JP2007238342A - Production method of glass material to which birefringence is given, and glass material produced by the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複屈折領域を有するガラス材料の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a glass material having a birefringent region.
従来から光学用途に使用されているガラス材料は、等方性であり、材料の方向によって物理的特性が変化することのない材料である。ガラス材料における等方性は、ガラスを形成する原子が無秩序に配列したランダムな構造であるということに起因しており、このことは、ガラスが透明であるということからも分かる。このような等方性のガラスは、住宅用の窓ガラス、レンズ、理化学機器、食器など幅広い分野で利用されている。 Conventionally, glass materials used for optical applications are materials that are isotropic and whose physical properties do not change depending on the direction of the material. The isotropic property of the glass material is due to the random structure in which the atoms forming the glass are randomly arranged, which can also be seen from the fact that the glass is transparent. Such isotropic glass is used in a wide range of fields such as residential window glass, lenses, physics and chemistry equipment, and tableware.
一方、光通信や電子機器等においては、光の偏光を利用する目的で異方性材料が利用される。光の偏光を制御する素子は偏光素子（偏光子）と呼ばれる。偏光素子は、光通信や、レーザ光における光アイソレータや液晶表示光学系に幅広く使用されている。 On the other hand, anisotropic materials are used in optical communications, electronic devices, and the like for the purpose of using polarized light. An element that controls the polarization of light is called a polarizing element (polarizer). Polarizing elements are widely used in optical communications, laser light optical isolators, and liquid crystal display optical systems.
偏光素子としては、偏光フィルムを利用したものが多岐にわたり使用されている。偏光フィルムを利用した偏光素子は、安価に製造できるという利点の反面、耐久性および耐熱性において問題がある。液晶プロジェクタ光学系における液晶ライトバルブにも偏光フィルムが使用される。しかしながら、近年の液晶プロジェクタのランプの照度向上に伴い、高輝度ランプが使用されることで、熱の影響で偏光フィルムが劣化する等の問題が生じる。また、偏光フィルムを利用した偏光素子は、レーザ光のアイソレータとして採用した場合、レーザ強度が増大すると、ダメージを受けやすいという問題を生じる。 As the polarizing element, a wide variety of polarizing elements are used. Although the polarizing element using a polarizing film has the advantage that it can be manufactured at low cost, it has a problem in durability and heat resistance. A polarizing film is also used for a liquid crystal light valve in a liquid crystal projector optical system. However, with the recent improvement in the illuminance of the lamps of liquid crystal projectors, the use of high-intensity lamps causes problems such as deterioration of the polarizing film due to the influence of heat. Further, when a polarizing element using a polarizing film is employed as a laser light isolator, there is a problem that it is easily damaged when the laser intensity is increased.
また、デジタルカメラや液晶ディスプレイなどにおいて、干渉による像の乱れを防止する目的で位相差を形成するフィルタが挿入されている。このフィルタには水晶や雲母が使用されており比較的高価なフィルタである。また、位相差を厚みで調整しており、光の入射角度に厳しい制限が生じる。
Also, in digital cameras, liquid crystal displays, and the like, a filter that forms a phase difference is inserted for the purpose of preventing image disturbance due to interference. Quartz and mica are used for this filter, and it is a relatively expensive filter. Further, the phase difference is adjusted by the thickness, and a severe limit is imposed on the incident angle of light.
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、簡易な方法及び製造工程によって複屈折領域を有するガラス材料を製造可能な方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above situations, and it aims at providing the method which can manufacture the glass material which has a birefringent area | region with a simple method and a manufacturing process.
本発明の他の目的は、複屈折ガラスの複屈折軸および複屈折の大きさ・リターダンス（複屈折の大きさを長さに換算したもの）を良好に制御可能な方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method capable of satisfactorily controlling the birefringence axis and the birefringence size / retardance (the birefringence size converted into a length) of the birefringent glass. is there.
本発明の更に他の目的は、簡易な方法及び製造工程によって製造可能な光学フィルタ、偏光素子、回折光学素子を提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide an optical filter, a polarizing element, and a diffractive optical element that can be manufactured by a simple method and manufacturing process.
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係るガラスの製造方法においては、レーザ光をガラス材料に照射することにより、当該ガラス材料に複屈折を付与している。 In order to achieve the above object, in the glass manufacturing method according to the first aspect of the present invention, birefringence is imparted to the glass material by irradiating the glass material with laser light.
本発明の第２の態様に係る複屈折領域を有するガラス材料は、前記第１の態様に係る方法によって製造される。 The glass material having a birefringent region according to the second aspect of the present invention is manufactured by the method according to the first aspect.
本発明の第３の態様に係る光学フィルタは、上記第２の態様に係るガラス材料を用いて成形される。例えば、複屈折方向を揃えた周期構造をガラス材料内に形成することにより、光の入射方向により回折角に差異を生じる分波器や回折格子を形成することが可能となる。 The optical filter according to the third aspect of the present invention is molded using the glass material according to the second aspect. For example, by forming a periodic structure with a uniform birefringence direction in a glass material, it is possible to form a duplexer or a diffraction grating that produces a difference in diffraction angle depending on the incident direction of light.
本発明の第4の態様に係る偏光素子は、上記第２の態様に係るガラス材料を用いて成形される。例えば、ガラス材料内において周期構造における複屈折方向を揃えることにより、光の入射方向により屈折率を変化させ、これによって光アイソレータや光学ローパスフィルタなどを形成することが可能となる。 The polarizing element according to the fourth aspect of the present invention is molded using the glass material according to the second aspect. For example, by aligning the birefringence direction in the periodic structure in the glass material, the refractive index can be changed depending on the incident direction of light, thereby forming an optical isolator, an optical low-pass filter, or the like.
本発明においては、ガラス材料に照射するレーザ光は、好ましくは、１ＧＷ／ｃｍ２以上の電場強度を有する。更に好ましくは、１０ＧＷ／ｃｍ２〜１０ＴＷ／ｃｍ２の電場強度を有する。ここで、レーザ光の電場強度が1GW/ｃｍ２未満であると、多光子吸収を誘起することが困難であり、ガラス内部を加工することができない。一方、電場強度が１０ＴＷ/ｃｍ２以上であると、レーザ光の照射点にクラックが発生し易く、複屈折を付与することが困難となる。
In the present invention, the laser light applied to the glass material preferably has an electric field strength of 1 GW / cm 2 or more. More preferably, it has an electric field strength of 10 GW /
本発明においては、レーザ光のパルスエネルギー、照射するパルス数およびレーザ光の走査方向および速度を制御することで、ガラス材料の複屈折の大きさ（リターダンス）を制御することができる。通常、複屈折の大きさは材料の厚みで制御されるが、本発明を用いることにより、屈折率を照射パルス数やレーザ光の走査速度などにより制御することが可能となる。そして、ガラス材料の屈折率を制御することにより複屈折を制御することが可能となる。 In the present invention, the birefringence (retardance) of the glass material can be controlled by controlling the pulse energy of the laser beam, the number of pulses to be irradiated, the scanning direction and the speed of the laser beam. Usually, the magnitude of birefringence is controlled by the thickness of the material, but by using the present invention, the refractive index can be controlled by the number of irradiation pulses, the scanning speed of laser light, and the like. And it becomes possible to control birefringence by controlling the refractive index of glass material.
本発明においては、レーザ光の走査方向および速度を制御することで、ガラス材料の熱適応力に起因する複屈折の方向および大きさ（リターダンス）を制御することができる。周知のように、熱応力は与えられる熱の大きさにより変化する。本発明において、ガラス材料にレーザ光を照射することにより、ガラス材料内部の分子を振動させ熱を発生させる。そして、レーザ光の走査速度を制御することにより分子の振動を変化させ、ガラス材料内部の熱応力を制御する。その結果、ガラス材料内部の熱応力に起因する複屈折を制御することが可能となる。 In the present invention, the direction and magnitude (retardance) of birefringence caused by the thermal adaptive force of the glass material can be controlled by controlling the scanning direction and speed of the laser light. As is well known, thermal stress varies with the amount of heat applied. In the present invention, by irradiating the glass material with laser light, the molecules inside the glass material are vibrated to generate heat. And the vibration of a molecule | numerator is changed by controlling the scanning speed of a laser beam, and the thermal stress inside a glass material is controlled. As a result, it is possible to control birefringence due to thermal stress inside the glass material.
本発明においては、レーザ光の走査方向および速度を制御することで、ガラス材料中に析出する結晶子の方向性及び大きさを制御することができる。本発明によりレーザ光を走査させることにより、熱応力の方向を制御できることが可能となる。熱応力は集光点外側に大きく発生し、応力層を走査することにより、走査方向と垂直な方向への結晶成長が応力層により阻害されるものと考えられる。結晶の成長方向はレーザ光の走査方向と同じ方向にのみ成長する。このため、レーザ光の走査方向を変化させることにより、結晶の成長方向を制御することが可能となる。また、結晶の大きさは、与える熱の大きさにより変化するため、レーザ光の走査速度を変化させることにより制御することが可能となる。 In the present invention, the directionality and size of crystallites precipitated in the glass material can be controlled by controlling the scanning direction and speed of the laser beam. By scanning the laser beam according to the present invention, the direction of thermal stress can be controlled. It is considered that thermal stress is greatly generated outside the focal point, and crystal growth in a direction perpendicular to the scanning direction is inhibited by the stress layer by scanning the stress layer. The crystal growth direction grows only in the same direction as the laser beam scanning direction. For this reason, it is possible to control the crystal growth direction by changing the scanning direction of the laser light. Further, since the size of the crystal changes depending on the amount of heat applied, it can be controlled by changing the scanning speed of the laser beam.
上述のように、本発明によれば、簡易な方法及び製造工程によって複屈折領域を有するガラス材料を製造可能となる。また、複屈折ガラスの複屈折軸および複屈折の大きさ・リターダンス（複屈折の大きさを長さに換算したもの）を良好に制御可能となる。 As described above, according to the present invention, a glass material having a birefringent region can be manufactured by a simple method and manufacturing process. In addition, the birefringence axis of the birefringent glass and the birefringence size / retardance (the birefringence size converted into a length) can be controlled well.
本発明においては、等方性物質であるガラス材料にレーザ光を照射し、複屈折領域を形成したガラス材料を得る。また、照射するレーザ光のパルスエネルギー、照射するパルス数およびレーザ光の走査方向および速度を制御することによって、複屈折軸と複屈折の大きさを制御する。すなわち、制御されたレーザ光をガラス内部に集光照射し、レーザ光に依存した方向や大きさを有する複屈折領域を形成する。このガラス材料は、複屈折を形成した領域において、入射する光の偏光軸の角度の違いにより光の透過率に差異が生じる。 In the present invention, a glass material which is a birefringent region is obtained by irradiating a glass material which is an isotropic substance with laser light. Further, the birefringence axis and the magnitude of birefringence are controlled by controlling the pulse energy of the laser beam to be irradiated, the number of pulses to be irradiated, the scanning direction and the speed of the laser beam. That is, the controlled laser beam is condensed and irradiated inside the glass to form a birefringent region having a direction and size depending on the laser beam. In this glass material, in the region where birefringence is formed, the light transmittance varies depending on the angle of the polarization axis of the incident light.
レーザ光のパルスエネルギー、パルス数および走査方向・速度の制御により、条件に応じた熱的影響が生じるため、応力に起因する複屈折において異なる大きさの複屈折が誘起される。また、同様に条件に応じた熱的影響が生じるため、析出する結晶の数および大きさに差異が生じる。具体的には、レーザ光をガラス内部に集光照射すると、多光子吸収過程を経てガラスを形成する原子と原子の結合が切断される。このとき、切断が生じた外側の領域においては分子の振動が生じ、これが熱的要因となり高温状態が誘起される。 Control of the laser beam pulse energy, the number of pulses, and the scanning direction / velocity causes a thermal effect according to the conditions, so that birefringence of different magnitude is induced in the birefringence caused by stress. Similarly, since a thermal influence according to the conditions occurs, a difference occurs in the number and size of crystals to be precipitated. Specifically, when laser light is condensed and irradiated inside the glass, the bonds between atoms and atoms forming the glass are cut through a multiphoton absorption process. At this time, molecular vibrations occur in the outer region where the cut occurs, and this becomes a thermal factor to induce a high temperature state.
この高温部分においては、分子の移動（分相）や結晶化が誘起される。この分相や結晶析出により大きな密度変化を生じ複屈折が誘起されるものと考えられる。この分相の度合いや結晶の数および大きさは熱的影響の大きさにより変化するため、レーザ光の照射条件の制御により複屈折の大きさを制御することが可能となる。 In this high temperature portion, molecular movement (phase separation) and crystallization are induced. It is considered that a large density change is caused by this phase separation or crystal precipitation and birefringence is induced. Since the degree of phase separation and the number and size of crystals vary depending on the thermal effect, the birefringence can be controlled by controlling the laser light irradiation conditions.
また熱的応力の方向は、レーザ光の走査方向および速度により制御することが可能である。熱応力方向を制御することにより析出する結晶の配向を制御することが可能である。走査をせずに一点に照射することにより、螺旋状の結晶を析出させることも可能である。 The direction of thermal stress can be controlled by the scanning direction and speed of laser light. By controlling the direction of thermal stress, the orientation of the precipitated crystals can be controlled. It is also possible to precipitate a helical crystal by irradiating one point without scanning.
また、本発明における複屈折は絞ったレーザ光の照射によりなされるため、光の回折限界近傍の大きさを有する異方性領域を形成することも可能である。ここで、レーザ光は、直径５００ｎｍ〜３ｍｍφの大きさのものを使用できる。 In addition, since birefringence in the present invention is performed by narrowed laser beam irradiation, it is possible to form an anisotropic region having a size in the vicinity of the diffraction limit of light. Here, a laser beam having a diameter of 500 nm to 3 mmφ can be used.
本発明が適用可能なガラス材料としては、石英ガラス、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートといった各種ケイ酸塩系ガラスの他燐酸塩系ガラスやテルライト系ガラスなど様々な系のガラスがある。 Examples of the glass material to which the present invention can be applied include various silicate glasses such as quartz glass, soda lime silicate glass, and aluminosilicate, as well as various glasses such as phosphate glasses and tellurite glasses.
本発明においては、集光点において熱の発生を誘起するため、パルス幅がナノ秒（ns）以下のパルスレーザが使用可能である。好ましくは、フェムト秒(fs)レーザである。レーザ光のパルスエネルギーは、用いるガラスのガラス転移温度および使用するレーザ波長により異なるが、０．０１〜５μＪの範囲に設定することができる。また、レーザ光の波長は、ピコ秒（ps）の超短パルスを得ることが可能な範囲に設定することができる。好ましくは２５０〜２５００ｎｍである。 In the present invention, a pulse laser having a pulse width of nanoseconds (ns) or less can be used to induce heat generation at the focal point. A femtosecond (fs) laser is preferable. The pulse energy of the laser light varies depending on the glass transition temperature of the glass used and the laser wavelength used, but can be set in the range of 0.01 to 5 μJ. Further, the wavelength of the laser beam can be set in a range where an ultrashort pulse of picosecond (ps) can be obtained. Preferably it is 250-2500 nm.
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
ZnSを添加したガラスおよびリチウム・アルミノシリケート系のガラス（以下LASガラス）の２種類のガラス材料に、波長800nm、照射パルスエネルギー1.6〜2.3μJのレーザ光を、NA0.55の対物レンズを用いて集光照射した。ステージ上に配置されたガラス材料は、走査せず2,500,000パルス照射した。照射したレーザ光の偏光は直線偏光であり、波長板を用いて制御した。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
Laser light with a wavelength of 800 nm and an irradiation pulse energy of 1.6 to 2.3 μJ was applied to two types of glass materials: ZnS-added glass and lithium-aluminosilicate glass (hereinafter referred to as LAS glass) using an NA0.55 objective lens. Concentrated irradiation was performed. The glass material placed on the stage was irradiated with 2,500,000 pulses without scanning. The polarization of the irradiated laser beam was linearly polarized light and was controlled using a wave plate.
本発明は、多光子吸収を利用する加工法であるため、ガラスがレーザ光を吸収しない波長領域200-2500nmの範囲のレーザ光を使用することが可能となる。 Since the present invention is a processing method using multiphoton absorption, it becomes possible to use laser light in a wavelength region of 200 to 2500 nm where glass does not absorb laser light.
２つのガラス材料のどちらにおいても、図１に示すように、集光点の外側に螺旋状の複屈折領域を観測した。図中に示される線は複屈折の方向を示しており、紙面に向かって左回りの渦巻きのような感じで複屈折が観察される。このことから、集光点を走査させない時、複屈折は螺旋状に形成されることが明らかとなった。 In both of the two glass materials, as shown in FIG. 1, a helical birefringent region was observed outside the condensing point. The lines shown in the figure indicate the direction of birefringence, and birefringence is observed with a feeling of a counterclockwise spiral toward the paper surface. From this, it was clarified that the birefringence is formed in a spiral shape when the condensing point is not scanned.
図２に、上記ガラスのリターダンスと照射するパルスエネルギーの関係を示す。この図から、照射するパルスエネルギーの増加によってリターダンスが増大していることがわかる。この結果より、リターダンスは制御可能であることが明らかとなった。 FIG. 2 shows the relationship between the retardance of the glass and the pulse energy to be irradiated. From this figure, it can be seen that the retardance increases as the pulse energy applied increases. From this result, it became clear that the retardance was controllable.
通常、複屈折は材料の厚みにより制御する。本発明を用いることにより、複屈折をレーザの照射により変化させることができ、材料の厚みを変化させる必要がない。したがって、薄板においても大きな複屈折を得ることが可能となる。 Usually, birefringence is controlled by the thickness of the material. By using the present invention, birefringence can be changed by laser irradiation, and there is no need to change the thickness of the material. Therefore, a large birefringence can be obtained even in a thin plate.
［実施例２］
ZnSを添加したガラスおよびAg+を添加したケイ酸塩系ガラス材料に、波長800nm、照射パルスエネルギー2.0μJのレーザ光を、NA0.55の対物レンズを用いて集光照射した。ステージ上に配置されたガラス材料は、走査せず250,000〜75,000,000パルス照射した。照射したレーザ光の偏光は直線偏光であり、波長板を用いて制御した。
[Example 2]
Laser light having a wavelength of 800 nm and an irradiation pulse energy of 2.0 μJ was focused and irradiated on the glass added with ZnS and the silicate glass material added with Ag + using an objective lens of NA0.55. The glass material placed on the stage was irradiated with 250,000-75,000,000 pulses without scanning. The polarization of the irradiated laser beam was linearly polarized light and was controlled using a wave plate.
照射領域には、実施例１と同様に螺旋状の複屈折が観測された。また、上記ガラス材料の照射パルス数とリターダンスの関係は、図３に示すように、照射パルス数の増加に伴いリターダンスが増大した。この結果より、リターダンスは制御可能であることが明らかとなった。 Similar to Example 1, spiral birefringence was observed in the irradiated region. In addition, as shown in FIG. 3, the relationship between the number of irradiation pulses of the glass material and the retardance increased as the number of irradiation pulses increased. From this result, it became clear that the retardance was controllable.
［実施例３］
LASガラスおよびAg+を添加したガラス材料に、波長800nm、照射パルスエネルギー2.0μJのレーザ光を、NA0.55の対物レンズを用いて集光照射した。ステージ上に配置されたガラス材料は、10〜1,000μm/sの速度で走査した。照射したレーザ光の偏光は直線偏光であり、波長板を用いて制御した。
[Example 3]
A laser material having a wavelength of 800 nm and an irradiation pulse energy of 2.0 μJ was focused and irradiated onto a glass material to which LAS glass and Ag + had been added, using an NA0.55 objective lens. The glass material placed on the stage was scanned at a speed of 10 to 1,000 μm / s. The polarization of the irradiated laser beam was linearly polarized light and was controlled using a wave plate.
なお、レーザ光の走査速度は、１０〜１０００μｍ／ｓが有効な速度範囲となる。走査速度が１０００μｍ／ｓより早いとレーザ光を均一に照射することが困難となる。また、１０μｍ／ｓより遅いと時間がかかりすぎてしまい実用的でない。 Note that the effective scanning speed of the laser beam is 10 to 1000 μm / s. When the scanning speed is faster than 1000 μm / s, it becomes difficult to uniformly irradiate the laser beam. If it is slower than 10 μm / s, it takes too much time and is not practical.
照射領域には、走査なしの場合とは異なり、図４に示すように同一方向の複屈折が観測された。このことから、集光点を走査した場合は、走査方向に依存した複屈折が形成されることが明らかとなった。なお、図４において、レーザ光は上から下に向かって走査され、複屈折はレーザ光の走査方向から４５度傾いた方向に延びていることが観察された。すなわち、図４における複屈折の方向は、概ね左下角から右上角に向かう方向となる。 In the irradiated region, unlike the case without scanning, birefringence in the same direction was observed as shown in FIG. From this, it is clear that when the condensing point is scanned, birefringence depending on the scanning direction is formed. In FIG. 4, it was observed that the laser beam was scanned from top to bottom, and the birefringence extended in a direction inclined by 45 degrees from the scanning direction of the laser beam. That is, the direction of birefringence in FIG. 4 is approximately the direction from the lower left corner to the upper right corner.
また、上記ガラス材料の走査速度とリターダンスの関係は、図５に示すように、走査速度の増大に伴いリターダンスが減少した。リターダンスは指数関数的な減少を示しており、制御可能であることが明らかとなった。 In addition, as shown in FIG. 5, the relationship between the scanning speed of the glass material and the retardance decreased as the scanning speed increased. The retardance showed an exponential decrease, and it became clear that it was controllable.
上述したように、本発明を用いることにより、複屈折をレーザの照射により変化させることができ、材料の厚みを変化させる必要がない。したがって、薄板においても大きな複屈折を得ることが可能となる。 As described above, by using the present invention, birefringence can be changed by laser irradiation, and there is no need to change the thickness of the material. Therefore, a large birefringence can be obtained even in a thin plate.
［実施例４］
BaO-TiO2-SiO2ガラス材料（以下BTSガラス）に、波長800nm、照射パルスエネルギー2.0μJのレーザ光を、NA0.55の対物レンズを用いて集光照射した。ステージ上に配置されたガラス材料は、2,500,000パルス照射（走査無し）と50μm/sの速度で走査により結晶を析出させた。照射したレーザ光の偏光は直線偏光であり、波長板を用いて制御した。
[Example 4]
BaO—TiO 2 —SiO 2 glass material (hereinafter referred to as BTS glass) was irradiated with a laser beam having a wavelength of 800 nm and an irradiation pulse energy of 2.0 μJ using a NA0.55 objective lens. Crystals were deposited on the glass material placed on the stage by 2,500,000 pulse irradiation (no scanning) and scanning at a speed of 50 μm / s. The polarization of the irradiated laser beam was linearly polarized light and was controlled using a wave plate.
照射領域には、実施例１および３に示したように、螺旋状と同一方向の複屈折が観測された。また、この領域において図６に示すように、螺旋状および直線状に結晶が析出していた。 As shown in Examples 1 and 3, birefringence in the same direction as the spiral was observed in the irradiated region. In this region, as shown in FIG. 6, crystals were deposited in a spiral shape and a linear shape.
集光点を走査した試料は、図７に示すように極めて大きな偏光特性を示していた。これは、図８のように配向した結晶が析出していることに起因する。配向結晶の析出は、集光点を走査することにより同一方向の複屈折が形成していることから、熱応力が同一方向に形成しているためと考えられる。そのため、熱応力の方向に沿って結晶が配向した。 The sample scanned on the condensing point showed extremely large polarization characteristics as shown in FIG. This is due to the precipitation of oriented crystals as shown in FIG. Precipitation of oriented crystals is thought to be because thermal stress is formed in the same direction because birefringence in the same direction is formed by scanning the focal point. Therefore, the crystals were oriented along the direction of thermal stress.
なお、図８において、右斜め上から左斜め下に向かって延びる白っぽい帯状領域がガラス領域であり、ガラス領域に挟まれて平行に延びる黒っぽい領域がレーザ照射領域であり、レーザ照射領域内の平行な縞模様が結晶が析出したことを表している。 In FIG. 8, a whitish band-like region extending from the upper right to the lower left is a glass region, and a dark region extending in parallel between the glass regions is a laser irradiation region, which is a parallel within the laser irradiation region. A striped pattern indicates that crystals were deposited.
以上説明したように、本発明によれば、照射するレーザ光のパルスエネルギー、照射するパルス数およびレーザ光の操作方向および速度を制御することによって、複屈折軸と複屈折の大きさを制御することが可能となる。すなわち、制御されたレーザ光をガラス内部に集光照射し、レーザ光に依存した方向や大きさを有する複屈折領域を形成することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the birefringence axis and the size of birefringence are controlled by controlling the pulse energy of the laser beam to be irradiated, the number of pulses to be irradiated, and the operating direction and speed of the laser beam. It becomes possible. That is, it is possible to form a birefringent region having a direction and a size depending on the laser beam by condensing and irradiating the controlled laser beam inside the glass.
また、ミクロン領域の加工や三次元的な加工が可能であることから、ピーク波長を変化させた周期構造を三次元的に配置した複合的回折光学素子や偏光フィルタ素子や極微小フィルタなどの形成も可能となり、デバイスの高機能化および微小化に寄与するものと考えられる。 In addition, since micron region processing and three-dimensional processing are possible, formation of complex diffractive optical elements, polarizing filter elements, and ultrafine filters in which periodic structures with varying peak wavelengths are three-dimensionally arranged This is also possible, and is considered to contribute to higher functionality and miniaturization of devices.
本発明によって形成された螺旋状の複屈折軸構造により、複屈折を解消することに使用でき、所謂偏光解消フィルタとして使用可能である。また、直線上の複屈折軸構造により、複屈折と回折を利用した光アイソレータや光学ローパスフィルタを形成することが可能となる。 The spiral birefringent shaft structure formed according to the present invention can be used to eliminate birefringence and can be used as a so-called depolarization filter. Further, an optical isolator or optical low-pass filter using birefringence and diffraction can be formed by a linear birefringence axis structure.
複屈折の大きさは、用途に応じて大きく異なることがある。本発明によれば、例えば、ミクロン領域の加工や三次元的な加工が可能であり、ピーク波長を変化させた周期構造を三次元的に配置した複合的回折光学素子や微小光アイソレータなどを形成することできる。
The magnitude of birefringence can vary greatly depending on the application. According to the present invention, for example, processing of a micron region or three-dimensional processing is possible, and a complex diffractive optical element or a micro optical isolator in which a periodic structure with a changed peak wavelength is three-dimensionally arranged is formed. Can do.
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