WO2018110176A1 - 赤外レーザ用反射部材、レーザ発振器、レーザ加工装置および赤外レーザ用反射部材の製造方法 - Google Patents

赤外レーザ用反射部材、レーザ発振器、レーザ加工装置および赤外レーザ用反射部材の製造方法 Download PDF

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reflecting member
laser
substrate
layer
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秀和 中井
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三菱電機株式会社
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium

Definitions

  • the present invention relates to a reflection member for infrared laser that reflects infrared laser light, a laser oscillator, a laser processing apparatus, and a method for manufacturing a reflection member for infrared laser.
  • Laser processing apparatuses that process the shape of an object by irradiating laser light are used in various fields.
  • the wavelength of the laser beam used by the laser processing apparatus is selected according to the material of the object to be processed.
  • Infrared laser light with a wavelength of 9 ⁇ m typified by CO 2 (carbon dioxide) laser is used for drilling for forming wiring electrodes on a resin printed board.
  • a laser processing apparatus When performing drilling processing, a laser processing apparatus is required to form a processing hole having a shape closer to a perfect circle. In order to form a processing hole having a shape close to a perfect circle, it is necessary that the laser beam used for processing is isotropic circularly polarized light. In order to satisfy these requirements, laser processing that employs a method of converting linearly polarized laser light into circularly polarized light, which includes a laser oscillator that oscillates linearly polarized laser light and a polarization conversion member disposed on the optical path. There is a device. In order for such a laser processing apparatus to emit more isotropic circularly polarized laser light, a laser oscillator that oscillates ideal linearly polarized light having a regular vibration direction is required.
  • the reflecting member used in the wavelength region of the infrared laser light examples include those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • the reflecting member disclosed in Patent Document 1 includes a Cr (chrome) layer, an Au (gold) layer, an Ag (silver) layer, and HfO 2 (oxidized) on a Si (silicon) substrate or a Cu (copper) substrate.
  • a hafnium) layer or Bi 2 O 3 (bismuth oxide) layer, a ZnSe (zinc selenide) layer or ZnS (zinc sulfide) layer, and a Ge (germanium) layer are formed.
  • the reflecting member disclosed in Patent Document 2 includes an Au layer, a YF 3 (yttrium fluoride) layer or a YbF 3 (ytterbium fluoride) layer, a ZnSe layer or a ZnS layer on a Si substrate or a Cu substrate, A Ge layer, a ZnSe layer or a ZnS layer, and a YF 3 layer or a YbF 3 layer are formed. All of the above conventional reflecting members achieve a reflectance of 99.7% or more with respect to infrared laser light.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an infrared laser reflecting member capable of constituting a laser oscillator that oscillates linearly polarized infrared laser light.
  • a reflecting member for an infrared laser includes a substrate, a SiO (silicon monoxide) film, and a metal formed between the substrate and the SiO film.
  • a membrane A membrane.
  • an infrared laser reflecting member capable of realizing a laser oscillator that oscillates linearly polarized infrared laser light having a regular vibration direction.
  • FIG. 1 The figure which shows typically the structure of the laser processing apparatus which concerns on embodiment of this invention.
  • Configuration of the laser oscillator shown in FIG. First configuration diagram of a reflecting member that can be used as the folding mirror shown in FIG. Schematic configuration diagram of a film forming apparatus used for manufacturing the reflecting member shown in FIG.
  • the figure which shows the optical characteristic of the reflection member of the comparative example 1 The figure which shows the optical characteristic of the reflection member of the comparative example 2
  • Table showing the durability test results of the reflective members of Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 The figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 2.
  • the figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 3 The figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 4
  • the figure which shows the optical characteristic of the reflection member of the comparative example 5 The figure which shows the reflectance of the reflection member of Example 2 to Example 5 and the comparative example 5 with the frequency
  • the figure which shows the endurance test result of the reflective member of Example 1, Example 3, Example 4, and Example 5 Diagram showing the refractive index of various materials Diagram showing extinction coefficient of various materials
  • the 4th block diagram of the reflective member which can be used as a folding mirror shown in FIG. The figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 6.
  • the figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 9 The figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 10
  • the figure which shows the optical characteristic of the reflection member of Example 11 The figure which shows the optical characteristic of the reflection member of the comparative example 6
  • the figure which shows the optical characteristic of the reflection member of the comparative example 8 The figure which shows the reflectance of the reflective member of Example 6 to Example 11 with the frequency
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 10 includes a laser oscillator 11, a polarization conversion member 12, a condensing optical system 13, a processing table 14, a drive unit 15, and a control unit 16.
  • the laser oscillator 11 emits linearly polarized laser light having a regular vibration direction.
  • the polarization conversion member 12 is disposed on an optical path until the laser beam emitted from the laser oscillator 11 is irradiated onto the workpiece 17, and converts the linearly polarized laser beam emitted from the laser oscillator 11 into circularly polarized light.
  • the condensing optical system 13 condenses the laser light converted into circularly polarized light by the polarization conversion member 12 on the workpiece 17.
  • the condensing optical system 13 includes a condensing lens and a collimator lens.
  • the processing table 14 is a table on which the processing object 17 is placed.
  • the drive unit 15 moves the processing table 14.
  • the drive unit 15 includes, for example, a motor, and converts electrical energy into mechanical energy.
  • the control unit 16 controls the operation of the laser processing apparatus 10.
  • the control unit 16 can control the timing at which the laser oscillator 11 generates laser light and the timing and direction in which the driving unit 15 moves the processing table 14.
  • the position where the processing target 17 is irradiated with the laser light changes.
  • the laser processing apparatus 10 converts the linearly polarized laser light oscillated by the laser oscillator 11 into circularly polarized light by the polarization conversion member 12 and processes the workpiece 17 using the circularly polarized infrared laser light.
  • the vibration direction of the laser light oscillated by the laser oscillator 11 is ideal linearly polarized light
  • the laser light used for processing by the laser processing apparatus 10 is more isotropic circularly polarized light. For this reason, when drilling is performed using the laser processing apparatus 10, it is possible to form a processing hole having a shape closer to a perfect circle.
  • FIG. 2 is a block diagram of the laser oscillator 11 shown in FIG.
  • the laser oscillator 11 oscillates infrared laser light L having a peak wavelength in the infrared region.
  • the infrared laser light L oscillated by the laser oscillator 11 is linearly polarized light.
  • the laser oscillator 11 includes a housing 20, a laser medium 21, a pair of electrodes 22, a partial reflection mirror 23, a total reflection mirror 24, and a folding mirror 25.
  • the laser medium 21 is an excitation gas such as a mixed gas obtained by adding N 2 (nitrogen) and He (helium) to CO 2 gas, for example.
  • the mixed gas mentioned here is an example, and the laser medium 21 may be any material that can generate infrared laser light having a peak wavelength in the infrared region.
  • the pair of electrodes 22 is an example of an energy supply unit that supplies excitation energy to the laser medium 21. When a voltage is applied to the pair of electrodes 22, a discharge is generated and energy is supplied to the laser medium 21.
  • the partial reflection mirror 23 and the total reflection mirror 24 constitute a resonator.
  • the light is amplified while the light reciprocates between the partial reflection mirror 23 and the total reflection mirror 24.
  • the infrared laser light L is oscillated and the infrared laser light L is emitted from the partial reflection mirror 23.
  • the folding mirror 25 is a reflecting member that is disposed on the optical path between the partial reflection mirror 23 and the total reflection mirror 24 and changes the direction of the optical path. Specifically, the folding mirror 25 is arranged so that the electrode 22 is sandwiched between the folding mirror 25 and the partial reflection mirror 23, and the direction in which the light reflected by the partial reflection mirror 23 enters the total reflection mirror 24. Reflect on.
  • the light reflected by the total reflection mirror 24 is incident on the folding mirror 25 again, and the folding mirror 25 reflects the incident light in a direction to enter the partial reflection mirror 23.
  • the total length can be shortened without changing the optical path length, compared to the case where the folding mirror 25 is not used, and the size of the housing 20 can be reduced.
  • the principle of the laser oscillator 11 will be described.
  • a voltage is applied to the electrode 22, a discharge is generated and energy is supplied to the laser medium 21.
  • the CO 2 molecules in the laser medium 21 are excited by the applied energy, and the excited CO 2 molecules emit light when transitioning to the ground state.
  • the light emitted from the laser medium 21 is repeatedly reflected between the partial reflection mirror 23 and the total reflection mirror 24 and is incident on the laser medium 21 again.
  • the light is amplified while the light reciprocates through the resonator composed of the partial reflection mirror 23 and the total reflection mirror 24.
  • the infrared laser light L is oscillated from the partial reflection mirror 23.
  • a folding mirror 25 is disposed on the optical path between the partial reflection mirror 23 and the total reflection mirror 24.
  • the folding mirror 25 has a large difference between the reflectance for the S wave and the reflectance for the P wave.
  • the folding mirror 25 has a high reflectance with respect to the S wave, the attenuation of the S wave is small even when the reflection of light is repeated, the reflectance with respect to the P wave is lower than the reflectance with respect to the S wave, and the reflection of light.
  • the P wave is greatly attenuated while repeating the above. For this reason, the infrared laser light L oscillated from the partial reflection mirror 23 becomes linearly polarized light.
  • FIG. 3 is a first configuration diagram of the reflecting member 100 that can be used as the folding mirror 25 shown in FIG.
  • the reflection member 100 is an infrared laser reflection member having a high reflectance with respect to infrared laser light. Since the reflection member 100 has a lower reflectivity for the P wave than the reflectivity for the S wave, the P wave attenuates more than the S wave as the light is repeatedly reflected.
  • the reflecting member 100 includes a substrate 1, a silicon oxide film 2, a metal film 3, a ZnS film 4, a Ge film 5, and a SiO film 6.
  • the silicon oxide film 2, the metal film 3, the ZnS film 4, the Ge film 5, and the SiO film 6 are formed on the substrate 1 in the order described above from the side closer to the substrate 1.
  • the term “film formed on the substrate 1” refers to a film formed directly on the substrate 1 and another film between the film and the substrate 1. And a membrane.
  • the reflecting member 100 includes at least the substrate 1, the SiO film 6, and the metal film 3 formed between the substrate 1 and the SiO film 6.
  • the substrate 1 is preferably a material having excellent corrosion resistance, such as a Si substrate or a Cu substrate. In order to prevent light diffusion, the substrate 1 is preferably mirror-finished.
  • the metal film 3 is a reflective film that reflects infrared laser light.
  • the metal film 3 preferably realizes a high reflectance with respect to infrared laser light in the range of 8 ⁇ m to 11 ⁇ m, which is a wavelength region mainly used in a CO 2 laser.
  • the SiO film 6 is formed on the substrate 1 as the outermost layer of the reflecting member 100, for example. By forming the SiO film 6 on the substrate 1, the difference between the reflectivity for the S wave and the reflectivity for the P wave becomes large when the infrared laser light is reflected.
  • FIG. 17 is a diagram showing the wavelength dependence of the refractive index n of SiO, Ge, ZnS, and SiO 2 .
  • FIG. 18 is a diagram showing the wavelength dependence of the extinction coefficient k of SiO, Ge, ZnS, and SiO 2 .
  • FIG. 17 shows the refractive index n at wavelengths of 8 to 11 ⁇ m
  • FIG. 18 shows the extinction coefficient k at wavelengths of 8 to 11 ⁇ m.
  • the extinction coefficient k is proportional to the absorption coefficient ⁇ and is an amount related to light absorption. Since SiO 2 is similar in composition to SiO 2 , the refractive index n and extinction coefficient k of SiO 2 are shown for reference.
  • a transmission material in the wavelength range to be used is selected in order to prevent light absorption.
  • Ge and ZnS are transmissive materials at wavelengths of 8 to 11 ⁇ m, and are also used in the reflecting members of Patent Documents 1 and 2.
  • the SiO film 6 is a material conventionally used mainly in the visible light region, but its use is considered in the wavelength range of 8 ⁇ m to 11 ⁇ m of the infrared laser mainly used in the CO 2 laser. I did not come. SiO is a transmissive material that does not absorb light in the visible region. On the other hand, as shown in FIG. 17, the extinction coefficient k of SiO at a wavelength of 8 to 11 ⁇ m is large and absorbs light, so that it has not been studied for use as a conventional functional film.
  • SiO 2 is a transparent material in the visible region, like SiO. These materials may be identified because the constituent elements are the same, but as shown in FIG. 17, they have different optical constants (refractive index n, extinction coefficient k) at wavelengths of 8 to 11 ⁇ m. Material. That is, it is another substance that exhibits different functions when formed as an optical film.
  • a ZnS film 4 may be formed between the metal film 3 and the SiO film 6, and a Ge film 5 may be formed between the ZnS film 4 and the SiO film 6.
  • the reflectance of the reflecting member 100 with respect to the infrared laser light can be further improved.
  • the reflecting member 100 may have the silicon oxide film 2 between the substrate 1 and the metal film 3.
  • the silicon oxide film 2 is a SiO film, a SiO 2 (silicon dioxide) film, or a Si 2 O 3 (silicon suboxide) film.
  • the substrate 1 is an Si substrate and the metal film 3 is an Au film
  • the Au film is directly formed on the Si substrate, the adhesion between the Si substrate and the Au film is not sufficient, and film peeling occurs.
  • Cheap Therefore, by forming the silicon oxide film 2 between the Si substrate and the Au film, the adhesion between the Si substrate and the Au film can be enhanced.
  • a silicon oxide film 2 that is an oxide film is generated on the surface of the Si substrate by irradiating the surface of the Si substrate with oxide ions using a gas mainly composed of O 2. Can be made. Since the silicon oxide film 2 thus formed is formed integrally with the Si substrate, the adhesion with the Si substrate is very strong.
  • the step of generating the silicon oxide film 2 is performed in a vacuum in a film forming apparatus.
  • the step of forming the Au film may be performed in vacuum following the step of generating the silicon oxide film 2. Thereby, the dangling bond on the surface of the silicon oxide film 2 and the bond of the Au film are combined, and the adhesion between the silicon oxide film 2 and the Au film is also strengthened.
  • the reflecting member 100 is preferably formed by a film forming apparatus having a vacuum chamber.
  • Typical film forming apparatuses include a vapor deposition apparatus, a sputtering apparatus, a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus, and the like.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a film forming apparatus used for manufacturing the reflecting member 100 shown in FIG.
  • the film forming apparatus shown in FIG. 4 is a vacuum vapor deposition apparatus.
  • the manufacturing method of the reflective member 100 using a vacuum evaporation system is demonstrated.
  • the vacuum deposition apparatus includes a vacuum container 30 and a vacuum pump 31.
  • the vacuum pump 31 evacuates the vacuum container 30.
  • a vapor deposition material 32, a cooling stand 33 for installing the vapor deposition material 32, an electron gun 34 for supplying energy to the vapor deposition material 32, a shielding plate 35 for controlling a film forming process, and the substrate 1 are fixed.
  • a dome 36 and an ion source 37 for irradiating ions are installed.
  • a plurality of vapor deposition materials 32 and a substrate 1 housed in a crucible are prepared, the vapor deposition materials 32 are placed on a cooling table 33 in the vacuum vessel 30, and the substrate 1 is placed on a dome 36. At this time, the substrate 1 is placed with the film formation surface facing the vapor deposition material 32.
  • the cooling table 33 can be provided with a plurality of crucibles. The vapor deposition material 32 used for vapor deposition is replaced by the rotation of the cooling table 33. After the deposition material 32 and the substrate 1 are installed, the vacuum vessel 31 is evacuated by the vacuum pump 31 to reduce the pressure in the vacuum vessel 30.
  • the surface of the substrate 1 is irradiated with an O 2 ion beam from the ion source 37.
  • An oxide film is formed on the surface of the substrate 1 by the irradiation of the O 2 ion beam.
  • a step of forming the metal film 3 in vacuum is subsequently performed.
  • the electron gun 34 irradiates a metal that is the vapor deposition material 32 with an electron beam to melt and evaporate the metal.
  • the shielding plate 35 is closed, the space where the evaporated metal exists and the space where the substrate 1 is installed are blocked.
  • the shielding plate 35 is opened and the film formation is started in a state where the evaporation amount is stable.
  • the evaporated metal touches the substrate 1 installed on the dome 36, it adheres to the substrate 1 and accumulates. Thereby, the metal film 3 can be formed on the substrate 1.
  • the shielding plate 35 is closed to finish the film formation.
  • the vapor deposition material 32 irradiated with the electron beam from the electron gun 34 is replaced.
  • the vapor deposition material 32 is replaced with ZnS.
  • the step of forming the ZnS film 4 is completed, the step of forming the Ge film 5 is subsequently performed.
  • the formation process of the Ge film 5 is completed, the formation process of the SiO film 6 is subsequently performed. Thereby, the SiO film 6 is formed on the metal film 3.
  • the same procedure as the formation process of the metal film 3 is repeated.
  • the substrate 1 is taken out from the vacuum container 30.
  • each layer of the reflecting member 100 of Example 1 is referred to as a first layer, a second layer, a third layer, a fourth layer, and a fifth layer in order from the side closer to the substrate.
  • the substrate 1 is a mirror-finished circular Si substrate having a diameter of 40 mm
  • the metal film 3 is an Au film
  • the silicon oxide film 2 is an SiO film 6.
  • the substrate is a mirror-finished circular Si substrate having a diameter of 40 mm, and an Au layer, which is a metal film, is directly formed thereon.
  • a silicon oxide film, a ZnS film, a Ge film, and a SiO film Does not contain membrane.
  • Comparative Example 2 The material and film thickness of each layer of the reflecting member of Comparative Example 2 are as follows. Comparative Example 2 is a configuration in which the SiO film 6 that is the outermost layer is omitted from the configuration of Example 1. 4th layer Ge 540nm Third layer ZnS 1090nm Second layer Au 200nm 1st layer SiO 10nm Substrate Si 10mm
  • FIG. 5 is a diagram showing the optical characteristics of the reflecting member 100 of Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member of Comparative Example 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member of Comparative Example 2.
  • the horizontal axis in FIGS. 5 to 7 represents the wavelength of light incident on the reflecting member, and the unit is ⁇ m.
  • shaft of FIGS. 5-7 is the reflectance with respect to each wavelength of a reflection member, and a unit is%. The reflectivity is shown for each of the S wave and the P wave.
  • the reflective member 100 of Example 1 shows that the difference between the reflectance for the S wave and the reflectance for the P wave is a comparative example. It can be seen that it is larger than 1 and Comparative Example 2. Since the reflective member of Comparative Example 2 has a configuration in which the outermost SiO film 6 is omitted from the reflective member 100 of Example 1, the difference between the reflectivity for the S wave and the reflectivity for the P wave is as follows. You can see that it is created. Further, comparing FIGS. 6 and 7, it can be seen that the reflectance of Comparative Example 2 is higher than that of Comparative Example 1 over the entire wavelength region.
  • the reflective member of Comparative Example 2 has a configuration in which the SiO film, which is the silicon oxide film 2 on the substrate 1, the ZnS film 4, and the Ge film 5 are added to the reflective member of Comparative Example 1, and thus the SiO film, ZnS It can be seen that the reflectance is improved by forming the film 4 and the Ge film 5.
  • FIG. 8 is a diagram showing the reflectance of the reflecting member of Example 1 and Comparative Example 1 together with the number of reflections. This table shows the reflectance with respect to light having a wavelength of 9.3 ⁇ m at each number of reflections.
  • the reflecting member 100 When the reflecting member 100 is used in the laser oscillator 11, light is repeatedly reflected. In this case, the influence of the difference in reflectance on the characteristics of the emitted laser light is increased.
  • the reflectance with respect to the S wave of the reflecting member 100 of Example 1 is 99.7%
  • the reflectance with respect to the S wave of the reflecting member of Comparative Example 1 is 99.1%
  • the reflectance of one reflection is The difference is 0.6%
  • the reflectance of the reflecting member 100 of Example 1 with respect to the S wave is 86.1%
  • the reflectance of the reflecting member of Comparative Example 1 with respect to the S wave is 63.6%.
  • the difference is 22.5%.
  • the reflectance with respect to the P wave of the reflecting member 100 of Example 1 is 90.4% in one reflection, and the reflectance with respect to the P wave of the reflecting member of Comparative Example 1 is 98.3%. In this case, when reflection is repeated 50 times, the reflectance of the reflecting member 100 of Example 1 with respect to the P wave is 0.6%, and the reflectance of the reflecting member of Comparative Example 1 with respect to the P wave is 42.4%.
  • the P wave component is included in the oscillated laser light. It does not become linearly polarized light when mixed.
  • Example 1 since the difference between the reflectance for the S wave and the reflectance for the P wave is large, the P wave is attenuated each time reflection is repeated. For this reason, when it is used as the folding mirror 25 in the laser oscillator 11, it becomes possible to oscillate linearly polarized laser light.
  • the reflectance of the reflecting member of Comparative Example 2 with respect to the S wave is 99.7%, and the reflectance with respect to the P wave is 99.4%.
  • Comparative Example 2 a high reflectance is achieved as in Example 1, but since the difference in reflectance between the S wave and the P wave is small, when mounted on the laser oscillator 11, linearly polarized laser light is output. Can not do it.
  • each layer of the reflecting member 100 of Example 2 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-processed circular Si substrate with a diameter of 40 mm
  • the metal film 3 is an Au film
  • the silicon oxide film 2 is a SiO film.
  • Comparative Example 3 The material and film thickness of each layer of the reflecting member of Comparative Example 3 are as follows. Comparative Example 3 is a configuration in which the SiO film that is the silicon oxide film 2 is omitted from the configuration of Example 2. 4th layer SiO 150nm 3rd layer Ge 590nm Second layer ZnS 1120nm 1st layer Au 200nm Substrate Si 10mm
  • Comparative Example 4 The material and film thickness of each layer of the reflecting member of Comparative Example 4 are as follows.
  • the SiO film which is the silicon oxide film 2 of Example 2
  • Cr is generally used as a material that reinforces the adhesion between the substrate and the Au film.
  • FIG. 9 is a table showing the durability test results of the reflective members of Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4. This table shows the results of the tape peel test, the results of the high temperature test, and the suitability for the laser oscillator.
  • a circle indicates that the test result satisfies the standard, and a cross indicates that the standard is not satisfied.
  • the tape peeling test is performed by a method according to MIL (MILitary Specifications and Standard) -C-48497A. In the tape peeling test, the type of tape specified by the above standard is used. After sticking the tape on the film surface of the reflecting member, the tape is pulled at once in a direction perpendicular to the film surface.
  • membrane is confirmed using visual observation and a microscope.
  • a round mark as a result of the tape peeling test indicates that peeling did not occur, and a cross mark indicates that peeling occurred.
  • the test result is judged based on the characteristics of the reflecting member after the reflecting member is placed in a high temperature environment of 200 ° C. for 48 hours.
  • the reflectance and the state of the film are measured.
  • a circle in the result of the high temperature test indicates that the reflectance is equal to or higher than the threshold value, and a cross indicates that the reflectance is less than the threshold value and the optical characteristics are deteriorated.
  • the suitability for the laser oscillator indicates whether or not the target reflecting member is suitable for use inside the laser oscillator.
  • the suitability circle for the laser oscillator indicates that it is compatible, and the cross indicates that it is not compatible. In the example of FIG. 9, it is determined that there is compatibility when no peeling occurs as a result of the tape peeling test, and when the optical characteristics satisfy the standard as a result of the high temperature test.
  • the reflecting member 100 of Example 2 did not cause peeling, and as a result of the high temperature test, the optical characteristics met the criteria. Therefore, the reflecting member 100 had compatibility as a reflecting member for a laser oscillator. It has been judged.
  • the reflective member of Comparative Example 3 does not satisfy the criteria of either the tape peeling test or the high temperature test, and is determined not to have compatibility as a reflective member for a laser oscillator.
  • the reflecting member of Comparative Example 3 is provided with an Au film directly on the Si substrate. When the reflecting member of Comparative Example 3 is placed in a high temperature environment, it is considered that Si is diffused from the substrate into the Au film and the reflectance is lowered.
  • the reflective member of Comparative Example 4 Although the criteria for the tape peel test were satisfied, the criteria for the high temperature test were not satisfied, and it was determined that the laser oscillator was not suitable.
  • a Cr film is formed between the Si substrate and the Au film. The Cr film has improved adhesion to the substrate, and the reflective member of Comparative Example 4 satisfies the criteria of the tape peeling test.
  • the reflective member of Comparative Example 4 does not satisfy the high temperature test standard. This is presumably because Si and Cr diffuse into the Au film in a high temperature environment and the reflectance of the reflecting member is lowered. From the test results shown in FIG.
  • the SiO film provided between the Si substrate and the Au film reinforces the adhesion between the Si substrate and the Au film in the same way as the Cr film, and the Si film does not melt even in a high temperature environment. It can be seen that it prevents diffusion into the Au film and suppresses a decrease in reflectance.
  • the reflecting member 100 is formed with a SiO film between the Si substrate and the Au film, so that deterioration in performance over time can be suppressed, and durability that can withstand the internal use of the laser oscillator 11 is provided. ing.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member 100 according to the second embodiment. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance for the S wave of the reflecting member 100 of Example 2 is 99.7%, and the reflectance for the P wave is 90.4%.
  • each layer of the reflecting member 100 of Example 3 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-finished 40 mm square flat Si substrate, the metal film 3 is an Au film, and the silicon oxide film 2 is a SiO 2 film.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member 100 according to the third embodiment. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance for the S wave of the reflecting member 100 of Example 3 is 99.7%, and the reflectance for the P wave is 95.1%. 5th layer SiO 50nm 4th layer Ge 540nm Third layer ZnS 920nm Second layer Au 200nm 1st layer SiO 2 10nm Substrate Si 10mm
  • each layer of the reflecting member 100 of Example 4 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-finished 40 mm square flat Si substrate, the metal film 3 is an Au film, and the silicon oxide film 2 is a SiO 2 film.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member 100 according to the fourth embodiment. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance for the S wave of the reflecting member 100 of Example 4 is 99.7%, and the reflectance for the P wave is 86.5%. 5th layer SiO 160nm 4th layer Ge 600nm Third layer ZnS 810nm Second layer Au 200nm 1st layer SiO 2 10nm Substrate Si 10mm
  • each layer of the reflective member 100 of Example 5 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-finished 40 mm square Si substrate, the metal film 3 is an Au film, and the silicon oxide film 2 is a Si 2 O 3 film.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member 100 according to the fifth embodiment. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance for the S wave of the reflecting member 100 of Example 5 is 99.6%, and the reflectance for the P wave is 85.1%.
  • each layer of the reflective member of Comparative Example 5 is as follows.
  • the substrate is a mirror-finished 40 mm square Si substrate, the metal film is an Au film, and a Si 2 O 3 film is formed between the Si substrate and the Au film.
  • the thickness of the outermost SiO film is 340 nm, which is thicker than those of Examples 1 to 5 of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member of Comparative Example 5. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance of the reflective member of Comparative Example 5 with respect to the S wave is 96.8%, and the reflectance with respect to the P wave is 72.6%.
  • Third layer ZnS 1110nm Second layer Au 100nm First layer Si 2 O 3 15 nm
  • the reflecting members 100 of Examples 2 to 5 of the present invention are different in the difference between the reflectance for S wave and the reflectance for P wave in the infrared wavelength region. It can be seen that it is as large as 1.
  • FIG. 15 is a diagram showing the reflectance of the reflecting members of Examples 2 to 5 and Comparative Example 5 together with the number of reflections.
  • the reflection member 100 of Example 2 to Example 5 has a large difference between the reflectance for the S wave and the reflectance for the P wave each time reflection is repeated. For this reason, it is possible to attenuate the P wave, and it is possible to maintain a high reflectance even if the S wave is repeatedly reflected. For this reason, when the reflecting member 100 of Example 2 to Example 5 is used as the folding mirror 25 in the laser oscillator 11, it is possible to oscillate linearly polarized infrared laser light.
  • the reflecting member of Comparative Example 5 has a large difference between the reflectance for the S wave and the reflectance for the P wave, and the P wave can be attenuated by repeating the reflection.
  • the reflection member of the comparative example 5 is not sufficient to use the reflectivity for the S wave as the folding mirror 25 of the laser oscillator 11, and the S wave is attenuated each time the reflection is repeated. Cannot oscillate.
  • FIG. 16 is a diagram showing the durability test results of the reflective members of Example 1, Example 3, Example 4, and Example 5.
  • the test contents shown in FIG. 16 are the same as those in FIG. Referring to FIG. 16, it can be seen that all of the reflecting members 100 of Examples 1, 3, 4, and 5 have durability that can withstand use in the laser oscillator 11.
  • the silicon oxide film 2 is a silicon monoxide SiO film in Example 1 and Example 2, is a silicon dioxide SiO 2 film in Example 3 and Example 4, and is a silicon oxide Si 2 O 3 film in Example 5. It is. Referring to FIG. 16, it can be seen that any silicon oxide film 2 can be used to constitute the reflecting member 100 having durability that can withstand use in the laser oscillator 11.
  • the film thickness of each layer of the reflecting member 100 is preferably within the following range.
  • the thickness of each layer of the reflective member 100 is more preferably in the following range. 1st layer Silicon oxide film 2 1 nm or more and 50 nm or less 2nd layer Metal film 3 20 nm or more and 300 nm or less 3rd layer ZnS film 4 800 nm or more and 1200 nm or less 4th layer Ge film 5 500 nm or more and 600 nm or less 5th layer SiO film 6 20 nm or more and 200 nm Less than
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
  • the configuration in which the ZnS film 4 and the Ge film 5 are omitted and the configuration in which the ZnS film 4 and the Ge film 5 are replaced with films of other materials are also within the scope of the technical idea of the present invention. It is. In the case where the ZnS film 4 and the Ge film 5 are replaced with films made of other materials, it is preferable to use a material that increases the reflectance with respect to infrared laser light. Alternatively, in the above embodiment, a film that enhances the adhesion between the metal film 3 and the substrate 1 may be used instead of the silicon oxide film 2.
  • FIG. 19 is a second configuration diagram of the reflecting member 200 that can be used as the folding mirror 25 illustrated in FIG. 2.
  • a reflective member 200 shown in FIG. 19 includes a substrate 1, a metal film 3, and a SiO film 6. The metal film 3 and the SiO film 6 are formed in the order described above from the side closer to the substrate 1.
  • FIG. 20 is a third configuration diagram of the reflecting member 300 that can be used as the folding mirror 25 shown in FIG.
  • a reflection member 300 shown in FIG. 20 includes a substrate 1, a metal film 3, a ZnS film 4, a Ge film 5, and a SiO film 6.
  • the metal film 3, the ZnS film 4, the Ge film 5, and the SiO film 6 are formed in the order described above from the side closer to the substrate 1.
  • FIG. 21 is a fourth block diagram of the reflecting member 400 that can be used as the folding mirror 25 shown in FIG.
  • a reflective member 400 shown in FIG. 21 includes a substrate 1, a Cr (chromium) film 7, a metal film 3, and a SiO film 6.
  • the Cr film 7, the metal film 3, and the SiO film 6 are formed in the order described above from the side closer to the substrate 1.
  • the reflection member 200, the reflection member 300, and the reflection member 400 are infrared laser reflection members having a high reflectance with respect to infrared laser light, as with the reflection member 100.
  • the reflective member 200, the reflective member 300, and the reflective member 400 have a reflectance for the P wave that is lower than that for the S wave. Is also greatly attenuated.
  • Example 6 shown below is an example of the reflecting member 200
  • Examples 7 to 10 are examples of the reflecting member 300
  • Example 11 is an example of the reflecting member 400.
  • each layer of the reflecting member 200 of Example 6 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-finished 40 mm diameter square Cu substrate, and the metal film 3 is an Au film.
  • FIG. 22 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member 200 of Example 6. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance for the S wave of the reflecting member 200 of Example 6 is 98.8%, and the reflectance for the P wave is 86.1%.
  • Example 7 The material and film thickness of each layer of the reflecting member 300 of Example 7 are as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-finished 40 mm diameter square Cu substrate, and the metal film 3 is an Au film.
  • FIG. 23 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member 300 of Example 7.
  • the reflectance of the reflecting member 300 of Example 7 with respect to the S wave is 99.7%
  • the reflectance with respect to the P wave is 92.0%.
  • the phase difference between the P wave and the S wave in the reflecting member 300 of Example 7 is ⁇ 0.9 °.
  • each layer of the reflecting member 300 of Example 8 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-processed circular Cu substrate with a diameter of 40 mm, and the metal film 3 is an Au film.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member 300 of Example 8.
  • the reflectance of the reflecting member 300 of Example 8 with respect to the S wave is 99.7%
  • the reflectance with respect to the P wave is 94.4%
  • the phase difference between the P wave and the S wave in the reflecting member 300 of Example 8 is 0.1 °.
  • each layer of the reflecting member 300 of Example 9 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-processed circular Cu substrate with a diameter of 40 mm, and the metal film 3 is an Au film.
  • FIG. 25 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member 300 of Example 9.
  • the reflectance of the reflecting member 300 of Example 9 with respect to the S wave is 99.7%
  • the reflectance with respect to the P wave is 85.4%.
  • the phase difference between the P wave and the S wave in the reflecting member 300 of Example 9 is ⁇ 1.0 °.
  • each layer of the reflecting member 300 of Example 10 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-processed circular Cu substrate with a diameter of 40 mm, and the metal film 3 is an Au film.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating optical characteristics of the reflecting member 300 of Example 10.
  • the reflectance for the S wave of the reflecting member 300 of Example 10 is 99.1%
  • the reflectance for the P wave is 80.6%
  • the phase difference between the P wave and the S wave in the reflecting member 300 of Example 10 is ⁇ 1.3 °.
  • each layer of the reflecting member 400 of Example 11 is as follows.
  • the substrate 1 is a mirror-finished 40 mm diameter square Cu substrate, and the metal film 3 is an Au film.
  • FIG. 27 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member 400 of Example 11.
  • the reflectance for the S wave of the reflecting member 400 of Example 11 is 98.8%
  • the reflectance for the P wave is 86.1%.
  • each layer of the reflecting member of Comparative Example 6 is as follows.
  • the substrate is a mirror-processed circular Cu substrate with a diameter of 40 mm, and the metal film is an Au film.
  • the reflecting member of Comparative Example 6 has a configuration in which the outermost layer employs an SiO 2 film instead of the SiO film.
  • FIG. 28 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member of Comparative Example 6. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance of the reflective member of Comparative Example 6 with respect to the S wave is 97.7%, and the reflectance with respect to the P wave is 92.9%.
  • each layer of the reflecting member of Comparative Example 7 is as follows.
  • the substrate is a mirror-processed circular Cu substrate with a diameter of 40 mm, and the metal film is an Au film.
  • the reflecting member of Comparative Example 7 has a configuration in which the outermost layer employs not a SiO film but a ZnS film.
  • FIG. 29 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member of Comparative Example 7. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance of the reflecting member of Comparative Example 7 with respect to the S wave is 99.1%, and the reflectance with respect to the P wave is 98.2%.
  • each layer of the reflecting member of Comparative Example 8 are the configurations cited in Patent Document 1.
  • the substrate is a mirror-processed circular Cu substrate having a diameter of 40 mm, and the second-layer metal film is an Au film.
  • the reflecting member of Comparative Example 7 has a configuration in which the outermost layer employs a Ge film instead of an SiO film. 7th layer Ge 670nm Sixth layer ZnS 1170nm 5th layer Ge 670nm Fourth layer ZnS 1170nm Third layer HfO 2 100 nm Second layer Au 300nm 1st layer Cr 100nm Substrate Cu 4mm
  • FIG. 30 is a diagram showing optical characteristics of the reflecting member of Comparative Example 8. At a wavelength of 9.3 ⁇ m, the reflectance of the reflective member of Comparative Example 8 with respect to the S wave is 99.9%, and the reflectance with respect to the P wave is 99.7%.
  • FIG. 31 and FIG. 32 are diagrams showing the reflectances of the reflecting members of Examples 6 to 11 and the reflecting members of Comparative Examples 6 to 8 together with the number of reflections, respectively.
  • the difference between the reflectance for the S wave and the reflectance for the P wave increases each time reflection is repeated. For this reason, it is possible to attenuate the P wave, and it is possible to maintain a high reflectance even if the S wave is repeatedly reflected.
  • the reflectance of the S wave is 50% or more, and the ratio of the reflectance of the S wave and the P wave is 10 or more.
  • the reflecting members 200, 300, and 400 of Embodiments 6 to 11 are used as the folding mirror 25 in the laser oscillator 11, linearly polarized infrared laser light can be oscillated.
  • the reflectance with respect to the S wave decreases each time the reflection is repeated, and when the reflection is repeated 50 times, the reflectance of the S wave does not reach 40% as a guide.
  • the reflection member of Comparative Example 6 does not have sufficient reflectivity for the S wave as the folding mirror 25 of the laser oscillator 11, and the S wave is attenuated each time reflection is repeated, so that the laser with sufficient intensity is used. Cannot oscillate light.
  • the reflectance with respect to the S wave exceeds 40%.
  • the reflectance ratio between the S wave and the P wave is approximately 1: 1, and no difference in reflectance is obtained.
  • the reflecting member of Comparative Example 7 is mounted on a laser oscillator, the P-wave component is mixed with the oscillated laser light, and thus linearly polarized laser light cannot be output.
  • linearly polarized laser light cannot be output for the same reason.
  • FIG. 33 is a table showing the durability test results of the reflecting members of Examples 6 to 11. This table shows the results of the tape peel test, the results of the high temperature test, and the suitability for the laser oscillator.
  • the reflecting members 200, 300, and 400 of Examples 6 to 11 no peeling occurred as a result of the tape peeling test, and the optical characteristics met the standard as a result of the high temperature test. It is determined that it has suitability.
  • the phenomenon that the substrate element diffuses into the Au film as in the Si substrate was not observed.
  • a film such as an oxide or a sulfide may be formed between the Cu substrate and the metal film in order to enhance the adhesion.
  • the reflective member 300 of Examples 7 to 10 includes a substrate, a metal film, a ZnS film, a Ge film, and an SiO film, and the metal film, the ZnS film, the Ge film, and the SiO film are formed on the substrate. They are formed in the order described above from the side closer to the substrate.
  • a reflecting member 300 by setting the film thickness of each layer in the following range, while obtaining a high reflectance with respect to the S wave, a difference in reflectance between the S wave and the P wave is created, and S The phase difference between the wave and the P wave can be controlled within ⁇ 1 °.
  • Such a reflecting member contributes to high output and stabilization of the laser oscillator.
  • First layer Metal film 50 nm or more and 300 nm or less
  • Fourth layer SiO film 40 nm or more and 180 nm or less
  • a linearly polarized laser oscillator having an industrially usable output can be realized by applying the reflecting member of the present invention.
  • Embodiment 3 shows an example of a laser oscillator that uses at least one of the reflecting member 100, the reflecting member 200, the reflecting member 300, and the reflecting member 400 of the present invention.
  • FIG. 34 is another configuration diagram of the laser oscillator 11 shown in FIG.
  • the laser oscillator 11 includes a partial reflection mirror 41, an orthogonal mirror 42 for reflecting the laser light reflected by the partial reflection mirror 41 along the optical axis of the laser light, and a pair of discharge electrodes 43 and 44. And a laser gas functioning as a laser medium.
  • the partial reflection mirror 41 functions as an output mirror that extracts part of the oscillated laser light to the outside as laser light 45.
  • the orthogonal mirror 42 has two reflection surfaces orthogonal to each other, and a line where both reflection surfaces intersect is referred to as a “valley line” in this specification.
  • the gas flow direction of the laser gas, the discharge direction of the pair of discharge electrodes 43 and 44, and the direction of the optical axis between the partial reflection mirror 41 and the orthogonal mirror 42 are orthogonal to each other.
  • the direction of the laser gas flow is the x direction
  • the discharge direction of the discharge electrodes 43 and 44 is the y direction
  • the optical axis between the partial reflection mirror 41 and the orthogonal mirror 42 is the z direction.
  • the discharge electrodes 43 and 44 are provided on the back surfaces opposite to the opposing surfaces of the dielectric plates 46 and 47, respectively, and are connected to a high-frequency power source 49 via a feeder line 48.
  • a uniform glow discharge is formed.
  • a laser gas is supplied between the discharge electrodes 43 and 44 in the direction indicated by the arrow 50.
  • molecules or atoms in the laser gas are excited to the upper level of the laser by glow discharge, the laser amplifies the light. become.
  • a mixed gas containing CO 2 molecules is used as the laser gas, laser amplification with a wavelength of 9.3 ⁇ m becomes possible by the transition between vibration levels of the CO 2 molecules.
  • FIG. 35 is a diagram showing energy gain distribution in the laser oscillator 11 shown in FIG.
  • the gain distribution along the y direction of the discharge direction is generally constant.
  • the gain distribution along the x direction of the gas flow direction varies greatly depending on the position. This is because when the laser gas passes through the glow discharge 51, the upper level of the laser is sequentially accumulated as the passing time increases.
  • the gain is a mountain-shaped distribution shape that is low on the gas upstream side of the glow discharge 51, is highest on the gas downstream side, and gradually decreases outside the glow discharge 51.
  • the reference axis 52 is set in a direction at an angle of 45 degrees with respect to the y direction that is the discharge direction, and the orthogonal mirror 42 is arranged so that the valley line of the orthogonal mirror 42 is parallel to the reference axis 52.
  • the laser beam reflected by the orthogonal mirror 42 becomes equal to an image obtained by rotating a mirror-symmetric image of the incident laser beam with respect to the reference axis 52 by 90 degrees around the optical axis. That is, the influence of the gain distribution 62 along the y direction and the influence of the gain distribution 63 along the x direction can be averaged. Therefore, in such a laser oscillator 11, it is possible to stably obtain a laser beam that suppresses higher-order transverse modes in the x direction and the y direction and has excellent isotropic beam intensity.
  • At least one of the two reflecting surfaces of the orthogonal mirror 42 is at least one of the reflecting members 100, 200, 300, and 400. It is.
  • the reflecting member on which the Au film shown in Comparative Example 1 is formed is applied to both surfaces of the orthogonal mirror 42, a linearly polarized laser is not generated as described above. Randomly polarized laser light that cannot be called isotropic appears.
  • the orthogonal type can be obtained while the laser is amplified.
  • the S-wave laser light for the mirror 42 survives, and the P-wave laser light orthogonal thereto is extinguished. That is, linearly polarized laser light is realized.
  • the reflecting member 100 of the present invention As described above, in order to realize the laser oscillator 11 that has sufficient output for industrial use, isotropic in beam intensity, and oscillates a linearly polarized laser, the reflecting member 100 of the present invention. , 200, 300, 400 are indispensable.
  • Example 36 the reflecting members of Example 2, Example 6, Example 7, Comparative Example 1, Comparative Example 6, and Comparative Example 8 were applied to one surface of an orthogonal mirror and mounted on a laser oscillator to evaluate the performance. Results are shown. Here, the evaluation results are indicated by symbols ⁇ , ⁇ , and ⁇ in order from the favorable result.
  • the gas flow density and distribution inside the oscillator are actually not constant, so the optical axis is not necessarily a straight line but slightly distorted. That is, not only the S-wave component laser resonates in theory, but part of the S-wave component laser changes to the P-wave component, and the P-wave component laser resonates in the same manner as the S-wave component for a certain period of time. . For the above reason, this P wave component also changes to an S wave component when reflected by the orthogonal mirror. When the P wave returns to the S wave, if there is a phase difference between the original S wave and the P wave, the energy of the P wave is not supplied and disappears. For this reason, in order to implement
  • First layer Metal film 50 nm or more and 300 nm or less
  • Fourth layer SiO film 40 nm or more and 180 nm or less
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part. According to the present invention, it is possible to realize a laser oscillator that has a sufficient output for industrial use, has an isotropic beam intensity, and oscillates a linearly polarized laser.

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Abstract

赤外レーザ用反射部材（１００）は、基板（１）と、ＳｉＯ膜（６）と、基板（１）とＳｉＯ膜（６）との間に形成された金属膜（３）と、を備える。

Description

赤外レーザ用反射部材、レーザ発振器、レーザ加工装置および赤外レーザ用反射部材の製造方法
　本発明は、赤外レーザ光を反射する赤外レーザ用反射部材、レーザ発振器、レーザ加工装置および赤外レーザ用反射部材の製造方法に関する。
　レーザ光を照射して対象物の形状を加工するレーザ加工装置は、様々な分野で用いられている。レーザ加工装置が用いるレーザ光の波長は、加工する対象物の材質に合わせて選択される。ＣＯ２（二酸化炭素）レーザに代表される波長９μｍ帯の赤外レーザ光は、樹脂製のプリント基板に配線電極を形成するための穴あけ加工などに使用されている。
　穴あけ加工を行う場合、レーザ加工装置に対しては、より真円に近い形状の加工穴を形成することが求められる。真円に近い形状の加工穴を形成するためには、加工に用いるレーザ光が、等方的な円偏光であることが必要となる。このような要求を満たすため、直線偏光のレーザ光を発振するレーザ発振器と、光路上に配置された偏光変換部材とを備え、直線偏光のレーザ光を円偏光に変換する方式を採用したレーザ加工装置がある。このようなレーザ加工装置がより等方的な円偏光のレーザ光を出射するためには、振動方向が規則的である理想的な直線偏光を発振するレーザ発振器が必要となる。
　赤外レーザ光の波長領域で用いられる反射部材としては、例えば特許文献１および特許文献２に開示されたものが挙げられる。特許文献１に開示された反射部材は、Ｓｉ（シリコン）基板またはＣｕ（銅）基板の上に、Ｃｒ（クロム）層と、Ａｕ（金）層またはＡｇ（銀）層と、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）層またはＢｉ２Ｏ３（酸化ビスマス）層と、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）層またはＺｎＳ（硫化亜鉛）層と、Ｇｅ（ゲルマニウム）層とが形成されている。特許文献２に開示された反射部材は、Ｓｉ基板またはＣｕ基板の上に、Ａｕ層と、ＹＦ３（フッ化イットリウム）層またはＹｂＦ３（フッ化イッテルビウム）層と、ＺｎＳｅ層またはＺｎＳ層と、Ｇｅ層と、ＺｎＳｅ層またはＺｎＳ層と、ＹＦ３層またはＹｂＦ３層とが形成されている。上記従来の反射部材は、いずれも赤外レーザ光に対して９９．７％以上の反射率を実現している。
特開２００３－３０２５２０号公報 特開２００９－０８６５３３号公報
　しかしながら、上記従来の反射部材をレーザ発振器の内部で用いる場合、レーザ発振器から発振されるレーザ光が直線偏光にならないという問題があった。直線偏光のレーザ光を得るためには、反射部材のＳ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との間に差があることが必要である。しかしながら、上記従来の反射部材ではＳ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が小さいため、直線偏光を発振するレーザ発振器を構成することができない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直線偏光の赤外レーザ光を発振するレーザ発振器を構成することが可能な赤外レーザ用反射部材を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る赤外レーザ用反射部材は、基板と、ＳｉＯ（一酸化ケイ素）膜と、基板とＳｉＯ膜との間に形成された金属膜と、を備える。
　本発明によれば、振動方向が規則的な直線偏光の赤外レーザ光を発振するレーザ発振器を実現することが可能な赤外レーザ用反射部材を得ることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を模式的に示す図 図１に示したレーザ発振器の構成図 図２に示した折り返しミラーとして使用可能な反射部材の第１の構成図 図３に示した反射部材の製造に用いる成膜装置の概略構成図 実施例１の反射部材の光学特性を示す図 比較例１の反射部材の光学特性を示す図 比較例２の反射部材の光学特性を示す図 実施例１および比較例１の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図 実施例２、比較例３および比較例４の反射部材の耐久性試験結果を示す表 実施例２の反射部材の光学特性を示す図 実施例３の反射部材の光学特性を示す図 実施例４の反射部材の光学特性を示す図 実施例５の反射部材の光学特性を示す図 比較例５の反射部材の光学特性を示す図 実施例２から実施例５および比較例５の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図 実施例１、実施例３、実施例４および実施例５の反射部材の耐久試験結果を示す図 各種材料の屈折率を示す図 各種材料の消衰係数を示す図 図２に示した折り返しミラーとして使用可能な反射部材の第２の構成図 図２に示した折り返しミラーとして使用可能な反射部材の第３の構成図 図２に示した折り返しミラーとして使用可能な反射部材の第４の構成図 実施例６の反射部材の光学特性を示す図 実施例７の反射部材の光学特性を示す図 実施例８の反射部材の光学特性を示す図 実施例９の反射部材の光学特性を示す図 実施例１０の反射部材の光学特性を示す図 実施例１１の反射部材の光学特性を示す図 比較例６の反射部材の光学特性を示す図 比較例７の反射部材の光学特性を示す図 比較例８の反射部材の光学特性を示す図 実施例６から実施例１１の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図 比較例６から比較例８の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図 実施例６から実施例１１の反射部材の耐久性試験結果を示す表 図１に示したレーザ発振器の別の構成図 図３４に示すレーザ発振器におけるエネルギーの利得分布を示す図 本発明の反射部材を適用したレーザ発振器の性能を評価した図
　以下に、本発明の実施の形態に係る赤外レーザ用反射部材、レーザ発振器、レーザ加工装置および赤外レーザ用反射部材の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１と、偏光変換部材１２と、集光光学系１３と、加工テーブル１４と、駆動部１５と、制御部１６とを有する。
　レーザ発振器１１は、振動方向が規則的な直線偏光のレーザ光を出射する。偏光変換部材１２は、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光が加工対象物１７に照射されるまでの光路上に配置され、レーザ発振器１１から出射された直線偏光のレーザ光を円偏光に変換する。集光光学系１３は、偏光変換部材１２によって円偏光に変換されたレーザ光を加工対象物１７に集光させる。集光光学系１３は、集光レンズおよびコリメータレンズを含む。加工テーブル１４は、加工対象物１７を載せる台である。駆動部１５は、加工テーブル１４を移動させる。駆動部１５は、例えばモータを有し、電気エネルギーを力学的エネルギーに変換する。制御部１６は、レーザ加工装置１０の動作を制御する。例えば、制御部１６は、レーザ発振器１１がレーザ光を発生させるタイミングと、駆動部１５が加工テーブル１４を移動させるタイミングおよび方向とを制御することができる。駆動部１５が加工テーブル１４を移動させることで、レーザ光が加工対象物１７に照射される位置が変化する。レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１１が発振した直線偏光のレーザ光を偏光変換部材１２で円偏光に変換して、円偏光の赤外レーザ光を用いて加工対象物１７の加工を行う。レーザ発振器１１が発振するレーザ光の振動方向がより規則的である理想的な直線偏光である場合、レーザ加工装置１０が加工に用いるレーザ光はより等方的な円偏光となる。このため、レーザ加工装置１０を用いて穴あけ加工を行う際に、より真円に近い形状の加工穴を形成することができる。
　図２は、図１に示したレーザ発振器１１の構成図である。レーザ発振器１１は、赤外領域にピーク波長を有する赤外レーザ光Ｌを発振する。レーザ発振器１１が発振する赤外レーザ光Ｌは、直線偏光である。レーザ発振器１１は、筐体２０と、レーザ媒質２１と、一対の電極２２と、部分反射ミラー２３と、全反射ミラー２４と、折り返しミラー２５とを備える。
　レーザ媒質２１は、例えばＣＯ２ガスにＮ２（窒素）およびＨｅ（ヘリウム）を加えた混合ガスなどの励起ガスである。混合ガスのガス比率は、ＣＯ２：Ｎ２：Ｈｅ＝１０：３０：６０である。ここに挙げた混合ガスは一例であり、レーザ媒質２１は、赤外領域にピーク波長を有する赤外レーザ光を発生させることができるものであればよい。一対の電極２２は、レーザ媒質２１に励起エネルギーを供給するエネルギー供給部の一例である。一対の電極２２に電圧を印加すると、放電が生じて、レーザ媒質２１にエネルギーが供給される。部分反射ミラー２３および全反射ミラー２４は、共振器を構成する。部分反射ミラー２３および全反射ミラー２４の間を光が往復する間に、光は増幅される。光の強度が閾値を超えると、赤外レーザ光Ｌが発振されて、部分反射ミラー２３から赤外レーザ光Ｌが出射する。折り返しミラー２５は、部分反射ミラー２３および全反射ミラー２４の間の光路上に配置されて、光路の向きを変更する反射部材である。具体的には、折り返しミラー２５は、折り返しミラー２５と部分反射ミラー２３との間に電極２２を挟むように配置されており、部分反射ミラー２３が反射した光を全反射ミラー２４に入射する向きに反射する。全反射ミラー２４が反射した光は、再び折り返しミラー２５に入射されて、折り返しミラー２５は、入射された光を部分反射ミラー２３に入射する向きに反射する。折り返しミラー２５を用いて光路を折り返すことで、折り返しミラー２５を用いない場合と比較して、光路長を変えずに全長を短縮することができ、筐体２０のサイズを小さくすることができる。
　レーザ発振器１１の原理について説明する。電極２２に電圧を印加すると、放電が生じてレーザ媒質２１にエネルギーが供給される。レーザ媒質２１中のＣＯ２分子は、与えられたエネルギーによって励起されて、励起状態のＣＯ２分子は基底状態に遷移する際に光を発する。レーザ媒質２１が発した光は、部分反射ミラー２３と全反射ミラー２４との間で繰り返し反射されて、再びレーザ媒質２１に入射される。レーザ媒質２１に含まれる励起状態のＣＯ２分子に光が入射すると、光の誘導放出が生じて、励起状態のＣＯ２分子は、入射された光と同波長の光を発する。部分反射ミラー２３と全反射ミラー２４とで構成される共振器を光が往復する間に、光は増幅される。光の強度が閾値を超えると、部分反射ミラー２３から赤外レーザ光Ｌが発振される。部分反射ミラー２３と全反射ミラー２４との間の光路上には折り返しミラー２５が配置されている。折り返しミラー２５は、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が大きい。具体的には、折り返しミラー２５は、Ｓ波に対する反射率が高く、光の反射を繰り返してもＳ波の減衰は少なく、Ｐ波に対する反射率がＳ波に対する反射率よりも低く、光の反射を繰り返すうちにＰ波が大きく減衰する。このため、部分反射ミラー２３から発振される赤外レーザ光Ｌは、直線偏光となる。
　図３は、図２に示した折り返しミラー２５として使用可能な反射部材１００の第１の構成図である。反射部材１００は、赤外レーザ光に対して高い反射率を有する赤外レーザ用反射部材である。反射部材１００は、Ｐ波に対する反射率がＳ波に対する反射率よりも低いため、光の反射を繰り返すうちにＰ波がＳ波よりも大きく減衰する。反射部材１００は、基板１と、酸化ケイ素膜２と、金属膜３と、ＺｎＳ膜４と、Ｇｅ膜５と、ＳｉＯ膜６とを含む。酸化ケイ素膜２、金属膜３、ＺｎＳ膜４、Ｇｅ膜５およびＳｉＯ膜６は、基板１上に基板１に近い方から、前述した順序で形成されている。なお、以下の説明中において、「基板１上に形成された膜」という場合、基板１の上に直接形成された膜と、当該膜と基板１との間に他の膜を介して形成された膜とを含む。
　反射部材１００は、基板１と、ＳｉＯ膜６と、基板１とＳｉＯ膜６との間に形成された金属膜３とを少なくとも含む。基板１は、耐食性に優れた材料であることが好ましく、例えばＳｉ基板またはＣｕ基板などである。光の拡散を防ぐために、基板１は鏡面加工されていることが好ましい。金属膜３は、赤外レーザ光を反射する反射膜である。金属膜３は、ＣＯ２レーザで主に用いられる波長域である８μｍから１１μｍの範囲の赤外レーザ光に対して高い反射率を実現することが好ましい。金属膜３としては、例えばＡｕ膜またはＡｇ膜を用いることができる。ＳｉＯ膜６は、基板１上に、例えば反射部材１００の最表層として形成されている。基板１上にＳｉＯ膜６を形成することによって、赤外レーザ光を反射する際に、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が大きくなる。
　図１７は、ＳｉＯ、Ｇｅ、ＺｎＳおよびＳｉＯ２の屈折率ｎの波長依存性を示す図である。図１８は、ＳｉＯ、Ｇｅ、ＺｎＳおよびＳｉＯ２の消衰係数ｋの波長依存性を示す図である。図１７は、波長８～１１μｍにおける屈折率ｎを示しており、図１８は、波長８～１１μｍにおける消衰係数ｋを示している。消衰係数kは、吸収係数αと比例関係にあり、光の吸収に関係する量である。ＳｉＯ２はＳｉＯと組成が似ているため、ＳｉＯ２の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、参考のため示している。
　通常、反射ミラーの金属膜上に形成する機能膜としては、光の吸収を防ぐため、使用波長域における透過材料を選択する。図１７に示すように、ＧｅおよびＺｎＳは、波長８～１１μｍにおける透過材料であり、特許文献１，特許文献２の反射部材でも使用されている。
　一方、ＳｉＯ膜６は、可視光の領域を中心として従来から使用されていた材料であるが、ＣＯ２レーザで主に使用される赤外レーザの波長域８μｍから１１μｍの範囲では使用が検討されてこなかった。ＳｉＯは、可視領域において、光を吸収しない透過材料である。一方、図１７に示すように、波長８～１１μｍにおけるＳｉＯの消衰係数ｋは大きく、光を吸収するため、従来の機能膜への用途に検討されなかった。
　本願発明者は、反射部材１００が一部の光（＝Ｐ波）を吸収する点に着目し、吸収を有する膜について、光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）と光学特性を決定するフレネル係数の関係を検証した。その結果、基板１上に、透過材料ではないＳｉＯ膜６を形成することで、赤外レーザ光を反射する際に、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が大きくなるという新たな光学特性を生じることを見出した。
　ＳｉＯ２は、ＳｉＯと同じく、可視領域における透過材料である。構成元素が同じことから、これらの材料は同一視されることがあるが、図１７に示すように、波長８～１１μｍにおいて、これらは異なる光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を有する材料である。つまり、光学膜として形成された場合に異なる機能を発揮する、別の物質である。
　金属膜３とＳｉＯ膜６との間には、ＺｎＳ膜４が形成され、ＺｎＳ膜４とＳｉＯ膜６との間には、Ｇｅ膜５が形成されてもよい。ＺｎＳ膜４およびＧｅ膜５を形成することで、赤外レーザ光に対する反射部材１００の反射率をさらに向上させることができる。
　反射部材１００は、基板１と金属膜３との間に、酸化ケイ素膜２を有してもよい。酸化ケイ素膜２は、ＳｉＯ膜、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）膜またはＳｉ２Ｏ３（亜酸化ケイ素）膜である。基板１がＳｉ基板であり、金属膜３がＡｕ膜である場合、Ｓｉ基板の上にＡｕ膜を直接形成すると、Ｓｉ基板とＡｕ膜との間の密着力が十分ではなく膜剥離が発生しやすい。そこで、Ｓｉ基板とＡｕ膜との間に酸化ケイ素膜２を形成することで、Ｓｉ基板とＡｕ膜との密着力を強化することができる。金属膜３を形成する前に、Ｏ２を主成分とするガスを用いて、Ｓｉ基板の表面に酸化物イオンを照射することで、Ｓｉ基板の表面に酸化膜である酸化ケイ素膜２を発生させることができる。このようにして形成された酸化ケイ素膜２は、Ｓｉ基板と一体的に形成されるため、Ｓｉ基板との密着力が非常に強固である。酸化ケイ素膜２を発生させる工程は、成膜装置内で真空中で行わる。酸化ケイ素膜２を発生させる工程に続いてＡｕ膜を形成する工程が真空中で行われてもよい。これにより、酸化ケイ素膜２の表面のダングリングボンドとＡｕ膜のボンドとが結合して、酸化ケイ素膜２とＡｕ膜との間の密着力も強化される。
　反射部材１００は、真空槽を有する成膜装置で形成されることが好ましい。代表的な成膜装置としては、蒸着装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）装置などが挙げられる。
　図４は、図３に示した反射部材１００の製造に用いる成膜装置の概略構成図である。図４に示す成膜装置は、真空蒸着装置である。以下、真空蒸着装置を用いた反射部材１００の製造方法を説明する。
　真空蒸着装置は、真空容器３０と、真空ポンプ３１とを備える。真空ポンプ３１は、真空容器３０内を真空引きする。真空容器３０内には、蒸着材料３２、蒸着材料３２を設置するための冷却台３３、蒸着材料３２にエネルギーを投入する電子銃３４、成膜工程を制御する遮蔽板３５、基板１を固定するためのドーム３６およびイオンを照射するイオン源３７が設置されている。
　るつぼに収納した複数の蒸着材料３２と基板１とを用意して、蒸着材料３２を真空容器３０内の冷却台３３に設置し、基板１をドーム３６上に設置する。このとき基板１は、成膜面を蒸着材料３２の方向に向けて設置される。冷却台３３は、複数のるつぼを設置することが可能である。冷却台３３が回転することで、蒸着に用いられる蒸着材料３２が入れ替えられる。蒸着材料３２と基板１とを設置した後、真空ポンプ３１により真空容器３０内を排気して真空容器３０内の圧力を下げる。真空容器３０内の圧力が１０－３Ｐａから１０－６Ｐａの圧力に到達してから、基板１の表面に対してイオン源３７からＯ２イオンビームを照射する。Ｏ２イオンビームの照射により、基板１の表面に酸化膜が形成される。
　基板１の表面に酸化膜が形成されると、続いて、真空中で金属膜３を形成する工程が行われる。まず遮蔽板３５を閉めた状態で、電子銃３４から蒸着材料３２である金属に電子ビームを照射して、金属を溶融させて蒸発させる。遮蔽板３５を閉めた状態では、蒸発した金属が存在する空間と、基板１が設置された空間とは遮断されている。金属を溶融させて蒸発させた後、蒸発量が安定した状態で、遮蔽板３５を開けて成膜を開始する。蒸発した金属は、ドーム３６に設置された基板１に触れると基板１に付着して堆積していく。これにより、基板１上に金属膜３を形成することができる。設計された膜厚に達すると、遮蔽板３５を閉めて成膜を終了する。
　冷却台３３を回転させると、電子銃３４から電子ビームが照射される蒸着材料３２が入れ替えられる。金属膜３の形成工程に続いてＺｎＳ膜４の形成工程を行うため、蒸着材料３２をＺｎＳに入れ替える。ＺｎＳ膜４の形成工程が終了すると、続いてＧｅ膜５の形成工程が行われる。Ｇｅ膜５の形成工程が終了すると、続いてＳｉＯ膜６の形成工程が行われる。これにより金属膜３上にＳｉＯ膜６が形成される。各膜の形成工程では、金属膜３の形成工程と同様の手順が繰り返される。ＳｉＯ膜６の形成工程が終わると、真空容器３０から基板１が取り出される。
　続いて、本発明の実施の形態に係る反射部材１００の実施例について説明する。以下、複数の実施例および比較例を挙げながら、本発明の実施の形態に係る反射部材１００の光学特性について検討する。
　まず、以下に示す実施例１、比較例１および比較例２を用いて、反射部材１００のＳｉＯ膜６がもたらす効果と、ＺｎＳ膜４およびＧｅ膜５がもたらす効果とについて検証する。
　［実施例１］
　実施例１の反射部材１００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。各層は、基板に近い側から順に第１層、第２層、第３層、第４層および第５層と称する。
　第５層　　ＳｉＯ　　　１１０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　５４０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　１０９０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　第１層　　ＳｉＯ　　　１０ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　実施例１では、基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＳｉ基板であり、金属膜３はＡｕ膜であり、酸化ケイ素膜２はＳｉＯ膜６である。
　［比較例１］
　比較例１の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。
　第１層　　Ａｕ　　　２００ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　１０ｍｍ
　比較例１においても、基板は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＳｉ基板であり、その上に金属膜であるＡｕ層が直接形成されており、酸化ケイ素膜、ＺｎＳ膜、Ｇｅ膜およびＳｉＯ膜を含まない。
　［比較例２］
　比較例２の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。比較例２は、実施例１の構成から最表層であるＳｉＯ膜６を省略した構成である。
　第４層　　Ｇｅ　　　　５４０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　１０９０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　第１層　　ＳｉＯ　　　１０ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　図５は、実施例１の反射部材１００の光学特性を示す図である。図６は、比較例１の反射部材の光学特性を示す図である。図７は、比較例２の反射部材の光学特性を示す図である。図５から図７の横軸は、反射部材に入射させる光の波長であり、単位はμｍである。図５から図７の縦軸は、反射部材の各波長に対する反射率であり、単位は％である。反射率は、Ｓ波およびＰ波のそれぞれについて示されている。
　図５から図７を参照すると、図示した波長域である８μｍから１１μｍの波長域において、実施例１の反射部材１００は、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が、比較例１および比較例２よりも大きいことがわかる。比較例２の反射部材は、実施例１の反射部材１００から最表層のＳｉＯ膜６を省略した構成であるため、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差は、ＳｉＯ膜６が生み出していることが分かる。さらに図６および図７を比較すると、比較例２の方が比較例１よりも波長域の全域に亘って反射率が高いことが分かる。比較例２の反射部材は、比較例１の反射部材に基板１上の酸化ケイ素膜２であるＳｉＯ膜と、ＺｎＳ膜４と、Ｇｅ膜５とを加えた構成であるため、ＳｉＯ膜、ＺｎＳ膜４およびＧｅ膜５を形成することで、反射率が向上することが分かる。
　図８は、実施例１および比較例１の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図である。この表は、各反射回数において、波長９．３μｍの光に対する反射率を示している。
　反射部材１００をレーザ発振器１１内で用いる場合、光は繰り返し反射される。この場合、反射率の差が出射されるレーザ光の特性に与える影響は大きくなる。例えば実施例１の反射部材１００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、比較例１の反射部材のＳ波に対する反射率は９９．１％であり、１回の反射では反射率の差は０．６％である。しかしながら５０回反射を繰り返した場合、実施例１の反射部材１００のＳ波に対する反射率は８６．１％となり、比較例１の反射部材のＳ波に対する反射率は６３．６％となり、反射率の差は２２．５％となる。実施例１の反射部材１００のＰ波に対する反射率は、１回の反射では９０．４％であり、比較例１の反射部材のＰ波に対する反射率は、９８．３％である。この場合、５０回反射を繰り返すと、実施例１の反射部材１００のＰ波に対する反射率は０．６％となり、比較例１の反射部材のＰ波に対する反射率は４２．４％となる。図８を見るとわかるように、比較例１では、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が小さいため、レーザ発振器１１内で用いる場合、発振されるレーザ光にＰ波成分が混ざって直線偏光とならない。これに対して実施例１では、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が大きいため、反射を繰り返すごとにＰ波は減衰される。このため、レーザ発振器１１内の折り返しミラー２５として使用した場合、直線偏光のレーザ光を発振することが可能になる。
　図７を再び参照すると、比較例２の反射部材のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は９９．４％である。比較例２では実施例１と同様に高い反射率を達成しているが、Ｓ波とＰ波とで反射率の差が小さいため、レーザ発振器１１に搭載した場合、直線偏光のレーザ光を出力することができない。
　続いて以下に示す実施例２、比較例３および比較例４を用いて、反射部材１００の酸化ケイ素膜２がもたらす効果について検証する。
　［実施例２］
　実施例２の反射部材１００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＳｉ基板であり、金属膜３はＡｕ膜であり、酸化ケイ素膜２はＳｉＯ膜である。
　第５層　　ＳｉＯ　　　１５０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　５９０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　１１２０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　第１層　　ＳｉＯ　　　１０ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　［比較例３］
　比較例３の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。比較例３は、実施例２の構成から酸化ケイ素膜２であるＳｉＯ膜を省略した構成である。
　第４層　　ＳｉＯ　　　１５０ｎｍ
　第３層　　Ｇｅ　　　　５９０ｎｍ
　第２層　　ＺｎＳ　　　１１２０ｎｍ
　第１層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　［比較例４］
　比較例４の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。比較例４は、実施例２の酸化ケイ素膜２であるＳｉＯ膜をＣｒ膜に替えた構成である。Ｃｒは、基板とＡｕ膜との密着力を強化する材料として一般的に用いられている。
　第５層　　ＳｉＯ　　　１５０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　５９０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　１１２０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　第１層　　Ｃｒ　　　　１０ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　図９は、実施例２、比較例３および比較例４の反射部材の耐久性試験結果を示す表である。この表には、テープ剥離試験の結果と、高温試験の結果と、レーザ発振器用適合性とが示されている。図９中において、丸印は、試験の結果が基準を満たしていることを示しており、バツ印は基準を満たさなかったことを示している。具体的には、テープ剥離試験は、ＭＩＬ（MILitary　Specifications　and　Standard）－Ｃ－４８４９７Ａに従った方法で行われる。テープ剥離試験では、上記規格で指定された種類のテープを用いる。反射部材の膜面にテープを貼り付けた後、膜面に垂直な方向に一気にテープを引く。その後、目視および顕微鏡を用いて膜の剥離状態を確認する。テープ剥離試験の結果の丸印は、剥離が生じなかったことを示しており、バツ印は剥離が生じたことを示している。高温試験では、反射部材を２００℃の高温環境下に４８時間おいた後の反射部材の特性に基づいて試験結果が判断される。高温試験では、高温環境下に４８時間おいた後に、反射率および膜の状態（剥離およびクラックのうち少なくとも１つの有無など）が計測される。高温試験の結果の丸印は、反射率が閾値以上であったことを示しており、バツ印は反射率が閾値未満であり、光学特性の低下が生じたことを示している。レーザ発振器用適合性は、対象の反射部材がレーザ発振器の内部で使用するための適合性を備えているか否かを示している。レーザ発振器用適合性の丸印は、適合性を備えていることを示しており、バツ印は、適合性を備えていないことを示している。図９の例では、テープ剥離試験の結果、剥離が生じず、且つ、高温試験の結果、光学特性が基準を満たした場合に、適合性を備えていると判定される。
　実施例２の反射部材１００は、テープ剥離試験の結果、剥離が生じず、且つ、高温試験の結果、光学特性が基準を満たしたので、レーザ発振器用の反射部材として適合性を備えていると判定されている。比較例３の反射部材は、テープ剥離試験および高温試験のいずれも基準を満たさず、レーザ発振器用の反射部材として適合性を備えないと判定されている。比較例３の反射部材は、Ｓｉ基板の上に直接、Ａｕ膜が設けられている。高温環境下に比較例３の反射部材をおくと、基板からＳｉがＡｕ膜中に拡散して、反射率が低下していることが原因であると考えられる。比較例４の反射部材では、テープ剥離試験の基準は満たしているものの、高温試験の基準は満たさず、レーザ発振器用の適合性を備えていないと判定されている。比較例４の反射部材は、Ｓｉ基板とＡｕ膜との間にＣｒ膜を形成している。Ｃｒ膜は基板との密着性を高めており、比較例４の反射部材はテープ剥離試験の基準は満たしている。しかしながら、比較例４の反射部材は、高温試験の基準を満たしていない。これは、高温環境下においてＳｉおよびＣｒがＡｕ膜中に拡散して、反射部材の反射率が低下しているものと考えられる。図９に示す試験結果から、Ｓｉ基板とＡｕ膜との間に設けられたＳｉＯ膜は、Ｃｒ膜と同様にＳｉ基板とＡｕ膜との密着力を強化するとともに、高温環境下においてもＳｉがＡｕ膜中に拡散することを防いで、反射率の低下を抑制することが分かる。反射部材１００は、Ｓｉ基板とＡｕ膜との間にＳｉＯ膜を形成することで、経時的な性能低下を抑制することができ、レーザ発振器１１の内部の使用に耐えることができる耐久性を備えている。
　続いて、上記の実施例２と、以下に示す実施例３、実施例４、実施例５および比較例５を用いて、反射部材１００の酸化ケイ素膜２の材質と各層の膜厚とについて検討する。
　実施例２の反射部材１００の各層の材質および膜厚は上記の通りである。図１０は、実施例２の反射部材１００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例２の反射部材１００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は９０．４％である。
　［実施例３］
　実施例３の反射部材１００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された４０ｍｍ角平板のＳｉ基板であり、金属膜３はＡｕ膜であり、酸化ケイ素膜２はＳｉＯ２膜である。図１１は、実施例３の反射部材１００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例３の反射部材１００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は９５．１％である。
　第５層　　ＳｉＯ　　　５０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　５４０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　９２０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　第１層　　ＳｉＯ２　　１０ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　［実施例４］
　実施例４の反射部材１００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された４０ｍｍ角平板のＳｉ基板であり、金属膜３はＡｕ膜であり、酸化ケイ素膜２はＳｉＯ２膜である。図１２は、実施例４の反射部材１００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例４の反射部材１００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は８６．５％である。
　第５層　　ＳｉＯ　　　１６０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　６００ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　８１０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　２００ｎｍ
　第１層　　ＳｉＯ２　　１０ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　［実施例５］
　実施例５の反射部材１００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された４０ｍｍ角平板のＳｉ基板であり、金属膜３はＡｕ膜であり、酸化ケイ素膜２はＳｉ２Ｏ３膜である。図１３は、実施例５の反射部材１００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例５の反射部材１００のＳ波に対する反射率は９９．６％であり、Ｐ波に対する反射率は８５．１％である。
　第５層　　ＳｉＯ　　　１８０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　５５０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　１１１０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　１００ｎｍ
　第１層　　Ｓｉ２Ｏ３　　１５ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　［比較例５］
　比較例５の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板は鏡面加工された４０ｍｍ角平板のＳｉ基板であり、金属膜はＡｕ膜であり、Ｓｉ基板とＡｕ膜との間にＳｉ２Ｏ３膜が形成されている。比較例５の反射部材は、最表層のＳｉＯ膜の膜厚が、本発明の実施例１から５よりも厚い３４０ｎｍである。図１４は、比較例５の反射部材の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、比較例５の反射部材のＳ波に対する反射率は９６．８％であり、Ｐ波に対する反射率は７２．６％である。
　第５層　　ＳｉＯ　　　３４０ｎｍ
　第４層　　Ｇｅ　　　　５５０ｎｍ
　第３層　　ＺｎＳ　　　１１１０ｎｍ
　第２層　　Ａｕ　　　　１００ｎｍ
　第１層　　Ｓｉ２Ｏ３　　１５ｎｍ
　基板　　　Ｓｉ　　　　１０ｍｍ
　図１０から図１３を参照すると、本発明の実施例２から実施例５の反射部材１００は、いずれも赤外波長域において、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が実施例１と同程度に大きいことが分かる。
　図１５は、実施例２から実施例５および比較例５の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図である。図１５を参照すると、実施例２から実施例５の反射部材１００は、反射を繰り返すごとにＳ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差は大きくなることが分かる。このため、Ｐ波を減衰させることが可能であると共に、Ｓ波に対しては反射を繰り返しても高い反射率を保つことができる。このため、実施例２から実施例５の反射部材１００をレーザ発振器１１内で折り返しミラー２５として用いた場合、直線偏光の赤外レーザ光を発振することができる。
　図１５を参照すると比較例５の反射部材は、Ｓ波に対する反射率とＰ波に対する反射率との差が大きく、反射を繰り返すことでＰ波を減衰させることができる。しかしながら比較例５の反射部材は、Ｓ波に対する反射率がレーザ発振器１１の折り返しミラー２５として用いるために十分でなく、反射を繰り返すごとにＳ波も減衰してしまい、十分な強度のレーザ光を発振することができない。
　図１６は、実施例１、実施例３、実施例４および実施例５の反射部材の耐久試験結果を示す図である。図１６に示す試験内容は、図９と同様である。図１６を参照すると、実施例１、実施例３、実施例４および実施例５の反射部材１００のいずれも、レーザ発振器１１内での使用に耐えうる耐久性を備えていることが分かる。
　酸化ケイ素膜２は、実施例１および実施例２では一酸化ケイ素ＳｉＯ膜であり、実施例３および実施例４では二酸化ケイ素ＳｉＯ２膜であり、実施例５では亜酸化ケイ素Ｓｉ２Ｏ３膜である。図１６を参照すると、いずれの酸化ケイ素膜２を用いても、レーザ発振器１１内での使用に耐えうる耐久性を備えた反射部材１００を構成することが可能であることが分かる。
　上記の実験結果に加えて、反射部材１００の各層の膜厚を変化させた実験の結果、反射部材１００の各層の膜厚が以下の範囲である場合、「金属膜、Ｇｅ膜」の引張応力が「ＺｎＳ膜、ＳｉＯ膜」の圧縮応力により相殺されるため、高温試験に対する耐久性が向上し、反射部材１００がレーザ発振器１１内での使用に耐えうる耐久性を備えることが確認された。したがって、反射部材１００の各層の膜厚は、以下の範囲内であることが好ましい。
　第１層　　酸化ケイ素膜２　　１ｎｍ以上５０ｎｍ以下
　第２層　　金属膜３　　　　　２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下
　第３層　　ＺｎＳ膜４　　　　７００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下
　第４層　　Ｇｅ膜５　　　　　４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下
　第５層　　ＳｉＯ膜６　　　　２０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下
　さらに、より過酷な高温試験（７２時間）に耐えることができ、製品寿命の長い反射部材を得るためには、反射部材１００の各層の膜厚は、以下の範囲であることがより好ましい。
　第１層　　酸化ケイ素膜２　　１ｎｍ以上５０ｎｍ以下
　第２層　　金属膜３　　　　　２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下
　第３層　　ＺｎＳ膜４　　　　８００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下
　第４層　　Ｇｅ膜５　　　　　５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下
　第５層　　ＳｉＯ膜６　　　　２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　例えば、上記の実施の形態において、ＺｎＳ膜４およびＧｅ膜５を省略した構成、およびＺｎＳ膜４およびＧｅ膜５を他の材質の膜に替えた構成も、本発明の技術的思想の範囲内である。ＺｎＳ膜４およびＧｅ膜５を他の材質の膜に替える場合、赤外レーザ光に対する反射率を高める材質であることが好ましい。或いは、上記の実施の形態において、酸化ケイ素膜２の代わりに金属膜３と基板１との密着力を高める膜が用いられてもよい。
実施の形態２．
　実施の形態２では、反射部材の基板としてＣｕ（銅）を使用する例を示す。図１９は、図２に示した折り返しミラー２５として使用可能な反射部材２００の第２の構成図である。図１９に示す反射部材２００は、基板１と、金属膜３と、ＳｉＯ膜６とを含む。金属膜３およびＳｉＯ膜６は、基板１に近い方から、前述した順序で形成されている。
　図２０は、図２に示した折り返しミラー２５として使用可能な反射部材３００の第３の構成図である。図２０に示す反射部材３００は、基板１と、金属膜３と、ＺｎＳ膜４と、Ｇｅ膜５と、ＳｉＯ膜６とを含む。金属膜３、ＺｎＳ膜４、Ｇｅ膜５およびＳｉＯ膜６は、基板１に近い方から、前述した順序で形成されている。
　図２１は、図２に示した折り返しミラー２５として使用可能な反射部材４００の第４の構成図である。図２１に示す反射部材４００は、基板１と、Ｃｒ（クロム）膜７と、金属膜３と、ＳｉＯ膜６とを含む。Ｃｒ膜７、金属膜３およびＳｉＯ膜６は、基板１に近い方から、前述した順序で形成されている。
　反射部材２００、反射部材３００および反射部材４００は、反射部材１００と同様に、赤外レーザ光に対して高い反射率を有する赤外レーザ用反射部材である。また反射部材２００、反射部材３００および反射部材４００は、反射部材１００と同様に、Ｐ波に対する反射率がＳ波に対する反射率よりも低いため、光の反射を繰り返すうちにＰ波がＳ波よりも大きく減衰する。
　続いて、本発明の実施の形態２に係る反射部材２００、反射部材３００および反射部材４００の実施例について説明する。以下に示す実施例６は反射部材２００の実施例であり、実施例７～１０は反射部材３００の実施例であり、実施例１１は反射部材４００の実施例である。
　［実施例６］
　実施例６の反射部材２００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍ角平板のＣｕ基板であり、金属膜３はＡｕ膜である。
　第２層　ＳｉＯ　１５０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　２００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　１０ｍｍ
　図２２は、実施例６の反射部材２００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例６の反射部材２００のＳ波に対する反射率は９８．８％であり、Ｐ波に対する反射率は８６．１％である。
　［実施例７］
　実施例７の反射部材３００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍ角平板のＣｕ基板であり、金属膜３はＡｕ膜である。
　第４層　ＳｉＯ　　９０ｎｍ
　第３層　Ｇｅ　　　５７０ｎｍ
　第２層　ＺｎＳ　　９３０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　　３００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２３は、実施例７の反射部材３００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例７の反射部材３００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は９２．０％である。また、実施例７の反射部材３００におけるＰ波とＳ波の位相差は、－０．９°である。
　［実施例８］
　実施例８の反射部材３００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＣｕ基板であり、金属膜３はＡｕ膜である。
　第４層　ＳｉＯ　　６０ｎｍ
　第３層　Ｇｅ　　　５４０ｎｍ
　第２層　ＺｎＳ　　１０６０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　　１００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２４は、実施例８の反射部材３００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例８の反射部材３００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は９４．４％である。また、実施例８の反射部材３００におけるＰ波とＳ波の位相差は、０．１°である。
　［実施例９］
　実施例９の反射部材３００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＣｕ基板であり、金属膜３はＡｕ膜である。
　第４層　ＳｉＯ　　１７０ｎｍ
　第３層　Ｇｅ　　　５３０ｎｍ
　第２層　ＺｎＳ　　８４０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　　１００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２５は、実施例９の反射部材３００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例９の反射部材３００のＳ波に対する反射率は９９．７％であり、Ｐ波に対する反射率は８５．４％である。また、実施例９の反射部材３００におけるＰ波とＳ波の位相差は、－１．０°である。
　［実施例１０］
　実施例１０の反射部材３００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＣｕ基板であり、金属膜３はＡｕ膜である。
　第４層　ＳｉＯ　　２３０ｎｍ
　第３層　Ｇｅ　　　５３０ｎｍ
　第２層　ＺｎＳ　　７１０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　　１００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２６は、実施例１０の反射部材３００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例１０の反射部材３００のＳ波に対する反射率は９９．１％であり、Ｐ波に対する反射率は８０．６％である。また、実施例１０の反射部材３００におけるＰ波とＳ波の位相差は、－１．３°である。
　［実施例１１］
　実施例１１の反射部材４００の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板１は鏡面加工された直径４０ｍｍ角平板のＣｕ基板であり、金属膜３はＡｕ膜である。
　第３層　ＳｉＯ　　１５０ｎｍ
　第２層　Ａｕ　　　２００ｎｍ
　第１層　Ｃｒ　　　１０ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２７は、実施例１１の反射部材４００の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、実施例１１の反射部材４００のＳ波に対する反射率は９８．８％であり、Ｐ波に対する反射率は８６．１％である。
　［比較例６］
　比較例６の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＣｕ基板であり、金属膜はＡｕ膜である。比較例６の反射部材は、最表層がＳｉＯ膜ではなく、ＳｉＯ２膜を採用した構成である。
　第２層　ＳｉＯ２　１５０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　　１００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２８は、比較例６の反射部材の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、比較例６の反射部材のＳ波に対する反射率は９７．７％であり、Ｐ波に対する反射率は９２．９％である。
　［比較例７］
　比較例７の反射部材の各層の材質および膜厚は以下の通りである。基板は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＣｕ基板であり、金属膜はＡｕ膜である。比較例７の反射部材は、最表層がＳｉＯ膜ではなく、ＺｎＳ膜を採用した構成である。
　第２層　ＺｎＳ　　１５０ｎｍ
　第１層　Ａｕ　　　１００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　１０ｍｍ
　図２９は、比較例７の反射部材の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、比較例７の反射部材のＳ波に対する反射率は９９．１％であり、Ｐ波に対する反射率は９８．２％である。
　［比較例８］
　比較例８の反射部材の各層の材質および膜厚は、特許文献１を引用した構成である。基板は鏡面加工された直径４０ｍｍの円形状のＣｕ基板であり、第２層の金属膜はＡｕ膜である。比較例７の反射部材は、最表層がＳｉＯ膜ではなく、Ｇｅ膜を採用した構成である。
　第７層　Ｇｅ　　　６７０ｎｍ
　第６層　ＺｎＳ　　１１７０ｎｍ
　第５層　Ｇｅ　　　６７０ｎｍ
　第４層　ＺｎＳ　　１１７０ｎｍ
　第３層　ＨｆＯ２　１００ｎｍ
　第２層　Ａｕ　　　３００ｎｍ
　第１層　Ｃｒ　　　１００ｎｍ
　基板　　Ｃｕ　　　４ｍｍ
　図３０は、比較例８の反射部材の光学特性を示す図である。波長９．３μｍにおいて、比較例８の反射部材のＳ波に対する反射率は９９．９％であり、Ｐ波に対する反射率は９９．７％である。
　図３１と図３２は、それぞれ実施例６～１１の反射部材と比較例６～８の反射部材の反射率を反射回数と共に示す図である。実施例６から実施例１１の反射部材２００，３００，４００では、反射を繰り返すごとにＳ波に対する反射率とＰ波に対する反射率の差が大きくなる。このため、Ｐ波を減衰させることが可能であると共に、Ｓ波に対しては反射を繰り返しても高い反射率を保つことができる。５０回反射を繰り返した場合、Ｓ波の反射率は５０％以上であり、Ｓ波とＰ波の反射率の比は１０以上である。実施例６から実施例１１の反射部材２００，３００，４００をレーザ発振器１１内で折り返しミラー２５として用いた場合、直線偏光の赤外レーザ光を発振することができる。
　一方、比較例６の反射部材では、反射を繰り返すごとにＳ波に対する反射率が低下し、５０回反射を繰り返した場合、Ｓ波の反射率は目安とする４０％に到達しない。このため、比較例６の反射部材は、Ｓ波に対する反射率がレーザ発振器１１の折り返しミラー２５として用いるために十分でなく、反射を繰り返すごとにＳ波も減衰してしまい、十分な強度のレーザ光を発振することができない。
　また、比較例７の反射部材では、５０回反射を繰り返した場合、Ｓ波に対する反射率が４０％を超える。しかしながら、Ｓ波とＰ波の反射率の比はほぼ１：１であり、反射率差が得られていない。このため、比較例７の反射部材をレーザ発振器に搭載した場合には、発振されるレーザ光にＰ波成分が混ざるため、直線偏光のレーザ光を出力することができない。比較例８の反射部材についても、同様の理由で、直線偏光のレーザ光を出力することができない。
　図３３は、実施例６～実施例１１の反射部材の耐久性試験結果を示す表である。この表には、テープ剥離試験の結果と、高温試験の結果と、レーザ発振器用適合性とが示されている。実施例６～実施例１１の反射部材２００，３００，４００では、テープ剥離試験の結果、剥離が生じず、且つ、高温試験の結果、光学特性が基準を満たしたので、レーザ発振器用の反射部材として適合性を備えていると判定されている。Ｃｕ基板の場合、Ｓｉ基板のように基板元素がＡｕ膜中へ拡散する現象は見られなかった。密着力強化のため、Ｃｕ基板と金属膜の間に、酸化物や硫化物といった膜を形成してもよい。
　実施例７～実施例１０の反射部材３００は、基板と、金属膜と、ＺｎＳ膜と、Ｇｅ膜と、ＳｉＯ膜とを含み、金属膜、ＺｎＳ膜、Ｇｅ膜およびＳｉＯ膜が、基板上に基板に近い方から、前述した順序で形成されている。このような反射部材３００において、各層の膜厚を以下の範囲に設定することで、Ｓ波に対して高反射率を得ながら、Ｓ波とＰ波に反射率の差を生み出し、かつ、Ｓ波とＰ波の間における位相差を±１°以内に制御することができる。このような反射部材は、レーザ発振器の高出力化・発振安定化に寄与する。
　第１層　金属膜　　５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下
　第２層　ＺｎＳ膜　８２０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下
　第３層　Ｇｅ膜　　５２０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下
　第４層　ＳｉＯ膜　４０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下
　以上のように、本発明の反射部材を適用することで、産業上利用可能な出力を有する直線偏光のレーザ発振器を実現できる。
実施の形態３．
　実施の形態３では、本発明の反射部材１００、反射部材２００、反射部材３００および反射部材４００の少なくとも１つを使用したレーザ発振器の実施例を示す。
　図３４は、図１に示したレーザ発振器１１の別の構成図である。レーザ発振器１１は、部分反射ミラー４１と、部分反射ミラー４１で反射したレーザ光を、当該レーザ光の光軸に沿って反射するための直交型ミラー４２と、一対の放電電極４３，４４の間に供給され、レーザ媒質として機能するレーザガスとを備える。部分反射ミラー４１は、発振したレーザ光の一部をレーザ光４５として外部に取り出す出力ミラーとして機能する。直交型ミラー４２は、直交する２つの反射面を有し、両反射面が交差する線を本明細書で「谷線」と称する。レーザガスのガス流方向、一対の放電電極４３，４４の放電方向、および部分反射ミラー４１と直交型ミラー４２との間の光軸の方向は、互いに直交している。レーザガス流の方向をｘ方向、放電電極４３，４４の放電方向をｙ方向、部分反射ミラー４１と直交型ミラー４２の間の光軸をｚ方向とする。
　放電電極４３，４４は、誘電体プレート４６，４７の対向面とは反対の背面にそれぞれ設けられ、給電線４８を介して高周波電源４９に接続される。放電電極４３，４４の間に交番電圧が印加されると、均一なグロー放電が形成される。放電電極４３，４４の間には、矢印５０で示す方向にレーザガスが供給されており、グロー放電によってレーザガス中の分子または原子がレーザ上準位に励起されると、光の増幅作用を示すようになる。例えば、レーザガスとしてＣＯ２分子を含む混合ガスを使用した場合、ＣＯ２分子の振動準位間の遷移によって波長９．３μｍのレーザ増幅が可能になる。
　図３５は、図３４に示すレーザ発振器１１におけるエネルギーの利得分布を示す図である。放電方向のｙ方向に沿った利得分布は概ね一定である。一方、ガス流方向のｘ方向に沿った利得分布は、位置により大きく変化する。これは、グロー放電５１中をレーザガスが通過する際、通過時間の増加とともにレーザの上準位が逐次蓄積されるためである。利得は、グロー放電５１のガス上流側で低く、ガス下流側で最も高くなり、グロー放電５１の外側で徐々に低下する山型の分布形状となる。
　直交型ミラー４２ではない平面型の反射ミラーを使用した場合、ｙ方向に高次の横モードが現れる問題が発生する。そこで、放電方向であるｙ方向に対して角度４５度の方向に基準軸５２を設定し、直交型ミラー４２の谷線が基準軸５２に平行になるように直交型ミラー４２を配置する。これにより、直交型ミラー４２で反射されたレーザ光は、入射レーザ光の基準軸５２に対する鏡面対称像を、光軸周りに９０度回転させた像と等しくなる。つまり、ｙ方向に沿った利得分布６２の影響とｘ方向に沿った利得分布６３の影響を平均化できる。よって、このようなレーザ発振器１１では、ｘ方向およびｙ方向において高次の横モードを抑制し、ビーム強度が等方性に優れたレーザ光を安定的に得ることができる。
　このような構成のレーザ発振器１１において、直線偏光のレーザ光を得るため、直交型ミラー４２の２つの反射面のうち少なくとも１つの反射面は、反射部材１００，２００，３００および４００の少なくとも１つである。例えば、比較例１に示すＡｕ膜を形成した反射部材を直交型ミラー４２の両面に適用すると、前述のように、直線偏光のレーザが発生しない。等方的とは呼べないランダムな偏光のレーザ光が出現する。
　一方、上記の反射部材１００，２００，３００および４００の少なくとも１つを直交型ミラー４２の２つの反射面のうち少なくとも１つの反射面に適用することで、レーザが増幅されるうちに、直交型ミラー４２に対するＳ波のレーザ光が生き残り、それに直交するＰ波のレーザ光が消滅する。つまり、直線偏光のレーザ光が実現する。
　このように、産業上の利用に対して十分な出力があり、ビーム強度が等方的で、かつ、直線偏光のレーザを発振するレーザ発振器１１を実現するためには、本発明の反射部材１００，２００，３００，４００が必要不可欠である。
　図３６は、実施例２、実施例６、実施例７、比較例１、比較例６、比較例８の反射部材を直交型ミラーの一面に適用し、レーザ発振器に搭載して性能を評価した結果を示す。ここでは評価結果を良好な結果から順に◎、○、×の記号で示している。部分反射ミラー４１と直交型ミラー４２が共振器を構成するレーザ発振器の構成を採用したことにより、ビーム強度については、等方的なレーザ光が得られている。一方、直線偏光の実現性を比較すると、本発明の反射部材を適用したレーザ発振器では直線偏光が得られるが、比較例１，８に示す従来の反射部材を適用したレーザ発振器では、直線偏光が得られなかった。また、本発明の反射部材を適用した場合には、産業上利用できる発振出力を実現できたが、比較例６に示す従来の反射部材を適用したレーザ発振器では、十分な発振出力が得られなかった。
　レーザ発振器を実際に使用する際、現実的には発振器内部のガス流密度・分布が一定でないため、光軸は必ずしも一直線ではなく、わずかに歪んでいる。つまり、理論どおりにＳ波成分のレーザのみが共振する訳でなく、Ｓ波成分のレーザの一部がＰ波成分に変わり、Ｐ波成分のレーザが一定時間、Ｓ波成分と同様に共振する。上記理由から、このＰ波成分も、直交型ミラーで反射される際、Ｓ波成分に変化する。Ｐ波がＳ波に戻った際、元のＳ波とＰ波に位相差が生じてしまっていれば、Ｐ波のエネルギーは給されず、消滅されてしまう。このため、エネルギーの利用効率に優れたレーザ発振器を実現するには、位相差を制御した以下の反射部材を使用することが好ましい。
　第１層　金属膜　　５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下
　第２層　ＺｎＳ膜　８２０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下
　第３層　Ｇｅ膜　　５２０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下
　第４層　ＳｉＯ膜　４０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。本発明により、産業上の利用に対して十分な出力があり、ビーム強度が等方的で、かつ、直線偏光のレーザを発振するレーザ発振器を実現することができる。
　１　基板、２　酸化ケイ素膜、３　金属膜、４　ＺｎＳ膜、５　Ｇｅ膜、６　ＳｉＯ膜、７　Ｃｒ膜、１０　レーザ加工装置、１１　レーザ発振器、１２　偏光変換部材、１３　集光光学系、１４　加工テーブル、１５　駆動部、１６　制御部、１７　加工対象物、４１　部分反射ミラー、４２　直交型ミラー、４３，４４　放電電極、４６，４７　誘電体プレート、４８　給電線、４９　高周波電源、１００，２００，３００，４００　反射部材。

Claims (15)

  1. 　基板と、
    　ＳｉＯ膜と、
    　前記基板と前記ＳｉＯ膜との間に形成された金属膜と、
    を備えることを特徴とする赤外レーザ用反射部材。
  2. 　前記金属膜と前記ＳｉＯ膜との間に形成されたＺｎＳ膜と、
    　前記ＺｎＳ膜と前記ＳｉＯ膜との間に形成されたＧｅ膜と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の赤外レーザ用反射部材。
  3. 　前記金属膜の膜厚は、２０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、
    　前記ＺｎＳ膜の膜厚は、７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であり、
    　前記Ｇｅ膜の膜厚は、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下であり、
    　前記ＳｉＯ膜の膜厚は、２０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の赤外レーザ用反射部材。
  4. 　前記金属膜は、Ａｕ膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の赤外レーザ用反射部材。
  5. 　前記基板はＳｉ基板であり、
    　前記基板と前記Ａｕ膜との間に形成された酸化ケイ素膜をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の赤外レーザ用反射部材。
  6. 　前記酸化ケイ素膜の膜厚は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の赤外レーザ用反射部材。
  7. 　前記酸化ケイ素膜は、ＳｉＯ膜、ＳｉＯ２膜またはＳｉ２Ｏ３膜であることを特徴とする請求項５または６に記載の赤外レーザ用反射部材。
  8. 　前記金属膜の膜厚は、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
    　前記ＺｎＳ膜の膜厚は、８２０ｎｍ以上１０８０ｎｍ以下であり、
    　前記Ｇｅ膜の膜厚は、５２０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下であり、
    　前記ＳｉＯ膜の膜厚は、４０ｎｍ以上１８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２または３に記載の赤外レーザ用反射部材。
  9. 　請求項１から８のいずれか１項に記載の赤外レーザ用反射部材を備えることを特徴とするレーザ発振器。
  10. 　波長が８．３μｍ以上９．８μｍ以下のレーザ光を出力することを特徴とする請求項９に記載のレーザ発振器。
  11. 　部分反射ミラーと、
    　互いに直交する２つの反射面を有し、前記部分反射ミラーで反射されたレーザ光を、当該レーザ光の光軸に沿って反射させる直交型ミラーと、
    　一対の放電電極と、
    　前記一対の放電電極の間に供給されてレーザ媒質として機能するレーザガスと、
    を備え、
    　前記一対の放電電極の放電方向と、前記レーザガスのガス流方向と、前記光軸の方向とが互いに直交しており、
    　前記直交型ミラーは、前記直交型ミラーの前記２つの反射面が交わる線である谷線が、前記光軸に直交する面内において、前記放電方向に対して４５度の角度で交差する基準軸と平行となるように配置され、
    　前記直交型ミラーの前記２つの反射面のうち少なくとも１つの反射面は、前記赤外レーザ用反射部材であることを特徴とする請求項９または１０に記載のレーザ発振器。
  12. 　請求項９から１１のいずれか１項に記載のレーザ発振器を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
  13. 　基板上に金属膜を形成するステップと、
    　前記金属膜上にＳｉＯ膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする赤外レーザ用反射部材の製造方法。
  14. 　前記基板はＳｉ基板であり、
    　前記金属膜はＡｕ膜であり、
    　前記金属膜を形成する前に、前記基板の表面に酸化物イオンを照射して、前記基板の表面に酸化ケイ素膜を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の赤外レーザ用反射部材の製造方法。
  15. 　前記酸化ケイ素膜は、真空中で形成され、
    　前記金属膜は、前記酸化ケイ素膜を形成するステップに続けて真空中で形成されることを特徴とする請求項１４に記載の赤外レーザ用反射部材の製造方法。
PCT/JP2017/040624 2016-12-14 2017-11-10 赤外レーザ用反射部材、レーザ発振器、レーザ加工装置および赤外レーザ用反射部材の製造方法 WO2018110176A1 (ja)

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