WO2020012733A1 - 人工水晶部材及びそれを用いた光学素子 - Google Patents

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克己 前田
佳史 村田
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株式会社村田製作所
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/10—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions by application of pressure, e.g. hydrothermal processes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors

Definitions

  • the present invention relates to an artificial quartz member and an optical element using the same.
  • artificial quartz is sometimes used as a lens or a window member for transmitting laser light in a laser device such as an excimer laser.
  • Optical elements such as lenses and window members are durable so that even when light having a relatively short wavelength and high energy is transmitted for a long time, the light transmission characteristics are not deteriorated or damaged. It is desirable that the property is high.
  • Patent Literature 1 discloses an artificial quartz member in which the content of aluminum in a crystal is 200 ppb or less, the content of sodium is 100 ppb or less, and the content of lithium is 150 ppb or less. Is disclosed.
  • the wavefront of light at the interface may be disturbed, causing aberration or absorption of light of a specific wavelength.
  • the output from the light source has to be increased, and the deterioration of the light durability can also progress.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide an artificial quartz member capable of improving durability and an optical element using the same.
  • An artificial quartz member has a light incident surface and a light emitting surface, the total amount of metal ions contained in the artificial quartz member is 200 ppb or less, and infrared absorption of the artificial quartz member
  • the coefficient ⁇ is 0.024 or less, and when the central wavelength of light transmitted through the artificial quartz member is ⁇ , the surface roughness RMS of each of the entrance surface and the exit surface , RMS ⁇ 0.2 ⁇ .
  • An artificial quartz member has an incident surface and an emitting surface for light, the total amount of metal ions contained in the artificial quartz member is 200 ppb or less, and infrared absorption of the artificial quartz member
  • the coefficient ⁇ is 0.024 or less, and if at least one of the wavelengths at which the intensity peaks in the intensity spectrum of the light transmitted through the artificial quartz member is ⁇ ,
  • the surface roughness RMS of the surface and the emission surface has a relationship of RMS ⁇ 0.2 ⁇ .
  • An artificial quartz member has a light incident surface and a light emitting surface, the total amount of metal ions contained in the artificial quartz member is 200 ppb or less, and infrared absorption of the artificial quartz member
  • the coefficient ⁇ satisfies at least one of 0.024 or less, and the surface roughness RMS of each of the incident surface and the exit surface has a relationship of RMS ⁇ 32 nm.
  • an artificial quartz member capable of improving durability and an optical element using the same can be provided.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a structure of a convex portion 100. It is a flow chart for explaining the manufacturing method of the artificial quartz member concerning one embodiment of the present invention. It is a side view showing the artificial quartz member concerning other embodiments of the present invention. It is a side view showing the artificial quartz member concerning other embodiments of the present invention. It is a side view showing the artificial quartz member concerning other embodiments of the present invention. It is a side view showing the artificial quartz member concerning other embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an artificial quartz member according to one embodiment of the present invention.
  • the artificial quartz member 1 is used as a lens for transmitting laser light in a laser device such as an excimer laser.
  • the artificial quartz member 1 has a circular flat plate shape, and has an incident surface 10a and an emission surface 10b facing each other in parallel. Both the entrance surface 10a and the exit surface 10b are circular and planar.
  • an optical surface 10 when it is not necessary to particularly distinguish the entrance surface 10a and the exit surface 10b, these are collectively referred to as an “optical surface 10”.
  • the artificial quartz member 1 is formed of a quartz piece (Quartz Crystal Element) cut out from a crystal of artificial quartz at a predetermined cut angle.
  • Artificial quartz has a higher transmittance in a wider wavelength range than other materials such as glass. Moreover, even when artificial quartz transmits light having a relatively short wavelength and high energy (for example, deep ultraviolet light), its optical characteristics are not easily deteriorated and the progress of deterioration is slow. Further, artificial quartz has no deliquescence and thus has excellent water resistance. Therefore, the artificial quartz suitably functions as an optical element that transmits laser light.
  • artificial quartz is grown by attaching Laska (waste quartz) as a raw material to the surface of the seed crystal.
  • impurities such as aluminum contained in the laska may be taken into the crystal.
  • the taken-in impurities weaken the crystal of the crystal or cause absorption of light energy inside the crystal, and cause deterioration of the quality of the artificial crystal. Therefore, it can be said that artificial quartz has higher quality and higher durability as the impurity concentration is lower.
  • the total amount of metal ions contained in the crystal of the artificial quartz is preferably 200 ppb or less (condition A-1).
  • condition A-1 the quality of the artificial quartz member 1 can be kept high, and the absorption of light energy into the artificial quartz member 1 can be reduced.
  • the metal ions contained in the artificial quartz member 1 include, for example, aluminum, sodium, lithium, potassium, nickel, copper, magnesium, chromium, zinc, calcium, cerium, manganese, silver, cadmium, lead, tin, and cobalt. , Germanium, iron and the like.
  • the quality of the artificial quartz is also represented by, for example, the infrared absorption coefficient ⁇ or Q value.
  • the infrared absorption coefficient ⁇ When the artificial quartz is irradiated with infrared rays, it is known that the infrared ray of a specific wavelength is absorbed inside the quartz due to the influence of the OH group contained in the artificial quartz, thereby decreasing the transmittance of the specific wavelength. ing.
  • the quantified infrared transmittance is called an infrared absorption coefficient ⁇ , and the artificial quartz is classified according to the value of the coefficient ⁇ . Specifically, the lower the concentration of OH groups contained in the artificial quartz, that is, the lower the value of the coefficient ⁇ , the higher the quality and the higher the grade of the artificial quartz.
  • the coefficient ⁇ is preferably equal to or less than 0.024 (that is, equal to or more than grade A) (condition A-2).
  • the Q value is preferably 3.0 ⁇ 10 6 or more (condition A-2).
  • the values of the coefficient ⁇ and the Q value can be mutually converted, and the other value may be derived from one measured value.
  • the artificial quartz member 1 satisfies at least one of the above-described conditions A-1 and A-2.
  • the quality of the artificial quartz satisfies the above-described conditions, for example, when the interface of the artificial quartz member has a locally changing portion, the light energy is concentrated on the portion to cause microcracks, etc. Destruction of the member can proceed from the crack as a starting point.
  • the refractive index of a portion where the light intensity is relatively strong increases, and light is more likely to concentrate. Phenomenon (self-focusing) can occur.
  • the shape of the interface has irregularities, wavefront aberration may occur at the interface or light may be absorbed, so that the energy of the emitted light may decrease. Therefore, the output from the light source must be increased in order to obtain the emitted light of the desired energy, which can also lead to deterioration of the light durability.
  • the surface roughness of the optical surface 10 serving as the interface of the transmitted light satisfies at least one of the following two conditions, the durability thereof is improved. Degradation can be suppressed.
  • the surface roughness of the optical surface 10 is represented by RMS (Root ⁇ Mean ⁇ Square), which is the standard deviation of the difference from the fit curve of the surface.
  • the RMS corresponds to the root mean square height Rq of the roughness curve in the JIS standard.
  • the Strehl ratio representing the degree of energy concentration of the transmitted light decreases in proportion to (2 ⁇ RMS / ⁇ ) 2 at the interface of the member (for example, Masato Shibuya et al. ; "Evaluation the effect of fine undulation on lens surface to the optical performance", International Optical Design Conference 2002).
  • the above-mentioned trace ratio is required to be about 80% or more.
  • n is the refractive index of the artificial quartz member 1.
  • the wavelength of light that the artificial quartz member 1 can transmit about 80% or more of energy can be, for example, about 155 to 3500 nm.
  • the surface roughness RMS of the optical surface 10 of the artificial quartz member 1 preferably satisfies the following expression (3) (condition B-1).
  • any wavelength at which the intensity has a peak may be the above-mentioned ⁇ .
  • the shortest of the wavelengths at which the peak intensity occurs is obtained.
  • the wavelength may be ⁇ . The shorter the wavelength, the higher the energy of the light.
  • the polished artificial quartz has a fine uneven structure on the surface. It is known that when the scale of the concavo-convex structure approaches the wavelength of transmitted light, internal absorption of light of a specific wavelength due to the structure occurs. This will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 2A is a diagram schematically showing the surface structure of the artificial quartz.
  • the surface of the artificial quartz is composed of a region that is relatively convex and a region that is relatively concave compared to the surroundings, and has a structure in which this is repeated. Actually, the uneven structure is not always repeated regularly, and finer unevenness may be present.
  • a pattern as a kind of “draw” may be generated on the surface of the artificial quartz. This is schematically represented as a concavo-convex structure in which cylindrical protrusions 100 are regularly arranged, as shown in FIG. 2A.
  • the size of the convex portion 100 may be various, it is considered that the ratio of the height of the convex portion 100 to the radius of the bottom surface does not largely change. Specifically, assuming that the radius of the bottom surface is r and the height is h, r ⁇ h holds.
  • FIG. 2B is a diagram schematically illustrating the structure of one projection 100.
  • a rectangular parallelepiped 110 circumscribing the projection 100 is assumed. Since the bottom area of the projection 100 is ⁇ r 2 and the bottom area of the rectangular parallelepiped 110 is 4r 2 , the area of the region (see the hatched portion) excluding the bottom of the projection 100 from the bottom of the rectangular parallelepiped 110 is 4r 2 ⁇ ⁇ r 2 . Since the height of the cylinder is h ( ⁇ r) and the height of the region excluding the cylinder is 0, the average value ⁇ of the height of the concavo-convex structure is represented by the following equation (4).
  • the surface roughness over the entire surface of the member is the surface roughness in the region represented by one rectangular parallelepiped 110. It is the same as Therefore, the surface roughness RMS of the artificial quartz having the concavo-convex structure is represented by the following equation (5).
  • the diameter of the bottom surface of the projection 100 is about 150 to 160 nm (for example, Thu).
  • the diameter of the bottom surface of the convex portion of the optical surface 10 of the artificial quartz member 1 is preferably smaller than about 25 nm. . That is, it is preferable that the surface roughness RMS of the optical surface 10 further satisfies the following expression (7) (condition B-2 ′).
  • the optical surface 10 of the artificial quartz member 1 satisfies Expression (6) and Expression (7), the absorptance of the artificial quartz member 1 due to the above structure of light in the wavelength region from ultraviolet light to visible light is reduced. As a result, the durability of the artificial quartz member 1 is improved.
  • the optical surface 10 satisfies the expression (3) in addition to the expression (6) or (7).
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing an artificial quartz member according to an embodiment of the present invention.
  • artificial quartz is grown by hydrothermal synthesis (step S1). Specifically, in a vertically elongated metal tube furnace called an autoclave, a lasker serving as a raw material is placed in a lower melting region, and a seed crystal serving as a seed is placed in a growth region located above. Then, by controlling the temperature of the growth region to be lower than the temperature of the dissolution region, the growth region becomes supersaturated, and SiO 2 molecules gradually adhere to the surface of the seed crystal to grow artificial quartz. . In this growing process, OH groups may be mixed into the crystal of the quartz, but the concentration of the OH groups can be reduced by reducing the growing speed of the artificial quartz.
  • the growth rate of the artificial quartz increases as the temperature difference between the growth region and the melting region increases, and decreases as the temperature difference decreases. Therefore, for example, by controlling the temperature difference between the growth region and the dissolution region to be relatively small, the concentration of the OH group contained in the artificial quartz can be reduced, and the above condition A-2 can be satisfied.
  • the grown artificial quartz is also called as grown artificial quartz.
  • the as-grown artificial quartz has irregularities on its surface, it is subjected to a cutting process (Lambert process) with a rotary grinder or the like to cut out the crystal face (step S2).
  • the artificial crystal from which the crystal plane is cut out is also called a Lamberted artificial crystal.
  • the Lambert artificial quartz is cut to obtain a wafer (step S3).
  • the cutting can be performed with a wire saw or a band saw using an abrasive.
  • step S4 parallel polishing is performed on both main surfaces of the wafer.
  • the parallel polishing can be performed using a polishing agent by a polishing apparatus or the like, for example.
  • metal ions contained in the crystal are diffused by subjecting the wafer to electrolytic diffusion treatment (step S5).
  • an electrode film is formed on both main surfaces of the wafer by vapor deposition, and a DC voltage is applied to the electrode film.
  • a DC voltage is applied to the electrode film.
  • mirror polishing is performed on both principal surfaces of the wafer (step S6).
  • the mirror polishing may be performed, for example, by polishing using an abrasive such as cerium oxide, or may be performed by chemical mechanical polishing (CMP) using an abrasive such as zirconium oxide or colloidal silica. Good. Further, the polishing may be performed by magnetic fluid polishing (MRF: MagnetoRheological @ Finishing). Since both main surfaces of the polished wafer correspond to the optical surface 10 of the artificial quartz member 1, the polishing makes the surface roughness of the optical surface 10 smooth, and the above-described condition B-1 or condition B-2 (B -2 ').
  • MRF MagnetoRheological @ Finishing
  • the surface roughness RMS may be measured by, for example, an optical surface texture measuring device or an atomic force microscope (AFM), or may be measured by various shape profilers.
  • FAM atomic force microscope
  • the concentration of the metal ions contained in the crystal satisfies at least one of 200 ppb or less and the coefficient ⁇ satisfies at least one of 0.024 or less.
  • the surface roughness of the optical surface 10 satisfies at least one of Expressions (3) and (6) described above.
  • Such an artificial quartz member 1 can be used, for example, as an optical element.
  • a lens incorporated in a laser device or a window member used as a sealing window of a light source such as a laser diode receives an uneven stress from the device or a residual stress at the time of curing of an adhesive for sealing.
  • the local physical properties for example, the refractive index, etc.
  • the artificial quartz member 1 that satisfies the above conditions suitably functions as an optical element such as a lens or a window member.
  • the surface roughness of the optical surface 10 of the artificial quartz member 1 satisfies the above equation (7), the deterioration of the artificial quartz member 1 is suppressed even when light in the ultraviolet light region is transmitted. be able to.
  • the above-described artificial quartz member 1 is an example of an artificial quartz member, and the configuration of the present invention is not limited to this.
  • the artificial quartz member 1 has a circular flat plate shape, but the shape of the member is not particularly limited, and may be, for example, a rectangular flat plate shape or a polygonal flat plate shape.
  • the shape of the artificial quartz member may be a circular shape provided with a notch (a so-called D-cut).
  • a cutout may be provided to indicate the axial direction of the artificial quartz. Asymmetrical stress is likely to concentrate in a region where the shape changes like such a notch, and the present invention functions suitably.
  • FIGS. 4A to 4C are side views showing an artificial quartz member according to another embodiment of the present invention.
  • description of matters common to the artificial quartz member 1 will be omitted, and only different points will be described. In particular, the same operation and effect of the same configuration will not be sequentially described for each embodiment.
  • the artificial quartz member 2 differs from the artificial quartz member 1 in that the incident surface 20a and the outgoing surface 20b each form a curved surface that is convex with respect to the traveling direction of light.
  • the water pressure or the atmospheric pressure is applied to the illumination window of the illumination device used in water or space, it is preferable to use the artificial quartz member 2 as such a member.
  • the artificial quartz member 3 is different from the artificial quartz member 1 in that the incident surface 30a has a planar shape, but the emission surface 30b has a convex curved shape with respect to the traveling direction of light.
  • a difference in beam diameter may occur between the entrance surface and the exit surface.
  • a difference occurs in the rate of temperature rise and the effect of self-focusing in the lens, and the distribution of the temperature and the refractive index becomes non-uniform, and stress may be applied to the lens. Therefore, when the artificial quartz member 3 is applied as such a member, it functions suitably.
  • the artificial quartz member 3 may be used as a lens for condensing or diffusing a laser in a laser beam machine, for example.
  • the artificial quartz member 4 is different from the artificial quartz member 1 in that the exit surface 40b is planar, but the incident surface 40a has a convex aspherical shape.
  • incident light is collected inside the lens.
  • a difference occurs in the rate of temperature rise and the effect of self-focusing in the lens, and the distribution of the temperature and the refractive index becomes non-uniform, and stress may be applied to the lens. Therefore, when the artificial quartz member 4 is applied as such a member, it functions suitably.
  • artificial quartz since artificial quartz has birefringence, by applying the artificial quartz member 4 to such a lens, the focal point in the lens can be dispersed to two places. Therefore, the gradient of the temperature distribution in the lens can be reduced.
  • the artificial quartz member 4 may be used as, for example, a lens for illumination of an endoscope.
  • the artificial quartz members 1 to 4 have high durability, and thus suitably function particularly in a situation where stress is applied to the members or a condition where the temperatures of the members are not uniform.
  • the shapes of the entrance surface and the exit surface of the artificial quartz members 1 to 4 are not limited to flat surfaces, and may be curved surfaces such as spherical surfaces or aspherical surfaces.
  • the artificial quartz members 1 to 4 have a light incident surface and a light emitting surface, and the total amount of metal ions contained in the artificial quartz members 1 to 4 is 200 ppb or less;
  • the infrared absorption coefficient ⁇ of the members 1 to 4 satisfies at least one of 0.024 or less and the central wavelength of light transmitted through the artificial quartz members 1 to 4 is ⁇
  • the incident surface and The surface roughness RMS of the emission surface has a relationship of RMS ⁇ 0.2 ⁇ .
  • the artificial quartz members 1 to 4 have a light incident surface and a light emitting surface, and the total amount of metal ions contained in the artificial quartz members 1 to 4 is 200 ppb or less.
  • the wavelength at which the intensity peaks in the intensity spectrum of the light that satisfies at least one of the condition that the absorption coefficient ⁇ is 0.024 or less and that transmits the artificial quartz members 1 to 4 is ⁇ .
  • the surface roughness RMS of each of the entrance surface and the exit surface has a relationship of RMS ⁇ 0.2 ⁇ .
  • any of the wavelengths at which the intensity peaks may be the shortest wavelength among a plurality of wavelengths at which the intensity peaks.
  • the artificial quartz members 1 to 4 have a light incident surface and a light emitting surface, and the total amount of metal ions contained in the artificial quartz members 1 to 4 is 200 ppb or less.
  • 4 has an infrared absorption coefficient ⁇ of 0.024 or less, and has a relationship of RMS ⁇ 32 nm with respect to the surface roughness RMS of each of the entrance surface and the exit surface. Thereby, deterioration due to crystal quality can be suppressed, and absorption of light into the member due to surface roughness of the member can be suppressed. Therefore, according to the artificial quartz members 1 to 4, the durability can be improved.
  • the surface roughness RMS of at least one of the incident surface and the outgoing surface may have a relationship of RMS ⁇ 5 nm. This makes it possible to suppress deterioration even when light in the ultraviolet light region is transmitted through the artificial quartz members 1 to 4.
  • the uses of the artificial quartz members 1 to 4 are not particularly limited, they may be used, for example, for optical elements. As described above, since the artificial quartz members 1 to 4 have high durability, they also function favorably when used in optical elements to which stress is applied.
  • 1 to 4 artificial quartz member, 10: optical surface, 10a to 40a: incident surface, 10b to 40b: output surface, 100: convex portion, 110: rectangular parallelepiped

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Abstract

耐久性を向上させることができる人工水晶部材及びそれを用いた光学素子を提供する。人工水晶部材（１）は、光の入射面（１０ａ）及び出射面（１０ｂ）を有し、当該人工水晶部材（１）に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材（１）の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、人工水晶部材（１）を透過する光の中心波長をλとした場合、入射面（１０ａ）及び出射面（１０ｂ）のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する。

Description

人工水晶部材及びそれを用いた光学素子
　本発明は、人工水晶部材及びそれを用いた光学素子に関する。
　従来、例えばエキシマレーザ等のレーザ装置においてレーザ光を透過させるためのレンズや窓部材として、人工水晶が用いられることがある。このようなレンズや窓部材等の光学素子は、波長が比較的短くエネルギーが高い光が長時間透過される場合であっても、光透過特性が劣化したり損傷が発生したりしないよう、耐久性が高いことが望ましい。
　この点、人工水晶においては、不純物となる金属イオンが結晶中に含有されることにより、透過特性の劣化や損傷の発生が生じやすくなることが知られている。この問題に対処するため、例えば下記特許文献１には、結晶中におけるアルミニウムの含有量が２００ｐｐｂ以下であり、ナトリウムの含有量が１００ｐｐｂ以下であり、リチウムの含有量が１５０ｐｐｂ以下である人工水晶部材の製造方法が開示されている。
特開２００７－３３２０００号公報
　このように、人工水晶の耐久性の向上のためには、結晶中の不純物の含有量が着目されていた。しかしながら、当該不純物の含有量が少なくても、例えば光学素子の界面形状により耐久性が十分に得られない場合が考えられる。例えば界面が局所的に変化する部分を有する場合、当該部分に光エネルギーが集中することによりマイクロクラックなどが生じることがある。これにより当該部分の形状の局所的な変化が大きくなると、さらに当該部分に光エネルギーが集中することとなり、部材の破壊が進行することが考えられる。また、光エネルギーの分布が一様でない場合、光強度が相対的に強い部分の屈折率が高くなり、より光が集中しやすくなるという現象（セルフ・フォーカシング）も知られている。
　加えて、界面の形状が粗い場合は、界面において光の波面が乱れることにより収差が生じたり、特定の波長の光の吸収が生じたりすることがある。この場合、所望のエネルギーの出射光を得るためには、光源からの出力を増大させざるを得ず、これによっても光耐久性の劣化が進行し得る。
　従って、耐久性のさらなる向上を図るためには、不純物の含有量の制御のみでは不十分であり、界面形状の局所的な変化を抑制する必要があると考えられる。このことは、例えば部材の使用環境に依存して不均一な応力が部材に加わる場合に、歪みにより局所的な物性（例えば、屈折率等）の変化が生じ、これにより耐久性が劣化し得るため、特に顕著となる。また、例えば部材の入射面と出射面とでビーム径が異なることにより、光エネルギーの分布が一様でない場合もまた、上述のセルフ・フォーカシングなどの影響により耐久性が不足し得る。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐久性を向上させることができる人工水晶部材及びそれを用いた光学素子を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係る人工水晶部材は、光の入射面及び出射面を有し、当該人工水晶部材に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、人工水晶部材を透過する光の中心波長をλとした場合、入射面及び出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する。
　本発明の一側面に係る人工水晶部材は、光の入射面及び出射面を有し、当該人工水晶部材に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、人工水晶部材を透過する光の強度スペクトルのうち、強度がピークとなるいずれかの波長をλとした場合、入射面及び出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する。
　本発明の一側面に係る人工水晶部材は、光の入射面及び出射面を有し、当該人工水晶部材に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、入射面及び出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦３２ｎｍの関係を有する。
　本発明によれば、耐久性を向上させることができる人工水晶部材及びそれを用いた光学素子を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る人工水晶部材を示した斜視図である。 人工水晶の表面構造を模式的に示した図である。 凸部１００の構造を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る人工水晶部材の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る人工水晶部材を示した側面図である。 本発明の他の実施形態に係る人工水晶部材を示した側面図である。 本発明の他の実施形態に係る人工水晶部材を示した側面図である。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
　図１を参照して、本発明の一実施形態に係る人工水晶部材について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る人工水晶部材を示した斜視図である。
　人工水晶部材１は、例えばエキシマレーザ等のレーザ装置等において、レーザ光を透過させるレンズとして用いられる。本実施形態において、人工水晶部材１は、円形平板状をなし、互いに平行に対向する入射面１０ａと出射面１０ｂを有する。入射面１０ａと出射面１０ｂは、ともに円形状かつ平面状をなしている。本実施形態では、入射面１０ａから光が入射し、人工水晶部材１を透過して出射面１０ｂから出射されるものとして説明するが、光の入射と出射の方向は逆向きであってもよい。以下、入射面１０ａと出射面１０ｂを特に区別する必要がないときは、これらを合わせて「光学面１０」とも呼ぶ。
　人工水晶部材１は、人工水晶の結晶から所定のカット角で切り出された水晶片（Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）により構成される。人工水晶は、例えばガラス等の他の材料に比べて広い波長の範囲において高い透過率を有している。また、人工水晶は、波長が比較的短くエネルギーが強力な光（例えば、深紫外光）を透過させる場合であっても、光学的特徴が損なわれにくく劣化の進行が遅い。さらに、人工水晶は潮解性を有しないため耐水性に優れる。従って、人工水晶はレーザ光を透過させる光学素子として好適に機能する。
　次に、耐久性の向上のために人工水晶部材１が満たすべき条件について、結晶の品質と光学面１０の表面粗さの観点から順に説明する。
　１つ目に、人工水晶は、原料となるラスカ（屑水晶）が種結晶の表面に付着することにより育成される。このとき、ラスカに含まれるアルミニウム等の不純物が結晶中に取り込まれることがある。取り込まれた不純物は、水晶の結晶を弱めたり、結晶内部における光エネルギーの吸収を招いたりし、人工水晶の品質の低下の原因となる。従って、人工水晶は、このような不純物濃度が低いほど品質が高く、耐久性が高いと言える。
　本実施形態に係る人工水晶部材１では、人工水晶の結晶中に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であることが好ましい（条件Ａ－１）。人工水晶部材１が当該条件Ａ－１を満たすことにより、人工水晶部材１の品質を高く保つことができ、人工水晶部材１内部への光エネルギーの吸収を緩和することができる。なお、人工水晶部材１に含有される金属イオンとしては、例えば、アルミニウム、ナトリウム、リチウム、カリウム、ニッケル、銅、マグネシウム、クロム、亜鉛、カルシウム、セリウム、マンガン、銀、カドミウム、鉛、錫、コバルト、ゲルマニウム、鉄等がある。
　２つ目に、人工水晶の品質は、例えば赤外線吸収係数α又はＱ値によっても表される。人工水晶に赤外線が照射されると、人工水晶に含有されるＯＨ基の影響により特定の波長の赤外線が水晶内部に吸収されることにより、当該特定の波長の透過率が低下することが知られている。この赤外線の透過率を定量化したものを赤外線吸収係数αと呼び、係数αの値により人工水晶の等級分けがなされる。具体的には、人工水晶に含有されるＯＨ基の濃度が低く、すなわち係数αの値が低いほど、人工水晶は高品質であり、高い等級となる。
　本実施形態に係る人工水晶部材１では、係数αが０．０２４以下（すなわち、Ａ等級以上）であることが好ましい（条件Ａ－２）。また、この条件をＱ値に換算すると、Ｑ値は３．０×１０６以上であることが好ましい（条件Ａ－２）。人工水晶部材１が当該条件Ａ－２を満たすことにより、赤外線の内部吸収を抑制し、人工水晶の劣化を抑制することができる。なお、これらの係数α及びＱ値の値は相互に換算可能であり、測定された一方の値から他方の値が導出されてもよい。人工水晶部材１は、上述の条件Ａ－１又は条件Ａ－２のうち、少なくともいずれか一方を満たすものとする。
　さらに、人工水晶の品質が上述の条件を満たしても、例えば人工水晶部材の界面が局所的に変化する部分を有する場合、当該部分に光エネルギーが集中することによりマイクロクラックなどが生じ、当該マイクロクラックを起点として部材の破壊が進行し得る。また、例えば部材の入射面と出射面とでビーム径が異なることにより光エネルギーの分布が一様でない場合、光強度が相対的に強い部分の屈折率が高くなり、さらに光が集中しやすくなるという現象（セルフ・フォーカシング）が起き得る。あるいは、界面の形状に凹凸があると、界面において波面収差が生じたり、光の吸収が生じたりすることにより、出射光のエネルギーが減少し得る。従って、所望のエネルギーの出射光を得るために光源からの出力を増大させざるを得ず、これによっても光耐久性の劣化が進行し得る。
　この点、本実施形態に係る人工水晶部材１は、透過光の界面となる光学面１０の表面粗さが、以下に示す２つの条件のうち少なくともいずれか一方を満たすことにより、これらの耐久性の劣化を抑制することができる。なお、光学面１０の表面粗さは、当該面のフィットカーブとの差異の標準偏差であるＲＭＳ（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）により表されるものとする。当該ＲＭＳは、ＪＩＳ規格における粗さ曲線の二乗平均平方根高さＲｑに相当する。
　１つ目に、光が部材を透過する際には、当該部材の表面粗さにより界面において光の波面が乱れ、波面収差が生じる。例えば部材を透過する光の中心波長をλとすると、透過光のエネルギー集中度合いを表すストレール比は、部材の界面において（２πＲＭＳ／λ）２に比例して減少する（例えば、Masato Shibuya et al.; "Evaluation the effect of fine undulation on lens surface to the optical performance", International Optical Design Conference 2002参照）。ここで、光学用途においては、当該ストレース比は８割程度以上必要であるといわれている。従って、例えば入射光の全エネルギーに対して８割以上のエネルギーの出射光を得るためには、部材の表面粗さＲＭＳは以下の式（１）を満たす必要がある。なお、ｎは人工水晶部材１の屈折率である。また、人工水晶部材１が８割程度以上のエネルギーを透過させることができる光の波長は、例えば約１５５～３５００ｎｍであり得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　上記式（１）に水晶の屈折率であるｎ＝１．５１を代入すると、下記式（２）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　従って、人工水晶部材１の光学面１０の表面粗さＲＭＳは、下記式（３）を満たすことが好ましい（条件Ｂ－１）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　なお、人工水晶部材１を透過する光の強度スペクトルのうち、強度がピークとなるいずれかの波長を上記λとしてもよい。例えば、複数の光源から波長が互いに異なる光がそれぞれ人工水晶部材１に入射され、人工水晶部材１を透過する光の強度スペクトルが複数のピークを有する場合、強度がピークとなる波長のうち最も短い波長を上記λとしてもよい。光は波長が短いほどエネルギーが強いため、最も短い波長λにおいて上記式（３）を満たすことにより、人工水晶部材１の耐久性がさらに向上する。
　２つ目に、研磨された人工水晶は、表面に微細な凹凸構造を有している。当該凹凸構造のスケールが、透過される光の波長に近付くことにより、当該構造に起因した特定の波長の光の内部吸収が生じることが知られている。この点について、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。
　図２Ａは、人工水晶の表面構造を模式的に示した図である。人工水晶の表面は、周囲と比較して相対的に凸状の領域と相対的に凹状の領域から構成され、これが繰り返される構造を有している。なお、実際には、当該凹凸構造が規則的に繰り返されるとは限られず、また、これより微細な凹凸が存在し得る。研磨加工においては、砥石を一定の速度で回転させながら人工水晶に対して一定の動きで相対運動させることになるため、人工水晶の表面に一種の「引き目」としてのパターンが生じ得る。これを、図２Ａに示されるように、円柱状の凸部１００が規則的に並べられた凹凸構造として模式的に表現する。このとき、凸部１００の大きさは様々であり得るが、凸部１００の高さと底面の半径の比は大きくは変わらないと考えられる。具体的には、底面の半径をｒとし、高さをｈとすると、ｒ≒ｈが成り立つ。
　図２Ｂは、１つの凸部１００の構造を模式的に示した図である。凸部１００に外接する直方体１１０を想定する。凸部１００の底面積はπｒ２であり、直方体１１０の底面積は４ｒ２であるため、直方体１１０の底面から凸部１００の底面を除く領域（網掛け部参照）の面積は、４ｒ２－πｒ２となる。円柱の高さはｈ（≒ｒ）であり、円柱を除く領域の高さは０であるため、当該凹凸構造の高さの平均値μは下記式（４）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　部材の表面の全域において、図２Ｂに示されるような凹凸構造が規則的に並んでいると仮定すると、部材の表面の全域における表面粗さは、１つの直方体１１０により表される領域における表面粗さと同様となる。従って、当該凹凸構造を有する人工水晶の表面粗さＲＭＳは、下記式（５）により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　ここで、例えば紫外光から可視光の波長領域の光においては、凸部１００の底面の直径が約１５０～１６０ｎｍの場合に上記構造に起因する吸収が生じることが知られている（例えば、Thu Hac Huong Le et al.; "Optical near-field induced visible response photoelectrochemical water splitting on nanorod TiO2", Applied Physics Letters, 99, 213105, 2011参照）。従って、人工水晶部材１が当該波長領域の光を透過させる部材として用いられる場合、人工水晶部材１の光学面１０が有する凸部の直径は、約１５０～１６０ｎｍより小さいことが好ましい。すなわち、光学面１０の表面粗さＲＭＳは、下記式（６）を満たすことが好ましい（条件Ｂ－２）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  
　さらに、人工水晶部材１が紫外光の波長以下の波長の光を透過させる部材として用いられる場合、人工水晶部材１の光学面１０が有する凸部の底面の直径は、約２５ｎｍより小さいことが好ましい。すなわち、光学面１０の表面粗さＲＭＳは、さらに下記式（７）を満たすことが好ましい（条件Ｂ－２´）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
  
　人工水晶部材１の光学面１０が、上記式（６）さらには式（７）を満たすことにより、人工水晶部材１における紫外光から可視光の波長領域の光の上記構造に起因する吸収率が下がり、結果として人工水晶部材１の耐久性が向上する。勿論、光学面１０は、上記式（６）又は式（７）に加えて上記式（３）も満たすとさらに好ましい。
　次に、上述の各条件を達成するための人工水晶部材１の製造方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る人工水晶部材の製造方法を説明するためのフローチャートである。
　同図に示されるように、まず水熱合成法により人工水晶を育成する（ステップＳ１）。具体的には、オートクレーブと呼ばれる縦長の金属筒炉のうち下部に位置する溶解域に原料となるラスカを配置し、上部に位置する成長域に種となる種結晶を配置する。そして、溶解域の温度に比べて成長域の温度が低くなるように制御することにより、成長域が過飽和状態となり、種結晶の表面にＳｉＯ２分子が徐々に付着して人工水晶が育成される。この育成過程において水晶の結晶中にＯＨ基が混入し得るが、当該ＯＨ基の濃度は、人工水晶の育成速度を遅くすることにより低減させられる。また、人工水晶の育成速度は、成長域と溶解域の温度差が大きいほど速くなり、小さいほど遅くなる。従って、例えば成長域と溶解域の温度差が比較的小さくなるように制御することにより、人工水晶に含有されるＯＨ基の濃度を低減させ、上述の条件Ａ－２を満たすことができる。なお、育成された人工水晶はアズグロウン（ａｓ　ｇｒｏｗｎ）人工水晶とも呼ぶ。
　アズグロウン人工水晶は、表面に凹凸を有するため、ロータリー研削機等により切削加工（ランバード加工）を施し、結晶面を切り出す（ステップＳ２）。結晶面が切り出された人工水晶は、ランバード（Ｌｕｍｂｅｒｅｄ）人工水晶とも呼ぶ。
　次に、ランバード人工水晶を切断し、ウエハを得る（ステップＳ３）。当該切断は、ワイヤーソーやバンドソー等により研磨剤を用いて行うことができる。
　次に、ウエハの両主面に平行研磨加工を施す（ステップＳ４）。平行研磨加工は、例えば研磨装置等により研磨剤を用いて行うことができる。
　次に、ウエハに電解拡散処理を施すことにより、結晶中に含有される金属イオンを拡散させる（ステップＳ５）。具体的には、例えば蒸着によりウエハの両主面に電極膜を形成し、当該電極膜に直流電圧を印加する。これにより、ナトリウムイオンやリチウムイオンがマイナス電極膜側に引き付けられ、拡散される。従って、結晶中の金属イオンの濃度が低減し、上述の条件Ａ－１を満たすことができる。
　最後に、ウエハの両主面に鏡面研磨加工を施す（ステップＳ６）。鏡面研磨加工は、例えば酸化セリウム等の研磨剤を用いた研磨によりなされてもよく、あるいは酸化ジルコニウムやコロイダルシリカ等の研磨剤を用いた化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によりなされてもよい。さらには、当該研磨は、磁性流体研磨（ＭＲＦ：ＭａｇｎｅｔｏＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）によりなされてもよい。研磨されたウエハの両主面は、人工水晶部材１の光学面１０に相当するため、当該研磨により光学面１０の表面粗さが滑らかとなり、上述の条件Ｂ－１又は条件Ｂ－２（Ｂ－２´）を満たすことができる。
　なお、表面粗さＲＭＳは、例えば光学式表面性状測定機や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により測定してもよく、あるいは、各種形状プロファイラにより測定してもよい。
　以上説明したとおり、人工水晶部材１によると、結晶中に含有される金属イオンの濃度が２００ｐｐｂ以下、及び、係数αが０．０２４以下のうち少なくともいずれか一方を満たし、かつ、人工水晶部材１の光学面１０の表面粗さが、上述の式（３）及び式（６）のうち少なくともいずれか一方を満たす。これにより、人工水晶部材１では、結晶中に含まれる金属イオンやＯＨ基に起因する劣化を抑制するとともに、部材の表面粗さに起因する波面収差の発生や部材内部への光の吸収を抑制することができる。従って、人工水晶部材１によると、耐久性を向上させることができる。
　このような人工水晶部材１は、例えば光学素子として使用することができる。例えばレーザ装置に組み込まれたレンズや、レーザダイオードなどの光源の封止窓として用いられる窓部材には、装置から不均一な応力が加わったり、封止のための接着材の硬化時の残留応力が加わったりすることによる歪みにより、局所的な物性（例えば、屈折率等）の変化が生じ、耐久性が劣化しやすい。この点、上述の条件を満たす人工水晶部材１は、このようなレンズや窓部材等の光学素子としても好適に機能する。
　また、人工水晶部材１の光学面１０の表面粗さが上述の式（７）を満たす場合、紫外光の領域の光が透過される場合であっても、人工水晶部材１の劣化を抑制することができる。
　なお、上述の人工水晶部材１は、人工水晶部材の一例であり、本発明の構成はこれに限定されない。例えば、上述の実施形態においては、人工水晶部材１が円形平板状であるが、当該部材の形状は特に限定されず、例えば矩形平板状や多角形平板状であってもよい。あるいは、人工水晶部材の形状は、切り欠き部（いわゆる、Ｄカット）が設けられた円形状であってもよい。例えば波長板等のように、結晶軸の軸方向が重要となる光学素子に人工水晶が用いられる場合、当該人工水晶の軸方向を示すために切り欠き部が設けられることがある。このような切り欠き部のように形状が変化する領域には非対称な応力が集中しやすく、本発明が好適に機能する。
　図４Ａから図４Ｃは、本発明の他の実施形態に係る人工水晶部材を示した側面図である。なお、以下の実施形態においては、人工水晶部材１と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
　図４Ａに示されるように、人工水晶部材２は、入射面２０ａ及び出射面２０ｂが、それぞれ光の進行方向に対して凸の曲面状を成す点において人工水晶部材１と異なる。例えば水中や宇宙において用いられる照明装置の照明窓には水圧や気圧が加わるため、このような部材として人工水晶部材２を適用すると、好適に機能する。
　図４Ｂに示されるように、人工水晶部材３は、入射面３０ａは平面状であるが、出射面３０ｂが光の進行方向に対して凸の曲面状を成す点において人工水晶部材１と異なる。図４Ｂに示されるような光を集光又は発散させるレンズでは、入射面と出射面でビーム径に差が生じ得る。これにより、レンズ内における温度上昇率やセルフ・フォーカシングの作用に差が生じて、温度や屈折率の分布が不均一となり、レンズに応力が加わることがある。従って、このような部材として人工水晶部材３を適用すると、好適に機能する。なお、人工水晶部材３は、例えばレーザ加工機においてレーザを集光又は拡散させるレンズとして用いられてもよい。
　図４Ｃに示されるように、人工水晶部材４は、出射面４０ｂは平面状であるが、入射面４０ａが凸の非球面形状を成す点において人工水晶部材１と異なる。人工水晶部材４では、レンズの内部において入射光が集光される。これにより、人工水晶部材３と同様に、レンズ内における温度上昇率やセルフ・フォーカシングの作用に差が生じて、温度や屈折率の分布が不均一となり、レンズに応力が加わることがある。従って、このような部材として人工水晶部材４を適用すると、好適に機能する。また、人工水晶は複屈折性を有するため、このようなレンズに人工水晶部材４を適用することにより、レンズ内における焦点を２か所に分散させることができる。従って、レンズ内の温度分布の勾配を緩和させることができる。なお、人工水晶部材４は、例えば内視鏡の照明用のレンズとして用いられてもよい。
　上述のとおり、本実施形態にかかる人工水晶部材１～４は、耐久性が高いため、特に部材に応力が加わる状況や、部材の温度が不均一となる状況において好適に機能する。また、人工水晶部材１～４の入射面及び出射面の形状は平面に限られず、球面又は非球面等の曲面状であってもよい。
　以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本実施形態に係る人工水晶部材１～４は、光の入射面及び出射面を有し、当該人工水晶部材１～４に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材１～４の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、人工水晶部材１～４を透過する光の中心波長をλとした場合、入射面及び出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する。これにより、結晶の品質に起因する劣化を抑制し、かつ部材の表面粗さに起因する波面収差の発生を抑制することができる。従って、人工水晶部材１～４によると、耐久性を向上させることができる。
　また、人工水晶部材１～４は、光の入射面及び出射面を有し、当該人工水晶部材１～４に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、人工水晶部材１～４を透過する光の強度スペクトルのうち、強度がピークとなるいずれかの波長をλとした場合、入射面及び出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する。これにより、結晶の品質に起因する劣化を抑制し、かつ部材の表面粗さに起因する波面収差の発生を抑制することができる。従って、人工水晶部材１～４によると、耐久性を向上させることができる。
　また、強度がピークとなるいずれかの波長は、強度がピークとなる複数の波長のうち最も短い波長であってもよい。最も短い波長λにおいてＲＭＳ≦０．２λの関係を満たすことにより、人工水晶部材１～４の耐久性をさらに向上させることができる。
　また、人工水晶部材１～４は、光の入射面及び出射面を有し、当該人工水晶部材１～４に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、人工水晶部材１～４の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、入射面及び出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦３２ｎｍの関係を有する。これにより、結晶の品質に起因する劣化を抑制し、かつ部材の表面粗さに起因する部材内部への光の吸収を抑制することができる。従って、人工水晶部材１～４によると、耐久性を向上させることができる。
　また、人工水晶部材１～４において、入射面又は出射面のうち少なくともいずれか一方の表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦５ｎｍの関係を有していてもよい。これにより、人工水晶部材１～４に紫外光の領域の光が透過される場合であっても、劣化を抑制することができる。
　また、人工水晶部材１～４の用途は特に限定されないが、例えば光学素子に用いられてもよい。上述のとおり人工水晶部材１～４は耐久性が高いため、応力が加わる光学素子に用いられた場合にも好適に機能する。
　なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
　１～４…人工水晶部材、１０…光学面、１０ａ～４０ａ…入射面、１０ｂ～４０ｂ…出射面、１００…凸部、１１０…直方体

Claims (7)

  1. 　光の入射面及び出射面を有する人工水晶部材であって、
    　当該人工水晶部材に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、前記人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、
    　前記人工水晶部材を透過する光の中心波長をλとした場合、前記入射面及び前記出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する、人工水晶部材。
  2. 　光の入射面及び出射面を有する人工水晶部材であって、
    　当該人工水晶部材に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、前記人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、
    　前記人工水晶部材を透過する光の強度スペクトルのうち、強度がピークとなるいずれかの波長をλとした場合、前記入射面及び前記出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦０．２λの関係を有する、人工水晶部材。
  3. 　前記強度がピークとなるいずれかの波長は、強度がピークとなる複数の波長のうち最も短い波長である、
    　請求項２に記載の人工水晶部材。
  4. 　前記人工水晶部材を透過する光の波長は、１５５ｎｍ～３５００ｎｍである、
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の人工水晶部材。
  5. 　光の入射面及び出射面を有する人工水晶部材であって、
    　当該人工水晶部材に含有される金属イオンの総量が２００ｐｐｂ以下であること、及び、前記人工水晶部材の赤外線吸収係数αが０．０２４以下であること、の少なくともいずれか一方を満たし、かつ、
    　前記入射面及び前記出射面のそれぞれの表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦３２ｎｍの関係を有する、人工水晶部材。
  6. 　前記入射面及び前記出射面のうち少なくともいずれか一方の表面粗さＲＭＳについて、ＲＭＳ≦５ｎｍの関係を有する、
    　請求項１から５のいずれか一項に記載の人工水晶部材。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載の人工水晶部材を用いた光学素子。
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