JP6995465B2

JP6995465B2 - レーザ発振器及びレーザ加工装置

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Publication number: JP6995465B2
Application number: JP2016054934A
Authority: JP
Inventors: 次郎海老原; 彰紀加瀬; 俊樹油井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: JP2017168772A

Description

本発明は、レーザ発振器及びレーザ加工装置に関する。

半導体ウェハ等の加工対象物を複数のチップに切断するために、格子状に設定された切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５４５６５１０号公報

上述したようなレーザ加工装置に搭載されるレーザ発振器については、簡単に交換し得るというように、取扱いが容易であることが望ましい。また、特に加工対象物の内部に改質領域を形成するような場合には、アブレーション加工、溶接加工等を行うような場合に比べ、シビアなレーザ光の照射条件が要求されることから、レーザ発振器から外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定していることが望ましい。

本発明は、取扱いが容易であり、且つ外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定しているレーザ発振器、及びそのようなレーザ発振器を備えるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ発振器は、種光であるレーザ光を出射する種光源を有する種光出射部と、種光出射部から出射されたレーザ光を伝播させる第１レーザファイバ、及び第１レーザファイバを励起するための第１励起光を出射する第１励起光源を有する第１アンプ部と、第１アンプ部で増幅されたレーザ光を伝播させる第２レーザファイバ、及び第２レーザファイバを励起するための第２励起光を出射する第２励起光源を有する第２アンプ部と、第２アンプ部で増幅されたレーザ光を外部に出射する出射端が設けられた光学部品を有するレーザ光出射部と、取付ベースを有し、種光出射部、第１アンプ部、第２アンプ部及びレーザ光出射部を収容する筐体と、を備え、光学部品は、取付ベースに配置されている。

このレーザ発振器では、種光出射部、第１アンプ部、第２アンプ部及びレーザ光出射部が筐体に収容されている。したがって、レーザ発振器の取扱いが容易である。また、筐体が有する取付ベースに、出射端が設けられた光学部品が配置されている。これにより、例えばレーザ発振器が取付ベースを介してレーザ加工装置に搭載された場合に、レーザ加工装置で振動が発生したり、レーザ加工装置の使用環境温度の変化等に起因して筐体等が変形したりしても、出射端の位置及び角度がずれ難い。したがって、レーザ発振器から外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定する。

本発明のレーザ発振器は、筐体に収容され、少なくとも第１レーザファイバが配置された第１支持プレートと、筐体に収容され、少なくとも第２レーザファイバが配置された第２支持プレートと、を更に備えてもよい。これによれば、筐体内において、第１レーザファイバ及び第２レーザファイバを適切に支持することができる。

本発明のレーザ発振器では、第２支持プレートには、冷媒の流路が設けられており、第１励起光源及び第２励起光源は、第２支持プレートに配置されていてもよい。これによれば、熱が発生し易い第２レーザファイバに加え、熱が発生し易い第１励起光源及び第２励起光源を、小さなスペースで効率良く冷却することができる。

本発明のレーザ発振器では、第２支持プレートは、取付ベースに対して上側に配置されており、第１支持プレートは、第２支持プレートに対して上側に配置されていてもよい。これによれば、第１アンプ部から第２アンプ部を介してレーザ光出射部に至るレーザ光の光路の配置を単純化しつつ、レーザ発振器のフットプリントを小さくすることができる。

本発明のレーザ発振器では、筐体は、第１アンプ部、第２アンプ部及びレーザ光出射部を収容する第１部分と、第１部分に対して着脱可能であり、種光出射部を収容する第２部分と、を有してもよい。これによれば、第１部分に対して第２部分を着脱することで、種光出射部を容易にメンテナンスすることができる。

本発明のレーザ発振器は、取付ベースに設けられ、第２アンプ部からレーザ光出射部にレーザ光を伝播させるファイバが配置された支持面を有する支持部材を更に備えてもよい。これによれば、増幅されたレーザ光を伝播させるファイバを適切に（必要な曲げ径を維持しつつ）支持することができるので、当該ファイバからレーザ光が漏れるような事態を防止することができる。

本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ発振器と、レーザ発振器の出射端から出射されたレーザ光の出力を調整する出力調整部と、出力調整部を通過したレーザ光の光軸を調整するためのミラーを有するミラーユニットと、レーザ発振器の取付ベース、出力調整部及びミラーユニットが取り付けられた取付プレートと、取付プレートが取り付けられた装置フレームと、装置フレームに取り付けられ、加工対象物を支持する支持部と、ミラーユニットに対して移動可能となるように装置フレームに取り付けられ、ミラーユニットを通過したレーザ光を加工対象物に集光するレーザ集光部と、を備える。

このレーザ加工装置では、レーザ集光部が移動可能となるように装置フレームに取り付けられているため、レーザ発振器を移動させる必要がない。したがって、レーザ発振器から外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度の安定性をより確実に維持することができ、シビアな照射条件で加工対象物にレーザ光を照射することができる。

本発明によれば、取扱いが容易であり、且つ外部に出射されるレーザ光の光軸の位置及び角度が安定しているレーザ発振器、及びそのようなレーザ発振器を備えるレーザ加工装置を提供することが可能となる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。図２の加工対象物のIII－III線に沿っての断面図である。レーザ加工後の加工対象物の平面図である。図４の加工対象物のV－V線に沿っての断面図である。図４の加工対象物のVI－VI線に沿っての断面図である。実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。図７のレーザ加工装置の支持台に取り付けられる加工対象物の斜視図である。図７のＸＹ平面に沿ってのレーザ出力部の断面図である。図７のレーザ加工装置におけるレーザ出力部及びレーザ集光部の一部の斜視図である。図９のレーザ出力部におけるλ／２波長板ユニット及び偏光板ユニットの光学的配置関係を示す図である。（ａ）は図９のレーザ出力部のλ／２波長板ユニットにおける偏光方向を示す図であり、（ｂ）は図９のレーザ出力部の偏光板ユニットにおける偏光方向を示す図である。実施形態のレーザ発振器の全体構成を示す図である。実施形態のレーザ発振器の正面図である。図１４のレーザ発振器の内部構成を示す図である。図１４のレーザ発振器の内部構成を示す図である。図１４のレーザ発振器の内部構成を示す図である。図１４のレーザ発振器の内部構成を示す図である。図１４のレーザ発振器の内部構成を示す図である。図１４のレーザ発振器の内部構成を示す図である。（ａ）は実施形態のレーザ発振器の第１変形例の全体構成を示す図であり、（ｂ）は実施形態のレーザ発振器の第２変形例の全体構成を示す図であり、（ｃ）は実施形態のレーザ発振器の第３変形例の全体構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施形態のレーザ加工装置（後述）では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１～図６を参照して説明する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。

ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。

改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ_３、及び、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ_３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。

実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［実施形態のレーザ加工装置］

次に、実施形態のレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、水平面内において互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。
［レーザ加工装置の全体構成］

図７に示されるように、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、第１移動機構２２０と、支持台（支持部）２３０と、第２移動機構２４０と、を備えている。更に、レーザ加工装置２００は、レーザ出力部３００と、レーザ集光部５００と、制御部６００と、を備えている。

第１移動機構２２０は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１移動機構２２０は、第１レールユニット２２１と、第２レールユニット２２２と、可動ベース２２３と、を有している。第１レールユニット２２１は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１レールユニット２２１には、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のレール２２１ａ，２２１ｂが設けられている。第２レールユニット２２２は、Ｙ軸方向に沿って移動可能となるように、第１レールユニット２２１の一対のレール２２１ａ，２２１ｂに取り付けられている。第２レールユニット２２２には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のレール２２２ａ，２２２ｂが設けられている。可動ベース２２３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能となるように、第２レールユニット２２２の一対のレール２２２ａ，２２２ｂに取り付けられている。可動ベース２２３は、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

支持台２３０は、可動ベース２２３に取り付けられている。支持台２３０は、加工対象物１を支持する。加工対象物１は、例えば、シリコン等の半導体材料からなる基板の表面側に複数の機能素子（フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等）がマトリックス状に形成されたものである。加工対象物１が支持台２３０に支持される際には、図８に示されるように、環状のフレーム１１に張られたフィルム１２上に、例えば加工対象物１の表面１ａ（複数の機能素子側の面）が貼付される。支持台２３０は、クランプによってフレーム１１を保持すると共に真空チャックテーブルによってフィルム１２を吸着することで、加工対象物１を支持する。支持台２３０上において、加工対象物１には、互いに平行な複数の切断予定ライン５ａ、及び互いに平行な複数の切断予定ライン５ｂが、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。

図７に示されるように、支持台２３０は、第１移動機構２２０において第２レールユニット２２２が動作することで、Ｙ軸方向に沿って移動させられる。また、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｘ軸方向に沿って移動させられる。更に、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転させられる。このように、支持台２３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能となり且つＺ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。

レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部５００は、第２移動機構２４０を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部５００は、第２移動機構２４０が動作することで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。このように、レーザ集光部５００は、レーザ出力部３００に対してＺ軸方向に沿って移動可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。

制御部６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されている。制御部６００は、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。

一例として、レーザ加工装置２００では、次のように、各切断予定ライン５ａ，５ｂ（図８参照）に沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

まず、加工対象物１の裏面１ｂ（図８参照）がレーザ光入射面となるように、加工対象物１が支持台２３０に支持され、加工対象物１の各切断予定ライン５ａがＸ軸方向に平行な方向に合わされる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部５００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ａに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

各切断予定ライン５ａに沿っての改質領域の形成が終了すると、第１移動機構２２０によって支持台２３０が回転させられ、加工対象物１の各切断予定ライン５ｂがＸ軸方向に平行な方向に合わされる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部５００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ｂに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

このように、レーザ加工装置２００では、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。なお、各切断予定ライン５ａに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＸ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。また、各切断予定ライン５ａ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＹ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。

図９に示されるように、レーザ出力部３００は、取付プレート３０１と、カバー３０２と、複数のミラー３０３，３０４と、を有している。更に、レーザ出力部３００は、レーザ発振器４００と、シャッタ３２０と、λ／２波長板ユニット（出力調整部、偏光方向調整部）３３０と、偏光板ユニット（出力調整部、偏光方向調整部）３４０と、ビームエキスパンダ（レーザ光平行化部）３５０と、ミラーユニット３６０と、を有している。

取付プレート３０１は、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器４００、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を支持している。複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器４００、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０は、取付プレート３０１の主面３０１ａに取り付けられている。取付プレート３０１は、板状の部材であり、装置フレーム２１０（図７参照）に対して着脱可能である。レーザ出力部３００は、取付プレート３０１を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。つまり、レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に対して着脱可能である。

カバー３０２は、取付プレート３０１の主面３０１ａ上において、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器４００、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を覆っている。カバー３０２は、取付プレート３０１に対して着脱可能である。

レーザ発振器４００は、直線偏光のレーザ光ＬをＸ軸方向に沿ってパルス発振する。レーザ発振器４００は、後述するように、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）方式のファイバレーザとして構成されている。そのため、レーザ発振器４００では、種光ＬＤ（Laser Diode／半導体レーザ）及び励起ＬＤの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器４００から出射されるレーザ光Ｌの波長は、例えば、５００～５５０ｎｍ、１０００～１１５０ｎｍ又は１３００～１４００ｎｍのいずれかの波長帯に含まれる。５００～５５０ｎｍの波長帯のレーザ光Ｌは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。１０００～１１５０ｎｍ及び１３００～１４００ｎｍの各波長帯のレーザ光Ｌは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。レーザ発振器４００から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向は、例えば、Ｙ軸方向に平行な方向である。レーザ発振器４００から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３０３によって反射され、Ｙ軸方向に沿ってシャッタ３２０に入射する。

シャッタ３２０は、機械式の機構によってレーザ光Ｌの光路を開閉する。レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、上述したように、レーザ発振器４００でのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって実施されるが、シャッタ３２０が設けられていることで、例えばレーザ出力部３００からレーザ光Ｌが不意に出射されることが防止される。シャッタ３２０を通過したレーザ光Ｌは、ミラー３０４によって反射され、Ｘ軸方向に沿ってλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０に順次入射する。

λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力（光強度）を調整する出力調整部として機能する。また、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部として機能する。これらの詳細については後述する。λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を順次通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってビームエキスパンダ３５０に入射する。

ビームエキスパンダ３５０は、レーザ光Ｌの径を調整しつつ、レーザ光Ｌを平行化する。ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってミラーユニット３６０に入射する。

ミラーユニット３６０は、支持ベース３６１と、複数のミラー３６２，３６３と、を有している。支持ベース３６１は、複数のミラー３６２，３６３を支持している。支持ベース３６１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、取付プレート３０１に取り付けられている。ミラー３６２は、ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。ミラー３６２は、その反射面が例えばＺ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー３６３は、ミラー３６２によって反射されたレーザ光ＬをＺ軸方向に反射する。ミラー３６３は、その反射面が例えばＸ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となり且つＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー３６３によって反射されたレーザ光Ｌは、支持ベース３６１に形成された開口３６１ａを通過し、Ｚ軸方向に沿ってレーザ集光部５００（図７参照）に入射する。つまり、レーザ出力部３００によるレーザ光Ｌの出射方向は、レーザ集光部５００の移動方向に一致している。

上述したように、各ミラー３６２，３６３は、反射面の角度を調整するための機構を有している。ミラーユニット３６０では、取付プレート３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整が実施されることで、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度がレーザ集光部５００に対して合わされる。つまり、複数のミラー３６２，３６３は、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するための構成である。

レーザ集光部５００は、ミラーユニット３６０を通過したレーザ光Ｌを加工対象物１に集光する。図１０に示されるように、レーザ集光部５００は、筐体５０１を有している。筐体５０１の側面には、第２移動機構２４０が取り付けられている。筐体５０１には、ミラーユニット３６０の開口３６１ａとＺ軸方向において対向するように、円筒状の光入射部５０１ａが設けられている。光入射部５０１ａは、レーザ出力部３００から出射されたレーザ光Ｌを筐体５０１内に入射させる。ミラーユニット３６０と光入射部５０１ａとは、第２移動機構２４０によってレーザ集光部５００がＺ軸方向に沿って移動させられた際に（すなわち、ミラーユニット３６０に対してレーザ集光部５００が移動させられた際に）互いに接触することがない距離だけ、互いに離間している。

図示は省略するが、筐体５０１内には、ミラー、反射型空間光変調器、及び４ｆレンズユニットが配置されている。また、筐体５０１には、集光レンズユニット（集光光学系）、駆動機構、及び一対の測距センサが取り付けられている。

Ｚ軸方向に沿って筐体５０１内に進行したレーザ光Ｌは、ミラーによってＸＹ平面に平行な方向に反射され、反射型空間光変調器に入射する。反射型空間光変調器は、ミラーによって反射されたレーザ光Ｌを変調しつつ、当該レーザ光ＬをＸＹ平面に沿って反射する。反射型空間光変調器は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。

ここで、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器から出射されるレーザ光Ｌの光軸とは、鋭角である角度αをなす。これは、レーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えて回折効率の低下を抑制し、反射型空間光変調器の性能を十分に発揮させるためである。また、反射型空間光変調器では、レーザ光ＬがＰ偏光として反射される。これは、反射型空間光変調器の光変調層に液晶が用いられている場合において、反射型空間光変調器に対して入出射するレーザ光Ｌの光軸を含む平面に平行な面内で液晶分子が傾斜するように、当該液晶が配向されているときには、偏波面の回転が抑制された状態でレーザ光Ｌに位相変調が施されるからである（例えば、特許第３８７８７５８号公報参照）。

４ｆレンズユニットは、反射型空間光変調器の反射面と集光レンズユニットの入射瞳面とが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光Ｌの像（反射型空間光変調器において変調されたレーザ光Ｌの像）が、集光レンズユニットの入射瞳面に転像（結像）される。

集光レンズユニットは、駆動機構を介して筐体５０１に取り付けられている。集光レンズユニットは、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に対してレーザ光Ｌを集光する。駆動機構は、圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニットをＺ軸方向に沿って移動させる。

一対の測距センサは、Ｘ軸方向において集光レンズユニットの両側に位置するように、筐体５０１に取り付けられている。各測距センサは、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）のレーザ光入射面に対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。

レーザ加工装置２００では、上述したように、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。そのため、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる際に、一対の測距センサのうち集光レンズユニットに対して相対的に先行する測距センサが、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、駆動機構が、測距センサによって取得された変位データに基づいて集光レンズユニットをＺ軸方向に沿って移動させる。
［λ／２波長板ユニット及び偏光板ユニット］

上述したように、レーザ集光部５００では、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器から出射されるレーザ光Ｌの光軸とが、鋭角である角度αをなす。一方、図９に示されるように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。そのため、レーザ出力部３００においては、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能させる必要がある。

図１１に示されるように、λ／２波長板ユニット３３０は、ホルダ３３１と、λ／２波長板３３２と、を有している。ホルダ３３１は、Ｘ軸方向に平行な軸線（第１軸線）ＸＬを中心線としてλ／２波長板３３２が回転可能となるように、λ／２波長板３３２を保持している。λ／２波長板３３２は、その光学軸（例えば、fast軸）に対して偏光方向が角度θだけ傾いてレーザ光Ｌが入射した場合に、軸線ＸＬを中心線として偏光方向を角度２θだけ回転させてレーザ光Ｌを出射する（図１２の（ａ）参照）。

偏光板ユニット３４０は、ホルダ３４１と、偏光板（偏光部材）３４２と、光路補正板（光路補正部材）３４３と、を有している。ホルダ３４１は、軸線（第２軸線）ＸＬを中心線として偏光板３４２及び光路補正板３４３が一体で回転可能となるように、偏光板３４２及び光路補正板３４３を保持している。偏光板３４２の光入射面及び光出射面は、所定角度（例えば、ブリュスター角度）だけ傾いている。偏光板３４２は、レーザ光Ｌが入射した場合に、偏光板３４２の偏光軸に一致するレーザ光ＬのＰ偏光成分を透過させ、レーザ光ＬのＳ偏光成分を反射又は吸収する（図１２の（ｂ）参照）。光路補正板３４３の光入射面及び光出射面は、偏光板３４２の光入射面及び光出射面とは逆側に傾いている。光路補正板３４３は、偏光板３４２を透過することで軸線ＸＬ上から外れたレーザ光Ｌの光軸を軸線ＸＬ上に戻す。

偏光板ユニット３４０では、軸線ＸＬを中心線として偏光板３４２及び光路補正板３４３が一体で回転させられ、図１２の（ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に平行な方向に対して偏光板３４２の偏光軸が角度αだけ傾けられる。これにより、偏光板ユニット３４０から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向が、Ｙ軸方向に平行な方向に対して角度αだけ傾く。その結果、レーザ集光部５００の反射型空間光変調器においてレーザ光ＬがＰ偏光として反射される。

また、図１２の（ｂ）に示されるように、偏光板ユニット３４０に入射するレーザ光Ｌの偏光方向が調整され、偏光板ユニット３４０から出射されるレーザ光Ｌの光強度が調整される。偏光板ユニット３４０に入射するレーザ光Ｌの偏光方向の調整は、λ／２波長板ユニット３３０において軸線ＸＬを中心線としてλ／２波長板３３２が回転させられ、図１２の（ａ）に示されるように、λ／２波長板３３２に入射するレーザ光Ｌの偏光方向（例えば、Ｙ軸方向に平行な方向）に対するλ／２波長板３３２の光学軸の角度が調整されることで、実施される。

以上のように、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部（上述した例では、出力減衰部）としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能する。
［実施形態のレーザ発振器］

図１３に示されるように、レーザ発振器４００は、種光出射部４１０と、プリアンプ部（第１アンプ部）４２０と、パワーアンプ部（第２アンプ部）４３０と、レーザ光出射部４４０と、を備えている。レーザ発振器４００は、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザとして構成されている。

種光出射部４１０は、種光ＬＤ（種光源）４１１を有している。種光ＬＤ４１１は、パルスジェネレータによって駆動され、種光であるレーザ光Ｌをパルス発振する。種光ＬＤ４１１から出射されたレーザ光Ｌは、ファイバＦ１及びファイバケーブルＦＣ１によってプリアンプ部４２０に伝播させられる。レーザ光Ｌは、所定波長（例えば１０９８ｎｍ）を有している。

プリアンプ部４２０は、アイソレータ４２１と、クラッドモードストリッパ４２２と、第１レーザファイバ４２３と、例えば１つの第１励起ＬＤ（第１励起光源）４２４と、コンバイナ４２５と、を有している。プリアンプ部４２０では、レーザ光Ｌは、ファイバＦ３，Ｆ４，Ｆ５によって第１レーザファイバ４２３に伝播させられ、第１レーザファイバ４２３で増幅された後、ファイバＦ６，Ｆ７によってパワーアンプ部４３０に伝播させられる。

第１励起ＬＤ４２４は、第１レーザファイバ４２３を励起するための所定波長（例えば９１５ｎｍ）の第１励起光ＰＬ１を出射する。第１励起ＬＤ４２４から出射された第１励起光ＰＬ１は、ファイバＦ２１によってコンバイナ４２５に伝播させられる。コンバイナ４２５は、ファイバＦ６とファイバＦ７との間において第１励起光ＰＬ１をファイバＦ６に結合する。ファイバＦ６に結合された第１励起光ＰＬ１は、第１レーザファイバ４２３に入射し、第１レーザファイバ４２３においてレーザ光Ｌの進行方向とは逆方向に進行する。このように、プリアンプ部４２０では、後方励起の構成が採用されている。

第１レーザファイバ４２３は、第１励起光ＰＬ１によって励起された状態で、種光出射部４１０から出射されたレーザ光Ｌを伝播させることで、レーザ光Ｌを増幅する。アイソレータ４２１は、ファイバＦ３とファイバＦ４との間において戻り光（種光出射部４１０側に進行する光）を遮断する。クラッドモードストリッパ４２２は、ファイバＦ５と第１レーザファイバ４２３との間において、第１レーザファイバ４２３で吸収されなかった第１励起光ＰＬ１を除去する。

パワーアンプ部４３０は、アイソレータ４３１と、バンドパスフィルタ４３２と、クラッドモードストリッパ４３３と、第２レーザファイバ４３４と、例えば複数（ここでは６つ）の第２励起ＬＤ（第２励起光源）４３５と、コンバイナ４３６と、を有している。パワーアンプ部４３０では、レーザ光Ｌは、ファイバＦ８，Ｆ９，Ｆ１０によって第２レーザファイバ４３４に伝播させられ、第２レーザファイバ４３４で増幅された後、ファイバＦ１１，Ｆ１２，Ｆ１３によってレーザ光出射部４４０に伝播させられる。

各第２励起ＬＤ４３５は、第２レーザファイバ４３４を励起するための所定波長（例えば９１５ｎｍ）の第２励起光ＰＬ２を出射する。各第２励起ＬＤ４３５から出射された第２励起光ＰＬ２は、ファイバＦ２２によってコンバイナ４３６に伝播させられる。コンバイナ４３６は、ファイバＦ１１とファイバＦ１２との間において第２励起光ＰＬ２をファイバＦ１１に結合する。ファイバＦ１１に結合された第２励起光ＰＬ２は、第２レーザファイバ４３４に入射し、第２レーザファイバ４３４においてレーザ光Ｌの進行方向とは逆方向に進行する。このように、パワーアンプ部４３０では、後方励起の構成が採用されている。

第２レーザファイバ４３４は、第２励起光ＰＬ２によって励起された状態で、プリアンプ部４２０で増幅されたレーザ光Ｌを伝播させることで、レーザ光Ｌを増幅する。アイソレータ４３１は、ファイバＦ７とファイバＦ８との間において戻り光（プリアンプ部４２０側に進行する光）を遮断する。バンドパスフィルタ４３２は、プリアンプ部４２０で発生したＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光を除去する。クラッドモードストリッパ４３３は、ファイバＦ１０と第２レーザファイバ４３４との間において、第２レーザファイバ４３４で吸収されなかった第２励起光ＰＬ２を除去する。

レーザ光出射部４４０は、コリメータ４４１と、アイソレータ（光学部品）４４２と、を有している。コリメータ４４１は、ファイバＦ１３の出射端から出射されたレーザ光Ｌを平行化する。アイソレータ４４２は、戻り光（レーザ発振器４００内に進行する光）を遮断する。アイソレータ４４２の出射端は、パワーアンプ部４３０で増幅されたレーザ光Ｌを外部に出射する出射端４４３を構成している。

レーザ発振器４００では、種光出射部４１０から出射されたレーザ光Ｌの出力、プリアンプ部４２０で増幅されたレーザ光Ｌの出力、パワーアンプ部４３０で増幅されたレーザ光Ｌの出力、及びパワーアンプ部４３０での戻り光の出力がモニタされる。また、第１励起ＬＤ４２４から出射された第１励起光ＰＬ１の出力、及び複数の第２励起ＬＤ４３５から出射された第２励起光ＰＬ２の出力がモニタされる。

種光出射部４１０から出射されたレーザ光Ｌの一部は、ファイバＦ４とファイバＦ５との間に設けられたカプラ４５１を介してファイバＦ３１に入射し、ファイバＦ３１によってＰＤ（受光素子）４５２に伝播させられてＰＤ４５２で検出される。種光出射部４１０から出射されたレーザ光Ｌの出力は、ＰＤ４５２から出力される信号に基づいてモニタされる。

プリアンプ部４２０で増幅されたレーザ光Ｌの一部は、ファイバＦ９とファイバＦ１０との間に設けられたカプラ４５４を介してファイバＦ３２に入射し、ファイバＦ３２によってＰＤ（受光素子）４５５に伝播させられてＰＤ４５５で検出される。プリアンプ部４２０で増幅されたレーザ光Ｌの出力は、ＰＤ４５５から出力される信号に基づいてモニタされる。

パワーアンプ部４３０で増幅されたレーザ光Ｌの一部は、ファイバＦ１２とファイバＦ１３との間に設けられたカプラ４５８を介してファイバＦ３４に入射し、ファイバＦ３４によってＰＤ（受光素子）４５９に伝播させられてＰＤ４５９で検出される。パワーアンプ部４３０で増幅されたレーザ光Ｌの出力は、ＰＤ４５９から出力される信号に基づいてモニタされる。

パワーアンプ部４３０の第２レーザファイバ４３４で戻り光（バンドパスフィルタ４３２側に進行する光）が発生した場合、当該戻り光の一部は、カプラ４５４を介してファイバＦ３３に入射し、ファイバＦ３３によってＰＤ４５６に伝播させられてＰＤ４５６で検出される。パワーアンプ部４３０での戻り光の出力は、ＰＤ４５６から出力される信号に基づいてモニタされる。

第１励起ＬＤ４２４から出射された第１励起光ＰＬ１の一部は、ファイバＦ６と第１レーザファイバ４２３との接合部分に配置されたＰＤ４５３に入射してＰＤ４５３で検出される。第１励起ＬＤ４２４から出射された第１励起光ＰＬ１の出力は、ＰＤ４５３から出力される信号に基づいてモニタされる。

複数の第２励起ＬＤ４３５から出射された第２励起光ＰＬ２の一部は、ファイバＦ１１と第２レーザファイバ４３４との接合部分に配置されたＰＤ４５７に入射してＰＤ４５７で検出される。複数の第２励起ＬＤ４３５から出射された第２励起光ＰＬ２の出力は、ＰＤ４５７から出力される信号に基づいてモニタされる。

図１４に示されるように、レーザ発振器４００は、第１支持プレート４６１と、第２支持プレート４６２と、筐体４７０と、を備えている。筐体４７０には、取付ベース４７１が設けられている。筐体４７０は、第１部分４７０ａと、第２部分４７０ｂと、を有している。第２部分４７０ｂは、第１部分４７０ａに対して着脱可能である。一例として、第１部分４７０ａは、直方体状の形状を呈しており、取付ベース４７１は、第１部分４７０ａの下壁によって構成されている。第２部分４７０ｂは、直方体状の形状を呈しており、第１部分４７０ａの上面に取り付けられている。

第１部分４７０ａは、プリアンプ部４２０、パワーアンプ部４３０及びレーザ光出射部４４０を収容している。第２部分４７０ｂは、種光出射部４１０を収容している。種光出射部４１０からプリアンプ部４２０にレーザ光Ｌを伝播させるファイバケーブルＦＣ１は、第１部分４７０ａと第２部分４７０ｂとの間に掛け渡されている（図９参照）。

第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２は、第１部分４７０ａに収容されており、互いに対面するように（すなわち、第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２のそれぞれの厚さ方向が互いに一致し且つ当該厚さ方向から見た場合に第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２が互いに重なるように）配置されている。第２支持プレート４６２は、取付ベース４７１に対して上側に配置されている。第１支持プレート４６１は、第２支持プレート４６２に対して上側に配置されている。より具体的には、取付ベース４７１の表面４７１ａと第２支持プレート４６２の裏面４６２ｂとが空間を介して互いに対向しており、第２支持プレート４６２の表面４６２ａと第１支持プレート４６１の裏面４６１ｂとが空間を介して互いに対向している。第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２は、それぞれ、支柱（図示省略）等によって支持されている。

レーザ発振器４００は、取付ベース４７１の裏面４７１ｂが取付プレート３０１の主面３０１ａに接触し且つレーザ光出射部４４０の出射端４４３がミラー３０３に向いた状態で、取付ベース４７１を介して取付プレート３０１に取り付けられている（図９参照）。つまり、レーザ発振器４００は、取付プレート３０１（延いては装置フレーム２１０）に対して着脱可能である。

図１５に示されるように（図１３参照）、第１支持プレート４６１の表面４６１ａには、ファイバコネクタ４０１、アイソレータ４２１、カプラ４５１、クラッドモードストリッパ４２２、第１レーザファイバ４２３、ＰＤ４５３、コンバイナ４２５、アイソレータ４３１、バンドパスフィルタ４３２及びカプラ４５４が取り付けられている。ファイバコネクタ４０１は、ファイバケーブルＦＣ１とファイバＦ３とを互いに接続する。第１レーザファイバ４２３は、ファイバリール（図示省略）によって保持されている。第２レーザファイバ４３４にレーザ光Ｌを伝播させるファイバＦ１０は、第１支持プレート４６１に形成された切欠き４６１ｃを介して、第１支持プレート４６１の表面４６１ａから第２支持プレート４６２の表面４６２ａに延在している。

図１６及び図１７に示されるように、第２支持プレート４６２の表面４６２ａ、裏面４６２ｂ及び側面４６２ｃは、パワーアンプ部４３０の第２レーザファイバ４３４及び複数の第２励起ＬＤ４３５、並びに、プリアンプ部４２０の第１励起ＬＤ４２４等の配置面である。なお、図１７は、第２支持プレート４６２の裏面４６２ｂ側の構成を第２支持プレート４６２の表面４６２ａ側から見た図であり、図１７では、第２支持プレート４６２の表面４６２ａ側の構成が省略されている。

図１６に示されるように（図１３参照）、第２支持プレート４６２の表面４６２ａには、クラッドモードストリッパ４３３、第２レーザファイバ４３４、ＰＤ４５７、コンバイナ４３６、カプラ４５８及びＰＤ４５９が取り付けられている。第２レーザファイバ４３４は、ファイバリール（図示省略）によって保持されている。レーザ光出射部４４０にレーザ光Ｌを伝播させるファイバＦ１３は、第２支持プレート４６２に形成された切欠き４６２ｅを介して、第２支持プレート４６２の表面４６２ａから取付ベース４７１の表面４７１ａに延在している。

第２支持プレート４６２の側面４６２ｃには、ＰＤ４５２，４５５，４５６及び第１励起ＬＤ４２４が取り付けられている。ＰＤ４５２にレーザ光Ｌの一部を伝播させるファイバＦ３１、ＰＤ４５５にレーザ光Ｌの一部を伝播させるファイバＦ３２、及びＰＤ４５６に戻り光を伝播させるファイバＦ３３は、第１支持プレート４６１と筐体４７０の第１部分４７０ａの内面と間に形成された隙間を介して、第１支持プレート４６１の表面４６１ａから第２支持プレート４６２の側面４６２ｃに延在している。コンバイナ４２５に第１励起光ＰＬ１を伝播させるファイバＦ２１は、第１支持プレート４６１と筐体４７０の第１部分４７０ａの内面と間に形成された隙間を介して、第２支持プレート４６２の側面４６２ｃから第１支持プレート４６１の表面４６１ａに延在している。

図１７に示されるように、第２支持プレート４６２の裏面４６２ｂには、複数の第２励起ＬＤ４３５が取り付けられている。コンバイナ４３６に第２励起光ＰＬ２を伝播させるファイバＦ２２は、第２支持プレート４６２に形成された切欠き４６２ｄを介して、第２支持プレート４６２の裏面４６２ｂから第２支持プレート４６２の表面４６２ａに延在している。

図１６及び図１７に示されるように、第２支持プレート４６２には、配管４６２ｆが埋設されている。配管４６２ｆには、冷却水（冷媒）Ｗが循環供給される。これにより、第２支持プレート４６２は、冷却水Ｗの流路が設けられた冷却プレートとして機能する。レーザ発振器４００では、プリアンプ部４２０の第１レーザファイバ４２３が第１支持プレート４６１に配置されている一方で、パワーアンプ部４３０の第２レーザファイバ４３４及び複数の第２励起ＬＤ４３５、並びに、プリアンプ部４２０の第１励起ＬＤ４２４が第２支持プレート４６２に配置されている。これにより、パワーアンプ部４３０の第２レーザファイバ４３４及び複数の第２励起ＬＤ４３５、並びに、プリアンプ部４２０の第１励起ＬＤ４２４が冷却される。

図１８に示されるように、取付ベース４７１の表面４７１ａには、支持部材４０２、コリメータ４４１及びアイソレータ４４２が取り付けられている。つまり、レーザ光出射部４４０は、取付ベース４７１に配置されている。図１９に示されるように、取付ベース４７１の裏面４７１ｂには、凹部４７１ｃが形成されている。凹部４７１ｃの内面には、ＰＤ４５２，４５５，４５６，４５７，４５９から出力される信号の処理基板４０３，４０４、及びメモリ基板４０５が取り付けられている。なお、図１９は、取付ベース４７１の裏面４７１ｂ側の構成を取付ベース４７１の表面４７１ａ側から見た図であり、図１９では、取付ベース４７１の表面４７１ａ側の構成が省略されている。

図２０に示されるように、支持部材４０２は、支持面４０２ａを有している。支持面４０２ａには、パワーアンプ部４３０からレーザ光出射部４４０にレーザ光Ｌを伝播させるファイバＦ１３が配置されている。より具体的には、支持面４０２ａは、第２支持プレート４６２に形成された切欠き４６２ｅの直下から（図１６及び図１８参照）コリメータ４４１の入射端に向かって延在しており、コリメータ４４１に近づくほど下側に位置するように傾斜している。
［実施形態の作用及び効果］

レーザ発振器４００は、種光であるレーザ光Ｌを出射する種光ＬＤ４１１を有する種光出射部４１０と、種光出射部４１０から出射されたレーザ光Ｌを伝播させる第１レーザファイバ４２３、及び第１レーザファイバ４２３を励起するための第１励起光ＰＬ１を出射する第１励起ＬＤ４２４を有するプリアンプ部４２０と、プリアンプ部４２０で増幅されたレーザ光Ｌを伝播させる第２レーザファイバ４３４、及び第２レーザファイバ４３４を励起するための第２励起光ＰＬ２を出射する第２励起ＬＤ４３５を有するパワーアンプ部４３０と、パワーアンプ部４３０で増幅されたレーザ光Ｌを外部に出射する出射端４４３が設けられたアイソレータ４４２を有するレーザ光出射部４４０と、取付ベース４７１を有し、種光出射部４１０、プリアンプ部４２０、パワーアンプ部４３０及びレーザ光出射部４４０を収容する筐体４７０と、を備える。出射端４４３が設けられたアイソレータ４４２は、取付ベース４７１に配置されている。

レーザ発振器４００では、種光出射部４１０、プリアンプ部４２０、パワーアンプ部４３０及びレーザ光出射部４４０が筐体４７０に収容されている。したがって、レーザ発振器４００の取扱いが容易である。また、筐体４７０が有する取付ベース４７１に、出射端４４３が設けられたアイソレータ４４２が配置されている。これにより、例えばレーザ発振器４００が取付ベース４７１を介してレーザ加工装置２００に搭載された場合に、レーザ加工装置２００で振動が発生したり、レーザ加工装置２００の使用環境温度の変化等に起因して筐体４７０等が変形したりしても、出射端４４３の位置及び角度がずれ難い。したがって、レーザ発振器４００から外部に出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度が安定する。特に加工対象物１の内部に改質領域を形成するような場合には、アブレーション加工、溶接加工等を行うような場合に比べ、シビアなレーザ光Ｌの照射条件が要求されることから、レーザ発振器４００から外部に出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度が安定していることが望ましい。

レーザ発振器４００では、筐体４７０に収容された第１支持プレート４６１に、少なくとも第１レーザファイバ４２３が配置されており、筐体４７０に収容された第２支持プレート４６２に、少なくとも第２レーザファイバ４３４が配置されている。これにより、筐体４７０内において、第１レーザファイバ４２３及び第２レーザファイバ４３４を適切に支持することができる。

レーザ発振器４００では、第２支持プレート４６２に、冷却水Ｗの流路が設けられており、第１励起ＬＤ４２４及び第２励起ＬＤ４３５が、第２支持プレート４６２に配置されている。これにより、熱が発生し易い第２レーザファイバ４３４に加え、熱が発生し易い第１励起ＬＤ４２４及び第２励起ＬＤ４３５を、小さなスペースで効率良く冷却することができる。

レーザ発振器４００では、第２支持プレート４６２が、取付ベース４７１に対して上側に配置されており、第１支持プレート４６１が、第２支持プレート４６２に対して上側に配置されている。これにより、プリアンプ部４２０からパワーアンプ部４３０を介してレーザ光出射部４４０に至るレーザ光Ｌの光路の配置を単純化しつつ、レーザ発振器４００のフットプリントを小さくすることができる。

レーザ発振器４００では、筐体４７０が、プリアンプ部４２０、パワーアンプ部４３０及びレーザ光出射部４４０を収容する第１部分４７０ａと、第１部分４７０ａに対して着脱可能であり、種光出射部４１０を収容する第２部分４７０ｂと、を有している。これにより、第１部分４７０ａに対して第２部分４７０ｂを着脱することで、種光出射部４１０を容易にメンテナンスすることができる。

レーザ発振器４００では、パワーアンプ部４３０からレーザ光出射部４４０にレーザ光Ｌを伝播させるファイバＦ１３が、取付ベース４７１に設けられた支持部材４０２が有する支持面４０２ａに配置されている。これにより、増幅されたレーザ光Ｌを伝播させるファイバＦ１３を適切に（必要な曲げ径を維持しつつ）支持することができるので、ファイバＦ１３からレーザ光Ｌが漏れるような事態を防止することができる。

レーザ加工装置２００では、レーザ集光部５００が移動可能となるように装置フレーム２１０に取り付けられているため、レーザ発振器４００を移動させる必要がない。したがって、レーザ発振器４００から外部に出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度の安定性をより確実に維持することができ、シビアな照射条件で加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することができる。

また、レーザ発振器４００は、種光であるレーザ光Ｌを出射する種光ＬＤ４１１を有する種光出射部４１０と、種光出射部４１０から出射されたレーザ光Ｌを伝播させる第１レーザファイバ４２３、及び第１レーザファイバ４２３を励起するための第１励起光ＰＬ１を出射する第１励起ＬＤ４２４を有するプリアンプ部４２０と、プリアンプ部４２０で増幅されたレーザ光Ｌを伝播させる第２レーザファイバ４３４、及び第２レーザファイバ４３４を励起するための第２励起光ＰＬ２を出射する第２励起ＬＤ４３５を有するパワーアンプ部４３０と、パワーアンプ部４３０で増幅されたレーザ光Ｌを外部に出射する出射端４４３が設けられたアイソレータ４４２を有するレーザ光出射部４４０と、第１レーザファイバ４２３が配置された第１支持プレート４６１と、第２レーザファイバ４３４、第１励起ＬＤ４２４及び第２励起ＬＤ４３５が配置され、冷却水Ｗの流路が設けられた第２支持プレート４６２と、を備える。第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２は、互いに対面するように（すなわち、第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２のそれぞれの厚さ方向が互いに一致し且つ当該厚さ方向から見た場合に第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２が互いに重なるように）配置されている。

レーザ発振器４００では、熱が発生し易い第２レーザファイバ４３４の冷却に加え、熱が発生し易い第１励起ＬＤ４２４及び第２励起ＬＤ４３５の冷却が、冷却水Ｗの流路が設けられた第２支持プレート４６２によって実施される。しかも、第１レーザファイバ４２３が配置された第１支持プレート４６１が、第２支持プレート４６２と対面するように配置されている。これにより、レーザ増幅部であるプリアンプ部４２０及びパワーアンプ部４３０の小型化を図ることができる。

レーザ発振器４００では、第２支持プレート４６２の表面４６２ａ、裏面４６２ｂ及び側面４６２ｃが、第２レーザファイバ４３４、第１励起ＬＤ４２４及び第２励起ＬＤ４３５等の配置面となっている。これにより、冷却プレートとして機能する第２支持プレート４６２の表面４６２ａ、裏面４６２ｂ及び側面４６２ｃを有効に利用して、第２支持プレート４６２の大型化を確実に抑制することができる。

レーザ発振器４００では、種光出射部４１０、プリアンプ部４２０、パワーアンプ部４３０、レーザ光出射部４４０、第１支持プレート４６１及び第２支持プレート４６２が、筐体４７０に収容されている。これにより、レーザ発振器４００の取扱いが容易となる。

レーザ発振器４００では、レーザ光Ｌの一部を検出する各ＰＤ４５２，４５５，４５９が、冷却プレートとして機能する第２支持プレート４６２に配置されている。これにより、各ＰＤ４５２，４５５，４５９を適切な温度で動作させることができる。特に、各ＰＤ４５２，４５５，４５９にＳｉ（シリコン）フォトダイオードが用いられ、検出対象であるレーザ光Ｌの波長が１０９８ｎｍである場合には、各ＰＤ４５２，４５５，４５９が第２支持プレート４６２に配置されることは、１０９８ｎｍの波長に対して安定した感度を維持する上で重要である。なお、ＰＤ４５３にＳｉフォトダイオードが用いられ、検出対象である第１励起光ＰＬ１の波長が９１５ｎｍである場合には、ＰＤ４５３の温度が多少上昇しても、９１５ｎｍの波長に対して安定した感度が維持されるため、ＰＤ４５３を第２支持プレート４６２に配置する必要性は低い。

レーザ加工装置２００は、レーザ増幅部の小型化を図り得るレーザ発振器４００を備えている。これにより、レーザ加工装置２００の大型化を抑制することができる。

また、レーザ出力部３００では、レーザ発振器４００、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０並びにミラーユニット３６０が取付プレート３０１の主面３０１ａに配置されている。これにより、レーザ加工装置２００の装置フレーム２１０に対して取付プレート３０１を着脱することで、レーザ加工装置２００に対してレーザ出力部３００を容易に着脱することができる。また、レーザ発振器４００からλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を介してミラーユニット３６０に至るレーザ光Ｌの光路が、取付プレート３０１の主面３０１ａに平行な平面に沿うように設定されており、ミラーユニット３６０が、当該平面と交差する方向に沿ってレーザ光Ｌを外部に出射する。これにより、例えばレーザ光Ｌの出射方向が鉛直方向に沿っている場合、レーザ出力部３００が低背化されるので、レーザ加工装置２００に対してレーザ出力部３００を容易に着脱することができる。更に、ミラーユニット３６０が、レーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラー３６２，３６３を有している。これにより、レーザ加工装置２００の装置フレーム２１０にレーザ出力部３００を取り付けた際に、レーザ集光部５００に入射するレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度を調整することができる。以上により、レーザ出力部３００は、レーザ加工装置２００に対して容易に着脱することができる。

なお、レーザ光出射部４４０において出射端４４３が設けられた光学部品が取付ベース４７１に配置されていれば、例えばレーザ発振器４００が取付ベース４７１を介してレーザ加工装置２００に搭載された場合に、レーザ加工装置２００で振動が発生したり、レーザ加工装置２００の使用環境温度の変化等に起因して筐体４７０等が変形したりしても、出射端４４３の位置及び角度がずれ難い。したがって、レーザ光出射部４４０において出射端４４３が設けられた光学部品が取付ベース４７１に配置されていれば、レーザ発振器４００から外部に出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度が安定する。一例として、図２１の（ａ）に示されるように、レーザ光出射部４４０上においてプリアンプ部４２０及びパワーアンプ部４３０が水平方向に沿って並設されていても、或いは、図２１の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、レーザ光出射部４４０、プリアンプ部４２０及びパワーアンプ部４３０が水平方向に沿って並設されていても、レーザ光出射部４４０において出射端４４３が設けられた光学部品が取付ベース４７１に配置されていれば、レーザ発振器４００から外部に出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度が安定する。
［変形例］

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、プリアンプ部４２０に、後方励起の構成が採用されていたが、第１レーザファイバ４２３において第１励起光ＰＬ１がレーザ光Ｌの進行方向と同方向に進行する前方励起の構成が採用されてもよい。同様に、上記実施形態では、パワーアンプ部４３０に、後方励起の構成が採用されていたが、第２レーザファイバ４３４において第２励起光ＰＬ２がレーザ光Ｌの進行方向と同方向に進行する前方励起の構成が採用されてもよい。

また、本発明のレーザ発振器は、加工対象物１の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置２００に限定されず、アブレーション加工、溶接加工等、他のレーザ加工を実施するレーザ加工装置に搭載することも可能である。

また、レーザ加工装置２００では、偏光板ユニット３４０に、偏光板３４２以外の偏光部材が設けられてもよい。一例として、偏光板３４２及び光路補正板３４３に替えて、キューブ状の偏光部材が用いられてもよい。キューブ状の偏光部材とは、直方体状の形状を呈する部材であって、当該部材において互いに対向する側面が光入射面及び光出射面とされ且つその間に偏光板の機能を有する層が設けられた部材である。

また、レーザ加工装置２００では、λ／２波長板３３２が回転する軸線と、偏光板３４２が回転する軸線とは、互いに一致していなくてもよい。

また、レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００が、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラー３６２，３６３を有していたが、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラーを少なくとも１つ有していればよい。

１…加工対象物、２００…レーザ加工装置、２１０…装置フレーム、２３０…支持台（支持部）、３０１…取付プレート、３３０…λ／２波長板ユニット（出力調整部）、３４０…偏光板ユニット（出力調整部）、３６０…ミラーユニット、３６２，３６３…ミラー、４００…レーザ発振器、４０２…支持部材、４０２ａ…支持面、４１０…種光出射部、４１１…種光ＬＤ（種光源）、４２０…プリアンプ部（第１アンプ部）、４２３…第１レーザファイバ、４２４…第１励起ＬＤ（第１励起光源）、４３０…パワーアンプ部（第２アンプ部）、４３４…第２レーザファイバ、４３５…第２励起ＬＤ（第２励起光源）、４４０…レーザ光出射部、４４２…アイソレータ（光学部品）、４４３…出射端、４６１…第１支持プレート、４６２…第２支持プレート、４７０…筐体、４７０ａ…第１部分、４７０ｂ…第２部分、４７１…取付ベース、５００…レーザ集光部、ＦＣ１…ファイバケーブル、Ｆ１３…ファイバ、Ｌ…レーザ光、ＰＬ１…第１励起光、ＰＬ２…第２励起光、Ｗ…冷却水（冷媒）。

Claims

種光であるレーザ光を出射する種光源を有する種光出射部と、
前記種光出射部から出射された前記レーザ光を伝播させる第１レーザファイバ、及び前記第１レーザファイバを励起するための第１励起光を出射する第１励起光源を有する第１アンプ部と、
前記第１アンプ部で増幅された前記レーザ光を伝播させる第２レーザファイバ、及び前記第２レーザファイバを励起するための第２励起光を出射する第２励起光源を有する第２アンプ部と、
前記第２アンプ部で増幅された前記レーザ光を外部に出射する出射端が設けられた光学部品を有するレーザ光出射部と、
外部装置に取り付けられる平板状の取付ベースを有し、前記種光出射部、前記第１アンプ部、前記第２アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する筐体と、を備え、
前記光学部品は、前記取付ベースの内側の表面に配置されており、
前記光学部品の前記出射端は、前記出射端から出射するレーザ光の進行方向に沿った直線が、前記筐体内では前記取付ベースの内側の前記表面を含む平面と交わらないように、前記筐体のうち前記取付ベースを除く部分において前記筐体の外部に臨んでいる、レーザ発振器。
前記筐体に収容され、少なくとも前記第１レーザファイバが配置された第１支持プレートと、
前記筐体に収容され、少なくとも前記第２レーザファイバが配置された第２支持プレートと、を更に備える、請求項１記載のレーザ発振器。
前記第２支持プレートには、冷媒の流路が設けられており、
前記第１励起光源及び前記第２励起光源は、前記第２支持プレートに配置されている、請求項２記載のレーザ発振器。
前記第２支持プレートは、前記取付ベースに対して上側に配置されており、
前記第１支持プレートは、前記第２支持プレートに対して上側に配置されている、請求項２又は３記載のレーザ発振器。
前記筐体は、
前記第１アンプ部、前記第２アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する第１部分と、
前記第１部分に対して着脱可能であり、前記種光出射部を収容する第２部分と、を有する、請求項１～４のいずれか一項記載のレーザ発振器。
前記取付ベースに設けられ、前記第２アンプ部から前記レーザ光出射部に前記レーザ光を伝播させるファイバが配置された支持面を有する支持部材を更に備える、請求項１～５のいずれか一項記載のレーザ発振器。
種光であるレーザ光を出射する種光源を有する種光出射部と、
前記種光出射部から出射された前記レーザ光を伝播させる第１レーザファイバ、及び前記第１レーザファイバを励起するための第１励起光を出射する第１励起光源を有する第１アンプ部と、
前記第１アンプ部で増幅された前記レーザ光を伝播させる第２レーザファイバ、及び前記第２レーザファイバを励起するための第２励起光を出射する第２励起光源を有する第２アンプ部と、
前記第２アンプ部で増幅された前記レーザ光を外部に出射する出射端が設けられた光学部品を有するレーザ光出射部と、
取付ベースを有し、前記種光出射部、前記第１アンプ部、前記第２アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する筐体と、を備え、
前記光学部品は、前記取付ベースに配置されており、
前記筐体は、
前記第１アンプ部、前記第２アンプ部及び前記レーザ光出射部を収容する第１部分と、
前記第１部分に対して着脱可能であり、前記種光出射部を収容する第２部分と、を有する、レーザ発振器。
請求項１～７のいずれか一項記載のレーザ発振器と、
前記レーザ発振器の前記出射端から出射された前記レーザ光の出力を調整する出力調整部と、
前記出力調整部を通過した前記レーザ光の光軸を調整するためのミラーを有するミラーユニットと、
前記レーザ発振器の前記取付ベース、前記出力調整部及び前記ミラーユニットが取り付けられた取付プレートと、
前記取付プレートが取り付けられた装置フレームと、
前記装置フレームに取り付けられ、加工対象物を支持する支持部と、
前記ミラーユニットに対して移動可能となるように前記装置フレームに取り付けられ、前記ミラーユニットを通過した前記レーザ光を前記加工対象物に集光するレーザ集光部と、を備える、レーザ加工装置。