JPH11207479A - 高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置 - Google Patents
高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置Info
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- JPH11207479A JPH11207479A JP10023880A JP2388098A JPH11207479A JP H11207479 A JPH11207479 A JP H11207479A JP 10023880 A JP10023880 A JP 10023880A JP 2388098 A JP2388098 A JP 2388098A JP H11207479 A JPH11207479 A JP H11207479A
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】固体表面に損傷を与えずに、固体内部のみを加
工あるいは改質する。 【解決手段】高強度超短パルスレーザー光を加工対象物
に入力し、カー効果によって加工対象物の等位相面の空
間的変化を起こして、高強度超短パルスレーザー光の自
己収束を起こすとともに、カー効果により自己収束され
た高強度超短パルスレーザー光により光学的ブレークダ
ウンを起こして、加工対象物中にプラズマ発生させるこ
とにより高強度超短パルスレーザー光を自己発散させ、
高強度超短パルスレーザー光の加工対象物への入力強度
を制御することにより、高強度超短パルスレーザー光の
自己発散により自己収束を打ち消して、高強度超短パル
スレーザー光の自己発散と自己収束とをバランスさせ
て、高強度超短パルスレーザー光が加工対象物を伝搬す
る方向に向かって線状の加工を行う。
工あるいは改質する。 【解決手段】高強度超短パルスレーザー光を加工対象物
に入力し、カー効果によって加工対象物の等位相面の空
間的変化を起こして、高強度超短パルスレーザー光の自
己収束を起こすとともに、カー効果により自己収束され
た高強度超短パルスレーザー光により光学的ブレークダ
ウンを起こして、加工対象物中にプラズマ発生させるこ
とにより高強度超短パルスレーザー光を自己発散させ、
高強度超短パルスレーザー光の加工対象物への入力強度
を制御することにより、高強度超短パルスレーザー光の
自己発散により自己収束を打ち消して、高強度超短パル
スレーザー光の自己発散と自己収束とをバランスさせ
て、高強度超短パルスレーザー光が加工対象物を伝搬す
る方向に向かって線状の加工を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度超短パルス
レーザー加工方法およびその装置に関し、さらに詳細に
は、高強度超短パルスレーザーを用いて固体内部を加工
する高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置
に関する。
レーザー加工方法およびその装置に関し、さらに詳細に
は、高強度超短パルスレーザーを用いて固体内部を加工
する高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、固体を加工する方法として
は、レーザーアブレーション、レーザーエッチング、レ
ーザードーピングあるいはレーザーディポジションなど
のレーザープロセシングによるレーザー加工方法や、電
子ビームエッチングなどの電子を利用したプロセンシン
グによる電子ビーム加工方法などが知られているが、こ
うした従来の加工方法は、いずれも光や電子を固体表面
へ供給することにより、固体表面から構造変化や組成変
化を引き起こさせる加工方法であり、固体表面に損傷を
与えざるをえなかった。
は、レーザーアブレーション、レーザーエッチング、レ
ーザードーピングあるいはレーザーディポジションなど
のレーザープロセシングによるレーザー加工方法や、電
子ビームエッチングなどの電子を利用したプロセンシン
グによる電子ビーム加工方法などが知られているが、こ
うした従来の加工方法は、いずれも光や電子を固体表面
へ供給することにより、固体表面から構造変化や組成変
化を引き起こさせる加工方法であり、固体表面に損傷を
与えざるをえなかった。
【０００３】また、イオン注入などのイオンプロセシン
グによるイオン加工方法も知られているが、このイオン
加工方法においても、固体表面からイオンを注入するこ
とにより、固体表面から構造変化や組成変化を引き起こ
させる加工方法であり、固体表面を無損傷のまま維持で
きるものではなかった。
グによるイオン加工方法も知られているが、このイオン
加工方法においても、固体表面からイオンを注入するこ
とにより、固体表面から構造変化や組成変化を引き起こ
させる加工方法であり、固体表面を無損傷のまま維持で
きるものではなかった。
【０００４】即ち、上記したような従来の加工方法にお
いては、光、電子、イオンあるいはＸ線などにより、図
１に示すように固体表面から構造変化や組成変化を引き
起こさせることになるので、固体表面に損傷を与えず
に、固体内部のみを加工あるいは改質することができな
いという問題点があった。
いては、光、電子、イオンあるいはＸ線などにより、図
１に示すように固体表面から構造変化や組成変化を引き
起こさせることになるので、固体表面に損傷を与えず
に、固体内部のみを加工あるいは改質することができな
いという問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
の有する上記したような問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、固体表面に損傷を与え
ずに、固体内部のみを加工あるいは改質することができ
るようにした高強度超短パルスレーザー加工方法および
その装置を提供しようとするものである。
の有する上記したような問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、固体表面に損傷を与え
ずに、固体内部のみを加工あるいは改質することができ
るようにした高強度超短パルスレーザー加工方法および
その装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、以下のような手法に基づいてなされたも
のである。
に、本発明は、以下のような手法に基づいてなされたも
のである。
【０００７】即ち、図２に示すように、高強度超短パル
スレーザー光が固体内部を伝搬するときには、カー（Ｋ
ｅｒｒ）効果によって、高強度超短パルスレーザー光の
空間的強度分布を反映する屈折率変化による等位相面の
空間的変化が起こり、等位相面に垂直な方向が光路にな
るので、屈折率変化が０より大きい場合には高強度超短
パルスレーザー光の自己収束が起こることが知られてい
る。
スレーザー光が固体内部を伝搬するときには、カー（Ｋ
ｅｒｒ）効果によって、高強度超短パルスレーザー光の
空間的強度分布を反映する屈折率変化による等位相面の
空間的変化が起こり、等位相面に垂直な方向が光路にな
るので、屈折率変化が０より大きい場合には高強度超短
パルスレーザー光の自己収束が起こることが知られてい
る。
【０００８】そして、カー効果により自己収束された高
強度超短パルスレーザー光は、自己位相変調を起こすば
かりでなく、自らの高光電界によって光学的なブレーク
ダウンを起こして固体中にプラズマ発生させることによ
り自己発散する。
強度超短パルスレーザー光は、自己位相変調を起こすば
かりでなく、自らの高光電界によって光学的なブレーク
ダウンを起こして固体中にプラズマ発生させることによ
り自己発散する。
【０００９】本発明は、こうした高強度超短パルスレー
ザー光の自己発散により自己収束を打ち消して両者をバ
ランスさせることにより、高強度超短パルスレーザー光
が固体内部を伝搬する方向に向かって線状の加工（以
下、この「線状の加工」を「チャネリング加工」と称す
る。）が行われるようにしたものである（図３参照）。
こうしたチャネリング加工は、従来からの加工方法によ
り行われていた表面からの加工と全く異なり、固体表面
に損傷を与えない。
ザー光の自己発散により自己収束を打ち消して両者をバ
ランスさせることにより、高強度超短パルスレーザー光
が固体内部を伝搬する方向に向かって線状の加工（以
下、この「線状の加工」を「チャネリング加工」と称す
る。）が行われるようにしたものである（図３参照）。
こうしたチャネリング加工は、従来からの加工方法によ
り行われていた表面からの加工と全く異なり、固体表面
に損傷を与えない。
【００１０】なお、上記した本発明による高強度超短パ
ルスレーザー光の照射により誘起されたチャネリング加
工を、本明細書においては、「レーザー誘起チャネリン
グ加工」と称することとする。
ルスレーザー光の照射により誘起されたチャネリング加
工を、本明細書においては、「レーザー誘起チャネリン
グ加工」と称することとする。
【００１１】上記したように、本発明によれば、レーザ
ー誘起チャネリング加工が行われるので、固体内部の加
工分野および改質分野、半導体やマイクロマシン技術な
どに必要な３次元微細加工および改質分野、あるいは、
ファイバー、レンズやミラー基板などのオプティックス
内部の加工分野および改質分野に利用することができ
る。
ー誘起チャネリング加工が行われるので、固体内部の加
工分野および改質分野、半導体やマイクロマシン技術な
どに必要な３次元微細加工および改質分野、あるいは、
ファイバー、レンズやミラー基板などのオプティックス
内部の加工分野および改質分野に利用することができ
る。
【００１２】また、レーザー誘起チャネリング加工され
た部分の屈折率は高くなっているので、光ファイバーの
コア内にレーザー誘起チャネリング加工を行った場合に
は、コアのなかにコアを作る、即ち、屈折率変化の誘起
によるコアの作製が可能となり、しかも単一モードファ
イバーのコア径と同程度の大きさのコアを作製できるこ
とから、マルチコアや任意形状のコアを作製することが
でき、偏波面の保存、偏光子、光学的なバンド・ギャッ
プあるいはフィルタなどをファイバー内に作製すること
ができる。
た部分の屈折率は高くなっているので、光ファイバーの
コア内にレーザー誘起チャネリング加工を行った場合に
は、コアのなかにコアを作る、即ち、屈折率変化の誘起
によるコアの作製が可能となり、しかも単一モードファ
イバーのコア径と同程度の大きさのコアを作製できるこ
とから、マルチコアや任意形状のコアを作製することが
でき、偏波面の保存、偏光子、光学的なバンド・ギャッ
プあるいはフィルタなどをファイバー内に作製すること
ができる。
【００１３】そして、本発明のうち請求項１に記載の発
明は、高強度超短パルスレーザー光を加工対象物に入力
し、カー効果によって上記加工対象物の等位相面の空間
的変化を起こして、高強度超短パルスレーザー光の自己
収束を起こすとともに、上記カー効果により上記自己収
束された高強度超短パルスレーザー光により光学的ブレ
ークダウンを起こして、上記加工対象物中にプラズマ発
生させることにより高強度超短パルスレーザー光を自己
発散させ、上記高強度超短パルスレーザー光の上記加工
対象物への入力強度を制御することにより、上記高強度
超短パルスレーザー光の上記自己発散により上記自己収
束を打ち消して、上記高強度超短パルスレーザー光の上
記自己発散と上記自己収束とをバランスさせて、上記高
強度超短パルスレーザー光が上記加工対象物を伝搬する
方向に向かって線状の加工を行うようにしたものであ
る。
明は、高強度超短パルスレーザー光を加工対象物に入力
し、カー効果によって上記加工対象物の等位相面の空間
的変化を起こして、高強度超短パルスレーザー光の自己
収束を起こすとともに、上記カー効果により上記自己収
束された高強度超短パルスレーザー光により光学的ブレ
ークダウンを起こして、上記加工対象物中にプラズマ発
生させることにより高強度超短パルスレーザー光を自己
発散させ、上記高強度超短パルスレーザー光の上記加工
対象物への入力強度を制御することにより、上記高強度
超短パルスレーザー光の上記自己発散により上記自己収
束を打ち消して、上記高強度超短パルスレーザー光の上
記自己発散と上記自己収束とをバランスさせて、上記高
強度超短パルスレーザー光が上記加工対象物を伝搬する
方向に向かって線状の加工を行うようにしたものであ
る。
【００１４】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記
高強度超短パルスレーザー光を高強度フェムト秒チタン
サファイアレーザー光としたものである。
は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記
高強度超短パルスレーザー光を高強度フェムト秒チタン
サファイアレーザー光としたものである。
【００１５】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
は、高強度超短パルスレーザー光を生成する高強度超短
パルスレーザーと、上記高強度超短パルスレーザーによ
り生成された高強度超短パルスレーザー光を加工対象物
に入力する際の入力強度を制御する入力強度制御手段と
を有し、上記入力強度制御手段によって、上記高強度超
短パルスレーザーにより生成された高強度超短パルスレ
ーザー光を加工対象物に入力する際の入力強度を制御し
て、上記高強度超短パルスレーザー光が上記加工対象物
を伝搬する方向に向かって線状の加工を行うものであ
る。
は、高強度超短パルスレーザー光を生成する高強度超短
パルスレーザーと、上記高強度超短パルスレーザーによ
り生成された高強度超短パルスレーザー光を加工対象物
に入力する際の入力強度を制御する入力強度制御手段と
を有し、上記入力強度制御手段によって、上記高強度超
短パルスレーザーにより生成された高強度超短パルスレ
ーザー光を加工対象物に入力する際の入力強度を制御し
て、上記高強度超短パルスレーザー光が上記加工対象物
を伝搬する方向に向かって線状の加工を行うものであ
る。
【００１６】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
は、本発明のうち請求項２に記載の発明において、上記
高強度超短パルスレーザーを高強度フェムト秒チタンサ
ファイアレーザーとしたものである。
は、本発明のうち請求項２に記載の発明において、上記
高強度超短パルスレーザーを高強度フェムト秒チタンサ
ファイアレーザーとしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による高強度超短パルスレーザー加工方法およびそ
の装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとす
る。
発明による高強度超短パルスレーザー加工方法およびそ
の装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとす
る。
【００１８】図４には、本発明による高強度超短パルス
レーザー加工装置の実施の形態の一例の概念構成図が示
されており、この高強度超短パルスレーザー加工装置
は、高強度超短パルスレーザー光として、波長が７８０
ｎｍであり、パルス幅が１１０フェムト秒であり、最大
出力エネルギーが１ｍＪ／ｐｕｌｓｅ（パルス）であ
り、繰り返し周波数が１ｋＨｚである高強度フェムト秒
チタンサファイアレーザー（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ
ｌａｓｅｒ）１０と、高強度フェムト秒チタンサファイ
アレーザー１０の入力強度を制御する入力強度制御装置
１２と、高強度フェムト秒チタンサファイアレーザー光
の不要な成分を除去するフィルター１４と、高強度フェ
ムト秒チタンサファイアレーザー光を集光レンズ１６
と、加工対象物１８とを有して構成されている。なお、
集光レンズ１６による高強度フェムト秒チタンサファイ
アレーザー光の集光点Ｆは、加工対象物１８の高強度フ
ェムト秒チタンサファイアレーザー光の入力側の端面よ
り手前側に位置するように設定されている。
レーザー加工装置の実施の形態の一例の概念構成図が示
されており、この高強度超短パルスレーザー加工装置
は、高強度超短パルスレーザー光として、波長が７８０
ｎｍであり、パルス幅が１１０フェムト秒であり、最大
出力エネルギーが１ｍＪ／ｐｕｌｓｅ（パルス）であ
り、繰り返し周波数が１ｋＨｚである高強度フェムト秒
チタンサファイアレーザー（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ
ｌａｓｅｒ）１０と、高強度フェムト秒チタンサファイ
アレーザー１０の入力強度を制御する入力強度制御装置
１２と、高強度フェムト秒チタンサファイアレーザー光
の不要な成分を除去するフィルター１４と、高強度フェ
ムト秒チタンサファイアレーザー光を集光レンズ１６
と、加工対象物１８とを有して構成されている。なお、
集光レンズ１６による高強度フェムト秒チタンサファイ
アレーザー光の集光点Ｆは、加工対象物１８の高強度フ
ェムト秒チタンサファイアレーザー光の入力側の端面よ
り手前側に位置するように設定されている。
【００１９】さらに、本実施の形態においては、高強度
超短パルスレーザー加工装置は、加工対象物１８の状態
を観察するための光学顕微鏡２０と、光学顕微鏡２０を
制御するための光学顕微鏡制御装置２２と、レンズ２４
と、半透過ミラー２６と、フィルター２８と、スペクト
ラムアナライザー３０と、入力強度を検出するパワーメ
ーター３２とを有している。
超短パルスレーザー加工装置は、加工対象物１８の状態
を観察するための光学顕微鏡２０と、光学顕微鏡２０を
制御するための光学顕微鏡制御装置２２と、レンズ２４
と、半透過ミラー２６と、フィルター２８と、スペクト
ラムアナライザー３０と、入力強度を検出するパワーメ
ーター３２とを有している。
【００２０】次に、加工対象物１８として、バルク形状
の物質ではなくて、レーザー誘起チャネリング加工の進
展の径方向からの観察に有利なマルチモード光ファイバ
ー（具体的には、コア／クラッドの直径が１００μｍ／
１１０μｍのマルチモードシリカファイバーを使用し
た。）を使用し、入力強度制御装置１２により高強度フ
ェムト秒チタンサファイアレーザー１０を制御すること
によって、入力強度が１０11Ｗ／ｃｍ2以上の高強度フ
ェムト秒チタンサファイアレーザー光を加工対象物１８
（マルチモード光ファイバー）に通し、加工対象物１８
（マルチモード光ファイバー）中でレーザー誘起チャネ
リング加工を行った場合の実験結果について説明する。
の物質ではなくて、レーザー誘起チャネリング加工の進
展の径方向からの観察に有利なマルチモード光ファイバ
ー（具体的には、コア／クラッドの直径が１００μｍ／
１１０μｍのマルチモードシリカファイバーを使用し
た。）を使用し、入力強度制御装置１２により高強度フ
ェムト秒チタンサファイアレーザー１０を制御すること
によって、入力強度が１０11Ｗ／ｃｍ2以上の高強度フ
ェムト秒チタンサファイアレーザー光を加工対象物１８
（マルチモード光ファイバー）に通し、加工対象物１８
（マルチモード光ファイバー）中でレーザー誘起チャネ
リング加工を行った場合の実験結果について説明する。
【００２１】即ち、入力強度制御装置１２により高強度
フェムト秒チタンサファイアレーザー１０を制御して、
高強度フェムト秒チタンサファイアレーザー光の入力強
度を様々に変化させて加工対象物１８（マルチモード光
ファイバー）に入射した状態を光学顕微鏡２０で観察し
た。なお、入力強度は、パワーメーター３２により検出
した。
フェムト秒チタンサファイアレーザー１０を制御して、
高強度フェムト秒チタンサファイアレーザー光の入力強
度を様々に変化させて加工対象物１８（マルチモード光
ファイバー）に入射した状態を光学顕微鏡２０で観察し
た。なお、入力強度は、パワーメーター３２により検出
した。
【００２２】そうすると、入力強度が８×１０11Ｗ／ｃ
ｍ2を越えるまでは、加工対象物１８（マルチモード光
ファイバー）には何の変化も起きないが（図５（ａ）参
照）、入力強度が８×１０11Ｗ／ｃｍ2を越えると、加
工対象物１８（マルチモード光ファイバー）の軸に沿っ
ていくつかの小さなプラズマが形成されるのが観察され
た（図５（ｂ））。これにより、加工対象物１８（マル
チモード光ファイバー）中のプラズマ形成の入力強度の
しきい値は、８×１０11Ｗ／ｃｍ2であることがわか
る。
ｍ2を越えるまでは、加工対象物１８（マルチモード光
ファイバー）には何の変化も起きないが（図５（ａ）参
照）、入力強度が８×１０11Ｗ／ｃｍ2を越えると、加
工対象物１８（マルチモード光ファイバー）の軸に沿っ
ていくつかの小さなプラズマが形成されるのが観察され
た（図５（ｂ））。これにより、加工対象物１８（マル
チモード光ファイバー）中のプラズマ形成の入力強度の
しきい値は、８×１０11Ｗ／ｃｍ2であることがわか
る。
【００２３】そして、入力強度を８×１０11Ｗ／ｃｍ2
を越えて徐々に大きくしていくと、加工対象物１８（マ
ルチモード光ファイバー）の軸に沿ったプラズマの形成
領域も拡大していき（図５（ｃ）参照）、入力強度が
１．５×１０12Ｗ／ｃｍ2を越えると、加工対象物１８
（マルチモード光ファイバー）の入力端から９ｍｍ〜１
０ｍｍの長さにわたってレーザー誘起チャネリング加工
が行われた（図５（ｄ）参照）。
を越えて徐々に大きくしていくと、加工対象物１８（マ
ルチモード光ファイバー）の軸に沿ったプラズマの形成
領域も拡大していき（図５（ｃ）参照）、入力強度が
１．５×１０12Ｗ／ｃｍ2を越えると、加工対象物１８
（マルチモード光ファイバー）の入力端から９ｍｍ〜１
０ｍｍの長さにわたってレーザー誘起チャネリング加工
が行われた（図５（ｄ）参照）。
【００２４】次に、加工対象物１８として、固体内部の
改質の進展が容易に観察できるコア／クラッドの直径が
異なる２種類のマルチモード光ファイバー（ステップイ
ンデックス）を使用し、加工対象物１８（マルチモード
光ファイバー）中のレーザー誘起チャネリング加工によ
る改質を観察した場合の実験結果について説明する。具
体的には、入力強度制御装置１２により高強度フェムト
秒チタンサファイアレーザー１０を制御して、入力強度
を１．７×１０12Ｗ／ｃｍ2に設定した高強度フェムト
秒チタンサファイアレーザー光をコア／クラッドの直径
が１００μｍ／１１０μｍと２００μｍ／２２０μｍと
の２種類の加工対象物１８（マルチモード光ファイバ
ー）に５分間照射した。
改質の進展が容易に観察できるコア／クラッドの直径が
異なる２種類のマルチモード光ファイバー（ステップイ
ンデックス）を使用し、加工対象物１８（マルチモード
光ファイバー）中のレーザー誘起チャネリング加工によ
る改質を観察した場合の実験結果について説明する。具
体的には、入力強度制御装置１２により高強度フェムト
秒チタンサファイアレーザー１０を制御して、入力強度
を１．７×１０12Ｗ／ｃｍ2に設定した高強度フェムト
秒チタンサファイアレーザー光をコア／クラッドの直径
が１００μｍ／１１０μｍと２００μｍ／２２０μｍと
の２種類の加工対象物１８（マルチモード光ファイバ
ー）に５分間照射した。
【００２５】まず、コア／クラッドの直径が１００μｍ
／１１０μｍの加工対象物１８（マルチモード光ファイ
バー）においては、レーザー誘起チャネリング加工によ
る改質の領域は、直径５μｍで長さ約６ｍｍになること
が観察された（図６（ａ）参照）。
／１１０μｍの加工対象物１８（マルチモード光ファイ
バー）においては、レーザー誘起チャネリング加工によ
る改質の領域は、直径５μｍで長さ約６ｍｍになること
が観察された（図６（ａ）参照）。
【００２６】なお、入力強度が約１．７×１０12Ｗ／ｃ
ｍ2のとき、透過パワーは約３分間（１．８×１０5ショ
ット）の間でおよそ６×１０11Ｗ／ｃｍ2まで減少す
る。伝搬する高強度フェムト秒チタンサファイアレーザ
ー光は改質が起こった範囲で一部反射や散乱され、これ
らの現象によって透過パワーの減少がおこる。
ｍ2のとき、透過パワーは約３分間（１．８×１０5ショ
ット）の間でおよそ６×１０11Ｗ／ｃｍ2まで減少す
る。伝搬する高強度フェムト秒チタンサファイアレーザ
ー光は改質が起こった範囲で一部反射や散乱され、これ
らの現象によって透過パワーの減少がおこる。
【００２７】さらに、１００μｍ／１１０μｍのコア／
クラッドの直径をもつ加工対象物１８（マルチモード光
ファイバー）の導波路構造の効果を調べるために、上記
したように、加工対象物１８として２００μｍ／２２０
μｍのコア／クラッドの直径をもつマルチモード光ファ
イバーを使用して実験した。
クラッドの直径をもつ加工対象物１８（マルチモード光
ファイバー）の導波路構造の効果を調べるために、上記
したように、加工対象物１８として２００μｍ／２２０
μｍのコア／クラッドの直径をもつマルチモード光ファ
イバーを使用して実験した。
【００２８】この場合に、図６（ａ）に示す実験の場合
と同一の照射条件下において、レーザー誘起チャネリン
グ加工による改質の領域は、直径５μｍになることが観
察された（図６（ｂ）参照）。
と同一の照射条件下において、レーザー誘起チャネリン
グ加工による改質の領域は、直径５μｍになることが観
察された（図６（ｂ）参照）。
【００２９】従って、２００μｍ／２２０μｍのコア／
クラッドの直径をもつマルチモード光ファイバーの改質
の領域は、１００μｍ／１１０μｍのコア／クラッドの
直径をもつマルチモード光ファイバーの改質の領域と同
様の直径であることがわかり、買い質された部分の直径
はマルチモード光ファイバーの直径に依存しないことが
わかる。
クラッドの直径をもつマルチモード光ファイバーの改質
の領域は、１００μｍ／１１０μｍのコア／クラッドの
直径をもつマルチモード光ファイバーの改質の領域と同
様の直径であることがわかり、買い質された部分の直径
はマルチモード光ファイバーの直径に依存しないことが
わかる。
【００３０】なお、出願人の実験によれば、レーザー誘
起チャネリング加工により、コア径１００μｍのマルチ
モード光ファイバー中に直径５μｍ、長さ１０ｍｍ（ア
スペクト比＞２０００）の改質を起こすこともできたも
のであり、こうした改質された領域の屈折率は高くなっ
ている。
起チャネリング加工により、コア径１００μｍのマルチ
モード光ファイバー中に直径５μｍ、長さ１０ｍｍ（ア
スペクト比＞２０００）の改質を起こすこともできたも
のであり、こうした改質された領域の屈折率は高くなっ
ている。
【００３１】従って、光ファイバーのコア内にレーザー
誘起チャネリング加工を行った場合には、コアのなかに
コアを作る、それも単一モードファイバーのコア径と同
程度の大きさのコアを作製できるため、マルチコアや任
意形状のコアを作製することができ、偏波面の保存、偏
光子、光学的なバンド・ギャップあるいはフィルタなど
をファイバー内に作製することができる。
誘起チャネリング加工を行った場合には、コアのなかに
コアを作る、それも単一モードファイバーのコア径と同
程度の大きさのコアを作製できるため、マルチコアや任
意形状のコアを作製することができ、偏波面の保存、偏
光子、光学的なバンド・ギャップあるいはフィルタなど
をファイバー内に作製することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、固体表面に全く損傷を与えずに、固体内部
のみを加工あるいは改質することができるという優れた
効果を奏する。
ているので、固体表面に全く損傷を与えずに、固体内部
のみを加工あるいは改質することができるという優れた
効果を奏する。
【図１】従来の加工方法を示す概念説明図である。
【図２】カー効果の概念説明図である。
【図３】本発明によるレーザー誘起チャネリング加工の
手法を示す概念説明図である。
手法を示す概念説明図である。
【図４】本発明による高強度超短パルスレーザー加工装
置の実施の形態の一例の概念構成図である。
置の実施の形態の一例の概念構成図である。
【図５】入力強度を変化させた場合におけるレーザー誘
起チャネリング加工が行われる状態を示す光学顕微鏡写
真であり、（ａ）は入力強度が３×１０11Ｗ／ｃｍ2で
あるときを示し、（ｂ）は入力強度が８×１０11Ｗ／ｃ
ｍ2であるときを示し、（３）は入力強度が１×１０12
Ｗ／ｃｍ2であるときを示し、（４）は入力強度が１．
５×１０12Ｗ／ｃｍ2であるときを示す。
起チャネリング加工が行われる状態を示す光学顕微鏡写
真であり、（ａ）は入力強度が３×１０11Ｗ／ｃｍ2で
あるときを示し、（ｂ）は入力強度が８×１０11Ｗ／ｃ
ｍ2であるときを示し、（３）は入力強度が１×１０12
Ｗ／ｃｍ2であるときを示し、（４）は入力強度が１．
５×１０12Ｗ／ｃｍ2であるときを示す。
【図６】コア／クラッドの直径を変化させた場合におけ
るレーザー誘起チャネリング加工により改質された領域
を示す光学顕微鏡写真であり、（ａ）はコア／クラッド
の直径が１００μｍ／１１０μｍの場合を示し、（ｂ）
はコア／クラッドの直径が２００μｍ／２２０μｍの場
合を示す。
るレーザー誘起チャネリング加工により改質された領域
を示す光学顕微鏡写真であり、（ａ）はコア／クラッド
の直径が１００μｍ／１１０μｍの場合を示し、（ｂ）
はコア／クラッドの直径が２００μｍ／２２０μｍの場
合を示す。
１０ 高強度フェムト秒チタンサファイアレ
ーザー １２ 入力強度制御装置 １４ フィルター １６ 集光レンズ １８ 加工対象物 ２０ 光学顕微鏡 ２２ 光学顕微鏡制御装置 ２４ レンズ ２６ 半透過ミラー ２８ フィルター ３０ スペクトラムアナライザー ３２ パワーメーター
ーザー １２ 入力強度制御装置 １４ フィルター １６ 集光レンズ １８ 加工対象物 ２０ 光学顕微鏡 ２２ 光学顕微鏡制御装置 ２４ レンズ ２６ 半透過ミラー ２８ フィルター ３０ スペクトラムアナライザー ３２ パワーメーター
Claims (4)
- 【請求項１】 高強度超短パルスレーザー光を加工対象
物に入力し、カー効果によって前記加工対象物の等位相
面の空間的変化を起こして、高強度超短パルスレーザー
光の自己収束を起こすとともに、前記カー効果により前
記自己収束された高強度超短パルスレーザー光により光
学的ブレークダウンを起こして、前記加工対象物中にプ
ラズマ発生させることにより高強度超短パルスレーザー
光を自己発散させ、 前記高強度超短パルスレーザー光の前記加工対象物への
入力強度を制御することにより、前記高強度超短パルス
レーザー光の前記自己発散により前記自己収束を打ち消
して、前記高強度超短パルスレーザー光の前記自己発散
と前記自己収束とをバランスさせて、前記高強度超短パ
ルスレーザー光が前記加工対象物を伝搬する方向に向か
って線状の加工を行うことを特徴とする高強度超短パル
スレーザー加工方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の高強度超短パルスレー
ザー加工方法において、 前記高強度超短パルスレーザー光は高強度フェムト秒チ
タンサファイアレーザー光であることを特徴とする高強
度超短パルスレーザー加工方法。 - 【請求項３】 高強度超短パルスレーザー光を生成する
高強度超短パルスレーザーと、 前記高強度超短パルスレーザーにより生成された高強度
超短パルスレーザー光を加工対象物に入力する際の入力
強度を制御する入力強度制御手段とを有し、 前記入力強度制御手段によって、前記高強度超短パルス
レーザーにより生成された高強度超短パルスレーザー光
を加工対象物に入力する際の入力強度を制御して、前記
高強度超短パルスレーザー光が前記加工対象物を伝搬す
る方向に向かって線状の加工を行うことを特徴とする高
強度超短パルスレーザー加工装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の高強度超短パルスレーザ
ー加工装置において、 前記高強度超短パルスレーザーは高強度フェムト秒チタ
ンサファイアレーザーであることを特徴とする高強度超
短パルスレーザー加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02388098A JP3352934B2 (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02388098A JP3352934B2 (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11207479A true JPH11207479A (ja) | 1999-08-03 |
| JP3352934B2 JP3352934B2 (ja) | 2002-12-03 |
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ID=12122774
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|---|---|---|---|
| JP02388098A Expired - Fee Related JP3352934B2 (ja) | 1998-01-21 | 1998-01-21 | 高強度超短パルスレーザー加工方法およびその装置 |
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| US8889525B2 (en) | 2002-03-12 | 2014-11-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
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| US8969752B2 (en) | 2003-03-12 | 2015-03-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method |
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-
1998
- 1998-01-21 JP JP02388098A patent/JP3352934B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US9837315B2 (en) | 2000-09-13 | 2017-12-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
| US8946592B2 (en) | 2000-09-13 | 2015-02-03 | Hamamatsu Photonics K.K. | Laser processing method and laser processing apparatus |
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| US9543207B2 (en) | 2002-03-12 | 2017-01-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Substrate dividing method |
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