JPH1059743A

JPH1059743A - ガラス基材に対するレーザ加工方法及びこの加工方法にて得られる回折型の光学素子

Info

Publication number: JPH1059743A
Application number: JP8213391A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Koyama; 正小山; Keiji Tsunetomo; 啓司常友
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-03
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3452733B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラス基板等の表面にレーザ光を用いて微細
な凹凸を精度良く作成する。【解決手段】フェイズマスクにレーザ光が入射する
と、主として＋１次の回折光と−１次の回折光が出射
し、これらの回折光の干渉によりフェイズマスクの出射
側の極近傍に周期的な光の強度分布が得られる。そし
て、この周期的な強度分布が形成された領域に、薄膜を
成膜したガラス基板をセットした。その結果、当該周期
的な光強度に応じて薄膜が蒸発或いはアブレーション
し、光強度の周期と同一の周期をもつ回折格子がガラス
基板上に薄膜を加工した形で形成された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラス基材表面に微
細な凹凸を形成するレーザ加工方法とこのレーザ加工方
法にて得られる回折型の光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラスは平坦性、加工精度、耐候性、耐
熱性などの特性に優れているので、光通信等に用いる回
折格子或いはディスプレイ装置に組み込むマイクロレン
ズとして、ガラス基板の表面に微細加工を施したものが
知られている。

【０００３】ガラス基材に微細加工を施すには、従来に
あっては、フッ酸等のエッチャントを用いたウェットエ
ッチング（化学エッチング）、或いはリアクティブイオ
ンエッチング等のドライエッチング（物理エッチング）
によるのが一般的である。

【０００４】しかしながら、ウェットエッチングにあっ
ては、エッチャントの管理と処理の問題があり、ドライ
エッチングにあっては真空容器等の設備が必要になり装
置自体が大掛かりとなり、更に複雑なフォトリソグラフ
ィー技術によってパターンマスク等を形成しなければな
らず効率的でない。

【０００５】また、市販の比較的安価に手に入れられる
回折格子等の波長分離素子は、工業的には、アルミニウ
ム等の金属をダイヤモンドの刃で刻む（ルーリング）こ
とにより原盤を得、これを元にしてエポキシ樹脂等へ転
写する方法が採られている。

【０００６】上記の工業的な回折格子の作製法では、大
がかりなルーリング設備などが必要となるとともに、大
量生産するには有機物へ転写せざるを得ない。しかしな
がら、有機物への転写は成形性はよいが、湿度、温度に
対する耐性に限界がある。

【０００７】一方、レーザ光は強力なエネルギーを有
し、照射された材料の表面温度を上げ、照射された部分
をアブレーション（爆蝕）或いは蒸発せしめて種々の加
工を施すことが従来から行われている。特にレーザ光は
極めて小さなスポットに絞ることができるので、微細加
工に適している。

【０００８】そこで、複数のレーザ光を干渉させること
で、周期的な光強度分布を有するレーザ光とし、これを
金属板等の被加工物表面に照射して微細加工を行う先行
技術として、特開昭５０−４２４９９号公報、特開平４
−２５３５８３号公報、特公平７−４６７５号公報、特
公平７−４７２３２号公報、特公平７−５１４００号公
報、特公平７−１０２４７０号公報、特公平８−９７９
４号公報、特公平８−２５０４５号公報に開示されるも
のが知られている。

【０００９】このうち特に、特公平８−２５０４５号公
報にあっては、金属板等の被加工物上に、空気及び被加
工物よりも屈折率の高い導波路（薄膜）を形成し、この
導波路にレーザ光を照射し、導波路中を伝搬する光と照
射光との干渉作用で導波路に微細な凹凸を形成し、被加
工物表面に虹色発色機能を持たせるようにしたものであ
る。

【００１０】また、村原正隆、他応用物理第５２巻
第１号（１９８３）Ｐ.８４には、有機高分子である
ＰＭＭＡ（ポリメチル・メタアクリレート）をガラス基
板に塗布し、その薄膜をエキシマレーザの干渉光を用い
て、アブレーションにより直接有機薄膜の微細凹凸を作
製したことが報告されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記先行技術のいずれ
も、基材表面に薄膜を形成し、この薄膜にレーザ光エネ
ルギーを吸収せしめてアブレーション等を生じさせ、薄
膜に微細加工を施すものであるが、レーザ光エネルギー
についての考慮がなされていない。

【００１２】即ち、アブレーション等を生じさせるには
一定以上の強度のレーザ光を照射しなければならないの
は、従来から知られているが、基材表面に薄膜を形成し
た場合、薄膜を通して基材まで到達するレーザ光のエネ
ルギーが基材にアブレーション等を生じさせるエネルギ
ー（閾値）よりも大きいと、薄膜に微細な凹凸を形成す
るだけでなく、基材自体も加工してしまう。このように
薄膜と物性が異なる基材も同時に微細加工されると、回
折格子等の精度が要求される部材としては使用できなく
なる。また、薄膜が有機高分子の場合には、耐候性、耐
熱性に劣る不利もある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係るガラス基材に対する加工方法は、ガラス基
材の表面上に当該ガラス基材よりもレーザ吸収性に優れ
た無機材料を主体とした薄膜を形成し、この薄膜に対し
強度分布を有するレーザ光を照射し、前記薄膜にレーザ
光のエネルギーを吸収させることで溶融・蒸発若しくは
アブレーションを起こさせて前記薄膜をレーザ光の強度
に応じて除去するにあたり、薄膜の厚さまたはレーザ光
の吸収係数を、薄膜を透過してガラス基材表面に到達す
るレーザ光の強度がガラス基材に溶融・蒸発若しくはア
ブレーションを起こさせる閾値以下になる値に設定し
た。

【００１４】薄膜としては、金属酸化物、金属窒化物、
金属炭化物、半導体、ＳiＯ2を主体とするガラス、フッ
化物ガラスまたはカルコゲナイドガラスの単層あるいは
これらの組み合わせで多層に積層されたもの等が適当で
ある。また薄膜の形成方法としては、ゾルゲル法、スパ
ッタリング法、真空蒸着法、液相析出法などの様々な方
法が適用できる。

【００１５】薄膜内をレーザ光が通過するときのエネル
ギー損失分については、薄膜の厚さ及び吸収係数にて制
御することができるが、所定の厚さを確保することが条
件となる場合には、レーザ光の吸収係数を主として制御
する。そして、吸収係数の制御方法としては、酸素欠損
などの量論比のずれを意図的に導入する方法、欠陥を導
入する方法、波長に対する吸収の高いイオンをドープす
る方法、超微粒子を混合する方法、顔料または有機色素
を混合する方法等が挙げられる。

【００１６】また、前記レーザ光として周期的若しくは
規則的な光強度分布を有するレーザ光を用いることで、
光結合器、偏光器、分波器、波長フィルタ、反射器或い
はモード変換器等に組み込まれる回折格子やホログラム
等の回折型の光学素子を製造することができる。尚、ガ
ラス基材表面に形成する薄膜に対しレーザ光で凹凸を形
成するにあたり、薄膜の凹部の底面にガラス基材が露出
するまでアブレーション等を施すようにすれば、薄膜の
厚さがそのまま回折型の光学素子の凹凸部の厚さにな
る。

【００１７】周期的な光強度分布を有するレーザ光は、
フェイズマスク或いは複数本のレーザ光を干渉せしめる
ことによって得ることができ、ガラス基材表面に形成さ
れる周期的な凹凸の断面形状は、レーザ光のパルスエネ
ルギーにて制御することができる。また、規則的な光強
度分布を有するレーザ光は、網目状マスク等を用いるこ
とで得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例と比較例を
添付図面に基づいて説明する。尚、実施例と比較例につ
いて主要な項目について比較した（表）を以下に示す。

【００１９】

【表】

【００２０】（実施例１）ソーダライムガラス上に、Ａ
gコロイドが分散したＳiＯ₂薄膜を形成した。形成方法
は、スパッタ法で、ＳiＯ₂ターゲットと銀金属のチップ
をターゲット上に置き、同時にスパッタした。スパッタ
条件を以下のように設定し成膜した。また、ターゲット
は下置きで、５インチ×２０インチの石英ターゲットを
用い、その上に銀の円盤状のチップ（直径約４ｍｍ）を
３２個、分散させて置いた。スパッタ条件ガス流量：酸素３ｓｃｃｍ，アルゴン９７ｓｃｃｍスパッタ時圧力：２．８×１０^-3Torr 入射電力：３．０Ｋｗ基板：ソーダライムガラス得られた薄膜は、茶色に着色しているが、表面は平滑で
付着力も強く、クリアな膜が得られた。５分間の成膜時
間で膜厚は３１５ｎｍであった。また、膜中の銀の濃度
をＸＰＳ（Ｘ線電子分光法）で測定したところ、０．９
４原子％であった。薄膜の吸収スペクトルを測定する
と、３９０ｎｍ付近に吸収ピークが存在し、これは銀の
超微粒子（コロイド）のプラズモン吸収と考えられ、ガ
ラス中に銀の超微粒子が成膜時に生成したものと考えら
れる。

【００２１】このガラス上の薄膜を、図１に示す光学系
でアブレーションを行い、微細加工を行った。図１に示
す光学系は、１本のシングルモードのレーザビームを２
つに分け、その光を再びガラス薄膜上で焦点を結ばせる
ようにし、その干渉により強度が周期的に変化するパタ
ーンを形成して照射した。使用したレーザはＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザでパルス幅が１０ｎｓ、繰り返し周波数が１０
Ｈｚ、使用波長は第３高調波の３５５ｎｍ、照射エネル
ギーは２本のビームに分ける前は、約１１０ｍＪ/Ｐｕ
ｌｓｅのエネルギーであった。ビームは５０％のビーム
スプリッターでわけ、石英のレンズを通過させた後、サ
ンプル表面上で２つのビームを重ね合わせ、干渉縞を生
じさせ、周期的な光強度分布の状態を形成させた。レー
ザビームの間の角度は約１０°であった。試料上のビー
ム径は２ｍｍであり、エネルギー密度は４．１４Ｊ/ｃ
ｍ²・Ｐｕｌｓｅになる。このエネルギーは薄膜がアブ
レーションするエネルギーをあらかじめ測定し、そのエ
ネルギーよりも高めに設定したものである。

【００２２】加工を行った膜を、光学顕微鏡、電子顕微
鏡で観察した。図２（ａ）は１０００倍の光学顕微鏡写
真、（ｂ）は同写真に基づいて作成した図、図３（ａ）
は３５００倍の走査型顕微鏡写真、（ｂ）は同写真に基
づいて作成した図である。これらの図から、膜に約１μ
ｍの周期的な凹凸が形成されているのを確認できる。

【００２３】この実施例での３５５ｎｍにおける薄膜の
吸収係数は、４６，２１２ｃｍ^-1であった。またソーダ
ライムガラス基板の吸収係数は０．３０８１ｃｍ^-1であ
った。また、薄膜の吸収係数と厚さから計算した基板に
到達するエネルギーは０．９５Ｊ/ｃｍ²・Ｐｕｌｓｅで
あった。

【００２４】一方、ガラスのアブレーション閾値を実験
的にもとめた。照射エネルギーを上げながら、アブレー
ションした時点でのエネルギーを記録した。パワー密度
を計算するためには、アブレーション痕の面積が必要で
あるが、照射痕周辺の割れが激しく正確に求めることは
できなかった。おおよその面積から求めると、少なくと
も本実験のレーザでは８〜１０Ｊ/ｃｍ²・Ｐｕｌｓｅで
あった。したがって、基板に到達するエネルギーは基板
のアブレーション閾値以下であり、優先的な薄膜のアブ
レーションが起こり、このような微細な加工性を可能に
したものと考えられる。

【００２５】（比較例１）実施例１と同様の工程で、Ｓ
iＯ₂薄膜をソーダライムガラス基板上に形成した。この
場合、ターゲット上には銀は置かず、ＳiＯ₂のみの薄膜
が形成できるようにした。得られた薄膜を、実施例１と
同様の光学系を用いてレーザ加工した。その結果、薄膜
の選択的加工はできず、基板とともにアブレーションが
起こった。このときのエネルギーは９Ｊ/ｃｍ²・Ｐｕｌ
ｓｅであった。また、吸収係数を測定すると、基板の吸
収係数は実施例１と同じであるが、ＳiＯ₂膜は０．００
１ｃｍ-1以下であり、基板よりも吸収係数が低かった。
また、基板に到達するエネルギーも、ほぼ基板のアブレ
ーション閾値に近く、有効な加工ができなかったものと
考えられる。

【００２６】（実施例２，３，４，５）実施例１と同様
に、ソーダライムガラス上に、Ａｇコロイドが分散した
ＳiＯ₂薄膜を形成した。スパッタ条件は、銀のターゲッ
ト個数、スパッタ電力を調整し、銀の混合濃度を変化さ
せた。この実施例の要点を、前記（表）にまとめた。銀
の濃度が下がるにしたがって、膜の吸収係数が低下し
た。この薄膜付きガラスを、実施例１と同様な方法で干
渉光を用いたアブレーションを行った。その結果、実施
例１と同様に、膜面に周期的構造ができ、回折格子とし
ての機能を発揮した。これらの薄膜は、（表）からわか
るように、すべて吸収係数が基板より高く、なおかつ基
板に到達するレーザエネルギーは基板のアブレーション
閾値よりも低くなっている。

【００２７】（比較例２，３）実施例４，５と同じ条件
でＡｇの混合したＳiＯ₂膜を作製した。これは実施例
４，５の成膜時に同時にチャンバーに入れたもので、膜
の特性は完全に同じになるように配慮した。ただし、基
板は実施例１〜５に用いたものよりも、低いアブレーシ
ョン閾値（３．５Ｊ/ｃｍ²・Ｐｕｌｓｅ）の材料を用い
た（表参照）。この基板は、ガラスマトリクス中にＣd
Ｓ、ＣdＳeなどの超微粒子が分散されたもので、シャー
プカットフィルターとして広く用いられているものであ
る。作製した薄膜付ガラス基板を実施例１と同じ条件で
アブレーションを行った。その結果、比較例２ではかろ
うじて回折格子の加工性が見られたが、比較例３では基
板のダメージがあり、良好な加工性は得られなかった。
このガラス基板の３５５ｎｍの波長に対する加工閾値は
３．５Ｊ/ｃｍ²であり、その吸収係数は３７７ｃｍ^-1で
あった。比較例２での膜の吸収係数は６４９０ｃｍ^-1で
あり、基板よりも吸収係数が高い。また薄膜を透過し基
板に到達するエネルギーは、３．４Ｊ/ｃｍ²で、かろう
じて基板のアブレーション閾値以下であった。一方、比
較例３での膜の吸収係数は２２３５ｃｍ^-1であり、基板
の吸収係数３７７ｃｍ^-1より高いが、基板に到達するエ
ネルギーは３．９Ｊ/ｃｍ²・Ｐｕｌｓｅであり、基板の
アブレーション閾値に到達していた。したがって、この
点が、比較例３における加工性を失わせた原因と考えら
れる。実施例５と比較例３は同じ薄膜であるが、基板の
閾値の違いによりこのような差が生じたものと考えられ
る。

【００２８】（実施例６）実施例２で用いた同じ試料に
対して、図４に示す装置を用いて回折格子を製造した。
具体的には、上記のガラス基板の上にＡg−ＳiＯ₂膜を
成膜した面に、スペーサを介して回折格子を形成したフ
ェイズマスクを備えた基板を配置し、レーザ光を照射し
た。フェイズマスクにレーザ光が入射すると、図５
（ａ）に示すように、主として＋１次、０次、−１次を
含む複数の回折光が出射し、これらの回折光の干渉によ
りフェイズマスクの出射側の極近傍に周期的な光の強度
分布が得られる。ここで、本実施例のフェイズマスクは
回折格子周期：１０５５ｎｍ、回折格子深さ：約２５０
ｎｍ、サイズ：１０ｍｍ×５ｍｍ（ＱＰＳ Technology
Inc.製Canada）を使用した。そして、この周期的な強
度分布が形成された領域に、図５（ｂ）に示すように、
薄膜を成膜したガラス基板をセットした。その結果、図
５（ｃ）に示すように、当該周期的な光強度に応じて薄
膜が蒸発或いはアブレーションし、光強度の周期と同一
の周期をもつ回折格子がガラス基板上に薄膜を加工した
形で形成された。ガラスの閾値と薄膜の閾値の関係は実
施例１，２で述べたものと同じ条件である。

【００２９】尚、使用したレーザ光は、実施例１と同様
にＮd：ＹＡＧレーザの第３高調波である３５５ｎｍの
光とした。パルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数
は５Ｈzであった。またレーザ光の１パルスあたりのエ
ネルギーは、レーザのＱスイッチのタイミングを変える
ことで調整が可能であり、１１０ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエ
ネルギーで、ビーム直径は約５ｍｍであった。加工に適
するように、レーザのエネルギー密度を増大させるた
め、レーザ光を焦点距離２５０ｎｍのレンズで絞り込ん
でガラス基板上でのビームサイズが約２ｍｍになるよう
にした。

【００３０】上記によって形成された回折格子のところ
で、本実施例にあってはスペーサによってフェイズマス
クとガラス基板との間隔が約５０μｍとなるようにして
いる。これは、ガラス基板表面からの蒸発物がフェイズ
マスクに付着するのを極力防ぐためであり、この間隔自
体は任意である。例えば＋１次光と−１次光とが重なっ
ている範囲内ならば、フェイズマスクとガラス基板を密
着させても回折格子は作製できるし、フェイズマスクと
ガラス基板との間に１５０μｍ程度の厚さの石英板を挟
み密着させてレーザ照射を行った場合も、本実施例と同
様に回折格子が作製できた。フェイズマスクは繰り返し
使用されるものであり、その汚れを防ぐことは重要であ
り、したがってスペーサを介在させることは有効な手段
である。

【００３１】（実施例７,８）ＢＫ７と呼ばれるホウ珪
酸系ガラスを基板として、電子ビーム蒸着法でＴiＯ₂、
ＧeＯ₂薄膜を形成した。これら薄膜を実施例１と同様の
方法でレーザ加工を施すと、同様に周期的構造が形成で
きた。したがって、これらの薄膜の加工閾値は４．１４
Ｊ/ｃｍ²よりも低いことがわかる。ＢＫ７ガラスの３５
５ｎｍにおける加工閾値は、８から９Ｊ／ｃｍ²であ
り、ＴiＯ₂の吸収係数（４６０６０ｃｍ^-1）と膜厚から
換算した透過エネルギーは３．２Ｊ／ｃｍ²、ＧeＯ₂の
吸収係数は７５５５ｃｍ^-1で透過エネルギーは３．６Ｊ
/ｃｍ²となった。したがって、基板の加工閾値はこれら
の値よりはるかに高く、安定して薄膜のレーザ加工がで
きたものと考えられる。また、ＧeＯ₂薄膜はガラス質で
あるが、ＴiＯ₂は結晶化しており、アナターゼ構造の結
晶型を持っていることがＸ線回折結果から明らかになっ
た。従って、本発明はガラス性の薄膜に限らず、結晶性
の薄膜にも適用でき、請求項に示した用件を満たすこと
が必要であることがわかった。

【００３２】（実施例９）ソーダライムガラスの上に、
ゾルゲル法により、膜中に金コロイドが分散したＴiＯ₂
薄膜を形成した。薄膜作製における主材料は、チタンテ
トラブトキシド（ＴＴＢ）で、これに４倍の当モル量の
アセチルアセトン（ＡＡ）を混合した。これは、ゾルゲ
ル反応の主反応である、水の加水分解を穏やかに進ま
せ、良質な薄膜を形成するのに役立つ。加水分解反応液
として、ＮaＡuＣl₄を０．１６ｍｏｌ/ｌの濃度で溶解
した水溶液を用いた。ＴＴＢを１２ｍｌ、希釈のための
エタノールを１２ｍｌ、ＡＡを４ｍｌ、ＮaＡuＣl₄水溶
液を３ｍｌ混合し、３０分攪拌、反応させた後、ガラス
基板上にデイップ法で塗布した。塗布後、空気中４００
℃、１５分加熱し、残存有機物を蒸発させ、強固な膜と
した。またこのとき、金の超微粒子が析出し、薄膜はブ
ルーに変色した。これは、ＴiＯ₂膜中の金超微粒子のプ
ラズモン吸収に起因している。塗布と熱処理を３回繰り
返し、３４０ｎｍの厚さの薄膜を得た。この薄膜を、実
施例１と同じ光学系と照射エネルギーを用いて回折格子
を作製した。その結果、同様に周期的構造がガラス基板
上に形成できた。この薄膜の吸収係数は３５５ｎｍにお
ける吸収係数は５８０００ｃｍ^-1であり、基板まで到達
するエネルギーは０．５７Ｊ/ｃｍ²と見積もられ、基板
閾値よりもはるかに低い値であった。この薄膜は非晶質
であるが、主成分は実施例７で示したＴiＯ2と同一であ
る。本実施例では実施例７の膜よりも吸収係数が大きく
なっており、金超微粒子のような超微粒子を材料中に分
散する事により、吸収係数を調整することが可能である
ことを示している。

【００３３】（実施例１０）ガラス薄膜を得る方法とし
て、液相中でＳiＯ2を析出させる方法がある。そのよう
な方法として、A.Hishinuma et al. Applied Surface S
cience 48/49 (1991) 405 に示されている、ＬＰＤ法
（Liquid Phase Deposition：液相成膜法）が知られて
いる。ＬＰＤ法を用いＳiＯ₂中に有機色素の一つであ
る、ローダミン６Ｇ（Ｒ６Ｇ）を混合して、ソーダライ
ムガラス基板上に成膜をした。薄膜の作製は以下のよう
に行った。まず、珪フッ素酸（Ｈ₂ＳiＦ₆）溶液にＳiＯ
₂ガラスを入れ、飽和溶液とする。このときの珪フッ素
酸の濃度は２ｍｏｌ/ｌにした。飽和後、この溶液にＲ
６Ｇを約０．２ｍｏｌ/ｌの濃度になるように混合し
た。そこでガラス基板を液中にいれ、さらにアルミニウ
ム片をいれた。アルミニウム片は、ＳiＯ₂で飽和してい
る珪フッ素酸の平衡を、ＳiＯ₂が析出する方向へ動かす
働きがあり、ガラス基板上にＳiＯ₂薄膜を析出させる。
このとき、色素が混合されているため、色素もガラス薄
膜中に導入された。得られた薄膜は、赤色で、明らかに
ローダミン色素が膜中に導入されたことがわかった。こ
の薄膜を、実施例１と同じ光学系と照射エネルギーを用
いて回折格子を作製した。その結果、同様に周期的構造
がガラス基板上に形成できた。しかしながら、付着力が
弱いせいか、一部は膜が残らず、ガラス基板が露出する
部分があった。この薄膜の吸収係数は３５５ｎｍにおけ
る吸収係数は３８５００ｃｍ^-1であり、基板まで到達す
るエネルギーは０．５７Ｊ/ｃｍ²と見積もられ、基板閾
値よりもはるかに低い値であった。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
ガラス基板等の基材に直接レーザ光を照射して加工する
のではなく、基材表面に基材よりもレーザ吸収性に優れ
た薄膜を形成し、この薄膜に対しレーザ光を照射して薄
膜を微細加工するようにしたので、干渉性に乏しいＡr
とＦを発光源とするエキシマレーザによらなくとも、Ｎ
d：ＹＡＧレーザ等の安価で使いやすい固体レーザで得
られ、しかもガラスに対する直接の加工には使用できな
いと考えられる１０６４ｎｍ、その高調波の５３２ｎ
ｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍの波長を用いることが可能
となる。

【００３５】また、薄膜は無機材料を主体としたので、
耐環境性に優れた製品が得られ、更に、薄膜の厚さ若し
くはレーザ吸収係数を調整して基板に到達するエネルギ
ーが、基板の加工閾値よりも低くなるようにしたため、
薄膜部分のみを微細加工することができ、高精度の製品
を得ることができる。

【００３６】また、薄膜に形成する凹凸の凹部にガラス
基材表面が露出するまでアブレーション等によって薄膜
部分を除去するようにすれば、回折型の光学素子の凹凸
の厚さを薄膜の厚さでコントロールすることができ、高
精度の光学素子を簡単な方法で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ干渉を利用した本発明方法で回折格子を
製造する装置の概略図

【図２】（ａ）は微細加工後の薄膜表面の光学顕微鏡写
真（１０００倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成した
図

【図３】（ａ）は微細加工後の薄膜表面の走査型顕微鏡
写真（３５００倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成し
た図

【図４】フェイズマスク用いた本発明方法で回折格子を
製造する装置の概略図

【図５】（ａ）はフェイズマスクの作用を説明した図、
（ｂ）は同フェイズマスクを介してガラス基板にレーザ
光を照射している状態を示す図、（ｃ）はレーザ加工さ
れたガラス基板を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基材の表面上にガラス基材よりも
レーザ吸収性に優れた薄膜を形成し、この薄膜に対し強
度分布を有するレーザ光を照射し、前記薄膜にレーザ光
のエネルギーを吸収させることで溶融・蒸発若しくはア
ブレーションを起こさせて前記薄膜をレーザ光の強度に
応じて除去するようにしたレーザ加工方法において、前
記薄膜は無機材料を主体とし、また薄膜の厚さまたはレ
ーザ光の吸収係数を、薄膜を透過してガラス基材表面に
到達するレーザ光の強度がガラス基材に溶融・蒸発若し
くはアブレーションを起こさせる閾値以下になる値に設
定したことを特徴とするガラス基材に対するレーザ加工
方法。
【請求項２】請求項１に記載のガラス基材に対するレ
ーザ加工方法において、前記レーザ光の吸収係数は、酸
素欠損などの量論比のずれを意図的に導入する方法、欠
陥を導入する方法、波長に対する吸収の高いイオンをド
ープする方法、超微粒子を混合する方法、顔料を混合す
る方法、または有機色素を混合する方法のいずれかを適
用することを特徴とするガラス基材に対するレーザ加工
方法。
【請求項３】請求項１に記載のガラス基材に対するレ
ーザ加工方法において、前記レーザ光は周期的な光強度
分布を有するレーザ光としたことを特徴とするガラス基
材に対するレーザ加工方法。
【請求項４】請求項３に記載のレーザ加工方法におい
て、周期的な光強度分布を有するレーザ光は、フェイズ
マスクによって得ることを特徴とするガラス基材に対す
るレーザ加工方法。
【請求項５】請求項３に記載のガラス基材のレーザ加
工方法において、前記周期的な光強度分布を有するレー
ザ光は、レーザ光を干渉せしめることによって得ること
を特徴とするガラス基材に対するレーザ加工方法。
【請求項６】請求項１乃至請求項５に記載のレーザ加
工方法において、前記薄膜は、金属酸化物、金属窒化
物、金属炭化物、半導体、ＳiＯ2を主体とするガラス、
フッ化物ガラスまたはカルコゲナイドガラスの単層ある
いはこれらの組み合わせで多層に積層されたことを特徴
とするガラス基材に対するレーザ加工方法。
【請求項７】光結合器、偏光器、分波器、波長フィル
タ、反射器或いはモード変換器等に組み込まれる回折格
子若しくはホログラムとして用いられる回折型の光学素
子において、この回折型の光学素子はガラス基材の表面
に形成したガラス基材よりもレーザ吸収性に優れた無機
材料を主体とした薄膜に、周期的な光強度分布を有する
レーザ光の照射によって形成された凹凸が設けられてい
ることを特徴とする回折型の光学素子。
【請求項８】請求項７に記載の回折型の光学素子にお
いて、前記レーザ光の照射によって形成された凹凸の凹
部の深さとガラス基材の表面に形成した薄膜の厚さとが
等しいことを特徴とする回折型の光学素子。