(57)【要約】【課題】１パルス当たりのパルス幅がピコ秒以下のオーダの幅であるパルスレーザ光を、ノイズ光を抑えつつ周波数変換しうる構成を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１は、所定の第１周波数で発振し、１パルス当たりのパルス幅がピコ秒以下のオーダの幅であるパルスレーザ光を出力するレーザ発信器１１と、レーザ発信器１１から出射されるパルスレーザ光を、レーザ発振器１１での第１周波数よりも低い第２周波数に変換して出力するパルスピッカ１４と、パルスピッカ１４から出力されたパルスレーザ光を増幅するメインアンプ１３と、このメインアンプ１３にて増幅されたパルスレーザ光を収束して加工対象物Ｗ上に照射する収束レンズ２２とを備えている。さらに、パルスピッカ１４の後段側においてパルスレーザ光の光路上に過飽和吸収体が配設されている。【選択図】図２
2008060139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の第１周波数で発振し、１パルス当たりのパルス幅がピコ秒以下のオーダの幅であるパルスレーザ光を出力するレーザ発信器と、
前記レーザ発信器から出射される前記パルスレーザ光を、前記レーザ発振器での前記第１周波数よりも低い第２周波数に変換して出力する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段から出力された前記パルスレーザ光を増幅するレーザ光増幅手段と、
前記レーザ光増幅手段にて増幅された前記パルスレーザ光を収束して加工対象物上に照射する収束レンズと、
前記周波数変換手段の後段側において前記パルスレーザ光の光路上に配設される過飽和吸収体と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記過飽和吸収体は、前記レーザ光増幅手段の前段側において前記パルスレーザ光の光路上に配設されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、加工用途の広さ、柔軟性などの利点から、１パルス当たりピコ秒以下のパルス幅を有するパルスレーザ光（例えばフェムト秒レーザ光）を用いた加工が注目されている。このような超短パルスレーザ光を加工対象物上に照射して加工を行うようにすると、加工に伴う熱が発生しにくく、熱影響の少ないレーザ加工が可能となる。
【特許文献１】特開２００４−３５１４６６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような超短パルスレーザ光の１パルスのピークパワーや平均パワーを上げようとした場合、まず高周波数（例えばＭＨｚオーダの周波数）のパルスレーザ光をレーザ発振器から出力させ、この出力された高周波数のパルスレーザ光の一部をパルスピッカなどで抜き出して低周波数（例えばＫＨｚオーダの周波数）のパルスレーザ光に周波数変換し、低周波数のパルスレーザ光を増幅する方法が考えられる。この方法によれば、超短パルスレーザ光をある程度低い周波数で、かつ高レベルで出力できるようになる。
【０００４】
しかしながら、上記方法を用いる場合、上記周波数変換手段でパルスレーザ光を低周波数に周波数変換する際に、本来抜き出す必要のないパルスレーザ光がノイズ光として低いレベルで漏洩する場合がある。このようなノイズ光が後段の増幅手段によって加工の際に発熱をもたらすレベルまで増幅されてしまうと、加工対象物に熱的影響が発生する虞がある。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであって、１パルス当たりのパルス幅がピコ秒以下のオーダの幅であるパルスレーザ光を、ノイズ光を抑えつつ周波数変換しうる構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、
所定の第１周波数で発振し、１パルス当たりのパルス幅がピコ秒以下のオーダの幅であるパルスレーザ光を出力するレーザ発信器と、
前記レーザ発信器から出射される前記パルスレーザ光を、前記レーザ発振器での前記第１周波数よりも低い第２周波数に変換して出力する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段から出力された前記パルスレーザ光を増幅するレーザ光増幅手段と、
前記レーザ光増幅手段にて増幅された前記パルスレーザ光を収束して加工対象物上に照射する収束レンズと、
前記周波数変換手段の後段側において前記パルスレーザ光の光路上に配設される過飽和吸収体と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
より好ましくは、上記レーザ発振器を、１パルス当たりのパルス幅がフェムト秒〜ピコ秒オーダの幅であるパルスレーザ光を出力する構成とすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記過飽和吸収体は、前記レーザ光増幅手段の前段側において前記パルスレーザ光の光路上に配設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
＜請求項１の発明＞
請求項１の発明によれば、周波数変換手段の後段側においてパルスレーザ光の光路上に過飽和吸収体が配設されるため、低レベルのノイズ光を抑えることができる。従って、ノイズ光が増幅された増幅光が加工対象物に照射されることを抑制ないし防止でき、発熱を効果的に抑えることができる。
【００１０】
＜請求項２の発明＞
請求項２の発明によれば、過飽和吸収体がレーザ光増幅手段の前段側においてパルスレーザ光の光路上に配設されるため、増幅する前段階でノイズ光を取り除くことができる。即ち、低レベルのノイズ光を小型の過飽和吸収体で取り除くことができるため、コスト低減、部品小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図面を参照しつつ説明する。
１．レーザ加工装置の全体構成概要
図１は本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置１を概略的に示す概略図である。図１において、符号１０は加工用レーザ光源であり、ここから出射された加工用レーザ光Ｌ１はガルバノスキャナ２０によって向きが変更されて加工対象物Ｗ表面上に照射される。なお、加工用レーザ光源１０の具体的構成は後述する。
【００１２】
ガルバノスキャナ２０は、一対のガルバノミラー２１Ｘ，２１Ｙと、それぞれのガルバノミラー２１Ｘ，２１Ｙを回動可能に支持する駆動モータ２３Ｘ，２３Ｙとを備えている。
【００１３】
このうち、駆動モータ２３Ｘは、回転軸が加工対象物Ｗが配される加工エリア上のＸＹ平面に対して略垂直になるよう図示しないガルバノマウントにより支持固定され、その回転軸の先端に一方のガルバノミラー（以下、「Ｘ軸ガルバノミラー２１Ｘ」という）が取り付けられている。そして、加工用レーザ光源１０からの加工用レーザ光Ｌ１が、ＸＹ平面に略平行な方向からＸ軸ガルバノミラー２１Ｘの反射面の回動軸心に入射するよう設計されている。
【００１４】
次いで、駆動モータ２３Ｙは、回転軸がＸＹ平面に対して略平行で、かつ駆動モータ２３Ｘの回転軸に略直交するように図示しないガルバノマウントにより支持固定され、その回転軸の先端にもう一方のガルバノミラー（以下、「Ｙ軸ガルバノミラー２１Ｙ」という）が取り付けられている。
【００１５】
そして、Ｙ軸ガルバノミラー２１Ｙの反射面に対して、前記Ｘ軸ガルバノミラー２１Ｘで反射された加工用レーザ光Ｌ１が入射するよう設計されている。そして、ガルバノスキャナ２０と加工対象物Ｗとの間には例えばｆθレンズからなる収束レンズ２２が設けられ、Ｙ軸ガルバノミラー２１Ｙで反射された加工用レーザ光Ｌ１は収束レンズ２２を通ってその焦点位置に収束される。
【００１６】
そして、加工対象物Ｗにおいて、加工用レーザ光Ｌ１を結像させて照射点を形成させる。そして、設定手段２５にて設定された所望の文字、記号、図形等の加工パターン（印字パターン）に関する加工情報を受けて制御手段２４が記憶手段２６に記憶されたフォントデータに基づき座標データを生成する。
【００１７】
そして、それら座標データに応じた駆動信号が駆動モータ２３Ｘ、２３Ｙに与えられるとともに、オンオフ信号が加工用レーザ光源１０に与えられることでＸ軸及びＹ軸のガルバノミラー２１Ｘ，２１Ｙが回動されて加工対象物Ｗにおいて前記照射点が移動し、もって上記加工パターンが加工される。
【００１８】
設定手段２５は、各種入力手段（各種ボタン、タッチパネル、外部情報入力手段（コンピュータなどの外部装置から情報を入力するインターフェース等））によって構成されている。また、記憶手段２６は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ，ハードディスクドライブなどの各種記憶媒体によって構成されるものである。制御手段２４はＣＰＵなどによって構成されるものであり、レーザ加工装置１の各種制御を司るものである。
【００１９】
２．加工用レーザ光源
次に、加工用レーザ光源１０について説明する。図２は、図１の要部を説明する説明図であり、加工用レーザ光源１０の内部構成を概略的に説明するものである。図２に示すように、加工用レーザ光源１０は、レーザ発振器１１と、このレーザ発振器１１からのレーザ光を増幅するプリアンプ１２と、このプリアンプ１２にて増幅されたレーザ光を周波数変換するパルスピッカ１４とを備えている。
【００２０】
レーザ発振器１１は、公知のフェムト秒レーザ発振器として構成されるものであり、時間幅がフェムト秒台のレーザ光（短パルス光）をシードレーザとして出力する。本実施形態では５０ＭＨｚの周波数で短パルス光を出力する例を挙げている。このシードレーザＬ２は、公知のレーザ光増幅器として構成されたプリアンプ１２によって増幅される。
【００２１】
パルスピッカ１４は、周波数変換手段の一例に相当するものであり、公知のパルスピッカとして構成され、ＭＨｚオーダの周波数（図３の例では５０ＭＨｚの周波数）にて出力された高周波レーザ光（より具体的にはプリアンプ１２にて増幅された高周波レーザ光Ｌ３）を間引き、低周波数のレーザ光Ｌ４に変換する。具体的には、パルスピッカ１４は、駆動回路１５からの出力信号に応じて高周波レーザ光Ｌ３の出力パルスを間引く構成をなしており、間引き後の出力レーザ光Ｌ４はＫＨオーダの周波数（図３の例では１０ＫＨｚの周波数）となる。
【００２２】
図３に示すように、パルスピッカ１４において、本来取り出すべき周波数のレーザ光（１０ＫＨｚで取り出されるレーザ光）のみを出力し、それ以外の光を完全に遮断するようなことは装置特性上極めて難しく、遮断すべき高周波レーザ光Ｌ３（本来取り出すべき周波数のレーザ光以外のレーザ光）の一部が漏洩してしまう虞がある。このような漏洩が生じると、このパルスピッカ１４を通過したレーザ光Ｌ４は、ＫＨｚオーダの高レベルの低周波数レーザと高周波レーザ光Ｌ３のノイズ光が混在した状態となる。そこで、このノイズ光を過飽和吸収体１７によって除去することとしている。
【００２３】
過飽和吸収体１７は、半導体のキャリアのバンドギャップにおける光学遷移を利用したものである。この過飽和吸収体１７にパルスの入射光が入射すると、過飽和吸収体のバンドギャップにおいてキャリアの光学遷移を生じ、入射光が吸収される。この吸収は吸収飽和があり、光強度が大きい程吸収が小さくなる。また、入射光の光強度が十分に大きいと過飽和吸収体１７は透明媒質とみなすことができる。
【００２４】
過飽和吸収体１７の材料は、Ｃｒ：ＹＡＧなどの誘電体材料のほかに、半導体過飽和吸収体として知られるＳＥＳＡＭ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓａｔｕｒａｂｌｅ−ａｂｓｏｒｂｅｒ  ｍｉｒｒｏｒ）を用いることができる。
【００２５】
このような過飽和吸収体１７は、低レベルのノイズ光を完全又はほぼ完全に吸収し、高レベルの低周波数レーザ光（１０ＫＨｚ信号）を完全又はほぼ完全に通過させるように構成されている。これにより、周波数変化手段にて漏洩したノイズ光が除去される。
【００２６】
ノイズ光が除去されたレーザ光Ｌ５（即ち低周波数レーザ光）は、レーザ光増幅手段の一例に相当するメインアンプ１３に入射する。メインアンプ１３は、公知のレーザ光増幅手段として構成されており、このメインアンプ１３によって増幅された高出力レベルの低周波数レーザ光が加工用レーザ光Ｌ１として出力されることとなる。最終的に、短パルス、低周波数かつ高出力の加工用レーザ光が加工対象物Ｗに照射されることとなる。
【００２７】
以上のように、本実施形態の構成によれば、周波数変換手段の後段側においてパルスレーザ光の光路上に過飽和吸収体１７が配設されるため、低レベルのノイズ光を抑えることができる。従って、ノイズ光が増幅された増幅光が加工対象物に照射されることを抑制ないし防止でき、発熱を効果的に抑えることができる。
【００２８】
また、過飽和吸収体１７がレーザ光増幅手段たるメインアンプ１３の前段側においてパルスレーザ光の光路上に配設されるため、増幅する前段階でノイズ光を取り除くことができる。即ち、低レベルのノイズ光を小型の過飽和吸収体１７で取り除くことができるため、コスト低減、部品小型化を図ることができる。
【００２９】
＜実施形態２＞
次に、図４を参照して実施形態２について説明する。図４は、実施形態２のレーザ加工装置を概略的に示す概略図である。
本実施形態に係るレーザ加工装置１も実施形態１と同様に、所定の第１周波数で発振し、１パルス当たりのパルス幅がフェムト秒オーダの幅であるパルスレーザ光を出力するレーザ発信器１１と、レーザ発信器１１から出射されるパルスレーザ光をレーザ発振器１１での第１周波数よりも低い第２周波数に変換して出力するパルスピッカ１４と、パルスピッカ１４から出力されたパルスレーザ光を増幅するメインアンプ１３と、このメインアンプ１３にて増幅されたパルスレーザ光を収束して加工対象物Ｗ上に照射する収束レンズ２２とを備えている。
【００３０】
本実施形態では、パルスピッカ１４の後段側であってかつレーザ光増幅手段たるメインアンプ１３の後段側に過飽和吸収体１７が配設されている点が実施形態１と異なっている。過飽和吸収体１７以外の構成は実施形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３１】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３２】
（１）上記実施形態では、レーザ発振器１１として、１パルス当たりのパルス幅がフェムト秒オーダの幅であるパルスレーザ光を出力するフェムト秒レーザ発信器を例示したが、１パルス当たりのパルス幅がピコ秒オーダの幅であるパルスレーザ光を出力するレーザ発信器であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置を概略的に示す概略図
【図２】図１の要部を説明する説明図
【図３】パルスピッカによって周波数変換した後の出力を示すグラフ
【図４】実施形態２のレーザ加工装置を概略的に示す概略図
【符号の説明】
【００３４】
１…レーザ加工装置
１１…レーザ発振器
１３…メインアンプ（レーザ光増幅手段）
１４…パルスピッカ（周波数変換手段）
１７…過飽和吸収体
２２…収束レンズ
【図１】
2008060139.tif 000003
【図２】
2008060139.tif 000004
【図３】
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【図４】
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