NO324734B1 - Laserinnretning og fremgangsmate for a styre en Q-svitsjet frekvensomformet laser, prosess og system som anvender laserinnretning - Google Patents

Laserinnretning og fremgangsmate for a styre en Q-svitsjet frekvensomformet laser, prosess og system som anvender laserinnretning Download PDF

Info

Publication number
NO324734B1
NO324734B1 NO20012758A NO20012758A NO324734B1 NO 324734 B1 NO324734 B1 NO 324734B1 NO 20012758 A NO20012758 A NO 20012758A NO 20012758 A NO20012758 A NO 20012758A NO 324734 B1 NO324734 B1 NO 324734B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
laser
harmonic
laser pulse
period
pulse
Prior art date
Application number
NO20012758A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20012758D0 (no
NO20012758L (no
Inventor
Katsuichi Ukita
Hidehiko Karasaki
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
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 Matsushita Electric Ind Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Ind Co Ltd
Publication of NO20012758D0 publication Critical patent/NO20012758D0/no
Publication of NO20012758L publication Critical patent/NO20012758L/no
Publication of NO324734B1 publication Critical patent/NO324734B1/no

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0912Electronics or drivers for the pump source, i.e. details of drivers or circuitry specific for laser pumping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10038Amplitude control
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1022Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123Q-switching
    • H01S3/117Q-switching using intracavity acousto-optic devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1306Stabilisation of the amplitude

Landscapes

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

Description

Foreliggende oppfinnelsen vedrører en laserinnretning med en Q-svitsj for å generere en høyere harmonisk, en fremgangsmåte for å styre innretningen og en laserprosesseringsmaskin som inneholder innretningen.
En konvensjonell Q-svitsj laserinnretning vil bli forklart. Figur 7 viser en konfigurasjon av en konvensjonell harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretning. Innretningen består av et laserhode 11, en Q-svitsj 12, en eksitasjonslyskilde 13, en radiofrekvens (RF) driver 14 for Q-svitsjen, en styringsenhet 15, en mellomkobling 16, en effektkilde 17 og en styreenhet 18.
Operasjonen av innretningen vil bli forklart med referanse til figur 7. En oscillasjonsbetinget instruksjon blir satt i styreenheten 18 som kan være en personlig datamaskin (PC) og blir sendt til styreenhetskretsen 15 gjennom mellomkoblingen 16. Styreenheten 15 tolker den overførte oscillasjonsbetingede instruksjonen, genererer et kontrollsignal i henhold til instruksjonen, overfører betingelsen til eksitasjonslyskilden 13 og RF driver 14 for Q-svitsjen, og bestemmer oscillasjonsbetingelsene til laserhodet. På samme tid vil styreenheten 15 også kontrollere alarmen fra laserhodet 11 og en temperatur av et ikke-lineært optisk krystall, i henhold til det vedlagte selvstendige krav 1 samt fremgangsmåte for å styre en laserinnretning i henhold til det vedlagte selvstendige krav 9. Variasjoner av utførelsesformer er angitt i de vedlagte uselvstendige krav 2 til 8 og 10 til 32.
En optisk operasjon av den harmonisk genererende Q-svitsj laseirnnretningen vil bli forklart med referanse til figur 8. Figur 8 viser en intern struktur av laserhodet 11 til den harmonisk genererende Q-svitsj laseirnnretningen vist i figur 7. Hodet 11 består av et refleksjonsspeil 21, et Q-svitsj element 22, et forsterkningsmedium 23, et utgangsspeil 24, en kondenseringslinse 25, et ikke-lineært optisk krystall 26, en optisk linse 27, et smalbåndsfilter eller dikroisk speil 28, og to linser 25 og 27. Linsene 25,27 funksjonerer som en kollimator. Innretningen hvor det ikke lineære optiske krystallet 26 er plassert på utsiden av speilene 21, 24 er kalt et ekstra kavitetssystem.
Den optiske operasjonen av dette harmonisk genererende Q-svitsj laserhodet vil bli forklart med referanse til figur 8. Når et eksitasjonslys kommer inn i forsterkningsmediet 23 vil en optisk resonans opptre mellom refleksjonsspeilet 21 og utgangsspeilet 24. I dette tilfellet, når Q-svitsj elementet 22 er satt inn mellom speilene 21 og 24 og er skrudd på vil den optiske veien åpnes og laseren oscillere. Når elementet er skrudd av vil den optiske veien lukkes og oscillasjonen stoppe. Dermed vil en pulslaseroscillasjon være mulig. Q-svitsj elementet 22 er skrudd på og av RF driver 14 for Q-svitsjen, og tillater Q-svitsj laserhodet å oscillere med pulser. Laserlyset som er sendt ut fra utgangsspeilet 24 blir kondensert av kondensasjonslinsen 25 og sendt til det ikke-lineære optiske krystallet 26. En harmonisk laser er generert i det ikke-lineære optiske krystallet 26 og blir begrenset av den optiske linsen 27, og blir så separert i en IR laser og en grunnbølge og harmonisk laser i smalbåndsfllteret eller det dikroiske speilet 28. Den harmoniske laseren blir brukt i en prosesseringsmaskin.
For eksempel kan effekten Pshg til en harmonisk laser av andre harmoniske generasjon (SHG) være uttrykt i følgende ligning.
hvor deff er en ikke lineær konstant hvor konstanten blir bestemt av typen av ikke-lineært optisk krystall 26 og hvor en større konstant gir en høyere omsetningseffektivitet; leff er en effektiv lengde som er lengde hvor det ikke-lineære optiske krystallet 26 har en ikke-lineær effekt; Pir er effekten til grunnbølgen; og A er et laserstråleareal.
Med denne relasjonen vil en reduksjon av strålearealet A og en forsterkning av grunnbølgeeffekten Pir i det ikke-lineære optiske krystallet 26 øke utbytte fra den harmoniske laseren. For å øke effekten blir strålen i det ikke-lineære optiske krystallet 26 kondensert.
Imidlertid har det ikke-lineære optiske krystallet 26 en begrenset lysstyrke. Det vil si krystallet blir knust når lyset overskrider en skadeterskel på inngangen. Selv om lyset ikke når denne skadeterskelen vil et lys som nærmer seg denne skadeterskelen påvirke levetiden til det ikke-lineære optiske krystallet 26.
Den optiske karakteristikken av den harmonisk genererende Q-svitsj laseren og et sammenbrudd av det ikke-lineære optiske krystallet vil bli forklart med referanse til figur 9. Figur 9 viser oscillasjonskarakteristikken av Q-svitsj laseren. I en enkel fremgangsmåte for å styre Q-svitsj laseirnnretningen vil en lysbuestrøm til en lampe eller strømmen til en laserdiode (LD) bli holdt konstant og følgelig vil eksitasjonslyseffekten bli holdt konstant, og Q-svitsjen blir skrudd på og av. Imidlertid siden eksitasjonslyset kommer inn i forsterkningsmediet 23 for en lang periode mens Q-svitsjen lukkes før en oscillasjon er startet, vil en forsterkning akkumuleres i forsterkningsmediet 23 og kunne overskride en spesifisert verdi. Derfor vil når et portsignal for å starte en oscillasjon bli skrudd på kunne få en kjempepuls som et første skudd eller flere skudd avhengig av tilfellet. Denne første kjempepulsen kan ødelegge det ikke-lineære optiske krystallet 26 eller forkorte livstiden til krystallet.
For å unngå å generere slike kjempepulser vil styringen av Q-svitsj laserinnretningen ha en første pulsundertrykkelsesfunksjon (FPS).
Med referanse til figur 10 vil FPS funksjonen i Q-svitsj laseirnnretningen bli forklart. For å kunne undertrykke kjempepulsen i det første skuddet eller flere skudd når portsignalet blir skrudd på hvorpå oscillasjonen starter, vil eksitasjonslyset til forsterkningsmediet 23 bli svekket i en slik grad at det vedlikeholder en spesifikk forsterkning, mens Q-svitsjen er lukket over en lengre tid.
I denne fremgangsmåten vil laserforsterkningen akkumulert i forsterkningsmediet 23 være forhindret fra å nå et overdrevet nivå. Siden maksimumekstraksjonslyseffekten er begrenset, vil gradienten for å bygge opp laserforsterkning være begrenset. Perioden inntil den spesifiserte laserforsterkningen er akkumulert avhenger av intervallet til pulstoget som følger den første pulsen, det vil si pulsfrekvensen. Derfor må man når pulsfrekvensene forandres, justere betingelsene til FPS funksjonen som laserforsterkningsbibeholdelsesstrømmen AI og bibeholdelsesperioden AT.
US 6,009,110 A beskriver pulsamplitudekontroll i frekvenskontrollerte lasere 20 bestående av et hulrom 22 med et første speil 24a, et andre speil 24b og et tredje speil 24c. Den frekvenskontrollerte laseren 20 genererer lys av tredje harmoniske med utgangspunkt i lys 26 med en grunnfrekvens. Alle de tre speilene 24a-24c har en høy reflektivitet (større enn 99,9) for lys 26 med grunnfrekvensen. Det tredje speilet 24c har en høyreflektivitet for lys av andre harmoniske med utgangspunkt i lys 26 av grunnfrekvensen, mens det andre speilet 24b har et antirefleksjonslag (AR) for lys av andre og tredje harmoniske med utgangspunkt i lys 26 av grunnfrekvensen. Lys 26 med grunnfrekvensen dannet i et aktivt medium 30 i den frekvenskontrollerte laserens hulrom 22. For å redusere ustabilitet under oppstart og driftsunderaktivt bruk (Q-modus) av den frekvenskontrollerte laseren 20, holdes laseren i en kontinuerlig brukstilstand (continous-wave modus), dette reduserer pulsregenereringstiden (puls recovery time), og spesielt oppstartspulsen blir bedre kontrollert siden det ikke er noen opphopning i det aktive mediet 30.
I en annen fremgangsmåte for å realisere FPS funksjonen kan man forsinke stigetiden til Q-svitsj, men det er tilsvarende nødvendig å sette betingelsen til FPS funksjonen for hver pulsfrekvens.
Figur 11 viser et optisk system for en laserprosesseringsmaskin som har den harmoniskgenererende Q-svitsj laserinnretningen. Prosesseringsmaskinen består av en harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretning 31, en kollimatorlinse 32, en maskeskifter 33, et avbøyningsspeil 34, en galvanoskanner 35, en skannerlinse 36 og et arbeidsbord 37.
Laseren sendt ut fra den harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretningen 31 har en strålediameter optimalisert av kollimatoren 32 og er sendt til masken på maskeskifteren 33. En del av det utsendte lyset passerer gjennom masken og blir kondensert på en spesifisert posisjon gjennom skannerlinsen 36 i galvanoskanneren 35 gjennom avbøyningsspeilet 34 og prosessere arbeidet fiksert på bordet 37.
Mens man prosesserer arbeidet trenger man generelt et pulstog med en spesifisert frekvens, en lang pauseperiode er nødvendig for å sende arbeidet videre og pulsoscillasjonen og pulsperiodene blir repetert.
Figur 12 viser en utgangskarakteristikk av den harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretningen. En lav pulsfrekvens øker pulsenergien og øker muligheten for skade på det ikke-lineære optiske krystallet 26 eller forkorter livstiden til krystallet.
Derfor vil en lang pauseperiode forlenget for å sende arbeidet videre gjøre at forsterkning blir akkumulert i forsterkningsmediet 23 og kunne generere en kjempepuls som kan ødelegge det ikke-lineære optiske krystallet 26 eller forkorte livstiden til krystallet og dermed redusere påliteligheten.
For å unngå slike omstendigheter har den harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretningen 31 generelt innarbeidet i laserprosesseirngsmaskinen FPS-funksjonen som nevnt ovenfor.
I særdeleshet krever finprosesseringen at pulsfrekvensen blir forandret under veis. I dette tilfellet, når FPS funksjonen er suspendert eller selv når FPS funksjonen er anvendt av sikkerhetsmessige grunner, vil perioden for å sende instruksjoner som setter betingelsen for FPS funksjonen være nødvendig og gjøre hele prosesseirngstiden lengre.
I tillegg vil en ustabil puls prosessere arbeidet enhetlig.
Dersom den utsendte kjempepulsen eller første puls blir sendt til et blindmål istedenfor arbeidet, kan galvanoskanner 35 installert i prosesseringsmaskinen eliminere en effekt av pulsen på arbeidet. Det vil imidlertid ikke beskytte det ikke-lineære optiske krystallet 26 og påliteligheten av innretningen fremdeles ikke være forbedret.
En laserinnretning og en metode for å styre innretningen er gitt for å beskytte et ikke-lineær optisk krystall uten tap av syklustid og for å øke påliteligheten til en laserprosesseringsmaskin. Og en laserprosesseringsmaskin som har innretningen og en prosesseringsfremgangsmåte som bruker maskinen er gitt.
Laserinnretningen genererer et laserpulstog formet av en sekvens av laserpulser. Laserinnretningen består av et utgangsspeil, et refleksjonsspeil, et forsterkningsmedium plassert mellom utgangsspeilet og refleksjonsspeilet for å akkumulere laserforsterkningen, en Q-svitsj plassert mellom utgangsspeilet og refleksjonsspeilet for å skru og av en laseroscillasjon i utgangsspeilet, refleksjonsspeilet og forsterkningsmediet, et ikke-lineært optisk krystall for å generere en harmonisk laser ved mottak av en grunnbølgelaser i laseroscillasjonen. Gjennom en første pauseperiode før laserpulstoget vil laseroscillasjonen bli skrudd på av Q-svitsjen og i en annen pauseperiode før hver laserpuls vil laseroscillasjonen bli skrudd av av Q-svitsjen. Figur 1 er et diagram for å forklare en operasjon av Q-svitsjelaseirnnretningen i henhold til et første eksempel på utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 2 er et diagram for å forklare en operasjon av en annen Q-svitsjelaserinnretning i henhold til den første utførelsen. Figur 3 er et diagram for å forklare en operasjon av en Q-svitsj laserinnretning i henhold til et annet eksempel på utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Figur 4 er et diagram for å forklare operasjonen av en annen Q-svitsj laserinnretning i henhold til den andre utførelsen. Figur 5 viser en konfigurasjon av et laserhode til en harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretning i henhold til utførelsen. Figur 6 viser en utgangskarakteristikk av en harmoniskgenererende Q-svitsj laserinnretning i henhold til utførelsen. Figur 7 viser en konfigurasjon av den harmoniskgenererende
Q-svitsj laseirnnretningen.
Figur 8 viser en konfigurasjon av et laserhode i den harmoniskgenererende Q-svitsj laseirnnretningen. Figur 9 viser en kontroll av en konvensjonell harmoniskgenererende Q-svitsj laseroscillator. Figur 10 viser en styring av en konvensjonell harmoniskgenererende Q-svitsj laseroscillator. Figur 11 viser en laserprosesseringsmaskin som bruker en harmoniskgenererende Q-svitsj laseirnnretning. Figur 12 viser en utgangskarakteristikk av en konvensjonell harmoniskgenererende Q-svitsj laseirnnretning.
Operasjonen til en laserinnretning i henhold til et første eksempel på utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen vil bli forklart med referanse til figur 1. Den harmoniskgenererende Q-svitsj laseirnnretningen i henhold til den første utførelsen er den samme som vist i figur 8 og en styring av innretningen vil bli forklart.
I denne innretningen vil en lysbuestrøm i en lampe som sender ut eksitasjonslys eller en strøm til en laserdiode (LD) bli vedlikeholdt konstant og eksitasjonslyseffekten vil dermed holdes konstant og Q-svitsjen blir skrudd på og av for å kontrollere en laseroscillasjon.
Som vist i figur 1 vil man i første periode Tl før en oscillasjon av en harmonisk laser vil Q-svitsjen være skrudd på og setter innretningen i en kontinuerlig oscillasjon for oscillasjon av laseren kontinuerlig. I en spesifisert annen pauseperiode T2A før en harmonisk laserpuls er generert vil Q-svitsjen som er skrudd av gjøre at lasereffekten blir akkumulert i lasermediet belyst med eksitasjonslyset. Den andre pauseperioden T2A er lik varigheten til en pulsperiode TO til laserpulstoget ekstrahert med pulsbredde TW. Pulsbredden TW er så smal at den er neglisjerbar for pulsperioden TO og dermed er pauseperioden T2A betraktelig nært sammenfallende med pulsperioden TO.
Ved å skru på Q-svitsjen 22 i den første pauseperioden Tl før oscillasjonen av den harmoniske laseren blir satt i innretningen til kontinuerlig oscillasjonsmodus, vil en laserforsterkning bli forhindret fra å bli akkumulert i forsterkningsmediet. En spesifisert andre pauseperiode T2A som faller nær sammen med pulsperioden TO til pulstoget som er forhåndssatt før genereringen av pulsene gjør at laserforsterkningen før oscillasjonen av de harmoniske pulsene alltid vil bli holdt på en spesifisert verdi.
Figur 6 viser en laserutgangskarakteristikk av laserinnretningen i henhold til utførelsen. Som det kommer klart frem av diagrammet vil pulsenergien ved lave frekvenser hvor den andre pauseperioden T2A er lang være forhindret fra å stige overdrevet og det ikke-lineære optiske krystallet er beskyttet på grunn av denne karakteirstikken. Denne styringen vil derfor gjøre at harmoniske pulser kan oscillere stabilt og eliminere skader eller forkortelser av livstiden til det ikke-lineære optiske krystallet. Videre vil styringen forhindre at en kjempepuls blir generert uten FPS funksjonen.
I en laserprosesseringsmaskin som har en slik laserinnretning vil en stabil harmonisk puls være oppnådd selv pulstoget blir generert tilfeldig. Den stabile pulsen forbedrer kvaliteten til laserprosesseringen og genererer ikke noe tidstap selv når pulsoscillasjonsbetingelsene forandres, og dermed har man en laserprosesseringsmaskin med høy produktivitet.
Videre vil en kontant lysbuestrøm i en lampe som sender ut eksitasjonslys eller en strøm i en LD laser effektivt forhindre at livet til lampen eller LD blir forkortet på grunn av varmesykler og fluktuasjoner.
En harmonisk genererende Q-svitsj laserinnretning i et intrakavitetssystem i henhold til den første utførelsen er vist i figur 5. Det ikke-lineære optiske krystallet 26 er plassert forskjellig fra innretningen vist i figur 8 og er plassert mellom speilene 21 og 24 og blir derfor kalt et intrakavitetssystem. Denne innretningen inkluderer en harmonisk dispenserenhet 51 likt med en optisk modulator som en akustisk optisk modulator (AOM). Andre komponenter er de samme som i det ekstra kavitetssystemet vist i figur 8 selv om rekkefølgen er forskjellig.
Det ikke lineære optiske krystallet 26 genererer høyere ordens harmoniske når det innfalne lyset har en stor diameter. Derfor kan en svak harmonisk laser være utstyrt med en utgang for infrarøde stråler (IR) i den første pauseperioden Tl i laserpulsen, dvs. en kontinuerlig bølge (CW) av en grunnbølgelaser. Denne innretningen installert i laserprosesseringsmaskinen kan generere den svake harmoniske laseren som overskrider en prosesseringsterskel. Den harmoniske pulsen er utdelt for ekstrahering av bare harmoniske pulser som vist i figur 2 av den harmoniske dispenserinnretningen 51. Innretningen 51 er plassert i den harmoniske utgangsveien som vist i figur 5. Som et resultat vil laserinnretningen til intrakavitetssystemet ha samme effekt som ekstrakavitetssystemet.
Styring av en laserinnretning i henhold til et andre eksempel på utførelse av den foreliggende oppfinnelsen vil bli forklart med referanse i figur 3. Konfigurasjonen av en harmoniskgenererende Q-svitsj laserinnretning i henhold til den andre utførelsen er den samme som vist i figur 8.
Forsterkningsmediet 23 i denne innretningen mottar et eksitasjonslys som har en konstant effekt som på samme måte i den første utførelsen. I den første pauseperioden Tl før en oscillasjon av en harmonisk laser vil Q-svitsj 22 som er skrudd på sette innretningen i en kontinuerlig oscillasjon. I en spesifisert annen pulsperiode T2B før generering av den harmoniske laserpulsen vil Q-svitsj 22 være skrudd av og forårsake at forsterkning akkumuleres i forsterkningsmediet 23 av eksitasjonslyset. Pauseperioden T2B er kortere enn pulsperioden TO til pulstoget. I pauseperioden T2B vil forsterkning akkumulert i mediet 23 være kontrollert og pulsutgangen er dermed kontrollert.
Q-svitsjen 22 som er skrudd på i den første pauseperioden Tl før oscillasjon av den harmoniske laseren setter innretningen i kontinuerlig oscillasjon og forhindrer at laserforsterkningen blir akkumulert eksessivt i forsterkningsmediet. Pauseperioden T2B som er kortere enn pulsperioden kontrollerer laserforsterkningen før oscillasjon av de harmoniske pulsene på en stabil måte.
Figur 6 viser en laserutgangskarakteristikk i henhold til utførelsen. Det er klart fra diagrammet at pulsenergien ved lave frekvenser hvor den andre pauseperioden T2B er lang er forhindret fra å stige over et ukontrollert nivå og det ikke lineære optiske krystallet er beskyttet fra skade eller forkortning av sin livstid på grunn av denne karakteirstikken. Den kortere pauseperioden TB2 er mye mindre enn pulsenergien og det ikke-lineære optiske krystallet er beskyttet mer sikkert. Derfor vil den harmoniske pulsen alltid oscillere stabilt og laserutgangen er kontrollert av pauseperioden T2B. I tillegg vil, selv uten SBF funksjonen, kjempepulsen ikke bli generert.
I laserprosesseringsmaskinen som har en slik laserinnretning vil ikke bare en stabil harmonisk puls bli oppnådd selv pulstoget genereres tilfeldig, men også laserutgang som vil være kontrollert presis gjennom pauseperiodekontrollen, slik at laserprosesseringskvaliteten vil være uovertruffen. Videre vil det ikke oppstå tap av tid selv om pulsoscillasjonsbetingelsene forandres, slik at høy produktivitet kan oppnås.
Videre vil en konstant lysbuestrøm i lampen som sender eksitasjonslyset eller strømmen i en LD effektivt forhindre at livstiden til lampen eller LD'en blir forkortet på grunn av fluktuasjoner.
En harmoniskgenererende Q-svitsjlaserinnretning i et intrakavitetssystem i henhold til den andre utførelsen er vist i figur 5. På samme måte som i den første utførelsen vil det ikke-lineære optiske krystallet 26 være plassert forskjellig fra innretningen vist i figur 8, og er plassert mellom speilene 21 og 24. Kontrollsignalet er vist i figur 4.
I figur 5 er en optisk modulator en harmonisk dispenseirnnretning 51 som kan være akustisk-optisk modulator (AOM). Andre komponenter er de samme som i ekstrakavitetssystemet vist i figur 8 selv om rekkefølgen er forskjellig.
Det ikke-lineære optiske krystallet 26 genererer en høyordens harmonisk når diameteren på den innfalne strålen er stor. Derfor kan en svak harmonisk laser være utstyrt med en infrarød stråle (IR) i den første pauseperioden Tl til laserpulsen, det vil si en kontinuerlig bølge (CW) av en grunnleggende bølgelaser. I denne innretningen installert i laserprosesseirngsmaskinen vil selv en svak harmonisk laser som overskrider en prosesseringsterskel bli trukket ut av den harmoniske dispenserenheten 51. Et kontrollsignal for uttrekk av bare harmoniske pulser som vist i figur 4 er inngang til enheten 51 og er vist i den harmoniske utgangsveien i figur 5.
Videre etter generering av puls kan en svak harmonisk laser bli generert også i periode T3 når Q-svitsjen blir skrudd på. Men den er skjermet av den harmoniske dispenserenheten 51 og kommer derfor ikke ut. Som et resultat vil laserinnretningen med intrakavitetssystemet ha samme effekt som ekstrakavitetssystemet.

Claims (32)

1. En laserinnretning for å generere et laserpulstog formet av en sekvens av laserpulser, karakterisert ved å innbefatte: et utgangsspeil, et refleksjonsspeil, et forsterkningsmedium plassert mellom nevnte utgangsspeil og refleksjonsspeil for å akkumulere en laserforsterkning, en Q-svitsj plassert mellom nevnte utgangsspeil og refleksjonsspeil for å skru på og av en laseroscillasjon ved nevnte utgangsspeil, refleksjonsspeil og forsterkningsmedium, og et ikke-lineært optisk krystall bestrålt med en grunnbølgelaser fra laseroscillasjonen for å generere en harmonisk laser, hvor laseroscillasjonen blir skrudd på av nevnte Q-svitsj under en første pauseperiode før en generering av laserpulstoget, og laseroscillasjonen blir skrudd av av nevnte Q-svitsj under en andre pauseperiode før en generering av laserpulsen, og hvor en effekt til laserpulsen, er kontrollert av den andre pauseperioden.
2. Laserinnretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte ikke-lineære optiske krystall er plassert mellom nevnte utgangsvei og refleksjonsspeil.
3. Laserinnretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at en harmonisk dispenseirnnretning er plassert i en utgangsvei til laserpulsen.
4. Laserinnretning i henhold til krav 3, karakterisert ved at nevnte harmoniske dispenseirnnretning er en optisk modulator.
5. Laserinnretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at hvilket ikke-lineære optiske krystall er plassert på motsatt side av hvilket refleksjonsspeil over hvilket utgangsspeil.
6. Laserinnretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den andre pauseperioden er tilstrekkelig lik med en periode til laserpulstoget ekstrahert fra bredden av laserpulsen.
7. Laserinnretning i henhold til krav 1, karakterisert ved at den andre pauseperioden er mindre enn perioden for laserpulstoget ekstrahert med bredden av laserpulsen.
8. Laserinnretning i henhold til krav 1, karakterisert ved et filter som separerer den harmoniske laseren generert av nevnte ikke-lineære optiske krystall og grunnbølgelaseren.
9. Fremgangsmåte for styring av en laserinnretning som har: et utgangsspeil, et refleksjonsspeil, og et forsterkningsmedium plassert mellom nevnte utgangsspeil og refleksjonsspeil for akkumulering av laserforsterkning, for generering av et laserpulstog formet av en sekvens av periodiske laserpulser av en laseroscillasjon av hvilket utgangsspeil, refleksjonsspeil og forsterkningsmedium, hvor fremgangsmåten er karakterisert ved trinnene: å skru på laseroscillasjon i en første pauseperiode før en generering av laserpulstog; og å skru av laseroscillasjon i en andre pauseperiode for en generering av laserpulsen hvor en effekt til laserpulsen, er kontrollert med den andre pauseperioden.
10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9 som er videre karakterisert ved at den innbefatter trinnet å sende ut kun laserpulsen.
11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10 som er videre karakterisert ved at nevnte trinn for utsending av bare laserpulsen er kjennetegnet ved undertrinnet med å sende ut bare laserpulser fra en optisk modulator.
12. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved at den andre pauseperioden er tilstrekkelig lik med en periode til laserpulstoget ekstrahert med bredden til laserpulsen.
13. Fremgangsmåten i henhold til krav 9, karakterisert v e d at den andre pauseperioden er smalere enn perioden til laserpulstoget ekstrahert med bredden av laserpulsen.
14. Fremgangsmåten i henhold til krav 9, karakterisert ved ved at den videre innbefatter å generere en harmonisk laser fra en grunnbølgelaser med laseroscillasjon.
15. Fremgangsmåte i henhold til krav 14, karakterisert ved at den videre innbefatter å separere den harmoniske laseren og grunnbølgelaseren.
16. Laserprosesseringsmaskin for å prosessere et arbeid, karakterisert ved å innbefatte: nevnte laserinnretning i henhold til krav 1, og et optisk system for å bestråle arbeidet med den genererte harmoniske laseren.
17. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert v e d at nevnte ikke-lineære optiske krystall er plassert mellom hvilket utgangsspeil og refleksjonsspeil.
18. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert v e d en harmonisk dispenserenhet plassert i en utgangsvei til laserpulsen.
19. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 18, karakterisert v e d at hvilken harmoniske dispenserenhet er en optisk modulator.
20. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert v e d at hvilket ikke-lineære optiske krystall er plassert på motsatt side av hvilket refleksjonsspeil og over hvilket utgangsspeil.
21. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert v e d at andre pauseperiode er tilstrekkelig lik med en periode til laserpulstoget ekstrahert med bredden til laserpulsen.
22. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert v e d at den andre pauseperioden er mindre enn perioden til laserpulstoget ekstrahert med bredden til laserpulsen.
23. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert v e d et filter for separering av den harmoniske laseren generert av det ikke-lineære optiske krystallet og grunnbølgelaseren.
24. Laserprosesseringsmaskin i henhold til krav 16, karakterisert ved at arbeidet er et trykt kretskort.
25. Fremgangsmåte for å prosessere et arbeid karakterisert v e d at fremgangsmåten innebefatter trinnene: å anordne nevnte laserprosesseringsapparat i henhold til krav 16, å skru på laseroscillasjonen under den første pauseperioden, og å skru av laseroscillasjonen under den andre pauseperioden for å generere en laser, og å bestråle arbeidet med den genererte laseren.
26. Fremgangsmåte i henhold til krav 25, karakterisert v e d at den videre innbefatter trinnet kun å sende ut laserpulsen.
27. Fremgangsmåte i henhold til krav 26, karakterisert ved at trinnet med å sende ut laserpulsen kun er kjennetegnet med undertrinnet ved å sende ut bare laserpulsen fra en optisk modulator.
28. Fremgangsmåte i henhold til krav 25, karakterisert v e d at den andre pauseperioden er hovedsakelig lik en periode til laserpulstoget ekstrahert med bredden til laserpulsen.
29. Fremgangsmåte i henhold til krav 25, karakterisert v e d at den andre pauseperioden er mindre enn perioden til laserpulstoget ekstrahert med bredden til laserpulsen.
30. Fremgangsmåte i henhold til krav 25, karakterisert ved trinnet å generere en harmonisk laser fra en grunnbølgelaser av laseroscillasj onen.
31. Fremgangsmåte i henhold til krav 30, karakterisert ved trinnet å separere den harmoniske laseren og grunnbølgelaseren.
32. Fremgangsmåte i henhold til krav 25, karakterisert v e d at arbeidet er et trykt kretskort.
NO20012758A 2000-06-06 2001-06-05 Laserinnretning og fremgangsmate for a styre en Q-svitsjet frekvensomformet laser, prosess og system som anvender laserinnretning NO324734B1 (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000168538A JP2001352120A (ja) 2000-06-06 2000-06-06 レーザ装置とその制御方法およびそれを用いたレーザ加工方法とレーザ加工機

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NO20012758D0 NO20012758D0 (no) 2001-06-05
NO20012758L NO20012758L (no) 2001-12-07
NO324734B1 true NO324734B1 (no) 2007-12-03

Family

ID=18671528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20012758A NO324734B1 (no) 2000-06-06 2001-06-05 Laserinnretning og fremgangsmate for a styre en Q-svitsjet frekvensomformet laser, prosess og system som anvender laserinnretning

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6782012B2 (no)
EP (1) EP1162706B1 (no)
JP (1) JP2001352120A (no)
KR (1) KR100776100B1 (no)
NO (1) NO324734B1 (no)
TW (1) TW505552B (no)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3838064B2 (ja) * 2001-09-28 2006-10-25 松下電器産業株式会社 レーザ制御方法
US6931035B2 (en) * 2003-04-14 2005-08-16 Coherent, Inc. Q-switching method for pulse train generation
DE10319327A1 (de) * 2003-04-29 2004-11-25 Siemens Ag Vorrichtung zur Strahlungsbildaufnahme
JP4492041B2 (ja) * 2003-06-04 2010-06-30 パナソニック株式会社 レーザ加工装置とレーザ加工方法
US20060289411A1 (en) * 2005-06-24 2006-12-28 New Wave Research Laser system with multiple operating modes and work station using same
JP4725237B2 (ja) * 2005-08-16 2011-07-13 株式会社Ihi レーザ共振器
JP4869738B2 (ja) * 2006-03-02 2012-02-08 株式会社フジクラ ファイバレーザの出力安定化方法及びファイバレーザ
JP2007273558A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Mitsubishi Electric Corp 波長変換レーザ装置
KR20090018165A (ko) * 2006-05-31 2009-02-19 사이버 레이저 가부시끼가이샤 레이저 펄스 발생 장치 및 방법 및 레이저 가공 장치 및 방법
JP2010199315A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Toshiba Corp 固体レーザ発振装置及び固体レーザ出力パルスの変調方法
JP5842496B2 (ja) * 2011-09-20 2016-01-13 株式会社島津製作所 固体パルスレーザ装置
US8767291B2 (en) * 2012-03-16 2014-07-01 Kla-Tencor Corporation Suppression of parasitic optical feedback in pulse laser systems
JP6008689B2 (ja) * 2012-10-24 2016-10-19 シチズンホールディングス株式会社 レーザ光源装置およびレーザ光源装置を用いたレーザ・プロジェクタ
JP6388823B2 (ja) * 2014-12-01 2018-09-12 株式会社ディスコ レーザー加工装置
CN108471043A (zh) * 2018-04-27 2018-08-31 国科世纪激光技术(天津)有限公司 声光调q固体激光器以及控制方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3747019A (en) 1970-07-16 1973-07-17 Union Carbide Corp Method and means for stabilizing the amplitude and repetition frequency of a repetitively q-switched laser
JPS5879788A (ja) * 1981-11-06 1983-05-13 Nec Corp Qスイツチレ−ザ装置の駆動方法
US4930901A (en) * 1988-12-23 1990-06-05 Electro Scientific Industries, Inc. Method of and apparatus for modulating a laser beam
JPH02260479A (ja) 1989-03-30 1990-10-23 Toshiba Corp レーザ発振装置
JP2677711B2 (ja) 1990-12-26 1997-11-17 ファイン・マシニング株式会社 薄膜精密加工用のyagレーザ加工機
US5226051A (en) * 1991-06-04 1993-07-06 Lightwave Electronics Laser pump control for output power stabilization
JP3199836B2 (ja) 1992-05-18 2001-08-20 株式会社東芝 波長変換レーザ装置
US5812569A (en) * 1997-03-21 1998-09-22 Lumonics, Inc. Stabilization of the output energy of a pulsed solid state laser
DE19747180A1 (de) 1997-10-24 1999-07-22 Coherent Luebeck Gmbh Pulslaser mit Erstpulssteuerung
US6009110A (en) * 1998-03-11 1999-12-28 Lightwave Electronics Corporation Pulse amplitude control in frequency-converted lasers
US6339604B1 (en) * 1998-06-12 2002-01-15 General Scanning, Inc. Pulse control in laser systems
US6108356A (en) * 1999-03-05 2000-08-22 Photonics Industries International, Inc. Intracavity optical parametric oscillators

Also Published As

Publication number Publication date
NO20012758D0 (no) 2001-06-05
TW505552B (en) 2002-10-11
US20020018495A1 (en) 2002-02-14
KR100776100B1 (ko) 2007-11-15
EP1162706B1 (en) 2012-01-25
KR20010110320A (ko) 2001-12-13
US6782012B2 (en) 2004-08-24
EP1162706A2 (en) 2001-12-12
JP2001352120A (ja) 2001-12-21
NO20012758L (no) 2001-12-07
EP1162706A3 (en) 2004-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO324734B1 (no) Laserinnretning og fremgangsmate for a styre en Q-svitsjet frekvensomformet laser, prosess og system som anvender laserinnretning
US7769059B2 (en) High power Q-switched laser for soft tissue ablation
US4841528A (en) Frequency doubled, cavity dumped feedback laser
KR101358241B1 (ko) 동시에 모드-잠겨진, q-스위치된 레이저
US20070153842A1 (en) Laser control method, laser apparatus, laser treatment method used for the same, laser treatment apparatus
JPH11330597A (ja) 短パルスレ―ザシステム
EP2947509B1 (en) Cascaded optical harmonic generation
JP2001189513A (ja) パルス幅調整可能なqスイッチ固体レーザ
JP2009130143A (ja) レーザ発振装置及びその制御方法
JP6508058B2 (ja) 光源装置及び波長変換方法
KR100444919B1 (ko) 레이저 가공 장치
JP2006267377A (ja) 高調波レーザ発振器
NO178515B (no) Lasersystem
US6980574B1 (en) Short pulse separation laser
JP2002208750A (ja) レーザー発振器およびそのレーザーパルス制御方法
EP1180834A2 (en) Laser and method for material processing
JPH05110179A (ja) 短波長短パルス光源
JP2016184651A (ja) 制御装置、制御方法、およびレーザー光発生装置
JP3700516B2 (ja) 波長変換レーザ装置およびレーザ加工装置
JP2011118012A (ja) レーザ光源装置
US20060007967A1 (en) Method for selecting laser output wavelength
Stolzenburg et al. Cavity-dumped intracavity-frequency-doubled Yb: YAG thin disk laser at 100 kHz repetition rate
JP4270228B2 (ja) レーザ装置とその制御方法およびそれを用いたレーザ加工方法とレーザ加工機
JPH0697560A (ja) レーザビーム波長変換装置
JPH11354876A (ja) 超音波qスイッチ装置及びqスイッチレーザ出力装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees