JP2010070399A - 組成分布を生じる光学部品用透明材料及びこれを利用する光学部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス部材は、元素分布を有しない均一ガラス材料にパルスレーザを集光照射することにより、ガラス内部のレーザ照射領域及びその周辺領域に、他の領域とは異なる、ガラス組成の空間的な分布が存在する異質領域を有する。異質領域は、前記ガラス組成の空間的な分布により、他の領域とは異なる屈折率分布を有することが好ましい。
【選択図】図1
Description
本発明においては、次のような手段を提供する。なお、本願明細書に記載の用語「照射領域」は、実際にレーザ光が当たる部分とその影響を受ける周囲部を含み、照射の結果組成の変化が起きた領域を指すものである。用語「構造体」はガラス部材を所望の形状に成形したもの及び該成形プロセスの前後に一部の組成を選択的にエッチング処理したものを含む概念である。用語「屈折率」は可視光、赤外光等の、本発明に係る光学ガラス部材又は光学部品等の利用光線に対する屈折率を意味する。また、「ガラス組成の空間的な分布」とは、本発明におけるガラスを構成する成分の空間的な移動により生じる、局所的な組成の配置変化及び濃度勾配を含む概念である。
パルスレーザ照射により内部に照射前とは異なる組成分布を生じる光学部品用ガラス部材(以下、単にガラスともいう)には、SiO2系ガラス、B2O3系、P2O5系ガラス等のいわゆる多成分系ガラスが挙げられる。本発明に係る実施形態として、SiO2以外の網目形成酸化物からなるガラス及びSiO2、B2O3及びGeO2から選ばれる1種以上の成分が網目形成酸化物として機能するガラスを例示し、これらの組成について説明する。
本発明の一実施形態は、光学部品用ガラス組成物としてSiO2以外の網目形成酸化物からなる材料を用いることに関する。本発明者らは、P2O5系ガラス等の、SiO2成分を含有しないガラスにレーザを集光照射することで、ガラスの高屈折率化に寄与する成分を照射領域の中心部に分布させることが可能であることを見出した。高屈折率に寄与する成分としては、Siを除く13族又は14族元素からなる酸化物から選ばれる成分(例えばAl、Ga、Ge等)を挙げられる。また、TiO2、Nb2O5も高屈折率化に寄与することが期待される成分である。
Li2Oの含有率は0〜15%が好ましく、0〜12%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。Na2Oの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。K2Oの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。
Rn2O成分は必須ではないが、1%以上含有することが好ましく、3%以上がより好ましい。また含有率の上限は、30%とすることが好ましく、25%とすることがより好ましく、20%とすることが最も好ましい。
MgOの含有率は0〜10%が好ましく、0〜7%がより好ましく、0〜5%が最も好ましい。SrOの含有率は0〜10%が好ましく、0〜7%がより好ましく、0〜5%が最も好ましい。CaOの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。BaOの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。ZnOの含有率は0〜40%が好ましく、0〜30%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。
RO成分は必須ではないが、1%以上含有することが好ましく、3%以上がより好ましい。また含有率の上限は、40%とすることが好ましく、30%とすることがより好ましく、20%とすることが最も好ましい。
Siを除く14族元素の含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。ZrO2の含有率は0〜10%が好ましく、0〜5%がより好ましく、0〜3%が最も好ましい。TiO2の含有率は0〜40%が好ましく、0〜30%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。
R’O2成分は必須ではないが、1%以上含有することが好ましく、3%以上がより好ましい。含有率の上限は、40%とすることが好ましく、30%とすることがより好ましく、20%とすることが最も好ましい。
B2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。Al2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。Ga2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。In2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜15%が最も好ましい。Bi2O3の含有率は0〜40%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。希土類酸化物の含有量は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。
Rm2O3及びRm2O5としての含有率は1%以上が好ましく、3%以上がより好ましく、5%以上が最も好ましい。含有率の上限は50%とすることが好ましく、45%とすることがより好ましく、40%とすることが最も好ましい。これら成分はガラス形成酸化物・中間酸化物としての面もあり、導入する事によるガラスの安定化及び高屈折率化に寄与する。少なすぎるとガラス安定性の欠如、屈折率の低下が生じ、多すぎると失透性が悪化する。
本発明の別の実施形態は、光学部品用ガラス組成物としてSiO2、B2O3及びGeO2から選ばれる1種以上の成分を含む材料を用いることに関する。本発明者らはSiO2、B2O3及びGeO2から選ばれる1種以上の成分が網目形成酸化物として機能するガラスにおいては、レーザ照射により網目形成酸化物を形成するカチオン、中間酸化物を形成するカチオン、網目修飾酸化物を形成するカチオンの三つのグループに分かれて組成分布が生じる傾向があることを見出した。ここで中間酸化物とはTiO2、Al2O3を含み、網目修飾酸化物とはZrO2、CaO、MgO、SrO、BaO、ZnO、Li2O、K2O、Na2Oを含む。
Li2Oの含有率は0〜15%が好ましく、0〜12%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。Na2Oの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。K2Oの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。
Rn2O成分は必須ではないが、1%以上含有することが好ましく、3%以上がより好ましい。また含有率の上限は、30%とすることが好ましく、25%とすることがより好ましく、20%とすることが最も好ましい。
MgOの含有率は0〜10%が好ましく、0〜7%がより好ましく、0〜5%が最も好ましい。SrOの含有率は0〜10%が好ましく、0〜7%がより好ましく、0〜5%が最も好ましい。CaOの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。BaOの含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。ZnOの含有率は0〜20%が好ましく、0〜10%がより好ましく、0〜5%が最も好ましい。
RO成分は必須ではないが、1%以上含有することが好ましく、3%以上がより好ましい。また含有率の上限は、30%とすることが好ましく、25%とすることがより好ましく、20%とすることが最も好ましい。
Siを除く14族元素の含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。ZrO2の含有率は0〜10%が好ましく、0〜5%がより好ましく、0〜3%が最も好ましい。TiO2の含有率は0〜40%が好ましく、0〜30%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。
R’O2成分は必須ではないが、1%以上含有することが好ましく、3%以上がより好ましい。含有率の上限は、40%とすることが好ましく、30%とすることがより好ましく、20%とすることが最も好ましい。
B2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜25%がより好ましく、0〜20%が最も好ましい。Al2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜15%が最も好ましい。Ga2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。In2O3の含有率は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。Bi2O3の含有率は0〜40%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。希土類酸化物の含有量は0〜30%が好ましく、0〜20%がより好ましく、0〜10%が最も好ましい。
Rm2O3及びRm2O5としての含有率は1%以上が好ましく、3%以上がより好ましく、5%以上が最も好ましい。含有率の上限は50%とすることが好ましく、45%とすることがより好ましく、40%とすることが最も好ましい。これら成分はガラス形成酸化物・中間酸化物として面もあり、導入する事によるガラスの安定化及び高屈折率化に寄与する。少なすぎるとガラス安定性の欠如・屈折率の低下が生じ、多すぎると失透性が悪化する。
Nb2O5は、ガラス自身の屈折率を高めうる。Nb2O5の上限は50%が好ましく、40%がより好ましく、30%が最も好ましい。
なお、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag及びMo等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でも材料自体が着色してしまい、可視域の特定の波長に吸収を生じさせるため、可視の波長域において本発明の光学部品を使用する場合には、実質的に含まないことが好ましい。
一般的に、酸化物ガラスの屈折率は、次の式(I)に示すLorentz−Lorenzの式に従うため、本発明に係るパルスレーザ照射を用いて局所的に組成分布を生じたガラス材料等、照射領域に生じた母材と屈折率が異なる局所的な異質領域を利用する光学部品を製造する際、該異質領域の屈折率は組成の分布に依存し、次式から算出することができる。そして多成分の組み合わせによる特定元素を含む成分の移動傾向を考慮し、所望の空間的濃度分布を生じさせることで、材料内部の屈折率制御が可能になる。
本発明においては、パルス幅がピコ秒(10−12s)以下のパルスレーザが使用可能である。好適には、パルスレーザ光には、波長約780nm、[パルス幅200fs(2×10−13s)]、繰り返し周波数250kHz、パルスエネルギー:2.8〜3.6μJ程度のフェムト秒パルスレーザを用いうる。これを倍率20倍(開口率0.45)の対物レンズ等を介して、表面を研磨したガラス材料の内部に、スキャン深さ:300〜600μm、スキャン速度:5μm/秒程度の条件で集光照射することにより、ガラス材料の内部の局所を瞬間的に集光照射し、照射前と組成分布が異なることにより屈折率差の異なる異質領域を生成できる。
開口数の下限は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、最も好ましくは0.1以上である。開口数の下限は、0.01以上であると、ガラス内部に組成分布による屈折率変化を起こし易くなり、厚みが薄いガラスの内部加工において、パワーを増加させてもガラスのレーザ入射面や出射面の破壊を伴わずに加工できるので好ましい。また、開口数の上限は、好ましくは0.85以下、より好ましくは0.6以下、最も好ましくは0.5以下である。開口数の上限は、0.85以下であると、比較的低い開口数の加工となり、パワー密度の増加に対してガラス内部に空洞を伴わずに屈折率変化を起こし易く、ガラス内部の比較的大体積に大きな屈折率差の異質領域を形成し易い。
(a)パルス幅:10フェムト(10×10−15)秒〜10ピコ(10×10−12)秒
(b)繰り返し周波数:50kHz以上
(c)レーザ平均出力:0.2W以上
また、前記光学部品用ガラス内部の所望の位置に一括で形成された屈折率変化領域をさらに、広範囲に形成するために、集光させたパルスレーザ光の集光点を、前記材料に対して相対移動させることも可能である。
図1は、本発明の一実施形態に係る、ガラス内部に異質領域を生成する方法を例示する図である。母材40を水平面内に移動可能なステージ50に固定し、ステージ50を移動しながらパルスレーザ12を発振し、レーザ光を母材40の上方から照射する。レーザ照射する場所は、撮像手段22及び画像モニタ24を用いて適宜設定しうる。パルスレーザ12からのレーザ光は、ミラー(15−a、15−b、15−c、15−d、15−e)、ビームエクスパンダ(16−a、16−b)、絞り17、シャッター18、NDフィルタ19等を含む照射光学系を介し、集光レンズ14により集光され、母材40の内部の焦点近傍の局所領域を瞬間的に加熱する。これにより母材40の内部に、異質領域25が生成される。すなわち、異質領域25は他の領域と異なる母材と異なるガラス組成の空間的な分布が発生した領域であり、屈折率変化を生じうる。ステージ50の走査方向を適宜設定することにより、母材40の内部に生成する異質領域25の形状を略直線状等に制御することも可能である。
図2は、本発明の一実施形態に係る、SiO2系ガラス材料の内部に生成した異質領域25の組成分布を例示する図である。SiO2系ガラス材料としては、表2に示した「試料1」を用いた。パルスレーザ照射後の母材40をレーザ集光点近傍が表面となるようにクロスセクションポリッシャ(CP)を用いて研磨し、観察領域におけるガラス構成元素の面マッピングを観察した。反射電子像及び成分観察には、日本電子製JSM−8000型電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いた。
図3は、本発明の一実施形態に係る、P2O5系ガラス材料の内部に生成した異質領域25の組成分布を例示する図である。試料には、表2に示した「試料2」、すなわちP2O5−Al2O3−CaO−Tb2O3ガラスを用い、前述の図2を用いて示した成分観察と同様に、CPを用いて研磨した観察領域におけるガラス構成元素の面マッピングをEPMA装置で観察した。P2O5−Al2O3−CaO−Tb2O3ガラスの組成分布(230)の観測条件及び表示の様式等は、図2と同様である。
図4は、本発明の一実施形態に係る、P2O5系ガラス材料の内部に生成した異質領域25の組成分布を例示する図である。試料には、表2に示した「試料4」、すなわちP2O5−GeO2−Ga2O3−CaOガラスを用い、前述の図2及び図3を用いて示した成分観察と同様の手順で観察した。P2O5−GeO2−Ga2O3−CaOガラスの組成分布(240)は、視野の中心を通る直線領域に含まれる各構成元素の1次元分布を示す。図4の横軸は当該直線領域の長さであり全体で約110μmである。縦軸はEPMA装置のカウント数であり任意単位である。
図5(a)は、P2O5系ガラスとして表2に示した「試料5」すなわちP2O5−Al2O3−CaOガラスを用い、集光照射から生じた異質領域を含む、Al分布(242)を表すEPMA観察画像である。
同様に、図5(b)は、表2に示した「試料6」すなわちP2O5−Ga2O3−CaOガラスにおける、集光照射後のGa分布(244)を表すEPMA観察画像である。
さらに、図5(c)は、表2に示した「試料7」すなわちP2O5−In2O3−CaOガラスにおける、集光照射後のIn分布(246)を表すEPMA観察画像である
画像の濃淡と各元素の濃度比の関係は、図2を用いて示した例と同様であり、各元素の濃度の高い領域はより明るく表示され、濃度の低い領域はより暗く表示される。
図6は、本発明の実施形態に係る、チャープ変調を用いてパルスレーザ照射したSiO2系ガラス材料におけるSi元素の組成分布を示す図である。試料としては、表2に示した「試料4」、すなわちP2O5−GeO2−Ga2O3−CaOガラスを用いた。図6(a)〜(c)のそれぞれは、図7(a)〜(c)に示すチャープ変調を含むパルスレーザ集光照射後の研磨ガラス材料表面の観察像に対応し、一辺が50μmの正方形視野の範囲内におけるSi元素の分布を平面画像及び画像を横切る直線上の1次元プロファイルとして示す。図7は、本発明の実施形態に係る、パルスレーザにおけるチャープ変調を模式的に示す図である。図7においては、横軸をパルスレーザ光の進行方向に沿った空間座標とし、縦軸をパルスレーザ光の光電場強度とする。図7(a)は、進行方向に沿った1つのパルスレーザ光の範囲内において、周波数が一定である無チャープパルスを表す。図7(b)は、1つのパルスレーザ光の範囲内において時間と共に周波数が上昇するアップチャープパルスを表す。すなわち、図7(b)のパルス波形において、横軸の進行方向の先端部(右側)はより早い時間に放出されたパルスレーザ光であり、一方、横軸の進行方向の後端部(左側)はより遅い時間に放出されたパルスレーザ光であり、先端部から後端部に向かって周波数が上昇することを表す。図7(c)は図7(b)とは逆に、1つのパルスレーザ光の範囲内において時間と共に周波数が低下するダウンチャープパルスを表し、先端部から後端部に向かって周波数は低下する。
図6(a)に示す無チャープパルス照射後のSi元素の分布と比較して、図6(b)に示すアップチャープパルス照射後のSi元素の分布においては、Si元素濃度が低下する同心円状の領域が2つ現れ、照射領域の中心付近のより狭い領域にSi元素が集まった。図6(c)に示すダウンチャープパルス照射に関しては、パルスレーザ照射エネルギーは図6(b)に示したアップチャープパルスと同等であるにも関わらず、照射領域付近のSi元素の分布する領域の大きさ及び濃度差には相違が見られた。すなわち、本発明に係るパルスレーザ照射により多成分系ガラスの局所領域に組成分布を生じる方法等においては、特定の周波数掃引を用いて、パルスレーザ照射後の特定の元素の分布を制御しうる。
本発明の一実施形態に係る、パルスレーザ光を集光照射したガラス部材は、加工前の均一な光学特性とは異なって、非照射領域と照射領域との間に特定の元素の濃度差を生じ、これにより照射領域には非照射領域(すなわち母材)と異なる屈折率の差が生じうる。具体的には、図2〜図5を用い、表2の試料のEPMA画像として、特定の元素の濃度差が発生したことを示した。これらの例のガラス材料について、EPMA装置により測定した特定の元素のX線強度マッピングの結果に基づいて次式(VI)で表される公知のZAF補正法を用いる計算により、非照射領域と照射領域との間に生じた濃度差は全て5mol%以上であった。すなわち、本発明に係るガラス部材又はガラス部材を製造する方法においては、上述のガラス組成の範囲内において適宜ガラス構成成分を選択し、上述のパルスレーザ集光照射の条件の範囲内でレーザ光を照射することにより、非照射領域と照射領域との間に、少なくとも一種類以上のガラスを構成する元素の濃度差を5mol%以上とすることが可能であり、光学部品用途において好適な屈折率変化量を得られる。
日本電子(株)、「JXA-8100/8200の新機能」[online]、平成20年、[平成20年9月10日検索]、インターネット、<URL:http://www.jeol.co.jp/technical/eo/denshi-pro/epma004/epma004.htm>
本発明により形成されるガラス内部の屈折率変化量は、組成の分布値から前述のLorentz−Lorenzの式を用いて試算することができ、あるいは試料を実測して求めることも可能である。図8は、本発明の一実施形態に係る、異質領域25の屈折率を評価するための定量位相顕微鏡の構成を示す図である。定量位相顕微鏡55は、光源60、スプリッター62、ミラー64、66、ハーフミラー70、集光光学系72、撮像素子74を有する。光源60は、好適にはレーザである。光学系のアライメントは、ハーフミラー70において、試料68を通過した物体光78と参照光76とが位相干渉を起こすよう調整される。物体光78及び参照光76の経路に介在できる光学系は適宜設計できる。特に、試料を透過した物体光78を拡大するための対物レンズ及び、参照光76を発散させる対物レンズを介在させることにより測定に使用する波長程度の面分解能で評価されることが好ましい。
図8に示す定量位相顕微鏡を用いて、母材40及び母材40に含まれる異質領域25を通過する物体光78を解析することにより、母材40と異質領域25との屈折率差を計測できる。
本発明の光学部品用ガラス部材は、部材内部の異質領域の組成分布による屈折率の勾配に基づいて、光ファイバ又はレンズ等を含む屈折率分布型光学部品、透過型回折格子、フレネルレンズ、ホログラム素子、回折レンズ、カメラ用レンズ、球面収差補正や色収差補正を有するレンズ、CD/DVD用ピックアップレンズ、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイ等に用いうる。
本発明に係る、パルスレーザ集光照射により局所的に組成分布を生じることにより屈折率分布した異質領域を含むガラス材料に対しては、当技術分野に公知のガラス材料のエッチング処理を含む加工技術を用いうる。さらに、該エッチングはガラス材料を選択的にエッチングするものでもよい。具体的には、ガラス組成の一部を化学種選択的にエッチングしてもよく、適切なマスク剤を用いてガラス材料を局所選択的にエッチングしてもよい。
<実施例1:回折格子の例>
図9は、本発明の一実施形態に係る、光学部品用ガラス部材を回折格子として使用した概念図である。
図9(a)において、回折格子として機能する光学部品350は、内部に3次元的に周期配列された異質領域352を有する。すなわち、本発明に係る方法を用いて加工した光学ガラス部材において、内部に3次元的に周期配列された異質領域を有する光学ガラス部品は回折格子として機能しうる。具体的には、本発明に係る回折格子として機能する光学部品350に、入射光360を入射して得られる出射光362は、回折光を含んでなる。
図9(b)は、入射する点光源370を表す概念図である。例えば、入射する点光源370は、回折格子として機能する光学部品350への入射光360の一部の光路の、進行方向における断面でありうる。
図9(c)は、出射した点光源380を表す概念図である。一実施形態において、本発明に係る回折格子として機能する光学部品350に、入射する点光源370を入射することにより、出射した点光源380が得られる。
異質領域の周期やサイズ等は設計事項であり、これらにより回折光の強度比や分布は変化しうる。
図10は、本発明の一実施形態に係る、光学部品用ガラス部材を光導波路として使用した概念図である。
図10において、光導波路を含む光学部品390は、内部に3次元的に連続的に加工された光導波路395を有する。この光導波路は、本発明に係る方法を用いて、集光照射する領域をガラス母材に対して相対的に移動することにより、ガラス母材の内部に連続的に屈折率を高めた領域を形成して作成することが可能である。光導波路としての機能は、光導波路395の一端面からHe−Neレーザ光を入射し、光導波路395の他端面から当該レーザ光が出射されることから確認しうる。
14 集光レンズ
15 ミラー
16 ビームエクスパンダ
17 絞り
18 シャッター
19 NDフィルター
22 撮像手段
24 画像モニタ
25 異質領域
40 母材
50 ステージ
55 定量位相顕微鏡
60 光源
62 スプリッター
68 試料
72 集光光学系
74 撮像素子
76 参照光
78 物体光
200 Si−Al−Mg−Oガラスの組成分布
210 Si分布
220 Al分布
230 P2O5−Al2O3−CaO−Tb2O3ガラスの組成分布
240 P2O5−GeO2−Ga2O3−CaOガラスの組成分布
350 回折格子として機能する光学部品
352 内部に3次元的に周期配列された異質領域
360 入射光
362 出射光
370 入射する点光源
380 出射した点光源
390 光導波路を含む光学部品
395 光導波路
Claims (24)
- 元素分布を有しない均一ガラス材料にパルスレーザを集光照射することにより、ガラス内部のレーザ照射領域及びその周辺領域に、他の領域とは異なる、ガラス組成の空間的な分布が存在する異質領域を有するガラス部材。
- 前記異質領域は、前記ガラス組成の空間的な分布により、他の領域とは異なる屈折率分布を有する請求項1に記載のガラス部材。
- 前記均一ガラス材料が、SiO2成分を含有しないことを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載のガラス部材。
- 前記均一ガラス材料が、高屈折率化に寄与する成分を含有し、該高屈折率化に寄与する成分がレーザ照射領域の中心に分布することを特徴とする請求項3に記載のガラス部材。
- 前記高屈折率化に寄与するガラス構成元素がSiを除く13族又は14族元素からなる酸化物から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項4に記載のガラス部材。
- 前記均一ガラス材料はP2O5成分を含み、Siを除く13族又は14族元素からなる酸化物を1種類以上含み、前記レーザ照射領域の中心において、前記13族又は14族元素の濃度が照射前よりも増加する空間的な分布を形成する、請求項3から5のいずれかに記載のガラス部材。
- 酸化物基準の質量%で、
P2O5:10〜90%、
Rn2O+RO+R’O2:5〜60%、及び
Rm2O3+Rm2O5:1〜50%
(Rn2Oはアルカリ金属酸化物から選ばれる1種以上、ROはアルカリ土類及びZnの酸化物から選ばれる1種以上、R’O2はSiを除く14族元素、Ti、及びZrの酸化物から選ばれる1種以上、Rm2O3、Rm2O5は13族又は15族元素、遷移元素、及び希土類元素の酸化物から選ばれる1種以上である。)
を含む、請求項3から6のいずれかに記載のガラス部材。 - 前記均一ガラス材料はSiO2、B2O3及びGeO2から選ばれる1種以上の成分を含み、前記異質領域において空間的な分布を形成する成分は、網目形成酸化物を形成するカチオン及び/又は中間酸化物を形成するカチオン及び/又は網目修飾酸化物を形成するカチオンである、請求項1又は2に記載のガラス部材。
- 酸化物基準の質量%で、
SiO2:0〜90%、
Rn2O+RO+R’O2:5〜60%、及び
Rm2O3+Rm2O5:1〜50%
(Rn2Oはアルカリ金属酸化物から選ばれる1種以上、ROはアルカリ土類及びZnの酸化物から選ばれる1種以上、R’O2はSiを除く14族元素、Ti、及びZrの酸化物から選ばれる1種以上、Rm2O3、Rm2O5は13族又は15族元素、遷移元素、及び希土類元素の酸化物から選ばれる1種以上である。)
を含む、請求項8に記載のガラス部材。 - 前記均一ガラス材料がSi成分を含有し、Si成分は、前記レーザ照射領域の集光点の中心において前記他の領域よりも高い濃度で分布する、請求項8又は9に記載のガラス部材。
- 前記均一ガラス材料がSi及びAl成分を含有し、Al成分は、前記レーザ照射領域の集光点の中心において前記他の領域よりも濃度が低下して分布する、請求項8又は9に記載のガラス部材。
- 前記ガラス組成の空間的な分布において、前記異質領域と前記他の領域とにおける、少なくとも一種類以上のガラスを構成する元素の濃度差が5mol%以上あることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載のガラス部材。
- 前記集光照射前の母ガラスとは異なる、組成の空間的な分布を有する領域が、二次元又は三次元的に、周期的及び/又はランダムに形成されている、請求項1から12のいずれかに記載のガラス部材。
- 請求項1から13のいずれかに記載のガラス部材を選択的にエッチング処理した構造体。
- 請求項1から14のいずれかに記載のガラス部材及び/又は構造体を含んでなる、屈折率分布型部品、光学ローパスフィルタ、回折光学部品、光拡散部品、光フィルタ、レンズ、マイクロレンズアレイ、及び光導波路からなる群から選択される光学部品。
- 元素分布を有しない均一ガラス材料にパルスレーザを集光照射し、前記均一ガラス材料の内部のレーザ照射領域に、他の領域とは異なる、ガラス組成の空間的な分布が存在する異質領域を有するガラス部材を製造する方法。
- 前記ガラス組成の空間的な分布により、他の領域とは異なる屈折率分布を形成する請求項1に記載のガラス部材を製造する方法。
- 前記均一ガラス材料として、SiO2成分を含有しないガラスを用いることを特徴とする、請求項16又は17に記載のガラス部材を製造する方法。
- 前記均一ガラス材料として、
酸化物基準の質量%で、
P2O5:10〜90%、
Rn2O+RO+R’O2:5〜60%、及び
Rm2O3+Rm2O5:1〜50%
(Rn2Oはアルカリ金属酸化物から選ばれる1種以上、ROはアルカリ土類及びZnの酸化物から選ばれる1種以上、R’O2はSiを除く14族元素、Ti、及びZrの酸化物から選ばれる1種以上、Rm2O3、Rm2O5は13族又は15族元素、遷移元素、及び希土類元素の酸化物から選ばれる1種以上である。)
を含むガラスを用いる、請求項18に記載のガラス部材の製造方法。 - 前記均一ガラス材料として、
酸化物基準の質量%で、
SiO2:0〜90%、
Rn2O+RO+R’O2:5〜60%、及び
Rm2O3+Rm2O5:1〜50%
(Rn2Oはアルカリ金属酸化物から選ばれる1種以上、ROはアルカリ土類及びZnの酸化物から選ばれる1種以上、R’O2はSiを除く14族元素、Ti、及びZrの酸化物から選ばれる1種以上、Rm2O3、Rm2O5は13族又は15族元素、遷移元素、及び希土類元素の酸化物から選ばれる1種以上である。)
を含むガラスを用いる、請求項16又は17のいずれかに記載のガラス部材の製造方法。 - 前記ガラス組成の空間的な分布において、前記異質領域と前記他の領域とにおける、少なくとも1種以上のガラスを構成する元素の濃度差を5mol%以上にする、請求項16から20のいずれかに記載のガラス部材を製造する方法。
- 前記パルスレーザの集光照射を、以下の条件(a)から(c)を満たすレーザを用いて行う、請求項16から21のいずれかに記載の方法。
(a)パルス幅:10フェムト(10×10−15)秒〜10ピコ(10×10−12)秒
(b)繰り返し周波数:50kHz以上
(c)レーザ平均出力:0.2W以上 - 前記パルスレーザの集光照射において、繰り返し周波数を連続的に変化させる、請求項22に記載のガラス部材の製造方法。
- 前記空間的な分布の変更を、二次元又は三次元的に、周期的及び/又はランダムに形成する、請求項16から23のいずれかに記載のガラス部材の製造方法。
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