特開 2021-132123 レーザ加工装置。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-132123(P2021-132123A)

(43)【公開日】2021年9月9日

(54)【発明の名称】レーザ加工装置。

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/109 20060101AFI20210813BHJP

   G02F 1/37 20060101ALI20210813BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20210813BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/109

   G02F1/37

   H01S3/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2020-26820(P2020-26820)

(22)【出願日】2020年2月20日

(71)【出願人】

【識別番号】520060070

【氏名又は名称】株式会社エッジテック

(74)【代理人】

【識別番号】110002343

【氏名又は名称】特許業務法人 東和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 伸一

【テーマコード（参考）】

2K102

5F172

【Ｆターム（参考）】

2K102AA08

2K102BA18

2K102BB02

2K102BC01

2K102BD10

2K102DA01

2K102DB01

2K102DD03

2K102DD05

2K102DD06

2K102EB02

2K102EB20

5F172AE03

5F172AF06

5F172AL02

5F172CC07

5F172CC09

5F172EE13

5F172NN06

5F172NN09

5F172NQ44

5F172NQ48

5F172NQ62

5F172ZZ01

(57)【要約】

【課題】本発明は、電子部品や自動車の電装部品の製造に好適な高品質・高出力のレーザ加工装置を提供する
【解決手段】本発明の１実施形態に係るレーザ加工装置１００は、基本波長の第１の光ビームＲＢを発生させる広帯域光発振素子１３０と、第１の光ビームＲＢの振動方向を制御する偏光板１２０と、第１の光ビームＲＢを狭帯化させる狭帯域光発振制御素子１１０と、この第１の光ビームＲＢを反射させる反射ミラー１６０，１６５と、反射した第１の光ビームＲＢから基本波長に対する高調波の波長を有する第２の光ビームＧＢを取り出す非線形結晶を有する波長変換部１５０と、波長変換された第２の光ビームＧＢのみを透過させて、被加工物へ出力光１４０を出力する出力ミラー１７０とから構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

広帯域光発振素子と、
基本波長を有する第１の光ビームを生成するために前記広帯域光発振素子を光学的に励起するとともに前記第１の光ビームを狭帯化させる狭帯域光発振制御素子と、
前記第１の光ビームの基本波長に対する高調波の波長を有する第２の光ビームを生成させる非線形結晶を有する波長変換部と、
からなるレーザ加工装置。

【請求項2】

前記広帯域光発振素子は、直径０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の棒状Ｙｂ：ＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記狭帯域光発振制御素子は、回折格子もしくは波長選択素子からなる波長安定化素子を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記非線形結晶は、ＬＢＯもしくはＫＴＰであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

金属溶接用レーザ溶接機であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項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、レーザ加工装置に係り、詳しくは金属溶接用レーザ溶接機に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品や電気自動車の電装部品の製造には高品質な溶接としてレーザ溶接の技術が求められている。しかし、波長１μｍ帯のレーザ光源（主にファイバーレーザ光源）では、接合材料（主に金・銅）の反射率が高いため、高品質な溶接外観やスパッタレス溶接が得られていない。金や銅表面の反射スペクトルから、６００ｎｍ以下の波長が有効（反射率が低い）なことが実証されている。しかしながら、これら５００ｎｍ帯のレーザ装置は低出力であること、伝送用ファイバーにコア径数１００μｍと大口径ファイバーを用いることから生産速度が遅い等の課題を有し、レーザ溶接の製造ラインへの導入が滞っている。

【0003】

これらの課題を解消すべく、パルス幅の長いパルス出力または連続波出力を有する高調波のレーザビームを生成できる高調波レーザ装置および高調波レーザ発生方法に係る技術が開示されている（特許文献１参照）。

【0004】

また、電子デバイスの保護膜や太陽電池の反射防止膜として利用される誘電体薄膜を、波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザを用いて、基板を割ることなく、誘電体薄膜のみをレーザ加工する技術が開示されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４―２１４６７４

【特許文献2】ＷＯ２０１７／１４５３３０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１にて開示された技術において、固体レーザ（１μｍ帯）の第２高調波（ＳＨＧ）変換は、１μｍ帯レーザの高出力化に伴う熱影響により変換効率が損なわれるという課題があった。また、ファイバーレーザ（１μｍ）の高調波変換は、高エネルギ密度に伴う非線形効果により変換効率が損なわれるという課題があった。

【0007】

また、特許文献２にて開示された技術では、４００ｎｍ〜５００ｎｍ帯の半導体レーザーダイオードを高出力化する場合、コア径１００μｍ以下の小径ファイバーへのレーザ入射が困難であることから、高品位で生産性の高い溶接に適しないという課題もあった。

【0008】

本発明は、前記背景におけるこれらの実情に鑑みてなされたものであり、電子部品や自動車の電装部品の製造に好適な高品質・高出力のレーザ加工装置を提供することをその目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、前記目的を達成するためのレーザ加工装置である。本発明の一態様は、広帯域光発振素子と、基本波長を有する第１の光ビームを生成するために前記広帯域光発振素子を光学的に励起するとともに前記第１の光ビームを狭帯化させる狭帯域発振制御素子と、前記第１の光ビームの基本波長に対する高調波の波長を有する第２の光ビームを生成させる非線形結晶を有する波長変換部と、を備える。

【0010】

この構成は、エネルギとなる光源からレーザ媒質である広帯域光発振素子にエネルギが与えられ、レーザ媒質の原子や分子を低エネルギ準位から高エネルギ準位に励起（ポンピング）させる。そして、励起された基本波長の光ビームは狭帯域光発振制御素子を用いて狭帯域化させる。この狭帯域化は例えば３０ｎｍの広帯域利得を有するレーザ媒質をスペクトル線幅１ｎｍ以下でレーザ発振させるものである。

【0011】

前記構成によれば、狭帯域光発振制御素子によって広帯域の光ビームを狭帯域とすることで、単一波長（基本波長）のレーザ光の利得バンド幅を狭め、高効率で励起させることができる。そして、このレーザ光から波長変換部によって高調波のレーザ光を取り出すため、高調波の変換効率を向上させることができる。

【0012】

前記構成において、前記広帯域光発振素子は、直径０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の棒状Ｙｂ：ＹＡＧであるように構成することができる。

【0013】

この構成は、広帯域光発振素子に固体レーザである直径０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の棒状Ｙｂ：ＹＡＧ系結晶を適用している。Ｙｂ：ＹＡＧ系結晶を適用した固体レーザ媒質には、ファイバーレーザに使われるきわめて細径（直径１０〜２０μｍ）のもの、通常市販されているロッドレーザ（直径３ｍｍ以上）、さらに平板状に形成されたディスクレーザ（直径１５０ｍｍ程度）がある。

【0014】

しかし、ファイバーレーザにおいて大出力を得ようとすると、高エネルギ密度に伴う非線形効果によって変換効率を損なうとともに、ファイバーレーザ自身が壊れてしまうおそれがあった。また、ディスクレーザは大出力の達成は可能とされているが軸方向の利得が低いこと、またコストがかかるという課題があった。

【0015】

この構成に適用される直径０．１ｍｍ以上で１ｍｍ以下の棒状Ｙｂ：ＹＡＧ系結晶は、大出力が可能であるとともに、形状的にＹｂ：ＹＡＧ系結晶の高い熱伝導率を有効に利用できることから熱影響にも強く、ファイバーレーザやディスクレーザの課題を解決することができる。そして、この構成によれば従来は安定的な加工が困難だった１ｋｗオーダーまたはそれ以上の高出力での生産性の高いレーザ加工やレーザ溶接を実現させることができる。

【0016】

前記構成において、前記狭帯域光発振制御素子は、回折格子もしくは波長選択素子からなる波長安定化素子を備える構成とすることができる。

【0017】

この構成によれば、利得バンド幅が広いレーザに代表的かつ実績のある回折格子、波長選択素子からなる波長安定化素子を付加することで著しい狭帯域化を実現することができる。

【0018】

前記構成において、前記非線形結晶は、ＬＢＯもしくはＫＴＰを適用することができる。ＬＢＯは広帯域で高出力のレーザに好適な非線形結晶であり、ＫＴＰは広帯域に対応して費用効果も高い非線形結晶である。これらの非線形結晶を適用することで、コストがかからず、複雑な構成とならず、確実に第２高調波となる第２の光ビームを生成することができる。

【0019】

前記構成によるレーザ加工装置は金属溶接用レーザ溶接機とすることができる。この構成によれば、電子部品や電装部品の溶接において、溶接中に飛散する溶融金属の微粒子であるスパッタの発生を極力少なくする溶接を実現させることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、高出力が可能な広帯域光発振素子と狭帯域光発振制御素子を組み合わせることで、電子部品や自動車の電装部品の接合材料として主に使用される金・銅の加工や溶接における好適な高品質・高出力のレーザ加工装置、レーザ溶接機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。

【図2】Ｙｂ：ＹＡＧレーザの形態についての説明図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る狭帯域光発振制御素子のレーザ発振スペクトルの一例である。

【図4】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。

【図6】本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成図である。図２は、本発明に好適なＹｂ：ＹＡＧレーザの形態についての説明図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る狭帯域光発振制御素子のレーザ発振スペクトルの一例である。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。

【0023】

本発明に係るレーザ加工装置は、広帯域光発振素子と、基本波長を有する第１の光ビームを生成するために前記広帯域光発振素子を光学的に励起するとともに前記第１の光ビームを狭帯化させる狭帯域発振制御素子と、前記第１の光ビームの基本波長に対する高調波の波長を有する第２の光ビームを生成させる非線形結晶を有する波長変換部と、を備える構成であれば、その具体的態様はいかなるものであっても構わない。

【0024】

＜第１実施形態の説明＞
［全体構成について］
図１を参照すると、第１実施形態に係るレーザ加工装置１００は、基本波長の第１の光ビームＲＢを発生させる広帯域光発振素子１３０と、第１の光ビームＲＢの振動方向を制御する偏光板１２０と、第１の光ビームＲＢを狭帯化させる狭帯域光発振制御素子１１０と、この第１の光ビームＲＢを反射させる反射ミラー１６０，１６５と、反射した第１の光ビームＲＢから基本波長に対する高調波の波長を有する第２の光ビームＧＢを取り出す非線形結晶を有する波長変換部１５０と、波長変換された第２の光ビームＧＢのみを透過させて、図示しない被加工物へ出力光１４０を出力する出力ミラー１７０とから構成されている。なお、図示しない励起用の光源については、例えばレーザ・ダイオード（９００ｎｍ帯高出力半導体レーザ）を適用することができる。

【0025】

［各構成の説明］
第１実施形態の各構成について説明する。広帯域光発振素子１３０は、レーザ媒質であり、固体レーザ媒質、特にＹｂ：ＹＡＧ結晶が好適である。以下の説明ではＹｂ：ＹＡＧレーザについて説明するが、このレーザに限定されることはなく、例えば、固体レーザ媒質であるルビーレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイヤレーザ等も適用できることは言うまでもない。

【0026】

Ｙｂ：ＹＡＧレーザは、励起波長が９４０ｎｍ、レーザ発振波長が１０３０ｎｍであり、励起量子効率が９１．４％にも達する。ファイバーレーザの材料として多く使用され、大量生産されていることからコストもＮｄ：ＹＡＧレーザと比べても低い。

【0027】

Ｙｂ：ＹＡＧレーザは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと比べて、次のようないくつかの利点を有している。（１）Ｙｂ：ＹＡＧレーザは、励起波長の光子エネルギとレーザ波長の光子エネルギとのエネルギ差が小さく、発熱損失が少ない。（２）吸収波長帯域幅がＮｄ：ＹＡＧレーザに比べて数倍広く、また蛍光寿命も約１ｍｓと４倍ほど長いため，励起光源への負担が緩和できる。（３）エネルギ準位の構造が単純で、レーザ発振始準位からさらに上の準位への吸収（ＥＳＡ：ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｔａｔｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）やクロス緩和が生じないため、強励起しても励起に無駄がなく、効率が劣化しない。

【0028】

図２を参照して、Ｙｂ：ＹＡＧレーザのいくつかの形態について説明する。図２に示すようにＹｂ：ＹＡＧレーザには、主に４種の形状を有するものが存在している。（Ａ）は、ファイバーレーザと呼ばれるもので、直径Ｄ１が約１０〜２０μｍ、長さＬ１は数メートル、数十メートルに及ぶものもある。（Ｂ）は、本実施形態に好適としているいわゆるシン・ロッドレーザと呼ばれるもので、直径Ｄ２がおおよそ０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下で、長さＬ２は数十ｍｍである。（Ｃ）は、ロッドレーザと呼ばれる一般的かつ汎用的なレーザであり、直径Ｄ３が約１ｍｍ、長さＬ３が約１００ｍｍである。そして、（Ｄ）は、ディスクレーザと呼ばれ、直径Ｄ４が約１５ｍｍ、長さ（厚さ）Ｌ４が約１００μｍである。

【0029】

（Ａ）のファイバーレーザにおいて大出力を得ようとすると、高エネルギ密度に伴う非線形効果によって変換効率を損なうとともに、ファイバーレーザ自身が壊れてしまうおそれがあった。

【0030】

（Ｃ）のロッドレーザにおいては、励起されたレーザロッドには中心部の温度が高くなる軸対象（パラボリック）な温度分布が生じるため、屈折率の温度変化や熱応力による光弾性効果などによりレーザロッドには熱レンズ効果や熱誘起複屈折が生じる場合がある。熱レンズ効果を有するレーザ媒質を含んだレーザ共振器では、励起入力を大きくすると共振器が不安定条件になり、レーザ発振出力が飽和し、さらにはレーザ発振が停止する等の課題があった。

【0031】

（Ｄ）のディスクレーザは大出力の達成が可能とされているが、軸方向の利得が低いこと、またコストがかかること等の課題を有していた。そして、アクティブミラー型のディスクＹｂ：ＹＡＧレーザは、構成が複雑で、結晶温度を冷却する必要があった。

【0032】

一方、本実施形態に好適な（Ｂ）のシン・ロッドレーザには、前記のような課題はなく、高出力化に伴う熱影響を軽減することができる。このように本実施形態において選択されたシン・ロッドレーザをレーザ加工装置に適用することで基本波（１μｍ帯）の光ビーム品質の向上を図ることができる。

【0033】

偏光板１２０は、光学異方性を持つ非線型結晶にて基本波と高調波の屈折率整合を得るために、第１の光ビームＲＢに適用されるＹｂ：ＹＡＧレーザ光の振動方向を制御している。

【0034】

偏光板１２０は、偏光方向による屈折角の違いを利用した偏光分離型を適用することができ、例えば、グラントムソンプリズム、グランレーザープリズム、ウォーラストンプリズム、ローションプリズム、サヴァール板、偏光分離板、ノマルスキープリズムなどをシステム、レーザビームの種類に応じて適宜選択することができる。

【0035】

狭帯域光発振制御素子１１０は、例えば、高機能回折格子、体積型ホログラフィック回折格子（Ｖｏｌｕｍｅ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＶＢＧ）であり、高出力レーザのスペクトル狭帯域化を行う。ＶＢＧは、ＰＴＲガラス（Ｐｈｏｔｏ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｇｌａｓｓ）と呼ばれる特殊なガラスにＵＶ照射と熱処理により恒久的な屈折率変化で体積型ホログラムを記録した回折格子で、セントラルフロリダ大学で開発されたものである。ＶＢＧは、高い損傷閾値と回折効率を有すため、高出力半導体レーザやチタンサファイヤレーザのスペクトル幅狭線化、パルス圧縮など様々な用途に使用されている。

【0036】

図３を参照すると、狭帯域光発振制御素子１１０による基本波と高調波の位相整合（屈折率整合）及び基本波のスペクトル線幅の狭帯域化の例を示している。本実施形態は、レーザ共振器内にプリズムやエタロンまたは回折格子などの波長選択素子を挿入するレーザ共振器によって、広帯域利得を持つＹｂ（約３０ｎｍ）を狭い線幅(１ｎｍ以下)のレーザ発振を実現させている。

【0037】

図３（Ａ）は、狭帯域（誘電体）ミラーによる狭帯域化を示しており、縦軸はレーザ光強度（Ａ．Ｕ．）であり、横軸は発振波長（ｎｍ）としている。ここで、Ａ．Ｕ．は、任意単位であり、相対発光強度を表している。ここで、実線は定格出力での領域、破線は低出力での領域、一点鎖線は最大出力での領域を示している。図３（Ａ）は、一般的なレーザ共振器ミラーに用いられる高反射率を有する誘電体ミラーを用いた場合の各出力領域における発振スペクトルであり、スペクトル幅は、ほぼ一定であるが、中心波長は出力に応じて変化している。

【0038】

次に図３（Ｂ）は、ＶＢＧミラーによる狭帯域発振を示す発振スペクトルであり、各軸および各線は（Ａ）と同じ表現としている。図３（Ｂ）は、ＶＢＧによる波長選択性を有する共振器ミラーを用いた場合の各出力領域における発振スペクトルであり、（Ａ）と比べて、スペクトル幅、中心波長は出力に依存せず一定となっている。

【0039】

図３（Ｃ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）の定格出力における発振スペクトルを比較したものであり、実線はＶＢＧミラーを使用した場合、破線は狭帯域（誘電体）ミラーを使用した場合である。図３（Ｃ）に示すように、定格出力領域における一般的なレーザ共振器ミラーである狭帯域（誘電体）ミラーとＶＢＧミラーとを比較すると、ＶＢＧミラーにおけるスペクトル幅は、狭帯域（誘電体）ミラーと比べ１／３（幅約２ｎｍから幅約０．７ｎｍ）程度になっており、挟帯域化が実現できることが示されており、本実施形態の構成が妥当であることが示されている。なお、狭帯域光発振制御素子１１０は、使用用途に応じて透過型のＶＢＧ、反射型のＶＢＧを適宜選択・適用することができ、図１では反射型のＶＢＧを適用した例を示している。

【0040】

以上からＶＢＧミラーにより次の作用効果が得られる。１）基本波の出力に依存せずに、発振波長（中心波長）、スペクトル形状が一定となることから、安定した第２高調波変換を得ることができる。２）広帯域利得レーザ媒質から１ｎｍ以下の挟帯域スペクトルを得ることが可能となることから、高効率な波長変換を得ることができる。

【0041】

反射ミラー１６０，１６５は、光学機器で一般的に用いられるものであり、高精度に研磨されたガラス基板に、真空蒸着装置で金属や誘電体の膜をコーティングしたものを選択・適用することができる。

【0042】

波長変換部１５０は、第１の光ビームＲＢから基本波長に対する高調波の波長を有する第２の光ビームＧＢを取り出す非線形結晶（非線形光学結晶(ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｒｙｓｔａｌ)）を適用することができる。非線形光学結晶とは、入射光に対して結晶中が非線形的に応答し、かつ複屈折が存在する結晶のことをいう。

【0043】

電子が非線形的に応答するためには、分極の存在が不可欠である。非線形光学結晶では、この分極は相転移によって生じるものと、もともと結晶構造的に分極を生じているものとがある。相転移によって分極を生じる結晶にはＧａＡｓ，ＧａＰ，ＺｎＴｅ，ＫＤＰ，ＢＢＯ，ＬｉＮｂＯ3，ＫＴＰ，ＬＢＯなどがあり、本実施形態では光学的異方性が二軸性のＫＴＰ，ＬＢＯが好適な構成として適用できる。

【0044】

出力ミラー１７０は、いわゆるダイクロイックミラーであり、一般的に基本波の反射率が１００％、高調波の反射率が０％となっている。共振器内部では、狭帯域発振制御素子１１０、曲率のついた出力ミラー１７０と反射ミラー１６０，１６５との間で、第１の光ビームＲＢは共振し増幅され、波長変換部１５０にて基本波の往復過程で高調波に変換され、出力ミラー１７０から共振器外部に出力される。

【0045】

［光ビームの励起・発振・共振についての説明］
再び図１を参照すると、図示しない励起用の光源、例えばレーザ・ダイオード（９００ｎｍ帯高出力半導体レーザ）によって、広帯域発振が可能なレーザ媒質・素子である広帯域光発振素子１３０が励起され、広帯域（３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度）の第１の光ビームＲＢが発振される。発振された第１の光ビームＲＢは、このレーザ発振光の偏光を選択する偏光板１２０を通過し、狭帯域光発振制御素子１１０に至る。

【0046】

狭帯域光発振制御素子１１０は、広帯域光発振を有するレーザ媒質からの第１の光ビームＲＢを挟帯域（波長半値幅１ｎｍ以下）へと発振を制御する。狭帯域化された第１の光ビームＲＢは、偏光板１２０、広帯域光発振素子１３０を通過して、反射ミラー１６０によって反射されて、出力ミラー１７０に至る。出力ミラー１７０は、ダイクロイックミラーであり、基本波（約１μｍ）である第１の光ビームＲＢを反射し、第１の光ビームＲＢは非線形結晶を有する波長変換部１５０に至る。波長変換部１５０は、基本波（約１μｍ）を高調波（約５００ｎｍ）に変換することで第２の光ビームＧＢを取り出す。

【0047】

波長変換部１５０からの第１の光ビームＲＢ及び第２の光ビームＧＢは、２波長（基本波、高調波）の全反射ミラーである反射ミラー１６５に反射され、これらの光ビームは再度波長変換部１５０に至る。波長変換部１５０では、第１の光ビームＲＢから高調波である第２の光ビームＧＢを取り出すとともに、既に高調波となった第２の光ビームＧＢを透過させる。

【0048】

波長変換部１５０から出た第１の光ビームＲＢ及び第２の光ビームＧＢは、出力ミラー１７０に至り、ここで高調波となった第２の光ビームＧＢは透過され、基本波の第１の光ビームＲＢは反射され、共振させてさらに高出力化を図る。

【0049】

出力ミラー１７０を透過した出力光１４０は、被加工物への切断・溶接等のレーザ加工用の光ビームとして使われる。そして、出力ミラー１７０によって反射された第１の光ビームＲＢは、ここで説明した光ビームの経路を繰り返し辿ることで高出力化され、最終的に高調波（第２の光ビームＧＢ）となって、出力光１４０となる。

【0050】

かかる構成によって、ビーム品質が高く、高い光エネルギを有する基本波を入射し、基本波の偏光制御に伴う損失を小さくし、発振波長幅を狭くすることを具現化することができ、基本波における第２高調波を高効率（変換効率）に得ることができる。

【0051】

＜第２実施形態の説明＞
次に図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。第２実施形態は第１実施形態に対して、光学素子の配置を一部変更している。以下は、第１実施形態と異なる構成・作用のみを説明する。さらに第３、第４実施形態についても同様な説明を行う。

【0052】

図４に示すように第２実施形態に係るレーザ加工装置２００は、図１に示す第１実施形態の構成の狭帯域光発振制御素子１１０の位置に反射ミラー２６０を配置し、一方反射ミラー１６０の位置に反射型の狭帯域光発振素子２１０を配置している。光ビームの進み方、反射等については、第１実施形態での説明と同様であるので、説明を省略している。

【0053】

本実施形態は、反射型のＶＢＧを用いた実施形態である。ここで反射ミラー２６０は基本波１００％反射ミラーとし、反射型回折格子は２１０とすることで第１実施形態と同様な機能を有するレーザ加工装置を構成することができる。

【0054】

＜第３実施形態の説明＞
次に図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。第３実施形態は第１実施形態、第２実施形態に対して、光学素子の配置を一部変更し、透過型の狭帯域光発振制御素子を適用している。

【0055】

広帯域光発振素子１３０が励起され、発振された第１の光ビームＲＢは、偏光板１２０を通過し、反射ミラー２６０で反射された後、波長版３８０を通過する。波長板３８０は、直線偏光（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）の光に所定の位相差 （Retardation）を与える光学機能素子であり、レーザ加工装置において円偏光でよりきれいで均一な切断が行うことができる。

【0056】

その後第１の光ビームＲＢは、透過型の狭帯域光発振制御素子３１０に至る。狭帯域光発振制御素子３１０を通過し、狭帯域化された第１の光ビームＲＢは、出力ミラー１７０に至る。出力ミラー１７０は、基本波（約１μｍ）である第１の光ビームＲＢを反射し、第１の光ビームＲＢは非線形結晶を有する波長変換部１５０に至る。波長変換部１５０は、基本波（約１μｍ）を高調波（約５００ｎｍ）に変換することで第２の光ビームＧＢを取り出す。

【0057】

本実施形態は、透過型のＶＢＧまたは透過型回折格子を用いた実施形態であり、第１，２実施形態と同様な機能を有するレーザ加工装置を構成することができる。

【0058】

＜第４実施形態の説明＞
次に図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置の全体体構成図である。第４実施形態は第３実施形態に対して、光学素子の配置を一部変更している。

【0059】

図６を参照すると、本実施形態は、透過及び反射機能を有する狭帯域光発振制御素子４１０を配置し、透過もしくは反射した第１の光ビームＲＢを反射ミラー４６２，４６４で反射させる。

【0060】

本実施形態によれば、光路内で第１の光ビームＲＢを反復させることで、励起状態を挙げて、出力の向上を図る構成としている。本実施形態では、透過型回折格子を用いることによって、回折格子における損失をミラー４６２およびミラー４６４で補うことができ、高効率化を図ることができる。

【0061】

以上説明したように、本発明は、広帯域光発振素子と狭帯域光発振制御素子を組み合わせることで、電子部品や自動車の電装部品の接合材料として主に使用される金・銅の加工や溶接における好適な高品質・高出力のレーザ加工装置、レーザ溶接機を提供するものである。光学素子の選択や配置については、いくつかの実施形態について説明したが、これらに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0062】

１００，２００，３００，４００・・・レーザ加工装置
１１０，２１０，４１０・・・狭帯域光発振制御素子
１２０・・・偏光板
１３０・・・広帯域光発振素子
１４０・・・出力光
１５０・・・波長変換部
１６０，１６５，２６０、３６５，４６２，４６４・・・反射ミラー
１７０・・・出力ミラー
３８０・・・波長板
ＲＢ ・・・第１の光ビーム
ＧＢ ・・・第２の光ビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】