TWI673929B - 雷射震盪器及雷射加工裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之紅外線雷射用反射構件(100)係具備：基板(1)、SiO膜(6)、形成在基板(1)與SiO膜(6)之間的金屬膜(3)。

Description

雷射震盪器及雷射加工裝置

本發明係關於反射紅外線雷射光之紅外線雷射用反射構件、雷射震盪器、雷射加工裝置及紅外線雷射用反射構件之製造方法。

照射雷射光來將對象物的形狀進行加工之雷射加工裝置被使用於各種領域。雷射加工裝置所使用之雷射光的波長係配合進行加工之對象物的材質而選擇。以CO₂(二氧化碳)雷射為代表之波長9μm帶的紅外線雷射光，被使用於用以在樹脂製之印刷電路板形成配線電極之穿孔加工等。

進行穿孔加工時，針對雷射加工裝置，要求形成更接近真圓形狀的加工孔。為了形成接近真圓形狀的加工孔，使用於加工之雷射光，必須為等向性的圓偏光。為了滿足如此的要求，有一種雷射加工裝置，係具備震盪出直線偏光的雷射光的雷射震盪器、及配置在光路上的偏光轉換構件，並且採用將直線偏光的雷射光轉換成圓偏光之方式。為了使如此之雷射加工裝置射出更等向性的圓偏光之雷射光，必須有震盪出振動方向有規則之理想的直線偏光的雷射震盪器。

就紅外線雷射光之波長區域中所使用之反射構件而言，可列舉例如專利文獻1及專利文獻2所揭示者。專利文獻1所揭示之反射構件，係在Si(矽)基板或Cu(銅)基板上，形成有Cr(鉻)層、Au(金)層或Ag(銀)層、HfO₂(氧化鉿)層或Bi₂O₃(氧化鉍)層、ZnSe(硒化鋅)層或ZnS(硫化鋅)層、及Ge(鍺)層。專利文獻2所揭示之反射構件，係在Si基板或Cu基板上，形成有Au層、YF₃(氟化釔)層或YbF₃(氟化鐿)層、ZnSe層或ZnS層、Ge層、ZnSe層或ZnS層、及YF₃層或YbF₃層。對於紅外線雷射光，上述以往的反射構件皆可實現99.7%以上的反射率。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2003-302520號公報

[專利文獻2] 日本特開2009-086533號公報

然而，將上述以往的反射構件使用於雷射震盪器的內部時，有從雷射震盪器所震盪之雷射光無法成 為直線偏光之問題存在。為了獲得直線偏光的雷射光，反射構件之對S波的反射率與對P波的反射率之間必須有差異。然而，由於上述以往的反射構件中對S波之反射率與對P波之反射率的差較小，故不能構成震盪出直線偏光之雷射震盪器。

本發明係有鑒於上述問題點而完成者，係以獲得可構成震盪出直線偏光之紅外線雷射光的雷射震盪器之紅外線雷射用反射構件為目的。

為了解決上述課題，並達成目的，本發明之紅外線雷射用反射構件係具備：基板、SiO(一氧化矽)膜、及形成在基板與SiO膜之間的金屬膜。

根據本發明，可發揮如下效果：可獲得一種紅外線雷射用反射構件，其可實現震盪出振動方向有規則的直線偏光之紅外線雷射光的雷射震盪器。

1‧‧‧基板

2‧‧‧氧化矽膜

3‧‧‧金屬膜

4‧‧‧ZnS膜

5‧‧‧Ge膜

6‧‧‧SiO膜

7‧‧‧Cr膜

10‧‧‧雷射加工裝置

11‧‧‧雷射震盪器

12‧‧‧偏光轉換構件

13‧‧‧聚光光學系統

14‧‧‧加工台

15‧‧‧驅動部

16‧‧‧控制部

17‧‧‧加工對象物

20‧‧‧殼體

21‧‧‧雷射介質

22‧‧‧電極

23‧‧‧部分反射鏡

24‧‧‧全反射鏡

25‧‧‧折返鏡

30‧‧‧真空容器

31‧‧‧真空泵

32‧‧‧蒸鍍材料

33‧‧‧冷卻台

34‧‧‧電子槍

35‧‧‧遮蔽板

36‧‧‧鍍膜傘

37‧‧‧離子源

41‧‧‧部分反射鏡

42‧‧‧直交型鏡

43、44‧‧‧放電電極

45‧‧‧雷射光

46、47‧‧‧介電板

48‧‧‧供電線

49‧‧‧高頻率電源

50‧‧‧箭頭

51‧‧‧輝光放電

52‧‧‧基準軸

62、63‧‧‧增益分布

100、200、300、400‧‧‧反射構件

L‧‧‧紅外線雷射光

第1圖係示意性顯示本發明之實施形態之雷射加工裝置的構成之圖。

第2圖係第1圖所示之雷射震盪器之構成圖。

第3圖係可作為第2圖所示之折返鏡使用之反射構件的第1構成圖。

第4圖係第3圖所示之反射構件的製造中所使用之成 膜裝置的概略構成圖。

第5圖係顯示實施例1之反射構件的光學特性之圖。

第6圖係顯示比較例1之反射構件的光學特性之圖。

第7圖係顯示比較例2之反射構件的光學特性之圖。

第8圖係將實施例1及比較例1之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。

第9圖係顯示實施例2、比較例3及比較例4之反射構件的耐久性試驗結果之表。

第10圖係顯示實施例2之反射構件的光學特性之圖。

第11圖係顯示實施例3之反射構件的光學特性之圖。

第12圖係顯示實施例4之反射構件的光學特性之圖。

第13圖係顯示實施例5之反射構件的光學特性之圖。

第14圖係顯示比較例5之反射構件的光學特性之圖。

第15圖係將實施例2至實施例5及比較例5之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。

第16圖係顯示實施例1、實施例3、實施例4及實施例5之反射構件的耐久試驗結果之圖。

第17圖係顯示各種材料之折射率之圖。

第18圖係顯示各種材料之消光係數之圖。

第19圖係可作為第2圖所示之折返鏡使用之反射構件的第2構成圖。

第20圖係可作為第2圖所示之折返鏡使用之反射構件的第3構成圖。

第21圖係可作為第2圖所示之折返鏡使用之反射構件 的第4構成圖。

第22圖係顯示實施例6之反射構件的光學特性之圖。

第23圖係顯示實施例7之反射構件的光學特性之圖。

第24圖係顯示實施例8之反射構件的光學特性之圖。

第25圖係顯示實施例9之反射構件的光學特性之圖。

第26圖係顯示實施例10之反射構件的光學特性之圖。

第27圖係顯示實施例11之反射構件的光學特性之圖。

第28圖係顯示比較例6之反射構件的光學特性之圖。

第29圖係顯示比較例7之反射構件的光學特性之圖。

第30圖係顯示比較例8之反射構件的光學特性之圖。

第31圖係將實施例6至實施例11之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。

第32圖係將比較例6至比較例8之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。

第33圖係顯示實施例6至實施例11之反射構件的耐久性試驗結果之表。

第34圖係第1圖所示之雷射震盪器的另一構成圖。

第35圖係第34圖所示之雷射震盪器中之能量的增益分布圖。

第36圖係評估應用有本發明之反射構件的雷射震盪器之性能的圖。

以下，依據圖式詳細地說明本發明之實施形態之紅外線雷射用反射構件、雷射震盪器、雷射加工裝 置及紅外線雷射用反射構件之製造方法。此外，本發明不受此實施形態所限定。

實施形態1.

第1圖係示意性顯示本發明之實施形態之雷射加工裝置的構成之圖。雷射加工裝置10具有雷射震盪器11、偏光轉換構件12、聚光光學系統13、加工台14、驅動部15、及控制部16。

雷射震盪器11係射出振動方向有規則的直線偏光之雷射光。偏光轉換構件12係被配置在從雷射震盪器11所射出之雷射光照射至加工對象物17為止的光路上，並且將從雷射震盪器11所射出之直線偏光的雷射光轉換成圓偏光。聚光光學系統13係使經由偏光轉換構件12而被轉換成圓偏光之雷射光聚光在加工對象物17。聚光光學系統13含有聚光透鏡及準直透鏡。加工台14係承載加工對象物17之台。驅動部15使加工台14移動。驅動部15具有例如馬達，而將電能量轉換成力學能量。控制部16控制雷射加工裝置10的動作。例如，控制部16可控制雷射震盪器11產生雷射光之時機、驅動部15移動加工台14之時機及方向。藉由驅動部15移動加工台14，而改變雷射光照射至加工對象物17的位置。雷射加工裝置10係將雷射震盪器11所震盪出的直線偏光之雷射光藉由偏光轉換構件12轉換成圓偏光，並使用圓偏光之紅外線雷射光來進行加工對象物17之加工。雷射震盪器11所震盪出之雷射光之振動方向為更有規則之理想的直線偏光時，雷射加 工裝置10在加工所使用之雷射光成為更等向性的圓偏光。據此，使用雷射加工裝置10進行穿孔加工時，可形成更接近真圓形狀的加工孔。

第2圖係第1圖所示之雷射震盪器11的構成圖。雷射震盪器11係震盪出在紅外線區域中具有峰波長之紅外線雷射光L。雷射震盪器11所震盪出之紅外線雷射光L為直線偏光。雷射震盪器11係具備：殼體20、雷射介質21、一對電極22、部分反射鏡23、全反射鏡24、及折返鏡25。

雷射介質21係例如在CO₂氣體中添加有N₂(氮)及He(氦)之混合氣體等激發氣體。混合氣體之氣體比率為CO₂：N₂：He=10：30：60。此處所列舉之混合氣體為一例，雷射介質21只要為可使在紅外線區域中具有峰波長之紅外線雷射光產生者即可。一對電極22係對雷射介質21供給激發能量之能量供給部的一例。對一對電極22施加電壓時，產生放電，而對雷射介質21供給能量。部分反射鏡23及全反射鏡24構成共振器。光在部分反射鏡23及全反射鏡24之間往返的過程，光被放大。光的強度超過閾值時，紅外線雷射光L被震盪出，而從部分反射鏡23射出紅外線雷射光L。折返鏡25被配置在部分反射鏡23及全反射鏡24之間的光路上，係改變光路方向之反射構件。具體而言，折返鏡25係以在折返鏡25與部分反射鏡23之間夾住電極22之方式配置，將部分反射鏡23所反射之光以入射至全反射鏡24之方向進行反射。全反射鏡24 所反射之光再度入射至折返鏡25，折返鏡25將所入射之光以入射至部分反射鏡23之方向進行反射。藉由使用折返鏡25將光路進行折返，相較於未使用折返鏡25之情形，可不改變光路長而將全長縮短，可使殼體20的尺寸變小。

針對雷射震盪器11的原理進行說明。於電極22施加電壓時，產生放電而對雷射介質21供給能量。雷射介質21中的CO₂分子，係藉由所賦予的能量而被激發，激發狀態的CO₂分子躍遷到基態之際將發出光。雷射介質21所發出的光，在部分反射鏡23與全反射鏡24之間重複地反射，再次入射至雷射介質21。光入射至雷射介質21所含有的激發狀態的CO₂分子時，產生光的受激發射，激發狀態的CO₂分子發出與所入射之光為同波長之光。以部分反射鏡23與全反射鏡24構成的共振器使光往返的過程中，光被放大。光的強度超過閾值時，從部分反射鏡23震盪出紅外線雷射光L。在部分反射鏡23與全反射鏡24之間的光路上設置折返鏡25。折返鏡25之對S波之反射率與對P波之反射率的差較大。具體而言，折返鏡25之對S波之反射率高，即使重複光的反射S波的衰減仍然少，對P波之反射率低於對S波之反射率，重複光的反射之期間P波會大幅度地衰減。據此，從部分反射鏡23震盪出的紅外線雷射光L成為直線偏光。

第3圖係可作為第2圖所示之折返鏡25使用之反射構件100的第1構成圖。反射構件100係對紅外線雷射光具有高反射率之紅外線雷射用反射構件。反射構 件100由於對P波之反射率低於對S波之反射率，故重複光的反射之期間P波會比S波更大幅度地衰減。反射構件100含有：基板1、氧化矽膜2、金屬膜3、ZnS膜4、Ge膜5、及SiO膜6。氧化矽膜2、金屬膜3、ZnS膜4、Ge膜5及SiO膜6，係在基板1上從接近基板1之處開始，以前述的順序形成。此外，在下述說明中，「基板1上所形成之膜」之情形，係包含在基板1上直接形成的膜、及在該膜與基板1之間隔著其他膜所形成之膜。

反射構件100至少含有基板1、SiO膜6、形成在基板1與SiO膜6之間的金屬膜3。基板1較佳為耐蝕性優異的材料，例如Si基板或Cu基板等。為了防止光的擴散，基板1較佳為進行鏡面加工。金屬膜3係將紅外線雷射光反射之反射膜。金屬膜3較佳為對CO₂雷射主要使用之波長域亦即8μm至11μm之範圍的紅外線雷射光實現高反射率。作為金屬膜3者，例如可使用Au膜或Ag膜。SiO膜6係在基板1上，例如作為反射構件100之最表層來形成。藉由在基板1上形成SiO膜6，在將紅外線雷射光反射之際，對S波之反射率與對P波之反射率之差變大。

第17圖係顯示SiO、Ge、ZnS及SiO₂的折射率n之波長相依性之圖。第18圖係顯示SiO、Ge、ZnS及SiO₂的消光係數k之波長相依性之圖。第17圖顯示波長8至11μm中之折射率n，第18圖顯示波長8至11μm中之消光係數k。消光係數k係與吸收係數α有比例關係， 且與光的吸收相關之量。由於SiO₂與SiO的組成相似，故顯示SiO₂的折射率n及消光係數k供參考。

通常，就在反射鏡之金屬膜上形成的功能膜而言，為了防止光的吸收，選擇在使用波長域中的穿透材料。如第17圖所示，Ge及ZnS係波長8至11μm中的穿透材料，且亦被使用為專利文獻1、專利文獻2的反射構件。

另一方面，SiO膜6係以可見光區域為中心而從以往就一直被使用的材料，但在CO₂雷射中主要使用之紅外線雷射的波長域8μm至11μm的範圍內沒有探討過SiO膜的使用。SiO在可見光區域中，係不吸收光的穿透材料。另一方面，如第17圖所示，波長8至11μm中之SiO的消光係數k大，且會吸收光，故在以往的功能膜之用途中沒有被探討。

本案發明者著眼於反射構件100會吸收一部份的光(=P波)之觀點，針對具有吸收能力之膜，檢討驗證光學常數(折射率n，消光係數k)與決定光學特性之弗芮耳(Fresnel)係數的關係。其結果，發現藉由在基板1上形成不是穿透材料的SiO膜6，會產生當將紅外線雷射光反射之際，對S波之反射率與對P波之反射率之差變大之新的光學特性。

SiO₂與SiO同樣為可見光區域中的穿透材料。由於構成元素相同，故有將此等材料視為相同之情形，惟如第17圖所示，在波長8至11μm中，此等為具有不同 光學常數(折射率n，消光係數k)之材料。亦即，在作為光學膜而被形成之情形會發揮不同的功能，為不同的物質。

在金屬膜3與SiO膜6之間，可形成ZnS膜4，在ZnS膜4與SiO膜6之間，可形成Ge膜5。藉由形成ZnS膜4及Ge膜5，可使反射構件100對紅外線雷射光之反射率更為提升。

反射構件100可在基板1與金屬膜3之間具有氧化矽膜2。氧化矽膜2係SiO膜、SiO₂(二氧化矽)膜或Si₂O₃(三氧化二矽)膜。在基板1為Si基板且金屬膜3為Au膜之情形，在Si基板上直接形成Au膜時，Si基板與Au膜之間的密著力不充分而容易發生膜剝離。因此，藉由在Si基板與Au膜之間形成氧化矽膜2，可強化Si基板與Au膜之密著力。形成金屬膜3之前，藉由使用以O₂作為主成分之氣體，在Si基板的表面照射氧化物離子，可在Si基板的表面產生屬於氧化膜之氧化矽膜2。如此所形成的氧化矽膜2，由於與Si基板一體地形成，故與Si基板的密著力非常堅固。產生氧化矽膜2的步驟，係在成膜裝置內真空中進行。亦可在產生氧化矽膜2之步驟後接著在真空中進行形成Au膜之步驟。藉此，氧化矽膜2的表面之懸鍵(dangling bond)與Au膜的鍵進行鍵結，亦強化氧化矽膜2與Au膜之間的密著力。

反射構件100較佳為在具有真空槽之成膜裝置中形成。作為代表性的成膜裝置者，可列舉：蒸鍍裝置、濺鍍裝置、CVD(Chemical Vapor Deposition)裝置等。

第4圖係第3圖所示之反射構件100的製造中所使用之成膜裝置的概略構成圖。第4圖所示之成膜裝置係真空蒸鍍裝置。以下，說明使用真空蒸鍍裝置之反射構件100之製造方法。

真空蒸鍍裝置具備真空容器30、真空泵31。真空泵31將真空容器30內進行抽真空。真空容器30內，設置有：蒸鍍材料32、用以設置蒸鍍材料32之冷卻台33、對蒸鍍材料32投入能量之電子槍34、控制成膜步驟之遮蔽板35、用以固定基板1之鍍膜傘(亦稱為鍍鍋)36及照射離子之離子源37。

準備收納於坩堝中之複數種蒸鍍材料32及基板1，將蒸鍍材料32設置於真空容器30內的冷卻台33，將基板1設置於鍍膜傘36上。此時基板1以使成膜面朝向蒸鍍材料32的方向而設置。冷卻台33可設置複數個坩堝。藉由旋轉冷卻台33，來更換在蒸鍍中所使用的蒸鍍材料32。設置蒸鍍材料32及基板1後，藉由真空泵31將真空容器30內進行排氣使真空容器30內的壓力下降。真空容器30內的壓力達到10^-3Pa至10^-6Pa壓力後，對基板1的表面從離子源37照射O₂離子束。藉由O₂離子束的照射，在基板1的表面形成氧化膜。

在基板1的表面形成氧化膜後，接著，在真空中進行形成金屬膜3的步驟。首先，在關閉遮蔽板35的狀態下，從電子槍34對屬於蒸鍍材料32之金屬照射電子束，使金屬熔融並蒸發。在關閉遮蔽板35的狀態下，經 蒸發的金屬所存在的空間與設置有基板1的空間係被遮斷。使金屬熔融並蒸發後，在蒸發量穩定的狀態下，打開遮蔽板35開始進行成膜。經蒸發的金屬，接觸被設置於鍍膜傘36之基板1後附著並堆積在基板1。藉此，可在基板1上形成金屬膜3。當達到所設計之膜厚時，關閉遮蔽板35完成成膜。

使冷卻台33旋轉時，從電子槍34被電子束所照射之蒸鍍材料32會更換。為了在金屬膜3的形成步驟後接著進行ZnS膜4的形成步驟，將蒸鍍材料32更換為ZnS。ZnS膜4的形成步驟完成時，接著進行Ge膜5的形成步驟。Ge膜5的形成步驟完成時，接著進行SiO膜6的形成步驟。藉此在金屬膜3上形成SiO膜6。各膜的形成步驟中，重覆與金屬膜3的形成步驟同樣的程序。SiO膜6的形成步驟結束時，從真空容器30取出基板1。

接著，針對本發明之實施形態之反射構件100的實施例進行說明。以下，一邊列舉複數個實施例及比較例，一邊針對本發明之實施形態之反射構件100的光學特性進行探討。

首先，使用下述所示之實施例1、比較例1及比較例2，針對反射構件100之SiO膜6帶來的效果、ZnS膜4及Ge膜5帶來的效果進行檢討驗證。

[實施例1]

實施例1之反射構件100的各層材質及膜厚如下所述。各層從接近基板側開始依序稱為第1層、第2層、第 3層、第4層及第5層。

實施例1中，基板1係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Si基板，金屬膜3係Au膜，氧化矽膜2係SiO膜6。

[比較例1]

比較例1之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。

比較例1中，基板亦為經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Si基板，在其上直接形成屬於金屬膜之Au層，未含有氧化矽膜、ZnS膜、Ge膜及SiO膜。

[比較例2]

比較例2之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。比較例2係從實施例1之構成省略屬於最表層之SiO膜6而成的構成。

第5圖係顯示實施例1之反射構件100的光學特性之圖。第6圖係顯示比較例1之反射構件的光學特性之圖。第7圖係顯示比較例2之反射構件的光學特性之圖。第5圖至第7圖的橫軸，係入射至反射構件之光的波長，單位為μm。第5圖至第7圖的縱軸，係反射構件之對各波長的反射率，單位為%。針對S波及P波分別顯示各自的反射率。

參照第5圖至第7圖時，可知在屬於圖示之波長域的8μm至11μm之波長域中，實施例1的反射構件100之對S波之反射率與對P波之反射率之差，皆大於比較例1及比較例2的。由於比較例2之反射構件係從實施例1之反射構件100省略最表層之SiO膜6的構成，故可知對S波之反射率與對P波之反射率的差，係SiO膜6所產生。進一步比較第6圖及第7圖時，可知相對於比較例1，比較例2在整個波長域之全域中反射率皆較高。由於比較例2之反射構件，係在比較例1之反射構件加上屬於基板1上的氧化矽膜2之SiO膜、ZnS膜4、Ge膜5的構成，故可知藉由形成SiO膜、ZnS膜4及Ge膜5，反射率提升。

第8圖係將實施例1及比較例1之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。此表係顯示在各反射次數中，對波長9.3μm之光的反射率。

在雷射震盪器11內使用反射構件100之情形，光被重複地反射。此時，反射率的差對被射出之雷射光的特性所賦予的影響變大。例如實施例1之反射構件100的對S波之反射率為99.7%，比較例1之反射構件的對S波之反射率為99.1%，在1次反射中反射率之差為0.6%。然而，重複50次反射時，實施例1之反射構件100的對S波之反射率變為86.1%，比較例1之反射構件的對S波之反射率變為63.6%，反射率之差變為22.5%。實施例1之反射構件100的對P波之反射率，在1次反射中為90.4%，比較例1之反射構件的對P波之反射率為98.3%。在此情形，重複50次反射時，實施例1之反射構件100的對P波之反射率變為0.6%，比較例1之反射構件的對P波之反射率變為42.4%。參照第8圖即可知，在比較例1中，由於對S波之反射率與對P波之反射率之差較小，故在雷射震盪器11內使用時，震盪出的雷射光中混雜有P波成分而無法成為直線偏光。相對於此，在實施例1中，由於對S波之反射率與對P波之反射率之差較大，故隨著每次重複地反射中P波逐漸被衰減。據此，作為雷射震盪器11內的折返鏡25使用時，可震盪出直線偏光之雷射光。

再次參照第7圖，比較例2之反射構件的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為99.4%。比較例2雖與實施例1同樣地達成高的反射率，但由於S波與P波之間的反射率之差較小，故搭載於雷射震盪器11時，不能輸出直線偏光的雷射光。

接著，使用下述所示之實施例2、比較例3及比較例4，針對反射構件100之氧化矽膜2帶來的效果進行檢討驗證。

[實施例2]

實施例2之反射構件100的各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Si基板，金屬膜3係Au膜，氧化矽膜2係SiO膜。

[比較例3]

比較例3之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。比較例3係從實施例2之構成省略屬於氧化矽膜2之SiO膜而成的構成。

[比較例4]

比較例4之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。比 較例4係將實施例2的屬於氧化矽膜2之SiO膜替換成Cr膜而成的構成。Cr一般是作為強化基板與Au膜的密著力之材料來使用。

第9圖係顯示實施例2、比較例3及比較例4之反射構件的耐久性試驗結果的表。在此表中，顯示膠帶剝離試驗的結果、高溫試驗的結果、及雷射震盪器用適合性。第9圖中，圈號表示試驗的結果滿足基準，叉號表示未滿足基準。具體而言，膠帶剝離試驗係依據MIL(MILitary Specifications and Standard)-C-48497A的方法進行。在膠帶剝離試驗中，使用在上述規格中所指定之種類的膠帶。在反射構件的膜面貼附膠帶後，在垂直膜面的方向一口氣撕掉膠帶。之後，以目視及使用顯微鏡確認膜的剝離狀態。膠帶剝離試驗之結果的圈號表示沒有發生剝離，叉號表示有剝離發生。在高溫試驗中，將反射構件置於200℃的高溫環境下48小時後依據反射構件的特性判斷試驗結果。在高溫試驗中，放置在高溫環境下48小時後，計測反射率及膜的狀態(有無剝離及破裂中之至少一個等)。高溫試驗結果的圈號表示反射率為閾值以上，叉號表 示反射率未達閾值，且發生光學特性的降低。雷射震盪器用適合性表示對象的反射構件是否具備在雷射震盪器內部使用的適合性。雷射震盪器用適合性之圈號表示具備適合性，叉號表示不具備適合性。在第9圖之例中，將膠帶剝離試驗的結果，沒有發生剝離，並且，高溫試驗的結果，光學特性滿足基準之情形，判定為具備適合性。

實施例2之反射構件100，係在膠帶剝離試驗的結果沒有發生剝離，並且，在高溫試驗的結果，光學特性滿足基準，故判定為具備作為雷射震盪器用之反射構件之適合性。比較例3之反射構件，在膠帶剝離試驗及高溫試驗皆未滿足基準，判定為不具備作為雷射震盪器用之反射構件的適合性。比較例3之反射構件係在Si基板上直接設置Au膜。推測原因係在高溫環境下放置比較例3的反射構件時，Si從基板擴散至Au膜中而反射率降低。在比較例4之反射構件，雖然滿足膠帶剝離試驗的基準，但未滿足高溫試驗的基準，故判定為不具備雷射震盪器用的適合性。比較例4的反射構件係在Si基板與Au膜之間形成Cr膜。Cr膜提升與基板的密著性，故比較例4的反射構件滿足膠帶剝離試驗的基準。然而，比較例4的反射構件未滿足高溫試驗的基準。推測此是由於在高溫環境下Si及Cr擴散至Au膜中，而使反射構件的反射率降低。從第9圖所示之試驗結果可知，設置在Si基板與Au膜之間的SiO膜，係與Cr膜同樣地強化Si基板與Au膜的密著力，並且即使在高溫環境下仍防止Si擴散至Au膜中，故抑制 反射率的降低。反射構件100藉由在Si基板與Au膜之間形成SiO膜，可抑制歷時性的性能降低，並且具備可承受在雷射震盪器11的內部的使用之耐久性。

接著，使用上述的實施例2、下述所示之實施例3、實施例4、實施例5及比較例5，針對反射構件100之氧化矽膜2的材質及各層的膜厚進行檢討。

實施例2之反射構件100的各層材質及膜厚係如上所述。第10圖係顯示實施例2之反射構件100的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例2之反射構件100的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為90.4%。

[實施例3]

實施例3之反射構件100的各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之40mm見方平板的Si基板，金屬膜3係Au膜，氧化矽膜2係SiO₂膜。第11圖係顯示實施例3之反射構件100的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例3之反射構件100的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為95.1%。

[實施例4]

實施例4之反射構件100的各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之40mm見方平板的Si基板，金屬膜3係Au膜，氧化矽膜2係SiO₂膜。第12圖係顯示實施例4之反射構件100的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例4之反射構件100的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為86.5%。

[實施例5]

實施例5之反射構件100的各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之40mm見方平板的Si基板，金屬膜3係Au膜，氧化矽膜2係Si₂O₃膜。第13圖係顯示實施例5之反射構件100的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例5之反射構件100的對S波之反射率為99.6%，對P波之反射率85.1%。

基板 Si 10mm

[比較例5]

比較例5之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。基板係經鏡面加工之40mm見方平板的Si基板，金屬膜係Au膜，Si基板與Au膜之間形成有Si₂O₃膜。比較例5之反射構件，最表層的SiO膜之膜厚較本發明之實施例1至5厚，為340nm。第14圖係顯示比較例5之反射構件的光學特性之圖。在波長9.3μm中，比較例5之反射構件的對S波之反射率為96.8%，對P波之反射率為72.6%。

參照第10圖至第13圖時，可知本發明之實施例2至實施例5的反射構件100，在紅外線波長域中，對S波之反射率與對P波之反射率之差皆為與實施例1同程度之較大者。

第15圖係將實施例2至實施例5及比較例5之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。參照第15圖時，可知實施例2至實施例5之反射構件100，隨著每次重複地反射而對S波之反射率與對P波之反射率之差逐漸變大。因此，可使P波衰減，並且即使重複地反射仍 對S波保持高反射率。據此，將實施例2至實施例5之反射構件100在雷射震盪器11內作為折返鏡25使用之情形，可震盪出直線偏光之紅外線雷射光。

參照第15圖時可知比較例5之反射構件，係對S波之反射率與對P波之反射率之差較大，藉由重複地反射可使P波衰減。然而，比較例5之反射構件，其對S波之反射率就作為雷射震盪器11之折返鏡25使用而言並不充分，隨著重複地反射S波亦逐漸衰減，不能震盪出充分強度的雷射光。

第16圖係顯示實施例1、實施例3、實施例4及實施例5之反射構件的耐久試驗結果之圖。第16圖所示之試驗內容與第9圖相同。參照第16圖時，可知實施例1、實施例3、實施例4及實施例5之反射構件100皆具備有可承受在雷射震盪器11內的使用之耐久性。

氧化矽膜2，在實施例1及實施例2中為一氧化矽SiO膜，在實施例3及實施例4中為二氧化矽SiO₂膜，在實施例5中為三氧化二矽Si₂O₃膜。參照第16圖時，可知無論使用任一種氧化矽膜2，皆可構成具備有可承受在雷射震盪器11內的使用之耐久性的反射構件100。

除了上述之實驗結果之外，使反射構件100之各層膜厚改變的實驗結果，在反射構件100之各層膜厚為下述範圍之情形，由於「金屬膜、Ge膜」拉伸應力藉由「ZnS膜、SiO膜」的壓縮應力而被抵銷，而提升對高溫試驗之耐久性，確認反射構件100具備可承受在雷射震盪 器11內的使用之耐久性。因此，反射構件100之各層膜厚較佳為在下述範圍內。

再者，為了獲得能夠承受更嚴酷的高溫試驗(72小時)，且製品壽命長的反射構件，反射構件100之各層膜厚更佳為下述範圍。

上述實施形態所示之構成，係顯示本發明內容的一例者，可與其他公知的技術組合，在不脫離本發明宗旨的範圍內，可省略、變更一部分的構成。

例如，在上述實施形態中，省略ZnS膜4及Ge膜5之構成、及將ZnS膜4及Ge膜5替換為其他材質之膜的構成，亦屬於本發明之技術思想的範圍內。將ZnS膜4及Ge膜5替換為其他材質之膜的情形，較佳為提高對紅外線雷射光之反射率之材質。或者是，在上述實施形態中，亦可使用提高金屬膜3與基板1之密著力的膜來取 代氧化矽膜2。

實施形態2.

在實施形態2中，顯示使用Cu(銅)作為反射構件的基板之例。第19圖係可作為第2圖所示之折返鏡25使用之反射構件200的第2構成圖。第19圖所示之反射構件200包含基板1、金屬膜3、及SiO膜6。金屬膜3及SiO膜6，係從接近基板1之處開始，以前述的順序形成。

第20圖係可作為第2圖所示之折返鏡25使用之反射構件300的第3構成圖。第20圖所示之反射構件300包含基板1、金屬膜3、ZnS膜4、Ge膜5、及SiO膜6。金屬膜3、ZnS膜4、Ge膜5及SiO膜6，係從接近基板1之處開始，以前述的順序形成。

第21圖係可作為第2圖所示之折返鏡25使用之反射構件400之第4構成圖。第21圖所示之反射構件400包含基板1、Cr(鉻)膜7、金屬膜3、及SiO膜6。Cr膜7、金屬膜3及SiO膜6，係從接近基板1之處開始，以前述的順序形成。

反射構件200、反射構件300及反射構件400，係與反射構件100同樣為對紅外線雷射光具有高反射率之紅外線雷射用反射構件。再者，反射構件200、反射構件300及反射構件400係與反射構件100同樣地，對P波之反射率低於對S波之反射率，故在重複地進行光之反射之期間P波較S波更大幅度地衰減。

接著，針對本發明之實施形態2之反射構 件200、反射構件300及反射構件400的實施例進行說明。下述所示之實施例6係反射構件200的實施例，實施例7至10係反射構件300的實施例，實施例11係反射構件400的實施例。

[實施例6]

實施例6之反射構件200之各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm見方平板的Cu基板，金屬膜3係Au膜。

第22圖係顯示實施例6之反射構件200的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例6之反射構件200的對S波之反射率為98.8%，對P波之反射率為86.1%。

[實施例7]

實施例7之反射構件300之各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm見方平板的Cu基板，金屬膜3係Au膜。

第23圖係顯示實施例7之反射構件300的 光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例7之反射構件300的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為92.0%。再者，實施例7之反射構件300中之P波與S波的相位差為-0.9°。

[實施例8]

實施例8之反射構件300之各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Cu基板，金屬膜3係Au膜。

第24圖係顯示實施例8之反射構件300的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例8之反射構件300的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為94.4%。再者，實施例8之反射構件300中之P波與S波的相位差為0.1°。

[實施例9]

實施例9之反射構件300之各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Cu基板，金屬膜3係Au膜。

第25圖係顯示實施例9之反射構件300的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例9之反射構件300的對S波之反射率為99.7%，對P波之反射率為85.4%。再者，實施例9之反射構件300中之P波與S波的相位差為-1.0°。

[實施例10]

實施例10之反射構件300之各層材質及膜厚如下所述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Cu基板，金屬膜3係Au膜。

第26圖係顯示實施例10之反射構件300的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例10之反射構件300的對S波之反射率為99.1%，對P波之反射率為80.6%。再者，實施例10之反射構件300中之P波與S波的相位差為-1.3°。

[實施例11]

實施例11之反射構件400之各層材質及膜厚如下所 述。基板1係經鏡面加工之直徑40mm見方平板的Cu基板，金屬膜3係Au膜。

第27圖係顯示實施例11之反射構件400的光學特性之圖。在波長9.3μm中，實施例11之反射構件400的對S波之反射率為98.8%，對P波之反射率為86.1%。

[比較例6]

比較例6之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。基板係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Cu基板，金屬膜係Au膜。比較例6之反射構件為最表層不是SiO膜，而是採用SiO₂膜的構成。

第28圖係顯示比較例6之反射構件的光學特性之圖。在波長9.3μm中，比較例6之反射構件的對S波之反射率為97.7%，對P波之反射率為92.9%。

[比較例7]

比較例7之反射構件的各層材質及膜厚如下所述。基板係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Cu基板，金屬膜 係Au膜。比較例7之反射構件為最表層不是SiO膜，而是採用ZnS膜的構成。

第29圖係顯示比較例7之反射構件的光學特性之圖。在波長9.3μm中，比較例7之反射構件的對S波之反射率為99.1%，對P波之反射率為98.2%。

[比較例8]

比較例8之反射構件的各層之材質及膜厚係引用專利文獻1的構成。基板係經鏡面加工之直徑40mm的圓形狀Cu基板，第2層的金屬膜係Au膜。比較例7之反射構件為最表層不是SiO膜，而是採用Ge膜的構成。

第30圖係顯示比較例8之反射構件的光學特性之圖。在波長9.3μm中，比較例8之反射構件的對S波之反射率為99.9%，對P波之反射率為99.7%。

第31圖與第32圖係分別將實施例6至11之反射構件及比較例6至8之反射構件的反射率與反射次數一起顯示之圖。在實施例6至實施例11之反射構件200、300、400中，隨著重複地反射而對S波之反射率與對P波之反射率之差逐漸變大。據此，可使P波衰減，並且即使重複地反射仍對S波保持高反射率。在重複50次反射之情形，S波的反射率為50%以上，S波與P波之反射率的比為10以上。將實施例6至實施例11之反射構件200、300、400在雷射震盪器11內作為折返鏡25使用之情形，可震盪出直線偏光之紅外線雷射光。

另一方面，在比較例6之反射構件中，隨著重複地反射而對S波之反射率逐漸降低，在重複50次反射之情形，S波之反射率無法達到作為目標的40%。據此，比較例6之反射構件，其對S波之反射率就作為雷射震盪器11之折返鏡25使用而言並不充分，隨著重複地反射S波亦逐漸衰減，不能震盪出充分強度的雷射光。

再者，在比較例7之反射構件中，在重複50次反射之情形，對S波之反射率超過40%。然而，S波與P波之反射率的比幾乎為1：1，無法獲得反射率之差。據此，在雷射震盪器搭載有比較例7之反射構件之情形，由於震盪出之雷射光中混雜有P波成分，故不能輸出直線偏光的雷射光。關於比較例8之反射構件，亦因同樣的理由，而不能輸出直線偏光的雷射光。

第33圖係顯示實施例6至實施例11之反射 構件的耐久性試驗結果的表。在此表中，顯示膠帶剝離試驗之結果、高溫試驗之結果、及雷射震盪器用適合性。在實施例6至實施例11之反射構件200、300、400中，由於膠帶剝離試驗之結果沒有產生剝離，並且，高溫試驗之結果，光學特性滿足基準，故判定為具備作為雷射震盪器用之反射構件之適合性。Cu基板之情形，如Si基板一般沒有見到基板元素向Au膜中擴散之現象。為了強化密著力，亦可在Cu基板與金屬膜之間形成氧化物、硫化物等之膜。

實施例7至實施例10之反射構件300包含基板、金屬膜、ZnS膜、Ge膜、及SiO膜；且金屬膜、ZnS膜、Ge膜及SiO膜係在基板上從接近基板之處開始，以前述的順序形成。在如此之反射構件300中，藉由將各層的膜厚設定為下述範圍，可一邊獲得對S波之高反射率，一邊在S波與P波產生反射率之差，並且，在S波與P波之間的相位差可控制在±1°以內。如此之反射構件係有助於雷射震盪器的高輸出化/震盪安定化。

如上所述，藉由應用本發明之反射構件，可實現具有可在產業上利用之輸出之直線偏光之雷射震盪器。

實施形態3.

在實施形態3中，顯示使用有本發明之反射構件100、反射構件200、反射構件300及反射構件400中之至少一者的雷射震盪器之實施例。

第34圖係第1圖所示之雷射震盪器11的另一構成圖。雷射震盪器11係具備：部分反射鏡41、用以使經部分反射鏡41反射之雷射光沿著該雷射光的光軸反射的直交型鏡42、及被供給至一對放電電極43、44之間且作用為雷射介質的雷射氣體。部分反射鏡41作用為將經震盪出之雷射光的一部分作為雷射光45而取出至外部的輸出鏡。直交型鏡42具有直交的2個反射面，兩反射面所交叉之線在本說明書中稱為「谷線」。雷射氣體之氣體流方向、一對放電電極43、44之放電方向、及部分反射鏡41與直交型鏡42之間的光軸方向，係互相直交。將雷射氣體流之方向設為x方向，放電電極43、44之放電方向設為y方向，部分反射鏡41與直交型鏡42之間的光軸設為z方向。

放電電極43、44，係分別設置於介電板46、47之與對向面為相反的背面，經由供電線48而連接高頻率電源49。在放電電極43、44之間施加交流電壓時，形成均勻的輝光放電。在放電電極43、44之間，在箭頭50所示之方向供給雷射氣體，藉由輝光放電使雷射氣體中之分子或原子激發至雷射上能階時，會顯示光的放大作用。例如，使用含有CO₂分子之混合氣體作為雷射氣體之情 形，藉由CO₂分子之振動能階間的躍遷而波長9.3μm之雷射放大成為可能。

第35圖係顯示第34圖所示之雷射震盪器11中之能量的增益分布之圖。沿著放電方向之y方向的增益分布幾乎為固定不變。另一方面，沿著氣體流方向之x方向的增益分布係依位置而有大幅變化。此係由於在雷射氣體通過輝光放電51中之際，隨著通過時間增加，雷射的上能階被逐次蓄積之故。增益係成為在輝光放電51之氣體上流側較低，在氣體下流側最高，在輝光放電51的外側緩緩地降低之山型的分布形狀。

在使用並非直交型鏡42之平面型的反射鏡之情形，會發生在y方向出現高階側模(high-order lateral mode)的問題。在此，相對於放電方向之y方向將基準軸52設定在角度45度的方向，並以使直交型鏡42的谷線成為與基準軸52平行之方式配置直交型鏡42。藉此，以直交型鏡42反射之雷射光，係將入射雷射光之對於基準軸52的鏡面對稱像，成為等於沿光軸旋轉90度之像。亦即，可使沿著y方向之增益分布62的影響及沿著x方向之增益分布63的影響平均化。藉此，在如此之雷射震盪器11中，可在x方向及y方向抑制高階側模，可穩定地獲得光束強度為等方性優異的雷射光。

在如此構成之雷射震盪器11中，為了獲得直線偏光的雷射光，直交型鏡42之2個反射面中的至少一個反射面，係反射構件100、200、300及400中之至少一 者。例如，將比較例1所示之形成有Au膜的反射構件應用於直交型鏡42之兩面時，如同前述，不能產生直線偏光的雷射。出現不能稱為等向性的無規則偏光之雷射光。

另一方面，藉由將上述之反射構件100、200、300及400中之至少一者應用於直交型鏡42之2個反射面中之至少一個反射面，在雷射被放大之期間，對直交型鏡42之S波的雷射光殘存，而與其直交之P波的雷射光被消滅。亦即，實現直線偏光的雷射光。

據此，為了實現對產業上的利用而言為充分的輸出，光束強度為等向性，並且，震盪出直線偏光之雷射的雷射震盪器11，本發明之反射構件100、200、300、400為不可或缺者。

第36圖係顯示將實施例2、實施例6、實施例7、比較例1、比較例6、及比較例8之反射構件應用於直交型鏡的一面，搭載於雷射震盪器並評估性能之結果。在此將評估結果從良好的結果開始依序以◎、○、×的記號表示。藉由採用雷射震盪器的構成為由部分反射鏡41與直交型鏡42所構成的共振器，關於光束強度，獲得等向性的雷射光。另一方面，若比較直線偏光之實現性，在應用了本發明之反射構件的雷射震盪器中獲得直線偏光，惟在應用了比較例1、8所示之以往的反射構件的雷射震盪器中，沒有獲得直線偏光。再者，應用了本發明之反射構件之情形，可實現在產業上可利用的震盪輸出，惟在應用了比較例6所示之以往的反射構件的雷射震盪器中， 沒有獲得充分的震盪輸出。

實際地使用雷射震盪器之際，由於現實上震盪器內部的氣體流密度/分布不是固定不變，故光軸不一定為一直線，會有些微的歪斜。亦即，無法如理論般僅S波成分之雷射進行共振，而是S波成分之雷射的一部分變為P波成分，P波成分之雷射會在一定時間與S波成分同樣地進行共振。從上述理由可知，此P波成分亦在以直交型鏡反射之際，轉變成S波成分。P波轉變回S波之際，原本的S波與P波之間若產生相位差，則P波的能量不被供給，而被消滅。因此，欲實現能量的利用效率優異的雷射震盪器，較佳為使用相位差經控制之下述之反射構件。

上述實施形態所示之構成，係顯示本發明內容的一例者，可與其他公知的技術組合，在不脫離本發明宗旨的範圍內，可省略、變更一部分的構成。藉由本發明，可實現對產業上的利用而言為充分的輸出，光束強度為等向性，並且，震盪出直線偏光之雷射的雷射震盪器。

Claims (12)

1. 一種雷射震盪器，係具備紅外線雷射用反射構件，該紅外線雷射用反射構件係具備：基板、SiO膜、及形成在前述基板與前述SiO膜之間的金屬膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射震盪器，更具備：形成在前述金屬膜與前述SiO膜之間的ZnS膜、及形成在前述ZnS膜與前述SiO膜之間的Ge膜。
3. 如申請專利範圍第2項所述之雷射震盪器，其中，前述金屬膜的膜厚為20nm以上400nm以下，前述ZnS膜的膜厚為700nm以上1200nm以下，前述Ge膜的膜厚為450nm以上650nm以下，前述SiO膜的膜厚為20nm以上250nm以下。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之雷射震盪器，其中，前述金屬膜係Au膜。
5. 如申請專利範圍第4項所述之雷射震盪器，其中，前述基板係Si基板，並且該紅外線雷射用反射構件更具備形成在前述基板與前述Au膜之間的氧化矽膜。
6. 如申請專利範圍第5項所述之雷射震盪器，其中，前述氧化矽膜的膜厚為1nm以上50nm以下。
7. 如申請專利範圍第5項所述之雷射震盪器，其中，前述氧化矽膜係SiO膜，SiO₂膜或Si₂O₃膜。
8. 如申請專利範圍第6項中所述之雷射震盪器，其中，前述氧化矽膜係SiO膜，SiO₂膜或Si₂O₃膜。
9. 如申請專利範圍第2或3項所述之雷射震盪器，其中，前述金屬膜的膜厚為20nm以上300nm以下，前述ZnS膜的膜厚為820nm以上1080nm以下，前述Ge膜的膜厚為520nm以上590nm以下，前述SiO膜的膜厚為40nm以上180nm以下。
10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之雷射震盪器，其係輸出波長為8.3μm以上9.8μm以下的雷射光。
11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之雷射震盪器，其係具備：部分反射鏡；具有互相直交的2個反射面，並且使經前述部分反射鏡反射的雷射光沿著該雷射光的光軸反射的直交型鏡；一對放電電極；及被供給至前述一對放電電極之間且作用為雷射介質的雷射氣體；其中，前述一對放電電極的放電方向、前述雷射氣體的氣體流方向、及前述光軸的方向係互相直交，前述直交型鏡係以使前述直交型鏡之前述2個反射面相交之線的谷線，與在與前述光軸直交的面內中相對於前述放電方向以45度的角度交叉之基準軸呈平行之方式配置，前述直交型鏡的前述2個反射面中之至少一個反射面係前述紅外線雷射用反射構件。
12. 一種雷射加工裝置，係具備申請專利範圍第1至3項中任一項所述之雷射震盪器。