JP2003025085A - レーザー加工方法及びレーザー加工装置 - Google Patents
レーザー加工方法及びレーザー加工装置Info
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- G—PHYSICS
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 加工態様の変更や干渉させるレーザービーム
の干渉角度及び強度の設定を容易に行うことが可能な超
短パルスレーザー加工装置を提供する。 【解決手段】 超短パルスレーザーを発振するレーザー
発振器１と、レーザー発振器１で発振されたレーザービ
ームを複数本のレーザービームに分岐する位相格子２
と、位相格子２で分岐された複数本のレーザービームの
中から所定のレーザービームを複数本選択し位相及び振
幅変調する液晶パネル４と、位相及び振幅が制御された
複数本のレーザービームを干渉させる集光レンズ６とを
備えた装置。
の干渉角度及び強度の設定を容易に行うことが可能な超
短パルスレーザー加工装置を提供する。 【解決手段】 超短パルスレーザーを発振するレーザー
発振器１と、レーザー発振器１で発振されたレーザービ
ームを複数本のレーザービームに分岐する位相格子２
と、位相格子２で分岐された複数本のレーザービームの
中から所定のレーザービームを複数本選択し位相及び振
幅変調する液晶パネル４と、位相及び振幅が制御された
複数本のレーザービームを干渉させる集光レンズ６とを
備えた装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１０-12〜１０-15
ｓｅｃの範囲の超短パルスレーザーの干渉露光を利用し
た加工に関する。
ｓｅｃの範囲の超短パルスレーザーの干渉露光を利用し
た加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】超短パルスレーザーを利用した加工とし
て、（１）超短パルスをレンズで集光し、その集光光を
被加工物の表面あるいは内部で移動させて、被加工物を
アブレーション加工する方法がある。又、（２）超短パ
ルスレーザーをダイクロイックミラー等で複数本に分割
し、分割したレーザービームをミラー等で反射して被加
工物の表面あるいは内部で干渉させ、その干渉に基づく
光強度分布を利用して被加工物を加工する方法も知られ
ている。
て、（１）超短パルスをレンズで集光し、その集光光を
被加工物の表面あるいは内部で移動させて、被加工物を
アブレーション加工する方法がある。又、（２）超短パ
ルスレーザーをダイクロイックミラー等で複数本に分割
し、分割したレーザービームをミラー等で反射して被加
工物の表面あるいは内部で干渉させ、その干渉に基づく
光強度分布を利用して被加工物を加工する方法も知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の加工は、スポット加工であるため、加工範囲が
広い場合には加工に多くの時間を要することになる。
又、上記（２）の加工における従来の方法や装置では、
干渉に使用するレーザービームの選択や、干渉に使用す
るレーザービームの位相や振幅の制御が容易ではなく、
干渉パターンを変えて様々な態様の加工をさせるには適
さない。さらに、レーザービームの干渉を利用した加工
では、干渉光強度分布の山と谷の間隔も所定の間隔にす
る必要上、干渉させるレーザービームの干渉角度及び個
々のビーム強度を正確に設定する必要がある。しかし、
従来の方法や装置では、３本以上のレーザービームを干
渉させる際、干渉させるビーム間の干渉角度を正確に設
定することはきわめて困難であった。
（１）の加工は、スポット加工であるため、加工範囲が
広い場合には加工に多くの時間を要することになる。
又、上記（２）の加工における従来の方法や装置では、
干渉に使用するレーザービームの選択や、干渉に使用す
るレーザービームの位相や振幅の制御が容易ではなく、
干渉パターンを変えて様々な態様の加工をさせるには適
さない。さらに、レーザービームの干渉を利用した加工
では、干渉光強度分布の山と谷の間隔も所定の間隔にす
る必要上、干渉させるレーザービームの干渉角度及び個
々のビーム強度を正確に設定する必要がある。しかし、
従来の方法や装置では、３本以上のレーザービームを干
渉させる際、干渉させるビーム間の干渉角度を正確に設
定することはきわめて困難であった。
【０００４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、干渉露光を利用して加工効率を向上させるこ
とに加えて、加工態様の変更や干渉させるレーザービー
ムの干渉角度の設定もより容易に行うことが可能な、超
短パルスレーザーを利用した加工方法及び加工装置を提
供することを目的とする。
たもので、干渉露光を利用して加工効率を向上させるこ
とに加えて、加工態様の変更や干渉させるレーザービー
ムの干渉角度の設定もより容易に行うことが可能な、超
短パルスレーザーを利用した加工方法及び加工装置を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、超短パ
ルスレーザーを回折型素子を利用して複数本のレーザー
ビームに分岐するステップと、前記分岐した複数本のレ
ーザービームの中から必要なレーザービームを複数本選
択するステップと、前記分岐した複数本のレーザービー
ムの位相を制御するステップと、前記位相が制御された
複数本のレーザービームを干渉させ、その干渉による光
強度分布を利用して前記被加工物を加工するステップ
と、を備えたことを特徴とする。これによれば、使用す
る回折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向
や強度を正確に得ることができ、従ってレーザービーム
の干渉角度及び個々のビーム強度の設定も容易になる。
又、干渉させようとするレーザービームに対して個々に
位相の制御を行うことができるため、干渉による光強度
分布のきめ細かな制御が可能となる。
ルスレーザーを回折型素子を利用して複数本のレーザー
ビームに分岐するステップと、前記分岐した複数本のレ
ーザービームの中から必要なレーザービームを複数本選
択するステップと、前記分岐した複数本のレーザービー
ムの位相を制御するステップと、前記位相が制御された
複数本のレーザービームを干渉させ、その干渉による光
強度分布を利用して前記被加工物を加工するステップ
と、を備えたことを特徴とする。これによれば、使用す
る回折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向
や強度を正確に得ることができ、従ってレーザービーム
の干渉角度及び個々のビーム強度の設定も容易になる。
又、干渉させようとするレーザービームに対して個々に
位相の制御を行うことができるため、干渉による光強度
分布のきめ細かな制御が可能となる。
【０００６】上記方法において、干渉させるレーザービ
ームの強度は、回折型素子の設計により定めることがで
きるが、その回折型素子で分岐された後のレーザービー
ムの振幅を制御することで、干渉による光強度分布パタ
ーンを自在に制御できることになる。又、前記レーザー
ビームの選択は、それらビームの振幅制御を利用して行
うことができ、その場合には、レーザービームの選択と
その振幅変調とを同時に行うことができる。
ームの強度は、回折型素子の設計により定めることがで
きるが、その回折型素子で分岐された後のレーザービー
ムの振幅を制御することで、干渉による光強度分布パタ
ーンを自在に制御できることになる。又、前記レーザー
ビームの選択は、それらビームの振幅制御を利用して行
うことができ、その場合には、レーザービームの選択と
その振幅変調とを同時に行うことができる。
【０００７】上記方法において、前記選択した各レーザ
ービームの位相は同位相とするのを基本とするが、選択
した各レーザービームの位相を適宜に調整することで、
レーザービームの干渉による光強度分布を移動あるいは
変化させることができ、加工範囲及び加工態様の変更が
可能となる。
ービームの位相は同位相とするのを基本とするが、選択
した各レーザービームの位相を適宜に調整することで、
レーザービームの干渉による光強度分布を移動あるいは
変化させることができ、加工範囲及び加工態様の変更が
可能となる。
【０００８】上記方法において、前記干渉による光強度
分布により、干渉させるレーザービーム波長に対して不
透明な被加工物を加工すると、干渉による２次元光強度
分布により被加工物の表面加工が可能となる。又、前記
干渉による光強度分布により、干渉させるレーザービー
ム波長に対して透明な被加工物を加工すると、干渉によ
る３次元光強度分布により、被加工物内部の３次元加工
が可能となる。
分布により、干渉させるレーザービーム波長に対して不
透明な被加工物を加工すると、干渉による２次元光強度
分布により被加工物の表面加工が可能となる。又、前記
干渉による光強度分布により、干渉させるレーザービー
ム波長に対して透明な被加工物を加工すると、干渉によ
る３次元光強度分布により、被加工物内部の３次元加工
が可能となる。
【０００９】上記方法において、前記超短パルスレーザ
ーの干渉による一次加工に引き続いて、その一次加工と
は異なる二次加工を行うようにしてもよい。例えば、一
次加工で材料の屈折率変化を生じさせ、二次加工でその
屈折率変化部分にウエットエッチングを施すことができ
る。このように、超短パルスレーザーの干渉露光による
加工の特徴を、他の加工に利用することで、さらに多様
な加工が可能となる。
ーの干渉による一次加工に引き続いて、その一次加工と
は異なる二次加工を行うようにしてもよい。例えば、一
次加工で材料の屈折率変化を生じさせ、二次加工でその
屈折率変化部分にウエットエッチングを施すことができ
る。このように、超短パルスレーザーの干渉露光による
加工の特徴を、他の加工に利用することで、さらに多様
な加工が可能となる。
【００１０】本発明の装置は、超短パルスレーザーを発
振するレーザー発振器と、前記レーザー発振器で発振さ
れたレーザービームを複数本のレーザービームに分岐す
る位相格子あるいは計算機ホログラム等の回折型素子
と、前記回折型素子で分岐された複数本のレーザービー
ムの中から所定のレーザービームを複数本選択する選択
素子と、前記分岐されたレーザービームの振幅を制御す
る振幅変調手段と、前記分岐されたレーザービームの位
相を制御する位相変調手段と、前記振幅及び位相が制御
された複数本のレーザービームを干渉させる光路変更素
子と、を備えたことを特徴とする。この装置によれば、
使用する回折型素子の設計により、分岐レーザービーム
の方向や強度を正確に設定することができ、さらに光路
変更素子の調整により、各レーザービームの干渉角度も
正確に設定可能となる。又、干渉させようとするレーザ
ービームに対して個々に位相及び振幅の制御を行うこと
ができるので、干渉による光強度分布のきめ細かな制御
が可能となる。
振するレーザー発振器と、前記レーザー発振器で発振さ
れたレーザービームを複数本のレーザービームに分岐す
る位相格子あるいは計算機ホログラム等の回折型素子
と、前記回折型素子で分岐された複数本のレーザービー
ムの中から所定のレーザービームを複数本選択する選択
素子と、前記分岐されたレーザービームの振幅を制御す
る振幅変調手段と、前記分岐されたレーザービームの位
相を制御する位相変調手段と、前記振幅及び位相が制御
された複数本のレーザービームを干渉させる光路変更素
子と、を備えたことを特徴とする。この装置によれば、
使用する回折型素子の設計により、分岐レーザービーム
の方向や強度を正確に設定することができ、さらに光路
変更素子の調整により、各レーザービームの干渉角度も
正確に設定可能となる。又、干渉させようとするレーザ
ービームに対して個々に位相及び振幅の制御を行うこと
ができるので、干渉による光強度分布のきめ細かな制御
が可能となる。
【００１１】上記装置において、前記選択素子として所
定位置に開口を有したアパーチャを備えることができ
る。アパーチャは選択するレーザービームの組み合わせ
に応じて、所定のレーザービームをのみ通過させる開口
が形成されたアパーチャをそれぞれ使用する。
定位置に開口を有したアパーチャを備えることができ
る。アパーチャは選択するレーザービームの組み合わせ
に応じて、所定のレーザービームをのみ通過させる開口
が形成されたアパーチャをそれぞれ使用する。
【００１２】上記装置において、前記位相変調手段とし
て位相差板あるいは空間光変調器を備えることができ
る。位相差板は空間光変調器に比して安価であり、加工
態様が固定されている場合に使用するのに適している。
一方、空間光変調器によれば、位相をいつでも自由に制
御できるので、加工態様をいろいろ変化させる場合に使
用するのに適している。
て位相差板あるいは空間光変調器を備えることができ
る。位相差板は空間光変調器に比して安価であり、加工
態様が固定されている場合に使用するのに適している。
一方、空間光変調器によれば、位相をいつでも自由に制
御できるので、加工態様をいろいろ変化させる場合に使
用するのに適している。
【００１３】上記装置において、前記振幅変調手段とし
てＮＤフィルタあるいは空間光変調器を備えることがで
きる。ＮＤフィルタは空間光変調器に比して安価であ
り、加工態様が固定されている場合に使用するのに適し
ている。一方、空間光変調器によれば、振幅をいつでも
自由に制御できるので、加工態様をいろいろ変化させる
場合に使用するのに適している。
てＮＤフィルタあるいは空間光変調器を備えることがで
きる。ＮＤフィルタは空間光変調器に比して安価であ
り、加工態様が固定されている場合に使用するのに適し
ている。一方、空間光変調器によれば、振幅をいつでも
自由に制御できるので、加工態様をいろいろ変化させる
場合に使用するのに適している。
【００１４】上記装置において、前記選択素子の前段に
コリメータレンズを配置すると、選択素子の入射面にほ
ぼ直交するようにレーザービームを入射させることがで
きるので、その後の位相変調等の精度を上げることがで
きる。
コリメータレンズを配置すると、選択素子の入射面にほ
ぼ直交するようにレーザービームを入射させることがで
きるので、その後の位相変調等の精度を上げることがで
きる。
【００１５】上記装置において、前記選択素子、前記振
幅変調手段及び前記位相変調手段として機能する空間光
変調器を備えることができる。この場合、位相変調手段
として機能する空間光変調器と振幅変調手段として機能
する空間光変調器とを一体の空間光変調器として構成し
てもよく、又、位相変調と振幅変調をそれぞれ別体の空
間光変調器で行うようにしてそれらを直列に配置した構
成としてもよい。なお、前記空間光変調器としては、２
次元マトリックス型液晶パネルが利用できる。これによ
れば、干渉させるレーザービームの選択、位相の調整、
振幅の調整が空間光変調器を制御することでいつでも可
能となる。
幅変調手段及び前記位相変調手段として機能する空間光
変調器を備えることができる。この場合、位相変調手段
として機能する空間光変調器と振幅変調手段として機能
する空間光変調器とを一体の空間光変調器として構成し
てもよく、又、位相変調と振幅変調をそれぞれ別体の空
間光変調器で行うようにしてそれらを直列に配置した構
成としてもよい。なお、前記空間光変調器としては、２
次元マトリックス型液晶パネルが利用できる。これによ
れば、干渉させるレーザービームの選択、位相の調整、
振幅の調整が空間光変調器を制御することでいつでも可
能となる。
【００１６】上記装置において、前記空間光変調器の前
段にコリメータレンズを配置すると、レーザービームを
空間光変調器の入射面にほぼ直交するように入射させる
ことができ、位相変調等の精度を上げることができる。
段にコリメータレンズを配置すると、レーザービームを
空間光変調器の入射面にほぼ直交するように入射させる
ことができ、位相変調等の精度を上げることができる。
【００１７】上記装置において、前記光路変更素子とし
て、集光レンズを備えることができる。なお、この集光
レンズを、光軸方向に移動可能に、あるいは交換可能に
配置すると、各レーザービームの干渉領域や干渉角度の
変更をすることができる。
て、集光レンズを備えることができる。なお、この集光
レンズを、光軸方向に移動可能に、あるいは交換可能に
配置すると、各レーザービームの干渉領域や干渉角度の
変更をすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しながら本発
明の実施の形態を詳細に説明する。
明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】図１は本発明の実施の形態に係るレーザー
加工装置の構成図である。この装置は、超短パルスレー
ザーを発振する発振器１、１本のレーザービームを複数
のレーザービームに分岐する位相格子２、レーザービー
ムを光軸とほぼ平行にするコリメータレンズ３、レーザ
ービームの位相や振幅を変調する液晶パネル４、液晶パ
ネル４を駆動する液晶ドライバ５、及び光路変更素子と
しての集光レンズ６を備えてなる。本構成では、コリメ
ータレンズ３は第１のフーリエ変換レンズとして、集光
レンズ６は第２のフーリエ変換レンズとして作用する。
さらに、コリメータレンズ３と集光レンズ６はアフォー
カル系を構成し、同アフォーカル系は特定の縮小率を有
する。
加工装置の構成図である。この装置は、超短パルスレー
ザーを発振する発振器１、１本のレーザービームを複数
のレーザービームに分岐する位相格子２、レーザービー
ムを光軸とほぼ平行にするコリメータレンズ３、レーザ
ービームの位相や振幅を変調する液晶パネル４、液晶パ
ネル４を駆動する液晶ドライバ５、及び光路変更素子と
しての集光レンズ６を備えてなる。本構成では、コリメ
ータレンズ３は第１のフーリエ変換レンズとして、集光
レンズ６は第２のフーリエ変換レンズとして作用する。
さらに、コリメータレンズ３と集光レンズ６はアフォー
カル系を構成し、同アフォーカル系は特定の縮小率を有
する。
【００２０】超短パルスレーザー発振器１は１０-12〜
１０-15ｓｅｃの範囲のレーザーパルスを発振するもの
であり、そのパルス幅は例えば１００フェムト秒、パル
スエネルギーは例えば１〜１０ｍＪとすることができ
る。又、利用できる波長は、例えば、８００ｎｍの基本
波の他、その２倍波、３倍波も利用可能である。
１０-15ｓｅｃの範囲のレーザーパルスを発振するもの
であり、そのパルス幅は例えば１００フェムト秒、パル
スエネルギーは例えば１〜１０ｍＪとすることができ
る。又、利用できる波長は、例えば、８００ｎｍの基本
波の他、その２倍波、３倍波も利用可能である。
【００２１】回折格子の一種である位相格子２は、屈折
率又は／及び厚さが格子面上で周期的な変化をする構造
のもので、目的とする回折次数及び回折光強度の分岐レ
ーザービームが得られるように、あらかじめ設計したも
のである。ただし、完全に目的のビームだけを取り出す
ようにすることは難しいため、位相格子２の後に目的と
するビームのみを選択する手段が必要となる。又、分岐
レーザービームの強度を、この位相格子２だけを利用し
て決定する構成としてもよいが、レーザービームの強度
変更の自由度を持たせるために、位相格子２の後にビー
ムの振幅を変調する手段を設けている。
率又は／及び厚さが格子面上で周期的な変化をする構造
のもので、目的とする回折次数及び回折光強度の分岐レ
ーザービームが得られるように、あらかじめ設計したも
のである。ただし、完全に目的のビームだけを取り出す
ようにすることは難しいため、位相格子２の後に目的と
するビームのみを選択する手段が必要となる。又、分岐
レーザービームの強度を、この位相格子２だけを利用し
て決定する構成としてもよいが、レーザービームの強度
変更の自由度を持たせるために、位相格子２の後にビー
ムの振幅を変調する手段を設けている。
【００２２】コリメータレンズ３の後側焦平面（フーリ
エ変換面）において、分岐レーザービームの間隔は次式
で与えられる。 Δｘ＝λｆ１／Ｐｘ ・・・（１−１） Δｙ＝λｆ１／Ｐｙ ・・・（１−２） ただし、Δｘ、Δｙは直交するｘ及びｙ方向の分岐ビー
ム間隔である。λはレーザービームの波長、ｆ１はコリ
メータレンズの焦点距離であり、ＰｘとＰｙは位相格子
のｘ及びｙ方向の周期である。例えば、λ＝０．８０μ
ｍ、ｆ１＝５００ｍｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝４００μｍとする
と、Δｘ＝Δｙ＝１．０ｍｍとなる。
エ変換面）において、分岐レーザービームの間隔は次式
で与えられる。 Δｘ＝λｆ１／Ｐｘ ・・・（１−１） Δｙ＝λｆ１／Ｐｙ ・・・（１−２） ただし、Δｘ、Δｙは直交するｘ及びｙ方向の分岐ビー
ム間隔である。λはレーザービームの波長、ｆ１はコリ
メータレンズの焦点距離であり、ＰｘとＰｙは位相格子
のｘ及びｙ方向の周期である。例えば、λ＝０．８０μ
ｍ、ｆ１＝５００ｍｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝４００μｍとする
と、Δｘ＝Δｙ＝１．０ｍｍとなる。
【００２３】位相格子の設計には反復的最適化手法を用
いる必要があり、例えば、シミュレーテッドアニーリグ
法を用いることができる。シミュレーテッドアニーリグ
法の基本的な考えは、例えば、Journal of Optical Soc
iety of America A/Vol. 5，No.1/January 1998，pp30-
38、に紹介されている。本実施の形態では、位相格子の
位相分布は階段状に量子化されたものであるとする。設
計パラメータは、位相が変化する位置の座標と位相値で
ある。スカラー理論の範疇では、（ｍ、ｎ）次の回折光
強度｜ａ（ｍ，ｎ）｜2 は以下の式で計算できる。 ｜ａ（ｍ，ｎ）｜2 ＝（１／Ｐｘ）（１／Ｐｙ）∬ｅｘｐ（ｊ（φ（ｘ、ｙ ） ＋２π（ｍｘ／Ｐｘ＋ｎｙ／Ｐｙ））ｄｘｄｙ ・・・（２）
いる必要があり、例えば、シミュレーテッドアニーリグ
法を用いることができる。シミュレーテッドアニーリグ
法の基本的な考えは、例えば、Journal of Optical Soc
iety of America A/Vol. 5，No.1/January 1998，pp30-
38、に紹介されている。本実施の形態では、位相格子の
位相分布は階段状に量子化されたものであるとする。設
計パラメータは、位相が変化する位置の座標と位相値で
ある。スカラー理論の範疇では、（ｍ、ｎ）次の回折光
強度｜ａ（ｍ，ｎ）｜2 は以下の式で計算できる。 ｜ａ（ｍ，ｎ）｜2 ＝（１／Ｐｘ）（１／Ｐｙ）∬ｅｘｐ（ｊ（φ（ｘ、ｙ ） ＋２π（ｍｘ／Ｐｘ＋ｎｙ／Ｐｙ））ｄｘｄｙ ・・・（２）
【００２４】ここで、φ（ｘ、ｙ）は量子化された２次
元の位相分布である。積分区間は、ｘ、ｙ方向ともに、
１周期とする。設計においては、加工に用いる複数の回
折次数にビームエネルギーが所定の割合で集中するよう
に位相分布φ（ｘ、ｙ）を最適化する。本実施の形態で
は、表面凹凸型の位相格子を用いてビーム分岐を行う。
位相格子の深さｈ（ｘ、ｙ）は以下の式から決まる。 ｈ（ｘ、ｙ）＝（λ／（ｎ−１））・φ（ｘ、ｙ）／２π ・・・（３） ただし、ｎは格子媒体の屈折率である。
元の位相分布である。積分区間は、ｘ、ｙ方向ともに、
１周期とする。設計においては、加工に用いる複数の回
折次数にビームエネルギーが所定の割合で集中するよう
に位相分布φ（ｘ、ｙ）を最適化する。本実施の形態で
は、表面凹凸型の位相格子を用いてビーム分岐を行う。
位相格子の深さｈ（ｘ、ｙ）は以下の式から決まる。 ｈ（ｘ、ｙ）＝（λ／（ｎ−１））・φ（ｘ、ｙ）／２π ・・・（３） ただし、ｎは格子媒体の屈折率である。
【００２５】なお、位相格子２の代わりに、計算機によ
って作成したホログラムである計算機ホログラムを用い
てもよい。
って作成したホログラムである計算機ホログラムを用い
てもよい。
【００２６】空間光変調器である液晶パネル４には、例
えば、ＴＦＴを用いて液晶を駆動する液晶パネルあるい
は非線型素子を用いて液晶を駆動する液晶パネルを用い
ることができる。これらの場合、液晶材料にはネマチッ
ク液晶が使用されており、図２のように共通基板を境に
ネマチック液晶を両側に配置し、それらを駆動基板で挟
んだ構造とし、一方の液晶の配行を利用して位相変調
を、他方の液晶の配行を利用して振幅変調を行わせるも
のとする。又、液晶パネル４は、例えば、図３に示すよ
うなドットマトリックス型とする。液晶ドライバ５でマ
トリクッス状に配置された各画素４ａを駆動し、特定の
ビームのみを通過させ、かつ、そのビームに所要の位相
変調を加える。なお、分岐レーザービームの中から特定
のものを容易に選択できるようにするには、分岐レーザ
ービーム間に一定の間隔が必要である。本実施の形態で
用いた液晶パネル４の画素寸法は１．０ｍｍ×１．０ｍ
ｍであり、本実施の形態ではこれに合わせて、分岐ビー
ム間隔を、ｘ、ｙ両方向に対して１．０ｍｍとした。
えば、ＴＦＴを用いて液晶を駆動する液晶パネルあるい
は非線型素子を用いて液晶を駆動する液晶パネルを用い
ることができる。これらの場合、液晶材料にはネマチッ
ク液晶が使用されており、図２のように共通基板を境に
ネマチック液晶を両側に配置し、それらを駆動基板で挟
んだ構造とし、一方の液晶の配行を利用して位相変調
を、他方の液晶の配行を利用して振幅変調を行わせるも
のとする。又、液晶パネル４は、例えば、図３に示すよ
うなドットマトリックス型とする。液晶ドライバ５でマ
トリクッス状に配置された各画素４ａを駆動し、特定の
ビームのみを通過させ、かつ、そのビームに所要の位相
変調を加える。なお、分岐レーザービームの中から特定
のものを容易に選択できるようにするには、分岐レーザ
ービーム間に一定の間隔が必要である。本実施の形態で
用いた液晶パネル４の画素寸法は１．０ｍｍ×１．０ｍ
ｍであり、本実施の形態ではこれに合わせて、分岐ビー
ム間隔を、ｘ、ｙ両方向に対して１．０ｍｍとした。
【００２７】なお、液晶パネル４は、レーザービームに
よる損傷を防止するため、コリメータレンズ３の焦点面
から前あるいは後ろに少しずらして配置する。
よる損傷を防止するため、コリメータレンズ３の焦点面
から前あるいは後ろに少しずらして配置する。
【００２８】集光レンズ６は、光軸方向に移動可能にあ
るいは交換可能に配置し、集光レンズ６の操作によっ
て、各レーザービームの干渉発生位置及び干渉角度を変
更できるようにしている。なお、集光レンズ６は単体の
レンズでもよいが、複数のレンズを組み合わせて構成し
てよい。
るいは交換可能に配置し、集光レンズ６の操作によっ
て、各レーザービームの干渉発生位置及び干渉角度を変
更できるようにしている。なお、集光レンズ６は単体の
レンズでもよいが、複数のレンズを組み合わせて構成し
てよい。
【００２９】コリメータレンズ３と集光レンズ６から構
成されるアフォーカル系の縮小率と焦点距離ならびにビ
ーム径の間には、以下の式が成り立つ。 Ｆ１：Ｆ２＝Ｄ１：Ｄ２ ・・・（４） ここで、ｆ１はコリメータレンズ３の焦点距離、ｆ２は
集光レンズ６の焦点距離である。Ｄ１は入射ビーム径、
Ｄ２は出射ビーム径である。例えば、縮小率を０．１と
した場合、ｆ１＝５００ｍｍ、ｆ２＝５０ｍｍの条件で
は、Ｄ１＝５．０ｍｍに対してＤ２＝０．５０ｍｍとな
る。
成されるアフォーカル系の縮小率と焦点距離ならびにビ
ーム径の間には、以下の式が成り立つ。 Ｆ１：Ｆ２＝Ｄ１：Ｄ２ ・・・（４） ここで、ｆ１はコリメータレンズ３の焦点距離、ｆ２は
集光レンズ６の焦点距離である。Ｄ１は入射ビーム径、
Ｄ２は出射ビーム径である。例えば、縮小率を０．１と
した場合、ｆ１＝５００ｍｍ、ｆ２＝５０ｍｍの条件で
は、Ｄ１＝５．０ｍｍに対してＤ２＝０．５０ｍｍとな
る。
【００３０】上記のレーザー加工装置は、目的の加工を
行うためにあらかじめ設計された光強度分布を、被加工
物に与えるために用いられるものであり、以下のように
動作する。すなわち、超短パルスレーザー発振器１から
発振された超短パルスレーザービームは、位相格子２に
よる回折により、複数のレーザービームに分岐される。
続いて、分岐されたレーザービームはコリメータレンズ
３で光軸とほぼ平行にされた後、液晶パネル４のパネル
面にほぼ直交するように入射する。液晶パネル４では、
液晶ドライバ５を利用して、入射レーザービームに対し
て所要の位相変調及び振幅変調を加える。振幅変調は、
液晶パネルの特定の画素の透過率を高くあるいは低く設
定することにより行い、これによって分岐レーザービー
ムの中から目的の回折次数のビームを必要な本数選択す
る。そして、この選択により、液晶パネル４を通過した
複数のレーザービームは、集光レンズ６でその進行方向
が変更されて、互いのレーザービームが被加工物１０の
表面あるいは内部で干渉するように照射される。これに
より、被加工物１０には干渉による光強度分布が生じ、
それによって被加工物１０にアブレーション又は／及び
屈折率変化よる加工が施される。
行うためにあらかじめ設計された光強度分布を、被加工
物に与えるために用いられるものであり、以下のように
動作する。すなわち、超短パルスレーザー発振器１から
発振された超短パルスレーザービームは、位相格子２に
よる回折により、複数のレーザービームに分岐される。
続いて、分岐されたレーザービームはコリメータレンズ
３で光軸とほぼ平行にされた後、液晶パネル４のパネル
面にほぼ直交するように入射する。液晶パネル４では、
液晶ドライバ５を利用して、入射レーザービームに対し
て所要の位相変調及び振幅変調を加える。振幅変調は、
液晶パネルの特定の画素の透過率を高くあるいは低く設
定することにより行い、これによって分岐レーザービー
ムの中から目的の回折次数のビームを必要な本数選択す
る。そして、この選択により、液晶パネル４を通過した
複数のレーザービームは、集光レンズ６でその進行方向
が変更されて、互いのレーザービームが被加工物１０の
表面あるいは内部で干渉するように照射される。これに
より、被加工物１０には干渉による光強度分布が生じ、
それによって被加工物１０にアブレーション又は／及び
屈折率変化よる加工が施される。
【００３１】なお、干渉による光強度分布Ｉ（ｘ，ｙ，
ｚ）は次式で与えられる。 Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜ΣΣａ（ｍ，ｎ）・ｅｘｐ（ｊ（ｋ（ｍ，ｎ）・ｒ ＋φ（ｍ，ｎ））｜2 ・・・（５） ただし、ａ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの振
幅、φ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの位相、
ｋ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの波数ベクト
ル、ｒは位置ベクトル、波数ベクトルｋと位置ベクトル
ｒの間のドット「・」は、ベクトル積を表す。干渉に関
与する回折次数ｍ、ｎについて和をとる。式（５）から
わかるように、干渉による光強度分布は３次元的な広が
りを有している。
ｚ）は次式で与えられる。 Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜ΣΣａ（ｍ，ｎ）・ｅｘｐ（ｊ（ｋ（ｍ，ｎ）・ｒ ＋φ（ｍ，ｎ））｜2 ・・・（５） ただし、ａ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの振
幅、φ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの位相、
ｋ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの波数ベクト
ル、ｒは位置ベクトル、波数ベクトルｋと位置ベクトル
ｒの間のドット「・」は、ベクトル積を表す。干渉に関
与する回折次数ｍ、ｎについて和をとる。式（５）から
わかるように、干渉による光強度分布は３次元的な広が
りを有している。
【００３２】被加工物１０の加工態様は、レーザービー
ムの干渉による光強度分布から決まる。言いかえれば、
被加工物１０の加工態様は、分岐レーザービームの選択
（回折次数及び本数の選択）、位相変調、振幅変調、及
び各レーザービームの干渉角度の組み合わせにより異な
るため、それらを適宜に組み合わせることで多様な干渉
光強度分布が形成され、この干渉光強度分布を利用する
ことにより様々な加工が可能となる。
ムの干渉による光強度分布から決まる。言いかえれば、
被加工物１０の加工態様は、分岐レーザービームの選択
（回折次数及び本数の選択）、位相変調、振幅変調、及
び各レーザービームの干渉角度の組み合わせにより異な
るため、それらを適宜に組み合わせることで多様な干渉
光強度分布が形成され、この干渉光強度分布を利用する
ことにより様々な加工が可能となる。
【００３３】２つの光束の干渉によって生じる干渉縞は
正弦波の分布をしているが、光束の数がさらに増えてゆ
くと干渉縞は複雑な分布となる。そして、多数の光束が
ある点で位相が揃って重なると、その点の強度分布は鋭
いピークを持つ。例えば、２本のレーザービームを干渉
させるた場合には、図４の様な周期的な光強度分布（側
面図）が得られ、又、３本のレーザービームを互いに１
２０度の角度で干渉させると図５のような六角対称性を
有する光強度分布（平面図）が得られ、それぞれの光強
度分布に応じた加工が可能となる。
正弦波の分布をしているが、光束の数がさらに増えてゆ
くと干渉縞は複雑な分布となる。そして、多数の光束が
ある点で位相が揃って重なると、その点の強度分布は鋭
いピークを持つ。例えば、２本のレーザービームを干渉
させるた場合には、図４の様な周期的な光強度分布（側
面図）が得られ、又、３本のレーザービームを互いに１
２０度の角度で干渉させると図５のような六角対称性を
有する光強度分布（平面図）が得られ、それぞれの光強
度分布に応じた加工が可能となる。
【００３４】レーザービームの干渉を利用した加工の態
様は、被加工物がレーザービーム波長に対して不透明か
透明かという条件によっても異なってくる。レーザービ
ーム波長に対して不透明な被加工物を加工する場合は、
干渉による２次元の光強度分布を利用して、その干渉領
域でアブレーションによる物質の除去が可能になる。こ
のような表面加工の場合、被加工物に照射するレーザー
パルスは、単発のパルスあるいは複数のパルスのいずれ
であってもよい。
様は、被加工物がレーザービーム波長に対して不透明か
透明かという条件によっても異なってくる。レーザービ
ーム波長に対して不透明な被加工物を加工する場合は、
干渉による２次元の光強度分布を利用して、その干渉領
域でアブレーションによる物質の除去が可能になる。こ
のような表面加工の場合、被加工物に照射するレーザー
パルスは、単発のパルスあるいは複数のパルスのいずれ
であってもよい。
【００３５】これに対して、レーザービーム波長に対し
て透明な被加工物を加工する場合は、干渉による３次元
の光強度分布を利用して、その干渉領域の屈折率変化又
は／及びアブレーションによる物質の除去が行える。こ
のような被加工物の内部を加工する際には、最初のレー
ザーパルスの照射で内部の物質変化が起こり、引き続く
パルスの照射による加工態様を予測するのが困難となる
と予想されるので、１つのパルスのみを利用した加工と
することが望ましい。
て透明な被加工物を加工する場合は、干渉による３次元
の光強度分布を利用して、その干渉領域の屈折率変化又
は／及びアブレーションによる物質の除去が行える。こ
のような被加工物の内部を加工する際には、最初のレー
ザーパルスの照射で内部の物質変化が起こり、引き続く
パルスの照射による加工態様を予測するのが困難となる
と予想されるので、１つのパルスのみを利用した加工と
することが望ましい。
【００３６】又、上記の超短パルスレーザーを用いた加
工を一次加工として、さらに一次加工とは別の加工を施
すこともできる。例えば、一次加工において物質の屈折
率変化を生じさせ、その部分をウェットエッチングする
ことにより、内部に空洞を形成することができる。
工を一次加工として、さらに一次加工とは別の加工を施
すこともできる。例えば、一次加工において物質の屈折
率変化を生じさせ、その部分をウェットエッチングする
ことにより、内部に空洞を形成することができる。
【００３７】本発明のレーザービームによる干渉は、干
渉させようとする各レーザービームの位相を同位相にす
ることで行うことを基本とするが、複数のレーザービー
ムの間に位相差を与えることにより、干渉光強度分布を
移動あるいは変化させて、加工範囲及び加工態様を変化
させることも可能である。その場合、干渉光強度分布の
移動量は、加えた位相変調量に比例する。例えば、図６
に示すような２光束干渉の場合、干渉光強度分布は次式
で与えられる。 Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜ａ１｜2＋｜ａ２｜2 ＋２｜ａ１｜｜ａ２｜ｃｏｓ（２πｘ／Λ＋Δφ）・・・（６） ただし、｜ａ１｜，｜ａ２｜は２本のビームの振幅、Λ
は干渉光強度分布の周期、Δφ＝φ１−φ２はビーム間
の位相差である。式（６）からわかるように、位相差Δ
φに変化を与えると干渉光強度分布が移動する。この現
象を利用して、被加工物に対する干渉光強度分布の照射
位置を加工中に、あるいは加工に先立って変えること
で、一定の範囲において物質を均一に除去する等の加工
が可能になる。
渉させようとする各レーザービームの位相を同位相にす
ることで行うことを基本とするが、複数のレーザービー
ムの間に位相差を与えることにより、干渉光強度分布を
移動あるいは変化させて、加工範囲及び加工態様を変化
させることも可能である。その場合、干渉光強度分布の
移動量は、加えた位相変調量に比例する。例えば、図６
に示すような２光束干渉の場合、干渉光強度分布は次式
で与えられる。 Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜ａ１｜2＋｜ａ２｜2 ＋２｜ａ１｜｜ａ２｜ｃｏｓ（２πｘ／Λ＋Δφ）・・・（６） ただし、｜ａ１｜，｜ａ２｜は２本のビームの振幅、Λ
は干渉光強度分布の周期、Δφ＝φ１−φ２はビーム間
の位相差である。式（６）からわかるように、位相差Δ
φに変化を与えると干渉光強度分布が移動する。この現
象を利用して、被加工物に対する干渉光強度分布の照射
位置を加工中に、あるいは加工に先立って変えること
で、一定の範囲において物質を均一に除去する等の加工
が可能になる。
【００３８】上記のレーザー加工装置によれば、所望の
設計をした位相格子２を用いることにより、分岐するレ
ーザービームの次数、本数、及び強度をあらかじめ設定
できるため、それによって他の構成を簡素化することが
できる。又、分岐レーザービームの選択、位相、及び振
幅の変調を１つの液晶パネル４で行うため構成が簡素化
され、しかもそれらを必要なときにいつでも自由に行う
ことができる。さらに、これらのことから、レーザービ
ームの干渉角度の設定も従来に比してかなり容易とな
る。
設計をした位相格子２を用いることにより、分岐するレ
ーザービームの次数、本数、及び強度をあらかじめ設定
できるため、それによって他の構成を簡素化することが
できる。又、分岐レーザービームの選択、位相、及び振
幅の変調を１つの液晶パネル４で行うため構成が簡素化
され、しかもそれらを必要なときにいつでも自由に行う
ことができる。さらに、これらのことから、レーザービ
ームの干渉角度の設定も従来に比してかなり容易とな
る。
【００３９】図７は本発明のレーザー加工装置の他の実
施の形態を示す構成図である。これは、図１の液晶パネ
ル４が行っていた位相変調と振幅変調の作用を、別体の
２つの液晶パネル７を用いて、それぞれの液晶パネルが
一方の変調のみを行うようにしたものである。すなわ
ち、超短パルスレーザー発振器１、位相格子２の後に、
コリメータレンズ３、液晶パネル７及び集光レンズ６か
らなる２組の光学系（第１群光学系と第２群光学系）を
直列に配置したものである。第１群の集光レンズ６と第
２群のコリメータレンズ３とで、等倍率のアフォーカル
系を構成し、２枚の液晶パネル７の対応する画素を合わ
せている。この場合、位相変調と振幅変調を行う順序は
問わない。この装置は図１の装置より光学系が大きくな
るが、汎用性の高い液晶パネルを利用できるという利点
がある。
施の形態を示す構成図である。これは、図１の液晶パネ
ル４が行っていた位相変調と振幅変調の作用を、別体の
２つの液晶パネル７を用いて、それぞれの液晶パネルが
一方の変調のみを行うようにしたものである。すなわ
ち、超短パルスレーザー発振器１、位相格子２の後に、
コリメータレンズ３、液晶パネル７及び集光レンズ６か
らなる２組の光学系（第１群光学系と第２群光学系）を
直列に配置したものである。第１群の集光レンズ６と第
２群のコリメータレンズ３とで、等倍率のアフォーカル
系を構成し、２枚の液晶パネル７の対応する画素を合わ
せている。この場合、位相変調と振幅変調を行う順序は
問わない。この装置は図１の装置より光学系が大きくな
るが、汎用性の高い液晶パネルを利用できるという利点
がある。
【００４０】図８は本発明のレーザー加工装置のさらに
他の実施の形態を示す構成図である。これは、図１の構
成において、液晶パネル４の前段に配置していたコリメ
ータレンズをなくしたもので、これにより、レーザー加
工装置の構成をさらに簡素化させることができる。ただ
し、位相変調の精度を上げるにためには、位相格子２と
液晶パネル４の間隔を十分にとって、液晶パネル４へ入
射するビームができるだけ光軸と平行になるようにする
必要がある。なお、図中の符号８は、図１の集光レンズ
６に対応する集光レンズを示している。
他の実施の形態を示す構成図である。これは、図１の構
成において、液晶パネル４の前段に配置していたコリメ
ータレンズをなくしたもので、これにより、レーザー加
工装置の構成をさらに簡素化させることができる。ただ
し、位相変調の精度を上げるにためには、位相格子２と
液晶パネル４の間隔を十分にとって、液晶パネル４へ入
射するビームができるだけ光軸と平行になるようにする
必要がある。なお、図中の符号８は、図１の集光レンズ
６に対応する集光レンズを示している。
【００４１】図９は本発明のレーザー加工装置のさらに
他の実施の形態を示す構成図である。この装置は、図１
の装置における、液晶パネル４に対応する部分を、アパ
ーチャ１１、位相差板１２、及びＮＤフィルタ１３で構
成したもので、その他の構成は図１の装置と同様とす
る。
他の実施の形態を示す構成図である。この装置は、図１
の装置における、液晶パネル４に対応する部分を、アパ
ーチャ１１、位相差板１２、及びＮＤフィルタ１３で構
成したもので、その他の構成は図１の装置と同様とす
る。
【００４２】アパーチャ１１は、位相格子２で分岐され
たレーザービームの内、必要なビームのみを通過させる
ように対応部分に開口が形成されたもので、不要な分岐
ビームはこのアパーチャ１１で反射される。従って、ア
パーチャ１１は、位相格子２に対して一定の位置関係を
維持するように配置される。選択する分岐ビームを変更
する時には、あらかじめ作成しておいた対応する別のア
パーチャに交換するか、あるいは、あらかじめマトリッ
クス状に開口が多数配置されたアパーチャを用いて、変
更に応じて必要箇所以外の開口を遮蔽するようにしても
よい。
たレーザービームの内、必要なビームのみを通過させる
ように対応部分に開口が形成されたもので、不要な分岐
ビームはこのアパーチャ１１で反射される。従って、ア
パーチャ１１は、位相格子２に対して一定の位置関係を
維持するように配置される。選択する分岐ビームを変更
する時には、あらかじめ作成しておいた対応する別のア
パーチャに交換するか、あるいは、あらかじめマトリッ
クス状に開口が多数配置されたアパーチャを用いて、変
更に応じて必要箇所以外の開口を遮蔽するようにしても
よい。
【００４３】位相差板１２は、分岐された各レーザービ
ーム間の位相を変更するもので、変更しようとする位相
差に応じてそれぞれ異なる位相差板を用いる。
ーム間の位相を変更するもので、変更しようとする位相
差に応じてそれぞれ異なる位相差板を用いる。
【００４４】ＮＤフィルター１３は、分光選択吸収を示
さない無彩色のフィルタで、レーザービームの振幅を変
更するために用いられる。このＮＤフィルター１３も、
変更しようとする振幅に応じてそれぞれ異なるものを用
いる。なお、ここでは、位相差板１２、ＮＤフィルター
１３の順に配置したが、それらの順序はいずれであって
もかまわない。又、分岐レーザービームの強度を位相格
子２にのみ依存させて、ＮＤフィルター１３を用いない
構成とすることもできる。
さない無彩色のフィルタで、レーザービームの振幅を変
更するために用いられる。このＮＤフィルター１３も、
変更しようとする振幅に応じてそれぞれ異なるものを用
いる。なお、ここでは、位相差板１２、ＮＤフィルター
１３の順に配置したが、それらの順序はいずれであって
もかまわない。又、分岐レーザービームの強度を位相格
子２にのみ依存させて、ＮＤフィルター１３を用いない
構成とすることもできる。
【００４５】このような図９のレーザー加工装置は、以
下のように動作する。すなわち、超短パルスレーザー発
振器１から発振された超短パルスレーザービームは、位
相格子２による回折により、複数のレーザービームに分
岐される。続いて、分岐されたレーザービームはコリメ
ータレンズ３で光軸とほぼ平行にされた後、アパーチャ
１１の入射面ににほぼ直交するように入射する。アパー
チャ１１は、必要なレーザービームだけをその開口から
通過させて、位相差板１２に入射させこれにより各レー
ザービームの位相を同位相とする。位相が揃った各レー
ザービームは、続いてＮＤフィルタ１３に入りその振幅
が調整される。そして、ＮＤフィルタ１３を出た複数の
レーザービームは、集光レンズ６でその進行方向が変更
されて、互いのレーザービームが被加工物１０の表面あ
るいは内部で干渉するように照射される。これにより、
被加工物１０には干渉による光強度分布が生じ、それに
よって被加工物１０にアブレーション又は／及び屈折率
変化よる加工が施される。そして、この装置において
も、図１の装置に準じたレーザービームの制御により、
図１の装置の項で説明したと同様な、様々な態様の加工
を行うことができる。
下のように動作する。すなわち、超短パルスレーザー発
振器１から発振された超短パルスレーザービームは、位
相格子２による回折により、複数のレーザービームに分
岐される。続いて、分岐されたレーザービームはコリメ
ータレンズ３で光軸とほぼ平行にされた後、アパーチャ
１１の入射面ににほぼ直交するように入射する。アパー
チャ１１は、必要なレーザービームだけをその開口から
通過させて、位相差板１２に入射させこれにより各レー
ザービームの位相を同位相とする。位相が揃った各レー
ザービームは、続いてＮＤフィルタ１３に入りその振幅
が調整される。そして、ＮＤフィルタ１３を出た複数の
レーザービームは、集光レンズ６でその進行方向が変更
されて、互いのレーザービームが被加工物１０の表面あ
るいは内部で干渉するように照射される。これにより、
被加工物１０には干渉による光強度分布が生じ、それに
よって被加工物１０にアブレーション又は／及び屈折率
変化よる加工が施される。そして、この装置において
も、図１の装置に準じたレーザービームの制御により、
図１の装置の項で説明したと同様な、様々な態様の加工
を行うことができる。
【００４６】なお、アパーチャ１１、位相差板１２、Ｎ
Ｄフィルタ１３の３つの要素の内、その１つ又は２つを
空間光変調器に置き換えた、レーザー加工装置を構成す
ることも可能である。
Ｄフィルタ１３の３つの要素の内、その１つ又は２つを
空間光変調器に置き換えた、レーザー加工装置を構成す
ることも可能である。
【００４７】以上、各実施の形態で説明した超短パルス
レーザーを用いた加工方法及び装置では、金属を含む各
種材料の表面加工、すなわち、微細凹凸の形成や表面の
改質等ができる。加えて、ガラス、石英、水晶、サファ
イア、ダイヤモンド等のレーザー透過物質の内部加工が
できる。さらに、上記各実施の形態に示したレーザー加
工方法及び装置により、微細３次元加工が可能となるの
で、これを利用してフォトニック結晶中に適当な欠陥や
空洞を形成し、導波路、光変調器、光スイッチ等の光集
積回路、光デバイスを製造することが可能となる。
レーザーを用いた加工方法及び装置では、金属を含む各
種材料の表面加工、すなわち、微細凹凸の形成や表面の
改質等ができる。加えて、ガラス、石英、水晶、サファ
イア、ダイヤモンド等のレーザー透過物質の内部加工が
できる。さらに、上記各実施の形態に示したレーザー加
工方法及び装置により、微細３次元加工が可能となるの
で、これを利用してフォトニック結晶中に適当な欠陥や
空洞を形成し、導波路、光変調器、光スイッチ等の光集
積回路、光デバイスを製造することが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】本発明のレーザー加工方法によれば、回
折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向や強
度を正確に得ることができ、従ってレーザービームの干
渉角度及び個々のビームの強度の正確な設定が容易にな
る。又、干渉させようとするレーザービームに対して個
々に位相の制御を行うことができるため、干渉による光
強度分布のきめ細かな制御が可能となる。本発明のレー
ザー加工装置によれば、回折型素子の設計により、分岐
レーザービームの方向や強度を正確に設定することがで
き、さらに光路変更素子の調整により、各レーザービー
ムの干渉角度及び個々のビームの強度の正確な設定が容
易となる。又、干渉させようとするレーザービームに対
して個々に位相及び振幅の制御を行うことができるの
で、干渉による光強度分布のきめ細かな制御が可能とな
る。
折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向や強
度を正確に得ることができ、従ってレーザービームの干
渉角度及び個々のビームの強度の正確な設定が容易にな
る。又、干渉させようとするレーザービームに対して個
々に位相の制御を行うことができるため、干渉による光
強度分布のきめ細かな制御が可能となる。本発明のレー
ザー加工装置によれば、回折型素子の設計により、分岐
レーザービームの方向や強度を正確に設定することがで
き、さらに光路変更素子の調整により、各レーザービー
ムの干渉角度及び個々のビームの強度の正確な設定が容
易となる。又、干渉させようとするレーザービームに対
して個々に位相及び振幅の制御を行うことができるの
で、干渉による光強度分布のきめ細かな制御が可能とな
る。
【図１】本発明の実施の形態のレーザー加工装置の構成
図。
図。
【図２】図１の装置で使用する液晶パネルの一例を示す
構造図。
構造図。
【図３】図１の装置で使用する液晶パネルの一例を示す
正面図。
正面図。
【図４】２本のレーザービームの干渉パターンの一例を
示す側面図。
示す側面図。
【図５】３本のレーザービームの干渉パターンの一例を
示す平面図。
示す平面図。
【図６】２本のレーザービームの位相を相違させて干渉
させる例を示す概念図。
させる例を示す概念図。
【図７】本発明の他の実施の形態のレーザー加工装置の
構成図。
構成図。
【図８】本発明の他の実施の形態のレーザー加工装置の
構成図。
構成図。
【図９】本発明の他の実施の形態のレーザー加工装置の
構成図。
構成図。
１...超短パルスレーザー発振器
２...位相格子
３...コリメーターレンズ
４...空間光変調器（液晶パネル）
５...液晶ドライバ
６...集光レンズ
７...空間光変調器（液晶パネル）
８...集光レンズ
１０...被加工物
１１...アパーチャ
１２...位相差板
１３...ＮＤフィルタ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０５ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５０５
Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA25 AA34 AA50
2H079 AA02 BA01 BA03 CA02 CA24
DA08 GA05 KA01 KA08 KA18
2H088 EA22 EA37 GA02 HA08 KA05
MA20
2H097 AA03 BB10 CA17
4E068 CD03 CD05
Claims (22)
- 【請求項１】 超短パルスレーザーを回折型素子を利用
して複数本のレーザービームに分岐するステップと、 前記分岐した複数本のレーザービームの中から必要なレ
ーザービームを複数本選択するステップと、 前記分岐した複数本のレーザービームの位相を制御する
ステップと、 前記位相が制御された複数本のレーザービームを干渉さ
せ、その干渉による光強度分布を利用して前記被加工物
を加工するステップと、 を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。 - 【請求項２】 前記分岐した各レーザービームの振幅を
制御するステップを備えたことを特徴とする請求項１に
記載のレーザー加工方法。 - 【請求項３】 前記レーザービームの選択をそれらビー
ムの振幅制御を利用して行うことを特徴とする請求項２
に記載のレーザー加工方法。 - 【請求項４】 前記選択した各レーザービームの位相を
同位相とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載のレーザー加工方法。 - 【請求項５】 前記選択した各レーザービームの位相を
任意に調整して、前記レーザービームの干渉光強度分布
を移動あるいは変化させることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれかに記載のレーザー加工方法。 - 【請求項６】 前記干渉による光強度分布を利用して、
被加工物の表面を加工することを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載のレーザー加工方法。 - 【請求項７】 前記干渉による光強度分布を利用して、
被加工物の内部を加工することを特徴とする請求項１乃
至５のいずれかに記載のレーザー加工方法。 - 【請求項８】 前記超短パルスレーザーの干渉による一
次加工に引き続いて、その一次加工とは異なる二次加工
を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記
載のレーザー加工方法。 - 【請求項９】 前記一次加工で材料の屈折率変化を生じ
させ、前記二次加工でその屈折率変化部分にウエットエ
ッチングを施すことを特徴とする請求項８に記載のレー
ザー加工方法。 - 【請求項１０】 超短パルスレーザーを発振するレーザ
ー発振器と、 前記レーザー発振器で発振されたレーザービームを複数
本のレーザービームに分岐する回折型素子と、 前記回折型素子で分岐された複数本のレーザービームの
中から所定のレーザービームを複数本選択する選択素子
と、 前記分岐されたレーザービームの振幅を制御する振幅変
調手段と、 前記分岐されたレーザービームの位相を制御する位相変
調手段と、 前記振幅及び位相が制御された複数本のレーザービーム
を干渉させる光路変更素子と、 を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。 - 【請求項１１】 前記回折型素子として位相格子あるい
は計算機ホログラムを備えたことを特徴とする請求項１
０に記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１２】 前記選択素子として所定位置に開口を
有したアパーチャを備えたことを特徴とする請求項１０
又は１１に記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１３】 前記位相変調手段として位相差板を備
えたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに
記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１４】 前記位相変調手段として空間光変調器
を備えたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれ
かに記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１５】 前記振幅変調手段としてＮＤフィルタ
を備えたことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれ
かに記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１６】 前記振幅変調手段として空間光変調器
を備えたことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれ
かに記載のレーザー加工装置。 - 【請求項１７】 前記選択素子の前段にコリメータレン
ズを配置したことを特徴とする請求項１０乃至１６のい
ずれかに記載のレーザー加工装置 - 【請求項１８】 前記選択素子、前記振幅変調手段及び
前記位相変調手段として機能する空間光変調器を備えた
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー
加工装置。 - 【請求項１９】 振幅変調を行う空間光変調器と位相変
調を行う空間光変調器をそれぞれ個別に備え、これらの
空間光変調器を直列に配置したことを特徴とする請求項
１８に記載のレーザー加工装置。 - 【請求項２０】 前記空間光変調器として、２次元マト
リックス型液晶パネルを備えたことを特徴とする請求項
１８又は１９に記載のレーザー加工装置。 - 【請求項２１】 前記空間光変調器の前段にコリメータ
レンズを配置したことを特徴とする請求項１８乃至２０
のいずれかに記載のレーザー加工装置。 - 【請求項２２】 前記光路変更素子として集光レンズを
備えたことを特徴とする請求項１０乃至２１のいずれか
に記載のレーザー加工装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001212667A JP3775250B2 (ja) | 2001-07-12 | 2001-07-12 | レーザー加工方法及びレーザー加工装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001212667A JP3775250B2 (ja) | 2001-07-12 | 2001-07-12 | レーザー加工方法及びレーザー加工装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003025085A true JP2003025085A (ja) | 2003-01-28 |
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