(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザ光を発生させるパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源がパルス発振する前記第１レーザ光のパルス周波数を制御するパルス周波数制御手段と、
前記第１レーザ光の一部を第２レーザ光へ波長変換する非線形媒質と、
前記第１レーザ光を集光する集光レンズと、
前記第２レーザ光の拡がり角を調整するコリメート用レンズと、
該コリメート用レンズを通過した前記第２レーザ光が入射すると共に、透過して出射する平行平面板と、
該平行平面板へ入射する前記第２レーザ光の入射角度を制御する角度調整機構と、
を備えた波長変換レーザ装置。
【請求項２】
前記角度調整機構は前記平行平面板から出射する前記第２レーザ光の光軸を一定に保つように、前記平行平面板へ入射する前記第２レーザ光の入射角度を制御することを特徴とする請求項１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項３】
前記角度調整機構は前記パルス周波数制御手段による前記パルス周波数の変更と連動して制御することを特徴とする請求項２記載の波長変換レーザ装置。
【請求項４】
前記第１レーザ光は前記非線形媒質に対して斜入射の角度で入射することを特徴とする請求項３に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項５】
第１レーザ光を発生させるパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源がパルス発振する前記第１レーザ光のパルス周波数を制御するパルス周波数制御手段と、
前記第１レーザ光の一部を第２レーザ光へ波長変換する非線形媒質と、
前記第１レーザ光を集光する集光レンズと、
前記第２レーザ光の拡がり角を調整するコリメート用レンズと、
該コリメート用レンズを通過した前記第２レーザ光が入射すると共に、反射して出射する反射型ミラーと、
該反射型ミラーへ入射する前記第２レーザ光の入射位置を制御する第１平行移動機構と、
を備えた波長変換レーザ装置。
【請求項６】
前記第１平行移動機構は前記反射型ミラーで反射する前記第２レーザ光の光軸を一定に保つように、前記反射型ミラーへ入射する前記第２レーザ光の入射位置を制御することを特徴とする請求項５に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項７】
前記第１平行移動機構は前記パルス周波数制御手段による前記パルス周波数の変更と連動して制御することを特徴とする請求項６記載の波長変換レーザ装置。
【請求項８】
前記第１レーザ光は前記非線形媒質に対して斜入射の角度で入射することを特徴とする請求項７に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項９】
第１レーザ光を発生させるパルスレーザ光源と、
該パルスレーザ光源がパルス発振する前記第１レーザ光のパルス周波数を制御するパルス周波数制御手段と、
前記第１レーザ光の一部を第２レーザ光へ波長変換する非線形媒質と、
前記第１レーザ光を集光する集光レンズと、
前記第２レーザ光の拡がり角を調整するコリメート用レンズと、
該コリメート用レンズを通過した前記第２レーザ光が入射すると共に、透過して出射する第１プリズムと、
該第１プリズムを通過した前記第２レーザ光が入射すると共に、透過して出射する第２プリズムと、
該第２プリズムへ入射する前記第２レーザ光の入射位置を制御する第２平行移動機構と、
を備えた波長変換レーザ装置。
【請求項１０】
前記第２平行移動機構は前記第２プリズムから出射する前記第２レーザ光の光軸を一定に保つように、前記第２プリズムへ入射する前記第２レーザ光の入射位置を制御することを特徴とする請求項９に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１１】
前記第２平行移動機構は前記パルス周波数制御手段による前記パルス周波数の変更と連動して制御することを特徴とする請求項１０記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１２】
前記第１レーザ光は前記非線形媒質に対して斜入射の角度で入射することを特徴とする請求項１１に記載の波長変換レーザ装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の波長変換レーザ装置と、
被加工対象物を支持する被加工対象物支持部と、
開口を有し前記波長変換レーザ装置から出射した前記第２レーザ光のうち一部を前記開口から通過させるマスクと、
前記マスクを通過した前記第２レーザ光を前記被加工対象物に照射する加工ヘッドと、
該加工ヘッドから照射される前記第２レーザ光と前記被加工対象物支持部とを相対的に移動させる相対移動部と、
を備えた波長変換レーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、非線形媒質を用いてレーザ光を異なる波長に変換する波長変換レーザ装置および波長変換レーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を非線形媒質に入射させることで、入射したレーザ光の波長と異なる波長を有するレーザ光を出射する波長変換レーザ装置が知られている。この波長変換レーザ装置は、基本波であるレーザ光を第１の非線形媒質に入射させることで、基本波の半分の波長をもつ第２高調波を発生させ、さらに基本波と第２高調波を第２の非線形媒質に入射させることで、基本波の３分の１の波長をもつ第３高調波を発生させる。波長変換をさせるための固体状の非線形媒質を波長変換結晶という。非線形媒質の内部において、波長変換する前のレーザ光の波数ベクトルの和と波長変換した後のレーザ光の波数ベクトルが一致するときに、強い波長変換が発生する。第３高調波の発生では次式を満たす場合に、最も強い第３高調波が得られる。【０００３】
【数１】
0006808114.tif 000002
【０００４】
ｋω、ｋ２ω、ｋ３ωはそれぞれ基本波、第２高調波、第３高調波の波数ベクトルである。この条件は、位相整合条件と呼ばれる。波数ベクトルの向きはレーザ光の等位相面に垂直な方向であり、通常はレーザ光の進行方向である。また、波数ベクトルの大きさは、次式で表される。【０００５】
【数２】
0006808114.tif 000003
【０００６】
ｋは波数ベクトルの大きさ、ｎは非線形媒質の屈折率、λはレーザ光の波長である。非線形媒質の屈折率ｎは非線形媒質の温度に依存するため、非線形媒質の温度により波数ベクトルが変化する。そのため、位相整合条件を満たすためには非線形媒質の温度を制御する必要がある。【０００７】
波長変換レーザ装置は、微細加工用の光源として使用される。加工速度を上げるために、加工の途中でレーザ光のパルス周波数を変更することがあり、基本波のパルス周波数を変えると、第３高調波のパルス周波数も変化する。波長変換の変換効率は、非線形媒質に入射するレーザ光のパルスエネルギーに依存する。基本波の平均出力が一定の場合、パルス周波数を上げると、１つのパルスに含まれるパルスエネルギーは低くなるので、波長変換した後のレーザ光の平均出力は低くなる。【０００８】
高出力のレーザ装置では、レーザ装置を構成する光学部品や光学部品を固定するホルダがレーザ光を吸収して発熱し、この発熱によりレーザ光の光軸が変化することがある。レーザ光の光軸変化を抑えるために、アクチュエータを搭載した角度調整可能なホルダを用いたレーザ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４―１７０８３９号公報（第１２頁、第２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
非線形媒質にレーザ光の吸収がある場合、レーザ光のパルス周波数を変更すると、波長変換した後の平均出力が変化し、非線形媒質で吸収する熱量が変化するため、非線形媒質の温度が変化する。非線形媒質の温度が変化すると、温度変化に伴い非線形媒質の屈折率が変化し、波数ベクトルが変化する。その結果、位相整合条件を満たすレーザ光の進行方向が変化し、非線形媒質から出射するレーザ光の出射角度が変化する。非線形媒質から出射するレーザ光の出射角度の変化は、非線形媒質の温度変化に依存するため、瞬時の変化ではなく、数秒から数十秒程度の時間を要する。そのため、従来のレーザ装置で開示されているようなアクチュエータを搭載した角度調整可能なホルダを用いて、レーザ光の角度調整を行うためには、１つの角度調整可能なホルダでは対応できず、２つ以上の角度調整可能なホルダが必要となり、レーザ装置の大型化や高コスト化を招くという問題点がある。【００１１】
この開示は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、レーザ光のパルス周波数を変更することで波長変換した後のレーザ光の出力変化に対応でき、１軸の光軸調整機構のみでレーザ光の光軸変化を抑制可能な波長変換レーザ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この開示に係る波長変換レーザ装置は、第１レーザ光を発生させるパルスレーザ光源と、パルスレーザ光源がパルス発振する第１レーザ光のパルス周波数を制御するパルス周波数制御手段と、第１レーザ光の一部を第２レーザ光へ波長変換する非線形媒質と、第１レーザ光を集光する集光レンズと、第２レーザ光の拡がり角を調整するコリメート用レンズと、コリメート用レンズを通過した第２レーザ光が入射すると共に、透過して出射する平行平面板と、平行平面板へ入射する第２レーザ光の入射角度を制御する角度調整機構と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
この開示は、非線形媒質の温度変化に伴い発生する非線形媒質から出射するレーザ光の出射角度の変化を、コリメート用レンズにより光軸の平行移動へと変換する。さらに、平行移動したレーザ光の光軸を、角度調整機構により角度調整された平行平面板による光軸移動で補正する。その結果、パルス周波数制御手段によりパルスレーザ光源のパルス周波数を変更しても、非線形媒質から出射するレーザ光の光軸移動の量を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この開示の実施例１を示す波長変換レーザ装置の構成図である。
【図２】この開示の実施例１を示すパルスレーザ光源の構成図である。
【図３】この開示の実施例１を示すパルスレーザ光源の別形態の構成図である。
【図４】この開示の実施例１を示す第３高調波発生結晶の内部を各レーザ光が進む光路図である。
【図５】この開示の実施例１を示す平行平面板を透過することに伴う第３高調波の光軸移動を表す説明図である。
【図６】この開示の実施例１を示すコリメート用レンズによる第３高調波発生結晶を通過後の第３高調波の光軸移動を表す説明図である。
【図７】この開示の実施例１を示すパルス周波数を変更した際の第３高調波の光軸の時間変化の測定結果である。
【図８】この開示の実施例１を示す平行平面板の角度調整による第３高調波の光軸変化の補正を表す説明図である。
【図９】この開示の実施例１を示すパルス周波数を変更した後の平行平面板による光軸の角度の調整量の経時変化を表す図である。
【図１０】この開示の実施例１を示すコリメート用レンズを通過後に発生する第３高調波の光軸移動を平行平面板の角度調整で補正する場合の補正量の計算結果である。
【図１１】この開示の実施例２を示す波長変換レーザ装置の構成図である。
【図１２】この開示の実施例２を示す平行移動機構の平行移動による第３高調波の光軸変化の補正を表す説明図である。
【図１３】この開示の実施例３を示す波長変換レーザ装置の構成図である。
【図１４】この開示の実施例３を示すプリズムによりビーム径が拡大する様子を表す説明図である。
【図１５】この開示の実施例３を示す平行移動機構の平行移動による第３高調波の光軸変化の補正を表す説明図である。
【図１６】この開示の実施例４を示す波長変換レーザ加工機の構成図である。
【図１７】この開示の実施例４を示すマスクを通過直前のレーザ光の強度分布である。
【図１８】この開示の実施例４を示す波長変換レーザ装置を駆動するパルス周波数を変更する前のマスクを通過後のレーザ光の強度分布である。
【図１９】この開示の実施例４を示すマスクを通過後のレーザ光の光軸がマスクの中心位置からずれた場合のレーザ光の強度分布である。
【図２０】この開示の実施例４を示す波長変換レーザ装置を駆動するパルス周波数を変更した後のマスクを通過後のレーザ光５０２のレーザ光の強度分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施例１．
図１は、この開示の実施例１を示す波長変換レーザ装置の構成図である。図１に示す波長変換レーザ装置５０は、パルスレーザ光源１と、パルス周波数制御手段２と、集光レンズ４と、非線形媒質である第２高調波発生結晶５と、集光レンズ７と、非線形媒質である第３高調波発生結晶８と、コリメート用レンズ１０と、平行平面板１３と、平行平面板の角度調整機構１４を備える。パルスレーザ光源１は、第１レーザ光である基本波となるレーザ光３を出力する。パルス発振するパルスレーザ光源１のパルス周波数は、パルス周波数制御手段２により変更可能である。パルスレーザ光源１から出力するレーザ光３は、シングルモードである。
【００１６】
図２は、この開示の実施例１を示すパルスレーザ光源の構成図である。図２に示すパルスレーザ光源１はＱスイッチレーザである。パルスレーザ光源１は、レーザ光１１０を全反射する高反射ミラー１０１と、レーザ光１１０のうち一部を反射し、残りを透過する部分反射ミラー１０２を備える。高反射ミラー１０１と部分反射ミラー１０２の間には、レーザ媒質１０３、励起光結合ミラー１０４、音響光学素子１０５が配置されている。半導体レーザである光源１０６で発生し、光ファイバ１０７を通って出力した励起光１０８は、励起光学系１０９と励起光結合ミラー１０４を通ってレーザ媒質１０３を照射する。
【００１７】
レーザ媒質１０３は励起光１０８を吸収し、基本波の波長である自然放出光を発生させる。自然放出光は高反射ミラー１０１と部分反射ミラー１０２の間で往復し、レーザ媒質１０３を通る際に増幅することにより発振し、高反射ミラー１０１と部分反射ミラー１０２の間には、基本波の波長であるレーザ光１１０が生成される。レーザ光１１０が部分反射ミラー１０２に入射すると、その一部は基本波となるレーザ光３として取り出される。光源１０６の波長は８０８ｎｍや８７９ｎｍや８８８ｎｍであり、レーザ光３の波長は１０６４ｎｍである。
【００１８】
レーザ媒質１０３は結晶、ガラス、またはセラミックスに希土類元素やチタンが添加された固体状のレーザ媒質である。レーザ媒質１０３を構成するレーザ結晶は、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）、ＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｖａｎａｄａｔｅ）、ＧｄＶＯ４（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ  Ｖａｎａｄａｔｅ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ＫＧＷ（カリウム  ガドリニウムタングステン）、またはＫＹＷ（カリウム  イットリウムタングステン）である。希土類元素は、Ｎｄ（ネオジム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｔｍ（ツリウム）、またはＰｒ（プラセオジム）である。
【００１９】
音響光学素子１０５は、ＲＦドライバ１１２が出力するＲＦ信号を受け、ＲＦ信号が入力されている時とＲＦ信号が入力されていない時で、レーザ光１１０の光軸を変化させる。音響光学素子１０５に入力するＲＦ信号をオンにすることで光軸が変化したレーザ光１１０は、高反射ミラー１０１と部分反射ミラー１０２の間を往復することができないため、発振が停止する。発振が停止している間も、レーザ媒質１０３は励起光１０８を吸収し、吸収することでエネルギーを蓄える。レーザ媒質１０３に励起光１０８によるエネルギーが蓄えられた状態で、音響光学素子１０５に入力するＲＦ信号をオフにし、高反射ミラー１０１と部分反射ミラー１０２の間で再度発振させることで、蓄えられたエネルギーが一気に放出し、高強度のレーザ光３が出力する。
【００２０】
パルス発生装置１１３は、ＲＦドライバ１１２が出力するＲＦ信号のオンとオフのタイミングを制御することで、レーザ光３のパルス周波数を制御する。レーザ光３のパルス周波数は、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚであり、パルスの幅は数ｎｓから数百ｎｓである。このようなＱスイッチレーザでは、パルス周波数の逆数で表されるパルス間隔時間がレーザ媒質１０３の上準位寿命よりも短ければ、レーザ光３の平均出力は励起光１０８の出力で決まるため、励起光１０８の出力がほぼ一定である場合、レーザ光３のパルス周波数が変化してもレーザ光３の平均出力の変化は小さい。すなわち、Ｑスイッチレーザであるパルスレーザ光源１は、パルス周波数を変更しても、ほぼ一定の平均出力のレーザ光３を取り出すことが可能である。
【００２１】
図３は、この開示の実施例１を示すパルスレーザ光源の別形態の構成図である。パルスレーザ光源２００は半導体レーザ２０１と、光源２０５と、光ファイバ増幅器２０６と、固体増幅器２２０を備える。半導体レーザ２０１は、ＩｎＧａＡｓの半導体レーザである。半導体レーザ２０１は、駆動電源２０２によりパルス駆動し、微弱なレーザ光である種光Ｌａを発生させる。駆動電源２０２は、半導体レーザ２０１に電流を流し、流す電流のパルス周波数を変更することにより、種光Ｌａのパルス周波数を制御することができる。種光Ｌａのパルスの幅は１０ｐｓから１００ｎｓ程度であり、平均出力はパルス周波数にほぼ比例し、１００ｎＷから１０ｍＷ程度である。
【００２２】
半導体レーザ２０１は光ファイバ２０３と結合しており、種光Ｌａは光ファイバ２０３の内部を伝搬する。結合器２０４は、光源２０５から発せられた励起光Ｌｅと種光Ｌａを同軸で結合させ、光ファイバ増幅器２０６に導く。光ファイバ増幅器２０６は、光源２０５から発せられた励起光Ｌｅを吸収し、種光Ｌａを１０倍から１０００倍に増幅し、増幅光Ｌｂとして端面２０７から出射させる。光ファイバ増幅器２０６は、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｔｍ（ツリウム）、またはＰｒ（プラセオジム）といった希土類が添加された光ファイバである。
【００２３】
増幅光Ｌｂの平均出力は１μＷから１０Ｗ程度である。増幅光Ｌｂは、固体状のレーザ媒質を持つ固体増幅器２２０により増幅され、増幅光Ｌｃとして固体増幅器２２０から出射する。この開示では、増幅光Ｌｃが基本波のレーザ光３となる。固体増幅器２２０は、レーザ媒質８０３と励起光結合ミラー８０４と光源８０６と光ファイバ８０７を有し、光源８０６で発生し、光ファイバ８０７を通って出射した励起光８０８は、励起光学系８０９と励起光結合ミラー８０４を透過してレーザ媒質８０３に吸収される。励起光８０８を吸収したレーザ媒質８０３は増幅光Ｌｂを飽和増幅させる。飽和増幅した増幅光Ｌｂは、励起光結合ミラー８０４で反射し、増幅光Ｌｃとして出射する。固体増幅器２２０は増幅光Ｌｂを飽和増幅させるため、増幅光Ｌｂの平均出力が変動しても増幅光Ｌｃの平均出力はほぼ一定である。増幅光Ｌｃの平均出力は１Ｗから数百Ｗ程度であり、種光Ｌａの平均出力に比べて高い。そのため、駆動電源２０２により種光Ｌａのパルス周波数が変更され、種光Ｌａの平均出力が変化しても増幅光Ｌｃの平均出力は実質的に変化しないため、ほぼ一定の平均出力の基本波の増幅光Ｌｃを取り出すことができる。
【００２４】
図１に示すように、パルスレーザ光源１から出射した基本波のレーザ光３は、集光レンズ４により第２高調波発生結晶５に集光される。第２高調波発生結晶５は、レーザ光３の一部をレーザ光３の半分の波長を持つ第２高調波６に変換する。第２高調波６と、第２高調波６に変換されずに残ったレーザ光３は、集光レンズ７により第３高調波発生結晶８の表面を含む内部に集光される。第３高調波発生結晶８は、第２高調波６とレーザ光３により、第２レーザ光であるレーザ光３の３分の１の波長を持つ第３高調波９を発生させる。第２高調波発生結晶５と第３高調波発生結晶８は、ＬＢＯ結晶（ＬｉＢ３Ｏ５）、ＫＴＰ結晶（ＫＴｉＰＯ４）、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ２Ｏ４）、ＣＢＯ結晶（ＣｓＢ３Ｏ５）、ＣＬＢＯ結晶（ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０）、等の非線形媒質である。このように、非線形媒質を用い、基本波であるレーザ光３とは異なる波長のレーザ光を発生させる方法を波長変換と言い、この時に用いられる非線形媒質を波長変換結晶と言う。図１に示すように、基本波であるレーザ光３の３分の１の波長を持つレーザ光を発生させる過程は、第３高調波発生と呼ばれる。
【００２５】
第３高調波発生結晶８に入射するレーザ光３や第２高調波６と、第３高調波発生結晶８で発生する第３高調波９の波数ベクトルをそれぞれｋω、ｋ２ω、ｋ３ωとすると、第３高調波発生における位相不整合Δｋは次式で表され、位相不整合Δｋが小さくなる際に、強い第３高調波９が得られる。
【００２６】
【数３】
0006808114.tif 000004
【００２７】
波数ベクトルｋω、ｋ２ω、ｋ３ωの大きさは、基本波であるレーザ光３の波長λを用いて、それぞれ次式で表される。
【００２８】
【数４】
0006808114.tif 000005
【００２９】
【数５】
0006808114.tif 000006
【００３０】
【数６】
0006808114.tif 000007
【００３１】
ｎ１、ｎ２、ｎ３はそれぞれレーザ光３、第２高調波６、第３高調波９における第３高調波発生結晶８の屈折率である。
【００３２】
第２高調波発生結晶５と第３高調波発生結晶８の屈折率は、結晶の温度にも依存する。温度制御器１６と温度制御器１７は通常、位相不整合Δｋを小さくして、第３高調波９の平均出力が最も高くなるように、第２高調波発生結晶５と第３高調波発生結晶８の温度を制御する。
【００３３】
波長変換の変換効率は、変換されるレーザ光のピーク強度に依存し、変換されるレーザ光のピーク強度が高いほど変換効率は高くなる。基本波であるレーザ光３と第２高調波６は、集光レンズ４や集光レンズ７で集光されることにより、高強度で第２高調波発生結晶５や第３高調波発生結晶８に入射し、その結果、効率の高い波長変換が可能となる。また、レーザ光３はパルス発振するため、同じ平均出力を持つ連続波発振のレーザ光よりも高いピーク強度を持つため、効率の高い波長変換が可能となる。
【００３４】
強い第３高調波９を得るには、位相不整合Δｋが小さくなれば良いため、第３高調波発生結晶８に入射するレーザ光３や第２高調波６と、第３高調波発生結晶８で発生する第３高調波９の波数ベクトルｋω、ｋ２ω、ｋ３ωが必ず同じ向きである必要はない。図４は、この開示の実施例１を示す第３高調波発生結晶の内部を各レーザ光が進む光路図である。レーザ光３と第２高調波６と第３高調波９の進行方向が、それぞれ波数ベクトルｋω、ｋ２ω、ｋ３ωの向きである。図４に示すように、レーザ光３と第２高調波６が同軸で第３高調波発生結晶８に入射するが、レーザ光３と第２高調波６では、波長や偏光状態が異なるため、第３高調波発生結晶８の内部では異なる屈折率で進行する。その結果、第３高調波発生結晶８の内部では、波数ベクトルｋωとｋ２ωの向きが異なる。
【００３５】
位相不整合Δｋが最も小さくなる、すなわち、ゼロになるとき、式３は次式で表され、第３高調波９の波数ベクトルｋ３ωは、レーザ光３の波数ベクトルｋωと第２高調波６の波数ベクトルｋ２ωの間の向きとなる。
【００３６】
【数７】
0006808114.tif 000008
【００３７】
レーザ光３と第２高調波６は集光レンズ7により第３高調波発生結晶８の内部に集光されるため、発生した第３高調波９は第３高調波発生結晶８上でビームウエストを持ち、第３高調波発生結晶８から出射した後は、第３高調波９は拡がり角が発散するように進行する。コリメート用レンズ１０は発散した第３高調波９の拡がり角を平行にするためのレンズであり、その焦点位置が第３高調波発生結晶８の表面を含む内部に位置するように配置される。コリメート用レンズ１０は、光軸周りに回転対称性のある平凸形状の球面もしくは非球面のレンズである。
【００３８】
もしくはコリメート用レンズ１０は、曲率の向きが互いに直交する２枚の平凸形状のシリンドリカルレンズである。２枚のシリンドリカルレンズの焦点距離は互いに異なり、シリンドリカルレンズの各々の曲率の向きにおいて第３高調波９の拡がり角が平行になるように、２枚のシリンドリカルレンズの焦点位置を第３高調波発生結晶８の表面を含む内部に位置するように配置しても良い。この場合、第３高調波発生結晶８から出射した第３高調波９の発散角がシリンドリカルレンズの各々の曲率の向きで異なっていても、適切な焦点距離のシリンドリカルレンズを選択することで、２枚のシリンドリカルレンズから出射した第３高調波９は平行かつ真円度の高いビーム形状にすることが可能となる。
【００３９】
第３高調波９と、第３高調波発生結晶８で波長変換されずに残ったレーザ光３と第２高調波６は、波長分離ミラー１１により分離される。図１に示すように、第３高調波９は波長分離ミラー１１を透過し、波長変換されずに残ったレーザ光３と第２高調波６は波長分離ミラー１１で反射する。また、図示しないが、第３高調波９が波長分離ミラー１１で反射し、波長変換されずに残ったレーザ光３と第２高調波６が波長分離ミラー１１を透過しても良い。
【００４０】
波長分離ミラー１１により第３高調波９から分離された波長変換されずに残ったレーザ光３と第２高調波６はダンパ１２で受け止められ、ダンパ１２で吸収される。図１では、波長分離ミラー１１を、波長変換されずに残ったレーザ光３と第２高調波６がコリメート用レンズ１０を透過した後に配置しているが、第３高調波発生結晶８とコリメート用レンズ１０の間に配置しても良い。波長分離ミラー１１は、第３高調波９の波長では透過特性を有し、レーザ光３と第２高調波６の波長では反射特性を有するように設計された誘電体多層膜ミラーである。波長分離ミラー１１は、ミラーの光学素子に限らず、波長によりレーザ光を分離できるものであれば良く、プリズムや回折格子等のように、波長により光軸が変化するものであっても良い。
【００４１】
第３高調波９は平行平面板１３を透過し、波長変換レーザ装置５０から出射する。平行平面板１３は、第３高調波９が入射する面と出射する面が互いに平行となっており、第３高調波９の波長で実質的に透明である。平行平面板１３は、第３高調波９の波長で反射を防止する反射防止膜が施された合成石英やＢＫ７等の光学ガラスである。平行平面板１３は、角度調整機構１４により回転方向１５の向きに角度を制御することができ、平行平面板１３への第３高調波９の入射角度を制御することができる。
【００４２】
角度調整機構１４は、回転ステージやサーボモータで構成される。平行平面板１３へ第３高調波９が垂直入射を除いた斜入射の角度で入射する場合、第３高調波９が平行平面板１３を透過する際、第３高調波９は平行平面板１３へ入射する面と出射する面で屈折するため、平行平面板１３へ入射する前と出射した後で、第３高調波９の光軸が平行移動する。
【００４３】
図５は、この開示の実施例１を示す平行平面板を透過することに伴う第３高調波の光軸移動を表す説明図である。第３高調波９は入射角度θ１で平行平面板１３へ入射する面Ｓ１に入射すると共に、平行平面板１３の入射する面Ｓ１で屈折する。平行平面板１３の屈折率をｎ、屈折角度をθ２とすると、屈折角度θ２は次式を満足する。
【００４４】
【数８】
0006808114.tif 000009
【００４５】
平行平面板１３は入射する面Ｓ１と出射する面Ｓ２が互いに平行であるので、入射する面Ｓ１で屈折により変化した第３高調波９の光軸は、出射する面Ｓ２に対してθ２の角度で入射する。出射する面Ｓ２から出射する第３高調波９の出射角度をθ３とすると、出射角度θ３は次式を満足する。
【００４６】
【数９】
0006808114.tif 000010
【００４７】
その結果、θ１＝θ３となり、平行平面板１３に入射する第３高調波９の光軸１８と、平行平面板１３から出射する第３高調波９の光軸１９は平行となるが、第３高調波９が平行平面板１３の内部で屈折した分だけ、光軸１８と光軸１９はずれた状態となる。第３高調波９の光軸１８と光軸１９の平行移動する量をｄとし、平行平面板１３へ入射する面Ｓ１と出射する面Ｓ２との距離をｔとすると、次式が成り立つ。
【００４８】
【数１０】
0006808114.tif 000011
【００４９】
パルス周波数制御手段２によりパルスレーザ光源１がパルス周波数を変更しても、ほぼ一定の平均出力でレーザ光３を出射する場合、パルスレーザ光源１のパルス周波数を変更すると、１つのパルスに含まれるパルスエネルギーが変化する。その結果、レーザ光３のピーク強度が変化するので、波長変換の変換効率が変化する。パルス周波数を増加させると波長変換の効率が低くなるため、第３高調波９の平均出力は低くなる。一方、パルス周波数を減少させると波長変換の効率が高くなるため、第３高調波９の平均出力は高くなる。
【００５０】
第３高調波９の波長において、第３高調波発生結晶８に吸収がある場合、第３高調波９の平均出力が変化すると、第３高調波発生結晶８の吸収する熱量が変化し、その結果、第３高調波発生結晶８の温度が変化する。波長変換に用いられる非線形媒質は、数ｐｐｍから数千ｐｐｍ程度の吸収が存在し、波長が短くなると吸収する割合が高くなることが多い。そのため、基本波のレーザ光３や第２高調波６よりも波長の短い第３高調波９の方が、非線形媒質に吸収される割合が高くなる傾向にある。
【００５１】
第３高調波発生結晶８の温度が変化すると、第３高調波発生結晶８の屈折率が変化するため、位相不整合Δｋが変化する。図４に示すように、レーザ光３と第２高調波６が第３高調波発生結晶８に対して垂直入射を除いた斜入射の角度で入射する場合、レーザ光３と第２高調波６の屈折角度も変化するため、波数ベクトルｋωとｋ２ωの向きが変化する。この場合、第３高調波９の波数ベクトルｋ３ωの向きは、位相不整合Δｋが最も小さくなる向きとなる。
【００５２】
パルス周波数制御手段２によりパルスレーザ光源１のパルス周波数が変化すると、パルス周波数の変化に伴い第３高調波９の光軸の向きが変化する。第３高調波９の光軸の向きが変化する面は、第３高調波発生結晶８に対するレーザ光３と第２高調波６の入射方向や、第３高調波発生結晶８の特性等で決まる。第３高調波９の光軸の向きの変化は第３高調波発生結晶８を起点にして生じるため、コリメート用レンズ１０の焦点位置を第３高調波発生結晶８の表面を含む内部になるように配置することで、第３高調波９の光軸の向きはパルス周波数を変更する前と同じ向きに戻る。パルス周波数を変更することに伴い発生する第３高調波発生結晶８を通過後の第３高調波９の光軸の向きの変化は、コリメート用レンズ１０により、第３高調波９の光軸の平行移動へと変換される。この開示の実施例１では、コリメート用レンズ１０は１つの光学素子で構成され、発散した第３高調波９を平行にするためのレンズの作用と並行して、パルス周波数を変更した時の第３高調波９の光軸の向きの変化を平行移動へと変換する。
【００５３】
図６は、この開示の実施例１を示すコリメート用レンズによる第３高調波発生結晶通過後の第３高調波の光軸の移動を示す説明図である。光軸９ａはパルス周波数を変更する前の第３高調波９の光軸であり、光軸９ｂはパルス周波数を変更した後の第３高調波９の光軸である。第３高調波発生結晶通過後の光軸９ａと光軸９ｂの向きは異なるが、コリメート用レンズ１０を通過後は、光軸９ａと光軸９ｂは平行移動となる。
【００５４】
図７は、この開示の実施例１を示すパルス周波数を変更した際の第３高調波の光軸の時間変化の測定結果である。パルス周波数制御手段２によるパルスレーザ光源１のパルス周波数は、瞬時に切り替えることが可能であるが、第３高調波９の平行移動の量は第３高調波発生結晶８の温度に依存する。第３高調波発生結晶８の温度変化は、第３高調波発生結晶８の熱伝導率や熱容量等に依存し、温度変化の時定数はパルス周波数の変更に要する時間よりも長いため、第３高調波９の平行移動の量が安定するまでには、パルス周波数を変更してから一定の時間が必要となる。図７に示すように、パルス周波数を変更してから第３高調波９の平行移動の量が安定するまで、約３０秒の時間を要する。
【００５５】
角度調整機構１４は、平行平面板１３の角度を制御することで、パルス周波数の変更によるコリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸移動と逆向きに光軸を移動させ、平行平面板１３を通過後の第３高調波９の光軸変化を補正する。角度調整機構１４の角度調整する軸は１軸のみで良い。
【００５６】
図８は、この開示の実施例１を示す平行平面板の角度調整による第３高調波の光軸変化の補正を表す説明図である。パルス周波数を変更する前は、平行平面板１３は位置１３ａの位置に置かれているが、パルス周波数を変更した後は、角度調整機構１４により平行平面板１３を位置１３ｂの位置になるように角度調整する。このように、角度調整機構１４は、パルス周波数の変更の前後で平行平面板１３を通過した第３高調波９の光軸が変化しないように制御する。
【００５７】
パルス周波数の変更に伴うコリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸移動の時間変化に連動して、角度調整機構１４により平行平面板１３の角度を制御することで、平行平面板１３を通過した第３高調波９の光軸が経時的に変化しないようにすることも可能である。予めコリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸移動の量を測定しておき、パルス周波数の変更した後と同じ光軸移動の量で逆の向きに光軸移動するように平行平面板１３の角度の調整量を決定し、角度調整機構１４を制御しても良い。また、平行平面板１３を通過後に第３高調波９の位置を測定する測定器を設置し、パルス周波数を変更しても平行平面板１３を通過後の第３高調波９の位置が変化しないように、平行平面板１３の角度調整を角度調整機構１４にフィードバック制御しても良い。
【００５８】
図９は、この開示の実施例１を示すパルス周波数を変更した後の平行平面板による光軸の角度の調整量の経時変化を表す図である。また、図１０は、この開示の実施例１を示すコリメート用レンズを通過後に発生する第３高調波の光軸移動を平行平面板の角度調整で補正する場合の補正量の計算結果である。図９と図１０に示すように、平行平面板１３の角度調整を角度調整機構１４により行うことで、第３高調波９の光軸移動の量を抑制することが可能となる。
【００５９】
この開示の実施例１によれば、パルス周波数制御手段２によりパルスレーザ光源１のパルス周波数を変更しても、１軸の角度調整機構１４のみで、第３高調波９の光軸を一定に保つことが可能である。この開示の実施例１では、第３高調波の発生を一例として説明したが、第３高調波の発生に限定されない。また、この開示の実施例１に示す平行平面板１３と角度調整機構１４は、波長変換レーザ装置５０のパッケージされた筐体の中に設置する場合について説明したが、波長変換レーザ装置５０の外部に設置しても良い。
【００６０】
このように、この開示の実施例１によれば、第３高調波発生結晶８の温度変化による第３高調波９の出射角度の変化は、第３高調波９が第３高調波発生結晶８を通過後のコリメート用レンズ１０により、光軸の平行移動へと変換される。平行移動した第３高調波９の光軸は、角度調整機構１４により角度調整された平行平面板１３による光軸移動で補正されるため、パルス周波数制御手段２によりパルスレーザ光源１のパルス周波数を変更しても、第３高調波９の光軸移動の量を抑制することができる。
【００６１】
実施例２．
図１１は、この開示の実施例２を示す波長変換レーザ装置の構成図である。波長変換レーザ装置３００は、図１に示す波長分離ミラー１１と平行平面板１３と角度調整機構１４の代わりに、反射型ミラーである反射型波長分離ミラー３０１と、第１平行移動機構である平行移動機構３０２を備える。図１１に示すように、反射型波長分離ミラー３０１は、第２レーザ光である第３高調波９を光軸の向きを９０°変えて反射させると共に、第３高調波発生結晶８を通過して波長変換されずに残った、第１レーザ光である基本波のレーザ光３と第２高調波６を透過させる。反射型波長分離ミラー３０１を透過したレーザ光３と第２高調波６はダンパ１２で受け止められ、ダンパ１２で吸収される。反射型波長分離ミラー３０１は、反射型波長分離ミラー３０１で反射する第３高調波９の光軸が、パルス周波数の変更の前後において、コリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸を含む面内に存在するように配置する。
【００６２】
パルス周波数制御手段２によりパルスレーザ光源１のパルス周波数を変更すると、第３高調波９の光軸が平行移動する。第３高調波９の光軸の平行移動に伴い、平行移動機構３０２は、反射型波長分離ミラー３０１を移動方向３０３の方向に平行移動させ、その平行移動の移動量と向きが、パルス周波数の変更により生じる、コリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸が平行移動した移動量と同じ移動量と向きになるように、第３高調波９の入射位置を制御する。コリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸が平行移動する向きは決まっているため、平行移動機構３０２は１軸の平行移動が可能な移動機構であれば良い。
【００６３】
図１２は、この開示の実施例２を示す平行移動機構の平行移動による第３高調波の光軸変化の補正を表す説明図である。図１２に示すように、パルス周波数を変更する前は、反射型波長分離ミラー３０１は位置３０１ａの位置に置かれている。パルス周波数を変更した後は、平行移動機構３０２により反射型波長分離ミラー３０１の位置は位置３０１ｂに移動し、パルス周波数の変更の前後において、反射型波長分離ミラー３０１で反射した第３高調波９の光軸が変わらないようにする。予めパルス周波数の変更に伴うコリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸の移動量を測定しておき、パルス周波数の変更に連動して同じ移動量だけ反射型波長分離ミラー３０１を移動させるように制御すれば良い。または、反射型波長分離ミラー３０１で反射する第３高調波９の光軸の位置を測定する測定器を設置し、パルス周波数を変更しても反射型波長分離ミラー３０１で反射する第３高調波９の光軸の位置が変わらないように、反射型波長分離ミラー３０１の位置を、平行移動機構３０２を介してフィードバック制御しても良い。
【００６４】
このように、この開示の実施例２によれば、パルス周波数を変更しても１軸の平行移動機構３０２のみで、出射する第３高調波９の光軸の位置を一定に保つことができる。さらに、レーザ光３と第２高調波６と第３高調波９の波長分離と出射する第３高調波９の光軸移動の補正が、１つの反射型波長分離ミラー３０１で可能となる。
【００６５】
実施例３．
図１３は、この開示の実施例３を示す波長変換レーザ装置の構成図である。波長変換レーザ装置４００は、図１に示す平行平面板１３と角度調整機構１４の代わりに、第１プリズムであるプリズム４０１と、第２プリズムであるプリズム４０２と、第２平行移動機構である平行移動機構４０３を備える。
【００６６】
第１レーザ光である基本波のレーザ光３と第２高調波６が第３高調波発生結晶８で円形状のレーザ光であっても、第３高調波発生結晶８で波長変換される際の、レーザ光３と第２高調波６と第３高調波９の波数ベクトルが成す許容角度が方向により異なる。その結果、第３高調波発生結晶８から発生する第２レーザ光である第３高調波９は、進行方向により発散角が異なっており、楕円の形状のレーザ光となる。レーザ光３と第２高調波６は集光レンズ７により第３高調波発生結晶８に集光されるため、第３高調波発生結晶８から発生した第３高調波９の各進行方向において、第３高調波９のビームウエストの位置は第３高調波発生結晶８の位置にあり、コリメート用レンズ１０は第３高調波９を楕円の形状を保ちながら、各進行方向において平行にする。
【００６７】
図１３に示すように、コリメート用レンズ１０により平行にされた第３高調波９は、三角柱形状であるプリズム４０１とプリズム４０２を通過する。プリズム４０１とプリズム４０２は、第３高調波９の一方向のビーム径のみを変化させ、第３高調波９のもう一方の方向のビーム径と同じになるように調整されており、プリズム４０１とプリズム４０２により、楕円の形状で入射した第３高調波９を円形状に変換する。プリズム４０１とプリズム４０２により変化する方向のビーム径が、もう一方の方向のビーム径よりも小さい場合は、プリズム４０１とプリズム４０２は変化する方向のビーム径を拡大させる。
【００６８】
図１４は、この開示の実施例３を示すプリズムによりビーム径が拡大する様子を表す説明図である。プリズム４０１に入射するレーザ光４０５は、プリズム４０１とプリズム４０２を通過する際に屈折してビーム径が拡大し、拡大したレーザ光４０６として出射する。ビーム径の拡大率はプリズム４０１とプリズム４０２の屈折率と入射角度に依存しており、プリズム４０１とプリズム４０２が配置されている間隔の距離には依らない。
【００６９】
図１３に示すように、パルス周波数制御手段２によりパルスレーザ光源１のパルス周波数を変更すると、平行移動機構４０３は、プリズム４０２を移動方向４０４の方向に平行移動させる。移動方向４０４は、プリズム４０２から出射した第３高調波９の光軸と平行な方向である。コリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸が平行移動した移動量を補正するように、平行移動機構４０３はプリズム４０２の移動量を制御することで第３高調波９の入射位置を制御する。コリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸が平行移動する向きは決まっているため、平行移動機構４０３は１方向の平行移動が可能な移動機構であれば良い。
【００７０】
図１５は、この開示の実施例３を示す平行移動機構の平行移動による第３高調波の光軸変化の補正を表す説明図である。パルス周波数を変更する前は、プリズム４０２は位置４０２ａの位置に置かれている。パルス周波数の変更と連動して、平行移動機構４０３によりプリズム４０２を位置４０２ｂの位置に制御することで、パルス周波数の変更の前後おいて、プリズム４０２を通過した第３高調波９の光軸が変わらないようにする。予めパルス周波数の変更に伴うコリメート用レンズ１０を通過後の第３高調波９の光軸の移動量を測定しておき、プリズム４０２を通過後の第３高調波９の光軸の位置が変わらないプリズム４０２の位置を計算しておけば良い。または、プリズム４０２を通過後の第３高調波９の光軸の位置を測定する測定器を設置しておき、パルス周波数を変更してもプリズム４０２を通過後の第３高調波９の光軸の位置が変わらないように、プリズム４０２の位置を、平行移動機構４０３を介してフィードバック制御しても良い。
【００７１】
このように、この開示の実施例３によれば、パルス周波数を変更しても１方向の平行移動機構４０３のみで、出射する第３高調波９の光軸の位置を一定に保つことができる。さらに、レーザ光３と第２高調波６と第３高調波９の波長分離と、出射する第３高調波９のビーム形状を楕円形から円形に変換することが可能となる。
【００７２】
実施例４．
図１６は、この開示の実施例４を示す波長変換レーザ加工機の構成図である。波長変換レーザ加工機５００は、図１６に示すように、この開示の実施例１から実施例３に係る波長変換レーザ装置のいずれかである波長変換レーザ装置５０１と、被加工対象物５０９を支持する被加工対象物支持部５０８を備える。波長変換レーザ加工機５００は、マスク５０４と、波長変換レーザ装置５０１から出射した第２レーザ光であるレーザ光５０２を被加工対象物５０９に照射する加工ヘッド５０５と、加工ヘッド５０５と被加工対象物支持部５０８を相対的に移動させる相対移動部５１２と、相対移動部５１２と波長変換レーザ装置５０１の動作を制御する制御装置５１３を備える。
【００７３】
被加工対象物支持部５０８は、被加工対象物５０９が載置され、被加工対象物５０９を支持する。この開示の実施例４において、被加工対象物５０９は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）や、プリント配線板 (ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ)を多層化した多層基板である。フレキシブルプリント基板やプリント配線板は、樹脂と銅により構成される。このために、この開示の実施例４に示す波長変換レーザ装置５０１から出射するレーザ光５０２の波長は、樹脂と銅との双方に吸収される紫外領域であることが好ましい。
【００７４】
加工ヘッド５０５は、導光ミラー５０６と、集光レンズ５０７を備える。波長変換レーザ装置５０１から出射したレーザ光５０２は、ビーム調整光学系５０３により、ビーム径や発散角が調整され、マスク５０４に入射する。マスク５０４は円形や矩形の開口を有し、マスク５０４を通過後のレーザ光５０２の形状は、マスク５０４の開口の形状と同じ形状になる。マスク５０４を通過したレーザ光５０２は、導光ミラー５０６と集光レンズ５０７を通過し、被加工対象物５０９に照射される。集光レンズ５０７はマスク５０４を通過後の位置におけるレーザ光５０２の形状を被加工対象物５０９に転写する。
【００７５】
相対移動部５１２は、加工ヘッド５０５から照射されるレーザ光５０２と被加工対象物支持部５０８を、図１６に示すＸ方向とＹ方向の少なくとも一方に沿って相対的に移動させる。この開示の実施例４において、相対移動部５１２は被加工対象物支持部５０８をＸ方向とＹ方向の少なくとも一方に沿って移動させるが、加工ヘッド５０５をＸ方向とＹ方向の双方に沿って移動させても良く、加工ヘッド５０５と被加工対象物支持部５０８の双方をＸ方向とＹ方向の少なくとも一方に沿って移動させても良い。
【００７６】
相対移動部５１２は、モータと、モータの回転駆動力により被加工対象物支持部５０８を移動させるリードスクリューと、被加工対象物支持部５０８の移動方向を案内するリニアガイドにより構成される。相対移動部５１２の構成は、モータと、リードスクリューと、リニアガイドによる構成に限定されない。相対移動部５１２は、制御装置５１３により制御される。また、相対移動部５１２は、ガルバノミラーやポリゴンミラーを備え、ガルバノミラーやポリゴンミラーによりレーザ光５０２を走査しても良い。この場合、集光レンズ５０７は、Ｆθレンズで構成されるのが望ましい。
【００７７】
この開示の実施例４に示す波長変換レーザ加工機５００は、相対移動部５１２により被加工対象物支持部５０８を移動させながら、加工ヘッド５０５を通過したレーザ光５０２を照射して、レーザ光５０２を被加工対象物５０９の表面で走査させる。波長変換レーザ加工機５００は、被加工対象物５０９に予め設定された所望の位置に微細な加工穴５１０を形成する。加工穴５１０は、止まり穴や貫通穴である。加工穴５１０の直径は、マスク５０４の開口の直径により適宜設定することができる。波長変換レーザ装置５０１が特定のパルス周波数で駆動した際に、マスク５０４の開口の中心位置はレーザ光５０２の光軸と一致するように調整されている。
【００７８】
加工に必要なレーザ光５０２のパルスエネルギーは、被加工対象物５０９に形成される加工穴５１０の深さや形状、そして被加工対象物５０９の構成材料の違いにより、異なる値となる。波長変換レーザ装置５０１が高いパルス周波数で駆動すると、レーザ光５０２のパルスエネルギーは低くなり、低いパルス周波数で駆動するとパルスエネルギーは高くなる。一方、加工に必要なパルスエネルギーを有するレーザ光５０２であれば、パルス周波数が高いほど高速な加工が可能になる。従って、加工に必要なパルスエネルギーを確保したうえで高速な加工を行う場合は、加工の種類毎にパルス周波数を調整することが望ましい。
【００７９】
この開示の実施例４に示す波長変換レーザ加工機５００は、この開示の実施例１から実施例３に係る波長変換レーザ装置のいずれかを備えるので、加工の種類に合わせて波長変換レーザ装置５０１を駆動するパルス周波数を変更しても、レーザ光５０２の光軸は変化しない。従って、波長変換レーザ装置５０１のパルス周波数が変化しても、マスク５０４を通過後のレーザ光５０２の形状は変化せず、被加工対象物５０９の位置におけるレーザ光５０２の形状も変化しない。
【００８０】
図１７は、この開示の実施例４を示すマスクを通過直前のレーザ光の強度分布である。図１８は、この開示の実施例４を示す波長変換レーザ装置を駆動するパルス周波数を変更する前のマスクを通過後のレーザ光の強度分布である。波長変換レーザ装置５０１を駆動するパルス周波数を変更する前は、マスク５０４の開口の中心位置とレーザ光５０２の光軸が一致するように、マスク５０４の中心位置が調整されている。図１９は、この開示の実施例４を示すマスクを通過後のレーザ光の光軸がマスクの中心位置からずれた場合のレーザ光の強度分布である。従来の波長変換レーザ加工機では、波長変換レーザ装置５０１を駆動するパルス周波数を変更することで、図１９に示すようにレーザ光５０２の光軸がずれるため、光軸がずれた分だけ、マスク５０４を通過後のレーザ光５０２の強度分布が変化する。この変化した強度分布が被加工対象物５０９に転写されるため、当所想定した加工ができなくなり、加工不良が発生する。
【００８１】
図２０は、この開示の実施例４を示す波長変換レーザ装置を駆動するパルス周波数を変更した後のマスクを通過後のレーザ光５０２のレーザ光の強度分布である。図１８と図２０に示すように、波長変換レーザ装置５０１を駆動するパルス周波数を変更しても、レーザ光５０２の光軸がずれないため、マスク５０４を通過後のレーザ光５０２の強度分布は、波長変換レーザ装置５０１を駆動するパルス周波数を変更する前のマスク５０４を通過後のレーザ光５０２の強度分布と同一形状であり、当所想定した通りの加工が可能となる。従って、この開示の実施例４を示す波長変換レーザ加工機５００は、高速で高品質な被加工対象物５０９の加工が可能になる。
【符号の説明】
【００８２】
１,２００  パルスレーザ光源、２  パルス周波数制御手段、３,１１０,４０５,４０６,５０２  レーザ光、４,７,５０７  集光レンズ、５  第２高調波発生結晶、６  第２高調波、８  第３高調波発生結晶、９  第３高調波、１０  コリメート用レンズ、１１  波長分離ミラー、１２  ダンパ、１３  平行平面板、１３ａ，１３ｂ，３０１ａ，３０１ｂ，４０２ａ，４０２ｂ  位置、１４  角度調整機構、１５  回転方向、１６,１７  温度制御器、９ａ，９ｂ，１８,１９  光軸、５０,３００,４００,５０１  波長変換レーザ装置、１０１  高反射ミラー、１０２  部分反射ミラー、１０３,８０３  レーザ媒質、１０４,８０４  励起光結合ミラー、１０５  音響光学素子、１０６,２０５,８０６  光源、１０７,２０３,８０７  光ファイバ、１０８,８０８  励起光、１０９,８０９  励起光学系、１１２  ＲＦドライバ、１１３  パルス発生装置、２０１  半導体レーザ、２０２  駆動電源、２０４  結合器、２０６  光ファイバ増幅器、２０７  端面、２２０  固体増幅器、３０１  反射型波長分離ミラー、３０２,４０３  平行移動機構、３０３,４０４  移動方向、４０１,４０２  プリズム、５００  波長変換レーザ加工機、５０３  ビーム調整光学系、５０４  マスク、５０５  加工ヘッド、５０６  導光ミラー、５０８  被加工対象物支持部、５０９  被加工対象物、５１０  加工穴、５１１  ステージ走査方向、５１２  相対移動部、５１３  制御装置。
【要約】
従来の波長変換装置の問題点であった、レーザ光のパルス周波数を変化させると波長変換した後の平均出力が変化し、非線形媒質から出射するレーザ光の角度が変化するという点を解消し、レーザ光３を発生させるパルスレーザ光源１と、パルス周波数を制御するパルス周波数制御手段２と、レーザ光３の一部をレーザ光９へ波長変換する非線形媒質８と、レーザ光３を集光する集光レンズ７と、レーザ光９の拡がり角を調整するコリメート用レンズ１０と、コリメート用レンズ１０を通過したレーザ光９が入射すると共に、透過して出射する平行平面板１３と、平行平面板１３へ入射するレーザ光９の入射角度を制御する角度調整機構１４と、を備える。【図１】
0006808114.tif 000012
【図２】
0006808114.tif 000013
【図３】
0006808114.tif 000014
【図４】
0006808114.tif 000015
【図５】
0006808114.tif 000016
【図６】
0006808114.tif 000017
【図７】
0006808114.tif 000018
【図８】
0006808114.tif 000019
【図９】
0006808114.tif 000020
【図１０】
0006808114.tif 000021
【図１１】
0006808114.tif 000022
【図１２】
0006808114.tif 000023
【図１３】
0006808114.tif 000024
【図１４】
0006808114.tif 000025
【図１５】
0006808114.tif 000026
【図１６】
0006808114.tif 000027
【図１７】
0006808114.tif 000028
【図１８】
0006808114.tif 000029
【図１９】
0006808114.tif 000030
【図２０】
0006808114.tif 000031