レーザ加工光学系の種類

集光光学系(固定光学系)

集光光学系(固定光学系)は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を集光レンズで集光し加工を行う最も基本的な光学系である

【 集光光学系(固定光学系)のメリット 】

  1. 集光レンズの選択の幅が広い。
    そのため、光学系を検討するに当たり収差や
    コストを最小限に抑えることができる。
  2. 加工位置精度がステージの精度で決まり、
    精度の高い加工を行うことができる。
  3. 加工範囲はステージの可動範囲で決まり、
    広範囲に加工を行うことができる。

【 集光光学系(固定光学系)のデメリット 】

  1. ステージに加減速領域が必要なため、
    ステージを高速に動かす加工ではステージの
    可動域が大きくなりサイズが大きくなる。
  2. 曲率のあるパターン加工を行う場合、
    加工はできるが速度が上がらない。

集光光学系の構造


【 スポット径の求め方 】


スポット径の求め方

加工スポット径は、

  •  ・集光レンズの焦点距離が長ければ長いほど大きくなる
  •  ・レーザ光の波長が長くなればなるほど大きくなる
  •  ・ビーム品質が悪くなればなるほど大きくなる
  •  ・集光レンズへの入射光(コリメータ光)の径が大きいほど小さく絞れる

であることが上図の公式からわかる。

例)
CO2レーザ(10.6μm)とYAGレーザ(1.06μm)を同じ条件で集光した場合、
CO2レーザのスポット径はYAGレーザの径の10倍の大きさになる。

ここで求められる加工スポット径は、レンズによる収差が考慮されていないため、
収差があると加工スポット径はこれより大きくなる。
また、レーザビームをガウシアンビームとして考えているため、
実際のビーム径の86.5%(1/e2)しか考慮されていないので注意が必要である。

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