JP5633849B2 - レーザ用光学部品 - Google Patents
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Description
本発明はレーザ用光学部品に関する。さらに詳しくは、光源から照射されたレーザビームの断面強度分布を均一化するレーザ用光学部品に関する。
鉄鋼や自動車の製造における切断・溶接、電子部品の微細孔あけ、液晶や半導体デバイスのアニーリングなどの様々な産業分野でレーザ光が利用されている。このレーザ光の断面強度分布はガウス分布が主流であったが、近年、レーザ用途の多様化に伴い、不均一なガウス強度分布ではなく、均一な強度分布に対するニーズが出現している。
均一な強度分布を提供する光学部品としてホモジナイザが知られているが、従来の非球面タイプのホモジナイザ（例えば、特許文献１参照）やＤＯＥ（回折型光学部品）からなるホモジナイザ（例えば、特許文献２参照）は、ガウス分布の断面強度分布について、中央の強度が高い領域のビームを広げ、その周辺の強度が低い領域を縮めて強度分布を再配分することで、均一な断面強度分布を得るものである。
特許文献１〜２記載の光学部品は、焦点位置ではほぼ均一な強度分布を得ることができるが、レーザ光の位相を歪めて強度分布を変化させているので、焦点前後での強度分布の変化が大きく、焦点深度が短い。すなわち、被加工面が光軸上において光源に近づくかまたは光源から離れて焦点位置をずれると、強度分布の変化が大きくなってしまうので、焦点深度の深い加工には適していない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザビームの断面強度分布が均一であり、焦点位置の前後で当該断面強度分布の変化が小さく、長い焦点深度を得ることができるレーザ加工用光学部品を提供することを目的としている。
（１）本発明のレーザ用光学部品（以下、単に「光学部品」ともいう）は、単一または複数の光源から照射されたレーザ光から、第１の焦点面に焦点位置を有する第１次光と、前記第１の焦点面よりも光源から遠い第２の焦点面に焦点位置を有する第２次光とを生成する光生成手段と、
この光生成手段により生成された、互いに干渉し合い焦点位置が異.なる前記第１次光および第２次光を同軸上に重ね合わせて干渉レーザビームとする集光手段と
を備え、前記第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する第３の焦点面において、前記干渉レーザビームの断面強度分布が、ビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布となることを特徴としている。
ことができる。
この光生成手段により生成された、互いに干渉し合い焦点位置が異.なる前記第１次光および第２次光を同軸上に重ね合わせて干渉レーザビームとする集光手段と
を備え、前記第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する第３の焦点面において、前記干渉レーザビームの断面強度分布が、ビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布となることを特徴としている。
ことができる。
本発明の光学部品では、焦点位置が異なる第１次光および第２次光を同軸上に重ね合わせて干渉レーザビームとしており、この干渉レーザビームの断面強度分布は、第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する第３の焦点面において、ビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布となっている。これにより、焦点位置の前後で当該断面強度分布の変化が小さく、長い焦点深度を得ることができる。
（２）前記（１）の光学部品において、前記第１、第２および第３の焦点面のうち、第３の焦点面にて前記干渉レーザビームの最大ピーク強度を最も小さくすることができる。
（３）前記（１）または（２）の光学部品において、前記光生成手段が、単一の光源から照射されたレーザ光を２つのレーザビームに分割するレーザビーム分割手段と、このレーザビーム分割手段により分割された２つのレーザビームを互いに異なる焦点に調整する焦点距離調整手段とからなり、
前記集光手段が、互いに焦点が異なる２つのレーザビームを同軸上で合成するビーム合成手段と、レーザビームを所定の距離に収束させる集光レンズとからなっていてもよい。
前記集光手段が、互いに焦点が異なる２つのレーザビームを同軸上で合成するビーム合成手段と、レーザビームを所定の距離に収束させる集光レンズとからなっていてもよい。
（４）前記（３）の光学部品において、前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームそれぞれに対して設けられた第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とからなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２とするとき、ｆ１、ｆ２が以下の式（１）、（２）で与えられるとともに、係数Ａ１、Ａ２がＡ１／Ａ２＜０、０．９＜│Ａ１│＜１．９、を全て満たしていてもよい。
ｆ１＝２Ａ１ω２／λ ・・・・・・（１）
ｆ２＝２Ａ２ω２／λ ・・・・・・（２）
ｆ１＝２Ａ１ω２／λ ・・・・・・（１）
ｆ２＝２Ａ２ω２／λ ・・・・・・（２）
（５）前記（３）の光学部品において、前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームそれぞれに対して設けられた第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とからなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１のパワーをＰ１、第２レンズＬ２のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（３）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
ΔＰ＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（３）
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
ΔＰ＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（３）
（６）前記（３）の光学部品において、前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームの片方に設けられた第１レンズＬ１からなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１のパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（４）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（４）
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（４）
（７）前記（３）の光学部品において、前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームそれぞれに対して設けられた第１シリンドリカルレンズＬ１と第２シリンドリカルレンズＬ２とからなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１シリンドリカルレンズＬ１のパワーをＰ１、第２シリンドリカルレンズＬ２のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（５）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
ΔＰ＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（５）
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
ΔＰ＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（５）
（８）前記（３）の光学部品において、前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームの片方に設けられた第１シリンドリカルレンズＬ１からなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１シリンドリカルレンズＬ１のパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（６）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（６）
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（６）
（９）前記（１）または（２）の光学部品において、前記光生成手段が回折型光学部品であってもよい。
（１０）前記（９）の光学部品において、前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離し、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、１次回折ビームに対するパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（７）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（７）
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（７）
（１１）前記（９）の光学部品において、前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離し、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１とするとき、Ｐ＋１、Ｐ−１は以下の式（８）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＢ／４ω２ ・・・・・・（８）
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしていてもよい。
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＢ／４ω２ ・・・・・・（８）
（１２）前記（９）の光学部品において、前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離するシリンドリカル回折レンズであり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、１次回折ビームに対するパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（９）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（９）
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（９）
（１３）前記（９）の光学部品において、前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を、縦横のどちらかの方向で、＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する１次元の回折型光学部品であり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１とするとき、Ｐ＋１、Ｐ−１は以下の式（１０）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＣ／４ω２ ・・・・・・（１０）
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＣ／４ω２ ・・・・・・（１０）
（１４）前記（９）の光学部品において、前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を、縦横の両方向で、＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する１次元の回折型光学部品であり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、横方向の＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１ａ、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１ａ、縦方向の＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１ｂ、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１ｂとするとき、Ｐ＋１ａ、Ｐ−１ａ、Ｐ＋１ｂ、Ｐ−１ｂ、は以下の式（１１）、（１２）で与えられるとともに、
係数Ｃａ、Ｃｂが１．６＜│Ｃａ│＜３．１および１．６＜│Ｃｂ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ＋１ａ＝−Ｐ−１ａ＝λＣａ／４ω２ ・・・・・・（１１）
Ｐ＋１ｂ＝−Ｐ−１ｂ＝λＣｂ／４ω２ ・・・・・・（１２）
係数Ｃａ、Ｃｂが１．６＜│Ｃａ│＜３．１および１．６＜│Ｃｂ│＜３．１を満たしていてもよい。
Ｐ＋１ａ＝−Ｐ−１ａ＝λＣａ／４ω２ ・・・・・・（１１）
Ｐ＋１ｂ＝−Ｐ−１ｂ＝λＣｂ／４ω２ ・・・・・・（１２）
（１５）前記（９）の光学部品において、前記回折型光学部品が、位相差πを与える凹部または凸部が表面に形成された板状の光学部品からなっていてもよい。
（１６）前記（１５）の光学部品において、前記凹部または凸部が、光軸上から見て円形又は楕円形の凹部または凸部であり、回折型光学部品に入射するビーム径をＤ＝２ω（ωは入射ビームの１／ｅ ２ ビーム半径）としたときに、前記円形又は楕円形の凹部または凸部の直径又は長径と短径が０．９Ｄ〜１．３Ｄであってもよい。
（１７）前記（１５）の光学部品において、前記凹部または凸部が、光軸上から見て正方形又は長方形の凹部または凸部であり、回折型光学部品に入射するビーム径をＤ＝２ω（ωは入射ビームの１／ｅ ２ ビーム半径）としたときに、前記正方形又は長方形の凹部または凸部の辺の長さが０．８Ｄ〜１．２Ｄであってもよい。
（１８）前記（９）〜（１７）の光学部品において、前記回折型光学部品を、集光手段の後に配置し、集光手段から回折型光学部品までの距離変更手段を備えていてもよい。
本発明のレーザ用光学部品によれば、レーザビームの断面強度分布が均一であり、焦点位置の前後で当該断面強度分布の変化が小さく、長い焦点深度を得ることができる。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の光学部品の実施の形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の光学部品の第１実施形態の説明図である。
第１実施形態に係る光学部品１１は、１つのレーザビームを２つのレーザビームに分割するレーザビーム分割手段である第１ビームスプリッタ１２と、レーザビームの焦点を調整する焦点距離調整手段である第１レンズ１３および第２レンズ１４とからなる光生成手段が採用されている。
図１は、本発明の光学部品の第１実施形態の説明図である。
第１実施形態に係る光学部品１１は、１つのレーザビームを２つのレーザビームに分割するレーザビーム分割手段である第１ビームスプリッタ１２と、レーザビームの焦点を調整する焦点距離調整手段である第１レンズ１３および第２レンズ１４とからなる光生成手段が採用されている。
単一の光源であるレーザ共振器１５から照射されたレーザビームは、第１ビームスプリッタ１２によって第１ビームＢ１と第２ビームＢ２とに分離される。このうち第１ビームＢ１は、第１ビームミラー１６により進路変更されて第１レンズ１３に入射して焦点距離が調整される。具体的には、レーザビームの発散角が調整される。一方、第２ビームＢ２は、第２ビームミラー１７により進路変更されて第２レンズ１４に入射して焦点距離が調整される。
第１実施形態における第１レンズ１３および第２レンズ１４は、いずれも凸レンズであり、第１レンズ１３は第２レンズよりも短い焦点距離であり、この第１レンズ１３を通過した第１ビームＢ１は、第１の焦点面に焦点位置を有する第１次光となり、第２レンズ１４を通過した第２ビームＢ２は、前記第１の焦点面よりも光源から遠い第２の焦点面に焦点位置を有する第２次光となる。
なお、第１レンズ１３および第２レンズ１４は、両レンズに入射するレーザビームの焦点距離が調整可能である限り、両方とも凸レンズでなくてもよく、例えば、両方とも凹レンズであってもよい。また、一方が凸レンズで、他方が凹レンズであってもよい。さらに、第１ビームおよび第２ビームの両光路上にレンズを配設せずに、一方の光路上だけに凸レンズまたは凹レンズを配設することでも、両ビームの焦点距離を互いに異なるものにすることができる。
焦点距離が調整された第１ビーム（第１次光）および第２ビーム（第２次光）は、ビーム合成手段である第２ビームスプリッタ１８により同軸上で合成される。合成されたビームを、集光レンズである第３凸レンズ１９で絞って集光すると、干渉面上で２つのビームが重ね合わされ、それらの干渉により均一な強度分布のビームを発生させることができる。なお、２つのレーザビームが第２ビームスプリッタ１８により合成されるときにも、両ビームに干渉が生じる。
図２は、焦点位置が異なる２つのビームの干渉により形成される均一ビームの説明図である。第１レンズ１３および第２レンズ１４の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２とし、第１レンズ１３を通過する第１ビームの焦点面をＰ１とし、第２レンズ１４を通過する第２ビームの焦点面をＰ２とすると、焦点面Ｐ１、Ｐ２の前後におけるビームの収束状況は図５に示されるようになる。すなわち、ｆ１≠ｆ２であるので、第１ビームの焦点と第２ビームの焦点とは異なる位置にできる。このとき、第１ビームの焦点が存在する焦点面Ｐ１と、第２ビームの焦点が存在する焦点面Ｐ２との中間に２つのビームが重なり合って均一な強度分布を有するビームとなる焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）が存在する。また、本発明では、２つのビームの干渉により形成される位相が平坦なので、焦点面Ｐ３の前後での強度分布の変化が小さく、焦点深度が長いビームを得ることができる。
次に本発明におけるレーザビームの焦点距離の調整手法について説明する。
[手法Ａ]
本手法では、一旦２つに分割したレーザビームの各焦点距離を調整して、焦点位置が異なる２つのビームを干渉させる。
レーザの波長をλ、レンズに入射する入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）の焦点距離をｆ２とするとき、ｆ１、ｆ２は以下の式（１）、（２）で与えられる。
ｆ１＝２Ａ１ω２／λ ・・・・・・（１）
ｆ２＝２Ａ２ω２／λ ・・・・・・（２）
このとき、係数Ａ１、Ａ２が下記の条件ａ１〜ａ３をすべて満足するように焦点距離ｆ１、ｆ２を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ａ１：Ａ１／Ａ２＜０
ａ２：０．９＜│Ａ１│＜１．９
ａ３：０．９＜│Ａ２│＜１．９
[手法Ａ]
本手法では、一旦２つに分割したレーザビームの各焦点距離を調整して、焦点位置が異なる２つのビームを干渉させる。
レーザの波長をλ、レンズに入射する入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）の焦点距離をｆ２とするとき、ｆ１、ｆ２は以下の式（１）、（２）で与えられる。
ｆ１＝２Ａ１ω２／λ ・・・・・・（１）
ｆ２＝２Ａ２ω２／λ ・・・・・・（２）
このとき、係数Ａ１、Ａ２が下記の条件ａ１〜ａ３をすべて満足するように焦点距離ｆ１、ｆ２を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ａ１：Ａ１／Ａ２＜０
ａ２：０．９＜│Ａ１│＜１．９
ａ３：０．９＜│Ａ２│＜１．９
[手法Ｂ]
本手法では、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）と第２レンズＬ２（第２レンズ１４）のパワー（屈折力。焦点距離の逆数）の差で両レーザビームの焦点距離の調整を行う。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーをＰ１、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（３）で与えられる。
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝λ／２Ａ１ω２−λ／２Ａ２ω２
＝λ／２ω２×（１／Ａ１−１／Ａ２） ・・・・・・（３）
ここで、新たに係数Ｂ＝（１／Ａ１−１／Ａ２）を導入して、ΔＰを以下の式（４）
ΔＰ＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（４）
で表すとき、係数Ｂが下記の条件ｂを満足するようにパワーＰ１、Ｐ２を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｂ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
本手法では、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）と第２レンズＬ２（第２レンズ１４）のパワー（屈折力。焦点距離の逆数）の差で両レーザビームの焦点距離の調整を行う。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーをＰ１、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（３）で与えられる。
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝λ／２Ａ１ω２−λ／２Ａ２ω２
＝λ／２ω２×（１／Ａ１−１／Ａ２） ・・・・・・（３）
ここで、新たに係数Ｂ＝（１／Ａ１−１／Ａ２）を導入して、ΔＰを以下の式（４）
ΔＰ＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（４）
で表すとき、係数Ｂが下記の条件ｂを満足するようにパワーＰ１、Ｐ２を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｂ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
[手法Ｃ]
本手法は、前述した手法Ｂの変形ないし応用であり、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１だけでレーザビームの焦点距離の調整を行う。レーザ光を２つに分岐させるが、第１レンズＬ１側のレーザのみ位相を変え、第２レンズＬ２は省略して当該第２レンズＬ２側のレーザの位相はそのままである。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとし、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１を以下の式（５）
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（５）
で表すとき、係数Ｂが下記の条件ｃを満足するようにパワーＰ１を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｃ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
本手法は、前述した手法Ｂの変形ないし応用であり、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１だけでレーザビームの焦点距離の調整を行う。レーザ光を２つに分岐させるが、第１レンズＬ１側のレーザのみ位相を変え、第２レンズＬ２は省略して当該第２レンズＬ２側のレーザの位相はそのままである。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとし、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１を以下の式（５）
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（５）
で表すとき、係数Ｂが下記の条件ｃを満足するようにパワーＰ１を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｃ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
[手法Ｄ]
本手法は、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１をベースにして、当該第１レンズＬ１として以下のような特殊なＤＯＥを定義する。この場合、ＤＯＥはビームを分岐する機能も備えることになり、ＤＯＥとレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
本手法は、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１をベースにして、当該第１レンズＬ１として以下のような特殊なＤＯＥを定義する。この場合、ＤＯＥはビームを分岐する機能も備えることになり、ＤＯＥとレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとするとき、光学部品は、図３に示されるように、レーザ光を少なくとも１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離する回折レンズ（ＤＯＥ）Ｌ１と、２つの回折ビームを集光するレンズＬ３とで構成される。
このとき、回折レンズの１次回折ビームに対するパワーをＰ１とするとき、当該パワーＰ１は以下の式（６）
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（６）
で与えられ、係数Ｂが下記の条件ｄを満足するようにパワーＰ１を選定することで、１次回折ビームの焦点面とゼロ次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｄ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（６）
で与えられ、係数Ｂが下記の条件ｄを満足するようにパワーＰ１を選定することで、１次回折ビームの焦点面とゼロ次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｄ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
[手法Ｅ]
本手法は、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１をベースにして、当該第１レンズＬ１として以下のような特殊なＤＯＥを定義する。この場合、ＤＯＥはビームを分岐する機能も備えることになり、ＤＯＥとレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
本手法は、第２レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において第１レンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１をベースにして、当該第１レンズＬ１として以下のような特殊なＤＯＥを定義する。この場合、ＤＯＥはビームを分岐する機能も備えることになり、ＤＯＥとレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとするとき、光学部品は、図４に示されるように、レーザ光を少なくとも＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する回折レンズ（ＤＯＥ）Ｌ１と、２つの回折ビームを集光するレンズＬ３とで構成される。
このとき、回折レンズＬ１の＋１次の回折ビームに対するパワーをＰ＋１、−１次の回折ビームに対するパワーをＰ−１とするとき、当該パワーＰ＋１およびＰ−１は以下の式（７）
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＢ／４ω２ ・・・・・・（７）
で与えられ、係数Ｂが下記の条件ｅを満足するようにパワーＰ１またはＰ−１を選定することで、＋１次回折ビームの焦点面と−１次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｅ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＢ／４ω２ ・・・・・・（７）
で与えられ、係数Ｂが下記の条件ｅを満足するようにパワーＰ１またはＰ−１を選定することで、＋１次回折ビームの焦点面と−１次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｅ：１．０＜│Ｂ│＜２．３
[手法Ｆ]
本手法は、前述した手法Ｂの変形ないし応用であり、円形の均一ビームを得るのではなく、横方向だけに均一なビームを得る場合におけるレンズの焦点距離の調整に関する。
この場合、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）および第２レンズＬ２（第２レンズ１４）をシリンドリカルレンズとし、両シリンドリカルレンズのパワーの差で両レーザビームの焦点距離の調整を行う。
本手法は、前述した手法Ｂの変形ないし応用であり、円形の均一ビームを得るのではなく、横方向だけに均一なビームを得る場合におけるレンズの焦点距離の調整に関する。
この場合、第１レンズＬ１（第１レンズ１３）および第２レンズＬ２（第２レンズ１４）をシリンドリカルレンズとし、両シリンドリカルレンズのパワーの差で両レーザビームの焦点距離の調整を行う。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、シリンドリカルレンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーをＰ１、シリンドリカルレンズＬ２（第２レンズ１４）のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（８）で与えられる。
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝λＣ／２ω２・・・・・・（８）
ここで、係数Ｃが下記の条件ｆを満足するようにパワーＰ１、Ｐ２を選定することで、横方向の断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｆ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝λＣ／２ω２・・・・・・（８）
ここで、係数Ｃが下記の条件ｆを満足するようにパワーＰ１、Ｐ２を選定することで、横方向の断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｆ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
[手法Ｇ]
本手法は、前述した手法Ｆの変形ないし応用であり、シリンドリカルレンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）においてシリンドリカルレンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１だけでレーザビームの焦点距離の調整を行う。
本手法は、前述した手法Ｆの変形ないし応用であり、シリンドリカルレンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）においてシリンドリカルレンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１だけでレーザビームの焦点距離の調整を行う。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとし、シリンドリカルレンズＬ１（第１レンズ１３）のパワーＰ１を以下の式（９）
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（９）
で表すとき、係数Ｃが下記の条件ｇを満足するようにパワーＰ１を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｇ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（９）
で表すとき、係数Ｃが下記の条件ｇを満足するようにパワーＰ１を選定することで、断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｇ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
[手法Ｈ]
本手法は、シリンドリカルレンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において、シリンドリカルレンズＬ１（第１レンズ１３）を、１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームを発生する回折レンズとする。この場合、シリンドリカルレンズＬ１はビームを分岐する機能も備えることになり、シリンドリカルレンズＬ１とレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
本手法は、シリンドリカルレンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において、シリンドリカルレンズＬ１（第１レンズ１３）を、１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームを発生する回折レンズとする。この場合、シリンドリカルレンズＬ１はビームを分岐する機能も備えることになり、シリンドリカルレンズＬ１とレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとするとき、光学部品は、図５に示されるように、レーザ光を少なくとも１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離するシリンドリカル回折レンズ（ＤＯＥ）Ｌ１と、２つの回折ビームを集光するレンズＬ３とで構成される。
このとき、シリンドリカル回折レンズの１次回折ビームに対するパワーをＰ１とするとき、当該パワーＰ１は以下の式（１０）
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（１０）
で与えられ、係数Ｃが下記の条件ｈを満足するようにパワーＰ１を選定することで、１次回折ビームの焦点面とゼロ次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｈ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（１０）
で与えられ、係数Ｃが下記の条件ｈを満足するようにパワーＰ１を選定することで、１次回折ビームの焦点面とゼロ次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｈ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
[手法Ｉ]
本手法は、レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において、レンズＬ１（第１レンズ１３）を、＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームを発生する１次元ＤＯＥとする。この場合、レンズＬ１はビームを分岐する機能も備えることになり、レンズＬ１とレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
本手法は、レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において、レンズＬ１（第１レンズ１３）を、＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームを発生する１次元ＤＯＥとする。この場合、レンズＬ１はビームを分岐する機能も備えることになり、レンズＬ１とレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとするとき、光学部品は、図６に示されるように、レーザ光を少なくとも＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する１次元ＤＯＥからなるレンズＬ１と、２つの回折ビームを集光するレンズＬ３とで構成される。
このとき、レンズＬ１の＋１次の回折ビームに対するパワーをＰ＋１、−１次の回折ビームに対するパワーをＰ−１とするとき、当該パワーＰ＋１およびＰ−１は以下の式（１１）
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＣ／４ω２ ・・・・・・（１１）
で与えられ、係数Ｃが下記の条件ｉを満足するようにパワーＰ１またはＰ−１を選定することで、＋１次回折ビームの焦点面と−１次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｉ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＣ／４ω２ ・・・・・・（１１）
で与えられ、係数Ｃが下記の条件ｉを満足するようにパワーＰ１またはＰ−１を選定することで、＋１次回折ビームの焦点面と−１次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｉ：１．６＜│Ｃ│＜３．１
[手法Ｊ]
本手法は、レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において、正方形の均一ビームを得るために、レンズＬ１（第１レンズ１３）を、縦横それぞれの方向に＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームを発生する２次元ＤＯＥとする。この場合、レンズＬ１はビームを分岐する機能も備えることになり、レンズＬ１とレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
本手法は、レンズＬ２（第２レンズ１４）が省略された場合（Ｐ２＝０）において、正方形の均一ビームを得るために、レンズＬ１（第１レンズ１３）を、縦横それぞれの方向に＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームを発生する２次元ＤＯＥとする。この場合、レンズＬ１はビームを分岐する機能も備えることになり、レンズＬ１とレンズＬ３だけのシンプルな構成とすることができる。
レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をωとするとき、光学部品は、図７に示されるように、レーザ光を縦横方向のそれぞれで、少なくとも＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する２次元ＤＯＥからなるレンズＬ１と、各回折ビームを集光するレンズＬ３とで構成される。
このとき、レンズＬ１の横方向の＋１次の回折ビームに対するパワーをＰ＋１ａ、−１次の回折ビームに対するパワーをＰ−１ａとし、縦方向の＋１次の回折ビームに対するパワーをＰ＋１ｂ、−１次の回折ビームに対するパワーをＰ−１ｂとするとき、これらのパワーは以下の式（１２）および（１３）
Ｐ＋１ａ＝−Ｐ−１ａ＝λＣａ／４ω２ ・・・・・・（１２）
Ｐ＋１ｂ＝−Ｐ−１ｂ＝λＣｂ／４ω２ ・・・・・・（１３）
で与えられ、係数Ｃａ、Ｃｂが下記の条件ｊを満足するようにパワーを選定することで、＋１次回折ビームの焦点面と−１次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｊ：１．６＜│Ｃａ│＜３．１
１．６＜│Ｃｂ│＜３．１
Ｐ＋１ａ＝−Ｐ−１ａ＝λＣａ／４ω２ ・・・・・・（１２）
Ｐ＋１ｂ＝−Ｐ−１ｂ＝λＣｂ／４ω２ ・・・・・・（１３）
で与えられ、係数Ｃａ、Ｃｂが下記の条件ｊを満足するようにパワーを選定することで、＋１次回折ビームの焦点面と−１次回折ビームの焦点面との間の焦点面において断面強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
ｊ：１．６＜│Ｃａ│＜３．１
１．６＜│Ｃｂ│＜３．１
〔第２実施形態〕
図８は、本発明の第２実施形態に係る光学部品１の側面説明図であり、図９は、図８に示される光学部品１におけるＤＯＥ２の平面説明図および断面説明図である。
図８は、本発明の第２実施形態に係る光学部品１の側面説明図であり、図９は、図８に示される光学部品１におけるＤＯＥ２の平面説明図および断面説明図である。
第２実施形態に係る光学部品１は、上述した手法Ｅあるいは手法Ｊをより簡略化したもので、光生成手段であるＤＯＥ２と、集光手段である凸レンズ３とで構成されている。ＤＯＥ２および凸レンズ３は、レーザ光を照射する光源であるレーザ共振器４の前方において、当該ＤＯＥ２および凸レンズ３の軸と前記レーザ光の光軸とが同軸となるように配置されている。そして、ＤＯＥ２および凸レンズ３を挟んで前記レーザ共振器４と反対側にレーザビームの断面強度分布が均一な均一ビーム焦点面５が位置する。この均一ビーム焦点面５は、後述する第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する第３の焦点面を構成している。例えば、レーザ加工用では、当該均一ビーム焦点面５には、図示しない非加工物（ワーク）の非加工面が配置され、所定のレーザ加工が行われる。
ＤＯＥ２は、図９に示されるように、円板状の光学部品からなり、光源に面する側の表面に円形の凸部６が形成されている。凸部６の高さは、位相差π（ラジアン）を与える高さに設定されている。凸部６の直径は、ＤＯＥ２に照射されるレーザビームのビーム径Ｄに基づいて選定され、具体的には、０．９Ｄ〜１．３Ｄの範囲内で選定され、好ましくは１．２Ｄに設定される。ＤＯＥ２の直径および厚さは、当該ＤＯＥ２に照射されるレーザビームのビーム径に応じて適宜選定することができ、本発明において特に限定されるものではないが、通常、直径は２０〜５０ｍｍ程度であり、厚さは３〜５ｍｍ程度である。
ＤＯＥ２は、レーザ共振器４から照射されたレーザ光から、焦点位置が異なる２つのビームを生成する。より詳細には、第１の焦点面に焦点位置を有する第１次光と、前記第１の焦点面よりもレーザ共振器４から遠い第２の焦点面に焦点位置を有する第２次光とを生成する。そして、ＤＯＥ２により生成された第１次光および第２次光は、続く凸レンズ３によって、同軸上に重ね合わされて干渉レーザビームとされる。干渉レーザビームは、図２に示されるように、第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する第３の焦点面（均一ビーム焦点面５）において、その断面強度分布が、ビームの中心軸（光軸）近傍において実質的に均一な強度分布となっている。
ＤＯＥ２の凸部６に照射されたレーザビームは、発散角が異なる＋１次と−１次の回折ビームを発生させるので、焦点位置が異なる２つのレーザビームが生成される。そして、この２つのレーザビームが凸レンズ３を通過することで同軸上に重ね合わされて干渉レーザビームとされる。
なお、凸部６に代えて、円板状の光学部品の表面に位相差πを与える凹部を形成してもよい。また、光源側から見た凸部６の形状は円形に限定されるものではなく、例えば、図１０に示されるような正方形の凸部を形成することもできる。図１０の（ａ）は、かかる正方形の凸部が形成されたＤＯＥの平面説明図であり、（ｂ）は同断面説明図である。凸部２６の辺の長さは、ＤＯＥ２２に照射されるレーザビームのビーム径Ｄに基づいて選定され、具体的には、０．８Ｄ〜１．２Ｄの範囲内で選定され、好ましくは１．１Ｄに設定される。この場合においても、正方形の凸部に代えて、円板状の光学部品の表面に位相差πを与える正方形の凹部を形成してもよい。実際のレーザビームの断面形状は円形とは限らないので、その歪みに応じて、凸部又は凹部の形状を楕円形や長方形に変えてもよい。楕円形の凸部又は凹部の長径、短径、又は長方形の長辺、短辺の長さは、前記の円形、正方形の場合と同様に、入射ビームの径Ｄにより規定される範囲内で定めることができる。
ＤＯＥと凸レンズ、即ち集光手段との配置は、上記とは逆に集光手段、ＤＯＥの順であっても良い。この場合、ＤＯＥには集光手段により収束されたビームが入射することになるので、集光手段とＤＯＥの距離に依存してＤＯＥへの入射ビーム径Ｄが変化することに注意しなければならない。しかし、この距離を敢えて変更することで、実際のレーザビーム径が設計と異なった場合などに、ＤＯＥに最適な入射ビーム径を得るための調整機構として機能させることが可能となる。つまり、集光手段とＤＯＥの距離変更手段を設けるのである。この距離変更手段は、例えば、ＤＯＥを光軸方向に移動できる位置調整ステージ上に設置することで実現可能である。ＤＯＥを集光手段の方向に移動すれば、入射ビーム径Ｄは大きくなる。また逆に、ＤＯＥを集光手段から離す方向に移動すれば、入射ビーム径Ｄは小さくなる。入射ビーム径の大小変化によって、焦点位置での強度分布が変化するので、強度分布を測定しながら最適な距離に調整することができる。
〔実施例〕
つぎに、本発明の光学部品の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
[実施例１]
前述した手法Ａにしたがって、レンズの焦点距離を調整した。レンズＬ１の焦点距離は３７０００ｍｍであり、レンズＬ２の焦点距離は−３７０００ｍｍであり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離は２００ｍｍであった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをレンズＬ１に入射させ、第２ビームをレンズＬ２に入射させ、ついで両ビームをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。
つぎに、本発明の光学部品の実施例を説明するが、本発明はもとよりかかる実施例にのみ限定されるものではない。
[実施例１]
前述した手法Ａにしたがって、レンズの焦点距離を調整した。レンズＬ１の焦点距離は３７０００ｍｍであり、レンズＬ２の焦点距離は−３７０００ｍｍであり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離は２００ｍｍであった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをレンズＬ１に入射させ、第２ビームをレンズＬ２に入射させ、ついで両ビームをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。
＜レーザ条件＞
波長：５３２ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：２．５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝５３２ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、レンズＬ１の焦点距離ｆ１＝３７ｍ、レンズＬ２の焦点距離ｆ２＝−３７ｍであるので、上記式（１）および（２）より、Ａ１≒１．５７、Ａ２≒−１．５７であり、上記の条件ａ１〜ａ３のすべてを満たしている。
波長：５３２ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：２．５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝５３２ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、レンズＬ１の焦点距離ｆ１＝３７ｍ、レンズＬ２の焦点距離ｆ２＝−３７ｍであるので、上記式（１）および（２）より、Ａ１≒１．５７、Ａ２≒−１．５７であり、上記の条件ａ１〜ａ３のすべてを満たしている。
図１１の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。後出する図１２〜１９と同じく、図１１の（ａ）〜（ｃ）において、最も左側の図は第１ビームの焦点面（第１の焦点面）、真ん中の図は第２ビームの焦点面（第２の焦点面）、最も右側の図は第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する均一ビーム焦点面（第３の焦点面）に対応している。なお、図１１および後出する図１２〜１３では、光軸を中心として１００μｍ四方の領域を表示している。
図１１の（ａ）および（ｂ）より、実施例１では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
図１１の（ａ）および（ｂ）より、実施例１では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
[比較例１]
レンズＬ１の焦点距離を１８．８ｍとし、レンズＬ２の焦点距離を−１８．８ｍとした以外は実施例１と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（１）および（２）に従い算出される係数Ａ１、Ａ２は、それぞれ０．９および−０．９であり、上記の条件ａ１を満たしているが、条件ａ２およびａ３を満たしていない。
レンズＬ１の焦点距離を１８．８ｍとし、レンズＬ２の焦点距離を−１８．８ｍとした以外は実施例１と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（１）および（２）に従い算出される係数Ａ１、Ａ２は、それぞれ０．９および−０．９であり、上記の条件ａ１を満たしているが、条件ａ２およびａ３を満たしていない。
図１２の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例１における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。図１２の（ａ）および（ｂ）より、比較例１では、中央の強度が低下しており、均一な断面強度分布ではなくなっていることがわかる。
[比較例２]
レンズＬ１の焦点距離を４４．６ｍとし、レンズＬ２の焦点距離を−４４．６ｍとした以外は実施例１と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（１）および（２）に従い算出される係数Ａ１、Ａ２は、それぞれ１．９および−１．９であり、上記の条件ａ１を満たしているが、条件ａ２およびａ３を満たしていない。
レンズＬ１の焦点距離を４４．６ｍとし、レンズＬ２の焦点距離を−４４．６ｍとした以外は実施例１と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（１）および（２）に従い算出される係数Ａ１、Ａ２は、それぞれ１．９および−１．９であり、上記の条件ａ１を満たしているが、条件ａ２およびａ３を満たしていない。
図１３の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例２における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。図１３の（ｂ）より、比較例２では、中央の均一な強度部分の幅が減少し、なくなっていることがわかる。
[実施例２]
前述した手法Ｂにしたがって、レンズのパワーを調整した。レンズＬ１の焦点距離ｆ１およびパワーＰ１はそれぞれ１５（ｍ）および１／１５（１／ｍ）であり、レンズＬ２の焦点距離ｆ２およびパワーＰ２はそれぞれ−２５（ｍ）および−１／２５（１／ｍ）であった。また集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離は３００（ｍｍ）であった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをレンズＬ１に入射させ、第２ビームをレンズＬ２に入射させ、ついで両ビームをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。
前述した手法Ｂにしたがって、レンズのパワーを調整した。レンズＬ１の焦点距離ｆ１およびパワーＰ１はそれぞれ１５（ｍ）および１／１５（１／ｍ）であり、レンズＬ２の焦点距離ｆ２およびパワーＰ２はそれぞれ−２５（ｍ）および−１／２５（１／ｍ）であった。また集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離は３００（ｍｍ）であった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをレンズＬ１に入射させ、第２ビームをレンズＬ２に入射させ、ついで両ビームをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。
＜レーザ条件＞
波長：１０６４ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：２．５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６４ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、レンズＬ１のパワーＰ１＝１／１５（１／ｍ）、レンズＬ２のパワーＰ２＝−１／２５（１／ｍ）であるので、上記式（３）より、ΔＰ≒０．１０６６６であり、また上記式（４）より、Ｂ≒１．２５であり、上記の条件ｂを満たしている。
波長：１０６４ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：２．５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６４ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、レンズＬ１のパワーＰ１＝１／１５（１／ｍ）、レンズＬ２のパワーＰ２＝−１／２５（１／ｍ）であるので、上記式（３）より、ΔＰ≒０．１０６６６であり、また上記式（４）より、Ｂ≒１．２５であり、上記の条件ｂを満たしている。
なお、実施例１において、波長λ＝５３２ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、レンズＬ１のパワーＰ１＝１／３７（１／ｍ）、レンズＬ２のパワーＰ２＝−１／３７（１／ｍ）であるので、ΔＰ≒２／３７（１／ｍ）である。また上記式（４）より、Ｂ≒１．２７であるので、上記の条件ｂを満たしている。
図１４の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例２における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。なお、図１４および後出する図１５〜１６では、光軸を中心として３００μｍ四方の領域を表示している。
図１４の（ａ）および（ｂ）より、実施例２では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
図１４の（ａ）および（ｂ）より、実施例２では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
[比較例３]
レンズＬ１のパワーを１／１５（１／ｍ）とし、レンズＬ２のパワーを−１／７．８（１／ｍ）とした以外は実施例２と同様にしてレーザビームを生成した。ΔＰ≒０．１９４８７であり、また上記式（４）より、Ｂ≒２．３であり、上記の条件ｂを満たしていない。
レンズＬ１のパワーを１／１５（１／ｍ）とし、レンズＬ２のパワーを−１／７．８（１／ｍ）とした以外は実施例２と同様にしてレーザビームを生成した。ΔＰ≒０．１９４８７であり、また上記式（４）より、Ｂ≒２．３であり、上記の条件ｂを満たしていない。
図１５の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例３における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。図１５の（ａ）および（ｂ）より、比較例３では、中央の強度が低下しており、均一な断面強度分布ではなくなっていることがわかる。
[比較例４]
レンズＬ１のパワーを１／１５（１／ｍ）とし、レンズＬ２のパワーを−１／５４（１／ｍ）とした以外は実施例２と同様にしてレーザビームを生成した。ΔＰ≒０．０８５１８５であり、また上記式（４）より、Ｂ≒１．０であり、上記の条件ｂを満たしていない。
レンズＬ１のパワーを１／１５（１／ｍ）とし、レンズＬ２のパワーを−１／５４（１／ｍ）とした以外は実施例２と同様にしてレーザビームを生成した。ΔＰ≒０．０８５１８５であり、また上記式（４）より、Ｂ≒１．０であり、上記の条件ｂを満たしていない。
図１６の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例３における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。図１６の（ａ）および（ｂ）より、比較例４では、中央の均一な強度部分の幅が減少し、なくなっていることがわかる。
[実施例３]
前述した手法Ｃにしたがって、レンズのパワーを調整した。レンズＬ１の焦点距離ｆ１およびパワーＰ１はそれぞれ３．８（ｍ）および１／３．８（１／ｍ）であり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離ｆ３は１２７（ｍｍ）であった。また、レンズＬ２は使用しなかった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをレンズＬ１に入射させた。レンズＬ１を通過した第１ビームと（レンズを通過させていない）第２ビームとをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。
前述した手法Ｃにしたがって、レンズのパワーを調整した。レンズＬ１の焦点距離ｆ１およびパワーＰ１はそれぞれ３．８（ｍ）および１／３．８（１／ｍ）であり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離ｆ３は１２７（ｍｍ）であった。また、レンズＬ２は使用しなかった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをレンズＬ１に入射させた。レンズＬ１を通過した第１ビームと（レンズを通過させていない）第２ビームとをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。
＜レーザ条件＞
波長：１０６００ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６００ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝５ｍｍ、レンズＬ１のパワーＰ１＝１／３．８（１／ｍ）であるので、上記式（５）より、Ｂ≒１．２４であり、上記の条件ｃを満たしている。
波長：１０６００ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６００ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝５ｍｍ、レンズＬ１のパワーＰ１＝１／３．８（１／ｍ）であるので、上記式（５）より、Ｂ≒１．２４であり、上記の条件ｃを満たしている。
図１７の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例３における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。なお、図１７および後出する図１８〜１９では、光軸を中心として１ｍｍ四方の領域を表示している。
図１７の（ａ）および（ｂ）より、実施例３では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
図１７の（ａ）および（ｂ）より、実施例３では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
[比較例５]
レンズＬ１のパワーを−１／２．０５（１／ｍ）とした以外は実施例３と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（５）より、Ｂ≒−２．３であり、上記の条件ｃを満たしていない。
レンズＬ１のパワーを−１／２．０５（１／ｍ）とした以外は実施例３と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（５）より、Ｂ≒−２．３であり、上記の条件ｃを満たしていない。
図１８の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例５における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。図１８の（ａ）および（ｂ）より、比較例５では、中央の強度が低下しており、均一な断面強度分布ではなくなっていることがわかる。
[比較例６]
レンズＬ１のパワーを１／４．７（１／ｍ）とした以外は実施例３と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（５）より、Ｂ≒１．０であり、上記の条件ｃを満たしていない。
レンズＬ１のパワーを１／４．７（１／ｍ）とした以外は実施例３と同様にしてレーザビームを生成した。上記式（５）より、Ｂ≒１．０であり、上記の条件ｃを満たしていない。
図１９の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ比較例６における焦点面Ｐ３（均一ビーム焦点面）での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。図１９の（ａ）および（ｂ）より、比較例６では、中央の均一な強度部分の幅が減少し、なくなっていることがわかる。
[実施例４]
前述した手法Ｄにしたがって、回折レンズのパワーを調整した。回折レンズＬ１の１次回折ビームの焦点距離ｆ１は３．８（ｍ）であり、回折レンズＬ１のパワーＰ１は１／３．８（１／ｍ）であり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離ｆ３は１２７（ｍｍ）であった。また、レンズＬ２は使用しなかった。
前述した手法Ｄにしたがって、回折レンズのパワーを調整した。回折レンズＬ１の１次回折ビームの焦点距離ｆ１は３．８（ｍ）であり、回折レンズＬ１のパワーＰ１は１／３．８（１／ｍ）であり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離ｆ３は１２７（ｍｍ）であった。また、レンズＬ２は使用しなかった。
図２０に示されるように、本実施例の回折レンズは、一般的な回折レンズ（１次回折ビームを主に発生する）の位相分布の半分の高さの位相分布にしている。こうすることで、１次とゼロ次の２つの回折ビームを同等のレベルの強度で発生させることができる。
以下のレーザ条件のレーザビームを回折レンズＬ１に入射させ、レンズ光を少なくとも１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離させた。回折レンズＬ１を通過した２つの回折ビームをレンズＬ３を通過させて集光した。
以下のレーザ条件のレーザビームを回折レンズＬ１に入射させ、レンズ光を少なくとも１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離させた。回折レンズＬ１を通過した２つの回折ビームをレンズＬ３を通過させて集光した。
＜レーザ条件＞
波長：１０６００ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６００ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝５ｍｍ、回折レンズＬ１のパワーＰ１＝１／３．８（１／ｍ）であるので、上記式（６）より、Ｂ≒１．２４であり、上記の条件ｄを満たしている。
波長：１０６００ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６００ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝５ｍｍ、回折レンズＬ１のパワーＰ１＝１／３．８（１／ｍ）であるので、上記式（６）より、Ｂ≒１．２４であり、上記の条件ｄを満たしている。
図２１の（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ実施例４における入射ビームの強度分布および強度分布断面を示しており、図２２の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例４における均一ビーム焦点面での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。なお、図２１では、光軸を中心として２０ｍｍ四方の領域を表示しており、図２２では、光軸を中心として１ｍｍ四方の領域を表示している。
図２２の（ａ）および（ｂ）より、実施例４では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
図２２の（ａ）および（ｂ）より、実施例４では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
[実施例５]
前述した手法Ｅにしたがって、回折レンズのパワーを調整した。回折レンズＬ１の＋１次回折ビームのパワーＰ＋１は１／７．５（１／ｍ）であり、回折レンズＬ１の−１次回折ビームのパワーＰ−１は１／７．５（１／ｍ）であり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離ｆ３は１２７（ｍｍ）であった。また、レンズＬ２は使用しなかった。
前述した手法Ｅにしたがって、回折レンズのパワーを調整した。回折レンズＬ１の＋１次回折ビームのパワーＰ＋１は１／７．５（１／ｍ）であり、回折レンズＬ１の−１次回折ビームのパワーＰ−１は１／７．５（１／ｍ）であり、集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離ｆ３は１２７（ｍｍ）であった。また、レンズＬ２は使用しなかった。
図２３に示されるように、本実施例の回折レンズは、２段階位相分布よりなっている。
以下のレーザ条件のレーザビームを回折レンズＬ１に入射させ、レンズ光を少なくとも＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離させた。回折レンズＬ１を通過した２つの回折ビームをレンズＬ３を通過させて集光した。
以下のレーザ条件のレーザビームを回折レンズＬ１に入射させ、レンズ光を少なくとも＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離させた。回折レンズＬ１を通過した２つの回折ビームをレンズＬ３を通過させて集光した。
＜レーザ条件＞
波長：１０６００ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６００ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝５ｍｍ、回折レンズＬ１のパワーＰ＋１＝１／７．５（１／ｍ）であるので、上記式（７）より、Ｂ≒１．２６であり、上記の条件ｅを満たしている。
波長：１０６００ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６００ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝５ｍｍ、回折レンズＬ１のパワーＰ＋１＝１／７．５（１／ｍ）であるので、上記式（７）より、Ｂ≒１．２６であり、上記の条件ｅを満たしている。
図２４の（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ実施例５における入射ビームの強度分布および強度分布断面を示しており、図２５の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例５における均一ビーム焦点面での強度分布、強度分布断面および位相分布断面を示している。なお、図２３〜２４では、光軸を中心として２０ｍｍ四方の領域を表示しており、図２５では、光軸を中心として１ｍｍ四方の領域を表示している。
図２５の（ａ）および（ｂ）より、実施例５では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
図２５の（ａ）および（ｂ）より、実施例５では、レーザビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。
[実施例６]
前述した手法Ｆにしたがって、シリンドリカルレンズのパワーを調整した。シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１はそれぞれ７．５（ｍ）および２／１５（１／ｍ）であり、シリンドリカルレンズＬ２の焦点距離（横方向）ｆ２およびパワーＰ２はそれぞれ−２０（ｍ）および−１／２０（１／ｍ）であった。また集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離は３００（ｍｍ）であった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをシリンドリカルレンズＬ１に入射させ、第２ビームをシリンドリカルレンズＬ２に入射させ、ついで両ビームをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。円形均一ビームではなく、横方向だけの均一化を行った。
前述した手法Ｆにしたがって、シリンドリカルレンズのパワーを調整した。シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１はそれぞれ７．５（ｍ）および２／１５（１／ｍ）であり、シリンドリカルレンズＬ２の焦点距離（横方向）ｆ２およびパワーＰ２はそれぞれ−２０（ｍ）および−１／２０（１／ｍ）であった。また集光レンズであるレンズＬ３の焦点距離は３００（ｍｍ）であった。以下のレーザ条件のレーザビームをビームスプリッタで第１ビームおよび第２ビームに分割し、第１ビームをシリンドリカルレンズＬ１に入射させ、第２ビームをシリンドリカルレンズＬ２に入射させ、ついで両ビームをビームスプリッタにより同軸上で合成し、さらにレンズＬ３を通過させて集光した。円形均一ビームではなく、横方向だけの均一化を行った。
＜レーザ条件＞
波長：１０６４ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：２．５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６４ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、シリンドリカルレンズＬ１のパワーＰ１＝２／１５（１／ｍ）、シリンドリカルレンズＬ２のパワーＰ２＝−１／２０（１／ｍ）であるので、ΔＰ≒０．１８３３３・・・であり、また上記式（８）より、Ｃ≒２．１５であり、上記の条件ｆを満たしている。
波長：１０６４ｎｍ
モード：ＴＥＭ００
１／ｅ２ビーム半径：２．５ｍｍ
発散角：０ｍｒａｄ
波長λ＝１０６４ｎｍ、１／ｅ２ビーム半径ω＝２．５ｍｍ、シリンドリカルレンズＬ１のパワーＰ１＝２／１５（１／ｍ）、シリンドリカルレンズＬ２のパワーＰ２＝−１／２０（１／ｍ）であるので、ΔＰ≒０．１８３３３・・・であり、また上記式（８）より、Ｃ≒２．１５であり、上記の条件ｆを満たしている。
図２６の（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ実施例６における入射ビームの強度分布の写真および強度分布断面を示しており、図２７の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例６における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。なお、図２６では、光軸を中心として１０ｍｍ四方の領域を表示しており、図２７では、光軸を中心として３００μｍ四方の領域を表示している。また、図２７および後出する図２８〜３０において、最も左側の図は第１ビームの焦点面（第１の焦点面）、真ん中の図は第２ビームの焦点面（第２の焦点面）、最も右側の図は第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する均一ビーム焦点面（第３の焦点面）に対応している。
図２７の（ａ）および（ｂ）より、実施例６では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図２７の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
図２７の（ａ）および（ｂ）より、実施例６では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図２７の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
[比較例７]
シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ８．６（ｍ）および５／４３（１／ｍ）とし、シリンドリカルレンズＬ２の焦点距離（横方向）ｆ２およびパワーＰ２をそれぞれ−５０（ｍ）および−１／５０（１／ｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ≒０．１３６２７９・・・であり、また上記式（８）より、Ｃ≒１．６０であり、上記の条件ｆを満たしていない。
シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ８．６（ｍ）および５／４３（１／ｍ）とし、シリンドリカルレンズＬ２の焦点距離（横方向）ｆ２およびパワーＰ２をそれぞれ−５０（ｍ）および−１／５０（１／ｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ≒０．１３６２７９・・・であり、また上記式（８）より、Ｃ≒１．６０であり、上記の条件ｆを満たしていない。
図２８の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ比較例７における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。なお、図２８では、光軸を中心として３００μｍ四方の領域を表示している。
図２８の（ｂ）より、比較例７では、中央の均一な強度部分の幅が減少し、なくなっていることがわかる。
図２８の（ｂ）より、比較例７では、中央の均一な強度部分の幅が減少し、なくなっていることがわかる。
[比較例８]
シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ７（ｍ）および１／７（１／ｍ）とし、シリンドリカルレンズＬ２の焦点距離（横方向）ｆ２およびパワーＰ２をそれぞれ−８．２（ｍ）および−５／４１（１／ｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ≒０．２６４８０・・・であり、また上記式（８）より、Ｃ≒３．１であり、上記の条件ｆを満たしていない。
シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ７（ｍ）および１／７（１／ｍ）とし、シリンドリカルレンズＬ２の焦点距離（横方向）ｆ２およびパワーＰ２をそれぞれ−８．２（ｍ）および−５／４１（１／ｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ≒０．２６４８０・・・であり、また上記式（８）より、Ｃ≒３．１であり、上記の条件ｆを満たしていない。
図２９の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ比較例８における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。なお、図２９では、光軸を中心として３００μｍ四方の領域を表示している。
図２９の（ｂ）より、比較例８では、中央の強度が低下して、もはや均一な強度とはいえなくなっていることがわかる。
図２９の（ｂ）より、比較例８では、中央の強度が低下して、もはや均一な強度とはいえなくなっていることがわかる。
[実施例７]
前述した手法Ｇにしたがって、シリンドリカルレンズのパワーを調整した。シリンドリカルレンズＬ２は省略した。
シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ５．８（ｍ）および５／２９（１／ｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ＝０．１７２４・・・であり、また上記式（９）より、Ｃ≒２．０３であり、上記の条件ｇを満たしている。
前述した手法Ｇにしたがって、シリンドリカルレンズのパワーを調整した。シリンドリカルレンズＬ２は省略した。
シリンドリカルレンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ５．８（ｍ）および５／２９（１／ｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ＝０．１７２４・・・であり、また上記式（９）より、Ｃ≒２．０３であり、上記の条件ｇを満たしている。
図３０の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例７における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。なお、図３０では、光軸を中心として３００μｍ四方の領域を表示している。
図３０の（ａ）および（ｂ）より、実施例６では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図３０の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
図３０の（ａ）および（ｂ）より、実施例６では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図３０の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
[実施例８]
前述した手法Ｈにしたがって、シリンドリカル回折レンズのパワーを調整した。シリンドリカルレンズＬ２は省略した。
シリンドリカル回折レンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ−５．８（ｍ）および−５／２９（１／ｍ）とし、レンズＬ３の焦点距離ｆ３を２５０（ｍｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ＝−０．１７２４・・・であり、また上記式（１０）より、Ｃ≒２．０３であり、上記の条件ｈを満たしている。
前述した手法Ｈにしたがって、シリンドリカル回折レンズのパワーを調整した。シリンドリカルレンズＬ２は省略した。
シリンドリカル回折レンズＬ１の焦点距離（横方向）ｆ１およびパワーＰ１をそれぞれ−５．８（ｍ）および−５／２９（１／ｍ）とし、レンズＬ３の焦点距離ｆ３を２５０（ｍｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、ΔＰ＝−０．１７２４・・・であり、また上記式（１０）より、Ｃ≒２．０３であり、上記の条件ｈを満たしている。
図３１に示されるように、本実施例のシリンドリカル回折レンズは、一般的なシリンドリカル回折レンズ（１次回折ビームを主に発生する）の位相分布の半分の高さの位相分布にしている。こうすることで、１次とゼロ次の２つの回折ビームを同等のレベルの強度で発生させることができる。
図３２の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例８における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３２の（ａ）および（ｂ）より、実施例８では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図３２の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
図３２の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例８における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３２の（ａ）および（ｂ）より、実施例８では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図３２の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
[実施例９]
前述した手法Ｉにしたがって、１次元ＤＯＥのパワーを調整した。レンズＬ２は省略した。
１次元ＤＯＥＬ１の＋１次回折ビームに対するパワーＰ＋１を１／１１．６（１／ｍ）とし、−１次回折ビームに対するパワーＰ−１を−１／１１．６（１／ｍ）とし、レンズＬ３の焦点距離ｆ３を４００（ｍｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、上記式（１１）より、Ｃ≒２．０３であり、上記の条件ｉを満たしている。
前述した手法Ｉにしたがって、１次元ＤＯＥのパワーを調整した。レンズＬ２は省略した。
１次元ＤＯＥＬ１の＋１次回折ビームに対するパワーＰ＋１を１／１１．６（１／ｍ）とし、−１次回折ビームに対するパワーＰ−１を−１／１１．６（１／ｍ）とし、レンズＬ３の焦点距離ｆ３を４００（ｍｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、上記式（１１）より、Ｃ≒２．０３であり、上記の条件ｉを満たしている。
図３３に示されるように、本実施例の１次元ＤＯＥは、２段階の位相分布よりなっている。
図３４の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例９における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３４の（ａ）および（ｂ）より、実施例９では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図３４の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
図３４の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例９における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３４の（ａ）および（ｂ）より、実施例９では、レーザビームの中心軸近傍において横方向について実質的に均一な強度分布が得られることがわかる。また、図３４の（ｄ）より、縦方向については、ガウス分布のままであることがわかる。
[実施例１０]
前述した手法Ｊにしたがって、２次元ＤＯＥのパワーを調整した。レンズＬ２は省略した。
２次元ＤＯＥＬ１の＋１次回折ビームに対するパワーＰ＋１ａ＝Ｐ＋１ｂを１／１１．６（１／ｍ）とし、−１次回折ビームに対するパワーＰ−１ａ＝Ｐ−１ｂを−１／１１．６（１／ｍ）とし、レンズＬ３の焦点距離ｆ３を２００（ｍｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、上記式（１２）および（１３）より、Ｃａ＝Ｃｂ≒２．０３であり、上記の条件ｊを満たしている。
前述した手法Ｊにしたがって、２次元ＤＯＥのパワーを調整した。レンズＬ２は省略した。
２次元ＤＯＥＬ１の＋１次回折ビームに対するパワーＰ＋１ａ＝Ｐ＋１ｂを１／１１．６（１／ｍ）とし、−１次回折ビームに対するパワーＰ−１ａ＝Ｐ−１ｂを−１／１１．６（１／ｍ）とし、レンズＬ３の焦点距離ｆ３を２００（ｍｍ）とした以外は実施例６と同様にしてレーザビームを生成した。このとき、上記式（１２）および（１３）より、Ｃａ＝Ｃｂ≒２．０３であり、上記の条件ｊを満たしている。
図３５に示されるように、本実施例の２次元ＤＯＥは２段階の位相分布よりなっている。この位相分布は、実施例９の１次元ＤＯＥと、これを９０度回転させて向きを変えた１次元ＤＯＥとを積算した位相分布となっている。
図３６の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例１０における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３６の（ａ）、（ｂ）および（ｄ）より、実施例１０では、レーザビームの中心軸近傍において縦と横の両方向について均一化された正方形のビームとなっていることがわかる。
図３６の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例１０における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３６の（ａ）、（ｂ）および（ｄ）より、実施例１０では、レーザビームの中心軸近傍において縦と横の両方向について均一化された正方形のビームとなっていることがわかる。
[実施例１１]
前述した実施例に示されるように、焦点面上の均一ビームのサイズは、その波長と最終レンズ（Ｌ３）の焦点距離に比例して変化する。例えば、実施例１０についても、レンズＬ３の焦点距離に比例して正方形の均一ビームのサイズを変化させることができる。
前述した実施例に示されるように、焦点面上の均一ビームのサイズは、その波長と最終レンズ（Ｌ３）の焦点距離に比例して変化する。例えば、実施例１０についても、レンズＬ３の焦点距離に比例して正方形の均一ビームのサイズを変化させることができる。
そこで、本実施例では、図３７に示されるように、１枚のレンズＬ３の代わりに横方向シリンドリカルレンズと縦方向シリンドリカルレンズを配置し、それぞれの焦点距離を異ならせることで、長方形の均一ビームとした。図３７において、シリンドリカルレンズＬ２ａとシリンドリカルレンズＬ２ｂの焦点位置が一致するように、各シリンドリカルレンズを配置した。
シリンドリカルレンズＬ２ａの焦点距離（横方向）ｆ２ａおよびシリンドリカルレンズＬ２ｂの焦点距離（縦方向）ｆ２ｂをそれぞれ３００（ｍｍ）および２００（ｍｍ）とし、シリンドリカルレンズＬ２ａとシリンドリカルレンズＬ２ｂとの間の距離を１００（ｍｍ）とした以外は実施例１０と同様にしてレーザビームを生成した。
図３８の（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ実施例１１における強度分布、横方向強度分布断面、横方向位相分布断面、縦方向強度分布断面、および縦方向位相分布断面を示している。
図３８の（ａ）、（ｂ）および（ｄ）より、実施例１１では、レーザビームの中心軸近傍において縦と横の両方向について均一化された長方形のビームとなっていることがわかる。
図３８の（ａ）、（ｂ）および（ｄ）より、実施例１１では、レーザビームの中心軸近傍において縦と横の両方向について均一化された長方形のビームとなっていることがわかる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点において単なる例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
１ 光学部品
２ ＤＯＥ
３ 凸レンズ（集光手段）
４ レーザ共振器
５ 均一ビーム焦点面
６ 凸部
１１ 光学部品
１２ 第１ビームスプリッタ
１３ 第１レンズ
１４ 第２レンズ
１５ レーザ共振器
１６ 第１ビームミラー
１７ 第２ビームミラー
１８ 第２ビームスプリッタ
１９ 第３凸レンズ
２２ ＤＯＥ
２６ 凸部
Ｂ１ 第１ビーム
Ｂ２ 第２ビーム
２ ＤＯＥ
３ 凸レンズ（集光手段）
４ レーザ共振器
５ 均一ビーム焦点面
６ 凸部
１１ 光学部品
１２ 第１ビームスプリッタ
１３ 第１レンズ
１４ 第２レンズ
１５ レーザ共振器
１６ 第１ビームミラー
１７ 第２ビームミラー
１８ 第２ビームスプリッタ
１９ 第３凸レンズ
２２ ＤＯＥ
２６ 凸部
Ｂ１ 第１ビーム
Ｂ２ 第２ビーム
Claims (18)
- 単一または複数の光源から照射されたレーザ光から、第１の焦点面に焦点位置を有する第１次光と、前記第１の焦点面よりも光源から遠い第２の焦点面に焦点位置を有する第２次光とを生成する光生成手段と、
この光生成手段により生成された、互いに干渉し合い焦点位置が異なる前記第１次光および第２次光を同軸上に重ね合わせて干渉レーザビームとする集光手段と
を備え、前記第１の焦点面と第２の焦点面との間に位置する第３の焦点面において、前記干渉レーザビームの断面強度分布が、ビームの中心軸近傍において実質的に均一な強度分布となることを特徴とする、レーザ用光学部品。 - 前記第１、第２および第３の焦点面のうち、第３の焦点面にて前記干渉レーザビームの最大ピーク強度が最も小さい、請求項１記載のレーザ用光学部品。
- 前記光生成手段が、単一の光源から照射されたレーザ光を２つのレーザビームに分割するレーザビーム分割手段と、このレーザビーム分割手段により分割された２つのレーザビームを互いに異なる焦点に調整する焦点距離調整手段とからなり、
前記集光手段が、互いに焦点が異なる２つのレーザビームを同軸上で合成するビーム合成手段と、レーザビームを所定の距離に収束させる集光レンズとからなる、請求項１または２に記載のレーザ用光学部品。 - 前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームそれぞれに対して設けられた第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とからなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１の焦点距離をｆ１、第２レンズＬ２の焦点距離をｆ２とするとき、ｆ１、ｆ２が以下の式（１）、（２）で与えられるとともに、係数Ａ１、Ａ２がＡ１／Ａ２＜０、０．９＜│Ａ１│＜１．９、を全て満たしている、請求項３に記載のレーザ用光学部品。
ｆ１＝２Ａ１ω２／λ ・・・・・・（１）
ｆ２＝２Ａ２ω２／λ ・・・・・・（２） - 前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームそれぞれに対して設けられた第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とからなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１のパワーをＰ１、第２レンズＬ２のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（３）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしている、請求項３に記載のレーザ用光学部品。
ΔＰ＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（３） - 前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームの片方に設けられた第１レンズＬ１からなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１レンズＬ１のパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（４）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしている、請求項３に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（４） - 前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームそれぞれに対して設けられた第１シリンドリカルレンズＬ１と第２シリンドリカルレンズＬ２とからなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１シリンドリカルレンズＬ１のパワーをＰ１、第２シリンドリカルレンズＬ２のパワーをＰ２とするとき、両レンズのパワーの差ΔＰは以下の式（５）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしている、請求項３に記載のレーザ用光学部品。
ΔＰ＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（５） - 前記焦点距離調整手段が、分割された２つのレーザビームの片方に設けられた第１シリンドリカルレンズＬ１からなり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、第１シリンドリカルレンズＬ１のパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（６）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしている、請求項３に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（６） - 前記光生成手段が回折型光学部品である、請求項１または２に記載のレーザ用光学部品。
- 前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離し、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、１次回折ビームに対するパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（７）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしている、請求項９に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ１＝λＢ／２ω２ ・・・・・・（７） - 前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離し、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１とするとき、Ｐ＋１、Ｐ−１は以下の式（８）で与えられるとともに、
係数Ｂが１．０＜│Ｂ│＜２．３を満たしている、請求項９に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＢ／４ω２ ・・・・・・（８） - 前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を１次の回折ビームとゼロ次の回折ビームとに分離するシリンドリカル回折レンズであり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、１次回折ビームに対するパワーをＰ１とするとき、Ｐ１は以下の式（９）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしている、請求項９に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ１＝λＣ／２ω２ ・・・・・・（９） - 前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を、縦横のどちらかの方向で、＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する１次元の回折型光学部品であり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１とするとき、Ｐ＋１、Ｐ−１は以下の式（１０）で与えられるとともに、
係数Ｃが１．６＜│Ｃ│＜３．１を満たしている、請求項９に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ＋１＝−Ｐ−１＝λＣ／４ω２ ・・・・・・（１０） - 前記回折型光学部品が、光源から照射されたレーザ光を、縦横の両方向で、＋１次の回折ビームと−１次の回折ビームとに分離する１次元の回折型光学部品であり、レーザの波長をλ、入射ビームの１／ｅ２ビーム半径をω、横方向の＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１ａ、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１ａ、縦方向の＋１次回折ビームに対するパワーをＰ＋１ｂ、−１次回折ビームに対するパワーをＰ−１ｂとするとき、Ｐ＋１ａ、Ｐ−１ａ、Ｐ＋１ｂ、Ｐ−１ｂ、は以下の式（１１）、（１２）で与えられるとともに、
係数Ｃａ、Ｃｂが１．６＜│Ｃａ│＜３．１および１．６＜│Ｃｂ│＜３．１を満たしている、請求項９に記載のレーザ用光学部品。
Ｐ＋１ａ＝−Ｐ−１ａ＝λＣａ／４ω２ ・・・・・・（１１）
Ｐ＋１ｂ＝−Ｐ−１ｂ＝λＣｂ／４ω２ ・・・・・・（１２） - 前記回折型光学部品が、位相差πを与える凹部または凸部が表面に形成された板状の光学部品からなる、請求項９に記載のレーザ用光学部品。
- 前記凹部または凸部が、光軸上から見て円形又は楕円形の凹部または凸部であり、回折型光学部品に入射するビーム径をＤ＝２ω（ωは入射ビームの１／ｅ ２ ビーム半径）としたときに、前記円形又は楕円形の凹部または凸部の直径又は長径と短径が０．９Ｄ〜１．３Ｄである、請求項１５に記載のレーザ用光学部品。
- 前記凹部または凸部が、光軸上から見て正方形又は長方形の凹部または凸部であり、回折型光学部品に入射するビーム径をＤ＝２ω（ωは入射ビームの１／ｅ ２ ビーム半径）としたときに、前記正方形又は長方形の凹部または凸部の辺の長さが０．８Ｄ〜１．２Ｄである、請求項１５に記載のレーザ用光学部品。
- 前記回折型光学部品を、集光手段の後に配置し、集光手段から回折型光学部品までの距離変更手段を備えることを特徴とする、請求項９〜１７に記載のレーザ用光学部品。
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