상에 집광 및 방사되므로써, 피가공물(17)에 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트리밍등을 행하여 가공한다.

원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부는 반사 미러(21)를 통과한다. 반사 미러(21)를 통과한 파장 변환된 레이저빔(3E)은 전력 모니터(22)로 입사되고, 여기서, 레이저빔(3E)의 전력이 측정된다. 또한, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 반사 미러(21A)를 통과한다. 반사 미러(21A)를 통과한 파장 변환된 레이저빔(3F)은 빔 프로파일러(23)에 입사되고, 빔의 프로파일이 측정된다.

본 실시예에서 전술한 바와 같이, 본 실시예의 레이저빔 가공 장치는 원편광화수단과 편광 상태 변환 수단으로서 기능하는 수단으로서 1/4 파장판(19)을 가지고, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 원편광으로 변환된다. 따라서, 제 8 실시예의 경우에서와 같이, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)이 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 따라서, 편광 방향에 관계없이 보다 일정한 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 레이저빔 가공 장치는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 모니터링하기 위한 수단으로서 기능하는 전력 모니터(22)를 구비하므로써, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부에 대응하는 파장 변환된 레이저빔(3E)의 전력을 모니터링한다(즉, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분의 비에서 거의 동일하게 되도록, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시키므로써 레이저빔(3D)을 형성한다). 파장 변환된 레이저빔(3E)의 전력과 미리 파악한 파장 변환된 레이저빔(3D) 간의 관계의 결과, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분의 전력의 합은 거의 정확하게 측정될 수 있다. 특히, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력은 거의 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 고출력 파장 변환된 레이저빔을 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되고 고효율적으로 출사시킬 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사할 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력은 거의 정확히 측정될 수 있다. 따라서, 일정하고(즉, 시간에 있어 일정한) 높은 정확성의 가공이 긴 시간 주기에 걸쳐 수행될 수 있는지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다.

레이저빔 가공 장치는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 프로파일을 모니터링하기 위한 수단으로서 기능하는 빔 프로파일러(23)를 더 포함하므로써, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 일부인 파장 변환된 레이저빔(3F)의 프로파일을 모니터링한다(즉, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시키므로써 레이저빔(3D)을 형성한다). 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분의 빔 프로파일과, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 빔 프로파일의 합을 거의 정확하게 측정할 수 있다. 결과적으로, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 빔 프로파일을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고출력 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되고 고효율적으로 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있다. 또한, 피가공물(17)상에 조사할 파장 변환된 레이저빔(3D)의 빔 프로파일을 거의 정확히 측정할 수 있다. 따라서, 일정하고(즉, 시간에 있어 일정한) 고정확성의 가공이 긴 시간 주기에 걸쳐 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점이 있다.

각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 변환된(원편광된) 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태의 결과로서 형성되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 부분의 전력 및 빔 프로파일을 모니터링하므로써 얻어지는 이점은 본 발명과 관련하여 기술한 바와 같이 다수의 직선 편광된 광 성분을 혼합하여 포함하는 파장 변환 레이저에 의해 고유하게 얻어진다. 이 장점은 통상적인 직선 편광된 레이저 또는 랜덤 편광된 레이저에 의해 얻어질 수 없다. 이에 대한 상세한 설명은 이후에 행해질 것이다.

통상적으로, 레이저빔이 수직이 아닌 각으로 미러에 입사될 때, 입사빔의 편광 방향에 따라 미러의 반사율에서 차이가 생기며, "s" 편광의 반사율은 "p" 편광의 반사율 보다 높게 된다. 명확히 말하면, "s" 편광의 투과율은 "p" 편광의 투과율보다 낮게 된다.

이제, 비교예로서 기능하는 파장 변환 레이저를 설명할 것이다. 명확히 말 하면,레이저는 1/4 파장판(19)을 가지지 않고, 원편광되지 않은 파장 변환된 레이저빔(3C)이 반사 미러(21, 21A)로 입사되고, 반사 미러(21, 21A)를 통과한 파장 변환된 레이저빔(3E, 3F)의 전력 및 빔 프로파일이 모니터링된다. 예를 들면, 파장 변환 결정(1A,1B)이 서로 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사시킬 때, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 반사 미러(21, 21A)에 "s" 편광으로서 입사되고, 파장 변환 결졍(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 반사 미러(21, 21A)에 "p" 편광으로서 입사된다. "s" 편광의 투과율은 "p" 편광의 투과율보다 낮게 된다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분의 전력 및 빔 프로파일은 파장 변환 결정(1A)로부터 시작되는 파장 변환 레이저빔(3C)의 성분의 전력 및 빔 프로파일 보다 근접하게 모니터링된다.

명확히 말하면, 예를 들어, 파장 변환 레이저빔(3C)이 약 45°의 각으로 반사 미러(21, 21A)에 입사될 때, "s" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과할 시의 투과율이 예를 들어, 약 0.1%이고, "p" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과할 시의 투과율은 약 0.9%이다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분의약 0.1%와 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 0.9% 성분의 합은 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되고, 여기서, 합의 전력 및 빔 프로파일이 측정된다.

따라서, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분만의 전력 또는 빔 프로파일에서 변동이 발생하는 경우, 전력 모니 터(22)와 빔 프로파일러(23)에서 판독된 변동은 작다. 따라서, 피가공물(17)상에 방사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력 또는 빔 프로파일에서의 변동을 정확하게 모니터링할 수 없는 문제가 생긴다.

이 실시예에서, 1/4 파장판(19)에 의해 원편광된(즉, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태가 반사 미러(21, 21A)에 입사된다(각 비선형 광결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 변환된다). 따라서, 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)에 입사되고 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사된 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과, 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되고 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분을 거의 동일한 상대 비율로 포함한다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 전력 및 빔 프로파일과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 전력 및 빔 프로파일은 거의 동일한 상대 비율로서 모니터링된다.

명확히 말하면, 예를 들어, "s" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과시에 투과율은 약 0.1이고, "p" 편광이 반사 미러(21, 21A)를 통과시에 투과율은 약 0.9%이다. "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분의 각각은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%를 차지한다. "s" 편광 성분의 약 0.1%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 의 성분의 약 0.05%)와, "p" 편광 성분의 약 0.9%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 성분의 약 0.45%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 반사 미러(21, 21A)를 통과한다. 유사하게, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분의 각각은 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%를 차지한다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 반사 미러(21, 21A)를 통과한다. 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)에 입사되고, 여기서, 성분의 전력 및 빔 프로파일이 측정된다.

따라서, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 및 빔 프로파일을 본질적으로 정확히 측정할 수 있고, 고출력 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되고 고효율로 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있게 된다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 및 빔 프로파일을 거의 정확하게 측정할 수 있게 되고 일정한(즉, 시간에 있어 일정한) 가공을 긴 시간 주기에 걸쳐 높은 정확성을 가지고 안정되게 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분만의 전력 및 빔 프로파일에 변동이 생길지라도, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력 및 빔 프로파일에서의 변동을 거의 정확하게 모니 터링할 수 있고, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분만의 전력 및 빔 프로파일에서의 변동으로 인한 가공시의 변동을 확인할 수 있는 이점이 있다.

통상적인 직선 편광된 레이저빔에서, 반사 미러(21, 21A)로 입사되는 레이저빔의 편광 방향은 단지 "s" 편광과 "p" 편광이다. 따라서, 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)로 입사되기 전에 원편광되었는 지의 여부에 관계없이 투과율은 일정하게 유지된다. 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔의 전력 및 프로파일을 모니터링한 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

또한, 통상적인 랜덤 편광된 레이저빔에서, 반사 미러(21, 21A)로 입사되는 레이저빔의 편광 방향은 "s" 편광과 "p" 편광을 동일한 비율로 포함한다. 따라서, 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)로 입사되기 전에 원편광되었는 지의 여부에 관계없이 투과율은 일정하게 유지된다. 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔의 전력 및 빔 프로파일을 모니터링한 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

파장 변환 결정(1A, 1B)이 서로 약 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사시키는 경우는 특정한 수치를 언급하므로써 설명하였다. 또한, 편광 방향이 서로 45°내지 90° 상이한 경우 뿐만 아니라 편광 방향이 서로 90°상이한 경우에도 동일하게 적용된다. 예를 들면, 파장 변환된 레이저빔(3C)이 편광 상태 변환 수단으로서 이중역활을 하는 1/4 파장판(19)을 통과하게 되고, 등방성으로 편광된 파장 변환 레이저빔(3D)으로 변환되고, 여기서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분은 약 60% "s" 편광 성분과 약 40% "p" 편광 성분 을 포함하고, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분은 약 60% "s" 편광 성분과 약 40% "p" 편광 성분을 포함하는 방식으로, 레이저빔(3D)은 비선형 광결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분 및 "p" 편광 성분을 본질적으로 동일한 비율로 포함한다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)로 입사되고, 여기서, 성분의 전력 및 프로파일이 측정된다.

도 15는 파장 변환된 레이저빔이 반사 미러(21, 21A)로부터 반사되고, 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 파장 변환된 레이저빔의 빔 파라메터가 모니터링되는 구성을 도시한다. 또한, 반사 미러(21, 21A)를 통과하는 파장 변환된 레이저빔이 가공에 사용되고, 반사 미러(21, 21A)상에서 반사되는 파장 변환된 레이저빔의 빔 파라메터가 모니터링되는 구성을 사용할 수도 있다.

도 15는 제 6 실시예의 파장 변환 레이저빔이 1/4 파장판(19), 반사 미러(21, 21A), 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)를 가지는 경우를 도시한다. 그러나, 제 7 실시예의 레이저빔 가공장치가 1/4 파장판(19), 반사 미러(21, 21A), 전력 모니터(22) 및 빔 프로파일러(23)를 구비할 때에도 동일한 이점을 가질 수 있다.

도 15에 도시된 구성에 부가적으로, 파장 변환 레이저는 전력 모니터(22)를 판독하여 레이저 광원(2)의 출력을 제어하기 위한 수단, 또는 전력 모니터(22)를 판독하여 온도조절기(4A, 4B)의 온도를 제어하기 위한 수단을 포함하므로써, 피드 백 제어를 수행한다. 결과적으로, 긴 시간 주기에 걸쳐 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 유지관리할 수 있는 이점을 가진다.

빔 크기는 빔 프로파일러(23)에 의해 측정된 빔 프로파일로부터 결정될 수 있다. 따라서, 파장 변환 레이저는 도 15에 도시된 구성에 부가적으로 예를 들면, 다수의 렌즈의 결합을 포함한 빔 크기 조정 메카니즘을 구비하므로써, 파장 변환된 레이저빔(3D)의 빔 크기를 임의 값으로 조정 및 출력할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 빔 프로파일러로부터 측정된 빔 크기에 따라서 빔 크기 조정 메카니즘을 제어하기 위한 수단을 제공하므로써, 피드백 제어를 수행하게 되고, 이로써, 긴 시간 주기에 걸쳐 파장 변환된 레이저빔의 빔 크기를 안정되게 유지관리할 수 있는 이점을 가진다.

제 9 실시예는 파장 변환 레이저가 빔 파라메터들(즉, 전력, 빔 프로파일(빔 크기), 빔 품질 및 발산각)중에 전력 및 빔 프로파일을 모니터링하기 위한 수단을 가지는 경우를 보여준다. 파장 변환 레이저는 빔 품질(레이저빔 또는 빔 제품의 집광 특성을 표시하느 M² 값과 같은 인덱스)을 모니터링하기 위한 수단을 가질수도 있다. 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 품질을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고 품질 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되게 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 품질을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고 정확성의 일정한(시간에 있어 일정) 가공은 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되게 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다.

파장 변환 레이저는 예를 들어, 다수의 빔 프로파일인 발산각을 모니터링하기 위한 수단을 가질 수 있다. 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 발산각을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고품질 파장 변환된 레이저빔이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되게 출사되는 지의 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 발산각을 거의 정확하게 측정할 수 있고, 고정확성의 일정한(시간에 있어 일정) 가공이 긴 시간 주기에 걸쳐 안정되게 수행될 수 있는 지의 여부를 확인할 수 있는 이점을 가진다.

(제 10 실시예)

도 16은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 레이저빔 가공 방법 및 레이저빔 가공 장치를 도시하는 데, 특히 도 16은 레이저빔 가공 장치의 평면도이다.

본 실시예의 레이저빔 가공장치는 제 6 실시예와 관련하여 기술한 레이저빔 가공 장치의 소자를 가지는 것에 부가적으로 다음의 소자를 주로 포함한다.

먼저, 레이저빔 가공 장치는 파장 변환 레이저빔(3D)의 전력을 조정하기 위한 수단으로서 동작하며 투과율이 가변적인 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 가지는 가변 감쇠기(24)를 포함한다.

또한, 레이저빔 가공 장치는 편광 상태 변환수단으로서 동작하는 1/4 파장 판(19)을 포함한다. 편광 상태 변환수단은 가변 감쇠기의 앞단에 배치되고, 그리고, 각각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반 사 장치의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시킨다. 여기서, 1/4 파장판(19)은 또한 제 8 실시예와 관련하여 기술된 파장 변환된 레이저빔(3C)을 원편광된 광으로 변환하기 위한 원편광화수단으로서 동작한다.

제 10 실시예는 이외에는 제 6 실시예의 구성과 동일하므로, 제 6 실시예와 제 10 실시예의 차이만을 주로 설명할 것이다.

1/4 파장판(19)은 기반(5)상에 배치된 홀더(20)에 의해 유지된다. 가변 감쇠기(24)는 기반(5)상에 배치된 홀더(20C)에 의해 유지된다. 가변 감쇠기(24)는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 입사각에 따라 투과율이 변하는 가변 투과율 미러(25A, 25B)와, 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 회전시키므로써 파장 변환된 레이저빔(3C)의 입사각을 변경시키기 위한 도시된 메카니즘을 포함한다.

레이저 방사장치는 제 9 실시예와 관련하여 기술한 구성과 동일하다.

전술한 구성을 가진 레이저빔 가공 장치에서, 분리 미러(6)를 통과한 레이저빔(3C)은 1/4 파장판(19)에 의해 원편광(즉, 원편광화됨)으로 변환되므로써, 레이저빔(3C)의 편광 상태가 변환된다. 레이저빔(3D)은 가변 투과율 미러(25A< 25B)의 미러면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔과 거의 동일하다.

원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 가변 감쇠기(24)에 의해 조정되는 전력을 가진 파장 변환된 레이저빔(3G)으로 변환된다. 그후, 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(12)에 의해 반사되고, 집광광학계(14)에 의해 피가공물(17)상에 집광 및 조사되므로써, 피가공물(17)을 가열냉각, 표면개질, 천공, 절단, 용접, 트리밍등을 통해 가공한다.

전술한 실시예에서와 같이, 본 발명의 레이저빔 가공 장치는 원편광화수단과 편광 상태 변환수단으로서 동작하는 수단으로 기능하는 1/4 파장판(19)을 구비한다. 따라서, 제 8 실시예의 경우에, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 따라서, 편광 방향에 관계없이 보다 일정한 가공을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 레이저빔 가공 장치는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 전력을 조정하기 위한 수단으로서 동작하는 가변 감쇠기(24)를 포함하고, 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 가변 감쇠기(24)로 입사된다(즉, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시키므로써 레이저빔(3C)을 형성). 따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 전력과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분의 전력은 동일한 비율로 조정될 수 있다. 따라서, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 빔 프로파일을 거의 변경시키지 않고서도 전력을 조정할 수 있게 된다. 이러한 이유로 인하여, 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3G)의 빔 프로파일을 거의 변경시키지 않고 전력을 조정할 수 있고, 가공 파라메터인 전력만을 변경시키므로써 가공 동작을 수행할 수 있는 이점을 가진다.

또한, 가변 감쇠기(24)의 투과율을 낮추고, 가공대(18A)))의 가공점에 빔 프로파일을 배치하고, 그 가공점에서 빔 프로파일을 측정하므로써 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일과 동일한 빔 프로파일을 측정할 수 있는 이점이 있다.

입사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)을 가변 감쇠기(24)에 입사시키고, 파장 변환된 레이저빔(3D)이 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 각을 변경하므로써 파장 변환 레이저빔(3G)의 전력을 조정하므로써 얻어지는 이점은 본 발명관 관련하여 기술한 바와 같이 다수의 직선 편광 소자를 혼합하여 포함하는 파장 변환 레이저에 의해 고유하게 얻을 수 있으며, 여기서, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시키므로써(원편광하므로써) 파장 변환된 레이저빔(3D)을 형성한다. 이 장점은 통상적인 직선 편광된 레이저 또는 랜덤 편광된 레이저에 의해서는 얻어질 수 없다. 이에 대한 상세한 설명은 차후에 할 것이다.

이제, 비교예로서, 1/4 파장판(19)이 없으며, 편광되지 않은 파장 변환된 레이저빔(3C)을 가변 감쇠기(24)로 입사하시키는 경우를 기술할 것이다. 예를 들면, 파장 변환 결정(1A, 1B)이서로 90°상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔을 출사시킬 때, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "s" 편광으로서 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되고, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3C)의 성분은 "p" 편광으로서 가변 투과율 미러(25A, 5B)에 입사된다. "s" 편광의 투과율은 "p" 편광의 투과율 보다 낮게 된다. 결과적으로, 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분 보다 큰 양으로 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분을 포함하는 파장 변환된 레이저빔을 출력하고, 방출된 파장 변환된 레이저빔은 피가공물(17)상에 조사된다.

"s" 편광과 "p" 편광의 투과율간의 비는 가변 감쇠기의 투과율(즉, 가변 투과율 미러(25A, 25B))에 따라 변한다. 따라서, 가변 감쇠기(24)가 파장 변환된 레이저빔의 전력만을 조정할 수는 없다. 예를 들면, 빔 프로파일러가 가변 감쇠기(24)의 투과율을 감소시키므로써 가공점에 배치될 때, 파장 변환 레이저로부터 출력된 성분들인, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분 간의 비는 가공시로부터 빔 프로파일을 측정할 때 까지의 주기 동안에 변한다. 따라서, 가공점에서 얻을 수 있고 가공 동안에 필요한 빔 프로파일과 다른 빔 프로파일이 측정된다.

명확히 말하면, 예를 들어, 가공이 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율이 약 50%로 감소되는 동안에 수행될 때, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 35%이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 통과시의 투과율은 약 65%이다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 약 35% 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 약 65% 성분을 포함하는 파장 변환된 레이저빔을 출력하는 데, 즉, 파장 변환된 레이저빔은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분을 1:1.9의 비율로 포함한다. 가공은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분을 상이한 비율로 포함한 파장 변환된 레이저빔을 사용하여 수행된다.

예를 들어, 가변 감쇠기(24)의 투과율을 약 1% 감소시키므로써, 그리고, 가공대(18A)상의 가공점에서 빔 프로파일을 배치하므로써 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일을 측정시에, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 통과시에 투과율은 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)을 통과시에 투과율은 약 0.9% 값이다. 파장 변환 레이저는 가공 동안에 출사되는것과 전체적으로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 방사하는 데, 즉, 파장 변환된 레이저빔은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 약 0.1% 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 약 0.9% 성분을 포함하는 데, 특히, 파장 변환된 레이저빔은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분을 1:9의 비율로 포함한다. 결과적으로, 가공이 파장 변환 결정(1A)으로부터 방사되는 성분 대 파장 변환 결정(1B)로부터 방사되는 성분의 비에서, 전술한 가변 감쇠기(24)의 약 50%의 평균 투과율로 수행될 때 얻어지는 빔 프로파일과 상이한 파장 변환된 레이저빔의 빔 프로파일이 측정된다. 따라서, 빔 프로파일은 가공시로부터 빔 프로파일을 측정할 때 까지의 주기 동안에 변하고, 가 공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일을 정확히 확인할 수 없으므로, 가공시에 빔 프로파일의 영향을 정확히 확인할 수 없다.

그러나, 본 실시예에서, 1/4 파장판(19)에 의해 원편광된 파장 변환 레이저빔(3D)은 가변 감쇠기(24)에 입사된다(즉, 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 거의 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 상태를 변환시키므로써 레이저빔(3D)을 형성한다). 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 "s" 편광 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 "p" 편광 성분은 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 동일하게 되어, 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사된다. 피가공물(17)은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 거의 동일한 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔에 노출될 수 있다.

가변 감쇠기(24)의 투과율이 변할 지라도, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분은 거의 동일한 비율로 포함되며, 따라서, 가변 감쇠기(24)가 빔 프로파일을 변경하지 않고서도 파장 변환된 레이저빔의 전력만을 조정할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 빔 프로파일러는 가변 감쇠기(24)의 투과율을 감소시키므로써 가공점에 배치되고, 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일이 측정되고, 따라서, 가공 동안에 얻을 수 있는 바와 거의 동일한 빔 프로파일을 측정할 수 있다.

명확히 말하면, 예를 들어, 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율이 약 50%로 낮아지는 동안에 수행될 때, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 35% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 65% 값이다. "s" 편광 성분은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. "s" 편광 성분의 약 35%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 17.5%)과, "p" 편광 성분의 약 65%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 32.5%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 관련하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분이 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1 의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 가공은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)를 사용하여 수행된다.

예를 들면, 빔 프로파일러가 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율을 약 1%로 낮추므로써 가공점에 배치될 때, 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일이 측정될 때, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시 투과율이 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율이 약 0.9% 값이다. "s" 편광 성분은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. "s" 편광 성분의 약 0.1%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.05%)와, "p" 편광 성분의 약 0.9%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.45%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 관련하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50%이다. 따라서, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하여 측정될 수 있다.

빔 프로파일을 측정시, 그리고, 가공시에 거의 일정한 비율이 존재하는 데, 특히, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분 간에는 거의 일정한 비가 존재한다. 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일은 본질적으로 정확하게 확인될 수 있으며, 가공에 대한 빔 프로파일의 영향도 본질적으로 정확하게 확인될 수 있다. 또한, 가공 조건은 가공점에서 측정되는 빔 프로파일을 관찰하므로써 변경될 수 있다.

통상적인 직선 편광된 레이저에서, 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 레이저빔의 편광 방향은 단지 "s" 편광 또는 "p" 편광이다. 따라서, 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되기 전에 원편광되는지의 여부에 관계없이, 투과율은 일정하게 유지된다. 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

또한, 통상적인 랜덤 편광된 레이저에서, 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 레이저빔의 편광 방향은 "s" 편광 및 "p" 편광을 동일한 비율로 포함한다. 따라서, 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)에 입사되기 전에 원편광되었는 지의 여부에 관계없이, 투과율은 일정하다. 따라서, 원편광된 파장 변환 레이저빔이 가변 투과율 미러(25A, 25B)로 입사되는 결과로 인한 새로운 이점은 없다.

파장 변환 결정(1A, 1B)은 편광 방향이 서로 90°상이한 파장 변환된 레이저빔을 방사하는 경우를 특정한 수치를 언급하면서 설명하였다. 또한, 편광 방향이 서로 45°내지 90°상이한 경우 뿐만 아니라, 편광 방향이 서로 90°상이한 경우에도 똑같이 적용될 수 있다. 예를 들면, 파장 변환된 레이저빔(3C)은 편광 상태 변환 수단으로서 이중역활을 하는 1/4 파장판(19)을 통과하고, 등방성 편광된 파장 변환 레이저빔(3D)으로 변환되고, 여기서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 성분은 "s" 편광 성분의 약 60%와 "p" 편광 성분의 약 40% 성분을 포함하고, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 성분은 "s" 편광 성분의 약 60%와 "p" 편광 성분의 약 40%를 포함하는 방식으로, 레이저빔(3D)은 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분을 본질적으로 동일한 비율로 포함한다. 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분은 동일한 비율로 가변 감쇠기(24)에 입사된다. 전술한 바와 같이, 빔 프로파일의 측정시 및 가공시에 거의 일정한 비율이 존재하는 데, 특히, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분 간에도 일정한 비율이 존재한다. 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일은 본질적으로 정확하게 확 인될 수 있고, 가공에 미치는 빔 프로파일의 영향은 본질적으로 정확하게 확인될 수 있다. 또한, 가공 조건은 가공점에서 측정되는 빔 프로파일을 관찰하므로써 변경될 수 있다.

도 16은 파장 변환 레이저가 1/4 파장판(19)과 가변 감쇠기(24)를 구비한 경우를 도시한다. 그러나, 제 9 실시예의 경우에서와 같이, 가변 감쇠기(24)에 후속한 단에 1/4 파장판(19), 반사 미러(21, 21A), 전력 모니터(22) 및 프로파일러(23)와 같이 빔 파라메터를 모니터링하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 제 9 실시예에서와 동일한 이점을 가지지만, 또한, 조정되는 전력을 가진 파장 변환된 레이저빔(3G)의 전력 및 빔 프로파일을 거의 정확하게 모니터링할 수 있는 이점을 가진다.

도 16은 제 6 실시예의 파장 변환 레이저가 1/4 파장판(19) 및 가변감쇠기(24)를 가진 경우를 도시한다. 그러나, 제 7 실시예의 레이저빔 가공 장치가 1/4 파장판(19) 및 가변 감쇠기(24)를 포함할 때에도 동일한 이점을 가질 수 있다.

도 16에서 파장 변환 레이저가 가변적인 투과율의 가변 감쇠기(24)를 구비하고 있지만, 파장 변환 레이저는 일정한 투과율을 가진 감쇠기를 포함할 수 있다. 이 경우에도, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력과, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C) 성분의 전력이 동일한 비율로 조정될 수 있다. 따라서, 파장 변환 레이저로부터 출력되는 파장 변환된 레이저빔(3G)의 빔 프로파일에서의 실질적인 변동과 관계없이 일정한 투과율을 가진 감쇠기에 의해 전력을 조정할 수 있는 이점을 가진다. 결과적으로, 전력은 피가공물(17)상에 조사되는 파장 변환된 레이저빔(3G)의 빔 프로파일에서의 실질적인 변동과 관계없이 감쇠기의 투과율에 따라서 조정될 수 있으므로, 가공 파라메터인 레이저빔의 전력만을 변경하므로써 가공을 수행할 수 있는 이점을 가진다.

제 9 실시예 및 제 10 실시예에서, 1/4 파장판(19)과 같은 편광 상태 변환수단은 바람직하게, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 반사 장치의 반사면(예를 들면, 가변 투과율 미러의 미러면)과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 정확하게 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔의 편광 상태를 바람직하게 변환시킨다. 그러나, 동일한 이점을 가지기 위한 본질적인 요건은 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비의 값과, 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비의 값 사이에 1:4 내지 4:1 의 비율이 존재하는 것이다.

명확히 말하면, 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분이 약 20%이고, "p" 편광 성분이 80%인 경우, 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 "s" 편광 성분이 약 50%이고, "p" 편광 성분이 약 50%인 경우에, 비선형 광학 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비의 값과, 비선형 광학 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔에서 "s" 편광 성분 대 "p" 편광 성분의 비의 값과 사이에는 1:4의 비율이 존재한다. 이 경우에, 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율이 약 50%로 낮아지고, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과시에 투과율은 약 35% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A,25B)를 통과시에 투과율은 약 65% 값이다. "s" 편광 성분은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 20%의 값이고, "p" 편광 성분은 약 80%의 값이다. 따라서, "s" 편광 성분의 약 35%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 7%)와, "p" 편광 성분의 약 65%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 59%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 59%가 가변 감쇠기를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 관련하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 전술한 바와 같이, 파장 변환결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 50%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1.18:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 그러므로, 가공은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분을 약 1.18:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하여 수행된다.

예를 들면, 빔 프로파일러가 가변 감쇠기(24)의 평균 투과율을 약 1%로 낮추므로써 가공점에 배치될 때, 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일을 측정시에, "s" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과할 시의 투과율이 약 0.1% 값이고, "p" 편광이 가변 투과율 미러(25A, 25B)를 통과할 시의 투과율이 약 0.9%이다. "s" 편광 성분은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 20% 값이고, "p" 편광 성분은 약 80% 값이다. "s" 편광 성분의 약 0.1%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.02%)와, "p" 편광 성분의 약 0.9%(즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.72%)의 합, 즉, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.8%가 가변 감쇠기를 통과한다. 유사하게, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 관련하여, "s" 편광 성분은 약 50% 값이고, "p" 편광 성분은 약 50% 값이다. 그러므로, 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분의 약 0.5%가 가변 감쇠기(24)를 통과한다.

따라서, 동일한 비율로, 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D)의 성분이 가변 감쇠기(24)를 통과한다. 파장 변환 레이저는 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분을 약 1.18:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 그러므로, 가공은 파장 변환 결정(1A)으로 부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분을 약 1.6:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 방사한다. 따라서, 가공점에서 얻을 수 있는 빔 프로파일은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3D) 성분과 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분을 약 1.6:1의 비율로 포함하는 파장 변환된 레이저빔(3G)을 사용하여 측정될 수 있다.

따라서, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 값은 가공 뿐만 아니라 빔 프로파일을 측정시에 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3D) 성분의 값과 약 36% 상이하다. 그러므로, 가공 동안에 얻을 수 있는 빔 프로파일은 본질적으로 정확히 확인될 수 있고, 가공에 미치는 빔 프로파일의 영향은 본질적으로 정확하게 확인될 수 있다. 또한, 가공 조건은 가공점에서 측정되는 빔 프로파일을 관찰하므로써 변경될 수 있다.

제 9 실시예 및 제 10 실시예는, 파장 변환된 레이저빔의 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔이 편광 상태 반사 장치(즉, 반사 미러(21, 21A))의 반사면 또는 가변 투과율 미러(25A, 25B)의 미러면과 관련하여, "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비에서 정확히 동일하게 되도록 파장 변환된 레이저빔의 편광 상태를 변환하기 위한 편광 상태 변환수단으로 1/4 파장판(19)을 사용하는 경우를 기술하였다. 예를 들면, 편광 상태 변환수단으로서 파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환하기 위한 전기광학 소자를 사용할 수 있다. 또한, 파장 변환된 레이저빔(3C)의 편광 방향은 편광 상태 변환수단으로서 동 작하는 예를 들어, 1/2 파장판, 편광 회전자 또는 전기광학 소자를 사용하므로써 회전될 수 있으므로, 각 미러의 반사면(즉, 미러면)에 관하여 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)에서 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분은 각 미러의 반사면(즉, 미러면)에 관하여 이 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔(3C)에서 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분의 비와 거의 동일하게 된다. 따라서, 제 4 실시예 및 제 10 실시예에서와 동일한 이점을 가진다.

제 9 실시예 및 제 10 실시예에서, 예를 들면, 파장 변환 결정(1A, 1B)이 서로 90°상이한 편광 방향을 가진 파장 변환된 레이저빔을 출사시키고, 파장 변환 결정(1A)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "s" 편광으로서 반사 미러(21, 21A)(또는 가변 투과율 미러(25A, 25B))에 입사되고, 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔(3C)의 성분은 "p" 편광으로서 반사 미러(21, 21A)(또는 가변 투과율 미러(25A, 25B))에 입사되는 구성이 사용된다. 이 경우에, 비선형 광학 결정(1A, 1B) 및 분리 미러(6)가 레이저빔(3)의 광축 둘레로 약 45°까지 회전되면서 배치될 때, 각 비선형 광학 결정(1A, 1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔은 반사 미러(21, 21A)의 반사면과 관련하여 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의비에서 대략 동일하게 된다. 따라서, 편광 상태 변환수단이 필요없을 수도 있다. 이 경우일지라도, 파장 변환 레이저가 1/4 파장판(19)과 같은 원편광화수단을 구비한 결과로서, 원편광된 파장 변환 레이저빔은 제 8 실시예와 관련하여 기술한 바와 동일한 방식으로 피가공물(17)상에 집광 및 조사되고, 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한 가공을 안정되게 할 수 있는 이점을 가 진다.

각 실시예는 레이저 광원(2)으로서 1064㎚의 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)을 출사시키기 위한 Nd(네오디뮴):YAG 레이저를 사용한 경우를 기술하였다. 그러나, 레이저 광원(2)은 Nd(네오디뮴):YAG로 제한되지 않는다. 예를 들면, Nd:YLF 레이저, Nd:YVO₄ 레이저 또는 Ti:Al₂O₃(티타늄 사파이어) 레이저와 같은 고체 레이저 뿐만 아니라 아르곤 레이저 또는 엑시머 레이저와 같은 가스 레이저, 혹은, 다이 레이저와 같은 액상 레이저를 사용할 수 있다. 그러나, 레이저가 Nd:YVO₄ 레이저의 경우에서와 같은 직선 편광된 발진을 일으키지만 랜덤 편광된 발진은 하지 않는 경우가 종종 출사될 수 있다. 그러나, 고체 레이저 매질의 절단 방향이 매질이 주로 절단되는 방향과 상이한 방향으로 정렬되는 한, 랜덤 편광된 발진이 출사될 수 있다.

각 실시예는, 유형-2 위상 정합에 의한 제 2 고조파를 출사시키는 비선형 광학 결정이 파장 변환 결정(1A, 1B)으로서 사용되는 경우를 보여 준다. 그러나, 랜덤 편광된 기본파 레이저빔(3)을 사용하므로, 위상 정합의 유형은 유형-1 일 수 있으며, 이 경우에도 각 실시예에서와 동일한 이점을 가질 수 있다.

각 실시예는 유형-2 위상 정합을 통해 제 2 고조파를 출사시키는 리튬 보레이트 결정(화학식 Lib₃O₅)을 파장 변환 결정(1A, 1B)에 사용하는 경우를 보여준다. 그러나, 출사시킬 파장 변환 레이저빔은 제 2 고조파로 제한되지 않는다. 예를 들면, 제 3 고조파, 제 4 고조파, 제 5 고조파, 합산 주파수 또는 상이한 주파수를 사용할 수 있고, 이들 각 경우에서도 각 실시예에서와 동일한 이점을 가진다.

또한, 파장 변환용 비선형 광학 결정(파장 변환 결정)(1A, 1B)은 리튬 보레이트 결정(화학식 Lib₃O₅)으로 제한되지 않는다. 예를 들면, 세슘 리튬 보레이트(화학식: CsLib₃O₁₀, 약자로 CLBO) 결정, 세슘 보레이트(화학식: CsB₃O₅ , 약자로 CBO) 결정, 베타 바륨 보레이트(화학식: -BaB₂O₄, 약자로 BBO) 결정, 가돌리늄 이트륨 칼슘 옥시보레이트(화학식: Gd_xY_1-xCa₄(BO₃)₃, 약자로 GdYCOB) 결정, 또는 칼륨 티타늄 인(화학식: KTiOPO₄, 약자로 KTP)등을 사용할 수 있으며, 이 경우에서 각 실시예에서와 동일한 이점을 가진다.

각 실시예는 동일한 유형의 결정이 파장 변환 결정(1A, 1B)에 사용되는 경우를 보여준다. 그러나, 상이한 유형의 결정이 결합되어 사용될 수 있는 데, 예를 들면, 리튬 보레이트 결정(화학실: LiB₃O₅)이 파장 변환 결정(1A)에 사용될 수 있고, 세슘 리튬 보레이트 결정(화학식: CsLiB₆O₁₀, 약자: CLBO)이 파장 변환 결정(1B)에 사용될 수 있다. 이 경우에, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)로 입사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 파장 변환 결정(1B)로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔의 편광 방향과 45°내지 90°(바람직하게는 약 90°)만큼 상이하도록 파장 변환 결정(1A, 1B)을 배치하는 것이다. 특히, 유일한 요건은 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되어 파장 변환 결정(1B)으로 입사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 파장 변환 결정(1B)로부 터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향과 45°내지 90°(바람직하게는 약 90°) 상이하도록(환언하면, 45°내지 90°(바람직하게는 약 90°) 상이한 편광 방향을 가지는 파장 변환된 레이저빔(3C)을 출사시키도록) 파장 변환 결정(1A, 1B)을 배치하는 것이다. 이들 각 경우에도 각 실시예에서의 이점과 동일한 이점을 가진다.

또한, 파장 변환 결정(1B)에는 파장 변환 효율에서 파장 변환 결정(1A)에 비해 우수한 결정이 사용된다. 결과적으로, 비선형 광학 결정(1A, 1B)이 레이저빔이 결정을 통과하는 방향에 관해 동일한 길이를 가질 지라도, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력 및, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력을 서로 근접하게 만들 수 있고, 파장 변환된 레이저빔(3C)을 등방성에 근접한 편광 상태로 만들 수 있는 이점을 가진다.

각 실시예는 집광 렌즈를 사용하지 않는 파장 변환 레이저의 구성을 기술하였다. 그러나, 집광 렌즈는 레이저 광원(2)과 파장 변환 결정(1A) 사이에, 혹은 파장 변환 결정(1A, 1B) 사이에 배치될 수 있다. 각 실시예의 이점에 부가적으로, 파장 변환 결정(1A, 1B)에 입사되는 기본 레이저의 직경을 조정할 수 있다. 따라서, 전단에 배치된 파장 변환 결정(1A)으로부터 출사되는 파장 변환된 레이저빔의 전력과, 후단에 배치된 파장 변환 결정(1B)으로부터 출사되는 파장 변환 레이저빔의 전력을 서로 근접하게 만들 수 있으며, 파장 변환된 레이저빔(3C)을 등방성에 가까운 편광 상태로 만들 수 있는 이점을 가진다.

각 실시예는 집광광학계(14)가 반사 미러(12)와 가공대(18)(즉, 피가공물(17)) 사이에 배치되는 레이저 방사장치의 경우를 기술하였다. 그러나, 집광광학계(14)는 분리 미러(6)와 반사 미러(12) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 파장 변환 레이저는 예를 들면, 플라이 아이 렌즈와 같이 빔을 일정하게 만들어 주기 위한 소자, 레이저빔의 중심만을 통과하게 하기 위한 마스크를 더 포함할 수 있다. 각 실시예와 동일한 이점을 가지는 것에 부가적으로, 보다 일정한 가공을 안정되게 할 수 있는 이점을 가진다.

각 실시예는 기본파 레이저빔을 단일 방향이 되게 하므로써, 파장 변환용인 비선형 광학 결정(즉, 파장 변환 결정(1A, 1B))을 사용하여 레이저빔을 파장 변환시키는 경우를 기술하였다. 특히, 이 실시예는 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 공진기 외부에서 파장 변환이 되는 경우를 기술하였다. 그러나, 본 발명은 이 실시예로 제한되지 않는다. 구성이 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정을 가지고, 기본파 레이저빔을 2개의 비선형 광학 결정을 통과하게 만들므로써, 편광 방향이 비선형 광학 결정에 의해 서로 45°내지 90°(바람직하게는 90°) 상이하도록 레이저빔을 파장 변환시키는 한, 임의 구성의 파장 변환 장치가 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 기본파 레이저빔은 직렬배치된 파장 변환용인 2개의 비선형 광학 결정을 통과하게 되므로써, 2개의 비선형 결정에 의해 편광 방향이 서로 45°내지 90°상이한 파장 변환된 레이저빔을 출사시킨다. 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한 가공 동작을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진다.

레이저빔 가공장치는 기본파 레이저빔을 출사시키기 위한 레이저 광원과, 서로 직렬배치된 2개의 비선형 광학 결정을 가지므로써 기본파 레이저빔이 2개의 비선형 광학 결정을 통과하도록 만드는 파장 변환기를 포함하는 데, 여기서, 기본파 레이저빔은 결정의 결정 방위축이 서로 45°내지 90°상이하도록 파장 변환되고, 파장 변환기에 의해 파장 변환된 레이저빔에 피가공물을 노출시키기 위한 레이저 방사장치를 더 포함한다. 따라서, 편광 방향에 관계없이 일정한 가공 동작을 안정되게 수행할 수 있는 이점을 가진다.

Claims (16)

1. 기본파 레이저빔을 일 방향으로 진행시켜 비선형 광학 결정에 의해 파장 변환하는 파장 변환 방법에 있어서,

   랜덤 편광된 기본파 레이저빔을, 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치된, 파장 변환용의 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 하여 파장 변환을 수행하는 단계와,

   45°내지 90°의 범위에서 편광 방향이 서로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키는 단계

   를 포함하는 파장 변환 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향이 서로 90°상이한 파장 변환 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기본파 레이저빔의 통과방향에서 정의되는 상기 2개의 비선형 광학 결정중의 두번째 비선형 광학 결정의 길이는 상기 기본파 레이저빔의 통과방향에서 정의되는 상기 2개의 비선형 광학 결정중의 첫번째 비선형 광학 결정의 길이보다 길게 되어 있는 파장 변환 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   각 비선형 광학 결정으로부터 발생된 파장 변환된 레이저빔에 있어, 1/4파장판을 상기 2개의 비선형 광학 결정의 광경로상 후방에 위치시켜 상기 레이저빔이 입사되는 면에 대한 "s" 편광 성분과 "p" 편광 성분 간의 비가 동일하게 되도록, 상기 파장 변환된 레이저빔의 편광 상태를 변환하는 파장 변환 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   변환된 편광 상태를 가진 상기 파장 변환된 레이저빔을 그 일부를 투과하는 반사 장치로 입사시켜, 상기 반사 장치를 투과한 파장 변환된 레이저빔과 상기 반사 장치에 의해 반사된 파장 변환된 레이저빔의 빔 파라메터를 모니터링하되,

   상기 빔 파라메터는 전력 또는 빔 프로파일(beam profile)인 파장 변환 방법.
6. 삭제
7. 기본파 레이저빔을 일 방향으로 진행시켜 파장 변환용의 비선형 광학 결정에 의해 상기 기본파 레이저빔을 파장 변환하는 파장 변환 레이저로서,

   랜덤 편광된 기본파 레이저빔을, 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치된 파장 변환용의 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 하여, 45°내지 90°의 범위에서 편광 방향이 서로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키는

   파장 변환 레이저.
8. 제 7 항에 있어서,

   랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 발생시키기 위한 기본파 레이저 광원을 더 포함하되,

   상기 2개의 비선형 광학 결정은 레이저빔의 광축 방향에서 볼 때 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치되며,

   상기 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 상기 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 함으로써, 45°내지 90°의 범위에서 편광 방향이 서로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키는 파장 변환 레이저.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 2개의 비선형 광학 결정은 레이저빔의 광축 방향에서 볼 때, 결정의 결정 방위축이 90°상이하도록 배치되며, 편광 방향이 90°상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키는 파장 변환 레이저.
10. 제 8 항에 있어서,

    레이저빔이 비선형 광학 결정을 통과하는 방향에 관하여, 상기 기본파 레이저빔이 나중에 통과하는 비선형 광학 결정은 상기 기본파 레이저빔이 먼저 통과하는 비선형 광학 결정보다 길게 되어 있는 파장 변환 레이저.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환시키기 위한 원편광화수단을 더 포함하되,

    상기 원편광화수단은 상기 2개의 비선형 광학 결정의 광경로상 후방에 위치하는 파장 변환 레이저.
12. 제 7 항에 있어서,

    랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 발생시키기 위한 기본파 레이저 광원과,

    레이저빔의 광축의 방향에서 볼 때, 결정의 결정 방위축이 동일한 방향 혹은 180°반대 방향으로 정렬되도록 서로 직렬배치되는 2개의 비선형 광학 결정과,

    상기 2개의 비선형 광학 결정 사이에 배치되어, 상기 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 45°내지 90°회전시키는 편광 방향 회전 수단을 더 포함하고,

    상기 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 함으로써, 45°내지 90°의 범위에서 편광 방향이 서로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키는 파장 변환 레이저.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 편광 방향 회전 수단은 파장 변환된 레이저빔의 편광 방향을 90° 회전시키고, 편광 방향이 서로 90°상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키는 파장 변환 레이저.
14. 제 12 항에 있어서,

    레이저빔이 통과하는 방향에 관하여, 상기 기본파 레이저빔이 나중에 통과하는 비선형 광학 결정은 상기 기본파 레이저빔이 먼저 통과하는 비선형 광학 결정보다 길게 되어 있는 파장 변환 레이저.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환시키기 위한 원편광화수단을 더 포함하되,

    상기 원편광화수단은 상기 2개의 비선형 광학 결정의 광경로상 후방에 위치하는 파장 변환 레이저.
16. 랜덤 편광된 기본파 레이저빔을, 결정의 결정 방위축이 45°내지 90°상이하도록 서로 직렬배치된 파장 변환용의 2개의 비선형 광학 결정을 순차적으로 통과하게 함으로써, 45°내지 90°의 범위에서 편광 방향이 서로 상이한 파장 변환된 레이저빔을 발생시키고, 상기 2개의 비선형 광학 결정의 광경로상 후방에 위치되는 원편광화수단에 의해 상기 파장 변환된 레이저빔을 원편광으로 변환한 후에 피가공물상에 조사하는

    레이저빔 가공 방법.

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