(57)【要約】レーザー穿孔装置は、レーザー放出するレーザー放射線パルスのためのガス放電と、２つの音響光学変調器（ＡＯＭ）とを含む。レーザー放射線パルスは、時間的前縁部分と時間的後縁部分との間に２つの時間的中央部分を有するものとして特徴づけられる。ＡＯＭは、パルスの中央時間的部分を互いから空間的に分離し、かつ前縁部分および後縁部分から空間的に分離するように配置されている。第一のＡＯＭは、２つの時間的中央部分のうちの一方を前縁部分と、後縁部分と、２つの時間的中央部分のうちの他方とから空間的に分離するように配置され、動作させられ、第二のＡＯＭは、２つの時間的中央部分のうちの他方を前縁部分および後縁部分から空間的に分離するように配置され、動作させられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーパルスを受け取って分割するための装置であって、該レーザーパルスの各々は、時間的前縁部分と、時間的後縁部分と、それらの間の第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分とを有し、該装置は、第一の音響光学変調器（ＡＯＭ）および第二の音響光学変調器
を備え、
該第一の音響光学変調器および該第二の音響光学変調器は、該パルスの該前縁部分および該後縁部分から該パルスの該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分を空間的に分離し、該パルスの該第一の時間的中央部分と該第二の時間的中央部分とを互いから空間的に分離させるように協同的に配置され、動作させられる、装置。
【請求項２】
ワークピースをレーザー穿孔するための装置であって、該装置は、
第一の音響光学変調器（ＡＯＭ）および第二の音響光学変調器と、
レーザー放射線パルスを放出するガス放電レーザーであって、該レーザー放射線パルスは、時間的前縁部分と、時間的後縁部分と、それらの間の第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分とを有する、ガス放電レーザーと
を備え、
該第一のＡＯＭは、該パルスの該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分のうちの一方を該前縁部分と、後縁部分と、該パルスの該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分のうちの他方とから空間的に分離するように配置され、動作させられ、
該第二のＡＯＭは、該パルスの該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分のうちの該他方を該パルスの該前縁部分および該後縁部分から空間的に分離するように配置および操作され、該パルスの該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分は、該ワークピースを穿孔するために使用される、装置。
【請求項３】
前記第一のＡＯＭは、前記パルスの前記時間的中央部分のうちの前記一方を伝送し、前記パルスの前記他方の部分を回折させる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第二のＡＯＭは、前記パルスの前記時間的中央部分のうちの前記他方を回折させ、該パルスの該他方の部分を伝送する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ワークピースをレーザー穿孔するための装置であって、該装置は、
第一の音響光学変調器（ＡＯＭ）および第二の音響光学変調器と、
レーザー放射線パルスを放出する一酸化炭素（ＣＯ）レーザーと
を備え、
該一酸化炭素（ＣＯ）レーザーは、該パルスにおける放射線は、約４．５マイクロメートルと約６．０マイクロメートルとの間の波長範囲において複数の波長を有し、該レーザー放射線パルスは、時間的前縁部分と、時間的後縁部分と、それらの間の第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分とを有し、該レーザー放射線パルスは、第一の入射方向で該第一のＡＯＭに入射し、一酸化炭素（ＣＯ）レーザーとを備え、
該第一のＡＯＭは、該レーザー放射線パルスを受け取り、該時間的前縁部分と、該時間的後縁部分と、該パルス該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分のうちの一方とを該第一の入射方向に対してある角度の第一の波長に依存する一次回析方向に沿って回折させ、該放射線パルスの該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分のうちの他方を該第一の入射方向に対して平行である第一のゼロ次方向に沿って伝送するように配置され、動作させられ、
該第二のＡＯＭは、該第一のＡＯＭから該回折させられたパルス部分を受け取り、該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分のうちの該他方を第二の波長に依存する一次回折方向に沿って回折させ、該前縁部分および該後縁部分を該第二の波長に依存する一次回折方向に対してある角度の第二のゼロ次方向に沿って伝送するように配置され、動作させられ、該第一の時間的中央部分および該第二の時間的中央部分は、該ワークピースを穿孔するために使用される、装置。
【請求項６】
前記第一のＡＯＭおよび前記第二のＡＯＭは、前記第一のゼロ次方向と第二の波長に依存する一次回折方向とが互いに対してほぼ平行であるように配置され、動作させられる、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第一の音響光学変調器（ＡＯＭ）および第二の音響光学変調器を用いてレーザーパルスをスライスする方法であって、該レーザーパルスの各々は、時間的前縁部分と、時間的後縁部分と、それらの間の第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分とを有し、該方法は、
該第一のＡＯＭに対してパルスを向かわせるステップと、
第一の期間中、該パルスの該時間的前縁部分が第二のＡＯＭへの経路に沿って回析させられるように該第一のＡＯＭを起動させ、該第一の期間中、該パルスの該時間的前縁部分が回折させられずにビームダンプへ向けられるように該第二のＡＯＭを停止させるステップと、
第二の期間中、該パルスの該第一の時間的中央部分が回折させられず、ワークピースへ向けられるように該第一のＡＯＭを停止させるステップと、
第三の期間中、該第二の時間的中央部分が該第一のＡＯＭおよび該第二のＡＯＭの両方によって回折させられ、ワークピースへ向けられるように該第一のＡＯＭおよび該第二のＡＯＭの両方を起動させるステップと、
第三の期間中、該パルスの該時間的後縁部分が該第二のＡＯＭによって回折させられず、該第一のＡＯＭによって回折させられ、ビームダンプへ向けられるように該第一のＡＯＭを起動させ、該第二のＡＯＭを停止させるステップと
を含む、方法。
【請求項８】
前記第一のＡＯＭおよび前記第二のＡＯＭは、該第一のＡＯＭが停止させられているとき、該第一のＡＯＭから出て行く前記レーザーパルスの経路が、該第二のＡＯＭが起動させられているときに該第二のＡＯＭから出て行く該レーザーパルスの経路に対して平行であり、かつ該第二のＡＯＭが起動させられているときに該第二のＡＯＭから出て行く該レーザーパルスの該経路から間隔を置かれるように配置されている、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本願は、２０１５年１１月６日に出願された米国仮特許出願第６２／２５１，９４１の優先権を主張し、この開示内容は、全て本明細書において参照により援用される。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、概して、パルス状一酸化炭素（ＣＯ）ガス放電レーザーを操作する方法に関する。本発明は、特に、そのようなＣＯレーザーからパルスを時間的に成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術について）
２５０ワット（Ｗ）より大きい平均出力電力を有するＣＯガス放電レーザーは、近年市販されるようになった。そのようなレーザーは、特定のレーザー加工操作、特に、プリント回路基板ＰＣＢにおけるビアホールのレーザー穿孔に有利であると認められている。
【０００４】
パルス状ＣＯを使用するビアホール穿孔は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２０１５／００８３６９８号において詳細に説明されており、この開示内容は、全て本明細書において参照により援用される。この方法において、ＣＯレーザーからのパルスは、遅い立ち上がり時間および立ち下がり時間を有するパルスの前縁および後縁を除去することによって時間的に成形される。音響光学変調器（ＡＯＭ）が、この操作に使用される。ＡＯＭは、ＡＯＭが「オフ」にされた状態でパルスの不要な前縁および後縁をそのまま通すように動作させられ、ワークピース（ＰＣＢ）への経路に沿ってパルスの必要な時間的に成形された部分を回折させるように動作させられる。ＡＯＭの回折によって時間的に成形されたパルスに導入されたスペクトル（色）分散を補償する手段が提供される。
【０００５】
上で言及されるビアホール穿孔操作の好ましい実施形態において、穿孔は、一度に１つのワークピースに対して行われる。操作生産性は、一度に２つ以上のワークピースで動作させられる方法を適合させることによって向上させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の概要）
１つの局面において、本発明に従ったレーザー装置は、第一の音響光学変調器（ＡＯＭ）および第二の音響光学変調器と、レーザー放射線パルスを放出するためのガス放電レーザーとを備える。レーザー放射線パルスは、時間的前縁部分および時間的後縁部分を有し、それらの間に第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分を有する。第一のＡＯＭおよび第二のＡＯＭは、パルスの前縁部分および後縁部分からパルスの第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分を空間的に分離し、パルスの第一の時間的中央部分および第二の時間的中央部分を互いから空間的に分離するために配置され、動作させられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄは、装置を通るレーザー放射のパルスの通過中の４つの異なる時間間隔における本発明に従ったパルス分割装置の好ましい実施形態を概略的に例示する。
【図１Ｂ】図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄは、装置を通るレーザー放射のパルスの通過中の４つの異なる時間間隔における本発明に従ったパルス分割装置の好ましい実施形態を概略的に例示する。
【図１Ｃ】図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄは、装置を通るレーザー放射のパルスの通過中の４つの異なる時間間隔における本発明に従ったパルス分割装置の好ましい実施形態を概略的に例示する。
【図１Ｄ】図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄは、装置を通るレーザー放射のパルスの通過中の４つの異なる時間間隔における本発明に従ったパルス分割装置の好ましい実施形態を概略的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（発明の詳細な説明）
ここで図を参照すると、図１Ａは、有用な部分Ｂおよび部分Ｃと、前縁部分Ａおよび後縁部分ＤとにパルスＰを時間分割するための本発明に従ったパルス分割装置の好ましい実施形態１０を概略的に例示する。パルス部分Ａは、時間ｔ０（パルス開始）と時間ｔ１との間で発生している。パルス部分Ｂは、時間ｔ１と時間ｔ２との間で発生している。パルス部分Ｃは、時間ｔ２と時間ｔ３との間で発生している。パルス部分Ｄは、時間ｔ３以上の時間で発生している。
【０００９】
装置１０は、第一の音響光学変調器（ＡＯＭ）１２と、第二の音響光学変調器１４とを備える。パルスＰは、一酸化炭素（ＣＯ）レーザー１６、または最短波長λＳと最長波長λＬとの間の複数の異なる波長に対して同時にレーザー発振ができる任意の他のガス放電レーザーによって送達される。ＣＯレーザーにおいて、λＳは、約４．５マイクロメートル（μｍ）であり得、λＬは、約６．０μｍであり得る。
【００１０】
図は、装置１０を通る３つの潜在的なビーム経路を示す。ビーム経路１は、回折せずにＡＯＭを通して伝送される放射の経路であり、すなわち、ビーム経路１は、ＡＯＭ１２のゼロ次経路であり、ＡＯＭ１２へのパルスＰの入射方向に平行である。ＡＯＭ１２が「オン」状態にあるとき、すなわち、ＡＯＭに無線周波数（ＲＦ）電力が適用されているとき、最長波長および最短波長は、図に例示されるように、異なる角度で回折させられる。回折角度は、適用される無線周波数に依存する。
【００１１】
ＡＯＭ１４は、当該技術分野において知られているように、ＡＯＭ１２によって回折したビームに導入された分散を補償するためにＡＯＭ１２と同じ周波数で動作させられることができる。ビーム経路２は、ＡＯＭ１４によって分散補償された、ＡＯＭ１２からの回折した一次ビームである。ＡＯＭが共通の周波数で動作させられると、ビーム経路２は、ビーム経路１に対して平行である。ビーム経路２は、回折した最長波長および最短波長と、ＡＯＭ１２とＡＯＭ１４との分離距離とに依存し、図の平面において広げられる。ビーム経路３は、ＡＯＭ１４のゼロ次ビーム経路である。この経路上の放射線は、分散補償されていない。
【００１２】
ここで、本発明の時間分割原理を理解するために、分散補償の十分な説明のみが本明細書において提供されることに、留意されたい。様々なＡＯＭ分散補償配置のより詳細な説明は、上で参照される米国特許出願公開第２０１５／００８３６９８号において提供される。
【００１３】
図１Ａの参照を続けると、パルスＰの前縁部分Ａに相当する時間ｔ０と時間ｔ１との間の時間間隔において、ＡＯＭ１２は「オン」（ＲＦが適用され、回折している）状態にあり、ＡＯＭ１４は、「オフ」状態、すなわち、ゼロまたは低周波数が適用された状態にある。パルスＰからの放射線は、ＡＯＭ１２へ向かう一次ビーム経路に沿ってＡＯＭ１２よって回折させられ、ＡＯＭ１２のゼロ次ビーム経路に沿ってビーム経路３へ伝送され、放射線ダンプ（図示せず）へ伝送される。
【００１４】
ここで図１Ｂを参照すると、時間ｔ１において、ＡＯＭ１２は、オフに切り替えられ、パルスＢからの放射線がビーム経路１（ＡＯＭ１２のゼロ次ビーム経路）に沿って第一の標的（図示せず）へ伝送されることを可能にしている。両方のＡＯＭは、パルスＰの部分Ｂがビーム経路１に沿って標的まで伝送されるように時間ｔ２まで「オフ」のままである。ここで、その期間中ＡＯＭ１４を「オフ」にすることは、ＡＯＭ１２の一次ビーム経路に沿った放射線の一切の「漏れ」がビーム経路２へ入ることを防ぐために好まれることに留意されたい。パルス部分Ｂの振幅を調節するために、弱いＲＦ電力がＡＯＭ１２に選択的に適用されることが可能である。
【００１５】
図１Ｃを参照すると、時間ｔ２において、および時間ｔ３までの時間において、ＡＯＭ１２およびＡＯＭ１４は、両方とも「オン」に切り替えられ、パルスＰからの放射線がＡＯＭ１２によってその一次ビーム経路に沿ってＡＯＭ１４へ回折させられ、そしてＡＯＭ１４によって回折させられることを引き起こし、それによって第二の標的へビーム経路２に沿ってパルスＰの部分Ｃが方向づけられる（図示せず）。ここで、時間ｔ２と時間ｔ３との間の時間間隔の間、両方のＡＯＭは、同じ周波数で動作すると考えられる。ＡＯＭ１４へのＲＦ電力は、パルス部分Ｃにおける電力を制御するために調節されることができる。
【００１６】
図１Ｄを参照すると、時間ｔ３において、ＡＯＭ１４が「オフ」に切り替えられ、パルスＰにおける放射線の残り（その後縁部分Ｄ）がビーム経路３に沿って伝送されることを可能にする。上記切り替えシーケンスは、ＣＯレーザーからＡＯＭ１２に到着する各パルスの到着と共に繰り返されることができる。
【００１７】
当業者は、装置１０のある程度の変更は、本発明の主旨および範囲から離れることなく行われることができると認識する。例として、ＡＯＭ１２からＡＯＭ１４への一次ビーム経路における分散による広がりは、ＡＯＭ１２とＡＯＭ１４との間にユニットマグニフィケーション光中継（ｕｎｉｔ−ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｌａｙ）を挿入することによって低減させられることができる。様々なビームステアリング配置またはビーム成形配置が、ＡＯＭ１２またはＡＯＭ１４と、第一の標的または第二の標的との間に含まれることができる。典型的には、ビーム経路１およびビーム経路２の各々は、上で参照される米国特許出願公開第２０１５／００８３６９８号において説明されるように、パルス部分をそれぞれの標的に集束させるための無色集束素子を含む。
【００１８】
当業者は、上で提供される本発明の説明から、少なくとも理論上では、本発明の主旨および範囲から離れることなく、ＣＯレーザーパルスの更なる時間分割が可能であることを認識する。例として、図１Ｃのｔ２とｔ３との間の時間間隔においてＡＯＭ１２およびＡＯＭ１４に適用される無線周波数が異なる共通の周波数に切り替えられた場合、ＡＯＭ１４からの分散補償された一次ビーム経路２は、図面において上または下にシフトされ、伝送されたパルス部分の一部に対して、第二のビーム経路に対して平行である第三のビーム経路を提供する。これは、パルスＰからの放射線によって第三の標的が照射されることを可能にする。
【００１９】
本発明は、好ましい実施形態に言及しながら上で説明される。しかしながら、本発明は、本明細書において説明および描写される実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、ここに添付される特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【国際調査報告】
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