WO2020166420A1 - レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源 - Google Patents

レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源 Download PDF

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WO2020166420A1
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light
laser light
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豪 平野
将尚 鎌田
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ソニー株式会社
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    • H01S5/18305—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] with emission through the substrate, i.e. bottom emission
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    • H01S5/42—Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423—Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Definitions

  • the present technology relates to a laser processing machine, a processing method, and a laser light source.
  • a laser processing device configured to emit multiple beams to speed up laser processing.
  • a laser processing apparatus configured so that pulsed laser light output from one laser oscillator is branched by an optical system and supplied to a plurality of processing heads to emit a plurality of beams. Is listed.
  • an object of the present technology is to provide a laser processing machine, a processing method, and a laser light source that can be downsized.
  • a laser beam machine includes a laser light source and an optical system.
  • the laser light source is a light emitting body having a substrate and a bottom emission type vertical cavity surface emitting laser element provided on one surface of the substrate and emitting excitation light from the other surface side of the substrate.
  • a resonator that is disposed in contact with the light-emitting body on the other surface side of the substrate and that oscillates pulsed laser light when the excitation light is incident.
  • the optical system reduces the pulse laser light and irradiates the object to be processed.
  • the resonator can be arranged on the other surface side of the substrate on the side where the excitation light is emitted.
  • the above-mentioned light emitter may have a plurality of the above-mentioned vertical cavity surface emitting laser elements.
  • the resonator may include a gain medium layer that is excited by the excitation light to oscillate a laser beam, a saturable absorber, and a pair of mirrors that sandwich the gain medium layer and the saturable absorber. Good.
  • a wavelength conversion layer may be further provided between the laser light source and the optical system.
  • a transparent member provided between the optical system and the object to be processed, the thickness of which varies depending on the region, may be further provided.
  • the light emitting body may have a light collecting member that collects the excitation light and emits the light to the resonator.
  • the light emitting body may include a collimating member that collimates and emits the excitation light, and a light collecting member that collects the light emitted from the collimating member and emits the light to the resonator.
  • a control unit for controlling the oscillation of the pulsed laser light from the laser light source may be further provided.
  • the control unit may individually control the emission of the pulsed laser light based on the excitation light emitted from each of the plurality of vertical cavity surface emitting laser elements.
  • the gain medium layer may be Yb:YAG.
  • the above-mentioned supersaturated absorber may be Cr:YAG.
  • a laser processing method includes a substrate and a plurality of bottom emission vertical cavity surfaces provided on one surface of the substrate and emitting excitation light from the other surface side of the substrate.
  • a laser light source having a light-emitting body having a light-emitting laser element, and a resonator disposed on the other surface side of the substrate in contact with the light-emitting body to oscillate a plurality of pulsed laser beams upon incidence of the excitation light.
  • a laser processing machine comprising an optical system that reduces the pulsed laser light and irradiates the object to be processed,
  • the workpiece is processed by irradiating the pulsed laser light oscillated based on the excitation light emitted from each of the vertical cavity surface emitting laser elements adjacent to each other at different oscillation timings.
  • the oscillation timing of the pulsed laser light based on the excitation light emitted from each of the adjacent vertical cavity surface emitting laser elements may be shifted by a half cycle of the pulsed period of the pulsed laser light.
  • a laser processing method includes a substrate and a plurality of bottom emission vertical cavity surfaces provided on one surface of the substrate and emitting excitation light from the other surface side of the substrate.
  • a laser light source having a light-emitting body having a light-emitting laser element, and a resonator disposed on the other surface side of the substrate in contact with the light-emitting body to oscillate a plurality of pulsed laser beams upon incidence of the excitation light.
  • an optical system for reducing the pulsed laser light to irradiate the object to be processed and using a laser processing machine comprising a wavelength conversion layer provided between the laser light source and the optical system,
  • the object to be processed is irradiated with pulsed laser light emitted from the resonator and not passing through the wavelength conversion layer, and pulsed laser light whose wavelength is converted by passing through the wavelength conversion layer to process the object to be processed.
  • a laser processing method includes a substrate and a plurality of bottom emission vertical cavity surfaces provided on one surface of the substrate and emitting excitation light from the other surface side of the substrate.
  • a laser light source having a light-emitting body having a light-emitting laser element, and a resonator disposed on the other surface side of the substrate in contact with the light-emitting body to oscillate a plurality of pulsed laser beams upon incidence of the excitation light.
  • a laser processing machine comprising: an optical system for reducing the pulsed laser beam to irradiate the object to be processed; and a transparent member provided between the optical system and the object to be processed, the thickness of which is different depending on the region. make use of,
  • the target object is processed by irradiating the target object with a plurality of pulse laser beams formed by the transparent member and having different focal lengths.
  • a laser processing method includes a substrate and a plurality of bottom emission vertical cavity surfaces provided on one surface of the substrate and emitting excitation light from the other surface side of the substrate.
  • a laser light source having a light-emitting body having a light-emitting laser element, and a resonator disposed on the other surface side of the substrate in contact with the light-emitting body to oscillate a plurality of pulsed laser beams upon incidence of the excitation light.
  • the resonator is emitted from the resonator to the object to be processed in which the first material processed at the first processing wavelength and the second material processed at the second processing wavelength having different processing wavelengths are stacked.
  • the first pulsed laser light having a first processing wavelength that does not pass through the wavelength conversion layer and the second pulse laser light that has been converted to a second processing wavelength by passing through the wavelength conversion layer are provided as the first pulse laser light. Irradiating the material with different focal lengths by the transparent member so that the focal position of the first pulse laser light comes to the material and the focal position of the second pulse laser light comes to the second material, Process things.
  • a laser light source includes a light emitter and a resonator.
  • the light emitter includes a substrate and a bottom emission vertical cavity surface emitting laser element which is provided on one surface of the substrate and emits excitation light from the other surface side of the substrate.
  • the resonator is disposed on the other surface side of the substrate in contact with the light emitting body and oscillates pulsed laser light when the excitation light enters.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a laser processing machine according to the present technology.
  • the laser processing machine 100 includes a laser light source 4, an optical system 5, a wavelength conversion layer 6, and a transparent member 7 having a thickness that varies depending on the part.
  • the laser processing machine 100 according to the present embodiment irradiates the processing object 8 with a plurality of ultra-short pulse laser beams, and performs drilling, grooving, dividing processing, etc. on the processing object 8.
  • the processing object 8 is, for example, a semiconductor substrate or the like, and fine processing is possible.
  • the laser light source 4 is a multi-beam microchip laser light source that emits a plurality of ultra-short pulsed laser light (hereinafter, also referred to as pulsed laser light) having a pulse width in the picosecond region (1 ps to 1000 ps).
  • the laser light source 4 can emit a plurality of pulsed laser beams in the picosecond region in an array.
  • the laser light source 4 has a plurality of vertical cavity surface emitting laser elements (hereinafter sometimes referred to as VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) elements) 10a to 10d.
  • the VCSEL elements 10a to 10d have the same structure.
  • the VCSEL elements 10a to 10d emit excitation lights 9a to 9d, respectively.
  • the four VCSEL elements are assigned the reference numerals 10a to 10d, but if there is no particular need to distinguish them, the VCSEL element 10 will be described. Similarly, when it is not necessary to distinguish the excitation lights 9a to 9d, the excitation light 9 will be described.
  • a configuration in which four VCSEL elements 10a to 10d are one-dimensionally arranged will be described, but the number and arrangement of the VCSEL elements 10 are not limited to this.
  • the number of the VCSEL elements 10 may be one or two or more. Further, a plurality of VCSEL elements may be arranged in a two-dimensional array.
  • the laser light source 4 emits pulsed laser light having a high power density in the picosecond region with a beam diameter of about 100 ⁇ m, for example.
  • the configuration of the laser light source 4 will be described later.
  • the optical system 5 is a reduction optical system that reduces the beam diameter of the pulsed laser light when the pulsed laser light emitted from the laser light source 4 enters the object to be processed 8 and forms an image on the image plane.
  • the optical system 5 reduces the beam diameter of each pulse laser beam and irradiates the processing target 8 with the pulse laser beams 41, 42, 63, 64 while maintaining the spatial distribution of the pulse laser beams. ..
  • the optical system 5 can be made simple and small, the size of the laser light source 4 can be reduced, and the cost can be reduced. Moreover, the size of the laser light source 4 can be reduced, so that the size of the laser processing machine 100 can be reduced.
  • the wavelength conversion layer 6 is arranged between the laser light source 4 and the optical system 5. By providing the wavelength conversion layer 6, it becomes possible for the wavelength conversion layer 6 to convert the wavelength of the pulsed laser light emitted from the laser light source 4 and obtain a laser light of a shorter wavelength.
  • the wavelength conversion layer 6 is, for example, on a part of the emitting surface of the pulsed laser light of the laser light source 4 so as to convert the wavelength of a part of the pulsed laser light of the plurality of pulsed laser light emitted from the laser light source 4. Correspondingly arranged.
  • the wavelength conversion layer 6 can be configured to have a flat surface, and the wavelength conversion layer 6 can be configured to have a flat surface on the picosecond generation resonator 2 (details will be described later) of the laser light source 4 that can also be configured to have a flat surface. Can be placed in contact with each other.
  • the wavelength conversion layer 6 By providing the wavelength conversion layer 6, it is possible to collectively irradiate the processing target 8 with pulsed laser light having different wavelengths.
  • the processing wavelengths suitable for the respective materials may be different.
  • the pulsed laser beams having different processing wavelengths can be collectively irradiated on the processing target 8. Therefore, it is possible to collectively process each material by the same laser processing machine.
  • the wavelength conversion layer 6 it is possible to obtain a plurality of pulsed laser lights having different wavelengths from one laser light source 4, so that it is not necessary to provide a plurality of laser light sources for each pulsed laser light of different wavelengths. The cost of the laser processing machine can be reduced.
  • the wavelength conversion by the wavelength conversion layer 6 depends on the power density of the incident pulsed laser light.
  • pulsed laser light with a high power density in the picosecond region with a beam diameter of about 100 ⁇ m is incident on the wavelength conversion layer 6 from the laser light source 4, and efficient wavelength conversion is possible.
  • the wavelength conversion layer 6 can be arranged in contact with the laser light source 4, the pulsed laser light oscillated from the laser light source 4 can be efficiently incident on the wavelength conversion layer 6 to increase the light utilization efficiency. it can.
  • the wavelength conversion layer 6 for example, a crystal having a known nonlinear optical characteristic (nonlinear optical crystal) can be used alone or in combination.
  • the fundamental wave is converted into SHG (Second Harmonic Generation, second harmonic), THG (Third Harmonic Generation, third harmonic), FHG (Fourth Harmonic Generation, fourth harmonic), etc.
  • the wavelength can be converted.
  • nonlinear optical crystal for example, KTP, KDP, DKDP, ADP, ⁇ -BBO, CBO, YCOB, GdCOB, GdYCOB, LiNO3, AgGaSe, KTA, CLBP, LBO, LB4, KN, AgGaS, etc. can be used.
  • the wavelength conversion layer 6 a QPM element configured by using the above-mentioned nonlinear optical crystal using a quasi phase matching (Quasi Phase Matching) method can be used.
  • the QPM element is a wavelength conversion element having a periodically poled structure formed in a crystal and is capable of highly efficient wavelength conversion.
  • the pulsed laser light oscillated from the laser light source 4 is wavelength-converted into the second harmonic (second harmonic, SHG) by the second harmonic converter formed of the first nonlinear crystal. Further, the second harmonic wave converted by the second harmonic wave converter and the pulsed laser light not converted into the second harmonic wave by the second harmonic wave converter are summed by the third harmonic wave converter composed of the second nonlinear crystal.
  • the pulsed laser lights 41 and 42 emitted from the laser light source 4 and not transmitted through the wavelength conversion layer 6 have the first wavelength.
  • the pulsed laser lights 63 and 64 emitted from the laser light source 4 and transmitted through the wavelength conversion layer 6 have a second wavelength different from the first wavelength.
  • one laser light source 4 that oscillates a plurality of pulse laser lights having the same wavelength is used to generate a plurality of pulse laser lights having different wavelengths by using the wavelength conversion layer 6.
  • the object 8 to be processed can be irradiated.
  • a transparent member (hereinafter, also referred to as a transparent member) 7 having a different thickness for each part is provided between the optical system 5 and the processing object 8.
  • the pulsed laser light emitted from the laser light source 4 and transmitted through the optical system 5 is incident on the transparent member 7.
  • the transparent member 7 has a different thickness for each part, and in this embodiment, the transparent member 7 has a tapered shape in which the thickness gradually decreases from right to left in the drawing. Note that the transparent member 7 may have a stepped shape having a stepwise different thickness.
  • each pulsed laser light differs depending on the thickness of the portion where the pulsed laser light passes through the transparent member 7, and the focal position of the workpiece 8 to which each pulsed laser light is irradiated differs.
  • the transparent member 7 having a different thickness for each part forms a plurality of pulse laser lights having different focal lengths.
  • the pulsed laser light 41 oscillated based on the excitation light 9a from the VCSEL element 10a is irradiated with the position 81 of the processing target 8 as the focal position.
  • the pulsed laser light 42 based on the excitation light 9b from the VCSEL element 10b is irradiated with the position 82 of the processing object 8 as the focal position.
  • the pulsed laser light 63 based on the excitation light 9c from the VCSEL element 10c is applied with the position 83 of the processing object 8 as the focal position.
  • the pulsed laser light 64 based on the excitation light 9d from the VCSEL element 10d is irradiated with the position 84 of the processing object 8 as the focal position.
  • the positions 81 to 84 are located at different distances from the emission surface of the laser light source 4.
  • the laser processing machine 100 from one laser light source 4 that oscillates a plurality of pulsed laser lights, a plurality of pulses having different focal lengths are used by using the transparent member 7 having different thicknesses for each part. It is possible to irradiate the processing target 8 with laser light. The thinner the transparent member 7 that is transparent, the shorter the focal length.
  • the object to be processed can be processed at different depth positions, such as drilling, grooving, and cutting of a thick object to be processed. Processing can be performed efficiently.
  • the focal length of each pulsed laser beam can be appropriately adjusted depending on the thickness of the transparent member 7 through which the pulsed laser beam passes. Therefore, by configuring the transparent member 7 to be replaceable in the laser processing machine, Even if it changes, by providing the transparent member 7 suitable for the changed processing object 8, efficient processing can be performed.
  • the pulse laser beams having different wavelengths are focused from one laser light source 4 that oscillates a plurality of pulse laser beams having the same wavelength by using the wavelength conversion layer 6 and the transparent member 7.
  • the workpiece 8 can be irradiated with different distances.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the light emitting body 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of the laser processing machine 100, and is a schematic cross-sectional view of the laser light source 4.
  • the laser light source 4 includes a light emitting body 1 which is a semiconductor laser element substrate, a picosecond generation resonator 2, and a control unit 3.
  • the laser light source 4 is a laser oscillator that emits a plurality of pulsed laser lights having a pulse width in the picosecond range (1 ps to 1000 ps). For example, by using an ultra-short pulse laser having a short pulse width such as a picosecond region, the heat melting region of the object to be processed can be reduced and non-thermal processing can be performed, and high quality processing can be realized.
  • the light emitter 1 is an excitation light source that emits the excitation light 9. As shown in FIG. 2, the light emitter 1 has a plurality of, in the present embodiment, four VCSEL elements 10a to 10d, and is configured to emit a plurality of, in this embodiment, four excitation lights 9a to 9d.
  • the plurality of VCSEL elements 10 are formed on the same substrate 11 by using a photolithography technique.
  • a plurality of VCSEL elements can be formed on the substrate 11, and the plurality of VCSEL elements can be cut to collectively manufacture the plurality of light emitting bodies 1, mass production is possible, and cost can be reduced.
  • the detailed structure of the VCSEL device 10 will be described below, but this is an example and the structure is not limited to the structure described below.
  • each VCSEL element 10 includes a substrate 11, an n-DBR (Distributed Bragg Reflector) layer 12, an n-clad layer 13, an active layer 14, a p-clad layer 15, and a constriction layer. 16, a p-DBR layer 17, an n electrode (not shown) and a p electrode (not shown).
  • the VCSEL elements 10a to 10d share the substrate 11.
  • the substrate 11 supports each layer of the VCSEL device 10.
  • the substrate 11 has one surface 11a and the other surface 11b facing each other.
  • the four VCSEL elements 10a to 10d share the substrate 11.
  • the light emitting body 1 has a configuration in which a plurality of VCSEL elements 10 are provided on one surface 11 a of the same substrate 11.
  • the VCSEL element 10 can be manufactured with a positional accuracy of 1 ⁇ m or less.
  • the plurality of VCSEL elements 10 are arranged at a narrow pitch of 100 ⁇ m to 1 mm, for example.
  • the plurality of VCSEL elements 10 are configured to be independently controllable by the control unit 3.
  • the VCSEL element 10 is a bottom emission type (backside illumination type), and the excitation light 9 emitted from the VCSEL element 10 is emitted from the other surface 11b.
  • the bottom emission type has a higher output than the top emission type, so it is preferable to use the bottom emission type.
  • the cooling unit for cooling the light emitting body 1 is provided on the VCSEL element 10 side, that is, on the substrate surface side.
  • the cooling unit is provided on the substrate 11 side, that is, the substrate back surface side.
  • the cooling unit and the active layer 14 are arranged when arranged on the substrate front surface side.
  • the cooling unit As described above, by using the bottom emission type VCSEL element 10, it is possible to dispose the cooling unit so as to be located closer to the active layer 14, which causes a decrease in the maximum light output and an increase in the deterioration speed of the excitation light source. The temperature rise of the active layer 14 can be suppressed more efficiently.
  • a heat sink or the like can be used for the cooling unit.
  • the resonator is arranged in contact with the light emitting body 1 on the back surface side of the substrate (the other surface 11b side of the substrate) on the side from which the excitation light is emitted. You can Therefore, the picosecond generation resonator 2 can be attached to the light emitting body 1, the laser light source 4 can be downsized, and the laser processing machine 100 can be downsized.
  • the n-DBR layer 12 is provided on the substrate 11, which is a semiconductor substrate, and functions as a DBR (Distributed Bragg Reflector) that reflects light of wavelength ⁇ .
  • DBR distributed Bragg Reflector
  • the n-clad layer 13 is a layer stacked on the n-DBR layer 12 and confining light and current in the active layer 14.
  • the active layer 14 is provided on the n-clad layer 13 and emits and amplifies spontaneous emission light.
  • the active layer 14 is formed by alternately stacking a plurality of quantum well layers having a small band gap and barrier layers having a large band gap.
  • the p-clad layer 15 is a layer provided on the active layer 14 and confining light and current in the active layer 14.
  • the constriction layer 16 is provided on the p-clad layer 15 and imparts a constriction effect to the current.
  • the narrowing layer 16 includes an oxidized region 16a and a non-oxidized region 16b.
  • the oxidized region 16a has a low conductivity and a small refractive index, and functions as a light confining region.
  • the non-oxidized region 16b has higher conductivity than the oxidized region 16a and functions as a current injection region.
  • the p-DBR layer 17 is provided on the constriction layer 16 and functions as a DBR that reflects light of wavelength ⁇ .
  • the n electrode is formed in contact with the n-DBR layer 12 and functions as one electrode of the VCSEL element 10.
  • the p electrode is formed on the p-DBR layer 17 and functions as the other electrode of the VCSEL element 10.
  • the p electrode and the n electrode are made of any conductive material.
  • This injection current causes spontaneous emission light in a region of the active layer 14 which is close to the non-oxidized region 16b.
  • the spontaneous emission light travels in the stacking direction of the VCSEL element 10 (direction perpendicular to the layers) and is reflected by the n-DBR layer 12 and the p-DBR layer 17.
  • the n-DBR layer 12 and the p-DBR layer 17 are configured to reflect light of a specific wavelength (hereinafter, oscillation wavelength).
  • the oscillation wavelength component of the spontaneous emission light forms a standing wave between the n-DBR layer 12 and the p-DBR layer 17, and is amplified by the active layer 14.
  • the n-DBR layer 12 and the p-DBR layer 17 form a resonator for laser oscillation.
  • the light that forms the standing wave oscillates passes through the n-clad layer 13, the n-DBR layer 12 and the substrate 11 and is emitted from the other surface 11b.
  • the emission wavelength band of the VCSEL element 10 is 940 nm, but the invention is not limited to this.
  • the picosecond generation resonator 2 as a resonator is provided in contact with the other surface 11b of the substrate 11 of the light emitting body 1.
  • the picosecond generation resonator 2 can be arranged in contact with the substrate 11 on the side from which the excitation light of the light emitting body 1 is emitted, and the laser The light source 4 can be downsized.
  • the picosecond generation resonator 2 and the light emitting body 1 may be, for example, room temperature bonded and completely bonded, or may be fixed in contact with each other by a casing (not shown).
  • the picosecond generation resonator 2 oscillates an ultrashort pulsed laser light having a pulse width in the pico region when the excitation light 9 emitted from the light emitter 1 is incident.
  • the picosecond generation resonator 2 includes a gain medium 21, which is a laser medium, a saturable absorber 22, and a pair of resonator mirrors 23a and 23b.
  • the gain medium 21 absorbs a certain amount of pumping light, stimulated emission exceeds absorption and amplification of laser light occurs.
  • Yb:YAG that oscillates a laser beam having a wavelength of 1030 nm is used as the gain medium 21.
  • the picosecond generation resonator 2 oscillates a pulsed laser beam having a wavelength of 1030 nm.
  • the gain medium 21 in addition to Yb:YAG, Nd:YAG, Nd:YVO 4 , Nd:YLF, Nd:glass, Yb:YAG, Yb:YLF, Yb:FAP, Yb:SFAP, Yb:YVO, Yb. :Glass, Yb:KYW, Yb:BCBF, Yb:YCOB, Yb:GdCOB, YB:YAB and the like can be used.
  • Yb:YAG it is preferable to use Yb:YAG, Nd:YVO 4 , or Nd:YAG as the gain medium 21, and it is particularly preferable to use Yb:YAG.
  • the oscillation wavelength of Yb:YAG is 1030 nm.
  • the oscillation wavelength of Nd:YVO4 and Nd:YAG is 1064 nm.
  • Yb:YAG is a YAG crystal doped with Yb 3+ .
  • Yb:YAG can be excited even with excitation light having a small output power of about several W. Therefore, when the VCSEL element 10 that emits pumping light having a relatively small output power is used as a pumping light source, it is preferable to use a crystal that can be pumped with a small output power, such as a Yb:YAG crystal, as the gain medium 21.
  • Yb:YAG has an effective excitation wavelength range of 935 to 945 nm and a wide absorption bandwidth, it is possible to widen the required wavelength range for the excitation light emitted from the VCSEL element 10 of the light emitting body 1 serving as the excitation light source.
  • the yield can be improved.
  • Yb:YAG has a long fluorescence lifetime of 960 ⁇ s.
  • Nd:YVO 4 is a NVO 3+ doped YVO 4 crystal.
  • Nd:YVO 4 has an effective excitation wavelength range of 805 to 813 nm, has a wide absorption bandwidth, and can widen a required wavelength range for excitation light emitted from the VCSEL element 10 of the light emitting body 1 serving as an excitation light source. The yield can be improved.
  • Nd:YAG is a Nd 3+ doped YAG crystal.
  • the pair of resonator mirrors 23a and 23b are arranged to face each other with the gain medium 21 and the saturable absorber 22 interposed therebetween.
  • the resonator mirrors 23a and 23b are formed by coating one surface of the gain medium 21 and one surface of the saturable absorber 22, respectively.
  • the resonator mirror 23a which is a rear mirror located on the side on which the excitation light 9 is incident, is configured to reflect all laser light having a wavelength of 1030 nm and prevent reflection of laser light having a wavelength of 940 nm.
  • the resonator mirror 23b which is an output mirror located on the side where the laser light is oscillated with respect to the object to be processed 8, partially reflects the laser light having a wavelength of 1030 nm and reciprocates in the picosecond generation resonator 2. It is configured so that a part of the laser beam having a wavelength of 1030 nm can be output to the outside.
  • the saturable absorber 22 is a passive Q switch and can switch the Q value (performance index) of the picosecond generation resonator 2.
  • the supersaturated absorber 22 is a crystal that has a low transmittance of laser light when the energy stored inside is small, and has a high transmittance when the energy stored inside exceeds a threshold value.
  • the gain medium 21 and the saturable absorber 22 are arranged in contact with each other and joined.
  • the Q value is lowered to suppress oscillation of the pulsed laser light until a very large number of atoms in the gain medium 21 are in an excited state, and the Q value is raised after a sufficient number of atoms to increase the pulsed laser light. Oscillate.
  • the transmissivity of the saturable absorber 22 When the intensity of the laser light oscillated from the gain medium 21 is low, the transmissivity of the saturable absorber 22 is low, and the picosecond generation resonator 2 does not oscillate the laser light.
  • the intensity of the laser light oscillated from the gain medium 21 increases and the energy of the laser light exceeds a specific threshold value determined by the structure of the saturable absorber 22, the transmissivity of the saturable absorber 22 increases.
  • the transmittance of the saturable absorber 22 increases, the laser light can pass through the saturable absorber 22, and the picosecond generation resonator 2 oscillates the laser light.
  • the saturable absorber 22 functions as an opening/closing shutter that controls the oscillation of the pulsed laser light, and switches the Q value of the picosecond generation resonator 2 in a short time when sufficient energy is accumulated in the gain medium. As a result, a pulsed laser beam with a large output is momentarily oscillated.
  • a substance having a Q-switching function can be used as the supersaturated absorber 22, and for example, Cr:YAG obtained by doping a YAG crystal with Cr 4+ or V:YAG doped with V 3+ can be used.
  • the plurality of VCSEL elements 10 can be manufactured on the same substrate 11 by using a photolithography technique and have a flat surface.
  • the picosecond generation resonator 2 is formed by stacking a gain medium 21 and a saturable absorber 22 each having one surface mirror-coated, and has a flat surface.
  • the light emitter 1 and the picosecond generation resonator 2 can be arranged so that their surfaces are in contact with each other.
  • the gain medium 21 and the saturable absorber 22 that are each mirror-coated are provided on the back surface side of the semiconductor substrate (the substrate in the state before the substrate 11 is divided) on which the plurality of VCSEL elements 10 are formed. It is possible to manufacture a stacked body by a stacking process such as stacking, divide this, and manufacture a plurality of laser light sources 4 having a plurality of VCSEL elements 10 at once. In this way, mass production is possible, and the cost of the laser light source can be significantly reduced.
  • the control unit 3 independently controls the driving of each of the plurality of VCSEL elements 10 provided in the light emitting body 1, and controls the timing of emission of the excitation light from each VCSEL element 10. Thereby, the timing of oscillation of the plurality of pulse laser lights emitted from the laser light source 4 to the processing object 8 based on the excitation light emitted from each of the plurality of VCSEL devices 10 is individually controlled for each pulse laser light. It will be possible.
  • FIG. 4 is a diagram showing the oscillation timing of the pulse laser beams 41, 42, 63, 64 oscillated from the laser processing machine 100 based on the excitation light emitted from the four VCSEL elements 10.
  • the irradiation timings of the pulsed laser light 63 oscillated based on the excitation light 9c emitted from the VCSEL element 10c and the pulsed laser light 64 oscillated based on the excitation light 9d emitted from the VCSEL element 10d are shown.
  • the irradiation timing of the pulsed laser light oscillated based on the adjacent VCSEL elements 10 is different. More specifically, the emission timing of the excitation light 9 of each VCSEL element 10 is controlled by the control unit 3 so that irradiation is performed with a shift of half a pulse cycle.
  • the irradiation timings of the adjacent pulse laser lights are controlled to be different, and for example, as illustrated in FIG. 4, the irradiation of the adjacent pulse laser lights is controlled to be alternately performed. The influence is reduced, and non-thermal processing can be performed. Therefore, high quality laser processing becomes possible.
  • the time during which heat stays in the irradiation area of the processing object 8 is t.
  • the time t differs depending on the material of the object to be processed, and the repetition frequency of the pulsed laser light in the laser light source 4 is set based on the time t.
  • the repetition frequency is 1/t.
  • each pulsed laser beam 41, 42, 63, 64 is driven at 5 kHz, and the pulse cycle is 200 ⁇ s.
  • the irradiation timings of the adjacent pulsed laser lights are controlled so as to be shifted by 100 ⁇ s corresponding to a half cycle of the pulse cycle.
  • the irradiation start of the pulsed laser light 42 based on the VCSEL element 10b is delayed or preceded by 100 ⁇ s from the irradiation start of the pulsed laser light 41 based on the VCSEL element 10a located next to the VCSEL element 10b.
  • the configuration in which the four VCSEL elements 10a to 10d are arranged one-dimensionally has been described as an example, but in the case of the laser light source in which the plurality of VCSEL elements 10 are two-dimensionally arranged, the above-described configuration is adopted.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the position of an irradiation spot 40 of pulsed laser light emitted from a laser light source in which a plurality of VCSEL elements 10 are arranged.
  • FIG. 5A shows a case where the VCSEL elements 10 are arranged in an array
  • FIG. 5B shows a case where the VCSEL elements 10 are arranged in a staggered manner.
  • the distances between one irradiation spot (hereinafter, referred to as the central irradiation spot 40) and the six irradiation spots 40 surrounding the irradiation spots are equal. Therefore, the number of irradiation spots 40 that are adjacent to and adjacent to the central irradiation spot is six.
  • the central irradiation spot 40 in the drawing, in the vertical direction and in the vertical direction.
  • the four irradiation spots 40 adjacent to the central irradiation spot 40 in the left-right direction are located closer to the central irradiation spot 40 than the other four irradiation spots 40 adjacent in the diagonal direction. Therefore, the number of irradiation spots 40 that are adjacent to and adjacent to the central irradiation spot is four.
  • the arrangement example shown in FIG. 5B has a larger number of adjacent irradiation spots than the arrangement example shown in FIG. It is easily affected by heat. Therefore, in order to reduce the influence of heat and perform thermal processing, there are many restrictions on design items related to processing, such as reducing the processing speed.
  • the number of adjacent irradiation spots is smaller than that in the arrangement example shown in FIG. Therefore, when arranging a plurality of VCSEL elements, it is preferable to adopt the array-like arrangement shown in FIG. 5A in which the number of irradiation spots adjacent to each other is small.
  • FIG. 6 illustrates an example of an irradiation spot 40 of pulsed laser light when a laser light source in which a plurality of VCSEL elements 10 are two-dimensionally arranged is used.
  • FIG. 6A shows the position of the irradiation spot 40 when the excitation light is simultaneously emitted from all the VCSEL elements 10 and the laser light source is moved.
  • FIG. 6B shows the position of the irradiation spot 40 when the laser light source is moved by individually controlling the emission of the excitation light from the VCSEL element 10.
  • the laser light source may be moved to emit the pulsed laser light, or the laser light source may be fixed and the object to be processed may be moved to emit the pulsed laser light.
  • the processing area is a substantially rectangular shape surrounded by a chain line.
  • the laser processing machine 100 of the present embodiment it is possible to collectively process an object to be processed in which a plurality of materials having different absorption wavelengths are laminated.
  • the processing wavelength suitable for each material may be different. Since the laser processing machine 100 of this embodiment is provided with the wavelength conversion layer 6 and the transparent member 7, it is possible to irradiate the processing object 8 with pulsed laser light having different wavelengths with different focal lengths. Therefore, batch processing is possible.
  • the processing object 8 is configured by laminating four layers 811 to 814 made of a plurality of materials having different absorption wavelengths in the thickness direction.
  • the layers 811 and 812 are made of a material that is processed with a first wavelength that is the same as or close to its absorption wavelength.
  • the layers 813 and 814 are made of a material that is processed with a second wavelength that is the same as or close to its absorption wavelength.
  • the first processing wavelength and the second processing wavelength are different wavelengths.
  • the pulsed laser light 41 is irradiated with the surface of the layer 811 as the focal point 81, and the layer 811 is processed.
  • the pulsed laser light 42 is irradiated with a position 82 on the surface of the layer 812 in contact with the layer 811 as a focal position, and the layer 812 is processed. Accordingly, the layers 811 and 812 are efficiently processed by the pulsed laser beams 41 and 42 having the first wavelength suitable for processing the material, respectively.
  • the pulsed laser light 63 is irradiated with the position 83 of the surface of the layer 813 in contact with the layer 812 as a focal position, and the layer 813 is processed.
  • the pulsed laser light 64 is irradiated with the position 84 of the surface of the layer 814 which is in contact with the layer 813 as a focus position, and the layer 814 is processed. Accordingly, the layers 813 and 814 are efficiently processed by the pulsed laser light 63 and 64 having the second wavelength suitable for processing the material, respectively. In this way, by using the pulsed laser light suitable for processing each material to be processed, efficient processing can be performed.
  • the pulse laser beams of different wavelengths are collectively applied to the processing target 8 at different focal positions. Can be irradiated. As a result, efficient machining can be performed, and high-quality machining can be performed at high speed.
  • a laser processing machine that does not include the transparent member 7 and includes the laser light source 4, the optical system 5, and the wavelength conversion layer 6 may be used. With such a laser processing machine, it is possible to irradiate a plurality of pulse laser beams having mutually different wavelengths on a processing target to perform processing. As a result, it is possible to collectively process the respective materials of the object to be processed made of a plurality of materials having different processing wavelengths.
  • the focal lengths of a plurality of pulse laser beams are used. Differently, the object to be processed can be irradiated and processed.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a laser processing machine 600 including the laser light source 4, the optical system 5, and the tapered transparent member 7.
  • FIG. 8 is an example of the processing object 8 processed by using the laser processing machine 600, and is a schematic cross-sectional view of the processing object 8.
  • the tapered transparent member 7 As shown in FIG. 7, by providing the tapered transparent member 7, it is possible to make the focal length from the laser light source 4 to the focal positions 81 to 84 different for each pulse laser light 41 to 44. Since the laser processing machine 600 is not provided with the wavelength conversion layer 6, all the pulse laser beams 41 to 44 have the same wavelength.
  • the tapered transparent member 7 By using the tapered transparent member 7 and processing the object 8 with different focal lengths of the pulsed laser beams 41 to 44, it is possible to easily perform drilling, grooving, and cutting of a thick object. Can be done. For example, when processing is performed using one pulsed laser beam, it is conceivable that the laser light source that oscillates the pulsed laser beam is moved and the focal length is changed to perform scanning a plurality of times. Then, it is necessary to change the focal length for scanning, which takes time. On the other hand, in the laser processing machine 600, by providing the tapered transparent member 7, it is possible to collectively process the processing objects 8 by changing the focal lengths of the plurality of pulse laser beams, and Speeding up is possible.
  • the tapered transparent member 7 by using the tapered transparent member 7 and making the focal lengths of the pulsed laser beams 41 to 44 different, for example, as shown in FIG.
  • the pulsed laser light 41 having a short distance can be scanned first, and the machining in different depth directions can be continuously performed, and the efficient machining can be performed.
  • the transparent member 7 may have a different thickness depending on the processed surface shape of the object 8 to be processed.
  • the repetition frequency of the pulsed laser light is preferably, for example, 50 kHz or less, and more preferably 10 kHz or less.
  • the power of the pulsed laser light is preferably 1 J/cm 2 or less, more preferably 0.5 J/cm 2 . As a result, generation of thermal processing is suppressed, and high quality processing becomes possible.
  • the ultrashort pulsed laser light such as the picosecond pulsed laser light
  • the heat melting region of the object to be processed can be reduced, and non-thermal processing becomes possible.
  • whether it is non-thermal processing or thermal processing depends on the repetition frequency of the pulsed laser light and the power of the pulsed laser light. Therefore, if the repetition frequency is increased to speed up the processing, heat processing will occur due to heat accumulation. Further, if the power is increased, thermal processing will be performed even with an ultra-short wave pulse. Therefore, it is preferable to set the repetition frequency and the power as described above so that the occurrence of thermal processing is suppressed.
  • the numerical values of the repetition frequency and the power of the pulsed laser light given here are examples, and the numerical values are different depending on the material to be processed, and are not limited to the numerical values given above.
  • the irradiation position accuracy of the pulsed laser light oscillated from the laser light source 4 is highly accurate.
  • FIG. 13A is a schematic diagram illustrating the irradiation positions of the pulsed laser beams 41 to 44 oscillated from the laser light source 4 of this embodiment.
  • FIG. 13B is a schematic diagram illustrating the irradiation position of the pulsed laser light 91 oscillated from the laser light source group 704 as a comparative example. Incidentally, in FIG. 13, the illustration of the optical system is omitted.
  • the laser light source group 704 is configured by arranging, for example, a plurality of individually independent single beam microchip laser light sources 90 in a one-dimensional array.
  • One pulse laser beam 91 is oscillated from each single beam microchip laser light source 90.
  • the arrangement pitch b of the single-beam microchip laser light sources 90 is set at equal intervals. May not be possible and pitch deviation may occur. In such a case, the irradiation positions 92 of the plurality of pulse laser beams 91 cannot be set to the predetermined interval c, and it is difficult to obtain a laser processing machine with stable processing accuracy.
  • the single-beam microchip laser light source 90 is arranged so as to be tilted from the normal position, and originally, a plurality of pulse laser lights 91 should be oscillated in parallel from the laser light source group 704, It may not oscillate in parallel.
  • the irradiation positions 92 cannot be arranged at equal intervals, and the longer the distance between the processing position and the laser light source group 704, the greater the deviation of the irradiation position 92 of the pulsed laser light 91, and the processing accuracy. Is difficult to stabilize.
  • the laser light source 4 is configured by stacking the light emitting body 1 and the picosecond generation resonator 2.
  • the light-emitting body 1 is configured by forming a plurality of VCSEL elements 10 that emit excitation light on the same substrate 11 using a photolithography technique with a positional accuracy of 1 ⁇ m or less, and the VCSEL elements 10 are arranged at equal intervals.
  • the picosecond generation resonator 2 is configured by laminating a gain medium 21 and a saturable absorber 22 that are highly accurately polished so that the surfaces facing each other have a rectangular parallelepiped shape.
  • the direction of the pulsed laser light oscillated from the laser light source 4 is determined by the light emitting body 1 and the picosecond generation resonator 2 which are stacked such that their planes are in contact with each other, and the pulsed laser light is emitted from each VCSEL element 10.
  • the emission directions of the pulsed laser light oscillated based on the excitation light can be made parallel to each other.
  • the parallelism of the plurality of pulse laser beams 41 to 44 oscillated from the laser light source 4 is maintained, and the intervals a of the irradiation positions of the pulse laser lights can be made equal. Therefore, it is possible to obtain the laser light source 4 in which the irradiation position accuracy of the pulsed laser light is high.
  • a laser processing machine capable of highly accurate laser processing can be obtained.
  • the laser light source of this embodiment is configured to be capable of oscillating a plurality of pulsed laser lights, an optical system for branching the laser light oscillated from one laser light source into a plurality of laser lights is unnecessary. Therefore, the laser processing machine can be downsized, and the configuration of the laser processing machine can be simplified. Further, since one laser light source can obtain a plurality of pulsed laser beams, it is not necessary to provide a plurality of laser light sources that oscillate one beam, and the cost can be reduced.
  • the VCSEL elements since the plurality of VCSEL elements are formed by using the photolithography technique, the VCSEL elements can be formed with a highly accurate arrangement pitch. Therefore, since the irradiation accuracy of the pulsed laser light oscillated from the laser light source 4 is also high, the mounting and adjustment of the laser light source 4 on the laser processing machine becomes easy.
  • the laser light source can be downsized. That is, since the light emitted from the VCSEL element is a circular beam, an optical system for beam shaping is unnecessary, and the size can be reduced.
  • the laser light source 4 since the light emitter 1 and the picosecond generation resonator 2 are in contact with each other, the laser light source 4 can be downsized.
  • the configuration of the laser light source 4 is not limited to the configurations described above, but may be the configurations shown in the following second to fifth embodiments, for example.
  • the laser light source shown in each of the following embodiments is also a laser oscillator that emits a plurality of pulsed laser lights having a pulse width in the picosecond range (1 ps to 1000 ps). In the following embodiments, a configuration different from the above laser light source will be mainly described.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the laser light source 204 used in the laser processing machine according to the present technology.
  • the laser light source 204 includes a light emitter 201, a picosecond generation resonator 2, and a control unit 3 (not shown).
  • the light-emitting body 201 in the present embodiment differs from the light-emitting body 1 in the first embodiment only in that the shape of the substrate supporting each layer of the VCSEL element 10 is different.
  • the substrate 211 that constitutes a part of the light emitting body 201 in the present embodiment has one surface 211a and the other surface 211b that face each other.
  • the four VCSEL elements 10a to 10d are formed so as to share the substrate 211.
  • the light emitting body 201 has a configuration in which a plurality of VCSEL elements 10 are provided on one surface 211a of the same substrate 211.
  • the other surface 211b from which the excitation light is emitted has a lens array shape in which a plurality of (four in this embodiment) condenser lenses 26a to 26d corresponding to the VCSEL elements 10a to 10d are arranged in a one-dimensional array. ..
  • the four condenser lenses are designated by the reference numerals 26a to 26d, but if there is no particular need to distinguish them, the condenser lens 26 will be described.
  • the light emitter 201 is arranged such that the other surface 211b of the substrate 211 is in contact with the picosecond generation resonator 2.
  • the light emitter 201 and the picosecond generation resonator 2 are fixed so that they are in contact with each other by a casing (not shown).
  • the condenser lens 26 a collects the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10 a and emits it to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens 26b collects the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10b and emits it to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens 26c collects the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10c and emits it to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens 26d collects the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10d and emits it to the picosecond generation resonator 2.
  • the substrate 211 having the other surface 211b having the shape of the condenser lens array corresponds to a condenser member
  • the light emitter 201 is a light emitter with an optical member having a condenser member as an optical member. ..
  • the other surface 211b of the substrate 211 has a one-dimensional arrangement lens array shape.
  • the condenser lens is arranged corresponding to each VCSEL element, so that the other surface has a condenser lens array shape of a two-dimensional arrangement.
  • the condensing diameter of the excitation light emitted to the picosecond generation resonator 2 by the condensing lenses 26a to 26d is set to 100 ⁇ m at which Yd:YAG used for the gain medium 21 easily oscillates the pulsed laser light. There is. This makes it possible to obtain a laser light source having an efficient oscillation characteristic.
  • the effect of providing this light collecting member is the same in the following third to fifth embodiments.
  • the VCSEL element is a bottom emission type in which excitation light is emitted from the back surface side of the substrate, the light condensing function can be obtained only by molding the substrate supporting the VCSEL element into a lens array shape. It is also possible to use a light-emitting body also having the above-mentioned structure, and it is possible to downsize the laser light source.
  • the other surface of the substrate supporting the VCSEL element has a condensing lens array shape, but as in the present embodiment shown in FIG. 10, the other surface of the substrate has a condensing lens array shape.
  • a condenser lens array substrate made of a member different from the substrate supporting the VCSEL element may be separately provided.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the laser light source 304 used in the laser processing machine according to the present technology.
  • the laser light source 304 includes a light emitter 301, a picosecond generation resonator 2, and a control unit 3 (not shown).
  • the light emitter 301 has a plurality of VCSEL elements 10 formed by sharing the substrate 11, and a condenser lens array substrate 38 as a condenser member arranged in contact with the other surface 11b of the substrate 11.
  • the light emitting body 301 is a light emitting body with an optical member having a light collecting member as an optical member.
  • the condenser lens array substrate 38 and the substrate 11 may be bonded to each other, or may be fixed so as to be in contact with each other by a casing (not shown).
  • the condenser lens array substrate 38 of the light-emitting body 301 and the picosecond generation resonator 2 are fixed so as to be in contact with each other by a casing (not shown).
  • the light emitter 301 has a condensing lens array shape in which a plurality (four in this embodiment) of condensing lenses 36 corresponding to the VCSEL elements 10a to 10d are arranged in a one-dimensional array.
  • the external condenser lens array substrate 38 may be provided.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the laser light source 404 used in the laser processing machine according to the present technology.
  • the laser light source 404 includes a light emitter 401, a picosecond generation resonator 2, and a control unit 3 (not shown).
  • the light emitting body 401 has a plurality of VCSEL elements 10 formed by sharing the substrate 411 and a condenser lens array substrate 48.
  • the substrate 411 has one surface 411a and the other surface 411b facing each other.
  • a plurality of VCSEL elements 10 are provided on one surface 411a.
  • the other surface 411b from which the excitation light is emitted has a collimator lens array shape in which a plurality (four in the present embodiment) of collimator lenses 47a to 47d corresponding to the VCSEL elements 10a to 10d are arranged in a one-dimensional array. ..
  • the collimator lens 47a collimates the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10a and emits it to the collimator lens array substrate 402.
  • the collimating lens 47b emits the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10b
  • the collimating lens 47c emits the excitation light emitted from the corresponding VCSEL element 10c
  • the collimating lens 47d emits the excitation light from the corresponding VCSEL element 10d.
  • the excitation light is collimated and emitted to the condenser lens array substrate 48.
  • the substrate 411 corresponds to a collimating member.
  • the four collimator lenses are designated by the reference numerals 47a to 47d, but if there is no particular need to distinguish them, the collimator lens 47 will be described.
  • the condenser lens array substrate 48 corresponding to the condenser member is arranged in contact with the other surface 411b of the substrate 411.
  • the condenser lens array substrate 48 has a condenser lens array shape in which a plurality (four in this embodiment) of condenser lenses 46a to 46d corresponding to the VCSEL elements 10a to 10d are arranged in a one-dimensional array.
  • the condenser lenses 46a to 46d and the collimator lenses 47a to 47d are arranged so as to correspond to and overlap with each other.
  • the condenser lens 46 a collects the light emitted from the corresponding VCSEL element 10 a and collimated by the collimator lens 47 a, and emits the light to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens 46 b emits the light emitted from the corresponding VCSEL element 10 b and collimated by the collimator lens 47 b to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens 46 c emits the light emitted from the corresponding VCSEL element 10 c and collimated by the collimator lens 47 c to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens 46d collects the light emitted from the corresponding VCSEL element 10d and collimated by the collimator lens 47d, and emits the light to the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens array substrate 48 is arranged between the substrate 411 and the picosecond generation resonator 2.
  • the condenser lens array substrate 48 is fixed to the picosecond generation resonator 2 so as to be in contact with each other by a joint or a casing.
  • the condenser lens array substrate 48 and the light emitter 401 are in contact with each other and fixed by the housing.
  • the light-emitting body 401 is a light-emitting body with an optical member that has a condensing member and a collimating member as optical members.
  • the collimating member By providing the collimating member in this way, the convergent light and divergent light that do not contribute to the oscillation of the pulsed laser light in the gain medium contained in the pumping light are eliminated, and the pulsed laser light is efficiently oscillated. That is, although the convergent light and the divergent light absorbed by the gain medium are converted into heat and hinder the oscillation of the pulsed laser light, the pulsed laser light is efficiently oscillated by collimating the excitation light.
  • the other surface of the substrate supporting the VCSEL element 10 has a collimating lens array shape, but the other surface of the substrate does not have a lens array shape as in the present embodiment shown in FIG. It is also possible to separately provide a collimator lens array substrate made of a member different from the substrate supporting the VCSEL element 10.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the laser light source 504 used in the laser processing machine according to the present technology.
  • the laser light source 504 includes a light emitting body 501, a picosecond generation resonator 2, and a control unit 3 (not shown).
  • the light emitter 501 has a plurality of VCSEL elements 10 formed by sharing the substrate 11, a collimator lens array substrate 59 that is a collimating member, and a condenser lens array substrate 48 that is a condensing member.
  • the light-emitting body 501 is a light-emitting body with an optical member that has a light-collecting member as an optical member and a collimating member.
  • the collimator lens array substrate 59 is arranged in contact with the other surface 11b of the substrate 11.
  • the collimator lens array substrate 59 is fixed to the light emitting body 501 so as to be positioned in contact with each other by a joint or a casing.
  • the collimator lens array substrate 59 has a collimator lens array shape in which a plurality (four in this embodiment) of collimator lenses 57 corresponding to the VCSEL elements 10a to 10d are arranged in a one-dimensional array.
  • the external collimator lens array substrate 59 may be used.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the laser light source according to this embodiment.
  • the picosecond generation resonator of the laser light source may have a dielectric multilayer film 24 between the gain medium 21 and the saturable absorber 22 as shown in FIG.
  • the laser light source 604 includes a light emitting body 1, a picosecond generation resonator 602, and a control unit 3 (not shown).
  • the picosecond generation resonator 602 as a resonator is provided in contact with the other surface 11b of the substrate 11 of the light emitting body 1.
  • the picosecond generation resonator 602 oscillates ultrashort pulsed laser light having a pulse width in the pico region when the excitation light 9 emitted from the light emitter 1 is incident.
  • the picosecond generation resonator 602 includes a gain medium 21, a saturable absorber 22, a dielectric multilayer film 24 arranged between the gain medium 21 and the saturable absorber 22, and a pair of resonator mirrors 23a and 23b.
  • the dielectric multilayer film 24 is a film having a function of having a reflectance of 99% or more for the excitation light wavelength and a transmittance of 95% or more for the oscillation light wavelength (laser light wavelength). In the design of the dielectric multilayer film 24, it is more preferable that both the reflectance and the transmittance are close to 100%, but the transmittance with respect to the oscillation light wavelength is suppressed in order to suppress the occurrence of malfunction due to leakage of excitation light described later. It is preferable to prioritize that the reflectance is high with respect to the excitation light wavelength.
  • the pumping light that has entered the dielectric multilayer film 24 through the gain medium 21 is reflected by the dielectric multilayer film 24 and enters the gain medium 21 again.
  • the medium 21 will absorb the excitation light that travels back and forth in its thickness direction. Therefore, by providing the dielectric multilayer film 24, the thickness of the gain medium 21 can be reduced, and the material cost can be reduced.
  • the pulse width of the pulsed laser light emitted from the laser light source 604 depends on the resonator length (distance between the pair of resonator mirrors 23a and 23b), the thickness of the gain medium 21 can be reduced to be shorter. It can be pulsed.
  • the pumping light when the pumping light is not sufficiently absorbed by the gain medium 21, the pumping light is incident on the saturable absorber 22 and causes a malfunction of the Q switch of the saturable absorber 22.
  • the dielectric multilayer film 24 since the dielectric multilayer film 24 is provided, it is possible to suppress the leakage of the excitation light to the saturable absorber 22 and suppress the occurrence of malfunction of the Q switch. .. Therefore, the laser light source 604 having stable operation characteristics can be obtained.
  • the laser light source having the light emitting body provided with the plurality of VCSEL elements is taken as an example, but the laser light source having the light emitting body provided with one VCSEL element may be used.
  • the condensing lens and the collimating lens are provided in a one-to-one relationship for each VCSEL element.
  • a configuration in which a collimator lens is provided may be used.
  • the presence or absence of the wavelength conversion layer may be selectable, or the wavelength conversion layer may be exchangeable. Further, it is possible to arbitrarily set the arrangement position of the wavelength conversion layer with respect to the laser light source so that the pulse laser light of the portion where the wavelength conversion is desired can be selected from the plurality of pulsed laser light oscillated from the laser light source. Good. This makes it possible to perform processing suitable for the object to be processed.
  • the presence or absence of the transparent member may be selectable, or the transparent members having different thicknesses depending on the parts may be replaceable. This makes it possible to perform processing suitable for the object to be processed.
  • a light emitting body having a substrate, a bottom emission type vertical cavity surface emitting laser element provided on one surface of the substrate and emitting excitation light from the other surface side of the substrate, and the other of the substrates
  • a laser light source having a resonator that oscillates pulsed laser light by the incidence of the excitation light, which is arranged in contact with the light emitter on the surface side of
  • the resonator has a gain medium layer that is excited by the excitation light to oscillate a laser beam, a saturable absorber, and a pair of mirrors that sandwich the gain medium layer and the saturable absorber. ..
  • a laser beam machine further comprising a wavelength conversion layer provided between the laser light source and the optical system.
  • a laser beam machine further comprising: a transparent member provided between the optical system and the object to be processed, the thickness of which is different depending on the region.
  • the laser processing machine wherein the light emitter has a collimating member that collimates and emits the excitation light, and a condensing member that condenses the light emitted from the collimating member and emits the light to the resonator.
  • a laser beam machine further comprising a control unit for controlling the oscillation of the pulsed laser light from the laser light source.
  • the laser processing machine according to any one of (1) to (9) above,
  • the gain medium layer is Yb:YAG. Laser processing machine.
  • the laser processing machine according to any one of (1) to (10) above,
  • the supersaturated absorber is a Cr:YAG laser processing machine.
  • a laser light source having a resonator that oscillates a plurality of pulsed laser light upon incidence of the excitation light, the resonator being disposed on the other surface side in contact with the light emitting body,
  • An optical system for reducing the pulsed laser beam and irradiating the object to be processed is used, Laser processing method for processing the object to be processed by irradiating the pulsed laser light oscillated based on the excitation light emitted from each of the adjacent vertical cavity surface emitting laser elements at different oscillation timings .
  • a laser light source having a resonator that oscillates a plurality of pulsed laser light upon incidence of the excitation light, the resonator being disposed on the other surface side in contact with the light emitting body,
  • An optical system that reduces the pulsed laser light and irradiates the object to be processed, Using a laser processing machine comprising a wavelength conversion layer provided between the laser light source and the optical system, The object to be processed is irradiated with pulsed laser light emitted from the resonator and not passing through the wavelength conversion layer, and pulsed laser light whose wavelength is converted by passing through the wavelength conversion layer to process the object to be processed.
  • Laser processing method comprising a wavelength conversion layer provided between the laser light source and the optical system
  • a substrate a light emitter provided on one surface of the substrate, and a plurality of bottom emission type vertical cavity surface emitting laser elements for emitting excitation light from the other surface side of the substrate, and the substrate
  • a laser light source having a resonator that oscillates a plurality of pulsed laser light upon incidence of the excitation light, the resonator being disposed on the other surface side in contact with the light emitting body,
  • An optical system that reduces the pulsed laser light and irradiates the object to be processed, Using a laser processing machine comprising a transparent member provided between the optical system and the object to be processed, the thickness of which varies depending on the site,
  • a laser light source having a resonator that oscillates a plurality of pulsed laser light upon incidence of the excitation light, the resonator being disposed on the other surface side in contact with the light emitting body,
  • An optical system that reduces the pulsed laser light and irradiates the object to be processed,
  • a wavelength conversion layer provided between the laser light source and the optical system, Using a laser processing machine comprising a transparent member provided between the optical system and the object to be processed, the thickness of which varies depending on the site, The resonator is emitted from the resonator to the object to be processed in which the first material processed at the first processing wavelength and the second material processed at the second processing wavelength having different processing wavelengths are stacked.
  • the first pulsed laser light having a first processing wavelength that does not pass through the wavelength conversion layer and the second pulse laser light that has been converted to a second processing wavelength by passing through the wavelength conversion layer are provided as the first pulse laser light. Irradiating the material with different focal lengths by the transparent member so that the focal position of the first pulse laser light comes to the material and the focal position of the second pulse laser light comes to the second material, Laser processing method for processing objects.
  • a substrate a light-emitting body provided on one surface of the substrate, having a bottom emission type vertical cavity surface-emitting laser element that emits excitation light from the other surface side of the substrate,
  • a laser light source comprising: a resonator disposed on the other surface side of the substrate in contact with the light emitter to oscillate a pulsed laser beam when the excitation light is incident.
  • Collimating lens array substrate (collimating member) 100, 600...
  • Laser processing machine 211... Substrate (light-collecting member) 211a... One surface 211b... Other surface 411... Substrate (collimating member) 411a... One surface 411b... The other surface

Abstract

【課題】小型化が可能なレーザ加工機、加工方法、及びレーザ光源を提供する。 【解決手段】レーザ加工機は、レーザ光源と、光学系とを具備する。上記レーザ光源は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する共振器と、を有する。上記光学系は、上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する。

Description

レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源
　本技術は、レーザ加工機、加工方法及びレーザ光源に関する。
　レーザ加工において、高品質の加工を高速で実行することが求められており、このような加工を行う加工機の小型化及び低コスト化が求められている。
　レーザ加工を高速化するためにマルチビームが出射可能に構成されたレーザ加工装置がある。例えば、特許文献１には、１台のレーザ発振器から出力されるパルス状のレーザ光を、光学系で分岐して複数の加工ヘッドへ供給し、複数のビームを出射可能に構成したレーザ加工装置が記載されている。
特開２００３－５３５７６号公報
　特許文献１に記載されるように、1台のレーザ発振器から出力されるレーザ光を分岐してマルチビームを得る場合、レーザ光を分岐するための複雑な光学系が必要となり、小型化が困難であった。
　以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、小型化が可能なレーザ加工機、加工方法、及びレーザ光源を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本技術の一形態に係るレーザ加工機は、レーザ光源と、光学系とを具備する。
　上記レーザ光源は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する共振器と、を有する。
　上記光学系は、上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する。
　この構成によれば、ボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子を用いているので、励起光が出射される側となる基板の他方の面側に共振器を配置することができる。
　上記発光体は、複数の上記垂直共振器型面発光レーザ素子を有してもよい。
　上記共振器は、上記励起光により励起されてレーザ光を発振する利得媒質層と、過飽和吸収体と、上記利得媒質層と上記過飽和吸収体とを挟持する一対のミラーと、を有してもよい。
　上記レーザ光源と上記光学系との間に設けられた波長変換層を更に具備してもよい。
　上記光学系と上記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材を更に具備してもよい。
　上記発光体は、上記励起光を集光して上記共振器に対して出射する集光部材を有してもよい。
　上記発光体は、上記励起光をコリメートして出射するコリメート部材と、上記コリメート部材から出射された光を集光して上記共振器に出射する集光部材を有してもよい。
　上記レーザ光源からの上記パルスレーザ光の発振を制御する制御部を更に具備してもよい。
　上記制御部は、複数の上記垂直共振器型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づく上記パルスレーザ光の出射を個別に制御してもよい。
　上記利得媒質層は、Ｙｂ：ＹＡＧであってもよい。
　上記過飽和吸収体は、Ｃｒ：ＹＡＧであってもよい。
　本技術の一形態に係るレーザ加工方法は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系とを具備するレーザ加工機を用いて、
　隣り合う上記垂直共振型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づいて発振される上記パルスレーザ光をそれぞれの発振のタイミングを異ならせて照射して上記加工対象物を加工する。
　隣り合う上記垂直共振型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づく上記パルスレーザ光の発振のタイミングを、上記パルスレーザ光のパルス周期の半周期分ずらしてもよい。
　本技術の一形態に係るレーザ加工方法は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、上記レーザ光源と上記光学系との間に設けられた波長変換層とを具備するレーザ加工機を用いて、
　上記加工対象物に、上記共振器から出射され上記波長変換層を通過しないパルスレーザ光と、上記波長変換層を通過することにより波長変換されたパルスレーザ光を照射して上記加工対象物を加工する。
　本技術の一形態に係るレーザ加工方法は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、上記光学系と上記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材とを具備するレーザ加工機を用いて、
　上記加工対象物に、上記透明部材によって形成される互いに焦点距離が異なる複数のパルスレーザ光を照射して、上記加工対象物を加工する。
　本技術の一形態に係るレーザ加工方法は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、上記レーザ光源と上記光学系との間に設けられた波長変換層と、上記光学系と上記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材とを具備するレーザ加工機を用いて、
　加工波長が互いに異なる第１の加工波長で加工される第１の材料と第２の加工波長で加工される第２の材料とが積層されてなる上記加工対象物に、上記共振器から出射され上記波長変換層を通過しない第１の加工波長の第１のパルレーザ光と、上記波長変換層を通過することにより第２の加工波長に変換された第２のパルスレーザ光を、上記第１の材料に上記第１のパルスレーザ光の焦点位置が、上記第２の材料に上記第２のパルスレーザ光の焦点位置がくるように上記透明部材によって焦点距離を異ならせて照射し、上記加工対象物を加工する。
　本技術の一形態に係るレーザ光源は、発光体と、共振器とを具備する。
　上記発光体は、基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する。
　上記共振器は、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する。
本技術の一実施形態に係るレーザ加工機の模式断面図である。 上述のレーザ加工機の一部を構成する発光体の模式断面図である。 第１の実施形態に係るレーザ光源の模式断面図である。 パルスレーザ光の照射タイミングを説明するための図である。 加工対象物に照射される、複数の垂直共振型面発光レーザ素子に基づくパルスレーザ光の位置関係を説明するための図である。 加工方法の一例を説明するための図である。 他のレーザ加工機の模式断面図である。 加工対象物の加工の様子を説明するための図である。 第２の実施形態に係るレーザ光源の模式断面図である。 第３の実施形態に係るレーザ光源の模式断面図である。 第４の実施形態に係るレーザ光源の模式断面図である。 第５の実施形態に係るレーザ光源の走査例を説明する図である。 本技術に係るレーザ光源からのパルスレーザ光の照射スポット位置と比較例に係るレーザ光源からのパルスレーザ光の照射スポット位置を説明するための模式図である。 第６の実施形態に係るレーザ光源の模式断面図である。
　以下、本技術のレーザ加工機、レーザ光源、レーザ加工法について、実施形態を例にあげて説明する。同様の構成については同様の符号を付し、既に説明がある構成についてはその説明を省略する場合がある。
＜第１の実施形態＞
　［レーザ加工機の構成］
　本技術に係るレーザ加工機の一実施形態を説明する。
　図１は、本技術に係るレーザ加工機の模式断面図である。
　図１に示すように、レーザ加工機１００は、レーザ光源４と、光学系５と、波長変換層６と、厚みが部位によって異なる透明部材７と、を具備する。本実施形態に係るレーザ加工機１００は、加工対象物８に対して、複数の超短パルスレーザ光を照射し、加工対象物８に対し穴あけ加工、溝加工、分断加工等を施す。加工対象物８としては例えば半導体基板等があり、微細な加工が可能である。
　レーザ光源４は、ピコ秒領域（１ｐｓ～１０００ｐｓ）のパルス幅の超短パルスレーザ光（以下、パルスレーザ光と称する場合がある。）を複数出射するマルチビームマイクロチップレーザ光源である。レーザ光源４は、複数のピコ秒領域のパルスレーザ光をアレイ状に出射可能である。
　レーザ光源４は、複数の垂直共振器型面発光レーザ素子（以下、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）素子と称する場合がある。）１０ａ～１０ｄを有する。ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄはそれぞれ同じ構造を有する。各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄは、それぞれ励起光９ａ～９ｄを出射する。
　本実施形態では、４つのＶＣＳＥＬ素子それぞれに１０ａ～１０ｄの符号を付したが、特に区別する必要がない場合は、ＶＣＳＥＬ素子１０として説明する。同様に、励起光９ａ～９ｄというように特に区別する必要がない場合は、励起光９として説明する。
　また、本実施形態では、４つのＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄが１次元配列された構成をあげて説明するが、ＶＣＳＥＬ素子１０の数及び配列はこれに限定されない。ＶＣＳＥＬ素子１０の数は、１つ又は２つ以上であってもよい。また、複数のＶＣＳＥＬ素子を２次元配列で配置してもよい。
　レーザ光源４からは例えばビーム径が１００μｍ程度のピコ秒領域のパワー密度が高いパルスレーザ光が出射される。
　レーザ光源４の構成については後述する。
　光学系５は、レーザ光源４から出射されるパルスレーザ光の加工対象物８への入射時のパルスレーザ光のビーム径を縮小して像面に結像する縮小光学系である。
　光学系５は、複数のパルスレーザ光４１、４２、６３、６４を、それらのパルスレーザ光の空間分布を維持しながら、各パルスレーザ光のビーム径を縮小し、加工対象物８へ照射する。
　本実施形態では、レーザ光源４から複数のパルスレーザ光が発振されるので、加工対象物に照射する複数のパルスレーザ光を得るために１つのレーザ光を分岐する光学系が不要となる。これにより、単純かつ小型な光学系５とすることができ、レーザ光源４の大きさを小型化することができ、また、低コスト化が可能となる。また、レーザ光源４の小型化により、レーザ加工機１００全体の大きさを小型化することができる。
　波長変換層６は、レーザ光源４と光学系５との間に配置される。波長変換層６を設けることにより、波長変換層６はレーザ光源４から出射されるパルスレーザ光の波長を変換し、より短波長のレーザ光を得ることが可能となる。
　波長変換層６は、例えば、レーザ光源４から出射される複数のパルスレーザ光のうち一部のパルスレーザ光の波長を変換するように、レーザ光源４のパルスレーザ光の出射面の一部に対応して配置される。
　波長変換層６は平面を有するように構成でき、波長変換層６を、同じく平面を有するように構成可能なレーザ光源４のピコ秒発生共振器２（詳細については後述する。）に、平面同士を接して配置することができる。
　波長変換層６を設けることにより、異なる波長のパルスレーザ光を加工対象物８に対して一括して照射することができる。
　例えば、加工対象物８が吸収波長の異なる複数の材料を有する場合、各材料に適した加工波長が異なる場合がある。本実施形態では異なる加工波長のパルスレーザ光を一括して加工対象物８に照射することができるので、各材料に対する加工を同一のレーザ加工機で一括して行うことができる。
　また、波長変換層６を設けることにより、１つのレーザ光源４から波長の異なる複数のパルスレーザ光を得ることができるので、異なる波長のパルスレーザ光毎に複数のレーザ光源を設ける必要がなく、レーザ加工機の低コスト化が可能となる。
　波長変換層６による波長変換には入射されるパルスレーザ光のパワー密度が係る。本実施形態では、波長変換層６には、ビーム径が１００μｍ程度のピコ秒領域のパワー密度の高いパルスレーザ光がレーザ光源４から入射され、効率のよい波長変換が可能となる。
　また、波長変換層６はレーザ光源４と接して配置することができるので、レーザ光源４から発振されるパルスレーザ光は効率よく波長変換層６に入射され、光の利用効率を高くすることができる。
　波長変換層６には、例えば、既知の非線形光学特性を有する結晶（非線形光学結晶）を単一、もしくは組み合わせて用いることができる。波長変換層６を用いることにより、基本波を、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation、第２高調波）、ＴＨＧ（Third Harmonic Generation、第３高調波）、ＦＨＧ（Fourth Harmonic Generation、第４高調波）等に波長変換することができる。
　非線形光学結晶としては、例えば、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＤＫＤＰ、ＡＤＰ、β―ＢＢＯ、ＣＢＯ、ＹＣＯＢ、ＧｄＣＯＢ、ＧｄＹＣＯＢ、ＬｉＮＯ３、ＡｇＧａＳｅ、ＫＴＡ、ＣＬＢＰ、ＬＢＯ、ＬＢ４、ＫＮ、ＡｇＧａＳ等を用いることができる。
　また、波長変換層６として、上述した非線形光学結晶に疑似位相整合（Quasi Phase Matching）法を用いて構成したＱＰＭ素子を用いることができる。ＱＰＭ素子は、周期分極反転構造を結晶内に形成した波長変換素子からなり、高効率の波長変換が可能である。
　例えば、ＱＰＭ素子において、第１の非線形結晶からなる２倍波変換部によりレーザ光源４から発振されるパルスレーザ光を２倍波（第２高調波、ＳＨＧ）に波長変換する。更に、２倍波変換部により変換された２倍波と、２倍波変換部で２倍波に変換されなかったパルスレーザ光とを第２の非線形結晶からなる３倍波変換部により、和調波として３倍波を発生させて、パルスレーザ光を３倍波（第３高調波、ＴＨＧ）に変換させる方法等がある。
　図１に示す例では、レーザ光源４から出射され波長変換層６を透過しないパルスレーザ光４１及び４２は第１の波長を有する。一方、レーザ光源４から出射され波長変換層６を透過したパルスレーザ光６３及び６４は、第１の波長とは異なる第２の波長を有する。
　このように、本実施形態のレーザ加工機１００では、同じ波長のパルスレーザ光を複数発振する１つのレーザ光源４から、波長変換層６を用いて、波長が互いに異なる複数のパルスレーザ光を、加工対象物８に照射することができる。
　部位毎に厚みが異なる透明部材（以下、透明部材と称する場合がある。）７は、光学系５と加工対象物８との間に設けられる。透明部材７にはレーザ光源４から出射され光学系５を透過したパルスレーザ光が入射される。
　透明部材７は、部位毎に厚みが異なり、本実施形態においては、図面上、右から左に向かって厚みが漸次減少するテーパ状を有している。尚、厚みが段階的に異なる階段形状の透明部材７としてもよい。
　パルスレーザ光が透明部材７を通過する部位の厚みによって、各パルスレーザ光の焦点距離が異なり、加工対象物８における各パルスレーザ光が照射される焦点位置が異なる。このように、部位毎に厚みが異なる透明部材７は、焦点距離が互いに異なる複数のパルスレーザ光を形成する。
　例えば、図１に示す例では、ＶＣＳＥＬ素子１０ａからの励起光９ａに基づいて発振されるパルスレーザ光４１は、加工対象物８の位置８１を焦点位置として照射される。
　ＶＣＳＥＬ素子１０ｂからの励起光９ｂに基づくパルスレーザ光４２は加工対象物８の位置８２を焦点位置として照射される。
　ＶＣＳＥＬ素子１０ｃからの励起光９ｃに基づくパルスレーザ光６３は加工対象物８の位置８３を焦点位置として照射される。
　ＶＣＳＥＬ素子１０ｄからの励起光９ｄに基づくパルスレーザ光６４は加工対象物８の位置８４を、それぞれ焦点位置として照射される。
　位置８１～８４は、レーザ光源４の出射面からの距離が互いに異なった位置にある。
　このように、本実施形態のレーザ加工機１００では、複数のパルスレーザ光を発振する１つのレーザ光源４から、部位毎に厚みが異なる透明部材７を用いて、焦点距離が互いに異なる複数のパルスレーザ光を、加工対象物８に照射することができる。
　透過する透明部材７の厚みが薄いほど焦点距離が短くなる。
　各パルスレーザ光の焦点距離を変えることができる透明部材７を用いることにより、加工対象物を異なる深さ位置で加工することができ、厚みの厚い加工対象物の穴あけ、溝加工、切断加工といった加工を効率よく行うことができる。
　各パルスレーザ光の焦点距離は、パルスレーザ光が通過する透明部材７の厚みによって適宜調整することができるので、レーザ加工機において透明部材７を交換可能に構成することにより、加工対象物８が変わっても、その変わった加工対象物８に適した透明部材７を設けることにより、効率の良い加工が行える。
　更に、本実施形態のレーザ加工機１００では、同じ波長のパルスレーザ光を複数発振する１つのレーザ光源４から、波長変換層６及び透明部材７を用いて、波長の異なるパルスレーザ光を、焦点距離を異ならせて、加工対象物８に照射することができる。
　［レーザ光源の構成］
　次に、レーザ光源４について図１～図３を用いて説明する。
　図２は、発光体１の模式断面図である。
　図３は、レーザ加工機１００の部分拡大図であり、レーザ光源４の模式断面図である。
　図１に示すように、レーザ光源４は、半導体レーザ素子基板である発光体１と、ピコ秒発生共振器２と、制御部３と、を備える。レーザ光源４は、ピコ秒領域（１ｐｓ～１０００ｐｓ）のパルス幅のパルスレーザ光を複数出射するレーザ発振器である。例えば、ピコ秒領域等のパルス幅の短い超短パルスレーザを用いることによって、加工対象物の熱溶融領域を小さくし非熱加工とすることができ、高品質な加工を実現することができる。
　（発光体）
　発光体１は、励起光９を出射する励起光源である。
　図２に示すように、発光体１は、複数、本実施形態では４つのＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄを有し、複数、本実施形態では４つの励起光９ａ～９ｄを出射可能に構成される。
　複数のＶＣＳＥＬ素子１０は、同一基板１１上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成される。例えば、基板１１上に複数のＶＣＳＥＬ素子を形成し、これを切断して、複数の発光体１を一括して製造することができ、量産が可能となり、コストを下げることができる。
　以下に、ＶＣＳＥＬ素子１０の詳細な構造について説明するが、これは一例であり、以下に記載する構造に限定されるものではない。
　図２に示すように、各ＶＣＳＥＬ素子１０は、基板１１、ｎ－ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector、分布ブラッグ反射鏡）層１２、ｎ－クラッド層１３、活性層１４、ｐ－クラッド層１５、狭窄層１６、ｐ－ＤＢＲ層１７、ｎ電極（図示せず）及びｐ電極（図示せず）を備える。各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄは基板１１を共有する。
　基板１１はＶＣＳＥＬ素子１０の各層を支持する。基板１１は互いに対向する一方の面１１ａと他方の面１１ｂとを有する。
　４つのＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄは基板１１を共有している。発光体１は、同一基板１１の一方の面１１ａ上に複数のＶＣＳＥＬ素子１０が設けられた構成を有する。
　ＶＣＳＥＬ素子１０は１μｍ以下の位置精度で製造することができる。複数のＶＣＳＥＬ素子１０は例えば１００μｍ～１ｍｍの狭ピッチで配列される。複数のＶＣＳＥＬ素子１０は、制御部３によりそれぞれ独立して制御可能に構成される。
　本実施形態において、ＶＣＳＥＬ素子１０はボトムエミッション型（裏面照射型）であり、ＶＣＳＥＬ素子１０から出射される励起光９は、他方の面１１ｂから出射される。
　ボトムエミッション型はトップエミッション型よりも出力が高いため、ボトムエミッション型とすることが好ましい。
　ボトムエミッション型のＶＣＳＥＬ素子１０を用いた場合、発光体１を冷却するための冷却部は、ＶＣＳＥＬ素子１０側、すなわち基板表面側に設けられる。
　一方、トップエミッション型のＶＣＳＥＬ素子を用いた発光体に冷却部を設ける場合、冷却部は、基板１１側、すなわち基板裏面側に設けられる。
　冷却部を、発光体１の基板表面側に配置する場合と、発光体１の基板裏面側に配置する場合とを比較すると、基板表面側に配置する場合の方が、冷却部と活性層１４との距離が短くなる。
　すなわち、ボトムエミッション型のＶＣＳＥＬ素子１０を用いる方が、トップエミッション型のＶＣＳＥＬ素子を用いるよりも、冷却部によって効率よく活性層１４を冷却することができる。
　このように、ボトムエミッション型のＶＣＳＥＬ素子１０を用いることにより、活性層１４により近く位置するように冷却部を配置することができ、最大光出力の低下、励起光源の劣化速度の上昇等を招く活性層１４の温度上昇をより効率よく抑えることができる。
　冷却部にはヒートシンク等を用いることができる。
　また、ボトムエミッション型のＶＣＳＥＬ素子１０を用いているので、励起光が出射される側となる基板裏面側（基板の他方の面１１ｂ側）に、発光体１と接して共振器を配置することができる。したがって、発光体１にピコ秒発生共振器２を貼り合わせることができ、レーザ光源４の小型化が可能となり、レーザ加工機１００を小型化することができる。
　ｎ－ＤＢＲ層１２は、半導体基板である基板１１上に設けられ、波長λの光を反射するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）として機能する。
　ｎ－クラッド層１３は、ｎ－ＤＢＲ層１２上に積層され、光及び電流を活性層１４に閉じ込める層である。
　活性層１４は、ｎ－クラッド層１３上に設けられ、自然放出光の放出及び増幅を行う。活性層１４は、バンドギャップが小さい量子井戸層と、バンドギャップが大きい障壁層を交互に複数層積層して形成される。
　ｐ－クラッド層１５は、活性層１４上に設けられ、光及び電流を活性層１４に閉じ込める層である。
　狭窄層１６は、ｐ－クラッド層１５上に設けられ、電流に狭窄作用を付与する。狭窄層１６は、酸化領域１６ａと非酸化領域１６ｂを備える。酸化領域１６ａは、導電性及び屈折率が小さく、光閉じ込め領域として機能する。非酸化領域１６ｂは、酸化領域１６ａより導電性が大きく、電流注入領域として機能する。
　ｐ－ＤＢＲ層１７は、狭窄層１６上に設けられ、波長λの光を反射するＤＢＲとして機能する。
　ｎ電極は、ｎ－ＤＢＲ層１２と接して形成され、ＶＣＳＥＬ素子１０の一方の電極として機能する。ｐ電極は、ｐ－ＤＢＲ層１７上に形成され、ＶＣＳＥＬ素子１０の他方の電極として機能する。ｐ電極及びｎ電極は任意の導電性材料からなる。
　ｎ電極とｐ電極の間に電圧を印加すると、ｎ電極とｐ電極の間に電流が流れる。電流は狭窄層１６による狭窄作用を受け、非酸化領域１６ｂに注入される。
　この注入電流によって活性層１４のうち非酸化領域１６ｂに近接する領域において自然放出光が生じる。自然放出光はＶＣＳＥＬ素子１０の積層方向（層に垂直方向）に進行し、ｎ－ＤＢＲ層１２及びｐ－ＤＢＲ層１７によって反射される。
　ｎ－ＤＢＲ層１２及びｐ－ＤＢＲ層１７は特定の波長（以下、発振波長）の光を反射するように構成されている。自然放出光のうち発振波長の成分はｎ－ＤＢＲ層１２及びｐ－ＤＢＲ層１７の間で定在波を形成し、活性層１４によって増幅される。ｎ－ＤＢＲ層１２とｐ－ＤＢＲ層１７とはレーザ発振のための共振器を構成する。
　注入電流が閾値を超えると定在波を形成する光がレーザ発振し、ｎ－クラッド層１３、ｎ－ＤＢＲ層１２及び基板１１を透過して他方の面１１ｂから出射される。
　本実施形態では、ＶＣＳＥＬ素子１０の発光波長帯域を９４０ｎｍとするが、これに限定されない。
　（ピコ秒発生共振器）
　図1及び図３に示すように、共振器としてのピコ秒発生共振器２は、発光体１の基板１１の他方の面１１ｂと接して設けられる。
　本実施形態においては、ボトムエミッション型のＶＣＳＥＬ素子１０を用いることにより、発光体１の励起光が出射される側となる基板１１に接してピコ秒発生共振器２を配置することができ、レーザ光源４を小型化することができる。
　ピコ秒発生共振器２と発光体１とは例えば常温接合されて完全接合されてもよいし、図示しない筐体によって互いに接して固定されてもよい。
　ピコ秒発生共振器２は、発光体１から出射された励起光９の入射によりピコ領域のパルス幅の超短パルスレーザ光を発振する。
　ピコ秒発生共振器２は、レーザ媒体である利得媒質２１と、過飽和吸収体２２と、一対の共振器ミラー２３ａ及び２３ｂと、を有する。
　利得媒質２１が励起光を一定量吸収すると、誘導放出が吸収を上回り、レーザ光の増幅が起きる。
　本実施形態において、利得媒質２１として、例えば、波長１０３０ｎｍのレーザ光を発振するＹｂ：ＹＡＧを用いる例をあげる。ピコ秒発生共振器２は、波長１０３０ｎｍのパルスレーザ光を発振する。
　利得媒質２１としては、Ｙｂ：ＹＡＧの他、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＬＦ、Ｙｂ：ＦＡＰ、Ｙｂ：ＳＦＡＰ、Ｙｂ：ＹＶＯ、Ｙｂ：ｇｌａｓｓ、Ｙｂ：ＫＹＷ、Ｙｂ：ＢＣＢＦ、Ｙｂ：ＹＣＯＢ、Ｙｂ：ＧｄＣＯＢ、ＹＢ：ＹＡＢ等を用いることができる。
　利得媒質２１として、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＡＧを用いることが好ましく、Ｙｂ：ＹＡＧを用いることが特に好ましい。
　Ｙｂ：ＹＡＧの発振波長は１０３０ｎｍである。Ｎｄ：ＹＶＯ４及びＮｄ：ＹＡＧの発振波長は１０６４ｎｍである。
　Ｙｂ：ＹＡＧは、Ｙｂ３＋がドープされたＹＡＧ結晶である。
　Ｙｂ：ＹＡＧは、数Ｗ程度の小さい出力パワーの励起光でも励起可能である。したがって、出力パワーの比較的小さい励起光を発するＶＣＳＥＬ素子１０を励起光源として用いる場合、Ｙｂ：ＹＡＧ結晶といった小さい出力パワーでも励起可能な結晶を利得媒質２１として用いることが好ましい。
　また、Ｙｂ：ＹＡＧは、有効励起波長範囲が９３５～９４５ｎｍで吸収帯域幅が広く、励起光源となる発光体１のＶＣＳＥＬ素子１０から出射される励起光に対する要求波長範囲を広くすることができるため好ましく、歩留りを向上させることができる。
　また、Ｙｂ：ＹＡＧは、蛍光寿命が９６０μｓと長い。
　Ｎｄ：ＹＶＯ４は、Ｎｄ３＋がドープされたＹＶＯ４結晶である。
　Ｎｄ：ＹＶＯ４は、有効励起波長範囲が８０５～８１３ｎｍで、吸収帯域幅が広く、励起光源となる発光体１のＶＣＳＥＬ素子１０から出射される励起光に対する要求波長範囲を広くすることができ、歩留りを向上させることができる。
　Ｎｄ：ＹＡＧは、Ｎｄ３＋がドープされたＹＡＧ結晶である。
　一対の共振器ミラー２３ａ及び２３ｂは、利得媒質２１及び過飽和吸収体２２を挟んで互いに向かい合って配置される。共振器ミラー２３ａ及び２３ｂは、それぞれ、利得媒質２１の一面、過飽和吸収体２２の一面にミラーがコーティングされることによって形成される。
　光が一対の共振器ミラー２３ａ及び２３ｂの間にある利得媒質２１を往復すると、誘導放出により光が増幅される。
　本実施形態において、励起光９が入射される側に位置するリアミラーである共振器ミラー２３ａは、波長１０３０ｎｍのレーザ光を全て反射し、９４０ｎｍのレーザ光の反射を防止するように構成される。
　一方、加工対象物８に対してレーザ光が発振される側に位置する出力ミラーである共振器ミラー２３ｂは、波長１０３０ｎｍのレーザ光を一部反射し、ピコ秒発生共振器２内を往復する波長１０３０ｎｍのレーザ光の一部を外部へ出力することができるように構成される。
　過飽和吸収体２２は、受動型のＱスイッチであり、ピコ秒発生共振器２のＱ値（性能指数）を切り替えることができる。過飽和吸収体２２は、内部に蓄えられたエネルギーが小さいときにはレーザ光の透過率が低く、内部に蓄えられたエネルギーが閾値を超えると透過率が高くなる結晶である。
　利得媒質２１と過飽和吸収体２２とは接して配置され、接合されている。
　Ｑスイッチ法では、利得媒質２１の非常に多数の原子が励起状態になるまでＱ値を低くしてパルスレーザ光の発振を抑え、十分に多くなったのちＱ値を高くし、パルスレーザ光を発振させる。
　利得媒質２１から発振されるレーザ光の強度が小さいときには、過飽和吸収体２２の透過率が低く、ピコ秒発生共振器２からレーザ光が発振されない。一方、利得媒質２１から発振されるレーザ光の強度が大きくなり、レーザ光のエネルギーが過飽和吸収体２２の構成により定まる固有の閾値を超えると、過飽和吸収体２２の透過率が大きくなる。過飽和吸収体２２の透過率が大きくなると、レーザ光が過飽和吸収体２２を透過することができるようになり、ピコ秒発生共振器２からレーザ光が発振される。
　このように、過飽和吸収体２２は、パルスレーザ光の発振を制御する開閉シャッタとして機能し、利得媒質に十分にエネルギーが蓄積されたとき、ピコ秒発生共振器２のＱ値を短時間に切り替えることにより瞬間的に大出力のパルスレーザ光を発振する。
　過飽和吸収体２２として、Ｑスイッチ機能を有する物質を用いることができ、例えばＹＡＧ結晶にＣｒ４+をドーピングしたＣｒ：ＹＡＧやＶ３+がドープされたＶ：ＹＡＧ等を用いることができる。
　ここで、複数のＶＣＳＥＬ素子１０は、同一基板１１上にフォトリソグラフィ技術を用いて製造が可能であり、平面を有する構成となっている。また、ピコ秒発生共振器２は、それぞれ片面がミラーコーティングされた利得媒質２１と過飽和吸収体２２とが積層されて構成され、平面を有する構成となっている。
　したがって、発光体１とピコ秒発生共振器２とは互いの面を接して配置することができる。これにより、例えば、複数のＶＣＳＥＬ素子１０が形成された半導体基板（基板１１が分断される前の状態である基板）の裏面側に、それぞれミラーコーティングされた利得媒質２１と過飽和吸収体２２とを積層するといった積層プロセスにより積層体を製造し、これを分断して、複数のＶＣＳＥＬ素子１０を有するレーザ光源４を一括して複数製造することができる。
　このように量産が可能となり、レーザ光源のコストを大幅に下げることができる。
　（制御部）
　制御部３は、発光体１に設けられる複数のＶＣＳＥＬ素子１０それぞれの駆動を独立して制御し、各ＶＣＳＥＬ素子１０からの励起光の出射のタイミングを制御する。これにより、複数のＶＣＳＥＬ素子１０それぞれから出射される励起光に基づく、レーザ光源４から加工対象物８に対して照射される複数のパルスレーザ光の発振のタイミングがパルスレーザ光毎に個別に制御可能となる。
［加工方法］
　図４は、４つのＶＣＳＥＬ素子１０から出射される励起光に基づいてレーザ加工機１００から発振されるパルスレーザ光４１、４２、６３、６４の発振タイミングを示す図である。
　図４において、上から順に、ＶＣＳＥＬ素子１０ａから出射される励起光９ａに基づいて発振されるパルスレーザ光４１、ＶＣＳＥＬ素子１０ｂから出射される励起光９ｂに基づいて発振されるパルスレーザ光４２、ＶＣＳＥＬ素子１０ｃから出射される励起光９ｃに基づいて発振されるパルスレーザ光６３、ＶＣＳＥＬ素子１０ｄから出射される励起光９ｄに基づいて発振されるパルスレーザ光６４の照射タイミングを示す。
　図４に示すように、隣り合うＶＣＳＥＬ素子１０に基づいて発振されるパルスレーザ光の照射タイミングが異なっている。より具体的には、パルス周期の半周期分ずれて照射されるように、制御部３によって各ＶＣＳＥＬ素子１０の励起光９の出射タイミングが制御される。
　このように隣り合うパルスレーザ光の照射タイミングが異なるように制御して加工対象物の加工を行うことにより、熱による影響を低減させることができ、高品質の加工を行うことができる。
　レーザ加工において、パルス幅の短い、すなわち照射時間の短いピコ秒パルスレーザ光を用いることにより、熱による影響が低減された非熱加工が可能となる。しかしながら、ＶＣＳＥＬ素子１０を挟ピッチで配置し、例えば隣り合うパルスレーザ光の照射タイミングを同時にして加工を行った場合、熱的な影響をうけて、加工モードが非熱加工から熱加工に変わる場合がある。
　本実施形態においては、隣り合うパルスレーザ光の照射タイミングが異なるように制御され、例えば図４に示すように、隣り合うパルスレーザ光の照射が交互に行われるよう制御されるので、熱蓄積による影響が低減し、非熱加工とすることができる。したがって、高品質のレーザ加工が可能となる。
　ＶＣＳＥＬ素子１０ａに基づくパルスレーザ光４１の照射において、熱が加工対象物８の照射領域にとどまる時間をｔとする。熱影響を低減するには、ＶＣＳＥＬ素子１０ａの隣のＶＣＳＥＬ素子１０ｂに基づくパルスレーザ光４２の照射の開始を、パルスレーザ光４１の照射時間から時間ｔよりも長く経過した時間に設定する必要がある。
　時間ｔは加工対象物の材料によって異なり、レーザ光源４におけるパルスレーザ光の繰り返し周波数は、時間ｔに基づいて設定される。繰り返し周波数を１／ｔとする。
　図４に示す例では、各パルスレーザ光４１、４２、６３、６４を５ｋＨｚ駆動とし、パルス周期を２００μｓとしている。隣り合うパルスレーザ光の照射タイミングは、パルス周期の半周期分の１００μｓずれるよう制御される。例えばＶＣＳＥＬ素子１０ｂに基づくパルスレーザ光４２の照射開始は、その隣に位置するＶＣＳＥＬ素子１０ａに基づくパルスレーザ光４１の照射開始から１００μｓ遅延又は先行する。
　このように、隣り合うパルスレーザ光の照射タイミングをずらして加工を行うことにより、熱蓄積が生じにくく、熱蓄積で生じる加工物の熱ダメージを低減することができる。
　本実施形態においては、４つのＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄが１次元配列された構成を例にあげて説明したが、複数のＶＣＳＥＬ素子１０を二次元配列してなるレーザ光源の場合、上述のような熱による影響を抑制するために、照射時に近く隣り合うパルスレーザ光の数が少なくなるようにＶＣＳＥＬ素子を配置することが好ましい。
　図５は複数のＶＣＳＥＬ素子１０を配列してなるレーザ光源から発振されるパルスレーザ光の照射スポット４０の位置を説明する図である。
　図５（Ａ）は、ＶＣＳＥＬ素子１０をアレイ状に配列した場合を示し、図５（Ｂ）はＶＣＳＥＬ素子１０を千鳥状に配列した場合を示す。
　図５（Ｂ）に示す配置例では、１つの照射スポット（以下、中央の照射スポット４０と称する。）と、その周りを囲んで位置する６つの照射スポット４０との距離はいずれも等間隔となっており、中央の照射スポットと近く隣り合う照射スポット４０の数は６つとなる。
　これに対し、図５（Ａ）に示す配置例では、１つの照射スポット４０（以下、中央の照射スポット４０と称する。）の周りを囲む８つの照射スポット４０のうち、図面上、上下方向及び左右方向で中央の照射スポット４０と隣り合う４つの照射スポット４０は、他の斜め方向で隣り合う４つの照射スポット４０よりも中央の照射スポット４０により近く位置する。したがって、中央の照射スポットと近く隣り合う照射スポット４０の数は４つとなる。
　このように、中央の照射スポット４０からみて、図５（Ｂ）に示す配置例は、図５（Ａ）に示す配置例よりも、近く隣り合う照射スポットの数が多くなっているため、上述のような熱による影響を受けやすい。そのため、熱による影響を減少させて熱加工をするには、加工スピードを落とす等、加工に係る設計事項の制限が多くなる。
　これに対し、図５（Ａ）に示す配置例は、図５（Ｂ）に示す配置例よりも近く隣り合う照射スポットの数が少ないため、加工に係る設計事項を広くすることができる。
　従って、複数のＶＣＳＥＬ素子を配列する場合、近く隣り合う照射スポット数が少なくなる図５（Ａ）に示すアレイ状の配置とすることが好ましい。
　図６は、複数のＶＣＳＥＬ素子１０を二次元配列してなるレーザ光源を用いる場合のパルスレーザ光の照射スポット４０の一例を説明するものである。
　図６（Ａ）は、全ＶＣＳＥＬ素子１０から励起光を同時に出射させて、レーザ光源を移動させた場合の照射スポット４０の位置を示す。
　図６（Ｂ）は、ＶＣＳＥＬ素子１０からの励起光の出射を個別に制御して、レーザ光源を移動させた場合の照射スポット４０の位置を示す。
　尚、レーザ光源を移動させてパルスレーザ光を照射させてもよいし、レーザ光源を固定し、加工対象物を移動させてパルスレーザ光が照射させてもよい。
　図６（Ａ）に示すように、レーザ光源を移動、例えば同一平面上で回転するように走査させることにより、隣り合う照射スポット４０の間を埋めるようにパルスレーザ光を照射することができ、高速加工が可能となる。
　また、図６（Ｂ）に示すように、ＶＣＳＥＬ素子１０を独立して制御部３によって駆動することにより、加工対象物に対するパルスレーザ光の照射範囲を規定することができ、所望の形状の加工領域で加工対象物を加工できる。このように、ＶＣＳＥＬ素子１０を独立して駆動することによって加工領域の制御が可能となる。図１０（Ｂ）に示す例では、鎖線で囲んだほぼ矩形状の加工領域となる。
　本実施形態のレーザ加工機１００を用いて、吸収波長の異なる複数の材料が積層されてなる加工対象物を一括して加工することができる。吸収波長が異なる場合、それぞれの材料に適した加工波長が異なる場合がある。本実施形態のレーザ加工機１００には波長変換層６と透明部材７が設けられているので、波長の異なるパルスレーザ光を、焦点距離を異ならせて、加工対象物８に照射することができるので、一括加工が可能となる。
　例えば、図１に示すように、加工対象物８が、吸収波長の異なる複数の材料からなる４つの層８１１～８１４が厚み方向に積層されて構成されるとする。層８１１と層８１２は、その吸収波長と同じ又は近い第１の波長を加工波長として加工される材料から構成される。層８１３と層８１４は、その吸収波長と同じ又は近い第２の波長を加工波長として加工される材料から構成される。第１の加工波長と第２の加工波長とは異なる波長である。
　本実施形態において、波長変換層６とテーパ状の透明部材７を設けることにより、パルスレーザ光４１は層８１１の表面を焦点位置８１として照射され、層８１１に対する加工が行われる。パルスレーザ光４２は層８１１に接する層８１２の表面上の位置８２を焦点位置として照射され、層８１２に対する加工が行われる。
　これにより、層８１１及び層８１２は、それぞれ、その材料の加工に適した第１の波長のパルスレーザ光４１及び４２により、効率よく加工される。
　パルスレーザ光６３は層８１２に接する層８１３の表面の位置８３を焦点位置として照射され、層８１３に対する加工が行われる。パルスレーザ光６４は層８１３に接する層８１４の表面の位置８４を焦点位置として照射され、層８１４に対する加工が行われる。
　これにより、層８１３及び層８１４は、それぞれ、その材料の加工に適した第２の波長のパルスレーザ光６３及び６４により、効率よく加工される。
　このように、加工対象の材料それぞれの加工に適したパルスレーザ光を用いることにより、効率の良い加工を行うことができる。
　以上のように、波長変換層６とテーパ状の透明部材７が設けられたレーザ加工機１００を用いて、異なる焦点位置で、異なる波長のパルスレーザ光を、一括して、加工対象物８に照射することができる。これにより、効率よい加工を行うことができ、高品質加工を高速で実行することができる。
　また、透明部材７を備えない、レーザ光源４と、光学系５と、波長変換層６とを備えるレーザ加工機としてもよい。
　このようなレーザ加工機により、相互に波長が異なる複数のパルスレーザ光を加工対象物に照射して加工することができる。これにより、加工波長の異なる複数の材料からなる加工対象物の各材料を一括して加工することができる。
　また、波長変換層６を備えない、レーザ光源４と、光学系５と、部位によって厚みが異なる透明部材７とを備える図７に示すレーザ加工機を用いて、複数のパルスレーザ光の焦点距離を異ならせて、加工対象物に照射して加工を行うことができる。
　図７は、レーザ光源４と、光学系５と、テーパ状の透明部材７とを備えたレーザ加工機６００の模式断面図である。
　図８は、レーザ加工機６００を用いて加工される加工対象物８の一例であり、加工対象物８の模式断面図である。
　図７に示すように、テーパ状の透明部材７を設けることにより、レーザ光源４から焦点位置８１～８４までの焦点距離を、パルスレーザ光４１～４４毎に異ならせることができる。尚、レーザ加工機６００には波長変換層６を設けていないので、パルスレーザ光４１～４４はいずれも同じ波長を有する。
　テーパ状の透明部材７を用い、各パルスレーザ光４１～４４の焦点距離を異ならせて加工対象物８を加工することにより、厚みが厚い加工対象物の穴あけ加工、溝加工、切断加工を容易に行うことができる。
　例えば、１つのパルスレーザ光を用いて加工を行った場合、当該パルスレーザ光を発振するレーザ光源を移動させて焦点距離を異なせて複数回走査させて加工することが考えられるが、この方法では焦点距離を変えて走査しなければならず、時間がかかってしまう。
　これに対し、レーザ加工機６００では、テーパ状の透明部材７を設けることにより、複数のパルスレーザ光の焦点距離を異ならせて一括して加工対象物８を加工することができるので、加工の高速化が可能となる。
　また、テーパ状の透明部材７を用い、各パルスレーザ光４１～４４の焦点距離を異ならせることにより、例えば、図８に示すように、加工表面がテーパ面を有する加工対象物８を、焦点距離が短いパルスレーザ光４１を先頭にして走査して、深さ方向の違う加工を連続的に実行することができ、効率の良い加工を行うことができる。
　透明部材７は、加工対象物８の加工表面形状にあわせて部位毎に厚みを異ならせてもよい。
　パルスレーザ光の繰り返し周波数は、例えば５０ｋＨｚ以下とすることが好ましく、１０ｋＨｚ以下とすることが更に好ましい。また、パルスレーザ光のパワーは、１Ｊ／ｃｍ２以下とすることが好ましく、０．５Ｊ／ｃｍ２とすることが更に好ましい。これにより、熱加工の発生が抑制され、高品質の加工が可能となる。
　上述のように、ピコ秒パルスレーザ光のように超短波パルスレーザ光を用いることにより、加工対象物の熱溶融領域を小さくすることができ、非熱加工が可能となる。
　しかしながら、非熱加工となるか熱加工となるかはパルスレーザ光の繰り返し周波数とパルスレーザ光のパワーにも依存するため、加工の高速化のために繰り返し周波数を高くすると熱の蓄積によって熱加工となり、また、パワーを高くすると超短波パルスであっても熱加工となる。
　そこで、熱加工の発生が抑制されるように、繰り返し周波数及びパワーを上記のように設定することが好ましい。尚、ここであげたパルスレーザ光の繰り返し周波数及びパワーの数値は一例であり、加工対象の材料毎に数値は異なり、あげた数値に限定されるものではない。
　本実施形態では、同一基板上に複数のＶＣＳＥＬ素子１０が形成された発光体１を励起光源とするレーザ光源４を用いることにより、レーザ光源４から発振するパルスレーザ光の照射位置精度を高精度のものとすることができる。
　図１３（Ａ）は本実施形態のレーザ光源４から発振されるパルスレーザ光４１～４４の照射位置を説明する模式図である。図１３（Ｂ）は比較例としてのレーザ光源群７０４から発振されるパルスレーザ光９１の照射位置を説明する模式図である。尚、図１３においては、光学系の図示を省略している。
　図１３（Ｂ）に示す例において、レーザ光源群７０４は、個々に独立した複数のシングルビームマイクロチップレーザ光源９０が例えば５つ一次元配列されて構成される。各シングルビームマイクロチップレーザ光源９０からは、１つのパルスレーザ光９１が発振される。
　図１３（Ｂ）に示すように、複数のシングルビームマイクロチップレーザ光源９０を配列してレーザ光源群７０４を構成する場合、例えばシングルビームマイクロチップレーザ光源９０の配列ピッチｂを等間隔にすることができずピッチずれが生じる場合がある。このような場合、複数のパルスレーザ光９１の照射位置９２が所定の間隔ｃとすることができず、安定した加工精度のレーザ加工機を得ることが難しい。
　また、図１３（Ｂ）に示すように、シングルビームマイクロチップレーザ光源９０が正常位置から傾いて配置され、本来、レーザ光源群７０４から複数のパルスレーザ光９１が平行に発振されるべきところ、平行に発振されない場合がある。このような場合、照射位置９２を等間隔にすることができないうえ、加工位置とレーザ光源群７０４との距離が長くなるほど、パルスレーザ光９１の照射位置９２のずれが大きく生じてしまい、加工精度を安定したものとすることが難しい。
　これに対し、本実施形態においては、図１３（Ａ）に示すように、発光体１とピコ秒発生共振器２が積層されてレーザ光源４が構成される。
　発光体１は、同一基板１１上にフォトリソグラフィ技術を用いて励起光を出射するＶＣＳＥＬ素子１０が１μｍ以下の位置精度で複数形成されて構成され、ＶＣＳＥＬ素子１０の配置ピッチは等間隔となっている。
　ピコ秒発生共振器２は、互いに向かい合う面が平行となる直方体形状となるように、それぞれ高精度に研磨された利得媒質２１と過飽和吸収体２２とが積層されて構成される。
　このような互いの平面同士が接して積層される発光体１とピコ秒発生共振器２とによって、レーザ光源４から発振されるパルスレーザ光の方向は決定され、個々のＶＣＳＥＬ素子１０から出射される励起光に基づいて発振されるパルスレーザ光の出射方向を互いに平行とすることができる。
　従って、図１３（Ａ）に示すように、レーザ光源４から発振される複数のパルスレーザ光４１～４４の平行性が保持され、パルスレーザ光の照射位置の間隔ａを等間隔とすることができ、パルスレーザ光の照射位置精度が高精度のレーザ光源４を得ることができる。
　そして、このようなレーザ光源を用いてレーザ加工機を構成することにより、高精度のレーザ加工が可能なレーザ加工機を得ることができる。
　また、本実施形態のレーザ光源は複数のパルスレーザ光を発振可能に構成されているので、１つのレーザ光源から発振するレーザ光を分岐して複数のレーザ光とするための光学系が不要となるので、レーザ加工機を小型化することができ、レーザ加工機の構成を単純にすることができる。また、１つのレーザ光源で複数のパルスレーザ光を得ることができるので、１ビームを発振するレーザ光源を複数設ける必要がなく、低コスト化することができる。
　また、上述したように、フォトリソグラフィ技術を用いて複数のＶＣＳＥＬ素子を形成しているので、高精度な配列ピッチでＶＣＳＥＬ素子を形成することができる。したがって、レーザ光源４から発振されるパルスレーザ光の照射精度も高いため、レーザ加工機へのレーザ光源４の実装及び調整が容易となる。
　また、レーザ光源４の一部を構成する励起光源にＶＣＳＥＬ素子を用いることにより、レーザ光源を小型化することができる。すなわち、ＶＣＳＥＬ素子から出射される光は円形ビームであるため、ビーム成形をするための光学系が不要となり、小型化することができる。
　また、上述したように、同一基板上にフォトリソグラフィ技術を用いて複数のＶＣＳＥＬ素子を形成したものを分断して発光体を一括して複数製造することができる。
　また、上述したように、複数のＶＣＳＥＬ素子１０が形成された基板１１の裏面側に、それぞれミラーコーティングされた利得媒質２１と過飽和吸収体２２とを積層した積層体を製造し、これを分断することにより、複数のレーザ光源４を一括して製造することもできる。
　これにより、異なるレーザ光源間でパルスレーザ光の照射精度のばらつきのないレーザ光源を安定して得ることができる。
　そして、このようなレーザ光源を用いてレーザ加工機を構成することにより、異なるレーザ加工機間で加工精度のばらつきのないレーザ加工機を安定して得ることができる。
　また、レーザ光源４において、発光体１とピコ秒発生共振器２とは接して構成されているので、レーザ光源４を小型化することができる。
　レーザ光源４の構成は上述にあげた構成に限定されず、例えば以下の第２～第５の実施形態に示す構成としてもよい。以下の各実施形態に示すレーザ光源も、ピコ秒領域（１ｐｓ～１０００ｐｓ）のパルス幅のパルスレーザ光を複数出射するレーザ発振器である。
　以下の実施形態では、上述のレーザ光源と相違する構成を中心に説明する。
＜第２の実施形態＞
　図９は、本技術に係るレーザ加工機に用いられるレーザ光源２０４の模式断面図である。
　図９に示すように、レーザ光源２０４は、発光体２０１と、ピコ秒発生共振器２と、制御部３（図示せず）と、を備える。
　本実施形態における発光体２０１は、第１の実施形態における発光体１と比較して、ＶＣＳＥＬ素子１０の各層を支持する基板の形状が異なる点でのみ相違する。
　本実施形態における発光体２０１の一部を構成する基板２１１は、互いに対向する一方の面２１１ａと他方の面２１１ｂとを有する。
　４つのＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄは基板２１１を共有して形成されている。発光体２０１は、同一基板２１１の一方の面２１１ａ上に複数のＶＣＳＥＬ素子１０が設けられた構成を有する。
　励起光が出射される他方の面２１１ｂは、各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄに対応した複数（本実施形態では４つ）の集光レンズ２６ａ～２６ｄが一次元配列で配置されたレンズアレイ形状を有する。
　尚、本実施形態では、４つの集光レンズそれぞれに２６ａ～２６ｄの符号を付したが、特に区別する必要がない場合は、集光レンズ２６として説明する。
　発光体２０１は、基板２１１の他方の面２１１ｂがピコ秒発生共振器２と接するように配置される。発光体２０１とピコ秒発生共振器２とは、図示しない筐体によって双方が接するように固定される。
　集光レンズ２６ａは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ａから出射した励起光を集光し、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズ２６ｂは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｂから出射した励起光を集光し、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズ２６ｃは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｃから出射した励起光を集光し、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズ２６ｄは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｄから出射した励起光を、集光し、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　このように、集光レンズアレイ形状を有する他方の面２１１ｂを備える基板２１１は、集光部材に相当し、発光体２０１は、光学部材としての集光部材を有する光学部材付きの発光体である。
　本実施形態では、複数のＶＣＳＥＬ素子が一次元配列されている例をあげているので、基板２１１の他方の面２１１ｂは一次元配列のレンズアレイ形状をとる。ＶＣＳＥＬ素子が二次元配列される場合は、集光レンズは各ＶＣＳＥＬ素子に対応して配置されるので、他方の面は二次元配列の集光レンズアレイ形状を有することになる。
　このように、集光部材を設けることにより、ピコ秒発生共振器２へ出射される励起光を、ピコ秒発生共振器２で効率のよい発振特性が得られるような集光径の励起光とすることができる。
　本実施形態においては、集光レンズ２６ａ～２６ｄによってピコ秒発生共振器２へ出射される励起光の集光径を、利得媒質２１に用いられるＹｄ：ＹＡＧにおいてパルスレーザ光が発振しやすい１００μｍとしている。これにより、効率のよい発振特性のレーザ光源を得ることができる。
　この集光部材を設けることによる効果は、以下の第３～第５の実施形態においても同様である。
　また、本実施形態では、ＶＣＳＥＬ素子は、基板の裏面側から励起光が出射されるボトムエミッション型を用いているので、ＶＣＳＥＬ素子を支持する基板をレンズアレイ形状に成型するだけで、集光機能も有する発光体とすることができ、レーザ光源の小型化が可能となる。
＜第３の実施形態＞
　第２の実施形態では、ＶＣＳＥＬ素子を支持する基板の他方の面を集光レンズアレイ形状としたが、図１０に示す本実施形態のように、基板の他方の面を集光レンズアレイ形状とせず、ＶＣＳＥＬ素子を支持する基板とは別の部材からなる集光レンズアレイ基板を別途設ける構成としてもよい。
　図１０は、本技術に係るレーザ加工機に用いられるレーザ光源３０４の模式断面図である。
　図１０に示すように、レーザ光源３０４は、発光体３０１と、ピコ秒発生共振器２と、制御部３（図示せず）と、を備える。
　発光体３０１は、基板１１を共有して形成される複数のＶＣＳＥＬ素子１０と、基板１１の他方の面１１ｂに接して配置された集光部材としての集光レンズアレイ基板３８と、を有する。
　発光体３０１は、光学部材としての集光部材を有する光学部材付きの発光体である。
　集光レンズアレイ基板３８と基板１１とは接合されていても良いし、図示しない筐体によって双方が接するように固定されてもよい。
　発光体３０１の集光レンズアレイ基板３８とピコ秒発生共振器２とは図示しない筐体によって双方が接するように固定される。
　発光体３０１は、各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄに対応した複数（本実施形態では４つ）の集光レンズ３６が一次元配列で配置された集光レンズアレイ形状を有する。
　このように、外付けの集光レンズアレイ基板３８を設けてもよい。
＜第４の実施形態＞
　第２及び第３の実施形態では、集光部材を設ける例をあげたが、集光部材に加え、ＶＣＳＥＬ素子１０から出射される励起光をコリメートするコリメート部材を更に設ける構成としてもよい。
　図１１は、本技術に係るレーザ加工機に用いられるレーザ光源４０４の模式断面図である。
　図１１に示すように、レーザ光源４０４は、発光体４０１と、ピコ秒発生共振器２と、制御部３（図示せず）と、を備える。
　発光体４０１は、基板４１１を共有して形成された複数のＶＣＳＥＬ素子１０と、集光レンズアレイ基板４８と、を有する。
　基板４１１は、互いに対向する一方の面４１１ａと他方の面４１１ｂとを有する。
　一方の面４１１ａ上に複数のＶＣＳＥＬ素子１０が設けられる。
　励起光が出射される他方の面４１１ｂは、各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄに対応した複数（本実施形態では４つ）のコリメートレンズ４７ａ～４７ｄが一次元配列で配置されたコリメートレンズアレイ形状を有する。
　コリメートレンズ４７ａは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ａから出射された励起光をコリメートし、コリメートレンズアレイ基板４０２に対して出射する。同様に、コリメートレンズ４７ｂは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｂから出射された励起光を、コリメートレンズ４７ｃは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｃから出射された励起光を、コリメートレンズ４７ｄは対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｄから出射された励起光を、コリメートし、集光レンズアレイ基板４８へ出射する。
　このように、基板４１１はコリメート部材に相当する。
　尚、本実施形態では、４つのコリメータレンズそれぞれに４７ａ～４７ｄの符号を付したが、特に区別する必要がない場合は、コリメートレンズ４７として説明する。
　集光部材に相当する集光レンズアレイ基板４８は、基板４１１の他方の面４１１ｂに接して配置される。
　集光レンズアレイ基板４８は、各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄに対応した複数（本実施形態では４つ）の集光レンズ４６ａ～４６ｄが一次元配列で配置された集光レンズアレイ形状を有する。各集光レンズ４６ａ～４６ｄと、各コリメートレンズ４７ａ～４７ｄとは、互いに対応して重なり合うようにして配置される。
　集光レンズ４６ａは、対応するＶＣＳＥＬ素子１０ａから出射され、コリメートレンズ４７ａによりコリメートされた光を集光し、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズ４６ｂは、対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｂから出射され、コリメートレンズ４７ｂによりコリメートされた光を、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズ４６ｃは、対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｃから出射され、コリメートレンズ４７ｃによりコリメートされた光を、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズ４６ｄは、対応するＶＣＳＥＬ素子１０ｄから出射され、コリメートレンズ４７ｄによりコリメートされた光を集光し、ピコ秒発生共振器２に対して出射する。
　集光レンズアレイ基板４８は、基板４１１とピコ秒発生共振器２との間に配置される。集光レンズアレイ基板４８はピコ秒発生共振器２と接合又は筐体によって互いに接して位置するように固定される。集光レンズアレイ基板４８と発光体４０１とは接して筐体によって固定される。
　発光体４０１は、光学部材としての集光部材及びコリメート部材を有する光学部材付きの発光体である。
　このように、コリメート部材を設けることにより、励起光に含まれていた、利得媒質におけるパルスレーザ光の発振に寄与しない収束光や発散光がなくなり、効率よくパルスレーザ光が発振される。すなわち、利得媒質に吸収された収束光や発散光は熱に変換され、パルスレーザ光の発振を妨げるが、励起光をコリメートすることにより、効率よくパルスレーザ光が発振される。
＜第５の実施形態＞
　第４の実施形態では、ＶＣＳＥＬ素子１０を支持する基板の他方の面をコリメートレンズアレイ形状としたが、図１２に示す本実施形態のように、基板の他方の面をレンズアレイ形状とせず、ＶＣＳＥＬ素子１０を支持する基板とは別の部材からなるコリメートレンズアレイ基板を別途設ける構成としてもよい。
　図１２は、本技術に係るレーザ加工機に用いられるレーザ光源５０４の模式断面図である。
　図１２に示すように、レーザ光源５０４は、発光体５０１と、ピコ秒発生共振器２と、制御部３（図示せず）と、を備える。
　発光体５０１は、基板１１を共有して形成された複数のＶＣＳＥＬ素子１０と、コリメート部材であるコリメートレンズアレイ基板５９と、集光部材である集光レンズアレイ基板４８と、を有する。
　発光体５０１は、光学部材としての集光部材及びコリメート部材を有する光学部材付きの発光体である。
　コリメートレンズアレイ基板５９は、基板１１の他方の面１１ｂに接して配置される。コリメートレンズアレイ基板５９は、発光体５０１と接合又は筐体によって互いに接して位置するように固定される。
　コリメートレンズアレイ基板５９は、各ＶＣＳＥＬ素子１０ａ～１０ｄに対応した複数（本実施形態では４つ）のコリメートレンズ５７が一次元配列で配置されたコリメートレンズアレイ形状を有する。
　このように、外付けのコリメートレンズアレイ基板５９としてもよい。
＜第６の実施形態＞
　図１４は、本実施形態におけるレーザ光源の模式断面図である。
　レーザ光源のピコ秒発生共振器において、図１４に示すように、利得媒質２１と過飽和吸収体２２との間に誘電体多層膜２４を有する構成としてもよい。
　図１４に示すように、レーザ光源６０４は、発光体１と、ピコ秒発生共振器６０２と、制御部３（図示せず）と、を備える。
　共振器としてのピコ秒発生共振器６０２は、発光体１の基板１１の他方の面１１ｂと接して設けられる。ピコ秒発生共振器６０２は、発光体１から出射された励起光９の入射によりピコ領域のパルス幅の超短パルスレーザ光を発振する。
　ピコ秒発生共振器６０２は、利得媒質２１と、過飽和吸収体２２と、利得媒質２１と過飽和吸収体２２との間に配される誘電体多層膜２４と、一対の共振器ミラー２３ａ及び２３ｂと、を有する。
　誘電体多層膜２４は、励起光波長に対し９９％以上の反射率を有し、発振光波長（レーザ光波長）に対し９５％以上の透過率を有する機能を備えた膜である。
　尚、誘電体多層膜２４の設計において、反射率、透過率ともに１００％に近いことがより好ましいが、後述する励起光の漏れによる誤作動の発生を抑制するために、発振光波長に対する透過率よりも、励起光波長に対し反射率が高いことを優先することが好ましい。
　誘電体多層膜２４を設けることにより、利得媒質２１を通って誘電体多層膜２４に入射した励起光は、誘電体多層膜２４で反射して利得媒質２１に再び入射することになるので、利得媒質２１は、その厚み方向で往復する励起光を吸収することになる。したがって、誘電体多層膜２４を設けることにより、利得媒質２１の厚みを薄くすることができ、材料のコストダウンが可能となる。
　更に、レーザ光源６０４から発振されるパルスレーザ光のパルス幅は、共振器長（一対の共振器ミラー２３ａ、２３ｂ間距離）に依存するので、利得媒質２１の厚みを薄くすることで、より短パルス化することができる。
　ここで、励起光が利得媒質２１で十分に吸収されない場合、過飽和吸収体２２に励起光が入射し、過飽和吸収体２２のＱスイッチの誤作動の原因となる。
　これに対し、本実施形態では、誘電体多層膜２４を設けているので、過飽和吸収体２２への励起光の漏れを抑制することができ、Ｑスイッチの誤作動の発生を抑制することができる。したがって、安定した動作特性のレーザ光源６０４を得ることができる。
　本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　例えば、上述の実施形態においては、複数のＶＣＳＥＬ素子が設けられた発光体を有するレーザ光源を例にあげたが、１つのＶＣＳＥＬ素子が設けられた発光体を有するレーザ光源としてもよい。
　また、光学部材付きの発光体の実施形態において、ＶＣＳＥＬ素子毎に集光レンズやコリメートレンズを１対１の関係で設ける例をあげたが、複数のＶＣＳＥＬ素子に対して１つの集光レンズやコリメートレンズを設ける構成としてもよい。
　また、レーザ加工機において、波長変換層の配置の有無を選択可能に構成してもよいし、波長変換層を交換可能に構成してもよい。また、レーザ光源から発振される複数のパルスレーザ光のうち波長変換したい箇所のパルスレーザ光を選択できるように、レーザ光源に対しての波長変換層の配置位置を任意に設定できるようにしてもよい。
　これにより、加工対象物に適した加工を行うことができる。
　レーザ加工機において、透明部材の配置の有無を選択可能に構成してもよいし、部位によって厚みが異なる透明部材を交換可能に構成してもよい。
　これにより、加工対象物に適した加工を行うことができる。
　なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
　（１）
　基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
　上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と
　を具備するレーザ加工機。
　（２）
　上記（１）に記載のレーザ加工機であって、
　上記発光体は、複数の上記垂直共振器型面発光レーザ素子を有する
　レーザ加工機。
　（３）
　上記（１）又は（２）に記載のレーザ加工機であって、
　上記共振器は、上記励起光により励起されてレーザ光を発振する利得媒質層と、過飽和吸収体と、上記利得媒質層と上記過飽和吸収体とを挟持する一対のミラーと、を有する
　レーザ加工機。
　（４）
　上記（１）～（３）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記レーザ光源と上記光学系との間に設けられた波長変換層
　を更に具備するレーザ加工機。
　（５）
　上記（１）～（４）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記光学系と上記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材
　を更に具備するレーザ加工機。
　（６）
　上記（１）～（５）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記発光体は、上記励起光を集光して上記共振器に対して出射する集光部材を有する
　レーザ加工機。
　（７）
　上記（１）～（５）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記発光体は、上記励起光をコリメートして出射するコリメート部材と、上記コリメート部材から出射された光を集光して上記共振器に出射する集光部材を有する
　レーザ加工機。
　（８）
　上記（１）～（７）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記レーザ光源からの上記パルスレーザ光の発振を制御する制御部
　を更に具備するレーザ加工機。
　（９）
　上記（８）に記載のレーザ加工機であって、
　上記制御部は、複数の上記垂直共振器型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づく上記パルスレーザ光の出射を個別に制御する
　レーザ加工機。
　（１０）
　上記（１）～（９）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記利得媒質層は、Ｙｂ：ＹＡＧである
　レーザ加工機。
　（１１）
　上記（１）～（１０）のいずれか１つに記載のレーザ加工機であって、
　上記過飽和吸収体は、Ｃｒ：ＹＡＧである
　レーザ加工機。
　（１２）
　基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
　上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と
　を具備するレーザ加工機を用いて、
　隣り合う上記垂直共振型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づいて発振される上記パルスレーザ光をそれぞれの発振のタイミングを異ならせて照射して上記加工対象物を加工する
　レーザ加工方法。
　（１３）
　上記（１２）に記載のレーザ加工方法であって、
　隣り合う上記垂直共振型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づく上記パルスレーザ光の発振のタイミングを、上記パルスレーザ光のパルス周期の半周期分ずらす
　レーザ加工方法。
　（１４）
　基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
　上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、
　上記レーザ光源と上記光学系との間に設けられた波長変換層と
　を具備するレーザ加工機を用いて、
　上記加工対象物に、上記共振器から出射され上記波長変換層を通過しないパルスレーザ光と、上記波長変換層を通過することにより波長変換されたパルスレーザ光を照射して上記加工対象物を加工する
　レーザ加工方法。
　（１５）
　基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
　上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、
　上記光学系と上記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材と
　を具備するレーザ加工機を用いて、
　上記加工対象物に、上記透明部材によって形成される互いに焦点距離が異なる複数のパルスレーザ光を照射して、上記加工対象物を加工する
　レーザ加工方法。
　（１６）
　基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
　上記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、
　上記レーザ光源と上記光学系との間に設けられた波長変換層と、
　上記光学系と上記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材と
　を具備するレーザ加工機を用いて、
　加工波長が互いに異なる第１の加工波長で加工される第１の材料と第２の加工波長で加工される第２の材料とが積層されてなる上記加工対象物に、上記共振器から出射され上記波長変換層を通過しない第１の加工波長の第１のパルレーザ光と、上記波長変換層を通過することにより第２の加工波長に変換された第２のパルスレーザ光を、上記第１の材料に上記第１のパルスレーザ光の焦点位置が、上記第２の材料に上記第２のパルスレーザ光の焦点位置がくるように上記透明部材によって焦点距離を異ならせて照射し、上記加工対象物を加工する
　レーザ加工方法。
　（１７）
　基板と、上記基板の一方の面上に設けられ、上記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、
　上記基板の他方の面側に上記発光体と接して配置される、上記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する共振器と
　を具備するレーザ光源。
　１、２０１、３０１、４０１、５０１…発光体
　２、６０２…ピコ秒発生共振器（共振器）
　３…制御部
　４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４…レーザ光源
　５…光学系
　６…波長変換層
　７…厚みが部位によって異なる透明部材
　８…加工対象物
　９、９ａ～９ｄ…励起光
　１０、１０ａ～１０ｄ…ＶＣＳＥＬ素子（垂直共振器型面発光レーザ素子）
　１１…基板
　　１１ａ…一方の面
　　１１ｂ…他方の面
　２１…利得媒質層
　２２…過飽和吸収体
　２３ａ、２３ｂ…共振器ミラー（ミラー）
　３８、４８…集光レンズアレイ基板（集光部材）
　４１～４４、６３、６４…パルスレーザ光
　５９…コリメートレンズアレイ基板（コリメート部材）
　１００、６００…レーザ加工機
　２１１…基板（集光部材）
　　２１１ａ…一方の面
　　２１１ｂ…他方の面
　４１１…基板（コリメート部材）
　　４１１ａ…一方の面
　　４１１ｂ…他方の面

Claims (17)

  1. 　基板と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、前記基板の他方の面側に前記発光体と接して配置される、前記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と
    　を具備するレーザ加工機。
  2. 　請求項１に記載のレーザ加工機であって、
    　前記発光体は、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子を有する
    　レーザ加工機。
  3. 　請求項２に記載のレーザ加工機であって、
    　前記共振器は、前記励起光により励起されてレーザ光を発振する利得媒質層と、過飽和吸収体と、前記利得媒質層と前記過飽和吸収体とを挟持する一対のミラーと、を有する
    　レーザ加工機。
  4. 　請求項３に記載のレーザ加工機であって、
    　前記レーザ光源と前記光学系との間に設けられた波長変換層
    　を更に具備するレーザ加工機。
  5. 　請求項３又は請求項４に記載のレーザ加工機であって、
    　前記光学系と前記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材
    　を更に具備するレーザ加工機。
  6. 　請求項３に記載のレーザ加工機であって、
    　前記発光体は、前記励起光を集光して前記共振器に対して出射する集光部材を有する
    　レーザ加工機。
  7. 　請求項３に記載のレーザ加工機であって、
    　前記発光体は、前記励起光をコリメートして出射するコリメート部材と、前記コリメート部材から出射された光を集光して前記共振器に出射する集光部材を有する
    　レーザ加工機。
  8. 　請求項３に記載のレーザ加工機であって、
    　前記レーザ光源からの前記パルスレーザ光の発振を制御する制御部
    　を更に具備するレーザ加工機。
  9. 　請求項８に記載のレーザ加工機であって、
    　前記制御部は、複数の前記垂直共振器型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づく前記パルスレーザ光の出射を個別に制御する
    　レーザ加工機。
  10. 　請求項３に記載のレーザ加工機であって、
    　前記利得媒質層は、Ｙｂ：ＹＡＧである
    　レーザ加工機。
  11. 　請求項１０に記載のレーザ加工機であって、
    　前記過飽和吸収体は、Ｃｒ：ＹＡＧである
    　レーザ加工機。
  12. 　基板と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、前記基板の他方の面側に前記発光体と接して配置される、前記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と
    　を具備するレーザ加工機を用いて、
    　隣り合う前記垂直共振型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づいて発振される前記パルスレーザ光をそれぞれの発振のタイミングを異ならせて照射して前記加工対象物を加工する
    　レーザ加工方法。
  13. 　請求項１２に記載のレーザ加工方法であって、
    　隣り合う前記垂直共振型面発光レーザ素子それぞれから出射される励起光に基づく前記パルスレーザ光の発振のタイミングを前記パルスレーザ光のパルス周期の半周期分ずらす
    　レーザ加工方法。
  14. 　基板と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、前記基板の他方の面側に前記発光体と接して配置される、前記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、
    　前記レーザ光源と前記光学系との間に設けられた波長変換層と
    　を具備するレーザ加工機を用いて、
    　前記加工対象物に、前記共振器から出射され前記波長変換層を通過しないパルスレーザ光と、前記波長変換層を通過することにより波長変換されたパルスレーザ光を照射して前記加工対象物を加工する
    　レーザ加工方法。
  15. 　基板と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、前記基板の他方の面側に前記発光体と接して配置される、前記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、
    　前記光学系と前記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材と
    　を具備するレーザ加工機を用いて、
    　前記加工対象物に、前記透明部材によって形成される互いに焦点距離が異なる複数のパルスレーザ光を照射して、前記加工対象物を加工する
    　レーザ加工方法。
  16. 　基板と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記基板の他方の面側から励起光を出射する複数のボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、前記基板の他方の面側に前記発光体と接して配置される、前記励起光の入射により複数のパルスレーザ光を発振する共振器と、を有するレーザ光源と、
    　前記パルスレーザ光を縮小して加工対象物へ照射する光学系と、
    　前記レーザ光源と前記光学系との間に設けられた波長変換層と、
    　前記光学系と前記加工対象物との間に設けられた厚みが部位によって異なる透明部材と
    　を具備するレーザ加工機を用いて、
    　加工波長が互いに異なる第１の加工波長で加工される第１の材料と第２の加工波長で加工される第２の材料とが積層されてなる前記加工対象物に、前記共振器から出射され前記波長変換層を通過しない第１の加工波長の第１のパルレーザ光と、前記波長変換層を通過することにより第２の加工波長に変換された第２のパルスレーザ光を、前記第１の材料に前記第１のパルスレーザ光の焦点位置が、前記第２の材料に前記第２のパルスレーザ光の焦点位置がくるように前記透明部材によって焦点距離を異ならせて照射し、前記加工対象物を加工する
    　レーザ加工方法。
  17. 　基板と、前記基板の一方の面上に設けられ、前記基板の他方の面側から励起光を出射するボトムエミッション型の垂直共振器型面発光レーザ素子とを有する発光体と、
    　前記基板の他方の面側に前記発光体と接して配置される、前記励起光の入射によりパルスレーザ光を発振する共振器と
    　を具備するレーザ光源。
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