KR20150047010A - 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치 - Google Patents

광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20150047010A
KR20150047010A KR1020130126708A KR20130126708A KR20150047010A KR 20150047010 A KR20150047010 A KR 20150047010A KR 1020130126708 A KR1020130126708 A KR 1020130126708A KR 20130126708 A KR20130126708 A KR 20130126708A KR 20150047010 A KR20150047010 A KR 20150047010A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser beam
wavelength
path
laser
light source
Prior art date
Application number
KR1020130126708A
Other languages
English (en)
Inventor
허진
Original Assignee
주식회사 이오테크닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 이오테크닉스 filed Critical 주식회사 이오테크닉스
Priority to KR1020130126708A priority Critical patent/KR20150047010A/ko
Publication of KR20150047010A publication Critical patent/KR20150047010A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/198—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors with means for adjusting the mirror relative to its support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치가 개시된다. 개시된 광원시스템은, 복수의 진행 경로를 형성하며 레이저 광원으로부터 출사된 펄스형 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 복수의 진행 경로 중 선택된 진행 경로로 진행시키는 진행 경로 형성부와, 선택된 진행 경로를 경유한 제1파장의 레이저 빔에 대해 고조파를 발생시켜 제2파장의 레이저 빔으로 변환하는 고조파 발생소자와, 복수의 진행 경로 각각으로 진행한 레이저빔이 동일 경로를 통하여 고조파 발생소자로 입력되도록 제1파장의 레이저빔의 진행 경로를 결합하는 진행 경로 결합부와, 주파수에 따라 고조파 발생소자에 입사되는 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지도록 복수의 진행 경로 중 적어도 일 진행 경로 상에 마련된 적어도 하나의 빔확대 유닛을 포함한다.

Description

광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치{Light source system and laser processing apparatus employing the same}
최적화된 변조파 파워를 얻을 수 있는 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
레이저 가공 장치는 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔을 스캐너를 통하여 가공 대상물에 조사한다. 이에 의하여 대상물의 일 평면에 대한 마킹, 노광, 식각, 펀칭, 스크라이빙 등의 레이저 가공이나, 스텔스-다이싱(stealth dicing) 방식 등을 이용한 다이싱이 수행될 수 있다.
이러한 레이저 가공 장치에서는, 일반적으로 장파장 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 고조파 발생소자를 이용하여, 단파장 레이저 빔으로 변환하여, 단파장 레이저 빔을 가공용 레이저 빔으로 사용한다. 이러한 고조파 발생소자의 경우, 입력되는 단위 면적당 레이저빔의 파워가 높을수록 고조파로의 변환 효율이 좋다.
하지만, 레이저 가공시, 필요에 따라 가공용 레이저빔의 주파수 즉, 펄스 반복율을 바꾸게 되는데, 주파수가 올라가면 고조파로의 변환 효율이 떨어질 수 있다. 이는 주파수가 증가하면, 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저빔의 펄스당 피크 파워가 감소하게 되고, 이러한 피크 파워의 감소에 따라 고조파 발생소자에 입력되는 단위 면적당 파워 크기가 감소되어, 고조파로의 변환 효율 저하가 초래되기 때문이다. 따라서, 주파수를 변경하는 경우에도, 원하는 최적의 고조파 파워를 얻을 수 있도록 개선이 요구된다.
주파수를 변경하는 경우에도 최적화된 변조파 파워를 얻을 수 있도록 개선된 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 광원시스템은, 펄스형 제1파장의 레이저빔을 출사하는 레이저 광원과; 복수의 진행 경로를 형성하며, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 복수의 진행 경로 중 선택된 진행 경로로 진행시키는 진행 경로 형성부와; 상기 선택된 진행 경로를 경유한 제1파장의 레이저 빔에 대해 고조파를 발생시켜 제2파장의 레이저 빔으로 변환하는 고조파 발생소자와; 상기 복수의 진행 경로 각각으로 진행한 레이저빔이 동일 경로를 통하여 상기 고조파 발생소자로 입력되도록, 상기 제1파장의 레이저빔의 진행 경로를 결합하는 진행 경로 결합부와; 주파수에 따라 상기 고조파 발생소자에 입사되는 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지도록, 상기 복수의 진행 경로 중 적어도 일 진행 경로 상에 마련된 적어도 하나의 빔확대 유닛;를 포함한다.
상기 진행 경로 형성부는, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 선택된 진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 적어도 하나의 미러;를 포함할 수 있다.
상기 진행 경로 형성부는, 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 선택된 진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 복수의 미러;를 포함하며, 상기 복수의 미러는 서로 이격되며 어레이를 이루도록 배치될 수 있다.
상기 진행 경로 형성부는, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 제1진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 제1미러와; 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 제2진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 제2미러와; 제1파장의 레이저빔을 제3진행 경로로 진행시키도록 배치된 제3미러;를 포함하며, 상기 제1 내지 제3미러는 서로 이격되며 어레이를 이루도록 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3진행 경로는 서로 나란할 수 있다.
상기 진행 경로 결합부는, 상기 제1 내지 제3진행 경로 중 적어도 하나의 진행 경로로 진행한 레이저빔을 반사시켜 나머지 진행 경로와 크로스되는 방향으로 진행시키도록 배치되어, 제1 및 제2크로스 포인트를 형성하는 적어도 하나의 제1결합 미러와; 상기 제1 및 제2크로스 포인트에 배치되며, 입사되는 레이저빔을 반사시키거나 통과시키도록 온,오프 구동되어, 상기 제1 내지 제3진행 경로를 경유한 레이저빔이 동일 경로를 통해 상기 고조파 발생소자로 향하도록 하는 제2 및 제3결합 미러;를 포함할 수 있다.
상기 진행 경로 결합부는, 상기 복수의 진행 경로 중 적어도 하나의 진행 경로로 진행한 레이저빔을 나머지 진행 경로와 크로스되는 방향으로 진행시키도록 배치되어, 복수의 크로스 포인트를 형성하는 적어도 하나의 제1결합 미러와; 상기 복수의 크로스 포인트에 각각 배치되며, 입사되는 레이저빔을 반사시키거나 통과시키도록 온,오프 구동되어, 상기 복수의 진행 경로를 경유한 레이저빔이 동일 경로를 통해 상기 고조파 발생소자로 향하도록 하는 복수의 제2결합 미러;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 진행 경로는 서로 나란할 수 있다.
상기 빔확대 유닛은 서로 이격된 제1 및 제2렌즈를 포함할 수 있다.
상기 복수의 진행 경로가 n개일 때, 상기 빔확대 유닛은, n-1개의 진행 경로 상에 배치될 수 있다.
상기 빔확대 유닛은, 진행 경로 별로 제1 및 제2렌즈 사이의 간격이 서로 다를 수 있다.
상기 빔확대 유닛은 복수의 진행 경로 상에 각각 배치되며, 진행 경로 별로 제1 및 제2렌즈 사이의 간격이 서로 다를 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템과; 상기 광원시스템으로부터 진행하는 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈;를 포함할 수 있다.
상기 광원시스템으로부터 출력되는 제1파장 및 제2파장을 포함하는 레이저빔을 제1파장의 제1레이저 빔과 제2파장의 제2레이저 빔으로 분기하여, 상기 제1파장의 제1레이저 빔은 제1광경로, 상기 제2파장의 제2레이저 빔은 제2광경로로 진행하도록 하는 이색 분리소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1광경로로 진행한 제1파장의 제1레이저 빔과 상기 제2광경로로 진행한 제2파장의 제2레이저 빔의 광경로를 결합시키는 빔 결합기와; 상기 제1파장의 제1레이저 빔과 상기 제2파장의 제2레이저 빔이 상기 집광 렌즈에 의해 동일 초점에 포커싱되도록 보정하는 보정소자;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1파장의 제1레이저 빔이 상기 집광 렌즈쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하는 요소;를 더 포함하여, 가공 대상물에 제1 및 제2파장을 포함하는 레이저 빔을 조사하거나 제2파장의 제2레이저 빔을 조사하도록 마련될 수 있다.
상기 방해하는 요소는, 상기 제1광경로 및 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 마련된 구동형 미러이고, 상기 구동형 미러에 의해, 상기 제1파장의 제1레이저 빔이 상기 집광 렌즈쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하도록 구동하여, 가공 대상물에 제1 및 제2파장을 포함하는 레이저 빔이나 제2파장의 제2레이저 빔을 선택적으로 조사하도록 마련될 수 있다.
상기 이색 분리소자와 상기 빔 결합기 사이의 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 상기 제1파장의 제1레이저 빔과 상기 제2파장의 제2레이저 빔이 상기 가공 대상물에 도달하는 시간차를 조절하기 위한 지연소자;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치에 따르면, 주파수 별로 최적 경로 선택하여 빔 크기를 조정함으로써, 고조파 발생소자로 입사되는 제1파장의 레이저빔의 단위 면적당 파워를 적정치로 만들 수 있으므로, 주파수가 변하는 경우에도, 고조파 발생 파워를 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템을 개략적으로 보여준다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 진행 경로 형성부 및 진행 경로 형성부의 동작을 보여준다.
도 3 및 도 4는 도 1의 진행 경로 결합부의 변형예들을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 보여준다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 최적화된 변조파 파워를 얻을 수 있는 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공장치를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위해 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템(10)을 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 광원시스템(10)은, 펄스형 제1파장의 레이저빔을 출사하는 레이저 광원(1)과, 진행 경로 형성부(30)와, 진행 경로 결합부(50)와, 적어도 하나의 빔확대 유닛(40)(60)과, 고조파 발생소자(70)를 포함한다.
상기 레이저 광원(1)(1)은 제1파장(λ1)의 레이저 빔을 출사하는 것으로, 예를 들어, 적외선 파장영역의 레이저 빔을 출사하도록 마련될 수 있다.
상기 진행 경로 형성부(30)는, 복수의 진행 경로를 형성하며, 상기 레이저 광원(1)으로부터 출사된 상기 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 복수의 진행 경로 중 선택된 진행 경로로 진행시키도록 마련된다. 이때, 상기 진행 경로 형성부(30)에 의해 형성되는 복수의 진행 경로는 서로 나란할 수 있다.
이를 위하여, 상기 진행 경로 형성부(30)는, 상기 레이저 광원(1)으로부터 출사된 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 선택된 진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 적어도 하나의 미러 예컨대, 온,오프 구동되는 복수의 미러를 포함할 수 있다. 상기 복수의 미러는 서로 이격되며 어레이를 이루도록 배치될 수 있으며, 제1미러(31) 및 제2미러(33)를 포함할 수 있다. 상기 진행 경로 형성부(30)를 구성하는 미러 어레이에 있어서 마지막에 위치되는 미러 예컨대, 제3미러(35)는 온,오프 구동되는 미러이거나, 고정된 미러일 수 있다.
즉, 예를 들어, 진행 경로 형성부(30)는, 레이저 광원(1)으로부터 출사된 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 제1진행 경로(32)로 진행시키도록 온,오프 구동되는 제1미러(31)와, 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 제2진행 경로(34)로 진행시키도록 온,오프 구동되는 제2미러(33)와, 제1파장의 레이저빔을 제3진행 경로(36)로 진행시키도록 배치된 제3미러(35)를 포함하며, 상기 제1 내지 제3미러(31)(33)(35)는 서로 이격되며 어레이를 이루도록 배치될 수 있다. 상기 제3미러(35)는 제1 및 제2미러(31)(33)와 마찬가지의 온,오프 구동되는 구동 미러이거나, 고정된 미러일 수 있다.
상기 진행 경로 형성부(30)에 의해 형성되는 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)는 서로 나란할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상, 필요에 따라 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)로 진행하는 레이저빔을 각각 제1 내지 제3레이저빔이라 표현한다.
상기 진행 경로 결합부(50)는, 상기 복수의 진행 경로 각각으로 진행한 레이저빔이 동일 경로를 통하여 상기 고조파 발생소자(70)로 입력되도록, 상기 제1파장의 레이저빔의 진행 경로를 결합한다. 이를 위하여, 상기 진행 경로 결합부(50)는, 복수의 크로스 포인트를 형성하는 적어도 하나의 제1결합 미러(51)(53)와, 상기 복수의 크로스 포인트 각각에 배치되며 온,오프 구동되는 복수의 제2결합 미러(55)(57)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 진행 경로 형성부(30)가 서로 나란한 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)를 형성하도록 마련된 경우, 상기 진행 경로 결합부(50)는, 도 1, 도 3 및 도 4에서와 같이, 적어도 하나의 제1결합 미러(51)(53)와 2개의 제2결합 미러(55)(57)로 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1결합 미러(51)(53)는, 상기 복수의 진행 경로 중 적어도 하나의 진행 경로로 진행한 레이저빔을 다른 진행 경로와 크로스되는 방향으로 진행시키도록 배치되어, 복수의 크로스 포인트를 형성할 수 있다. 상기 제1결합 미러(51)(53)는 고정 미러일 수 있으며, 온,오프 구동되는 구동 미러를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 제1결합 미러는, 도 1 및 도 3에서와 같이 두개의 고정 미러로 이루어질 수 있으며, 도 4에서와 같이 하나의 고정 미러로 이루질 수 있다. 도 1, 도 3 및 도 4에서는 제1결합 미러(51)(53)가 고정 미러인 경우를 보여주는데, 이는 예시적인 것으로, 온,오프 구동 가능한 구동 미러를 사용할 수도 있음을 물론이다.
상기 복수의 제2결합 미러(55)(57)는, 구동 미러로서, 상기 복수의 크로스 포인트에 각각 배치되며, 입사되는 레이저빔을 반사시키거나 통과시키도록 온,오프 구동되어, 상기 복수의 진행 경로를 경유한 레이저빔이 동일 경로를 통해 상기 고조파 발생소자(70)로 향하도록 할 수 있다.
도 1에서는 진행 경로 결합부(50)가 2개의 제1결합 미러(51)(53)와 2개의 제2결합 미러(55)(57)로 구성된 예를 보여준다.
도 1에서와 같이, 제1결합 미러(51)(53)로 제1진행 경로(32) 및 제2진행 경로(34)를 따르는 제1 및 제2레이저빔을 각각 90도 방향으로 반사시킬 수 있다. 이 경우, 제1레이저빔 및 제2레이저빔은 제3진행 경로(36)를 따르는 제3레이저빔과 크로스하게 되어 제3진행 경로(36) 상에 2개의 크로스포인트가 형성될 수 있다. 제2결합 미러(55)(57) 각각은 제3진행 경로(36) 상의 두 크로스포인트 상에 배치될 수 있다. 이에 의해, 제2결합 미러(55)(57)를 각각 선택적으로 온,오프 구동하여 제1 내지 제3레이저빔이 동일 경로를 통해 고조파 발생소자(70)로 향하도록 할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 진행 경로 형성부(30) 및 진행 경로 형성부(30)의 동작을 보여준다. 이하에서는, 온,오프 구동되는 미러가 레이저빔의 진행 경로 상에 위치할 때를 온 상태, 레이저빔의 진행 경로 상에 위치하지 않는 경우를 오프 상태인 것으로 예를 들어 설명하지만, 이를 각각 오프 상태, 온 상태로 간주할 수도 있다.
도 2a를 참조하면, 진행 경로 형성부(30)의 제1 및 제2미러(31)(33)를 오프 상태로 두어 레이저 광원(1)으로부터 출사된 레이저빔의 진행 경로가 오픈되는 경우, 레이저빔은 제3미러(35)에 의해 반사되어 제3진행 경로(36)로 진행한다. 진행 경로 결합부(50)의 두 제2결합 미러(55)(57)를 각각 오프 상태로 두어 진행 경로를 오픈하면, 제3진행 경로(36)로 진행한 레이저빔은 직진하여 고조파 발생소자(70)로 향한다.
도 2b를 참조하면, 진행 경로 형성부(30)의 제1미러(31)는 오프 상태로 두어 레이저빔의 진행 경로를 오픈하고, 제2미러(33)를 온 상태로 두면, 레이저빔은 제2미러(33)에 의해 반사되어 제2진행 경로(34)로 진행하여, 진행 경로 결합부(50)의 제1결합 미러(53)로 향한다. 제2결합 미러(57)를 온 상태로 두면, 제1결합 미러(53)에 의해 반사된 레이저 빔은 제2결합 미러(57)에 의해 반사되어, 고조파 발생소자(70)로 향한다.
도 2c를 참조하면, 진행 경로 형성부(30)의 제1미러(31)를 온 상태로 두면, 레이저빔은 제1미러(31)에 의해 반사되어 제1진행 경로(32)로 진행하고, 진행 경로 결합부(50)의 제1결합 미러(51)로 향한다. 제2결합 미러(55)를 온 상태로 두고, 제2결합 미러(57)를 오프 상태로 두면, 제1결합 미러(51)에 의해 반사된 레이저빔은 제2결합 미러(55)에 의해 반사되어 고조파 발생소자(70)로 향한다.
여기서, 진행 경로 결합부(50)의 제1결합 미러(51)(53) 및 제2결합 미러(55)(57)의 구성 및 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 도 3 및 도 4는 도 1의 진행 경로 결합부(50)의 변형예들을 보여준다.
도 3을 참조하면, 진행 경로 결합부(50)는 2개의 제1결합 미러(51)(53)와 2개의 제2결합 미러(55)(57)로 구성되며, 도 1과 비교할 때, 제2결합 미러(55)가 제1진행 경로(32)를 따르며 제1결합 미러(51)에 의해 반사된 제1레이저빔과 제2진행 경로(34)와 크로스되는 크로스포인트에 배치되는 점에 차이가 있다.
제2결합 미러(55)가 제2진행 경로(34) 상의 크로스 포인트에 위치되어, 레이저빔이 제1진행 경로(32)로 진행하는 경우, 온 상태로 제2진행 경로 상(34)에 위치되어, 제1결합 미러(51)에서 반사된 제1레이저빔을 반사시켜 제1결합 미러(53)로 향하도록 하며, 레이저빔이 제2진행 경로(34)로 진행하는 경우, 오프 상태로 제2진행 경로(34)를 오픈한다. 레이저빔이 제3진행 경로(36)로 진행하는 경우, 레이저빔은 제2결합 미러(57)만을 경유한다.
제1진행 경로(32)나 제2진행 경로(34)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 온 상태로 되어 제1진행 경로(32)나 제2진행 경로(34)를 따르는 레이저빔을 반사시켜 고조파 발생소자(70)로 향하도록 하며, 제3진행 경로(36)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 오프 상태로 되어 진행 경로를 오픈하고, 레이저빔은 고조파 발생소자(70)로 향한다.
여기서, 제1진행 경로(32)나 제2진행 경로(34)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 오프 상태로 되어 진행 경로를 오픈하고, 레이저빔은 고조파 발생소자(70)로 향하도록 하며, 제3진행 경로(36)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 온 상태로 되어 제3진행 경로(36)를 따르는 레이저빔을 반사시켜 고조파 발생소자(70)로 향하도록, 고조파 발생소자(70)가 배치되고, 이에 따라 제2결합 미러(57)가 동작될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 진행 경로 결합부(50)는 하나의 제1결합 미러(51)와 2개의 제2결합 미러(55)(57)로 구성되며, 제2결합 미러(55)는 제1진행 경로(32)를 따르며 제1결합 미러(51)에 의해 반사된 레이저빔과 제2진행 경로(34)가 크로스되는 크로스포인트에 배치되며, 제2결합 미러(57)는 제1진행 경로(32) 또는 제2진행 경로(34)를 따르며 제2결합 미러(55) 위치를 경유한 레이저빔과 제3진행 경로(36)가 크로스되는 크로스포인트에 배치된다.
레이저빔이 제1진행 경로(32)로 진행하는 경우, 제2결합 미러(55)는 오프 상태로 되어 제1결합 미러(51)에서 반사된 제1레이저빔의 진행 경로를 오픈하여 제2결합 미러(57)로 향하도록 하며, 레이저빔이 제2진행 경로(34)로 진행하는 경우, 제2결합 미러(55)는 온 상태로 되어, 제2진행 경로(34)를 따르는 제2레이저빔을 반사시켜 제2결합 미러(57)로 향하도록 한다.
제1진행 경로(32)나 제2진행 경로(34)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 온 상태로 되어 제1진행 경로(32)나 제2진행 경로(34)를 따르는 레이저빔을 반사시켜 고조파 발생소자(70)로 향하도록 하며, 제3진행 경로(36)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 오프 상태로 되어 진행 경로를 오픈하고, 레이저빔은 고조파 발생소자(70)로 향한다.
여기서, 제1진행 경로(32)나 제2진행 경로(34)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 오프 상태로 되어 진행 경로를 오픈하고, 레이저빔은 고조파 발생소자(70)로 향하도록 하며, 제3진행 경로(36)로 레이저빔이 진행하는 경우, 제2결합 미러(57)는 온 상태로 되어 제3진행 경로(36)를 따르는 레이저빔을 반사시켜 고조파 발생소자(70)로 향하도록, 고조파 발생소자(70)가 배치되고, 이에 따라 제2결합 미러(57)가 동작될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 적어도 하나의 빔확대 유닛(40)(60)은 주파수에 따라 상기 고조파 발생소자(70)에 입사되는 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지도록, 상기 복수의 진행 경로 중 적어도 일 진행 경로 상에 마련될 수 있다. 상기 진행 경로 형성부(30)에 의해 형성되는 복수의 진행 경로가 n개일 때, 상기 빔확대 유닛(40)(60)은 n-1개의 진행 경로 상에 배치될 수 있다.
상기 빔확대 유닛(40)(60)은 각각 제1렌즈(41,61) 및 제2렌즈(45,65)를 포함하며, 진행 경로 별로 제1렌즈(41,61) 및 제2렌즈(45,65) 사이의 간격이 서로 다르도록 배치하여, 주파수에 따라 진행 경로별로 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지도록 할 수 있다.
예를 들어, 도 1에서와 같이, 진행 경로 형성부(30)에 의해 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)가 형성되며, 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)로 진행하는 제1 내지 제3레이저빔의 주파수를 각각 f1, f2, f3라 하고, f1 < f2 < f3의 관계를 가질 때, 빔확대 유닛(40)(60)은 제1진행 경로(32) 및 제2진행 경로(34) 상에 각각 배치되고, 제1진행 경로(32) 상에 배치되는 빔확대 유닛(40)의 제1렌즈(41) 및 제2렌즈(45) 사이의 간격(d1)이 제2진행 경로(34) 상에 배치되는 빔확대 유닛(60)의 제1렌즈(61) 및 제2렌즈(65) 사이의 간격(d2)보다 크도록 배치될 수 있다.
이와 같이 빔확대 유닛(40)(60)을 구비하면, 주파수에 따라 고조파 발생소자(70)로 입사되는 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지고, 단위 면적당 파워를 적정치로 만들 수 있어, 주파수에 따른 고조파 변환 파워를 최적화할 수 있다.
즉, 주파수가 증가하면, 레이저 광원(1)으로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔의 펄스당 피크 파워가 감소하게 되고, 이러한 피크 파워의 감소에 따라 고조파 발생소자(70)에 입력되는 단위 면적당 파워 크기가 감소되어, 고조파로의 변환 효율 저하가 초래된다. 역으로, 주파수가 감소하면, 레이저 광원(1)으로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔의 펄스당 피크 파워가 증가하게 되고, 이러한 피크 파워의 증가에 따라 고조파 발생소자(70)에 입력되는 단위 면적당 파워 크기가 증가되어, 고조파로의 변환 효율이 높아진다.
그러므로, 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)로 진행하는 제1 내지 제3레이저빔의 주파수 f1, f2, f3가, f1 < f2 < f3의 관계가 있을 때, 빔 크기 조정이 없는 경우, 고조파 발생소자(70)로 입사되는 제1파장의 레이저빔의 단위 면적당 파워는 제3진행 경로(36)로 진행한 f3 주파수의 제3레이저빔이 가장 작게 되고, 제1진행 경로(32)로 진행한 f1 주파수의 제1레이저가 가장 크게 된다. 단위 면적당 파워가 작을수록 고조파 변환 효율이 작으므로, 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)로 진행하는 제1 내지 제3레이저빔의 고조파 변환 효율에 차이가 생기게 된다.
하지만, 본 발명의 실시예의 광원시스템(10)에 따르면, 복수의 진행 경로 중 적어도 일부에 빔확대 유닛(40))을 구비하여, 제1파장의 레이저빔의 빔 크기를 확대하므로, 주파수에 따라 고조파 발생소자(70)로 입사되는 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지고, 단위 면적당 파워를 적정치로 만들 수 있어, 주파수에 따른 고조파 변환 파워를 최적화할 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36)로 진행하는 제1 내지 제3레이저빔의 주파수 f1, f2, f3 가, f1 < f2 < f3의 관계가 있는 경우에도, 제1파장의 레이저빔이 제1진행 경로(32)로 진행하는 경우 제1진행 경로(32) 상에 배치된 빔확대 유닛(40)에 의해 빔 크기가 제1직경으로 확대되고, 제1파장의 레이저빔이 제2진행 경로(34)로 진행하는 경우 제2진행 경로(34) 상에 배치된 빔확대 유닛(60)에 의해 빔 크기가 상기 제1직경보다 작은 제2직경으로 확대되므로, 고조파 발생소자(70)로 입사되는 제1파장의 레이저빔의 단위 면적당 파워를 주파수 차이에도 불구하고 적정치로 만들 수 있다. 이에 의해, 고조파 발생소자(70)에서의 고조파 발생 파워를 최적화할 수 있다.
도 1에서는 제1 내지 제3진행 경로(32)(34)(36) 중 두개의 진행 경로에만 빔확대 유닛을 배치한 경우를 보여주는데, 이는 예시적인 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템(10)에 있어서, 빔확대 유닛은 복수의 진행 경로 상에 각각 배치되며, 진행 경로 별로 제1 및 제2렌즈 사이의 간격이 서로 다르도록 마련될 수 있다.
상기 고조파 발생소자(70)는, 상기 선택된 진행 경로를 경유한 제1파장의 레이저 빔에 대해 고조파를 발생시켜 제2파장의 레이저 빔으로 변환한다. 상기 고조파 발생소자(70)는 2차 고조파 또는 3차 고조파 발생소자일 수 있다.
상기 고조파 파 발생소자(70)는, 레이저 광원(1)으로부터 출사되고 주파수에 따라 선택된 진행 경로로 진행한 제1파장(λ1)의 레이저 빔에 대해 2차 또는 3차 고조파를 발생시켜 제2파장(λ2, 여기서, 제2파장(λ2)는 대략적으로 제1파장(λ1)의 절반 또는 삼분의 일에 해당한다)의 레이저 빔으로 변환한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템(10)에 따르면, 주파수 별로 최적 경로 선택하여 빔 크기를 조정함으로써, 고조파 발생소자(70)로 입사되는 제1파장의 레이저빔의 단위 면적당 파워를 적정치로 만들 수 있으므로, 주파수가 변하는 경우에도, 고조파 발생 파워를 최적화할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템은 레이저 가공장치에 적용될 수 있다. 레이저 가공장치는 본 발명의 실시예에 따른 광원시스템(10)과 이로부터 출력되는 레이저빔을 가공대상물에 집광하는 집광렌즈를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 광원시스템(10)으로부터 출력되는 레이저빔은 고조파 발생소자(70)에 의해 변환된 제2파장(λ2)의 레이저빔뿐만 아니라, 변환되지 않은 제1파장(λ1)의 레이저빔도 포함할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 제1파장(λ1)의 레이저 빔과 제2파장(λ2)의 레이저빔을 분리하기 위한 이색분리소자를 포함할 수 있으며, 가공대상물을 가공하는데, 제2파장(λ2)의 레이저빔만을 사용하도록 광학적 구성을 가지거나, 선택적으로 제1파장(λ1)의 레이저빔 및 제2파장(λ2)의 레이저빔을 모두 사용하거나 제2파장(λ2)의 레이저빔만을 사용하도록 광학적 구성을 가질 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치가, 선택적으로 제1파장(λ1)의 레이저빔 및 제2파장(λ2)의 레이저빔을 모두 사용하거나 제2파장(λ2)의 레이저빔만을 사용하도록 광학적 구성을 가지는 경우를 예를 들어 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치를 개략적으로 보여준다.
도 5를 참조하면, 레이저 가공장치는 광원시스템(10)과, 광원시스템(10)으로부터 진행하는 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈(170)를 포함할 수 있다.
상기 광원시스템(10)은 전술한바와 같이, 펄스형 제1파장의 레이저빔을 출사하는 레이저 광원(1)과, 진행 경로 형성부(30)와, 진행 경로 결합부(50)와, 적어도 하나의 빔확대 유닛(40)(60)과, 고조파 발생소자(70)를 포함할 수 있다. 상기 광원시스템(10)은 도 1 내지 도 5를 참조로 전술한 바와 같으므로, 여기서는 반복적인 설명을 생략한다. 도 5에서는 광원시스템(10)이 도 1에서의 진행 경로 결합부(50)를 구비하는 예를 보여주는데, 광원시스템(10)에 적용되는 진행 경로 결합부(50)는 도 3이나 도 4의 구성을 가질 수도 있다.
이때, 고조파 발생소자(70)는 입력되는 제1파장(λ1)의 레이저 빔의 일정 비율에 대해서만 2차 또는 3차 고조파를 발생시키므로, 고조파 발생소자(70)로부터 출력되는 레이저 빔은 제2파장(λ2)뿐만 아니라 제1파장(λ1)도 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 광원(1)으로부터 적외선 파장영역의 레이저 빔이 출사되는 경우, 상기 고조파 발생소자(70)를 거치면서 그린(green) 파장 영역의 레이저 빔으로 변환된다. 이 경우, 고조파 발생소자(70)에서 출력되는 레이저 빔은 적외선 파장 및 그린 파장을 포함하며, 제1파장(λ1)은 적외선 파장, 제2파장(λ2)은 그린 파장이 된다.
이를 고려하여, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 고조파 발생소자(70)로부터 출력되는 제1파장(λ1) 및 제2파장(λ2)을 포함하는 레이저빔을 제1파장(λ1)의 레이저빔과 제2파장(λ2)의 레이빔으로 분기하여 제1파장(λ1)의 레이저빔은 제1광경로, 제2파장(λ2)의 레이저빔은 제2광경로로 진행하도록 하는 이색 분리소자(130)를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 제1광경로로 진행한 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)과 제2광경로로 진행한 제2파장(λ2)의 레이저 빔(115)의 광경로를 결합시키는 빔 결합기(150)와, 상기 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)과 제2파장(λ2)의 레이저 빔(115)이 상기 집광 렌즈(170)에 의해 동일 초점에 포커싱되도록 보정하는 보정소자(140)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)이 상기 집광 렌즈(170)쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하는 요소를 더 포함하여, 가공 대상물(100)에 제1 및 제2파장(λ1)(λ2)을 포함하는 레이저 빔을 조사하거나 제2파장(λ2)의 레이저 빔만을 조사하도록 마련될 수 있다.
상기 이색 분리소자(130)는 입사되는 레이저 빔을 파장에 따라 분기하도록 된 것으로, 고조파 발생소자(70)에서 출력된 레이저 빔을 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)과 제2파장(λ2)의 레이저 빔(115)으로 분기한다. 이에 의해, 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)은 제1광경로, 제2파장(λ2)의 레이저 빔(115)은 제2광경로로 진행하게 된다. 예를 들어, 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)은 이색 분리소자(130)를 투과하여 제1광경로로 진행하고, 제2파장(λ2)의 레이저 빔(115)은 이색 분리소자(130)에서 반사되어 제2광경로로 진행할 수 있다. 제1파장(λ1)의 레이저 빔(111)과 제2파장(λ2)의 레이저 빔(115)은 제1광경로 및 제2광경로 상에 배치된 반사 미러(135)(137)에 의해 반사되어 빔 결합기(150)로 입력될 수 있다.
상기 빔 결합기(150)는 제1광경로로 진행한 레이저빔(111)과 제2광경로로 진행한 레이저빔(115)의 광경로를 결합시킨다. 예를 들어, 레이저빔(111)과 레이저빔(115)이 교차되게 빔 결합기(150)로 입사되는 경우, 빔 결합기(150)는 레이저빔(111)은 투과시키고 레이저빔(115)은 반사시켜, 레이저빔(111)과 레이저빔(115)이 동일 광경로로 진행하도록 결합할 수 있다.
동일 광경로로 결합된 레이저빔(111)과 레이저빔(115)은 집광 렌즈(170)에 의해 가공 대상물(100)에 집광된다. 이때, 레이저빔(111)과 레이저빔(115)은 파장이 서로 다르기 때문에, 색수차에 기인하여, 동일 초점에 포커싱되지 않을 수 있다.
상기 보정소자(140)는 상기 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)과 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)이 집광 렌즈(170)에 의해 동일 초점에 포커싱되도록 보정한다. 상기 보정소자(140)는 이색 분리소자(130)와 빔 결합기(150) 사이의 제1광경로 및 제2광경로 중 적어도 일 광경로상에 배치될 수 있으며, 보정렌즈로 이루어질 수 있다.
도 5에서는 보정소자(140)를 이색 분리소자(130)와 빔 결합기(150) 사이의 제1광경로 상에 배치한 예를 보여준다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 광원시스템(10)으로부터 이색분리소자(130)로 입사되는 레이저 빔은 펄스 형태이다. 그러므로, 도 5에서와 같이 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)이 진행하는 제1광경로 상에 보정소자(140)를 배치하는 경우, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)만이 보정소자(140)를 투과하므로, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)은 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)에 비해 지연되어, 가공 대상물(100)에 늦게 도달하게 된다.
아울러, 도 5에서와 같이 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)이 이색 분리소자(130) 및 빔 결합기(150)를 투과하고 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)은 이색 분리소자(130) 및 빔 결합기(150)에서 반사되는 광학적 배치를 가지는 경우, 제1광경로를 따르는 경로 길이와 제2광경로를 따르는 경로 길이가 동일하다 해도, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)이 이색 분리소자(130) 및 빔 결합기(150)를 투과함에 따라 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)에 비해 지연되어, 가공 대상물(100)에 조사되는 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)과 제2파장(λ2)의 레이저빔(115) 사이에는 시간차가 발생할 수 있다. 즉, 가공 대상물(100)에 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)이 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)보다 먼저 도착하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 이러한 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)과 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)이 가공 대상물(100)에 도달하는 시간차를 이용하여, 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)뿐만 아니라, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)도 레이저 가공에 사용할 수 있으므로, 가공 파워를 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 가공 대상물(100)이 실리콘 재질인 경우, 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)은 가공 대상물(100) 즉, 실리콘을 용융시킨다. 용융된 상태의 실리콘은 다른 파장 대역의 광도 흡수하게 되므로, 뒤이어 도달하는 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)도 용융된 가공 대상물(100)에 흡수되게 된다. 그러므로, 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)뿐만 아니라, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)도 가공 레이저 빔으로 사용될 수 있어 가공 파워가 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)만을 사용하는 경우에 비해 크게 증대될 수 있다.
여기서, 도 5 및 후술하는 도 6에서는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치가 레이저빔(111)은 이색 분리소자(130) 및 빔 결합기(150)를 투과하고 레이저빔(115)은 이색 분리소자(130) 및 빔 결합기(150)에서 반사되는 광학적 배치를 가지는 경우를 보여주는데 이는 예시적인 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 광학적 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 레이저빔(111)이 이색 분리소자(130)를 투과하고 빔 결합기(150)에서 반사되어 집광 렌즈(170)로 진행하고, 레이저빔(115)이 이색 분리소자(130)에서 반사되고 빔 결합기(150)를 투과하여 집광 렌즈(170)로 진행하도록 마련될 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치는, 레이저빔(111)이 이색 분리소자(130)에서 반사되고 빔 결합기(150)를 투과하여 집광 렌즈(170)로 진행하고, 레이저빔(115)이 이색 분리소자(130)를 투과하고 빔 결합기(150)에서 반사되어 집광 렌즈(170)로 진행하도록 마련될 수도 있다. 위의 두 경우는, 가공 대상물(100)에 도달하는 레이저빔(111)과 레이저빔(115)의 시간차가 이색 분리소자(130) 및 빔 결합기(150)에 의해서는 거의 발생하지 않으므로, 레이저빔(111)과 레이저빔(115)의 시간차는 주로 보정소자(140)에 의해 영향을 받게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공 장치를 개략적으로 보여주는 광학적 구성도를 보인 것으로, 도 5에 비해 레이저빔(111)과 레이저빔(115)이 가공 대상물(100)에 도달하는 시간차를 조절하기 위한 지연소자(160)를 더 포함한다.
상기 지연소자(160)는 이색 분리소자(130)와 빔 결합기(150) 사이의 상기 제1광경로 및 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 구비될 수 있다. 도 6에서는 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)이 진행하는 제2광경로 상에 지연소자(60)를 구비한 예를 보여준다.
상기와 같이 지연소자(60)를 더 구비하면, 레이저빔(111)과 레이저빔(115)이 가공 대상물(100)에 도달하는 시간차를 보다 능동적으로 조절할 수 있다.
한편, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)에 대해서는 선택적인 사용이 가능하도록, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)이 집광 렌즈(170)쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하는 요소를 더 포함할 수 있다. 상기 방해하는 요소는, 가공 대상물에 제1 및 제2파장(λ1)(λ2)을 포함하는 레이저 빔이나 제2파장(λ2)의 레이저 빔을 선택적으로 조사하도록 마련될 수 있다.
상기 방해하는 요소로는, 상기 제1광경로 및 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 구동형 미러를 구비할 수 있다. 도 5 및 도 6에서는 제1광경로 상에 배치된 반사 미러(135)로 구동형 미러를 구비하여, 가공 대상물에 제1 및 제2파장(λ1)(λ2)을 포함하는 레이저 빔이나 제2파장(λ2)의 레이저 빔을 선택적으로 조사하도록 마련된 예를 보여준다.
도 5 및 도 6에서와 같이 반사 미러(135)를 구동형 미러로 구비하는 경우, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)이 집광 렌즈(170)쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하도록 반사 미러(135)를 구동할 수 있으므로, 가공 대상물(100)에 제1 및 제2파장(λ1)(λ2)을 포함하는 레이저 빔을 조사하거나 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)만을 선택적으로 조사할 수 있다. 도 5 및 도 6에서 반사 미러(135)를 점선으로 나타낸 바와 같이 회동시키면, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)이 집광 렌즈(170)를 벗어난 영역으로 진행하므로, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111)은 가공 대상물(100)에 포커싱되지 않아, 가공에 사용되지 않게 된다.
이와 같이, 제1광경로 및 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 구동형 미러를 구비하는 경우, 가공 대상물(100)에 제1 및 제2파장(λ1)(λ2)을 포함하는 레이저 빔을 조사하거나, 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)만을 조사하는 것이 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 따르면, 레이저 광원(1)으로부터 출사되는 제1파장(λ1)의 레이저 빔에 대해 주파수별로 최적 진행 경로를 선택하여 빔크기를 조정함으로써 단위 면적당 파워를 적정치로 만들어 고조파 발생소자(70)로 입력시킴으로써, 주파수에 따른 고조파 발생 파워를 최적화하여 제2파장(λ2)의 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. 그리고, 제1파장(λ1) 및 제2파장(λ2)을 포함하는 레이저 빔 즉, 제1파장(λ1)의 레이저빔(111) 및 제2파장(λ2)의 레이저빔(115) 또는 제2파장(λ2)의 레이저빔(115)을 선택적으로 집광 렌즈(170)에 의해 가공 대상물(100)에 포커싱할 수 있다.
1...레이저 광원 10...광원시스템
30...진행 경로 형성부 40,60...빔확대 유닛
50...진행 경로 결합부 70...고조파 발생소자
130...이색 분리소자 135,137...반사 미러
140...보정 소자 150...빔 결합기
160...지연소자 170...집광 렌즈

Claims (18)

  1. 펄스형 제1파장의 레이저빔을 출사하는 레이저 광원과;
    복수의 진행 경로를 형성하며, 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 복수의 진행 경로 중 선택된 진행 경로로 진행시키는 진행 경로 형성부와;
    상기 선택된 진행 경로를 경유한 제1파장의 레이저 빔에 대해 고조파를 발생시켜 제2파장의 레이저 빔으로 변환하는 고조파 발생소자와;
    상기 복수의 진행 경로 각각으로 진행한 레이저빔이 동일 경로를 통하여 상기 고조파 발생소자로 입력되도록, 상기 제1파장의 레이저빔의 진행 경로를 결합하는 진행 경로 결합부와;
    주파수에 따라 상기 고조파 발생소자에 입사되는 제1파장의 레이저빔의 빔 크기가 달라지도록, 상기 복수의 진행 경로 중 적어도 일 진행 경로 상에 마련된 적어도 하나의 빔확대 유닛;를 포함하는 광원시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진행 경로 형성부는,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 선택된 진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 적어도 하나의 미러;를 포함하는 광원시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 진행 경로 형성부는,
    제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 선택된 진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 복수의 미러;를 포함하며, 상기 복수의 미러는 서로 이격되며 어레이를 이루도록 배치된 광원시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 진행 경로 형성부는,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 제1진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 제1미러와;
    제1파장의 레이저빔을 주파수에 따라 제2진행 경로로 진행시키도록 온,오프 구동되는 제2미러와;
    제1파장의 레이저빔을 제3진행 경로로 진행시키도록 배치된 제3미러;를 포함하며, 상기 제1 내지 제3미러는 서로 이격되며 어레이를 이루도록 배치된 광원시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 내지 제3진행 경로는 서로 나란한 광원시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 진행 경로 결합부는,
    상기 제1 내지 제3진행 경로 중 적어도 하나의 진행 경로로 진행한 레이저빔을 반사시켜 나머지 진행 경로와 크로스되는 방향으로 진행시키도록 배치되어, 제1 및 제2크로스 포인트를 형성하는 적어도 하나의 제1결합 미러와;
    상기 제1 및 제2크로스 포인트에 배치되며, 입사되는 레이저빔을 반사시키거나 통과시키도록 온,오프 구동되어, 상기 제1 내지 제3진행 경로를 경유한 레이저빔이 동일 경로를 통해 상기 고조파 발생소자로 향하도록 하는 제2 및 제3결합 미러;를 포함하는 광원시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 진행 경로 결합부는,
    상기 복수의 진행 경로 중 적어도 하나의 진행 경로로 진행한 레이저빔을 나머지 진행 경로와 크로스되는 방향으로 진행시키도록 배치되어, 복수의 크로스 포인트를 형성하는 적어도 하나의 제1결합 미러와;
    상기 복수의 크로스 포인트에 각각 배치되며, 입사되는 레이저빔을 반사시키거나 통과시키도록 온,오프 구동되어, 상기 복수의 진행 경로를 경유한 레이저빔이 동일 경로를 통해 상기 고조파 발생소자로 향하도록 하는 복수의 제2결합 미러;를 포함하는 광원시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 진행 경로는 서로 나란한 광원시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 빔확대 유닛은 서로 이격된 제1 및 제2렌즈를 포함하는 광원시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 진행 경로가 n개일 때,
    상기 빔확대 유닛은, n-1개의 진행 경로 상에 배치되는 광원시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 빔확대 유닛은, 진행 경로 별로 제1 및 제2렌즈 사이의 간격이 서로 다른 광원시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 빔확대 유닛은 복수의 진행 경로 상에 각각 배치되며,
    진행 경로 별로 제1 및 제2렌즈 사이의 간격이 서로 다른 광원시스템.
  13. 청구항 1항 내지 12항 중 어느 한 항의 광원시스템과;
    상기 광원시스템으로부터 진행하는 레이저빔을 가공 대상물에 집광시키는 집광 렌즈;를 포함하는 레이저 가공 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광원시스템으로부터 출력되는 제1파장 및 제2파장을 포함하는 레이저빔을 제1파장의 제1레이저 빔과 제2파장의 제2레이저 빔으로 분기하여, 상기 제1파장의 제1레이저 빔은 제1광경로, 상기 제2파장의 제2레이저 빔은 제2광경로로 진행하도록 하는 이색 분리소자;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1광경로로 진행한 제1파장의 제1레이저 빔과 상기 제2광경로로 진행한 제2파장의 제2레이저 빔의 광경로를 결합시키는 빔 결합기와;
    상기 제1파장의 제1레이저 빔과 상기 제2파장의 제2레이저 빔이 상기 집광 렌즈에 의해 동일 초점에 포커싱되도록 보정하는 보정소자;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1파장의 제1레이저 빔이 상기 집광 렌즈쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하는 요소;를 더 포함하여, 가공 대상물에 제1 및 제2파장을 포함하는 레이저 빔을 조사하거나 제2파장의 제2레이저 빔을 조사하도록 마련된 레이저 가공 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방해하는 요소는,
    상기 제1광경로 및 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 마련된 구동형 미러이고,
    상기 구동형 미러에 의해, 상기 제1파장의 제1레이저 빔이 상기 집광 렌즈쪽으로 진행하는 것을 선택적으로 방해하도록 구동하여, 가공 대상물에 제1 및 제2파장을 포함하는 레이저 빔이나 제2파장의 제2레이저 빔을 선택적으로 조사하도록 마련된 레이저 가공 장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 이색 분리소자와 상기 빔 결합기 사이의 상기 제1광경로 및 상기 제2광경로 중 적어도 일 광경로 상에 상기 제1파장의 제1레이저 빔과 상기 제2파장의 제2레이저 빔이 상기 가공 대상물에 도달하는 시간차를 조절하기 위한 지연소자;를 더 포함하는 레이저 가공 장치.
KR1020130126708A 2013-10-23 2013-10-23 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치 KR20150047010A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130126708A KR20150047010A (ko) 2013-10-23 2013-10-23 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130126708A KR20150047010A (ko) 2013-10-23 2013-10-23 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150047010A true KR20150047010A (ko) 2015-05-04

Family

ID=53386165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130126708A KR20150047010A (ko) 2013-10-23 2013-10-23 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150047010A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6551275B2 (ja) レーザ加工装置、三次元造形装置、及びレーザ加工方法
JP6038301B2 (ja) レーザービーム光源とレーザービームを操作するためのビーム案内装置とを備えたｅｕｖ励起光源
US11347068B2 (en) Device and method for laser material processing
KR101582632B1 (ko) 프레넬 영역 소자를 이용한 기판 절단 방법
CN102837125A (zh) 激光加工装置
TWI756229B (zh) 波長變換裝置
JP2009178720A (ja) レーザ加工装置
JP2009039732A (ja) レーザ加工装置
KR101533336B1 (ko) 레이저 가공 장치 및 방법
JP5106130B2 (ja) レーザビーム照射方法およびレーザビーム照射装置
KR101435404B1 (ko) 이중 파장 하이브리드 레이저 가공장치 및 가공방법
KR20150047010A (ko) 광원시스템 및 이를 적용한 레이저 가공 장치
WO2011158646A1 (ja) レーザ発生装置及びレーザ発生方法
WO2018211691A1 (ja) レーザ加工装置
JP7398649B2 (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
WO2017081858A1 (en) Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method
WO2018086115A1 (zh) 激光扫描方法和装置
JP2006275917A (ja) 多光子励起型観察装置および多光子励起型観察用光源装置
JP6184849B2 (ja) レーザ加工装置
JP5357790B2 (ja) レーザ加工装置
US10811834B2 (en) Laser beam generation apparatus, laser machining device, and laser machining method
KR101667792B1 (ko) 간섭 빔을 이용한 절단용 광학기기
JP4642525B2 (ja) 多光子励起型観察装置
JP2008112855A (ja) レーザ光照射装置およびレーザ光照射方法
JP6035303B2 (ja) ダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた金属板の加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application