[发明专利]准直器装置及激光光源

说明书

技术领域

本发明涉及用于准直具有宽光谱宽度的入射光的准直器装置以及使用通过先准直后聚焦具有宽光谱宽度的入射光而获得的激光实现照射的激光光源。

背景技术

通常使用如下构造进行激光束的处理：在该构造中，准直从光纤端面发射出而分散的激光束，此后通过聚光透镜聚焦经准直的激光束，以使准直激光束集中在工件的一个点上。当激光束为诸如白光等具有宽光谱宽度的多色光时，焦距随光的波长的不同而不同。这会使从光纤端面发射出的光的分量相对于光纤端面变为平面波的位置（光束束腰）也随光的波长的不同而不同，因此难以将多色光聚焦在一个点上。出于这个原因，常规的激光加工技术采用这样的设计：通过使用消色差透镜作为聚光透镜来减少色差。

发明内容

技术问题

发明人研究了常规的激光加工技术并且发现了下述问题。也就是说，当多色光为具有几百nm的光谱宽度的光时，可以预料到的是：即使使用消色差透镜，仍然会因波长分量的差异而导致焦点位置之间的显著差异。在精细加工中，例如沿薄基板的厚度方向的激光加工需要深度的准确性，色差可能影响加工精度。

为解决上述问题而完成本发明，本发明的目的在于提供一种能够在准直具有宽光谱宽度的多色光时进一步减小形成平面波的光束束腰的随波长不同而不同的位置差值（光束束腰位置随多色光中的波长的变化而变化）的准直器装置，并且提供一种能够减小随多色光中的波长的变化而变化的焦距差的激光光源。

技术手段

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的准直器装置包括激光入射单元、准直透镜、准直透镜设置单元和位置调节单元。所述激光入射单元设定激光束的入射位置。所述准直透镜准直从所述激光入射单元入射的激光束。所述准直透镜由消色差透镜组成。所述准直透镜设置单元设置所述准直透镜。所述位置调节单元能够对激光束的入射位置与所述准直透镜的中心位置之间的距离进行10μm级别或更小级别的位置调节。“准直透镜的中心位置”指的是如图3中的（A）至（C）和图5中的（A）所示限定了透镜的最大有效直径的位置，并且在下面的说明书中没有特别指明而简单陈述“准直透镜的位置”时指的就是“准直透镜的中心位置”。

根据本发明的第二方面的激光光源是可以应用根据上述第一方面的准直器装置的激光光源。根据该第二实施例的激光光源包括光纤、准直透镜、聚光透镜、激光入射单元和准直透镜设置单元。所述光纤射出作为单模光束的具有数百nm的光谱宽度的激光束。所述准直透镜准直从所述光纤发射出而分散的激光束。所述准直透镜由消色差透镜组成。所述聚光透镜聚焦由所述准直透镜准直的激光束。所述聚光透镜由消色差透镜组成。所述激光入射单元设定从所述光纤发射出的激光束的入射位置。所述准直透镜设置单元固定所述准直透镜。

特别是，在第二方面的激光光源中，在激光束的所述入射位置和所述准直透镜的调节位置与穿过所述准直透镜形成的光束束腰位置的变化幅度（或者随波长不同而不同的最大变化量与随波长不同而不同的最小变化量之间的差值）的关系（参考图7）中调节激光束的所述入射位置与所述准直透镜的中心位置之间的距离。所述调节位置由激光束的所述入射位置和所述准直透镜的中心位置之间的距离相对于所述准直透镜在激光束中的基准波长分量下的焦距的偏移量限定。所述变化幅度由随激光束的波长分量不同而不同的光束束腰位置相对于基准波长分量通过所述准直透镜形成的光束束腰位置的最大变化量与最小变化量之间的差值限定。激光束的所述入射位置与所述准直透镜的中心位置之间的距离被调节为使得所述调节位置落在所述变化幅度变为最小的位置与所述变化幅度变为次峰值的位置之间。当以这样的方式设定激光束的入射位置（光纤的光出射端面）与准直透镜的中心位置之间的距离时，即使对于不同的波长分量，也都能减小形成平面波的光束束腰位置的随波长不同而不同的变化量。因此，在将多色光准直成平行光时减小形成平面波的位置的随波长变化的差值变得可行，并且还能够在多色光被聚光透镜聚焦之后减小焦点位置的随波长变化的差值。

作为适用于第二方面的第三方面，激光光源可以包括固定聚光透镜的聚光透镜设置单元。在这种情况下，聚光透镜的中心位置与准直透镜的中心位置之间的间距优选被设定为这样：对于聚光透镜的随激光束中的波长分量的不同而不同的焦距来说，该焦距的最大差值变为大致最小。“聚光透镜的中心位置”指的是如图5中的（A）所示并且如上述“准直透镜的中心位置”的情况那样限定了透镜的最大有效直径的位置，并且在下面的说明书中没有特别指明而简单陈述“聚光透镜的位置”时指的就是“聚光透镜的中心位置”。