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JP2006007279A - Laser machining apparatus - Google Patents

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JP2006007279A
JP2006007279A JP2004188337A JP2004188337A JP2006007279A JP 2006007279 A JP2006007279 A JP 2006007279A JP 2004188337 A JP2004188337 A JP 2004188337A JP 2004188337 A JP2004188337 A JP 2004188337A JP 2006007279 A JP2006007279 A JP 2006007279A
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JP
Japan
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laser
fiber
processing apparatus
workpiece
axis direction
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Withdrawn
Application number
JP2004188337A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichiro Sasaki
隆一郎 笹木
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high precision laser machining apparatus, which is miniaturized and has a light weight by preventing a transfer stage of a material to be worked from getting gigantic. <P>SOLUTION: In this laser machining apparatus which irradiates the laser beam generated by a laser generator 1 to a designated point of the material 3 and machines the material by moving the irradiation point, the laser machining apparatus is characterized in that a part or the whole of the laser generator 1 is installed on transfer members 40, 50, 60 movable to the material to be worked 3. As a part or the whole of the laser generator is installed on the transfer member movable to the material to be worked, a stroke of the transfer member has such a size as to cover only the size of the material so that it can prevent the transfer member from getting gigantic and improve positioning accuracy in transferring. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

レーザ発生器から発生されたレーザを被加工物の所定の部位に照射し、該照射部位を移動させて該被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that irradiates a predetermined part of a workpiece with a laser generated from a laser generator and moves the irradiated part to process the workpiece.

これまでのレーザ加工装置は、レーザ発生器を除震台に固定し非加工物を移動してレーザ照射部位を移動させるものであった(例えば特許文献1参照)。   Conventional laser processing apparatuses have fixed a laser generator to a vibration isolation table, moved a non-processed object, and moved a laser irradiation part (for example, refer patent document 1).

しかし、上記従来のレーザ加工装置では、被加工物の移動ステージが重厚長大化し、レーザ加工装置全体が重厚長大化するという問題を有していた。すなわち、被加工物を移動ステージに載置して被加工物の全面積を走査するためには、長大なストロークを持たせた超精密なX軸、Y軸ステージを正確に組み合わせた移動ステージが必要であった。超精密なX軸、Y軸ステージを組み合わせてもストロークが大きくステージが重いため高精度な移動位置決めができず加工精度を上げることが難しかった。また、これまでのレーザ加工装置に使用されるレーザ発生器は、外形寸法及び重量が大きく除震台上に固定載置されるため、レーザ加工装置全体の重厚長大化が益々問題であった。さらに、これまでのレーザ加工装置に使用されるレーザ発生器は、光学部品の冷却を必要とし、冷却による振動で加工精度が低下するという問題もあった。
特開2003−340588公報
However, the conventional laser processing apparatus has a problem that the moving stage of the workpiece becomes heavy and the entire laser processing apparatus becomes heavy and long. In other words, in order to place the workpiece on the moving stage and scan the entire area of the workpiece, there is a moving stage that precisely combines ultra-precise X-axis and Y-axis stages with long strokes. It was necessary. Even if ultra-precise X-axis and Y-axis stages are combined, the stroke is large and the stage is heavy, so it is difficult to move and position with high accuracy, making it difficult to increase machining accuracy. In addition, since the laser generators used in the conventional laser processing apparatus have large external dimensions and weight and are fixedly mounted on the vibration isolating table, the increase in the overall thickness of the laser processing apparatus has become a problem. Furthermore, laser generators used in conventional laser processing apparatuses require cooling of optical components, and there is a problem in that processing accuracy is reduced due to vibration caused by cooling.
JP 2003-340588 A

上記のように、従来のレーザ加工装置では、被加工物の移動ステージが重厚長大化し、レーザ加工装置全体が重厚長大化するという問題を有していた。また、重厚長大化故に高精度で高速な位置決めができなかった。さらに、レーザ発生器の外形寸法及び重量が大きく、レーザ加工装置全体の重厚長大化が益々問題であった。   As described above, the conventional laser processing apparatus has a problem that the moving stage of the workpiece becomes heavy and the entire laser processing apparatus becomes heavy and long. In addition, because of the increased length and length, high-precision and high-speed positioning could not be performed. In addition, the external dimensions and weight of the laser generator are large, and increasing the overall thickness of the laser processing apparatus has become a problem.

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、被加工物の移動ステージが重厚長大化することを防止し、軽量小型化した高精度レーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a high-precision laser processing apparatus that prevents a moving stage of a workpiece from becoming heavy and large, and is lightweight and downsized.

本発明のレーザ加工装置は、レーザ発生器から発生されたレーザを被加工物の所定の部位に照射し、該照射部位を移動させて該被加工物を加工するレーザ加工装置において、該レーザ発生器の一部あるいは全部を該被加工物に対して移動できる移動部材に設置したことを特徴とする。   The laser processing apparatus of the present invention irradiates a predetermined part of a workpiece with a laser generated from a laser generator, and moves the irradiation part to process the workpiece. A part or all of the vessel is installed on a moving member that can move relative to the workpiece.

レーザ発生器の一部あるいは全部を被加工物に対して移動できる移動部材に設置したので、移動部材のストロークが被加工物の大きさをカバーすればよく、移動部材の重厚長大化を防止することができ、移動位置決め精度を上げることができる。   Since part or all of the laser generator is installed on a movable member that can move with respect to the workpiece, the stroke of the movable member only needs to cover the size of the workpiece, and the moving member is prevented from becoming heavy and heavy. Therefore, the moving positioning accuracy can be increased.

前記レーザ発生器は、パルス幅が10fs〜20ps、繰り返し周波数が100kHz〜10MHz、のパルスレーザを発生するようにするとよい。   The laser generator may generate a pulse laser having a pulse width of 10 fs to 20 ps and a repetition frequency of 100 kHz to 10 MHz.

パルス幅が20ps以下の短光パルスであるので被加工物を断熱加工して、超微細加工することができる。   Since it is a short light pulse with a pulse width of 20 ps or less, the workpiece can be heat-insulated and ultrafine processed.

前記レーザ発生器は、ファイバレーザ発振器を有するようにするとよい。   The laser generator may include a fiber laser oscillator.

ファイバをループ状にすることで発振器を小さくすることができ、レーザ発生器を軽量小型化できる。レーザ発生器が軽量小型化できると、それだけ移動ステージの剛性を低くでき、レーザ加工装置全体の重厚長大化を防止することができる。また、発振器から出力されるレーザを空中伝搬させることなくファイバ中を伝搬させて、被加工物に安定してレーザを照射することができる。さらに、移動ステージが軽量のレーザ発生器を移動することで移動速度及び移動精度を上げることができる。   By making the fiber into a loop shape, the oscillator can be made smaller, and the laser generator can be reduced in weight and size. If the laser generator can be reduced in weight and size, the rigidity of the moving stage can be lowered accordingly, and the overall thickness of the laser processing apparatus can be prevented from being increased. Further, the laser output from the oscillator can be propagated in the fiber without being propagated in the air, and the workpiece can be irradiated with the laser stably. Further, the moving speed and accuracy of movement can be increased by moving the lightweight laser generator by the moving stage.

前記レーザ発生器は、さらに前記ファイバレーザ発振器から出力されるレーザを増幅するファイバ増幅器を有するようにするとよい。   The laser generator may further include a fiber amplifier that amplifies the laser output from the fiber laser oscillator.

レーザ発生器の軽量小型化を図りながらパルスエネルギを増大化させることができる。また、ファイバレーザ発振器との接続性に優れ、発振器から出力されるレーザを空中伝搬させることなくファイバ中を伝搬させて、被加工物に安定してレーザを照射することができる。さらに、レーザ発生器を強制冷却する必要がなくなり、その分軽量小型化ができ、且つ移動ステージに設置しても振動がなく、超精密加工ができる。   The pulse energy can be increased while reducing the weight and size of the laser generator. Further, it has excellent connectivity with a fiber laser oscillator, and the laser output from the oscillator can be propagated through the fiber without being propagated in the air, so that the workpiece can be irradiated with the laser stably. In addition, it is not necessary to forcibly cool the laser generator, and the size and weight can be reduced accordingly, and even if it is installed on a moving stage, there is no vibration and ultra-precision machining can be performed.

前記ファイバレーザ発振器は、少なくともエルビウム又はイットリビウムがドープされているファイバをレーザ媒質として有するようにするとよい。   The fiber laser oscillator may include a fiber doped with at least erbium or yttrium as a laser medium.

発振波長がエルビウムドープの場合1.5μm、イットリビウムドープの場合1.0μmであり、被加工物が例えばガラスのような透明な材料の場合、集光照射点のみを加工することができる。   The oscillation wavelength is 1.5 μm when erbium is doped, and 1.0 μm when yttrium is doped. When the workpiece is a transparent material such as glass, only the focused irradiation point can be processed.

前記ファイバ増幅器は、少なくともエルビウム又はイットリビウムがドープされているファイバをレーザ媒質として有するようにするとよい。   The fiber amplifier may include a fiber doped with at least erbium or yttrium as a laser medium.

エルビウム又はイットリビウムがドープされているファイバをレーザ媒質として有するファイバレーザ発振器からのパルスエネルギを増大させることができる。   Pulse energy from a fiber laser oscillator having a fiber doped with erbium or yttrium as the laser medium can be increased.

前記移動部材は、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の内少なくとも2軸方向に移動する移動ステージであるようにするとよい。   The moving member may be a moving stage that moves in at least two of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

移動ステージのX軸方向及び或いはY軸方向のストロークが被加工物の大きさをカバーすればよく、移動ステージの重厚長大化を防止して大きな被加工物を加工することができる。   The stroke in the X-axis direction and / or the Y-axis direction of the moving stage only needs to cover the size of the workpiece, and a large workpiece can be machined while preventing the moving stage from becoming heavy and long.

前記レーザ発生器は、前記ファイバレーザ発振器を含む発振モジュールと前記ファイバ増幅器を含む増幅モジュールとがファイバで連結されており、前記増幅モジュールが前記移動ステージに設置されているようにするとよい。   The laser generator may be configured such that an oscillation module including the fiber laser oscillator and an amplification module including the fiber amplifier are connected by a fiber, and the amplification module is installed on the moving stage.

増幅モジュールのみを移動ステージに設置することで、移動ステージの剛性をより一層低くでき、レーザ加工装置をより一層小型軽量化することができる。また、移動ステージが軽量の増幅モジュールを移動することで移動速度及び移動精度を上げることができる。さらに、発振モジュールからのレーザを増幅モジュールで増幅して被加工物に照射するので、前記ファイバは増幅前のレーザを伝搬できれば良く、光損傷の問題がなくコア径の小さなファイバ或いはシングルモードファイバを使用することができる。コア径の小さいファイバは曲げ半径が小さくても伝搬損失が少なく、且つ柔軟性に富むため増幅モジュールを細かく複雑に移動させることができる。   By installing only the amplification module on the moving stage, the rigidity of the moving stage can be further reduced, and the laser processing apparatus can be further reduced in size and weight. In addition, the moving speed and the moving accuracy can be increased by moving the lightweight amplification module by the moving stage. Further, since the laser from the oscillation module is amplified by the amplification module and irradiated to the workpiece, the fiber only needs to be able to propagate the laser before amplification, and there is no problem of optical damage, and a fiber having a small core diameter or a single mode fiber is used. Can be used. A fiber having a small core diameter has a small propagation loss even when the bending radius is small, and is flexible, so that the amplification module can be moved in a fine and complicated manner.

前記ファイバは、フォトニッククリスタルファイバであることが好ましい。   The fiber is preferably a photonic crystal fiber.

曲げ半径が小さくても中を伝搬するレーザパルスの波形が崩れないので、増幅モジュールのみを移動ステージに設置して移動させても、増幅モジュールからパルス幅が10fs〜20ps、繰り返し周波数が100kHz〜10MHz、のパルスレーザを出射することができる。   Even if the bending radius is small, the waveform of the laser pulse propagating inside does not collapse, so even if only the amplification module is placed on the moving stage and moved, the pulse width from the amplification module is 10 fs to 20 ps, and the repetition frequency is 100 kHz to 10 MHz. The pulse laser can be emitted.

レーザ発生器の一部あるいは全部を該被加工物に対して移動できる移動ステージに設置したので、移動ステージのストロークが被加工物の大きさをカバーすればよく、移動ステージの重厚長大化を防止することができる。   Since part or all of the laser generator is installed on a movable stage that can move relative to the workpiece, the stroke of the movable stage only needs to cover the size of the workpiece, preventing the moving stage from becoming too heavy can do.

レーザ発生器をファイバレーザ発振器を含む発振モジュールとファイバ増幅器を含む増幅モジュールとがファイバで連結されているようにすることで、増幅モジュールのみを移動ステージに設置して移動ステージの剛性をより一層低くでき、レーザ加工装置をより一層小型軽量化することができる。   By making the laser generator an oscillation module including a fiber laser oscillator and an amplification module including a fiber amplifier connected by a fiber, only the amplification module is installed on the movement stage, thereby further reducing the rigidity of the movement stage. Thus, the laser processing apparatus can be further reduced in size and weight.

移動ステージのストロークを短くして軽量化すると共に移動ステージに設置されるレーザ発生器或いはその一部を軽量化することで移動速度及び移動精度を上げることができる。   It is possible to increase the moving speed and the moving accuracy by reducing the weight of the moving stage by shortening the stroke of the moving stage and by reducing the weight of the laser generator installed on the moving stage or a part thereof.

本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明のレーザ加工装置の概略構成図であり、図2は図1の矢視図である。図3は、レーザ発生器1の概略構成図である。   The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a view taken in the direction of the arrow in FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the laser generator 1.

レーザ加工装置は大きくレーザ発生器1と加工台2とを備えており、レーザ発生器1は、後で詳述するように、ファイバレーザ発振器11を含む発振モジュール10とファイバ増幅器21を含む増幅モジュール20がファイバ30で連結されている。   The laser processing apparatus largely includes a laser generator 1 and a processing table 2. The laser generator 1 includes an oscillation module 10 including a fiber laser oscillator 11 and an amplification module including a fiber amplifier 21, as will be described in detail later. 20 are connected by a fiber 30.

加工台2の下部は、4個の脚部90の上に例えば御影石製の定盤70が例えば空気バネ80を介して載置された構造である。脚部90と定盤70の間に空気バネ80が介在されているので、床からの振動が定盤80に伝わらず精密な加工ができる。定盤70は、左右が一段高くなったX軸(図1の紙面と直交する)方向に延びる台座71を有しており、該台座71の上には門型のX軸方向移動ステージ50が前記台座71に固定された側面ガイド72の摺動面と前記台座71の摺動面及びエアスライダ53を介して滑動可能に取り付けられている。滑動はコイル54と永久磁石55とからなるリニアモータで行われる。X軸方向移動ステージ50の上にはY軸方向移動ステージ40がX軸方向移動ステージ50に固定された固定ガイド43と移動ガイド41を介して滑動可能に取り付けられている。滑動はコイル44と永久磁石45とからなるリニアモータで行われる。Y軸方向移動ステージ40の側面(図2参照)には、Z軸方向移動ステージ60の固定ガイド61の上端が取り付けられ、固定ガイド61の上には移動ガイド62が滑動可能に取り付けられている。   The lower part of the processing table 2 has a structure in which, for example, a granite surface plate 70 is placed on four leg portions 90 via air springs 80, for example. Since the air spring 80 is interposed between the leg portion 90 and the surface plate 70, vibration from the floor is not transmitted to the surface plate 80, and precise machining can be performed. The surface plate 70 has a pedestal 71 extending in the X-axis direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 1) whose left and right are raised one step, and a portal-shaped X-axis direction moving stage 50 is placed on the pedestal 71. A sliding surface of a side guide 72 fixed to the pedestal 71, a sliding surface of the pedestal 71, and an air slider 53 are attached so as to be slidable. The sliding is performed by a linear motor including a coil 54 and a permanent magnet 55. A Y-axis direction moving stage 40 is slidably mounted on the X-axis direction moving stage 50 via a fixed guide 43 and a moving guide 41 fixed to the X-axis direction moving stage 50. The sliding is performed by a linear motor including a coil 44 and a permanent magnet 45. The upper end of the fixed guide 61 of the Z-axis direction moving stage 60 is attached to the side surface (see FIG. 2) of the Y-axis direction moving stage 40, and the moving guide 62 is slidably attached on the fixed guide 61. .

加工台2の定盤70には被加工物固定台73を介して被加工物3が載置されている。   The workpiece 3 is placed on the surface plate 70 of the processing table 2 via the workpiece fixing base 73.

レーザ発生器1の発振モジュール10は例えば加工台2の横の床に載置され、増幅モジュール20が加工台2のZ軸方向移動ステージ60に、レーザが下向き(−Z方向)に出射するように取り付けられている。したがって、増幅モジュール20から下向き出射されるレーザは、被加工物3の上をX軸、Y軸及びZ軸方向に走査される。しかも、その走査は特にX軸方向とY軸方向において、X軸方向移動ステージ50とY軸方向移動ステージ40の移動がリニアガイド及び或いはエアスライダを介してリニアモータで行われるので移動ストロークがメータオーダになっても移動が高速且つ高精度に行われる。さらに、被加工物3が固定されているので、X軸方向移動ステージ50とY軸方向移動ステージ40の移動ストロークが被加工物3の大きさ程度でよく、また、取り付けられるのが小型軽量な増幅モジュール20であるので、移動を高速且つ高精度に行うことができると共に、X軸方向移動ステージ50とY軸方向移動ステージ40を含めた加工台2の重厚長大化を防止することができる。   The oscillation module 10 of the laser generator 1 is placed, for example, on the floor next to the processing table 2 so that the amplification module 20 emits the laser beam downward (−Z direction) to the Z-axis direction moving stage 60 of the processing table 2. Is attached. Therefore, the laser emitted downward from the amplification module 20 is scanned on the workpiece 3 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. In addition, the scanning is performed in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the movement of the X-axis direction moving stage 50 and the Y-axis direction moving stage 40 is performed by a linear motor via a linear guide and / or an air slider. Even if it becomes, movement is performed at high speed and with high accuracy. Furthermore, since the workpiece 3 is fixed, the movement strokes of the X-axis direction moving stage 50 and the Y-axis direction moving stage 40 may be about the size of the workpiece 3, and it is small and lightweight to be attached. Since the amplification module 20 can be moved at high speed and with high accuracy, it is possible to prevent the processing table 2 including the X-axis direction moving stage 50 and the Y-axis direction moving stage 40 from becoming heavy and large.

レーザ発生器1は、図3に示すように発振モジュール10とファイバ30と増幅モジュール20を有している。発振モジュール10は、ファイバレーザ発振器11と、ファイバレーザ発振器11から発生された短光パルスを受光して伸張された短光パルスを出力するファイバー伸張器12と、伸張された短光パルスを受光してパルスを間引くパルス間引き器13と、伸張されて間引かれた短光パルスを受光して増幅された短光パルスを出力するファイバー前置増幅器14と、が発振モジュール筐体15に収納されてなる。増幅モジュール20は、前置増幅器14で増幅された短光パルスを受光してさらに増幅するファイバ主増幅器21と、ファイバ主増幅器21で増幅された短光パルスをコリメートするレンズ22と、偏光を制御する1/4波長板23と、アイソレータ24と、増幅された短光パルスを受光して圧縮された短光パルスを出力する圧縮器25と、シャッタ26と、被加工物3にレーザを集光照射する集光レンズ27と、が増幅モジュール筐体28に収納されてなる。ファイバレーザ発振器11、ファイバー伸張器12、ファイバー前置増幅器14、及びファイバ主増幅器21に用いられるファイバとファイバ30はシングルモードファイバが好ましい。増幅モジュールからビーム品質の良いシングルモードのレーザを出射し、微細加工をすることができる。さらに、ファイバレーザ発振器11、ファイバー伸張器12、ファイバー前置増幅器14、及びファイバ主増幅器21に用いられるファイバとファイバ30は偏光保持ファイバが好ましい。ファイバレーザ発振器11、ファイバー伸張器12、ファイバー前置増幅器14、ファイバ主増幅器21及びファイバ30を固定したり、ループ形状に保持してレーザの安定化を図る必要がなくなる。   The laser generator 1 has an oscillation module 10, a fiber 30, and an amplification module 20, as shown in FIG. The oscillation module 10 receives a fiber laser oscillator 11, a fiber stretcher 12 that receives a short light pulse generated from the fiber laser oscillator 11 and outputs a stretched short light pulse, and receives the stretched short light pulse. Housed in the oscillation module housing 15 are a pulse thinning device 13 that thins out the pulses and a fiber preamplifier 14 that receives the short light pulses that have been thinned out and output the amplified short light pulses. Become. The amplification module 20 receives a short light pulse amplified by the preamplifier 14 and further amplifies it, a lens 22 for collimating the short light pulse amplified by the fiber main amplifier 21, and a polarization control. The quarter-wave plate 23, the isolator 24, the compressor 25 that receives the amplified short light pulse and outputs the compressed short light pulse, the shutter 26, and the laser beam on the workpiece 3. The condenser lens 27 to be irradiated is housed in the amplification module housing 28. The fiber used for the fiber laser oscillator 11, the fiber stretcher 12, the fiber preamplifier 14, and the fiber main amplifier 21 and the fiber 30 are preferably single mode fibers. A single mode laser with good beam quality can be emitted from the amplification module and fine processing can be performed. Further, the fiber used for the fiber laser oscillator 11, the fiber stretcher 12, the fiber preamplifier 14, and the fiber main amplifier 21 and the fiber 30 are preferably polarization maintaining fibers. There is no need to fix the fiber laser oscillator 11, the fiber stretcher 12, the fiber preamplifier 14, the fiber main amplifier 21, and the fiber 30 or hold them in a loop shape to stabilize the laser.

ファイバレーザ発振器11としては、例えば、Erドープファイバを利得媒質とするパルス幅が1〜50psで、平均出力パワーが0.1〜50mW、発振波長が1.55μm、繰り返し周波数が1〜100MHzの短光パルスを発生する受動型モードロックファイバーレーザを用いることができる。ファイバレーザ発振器11は、短光パルスを出力するファイバーピッグテールを有することが望ましい。発生する短光パルスを空中伝搬させることなく、ファイバー伸張器12に入射させることができる。   For example, the fiber laser oscillator 11 has a pulse width of 1 to 50 ps using an Er-doped fiber as a gain medium, an average output power of 0.1 to 50 mW, an oscillation wavelength of 1.55 μm, and a repetition frequency of 1 to 100 MHz. Passive mode-locked fiber lasers that generate optical pulses can be used. The fiber laser oscillator 11 preferably has a fiber pigtail that outputs a short optical pulse. The generated short light pulse can be incident on the fiber stretcher 12 without propagating in the air.

ファイバー伸張器12としては、分散補償ファイバーやチャープファイバーブラッググレーティングを用いることができる。分散補償ファイバーは波長分散によりパルス幅を伸張するものである。波長分散は材料分散に導波路分散を加えたもので、材料とカットオフ波長及びコアとクラッドの比屈折率差を適当に選ぶことで容易に制御できる。パルス伸張率は、波長分散と長さ(光路長)で決まり、長さ100mの分散補償ファイバーで100〜1000倍に伸張することは容易である。チャープファイバーブラッググレーティングは、たとえば、Ge添加ファイバーに長さ10cmのチャープ位相マスクを使ってフォトリソ技術で形成することができる。長さ10cmのチャープファイバーブラッググレーティングで10、000倍に伸張することができる。   As the fiber stretcher 12, a dispersion compensating fiber or a chirped fiber Bragg grating can be used. The dispersion compensating fiber extends the pulse width by chromatic dispersion. The chromatic dispersion is obtained by adding the waveguide dispersion to the material dispersion, and can be easily controlled by appropriately selecting the material, the cutoff wavelength, and the relative refractive index difference between the core and the clad. The pulse stretching rate is determined by chromatic dispersion and length (optical path length), and it is easy to stretch 100 to 1000 times with a dispersion compensating fiber having a length of 100 m. The chirped fiber Bragg grating can be formed, for example, by photolithography using a 10 cm long chirped phase mask on a Ge-doped fiber. It can be stretched 10,000 times with a 10 cm long chirped fiber Bragg grating.

パルス間引き器13としては、光強度変調器を用いることができる。光強度変調器には電気光学光変調器、音響光学光変調器、磁気光学光変調器、応力光学光変調器等があるが、特に限定されない。パルス間引き器13でファイバレーザ発振器11からの繰り返し周波数1〜100MHzの短光パルスが間引かれて、5〜500KHzの繰り返し周波数に変換される。パルスが間引かれると当然間引かれた分平均パワーが低下する。たとえば、平均パワー1mW、繰り返し周波数1MHzの短光パルスが繰り返し周波数5KHzに間引かれると、平均パワーは5μWに低下する。なお、パルス間引き器13を用いるのは、ファイバ増幅器14、21がパルス間隔のあいた短光パルスを受光して増幅するので、1パルス当たりの増幅率が上がり、高ピークパワーの短光パルスを出力することができるからである。   As the pulse thinning device 13, a light intensity modulator can be used. Examples of the light intensity modulator include an electro-optic light modulator, an acousto-optic light modulator, a magneto-optic light modulator, and a stress-optic light modulator, but are not particularly limited. A short optical pulse with a repetition frequency of 1 to 100 MHz from the fiber laser oscillator 11 is thinned out by the pulse thinning device 13 and converted into a repetition frequency of 5 to 500 KHz. When the pulse is thinned, the average power is naturally reduced by the thinned amount. For example, when a short light pulse with an average power of 1 mW and a repetition frequency of 1 MHz is thinned out to a repetition frequency of 5 KHz, the average power is reduced to 5 μW. The pulse thinning device 13 is used because the fiber amplifiers 14 and 21 receive and amplify short light pulses with a pulse interval, so that the gain per pulse is increased and short light pulses with high peak power are output. Because it can be done.

前置増幅器14は、たとえば、前記5μWに低下した平均パワーを1mWレベルまで増幅するためのもので、シングルモードファイバーのコアにErをドープしたもので達成できる。ポンピングは、たとえば、波長分割多重ファイバカップラー143を介してレーザダイオード142からの波長1.48μmのレーザ光をコアに導波させることで行われる。   The preamplifier 14 is for amplifying the average power reduced to 5 μW to a level of 1 mW, and can be achieved by doping a single mode fiber core with Er. The pumping is performed, for example, by guiding laser light having a wavelength of 1.48 μm from the laser diode 142 to the core via the wavelength division multiplex fiber coupler 143.

主増幅器21としては、コア径が10〜50μmのマルチモード二重クラッドファイバ211が好ましい。増幅器の後段での1パルス当たりのピークパワーが1kW以上になっても非線形現象が起きないようにすることができる。コアにはErまたは、ErとYb共ドープされている。ポンピングはクラッドにV溝を形成し、そこから行う所謂サイドポンピングか、あるいはスターカップラーを用いて行うクラッドポンピングが好ましい。ポンピングパワーを沢山投入することができる。ポンプ光源212としては、発振波長が915nm、945nm、または975nm帯のマルチモードレーザダイオードを用いることができる。なお、211をマルチモード二重クラッドファイバに代えてシングルモード二重クラッドファイバにすれば、非線形現象のため増幅率を高くできないが、ビーム品質の良いシングルモードレーザを発生することができる。   The main amplifier 21 is preferably a multimode double clad fiber 211 having a core diameter of 10 to 50 μm. Even if the peak power per pulse in the subsequent stage of the amplifier becomes 1 kW or more, it is possible to prevent the nonlinear phenomenon from occurring. The core is co-doped with Er or Er and Yb. The pumping is preferably so-called side pumping performed by forming a V-groove in the cladding, or cladding pumping performed using a star coupler. A lot of pumping power can be input. As the pump light source 212, a multimode laser diode having an oscillation wavelength band of 915 nm, 945 nm, or 975 nm can be used. If 211 is replaced with a single-mode double-clad fiber instead of a multi-mode double-clad fiber, the amplification factor cannot be increased due to a nonlinear phenomenon, but a single-mode laser with good beam quality can be generated.

圧縮器25は、ファイバー増幅器21で増幅されたピークパワーの高い短光パルスでも非線形現象が発現しないバルク回折素子251、252で構成される。バルク回折素子としては、回折格子、プリズム、あるいはホログラフィックグレーティングなどを用いることができる。   The compressor 25 includes bulk diffraction elements 251 and 252 that do not exhibit a nonlinear phenomenon even with a short optical pulse with a high peak power amplified by the fiber amplifier 21. As the bulk diffraction element, a diffraction grating, a prism, a holographic grating, or the like can be used.

本実施例では、図3のファイバレーザ発振器11にErドープファイバを利得媒質とする、パルス幅が100〜1000fsで、平均出力パワーが10mW、発振波長が1.56μm、繰り返し周波数が40〜50MHzの繰り返し短光パルスを発生する受動型モードロックファイバーレーザを用いた。   In this embodiment, the fiber laser oscillator 11 of FIG. 3 uses an Er-doped fiber as a gain medium, has a pulse width of 100 to 1000 fs, an average output power of 10 mW, an oscillation wavelength of 1.56 μm, and a repetition frequency of 40 to 50 MHz. A passive mode-locked fiber laser that repeatedly generates short light pulses was used.

ファイバー伸張器12は、波長分散が200ps/nm/km、長さが100mの偏光保持ファイバーである。   The fiber stretcher 12 is a polarization maintaining fiber having a wavelength dispersion of 200 ps / nm / km and a length of 100 m.

パルス間引き器13は、導波路型電気光学光変調器で、マッハツェンダ干渉計を構成したZカットLiNbO3結晶とパルスジェネレータを有している。パルスジェネレータはパルス幅10〜20ns、繰り返し周波数100kHz〜10MHzの電圧をLiNbO3結晶に印加する機能・性能を有している。   The pulse thinning-out device 13 is a waveguide type electro-optic light modulator, and has a Z-cut LiNbO3 crystal and a pulse generator constituting a Mach-Zehnder interferometer. The pulse generator has a function and performance of applying a voltage having a pulse width of 10 to 20 ns and a repetition frequency of 100 kHz to 10 MHz to the LiNbO3 crystal.

前置増幅器14は、コアにErをドープした長さが2.6mのシングルモードの偏光保持ファイバー141と、ポンプ光源としてのレーザダイオード142、及び、波長分割多重偏光保持ファイバカップラー143を有している。レーザダイオード142は、ファイバーピッグテール付きで、波長1.48μm、出力400mWのシングルモードレーザビームを発生する。   The preamplifier 14 includes a single-mode polarization maintaining fiber 141 having a length of 2.6 m with a core doped with Er, a laser diode 142 as a pump light source, and a wavelength division multiplexing polarization maintaining fiber coupler 143. Yes. The laser diode 142 has a fiber pigtail and generates a single mode laser beam having a wavelength of 1.48 μm and an output of 400 mW.

主増幅器21は、コア径が16μmで、ErとYbを共ドープした長さ2.4mのマルチモードの偏光保持二重クラッドファイバー211と、レーザダイオード212を有している。レーザダイオード212は波長975nm、出力4Wのマルチモードレーザビームを発生する。レーザダイオード212から発生されたレーザビームはレンズ213でコリメートされ、二重クラッドファイバー211の第1クラッドに結合される。   The main amplifier 21 has a multi-mode polarization-maintaining double clad fiber 211 having a core diameter of 16 μm and a length of 2.4 m co-doped with Er and Yb, and a laser diode 212. The laser diode 212 generates a multimode laser beam having a wavelength of 975 nm and an output of 4 W. The laser beam generated from the laser diode 212 is collimated by the lens 213 and coupled to the first clad of the double clad fiber 211.

圧縮器25は、回折格子251、252の対で構成されている。   The compressor 25 includes a pair of diffraction gratings 251 and 252.

レンズ22は、主増幅器32の出射端から出射される短光パルスをコリメートするためのものである。   The lens 22 is for collimating a short light pulse emitted from the emission end of the main amplifier 32.

集光レンズ27には倍率50倍の顕微鏡対物レンズを用いた。   As the condenser lens 27, a microscope objective lens having a magnification of 50 times was used.

発振モジュール10の寸法は318mm×261mm×108mmで、重量は2300gである。増幅モジュール20の寸法は250mm×470mm×100mmで、重量は1400gである。   The dimensions of the oscillation module 10 are 318 mm × 261 mm × 108 mm and the weight is 2300 g. The dimensions of the amplification module 20 are 250 mm × 470 mm × 100 mm and the weight is 1400 g.

本実施例の非加工物3は大きさが1870mm×2200mmで厚さが1.1mmの大型液晶TV用ガラスであるため、Y軸方向移動ステージ40のストロークは1900mmに、X軸方向移動ステージ50のストロークは2400mmに、それぞれ設定した。   Since the non-processed object 3 of this embodiment is a glass for a large liquid crystal TV having a size of 1870 mm × 2200 mm and a thickness of 1.1 mm, the stroke of the Y-axis direction moving stage 40 is 1900 mm and the X-axis direction moving stage 50 is The stroke was set to 2400 mm.

レーザ加工装置全体の寸法は2600mm×3700mm×1500mmで、重量は2300Kgであった。被加工物を移動させる従来のレーザ加工装置では、少なくとも3000〜4000mm×4000〜6000mm×1500mmとなることが予想され、本実施例のレーザ加工装置は小型であることがわかる。   The overall dimensions of the laser processing apparatus were 2600 mm × 3700 mm × 1500 mm, and the weight was 2300 kg. In the conventional laser processing apparatus for moving the workpiece, it is expected that the size is at least 3000 to 4000 mm × 4000 to 6000 mm × 1500 mm, and it can be seen that the laser processing apparatus of this example is small.

Y軸方向移動ステージ40及びX軸方向移動ステージ50の移動速度は300mm/s、位置決め精度は5μmであった。特に、Y軸方向移動ステージ40のストロークが1900mm、X軸方向移動ステージ50のストロークが2400mmと大きくても位置決め精度を5μmにできたのは、移動ステージに取り付ける増幅モジュール20の重量が1400gと軽量であったことによるものである。   The moving speed of the Y-axis direction moving stage 40 and the X-axis direction moving stage 50 was 300 mm / s, and the positioning accuracy was 5 μm. In particular, even if the stroke of the Y-axis direction moving stage 40 is 1900 mm and the stroke of the X-axis direction moving stage 50 is as large as 2400 mm, the positioning accuracy is 5 μm. The weight of the amplification module 20 attached to the moving stage is as light as 1400 g. It is because it was.

本実施例装置のレーザ発生器1の動作結果を以下に記す。100〜1000fsのパルス幅がファイバー伸張器12で70〜250psに伸張された。40〜50MHzの繰り返し周波数がパルス間引き器13で100kHz〜10MHzに変換された。ファイバーレーザ発振器11から発生された平均パワー10mWの短光パルスがパルス間引き器13で間引かれて10〜20μWに低下するが、前置増幅器14で20mWに増幅された。前置増幅器14で増幅されて20mWになった短光パルスは主増幅器21で2Wまで増幅された。主増幅器21の出射端から出射されるパルス幅70〜250ps、平均パワー2Wの短光パルスは圧縮器23で圧縮され、パルス幅10fs〜20ps、平均パワー1Wの短光パルスを出射した。すなわち、加工台2のZ軸方向移動ステージ60に取り付けられた増幅モジュール20から被加工物3にパルス幅10fs〜20ps、平均パワー1W、繰り返し周波数100kHz〜10MHzの短光パルスが集光照射される。   The operation results of the laser generator 1 of the apparatus of this embodiment will be described below. A pulse width of 100 to 1000 fs was stretched by the fiber stretcher 12 to 70 to 250 ps. The repetition frequency of 40 to 50 MHz was converted to 100 kHz to 10 MHz by the pulse thinning device 13. A short light pulse with an average power of 10 mW generated from the fiber laser oscillator 11 was thinned out by the pulse thinning device 13 and decreased to 10 to 20 μW, but was amplified to 20 mW by the preamplifier 14. The short optical pulse amplified to 20 mW by the preamplifier 14 was amplified to 2 W by the main amplifier 21. A short light pulse with a pulse width of 70 to 250 ps and an average power of 2 W emitted from the output end of the main amplifier 21 was compressed by the compressor 23 to emit a short light pulse with a pulse width of 10 fs to 20 ps and an average power of 1 W. That is, a short light pulse having a pulse width of 10 fs to 20 ps, an average power of 1 W, and a repetition frequency of 100 kHz to 10 MHz is condensed and applied to the workpiece 3 from the amplification module 20 attached to the Z-axis direction moving stage 60 of the processing table 2. .

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、移動部材としてステージの代わりに、3次元に移動可能なアームを用いることもできる。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this. For example, an arm that can be moved in three dimensions can be used instead of a stage as the moving member.

実施例1のレーザ加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus of Example 1. FIG. 図1の矢示図である。FIG. 2 is an arrow diagram of FIG. 1. 実施例1のレーザ発生器の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a laser generator of Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・・・・・・レーザ発生器
3・・・・・・・・・被加工物
10・・・・・・・・発振モジュール
11・・・・・・・・ファイバレーザ発振器
14・・・・・・・・ファイバ前置増幅器
20・・・・・・・・増幅モジュール
21・・・・・・・・ファイバ主増幅器
30・・・・・・・・ファイバ
40、50、60・・移動部材
40・・・・・・・・Y軸方向移動ステージ
50・・・・・・・・X軸方向移動ステージ
60・・・・・・・・Z軸方向移動ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...... Laser generator 3 ... Workpiece 10 ... Oscillation module 11 ... Fiber laser oscillator 14 ... Fiber preamplifier 20 ... Amplifier module 21 ... Fiber main amplifier 30 ... Fibers 40, 50, 60 .... Moving member 40 ... Y-axis direction moving stage 50 ... X-axis direction moving stage 60 ... Z-axis direction moving stage

Claims (9)

レーザ発生器から発生されたレーザを被加工物の所定の部位に照射し、該照射部位を移動させて該被加工物を加工するレーザ加工装置において、
該レーザ発生器の一部あるいは全部を該被加工物に対して移動できる移動部材に設置したことを特徴とするレーザ加工装置。
In a laser processing apparatus that irradiates a predetermined part of a workpiece with a laser generated from a laser generator and moves the irradiation part to process the workpiece,
A laser processing apparatus, wherein a part or all of the laser generator is installed on a movable member that can move relative to the workpiece.
前記レーザ発生器は、パルス幅が10fs〜20ps、繰り返し周波数が100kHz〜10MHz、のパルスレーザを発生することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser generator generates a pulse laser having a pulse width of 10 fs to 20 ps and a repetition frequency of 100 kHz to 10 MHz. 前記レーザ発生器は、ファイバレーザ発振器を有することを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the laser generator includes a fiber laser oscillator. 前記レーザ発生器は、さらに前記ファイバレーザ発振器から出力されるレーザを増幅するファイバ増幅器を有することを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the laser generator further includes a fiber amplifier that amplifies a laser output from the fiber laser oscillator. 前記ファイバレーザ発振器は、少なくともエルビウム又はイットリビウムがドープされているファイバをレーザ媒質として有することを特徴とする請求項3或いは4に記載のレーザ加工装置。   5. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the fiber laser oscillator includes a fiber doped with at least erbium or yttrium as a laser medium. 前記ファイバ増幅器は、少なくともエルビウム又はイットリビウムがドープされているファイバをレーザ媒質として有することを特徴とする請求項4或いは5に記載のレーザ加工装置。   6. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the fiber amplifier includes a fiber doped with at least erbium or yttrium as a laser medium. 前記移動部材は、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の内少なくとも2軸方向に移動する移動ステージであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the moving member is a moving stage that moves in at least two of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. 前記レーザ発生器は、前記ファイバレーザ発振器を含む発振モジュールと前記ファイバ増幅器を含む増幅モジュールとがファイバで連結されており、前記増幅モジュールが前記移動部材に設置されていることを特徴とする請求項3ないし7のいずれかに記載のレーザ加工装置。   The laser generator is characterized in that an oscillation module including the fiber laser oscillator and an amplification module including the fiber amplifier are connected by a fiber, and the amplification module is installed on the moving member. The laser processing apparatus according to any one of 3 to 7. 前記ファイバは、フォトニッククリスタルファイバであることを特徴とする請求項8に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 8, wherein the fiber is a photonic crystal fiber.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011031283A (en) * 2009-08-03 2011-02-17 Amada Co Ltd Compact thermal lens compensation machining head
JP2012096268A (en) * 2010-11-02 2012-05-24 Disco Corp Laser processing apparatus
JP2014519982A (en) * 2011-04-06 2014-08-21 マウザー‐ヴェルケ オベルンドルフ マシーネンバウ ゲーエムベーハー Method, workpiece and laser apparatus for breaking and dividing a workpiece
US8995477B2 (en) 2011-03-02 2015-03-31 Nidek Co., Ltd. Ultrashort pulse laser processing apparatus
WO2023007832A1 (en) * 2021-07-29 2023-02-02 浜松ホトニクス株式会社 Fiber laser device and fiber module for fiber laser device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011031283A (en) * 2009-08-03 2011-02-17 Amada Co Ltd Compact thermal lens compensation machining head
JP2012096268A (en) * 2010-11-02 2012-05-24 Disco Corp Laser processing apparatus
CN102554475A (en) * 2010-11-02 2012-07-11 株式会社迪思科 Laser processing device
TWI594830B (en) * 2010-11-02 2017-08-11 Disco Corp Laser processing equipment (a)
US8995477B2 (en) 2011-03-02 2015-03-31 Nidek Co., Ltd. Ultrashort pulse laser processing apparatus
JP2014519982A (en) * 2011-04-06 2014-08-21 マウザー‐ヴェルケ オベルンドルフ マシーネンバウ ゲーエムベーハー Method, workpiece and laser apparatus for breaking and dividing a workpiece
WO2023007832A1 (en) * 2021-07-29 2023-02-02 浜松ホトニクス株式会社 Fiber laser device and fiber module for fiber laser device

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