(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の波長を変換する非線形光学結晶と、
前記非線形光学結晶の温度を測定する温度検出部と、
前記温度検出部が測定した温度に基づいて前記非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、
前記非線形光学結晶と前記温度検出部とが対向する面に挟まれている第１金属層と、
第１押さえ部材と、
前記第１押さえ部材と対向する第２押さえ部材と、
前記第１押さえ部材と前記第２押さえ部材とを締結する締結部材を備え、
前記非線形光学結晶、前記温度検出部及び前記温度調整部を前記第１押さえ部材と前記第２押さえ部材との間に配置し、前記締結部材により前記第１押さえ部材と前記第２押さえ部材とを締結することで前記第１金属層が圧縮される
ことを特徴とする波長変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換装置、レーザ発振器及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ加工分野において紫外線領域の波長を持つＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）レーザ光が注目を集める。ＵＶレーザ光（波長：３５５ｎｍ付近）は、赤外レーザ光（波長：１０６４ｎｍ付近）と比べ、加工時の熱影響を抑えることができる。そのため、加工時の穴の形状や切断面の品質に優れる。しかし、加工に十分な出力のＵＶレーザ光を直接的に発振させることは難しいとされている。そこで、一般には赤外レーザ光を非線形光学結晶（「非線形結晶」とも呼ばれる）に入射することで、高出力のＵＶレーザ光を得る。レーザ光を非線形光学結晶に入射すると、入射レーザ光の整数分の一の波長のレーザ光を出射することができる。このことを波長変換という。【０００３】
例えば、特許文献１では、非線形光学結晶、温度センサ、温度調整素子を、良熱伝導性を有する材料からなるホルダーブロックに取り付けたものが開示されている。これにより、非線形光学結晶の温度を維持し（「位相整合温度」とも呼ばれる）、安定した出力のレーザ光を得ることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２０２９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＵＶレーザ光を用いた加工において、ＵＶレーザ光が不要である場合は、赤外レーザ光をＵＶレーザ光へ波長変換することを行わず、赤外レーザ光により加工を行うことがある。この場合、パルス発振を行うと非線形光学結晶が発熱するため、赤外レーザ光を連続発振することにより加工を行う。【０００６】
一方で、ＵＶが必要である場合は、パルス発振により高出力ピークを有する赤外レーザ光を非線形光学結晶に入射して波長変換を行い、高出力のＵＶレーザ光を出力し加工を行う。【０００７】
このように、ＵＶレーザ光を用いて加工を行う場合、レーザ光の発振形態を連続発振とパルス発振とを切り替えて加工が行われる。一般に、レーザ光が連続発振の場合に比べてパルス発振の場合の方が非線形光学結晶における発熱が大きくなるので、レーザ光を連続発振からパルス発振に切り替えた直後では、パルス発振により非線形光学結晶に発熱が起こり、非線形光学結晶の温度が変化する。その結果、波長変換の効率が下がり、レーザ光の出力が低下してしまう。したがって、レーザ光の出力を低下させないために、レーザ光を連続発振からパルス発振に切り替えた直後の非線形光学結晶における温度変化を抑制する必要がある。【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のレーザ発振装置においては、温度センサと非線形光学結晶との間のホルダーブロックの熱抵抗、ホルダーブロックと非線形光学結晶との間の接触熱抵抗、ホルダーブロックと温度センサとの間の接触熱抵抗が存在するため、温度センサと非線形光学結晶との間には温度勾配が生じてしまい、パルス発振により非線形光学結晶が発熱した際に非線形光学結晶の温度変化を抑制することは困難となっていた。【０００９】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、レーザ光を連続発振からパルス発振に切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得る波長変換装置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】
【００１０】
本開示に係る波長変換装置は、レーザ光の波長を変換する非線形光学結晶と、非線形光学結晶の温度を測定する温度検出部と、温度検出部が測定した温度に基づいて非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、非線形光学結晶と温度検出部とが対向する面に挟まれている第１金属層とを備える波長変換装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に係る波長変換装置は、レーザ光を連続発振からパルス発振に切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成図
【図２】実施の形態１に係るレーザ発振器の構成図
【図３】実施の形態１に係る波長変換装置の構造を示す図
【図４】実施の形態１に係る各種元素の物性値を示す図
【図５】実施の形態１に係る波長変換装置の変形例の構造を示す図
【図６】実施の形態１に係る波長変換装置の変形例の構造を示す図
【図７】実施の形態２に係る波長変換装置の構造を示す図
【図８】実施の形態２に係るＣ字型金属層の構造を示す図
【図９】実施の形態２に係る波長変換装置の構造を説明するための図
【図１０】実施の形態３に係る波長変換装置の構造を示す図
【図１１】実施の形態３に係る波長変換装置の変形例の構造を示す図
【図１２】実施の形態３に係る波長変換装置の変形例の構造を示す図
【図１３】実施の形態４に係る波長変換装置の構造を示す図
【図１４】実施の形態４に係るＬ字型金属層の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本開示の実施の形態について添付の図面を用いて説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。なお、以下に説明される実施の形態により本開示が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、各構成要素の縮尺が現実とは異なる場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
実施の形態１に係る波長変換装置１０について当該波長変換装置１０を含むレーザ発振器２を備えるレーザ加工装置１に基づいて以下説明する。
【００１５】
図１は、実施の形態１のレーザ加工装置１の構成図であり、図２は、レーザ加工装置１が備えるレーザ発振器２の構成図である。また、図３は、レーザ発振器２に含まれる波長変換装置１０の構造を模式的に示す図である。
【００１６】
まずレーザ加工装置１及びレーザ発振器２について説明する。レーザ加工装置１は、例えばレーザ発振器２と、光伝送部３と、光学ユニット４と、制御装置５と、駆動装置６と、加工テーブル７とを備える。レーザ発振器２から出射されたレーザ光は、光伝送部３を伝送し、光学ユニット４において集光され、加工テーブル７に載置される被加工物Ｗに照射される。このようにレーザ加工装置１は、被加工物Ｗをレーザ光により加工する。
【００１７】
レーザ発振器２は、例えばレーザ光となるレーザ媒質と、レーザ媒質にエネルギーを与える励起源と、ミラーとから構成される光源装置８と、光源装置８から出射されるレーザ光Ｌの波長を変換する波長変換装置１０とを備える。レーザ発振器２から出射したレーザ光Ｌは、光伝送部３に送られる。なお、レーザ発振器２は、複数の波長変換装置１０を備えてもよい。
【００１８】
光伝送部３は、例えば光ファイバで構成され、レーザ光を伝送する。光伝送部３は、光学ユニット４に接続される。光伝送部３を伝送するレーザ光は、光学ユニット４に入射する。
【００１９】
光学ユニット４は、光伝送部３を伝送して入射したレーザ光を集光し、加工テーブル７に載置される被加工物Ｗに対して照射する。被加工物Ｗは、レーザ光が照射されることにより切断や穴あけ等の加工が施される。
【００２０】
制御装置５は、レーザ発振器２と接続されており、レーザ発振器２の動作を制御する。また、制御装置５は、駆動装置６と接続されており、駆動装置６の動作を制御する。
【００２１】
駆動装置６は、例えば光学ユニット４と、加工テーブル７と接続される。駆動装置６は、制御装置５から指令を受けて光学ユニット４と、加工テーブル７の駆動を行う。例えば、駆動装置６は、加工テーブル７を駆動し、被加工物Ｗの位置決め、搬送等を行う。また、駆動装置６は、光学ユニット４を駆動し、被加工物Ｗに対するレーザ光の焦点位置の調整等を行う。
【００２２】
続いて、図３を用いて波長変換装置１０について説明する。図３は、波長変換装置１０の構造を模式的に示す図である。波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と、温度検出部１２と、温度調整部１３と、第１金属層２１と、ヒートシンク１４と、第１押さえ部材１５と、第２押さえ部材１６と、締結部材１７を備える。図３において、レーザ光の光軸は、紙面に垂直な方向である。なお、レーザ光の光軸は、特に断りがない限り他の実施の形態の説明においても同様である。
【００２３】
非線形光学結晶１１は、例えばＢＢＯ結晶、ＬｉＢ３Ｏ５結晶（いわゆるＬＢＯ結晶）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０結晶（いわゆるＣＬＢＯ結晶）等が用いられる。非線形光学結晶１１の形状は、多面体であり、例えば立方体、直方体等である。非線形光学結晶１１は、レーザ光の波長を変換する。具体的には、レーザ光を非線形光学結晶１１に入射することで当該レーザ光の波長を変換する。これによりレーザ発振器２は、例えばレーザ光の波長を整数分の一の波長に変換し、出射することができる。
【００２４】
非線形光学結晶１１は、例えば赤外レーザ光をＵＶレーザ光に変換する。具体的には波長が１０６４ｎｍのレーザ光を波長が５３２ｎｍのレーザ光に変換する。また、非線形光学結晶１１は、例えば波長が５３２ｎｍのレーザ光を波長が３５５ｎｍのレーザ光に変換する。
【００２５】
温度検出部１２は、非線形光学結晶１１の温度を測定するために用いられる。温度検出部１２は、例えばサーミスタ、測温抵抗体、熱電対等の温度センサであり、非線形光学結晶１１の温度を測定する。温度検出部１２の出力信号は、例えば温度コントローラに送られる。
【００２６】
温度検出部１２は、後ほど説明する第１金属層２１を介して非線形光学結晶１１の温度を測定するように設けられる。
【００２７】
温度調整部１３は、非線形光学結晶１１に対して入熱又は吸熱を行うために用いられる。温度調整部１３は、例えばペルチェ素子、ヒータ等の温度調整素子であり、非線形光学結晶１１の温度を位相整合温度に保つために、非線形光学結晶１１に対して入熱又は吸熱を行う。温度調整部１３は、温度検出部１２が測定した温度に基づいて非線形光学結晶１１の温度を調整する。温度調整部１３は、例えば温度コントローラに送られた温度検出部１２の出力信号に基づいて温度コントローラにより制御され、非線形光学結晶１１の温度を調整する。
【００２８】
温度調整部１３は、非線形光学結晶１１に接触している。これにより温度調整部１３は、直接に非線形光学結晶１１に対して入熱又は吸熱を行うことができる。なお、ここで温度調整部１３と非線形光学結晶１１が接触するとは、温度調整部１３と非線形光学結晶１１とが直接に接触することの他に、温度調整部１３と非線形光学結晶１１との間に金属箔、金属膜等の金属層を介して接触することも含む。温度調整部１３を非線形光学結晶１１に接触させていることにより、温度制御を行う対象が非線形光学結晶１１のみとなるため温度制御が容易になる。なお、温度調整部１３は、温度検出部１２に並べるようにして、温度検出部１２が非線形光学結晶１１と接触する面において非線形光学結晶１１と接触させるようにしてもよい。
【００２９】
第１金属層２１は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に備えられる金属層である。すなわち、第１金属層２１は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とが対向する面に挟まれている。また、第１金属層２１は、非線形光学結晶１１や温度検出部１２が有する厚みよりも相対的に厚みの薄い金属層であり、例えば金属箔、金属膜、あるいは金属を溶融して物体を固着した金属層等である。金属を溶融して物体を固着する金属層は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とを固着する際に非線形光学結晶１１と温度検出部１２が対向する面に挟まれている金属層である。この第１金属層２１は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくするために用いられる。接触熱抵抗とは、２つの物体の接触面で生じる熱抵抗である。なお、金属層の状態、厚み等に関しては、以下説明する他の実施の形態においても同様であるため説明を省略することがある。
【００３０】
波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に第１金属層２１を備えることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができ、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に温度勾配が生じることを抑制することができる。すなわち、非線形光学結晶１１の温度と温度検出部１２が測定する非線形光学結晶１１の温度とのずれが抑えられる。温度調整部１３は、温度検出部１２が検出した温度に基づいて温度を調整するため、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後に非線形光学結晶１１の温度が変化した場合でも連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。したがって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。これにより、連続発振からパルス発振へと切り替えた際にレーザ光の出力が低下し、加工不良を引き起こすことを抑制できる。
【００３１】
第１金属層２１の材料には、例えば柔らかい金属等、具体的にはモース硬度やヤング率が小さい金属または合金を用いることができる。詳細には、モース硬度が３．０以下である金属または合金を用いることができる。また、ヤング率が１２０Ｇｐａ以下である金属または合金を用いることができる。接触熱抵抗をより小さくするためには、モース硬度は、１．５以下であることが好ましい。ヤング率は、１６Ｇｐａ以下であることが好ましい。また、具体的な材料としてＩｎ、Ｓｎ、又はそれらの合金等を用いることができる。
【００３２】
上記の通り、第１金属層２１の材料は、モース硬度が１．５以下であることが好ましいが、これを超える場合であっても、例えば熱伝導率の高い金属または合金を用いることができる。詳細には、１００℃における熱伝導率が６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である金属または合金を用いることができる。接触熱抵抗を小さくするためには、１００℃における熱伝導率は、２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。また、具体的な材料としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、又はそれらの合金等を用いることができる。第１金属層２１の材料の例として各種元素とそれらの物性値を図４に示す。なお、金属箔、金属膜、金属を溶融して物体を固着した金属層のいずれの場合にも上記に示す材料と同様の材料を用いることができる。
【００３３】
第１金属層２１は、厚みが薄い層であれば非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。なお、金属層の厚みが厚くなると金属層により熱が伝わりにくくなるため、金属層の厚みは１ｍｍ以下であることが好ましい。金属層の厚みは０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。第１金属層２１として、例えば厚みが１ｍｍ以下の金属箔を用いれば、当該金属箔が非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の形状に合わせて変形し易いため、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を効率よく小さくすることができる。これは、以下で説明する第１金属層が金属膜である場合も同様である。
【００３４】
第１金属層２１は、金属膜により構成してもよく、例えば非線形光学結晶１１が有する面に金属膜を成膜することで第１金属層２１とすることができる。成膜の方法としては、例えばめっき、真空蒸着、スパッタ等を用いることができる。この金属膜により構成される第１金属層２１に温度検出部１２を直接に接触させることで非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。なお、金属膜は、温度検出部１２側に設けてもよいし、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の両方に設けてもよく、これは以下説明する他の実施の形態においても同様である。
【００３５】
第１金属層２１は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とを固着した金属層により構成してもよく、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に例えば金属箔を挟んだ状態で加熱して金属箔を溶融し、その後冷却することで非線形光学結晶１１と温度検出部１２とを金属により固着することができる。この固着した金属層により非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間を埋めることができるため、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。固着した金属層を構成する金属箔の材料には、融点の低い金属を用いることができ、例えばＩｎ、Ｓｎ、又はそれらの合金等を用いることができる。
【００３６】
ヒートシンク１４は、温度調整部１３に接触している。ヒートシンク１４は、例えば形状が剣山状、蛇腹状といった表面積が大きくなるような構造をしている。このような構造を有することでヒートシンク１４は、波長変換装置１０全体の放熱効率及び吸熱効率を高める機能を有する。ヒートシンク１４は、熱伝導率の高い材料で構成され、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、ダイヤモンド、又はそれらを組み合わせたものを用いることができる。これにより、温度調整部１３が非線形光学結晶１１に対して入熱又は吸熱する際に発生する熱を、効率良くヒートシンク１４に移行することができ、波長変換装置１０全体の温度を安定に保つことが容易になる。なお、ヒートシンク１４は必ずしも必要ではなく、非線形光学結晶１１での発熱が小さい場合は、温度調整部１３による入熱量又は吸熱量も小さくなるため、ヒートシンク１４を用いなくても波長変換装置１０全体の温度を安定に保つことができる。
【００３７】
第１押さえ部材１５及び第２押さえ部材１６は、非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３、第１金属層２１、ヒートシンク１４を固定するための部材である。第１押さえ部材１５には、締結するための貫通穴が設けられており、締結部材１７を通すことができるようになっている。また、第２押さえ部材１６は、ねじ穴が設けられており、例えば、ねじ、ボルト等の締結部材１７を締結することができるようになっている。
【００３８】
第１押さえ部材１５と第２押さえ部材１６との間に非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３、第１金属層２１、ヒートシンク１４を配置し、締結部材１７により締結することで非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３、第１金属層２１、ヒートシンク１４を固定することができる。
【００３９】
第１押さえ部材１５、第２押さえ部材１６、締結部材１７により非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３、第１金属層２１、ヒートシンク１４を固定する際、非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３のそれぞれが破壊されない程度の強さで、締結部材１７を締め付けて固定する。これにより、非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３よりも相対的に柔らかい第１金属層２１が圧縮されることとなる。第１金属層２１が圧縮されることで非線形光学結晶と第１金属層２１と温度検出部１２とが密接し、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。
【００４０】
例えば、第１金属層２１として金属箔を用いる場合は、締結部材１７を締め付けることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間の金属箔が圧縮され、金属箔が押しつぶされることとなる。例えば、非線形光学結晶１１や温度検出部１２が金属箔と接する面が荒れている場合、すなわち非線形光学結晶１１や温度検出部１２の表面粗さが大きい場合であっても非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の金属箔が押しつぶされることで金属箔と非線形光学結晶１１との接触面積及び金属箔と温度検出部１２との接触面積を大きくし、接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。
【００４１】
また、温度検出部１２が一般的な市販のサーミスタ等を用いる場合、サーミスタの表面が曲面状であっても、金属箔が押しつぶされることで、金属箔を介して非線形光学結晶１１と温度検出部１２との接触面積を大きくし、接触熱抵抗を小さくすることができる。また、金属箔に替えて先に述べた金属膜を用いてもよい。
【００４２】
なお、ヒートシンク１４に締結部材１７を締結するためのねじ穴を設けてもよい。そうすることで非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３を第１押さえ部材１５、ヒートシンク１４、締結部材１７により固定することができる。この場合は、第２押さえ部材１６は不要となる。また、締結部材１７は、ねじやボルトに限られず、クランプ等、第１押さえ部材１５及び第２押さえ部材１６を挟んで固定してもよい。
【００４３】
実施の形態１による波長変換装置１０は、レーザ光の波長を変換する非線形光学結晶１１と、非線形光学結晶１１の温度を測定する温度検出部１２と、温度検出部１２が測定した温度に基づいて非線形光学結晶１１の温度を調整する温度調整部１３と、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とが対向する面に挟まれている第１金属層とを備えているので、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。よって、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に温度勾配が生じることを抑制し、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。したがって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【００４４】
また、実施の形態１の波長変換装置１０の変形例として、図５に示す構成としてもよい。図５の波長変換装置１０は、図３に示す波長変換装置１０に加えて第２金属層２２を備えている。図５に示す波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度調整部１３とが対向する面に挟まれている第２金属層２２を備えている。なお、第２金属層２２には、第１金属層２１と同様のものを用いることができる。
【００４５】
これにより、第２金属層２２は、非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間の接触熱抵抗を小さくすることができ、非線形光学結晶１１に対して効率的に入熱又は吸熱を行うことができる。第１金属層、第２金属層には金属箔、金属膜、金属を溶融して物体を固着した金属層の何れを用いてもよいし、これらを組み合わせてもよい。
【００４６】
また、別の変形例として、図６に示すような構成としてもよい。すなわち、波長変換装置１０は、温度検出部１２と第１押さえ部材１５との間に金属層２５を備えるようにしてもよい。なお、金属層２５には、第１金属層、第２金属層と同様のものを用いることができる。
【００４７】
これにより、第１押さえ部材１５と第２押さえ部材１６により非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３、ヒートシンク１４を固定する際に、温度検出部１２と第１押さえ部材１５との間の力の作用を緩衝することができる。
【００４８】
実施の形態２．
続いて、図７から図９を用いて実施の形態２に係る波長変換装置１０について説明する。
【００４９】
図７は、実施の形態２に係る波長変換装置１０の構造を模式的に示す図である。図７に示す波長変換装置１０は、実施の形態１の波長変換装置１０において第１金属層に替えてＣ字型金属層２０１を備えている。なお、波長変換装置１０においてＣ字型金属層２０１以外の構成、レーザ発振器２の構成及びレーザ加工装置１の構成は実施の形態１と同様である。これは他の実施の形態においても同様である。以下の説明では、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。
【００５０】
図７に示す波長変換装置１０は、Ｃ字型に形成された金属層であるＣ字型金属層２０１を備えている。Ｃ字型金属層２０１は、金属箔を非線形光学結晶１１の面に沿って折り曲げて構成されている。Ｃ字型金属層２０１は、例えば金属膜、金属を溶融して物体を固着した金属層等によって構成してもよい。また、Ｃ字型金属層２０１の材料及び厚みについては、第１金属層２１と同様であるため説明は省略する。
【００５１】
図８は、Ｃ字型金属層２０１の構造を模式的に示す図である。Ｃ字型金属層２０１は、第１の面２０１ａ、第２の面２０１ｂ、第３の面２０１ｃを備える。第１の面２０１ａは、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に配置される面である。すなわち、第１の面２０１ａは、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に備えられる金属層であり、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とが対向する面に挟まれている。
【００５２】
波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に第１の面２０１ａを備えることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。よって、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に温度勾配が生じることを抑制し、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。したがって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【００５３】
第３の面２０１ｃは、非線形光学結晶１１と温度調整部１３の間に配置される面である。すなわち、第３の面２０１ｃは、非線形光学結晶１１と温度調整部１３の間に備えられる金属層であり、非線形光学結晶１１と温度調整部１３とが対向する面に挟まれている。
【００５４】
第２の面２０１ｂは、第１の面２０１ａと第３の面２０１ｃとに接続される面であり、非線形光学結晶１１の側面に対向する面である。第２の面２０１ｂは、非線形光学結晶１１の側面に接触していない。Ｃ字型金属層２０１は、実施の形態１における第１金属層２１と第２金属層２２とが一体として構成されている金属層とも言える。なお、第２の面２０１ｂは、非線形光学結晶１１の側面に接していてもよい。
【００５５】
締結部材１７を締め付けることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間の第１の面２０１ａと、非線形光学結晶１１と温度調整部１３の間の第３の面２０１ｃとが押しつぶされることとなる。したがって、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗及び非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間の接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。なお、Ｃ字型金属層２０１が金属膜により構成される場合も同様である。また、Ｃ字型金属層２０１を、金属を溶融して物体を固着した金属層とする場合は、第１の面２０１ａと第３の面２０１ｃとを押しつぶすことなく、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗及び非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間の接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。
【００５６】
さらに、第３の面２０１ｃを非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間に配置することによる利点について以下詳細に説明する。
【００５７】
非線形光学結晶１１に長時間レーザ光が照射されると、非線形光学結晶１１におけるレーザ光の通過点に損傷が生じる。その結果、波長変換の効率が低下し、レーザ光の出力が低下する。そのため、非線形光学結晶１１におけるレーザ光の通過点に損傷が生じるたびに、非線形光学結晶１１を移動させ、非線形光学結晶１１におけるレーザ光の通過点を変更することで、波長変換の効率の低下を抑制することが行われる。すなわち、非線形光学結晶１１が保有する面の内、レーザ光が入射する面において、レーザ光が通過する第１の通過点、第２の通過点、第３の通過点といったように複数の通過点を設けることがある。
【００５８】
図９は、非線形光学結晶１１に第１の通過点４１、第２の通過点４２を示した波長変換装置１０を示す模式図である。図９においては便宜上、第１押さえ部材１５、第２押さえ部材１６、締結部材１７については省略している。
【００５９】
安定した出力のレーザ光を得るためには、レーザ光の通過点が第１の通過点４１である場合は、第１の通過点４１が位相整合温度で維持されている必要がある。また、レーザ光の通過点が第２の通過点４２である場合は、第２の通過点４２が位相整合温度で維持されている必要がある。
【００６０】
まず、レーザ光の通過点が第１の通過点４１である場合を考える。第１の面２０１ａが、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に備えられ、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とが対向する面に挟まれているので、温度検出部１２と非線形光学結晶１１との接触熱抵抗が小さい。そのため、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができる。
【００６１】
続いて、レーザ光の通過点が第２の通過点４２である場合を考える。この場合においてもレーザ光の通過点が第１の通過点４１である場合と同様に、温度検出部１２と非線形光学結晶１１との接触熱抵抗が小さく、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができる。
【００６２】
第２の通過点４２と温度検出部１２との間の距離は、第１の通過点４１と温度検出部１２との距離よりも長いため、第２の通過点４２と温度検出部１２との間において熱が伝わりにくくなる。したがって、レーザ光の通過点が第２の通過点４２である場合は、加工不良を生じるほどではないが、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後は、少し不安定な出力のレーザ光を得ることとなる。
【００６３】
図９に示すように、波長変換装置１０は、第２の通過点４２と近い第３の面２０１ｃが第１の面２０１ａ、第２の面２０１ｂと一体となり非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間に配置されている。これにより、Ｃ字型金属層２０１を介して効率よく熱を伝達することができる。すなわち、第３の面２０１ｃが第１の面２０１ａ、第２の面２０１ｂと一体なっていることで第２の通過点４２と温度検出部１２との間において熱が伝わりやすくなる。したがって、レーザ光の通過点が第１の通過点４１である場合と同様、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができる。なお、第３の面２０１ｃが第１の面２０１ａ、第２の面２０１ｂと一体となり非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間に配置されていれば金属層はＣ字型の形状に限られず、金属層はＣ字型に加えてさらに他の面を備えた形状や、Ｏ字型の形状等、種々の形状を取り得る。
【００６４】
実施の形態２による波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に第１の面２０１ａを備えているので、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。よって、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に温度勾配が生じることを抑制し、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。したがって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。また、第３の面２０１ｃが第１の面２０１ａ、第２の面２０１ｂと一体となり非線形光学結晶１１と温度調整部１３との間に配置されているので、レーザ光の通過点を変更した場合であっても連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【００６５】
実施の形態３．
続いて、図１０から図１２を用いて実施の形態３に係る波長変換装置１０について説明する。
【００６６】
図１０は、実施の形態３に係る波長変換装置１０の構造を模式的に示す図である。図１０に示す波長変換装置１０は、実施の形態１の波長変換装置１０における非線形光学結晶１１、温度検出部１２、温度調整部１３の位置関係が異なっている。以下の説明では、実施の形態１及び実施の形態２とは異なる構成について主に説明する。
【００６７】
波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくする第１金属層２１を備えており、第１金属層２１が非線形光学結晶１１と温度検出部１２とが対向する面に挟まれている点は実施の形態１と同様であるが、温度調整部１３が温度検出部１２に接触している点で異なっている。言い換えると、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の位置関係が実施の形態１の波長変換装置１０とは逆になっている。なお、第１金属層２１の構成は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００６８】
波長変換装置１０は、温度調整部１３が温度検出部１２に接触する配置であっても、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に第１金属層２１を備えることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。よって、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に温度勾配が生じることを抑制し、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。したがって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。これにより、連続発振からパルス発振へと切り替えた際にレーザ光の出力が低下し、加工不良を引き起こすことを抑制できる。
【００６９】
第１金属層２１として金属箔を用いる場合は、締結部材１７を締め付けることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間の金属箔が圧縮され、金属箔が押しつぶされることとなる。例えば、非線形光学結晶１１や温度検出部１２の金属箔と接する面が荒れている場合、すなわち非線形光学結晶１１や温度検出部１２の表面粗さが大きい場合であっても非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の金属箔が押しつぶされることで金属箔と非線形光学結晶１１の接触面積及び金属箔と温度検出部１２の接触面積を大きくし、接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。なお、第１金属層２１として金属膜を用いる場合も同様である。また、第１金属層２１を、金属を溶融して物体を固着した金属層とする場合は、第１金属層２１を押しつぶすことなく、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗をさらに小さくすることができる。
【００７０】
実施の形態３による波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に第１金属層２１を備えているので、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。よって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【００７１】
また、実施の形態３の波長変換装置１０の変形例として、図１１に示す構成としてもよい。図１１の波長変換装置１０は、図１０に示す波長変換装置１０に加えて第３金属層２３を備えている。なお、第３金属層２３の構成は、第１金属層２１と同様の構成とすることができる。
【００７２】
例えば、温度検出部１２と温度調整部１３との間の接触面積が小さく接触熱抵抗が大きい場合は、図１１のように温度検出部１２と温度調整部１３の間に第３金属層２３として金属箔を挟むようにする。これにより、非線形光学結晶１１と温度調整部１３の間の接触熱抵抗が小さくなり、非線形光学結晶１１の温度制御が容易となる。なお、第１金属層２１と、第３金属層２３とは一体として構成されている金属層としてもよい。
【００７３】
また、別の変形例として、図１２に示すような構成としてもよい。すなわち、波長変換装置１０は、図１１に示す構成における第１金属層２１に替えて、Ｃ字型金属層２０１を備えている。Ｃ字型金属層２０１は、実施の形態２で説明したＣ字型金属層と同様であるため説明は省略する。
【００７４】
実施の形態４．
続いて、図１３から図１４を用いて実施の形態４に係る波長変換装置１０について説明する。
【００７５】
図１３は、実施の形態４に係る波長変換装置１０の構造を模式的に示す図である。図１３に示す波長変換装置１０は、Ｌ字型金属層２１１と、第３押さえ部材１８とを備えている点が実施の形態１の波長変換装置１０とは異なる。以下の説明では、実施の形態１から実施の形態３とは異なる構成について主に説明する。
【００７６】
図１３に示す波長変換装置１０は、Ｌ字型に形成された金属層を備えている。Ｌ字型金属層２１１は、金属箔を非線形光学結晶１１の面に沿ってＬ字型に折り曲げて構成されている。Ｌ字型金属層２１１は、第１金属層２１に加えて、第１金属層２１と垂直方向に接続する面を備えているともいえる。第１金属層２１と垂直方向に接続する面は、非線形光学結晶１１が温度検出部１２と対向する面以外の面と対向している。Ｌ字型金属層２１１は、例えば金属膜、金属を溶融して物体を固着した金属層によって構成してもよい。また、Ｌ字型金属層２１１の材料及び厚みについては、第１金属層２１と同様であるため説明は省略する。
【００７７】
図１４は、Ｌ字型金属層２１１の構造を模式的に示す図である。Ｌ字型金属層２１１は、第１の面２１１ａ、第２の面２１１ｂを備える。第１の面２１１ａは、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に配置される面である。すなわち、第１の面２１１ａは、非線形光学結晶１１と温度検出部１２の間に備えられる金属層であり、非線形光学結晶１１と温度検出部１２とが対向する面に挟まれている。
【００７８】
波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間にＬ字型金属層２１１の第１の面２１１ａを備えることにより、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間の接触熱抵抗を小さくすることができ、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間に温度勾配が生じることを抑制し、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。よって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【００７９】
第２の面２１１ｂは、非線形光学結晶１１が保有する面のうち、第１の面２１１ａと接する面に対して垂直な面に接するように配置される。
【００８０】
さらに、波長変換装置１０は、第３押さえ部材１８を備えている。第３押さえ部材１８は、第１押さえ部材と接続され、鉛直方向へ延びて設けられている。また、第３押さえ部材１８は、Ｌ字型金属層２１１の第２の面２１１ｂと接触するように設けられている。第２の面２１１ｂは、第３押さえ部材１８により非線形光学結晶１１の側面に対して押さえ付けられる。これにより、レーザ光の通過点が、Ｌ字型金属層２１１の第１の面２１１ａよりもＬ字型金属層２１１の第２の面２１１ｂに近い場合、当該レーザ光の通過点と温度検出部１２との間の熱の伝わりやすさを、Ｌ字型金属層２１１の第２の面２１１ｂを設けない場合と比べて大きくすることができる。したがって、レーザ光の通過点がＬ字型金属層２１１の第１の面２１１ａに近い場合と同様、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。なお、ここでは、非線形光学結晶１１の熱がＬ字型金属層２１１を介して第３押さえ部材１８へ伝わりにくい構成、すなわち、第３押さえ部材１８の熱伝導率がＬ字型金属層２１１の熱伝導率が無視できるほど小さくなる構成であればよい。
【００８１】
実施の形態４による波長変換装置１０は、非線形光学結晶１１と温度検出部１２との間にＬ字型金属層２１１の第１の面２１１ａを備えているので、連続発振中の非線形光学結晶１１の温度と、パルス発振中の非線形光学結晶１１の温度とのずれを抑えることができる。よって、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。また、波長変換装置１０は、Ｌ字型金属層２１１の第２の面２１１ｂと第３押さえ部材１８を備えており、第２の面２１１ｂが第３押さえ部材１８により非線形光学結晶１１に押さえ付けられている。これにより、レーザ光の通過点が、Ｌ字型金属層２１１の第１の面２１１ａよりもＬ字型金属層２１１の第２の面２１１ｂに近い場合、当該レーザ光の通過点と温度検出部１２との間の熱の伝わりやすさを、Ｌ字型金属層２１１の第２の面２１１ｂを設けない場合と比べて大きくすることができる。したがって、レーザ光の通過点がＬ字型金属層２１１の第１の面２１１ａに近い場合と同様、連続発振からパルス発振へと切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得ることができるという効果を奏する。
【００８２】
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示の波長変換装置１０、レーザ発振器２及びレーザ加工装置１は、実施の形態１から実施の形態４で説明した形態には限られず、本開示の内容の一部を示すものである。本開示の波長変換装置１０、レーザ発振器２及びレーザ加工装置１は、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、組み合わせる等、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  レーザ加工装置、  ２  レーザ発振器、  ３  光伝送部、  ４  光学ユニット、  ５  制御装置、  ６  駆動装置、  ７  加工テーブル、  ８  光源装置、  １０  波長変換装置、  １１  非線形光学結晶、  １２  温度検出部、  １３  温度調整部、  １４  ヒートシンク、  １５  第１押さえ部材、  １６  第２押さえ部材、  １７  締結部材、  １８  第３押さえ部材、  ２１  第１金属層、  ２２  第２金属層、  ２３  第３金属層、  ２５  金属層、  ２０１  Ｃ字型金属層、  ２１１  Ｌ字型金属層
【要約】
本開示は、レーザ光を連続発振からパルス発振に切り替えた直後から安定した出力のレーザ光を得る波長変換装置に関する。本開示に係る波長変換装置は、レーザ光の波長を変換する非線形光学結晶と、非線形光学結晶の温度を測定する温度検出部と、温度検出部が測定した温度に基づいて非線形光学結晶の温度を調整する温度調整部と、非線形光学結晶と温度検出部とが対向する面に挟まれている第１金属層と、を備える波長変換装置である。【図１】
0006912025.tif 000002
【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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