JPH0470536A

JPH0470536A - レーザ損傷しきい値測定装置

Info

Publication number: JPH0470536A
Application number: JP18368690A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Komori; 浩小森; Yasuo Itakura; 板倉　康夫; Hideomi Ochi; 越智　秀臣
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1992-03-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はレーザ損傷しきい値測定装置に係わり、特には
、レーザ装置、レーザ応用装置等に用いる光学部品のレ
ーザ損傷しきい値の測定部ｍの改良に関する。

（従来の技術）従来、レーザ装置またはレーザ光を用いた装置に使われ
ている光学部品、特に光学薄膜により構成されている全
反射鏡、部分透過鏡、ビームスプリッタ−、フィルター
、偏光子、反射防止膜などは、過度に強いレーザ光を照
射すると損傷を起こし、本来の機能を果たさなくなる。

したがってこれらの光学部品をレーザ損傷を起こすこと
なく使用するには、レーザ損傷を起こすレーザ光強度よ
りも低い光強度、すなわちレーザ損傷しきい値より低い
レーザ光強度において使用する必要がある。このレーザ
損傷しきい値を測定するレーザ損傷しきい値測定装置は
、大別して第８図に示すように次の２つの部分より構成
される。

＜１１　　可変なレーザ光強度のレーザ光を試料に集光
して照射し、ならびに照射するレーザ光強度を測定する
部分、即ち、レーザ発振器１からの照射レーザ２の光強
度を調整する照射レーザ光強度調整部３と、調整された
照射レーザ光２を分光するビームスプリッタ−４と、照
射レーザ光２の光強度を測定するレーザ光強度測定部５
と、照射レーザ光２を試料６に集光するレーザ光集光学
系７と、からなる。

（２）各々のレーザ照射に対して、レーザ損傷の発生度
を検出し、レーザ損傷を判定する部分、即ち、集光され
た照射レーザ光２により試料６の損傷を検出し、判定す
るレーザ損傷検出部８と、からなζ。

照射レーザ光強度調節部３としては、フィルターの組合
せによるもの、偏光子の組合せによるもの、シャープエ
ツジフィルターの傾き角調整によるもの等がある。照射
レーザ光のレーザ光集光学系７としては、１つの凸レン
ズによって集光する方法と、１組の凸レンズと凹レンズ
によりビームを縮小し平行光として試料に照射する方法
とがある。また、これらのレンズ位置を変化させて、照
射レーザ光強度を調整する場合もある。

従来技術のレーザ損傷検出部８は、（ａ）　　ステレオ顕微鏡、ノマルスキー顕微鏡等の光
学顕微鏡を用いてレーザ光照射部の試料の損傷を観察し
検出する。

（ｂ）　　ヘリウムネオンレーザ光等のプローブ光をレ
ーザ照射部に入射し、その反射光強度を測定し、反射率
の変化から損傷を検出する。

（Ｃ）　　レーザ損傷発生時に生じる光音響波を圧電素
子等により検出する。

ような検出方法がある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の方法において、（Ｃ）の光音
響波を用いるものは音響的手段によるものであり、本発
明の光学的手段によるものとは性質を異にするため、こ
こでは、（ａ）と（ｂｌについての光学的手段について
記述する。

レーザ損傷しきい値測定装置の望ましい性能としては、
次の２点がある。

（１）　　レーザ損傷度の検出は数値的に行える。

（２）高感度かつ高い再現性のある測定を簡便に行える
。

損傷の検出を数値的に行うことの必要性は、目視による
場合に起こる個人差等による測定値のバラツキを除くこ
とにある。従来技術である光学顕微鏡を用いてレーザ損
傷を検出する方法では、試料のレーザ照射位置と顕微鏡
の物体位置とが一致するように、ステレオ顕微鏡または
ノマルスキー顕微鏡等を設置してレーザ照射毎にレーザ
照射部を拡大して肉眼もしくはテレビカメラを通してモ
ニター上で観察しレーザ損傷度を判定する。したがって
、レーザ損傷の生じた部位、形状、発生過程等を調べる
際にはこの方法は有効な手段である。しかし、損傷部の
検出は基本的に目視によるものであり、損傷度を客観的
に数値で表すのは困難である。このため、レーザ損傷し
きい値を測定する際には、どの時点でレーザ損傷が発生
したかを判断するのがあいまいであり、同一の試料でし
きい値を測定しても、測定結果にバラツキが生じるとい
う問題がある。また、ヘリウムネオンレーザ等の光をプ
ローブ光として、試料のレーザ照射部に入射し、その反
射光強度を光検出器等により測定し、反射率の変化から
レーザ損傷を検出する方法においては、損傷の発生度を
数値で表すことが可能であるために、再現性の高い測定
が行える。

一般にレーザ損傷発生過程の初期の段階では、損傷はレ
ーザ照射領域内の小さい点で発生し、レーザ照射時間の
経過、レーザ光強度の増加にしだがって損傷はレーザ照
射領域の全面に発生、成長していく。プローブ光をレー
ザ照射部に入射し、その反射率の変化からレーザ損傷度
を検出する方法では、損傷の初期の段階で生じる小さな
損傷による反射率の変化量は非常に小さく、これを検出
するのは困難なことである。つまり、プローブ光を用い
た測定により得られる損傷しきい値は、ある程度損傷が
全面にひろがった時点のものである。

したがってレーザしきい値の高感度測定を簡便に行うこ
とが出来ないという問題がある。

本発明は上記従来の問題点に着目し、レーザ損傷しきい
値測定装置に係わり、特には、レーザ装置、レーザ応用
装置等に用いる光学部品のレーザ損傷しきい値の測定装
置の改良を目的としている。

（課題を解決するだめの手段）上記目的を達成するためには、本発明に係わる発明では
レーザ装置等に用いる光学部品のレーザ損傷しきい値測
定装置において、レーザ損傷の検出手段として、損傷部
から発生する照射レーザ光の散乱光を検出する。

（作用）上記構成によれば、レーザ装置等に用いる光学部品のレ
ーザ損傷しきい値測定装置において、レサ損傷部の散乱
光を検出し損傷しきい値を求める。例えば、照射レーザ
光と散乱光強度との関係より損傷度を求めるため、損傷
度を客観的に数値で表すことが出来る。また、レーザ損
傷の発生度にほぼ比例して増加する散乱光を検出してい
るため、損傷の初期の段階でもレーザ損傷度を数値的に
高感度かつ高い再現性をもって簡便に測定することがで
きる。従って信頼性の高いレーザ損傷しきい値の測定を
簡便に行うことができる。

（実施例）以下に、本発明にかかわるレーザ損傷しきい値測定装置
の実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。第１
図乃至第５図は本発明の実施例のレーザ損傷しきい値測
定装置の構成図である。従来例と同一部品には同一符号
を付し説明は省略する。第１図では、従来と同様に図示
しないレーザ発振器１からの照射レーザ光２は図示しな
い集光装置により試料６に集光して照射されている。し
かし、この照射レーザ光２は平行光として入射して照射
しても良い。このことは以下の図においても同様である
。照射レーザ光２の試料６の位置における光強度がある
値（損傷しきい値）を越えると試料６にレーザ損傷部１
１が生じる。通常損傷はレーザ光により試料６の表面近
傍が破壊または溶融したものである。このレーザ損傷部
１１が試料６に発生すると、レーザ損傷部より照射レー
ザ光２が散乱される。この散乱されたレーザ光の一部１
２（以下、散乱光１２という。）を光検出器１３にて検
出することにより、レーザ損傷度を計測する。光検出器
１３としては、フォトダイオード、バイプラナ光電管、
光電子増倍管等が用いられる。１４は信号処理回路であ
る。照射レーザ光２の光源レーザ装置がパルス動作の場
合は、信号処理回路１４としては、ストレージオシロス
コープまたはピーク検出回路等により、信号のピーク値
を検出する。発振レーザ装置Ｉが連続発振（ＣＷ）動作
の場合は、信号処理回路１４としてはロックインアンプ
等が用いられる。また、光検出器１３に入射する散乱光
を多くして検出の感度を高くする場合には、第２図のよ
う散乱光集光レンズ１５により散乱光Ｉ２を光検出器１
３に集光するもの、第３図のように楕円面鏡１６または
積分球にて散乱光１２を光検出器Ｉ３に集光するものが
可能である。さらに試料６のレーザ損傷部１１裏面等か
らの散乱光１２ａが光検出器１３に入射することを防止
して、検出のＳ／Ｎ比を高める場合には、第４図のよう
に散乱光１２をレンズＩ５により集光し、集光位置にピ
ンホール１７を設置してレーザ損傷部１１からの散乱光
１２のみがピンホールＩ７を通過して光検出器１３に入
射するように設定するもの、または第５図のように第４
図の場合のピンホール１７の位置に開口径の比較的小さ
い光ファイバー１８を設置して、レーザ損傷部１１から
の散乱光１２のみを光検出器１３に入射するものが有効
である。

第６図においては、上記レーザ損傷度の計測機構を用い
てエキシマレーザによる多層膜反射鏡を計測するレーザ
損傷しきい値測定装置１８について説明する。エキシマ
レーザ１９からの照射レーザ光２は開口２０を通ったあ
とビームスプリッタ−４に入射し、その反射光２ａはレ
ーザ光エネルギー検出器２１で測定され、測定値は信号
処理装置２２を介してコンピュータ２３に取り込まれる
ビームスプリッタ−４の透過照射レーザ光２ｂは照射光
集光レンズ２４により集光され試料６である多層膜反射
鏡２５に照射される。多層膜反射鏡２５に照射するレー
ザ光のエネルギー密度の変化はコンピュータ２３により
制御される自動ステージ２６により照射光集光レンズ２
４の位置を変えることにより行う。また、試料６は可動
ステ２２７に取り付けてあり、各照射強度の測定ごとに
照射位置を移動させる。レーザ照射部に発生したレーザ
損傷部１１からの一部の散乱光１２は散乱光集光レンズ
１５により集光されレーザ損傷部１１からの散乱光１２
のみがピンホール１７を通過して光検出器として用いて
いるバイプラナ光電管２８に入射する。バイプラナ光電
管２８かラノ信号はストレージオシロスコープ２９によ
りモニターし、信号のピーク値が散乱光強として、コン
ピュータ２３に取り込まれる。コンピュータ２３はレー
ザ光エネルギー検出器２１にて計測した照射レーザエネ
ルギーと、自動ステージ２６のレンズ位置から計算した
試料位置での照射レーザの面積とを基に、試料位置での
単位面積当たりの照射レーザ光強度を計算する。さらに
コンピュータ２３は各々の照射レーザ光強度とこれに対
応した散乱光強度をグラフ表示する。第８図にこのグラ
フの一例を示す。横軸は単位面積当たりの照射レーザ光
強度であり、縦軸は散乱光強度である。照射レーザ光強
度が低い領域では散乱光強度は、初期散乱の一定値を示
すが、照射レーザ光強度を高くしていくにしたがってレ
ーザ損傷が発生し、散乱光強度が増加していく。レーザ
損傷しきい値の決定に関しては、例えば、散乱光強度が
初期値より２０％増加したところに対応する照射レーザ
光強度をレーザ損傷しきい値とすると定義した場合に、
このグラフより散乱光の初期値ａの１．２倍の値すに対
応する照射レーザ光強度Ｃがレーザ損傷しきい値となる
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、レーザ装置等に
用いる光学部品のレーザ損傷しきい値測定装置において
、レーザ損傷部の散乱光を検出し損傷しきい値を求める
。また、レーザ損傷の発生度にほぼ比例して増加する散
乱光を検出しているため、損傷の初期の段階でもレーザ
損傷度を数値的に高感度かつ高い再現性をもって簡便に
測定することができる。従って信頼性の高いレーザ損傷
しきい値の測定を簡便に行うことができるとともに、レ
ーザ損傷しきい値を測定する際には、同一の試料でしき
い値を測定しても、測定結果にバラツキが生じないとい
う優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明のレーザ損傷しきい値測定装
置の実施例の構成図。第６図はエキシマレーザによる本発明のレーザ損傷しき
い値測定装置の構成図。第７図は照射レーザ光と散乱光強度の関係を示す説明の
ための図。第８図は従来のレーザ損傷しきい値測定装置の実施例の
構成図。ｌ・・・レーザ発振器、２・・・照射し−ザ光、４・・・ビームスプリッタ− ６・・・試料、１１・・・レーザ損傷部、１２・・・散乱光、１３・・・光検出器、１４・・・信号処理回路、１５・・・散乱光集光レンズ、１６・・・・楕円面鏡、１７・・・ピンホール、１８・・・光ファイバー１９・・・エキシマレーザ、２０・・・開口、２Ｉ・・・レーザ光エネルギー検出器信号処理装置、コンピュータ、照射光集光レンズ、多層膜反射鏡、自動ステージ、可動ステージ、バイプラナ光電管、ストレージオシロスコープ、・透過光遮光カップ、

Claims

【特許請求の範囲】

　レーザ装置等に用いる光学部品のレーザ損傷しきい値
測定装置において、レーザ損傷の検出手段として、損傷
部から発生する照射レーザ光の散乱光を検出するように
したことを特徴とするレーザ損傷しきい値測定装置。