TW201502595A - 紅外線光學膜、偏光反射鏡、具偏光反射鏡之雷射加工機、偏光選擇反射鏡、具偏光選擇反射鏡之雷射振盪器及紅外線光學膜的製造方法 - Google Patents

紅外線光學膜、偏光反射鏡、具偏光反射鏡之雷射加工機、偏光選擇反射鏡、具偏光選擇反射鏡之雷射振盪器及紅外線光學膜的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題為提供一種確保光學性能並強化耐熱性之紅外線光學膜。 解決手段為一種紅外線光學膜，係以覆蓋形成於基板上之光學反射膜之方式，將以半導體所形成之高折射率層、及以折射率小於前述半導體之材料所形成之低折射率層交互形成的多層紅外線光學膜，其中，低折射率層之至少一層中氟化物層被無機鋅鹽類層夾著，該氟化物層被前述無機鋅鹽類層夾著之低折射率層被高折射率層夾著。

Description

紅外線光學膜、偏光反射鏡、具偏光反射鏡之雷射加工機、偏光選擇反射鏡、具偏光選擇反射鏡之雷射振盪器及紅外線光學膜的製造方法
本發明係關於CO2雷射用之光學零件，尤其是圓偏光反射鏡等偏光反射鏡之紅外線光學膜，以及搭載該偏光反射鏡之雷射加工機。
雷射光係單一波長且相位一致之同調性光，且被使用於資訊通訊或測量機器、醫療等各種領域。有關於可高輸出振盪之CO2雷射，係利用於鋼板切割或印刷電路板之鑽孔加工。CO2雷射之波長屬於8至12μm之範圍。尤其較常使用9至11μm波長之雷射光。
使用雷射光而加工鋼板時，雷射光之偏光異向性會對裁切形狀造成不良影響，而有裁切面傾斜並使 製品品質降低之問題。此係起因於材料對於雷射光的S波與P波之吸收率不同所致，藉由旋轉雷射光之偏光面並消除偏光異向性，可實現均勻之裁切加工。
作為解決上述問題之方法，下述專利文獻中係提出形成控制雷射光之S波及P波之相位差的紅外線光學，被稱為圓偏光反射鏡之雷射用光學零件。專利文獻1中揭示一種形成紅外線光學膜之圓偏光反射鏡，該紅外線光學膜係以Si或Cu作為基板並依序形成Cr、Au，再於其上交互積層ZnSe與ThF4。又，專利文獻2中揭示一種形成紅外線光學膜之圓偏光反射鏡，該紅外線光學膜係以Si或Cu作為基板而依序形成Cr與Au，再於其上交互積層ZnS與ThF4。
該等專利文獻中，專利文獻3所記載圓偏光反射鏡係改善光學性能不足、與基板之密著力不足之兩點。
先行技術文獻 [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第2850683號公報
專利文獻2：日本專利第2850684號公報
專利文獻3：美國專利第4312570號明細書
專利文獻4：國際公開WO96/42128號
專利文獻5：日本特開2010-21486號公報
專利文獻6：國際公開WO2011/040264號
但上述專利文獻之圓偏光反射鏡之紅外線光學膜中，ThF4造成之拉伸應力比ZnSe及ZnS具有之壓縮應力強，故缺乏耐熱性，施加熱時有容易產生膜破裂、剝離之問題。亦即，將形成有上述紅外線光學膜之光學零件之圓偏光反射鏡搭載於CO2雷射加工機時，因受到高輸出CO2雷射光而使光學零件蓄熱，故產生上述不良，而需要屢次交換光學零件。
本發明係為解決上述問題點而研究者，目的為提供一種紅外線光學膜，係確保光學性能並強化耐熱性，且壽命長、維持性優異。
本發明之多層之紅外線光學膜，係以被覆形成在基板上之光學反射膜之方式，將以半導體所形成之高折射率層、及以折射率較前述半導體小之材料所形成之低折射率層交互形成，其中，低折射率層至少一層中氟化物層被無機鋅鹽類層夾著，該氟化物層被無機鋅鹽類層夾著之低折射率層被高折射率層夾著。
若根據本發明，可使紅外線光學膜全體為具有壓縮應力的膜，並可確保光學性能同時使CO2雷射用光學零件之壽命長壽命化。其結果，可降低光學零件之交換頻率，並提供維持性優異之雷射加工機。
1‧‧‧基板
2‧‧‧光學反射膜
3、3a、3b、3c、3d‧‧‧低折射率層
4、4a、4b、4c、4d‧‧‧高折射率層
5‧‧‧無機鋅鹽類層
6‧‧‧氟化物層
9‧‧‧真空容器
10‧‧‧蒸鍍材料
11‧‧‧爐板
12‧‧‧電子槍
13‧‧‧遮蔽板
14‧‧‧圓頂
15‧‧‧真空泵
21‧‧‧密著層
22‧‧‧耐摩耗層
23‧‧‧接著層
30‧‧‧可見光多層膜
31‧‧‧高折射率層
32‧‧‧低折射率層
51‧‧‧反射面
100‧‧‧雷射加工機本體
101‧‧‧雷射振盪器
104‧‧‧傳送反射鏡
105‧‧‧加工頭
106‧‧‧集光透鏡
107‧‧‧被加工物
118、121、122‧‧‧雷射光
120‧‧‧第一偏光手段
123‧‧‧第一電磁掃描機
124‧‧‧第二偏光手段
125‧‧‧第二電磁掃描機
127‧‧‧加工物
128‧‧‧雷射振盪器
130‧‧‧掃描鏡
131‧‧‧紅外線光學膜
第1圖係表示本發明之紅外線光學膜之第一例構成之剖面圖。
第2圖係表示本發明之紅外線光學膜之第二例構成之剖面圖。
第3圖係表示本發明之紅外線光學膜之第三例構成之剖面圖。
第4圖係表示形成有本發明之實施例1的紅外線光學膜的圓偏光反射鏡之光學特性圖。
第5圖係表示形成有本發明之實施例2的紅外線光學膜的圓偏光反射鏡之光學特性圖。
第6圖係表示形成有本發明之實施例3的紅外線光學膜的圓偏光反射鏡之光學特性圖。
第7圖係表示形成有本發明之實施例4的紅外線光學膜的圓偏光反射鏡之光學特性圖。
第8圖係表示形成有本發明之實施例5的紅外線光學膜的圓偏光反射鏡之光學特性圖。
第9圖係表示本發明之紅外線光學膜的第四例構成之剖面圖。
第10圖係表示本發明之紅外線光學膜的第五例構成之剖面圖。
第11圖係表示本發明之紅外線光學膜的第六例構成之剖面圖。
第12圖係表示真空蒸鍍裝置的例之剖面圖，其係用以 製造形成有本發明之紅外線光學膜的圓偏光反射鏡圖。
第13圖係表示形成有本發明之實施例6的紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第14圖係表示形成有本發明之實施例7的紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第15圖係表示形成有本發明實施例8之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第16圖係表示形成有本發明實施例9之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第17圖係表示形成有本發明實施例10之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第18圖係表示形成有本發明實施例11之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第19圖係表示形成有本發明實施例12之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第20圖係表示用以評價本發明紅外線光學膜之雷射加工機的外力構成圖。
第21圖係表示形成有本發明實施例13之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第22圖係表示形成有本發明實施例14之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第23圖係表示形成有本發明實施例15之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第24圖係表示形成有本發明實施例16之紅外線光學 膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第25圖係表示形成有本發明實施例17之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第26圖係表示形成有本發明實施例18之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第27圖係表示形成有本發明實施例19之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第28圖係表示形成有本發明實施例20之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第29圖係表示形成有本發明實施例21之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第30圖係表示形成有本發明實施例22之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第31圖係表示形成有本發明實施例23之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第32圖係表示形成有本發明實施例24之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第33圖係表示形成有本發明實施例25之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第34圖係表示形成有本發明實施例26之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第35圖係表示形成有本發明實施例27之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第36圖係表示本發明紅外線光學膜之第七例構成之 剖面圖。
第37圖係表示形成有含有本發明實施例28之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第38圖係表示形成有含有本發明實施例28之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第39圖係表示形成有含有本發明實施例29之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第40圖係表示形成有含有本發明實施例29之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第41圖係表示形成有含有本發明實施例30之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第42圖係表示形成有含有本發明實施例30之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第43圖係表示形成有含有本發明實施例31之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第44圖係表示形成有含有本發明實施例31之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第45圖係表示形成有含有本發明實施例32之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第46圖係表示形成有含有本發明實施例32之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第47圖係表示本發明紅外線光學膜之第八例構成之剖面圖。
第48圖係表示本發明紅外線光學膜之第九例構成之 剖面圖。
第49圖係表示形成有含有本發明實施例33之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第50圖係表示形成有含有本發明實施例33之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第51圖係表示形成有含有本發明實施例34之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第52圖係表示形成有含有本發明實施例34之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性圖。
第53圖係表示形成有含有本發明實施例35之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性圖。
第54圖係表示形成有含有本發明實施例35之可見光層之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的可見光反射特性。
第55圖係表示形成有本發明實施形態11之紅外線光學膜之光學反射鏡的形狀。
第56圖係表示形成有本發明實施形態11之紅外線光學膜之光學反射鏡的其他形狀。
第57圖係表示形成有本發明實施形態11之紅外線光學膜之光學反射鏡的另一其他形狀。
第58圖係表示適用偏光反射鏡之CO2雷射加工機的概略構成，本偏光反射鏡形成有本發明實施形態12之紅外線光學膜。
第59圖係表示適用偏光掃描反射鏡之電磁掃描機的概略構成，本偏光掃描反射鏡係形成有本發明實施形態12 之紅外線光學膜。
第60圖係表示形成有本發明實施例36之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的光學特性。
第61圖係表示形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的光學特性，本紅外線光學膜含有本發明實施例37之可見光層。
第62圖係表示形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的可見光反射特性，本紅外線光學膜含有本發明實施例37之可見光層。
第63圖係表示形成有本發明實施例38之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的光學特性。
第64圖係表示形成有本發明實施例39之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的光學特性。
第65圖係表示形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的光學特性，本紅外線光學膜含有本發明實施例40之可見光層。
第66圖係表示形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的可見光反射特性，本紅外線光學膜本發明實施例40之可見光層。
第67圖係表示形成有本發明實施例41之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第68圖係表示形成有本發明實施例42之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第69圖係表示形成有本發明實施例43之紅外線光學 膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第70圖係表示形成有本發明實施例44之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第71圖係表示形成有本發明實施例45之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第72圖係表示形成有本發明實施例46之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第73圖係表示形成有比較例1之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性。
第74圖係表示形成有比較例2之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性。
第75圖係表示形成有比較例3之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性。
第76圖係表示形成有比較例4之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性。
第77圖係表示形成有比較例5之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性。
第78圖係表示形成有比較例6之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的光學特性。
第79圖係表示形成有比較例7之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡的光學特性。
第80圖係表示形成有比較例8之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡的光學特性。
第81圖係表示形成有比較例9之紅外線光學膜之偏光 選擇反射鏡的光學特性。
實施形態1.
在說明本發明之紅外線光學膜前，首先說明以往紅外線光學膜之特性。專利文獻1或專利文獻2所示之以往紅外線光學膜中，Au膜(反射層)上的ZnSe或ZnS係密著強化層，於其上交互形成之低折射材之ThF4與高折射材之ZnSe或ZnS為影響紅外線光學膜全體之性能及性質的主要原因。作為專利文獻1所示之紅外線光學膜，第73圖係表示形成有下述比較例1之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率、以及S波與P波之相位差(以下僅稱表現為相位差)。波長10.6μm中的反射率及相位差分別為99.2%、91.5度。
比較例1
又，作為專利文獻2所示之紅外線光學膜，第74圖係表示形成有下述比較例2之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差分別為98.8%、91.6度。
比較例2
再者，作為專利文獻2之請求項2所示之紅外線光學膜，第75圖係表示形成有下述比較例3之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差分別為99.5%、91.1度。
比較例3
圓偏光反射鏡之光學性能係被要求反射率98.0%以上、相位差90±1度。又，近年來對於製品加工品質的要求正提昇，較佳為要求反射率99.0%以上、相位差90±1度。比較例1至3所示之以往圓偏光反射鏡並未充分滿足光學性能之要求規格。
於以往紅外線光學膜係有藉由交互形成具有拉伸應力之ThF4與具有壓縮應力之ZnSe或ZnS以抑制拉伸應力之意圖。膜應力因與膜厚成正比，故以往紅外線光學膜係在膜全體中具有拉伸應力。具有拉伸應力時，容易在施加熱時產生膜破裂、剝離。已知氟化物係在施加熱時膜應力的變化(=熱應力)大，尤其拉伸應力增大之物質。因此ThF4含有率大的光學零件容易產生膜破裂、剝離。拉伸應力之影響在表層端部特別明顯，會有膜端部捲翹之方向作用的力。
亦即有缺乏耐熱性之問題。其結果，以往紅外線光學膜，無法確保作用為加工用等能量大之高輸出 雷射光之雷射用光學零件的長期信賴性，亦即無法確保壽命。又，為了降低拉伸應力，亦考量使ThF4膜厚薄化，亦即降低ThF4含有率之方法，但以往紅外線光學膜之膜構成會有光學性能降低而不具有圓偏光反射鏡之功能的問題，或是成為總膜厚超過10μm之膜厚，而有因膜吸收之影響使光學性能降低的問題。
作為一例，在專利文獻2之實施例所記載之圓偏光反射鏡中，第76圖表示在專利文獻2所記載之範圍內，使ThF4膜厚為最小值時之下述比較例4之構成之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差分別為98.5%、83.0度。如此，若使ThF4膜厚薄化，則光學性能降低而無法滿足要求規格。
比較例4
以下說明本發明之紅外線光學膜，其係解 決如以上之以往紅外線光學膜的問題點，亦即確保光學性能同時並強化耐熱性。第1圖係形成有本發明紅外線光學膜之光學零件之偏光反射鏡的剖面圖。以覆蓋光學反射膜2之方式交互形成半導體所形成之高折射率層4、及具有折射率小於該半導體之材料所形成之低折射率層3。在此，低折射率層3較佳為含有無機鋅鹽類之材料。高折射率層4之半導體可使用Ge或Si、或是化合物半導體之硫族化物。本發明之紅外線光學膜的構造，就被以半導體所形成之高折射率層4的低折射率層3而言，係如第1圖之低折射率層3d所示，至少一部分低折射率層3為以ZnSe或ZnS等無機鋅鹽類層5之層夾著氟化物層6。若設置以無機鋅鹽類夾著氟化物之構造，則可使具有較大拉伸應力之氟化物層6不會從兩側偏移而互相抵消。
光學上，在至少一層之低折射率層3中，以氟化物(折射率n≒1.4)取代低折射材之ZnS或ZnSe等無機鋅鹽類的一部分，藉此可擴大低折射率層與高折射率層之折射率差。第1圖中，在低折射率層3d中可含有ZnS或ZnSe等無機鋅鹽類層5與氟化物層6。藉此，可解決於低折射率層之材料使用ZnS(n=2.2)或ZnSe(n=2.4)、於高折射率層之材料使用Ge(n=4.0)之基本構成中所產生之光學性能較以往紅外線光學膜降低之問題。
以往係使低折射率層3以無機鋅鹽類或氟化物等單一材料形成，但本發明中係將該等單一材料形成之低折射率層3的一部分以其他材料取代，藉由導入此嶄 新想法，成功獲得確保光學性能並難以產生膜破裂或剝離之高耐熱紅外線光學膜。
再者，在本發明紅外線光學膜中，基本想法係藉由採用與ThF4相比拉伸應力(熱應力)之產生非常小的半導體作為高折射率層4之膜材料，以使紅外線光學膜全體儘可能地具有壓縮應力。使低折射率層3的膜之基本材料作為具有如壓縮應力之ZnS或ZnSe之無機鋅鹽類，同時至少一部分之低折射率層3為以無機鋅鹽類之層5夾著氟化物之層6之構造。尚且，藉由採用於高折射率層4之材料使用具有拉伸應力但拉伸應力小之半導體的構成，而設為使紅外線光學膜全體具有壓縮應力之構成。以無機鋅鹽類之層5夾著氟化物之層6之低折射率層3，係被高折射率層4之半導體夾著。藉採用如以上之構成，即使不使用膜厚較厚之氟化物，也可實現偏光反射鏡所需之光學性能，並提升耐熱性。在此，在以無機鋅鹽類之層夾著氟化物之層之低折射率層被高折射率層夾著之構成中，氟化物之膜厚之合計與除此以外之材料膜厚之合計的比較佳為1.3以下。又，被無機鋅鹽類之層夾著的氟化物之層，較佳為各層之膜厚為1μm以下。此係可有效防止表層端部的膜剝離。
施加熱時，由金屬所構成之光學反射膜與氟化物之層間係因線膨張係數有很大差異，故產生大的變形。為了防止此變形所造成之剝離，接於光學反射膜的膜較佳為無機鋅鹽類或半導體。尤其若使用無機鋅鹽類，可 確保與金屬之良好密著力。
如以上，將折射率2.0至2.5之無機鋅鹽類的一部分以氟化物(折射率≒1.4)取代，藉此可使低折射率層之折射率相對地降低，並擴大低折射率層與高折射率層之折射率差。亦即，在低折射率層之至少一層中含有無機鋅鹽類之層與氟化物之層，藉此可擴大設計自由度。藉此，可實現兼具耐熱性之強化與必須之光學性能，可使作為形成有紅外線光學膜之CO2雷射光學零件的偏光反射鏡更長壽命化。
在第1圖中，就紅外線光學膜之一例，係例示低折射率層3為3a、3b、3c、3d，高折射率層4為4a、4b、4c、4d之8層構成。該低折射率層3中至少一層如第1圖之低折射率層3d所示，為以無機鋅鹽類層5夾著氟化物層6之構造。其他低折射率層3a、3b、3c等也可為以無機鋅鹽類層5夾著氟化物層6之構造。為了獲得所希望之光學特性，可增加層數，但若膜厚過厚，則材料吸收、膜變形之影響變顯著。因此，總膜厚較佳為10μm以下。在此，總膜厚係指形成於光學反射膜上之多層膜的膜厚，並不包括光學反射膜之膜厚。
又，以無機鋅鹽類之層5夾著氟化物之層6之構造係如第1圖所示，氟化物之層6不僅為1層，也可為如第2圖所示，使無機鋅鹽類之層5與氟化物之層6交互重複之構造。在1層之低折射率層3中氟化物之層6亦可為多層。
基板1上首先形成用以獲得高反射率之光學反射膜2(也稱為反射層2)。光學反射膜較佳為在紅外線域具有高反射率之金屬膜，可使用Au或Ag、Al等。重視耐環境性時，較佳為使用Au。如第3圖所示，亦可在基板1與光學反射膜2之間形成密著層21。密著層21之材料可使用Cr或Ni、氧化物等各種材料。
形成有本發明之紅外線光學膜之光學零件的基板1，有半導體之Si；金屬之Cu、Be；陶瓷之B4C、SiC等。藉由形成於基板上之紅外線光學膜而決定光學反射鏡之性能，基板材料並不限於前述者。又，基板形狀並不限於平板，亦可視用途而採用任意之形狀。
製作各種紅外線光學膜作為以上本發明之紅外線光學膜，並測定偏光反射鏡之反射率、相位差之特性，或是評價耐熱性，結果於實施例說明。另外有一部份也包括依計算求得反射率、相位差之結果。以下敘述入射角為45度之圓偏光反射鏡之實施例，但可因依入射角而建構膜構成，而實現具有所希望之光學特性、耐熱性之偏光反射鏡。
首先，就實施例1，紅外線光學膜之構成中，製作形成有各層為如下述之材料與膜厚的紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，並測定圓偏光反射鏡之反射率及相位差之特性。本發明之紅外線光學膜中，反射層上之低折射率層稱為第1層，以後依序稱為第2層、第3層…。
實施例1
括弧內表示各層膜厚。以下亦同。
在此，第1層3a、第3層3b、第5層3c、第7層3d為低折射率層，其所有低折射率層為以ZnS層與氟化物層形成。又，第2層4a、第4層4b、第6層4c、第8層4d為以Ge所形成之高折射率層。
實施例1之紅外線光學膜係以Si為基板，且低折射率層之第1層3a、第3層3b、第5層3c、第7層3d中的ZnS材料層的一部分分別以MgF2、YbF3、YF3、YF3之氟化物層取代之紅外線光學膜。如此，亦可將不同之複數氟化物使用於一個紅外線光學膜中。另外，實施例1之紅外線光學膜中，氟化物對總膜厚之比例為13.2%。
第4圖表示形成有本發明實施例1之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。反射率及相位差之測定係使用吸收率測定法、FTIR、紅外線分光橢圓偏振計。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%與90.4度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異之光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，係可實現與專利文獻1之紅外線光學膜相同之平緩的波長依存性。
為了與以上實施例1比較，比較例5係採用不含有氟化物而於低折射材使用ZnS(n=2.2)、於高折射材使用Ge(n=4.0)之基本構成，製作形成有各層為如下述材料與膜厚之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，並測定反射率及相位差之特性。
比較例5
總膜厚 6.1μm
第77圖表示比較例5之圓偏光反射鏡的反射率、相位差。比較例5中，波長10.6μm的反射率及相位差為99.0%與90.5度。反射率較專利文獻1之紅外線光學膜低。又，反射率、相位差對波長之依存性急遽，故尤其因在製造時之膜厚誤差而偏移至低波長側時，會有光學性能大幅降低之問題。將該比較例5之低折射率層之ZnS層(以下也稱為ZnS膜)的一部分以氟化物層(以下也稱為氟化物膜)取代之實施例1的圓偏光反射鏡係較不易產生如此之問題。亦即，實施例1之圓偏光反射鏡係可實現與以往圓偏光反射鏡相等或更高的光學性能。
將本發明中的ZnS膜之一部分取代之氟化物，較佳為含有紅外線區域透過性優異之YF3、YbF3、MgF2中的至少一種。亦可使用BaF2或ThF4。再者，氟化物可為使用複數前述氟化物之混合物或化合物。無機鋅鹽類係選擇ZnSe時，亦可使用相同氟化物。又，由本發明相關之實驗結果可知氟化物含有YF3、YbF3任一者時，藉由將YF3或YbF3之氟化物層以基板溫度為20℃至140℃範圍內之溫度成膜，尤其可降低拉伸應力，並可防止施加熱時膜破裂、剝離。
表1表示在溫度200℃進行加速試驗並比較實施例1之紅外線光學膜與以往市售之紅外線光學膜之耐熱性的結果。在0.5hr時點係皆未產生異常，但經過4hr後，以往市售之紅外線光學膜產生膜破裂。進一步繼續試 驗之結果，經過12hr後以往市售之紅外線光學膜產生剝離。另一方面，本發明實施例1之紅外線光學膜在經過120hr後也未產生異常。如以上，藉由降低拉伸應力的影響，可提昇耐熱性。又，了解到藉設置以與氟化物密著力較佳的無機鋅鹽類之ZnS膜夾著氟化物膜之構造，可確保層間之密著力，並防止剝離。
實施例2
實施例2係在Si基板形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，而該紅外線光學膜係在第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代且該經取代之氟化物層對總膜厚的膜厚比含有1%。第5圖表示形成有實施例2之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.0%與90.9度。在中心波長中也算滿足光學特性。若設為在複數低折射率層3的至少一層中，將無機鋅鹽類的一部分以氟化物取代，並以無機鋅鹽類之層夾住氟化物層的構成，可發揮本發明之效果。但如實施例2之構成，若氟化物層較薄，產生膜厚誤差時光學特性容易受影響，光學特性朝低波長側偏移時，有反射率低於99.0%之虞。
如此，若氟化物膜之含有率過少，有光學性能降低之虞。又，氟化物膜含有率過大時，氟化物之拉伸應力的影響會變得明顯化而使得耐熱性降低。如以下說明，製作根據本發明紅外線光學膜之各種偏光反射鏡，並實施評價。其結果，可知氟化物膜之含有率較佳係就相對於總膜厚的膜厚比為在3至56%之範圍。此時，可確保以往圓偏光反射鏡以上的光學性能，並使耐熱性提昇4倍以上。再者，較佳為氟化物膜含有率相對於總膜厚的膜厚比為3至44%之範圍。此時，可確保以往圓偏光反射鏡以上的光學性能，並使耐熱性提昇6倍以上。接著，最佳為氟化物膜含有率就相對於總膜厚的膜厚比為3至26%之範圍。此時，可確保以往圓偏光反射鏡以上的光學性能，並 使耐熱性提昇10倍以上。
實施例3
實施例3係形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，其中，氟化物層相對於總膜厚的膜厚比為53.9%，並以Si作為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分分別以MgF2、YbF3、YF3、YF3取代。第6圖表示形成有實施例3之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.9%及90.1度。以溫度200℃進行加速試驗，結果在經過48hr時點並未產生異常。
實施例4
設計波長 λ=10.6μm
實施例4係形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，其中，氟化物之層相對於總膜厚的膜厚比為43.8%，並以Si作為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分分別以MgF2、YbF3、YF3、YF3取代。第7圖表示形成有實施例4之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.9%及90.1度。以溫度200℃進行加速試驗，結果在經過72hr之時點，並未產生異常。
實施例5
實施例5係形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，其中，氟化物層相對於總膜厚的膜厚比為25.2%，並以Si作為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分各別以MgF2、YbF3、YF3、YF3取代。第8圖表示形成有實施例5之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.9%及90.2度。以溫度200℃進行加速試驗，結果在經過120hr之時點，並未產生異常。
另外，為了對紅外線光學膜之最表層賦予耐磨耗性，如第9圖所示，可形成幾乎不會有光學影響之例如10nm左右薄厚度的薄膜之耐摩耗層22。耐摩耗層22之材料適合用氧化物，可舉出Y2O3或ZrO2、HfO2、CeO2、TiO2、SiO2、Ta2O5等。如第10圖所示，亦可併用密著層21與耐摩耗層22而形成紅外線光學膜。又，為了得到層 間更高的密著力，可如第11圖所示，在至少一個層間，可形成不影響光學特性之接著層23。為了不會影響光學特性，接著層之膜厚較佳為30nm以下。材料並無特別限定，尤其較佳為前述氧化物。
如以上，本發明之紅外線光學膜的構成，係在低折射率層之至少一層中，氟化物層被無機鋅鹽類層夾著，該氟化物層被無機鋅鹽類層夾著的層又被半導體層夾著，藉由此構成可提供不使光學性能降低且強化耐熱性之紅外線光學膜。藉此，可使CO2雷射用圓偏光反射鏡長壽命化，在具備圓偏光反射鏡之雷射加工機中，可降低圓偏光反射鏡之交換頻率，並提供維持性優異之雷射加工機。
實施形態2.
實施形態2中說明本發明之紅外線光學膜的製造方法的例子。本發明之紅外線光學膜的製作可使用真空蒸鍍裝置。真空蒸鍍是在被抽真空的真空容器內，對蒸鍍材料供給能量，使已蒸發的材料附著於設於正上方的基板而形成膜的方法。紅外線光學膜之形成方法並不限於真空蒸鍍法，亦可為濺鍍法或CVD法、MBE法等。
第12圖係表示真空蒸鍍裝置之概略說明圖的一例。真空蒸鍍裝置係具備以真空泵15抽真空的真空容器9。該真空容器內設置蒸鍍材料10、用以設置蒸鍍材料10之爐板(hearth deck)11、對蒸鍍材料施加能量的電子槍12、控制成膜步驟之遮蔽板13、以及用以固定基板1之圓頂14。
接著說明有關成膜之順序。首先，將基板1設置於圓頂14上並使成膜面朝向蒸鍍材料的方向，以真空泵15將真空容器9內排氣而使壓力成為10-3Pa以下。到達預定之壓力後，由電子槍12對爐板11上的蒸鍍材料10供給能量以使其熔融、蒸發，蒸發量安定後打開遮蔽板13而開始成膜。獲得預定膜厚後關閉遮蔽板13而結束成膜。各材料之成膜速度為Au：5.0±0.2Å/s、Ge：6.0±0.2Å/s、ZnS：12.0±0.5Å/s、ZnSe：14.0±0.5Å/s、YF3：10.0±0.5Å/s、YbF3：9.0±0.5Å/s、MgF2：7.0±0.5Å/s。
在此，形成氟化物層時較佳為使用IAD法。IAD為Ion Assist Deposition的簡稱，為一邊對被蒸鍍物質照射O2或Ar、F等離子一邊成膜的手法。確認出藉由以IAD法形成，可減輕氟化物膜的拉伸應力且提昇耐熱性。
實施形態3.
實施形態3中製作各種形成有本發明之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡，並表示測定其光學特性的結果。以下實施例6至12為形成有本發明之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡，或比較例6為用以比較之圓偏光反射鏡。
實施例6
實施例6為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第7層中ZnS膜的一部分被YbF3取代，亦即含有ZnS層及YbF3之氟化物層。實施例6之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為4.1%。第13圖表示形成有實施例6之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.6%及90.5度，可獲得比專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差的波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。如此，本發明之特徵構成如下，折射率層係在複數低折射率層3的至少一層中以無機鋅鹽類層夾著氟化物層，該低折射率層又被半導體所形成之高折射率層夾著。
實施例7
實施例7係以Cu作為基板，且形成有與實施例6相同之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡。實施例7之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為4.1%。第14圖表示本發明實施例7之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.6%及90.5度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。如此，無關於基板之材料而藉由在基板上所形成之紅外線光學膜以決定光學反射鏡的光學性能，故基板材料並不限定於前述者。
實施例8
實施例8係以Si為基板，且為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，該紅外線光學膜的第5層中ZnS膜的一部分以YF3取代。實施例8之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為6.8%。第15圖表示本發明實施例8之形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.4%及90.5度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
實施例9
實施例9為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第5層與第7層中ZnS膜的一部分以MgF2取代。實施例9之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為11.0%。第16圖表示本發明實施例9之形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%及90.3度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
實施例10
實施例10為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以Cu為基板，該紅外線光學膜的第3層、第5層與第7層中ZnS膜的一部分以YF3取代。實施例6之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為9.8%。第17圖分別表示本發明實施例10之形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.6%及90.4度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
比較例6
比較例6為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，該紅外線光學膜具有與比較例5相同之基本構成，且為不同之設計波長。第78圖表示比較例6之形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長9.3μm中的反射率及相位差為98.7%及91.5度。比較例6之圓無法充分滿足光學性能之要求規格。又，相對於波長之反射率、相位差的依存性急遽，故尤其會因製造時之膜厚誤差偏移至低波長側時，光學性能大幅地降低。
實施例11
實施例11為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以B4C作為基板，該紅外線光學膜係使用與實施例1不同之設計波長。實施例11之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為4.1%。第18圖表示本發明實施例11之形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長9.3μm的反射率及相位差為99.5%及90.7度，可獲得較專利文獻1之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
實施例12
實施例12偏光反射鏡係以Be作為基板，形成有使用與實施例1不同之設計波長的紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡。實施例8之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為10.4%。第19圖表示本發明實施例12之形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長9.3μm的反射率及相位差為99.5%及90.6度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
表2表示在溫度200℃進行加速試驗，並評價形成有實施例6至12之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的耐熱性之結果。形成有本發明實施例6至12之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，經過120hr後也未產生異常。如此，藉由本發明之紅外線光學膜，可確保以往圓偏光反射鏡以上之光學性能，並實現提昇耐熱性之圓偏光反射鏡。
實施形態4.
實施形態4中，係將形成有實施例1、及實施例6至12之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡搭載於雷射加工機，並表示評價加工雷射光的偏光度之結果。在此，偏光度係表示雷射光的偏光異向性程度之指標，朝一方向之直線偏光的雷射光為0%，完全圓偏光之雷射光為100%。第20圖表示雷射加工機之概略構成圖。從雷射振盪器101所射出的雷射光係藉由複數傳送反射鏡104而引導至設置於雷射加工機本體100之加工頭105。圓偏光反射鏡係作為一片傳送反射鏡而被組裝。藉由被裝於加工頭105之集光透鏡106而集中雷射光，並照射於被加工物107。
表3表示本發明雷射加工機中之加工雷射光之偏光度。於雷射加工機存在製造、組裝公差，故難以獲得偏光度100%的雷射光，但本發明之雷射加工機中確認 到超過97%之高偏光度。藉由使用如此加工雷射光，而可使裁切形狀不會傾斜並進行高品質之裁切加工。另一方面，例如專利文獻1之圓偏光反射鏡時，偏光度未達95%。
實施形態5.
以上，係表示於低折射率層材料使用ZnS、於高折射率層材料使用Ge之構成，並以此構成為基礎，進一步將無機鋅鹽類之例係ZnS層的一部分以氟化物層取代之例。在此處係表示下述之例：將低折射率層之材料設為光學特性及力學特性與作為無機鋅鹽類的例之ZnS相近的ZnSe，且於高折射率層材料使用半導體之Ge的構成作為基礎，進一步使ZnSe層的一部分以氟化物層取代之例。
實施例13
實施例13為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第7層中ZnSe膜的一部分以YbF3取代。實施例13之氟化物相對於紅外線光學膜之總膜厚的比例為6.2%。第21圖表示形成有本發明實施例13之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.5%及90.5度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
實施例14
實施例14為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以Cu為基板，並將紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中之ZnSe膜的一部分以YF3取代。實施例14之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為10.8%。第22圖分別表示形成有本發明實施例14之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.6%及90.5度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
實施例15
實施例15為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第3層中ZnSe膜的一部分以YF3取代，且第5層與第7層中ZnS膜的一部分以YbF3取代。實施例15之氟化物對紅外線光學膜之總膜厚的比例為8.3%。第23圖表示形成有本發明實施例15之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.4%及90.4度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。
表4表示在溫度200℃進行加速試驗，並評價形成有實施例13至15之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的耐熱性之結果。形成有本發明實施例13至15之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，經過120hr後也未產生異常。
如以上，低折射率層之氟化物以外的材料不論是ZnS或是ZnSe都可獲得相同特性。本發明之構成具有如下特徵；各低折射率層具有ZnS或ZnSe等無機鋅鹽類之層，並在低折射率層至少一層中以無機鋅鹽類之層夾著氟化物之層。
實施形態6.
在實施形態6中，係將形成有實施例13至15之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，與實施形態4同樣地搭載於雷射加工機，並表示評價加工雷射光之偏光度的結果。
表5表示本發明雷射加工機中加工雷射光的偏光度。藉由使用如此之加工雷射光，可不使裁切形狀傾斜且可進行高品質之裁切加工。
實施形態7.
實施形態7中進一步製作各種形成有本發明紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，並表示測定其光學特性之結果。以下，實施例16至22係形成有本發明紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的實施例。
實施例16
總膜厚 7.2μm
實施例16為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為52.2%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，反射層2為Al，在基板1上形成Cr作為密著層21。
第24圖表示形成有實施例16之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例17
實施例17為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為48.9%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代。在此，在基板上形成Ni作為密著層21。又，在最表層形成Y2O3作為耐摩耗層22。
第25圖表示形成有實施例17之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.9%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例18
實施例18為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為47.1%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以BaF2取代。
第26圖表示形成有實施例18之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.9%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例19
實施例19為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為48.5%，係以Cu為基板，第1層，第3層，第5層中ZnS層的一部分以YF3取代。
第27圖表示形成有實施例19之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.7%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例20
實施例20為形成有紅外線光學膜之CO2雷 射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為52.2%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，高折射率層之第2層、第4層、第6層及第8層為半導體材料之Si。
第28圖表示形成有實施例20之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長9.3μm中的反射率及相位差為99.9%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例21
實施例21為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為44.3%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，在最表層形成HfO2作為耐摩耗層22。又，第2層、第4層、第6層及第8層之高折射率層4所使用之Ge30As13Se32Te25為化合物半導體之硫族化物的一種。
第29圖表示形成有實施例21之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.8%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例22
設計波長 λ=10.6μm
實施例22為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為39.7%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以MgF2取代。在此，於最表層形成HfO2作為耐摩耗層。
第30圖表示形成有實施例22之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例23
實施例23為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為36.5%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnSe層的一部分以BaF2取代。在此，在基板上形成Ni作為密著層。
第31圖表示形成有實施例23之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡中的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有 關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例24
實施例24為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為36.1%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層中ZnSe層的一部分以ThF4取代。在此，在基板上形成Ni作為密著層21。又，在最表層形成SiO2作為耐摩耗層22。
第32圖表示形成有實施例24之紅外線光學 膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例25
實施例25為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為29.1%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代。
第33圖表示形成有實施例25之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例26
實施例26為形成有紅外線光學膜之CO2雷 射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為17.9%含，係以Cu為基板，該紅外線光學膜第5層與第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。又，在最表層形成Y2O3作為耐摩耗層22。
第34圖表示形成有實施例26之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.8%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。
實施例27
實施例27為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為19.9%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，在最表層形成ZrO2作為耐摩耗層22。
第35圖表示形成有實施例27之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%及90.2度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。
實施形態7.
實施形態7中，將形成有實施例16至27之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，與實施形態4同樣地搭載於雷射加工機，並顯示評價加工雷射光之偏光度的結果。
表6表示搭載於雷射加工機時加工雷射光之偏光度。藉由使用如此之加工雷射光，而可不使裁切形狀傾斜並進行高品質之裁切加工。
實施形態8.
在雷射加工機中，為了實現最佳加工性能，可調整CO2雷射光之光軸。在此，因CO2雷射為不可見光雷射，故可使用調整為與CO2雷射同軸之可見光雷射而進行光軸調整。本發明之紅外線光學膜中，係設置以可見光雷射作為對象之可見光多層膜，藉此可擴大作為雷射光學零件之適用性。因半導體會吸收可見光，故可見光多層膜只要於位於入射介質側最外側之高折射率層後(=在入射介質側)形成即可。可見光雷射若波長為0.3μm至0.8μm，則可無視雷射之振盪介質而使用。
第36圖表示作為形成有本發明紅外線光學膜之光學零件之圓偏光反射鏡的剖面圖，該紅外線光學膜係設置有可見光多層膜30。膜材料較佳為在紅外線區域、可見光區域兩者皆具有透過性之材料，例如可舉出無機鋅鹽類或氟化物。另一方面，可見光多層膜30之膜厚與以 CO2雷射光作為對象時相比較為較薄，故亦可使用稍有吸收之材料。可見光多層膜30之構成一般考量高折射率層31與低折射率層32交互形成之膜構成。
可在基板與光學反射膜之間設置密著層21，或可在最表層形成耐摩耗層22。又，為了獲得更高的密著力，可在至少一個層間中形成不影響光學特性之薄的接著層23。在此，可見光多層膜30之構成若具有提高可見光反射率之效果，亦可為任意之構成。
以下，實施例28至30係形成有本發明紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，該紅外線光學膜包括可見光多層膜30。以下亦有時將可見光多層膜30稱為可見光層30。
實施例28
實施例28為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為14.8%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代，並設置有可見光層30。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。又在最表層形成TiO2作為耐摩耗層22。在高折射率層Ge與可見光層30之間形成Y2O3作為接著層23。
第37圖分別表示形成有本發明實施例28之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%及90.4度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。
又，第38圖表示形成有實施例28之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。在此，可見光反射率的測定係使用紫外可見光近紅外線分光光度計。實施例28之情形，對於波長0.63μm之He-Ne雷射(=氣體雷射)可實現85.6%之反射率。未形成可見光層 時相對於He-Ne雷射之反射率約為46%，故可大幅增加反射率。例如使用3片該等反射鏡傳送He-Ne雷射時，在設置可見光層時可維持60%左右的光量，但若沒有可見光層則光量會降低至10%以下。
實施例29
實施例29為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為12.3%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第7層與第9 層中ZnS層的一部分以YbF3取代，並設置有可見光層。
第39圖分別表示形成有本發明實施例29之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。
又，第40圖表示形成有實施例29之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例29之情形，對於波長0.64μm之半導體雷射可實現85.7%之反射率。
實施例30
實施例30為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為16.7%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代，並設置有可見光層。在此，在基板上形成Ni作為密著層。
第41圖分別表示形成有本發明實施例30之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%及90.4度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。
又，第42圖表示形成有實施例30之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例30之情形，相對於波長0.63μm之He-Ne雷射，可實現86.4%之反射率。未形成可見光層時波長0.63μm中的反射率為約46%，故反射率大幅增加。
實施例31
實施例31為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為29.8%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層、第7層、第9層與第11層中ZnSe層的一部分以BaF2取代，並設有可見光層30。在此，在基板上形成Ni作為密著層21。又，在高折射率層Ge與可見光層30之間形成SiO2作為接著層23。
第43圖分別表示形成有本發明實施例31之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
第44圖表示形成有實施例31之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例31之情形，相對於波長0.63μm之He-Ne雷射，可實現88.3%之反射率。未形成可見光多層膜時波長0.63μm的反射率約為46%，故反射率大幅增加。
實施例32
實施例32為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為44.9%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代，並設有可見光層30。在低折射率層與高折射率層之間形成Y2O3作為接著層23。又設置耐摩耗層22。
第45圖分別表示形成有本發明實施例32之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.8%及90.0度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
第46圖表示形成有實施例32之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例32之情形，相對於波長0.53μm之半導體雷射，可實現 88.5%之反射率。未形成可見光層時波長0.53μm中的反射率約為46%，故反射率大幅增加。
如以上，藉由設置可見光層而可調整CO2雷射之光軸，可實現雷射加工機最佳的加工性能。
實施形態9.
實施形態9中，將形成有實施例28至32之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡搭載於雷射加工機，並評價加工雷射光的偏光度。結果示於表7。藉由使用如此加工雷射光，而可不使裁切形狀傾斜並進行高品質之裁切加工。
實施形態10.
到目前為止的實施形態中，光學反射膜上的層為ZnS或ZnSe之所謂無機鋅鹽類層。本實施形態10中敘述有關由金屬所構成之光學反射膜上形成半導體層之情形。第47圖與第48圖表示使用本發明實施形態10之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡的剖面圖，該紅外線光學膜係在光學反射膜上形成高折射率層4之半導體層。第47圖表示光入射側之紅外線膜的最上層為高折射率層4之情形，第48圖表示 光入射側之紅外線膜的最上層為低折射率層3之情形。該等圖中例示形成有密著層21、耐摩耗層22、接著層23、可見光多層膜30之情形，但視需要也可不形成。
以下實施例33至35說明使用本發明實施形態10之紅外線光學膜，亦即使用在光學反射膜上形成有半導體層之紅外線光學膜的圓偏光反射鏡的實施例。
實施例33
實施例33為形成有紅外線光學膜之CO2雷 射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為43.5%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第2層、第4層、第6層與第8層中ZnS層的一部分以BaF2取代，並設有可見光層30。在此，在基板上形成Cr作為密著層。又，在最表層形成ZrO2作為耐摩耗層22。
第49圖分別表示形成有本發明實施例33之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.9%及90.0度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
又，第50圖表示形成有實施例33之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例33之情形，相對於波長0.63μm之He-Ne雷射(=氣體雷射)，可實現85.9%之反射率。
實施例34
實施例34為形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為36.9%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第4層、第6層與第8層中ZnS層的一部分以YF3取代，並設置有可見光多層膜。在此，在基板上形成Cr作為密著層。又，在最表層形成Y2O3作為耐摩耗層。
第51圖分別表示形成有本發明實施例34之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm中的反射率及相位差為99.8%及90.0度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
又，第52圖表示形成有實施例34之紅外線 光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例34之情形，相對於波長0.64μm之半導體雷射，可實現85.7%之反射率。
實施例35
實施例35為一種形成有紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為36.1%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第2層、第4層、第6層與第8層中ZnS層的一部分以BaF2取代， 該紅外線光學膜之第3層、第5層、第7層與第9層之高折射率層4使用硫族化物的一種之化合物半導體，並設置有可見光多層膜。在此，在基板上形成Ni作為密著層21。又，在最表層形成Ta2O5作為耐摩耗層22。
第53圖表示形成有本發明實施例35之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的反射率及相位差。波長10.6μm的反射率及相位差為99.7%及90.1度，可獲得較專利文獻1及專利文獻2之紅外線光學膜更優異的光學性能。又，有關於相位差之波長依存性，可實現與專利文獻1之紅外線光學膜同樣平緩之波長依存性。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
又，第54圖表示形成有實施例35之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光反射鏡的可見光反射特性。實施例35之情形，相對於波長0.63μm之He-Ne雷射，可實現83.8%之反射率。
實施形態11.
如前述，在形成本發明紅外線光學膜之光學反射鏡中，係藉由形成於基板上的紅外線光學膜決定光學反射鏡的性能，故基板之材料並無限制。又，基板之形狀並無限制，可依照用途選擇所希望之形狀。第55圖至第57圖表示形成本發明紅外線光學膜之光學反射鏡形狀的一例。
第55圖為採用就適用於雷射加工機之光學反射鏡而言是最一般形狀的圓板基板1的光學反射鏡。在被鏡面加工之反射面51形成本發明之紅外線光學膜。使用 圓板作為基板1的優點為在與反射面平行之面內沒有異向性，在固定光學反射鏡時較容易設置。
第56圖係為了提高冷卻性而增加基板1體積之光學反射鏡。在此，切取長方體之基板1的一部分，並形成反射面51。若增大基板1的體積，熱容量增大，藉此有熱輸入量之變化時，可使反射鏡的溫度變化減小。又，長方體中通過冷卻配管並亦可提高冷卻性。提高冷卻性係與延長形成紅外線光學膜之光學反射鏡的壽命相關，故可使用前述以外的任意冷卻手段。
第57圖係反射面51被加工成凹面，不僅反射雷射光，也具有使雷射光集中之功能的光學反射鏡。又，若於反射面51採用凸面，則可使雷射光發散。藉由使用具有如此之反射面51之基板1，可實現具有紅外線光學膜功能與透鏡功能兩者之光學反射鏡。
實施形態12.
適用本發明紅外線光學膜之光學反射鏡，並不限定於圓偏光反射鏡，可適用於需要光學上高功能之所有偏光反射鏡。實施形態12中敘述適用於偏光反射鏡之一種的偏向掃描鏡。
第58圖表示印刷電路板等之開孔加工所使用的CO2雷射加工機的概略構成圖。由雷射振盪器128射出的直線偏光之雷射光118，以第一偏光手段120分光為2束雷射光121、122，另一者係經過反射鏡，另一者係以第一電磁掃描機123朝2軸方向進行掃描，將2束雷射光 121、122導至第二偏光手段124後，以第二電磁掃描機125掃描，並加工被加工物127。
電磁掃描機前端安裝有反射雷射光之掃描鏡130。第59圖表示掃描鏡130之概略構成圖。掃描鏡130的表面經過鏡面加工，並於其上形成紅外線光學膜131。另一方面，掃描鏡背面132係在中心設有樑與脊構造，可實現反射鏡輕量化與確保強度。掃描鏡係以沿著中心梁的一軸為中心而旋轉，藉此可掃描雷射光。亦即，藉由使用2個電磁掃描機，而可在被加工物上2次元地掃描雷射光。
印刷電路板等開孔加工中，孔的真圓度為製品品質的評價要素，近年市場要求約90%以上的真圓度。在此，真圓度是指加工孔的短軸與長軸的比。以直線偏光之雷射光開孔加工時，被加工物中的S波 P波的反射率不同(S波反射率>P波反射率)，故孔會楕圓化。因此，印刷電路板等之開孔加工所使用的雷射加工機中，必須為用以使雷射光圓偏光化之光學零件。
在如此雷射加工機中，從光學系統的構成來看，相較於使用以往圓偏光反射鏡，在用以掃描雷射光之掃描鏡具有偏光控制功能者係不隨光學系統變更而較為有效率。在掃描鏡中，以形成紅外線光學膜而有產生基板變形之問題。
適用拉伸應力大的紅外線光學膜之掃描鏡中，在背面形成梁的中心部之變形量較小，但在背面形成肋構造的部分會受到拉伸應力所產生之力而變形，反射鏡 成為凹狀。若反射鏡無法維持平面，雷射光會產生光程差等而有降低光束品質之問題。
如此，掃描鏡係從其構造來看，對於欲使基板變形為凹形狀的力之強度較弱。另一方面，對於欲使基板變形為凸狀的力，藉由肋構造，而具有充分強度。亦即，形成於掃描鏡之紅外線光學膜中，較佳為具有壓縮應力的膜。將以往紅外線光學膜形成於掃描鏡時，除了產生膜剝離的問題以外，因反射鏡變形為凹狀，致有雷射光之光束品質降低之問題，但可藉由使用本發明之具有壓縮應力之紅外線光學膜以解決該等問題。
控制雷射光之偏光的掃描鏡(以下稱為偏光掃描反射鏡)中，要求反射率為98.0%以上、相位差在60度至120度之範圍，較佳為要求反射率為99.0%以上、相位差在60度至120度之範圍。設為高反射率的理由，係以雷射光之吸收抑制基板溫度上昇，並防止導致加工精度降低之基板變形。又，藉由使相位差為60度至120度之範圍，可實現可形成具有約90%以上之真圓度的孔之雷射光的偏光狀態。掃描鏡的旋轉角一般相對於基準角(此處為45度)±5°。
第79圖係表示作為比較例7而適用形成有專利文獻1實施例所示之紅外線光學膜之圓偏光反射鏡作為偏光掃描反射鏡時的反射率及相位差。此時，滿足前述要求規格之範圍係旋轉角在-7至+5°之範圍。在200℃溫度試驗中經過12hr後產生膜剝離，耐熱性不足。
相對於如此以往之圓偏光反射鏡，製作各種使用本發明紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡，並測定反射率及相位差之特性，結果示於實施例36至40。
實施例36
實施例36係形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為48.9%，係以Be作為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnSe層的一部分以ThF4取代。在此，在基板上形成Ni作為密著層21。又，在最表層形成CeO2作為 耐摩耗層22。
第60圖分別表示形成有本發明實施例36之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡的反射率及相位差。形成有實施例36之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡中，在±10°以上的旋轉角中可滿足要求規格。旋轉角範圍的大小係表示被加工物上加工區域的大小。亦即，與使用以往紅外線光學膜時相比，若使用本發明之紅外線光學膜可實現更寬廣的加工區域。此係表示可縮短對被加工物開孔加工所需要的時間。亦即，與可使雷射加工機之加工處理能力提昇相關。又，實施200℃溫度試驗的結果，即使經過48hr也未產生異常。
實施例37
實施例37為形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為20.1%，係以B4C作為基板，該紅外線光學膜之之第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。又形成有可見光層30，並在最表層形成HfO2作為耐摩耗層22。
第61圖分別表示形成有本發明實施例37之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡的反射率及相位差。形成有實施例37之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡中，在±10°以上的旋轉角可滿足要求規格。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。又，第62圖表示形成有紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡的可見光反射特性，該紅外線光學膜含有實施例37之可見光層30。相對於波長0.63μm之He-Ne雷射，在±10°範圍之旋轉角中實現80%以上的反射率。
實施例38
實施例38為形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為35.0%，係以B4C作為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。又，在最表層形成Y2O3作為耐摩耗層22。第63圖分別表示形成有本發明實施例38之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡的反射率及相位差。形成有實施例38之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡中，在±10°以上之旋轉角可滿足要求規格。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例39
實施例39為形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為28.9%，以SiC為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以BaF2取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層。又，在最表層形成TIO2作為耐摩耗層。
第64圖分別表示形成有本發明實施例39之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡的反射率及相位差。形成有實施例39之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡中，在±10°以上的旋轉角可滿足要求規格。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例40
實施例40形成有紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為18.4%，係以B4C作為基板，該紅外線光學膜之第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。又，在最表層形成ZrO2作為耐摩耗層22。
第65圖分別表示形成有本發明實施例40之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡的反射率及 相位差。形成有實施例40之紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡中，在±10°以上的旋轉角可滿足要求規格。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過120hr也未產生異常。
又，在第66圖表示形成有實施例40之紅外線光學膜之CO2雷射用圓偏光掃描反射鏡的可見光反射特性，該紅外線光學膜含有可見光層。對於波長0.64μm之半導體雷射，在±10°範圍的旋轉角中可實現80%以上的反射率。
將以上所說明之形成有實施例36至40之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光掃描反射鏡搭載於雷射加工機，並評價在印刷電路板所形成之孔的真圓度。實驗驗証的結果，以本發明之雷射加工機加工之孔的真圓度都在91%以上，實現要求規格。如此，藉由使用形成有本發明紅外線光學膜之偏光掃描反射鏡，可實現形成對應市場要求規格之品質的加工孔之雷射加工機。
實施形態13.
近年來，作為適於鋼板等之裁切加工或印刷電路板等開孔加工的雷射，係進行有關於軸對象偏光雷射之研究。在鋼板等之裁切加工中較佳為被加工物的雷射光吸收率高，對被加工物使用雷射光成為P波之徑向偏光(radial polarization)。另一方面，在印刷電路板等的開孔加工中，較佳為藉由被加工物反射雷射光而深達孔底深，可對被加工物使用雷射光成為S波之方位偏光(azimuth polarization)。若使用該等雷射光，與以往相比，可獲得約2倍之加工效 率。
專利文獻4、專利文獻5揭示一種振盪器之構造，在被稱為軸稜鏡(axicon)之圓錐狀反射鏡，形成產生S波與P波之反射率差的紅外線光學膜，而使軸對稱偏光雷射之徑向偏光(或方位偏光)之雷射光振盪。
在該等振盪器中，藉由在反射鏡形成將P波以高反射率反射、將S波以低反射率反射之紅外線光學膜，而可使徑向偏光的雷射光振盪，藉由在反射鏡形成將S波以高反射率反射、將P波以低反射率反射之紅外線光學膜，而可使方位偏光的雷射光振盪。以下將形成有產生S波與P波之反射率差之紅外線光學膜的光學零件，稱為偏光選擇反射鏡。用以產生徑向偏光之偏光選擇反射所要求規格係P波反射率為99%以上、S波反射率為90%以下。又，用以產生方位偏光之偏光選擇反射鏡所要求規格係S波反射率為99%以上、P波反射率為90%以下。
以下，製作使用本發明紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡作為實施例41至46，並表示測定其光學特性之結果。實施例41至43係用以產生徑向偏光之偏光選擇反射鏡，實施例44至46係用以產生方位偏光之偏光選擇反射鏡。
實施例41
實施例41係形成有紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為38.7%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代。在此，在最表層形成Y2O3作為耐摩耗層22。
第67圖表示形成有本發明實施例41之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。形成有實施例41之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡中，S波與P波的反射率分別為49.6%及99.5%。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例42
實施例42為形成有紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為36.1%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。第68圖表示形成有本發明實施例42之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。形成有實施例42之紅外線光學膜的偏光選擇反射鏡中，S波與P波的反射率分別為24.8%及99.5%。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例43
實施例43為形成有紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為35.2%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnSe層的一部分以BaF2取代。在此，在最表層形成ZrO2作為耐摩耗層22。
第69圖表示形成有本發明實施例43之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。形成有實施例39之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡中，S波與P波的反射率分別為35.0%及99.5%。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例44
實施例44為形成有紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為37.9%，係以Cu為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YbF3取代。在此，於最表層形成Y2O3作為耐摩耗層。第70圖表示形成有本發明實施例44之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。形成有實施例44之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡中，S波與P波的反射率分別為99.9%及49.7%。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例45
實施例45為形成有紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為39.7%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnS層的一部分以YF3取代。在此，在基板上形成Cr作為密著層21。
第71圖表示形成有本發明實施例45之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。形成有實施例45之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡中，S波與P波的反射率分別為99.9%及43.6%。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
實施例46
實施例46為形成有紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡，氟化物層相對於總膜厚之膜厚比為27.4%，係以Si為基板，該紅外線光學膜之第1層、第3層、第5層與第7層中ZnSe層的一部分以BaF2取代。在此，在最表層形成ZrO2作為耐摩耗層22。
第72圖表示形成有本發明實施例46之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。形成有實施例46之紅外線光學膜之偏光選擇反射鏡中，S波與P波的反射率分別為35.0%及99.8%。實施200℃溫度試驗的結果，即使經過72hr也未產生異常。
為了比較以上本發明之紅外線光學膜與以往紅外線光學膜，故採用專利文獻2之請求項2所記載圓偏光反射鏡的膜構成而使膜厚最佳化，將徑向偏光及方位偏光之偏光選擇反射鏡作為比較例8及比較例9。以下表 示膜構成與結果。
比較例8
第80圖表示形成有比較例8之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。比較例8之偏光選擇反射鏡中，S波及P波的反射率分別為80.0%及98.3%。達成S波之要求規格，但未達成P波之要求規格。又，比較例8之紅外線光學膜存在有複數膜厚超過1.3μm之ThF4層，使紅外線光學膜全體厚度為11.0μm，故耐熱性有問題。
比較例9
第81圖表示形成有比較例9之紅外線光學膜之CO2雷射用偏光選擇反射鏡的反射率。比較例9之偏光選擇反射鏡中的S波與P波的反射率分別為98.7%及77.8%。達成P波之要求規格，但未達成S波之要求規格。又，比較例9之紅外線光學膜存在有複數膜厚超過1.3μm之ThF4層，使紅外線光學膜全體厚度為11.0μm，故耐熱性有問題。
如以上可知，藉由採用本發明之紅外線光學膜，可實現偏光選擇反射鏡所必需之耐熱性與光學性能。另一方面，採用以往膜構成時，除了有耐熱性不足的問題以外，也無法實現偏光選擇反射鏡之光學性能。
偏光選擇反射鏡之基板未必一定要使用圓錐狀之零件。專利文獻6揭示使用平板偏光選擇反射鏡之雷射振盪器及雷射增幅器。在此使用S波反射率比P波反 射率大之偏光選擇反射鏡。但構成雷射振盪器之偏光選擇反射鏡並不限定於S波反射率比P波反射率大之偏光選擇反射鏡，也可使用P波反射率比S波反射率大之偏光選擇反射鏡而構成雷射振盪器。
第20圖所示之雷射加工機中，可將偏光選擇反射鏡使用於傳送反射鏡的一個。藉由設置於雷射加工機之光程中，可去除多餘之偏光成分，並實現直線性優異之偏光狀態。
如以上，本發明紅外線光學膜係低折射率層之至少一層中氟化物層以無機鋅鹽類層夾著，該氟化物層被無機鋅鹽類層夾著，該低折射率層又被半導體所形成之高折射率層夾著，使用本發明紅外線光學膜的光學零件並不限定於圓偏光反射鏡，也可為如偏光掃描反射鏡或偏光選擇反射鏡之類需要高功能偏光特性之偏光反射鏡。在該等偏光反射鏡中使用本發明，藉此可使紅外線光學膜全體為具有壓縮應力的膜，而確保光學性能並強化耐熱性，且可獲得壽命長、維護性優異之偏光反射鏡，可發揮該以往沒有的效果。
1‧‧‧基板
2‧‧‧光學反射膜
3、3a、3b、3c、3d‧‧‧低折射率層
4、4a、4b、4c、4d‧‧‧高折射率層
5‧‧‧無機鋅鹽類層
6‧‧‧氟化物層

Claims (12)

  1. 一種紅外線光學膜，係以被覆形成於基板上之光學反射膜之方式，使以半導體所形成之高折射率層、及以折射率小於前述半導體之材料所形成之低折射率層交互形成的多層紅外線光學膜，其中，前述低折射率層之至少一層中，氟化物層被無機鋅鹽類層夾著，該氟化物層被前述無機鋅鹽類層夾著之前述低折射率層又被前述高折射率層夾著。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之紅外線光學膜，其中，前述氟化物層的材料含有YF3、YbF3、MgF2、ThF4、BaF2中的至少1種。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之紅外線光學膜，其中，前述氟化物層的膜厚相對於總膜厚的比例為3至56%。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之紅外線光學膜，其中，前述氟化物層的膜厚為1μm以下。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之紅外線光學膜，其中，前述無機鋅鹽類為ZnS或ZnSe。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之紅外線光學膜，其中，前述半導體材料為Ge、Si、屬於化合物半導體之硫族化物中之任一種材料。
  7. 一種偏光反射鏡，係具有申請專利範圍第1或2項所述之紅外線光學膜。
  8. 一種雷射加工機，係具備申請專利範圍第7項所述之偏 光反射鏡。
  9. 一種偏光選擇反射鏡，係具有申請專利範圍第1或2項所述之紅外線光學膜。
  10. 一種雷射振盪器，係具備申請專利範圍第9項所述之偏光選擇反射鏡。
  11. 一種紅外線光學膜的製造方法，係申請專利範圍第1項所記載之紅外線光學膜的製造方法，其中，前述氟化物層材料含有YF3或YbF3時，在基板溫度為20℃至140℃之範圍內的溫度形成YF3或YbF3之氟化物層。
  12. 一種紅外線光學膜的製造方法，係申請專利範圍第1或2項所記載之紅外線光學膜的製造方法，其中，將前述氟化物層以IAD法形成。
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