(57)【要約】  本発明では、ビーム切換装置（１１３）によって可変の長さを有するレーザ共振器を備えていることにより、その時点で調整された共振器長に依存して、放出されるレーザ放射のパルス期間を調整できるように構成されたレーザ光源（１１０）を提供する。ビーム切換装置（１１３）は、機械的なミラー系（２１３）によって実現することができる。また、ビーム切換装置（１１３）を電気光学的変調器または音響光学的変調器によって実現することにより、ビーム切換を非常に高速に行えるようにすることも可能である。このような構成により、パルス繰り返しレートが高くても、２つの連続するレーザパルス間で共振器長を切り換えることができる。本発明ではさらに、被加工品（１５０）をパルスレーザ放射によって加工するための次のような方法も提供する。すなわち、レーザビームを偏向ユニット（１３０）によって２次元で偏向し、結像光学系（１４０）を介して被加工品（１５０）に方向決定する方法も提供する。レーザパルスのパルス期間はとりわけ、最適な材料切削が保証されるようにレーザ共振器内でビーム経路を選択することによって調整される。
2008511975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源であって、
たとえば、パルスレーザ放射を使用して電子回路基板を穴あけおよび／または構造化するためのレーザ加工機器で使用するためのレーザ光源において、
・部分透過性の出力結合ミラー（１１２）と端面ミラー（１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ）とを有するレーザ共振器と、
・該レーザ共振器内に配置された活性レーザ媒質（１１１）と、
・該レーザ共振器内に配置されたビーム切換装置（１１３）
とを有し、
該ビーム切換装置（１１３）およびレーザ共振器は、該レーザ共振器内で案内されるレーザビームが第１のビーム経路（１１５ａ）と第２のビーム経路（１１５ｂ）との間で切り換えられ、該第２のビーム経路（１１５ｂ）は第１のビーム経路（１１５ａ）と異なる長さを有するように構成されていることを特徴とする、レーザ光源。
【請求項２】
前記レーザ共振器は、第１の端面ミラー（１１４ａ）と第２の端面ミラー（１１４ｂ）とを有し、
該第１の端面ミラー（１１４ａ）および第２の端面ミラー（１１４ｂ）は、
・前記第１のビーム経路（１１５，１１５ａ）が、前記出力結合ミラー（１１２）と第１の端面ミラー（１１４ａ）との間に延在し、
・前記第２のビーム経路（１１５，１１５ｂ）が、該出力結合ミラー（１１２）と第２の端面ミラー（１１４ｂ）との間に延在する
ように、前記ビーム切換装置（１１３）に対して相対的に配置されている、請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
・前記ビーム切換装置は、第１のビーム切換エレメント（４１３ａ）および第２のビーム切換エレメント（４１３ｂ）を有し、該第１のビーム切換エレメント（４１３ａ）および第２のビーム切換エレメント（４１３ｂ）は双方とも、前記レーザ共振器内に配置されており、
・付加的に、ビーム案内装置（４１５ｂ，４１５ｃ，４１５ｄ）が設けられており、
・前記ビーム案内装置（４１５ｂ，４１５ｃ，４１５ｄ）は、両ビーム切換エレメント（４１３ａ，４１３ｂ）の適切な位置で、前記出力結合ミラー（４１２）と端面ミラー（４１４）との間で案内されるレーザビームが該ビーム案内装置（４１５ｂ，４１５ｃ，４１５ｄ）を介して案内されるように、両ビーム切換エレメント（４１３ａ，４１３ｂ）に対して相対的に配置される、請求項１記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記ビーム案内装置は少なくとも１つの反射器（５１７ｂ，５１７ｃ，５１７ｄ）を有する、請求項３記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記ビーム案内装置は少なくとも１つの光導波路（４１６ｂ，４１６ｃ，４１６ｄ）を有する、請求項３または４記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記ビーム切換装置は少なくとも、
・回転可能に支承されたミラー（２１３）および／または
・チョッパ装置
を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のレーザ光源。
【請求項７】
前記ビーム切換装置は少なくとも、
・電気光学的変調器（６６０）および／または
・音響光学的変調器
を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のレーザ光源。
【請求項８】
前記活性レーザ媒質は固体（１１１）である、請求項１から７までのいずれか１項記載のレーザ光源。
【請求項９】
前記活性レーザ媒質（１１１）にポンピングするために少なくとも１つの半導体ダイオードが設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のレーザ光源。
【請求項１０】
倍周のために、付加的に光学的非線形媒質が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載のレーザ光源。
【請求項１１】
被加工品をパルスレーザ放射によって加工する方法であって、
たとえば、電子回路基板を穴あけおよび構造化する方法において、
・レーザ光源によって、それぞれ所定のパルス期間を有するレーザパルスを含むレーザビーム（１２１）を生成し、
・該レーザビーム（１２１）を偏向ユニット（１３０）によって２次元で偏向し、結像光学系（１４０）を介して該被加工品（１５０）の所定の目標位置に方向決定し、
該パルス期間を該被加工品（１５０）の材料に依存して、最適な材料切削が保証されるように選択することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記レーザビーム（１２１）を、請求項１から１０までのいずれか１項記載のレーザ光源（１１０）によって生成し、
前記ビーム切換装置（１１３）ひいては前記レーザ共振器内のレーザビームのビーム経路（１１５，１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）を、前記被加工品（１５０）にレーザパルスが適切なパルス期間で加わるように調整する、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光源に関し、とりわけ、電子回路基板をパルスレーザ放射によって穴あけおよび／または構造化するためのレーザ加工機器で使用されるレーザ光源に関する。本発明はさらに、上記のレーザ光源を使用してパルスレーザ放射によって被加工品を加工する方法にも関する。
【０００２】
コンパクトな形状で実現すべき電子的モジュールは現在、多層回路基板上とりわけ多層プリント基板上に構成されることが多い。ここでは、プリント基板の所定の導電層を相互にコンタクトする必要がある。このことを行うためには通常、相互にコンタクトすべき層にブラインドホールまたは貫通孔をあけた後、この穴に公知のように、導電性のメタライジングを施す。このようにして、導体路構造を２次元で形成するだけでなく、３次元でも形成することができ、電子的モジュールの所要面積を格段に縮小することができる。
【０００３】
電子回路基板の穴あけは通常、エレクトロニクス分野ではパルスレーザ放射によって特別なレーザ加工機器によって行われる。レーザ光源として、たとえばＣＯ２レーザおよび固体レーザが使用される。これらは、公知のように実施される倍周によって、可視スペクトル領域にある波長を有するレーザ放射を放出し、また近紫外線スペクトル領域にある波長を有するレーザ放射も放出する。紫外線スペクトル領域のレーザ放射はとりわけ、多層プリント基板の金属層を高精度で切削するのに適している。
【０００４】
形成された穴の品質は、その時点で加工すべき材料に依存し、とりわけ、使用されるレーザ光源の以下の特徴的なパラメータによって決定される：
パルスエネルギー
パルス幅
繰り返し周波数
レーザビームの横方向の強度分布
このようにして各穴あけ工程ごとに、レーザパラメータの数多くの可能な組み合わせが得られる。
【０００５】
材料を最適に、すなわち高い加工速度かつ可能な限り高品質で処理できるようにするためには、そのつど決められたパラメータセットが最も適している。したがって、材料が異なるごとに、最適と見なすべきパラメータセットは異なり、レーザ光源では通常、最適な穴あけ工程に必要なパラメータすべてを実現することはできない。この問題は、その時点で加工すべき材料に依存して異なるレーザ光源をレーザ加工装置に組み込むことによって解決できる。しかし、レーザ加工機器をこのように変更するか、または複数の異なるレーザ種類を有するレーザ加工機器を使用することは、非常に多大な時間および費用を要する。
【０００６】
本発明の課題は、多数の異なる材料に対して最適な材料切削を保証するレーザパルスを送出するレーザ光源を提供することである。さらに本発明の課題は、パルスレーザ放射によって被加工品を加工する方法において、多数の異なる材料に対して最適な材料切削を行えるようにする方法を提供することである。
【０００７】
装置関連の課題は、独立請求項である請求項１の特徴を有するレーザ光源によって解決される。本発明によるレーザ光源は、部分透過性の出力結合ミラーと端面ミラーとを有するレーザ共振器を備えている。該レーザ光源はさらに、ともに前記レーザ共振器内に配置されている活性レーザ媒質およびビーム切換装置も備えている。ビーム切換装置およびレーザ共振器は次のように設けられている。すなわち、レーザ共振器内で案内されるレーザビームが第１のビーム経路と第２のビーム経路との間で切り換えられるように設けられている。該第２のビーム経路は、第１のビーム経路と異なる長さを有する。
【０００８】
本発明の基礎となる思想は、発生されるレーザパルスのパルス幅ないしはパルス期間を共振器長の変化によって簡単に変化でき、それによって種々の異なる材料に適合され、最適な材料切削すなわち高速かつ精確な材料切削が実現されるということである。精確な材料切削は、材料が切削された領域と、材料が未切削である別の領域との間に明確な空間的境界が存在することを特徴とする。
【０００９】
パルス期間が共振器長に依存する物理的な理由は、共振器長が長くなると、活性レーザ媒質中で反転を消失するために該活性レーザ媒質を所定回数透過する必要がある光パルスの伝搬時間も相応に長くなることによって簡単に説明できる。したがってレーザパルスの長さは、レーザ共振器内の伝搬時間に依存する。
【００１０】
本発明によるレーザ光源の端面ミラーは、可能な限り高い反射特性を有するミラーであることが有利であるが、端面ミラーを部分透過性のミラーとし、これによって、本発明によるレーザ光源によって２つのレーザビームが生成され、一方のレーザビームは、該レーザ光源の出力結合ミラーから出射し、他方のレーザビームは、該レーザ光源の部分透過性の端面ミラーから出射するようにもできることを述べておく。
【００１１】
また、本発明はもちろん、レーザ共振器内に設けられる異なるビーム経路の数を２つにのみ限定されることはないことを述べておく。原則的には、ビーム切換装置の切換位置の数に依存して、異なる長さを有する任意の数のビーム経路を設けることができる。多数の異なる切換位置を有するビーム切換装置の代わりに、それぞれ複数の切換位置を有する複数のビーム偏向装置を連続的に配置することもできる。
【００１２】
請求項２記載のレーザ光源では、ビーム切換装置によって選択的にアクティベートされる両ビーム経路それぞれに、端面ミラーが配属される。このことは、ビーム経路がレーザ共振器内において、ビーム切換装置と出力結合ミラーとの間で、該ビーム切換装置の位置に依存せずに決定されていることを意味する。ビーム切換装置と端面ミラーとの間のビーム経路に関しては、該ビーム切換装置の位置に依存して２つのビーム経路が設けられ、該ビーム切換装置によってそのつど、両ビーム経路のうちレーザ共振器内でレーザビームを案内するためのちょうど１つが決定される。この場合でも、２つの端面ミラーだけでなくそれより多くの端面ミラーを使用することができるので、原則的に任意の数の異なるビーム経路を、相応の数の切換位置が設けられたビーム切換装置によってアクティベートすることができる。
【００１３】
さらに、各端面ミラーの終了位置を変化することにより、ビーム経路の精確な長さひいてはそれによって得られるパルス期間を調整することができる。出力結合ミラーをシフトすることにより、すべてのビーム経路の長さを同程度変化することができる。
【００１４】
請求項３記載のレーザ光源は、２つのレーザ切換エレメントを有する。これらのレーザ切換エレメントは、レーザ共振器内に配置される。両ビーム切換エレメント間に、ビーム案内装置が設けられる。このビーム案内装置は両ビーム切換エレメントとともに、その時点のビーム経路の偏向に使用され、ひいてはその時点のビーム経路をいわゆるゼロビームのビーム経路より長くするのに使用される。ゼロビームはここでは、ビーム切換エレメントの所定の初期位置で得られる、レーザ共振器内のビーム経路によって定義される。
【００１５】
このようにして、ビーム経路がレーザ共振器の部分領域内でゼロビームから偏向されるこのような「バイパス手段」により、ビーム案内装置の付加的な長さに依存して、送出されるレーザパルスのパルス期間が延長される。この場合でも原則的には、任意の数の「バイパスビーム経路」を使用することができるので、それによって得られるパルス期間を最適に、材料加工のために多数の異なる材料に対して適合することができる。
【００１６】
請求項４記載の実施形態では、ビーム案内装置は少なくとも１つの反射器を有する。この反射器は、ゼロビームのビーム経路から偏向されたレーザビームを、該ゼロビームのビーム経路に案内し戻すのに使用される。ここでは、反射器の空間的な配置によってビーム経路の延長が決定されるので、それによって得られるパルス期間を、反射器の適切な空間的配置によって簡単に適合することができる。
【００１７】
請求項５記載の実施形態では、レーザ共振器内で案内されるレーザビームは、両ビーム切換エレメントのうち第１のビーム切換エレメントによってゼロビームから偏向され、光導波路の第１の端部に入力結合される。光導波路を透過した後、光ビームは該光導波路の他方の端部から出射し、両ビーム切換エレメントの切換位置が対称的である場合には、該光ビームは両ビーム切換エレメントのうち第２のビーム切換エレメントを介して、ゼロビームのビーム経路に案内し戻される。ここでは、光導波路の長さがレーザ共振器のビーム経路の延長を決定するので、「バイパスビーム経路」を、比較的小さい調整手間で実現することができる。
【００１８】
請求項６によればビーム切換装置は、回転可能に支承されたミラーないしはチョッパ装置を有する。これによってレーザ共振器内のビーム経路は、従来の光学的部品の機械的な動きによって形成される。レーザ共振器内で異なるビーム経路をこのように機械的に切り換えるのに必要な時間は、少なくとも高い繰り返しレートでは通常、２つの連続するレーザパルス間の時間間隔より長い。したがって、結果として得られる個々のレーザパルスのパルス長は個別に変化できず、複数のレーザパルスの系列でのみ変化できる。しかし、このような機械的なビーム切換装置を使用するのは簡単であり、多数のアプリケーションには完全に十分である。というのも通常は、材料は多数の連続するレーザパルスによって、一定のパルス期間で加工されるからである。
【００１９】
チョッパとして適しているのは、たとえば回転可能に支承された次のようなガラスディスクである。すなわち、交互に透過性領域と鏡面領域とを有し、これらの領域がビーム経路に介挿されることにより、交互に透過と反射とを引き起こすガラスディスクである。回転可能に支承されたミラーを使用する場合には、とりわけ、該ミラーが精確に定義された異なる角度位置間で切り換え可能であるように構成された回転機構が適している。
【００２０】
請求項７記載の実施形態は、ビーム切換装置として、電気光学的変調器または音響光学的変調器を有する。電気光学的変調器によってビーム切り換えを行う場合には、該変調器は光ビームの偏光状態の回転を引き起こす。その際には、異なって偏光されたレーザビームを空間的に分離するために、偏光を感知する反射器、たとえばいわゆるブルースター窓が使用される。音響光学的変調器はたとえばＣｄＴｅ結晶である。この結晶は、メガヘルツ領域の周波数によって励振されて機械的な振動を引き起こす。ここで結晶内に形成される定常波は、入射レーザビームに対して回折格子となる。
【００２１】
電気光学的変調器ないしは音響光学的変調器によるビーム切り換えの利点は、切り換え過程を非常に高速に行えることである。それゆえ、レーザ繰り返しレートが数ｋＨｚの領域にあっても原則的には、２つの連続するレーザパルス間で、異なるビーム経路の間でレーザ共振器を切り換えることさえも可能である。このように、個々のレーザパルスのパルス期間を所期のように変化することにより、最適な材料加工を行うための多数の新たな手段が実現される。たとえば、複数の連続するレーザパルスによって同一の場所で材料加工を行い、レーザパルスのパルス期間は、先行して同一の場所に偏向されたレーザパルスのパルス期間と異なることができる。
【００２２】
ここで、レーザ共振器内で案内されるレーザビームを選択的に、異なる長さの多数のビーム経路のうち１つに、複数のビーム偏向装置を連続して切り換えることによって偏向することも可能であることを述べておく。ここでは、複数の同様のビーム偏向装置を相互に組み合わせるか、または異なる種類のビーム偏向装置を相互に組み合わせることができる。
【００２３】
活性レーザ媒質が固体材料である請求項８記載の実施形態は、有利には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザまたはＮｄ：ＹＬＦレーザによって実現される。これらのレーザは通常、１０６４ｎｍの基本波長でレーザ放射を放出する。
【００２４】
請求項９記載の実施形態では、活性レーザ媒質には半導体ダイオードを使用して光ポンピングされる。この半導体ダイオードは有利には活性レーザ媒質の周辺に配置されるので、相応のダイオードポンピング式のレーザ、とりわけダイオードポンピング式の固体レーザがコンパクトな形状で実現される。
【００２５】
請求項１０によれば、レーザ光源は付加的に、倍周のための光学的非線形媒質を有する。レーザ技術において周知であるこのような光学的非線形媒質は、共振器の内部にも外部にも配置することができる。１０６４ｎｍの基本波長を有する上記のレーザの種類では、５３２ｎｍ、３５５ｎｍおよび２６６ｎｍの波長を有する倍周された放射が得られる。基本波長を１／２、１／３または１／４にするこのような倍周は単に一例であると見なすべきである。とりわけ最新のレーザシステムでは、係数５，６以上での倍周も考えられる。このような倍周の利点は、たとえば銅である金属層を切削するのに特に適したレーザ放射を可視スペクトル領域で容易に生成でき、また、紫外線スペクトル領域でも容易に生成できることである。
【００２６】
本発明の基礎となる方法関連の課題は、パルスレーザ放射によって被加工品を加工するための、独立請求項である請求項１１の特徴を有する方法によって解決される。本発明による方法では、レーザ光源によって、それぞれ所定のパルス期間を有するレーザパルスを含むレーザビームを生成する。生成されたレーザビームは偏向ユニットによって２次元で偏向され、結像光学系を介して、被加工品の所定の目標位置に方向決定される。このパルス期間は被加工品の材料に依存して、最適な材料切削が保証されるように選択される。最適な材料切削とはここでは、迅速かつ可能な限り精確な材料切削を意味する。精確な材料切削で、材料が切削された領域と材料が未切削の領域との間に、正確に定義された明確な空間的境界が得られる。最適なパルス期間は実際のレーザ加工前に、その時点で加工すべき材料に依存して、数回の試行によって決定することができる。
【００２７】
請求項１２ではパルスレーザビームを生成するために、請求項１から１０までのいずれか１項記載のレーザ光源を使用する。ビーム偏向装置ひいてはレーザ共振器内のレーザビームのビーム経路は、被加工品に、適切なパルス期間を有するレーザパルスが加わるように調整される。このようにして、比較的簡単に実施できるレーザ共振器の長さの変化によって、パルス期間を、その時点で加工すべき材料に対して最適化することができる。エレクトロニクス分野では、電子的モジュールがますます縮小されることにより、材料加工の精度に関して非常に高い要求を満たさねばならないので、本発明はとりわけ、電子回路基板に穴あけまたは構造化を施すのに適している。
【００２８】
下記の現在有利な実施例の説明に、本発明の別の利点および特徴が記載されている。
【００２９】
図面では、以下の図が概略的に示されている。
【００３０】
図１  レーザ共振器内に異なる長さのビーム経路を有する、レーザ光源を備えたレーザ加工機器を示す。
【００３１】
図２ａ、図２ｂおよび図２ｃ  レーザ共振器内において異なる長さのビーム経路が旋回ミラー（Klappspiegel）と相応に位置決めされた端面ミラーとによって実現されたレーザ光源を示す。
【００３２】
図３  レーザビームを選択的に異なる端面ミラーに偏向するビーム切換エレメントを備えたレーザ光源を示す。
【００３３】
図４  レーザビームを、両レーザ切換エレメント間の領域で、それぞれ光導波路が配属された異なったビーム経路に偏向する２つのビーム切換エレメントを備えたレーザ光源を示す。
【００３４】
図５  レーザビームを、両レーザ切換エレメント間の領域で、それぞれ反射器が配属された異なるビーム経路に偏向する２つのビーム切換エレメントを備えたレーザ光源を示す。
【００３５】
図６  電気光学的変調器とブルースター窓とから成るビーム切換エレメントの構成を示す。
【００３６】
ここでは、図面において相互に対応する構成要素の参照記号は、最初の数字のみが異なっていることに続けて留意されたい。それゆえ、すでに言及した幾つかの構成要素は、別の図面で改めて説明しない。
【００３７】
図１に示されたレーザ加工機器１００はレーザ光源１１０を有し、このレーザ光源１１０は、パルス出力レーザビーム１２１を放出するように構成されている。このパルス出力レーザビーム１２１は偏向ユニット１３０に当たる。偏向ユニット１３０は従来のように、回転可能に支承されたミラー、いわゆるガルバノミラーによって構成されている。偏向ユニット１３０によって、レーザビームの２次元の偏向が実現され、レーザビームは結像光学系１４０を介して、たとえばＦθ光学系を介して、加工すべき基板１５０に方向決定される。
【００３８】
ここに図示された実施例では、基板１５０は誘電体層１５１から成り、この誘電体層１５１の上面および下面は、それぞれ金属層１５２によって被覆されている。金属層１５２は構造化され、これによって導体路が形成される。このことは図示されていない。微細孔１５３を形成するために、偏向ユニット１３０による偏向と結像光学系１４０によるフォーカシングとによって出力レーザビーム１２１から得られた加工用レーザビーム１４１が、そのつどジャンプ移動１５５によって孔位置１４４に中心合わせされ、結像光学系１４０を介して調整されたスポットサイズＦで、孔位置１５４の領域において円移動で移動されることにより、そのつど微細孔が形成される。ここでは所与の条件（基板材料、孔深さ、レーザ出力等）に応じて、加工用レーザビーム１４１は１周移動されるか、または連続して複数周移動される。したがって、トレパニングと称されるこのような穴あけ法では、レーザビームは孔周縁に沿って案内されるだけであり、内側のコアが切り抜かれる。このようにして、それぞれスポットサイズＦより大きい孔があけられる。微細孔を形成する際には、レーザビーム１４１を複数周、等しい半径または異なる半径で周回する必要もある場合がある。
【００３９】
本発明ではレーザ光源は、出力レーザビーム１２１で異なるパルス期間を有するレーザパルスが生成されるように構成される。このことはたとえば、レーザ光源１１０の下記の構成によって実現される。レーザ光源１１０は、次のようなレーザ共振器を有する。すなわち、出力結合ミラー１１２と、複数の端面ミラーである第１の端面ミラー１１４ａ、第２の端面ミラー１１４ｂおよび第３の端面ミラー１１４ｃとを有するレーザ共振器を有する。レーザ共振器内に活性レーザ媒質１１１が配置されており、これはとりわけ、たとえばＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４等の固体材料である。レーザ共振器内にはさらに、ビーム切換エレメント１１３も配置されている。このビーム切換エレメント１１３は、レーザ共振器内のビーム経路１１５を選択的に、３つのビーム経路のうち１つに、第１のビーム経路１１５ａ、第２のビーム経路１１５ｂまたは第３のビーム経路１１５ｃに移行する。ここでは、ビーム経路１１５ａ、１１５ｃないしは１１５ｃそれぞれに、端面ミラー１１４ａ、１１４ｂないしは１１４ｃが配属されている。端面ミラー１１４ａ，１１４ｂないしは１１４ｃは、ビーム切換エレメント１１３から異なる間隔で配置されており、ビーム切換エレメント１１３の制御に応じて、ビーム経路１１５ａ，１１５ｂないしは１１５ｃのうち１つがアクティベートされる。
【００４０】
ビーム切換エレメント１１３は機械的なミラー系とするか、または電気的に非常に高速に制御可能な変調器とすることができる。このような変調器は、たとえば音響光学的変調器であるか、またはとりわけ電気光学的変調器である。後に、ビーム切換エレメントの可能な構成を図６に基づいて説明する。
【００４１】
ここで、とりわけ音響光学的変調器をビーム切換エレメントとして使用する場合には、付加的に反射器を変調器に後置接続できることを述べておく。このようにして、偏向されるビームのビーム経路に対する反射器の相対的な角度位置が適切である場合、得られる偏向角度は、１つの変調器だけで実現される通常は非常に小さい偏向角度と比較して格段に拡大される。それゆえ、音響光学的変調器を使用する場合でも、偏向角度を９０°の範囲で実現できる。
【００４２】
図１から見てとれるように、ビーム経路１１５ａ，１１５ｂおよび１１５ｃは異なる長さを有する。このことにより、有効な共振器長はビーム切換エレメント１１３の位置に依存して、３つの異なる長さの間で調整することができる。したがって、出力レーザビーム１２１のパルス期間はレーザ切換エレメント１１３の位置に依存する。
【００４３】
このようにパルス期間が共振器長に依存することは、活性レーザ媒質１１１において反転が消失するまでの時間にわたってレーザパルスが持続することによって説明される。換言すると、活性レーザ媒質１１１中で、励振された複数の原子または分子が基本状態に戻る。反転を消失するためには、１つの光パルスは活性媒質１１１を特定の回数だけ通過しなければならないので、１つの光パルスがこの特定の回数だけ通過するのに必要な全時間が共振器長に依存することは説明するまでもない。
【００４４】
図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに、本発明の別の実施例が示されている。ここではビーム切換エレメントは、回転可能に支承されたミラー２１３によって実現されている。出力結合ミラー２１２を介してパルス出力レーザビーム２２１を放出するレーザ光源は、活性レーザ媒質２１１として固体材料を有する。この固体材料は、とりわけＮｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４である。回転可能に支承されたミラー２１３の、図２ａに示された第１の位置では、レーザ共振器は出力結合ミラー２１２と、第１の端面ミラー２１４ａとして使用されるミラー２１３とだけで構成される。このような構成では、レーザ共振器内においてレーザビームはビーム経路２１５のみを伝搬する。このビーム経路２１５は、第１の端面ミラー２１４ａとして使用される回転可能に支承されたミラー２１３と出力結合ミラー２１２とを境界とする。
【００４５】
回転可能に支承されたミラー２１３が、図平面に対して垂直な回転軸を中心として時計回りに４５°傾けられると、レーザビームはビーム経路２１５において、ミラー２１３で反射されることにより、静的な第２の端面ミラー２１４へ偏向され、該レーザビームはレーザ共振器内でビーム経路２１５および２１５ｂに沿って伝搬する。したがって共振器長は、図２ａに示された共振器長と比較して、ビーム経路２１５ｂの長さだけ長くなる。
【００４６】
回転可能に支承されたミラー２１３の図２ａに示されたミラー位置から、反時計回りに４５°の回転角度で回転されると、レーザ共振器内に、図２ｃに示されたビーム経路が得られる。レーザ共振器は、出力結合ミラー２１２と第３の端面ミラー２１４ｃとによって構成され、第３の端面ミラー２１４ｃはミラー２１３から、第２の端面ミラー２１４ｂより遠くに離隔されている。したがってここで得られる共振器長は、ビーム経路２１５の長さと第３のビーム経路２１５ｃの長さとから成る。
【００４７】
それゆえ、回転可能に支承されたミラー２１３の角度位置と、ミラー２１３に対する第２の端面ミラー２１４ｂおよび第３の端面ミラー２１４ｃの相応の相対的な配置とを変化することにより、レーザ光源２１０の共振器長を簡単に変化し、それによって、出力レーザビーム２２１のレーザパルスの得られたパルス長は、その時点で加工すべき材料に最適に適合することができる。
【００４８】
図３に示された実施形態が図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに示された実施形態と異なる点は、回転可能に支承されたミラー２１３の代わりに、電気的に制御可能なビーム切換エレメント３１３が設けられていることである。このようなビーム切換エレメント３１３は、該ビーム切換エレメント３１３と出力結合ミラー２１２との間に延在するビーム経路３１５を、選択的に４つのビーム経路のうち１つに移行する。これら４つのビーム経路には、参照番号３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃないしは３１５ｄが付与されている。ビーム経路３１５ａ，３１５ｂ，３１５ｃないしは３１５ｄにはそれぞれ、端面ミラー３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃないしは３１４ｄが配属されている。これら４つの端面ミラーは、ビーム切換エレメント３１３から異なる距離に配置されている。
【００４９】
図４に示されたレーザ光源４１０がレーザ光源３１０と異なる点は、１つの端面ミラー４１４のみが設けられており、該端面ミラー４１４は出力結合ミラー４１２とともにレーザ光源４１０のレーザ共振器を構成することである。レーザ共振器内には活性レーザ媒質４１１の他に、２つのレーザ切換エレメントである第１のビーム切換エレメント４１３ａおよび第２のビーム切換エレメント４１３ｂが配置されている。両ビーム切換エレメント４１３ａ，４１３ｂを適切に制御すると、レーザ共振器内において案内されるレーザビームは両変調器間を、選択的に４つのビーム経路のうち１つのビーム経路上で伝搬する。これら４つのビーム経路には、参照番号４１５ａ，４１５ｂ，４１５ｃないしは４１５ｄが付与されている。ビーム経路４１５ｂ，４１５ｃないしは４１５ｄは、それぞれ光導波路４１６ｂ，４１６ｃないしは４１６ｄを介して延在する。これらの光導波路は、相互に異なる長さを有する。したがって、常に相互に対称的に接続される両ビーム切換エレメント４１３ａおよび４１３ｂの位置に依存して、その結果として得られるレーザ光源４１０の共振器長は次のように変化する。すなわち、出力レーザビーム４２１のレーザパルスのパルス期間が、その時点で加工すべき材料に適合されるように変化する。
【００５０】
図５に示されたレーザ光源５１０がレーザ光源４１０と異なる点は、３つの光導波路４１６ｂ，４１６ｃないしは４１６ｄの代わりにそれぞれ、静的な反射器５１７ｂ，５１７ｃないしは５１７ｄが設けられていることである。このようにして、両ビーム切換エレメント５１３ａおよび５１３ｂの対称的な制御で、レーザビームはレーザ共振器内で選択的に、ビーム経路５１５ａに案内されるか、または偏向されるビーム経路５１５ｂ，５１５ｃまたは５１５ｄのうち１つに案内される。
【００５１】
図６は、電気光学的変調器６６０とブルースター窓６６３とから成るビーム切換エレメント６１３の構成を示す。入射レーザビーム６１５は直線偏光されている。電気光学的変調器６６０をここに図示されていない制御ユニットによって適切に制御することにより、該変調器６６０から出射されるレーザビーム６６２の偏光方向を回転方向６６１に沿って変化することができ、レーザビーム６６２は電気光学的変調器６６０の第１の位置では図平面に対して平行に偏光され、第２の位置では図平面に対して垂直に偏光される。
【００５２】
ブルースター窓６６３は、当業者には慣用的であるブルースタージオメトリで、レーザビーム６６２のビーム経路に配置されることにより、電気光学的変調器６６０の第１の位置ではレーザビーム６６２は、ブルースター窓６６３の厚さおよび屈折率によって決定される平行ずれで、ビーム経路６１５ｂに移行されるように設けられる。電気光学的変調器６６０の第２の位置では、図平面に対して垂直に偏光されたレーザビーム６６２はビーム経路６１５ａに移行される。このような構成により、電気光学的変調器６６０を適切に制御することによって、入射レーザビーム６１５を選択的に、両ビーム経路６１５ａないしは６１５ｂのうち１つに移行することができる。
【００５３】
もちろん、選択的なビーム切換を２つより多くの出力ビーム経路で行うために、複数のビーム切換エレメント６１３を相互にカスケード形に連続的に接続することができる。
【００５４】
ここで、音響光学的変調器をビーム切換エレメントで使用する場合、偏向角度は通常は非常に小さいので、適切に配置された偏向反射器を付加的に使用しないと共振器長の変化は小さくなってしまうことを述べておく。共振器長を大きくするために有利なのは、平行に配置された複数の反射器を使用することである。このような複数の反射器間では、その時点で偏向されるレーザビームは複数回往復して反射される。このようにして、得られる共振器長をコンパクトな光学的構成で、非常に大きく変化することができる。
【００５５】
まとめ：
本発明では、次のようなレーザ光源１１０を提供する。すなわち、ビーム切換装置１１３によって可変の長さを有するレーザ共振器を備えていることにより、その時点で調整された共振器長に依存して、放出されるレーザ放射のパルス期間を調整できるように構成されたレーザ光源１１０を提供する。ビーム切換装置１１３は、機械的なミラー系２１３によって実現することができる。また、ビーム切換装置１１３を電気光学的変調器または音響光学的変調器によって実現することにより、ビーム切換を非常に高速に行えるようにすることも可能である。このような構成により、パルス繰り返しレートが高くても、２つの連続するレーザパルス間で共振器長を切り換えることができる。本発明ではさらに、被加工品１５０をパルスレーザ放射によって加工するための次のような方法も提供する。すなわち、レーザビームを偏向ユニット１３０によって２次元で偏向し、結像光学系１４０を介して被加工品１５０に方向決定する方法も提供する。レーザパルスのパルス期間はとりわけ、最適な材料切削が保証されるようにレーザ共振器内でビーム経路を選択することによって調整される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】レーザ共振器内に異なる長さのビーム経路を有する、レーザ光源を備えたレーザ加工機器を示す。
【図２】レーザ共振器内において異なる長さのビーム経路が旋回ミラー（Klappspiegel）と相応に位置決めされた端面ミラーとによって実現されたレーザ光源を示す。
【図３】レーザビームを選択的に異なる端面ミラーに偏向するビーム切換エレメントを備えたレーザ光源を示す。
【図４】レーザビームを、両レーザ切換エレメント間の領域で、それぞれ光導波路が配属された異なったビーム経路に偏向する２つのビーム切換エレメントを備えたレーザ光源を示す。
【図５】レーザビームを、両レーザ切換エレメント間の領域で、それぞれ反射器が配属された異なるビーム経路に偏向する２つのビーム切換エレメントを備えたレーザ光源を示す。
【図６】電気光学的変調器とブルースター窓とから成るビーム切換エレメントの構成を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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