JP4734569B2 - ガラス材料の加工法 - Google Patents
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Description
(1)SiO2、GeO2、B2O3、P2O5、TeO2、Ga2O3、MoO3及びWO3から選ばれる少なくとも1種のガラス形成酸化物と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移元素及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種とを含有するガラス母体に、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、バナジウム、銅から選ばれる少なくとも1種を添加してなるガラスを、(a)還元処理または酸化処理して表面から所定深度にわたりレーザ光の発振波長における吸収係数が増大した光吸収層を形成した後、(b)ガラス表面または前記光吸収層の所定の深度にレーザ光の焦点を合わせて該レーザ光を照射し、前記ガラスの表面から前記深度にわたり前記ガラスに含まれる成分からなる異質層を形成した後、エッチング剤と接触させて前記異質層または該異質層の周囲部分を除去することを特徴とするガラス材料の加工法。
(2)前記(a)の後に、還元処理により前記光吸収層を形成した場合は酸化処理を行い、酸化処理により前記光吸収層を形成した場合は還元処理を行って当該光吸収層のガラス表面側の領域を一部消失させる工程を行うことを特徴とする上記(1)記載のガラス材料の加工法。
(3)レーザ光を照射して異質層を形成した後、光吸収層を還元処理により形成した場合は酸化処理を行い、酸化処理により形成した場合は還元処理を行って前記光吸収層を消失させることを特徴とする上記(1)または(2)記載のガラス材料の加工法。
(4)異質層として、ガラス組成の異なる領域、クラック、屈折率の異なる領域、結晶化領域または相分離領域を形成することを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1項に記載のガラス材料の加工法。
(5)結晶化領域が、非線形光学結晶Ba2TiSi2O8、Ba2TiGe2O8、BiBO3、BaB2O4、(Sr、Ba)NbO6、LaBGeO5、Nd(MoO4)3、Sm2(MoO4)3、Gd2(MoO4)3、BaTi(BO3)2、Ba3Ti3O6(BO3)2、LiBGeO4、BaTiO3、LiNbO3、KNbO3からなる結晶群の少なくとも1種を含有することを特徴とする上記(4)記載のガラス材料の加工法。
(6)レーザ光を、連続的に移動させながら間歇的に照射する、あるいは移動速度0.1〜5000μm/sにて連続的に移動させることで異質層をパターン化することを特徴とする上記(1)〜(5)の何れか1項に記載のガラス材料の加工法。
[実施例1]
0.3モル%のFe2O3、33.3モル%のBaO、16.7モル%のTiO2及び50モル%のGeO2からなるガラスを溶融法により作製し、10mm×10mm×1mmに加工後、レーザ照射面となる10mm×10mmの面に光学研磨を施した。その後、レーザ照射面を上にして、ガラス転移温度近傍の670℃で、2時間、1気圧、7%H2−93%Ar混合雰囲気中にて還元熱処理を行い、表面近傍にFe2+を多く含有する光吸収層3を生成した(図2(a)参照)。光吸収層3の生成は、端面を鏡面加工して光学顕微鏡観察で行い、表面から200μmの厚さを持つことを確認した。
実施例1と同一のガラスを用い、670℃、1気圧、7%H2−93%Ar混合雰囲気中にて還元熱処理を2時間行って光吸収層3を形成した後、光吸収層3に連続発振のNd:YAGレーザ(波長1.06μm)を、照射パワー60W/cm2でX方向に空間的に連続して7μm/sの速度で移動させ、屈折率の異なる異質層2を形成した(図2(b)参照)。異質層2についてX線回折測定及び顕微ラマン散乱スペクトルにより定性分析を行ったところ、周囲のガラス同様に非晶質体であることを確認した。
実施例1と同一のガラスを用い、670℃、1気圧、7%H2−93%Ar混合雰囲気中にて還元熱処理を2時間行って光吸収層3を形成した後、光吸収層3の表面にビッカース圧子を用いて微小クラックを形成し、クラックの周辺に集光点を合わせ、連続発振のNd:YAGレーザ(波長1.06μm)を、照射パワー35W/cm2でX方向に空間的に連続して500μm/sの速度で移動させ、クラックを進展させた。顕微鏡観察したところ、レーザビームが照射された部分の表面から深さ100μmにわたってクラックが形成しているのを確認した。
実施例1と同一のガラスを用い、670℃、1気圧、7%H2−93%Ar混合雰囲気中にて還元熱処理を2時間行って光吸収層3を形成した後、光吸収層3に連続発振のNd:YAGレーザ(波長1.06μm)を、照射パワー80W/cm2でX方向及びY方向に移動させ、一箇所当たり10秒間レーザ照射し、Ba2TiGe2O8結晶からなるドット状の異質層2を形成した。
実施例1と同一のガラスを用い、670℃、1気圧、7%H2−93%Ar混合雰囲気中にて還元熱処理を2時間行って光吸収層3を形成した後、光吸収層3に連続発振のNd:YAGレーザ(波長1.06μm)を、照射パワー60W/cm2でX方向及びY方向に移動させ、一箇所当たり3秒間レーザ照射してドット状の異質層2を形成した。
10モル%のSm2O3、40モル%のBaO、50モル%のB2O3からなるガラスを用い、還元熱処理を行うことなく、連続発振のNd:YAGレーザ(波長1.06μm)を、照射パワー60W/cm2でX方向に空間的に連続して10μm/sの速度で移動させ、屈折率の異なる異質層2を形成した。
実施例1と同一のガラスを用い、還元熱処理を行うことなく、表面に集光点を合わせて連続発振のNd:YAGレーザ(波長1.06μm)を、照射パワー100W/cm2でX方向に空間的に連続して5μm/sの速度で移動させたが、照射部に変化は確認されなかった。
2:異質層
3:光吸収層
4:レーザ光
5:集光レンズ
6:集光点
Claims (6)
- SiO2、GeO2、B2O3、P2O5、TeO2、Ga2O3、MoO3及びWO3から選ばれる少なくとも1種のガラス形成酸化物と、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移元素及び希土類元素から選ばれる少なくとも1種とを含有するガラス母体に、チタン、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、バナジウム、銅から選ばれる少なくとも1種を添加してなるガラスを、(a)還元処理または酸化処理して表面から所定深度にわたりレーザ光の発振波長における吸収係数が増大した光吸収層を形成した後、(b)ガラス表面または前記光吸収層の所定の深度にレーザ光の焦点を合わせて該レーザ光を照射し、前記ガラスの表面から前記深度にわたり前記ガラスに含まれる成分からなる異質層を形成した後、エッチング剤と接触させて前記異質層または該異質層の周囲部分を除去することを特徴とするガラス材料の加工法。
- 前記(a)の後に、還元処理により前記光吸収層を形成した場合は酸化処理を行い、酸化処理により前記光吸収層を形成した場合は還元処理を行って当該光吸収層のガラス表面側の領域を一部消失させる工程を行うことを特徴とする請求項1記載のガラス材料の加工法。
- レーザ光を照射して異質層を形成した後、光吸収層を還元処理により形成した場合は酸化処理を行い、酸化処理により形成した場合は還元処理を行って前記光吸収層を消失させることを特徴とする請求項1または2記載のガラス材料の加工法。
- 異質層として、ガラス組成の異なる領域、クラック、屈折率の異なる領域、結晶化領域または相分離領域を形成することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のガラス材料の加工法。
- 結晶化領域が、非線形光学結晶Ba2TiSi2O8、Ba2TiGe2O8、BiBO3、BaB2O4、(Sr、Ba)NbO6、LaBGeO5、Nd(MoO4)3、Sm2(MoO4)3、Gd2(MoO4)3、BaTi(BO3)2、Ba3Ti3O6(BO3)2、LiBGeO4、BaTiO3、LiNbO3、KNbO3からなる結晶群の少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項4記載のガラス材料の加工法。
- レーザ光を、連続的に移動させながら間歇的に照射する、あるいは移動速度0.1〜5000μm/sにて連続的に移動させることで異質層をパターン化することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のガラス材料の加工法。
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