材料のレーザ加工を行うための装置および方法
光放射線（７）によって材料（８）のレーザ加工を行うための装置が、シード・ポンプ（２）により励起されるシード・レーザ（１）と、増幅器ポンプ（４）により励起される増幅器（３）と、コントローラ（５）と、スキャナ（６）とを備え、コントローラ（５）は、シード・ポンプ（２）、増幅器ポンプ（４）およびスキャナ（６）を互いに同期させながら制御し、これによって、シード・レーザ（１）により放射される光パルス（１０）が、増幅器（３）を通して伝播され、スキャナ（６）によって材料（８）に向けられるようになり、この装置は、光放射線（７）が第１の電力の範囲内にあるときに、コントローラ（５）が、増幅器（３）を光減衰器として動作させるべく増幅器ポンプ（４）を制御し、出力電力が第２の電力の範囲内にあるときに、コントローラ（５）が、増幅器（３）を光増幅器として動作させるべく増幅器ポンプ（４）を制御することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料のレーザ加工を行うための装置および方法に関する。
【０００２】
不変のパルス形状およびパルスタイミングと共に非常に広いダイナミックレンジを必要とするパルスレーザに関して、多数の応用分野が存在する。このような応用分野の好ましい例が、印刷機用のローラーを加工することである。これらの印刷機は、印刷ローラーにマークを付けるために使用されるような高い平均電力を有するレーザを必要とする。複数のパルスにおける電力は、要求される印刷分解能を達成するために精度良く変化することが必要である。レーザのダイナミックレンジが広くなるほど、ある特定のレーザにより修理され得るプリント・ホイール（ｐｒｉｎｔ ｗｈｅｅｌ）の範囲が広くなる。不変のパルスタイミングおよび予測可能なパルス形状を提供することができない場合、印刷品質が低下する。
【背景技術】
【０００３】
上記のような従来技術のパルスレーザに対する解として、出力電力を減衰させるための外部変調器を具備する連続波レーザ（例えば、二酸化炭素レーザまたはファイバレーザ）を使用することが考えられる。この外部変調器は、代表的に、レーザビームを適宜ゲート制御したり弱めたりするための音響光学変調器（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）である。
【０００４】
残念なことに、従来技術のパルスレーザにおいては、パルス電力が変化するにつれて、パルス形状が不鮮明になり、且つ、パルスが遅延する。代替的に、長パルスを出力するファイバレーザが使用されている。しかしながら、長パルスは、ダイナミックレンジに制限を加えている。これによって、（１インチ当たりのライン数により規定される）印刷分解能、および、印刷対象の材料の単位面積当たりに転送されるインクの量に制限が生ずる。この結果、印刷品質が低下する。それゆえに、それぞれ異なる印刷分解能でマークを付けるための多数のレーザを備えることが必要になる。上記のような応用分野に使用される従来技術のレーザは、代表的に、１００Ｗ（ワット）と５００Ｗとの間の出力電力を有する。この場合、出力電力の大きさのダイナミックレンジは２０ｄＢ（デシベル）未満である。しかしながら、このダイナミックレンジを少なくとも３０ｄＢにまで増加させるほうが有利であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８２６，３３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、前述のような従来技術の問題点を解消することができるような材料のレーザ加工を行うための装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の非制限的な実施態様において、シード・ポンプ（ｓｅｅｄ ｐｕｍｐ）により励起される（ｐｕｍｐｅｄ）シード・レーザと、増幅器ポンプ（ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｐｕｍｐ）により励起される増幅器と、コントローラと、スキャナとを備えるような材料のレーザ加工を行うための装置が提供される。この装置において、コントローラは、シード・ポンプ、増幅器ポンプおよびスキャナを互いに同期させながら制御し、これによって、シード・レーザにより放射される光パルスが、増幅器を通して伝播され、スキャナによって材料に向けられるようになる。この装置は、光放射線が第１の電力の範囲内にあるときに、コントローラが、増幅器を光減衰器として動作させるべく増幅器ポンプを制御し、また一方で、出力電力が第２の電力の範囲内にあるときに、コントローラが、増幅器を光増幅器として動作させるべく増幅器ポンプを制御することを特徴としている。
【０００８】
好都合なことに、本発明は、改善されたダイナミックレンジを可能にする。この点は、許容ある生産力でもって、粗い形状により特徴付けられる品目を機械加工するために、定格動作範囲（平均電力、ピーク電力およびパルス・エネルギ）の最大限界でレーザを使用する場合に、マイクロ材料の加工を行う際の製造上の環境および適用製品に関して重要な利点になり得る。また一方で、上記の点によって、非常に低い平均電力、低いピーク電力および非常に低いパルス・エネルギがマイクロ材料の加工要件である場合に、定格動作範囲の下端で、細かい形状により特徴付けられる品目を加工することも同様に可能になる。本発明は、少なくとも３桁のオーダーの出力電力の大きさ（３０ｄＢ）に相当するダイナミックレンジを提供することが可能である。これに対して、本発明に係る構成および動作がなされていないレーザおよび主発振器を有する電力増幅器に関しては、代表的に、２桁未満のオーダーの出力電力の大きさ（２０ｄＢ）に相当するダイナミックレンジを提供するにすぎない。
【０００９】
印刷ローラーにマーカーを付けることに関していえば、スキャナは、好ましくは、レーザビームに対して印刷ローラーを走査するための機械的ユニットである。代替的に、または、付加的に、スキャナは、検流計および反射器を有することが可能である。印刷ローラーに関していえば、この印刷ローラーの用語は、例えば、セラミック印刷ローラー、アニロックス（ａｎｉｌｏｘ）印刷ローラー、インク転送ローラー、文字を印刷するための印刷ローラー、または、印刷ローラーに付随している文字を印刷するためのシートといったように、適用製品を印刷するためのローラーを意味するものである。
【００１０】
コントローラは、コンピュータのコントローラであってよい。好ましくは、コントローラは、電気的駆動電力が第１の電力の範囲内にあるときに、この電気的駆動電力の増幅器ポンプへの供給を停止させるためのスイッチ（例えば、リレーまたはトランジスタ）を有することが可能である。
【００１１】
シード・レーザは、クラッディング励起のファイバレーザを有することが可能である。このクラッディング励起のファイバレーザは、希土類ドーパントを含んでよい。この希土類ドーパントは、イッテルビウムであってよい。代替的に、または、付加的に、シード・レーザは、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含むことが可能である。
【００１２】
増幅器は、クラッディング励起のファイバ増幅器を有することが可能である。このクラッディング励起のファイバ増幅器は、希土類ドーパントを含んでよい。この希土類ドーパントは、イッテルビウムであってよい。代替的に、または、付加的に、シード・レーザは、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含むことが可能である。
【００１３】
本発明の装置は、さらに、少なくとも１つの付加的な増幅段を備えることが可能である。代替的に、または、付加的に、この装置は、さらに、吸収体または可飽和吸収体を備えることが可能である。この可飽和吸収体は、遅延を発生させ得る。この装置は、さらに、遅延を補償するための可変遅延部を備えることが可能である。
【００１４】
本発明はまた、材料のレーザ加工を行うための方法であって、本発明の装置を提供するステップと、レーザ放射線を材料に当てるステップとを有する方法を提供する。この材料は、印刷ローラーであってよい。
【００１５】
以下、非限定的な例に基づいて、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態（実施例）を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る材料のレーザ加工を行うための装置を示すブロック図である。
【図２】本発明以外の装置におけるパルス形状を示す図である。
【図３】本発明により取得されるパルスの例を示す図である。
【図４】欠けているパルス（ｍｉｓｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｓ）の例を示す図である。
【図５】ノイズの多いパルスの例を示す図である。
【図６】本発明により提供されるダイナミックレンジの拡大の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
好ましい実施例
図１は、光放射線７によって材料８のレーザ加工を行うための本発明の装置を示すブロック図である。図１の装置は、シード・ポンプ２により励起されるシード・レーザ１と、増幅器ポンプ４により励起される増幅器３と、コントローラ５と、スキャナ６とを備えている。ここで、コントローラ５は、シード・ポンプ２、増幅器ポンプ４およびスキャナ６を互いに同期させながら制御し、これによって、シード・レーザ１により放射される光パルス１０が、増幅器３を通して伝播され、スキャナ６によって材料８に向けられるようになる。図１の装置は、光放射線７が第１の電力の範囲６１内にあるときに、コントローラ５が、増幅器３を光減衰器として動作させるべく増幅器ポンプ４を制御し、また一方で、出力電力が第２の電力の範囲６２内にあるときに、コントローラ５が、増幅器３を光増幅器として動作させるべく増幅器ポンプ４を制御することを特徴としている。第１の電力の範囲６１および第２の電力の範囲６２は、後で図６を参照しながら説明する。これらの第１および第２の電力の範囲は、互いに重なり合ってよい。電力増幅器２は、好ましくは、希土類ドーパントがドーピングされた二重クラッド光ファイバ１９を有している（図示されていない）。
【００１８】
改善されたダイナミックレンジを達成することを可能にする点は、許容ある生産力でもって、粗い形状により特徴付けられる品目を機械加工するために、定格動作範囲（平均電力、ピーク電力およびパルス・エネルギ）の最大限界でレーザを使用する場合に、マイクロ材料の加工を行う際の製造上の環境および適用製品に関して重要な利点になり得る。また一方で、上記の点によって、非常に低い平均電力、低いピーク電力および非常に低いパルス・エネルギがマイクロ材料の加工要件である場合に、定格動作範囲の下端で、細かい形状により特徴付けられる品目を加工することも同様に可能になる。図１に示す本発明の装置は、３桁のオーダーの出力電力の大きさまたはそれ以上の大きさに相当するダイナミックレンジを提供することが可能である。これに対して、本発明に係る構成および動作がなされていないレーザおよび主発振器を有する電力増幅器に関しては、代表的に、２桁未満のオーダーの出力電力の大きさに相当するダイナミックレンジを提供するにすぎない。
【００１９】
材料８は、例えば、アニロックス処理（Ａｎｉｌｏｘ ｐｒｏｃｅｓｓ）において使用されるような印刷ローラーである。印刷ローラーにマーカーを付けることに関していえば、スキャナ６は、好ましくは、レーザビームに対して印刷ローラーを走査するための機械的ユニットである。代替的に、または、付加的に、スキャナ６は、検流計および反射器を有することが可能である。
【００２０】
コントローラ５は、コンピュータのコントローラであってよい。ここで、コントローラ５は、電気的駆動電力が第１の電力の範囲６１内にあるときに、この電気的駆動電力の増幅器ポンプ４への供給を停止させるためのスイッチ１４を有することが可能である。このスイッチ１４は、例えば、リレーまたはトランジスタである。
【００２１】
コントローラ５は、複数のパルス１１を含む制御信号１７を遅延させるための可変遅延部１５を有することが可能である。好ましくは、遅延された制御信号は、増幅器３が自己Ｑスイッチング（ｓｅｌｆ−Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を開始するのを回避するために、シード・レーザ１および増幅器３の両方に供給されるであろう。複数のパルス１１は、互いに異なる振幅１２を有することが可能である。
【００２２】
図２は、２００Ｗ、１８０Ｗ，１６０Ｗ、１４０Ｗ、１２０Ｗ、１００Ｗ，８０Ｗ、６０Ｗおよび４０Ｗの連続波による等価出力電力に対応する種々の設定点におけるレーザ出力の変調によってそれぞれ生成されるパルス２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８および２９を示す図である。シード・レーザ１は、イッテルビウムがドーピングされ且つ約１０７０ｎｍ（ナノメートル）で動作するクラッディング励起のファイバレーザであり、二重クラッド光ファイバ（図示されていない）と、２つの光ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ）（図示されていない）とを有している。増幅器３は、イッテルビウムがドーピングされたクラッディング励起のファイバレーザである。図２に示されている出力のパルス形状は、増幅された状態のシード・レーザ２からの最初の緩和振動に対応している。パルスのピーク電力の変化、ひいては、パルス・エネルギの変化は、本発明を使用しなくても、各々の一連の測定においてシード・ポンプ２および増幅器ポンプ４の両方の出力電力を減少させることによって得られる。図２から明らかなように、パルスのピーク電力が低下するにつれて、パルスが遅延し、且つ、パルス形状が不鮮明になる。
【００２３】
図４および図５に例示されているような他の問題は、上記のような従来の動作によってパルス電力を減少させた場合に、パルス形状が不鮮明になるのみでなく、欠けているパルスまたはノイズの多いパルスが生ずることである。図４において、シード・ポンプ２および増幅器ポンプ４に対する制御信号４１は、結果的に、この制御信号４１と同じ繰り返し周波数で出力パルスを生成しなければならない。しかしながら、図４から明らかなように、パルスの欠落（欠けているパルス）が生じている。これは、出力電力が低い場合のパルス列においては、緩和振動を生成するためにシード・レーザ１に保存されるエネルギが不十分であり得ることに起因している。欠けているパルスの状態が発生した場合、対応するパルス・エネルギは次のパルスまで保存されるので、次のパルスに関しては、スレッショールドより高いレベルにてレーザをトリガするために十分なパルス・エネルギが得られるようになる。これに関連する問題は、ノイズの多いパルスの問題である。シード・レーザがスレッショールドのすぐ上のレベルで動作している場合に、ノイズの多いパルスが生ずるという問題である。このような問題は、図５に示されている。図５から明らかなように、パルス５２は、図２および図３に示されているパルスよりもはるかにノイズが多い。欠けているパルスまたはノイズの多いパルスが生ずる場合の出力電力は、ダイナミックレンジに関する事実上の下限を提供する。
【００２４】
図３は、本発明による結果として生ずるパルスの例を示す図である。パルス形状３１（左側の軸３３を参照のこと）は、第２の電力の範囲６２内にある増幅器３によって得られる。この第２の電力の範囲６２内において、増幅器３は、約３ｄＢの大きさの信号増幅でもって動作する。パルス形状３２（右側の軸３４を参照のこと）は、第１の電力の範囲６１内にある増幅器３によって得られる。この第１の電力の範囲６１内において、増幅器３は、約１ｄＢの減衰でもって動作する。パルス形状３１、３２は、実質的に同じである。重要なことではあるが、本発明に係る装置は、欠けているパルスまたは非常にノイズの多いパルスが生ずることなく、従来の動作モードの場合よりも低い出力電力で動作する。これは、等価出力電力に関していえば、シード・レーザ１が第１の電力の範囲内で動作する場合、第２の電力の範囲内で動作する場合よりも確実に当該シード・レーザ１が駆動されるためである。かくして、ダイナミックレンジが拡大していく。
【００２５】
図３に示されている２つのパルス形状はほぼ同一であるけれども、図面中の２つのパルスが互いに重なり合うようにするために、パルス形状３１が遅延されている点に注意すべきである。これは、図２に示すように、パルスのターンオンの遅延が駆動電力によって変化するためである。したがって、それぞれ異なる電力レベルを有する複数のパルスの同期が要求される場合、コントローラ５は、可変遅延部１５を有することが望ましい。可変遅延部１５は、内部でレーザに対して制御され、可変遅延部１５による時間遅延の結果が外部に供給され得る。
【００２６】
本発明に係る装置が有効な出力を提供し得るダイナミックレンジは、増幅器３の大きなダイナミック信号の増幅の範囲を増加させることによって、さらに拡大することが可能である。このようなダイナミックレンジのさらなる拡大は、第２の電力の範囲６２にて最大増幅を増加させるために付加的な増幅段を使用することによって達成され得る。代替的に、または、付加的に、上記のダイナミックレンジのさらなる拡大は、第１の電力の範囲にて有効な減衰を増加させるために吸収体または可飽和吸収体を挿入することによって達成され得る。吸収をブリーチ（ｂｌｅａｃｈ）するために必要な時間に相当する可飽和吸収体を含むパルスに関していえば、この可飽和吸収体は、付加的な時間遅延（図示されていない）を発生させるであろう。希土類ドーパントがドーピングされた光ファイバ１９は、この光ファイバが励起されていないときに、可飽和吸収体として動作する。かくして、電力増幅器３は、実際に、この電力増幅器が励起されているときに、増幅器として動作し、この電力増幅器が励起されていないときに、減衰器および可飽和吸収体として動作するであろう。
【００２７】
例１
この本発明の例において、装置は、２段の主発振器を有する電力増幅器であって、シード・レーザ１と、電力増幅器３とを具備している。ここで、シード・レーザ１と電力増幅器３との間での光電力の分配の比は、約１：２（１対２）である。ポンプ２、４は、レーザダイオードとして実現される。それゆえに、２００Ｗのレーザシステムにおいて、シード・レーザ１は、全体の出力に対して約６６Ｗの電力で貢献し、また一方で、電力増幅器３は、公称の定格電力を達成するために１３３Ｗの電力を付加するであろう。
【００２８】
標準動作モードにおいては、シード・レーザ１および電力増幅器３の両方が励起されており、シード・レーザ１および電力増幅器３の両方を励起するポンプダイオード（ポンプ２、４）が、互いに同期して動作する。ここで、ポンプ２、４により２段の増幅段にそれぞれ供給される電力を互いに比例して変化させることによって、出力電力が制御される。
【００２９】
代表的に、ポンプダイオードの電流は、印刷ローラー（または、他のワークピース）に対して要求されるパラメータ特性を有する出力パルス列を生成するために、高速にて変調される。
【００３０】
シード・レーザ１は、レーザキャビティ（ｌａｓｅｒ ｃａｖｉｔｙ）を生成するために、二重クラッドファイバ（すなわち、二重クラッド光ファイバ）と、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ｆｉｂｒｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ）とを有している。さらに、電力増幅器３は、二重クラッド光ファイバ１９を使用している。この二重クラッド光ファイバは、側面励起のファイバ（図示されていない）を介して側面励起されることが好ましい。この側面励起のファイバは、その長さ方向に沿って徐々に二重クラッド光ファイバ内で電力を結合させる。側面励起のファイバにより励起されるような二重クラッド光ファイバに基づいた光増幅器は、前述の先行技術文献である米国特許第６，８２６，３３５号においてより詳細に記述されている。この米国特許第６，８２６，３３５号の開示内容は、本明細書中で引用されることにより、本明細書に組み込まれている。
【００３１】
側面励起のファイバの直径は、レーザの電力定格に従って最適化されてよい。特に、シード・レーザ１に対する側面励起のファイバの直径は、好ましくは、電力増幅器３に対する側面励起のファイバの直径よりも小さい。
【００３２】
好ましくは（ただし、本質的にではない）、シード・レーザ１は、活性ファイバ（ａｃｔｉｖｅ ｆｉｂｒｅ）（例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）がドーピングされたコアまたは類似のもの）の直径が約１２５μｍ（ミクロンメートル）であり、且つ、ポンプファイバ（ｐｕｍｐ ｆｉｂｒｅ）（ポンプダイオードの電力をキャビティ内に注入するための純シリカファイバ）の直径が１２５μｍであるような二重クラッドファイバを有することが可能である。
【００３３】
電力増幅段（電力増幅器）３からの望ましい電力レベルを達成するために、且つ、より高いポンプダイオードの電力が、必要以上の光学的損失を生じさせることなく増幅器内で効率良く結合されることを可能にするために、この電力増幅段３に含まれる二重クラッド光ファイバ１９は、比較的大きなポンプファイバ（例えば、直径２００μｍ）を必要とするかもしれない。さらに、活性ファイバ（二重クラッド光ファイバ１９）は、通常、シードソース（ｓｅｅｄ ｓｏｕｒｃｅ）における活性ファイバと同じ設計により作製され、且つ、シードソースにおける活性ファイバと同じ寸法を有している。
【００３４】
下記の表１は、アニロックス処理パラメータの範囲に対するレーザの適用に関する要件を示すものである。ダイナミックレンジは、そのパルス・エネルギが０．０８ｍＪ（ミリジュール）から４０ｍＪまで変化することが可能であり、約５００倍（すなわち、２７ｄＢ）の範囲を有している。このダイナミックレンジは、従来のレーザによって達成されることが不可能である。従来のレーザにより達成される代表的なダイナミックレンジは、１００（すなわち、２０ｄＢ）である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
本発明に従ってレーザを動作させることによって、下記の表２に示すような動作パラメータを達成することが可能になる。この場合、パルス・エネルギは、４０ｍＪから０．０３ｍＪまで変化することが可能であり、１，３３３倍（すなわち、３１．２ｄＢ）の範囲を有している。
【００３７】
【表２】
【００３８】
図６は、本発明に従って作製され且つ動作させているＳＰ２００Ｃ−０００４型のレーザを使用して行われた幾つかの測定結果を示す図である。このレーザは、２００Ｗの連続波レーザであり、１００ｋＨｚ（キロヘルツ）以下の繰り返し率（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）または１００ｋＨｚを超える繰り返し率でパルスを供給するように変調され得る。図６では、両方の拡大された範囲の動作に関して、測定による平均電力６３が、設定点平均電力６４に対してプロットされ、黒三角６５により示されている。さらに、図６では、標準動作モードによる範囲の動作が、黒丸６６により示されている。標準動作モード（第２の電力の範囲６２）で動作している場合、出力電力は、約０．９Ｗを超える電力レベルから２００Ｗまでの電力レベルの範囲では安定であるが、０．９Ｗ未満の電力レベル（第１の電力の範囲６１）では不安定になる（破線６８により示されている）。本発明では、スイッチの切断動作により、レーザダイオードが電力増幅器３を励起するのを停止させることによって、ダイナミックレンジを破線６７にまで拡大することが可能である。この破線６７により示される範囲の動作が、表２に記述されているような拡大された範囲（第１の電力の範囲６１）の動作である。ここでは、出力電力は、０．０５Ｗ未満の電力レベルでも安定である。したがって、全体的なダイナミックレンジは、０．０５Ｗから２００Ｗまで拡大され、４，０００倍（すなわち、３６ｄＢ）の範囲を有している。レーザは、３０μＪ（マイクロジュール）から使用可能なパルス・エネルギでもって、アニロックス処理の全範囲にわたって動作することが可能である。本発明では、０．９Ｗを超える電力レベルにおいても、拡大された範囲で安定に動作する点に注目すべきである。これに対し、標準動作モードによる範囲の動作では、０．９Ｗ未満の電力レベルにおいて（不安定性を生じさせることなく）安定に動作することは不可能である。
【００３９】
このようにして、本発明の装置は、パルスレーザシステム、特に、レーザからの緩和振動を利用するパルスレーザシステムのダイナミックレンジを増加させる。この装置はまた、パルスの欠落および関連する不安定性が生ずるような比較的低い電力レベルに達する前に、レーザからの繰り返し周波数を増加させるために使用され得る。
【００４０】
好ましくは、パルスレーザシステムは、シード・レーザ１と、少なくとも１つの増幅器３とを有している。好ましくは、シード・レーザ１および増幅器３は、１００Ｗと１０００Ｗとの間でのポンプ電力の集合体によって励起される。ポンプ電力の約１０％から８０％までの電力は、シード・レーザ１に供給される。好ましくは、シード・レーザ１は、ポンプ電力の約２０％から５０％までの電力によって励起される。さらに、好ましくは、シード・レーザ１は、ポンプ電力の約２５％から４０％までの電力によって励起される。
【００４１】
前述のように、本発明の方法は、本発明の装置を提供するステップと、レーザ放射線を材料８に当てるステップとを有する。この方法は、さらに、シード・ポンプ２および増幅器ポンプ４により提供されるポンプ電力の比を変化させることによって、材料８に当てられるレーザ放射線のダイナミックレンジを増加させるステップを有する。シード・ポンプ２により提供されるポンプ電力は、増幅器ポンプ４により提供されるポンプ電力よりもはるかに大きい。増幅器ポンプ４により提供されるポンプ電力は、零（０）にまで減少させることが可能である。材料８は、印刷ローラーであってよい。印刷ローラーに関していえば、この印刷ローラーの用語は、例えば、セラミック印刷ローラー、アニロックス印刷ローラー、インク転送ローラー、文字を印刷するための印刷ローラー、または、印刷ローラーに付随している文字を印刷するためのシートといったように、適用製品を印刷するためのローラーを意味するものである。このようなローラーとして、特に、アニロックス処理において使用されるようなセラミックがコーティングされた印刷ローラーが有利である。アニロックス印刷機は、米国ペンシルバニア州のダンカンスビル（Ｄｕｎｃａｎｓｖｉｌｌｅ）のエフ．エル．スミス マシン カンパニー インコーポレイティド（Ｆ．Ｌ．Ｓｍｉｔｈｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）の支店であるアクアフレックス（Ａｑｕａｆｌｅｘ）から入手可能である。
【００４２】
添付の図面を参照しながらこれまで説明した本発明の実施例は、具体的な例を述べているにすぎず、本発明の性能を向上させるために様々な改良および付加的な構成部品が提供され得ることは、認識されるべきことである。本発明は、上記のような様々な改良および付加的な構成部品をそれぞれ別個に取得するか、または、互いに組み合わせて取得することによって、様々な改良および付加的な構成部品に関連した特徴にまで拡大され得る。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料のレーザ加工を行うための装置および方法に関する。
【０００２】
不変のパルス形状およびパルスタイミングと共に非常に広いダイナミックレンジを必要とするパルスレーザに関して、多数の応用分野が存在する。このような応用分野の好ましい例が、印刷機用のローラーを加工することである。これらの印刷機は、印刷ローラーにマークを付けるために使用されるような高い平均電力を有するレーザを必要とする。複数のパルスにおける電力は、要求される印刷分解能を達成するために精度良く変化することが必要である。レーザのダイナミックレンジが広くなるほど、ある特定のレーザにより修理され得るプリント・ホイール（ｐｒｉｎｔ ｗｈｅｅｌ）の範囲が広くなる。不変のパルスタイミングおよび予測可能なパルス形状を提供することができない場合、印刷品質が低下する。
【背景技術】
【０００３】
上記のような従来技術のパルスレーザに対する解として、出力電力を減衰させるための外部変調器を具備する連続波レーザ（例えば、二酸化炭素レーザまたはファイバレーザ）を使用することが考えられる。この外部変調器は、代表的に、レーザビームを適宜ゲート制御したり弱めたりするための音響光学変調器（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）である。
【０００４】
残念なことに、従来技術のパルスレーザにおいては、パルス電力が変化するにつれて、パルス形状が不鮮明になり、且つ、パルスが遅延する。代替的に、長パルスを出力するファイバレーザが使用されている。しかしながら、長パルスは、ダイナミックレンジに制限を加えている。これによって、（１インチ当たりのライン数により規定される）印刷分解能、および、印刷対象の材料の単位面積当たりに転送されるインクの量に制限が生ずる。この結果、印刷品質が低下する。それゆえに、それぞれ異なる印刷分解能でマークを付けるための多数のレーザを備えることが必要になる。上記のような応用分野に使用される従来技術のレーザは、代表的に、１００Ｗ（ワット）と５００Ｗとの間の出力電力を有する。この場合、出力電力の大きさのダイナミックレンジは２０ｄＢ（デシベル）未満である。しかしながら、このダイナミックレンジを少なくとも３０ｄＢにまで増加させるほうが有利であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，８２６，３３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、前述のような従来技術の問題点を解消することができるような材料のレーザ加工を行うための装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の非制限的な実施態様において、シード・ポンプ（ｓｅｅｄ ｐｕｍｐ）により励起される（ｐｕｍｐｅｄ）シード・レーザと、増幅器ポンプ（ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｐｕｍｐ）により励起される増幅器と、コントローラと、スキャナとを備えるような材料のレーザ加工を行うための装置が提供される。この装置において、コントローラは、シード・ポンプ、増幅器ポンプおよびスキャナを互いに同期させながら制御し、これによって、シード・レーザにより放射される光パルスが、増幅器を通して伝播され、スキャナによって材料に向けられるようになる。この装置は、光放射線が第１の電力の範囲内にあるときに、コントローラが、増幅器を光減衰器として動作させるべく増幅器ポンプを制御し、また一方で、出力電力が第２の電力の範囲内にあるときに、コントローラが、増幅器を光増幅器として動作させるべく増幅器ポンプを制御することを特徴としている。
【０００８】
好都合なことに、本発明は、改善されたダイナミックレンジを可能にする。この点は、許容ある生産力でもって、粗い形状により特徴付けられる品目を機械加工するために、定格動作範囲（平均電力、ピーク電力およびパルス・エネルギ）の最大限界でレーザを使用する場合に、マイクロ材料の加工を行う際の製造上の環境および適用製品に関して重要な利点になり得る。また一方で、上記の点によって、非常に低い平均電力、低いピーク電力および非常に低いパルス・エネルギがマイクロ材料の加工要件である場合に、定格動作範囲の下端で、細かい形状により特徴付けられる品目を加工することも同様に可能になる。本発明は、少なくとも３桁のオーダーの出力電力の大きさ（３０ｄＢ）に相当するダイナミックレンジを提供することが可能である。これに対して、本発明に係る構成および動作がなされていないレーザおよび主発振器を有する電力増幅器に関しては、代表的に、２桁未満のオーダーの出力電力の大きさ（２０ｄＢ）に相当するダイナミックレンジを提供するにすぎない。
【０００９】
印刷ローラーにマーカーを付けることに関していえば、スキャナは、好ましくは、レーザビームに対して印刷ローラーを走査するための機械的ユニットである。代替的に、または、付加的に、スキャナは、検流計および反射器を有することが可能である。印刷ローラーに関していえば、この印刷ローラーの用語は、例えば、セラミック印刷ローラー、アニロックス（ａｎｉｌｏｘ）印刷ローラー、インク転送ローラー、文字を印刷するための印刷ローラー、または、印刷ローラーに付随している文字を印刷するためのシートといったように、適用製品を印刷するためのローラーを意味するものである。
【００１０】
コントローラは、コンピュータのコントローラであってよい。好ましくは、コントローラは、電気的駆動電力が第１の電力の範囲内にあるときに、この電気的駆動電力の増幅器ポンプへの供給を停止させるためのスイッチ（例えば、リレーまたはトランジスタ）を有することが可能である。
【００１１】
シード・レーザは、クラッディング励起のファイバレーザを有することが可能である。このクラッディング励起のファイバレーザは、希土類ドーパントを含んでよい。この希土類ドーパントは、イッテルビウムであってよい。代替的に、または、付加的に、シード・レーザは、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含むことが可能である。
【００１２】
増幅器は、クラッディング励起のファイバ増幅器を有することが可能である。このクラッディング励起のファイバ増幅器は、希土類ドーパントを含んでよい。この希土類ドーパントは、イッテルビウムであってよい。代替的に、または、付加的に、シード・レーザは、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含むことが可能である。
【００１３】
本発明の装置は、さらに、少なくとも１つの付加的な増幅段を備えることが可能である。代替的に、または、付加的に、この装置は、さらに、吸収体または可飽和吸収体を備えることが可能である。この可飽和吸収体は、遅延を発生させ得る。この装置は、さらに、遅延を補償するための可変遅延部を備えることが可能である。
【００１４】
本発明はまた、材料のレーザ加工を行うための方法であって、本発明の装置を提供するステップと、レーザ放射線を材料に当てるステップとを有する方法を提供する。この材料は、印刷ローラーであってよい。
【００１５】
以下、非限定的な例に基づいて、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態（実施例）を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る材料のレーザ加工を行うための装置を示すブロック図である。
【図２】本発明以外の装置におけるパルス形状を示す図である。
【図３】本発明により取得されるパルスの例を示す図である。
【図４】欠けているパルス（ｍｉｓｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｓ）の例を示す図である。
【図５】ノイズの多いパルスの例を示す図である。
【図６】本発明により提供されるダイナミックレンジの拡大の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
好ましい実施例
図１は、光放射線７によって材料８のレーザ加工を行うための本発明の装置を示すブロック図である。図１の装置は、シード・ポンプ２により励起されるシード・レーザ１と、増幅器ポンプ４により励起される増幅器３と、コントローラ５と、スキャナ６とを備えている。ここで、コントローラ５は、シード・ポンプ２、増幅器ポンプ４およびスキャナ６を互いに同期させながら制御し、これによって、シード・レーザ１により放射される光パルス１０が、増幅器３を通して伝播され、スキャナ６によって材料８に向けられるようになる。図１の装置は、光放射線７が第１の電力の範囲６１内にあるときに、コントローラ５が、増幅器３を光減衰器として動作させるべく増幅器ポンプ４を制御し、また一方で、出力電力が第２の電力の範囲６２内にあるときに、コントローラ５が、増幅器３を光増幅器として動作させるべく増幅器ポンプ４を制御することを特徴としている。第１の電力の範囲６１および第２の電力の範囲６２は、後で図６を参照しながら説明する。これらの第１および第２の電力の範囲は、互いに重なり合ってよい。電力増幅器２は、好ましくは、希土類ドーパントがドーピングされた二重クラッド光ファイバ１９を有している（図示されていない）。
【００１８】
改善されたダイナミックレンジを達成することを可能にする点は、許容ある生産力でもって、粗い形状により特徴付けられる品目を機械加工するために、定格動作範囲（平均電力、ピーク電力およびパルス・エネルギ）の最大限界でレーザを使用する場合に、マイクロ材料の加工を行う際の製造上の環境および適用製品に関して重要な利点になり得る。また一方で、上記の点によって、非常に低い平均電力、低いピーク電力および非常に低いパルス・エネルギがマイクロ材料の加工要件である場合に、定格動作範囲の下端で、細かい形状により特徴付けられる品目を加工することも同様に可能になる。図１に示す本発明の装置は、３桁のオーダーの出力電力の大きさまたはそれ以上の大きさに相当するダイナミックレンジを提供することが可能である。これに対して、本発明に係る構成および動作がなされていないレーザおよび主発振器を有する電力増幅器に関しては、代表的に、２桁未満のオーダーの出力電力の大きさに相当するダイナミックレンジを提供するにすぎない。
【００１９】
材料８は、例えば、アニロックス処理（Ａｎｉｌｏｘ ｐｒｏｃｅｓｓ）において使用されるような印刷ローラーである。印刷ローラーにマーカーを付けることに関していえば、スキャナ６は、好ましくは、レーザビームに対して印刷ローラーを走査するための機械的ユニットである。代替的に、または、付加的に、スキャナ６は、検流計および反射器を有することが可能である。
【００２０】
コントローラ５は、コンピュータのコントローラであってよい。ここで、コントローラ５は、電気的駆動電力が第１の電力の範囲６１内にあるときに、この電気的駆動電力の増幅器ポンプ４への供給を停止させるためのスイッチ１４を有することが可能である。このスイッチ１４は、例えば、リレーまたはトランジスタである。
【００２１】
コントローラ５は、複数のパルス１１を含む制御信号１７を遅延させるための可変遅延部１５を有することが可能である。好ましくは、遅延された制御信号は、増幅器３が自己Ｑスイッチング（ｓｅｌｆ−Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を開始するのを回避するために、シード・レーザ１および増幅器３の両方に供給されるであろう。複数のパルス１１は、互いに異なる振幅１２を有することが可能である。
【００２２】
図２は、２００Ｗ、１８０Ｗ，１６０Ｗ、１４０Ｗ、１２０Ｗ、１００Ｗ，８０Ｗ、６０Ｗおよび４０Ｗの連続波による等価出力電力に対応する種々の設定点におけるレーザ出力の変調によってそれぞれ生成されるパルス２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８および２９を示す図である。シード・レーザ１は、イッテルビウムがドーピングされ且つ約１０７０ｎｍ（ナノメートル）で動作するクラッディング励起のファイバレーザであり、二重クラッド光ファイバ（図示されていない）と、２つの光ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ）（図示されていない）とを有している。増幅器３は、イッテルビウムがドーピングされたクラッディング励起のファイバレーザである。図２に示されている出力のパルス形状は、増幅された状態のシード・レーザ２からの最初の緩和振動に対応している。パルスのピーク電力の変化、ひいては、パルス・エネルギの変化は、本発明を使用しなくても、各々の一連の測定においてシード・ポンプ２および増幅器ポンプ４の両方の出力電力を減少させることによって得られる。図２から明らかなように、パルスのピーク電力が低下するにつれて、パルスが遅延し、且つ、パルス形状が不鮮明になる。
【００２３】
図４および図５に例示されているような他の問題は、上記のような従来の動作によってパルス電力を減少させた場合に、パルス形状が不鮮明になるのみでなく、欠けているパルスまたはノイズの多いパルスが生ずることである。図４において、シード・ポンプ２および増幅器ポンプ４に対する制御信号４１は、結果的に、この制御信号４１と同じ繰り返し周波数で出力パルスを生成しなければならない。しかしながら、図４から明らかなように、パルスの欠落（欠けているパルス）が生じている。これは、出力電力が低い場合のパルス列においては、緩和振動を生成するためにシード・レーザ１に保存されるエネルギが不十分であり得ることに起因している。欠けているパルスの状態が発生した場合、対応するパルス・エネルギは次のパルスまで保存されるので、次のパルスに関しては、スレッショールドより高いレベルにてレーザをトリガするために十分なパルス・エネルギが得られるようになる。これに関連する問題は、ノイズの多いパルスの問題である。シード・レーザがスレッショールドのすぐ上のレベルで動作している場合に、ノイズの多いパルスが生ずるという問題である。このような問題は、図５に示されている。図５から明らかなように、パルス５２は、図２および図３に示されているパルスよりもはるかにノイズが多い。欠けているパルスまたはノイズの多いパルスが生ずる場合の出力電力は、ダイナミックレンジに関する事実上の下限を提供する。
【００２４】
図３は、本発明による結果として生ずるパルスの例を示す図である。パルス形状３１（左側の軸３３を参照のこと）は、第２の電力の範囲６２内にある増幅器３によって得られる。この第２の電力の範囲６２内において、増幅器３は、約３ｄＢの大きさの信号増幅でもって動作する。パルス形状３２（右側の軸３４を参照のこと）は、第１の電力の範囲６１内にある増幅器３によって得られる。この第１の電力の範囲６１内において、増幅器３は、約１ｄＢの減衰でもって動作する。パルス形状３１、３２は、実質的に同じである。重要なことではあるが、本発明に係る装置は、欠けているパルスまたは非常にノイズの多いパルスが生ずることなく、従来の動作モードの場合よりも低い出力電力で動作する。これは、等価出力電力に関していえば、シード・レーザ１が第１の電力の範囲内で動作する場合、第２の電力の範囲内で動作する場合よりも確実に当該シード・レーザ１が駆動されるためである。かくして、ダイナミックレンジが拡大していく。
【００２５】
図３に示されている２つのパルス形状はほぼ同一であるけれども、図面中の２つのパルスが互いに重なり合うようにするために、パルス形状３１が遅延されている点に注意すべきである。これは、図２に示すように、パルスのターンオンの遅延が駆動電力によって変化するためである。したがって、それぞれ異なる電力レベルを有する複数のパルスの同期が要求される場合、コントローラ５は、可変遅延部１５を有することが望ましい。可変遅延部１５は、内部でレーザに対して制御され、可変遅延部１５による時間遅延の結果が外部に供給され得る。
【００２６】
本発明に係る装置が有効な出力を提供し得るダイナミックレンジは、増幅器３の大きなダイナミック信号の増幅の範囲を増加させることによって、さらに拡大することが可能である。このようなダイナミックレンジのさらなる拡大は、第２の電力の範囲６２にて最大増幅を増加させるために付加的な増幅段を使用することによって達成され得る。代替的に、または、付加的に、上記のダイナミックレンジのさらなる拡大は、第１の電力の範囲にて有効な減衰を増加させるために吸収体または可飽和吸収体を挿入することによって達成され得る。吸収をブリーチ（ｂｌｅａｃｈ）するために必要な時間に相当する可飽和吸収体を含むパルスに関していえば、この可飽和吸収体は、付加的な時間遅延（図示されていない）を発生させるであろう。希土類ドーパントがドーピングされた光ファイバ１９は、この光ファイバが励起されていないときに、可飽和吸収体として動作する。かくして、電力増幅器３は、実際に、この電力増幅器が励起されているときに、増幅器として動作し、この電力増幅器が励起されていないときに、減衰器および可飽和吸収体として動作するであろう。
【００２７】
例１
この本発明の例において、装置は、２段の主発振器を有する電力増幅器であって、シード・レーザ１と、電力増幅器３とを具備している。ここで、シード・レーザ１と電力増幅器３との間での光電力の分配の比は、約１：２（１対２）である。ポンプ２、４は、レーザダイオードとして実現される。それゆえに、２００Ｗのレーザシステムにおいて、シード・レーザ１は、全体の出力に対して約６６Ｗの電力で貢献し、また一方で、電力増幅器３は、公称の定格電力を達成するために１３３Ｗの電力を付加するであろう。
【００２８】
標準動作モードにおいては、シード・レーザ１および電力増幅器３の両方が励起されており、シード・レーザ１および電力増幅器３の両方を励起するポンプダイオード（ポンプ２、４）が、互いに同期して動作する。ここで、ポンプ２、４により２段の増幅段にそれぞれ供給される電力を互いに比例して変化させることによって、出力電力が制御される。
【００２９】
代表的に、ポンプダイオードの電流は、印刷ローラー（または、他のワークピース）に対して要求されるパラメータ特性を有する出力パルス列を生成するために、高速にて変調される。
【００３０】
シード・レーザ１は、レーザキャビティ（ｌａｓｅｒ ｃａｖｉｔｙ）を生成するために、二重クラッドファイバ（すなわち、二重クラッド光ファイバ）と、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ｆｉｂｒｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ）とを有している。さらに、電力増幅器３は、二重クラッド光ファイバ１９を使用している。この二重クラッド光ファイバは、側面励起のファイバ（図示されていない）を介して側面励起されることが好ましい。この側面励起のファイバは、その長さ方向に沿って徐々に二重クラッド光ファイバ内で電力を結合させる。側面励起のファイバにより励起されるような二重クラッド光ファイバに基づいた光増幅器は、前述の先行技術文献である米国特許第６，８２６，３３５号においてより詳細に記述されている。この米国特許第６，８２６，３３５号の開示内容は、本明細書中で引用されることにより、本明細書に組み込まれている。
【００３１】
側面励起のファイバの直径は、レーザの電力定格に従って最適化されてよい。特に、シード・レーザ１に対する側面励起のファイバの直径は、好ましくは、電力増幅器３に対する側面励起のファイバの直径よりも小さい。
【００３２】
好ましくは（ただし、本質的にではない）、シード・レーザ１は、活性ファイバ（ａｃｔｉｖｅ ｆｉｂｒｅ）（例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）がドーピングされたコアまたは類似のもの）の直径が約１２５μｍ（ミクロンメートル）であり、且つ、ポンプファイバ（ｐｕｍｐ ｆｉｂｒｅ）（ポンプダイオードの電力をキャビティ内に注入するための純シリカファイバ）の直径が１２５μｍであるような二重クラッドファイバを有することが可能である。
【００３３】
電力増幅段（電力増幅器）３からの望ましい電力レベルを達成するために、且つ、より高いポンプダイオードの電力が、必要以上の光学的損失を生じさせることなく増幅器内で効率良く結合されることを可能にするために、この電力増幅段３に含まれる二重クラッド光ファイバ１９は、比較的大きなポンプファイバ（例えば、直径２００μｍ）を必要とするかもしれない。さらに、活性ファイバ（二重クラッド光ファイバ１９）は、通常、シードソース（ｓｅｅｄ ｓｏｕｒｃｅ）における活性ファイバと同じ設計により作製され、且つ、シードソースにおける活性ファイバと同じ寸法を有している。
【００３４】
下記の表１は、アニロックス処理パラメータの範囲に対するレーザの適用に関する要件を示すものである。ダイナミックレンジは、そのパルス・エネルギが０．０８ｍＪ（ミリジュール）から４０ｍＪまで変化することが可能であり、約５００倍（すなわち、２７ｄＢ）の範囲を有している。このダイナミックレンジは、従来のレーザによって達成されることが不可能である。従来のレーザにより達成される代表的なダイナミックレンジは、１００（すなわち、２０ｄＢ）である。
【００３５】
【表１】
【００３６】
本発明に従ってレーザを動作させることによって、下記の表２に示すような動作パラメータを達成することが可能になる。この場合、パルス・エネルギは、４０ｍＪから０．０３ｍＪまで変化することが可能であり、１，３３３倍（すなわち、３１．２ｄＢ）の範囲を有している。
【００３７】
【表２】
【００３８】
図６は、本発明に従って作製され且つ動作させているＳＰ２００Ｃ−０００４型のレーザを使用して行われた幾つかの測定結果を示す図である。このレーザは、２００Ｗの連続波レーザであり、１００ｋＨｚ（キロヘルツ）以下の繰り返し率（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）または１００ｋＨｚを超える繰り返し率でパルスを供給するように変調され得る。図６では、両方の拡大された範囲の動作に関して、測定による平均電力６３が、設定点平均電力６４に対してプロットされ、黒三角６５により示されている。さらに、図６では、標準動作モードによる範囲の動作が、黒丸６６により示されている。標準動作モード（第２の電力の範囲６２）で動作している場合、出力電力は、約０．９Ｗを超える電力レベルから２００Ｗまでの電力レベルの範囲では安定であるが、０．９Ｗ未満の電力レベル（第１の電力の範囲６１）では不安定になる（破線６８により示されている）。本発明では、スイッチの切断動作により、レーザダイオードが電力増幅器３を励起するのを停止させることによって、ダイナミックレンジを破線６７にまで拡大することが可能である。この破線６７により示される範囲の動作が、表２に記述されているような拡大された範囲（第１の電力の範囲６１）の動作である。ここでは、出力電力は、０．０５Ｗ未満の電力レベルでも安定である。したがって、全体的なダイナミックレンジは、０．０５Ｗから２００Ｗまで拡大され、４，０００倍（すなわち、３６ｄＢ）の範囲を有している。レーザは、３０μＪ（マイクロジュール）から使用可能なパルス・エネルギでもって、アニロックス処理の全範囲にわたって動作することが可能である。本発明では、０．９Ｗを超える電力レベルにおいても、拡大された範囲で安定に動作する点に注目すべきである。これに対し、標準動作モードによる範囲の動作では、０．９Ｗ未満の電力レベルにおいて（不安定性を生じさせることなく）安定に動作することは不可能である。
【００３９】
このようにして、本発明の装置は、パルスレーザシステム、特に、レーザからの緩和振動を利用するパルスレーザシステムのダイナミックレンジを増加させる。この装置はまた、パルスの欠落および関連する不安定性が生ずるような比較的低い電力レベルに達する前に、レーザからの繰り返し周波数を増加させるために使用され得る。
【００４０】
好ましくは、パルスレーザシステムは、シード・レーザ１と、少なくとも１つの増幅器３とを有している。好ましくは、シード・レーザ１および増幅器３は、１００Ｗと１０００Ｗとの間でのポンプ電力の集合体によって励起される。ポンプ電力の約１０％から８０％までの電力は、シード・レーザ１に供給される。好ましくは、シード・レーザ１は、ポンプ電力の約２０％から５０％までの電力によって励起される。さらに、好ましくは、シード・レーザ１は、ポンプ電力の約２５％から４０％までの電力によって励起される。
【００４１】
前述のように、本発明の方法は、本発明の装置を提供するステップと、レーザ放射線を材料８に当てるステップとを有する。この方法は、さらに、シード・ポンプ２および増幅器ポンプ４により提供されるポンプ電力の比を変化させることによって、材料８に当てられるレーザ放射線のダイナミックレンジを増加させるステップを有する。シード・ポンプ２により提供されるポンプ電力は、増幅器ポンプ４により提供されるポンプ電力よりもはるかに大きい。増幅器ポンプ４により提供されるポンプ電力は、零（０）にまで減少させることが可能である。材料８は、印刷ローラーであってよい。印刷ローラーに関していえば、この印刷ローラーの用語は、例えば、セラミック印刷ローラー、アニロックス印刷ローラー、インク転送ローラー、文字を印刷するための印刷ローラー、または、印刷ローラーに付随している文字を印刷するためのシートといったように、適用製品を印刷するためのローラーを意味するものである。このようなローラーとして、特に、アニロックス処理において使用されるようなセラミックがコーティングされた印刷ローラーが有利である。アニロックス印刷機は、米国ペンシルバニア州のダンカンスビル（Ｄｕｎｃａｎｓｖｉｌｌｅ）のエフ．エル．スミス マシン カンパニー インコーポレイティド（Ｆ．Ｌ．Ｓｍｉｔｈｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）の支店であるアクアフレックス（Ａｑｕａｆｌｅｘ）から入手可能である。
【００４２】
添付の図面を参照しながらこれまで説明した本発明の実施例は、具体的な例を述べているにすぎず、本発明の性能を向上させるために様々な改良および付加的な構成部品が提供され得ることは、認識されるべきことである。本発明は、上記のような様々な改良および付加的な構成部品をそれぞれ別個に取得するか、または、互いに組み合わせて取得することによって、様々な改良および付加的な構成部品に関連した特徴にまで拡大され得る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料のレーザ加工を行うための装置において、シード・ポンプにより励起されるシード・レーザと、増幅器ポンプにより励起される増幅器と、コントローラと、スキャナとを備え、
前記コントローラは、前記シード・ポンプ、前記増幅器ポンプおよび前記スキャナを互いに同期させながら制御し、これによって、前記シード・レーザにより放射される光パルスが、増幅器を通して伝播され、前記スキャナによって材料に向けられるようになり、
前記装置は、光放射線が第１の電力の範囲内にあるときに、前記コントローラが、前記増幅器を光減衰器として動作させるべく前記増幅器ポンプを制御し、また一方で、出力電力が第２の電力の範囲内にあるときに、前記コントローラが、前記増幅器を光増幅器として動作させるべく前記増幅器ポンプを制御することを特徴とする、材料のレーザ加工を行うための装置。
【請求項２】
前記スキャナが、機械的ユニットである請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記スキャナが、検流計および反射器を有する請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが、コンピュータのコントローラである請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラは、電気的駆動電力が前記第１の電力の範囲内にあるときに、前記電気的駆動電力の前記増幅器ポンプへの供給を停止させるためのスイッチを有する請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記シード・レーザが、クラッディング励起のファイバレーザを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記クラッディング励起のファイバレーザが、希土類ドーパントを含む請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記希土類ドーパントが、イッテルビウムを含む請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記希土類ドーパントが、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含む請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
前記増幅器が、クラッディング励起のファイバ増幅器を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記クラッディング励起のファイバ増幅器が、希土類ドーパントを含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記希土類ドーパントが、イッテルビウムを含む請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記希土類ドーパントが、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含む請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、さらに、少なくとも１つの付加的な増幅段を備える請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が、さらに、吸収体を備える請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が、さらに、可飽和吸収体を備える請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記可飽和吸収体が、遅延を発生させ、前記装置が、さらに、前記遅延を補償するための可変遅延部を備える請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
材料のレーザ加工を行うための方法であって、
本発明の装置を提供するステップと、
レーザ放射線を前記材料に当てるステップとを有することを特徴とする、材料のレーザ加工を行うための方法。
【請求項１９】
前記材料が、印刷ローラーである請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
材料のレーザ加工を行うための装置において、シード・ポンプにより励起されるシード・レーザと、増幅器ポンプにより励起される増幅器と、コントローラと、スキャナとを備え、
前記コントローラは、前記シード・ポンプ、前記増幅器ポンプおよび前記スキャナを互いに同期させながら制御し、これによって、前記シード・レーザにより放射される光パルスが、増幅器を通して伝播され、前記スキャナによって材料に向けられるようになり、
前記装置は、光放射線が第１の電力の範囲内にあるときに、前記コントローラが、前記増幅器を光減衰器として動作させるべく前記増幅器ポンプを制御し、また一方で、出力電力が第２の電力の範囲内にあるときに、前記コントローラが、前記増幅器を光増幅器として動作させるべく前記増幅器ポンプを制御することを特徴とする、材料のレーザ加工を行うための装置。
【請求項２】
前記スキャナが、機械的ユニットである請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記スキャナが、検流計および反射器を有する請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが、コンピュータのコントローラである請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラは、電気的駆動電力が前記第１の電力の範囲内にあるときに、前記電気的駆動電力の前記増幅器ポンプへの供給を停止させるためのスイッチを有する請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記シード・レーザが、クラッディング励起のファイバレーザを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記クラッディング励起のファイバレーザが、希土類ドーパントを含む請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記希土類ドーパントが、イッテルビウムを含む請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記希土類ドーパントが、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含む請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
前記増幅器が、クラッディング励起のファイバ増幅器を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記クラッディング励起のファイバ増幅器が、希土類ドーパントを含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記希土類ドーパントが、イッテルビウムを含む請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記希土類ドーパントが、エルビウム、ツリウム、ホルミウムまたはネオジムを含む請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１４】
前記装置が、さらに、少なくとも１つの付加的な増幅段を備える請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が、さらに、吸収体を備える請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記装置が、さらに、可飽和吸収体を備える請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記可飽和吸収体が、遅延を発生させ、前記装置が、さらに、前記遅延を補償するための可変遅延部を備える請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
材料のレーザ加工を行うための方法であって、
本発明の装置を提供するステップと、
レーザ放射線を前記材料に当てるステップとを有することを特徴とする、材料のレーザ加工を行うための方法。
【請求項１９】
前記材料が、印刷ローラーである請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１０−５３３３７３（Ｐ２０１０−５３３３７３Ａ）
【公表日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１５５９７（Ｐ２０１０−５１５５９７）
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００２３５７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００７７２１
【国際公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（５０３４４３７７３）エスピーアイ レーザーズ ユーケー リミテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００８／００２３５７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００７７２１
【国際公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（５０３４４３７７３）エスピーアイ レーザーズ ユーケー リミテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
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