(57)【要約】【課題】パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）及びパルスエネルギーを制御可能な、超短パルスレーザーを用いた機械加工プロセスを提供する。【解決手段】ワークピースに関連する機械加工プロセスが、制御装置によって超短パルスレーザーのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を制御するステップを含むことができる。ＰＲＦは、ワークピース上の経路上に隣接するパルス間のほぼ一定の距離を維持するように制御することができる。このほぼ一定の距離は、ワークピースに対して経路上を進む速度の変化にかかわらず維持することができる。経路上の各パルスのエネルギーの量は、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、ほぼ一定にすることができる。【選択図】図１Ｂ
2018118308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースに関連する機械加工プロセスであって、
制御装置によって、超短パルスレーザーのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を制御するステップを含み、
前記ＰＲＦは、前記ワークピース上の経路上に隣接するパルス間のほぼ一定の距離を維持するように制御し、
前記ほぼ一定の距離は、前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度の変化にかかわらず維持し、
前記経路上の前記パルスの各々のエネルギーの量が、前記ＰＲＦを制御することに関連する前記ＰＲＦの変化にかかわらず、ほぼ一定である、
機械加工プロセス。
【請求項２】
前記ほぼ一定の距離は、目標距離から０．５０マイクロメートル以下の距離である、請求項１に記載の機械加工プロセス。
【請求項３】
前記経路上に隣接する前記パルス間のエネルギーの量の変動が、二乗平均平方根（ＲＭＳ）の値で約２％未満である、請求項１に記載の機械加工プロセス。
【請求項４】
前記機械加工プロセス中の所定時刻において、前記ＰＲＦが、前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度に比例する、請求項１に記載の機械加工プロセス。
【請求項５】
前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度を測定するステップをさらに含み、
前記超短パルスレーザーのＰＲＦを制御するステップが、
前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度に基づいて前記ＰＲＦを制御することを含む、
請求項１に記載の機械加工プロセス。
【請求項６】
前記ＰＲＦを制御することに関連する前記ＰＲＦの変化にかかわらず、前記経路上の前記パルスの各々のエネルギーの量を制御するステップをさらに含む、請求項１に記載の機械加工プロセス。
【請求項７】
前記機械加工プロセスが、脆性材料を改変することに関連するプロセスである、請求項１に記載の機械加工プロセス。
【請求項８】
ワークピースに関連する機械加工プロセスであって、
前記機械加工プロセス中に、超短パルスレーザーによって、パルスを、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）に基づいて前記ワークピース上へ出力するステップと、
前記機械加工プロセス中に、制御装置によって、前記ワークピースに対して経路上を進む速度の変化に基づいて、前記超短パルスレーザーの前記ＰＲＦを制御するステップとを含み、
前記ワークピース上の前記経路上に隣接するパルスの位置間の距離が前記制御装置によって制御されるように、前記超短パルスレーザーの前記ＰＲＦを制御し、
前記距離は、前記機械加工プロセスに関連する動作可能な距離範囲内の任意の距離であり、
前記経路上の前記パルスのパルスエネルギーを、前記ＰＲＦを制御することに関連する前記ＰＲＦの変化にかかわらず制御し、
前記パルスの前記パルスエネルギーは、前記超短パルスレーザーの動作可能なエネルギー範囲内の任意の任意のエネルギーである、
機械加工プロセス。
【請求項９】
前記超短パルスレーザーの前記ＰＲＦを、隣接する前記パルスの位置間の距離がほぼ一定であるように制御する、請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１０】
前記パルスの前記パルスエネルギーを、前記パルスの前記パルスエネルギーがほぼ一定であるように制御する、請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１１】
前記パルスの各々が、任意数のパルスを有するパルスバーストから成り、
所定の前記パルスバーストのバーストエネルギーを、前記ＰＲＦを制御することに関連する前記ＰＲＦの変化にかかわらず当該バーストエネルギーがほぼ一定であるように制御し、
前記所定のパルスバーストのバースト・エンベロープ形状を、前記ＰＲＦを制御することに関連する前記ＰＲＦの変化にかかわらず当該バースト・エンベロープ形状がほぼ不変であるように制御する、
請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１２】
前記機械加工プロセス中の所定時刻において、前記ＰＲＦが、前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度に比例する、請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１３】
前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度を測定するステップをさらに含み、
前記超短パルスレーザーの前記ＰＲＦを制御するステップが、
前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度に基づいて前記ＰＲＦを制御することを含む、
請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１４】
前記ＰＲＦを制御することに関連する前記ＰＲＦの変化にかかわらず、前記パルスの前記パルスエネルギーを制御する、請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１５】
前記機械加工プロセスが、脆性材料を可変することに関連するプロセスである、請求項８に記載の機械加工プロセス。
【請求項１６】
ワークピースに関連する機械加工プロセスであって、
前記機械加工プロセス中に、制御装置によって、超短パルスレーザーのパルスを、前記ワークピースに対して経路上を進む速度の変化に応じてトリガするステップであって、前記ワークピース上の前記経路上に隣接する前記パルス間のほぼ一定の距離を維持するように、前記パルスをトリガする速さを変化させるステップと、
前記制御装置または前記超短パルスレーザーによって、前記パルスのパルスエネルギーを制御するステップであって、前記パルスをトリガする速さの変化にかかわらず前記パルスエネルギーがほぼ一定であるように、前記パルスエネルギーを制御するステップと
を含む、機械加工プロセス。
【請求項１７】
前記ほぼ一定の距離は、目標距離から０．５０マイクロメートル未満の距離である、請求項１６に記載の機械加工プロセス。
【請求項１８】
前記パルスの前記パルスエネルギーの変動が、二乗平均平方根（ＲＭＳ）の値で約２％未満である、請求項１６に記載の機械加工プロセス。
【請求項１９】
前記機械加工プロセス中の所定時刻において、前記超短パルスレーザーのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）が、前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度に比例し、
前記ＰＲＦが、前記パルスをトリガするステップに関連する、請求項１６に記載の機械加工プロセス。
【請求項２０】
前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度を測定するステップをさらに含み、
前記超短パルスレーザーの前記パルスをトリガするステップが、
前記ワークピースに対して前記経路上を進む速度に基づいて、前記パルスをトリガすることを含む、
請求項１６に記載の機械加工プロセス。
【請求項２１】
前記機械加工プロセスが、脆性材料を改変することに関連するプロセスである、請求項１５に記載の機械加工プロセス。
【請求項２２】
ワークピースに関連する機械加工プロセスであって、
前記ワークピースに対する経路を用意するステップと、
前記経路に沿ったターゲット位置に対するターゲット・エネルギーレベルを与えるステップと、
前記経路に沿って変化する走査速度を与えるステップと、
制御装置によって、超短パルスレーザーを、前記ワークピースに対して、前記走査速度により走査するステップと、
前記制御装置によって、前記超短パルスレーザーからのパルスを、前記経路に沿ったターゲット位置毎にトリガするステップとを含み、
前記パルスの各々のエネルギーレベルが、前記ターゲット位置に対応する前記ターゲット・エネルギーレベルの、二乗平均平方根（ＲＭＳ）の値で５％以内であり、
前記ワークピース上の前記パルスの各々の位置が、前記ターゲット位置から４マイクロメートル以内である、機械加工プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超短パルスレーザーを用いた機械加工プロセスに関するものであり、特に、ワークピース（加工片）に対して経路上を進む速度の変化にかかわらず、超短パルスレーザーのパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：pulse repetition frequency）を制御することを可能にし、かつ、ＰＲＦの変化にかかわらず、超短パルスレーザーからの所定パルスのエネルギーの量を制御することを可能にする、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いた機械加工プロセスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
短パルスレーザーシステムは、サブマイクロ秒（１マイクロ秒未満）のパルス幅を有する光パルスを発生する。本明細書中に用いる光の短パルスとは、その持続時間がマイクロ秒（μs）未満である電磁パルスである。短パルスレーザーは、ピコ秒及びフェムト秒のような超短パルスレーザー（時として超高速レーザーと称される）、及びサブマイクロ秒のパルス幅及びサブミリ秒の時間分解能を有する増幅（された）パルスを生成することができる他のレーザーを含む。
【０００３】
従来の超短パルスレーザーでは、超短パルスレーザーの繰り返し周波数（ＰＲＦ）を選択することができるが、機械加工プロセス中には一般に高エネルギーパルスが固定周波数で生成され、従って比較的一定量のエネルギーを有する。機械加工プロセス中には、ＰＲＦは一般に固定されたままである、というのは、機械加工プロセス中にＰＲＦを変化させることは、負の副作用（例えば、加工品質を低下させるパルスエネルギー変動、及び／またはレーザー自体の損傷）を生じさせ得るからである。一部の場合には、超短パルスレーザーのパルスのタイミングに関してある程度のフレキシビリティ（柔軟性）を取り入れる擬似トリガ機能（例えば、パルス・オンデマンド（ＰｏＤ：pulse on demand：必要時のパルス）機能）、プリアンプ型パルスピッカー（前置増幅器型パルス間引き装置）、等を有するように、超短パルスレーザーを構成することができる。しかし、こうした疑似トリガ機能は、こうした超短パルスレーザーを用いる機械加工プロセスの加工品質に悪影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９５７０８７７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一部の可能な実現によれば、ワークピースに関連する機械加工プロセスが：制御装置によって超短パルスレーザーのＰＲＦを制御するステップを含むことができ、ＰＲＦを制御して、ワークピース上の経路上に隣接するパルス間のほぼ一定の距離を維持し、ワークピースに対して経路上を進む速度の変化にかかわらず、上記ほぼ一定の距離を維持し、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、経路上の各パルスのエネルギーの量はほぼ一定である。
【０００６】
一部の可能な実現によれば、ワークピースに関連する機械加工プロセスが：機械加工プロセス中に、超短パルスレーザーによって、ＰＲＦに基づくパルスをワークピース上へ出力するステップと；機械加工プロセス中に、制御装置によって、ワークピースに対して経路上を進む速度の変化に基づいて、超短パルスレーザーのＰＲＦを制御するステップとを含むことができ、ワークピース上の経路上に隣接するパルスの位置間の距離が上記制御装置によって制御されるように、超短パルスレーザーのＰＲＦを制御し、この距離は、機械加工プロセスに関連する動作可能な距離範囲内の任意の距離であり、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、経路上のパルスのパルスエネルギーを制御し、パルスのパルスエネルギーは、超短パルスレーザーの動作可能なエネルギー範囲内の任意のエネルギーである。
【０００７】
一部の可能な実現によれば、ワークピースに関連する機械加工プロセスが：機械加工プロセス中に、制御装置によって、超短パルスレーザーのパルスを、ワークピースに対して経路上を進む速度の変化に応じてトリガするステップと；上記制御装置または上記超短パルスレーザーによって、上記パルスのパルスエネルギーを制御するステップとを含むことができ、パルスをトリガする速さは、ワークピース上の経路上に隣接するパルス間の距離をほぼ一定に維持するように変化させ、パルスをトリガする速さの変化にかかわらずパルスエネルギーがほぼ一定であるように、パルスエネルギーを制御する。
【０００８】
一部の可能な実現によれば、ワークピースに関連する機械加工プロセスが：ワークピース上の経路を用意するステップと；この経路に沿って存在するターゲット（対象）位置に対するターゲット・エネルギーレベルを与えるステップと；この経路に沿って変化する走査速度を与えるステップと；制御装置によって、超短パルスレーザーを、上記経路に沿って、ワークピースに対して、上記走査速度により走査するステップと；上記制御装置によって、上記経路に沿った上記ターゲット位置毎に、超短パルスレーザーからのパルスをトリガするステップとを含むことができ、各パルスのエネルギーレベルは、ターゲット位置に対応するターゲット・エネルギーレベルの二乗平均平方根（ＲＭＳ：root mean square）の５％（５％ＲＭＳ）以内であり、ワークピース上の各パルスの位置はターゲット位置から４マイクロメートル（ミクロン）以内である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーを用いた際の加工品質の低下を例示する図である。
【図１Ｂ】ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いた際の加工品質の改善を例示する図である。
【図２Ａ】本明細書中に記載する機械加工プロセスを実現することができる環境の例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａの超短パルスレーザーシステムの構成要素の例を示す図である。
【図３】超短パルスレーザーのパルス繰り返し周波数を、経路上に隣接するパルス間の距離がほぼ一定であるように制御することに関連するプロセスの例のフローチャートである。
【図４Ａ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図４Ｂ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図４Ｃ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図４Ｄ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図４Ｅ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図４Ｆ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図４Ｇ】第１処理例に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図５Ａ】第２処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示し、他の機械加工方法による他のレーザーシステムの使用を例示する。
【図５Ｂ】第２処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示し、他の機械加工方法による他のレーザーシステムの使用を例示する。
【図５Ｃ】第２処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示し、他の機械加工方法による他のレーザーシステムの使用を例示する。
【図５Ｄ】第２処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示し、他の機械加工方法による他のレーザーシステムの使用を例示する。
【図５Ｅ】第２処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示し、他の機械加工方法による他のレーザーシステムの使用を例示する。
【図６Ａ】第３処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセス用のランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他の機械加工方法を用いた他のレーザーシステムと比較する。
【図６Ｂ】第３処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセス用のランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他の機械加工方法を用いた他のレーザーシステムと比較する。
【図６Ｃ】第３処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセス用のランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他の機械加工方法を用いた他のレーザーシステムと比較する。
【図６Ｄ】第３処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセス用のランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他の機械加工方法を用いた他のレーザーシステムと比較する。
【図７】図７Ａは、第４処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。図７Ｂは、第４処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。図７Ｃは、第４処理例の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステムの使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。
【図８】超短パルスレーザーを、経路に沿って、ワークピースに対して、経路に沿って変化する走査速度により走査すること、及び経路に沿ったターゲット位置毎に、超短パルスレーザーからのパルスをトリガすることに関連するプロセスの例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明
以下の実現例の詳細な説明は、添付した図面を参照する。異なる図面中では、同じ参照番号が同一または同様な要素を識別することがある。以下に説明する実現は例に過ぎず、開示する明確な形態に実現を限定することは意図していない。その代わりに、実現は、通常の当業者がこれらの実現を実施することを可能にする説明のために選択している。
【００１１】
代表的な機械加工プロセス（例えば、マイクロマシニング（微細機械加工））では、超短パルスレーザーの経路（例えば、パルスを供給する経路、あるいはワークピース上のレーザー−物質相互作用ゾーンの経路）は、例えば、（例えば、ワークピースに対して経路上を移動するように）レーザービームをステアリングすることによって、または（例えば、超短パルスレーザーの経路に対してワークピースが移動するように）ワークピースを移動させることによって、あるいはそれらの組合せによって、ワークピースの全体にわたって進む。処理能力（例えば、機械加工プロセスを実行するために必要な時間の量）及び加工品質（例えば、材料除去率、熱影響部の存在、デブリ（小破片）の存在、側面またはエッジの平滑さ、等のような機械加工の性能の品質）は共に、機械加工プロセスを実行することに関連する重要な考慮事項である。
【００１２】
固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーを用いる機械加工プロセスについては、機械加工プロセス全体を通して、上記経路上をワークピースの全体にわたって速度を変化させて（例えば、所定の幾何学的形状の特徴部分についてはできる限り高速に）進むことによって、より高い処理能力を実現することができる。しかし、速度の変化は、固定ＰＲＦと組み合わせると加工品質を低下させる。図１Ａは、機械加工プロセス中に、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーを、速度を変化させて用いた際の加工品質の低下の例１００を示す図である。図１Ａの上部に示すように、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーは、この固定ＰＲＦでは安定したパルスエネルギーを維持することができる。しかし、図１Ａの下部に示すように、機械加工プロセス全体を通して、ワークピースに対して経路上を進む速度（Ｖscanとして識別される）が（例えば、図１Ａでは、直線の特徴部分における高速から曲線の特徴部分における低速へ）変化すると、超短パルスレーザーの固定ＰＲＦが一定でないパルス間隔を生じさせ、これにより（例えば、幾何学的形状の曲線の低速部分に熱影響部を取り入れることによって）加工品質を低下させる。
【００１３】
逆に、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーは、加工品質を維持または改善しつつ、向上した処理能力を提供することができる。図１Ｂは、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを機械加工プロセス用に用いた際の、加工品質の改善の例１５０を示す図である。図１Ｂの上部に示すように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーは、超短パルスレーザーのＰＲＦを（例えば、ＰＲＦが、ワークピースに対する経路上の速度に比例するように）制御することを可能にする。さらに、図１Ｂの上部に示すように、超短パルスレーザーのＰＲＦの変化にかかわらず、各パルスのエネルギーも制御する（例えば、一定に保つ）ことができる。従って、ＰＲＦを制御することによって、図１Ｂの下部に示すように、（例えば、隣接するパルス間の距離がほぼ一定であるように）パルス間隔を制御することができ、これにより（例えば、速度の変化を可能にすることによって）処理能力を向上させつつ機械加工プロセスの加工品質を保証することができる。
【００１４】
一部の場合には、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーは、擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザーに比べて改善された加工品質を提供する。
【００１５】
擬似トリガのための１つの方法は、ポストアンプ（後置増幅器）型パルスピッカーによるトリガである。この方法は、時としてパルス・オンデマンド（ＰｏＤ）と称される。ポストアンプ型パルスピッカーを有する超短パルスレーザーでは、ポストアンプ型パルスピッカーを、増幅器の後段かつレーザービームの出力の前段に配置する。ここでは、ポストアンプ型パルスピッカーが、増幅器からのあらゆる増幅パルスを伝達または遮断するように構成されている。このことは時として「トリガ機能」と称される、というのは、ポストアンプ型パルスピッカーはトリガを受信するとパルスを伝達するように構成することができるからである。しかし、ポストアンプ型パルスピッカーは、真のトリガ機能を提供することができない、というのは、ポストアンプ型パルスピッカーは本質的にパルスゲート機構であり、従ってパルスのタイミングを変化させることができないからである。ポストアンプ型パルスピッカーが任意時刻にトリガを受信した場合、利用可能な増幅パルスが存在しないことがあり、ポストアンプ型パルスピッカーは次のパルスが到着するのを待機しなければならない。その結末は、トリガに対するパルスのタイミングが相当ランダムになるということであり、このことはワークピース上のパルスの正確な位置決めを妨げる。こうしたＰｏＤ法の限界の例を、以下でさらに詳細に説明する。
【００１６】
超短パルスレーザーのフレキシビリティを増加させるための他の方法は、プリアンプ型パルスピッカーを用いることである。発振器（例えば、ピコ秒発振器）からのパルスは高い繰り返し率（繰り返し周波数）を有する。このことは、原理的に、より多数の選択可能なパルスをプリアンプ型パルスピッカーに供給して、より正確なパルスタイミングを可能にする。しかし、増幅器の前段におけるトリガは、大幅なパルスエネルギー変動（例えば、１０〜２０％の変動）を生じさせ得る。このことは、ワークピースに対するパルスの影響の意味での加工品質の低下を生じさせ、及び／または、超短パルスレーザー自体に損傷を生じさせ得る可能性がある。
【００１７】
上記２つの方法間の主な相違は、安定性とジッター（時間軸方向のゆらぎ）とのトレードオフ（二律背反）にある。ポストアンプ型パルスピッカーを有する超短パルスレーザーは、安定なエネルギーであるが大きなタイミング・ジッターを有するパルスを供給する。これとは対照的に、プリアンプ型パルスピッカーを有する超短パルスレーザーは、適度なタイミング・ジッターであるが貧弱なエネルギー安定性を有するパルスを供給する。いずれの場合にも、これらの技術の実現の結果として（例えば、不正確な間隔をおいたパルス、またはエネルギーが変動するパルスのいずれかに起因して）、加工品質に問題がある。一部の場合には、これら２つの方法を組み合わせて、一部の特定の場合に許容可能であり得る妥協点を生み出すことができる。しかし、これら２つの方法を組み合わせることは、（例えば、プリアンプ型パルスピッカーの使用による）およそ１０ナノ秒のオーダーのタイミング・ジッターを実現することはできるが、（例えば、事前設定されたＰＲＦ付近の特定周波数範囲について、エネルギー補償方式がエネルギー補償を行わない際に）およそ１０〜２０％のパルスエネルギー変動がまだ発生し得る。このことは多数の用途に適さない。
【００１８】
従って、機械加工プロセスにおいて、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いて、従来の超短パルスレーザー（例えば、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザー、擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザー、プリアンプ型パルスピッカーを有する超短パルスレーザー、等）の限界を克服して、所定の機械加工プロセスの処理能力及び／または加工品質を改善する。
【００１９】
一部の実現では、ランダムトリガ機能は、超短パルスレーザーが（例えば、およそ１０％ＲＭＳ（二乗平均平方根の値がおよそ１０％）、およそ５％ＲＭＳ未満、１〜２％ＲＭＳ、等の）低いエネルギー変動を有し、（（例えば、２５mm/s、１０m/s、２５m/s、２５m/s超、等の）所定の走査速度で（例えば、±２５ナノ秒未満の）低いタイミング・ジッターを有するパルスを供給することを可能にする。こうした安定性及び正確さのレベルは、大部分の実際的なマイクロマシニング用途において、比較的高い走査速度でも、ワークピース上でのパルス位置決めの不確実性が無視できることを意味する。例えば、１０m/sの走査速度では、ワークピース上の所定パルスの位置をターゲット位置から±０．２５マイクロメートル（μm）以内にすることができ、この値は大部分のマイクロマシニング用途において無視できる。特に、より高い（例えば、１０m/sよりも大きい）走査速度では、パルス位置の不確実性が増加し得る（例えば、これにより所定パルスがターゲット位置から±０．２５μm以内でなくなる）。それにもかかわらず、一部のマイクロマシニング用途では、（例えば、２５m/s以上のように１０m/sよりも大きい）所定の走査速度に対して、比較的高いパルス位置決めの不確実性を無視することができる。
【００２０】
本明細書中に記載する一部の実現は、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いた機械加工プロセスを提供して、改善及び／または最適化された処理能力及び／または加工品質を提供する。一部の実現では、機械加工プロセス中に、ランダムトリガ機能が、ワークピースに対して経路上を進む速度に基づいて超短パルスレーザーのＰＲＦを制御することを可能にし、これにより隣接するパルス間の距離を十分に制御する（例えば、ほぼ一定または選択した値に保つ）ことを可能にするので、改善及び／または最適化された処理能力及び／または加工品質を実現することができる。さらに、ランダムトリガ機能は、ＰＲＦにかかわらず、所定パルスのエネルギーの量を十分に制御することを可能にするので、改善及び／または最適化された処理能力及び／または加工品質を実現することができる。
【００２１】
例えば、図示するように、以下に説明する機械加工プロセスの例では、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いる機械加工プロセスが、機械加工プロセスを完了するための処理時間を（例えばスカイライティング（skywriting：空中描画）技術を用いた固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーに比べて）低減することによって、向上した処理能力を実現することができる。一部の場合には、以下に説明するように、高い加工品質を実現しつつ、処理時間を大幅に（例えば、およそ４０％まで）低減することができる。
【００２２】
他の例として。図示するように、以下に説明する機械加工プロセスの例では、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いる機械加工プロセスが、（例えば、一貫した及び／または制御された表面粗さ及び／または彫刻の深さ、均等に間隔をおいたパルス、等により）あらゆる任意の隣接する一対のパルス間の距離の十分な制御を可能にすることによって、（例えば、一定のＰＲＦを有する超短パルスレーザー、または擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザーに比べて）改善された品質を実現することができる。
【００２３】
さらに他の例として、図示するように、以下に説明する機械加工プロセスの例では、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーが、（例えば、擬似トリガ技術を用いた超短パルスレーザーに比べて）低減されたタイミング・ジッターを可能にすることによって、改善された正確さを実現することができ、このことはワークピース上におけるパルス位置決めジッターを低減または解消し、これにより加工品質を（特にマルチパス（多重経路）機械加工プロセスに比べて）改善する。
【００２４】
図２Ａは、本明細書中に記載する機械加工プロセスを実現することができる環境２００の例の図である。図２Ａに示すように、環境２００は、超短パルスレーザーシステム２１０、ビーム伝達システム２２０、作業面２３０、及びワークピース２４０を含むことができる。
【００２５】
超短パルスレーザーシステム２１０は、本明細書中に説明するように、パルス間の距離及び／またはパルスエネルギーを十分に制御することを可能にする最小限のタイミング・ジッターを有するランダムな（即ち、任意の）トリガに基づいて光パルスビームを出力することができる１つ以上の装置を含む。例えば、超短パルスレーザーシステム２１０は、任意のパルストリガ及び低いエネルギー変動を有する短パルスレーザー（例えば、ピコ秒パルスレーザー、ナノ秒パルスレーザー、フェムト秒パルスレーザー、等）を含むことができる。一部の実現では、超短パルスレーザーシステム２１０が制御装置によって制御される。一部の実現では、超短パルスレーザーシステム２１０が、ワークピース２４０を機械加工することに関連する機械加工プロセス（例えば、マイクロマシニングプロセス、アブレート（瞬間加熱除去）プロセス、切削プロセス、工作プロセス、等）において用いられる光パルスビームを出力することができる。超短パルスレーザーシステム２１０に関する追加的な詳細は、図２Ｂに関して以下に提供する。
【００２６】
ビーム伝達システム２２０は、超短パルスレーザーシステム２１０によって出力されるビーム（例えば、パルス）を、ワークピース２４０上の経路上に供給することができる１つ以上の装置を含む。例えば、ビーム伝達システム２２０は、コーティングされたレーザー光学系、コーティングされた基板及び／またはコーティングされない基板（例えば、平面基板、曲面基板、レンズ、等）、遅延板、偏光板、ビーム導光板（ビームガイド）、ビーム移動機構（例えば、ガルバノミラー系光学走査システム、ポリゴン走査システム、音響光学スキャナ（時として音響光学偏向器と称される）、他の種類の電気光学装置、等）、電動ステージシステム、ビーム伝達システム制御構成要素（例えば制御装置）、１つ以上の可動な及び／または傾斜角変更可能なミラー、等を含むことができる。一部の実現では、ビーム伝達システム２２０が、トリガ信号（例えば、経路上の相対速度に比例する周波数のトリガ信号）を発生することに関連する制御装置を含むことができ、このトリガ信号は、（例えばビーム伝達システム２２０がガルバノミラー系光学走査システムである際に）超短パルスレーザーシステム２１０をトリガしてパルスを供給する。
【００２７】
作業面２３０は、ワークピース２４０を受けるための表面を含む。例えば、作業面２３０は、ワークピース２４０を載置するための表面を含むことができる。一部の実現では、作業面２３０が、超短パルスレーザーシステム２１０に対して（例えば、図２Ａの紙面に平行に、図２Ａの紙面に垂直に）移動することができ、及び／または、伝達システム２２０に対して（例えば、作業面２３０の電動ステージシステムに基づいて、等で）移動することができる。これに加えて、あるいはその代わりに、（例えば、ワークピース２４０に対して経路が移動するように）ビーム伝達システム２２０が移動することができ、あるいはビーム伝達システム２２０内の光学機能が移動することができる。換言すれば、走査は、作業面２３０／ワークピース２４０をビーム伝達システム２２０に対して移動させることによって、ビーム伝達システムを作業面２３０／ワークピース２４０に対して移動させることによって、（例えば、作業面２３０／ワークピース２４０及びビーム伝達システムが静止状態／定位置に留まる間に）超短パルスレーザーシステム２１０の光出力をビーム伝達システム２２０でステアリングすることによって、あるいはそれらの何らかの組合せによって実行することができる。一部の実現では、作業面２３０が、（例えば、作業面２３０がワークピース２４０を移動させることに関連する可動部分またはステージを含む際に）超短パルスレーザーシステム２１０をトリガしてパルスを供給するためのトリガ信号を発生することに関連する制御装置を含むことができる。
【００２８】
ワークピース２４０は、機械加工プロセスを用いて機械加工される対象物を含む。例えば、ワークピースは、シリコン系材料（例えば、ガラス）、金属材料（例えば、銅、ステンレス鋼、等）を含むことができる。
【００２９】
図２Ａに示す装置の個数及び配置は、例として提供するものである。実施には、図２Ａに示すものに対して、追加的な装置、より少数の装置、異なる装置、あるいは異なるように配置された装置が存在し得る。さらに、図２Ａに示す２つ以上の装置を単一の装置内に実現することができ、あるいは、図２Ａに示す単一の装置を複数の分散した装置として実現することができる。これに加えて、あるいはその代わりに、環境２００の装置の１つの集合（例えば、１つ以上の装置）が、環境２００の装置の他の集合によって実行されるように説明した１つ以上の機能を実行することができる。
【００３０】
図２Ｂは、超短パルスレーザーシステム２１０の構成要素の例の図である。図２Ｂに示すように、超短パルスレーザーシステム２１０は、発生源２５５、発生源２５５に光学的に接続された増幅器２６０、増幅器２６０に接続されたポンプ２６５、増幅器２６０に光学的に接続された光出力制御装置２７０、及び発生源２５５に接続され、随意的に増幅器２６０、ポンプ２６５及び／または出力制御装置２７０に接続された制御装置２７５を含むことができる。
【００３１】
超短パルスレーザーシステム２１０は、マイクロ秒、ナノ秒、ピコ秒、及びフェムト秒の範囲内の任意のパルス幅を有するレーザーパルスを出力する。出力されるレーザーパルスは、秒、ミリ秒、マイクロ秒、サブマイクロ秒、等の範囲内の任意の時間間隔を有する。出力されるレーザーパルスは、ヘルツ(Hz)範囲内、キロヘルツ(kHz)範囲内、メガヘルツ(MHz)範囲内、等の最大パルス繰り返し率を有することができるが；出力されるレーザーパルスは繰り返し周波数を忠実に守る必要はない。むしろ、レーザーパルスはあらゆる任意時刻に出力することができる。出力されるレーザーパルスが固定値の繰り返し率を有するか否か、あるいは任意の時間間隔であるか否かを問わず、超短パルスレーザーシステム２１０は制御可能なエネルギーレベルを各出力パルスに与える。これらのレーザーパルスは、例えばサブミリジュール〜ジュールの範囲内の任意のエネルギーを有することができる。
【００３２】
超短パルスレーザーシステム２１０は、主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ：master oscillator power amplifier）回生増幅器、あるいは当業者にとって周知の他の構成を含む様々な異なるレーザー構成の形に実現することができ、これらは単に簡潔にするために省略している。
【００３３】
発生源２５５は、制御装置２７５の命令の下で、レーザー光のパルスを増幅器２６０に供給する。発生源２５５は、短（または超短）レーザーパルスを、制御可能なエネルギーレベルで、かつ任意のタイミングで出力するように構成されている。任意のタイミングは、パルスのランダム・タイミング、パルスのオンデマンド・トリガ、パルスの事前設定パターン、及び固定繰り返し率のパルスを含めた任意のタイミングを含む。一部の実施形態では、発生源２５５はレーザーダイオードを含むことができる。一部の実施形態では、発生源２５５は、パルスピッカーに光結合された低エネルギー、高ＰＲＦの超高速シード発振器を具えることができる。１つの可能な例として、発生源２５５は、レーザーパルスを、およそ５メガヘルツ（MHz）以上の周波数で供給することができる。代案の実施形態では、発生源２５５は、低エネルギーの制御パルスの代わりに低い平均パワーの光ビームを供給するための連続波レーザーを含むことができ、第２のレーザーを用いて高エネルギーのパルスを供給することができる。
【００３４】
発生源２５５からのパルス及び光ビームを増幅器２６０の前段で制御することによって、増幅器のより大幅な調節をより高い精度で実現することができる。一部の実現（例えば、発生源２５５がパルスピッカーを含む実現）では、発生源２５５が、光信号を増幅器２６０へ、特定の効率（例えば、０．０１％、０．１％、１％、１０％、５０％、９０％、等）で、５％未満の誤差で渡すことができる。一部の実現では、発生源２５５が、異なるエネルギー（例えば、１桁の範囲内のエネルギー、２桁の範囲内のエネルギー、等）を有する光パルスを、特定レベルの誤差（例えば５％未満の相対誤差）で渡すことができる。一部の実現では、発生源２５５が、光信号を、変化させることができる可変の効率で渡すことができ、一部の実現では、特定の応答時間（例えば、マイクロ秒またはナノ秒の応答時間）で渡すことができる。一部の実現では、発生源２５５が、光信号を、動的に可変のパワー／エネルギーレベルで、特定の応答時間で渡すことができる。
【００３５】
増幅器２６０は、発生源２５５からのパルスを受信して、増幅された、即ちより高エネルギーのパルスを出力する。増幅器２６０は、当業者にとって既知のあらゆる過渡レジメの光増幅器で構成することができる。増幅器の種類の例は、ロッド（棒）型増幅器、スラブ（平板）型増幅器、ディスク（円板）型増幅器、及びファイバー増幅器を含む。増幅器２６０は、１つの増幅器及び／または一連の増幅器で構成することができる。増幅器２６０は、マルチパス（多重経路）用に、シングルパス（単一経路）用に、あるいは任意数のシングルパス及び／またはマルチパス増幅器の直列の組合せ用に構成することができる。例えば、増幅器は、（例えば直列の）１つ以上のシングルパス増幅器、（例えば直列の）１つ以上のマルチパス増幅器、及び／または、１つ以上のシングルパス増幅器と１つ以上のマルチパス増幅器との直列配置を含むことができる。増幅器２６０は、増幅されたパルスを出力制御装置２７０へ、あるいは超短パルスレーザーシステム２１０外へ直接出力することができる。増幅器２６０は、連続ポンピングによる過渡レジメで動作し、このことは、発生源２５５からの光を増幅しない際に増幅器に蓄積されるエネルギーの予測可能な増加をもたらす。増幅器２６０は、ゲイン（利得）媒質（例えば、ファイバー系ゲイン媒質、ロッド、スラブ、ディスク、等のようなバルクゲイン媒質）を含むことができ、これらのゲイン媒質は、例えばレーザー結晶またはレーザーガラス（例えば、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：yttrium aluminum garnet）、イッテルビウムをドープしたタングステン結晶（例えば、カリウム・ガドリニウム・タングステン（ＫＧＷ）結晶、カリウム・イットリウム・タングステン（ＫＹＷ）結晶）、エルビウムをドープしたＹＡＧ、チタニウム−サファイア結晶、等）、セラミック・ゲイン媒質、複合ゲイン媒質、等である。
【００３６】
増幅器２６０はエネルギーを蓄積しており、このエネルギーは、増幅器のゲイン媒体を通過する光パルスに増幅器２６０が与えることができる潜在的ゲインを表す。パルスを増幅することは、増幅器に蓄積されたエネルギーを減少させ、パルスを増幅し続けるためには、増幅器に蓄積されたエネルギーをポンプ２６５によって補充するべきである。
【００３７】
ポンプ２６５は増幅器２６０に接続されて、増幅器に蓄積されたエネルギーを増加させる。一部の実施形態では、ポンプ２６５が電気的または光学的に増幅器２６０に接続されて、増幅器に蓄積されたエネルギーに予測可能な増加率をもたらす。一部の実施形態では、ポンプ２６５が連続的なポンピングを行って、増幅器２６０に蓄積されたエネルギーを増加させるか補充するためのエネルギーを供給する。本明細書においてポンピングと称するプロセスでは、増幅器２６０のゲイン媒体が、光信号の増幅のためのエネルギーをポンプ２６５から受け取る。
【００３８】
光出力制御装置２７０は、増幅されたレーザーパルスを増幅器２６０から受け、（例えば、制御装置２７５によって）これらのパルスを遮断し、通過させ、または部分的に通過させるように構成することができる。制御装置２７０の例は、パルスピッカー、パルスピッカーを含むパルス・オンデマンド・モジュール、または他の種類の出力制御装置を含む。出力制御装置２７０は、非線形結晶材料、光（フォトニック）結晶ファイバー、ガス、等に基づく波長変換器（例えば、非線形波長変換器）を含むこともできる。こうした実現では、追加的な出力制御要素が、周波数倍増プロセス、和周波数及び差周波数発生プロセス、ラマン変換プロセス、超連続体発生プロセス、高調波発生プロセス、等を実行することができる。パルスを部分的に通過させることは、パルスのエネルギーをその最高レベル（パルスを通過させるレベル）から中間的レベルまで減少させる。
【００３９】
制御装置２７５は、発生源２５５に接続され、及び／または発生源２５５を制御し、随意的に増幅器２６０、ポンプ２６５、及び出力制御装置２７０に接続され、及び／またはこれらを制御する。制御装置２７５は、パルスを出力する要求またはトリガに応答して、増幅器２６０に蓄積されたエネルギーを調節することと、より高エネルギーの出力パルスを超短パルスレーザーシステム２１０から出力することとを連係して調整する。実施形態では、制御装置２７５が、蓄積されたエネルギーをポンプ２６５により増加させることと、発生源２５５からの低エネルギーの高周波数パルスまたは他の低平均パワーの光を用いて蓄積されたエネルギーを消耗させることとを平衡させることによって、増幅器２６０に蓄積されたエネルギーを調節する。
【００４０】
制御装置２７５は、ソフトウェア及び／またはハードウェアの形で実現することができる。例えば、制御装置２７５は、デジタル・シグナル・プロセッサ、マイクロプロセッサ、集積回路（例えば、フォトニック集積回路、特定用途向け集積回路、等）、フィールド・プログラマブル・アレイ、等のようなプロセッサを含むことができる。制御装置２７５は、メモリ装置、通信インタフェース、入力構成要素、及び／または出力構成要素のような、プロセッサと相互作用する他の構成要素を含むこともできる。メモリ装置は、プロセッサが用いる命令またはデータを記憶することができる。通信インタフェースは、プロセッサがレーザーシステムの他の構成要素と通信すること、外部からレーザーシステムへのコマンドを受信すること、及び／またはデータをレーザーシステムの外部に提供することを許可することができる。制御装置２７５は、非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ可読な命令を含むことができ、これらの命令は、汎用コンピュータ、（ＦＰＧＡ（field programmable gate array：フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ）のような）再構成可能なハードウェア、（ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit：特定用途向け集積回路）のような）特定用途向けハードウェア、他の電気装置、及びこれらの実現技術の組合せによって実行される。一部の実現では、制御装置２７５を、ビーム伝達システム２２０の制御及び／または作業面２３０の制御と組み合わせることができる。
【００４１】
一部の実現では、制御装置２７５が、事前に定められた時間遅延、及びポンプ２６５からの連続ポンピングにより増幅器に蓄積されたエネルギーの増加率の知識を用いて増幅器２６０を調節する。高エネルギーの入力パルスを増幅した後に、制御装置２７５は低エネルギーの制御パルスを所定時間だけ通過させない。増幅器に蓄積されたエネルギーは、高エネルギーの入力パルスの増幅の直後に消耗レベルまで減少し、従って上記所定時間後に、蓄積されたエネルギーレベルが上限であることを知る。一旦、制御装置２７５が、事前に定められたＰＲＦ及びエネルギーを有する制御パルスを要求すると、増幅器２６０に蓄積されたエネルギーは上限と下限との間の平衡状態のままであり、従って制御装置２７５はトリガを受信するまで制御パルスを供給し続ける。制御装置２７５がトリガを受信すると、制御装置２７５は、次の制御パルスを発生する時点まで待機する。この待機時間は、トリガを受信するタイミングに応じて、０と制御パルス間の時間との間の任意の時間とすることができる。この不確定性は、最終的に、トリガと、より高エネルギーの出力パルスとの間の時間の時間遅延ジッターを導入する。待機時間が終了すると、次の制御パルスを通過させる代わりに、制御装置２７５は、増幅器に蓄積されたエネルギーが上限にあることを知り、従って、２回目の時間遅延は、増幅器に蓄積されたエネルギーをターゲット（目標）レベルまで増加させることを可能にするように事前に定められている。この２回目の時間間隔後に、制御装置２７５は高エネルギーの入力パルスを要求する。次に、制御装置２７５が行うこうした動作を、任意のタイミングのトリガ毎に反復することができる。このようにして、制御装置２７５は、パルスエネルギーを制御しつつ、超短パルスレーザーシステム２１０からのパルスを任意の時間間隔でトリガすることができる。
【００４２】
一部の実現では、（例えば、制御装置２７５からの）トリガを受信することを待機しながら、増幅器２６０に蓄積されたエネルギーを、上限と下限との間で振動する動的な平衡状態に、かつターゲットレベル未満に保つことができる。増幅器２６０に蓄積されたエネルギーが上限に達すると、低エネルギーの制御パルスを増幅器２６０内に渡して、蓄積されたエネルギーを下限まで消耗させる。低エネルギーの制御パルスを増幅器内に渡すことは、トリガを待機しながら無限に継続することができる。一部の実施形態では、低エネルギーの制御パルスを渡すことを高頻度で発生させる。トリガを受信すると、増幅器２６０に蓄積されたエネルギーがターゲットレベルまで増加することができ、ターゲットレベルに達すると、高エネルギーの入力パルスが増幅器２６０内へ発出され、より高エネルギーの出力パルスに増幅されて、最終的に（例えば、小さいタイミング遅延を伴って）出力される。
【００４３】
一部の実現では、制御装置２７５が超短パルスレーザーシステム２１０を制御することができ、これにより、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦ及び／またはパルスのパルスエネルギーが制御装置２７５によって十分に制御される。例えば、本明細書中に説明するように、制御装置２７５は、機械加工プロセス中に、超短パルスレーザーシステム２１０が供給するビームに関連する経路スポットのワークピース２４０に対する速度の変化に基づいて、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御することができ、及び／または、超短パルスレーザーシステム２１０からの所定パルスのエネルギーの量を制御することができる。
【００４４】
超短パルスレーザーシステム２１０のさらなる実現例は、Ammann他による米国特許第９５７０８７７号、発明の名称”Gain Control for Arbitrary Triggering of Short Pulse Lasers”（特許文献１）に見出すことができ、この特許文献はその全文を本明細書に含める。
【００４５】
図２Ｂに示す構成要素の数及び配置は、例として提供するものである。実際には、図２Ｂに示すものに対して、追加的な構成要素、より少数の構成要素、異なる構成要素、あるいは異なるように配置された構成要素が存在し得る。さらに、図２Ｂに示す２つ以上の構成要素を単一の構成要素内に実現することができ、あるいは、図２Ｂに示す単一の構成要素を複数の分散した構成要素として実現することができる。これに加えて、あるいはその代わりに、超短パルスレーザーシステム２１０の構成要素の１つの集合（例えば、１つ以上の構成要素）が、超短パルスレーザーシステム２１０の構成要素の他の集合によって実行されるように説明した１つ以上の機能を実行することができる。
【００４６】
図３は、超短パルスレーザーのＰＲＦを、経路上に隣接するパルス間の距離がほぼ一定であるように制御することに関連するプロセス３００の例のフローチャートである。プロセス３００の例を実行することに関連するいくつかの例を、プロセスの例３００の説明に続いて説明する。
【００４７】
図３に示すように、プロセスの例３００は、超短パルスレーザーのＰＲＦを制御するステップを含むことができ、ＰＲＦは、ワークピース上の経路上に隣接するパルス間のほぼ一定の距離を維持するように制御し、ほぼ一定の距離は、ワークピースに対して経路上を進む速度の変化にかかわらず維持する（ブロック３１０）。一部の実現では、ほぼ一定の距離は、経路上に隣接する所定の一対のパルス間の距離であり、所定の一対のパルスの各パルスは、パルスのターゲット位置からおよそ４μm未満（例えば、ターゲット位置から±４μm、ターゲット位置から±０．２５μm、等）である。従って、隣接するパルスの対どうしの間では、上記ほぼ一定の距離は、目標距離からおよそ８μm以内（例えば、目標距離から±８μm、目標距離から±０．５０μm、等）である。
【００４８】
一部の実現では、上記ほぼ一定の距離を、隣接する一対のパルスに関連して定める代わりに、単一のパルスまたは単一のターゲット位置に関して（例えば、ターゲット位置から±０．２５μm、ターゲット位置におけるビームサイズの±２０％以内、等に）定めることができる。従って、一部の実現では、上記ほぼ一定の距離を、ターゲット位置から特定距離以内（例えば、ターゲット位置から±０．２５μm、ターゲット位置から±０．５μm、等）にある所定パルスの、ターゲット位置からの距離とすることができる。これに加えて、あるいはその代わりに、上記ほぼ一定の距離は、所定パルスのターゲット位置からの距離とすることができ、この距離は、ビームサイズに相当する距離以内（例えば、ビーム径の１０％に等しい距離以内、ビーム径の２０％に等しい距離以内、ビーム径の４０％に等しい距離以内、等）である。一部の実現では、ビームサイズは、例えば５０μm、１００μm、２００μm、等にすることができる。
【００４９】
上記制御装置は、ソフトウェア及び／またはハードウェアの形で実現することができる。例えば、上記制御装置は、デジタル・シグナル・プロセッサ、マイクロプロセッサ、集積回路（例えば、フォトニック集積回路、特定用途向け集積回路、等）、フィールド・プログラマブル・アレイ、等のようなプロセッサを含むことができる。上記制御装置は、メモリ装置、通信インタフェース、入力構成要素、及び／または出力構成要素のような、プロセッサと相互作用する他の構成要素を含むこともできる。メモリ装置は、プロセッサが用いる命令またはデータを記憶することができる。通信インタフェースは、プロセッサがレーザーシステムの他の構成要素と通信すること、外部からレーザーシステムへのコマンドを受信すること、及び／またはデータをレーザーシステムの外部に提供することを許可することができる。上記制御装置は、非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ可読な命令を含むことができ、これらの命令は、汎用コンピュータ、（ＦＰＧＡのような）再構成可能なハードウェア、（ＡＳＩＣのような）特定用途向けハードウェア、他の電気装置、及びこれらの実現技術の組合せによって実行される。
【００５０】
一部の実現では、上記制御装置が、１つ以上の制御装置（例えば、制御装置２７５、超短パルスレーザーシステム２１０内の他の制御装置、ビーム伝達システムの制御装置、作業面２３０の制御装置、超短パルスレーザーシステム２１０の外部の制御装置、ビーム伝達システム２２０の外部の制御装置、作業面２３０の外部の制御装置、等）を含むことができる。例えば、上記制御装置は、環境２００の特定装置内に含まれる制御装置とすることができ、環境２００の１つ以上の装置内の制御装置の組合せとすることができ、あるいは、環境２００の２つ以上の制御装置に関連する分散型制御装置とすることができる。これに加えて、あるいはその代わりに、上記制御装置は、環境２００の１つ以上の装置に関連する他の制御装置を制御することができる。
【００５１】
一部の実現では、上記制御装置が、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを、ワークピースに対して経路上を進む速度に応じて制御することができる。換言すれば、上記制御装置は、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを、相対速度に基づいて（例えば、ＰＲＦが相対速度に同期または比例するように）制御することができる。例えば、上記制御装置は、機械加工プロセス中の所定時刻に相対速度を測定することができ、そして、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを、経路上のパルス間の距離が、どの隣接するパルス間でも同じ距離であるように制御する（例えば、増加させる、減少させる、維持する、等）ことができる。
【００５２】
特定例として、上記相対速度が第１相対速度（例えば、比較的低い速度）である際に、上記制御装置は、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを、当該第１相対速度で目標パルス間隔を生じさせる第１ＰＲＦに設定することができる。この例では、上記相対速度が第２相対速度（例えば、比較的高い速度）まで増加すると、上記制御装置は、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを、同じ目標パルス間隔を生じさせる第２ＰＲＦに設定することができる。ここでは、ほぼ一定のパルス間隔が実現されることを保証するために、第２ＰＲＦを第１ＰＲＦよりも高くする。
【００５３】
一部の実現では、上記制御装置が、ＰＲＦを特定のＰＲＦに設定させる信号を送信することによってＰＲＦを制御することができる。例えば、上記制御装置は、ＰＲＦを識別する情報を含む信号を送信することができ、そして超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを（例えば、上記制御装置が他のＰＲＦを識別する信号を送信するまでに）当該ＰＲＦに設定することができる。
【００５４】
これに加えて、あるいはその代わりに、上記制御装置は、個別のパルスをトリガすることによってＰＲＦを制御することができる。例えば、上記制御装置は、超短パルスレーザーシステム２１０にパルスを供給させるそれぞれのトリガ信号を送信することによって個別のパルスをトリガすることができ、超短パルスレーザーシステム２１０は、これらのトリガ信号に基づいてパルスを供給することができる。
【００５５】
一部の実現では、上記制御装置が、上記相対速度に関連する加速または減速中にＰＲＦを制御することができる。換言すれば、上記制御装置は、上記相対速度における加速または減速中に、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御して、ほぼ一定のパルス間隔を維持することができる（例えば、機械加工プロセスに関連する加速または減速中に上記相対速度が変化する間に、上記制御装置がＰＲＦを制御する）。
【００５６】
一部の実現では、上記制御装置が、当該制御装置に記憶されているか当該制御装置によってアクセス可能なプロセス情報に基づいて、上記相対速度を測定することができる。例えば、上記制御装置は、機械加工プロセス中の所定瞬時におけるプログラムされた相対速度を識別する情報（例えば、ルックアップテーブル（早見表））を有するか、こうした情報にアクセスすることができる。これに加えて、あるいはその代わりに、上記制御装置は、機械加工プロセス中に実行される相対速度の測定値に基づいて、あるいはビーム伝達システム２２０、作業面２３０、及び／または超短パルスレーザーシステム２１０によって提供される特性（例えば、速度、位置、角度、光学的位置合わせ）の測定値に基づいて、上記相対速度を測定することができる。一部の実現では、上記制御装置が、機械加工プロセス中に上記相対速度が変化する間に、（例えば、プロセス情報に基づいて、速度測定値に基づいて、等で）ＰＲＦをリアルタイムまたは準リアルタイムで制御することができる。
【００５７】
図３にさらに示すように、プロセスの例３００は、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、経路上の各パルスのエネルギーの量がほぼ一定であるように、各パルスのエネルギーの量を制御するステップを含むことができる（ブロック３２０）。例えば、上記制御装置は、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、経路上の各パルスのエネルギーの量がほぼ一定であるように、各パルスのエネルギーの量を制御することができる。一部の実現では、経路上のパルス間のエネルギーの量の変動がおよそ１０％ＲＭＳ未満である（例えば、±３％ＲＭＳまたは±２％ＲＭＳのようにおよそ５％ＲＭＳ未満である）際に、各パルスのエネルギーの量がほぼ一定である。
【００５８】
一部の実現では、上記制御装置及び／または超短パルスレーザーシステム２１０が、超短パルスレーザーシステム２１０の増幅器に蓄積されたエネルギーの動的な平衡を維持することによって、パルスエネルギーを制御することができ、蓄積されたパルスエネルギーは、（例えば、トリガに応答して）パルスを供給することを待機する間に上限と下限との間で振動し、ターゲット・エネルギーレベルを下回る。一部の実現では、ＰＲＦの変化にかかわらず、加工プロセス中にパルスエネルギーがほぼ一定であるように、パルスエネルギーを制御することができる。
【００５９】
一部の実現では、以下の例によって説明するように、ＰＲＦ及び／またはパルスエネルギーの制御は、（例えば、従来の超短パルスレーザーを用いることに比べて）処理能力及び／または加工品質を改善することを可能にする。
【００６０】
特に、プロセス３００は、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを、パルス間の距離がほぼ一定であるように制御することに関連して記述しているが、一部の実現では、この距離を必ずしも一定に保たずに、ワークピース上で隣接するパルス位置間の距離が上記制御装置によって十分に制御されるように（例えば、機械加工プロセスに関連する動作可能な距離範囲内のあらゆる距離を選択することができるように）、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御することができる。
【００６１】
同様に、プロセス３００は、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦの変化にかかわらず、パルスエネルギーがほぼ一定であるようにパルスエネルギーを制御することに関連して記述しているが、一部の実現では、パルスエネルギーを必ずしも一定に保たずに、ワークピース上でパルスエネルギーが上記制御装置によって十分に制御されるように（例えば、超短パルスレーザーシステム２１０に関連する動作可能なエネルギー範囲内のあらゆるパルスエネルギーを上記制御装置によって選択することができるように）、超短パルスレーザーシステム２１０のパルスエネルギーを制御することができる。
【００６２】
このようにして、超短パルスレーザーシステム２１０は、経路に沿って、ワークピース２４０に対して、当該経路に沿って変化する走査速度により走査することができ、超短パルスレーザーシステム２１０からのパルスを、上記経路に沿ったターゲット位置（例えば、ワークピース２４０上でほぼ一定の間隔を有するターゲット位置）に対してトリガすることができ、各ターゲット位置におけるパルスはターゲット・パルスエネルギーレベル（例えば、ほぼ一定のパルスエネルギー）を有する。
【００６３】
図３はプロセス３００のブロックの例を示しているが、一部の実現では、プロセス３００が、図３に示すものに対して、追加的なブロック、より少数のブロック、異なるブロック、あるいは異なるように構成されたブロックを含むことができる。これに加えて、あるいはその代わりに、プロセス３００のブロックのうち２つ以上を並列的に実行することができる。
【００６４】
図４Ａ〜４Ｇは、処理例４００に関連する図及び写真であり、一実施形態による機械加工プロセスにおけるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０の使用を例示して、他のレーザーシステムと比較する。一部の実現では、例４００に関連する機械加工プロセスが、例えば切削、スクライビング（レーザーによる連続的穿孔）、マーキング（印付け）、フィラメンテーション（フィラメント化）、穿孔、シースプロセス（例えば、シース・ダイシング（角切り））、ダイシング（角切り）、構造化、表面テクスチャリング（模様付け）、溶接に関連することができ、（例えば導波路における）屈折率変更、テクスチャ変更（例えば、金属では、レーザー処理によって鋼鉄のテクスチャを変更する、等）、レーザー洗浄、アブレート、またはワークピースを他の方法で修正することを含む。一部の実現では、例４００に関連する機械加工プロセスを用いて、金属材料（例えば、銅）、半導体、硬質金属、セラミック材料または他の種類の硬質材料、鋼鉄、脆性材料（例えば、シリコン系材料、ガラス、強化ガラス、サファイア）、等を機械加工することができる。特定例として、一部の実現では、例４００に関連する機械加工プロセスが、例えばシリコン系ワークピース（例えば、ガラス）を含むワークピースを修正する（例えば、穿孔する）ことに関連することができる。以下に説明するように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０の使用は、機械加工プロセスに関連して（例えば、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザー、擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザー、あるいはプリアンプ型パルスピッカーを有する超短パルスレーザーを用いることに比べて）改善された処理能力及び／または加工品質を生じさせる。
【００６５】
図４Ａは、ワークピース２４０を機械加工するための異なるレーザーシステムを試験することに関連する経路の例４００の上面図である。図４Ａに示すように、ワークピース２４０上の経路の例４００は、直線部分と曲線部分（例えば、曲線部分Ａ〜Ｆ）との連続であり、一連の曲線部分の各々は比較的小さい半径（例えば、曲線部分Ａの１０ミリメートル(mm)から曲線部分Ｆの０．５mm）である。矢印は、静止したワークピース２４０に対して経路４００上を進む向きを示す。この特定例の経路４００は、（図４Ｂに示すような）強度に変化する速度プロファイルを例示し、位置１〜５における異なるレーザーシステムの加工品質を定量的に評価するために選択した。（例えば、機械加工プロセスを試験する代わりに生産用のワークピースを機械加工するための）他の経路は、当業者にとって直ちに明らかである。
【００６６】
図４Ｂは、経路の例４００についての、ワークピース２４０に対する速度対時間のグラフ表現である。図４Ｂでは、Ａ〜Ｆのラベルを付けた速度は、図４Ａ中の曲線部分ＡからＦのそれぞれにおける速度に相当する。同様に、１〜５のラベルを付けた速度は、図４Ａ中に識別される位置１〜５における速度に相当する。図４Ｂに示すように、開始時刻（例えば、時刻＝０秒）からは、経路の例４００上をワークピース２４０に対して進む速度は、第１直線部分に沿って増加して、位置１の付近で最高速度（例えば、およそ３００mm/s）まで増加し、この最高速度はある期間（例えば、およそ０．２s）だけ維持され、次に、曲線部分Ａを進むために、速度及び位置２、３を通って相対速度４（例えば、およそ１００mm/s、この速度は、曲線部分Ａにおける特定の幾何学的形状を、特定の品質を伴って進むことができる最高速度とすることができる）まで減少する。さらに図示するように、曲線部分Ａを進む間は（例えば、曲線部分Ａの半径が一定であるので）相対速度は一定であり、経路上を進む位置が第２直線部分に入ると、相対速度は再び最高速度まで増加する。経路の残り部分を（例えば、曲線部分Ｂ〜Ｆの間を通って）進む際には、相対速度は同様な方法で増加し減少する。特に、曲線部分の特徴部分のサイズ（例えば、半径）が（例えば、曲線部分Ｂから曲線部分Ｆまでに）減少するに連れて、これらの曲線部分に関連する相対速度は、これらのより小さくなる特徴部分を進むために減少する。例えば、曲線部分Ｆ内の位置５では、ワークピース２４０に対する経路上の速度はおよそ２５mm/s（即ち、曲線部分Ａにおける相対速度の４分の１）である。
【００６７】
図４は、ワークピース２４０上の痕跡（トレース）の写真を含み、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて、図１Ａの経路の例を辿る機械加工プロセスを実行した後の、位置１〜５における加工処理結果の例を示す。この例では、ワークピースは研磨されたシリコンウェハーであり、各パルスは単発（シングルショット）であった。図４Ｃに例示するように、ランダムトリガ機能を有するレーザーシステム２１０を用いて機械加工プロセスを実行すると、痕跡上に隣接する所定の一対のマーク（印）間の距離が一定であるように（例えば、隣接する所定の一対のマークの各マークがターゲット位置からおよそ４μmである、例えばターゲット位置から±０．２５μmである際に）、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御することができる。各パルスが、図４Ｃ中に見られるマークのうちの１つを生成しているので、このことは、経路の例４００に沿って均等に間隔をおいたパルスにより生じている。換言すれば、機械加工プロセス全体を通して（例えば、位置１〜５の各々の付近で異なるように）変化する、経路の例４００上を進む相対速度にかかわらず、パルス間隔及び結果的な痕跡中のマーク間隔はほぼ一定である。一部の実現では、上述したように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０は、ワークピース２４０に対して経路上を進む速度に基づいて超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御することによって、ほぼ一定の間隔を実現する。
【００６８】
さらに、図４Ｃに例示する痕跡中のマークの影響のサイズ、形状、及び面積間の均一性によって例示されるように（そして、デブリがないことにより）、パルスのパルスエネルギーは、ＰＲＦの変化（例えば、相対速度に応じてＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化）にかかわらずパルスエネルギーが一定であるように制御されている。
【００６９】
従って、図４Ｃに例示するように、超短パルスレーザーシステム２１０は、ある経路に沿って、ワークピース２４０に対して、経路に沿って変化する走査速度により走査することができ、超短パルスレーザーシステム２１０からのパルスは、経路に沿ったターゲット位置（例えば、ワークピース２４０上にほぼ一定の間隔を有するターゲット位置）でトリガすることができ、各ターゲット位置におけるパルスは、ターゲット・パルスエネルギーレベル（例えばほぼ一定のパルスエネルギー）を有する。
【００７０】
図４Ｄは、他のワークピース上の痕跡の写真であり、ＰｏＤ機能（即ち、ポストアンプ型パルスピッカーを用いた擬似トリガ機能）を有する超短パルスレーザーシステムを用いて機械加工プロセスを実行した後の結果の例を示す。特に、図４Ｄに関連する機械加工プロセスは、図４Ｃに関連する機械加工プロセスと同じトリガ信号列を用いている。図４Ｄに例示するように、ＰｏＤ機能を有する超短パルスレーザーシステムを用いて機械加工プロセスを実行すると、痕跡上に隣接する所定の一対のマーク間の距離は、（例えば、相対速度の変化率が最大である、写真中の位置２及び位置３に見られるように）いくつかの位置付近では一定でない。このことは、（例えば、相対速度の変化率に起因して）経路の例４００に沿って不均等に間隔をおいたパルスにより生じている。換言すれば、（例えば、上述したＰｏＤ機能に特有のタイミング・ジッター、うなり音による反復的なギャップ、あるいはパルスピッカーによる限界に起因して）加工プロセス中に経路上の速度が異なると、ＰｏＤ機能はほぼ一定のパルス間隔を提供することができない。従って、（例えば、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いることに比べて）加工品質が劣化する。位置２及び３付近のパルス間隔の相違をさらに例示する比較は、それぞれ図４Ｅ及び４Ｆに提供する。
【００７１】
図４Ｇは、他のワークピース上の痕跡の写真であり、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーシステムを用いて機械加工プロセスを実行した後の、位置１〜５における結果の例を示す。図４Ｇに例示するように、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーシステムを用いて機械加工プロセスを実行すると、痕跡上に隣接する一対のマーク間の距離は、相対速度が低下するに連れて減少している。例えば、位置１の付近ではマークがおよそ等距離であるが、位置３の付近ではマークどうしが少なくとも部分的にオーバーラップ（重複）し、位置５の付近ではさらにオーバーラップしている。ここでは、オーバーラップしたパルスの結果として、ワークピース２４０の表面に歪み及び／または損傷があるので、加工品質は大幅に劣化している。これに加えて、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーシステムを用いると、（例えば、位置３、４及び５の付近のマークの上下に小さい黒色の斑点で示すように）位置３、４及び５の付近にはデブリが存在する。一部の場合には、こうした歪み、損傷、及び／またはデブリが、機械加工プロセスの完全な失敗を示す（例えば、これによりワークピース２４０が使用不能になり得る）。特に、位置５（または貧弱な加工品質を有する他の位置）における損傷は、機械加工プロセスを、プロセス全体を通して達する最低の相対速度（即ち、最小の半径を有する曲線における最高速度、例えば、位置５では２５mm/s）に規定することによって回避することができる。換言すれば、この例では、機械加工プロセス全体を（例えば）２５mm/sで実行することによって（従って、固定のＰＲＦを選択することによって）、こうした損傷を回避することができる。しかし、こうした技術を用いれば、加工品質は改善されるが、処理能力は大幅に低下する。例えば、上記の場合には、（例えば、２５mm/sの最低相対速度を３００mm/sの最高相対速度と比べると）処理能力は１０分の１まで低下し得る。従って、こうした解決策は実際上望ましくなく、及び／または、コストの視点から受け入れ難いことがある。
【００７２】
従って、経路の例４００を辿って機械加工されるワークピースに関連する加工品質の比較によって例示するように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０は、固定ＰＲＦを有するパルスレーザーまたは擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザーを用いることに比べて（例えば、一定のエネルギーを有する均等に間隔をおいたパルスにより、低減されたタイミング・ジッターにより、等で）改善された加工品質を提供する。
【００７３】
以上に示したように、図４Ａ〜４Ｇは、いくつかの可能な改善を示す例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図４Ａ〜４Ｇに関して説明したものとは異なり得る。
【００７４】
図５Ａ〜５Ｅは処理例５００の図であり、一実施形態によるランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を機械加工プロセス用に用いることを例示し、他の加工方法を有する他のレーザーシステムの使用を例示する。一部の実現では、例５００に関連する機械加工プロセスが、例えば切削、スクライビング、マーキング、フィラメンテーション、穿孔、シースプロセス、ダイシング、構造化、表面テクスチャリング、アニーリング、熱処理、溶接に関連することができ、（例えば導波路における）屈折率変更、テクスチャ変更（例えば、金属では、レーザー処理によって鋼鉄のテクスチャを変更する、等）、レーザー洗浄、アブレート、またはワークピースを他の方法で修正することを含む。一部の実現では、例５００に関連する機械加工プロセスを用いて、金属材料（例えば、銅）、半導体、硬質金属、セラミック材料または他の種類の硬質材料、鋼鉄、脆性材料（例えば、シリコン系材料、ガラス、強化ガラス、サファイア）、等を機械加工することができる。以下に説明するように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０の使用は、（例えば、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーまたは擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザーを用いた機械加工プロセスを実行することに比べて）機械加工プロセスに関連する改善された処理能力及び／または加工品質を生じさせる。
【００７５】
図５Ａは、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて機械加工プロセスの例５００を実行することに関連する図である。図５Ａの上部の図は、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０で機械加工プロセスを実行することに関連する経路の上面図である。図に示すように、この経路は、ワークピース全体を横切る一連の直線部分を含むことができ、各直線部分は同じ向きに（例えば、図５Ａでは左から右へ）実行する。図５Ａ中の経路内に点線で例示するように、経路の所定の直線部分を完了した後に、経路が次の直線部分の始点位置に移る間に、超短パルスレーザーシステム２１０がパルスの供給を停止することができる。
【００７６】
図５Ａの中央部の図は、ワークピース２４０に対する経路上の速度（例えば、Ｖscanのラベルを付けた線で表す）に関連して、個別のパルス（例えば、縦線で表す）を制御すること、あるいは超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦ（例えば、縦線間の間隔で表す）を制御することを、経路の直線部分の２例の始まりの部分に沿って示す図式的表現である。中央の図の左側部分に示すように、機械加工プロセスの第１直線部分の始点では、上記制御装置が超短パルスレーザー２１０のＰＲＦを相対速度に応じて制御することができる。例えば、（例えば、Ｖscan線の傾斜した部分で示すように）第１直線部分の始まりの部分において速度が増加する間には、上記制御装置は、ＰＲＦが加速度に比例する率で増加するように、個別パルスのタイミング、あるいはＰＲＦを制御する。ここでは、相対速度が（例えば、Ｖscan線の水平部分で示す）最大値に達すると、上記制御装置はＰＲＦが一定値のままであるようにＰＲＦを制御する。その結果、図５Ａの下部に（例えば、第１直線部分の始まりの部分を表すワークピース上の円形マークの最上行で）示すように、ワークピース２４０上のパルス間またはマーク間の距離は一定のままである。特に、図５Ａの中央部の図の左側部分は、第１直線部分の始まり付近のパルスを示す。図には示していないが、第１直線部分の残りの部分に沿っては、（例えば、経路が向きを変えて第２直線部分の始点まで移るために）第１直線部分の終点付近で相対速度が減速する点まではＰＲＦが一定値のままである（従って、マーク間の距離が一定に留まる）ように、上記制御装置はＰＲＦを制御することができる。ここでは、経路上で減速する（例えば、相対速度が減少する）間には、上記制御装置は、機械加工プロセスの第１直線部分の終点まで、レーザーのＰＲＦを相対速度に応じて制御する。例えば、相対速度が減少する間には、上記制御装置は、個別パルスのタイミングまたはＰＲＦを、ＰＲＦが減速度に比例する率で減少するように制御する。第１直線部分の終点に達すると、超短パルスレーザーシステム２１０はパルスの供給を停止することができ、経路は（例えば、図５Ａの上部に示す点線に沿って）第２直線部分の始点位置まで移る。一部の実現では、経路が第１直線部分の終点から第２直線部分の始点まで移る間の加速度及び／または相対速度は、第１直線部分の機械加工中の経路の相対速度と同じにすることも異ならせることもできる。図５Ａの中央部の右側に示すように、経路の第２直線部分は経路の第１直線部分と同様な方法で機械加工することができる。図５Ａの下部に（例えば、第２直線部分の始まりの部分を表すワークピース上の円形マークの第２列で）示すように、第２直線部分の残りの部分では、ワークピース２４０上パルス間またはマーク間の距離が一定のままである。
【００７７】
特に、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０の使用により、経路の各直線部分内のマークは、（例えば、図５Ａの下部のマークの第１列の整列で示すように）ワークピース２４０上に整列させることができる。さらに、相対速度の加速中及び／または減速中にパルスがワークピース２４０に供給されることを可能にすることによって、かつ経路が所定の直線部分の終点から次の直線部分の始点まで直接移ることを可能にすることによって、（例えば、以下に説明するスカイライティング技術を用いることに比べて）処理能力が最適化される。
【００７８】
さらに、図５Ａの中央部に示すように、上記制御装置及び／または超短パルスレーザーシステム２１０は、個別パルスのタイミングの変化にかかわらず、あるいはＰＲＦの変化にかかわらず、各直線部分の全体にわたってパルスエネルギーが一定であるように、パルスのパルスエネルギーを制御することができる。
【００７９】
図５Ｂは、固定ＰＲＦを有する従来の超短パルスレーザーを用い、かつスカイライティング技術を用いる従来の超短パルスレーザーシステム（本明細書では、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーシステムと称する）を用いる機械加工プロセスの例５００を実行することに関連する図である。図５Ｂの上部の図は、固定ＰＲＦを有するスパイライティング超短パルスレーザーシステムで機械加工プロセスを実行することに関連する経路の上面図である。図に示すように、この経路は、ワークピース全体を横切る一連の直線部分を含むことができ、各直線部分は同じ向きに（例えば、図５Ｂでは左から右へ）一定の速度で（例えば、０の加速度で）実行される。図５Ｂ中の経路内に点線の曲線で示すように、経路の所定の直線部分を完了する前後に、超短パルスレーザーシステム２１０は、相対速度が加速、減速している際、あるいは経路が次の直線部分の始点位置まで移る間の期間中には、パルスを供給しなくてもよい。
【００８０】
図５Ｂの中央部の図は、ワークピース２４０に対する経路上の速度（例えば、Ｖscanのラベルを付けた線で表す）に関連する、固定ＰＲＦ（例えば、縦線間の一定の間隔によって表される固定ＰＲＦ）を有するスカイライティング型超短パルスレーザーの固定ＰＲＦのパルス（例えば、縦線で表す）の、経路の直線部分の始まりの部分に沿った図式的表現である。図に示すように、ＰＲＦは機械加工プロセスの全体を通して固定されている。さらに、中央部の図の左側部分に破線の縦線で示すように、機械加工プロセスの第１直線部分の始点では、ＰＲＦは固定値のままであるが、相対速度が最大値に達するまでは、パルスがワークピース２４０に供給されない（即ち、パルスは遮断される）。換言すれば、点線は、ワークピース２４０に供給されないパルスであるが、機械加工プロセス中の経路上での加速中に固定のＰＲＦを有する。このことは、スカイライティング技術を用いる際に、（例えば、ワークピース上に一定のパルス間隔をもたらすように）パルスがワークピース２４０に供給される前に、経路（例えば、各直線部分の前の点線の経路）上で最大速度まで加速されるからである。
【００８１】
特に、図５Ｂの中央部の図は、第１直線部分の始まり付近のパルスを示す。図には示していないが、第１直線部分の残りの部分に沿ったＰＲＦは固定値のままである。第１直線部分の終点に達すると、スカイライティング型超短パルスレーザーはパルスの供給を停止し、次に経路上で（例えば、パルスが供給されない間の直線部分外で）減速し、向きを変え、そして経路の第２直線部分の始点位置まで加速する。図５Ｂの中央部の図の右側部分に示すように、経路の第２直線部分は（例えば、直線部分外の加速及び減速を含めて）経路の第１直線部分と同様な方法で機械加工することができる。
【００８２】
図５Ｂの下部は、第１及び第２直線部分の始まりの部分におけるパルスまたはマークを例示する。特に、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスの使用によれば、経路の各直線部分における初期パルスどうしが（例えば、図５Ｂの下部の第１列のパルスまたはマークの不整列（ミスアライメント）で示すように）整列しないことがある。このことは、初期パルスを供給することに関連するタイミング・ジッターにより生じる。例えば、スカイライティング型超短パルスレーザーシステムとビーム伝達システムとを同期させるための方策を採らないと、スカイライティング型超短パルスレーザーの固定ＰＲＦとビーム伝達システムのタイミングとの間に固定的な位相の相互関係が存在しない。このため、（例えば、ビーム伝達システムは次のレーザーパルスのタイミングを知らないので、）ビーム伝達システムは、スカイライティング型超短パルスレーザーの周波数に対して任意の時点で第２直線部分（及び他の直線部分）を開始する。その結果、第２直線部分の始点における第１パルスは、ビーム伝達システムのタイミングに対する時刻が変化して、図５Ｂの下部に例示するマークのオフセット（ずれ）を生じさせ得る。
【００８３】
図に示すように、スカイライティング技術は、ワークピース上に隣接するパルスまたはマーク間の距離をほぼ一定にすることを可能にすることができる。しかし、この技術は処理時間を増加させ（即ち、処理能力を低下させ）、（例えば、同期技術を実現せずに）行どうしの間のマークの整列を保証しないことがある。図５Ｃは、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いる際の、機械加工プロセスによる所定の直線部分の合計処理時間を例示する図を含むのに対し、図５Ｄは、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いる際の、機械加工プロセスによる所定の直線部分の合計処理時間を例示する図を含む。
【００８４】
固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いる際には、所定の直線部分を機械加工することに関連する移動が、パルスを供給しない加速部分、パルスを供給する一定速度部分、及びパルスを供給しない減速部分を含む。個々の部分の時間及び間隔の長さは、目標の一定速度、マークの長さ、及び最大加速度に依存する。図に示すように、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いる際には、一定速度を有する部分のみが機械加工プロセスに寄与することができる。１回の運動シーケンスに要する時間は次式によって見出すことができ：
【数１】
2018118308.tif 000003
ここに、２・ｔaは加速及び減速するのに要する時間であり、ｔvは一定速度である時間であり、ｖscanは一定速度であり、ａは加速度及び減速度であり、ｓmarkは直線部分の長さ（即ち、マーク付けの長さ）である。
【００８５】
ｓmarkの長さに応じて、最小の処理時間をもたらす最適な速度が存在する。この最適な速度は、必ずしも、経路上を移動することができる最高速度（例えば、モーション（動き制御）システムの最高速度）ではない。特に、短いマーク付けの長さについては、目標速度が最適な速度を超えて増加する場合、加速時間及び減速時間が、一定速度の期間中により高速であることにより節減される時間を超えて、最終的な処理時間が増加する。固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いる際の最適速度は、次式によって見出すことができる：
【数２】
2018118308.tif 000004
【００８６】
特に、最適速度を直線部分の長さの関数として記述することは、最適速度の急速な増加を示し、この最適速度は、経路上を移動することに関連する最高速度を超えることが多い。従って、最適速度は、一般に短い長さだけについて合計機械加工時間を最小化するように選定することができる。より長い長さについては、最高速度が一般に最適速度である。
【００８７】
図５Ｄに示すように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いる際には、所定の直線部分を機械加工することに関連する移動は、ここでも、一定加速度部分、一定速度部分、及び一定減速度部分を含む。しかし、パルスは各部分において（例えば、上述したように、加速及び減速中には相対速度に応じて）供給することができる。ここでは、一定の加速度及び減速度を有する部分を機械加工プロセス用に用いることができ、これらの部分の長さは、（加速部分及び減速部分に相当する）２×ｓaの長さと（一定速度ｖscanを有する部分についての）ｓvとに分割することができ、これらは次式のように定めることができる：
【数３】
2018118308.tif 000005
ここに、
【数４】
2018118308.tif 000006
かつ
【数５】
2018118308.tif 000007
であり、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いる際の合計時間は、次式を用いて計算することができる：
【数６】
2018118308.tif 000008
【００８８】
ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いる際には、最適速度は次式によって与えられる：
【数７】
2018118308.tif 000009
従って、最適速度は、同じ部分長に対して、ランダムトリガ機能を用いる際に、より高くなる
【００８９】
さらに、処理時間を関係式の形に設定することは、以下の関係を示す：
【数８】
2018118308.tif 000010
このことは、所定の例では、両方の機械加工プロセスをそれぞれの最適速度で実行する場合、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーの方が、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いるよりもおよそ１．４倍長い（即ち、４０％長い）時間を要することを意味する。従って、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０は、機械加工処理の処理能力を（例えば、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーに比べて）向上させることができる。
【００９０】
図５Ｅは、固定ＰＲＦを有するスカイライティング技術を実現しない超短パルスレーザーシステムを用いて、図５Ａと同じ経路を用いて、機械加工プロセスの例５００を実行することに関連する図である。図５Ｅの上部の図は、固定ＰＲＦを有するスカイライティング技術なしの超短パルスレーザーシステムで機械加工プロセスを実現することに関連する経路の上面図である。図に示すように、この経路は図５Ａに示すのと同じ経路である。
【００９１】
図５Ｅの中央部の図は、ワークピース２４０に対する経路上の速度（例えば、Ｖscanのラベルを付けた線で表す）に関連する、（例えば、縦線間の一定の間隔によって表される）固定ＰＲＦを有するスカイライティング技術なしの超短パルスレーザーの固定ＰＲＦのパルス（例えば、縦線で表す）の、経路内の２本の直線部分の始まりの部分に沿った図式的表現である。図に示すように、ＰＲＦは機械加工プロセス全体を通して固定値である。さらに、中央部の図の左側部分に示すように、パルスは、経路に入り次第、第１直線部分の始まりの部分において、機械加工プロセスの開始時から、相対速度にかかわらず固定のＰＲＦで供給される。従って、図５Ｅの下部の最上行に示すように、第１直線部分の始まりの部分ではパルスどうしがオーバーラップする。さらに示すように、経路上で一定速度に達した後に（例えば、経路上で加速をやめた際に）パルスは均等な間隔をおくことができる。特に、図５Ｅの中央部の図の左側部分は、第１直線部分の始まり付近のパルスを示す。図には示していないが、第１直線部分の残りの部分に沿って、スカイライティングなしの超短パルスレーザーは、第１直線部分の終点付近の経路上で減速する（即ち、相対速度が減少する）際にも、固定のＰＲＦを維持する。従って、第１直線部分の終点付近には同様なパルス・オーバーラップが存在する。第１直線部分の終点に達すると、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーはパルスの供給を停止し、経路は（例えば、図５Ａに関連して説明したのと同様な方法で）次の直線部分の始点位置へ移る。図５Ｅの中央部の図の右側部分に示すように、経路の第２直線部分は第１直線部分と同様な方法で機械加工することができる。
【００９２】
固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーを用いて図５Ａと同じ経路上を機械加工する際の、第１及び第２直線部分の結果を、図５Ｅの下部に示す。図に示すように、各直線部分の始まりでは、加速中にＰＲＦを固定しながらパルスを供給するので、各直線部分の始まり付近では（例えば、経路上を加速する間に）２つ以上のパルスどうしがオーバーラップし、このことは、図５Ａに示す結果に比べて加工品質を大幅に低下させる。各直線部分の終点付近でも、（例えば、経路上で減速する間に固定のＰＲＦがオーバーラップを生じさせるので）同様なオーバーラップが存在する。
【００９３】
従って、例５００に関連する加工品質及び処理能力の比較によって例示するように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて機械加工プロセスを実行することは、固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーを図５Ａと同じ経路上で用いることに比べて、あるいは固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーに比べて、（例えば、一定のエネルギーを有する均等に間隔をおいたパルスにより、低減されたタイミング・ジッターにより、等で）改善された加工品質、及び／または増加した処理能力（例えば、より高速な処理時間）を提供する。
【００９４】
以上に示すように、図５Ａ〜５Ｅは、進路とワークピースとの間の相対速度が機械加工中に変化する際に、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いる機械加工プロセスの利点を実証する例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図５Ａ〜５Ｅに関して説明したものとは異なり得る。
【００９５】
図６Ａ〜６Ｄは処理の例６００の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおいてランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いることを例示して、他の機械加工方法を用いた他のレーザーに対して比較する。例６００に関連する機械加工プロセスは、銅の正方形体をアブレートすることに関連する。以下に説明するように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いることは、（例えば、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザー、または擬似トリガ機能を有するように構成された超短パルスレーザーを用いて機械加工プロセスを実行することに比べて）機械加工プロセスに関連する改善された処理能力及び／または加工品質を生じさせる。
【００９６】
図６Ａは、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて銅の正方形体の始まりの部分をアブレートする際の、彫刻の深さ対横方向距離のグラフ表現である。
【００９７】
図６Ｂは、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーを用いて、かつスカイライティング技術を用いて銅の正方形体の始まりの部分をアブレートする際の、彫刻の深さ対横方向距離のグラフ表現である。
【００９８】
図６Ｃは、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーを用いて、スカイライティング技術を用いずに銅の正方形体の始まりの部分をアブレートする際の、彫刻の深さ対横方向距離のグラフ表現である。
【００９９】
図６Ｄは、ランダムトリガを有する超短パルスレーザーシステム２１０、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザー、及び固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーを用いた結果を比較する図である。
【０１００】
図６Ａと６Ｂとを比較して例示するように、機械加工プロセスの始まりの部分における（例えば、彫刻の深さ、表面粗さ、一定の溝の深さ、及び溝幅の意味での）加工品質は、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いた際に、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いて実現される加工品質に比べて同程度にするか少し改善することができる。さらに、図６Ｄに示すように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いた際の処理時間（例えば、７６s）は、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いた際の処理時間（例えば、１１４s）よりも大幅に少ない。従って、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０の使用は、固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーの使用に比べて、加工品質は維持または改善しつつ処理能力を向上させる。
【０１０１】
さらに、図６Ａと６Ｃとの比較によって例示されるように、機械加工プロセスの始まりの部分における加工品質の態様（例えば、彫刻の深さ及び表面粗さ）は、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いる際に、固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーに比べて同程度にすることができる。しかし、図６Ａと６Ｃとの比較によって例示する（そして図６Ｄに例示する）ように、加工品質の他の態様（例えば、溝の深さ及び溝幅）は、固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーの使用により大幅に低下する。従って、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーの使用は、固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーの使用に比べて例加工品質を改善する。
【０１０２】
例６００に関連する加工品質及び処理能力の比較によって例示されるように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて機械加工プロセスを実行することは、固定ＰＲＦを有するスカイライティングなしの超短パルスレーザーを用いることに比べて、あるいは固定ＰＲＦを有するスカイライティング型超短パルスレーザーを用いることに比べて、（例えば、一定のエネルギーを有する均等に間隔をおいたパルスにより、低減されたタイミング・ジッターにより、等で）改善された加工品質、及び／または増加した処理能力（例えば、より高速な処理時間）を提供する。
【０１０３】
以上に示すように、図６Ａ〜６Ｄは例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図６Ａ〜６Ｄに関して説明したものとは異なり得る。
【０１０４】
図７Ａ〜７Ｃは処理の例７００の図であり、一実施形態による機械加工プロセスにおいてランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いることを例示して、他のレーザーシステムに対して比較する。例７００に関連する機械加工プロセスは、ステンレス鋼を切削することに関連する。以下に説明するように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０の使用は、機械加工プロセスに関連する（例えば、固定ＰＲＦを有する従来の超短パルスレーザーを、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いたのと同じ経路上で用いて機械加工プロセスを実行することに比べて）改善された加工品質を生じさせる。
【０１０５】
図７Ａは、例７００の機械加工プロセスに関連する経路の上面図である。図７Ａに示すように、この経路は一連の直線部分及び曲線部分を含むことができる。
【０１０６】
図７Ｂは、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて図７Ａの経路をステンレス鋼内に切削した結果の例である。
【０１０７】
図７Ｃは、固定ＰＲＦを有する超短パルスレーザーを用いて図７Ａの経路をステンレス鋼内に切削した結果の例である。
【０１０８】
図７Ｂと７Ｃとを比較することによって例示されるように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて経路を切削することは、固定ＰＲＦを有する従来の超短パルスレーザーを同じ経路上で用いることに比べて改善された加工品質を提供する。例えば、図７Ｂに示すように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いると、（例えば、相対速度が比較的低い）曲線の特徴部分は直線の特徴部分と同じ加工品質を有する。この例では、上述したように、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを相対速度に応じて制御することに基づいて、これらの曲線の特徴部分における加工品質を保証して、ワークピースに伝達されるパルス間の所望の距離を維持する。逆に、図７Ｃに示すように、固定ＰＲＦを有する従来の超短パルスレーザーを用いて切削を実行すると、曲線の特徴部分は（例えば、固定ＰＲＦによって生じるパルスどうしのオーバーラップにより）低下した加工品質を有する。
【０１０９】
従って、例７００に関連する加工品質の比較によって例示されるように、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーシステム２１０を用いて機械加工プロセスを実行することは、固定ＰＲＦを有する従来の超短パルスレーザーを同じ経路上で用いることに比べて、（例えば、均等に間隔をおいて固定エネルギーを有するパルスにより、低減されたタイミング・ジッターにより、等で）改善された加工品質を提供する。
【０１１０】
以上に示すように、図７Ａ〜７Ｃは例として提供するに過ぎない。他の例が可能であり、図７Ａ〜７Ｃに関して説明したものとは異なり得る。
【０１１１】
図８は、超短パルスレーザーを、経路に沿って、ワークピースに対して、経路に沿って変化する走査速度により走査すること、及び経路に沿ったターゲット位置毎に超短パルスレーザーからのパルスをトリガすることに関連するプロセスの例８００のフローチャートである。
【０１１２】
図８に示すように、プロセスの例８００は、ワークピースに対する経路を用意するステップを含むことができる（ブロック８１０）。例えば、本明細書中に説明するように、上記制御装置がワークピース２４０に対する経路を提供することができる。
【０１１３】
図８にさらに示すように、プロセス８００の例は、経路に沿ったターゲット位置に対するターゲット・エネルギーレベルを与えるステップを含むことができる（ブロック８２０）。例えば、上記制御措置は、経路に沿ったターゲット位置に対するターゲット・エネルギーレベルを、本明細書中に説明するように与えることができる。
【０１１４】
図８にさらに示すように、プロセスの例８００は、経路に沿って変化する走査速度を与えるステップを含むことができる（ブロック８３０）。例えば、上記制御装置は、経路に沿って変化する走査速度を、本明細書中に説明するように与えることができる。
【０１１５】
図８にさらに示すように、プロセスの例８００は、超短パルスレーザーを、経路に沿って、ワークピースに対して、上記走査速度により走査するステップを含むことができる（ブロック８４０）。例えば、上記制御装置は、超短パルスレーザーを、経路に沿って、ワークピース２４０に対して、本明細書中に説明した走査速度により走査することができる。一部の実現では、超短パルスレーザーを経路に沿って走査するステップが、超短パルスレーザー（例えば、超短パルスレーザーシステム２１０）からのビームを経路に沿って走査するステップを含むことができる。
【０１１６】
図８にさらに示すように、プロセスの例８００は、経路に沿ったターゲット位置毎に、超短パルスレーザーからのパルスをトリガするステップを含むことができる（ブロック８５０）。例えば、上記制御装置は、超短パルスレーザーからのパルスを、経路に沿ったターゲット位置毎に、本明細書中に説明するようにトリガすることができる。
【０１１７】
一部の実現では、各パルスのエネルギーレベルが、ターゲット位置に対応するターゲット・エネルギーレベルのおよそ１０％ＲＭＳ以内である。一部の実現では、本明細書中に説明したように、各パルスのエネルギーレベルが、ターゲット位置に対応するターゲット・エネルギーレベルのおよそ５％ＲＭＳ以内である。
【０１１８】
一部の実現では、本明細書中に説明したように、各パルスのワークピース２４０上の位置が、ターゲット位置から４マイクロメートル以内である。
【０１１９】
図８はプロセス８００のブロックの例を示すが、一部の実現では、プロセス８００は、図８に示すものに対して、追加的なブロック、より少数のブロック、異なるブロック、あるいは異なるように配置されたブロックを含むことができる。これに加えて、あるいはその代わりに、プロセス８００のブロックのうち２つ以上を並列的に実行することができる。
【０１２０】
特に、上述した例は、ワークピース２４０上のパルスの位置間の距離がほぼ一定であるように、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御すること、及び／またはパルスをトリガすることに関連して説明している。しかし、一部の実現では、ワークピース上に隣接するパルスの位置間の距離が上記制御装置によって十分に制御されるように、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦを制御することができ、及び／またはパルスをトリガすることができる。ここでは、十分な制御とは、上記制御装置が、必ずしも距離を一定に保たずに、パルス間の距離空けを制御する（例えば、機械加工プロセスに関連する動作可能な距離範囲内の任意の距離を選択する）能力を称する。一部の実現では、隣接する一対以上のパルスどうしがオーバーラップするように、パルス間の距離空けを制御することができる。
【０１２１】
同様に、上述した例は、超短パルスレーザーシステム２１０のＰＲＦの変化にかかわらずパルスエネルギーがほぼ一定であるようにパルスエネルギーを制御することに関連して説明している。しかし、一部の実現では、ワークピース上でのパルスエネルギーが上記制御装置によって十分に制御されるように、超短パルスレーザーシステム２１０のパルスエネルギーを制御することができる。ここでは、十分な制御とは、上記制御装置が、必ずしもパルスエネルギーを一定に保たずに、パルスエネルギーを制御する（例えば、超短パルスレーザーシステム２１０に関連する動作可能なエネルギー範囲内の任意のパルスエネルギーを選択する）能力を称する。
【０１２２】
さらに、一部の実現では、超短パルスレーザーを、経路に沿って、ワークピースに対して、経路に沿って変化する走査速度により走査することができる。ここでは、超短パルスレーザーからのパルスを、経路に沿ったターゲット位置に対してトリガすることができ、各ターゲット位置はターゲット・パルスエネルギーレベルを有する。一部の実現では、上述したように、パルスのエネルギーレベルが、ターゲット位置に対応するターゲット・エネルギーレベルのおよそ１０％ＲＭＳ以内であり、ワークピース上のパルスの位置はターゲット位置からおよそ４マイクロメートル以内である。
【０１２３】
さらに、上述した実現は、二次元空間内で（例えば、ワークピース２４０の平面上で）実行される機械加工プロセスに関連して説明しているが、本明細書中に記載する技術及び装置は、三次元空間内で実行される機械加工プロセスに適用することができる。
【０１２４】
本明細書中に説明するいくつかの実現は、ランダムトリガ機能を有する超短パルスレーザーを用いた機械加工プロセスを提供して、改善された及び／または最適化された処理能力及び／または加工品質を提供する。一部の実現では、ランダムトリガ機能が、機械加工プロセス中に、超短パルスレーザーのＰＲＦを、ワークピースに対して経路上を進む速度に応じて制御することを可能にし、これにより、隣接するパルス間の距離を十分に制御する（例えば、ほぼ一定または選択した値に保つ）ことを可能にするので、改善された及び／または最適化された処理能力及び／または加工品質を実現することができる。さらに、ランダムトリガ機能は、ＰＥＦの変化にかかわらず、所定パルスのエネルギーの量を十分に制御することを可能にするので、改善された及び／または最適化された処理能力及び／または加工品質を実現することができる。
【０１２５】
一部の実現では、ランダムトリガ機能は、超短パルスレーザーが（例えば、およそ１０％ＲＭＳ未満の）低いエネルギー変動で（例えば、±２５ns未満の）低いタイミング・ジッターで（例えば、２５mm/s、１０m/s、２５m/s、等の）所定の走査速度でパルスを供給することを可能にする。こうした安定性及び正確さのレベルは、比較的速い走査速度（例えば、２０m/s）でも、ワークピース上のパルス位置決めの不確実性を小さく（例えば、±０．２５マイクロメートル（μm）未満に）することができることを意味し、この値は大部分の実際的なマイクロマシニング用途において無視できる。
【０１２６】
以上の開示は、図示及び説明を提供するが、網羅的であること、及び実現を開示した明確な形態に限定することは意図していない。変更及び変形は、以上の開示を考慮すれば可能であり、あるいは上記実現の実施により獲得することができる。例えば、一部の実現では、超短パルスレーザーシステム２１０が、ランダムトリガ機能と組み合わせて、あるいはランダムトリガ機能に加えて役に立つ、レーザーパルスのバースト（一団）を供給する機能（例えば、MegaBurst（登録商標）、FlexBurst（登録商標）、等）のような他の１つ以上の機能を含むことができる。こうした場合、パルスの各々がパルス・バースト（例えば、任意数のパルスのバースト）から成ることができ、所定のパルス・バーストのバーストエネルギーは、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、バーストエネルギーがほぼ一定であるように制御することができる。さらに、所定のパルス・バーストのバースト・エンベロープ形状は、ＰＲＦを制御することに関連するＰＲＦの変化にかかわらず、バースト・エンベロープ形状がほぼ不変であるように制御することができる。
【０１２７】
特許請求の範囲に記載し明細書中には、特徴の特定の組合せを説明しているとしても、これらの組合せは、可能な実現の開示を限定することは意図していない。実際に、これらの特徴の多数は、特許請求の範囲に具体的に記載していない、及び／または明細書中に具体的に開示していない方法で組み合わせることができる。以下に挙げる各従属請求項は１つの請求項のみに従属することがあるが、可能な実現の開示は、各従属請求項を特許請求の範囲中の他のあらゆる請求項と組み合わせたものを含む。
【０１２８】
本明細書中に用いる要素、動作、または命令は、明示的にそのように記載していなくても、重要または不可欠なものとして解釈するべきでない。また、本明細書中に用いる「１つの」等は、１つ以上の項目を含むことを意図しており、「１つ以上の」と互換的に用いることができる。さらに、本明細書中に用いる「集合」は、１つ以上の項目（例えば、関係する項目、無関係な項目、関係する項目と無関係な項目との組合せ）を含むことを意図しており、「１つ以上の」と互換的に用いることができる。１つ以上の項目を意図している場合、「１つの」または同様な文言を用いる。また、本明細書中に用いる「有する」、「有している」等は、制約のない語であることを意図している。さらに、「基づく」は、特に断りのない限り「部分的に基づく」ことを意味することを意図している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
2018118308000001.pdf