CN110036316A - 红外激光用反射部件、激光振荡器、激光加工装置及红外激光用反射部件的制造方法 - Google Patents

Abstract

红外激光用反射部件(100)具备：衬底(1)；SiO膜(6)；以及金属膜(3)，其形成于衬底(1)和SiO膜(6)之间。

Description

红外激光用反射部件、激光振荡器、激光加工装置及红外激光 用反射部件的制造方法

技术领域

本发明涉及对红外激光进行反射的红外激光用反射部件、激光振荡器、激光加工装置及红外激光用反射部件的制造方法。

背景技术

照射激光对对象物的形状进行加工的激光加工装置用于各种领域。激光加工装置使用的激光的波长与要加工的对象物的材质匹配地进行选择。以CO₂(二氧化碳)激光为代表的波长9μm波段的红外激光，在用于在树脂制的印刷基板形成配线电极的开孔加工等中使用。

在进行开孔加工的情况下，对于激光加工装置，谋求形成更接近正圆的形状的加工孔。为了形成接近正圆的形状的加工孔，需要使得用于加工的激光是各向同性的圆偏振光。为了满足这样的要求，存在一种激光加工装置，其具备：激光振荡器，其振荡出直线偏振光的激光；以及偏振光变换部件，其配置于光路上，该激光加工装置采用了将直线偏振光的激光变换为圆偏振光的方式。为了使这样的激光加工装置射出更加各向同性的圆偏振光的激光，需要振荡出振动方向规则的理想性的直线偏振光的激光振荡器。

作为在红外激光的波长区域使用的反射部件，例如列举有专利文献1以及专利文献2公开的部件。专利文献1公开的反射部件是在Si(硅)衬底或Cu(铜)衬底之上形成有Cr(铬)层、Au(金)层或Ag(银)层、HfO₂(氧化铪)层或Bi₂O₃(氧化铋)层、ZnSe(硒化锌)层或ZnS(硫化锌)层、Ge(锗)层。在专利文献2公开的反射部件是在Si衬底或Cu衬底之上形成有Au层、YF₃(氟化钇)层或YbF₃(氟化镱)层、ZnSe层或ZnS层、Ge层、ZnSe层或ZnS层、YF₃层或YbF₃层。上述现有的反射部件都对红外激光实现了大于或等于99.7％的反射率。

专利文献1：日本特开2003-302520号公报

专利文献2：日本特开2009-086533号公报

发明内容

但是，在激光振荡器内部使用上述现有的反射部件的情况下，存在从激光振荡器振荡出的激光不会变成直线偏振光的问题。为了得到直线偏振光的激光，需要使反射部件的、针对S波的反射率和针对P波的反射率之间存在差。但是，在上述现有的反射部件中，由于针对S波的反射率和针对P波的反射率的差小，所以不能构成振荡出直线偏振光的激光振荡器。

本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于得到红外激光用反射部件，其能够构成振荡出直线偏振光的红外激光的激光振荡器。

为了解决上述课题而达成目的，本发明涉及的红外激光用反射部件具备：衬底、SiO(一氧化硅)膜、以及在衬底和SiO膜之间形成的金属膜。

发明的效果

根据本发明，获得以下效果，即，得到一种红外激光用反射部件，其能够实现振荡出振动方向规则的直线偏振光的红外激光的激光振荡器。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式涉及的激光加工装置的结构的图。

图2是图1所示的激光振荡器的结构图。

图3是能够作为图2所示的折返反射镜使用的反射部件的第1结构图。

图4是在图3所示的反射部件的制造中使用的成膜装置的概略结构图。

图5是表示实施例1的反射部件的光学特性的图。

图6是表示对比例1的反射部件的光学特性的图。

图7是表示对比例2的反射部件的光学特性的图。

图8是将实施例1以及对比例1的反射部件的反射率和反射次数一起表示的图。

图9是表示实施例2、对比例3以及对比例4的反射部件的耐久性试验结果的表。

图10是表示实施例2的反射部件的光学特性的图。

图11是表示实施例3的反射部件的光学特性的图。

图12是表示实施例4的反射部件的光学特性的图。

图13是表示实施例5的反射部件的光学特性的图。

图14是表示对比例5的反射部件的光学特性的图。

图15是将实施例2至实施例5以及对比例5的反射部件的反射率和反射次数一起表示的图。

图16是表示实施例1、实施例3、实施例4以及实施例5的反射部件的耐久试验结果的图。

图17是表示各种材料的折射率的图。

图18是表示各种材料的消光系数的图。

图19是能够作为图2所示的折返反射镜使用的反射部件的第2结构图。

图20是能够作为图2所示的折返反射镜使用的反射部件的第3结构图。

图21是能够作为图2所示的折返反射镜使用的反射部件的第4结构图。

图22是表示实施例6的反射部件的光学特性的图。

图23是表示实施例7的反射部件的光学特性的图。

图24是表示实施例8的反射部件的光学特性的图。

图25是表示实施例9的反射部件的光学特性的图。

图26是表示实施例10的反射部件的光学特性的图。

图27是表示实施例11的反射部件的光学特性的图。

图28是表示对比例6的反射部件的光学特性的图。

图29是表示对比例7的反射部件的光学特性的图。

图30是表示对比例8的反射部件的光学特性的图。

图31是将实施例6至实施例11的反射部件的反射率和反射次数一起表示的图。

图32是将对比例6至对比例8的反射部件的反射率和反射次数一起表示的图。

图33是表示实施例6至实施例11的反射部件的耐久性试验结果的表。

图34是图1所示的激光振荡器的其他的结构图。

图35是表示图34所示的激光振荡器中的能量的增益分布的图。

图36是对应用了本发明的反射部件的激光振荡器的性能进行了评价的图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明的实施方式涉及的红外激光用反射部件、激光振荡器、激光加工装置以及红外激光用反射部件的制造方法。此外，本发明不受该实施方式限定。

实施方式1

图1是示意性地表示本发明的实施方式涉及的激光加工装置的结构的图。激光加工装置10具有激光振荡器11、偏振光变换部件12、聚光光学系统13、加工台14、驱动部15和控制部16。

激光振荡器11射出振动方向规则的直线偏振光的激光。偏振光变换部件12配置于从激光振荡器11射出的激光照射至加工对象物17的光路上，将从激光振荡器11射出的直线偏振光的激光变换为圆偏振光。聚光光学系统13使通过偏振光变换部件12变换为圆偏振光的激光在加工对象物17会聚。聚光光学系统13包含聚光透镜以及准直透镜。加工台14是载置加工对象物17的工作台。驱动部15使加工台14移动。驱动部15例如具有电动机，将电气能量变换为力学能量。控制部16控制激光加工装置10的动作。例如，控制部16能够对激光振荡器11产生激光的定时、驱动部15使加工台14移动的定时以及方向进行控制。通过驱动部15使加工台14移动，激光照射至加工对象物17的位置变化。激光加工装置10将激光振荡器11振荡出的直线偏振光的激光通过偏振光变换部件12变换为圆偏振光，使用圆偏振光的红外激光进行加工对象物17的加工。在激光振荡器11振荡出的激光的振动方向是更规则的理想性的直线偏振光的情况下，激光加工装置10用于加工的激光是更加各向同性的圆偏振光。因此，在使用激光加工装置10进行开孔加工时，能够形成更接近正圆的形状的加工孔。

图2是图1所示的激光振荡器11的结构图。激光振荡器11振荡出在红外区域具有峰值波长的红外激光L。激光振荡器11振荡出的红外激光L是直线偏振光。激光振荡器11具备框体20、激光介质21、一对电极22、部分反射镜23、全反射镜24和折返反射镜25。

激光介质21例如是在CO₂气体中加入了N₂(氮)以及He(氦)的混合气体等激发气体。混合气体的气体比率是CO₂：N₂：He＝10：30：60。这里列举的混合气体是一个例子，激光介质21只要能够在红外区域产生具有峰值波长的红外激光即可。一对电极22是对激光介质21供给激发能量的能量供给部的一个例子。如果对一对电极22施加电压，则产生放电，对激光介质21供给能量。部分反射镜23以及全反射镜24构成共振器。在光往复于部分反射镜23以及全反射镜24之间的期间，光被放大。如果光的强度超过阈值，则振荡出红外激光L，从部分反射镜23射出红外激光L。折返反射镜25配置于部分反射镜23以及全反射镜24之间的光路上，是对光路的朝向进行变更的反射部件。具体而言，折返反射镜25以在折返反射镜25和部分反射镜23之间夹着电极22的方式进行配置，将部分反射镜23反射的光向朝向全反射镜24射入的方向进行反射。全反射镜24反射的光再次射入折返反射镜25，折返反射镜25将射入的光向朝向部分反射镜23射入的方向进行反射。通过使用折返反射镜25而使光路折返，与不使用折返反射镜25的情况相比，能够不改变光路长度而缩短全长，能够减小框体20的尺寸。

说明激光振荡器11的原理。如果对电极22施加电压，则产生放电，对激光介质21供给能量。激光介质21中的CO₂分子通过被赋予的能量而被激发，激发态的CO₂分子在转换至基态时发光。激光介质21发出的光在部分反射镜23和全反射镜24之间重复反射，再次射入激光介质21。如果光射入激光介质21中包含的激发态的CO₂分子，则产生光的感应发射，激发态的CO₂分子发出与射入的光相同波长的光。光在由部分反射镜23和全反射镜24构成的共振器往复期间，光被放大。如果光的强度超过阈值，则从部分反射镜23振荡出红外激光L。在部分反射镜23和全反射镜24之间的光路上配置有折返反射镜25。折返反射镜25针对S波的反射率和针对P波的反射率的差大。具体而言，折返反射镜25针对S波的反射率高，即使重复进行光的反射，S波的衰减也少，针对P波的反射率比针对S波的反射率低，在重复进行光的反射期间，P波大幅地衰减。因此，从部分反射镜23振荡出的红外激光L成为直线偏振光。

图3是能够作为图2所示的折返反射镜25使用的反射部件100的第1结构图。反射部件100是针对红外激光具有高反射率的红外激光用反射部件。反射部件100针对P波的反射率比针对S波的反射率低，因此，在重复进行光的反射期间，P波与S波相比大幅地衰减。反射部件100包含衬底1、氧化硅膜2、金属膜3、ZnS膜4、Ge膜5和SiO膜6。氧化硅膜2、金属膜3、ZnS膜4、Ge膜5以及SiO膜6在衬底1之上从靠近衬底1的一方起以前述的顺序形成。此外，在下面的说明中，在说到“在衬底1之上形成的膜”的情况下，包含在衬底1之上直接形成的膜、和在该膜和衬底1之间通过其他膜形成的膜。

反射部件100至少包含衬底1、SiO膜6、以及在衬底1和SiO膜6之间形成的金属膜3。衬底1优选是耐腐蚀性良好的材料，例如是Si衬底或Cu衬底等。为了防止光的扩散，优选对衬底1进行镜面加工。金属膜3是对红外激光进行反射的反射膜。金属膜3优选对在CO₂激光中主要使用的波长区域即8μm至11μm的范围的红外激光实现高反射率。作为金属膜3，例如能够使用Au膜或Ag膜。SiO膜6在衬底1之上例如作为反射部件100的最表层而形成。通过在衬底1之上形成SiO膜6，在反射红外激光时，针对S波的反射率和针对P波的反射率的差变大。

图17是表示SiO、Ge、ZnS以及SiO₂的折射率n的波长依赖性的图。图18是表示SiO、Ge、ZnS以及SiO₂的消光系数k的波长依赖性的图。图17表示波长8～11μm中的折射率n，图18表示波长8～11μm中的消光系数k。消光系数k与吸收系数α存在比例关系，是与光的吸收有关系的量。由于SiO₂与SiO的组分相似，所以为了参考，示出了SiO₂的折射率n以及消光系数k。

通常，作为在反射镜的金属膜之上形成的功能膜，为了防止光的吸收，选择使用波长区域中的透过材料。如图17所示，Ge以及ZnS是波长8～11μm的透过材料，在专利文献1、专利文献2的反射部件中也使用。

另一方面，SiO膜6是以可见光的区域为中心、当前使用的材料，但并没有研究在CO₂激光中主要使用的红外激光的波长区域8μm至11μm的范围进行使用。SiO是在可见区域不吸收光的透过材料。另一方面，如图17所示，波长8～11μm的SiO的消光系数k大，吸收光，因此，并没有研究向现有的功能膜的用途。

本申请发明人着眼于反射部件100吸收一部分光(＝P波)这一点，关于具有吸收的膜，验证了决定光学常数(折射率n、消光系数k)和光学特性的菲涅尔系数的关系。其结果，通过在衬底1之上形成不是透过材料的SiO膜6，发现在反射红外激光时，产生了针对S波的反射率和针对P波的反射率的差变大这样的新的光学特性。

SiO₂与SiO相同，是在可见区域中的透过材料。由于构成元素相同，所以有时这些材料被视为相同，但如图17所示，在波长8～11μm中，它们是具有不同的光学常数(折射率n、消光系数k)的材料。即，在作为光学膜而形成的情况下，是发挥不同的功能的、不同的物质。

也可以在金属膜3和SiO膜6之间形成ZnS膜4，在ZnS膜4和SiO膜6之间形成Ge膜5。通过形成ZnS膜4以及Ge膜5，能够进一步提高反射部件100针对红外激光的反射率。

反射部件100也可以在衬底1和金属膜3之间具有氧化硅膜2。氧化硅膜2是SiO膜、SiO₂(二氧化硅)膜或Si₂O₃(三氧化二硅)膜。在衬底1是Si衬底、金属膜3是Au膜的情况下，如果在Si衬底之上直接形成Au膜，则Si衬底和Au膜之间的贴合力不充分，容易产生膜的剥离。因此，通过在Si衬底和Au膜之间形成氧化硅膜2，能够强化Si衬底和Au膜的贴合力。在形成金属膜3之前，使用以O₂为主成分的气体，在Si衬底的表面照射氧化物离子，由此，能够使Si衬底的表面产生氧化膜即氧化硅膜2。这样形成的氧化硅膜2与Si衬底一体形成，因此，与Si衬底的贴合力非常牢固。产生氧化硅膜2的工序在成膜装置内、在真空中进行。也可以接着产生氧化硅膜2的工序之后在真空中进行形成Au膜的工序。由此，氧化硅膜2的表面的悬空键与Au膜的键合部接合，也强化了氧化硅膜2和Au膜之间的贴合力。

反射部件100优选在具有真空槽的成膜装置中形成。作为代表性的成膜装置，列举出蒸镀装置、溅射装置、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置等。

图4是在图3所示的反射部件100的制造中使用的成膜装置的概略结构图。图4所示的成膜装置是真空蒸镀装置。下面，说明使用了真空蒸镀装置的反射部件100的制造方法。

真空蒸镀装置具备真空容器30和真空泵31。真空泵31将真空容器30内抽真空。在真空容器30内设置有蒸镀材料32、用于设置蒸镀材料32的冷却台33、对蒸镀材料32投入能量的电子枪34、控制成膜工序的屏蔽板35、用于固定衬底1的圆顶36以及照射离子的离子源37。

准备在坩埚收纳的多个蒸镀材料32和衬底1，将蒸镀材料32设置于真空容器30内的冷却台33，将衬底1设置于圆顶36之上。此时，衬底1将成膜面朝向蒸镀材料32的方向设置。冷却台33能够设置多个坩埚。通过旋转冷却台33，更换用于蒸镀的蒸镀材料32。在设置了蒸镀材料32和衬底1之后，通过真空泵31对真空容器30内进行排气，降低真空容器30内的压力。从真空容器30内的压力自10^－3Pa到达10^－6Pa的压力起，从离子源37对衬底1的表面照射O₂离子束。通过照射O₂离子束，在衬底1的表面形成氧化膜。

如果在衬底1的表面形成氧化膜，则接着进行在真空中形成金属膜3的工序。首先，在关闭屏蔽板35的状态下，从电子枪34向蒸镀材料32即金属照射电子束，使金属熔融并蒸发。在关闭屏蔽板35的状态下，切断了蒸发的金属存在的空间和设置衬底1的空间。在使金属熔融并蒸发之后，在蒸发量稳定的状态下，打开屏蔽板35开始成膜。蒸发的金属如果与设置于圆顶36的衬底1接触，则在衬底1附着并堆积。由此，能够在衬底1之上形成金属膜3。如果达到设计的膜厚，则关闭屏蔽板35，成膜结束。

如果使冷却台33旋转，则更换被来自电子枪34的电子束照射的蒸镀材料32。由于在金属膜3的形成工序之后接着进行ZnS膜4的形成工序，所以将蒸镀材料32更换为ZnS。如果ZnS膜4的形成工序结束，则接着进行Ge膜5的形成工序。如果Ge膜5的形成工序结束，则接着进行SiO膜6的形成工序。由此，在金属膜3之上形成SiO膜6。在各膜的形成工序中，重复进行与金属膜3的形成工序相同的步骤。如果SiO膜6的形成工序结束，则从真空容器30取出衬底1。

接着，说明本发明的实施方式涉及的反射部件100的实施例。下面，一边列举多个实施例以及对比例，一边对本发明的实施方式涉及的反射部件100的光学特性进行研究。

首先，使用下面所示的实施例1、对比例1以及对比例2，对反射部件100的SiO膜6带来的效果和ZnS膜4以及Ge膜5带来的效果进行验证。

[实施例1]

实施例1的反射部件100的各层的材质以及膜厚如下所示。各层按离衬底由近到远的顺序称为第1层、第2层、第3层、第4层以及第5层。

在实施例1中，衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Si衬底，金属膜3是Au膜，氧化硅膜2是SiO膜6。

[对比例1]

对比例1的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。

第1层 Au 200nm

衬底 Si 10mm

在对比例1中，衬底也是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Si衬底，在其上直接形成金属膜即Au层，不包含氧化硅膜、ZnS膜、Ge膜以及SiO膜。

[对比例2]

对比例2的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。对比例2是从实施例1的结构省略了最表层即SiO膜6的结构。

图5是表示实施例1的反射部件100的光学特性的图。图6是表示对比例1的反射部件的光学特性的图。图7是表示对比例2的反射部件的光学特性的图。图5至图7的横轴是射入反射部件的光的波长，单位是μm。图5至图7的纵轴是反射部件的、针对各波长的反射率，单位是％。反射率是对S波以及P波各个进行表示。

如果参照图5至图7，则可知在图示的波长区域即8μm至11μm的波长区域中，实施例1的反射部件100针对S波的反射率和针对P波的反射率的差大于对比例1以及对比例2。对比例2的反射部件是从实施例1的反射部件100省略了最表层的SiO膜6的结构，因此，可知针对S波的反射率和针对P波的反射率的差产生了SiO膜6。并且，如果比较图6以及图7，则可知横跨整个波长区域，对比例2的反射率高于对比例1的反射率。对比例2的反射部件是在对比例1的反射部件加上了衬底1之上的氧化硅膜2即SiO膜、ZnS膜4和Ge膜5的结构，因此，可知通过形成SiO膜、ZnS膜4以及Ge膜5，提高了反射率。

图8是将实施例1以及对比例1的反射部件的反射率和反射次数一起表示的图。该表在各反射次数中，示出了针对波长9.3μm的光的反射率。

在激光振荡器11内使用反射部件100的情况下，光被重复反射。在这种情况下，反射率的差对射出的激光的特性给予的影响变大。例如，实施例1的反射部件100的、针对S波的反射率是99.7％，对比例1的反射部件的、针对S波的反射率是99.1％，1次反射时反射率的差是0.6％。但是，在重复进行了50次反射的情况下，实施例1的反射部件100的、针对S波的反射率是86.1％，对比例1的反射部件的、针对S波的反射率是63.6％，反射率的差变成22.5％。实施例1的反射部件100的、针对P波的反射率在1次反射时是90.4％，对比例1的反射部件的、针对P波的反射率是98.3％。在这种情况下，如果重复进行50次反射，则实施例1的反射部件100的、针对P波的反射率变成0.6％，对比例1的反射部件的、针对P波的反射率变成42.4％。如果观察图8则可知，在对比例1中，由于针对S波的反射率和针对P波的反射率的差小，所以在激光振荡器11内使用的情况下，在振荡出的激光中混有P波成分而不会变成直线偏振光。与此相对，在实施例1中，由于针对S波的反射率和针对P波的反射率的差大，所以每次重复进行反射，P波都衰减。因此，在用作激光振荡器11内的折返反射镜25的情况下，能够振荡出直线偏振光的激光。

如果再次参照图7，则对比例2的反射部件的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是99.4％。虽然在对比例2中与实施例1同样地达成了高反射率，但由于在S波和P波，反射率的差小，所以在搭载于激光振荡器11的情况下，不能输出直线偏振光的激光。

接着使用下面所示的实施例2、对比例3以及对比例4，验证反射部件100的氧化硅膜2带来的效果。

[实施例2]

实施例2的反射部件100的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Si衬底，金属膜3是Au膜，氧化硅膜2是SiO膜。

[对比例3]

对比例3的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。对比例3是从实施例2的结构省略了氧化硅膜2即SiO膜的结构。

[对比例4]

对比例4的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。对比例4是将实施例2的氧化硅膜2即SiO膜替换为Cr膜的结构。Cr通常用作强化衬底和Au膜的贴合力的材料。

图9是表示实施例2、对比例3以及对比例4的反射部件的耐久性试验结果的表。在该表中示出了带剥离试验的结果、高温试验的结果和激光振荡器用适应性。在图9中，圆圈标记表示试验的结果满足基准，叉标记表示不满足基准。具体而言，带剥离试验以按照MIL(MILitary Specifications and Standard)-C-48497A的方法进行。在带剥离试验中，使用以上述标准指定的种类的带。在反射部件的膜面粘贴带之后，在与膜面垂直的方向一口气地拉带。之后，使用目视以及显微镜确认膜的剥离状态。带剥离试验的结果的圆圈标记表示未产生剥离，叉标记表示产生了剥离。在高温试验中，基于将反射部件在200℃的高温环境下放置48小时之后的反射部件的特性，判断试验结果。在高温试验中，在高温环境下放置48小时之后，测量反射率以及膜的状态(剥离以及龟裂中的至少1个的有无等)。高温试验的结果的圆圈标记表示反射率大于或等于阈值，叉标记表示反射率小于阈值、产生了光学特性的降低。激光振荡器用适应性表示对象的反射部件是否具备用于在激光振荡器的内部使用的适应性。激光振荡器用适应性的圆圈标记表示具备适应性，叉标记表示不具备适应性。在图9的例子中，在带剥离试验的结果为不产生剥离且高温试验的结果为光学特性满足基准的情况下，判定为具备适应性。

就实施例2的反射部件100而言，由于带剥离试验的结果为未产生剥离且高温试验的结果为光学特性满足了基准，所以判定为作为激光振荡器用的反射部件具备适应性。就对比例3的反射部件而言，带剥离试验以及高温试验都不满足基准，判定为作为激光振荡器用的反射部件不具备适应性。对比例3的反射部件在Si衬底之上直接设置Au膜。如果将对比例3的反射部件放置于高温环境下，则考虑Si从衬底向Au膜中扩散、反射率降低是原因。在对比例4的反射部件中，虽然满足了带剥离试验的基准，但不满足高温试验的基准，判定为不具备激光振荡器用的适应性。对比例4的反射部件在Si衬底和Au膜之间形成Cr膜。Cr膜提高与衬底的密接性，对比例4的反射部件满足带剥离试验的基准。但是，对比例4的反射部件不满足高温试验的基准。这是考虑在高温环境下Si以及Cr向Au膜中扩散，反射部件的反射率降低。根据图9所示的试验结果可知，在Si衬底和Au膜之间设置的SiO膜与Cr膜同样地强化了Si衬底和Au膜的贴合力，并且也防止在高温环境下Si向Au膜中扩散，从而抑制反射率的降低。反射部件100通过在Si衬底和Au膜之间形成SiO膜，能够抑制随时间经过的性能降低，具备能够在激光振荡器11内部的使用中耐受的耐久性。

接着，使用上述的实施例2、下面所示的实施例3、实施例4、实施例5以及对比例5，研究反射部件100的氧化硅膜2的材质和各层的膜厚。

实施例2的反射部件100的各层的材质以及膜厚如上所述。图10是表示实施例2的反射部件100的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例2的反射部件100的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是90.4％。

[实施例3]

实施例3的反射部件100的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、40mm角平板的Si衬底，金属膜3是Au膜，氧化硅膜2是SiO₂膜。图11是表示实施例3的反射部件100的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例3的反射部件100的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是95.1％。

[实施例4]

实施例4的反射部件100的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、40mm角平板的Si衬底，金属膜3是Au膜，氧化硅膜2是SiO₂膜。图12是表示实施例4的反射部件100的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例4的反射部件100的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是86.5％。

[实施例5]

实施例5的反射部件100的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、40mm角平板的Si衬底，金属膜3是Au膜，氧化硅膜2是Si₂O₃膜。图13是表示实施例5的反射部件100的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例5的反射部件100的、针对S波的反射率是99.6％，针对P波的反射率是85.1％。

[对比例5]

对比例5的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底是进行了镜面加工的、40mm角平板的Si衬底，金属膜是Au膜，在Si衬底和Au膜之间形成有Si₂O₃。在对比例5的反射部件中，最表层的SiO膜的膜厚是比本发明的实施例1至5厚的340nm。图14是表示对比例5的反射部件的光学特性的图。在波长9.3μm中，对比例5的反射部件的、针对S波的反射率是96.8％，针对P波的反射率是72.6％。

如果参照图10至图13，则可知本发明的实施例2至实施例5的反射部件100在红外波长区域中，针对S波的反射率和针对P波的反射率的差都与实施例1相同程度地大。

图15是将实施例2至实施例5以及对比例5的反射部件的反射率和反射次数一起表示的图。如果参照图15，则可知实施例2至实施例5的反射部件100在每次重复反射时，针对S波的反射率和针对P波的反射率的差变大。因此，能够使P波衰减，并且即使针对S波重复反射也能够保持高反射率。因此，在将实施例2至实施例5的反射部件100在激光振荡器11内用作折返反射镜25的情况下，能够振荡出直线偏振光的红外激光。

如果参照图15，则对比例5的反射部件针对S波的反射率和针对P波的反射率的差大，通过重复反射能够使P波衰减。但是，就对比例5的反射部件而言，为了用作激光振荡器11的折返反射镜25，针对S波的反射率不充分，每次重复反射时S波都衰减，不能振荡出充分强度的激光。

图16是表示实施例1、实施例3、实施例4以及实施例5的反射部件的耐久试验结果的图。图16所示的试验内容与图9相同。如果参照图16，则可知实施例1、实施例3、实施例4以及实施例5的反射部件100都具备能够耐受激光振荡器11内的使用的耐久性。

氧化硅膜2在实施例1以及实施例2中是一氧化硅SiO膜，在实施例3以及实施例4中是二氧化硅SiO₂膜，在实施例5中三氧化二硅Si₂O₃膜。如果参照图16，则可知使用任意的氧化硅膜2，都能够构成具备能够耐受激光振荡器11内的使用的耐久性的反射部件100。

在上述的实验结果的基础上，在使反射部件100的各层的膜厚变化的实验结果为反射部件100的各层的膜厚是以下的范围的情况下，由于“金属膜、Ge膜”的拉伸应力被“ZnS膜、SiO膜”的压缩应力抵消，所以确认提高了针对高温试验的耐久性，反射部件100具备能够耐受激光振荡器11内的使用的耐久性。因此，反射部件100的各层的膜厚优选是以下的范围内。

并且，为了得到能够耐受更严酷的高温试验(72小时)、产品寿命长的反射部件，更优选反射部件100的各层的膜厚是以下的范围。

上面的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他的公知技术进行组合，还能够在不脱离本发明的主旨的范围对结构的一部分进行省略、变更。

例如，在上述的实施方式中，省略了ZnS膜4以及Ge膜5的结构、以及将ZnS膜4以及Ge膜5替换为其他材质的膜的结构也在本发明的技术思想的范围内。在将ZnS膜4以及Ge膜5替换为其他材质的膜的情况下，优选是提高针对红外激光的反射率的材质。或者，在上述实施方式中，也可以取代氧化硅膜2而使用提高金属膜3和衬底1的贴合力的膜。

实施方式2

在实施方式2中，表示使用Cu(铜)作为反射部件的衬底的例子。图19是能够作为图2所示的折返反射镜25使用的反射部件200的第2结构图。图19所示的反射部件200包含衬底1、金属膜3、SiO膜6。金属膜3以及SiO膜6从靠近衬底1的一方以前述的顺序形成。

图20是能够作为图2所示的折返反射镜25使用的反射部件300的第3结构图。图20所示的反射部件300包含衬底1、金属膜3、ZnS膜4、Ge膜5和SiO膜6。金属膜3、ZnS膜4、Ge膜5以及SiO膜6从靠近衬底1的一方以前述的顺序形成。

图21是能够作为图2所示的折返反射镜25使用的反射部件400的第4结构图。图21所示的反射部件400包含衬底1、Cr(铬)膜7、金属膜3和SiO膜6。Cr膜7、金属膜3以及SiO膜6从靠近衬底1的一方以前述的顺序形成。

反射部件200、反射部件300以及反射部件400与反射部件100同样地，是针对红外激光具有高反射率的红外激光用反射部件。另外，反射部件200、反射部件300以及反射部件400与反射部件100同样地，针对P波的反射率比针对S波的反射率低，因此，在重复进行光的反射期间，P波比S波衰减地多。

接着，说明本发明的实施方式2涉及的反射部件200、反射部件300以及反射部件400的实施例。下面所示的实施例6是反射部件200的实施例，实施例7～10是反射部件300的实施例，实施例11是反射部件400的实施例。

[实施例6]

实施例6的反射部件200的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm角平板的Cu衬底，金属膜3是Au膜。

第2层 SiO 150nm

第1层 Au 200nm

衬底 Cu 10mm

图22是表示实施例6的反射部件200的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例6的反射部件200的、针对S波的反射率是98.8％，针对P波的反射率是86.1％。

[实施例7]

实施例7的反射部件300的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm角平板的Cu衬底，金属膜3是Au膜。

图23是表示实施例7的反射部件300的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例7的反射部件300的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是92.0％。另外，实施例7的反射部件300中的P波和S波的相位差是-0.9°。

[实施例8]

实施例8的反射部件300的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Cu衬底，金属膜3是Au膜。

图24是表示实施例8的反射部件300的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例8的反射部件300的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是94.4％。另外，实施例8的反射部件300中的P波和S波的相位差是0.1°。

[实施例9]

实施例9的反射部件300的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Cu衬底，金属膜3是Au膜。

图25是表示实施例9的反射部件300的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例9的反射部件300的、针对S波的反射率是99.7％，针对P波的反射率是85.4％。另外，实施例9的反射部件300中的P波和S波的相位差是-1.0°。

[实施例10]

实施例10的反射部件300的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Cu衬底，金属膜3是Au膜。

图26是表示实施例10的反射部件300的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例10的反射部件300的、针对S波的反射率是99.1％，针对P波的反射率是80.6％。另外，实施例10的反射部件300中的P波和S波的相位差是-1.3°。

[实施例11]

实施例11的反射部件400的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底1是进行了镜面加工的、直径40mm角平板的Cu衬底，金属膜3是Au膜。

图27是表示实施例11的反射部件400的光学特性的图。在波长9.3μm中，实施例11的反射部件400的、针对S波的反射率是98.8％，针对P波的反射率是86.1％。

[对比例6]

对比例6的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Cu衬底，金属膜是Au膜。对比例6的反射部件是如下结构，即，最表层不是SiO膜，而是采用SiO₂膜。

第2层 SiO₂ 150nm

第1层 Au 100nm

衬底 Cu 10mm

图28是表示对比例6的反射部件的光学特性的图。在波长9.3μm中，对比例6的反射部件的、针对S波的反射率是97.7％，针对P波的反射率是92.9％。

[对比例7]

对比例7的反射部件的各层的材质以及膜厚如下所示。衬底是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Cu衬底，金属膜是Au膜。对比例7的反射部件是如下结构，即，最表层不是SiO膜，而是采用了ZnS膜。

第2层 ZnS 150nm

第1层 Au 100nm

衬底 Cu 10mm

图29是表示对比例7的反射部件的光学特性的图。在波长9.3μm中，对比例7的反射部件的、针对S波的反射率是99.1％，针对P波的反射率是98.2％。

[对比例8]

对比例8的反射部件的各层的材质以及膜厚是引用了专利文献1的结构。衬底是进行了镜面加工的、直径40mm的圆形的Cu衬底，第2层的金属膜是Au膜。对比例7的反射部件是如下结构，即，最表层不是SiO膜，而是采用了Ge膜。

图30是表示对比例8的反射部件的光学特性的图。在波长9.3μm中，对比例8的反射部件的、针对S波的反射率是99.9％，针对P波的反射率是99.7％。

图31和图32是分别将实施例6～11的反射部件和对比例6～8的反射部件的反射率和反射次数一起进行表示的图。在实施例6至实施例11的反射部件200、300、400中，每次重复反射，针对S波的反射率和针对P波的反射率的差都变大。因此，能够使P波衰减，并且即使针对S波重复反射也能够保持高的反射率。在重复了50次反射的情况下，S波的反射率大于或等于50％，S波和P波的反射率的比大于或等于10。在将实施例6至实施例11的反射部件200、300、400在激光振荡器11内用作折返反射镜25的情况下，能够振荡出直线偏振光的红外激光。

另一方面，在对比例6的反射部件中，每次重复反射，针对S波的反射率降低，在重复了50次反射的情况下，S波的反射率未到达作为目标的40％。因此，就对比例6的反射部件而言，为了用作激光振荡器11的折返反射镜25而针对S波的反射率不充分，每次重复反射S波都衰减，不能振荡出充分强度的激光。

另外，在对比例7的反射部件中，在重复了50次反射的情况下，针对S波的反射率超过40％。但是，S波和P波的反射率的比大致是1：1，不能得到反射率差。因此，在将对比例7的反射部件搭载于激光振荡器的情况下，由于在振荡出的激光中混有P波成分，所以不能输出直线偏振光的激光。关于对比例8的反射部件，由于同样的理由，也不能输出直线偏振光的激光。

图33是表示实施例6～实施例11的反射部件的耐久性试验结果的表。在该表中表示带剥离试验的结果、高温试验的结果和激光振荡器用适应性。在实施例6～实施例11的反射部件200、300、400中，由于带剥离试验的结果为不产生剥离、并且高温试验的结果为光学特性满足了基准，所以判定为作为激光振荡器用的反射部件具备适应性。在Cu衬底的情况下，没有发现如Si衬底那样衬底元素向Au膜中扩散的现象。为了强化贴合力，也可以在Cu衬底和金属膜之间形成氧化物或硫化物这样的膜。

实施例7～实施例10的反射部件300包含衬底、金属膜、ZnS膜、Ge膜和SiO膜，金属膜、ZnS膜、Ge膜以及SiO膜在衬底之上从靠近衬底的一方以前述的顺序形成。在这样的反射部件300中，通过将各层的膜厚设定为以下的范围，能够一边针对S波获得高反射率，一边在S波和P波产生反射率的差，并且将S波和P波之间的相位差控制在±1°以内。这样的反射部件有助于激光振荡器的高输出化、振荡稳定化。

如上所述，通过应用本发明的反射部件，能够实现具有工业可利用的输出的直线偏振光的激光振荡器。

实施方式3

在实施方式3中，表示使用了本发明的反射部件100、反射部件200、反射部件300以及反射部件400的至少1个的激光振荡器的实施例。

图34是图1所示的激光振荡器11的其他的结构图。激光振荡器11具备：部分反射镜41；正交型反射镜42，其用于将以部分反射镜41反射的激光沿该激光的光轴进行反射；以及激光气体，其供给至一对的放电电极43、44之间，作为激光介质起作用。部分反射镜41作为将振荡出的激光的一部作为激光45而取出至外部的输出反射镜起作用。正交型反射镜42具有正交的2个反射面，在本说明书中将两个反射面交叉的线称为“谷线”。激光气体的气流方向、一对放电电极43、44的放电方向以及部分反射镜41和正交型反射镜42之间的光轴的方向相互正交。将激光气流的方向设为x方向、将放电电极43、44的放电方向设为y方向、将部分反射镜41和正交型反射镜42之间的光轴设为z方向。

放电电极43、44分别设置于与电介质板46、47的对置面相反的背面，经由供电线48与高频电源49连接。如果在放电电极43、44之间施加交流电压，则形成均匀的辉光放电。如果在放电电极43、44之间在以箭头50表示的方向供给激光气体，通过辉光放电使激光气体中的分子或原子激发至激光高能级，则表示光的放大作用。例如，在使用包含CO₂分子的混合气体作为激光气体的情况下，通过CO₂分子的振动能级间的转换，能够进行波长9.3μm的激光放大。

图35是表示图34所示的激光振荡器11中的能量的增益分布的图。沿放电方向的y方向的增益分布大致恒定。另一方面，沿气流方向的x方向的增益分布因位置而发生大的变化。这是因为在激光气体通过辉光放电51中时，随着通过时间的增加，激光的高能级逐渐累积。就增益而言，成为在辉光放电51的气体上游侧低、在气体下游侧最高、在辉光放电51的外侧缓慢降低的山型的分布形状。

在不使用正交型反射镜42而使用平面型的反射镜的情况下，产生在y方向出现高次的横模式的问题。因此，在相对于放电方向即y方向成角度45度的方向上设定基准轴52，以正交型反射镜42的谷线与基准轴52平行的方式配置正交型反射镜42。由此，通过正交型反射镜42反射的激光使相对于入射激光的基准轴52的镜面对称像和使绕光轴90度旋转的像相同。即，能够使沿y方向的增益分布62的影响和沿x方向的增益分布63的影响平均化。因此，在这样的激光振荡器11中，能够在x方向以及y方向抑制高次的横模式，并稳定地得到光束强度在各向同性上良好的激光。

在这样结构的激光振荡器11中，能够得到直线偏振光的激光，因此，正交型反射镜42的2个反射面中的至少1个反射面是反射部件100、200、300以及400的至少1个。例如，如果将对比例1所示的、形成有Au膜的反射部件应用于正交型反射镜42的两面，则如前所述，不产生直线偏振光的激光。会出现不能称为各向同性的随机的偏振光的激光。

另一方面，通过将上述的反射部件100、200、300以及400的至少1个应用于正交型反射镜42的2个反射面中的至少1个反射面，在激光被放大期间，与正交型反射镜42相对的S波的激光残留，与其正交的P波的激光消失。即，实现直线偏振光的激光。

这样，为了实现对于工业上的利用有充分的输出、光束强度是各向同性、并且振荡出直线偏振光的激光的激光振荡器11，本发明的反射部件100、200、300、400是不可或缺的。

图36表示将实施例2、实施例6、实施例7、对比例1、对比例6、对比例8的反射部件应用至正交型反射镜的一面，搭载于激光振荡器并评价性能的结果。这里，将评价结果从良好结果起按顺序以◎、○、×的标记表示。通过采用部分反射镜41和正交型反射镜42构成共振器的激光振荡器的结构，能够得到光束强度的各向同性的激光。另一方面，如果比较直线偏振光的实现性，在应用了本发明的反射部件的激光振荡器中得到了直线偏振光，但在应用了对比例1，8所示的现有的反射部件的激光振荡器中，没有得到直线偏振光。另外，在应用了本发明的反射部件的情况下，能够实现工业上能利用的振荡输出，但在应用了对比例6所示的现有的反射部件的激光振荡器中，没有得到充分的振荡输出。

在实际使用激光振荡器时，由于现实中振荡器内部的气流密度、分布不是恒定，所以光轴不一定是一条直线，会稍歪。即，不是理论上那样仅S波成分的激光共振，而是S波成分的激光的一部分变成P波成分，P波成分的激光在固定时间与S波成分同样地共振。由于上述理由，该P波成分在通过正交型反射镜反射时，也变化成S波成分。如果在P波返回至S波时，原来的S波和P波产生相位差，则P波的能量不被供给，消失。因此，为了实现能量的利用效率上良好的激光振荡器，优选使用控制了相位差的下面的反射部件。

以上的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他的公知技术进行组合，还能够在不脱离本发明的主旨的范围对结构的一部分进行省略、变更。根据本发明，能够实现对于工业上的利用有充分的输出、光束强度各向同性、并且振荡出直线偏振光的激光的激光振荡器。

标号的说明

1衬底，2氧化硅膜，3金属膜，4ZnS膜，5Ge膜，6SiO膜，7Cr膜，10激光加工装置，11激光振荡器，12偏振光变换部件，13聚光光学系统，14加工台，15驱动部，16控制部，17加工对象物，41部分反射镜，42正交型反射镜，43、44放电电极，46、47电介质板，48供电线，49高频电源，100、200、300、400反射部件。

Claims (15)

1.一种红外激光用反射部件，其特征在于，具备：

衬底；

SiO膜；以及

金属膜，其形成于所述衬底和所述SiO膜之间。

2.根据权利要求1所述的红外激光用反射部件，其特征在于，还具备：

ZnS膜，其形成于所述金属膜和所述SiO膜之间；以及

Ge膜，其形成于所述ZnS膜和所述SiO膜之间。

3.根据权利要求2所述的红外激光用反射部件，其特征在于，

所述金属膜的膜厚大于或等于20nm且小于或等于400nm，

所述ZnS膜的膜厚大于或等于700nm且小于或等于1200nm，

所述Ge膜的膜厚大于或等于450nm且小于或等于650nm，

所述SiO膜的膜厚大于或等于20nm且小于或等于250nm。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的红外激光用反射部件，其特征在于，

所述金属膜是Au膜。

5.根据权利要求4所述的红外激光用反射部件，其特征在于，

所述衬底是Si衬底，

所述红外激光用反射部件还具备氧化硅膜，该氧化硅膜形成于所述衬底和所述Au膜之间。

6.根据权利要求5所述的红外激光用反射部件，其特征在于，

所述氧化硅膜的膜厚大于或等于1nm且小于或等于50nm。

7.根据权利要求5或6所述的红外激光用反射部件，其特征在于，

所述氧化硅膜是SiO膜、SiO₂膜或Si₂O₃膜。

8.根据权利要求2或3所述的红外激光用反射部件，其特征在于，

所述金属膜的膜厚大于或等于20nm且小于或等于300nm，

所述ZnS膜的膜厚大于或等于820nm且小于或等于1080nm，

所述Ge膜的膜厚大于或等于520nm且小于或等于590nm，

所述SiO膜的膜厚大于或等于40nm且小于或等于180nm。

9.一种激光振荡器，其特征在于，

具备权利要求1至8中任一项所述的红外激光用反射部件。

10.根据权利要求9所述的激光振荡器，其特征在于，

输出波长大于或等于8.3μm且小于或等于9.8μm的激光。

11.根据权利要求9或10所述的激光振荡器，其特征在于，具备：

部分反射镜；

正交型反射镜，其具有相互正交的2个反射面，使通过所述部分反射镜反射的激光沿该激光的光轴反射；

一对放电电极；以及

激光气体，其向所述一对放电电极之间供给而作为激光介质起作用，

所述一对放电电极的放电方向、所述激光气体的气流方向和所述光轴的方向相互正交，

所述正交型反射镜配置为，所述正交型反射镜的所述2个反射面相交的线即谷线在与所述光轴正交的面内与基准轴平行，该基准轴相对于所述放电方向以45度的角度相交叉，

所述正交型反射镜的所述2个反射面中至少1个反射面是所述红外激光用反射部件。

12.一种激光加工装置，其特征在于，

具备权利要求9至11中任一项所述的激光振荡器。

13.一种红外激光用反射部件的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

在衬底之上形成金属膜；以及

在所述金属膜之上形成SiO膜。

14.根据权利要求13所述的红外激光用反射部件的制造方法，其特征在于，

所述衬底是Si衬底，

所述金属膜是Au膜，

所述红外激光用反射部件的制造方法还包含以下步骤：在形成所述金属膜之前，对所述衬底的表面照射氧化物离子，在所述衬底的表面形成氧化硅膜。

15.根据权利要求14所述的红外激光用反射部件的制造方法，其特征在于，

所述氧化硅膜在真空中形成，

所述金属膜是接着形成所述氧化硅膜的步骤而在真空中形成。