(57)【要約】  本発明は、高開口数レンズを用いて、高分子コーティングに損傷を与えることなくフェムト秒レーザービームが高分子コーティングを通過して基材に集束するようにすることにより、ポリマーコーテッド光デバイスのガラス基材の屈折率変化を誘起することに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護高分子コーティングを有するガラス基材を選択するステップと、
高開口数レンズを用いて、フェムト秒レーザービームが該高分子コーティングを通過して該基材中の点に集束するようにすることにより、該高分子コーティングに損傷を与えることなく該基材の屈折率変化を誘起するステップと、
を含む、光デバイスの作製方法。
【請求項２】
前記レーザービームを集束させるために使用する前記高開口数レンズが、０．６〜１．４の開口数を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基材がバルクガラスである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基材がガラスファイバーである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ブラッグ格子が前記ガラスファイバー中に書き込まれる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基材の屈折率が１０-2まで増大される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記フェムト秒レーザーが発振器をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザーのパルス幅が約２０〜約６００フェムト秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記レーザーのパルス繰返し数が約１０ヘルツ〜約２００メガヘルツである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザーのパルスエネルギーが約１ナノジュール〜約１０マイクロジュールの範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基材が前記レーザーに暴露されながら前記レーザービームに対して約１０μｍ／秒〜約１０ｃｍ／秒の速度で平行移動される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
保護高分子コーティングを有するガラス基材を備え、該基材中または該基材上の少なくとも１つの領域が、変化した屈折率を有し、その変化が、該基材上に該保護高分子層が存在する状態で引き起こされたものである、光デバイス。
【請求項１３】
前記ガラスが、酸化物ガラス、ハロゲン化物ガラス、硫化物ガラス、およびカルコゲニドガラスを含む群から選択される、請求項１２に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記酸化物ガラスが、ケイ酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩、リン酸塩、フルオロリン酸塩、またはビスマス酸塩を含む群から選択される、請求項１３に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記ガラスが、ホウケイ酸塩、硫化物、鉛、ゲルマニウム、リン、またはセリウムのうちの１つ以上を含む、請求項１２に記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記ガラス基材が、ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、およびＰ2Ｏ5よりなる群から選択される１つ以上の材料でドーピングされている、請求項１２に記載の光デバイス。
【請求項１７】
前記ガラス基材が光ファイバーである、請求項１２に記載の光デバイス。
【請求項１８】
前記変化した屈折率の領域がブラッグ格子を形成する、請求項１７に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子保護コーティングで覆われたガラスサンプルの内部に改変された屈折率の領域を生成させる方法およびそれにより得られる物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェムト秒レーザーを用いて種々のガラスの屈折率の恒久的変化を引き起こすことについては、科学文献に記載されている。屈折率改変ガラス材料から、たとえば、導波路、結合器、および回折格子を形成することができる。米国特許第５，７６１，１１１号明細書（グレザー（Ｇｌｅｚｅｒ））には、直径がサブミクロン〜数ミクロンの範囲にありかつ長さが数ミクロン〜ミリメートルの範囲にある体積要素（ボクセル）を含む領域を生成させることにより、ガラス中に二次元および三次元光記憶を行うフェムト秒レーザー法が記載されている。米国特許第５，９７８，５３８号明細書（三浦（Ｍｉｕｒａ））には、酸化物、ハロゲン化物、およびカルコゲナイドガラス中に光導波路を形成するフェムト秒レーザー法が記載されている。国際公開第０１／０９８９９号パンフレットには、軟質シリカ系ガラス中に光デバイスの直接書込みを行うフェムト秒レーザー法が記載されている。
【０００３】
近藤（Ｋｏｎｄｏ）ら著、オプティツクス・レターズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、第２４巻、ｐ．６４６において、著者らは、赤外フェムト秒レーザーパルスの集束照射を用いて長周期ファイバーグレーティングを作製することについて記載している。著者らは、最初に、高分子コーティングを通して書き込むことを試みたが、コアの屈折率変化が起こらなくなるまでレーザーパワーを低下させたときでさえも、アクリレート樹脂が融除されることを見いだした。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
高分子層を通してフェムト秒レーザーパルスを照射し、高分子層に損傷を与えることなく下側のガラス片の屈折率を変化させることができるようにする必要があると本出願人は認識した。本出願人は、高開口数レンズを用いてフェムト秒レーザーを集束させることにより、この目的を達成することができた。
【０００５】
本発明の一態様は、保護高分子コーティングを有するガラス基材を選択するステップと、高開口数レンズを用いて、フェムト秒レーザービームが該高分子コーティングを通過して該基材中の点に集束するようにすることにより、該高分子コーティングに損傷を与えることなく該基材の屈折率変化を誘起するステップと、を含む、光デバイスの作製方法を特徴とする。レーザービームを集束させるために使用する高開口数レンズは、０．６〜１．４の開口数を有しうる。
【０００６】
基材は、たとえば、バルクガラスまたはガラスファイバーであってよい。本方法に従って、ブラッグ格子をガラスファイバー中に書き込むことが可能である。本方法によれば、基材の屈折率を１０-2まで増大させることができる。
【０００７】
フェムト秒レーザーは、発振器をさらに備えていてもよい。レーザーのパルス幅は、約２０〜約６００フェムト秒に設定することが可能であり、パルス繰返し数は、約１０ヘルツ〜約２００メガヘルツに設定することが可能である。本方法は、レーザーに暴露しながらレーザービームに対して約１０μｍ／秒〜約１０ｃｍ／秒の速度で基材を平行移動させることにより、行うことが可能である。
【０００８】
本発明の他の態様は、保護高分子コーティングを有するガラス基材を備え、該基材中または該基材上の少なくとも１つの領域が、変化した屈折率を有し、その変化が、該基材上に該保護高分子層が存在する状態で引き起こされたものである、光デバイスである。光デバイスのガラスは、酸化物ガラス、ハロゲン化物ガラス、硫化物ガラス、およびカルコゲンナイドガラスを含む群から選択することが可能である。ガラスが酸化物ガラスである場合、ケイ酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩、リン酸塩、フルオロリン酸塩、またはビスマス酸塩を含む群から選択することが可能である。光デバイスのガラスは、ホウケイ酸塩、硫化物、鉛、ゲルマニウム、リン、またはセリウムのうちの１つ以上を含んでいてもよい。ガラスは、ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、およびＰ2Ｏ5よりなる群から選択される１つ以上の材料でドーピングすることが可能である。
【０００９】
いくつかの実施形態では、光デバイスのガラス基材は、光ファイバーである。これらの実施形態では、変化した屈折率の領域は、ブラッグ格子を形成しうる。
【００１０】
本発明で使用する場合、
「フェムト秒レーザー」とは、約４００ｎｍの下限および約１０００ｎｍの上限を有する波長で６００フェムト秒よりも短いパルス持続時間を有するパルス放射線を放出するレーザーを意味し、
「高開口数」とは、約０．６〜約１．４の開口数を意味する。
【００１１】
本発明の少なくとも１つの実施形態の利点は、屈折率を変化させるためにフェムト秒レーザーに付されるガラス基材から保護ポリマーを取り除いてから高分子コーティングを再適用するという時間のかかるステップが回避されるという点である。
【００１２】
本発明の少なくとも１つの実施形態の他の利点は、フェムト秒レーザーをガラス基材中に集束させるために高開口数レンズを使用することにより、屈折率増加領域を生成するレーザー焦点で十分な強度が得られると同時に、自己集束に必要とされるよりも低いレベルにピークレーザーパワーを保持することができるという点である。これにより、屈折率増加領域の形状制御がより高度に行えるようになる。
【００１３】
本発明の他の特徴および利点は、以下の図面、詳細な説明、および特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の方法では、フェムト秒レーザーを用いてポリマーコーテッドガラスサンプルの屈折率を改変する。これは、高開口数レンズを用いてフェムト秒ビームをガラスの内部の焦点に集束させることにより行われる。効果を発揮させるために、ガラスおよびその高分子コーティングは、コーティングの吸収レベルまたはコーティングにすぐ隣接したガラスの領域の吸収レベルがコーティングに悪影響を及ぼさない程度に、レーザー波長を十分に透過する必要がある。高開口数レンズの焦点近傍の領域では、レーザー強度は、焦点近傍の体積中のガラスの屈折率をほぼ１０-2の量だけ増大させる変化をガラスに引き起こすのに十分な程度に大きい（約１０１４Ｗ／ｍ2よりも大きい）。レーザー強度は、その大部分が、集束光学素子の高い開口数（約０．６〜約１．４）および短いレーザーパルス持続時間（約６００フェムト秒未満、好ましくは約２０〜約６００フェムト秒）に基づく。しかしながら、コーティングにおけるレーザービーム強度は、コーティングに損傷を与えない程度に十分に低い。
【００１５】
本発明の方法によれば、ガラス上の保護コーティングを除去することなく、フェムト秒レーザーを用いてガラスの屈折率を改変することができる。屈折率改変は、たとえば、平行移動ステージまたはガルボスキャナーを用いて、基材とレーザービームを相互に移動させることにより、または回折格子のような回折光学素子を使用することにより、パターンが生成されるように行うことが可能である。ビームと基材を相互に移動させる場合、パルス繰返し数、パワー密度、および集束レンズの開口数に依存して、平行移動速度は、好ましくは、約１０μｍ／秒〜約１０ｃｍ／秒の範囲である。
【００１６】
レーザーの波長は、約２００〜約２１００ｎｍ、好ましくは、約４００〜約１０００ｎｍに設定可能である。パルスレーザービームの波長は、ガラスおよびポリマーコーティングの固有吸収波長とは異なっていなければならない。
【００１７】
レーザービームは、好ましくは、焦点において約１０１５Ｗ／ｍ２〜約１０１８Ｗ／ｍ２のピークパワー密度を有するが、必要なピークパワーは、使用するガラスのタイプに依存するであろう。しかしながら、高ピークパワー密度では、ガラスの組成に関係なく焦点において屈折率が変化するであろう。しかし、レーザー焦点におけるボイドや微小亀裂の形成を回避するために、過度のピークパワー密度を使用しないように注意しなければならない。ピークパワー密度は、パルス持続時間を短くするにより増強することが可能である。
【００１８】
レーザーパルスエネルギーは、好ましくは、約１ナノジュール〜約１０マイクロジュールの範囲にある。
【００１９】
約１０ヘルツ〜約２００メガヘルツのパルス繰返し数を有するレーザーは、本発明に有用である。パルス繰返し数は、走査時間に影響を及ぼすであろう。パルス繰返し数を増大させれば、走査時間を短くしても、依然として滑らかな構造を得ることができる。パルス繰返し数は、好ましくは、約１キロヘルツ〜約１００メガヘルツである。
【００２０】
いずれのフェムト秒レーザーも本発明に好適である。好適なレーザーの例は、ダイオード励起固体レーザー（たとえば、スペクトラ・フィジックス・ミレニア（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｍｉｌｌｅｎｉａ）モデル）によりポンピングされるフェムト秒近赤外チタンサファイア発振器（たとえば、カリフォルニア州サンタクララのスペクトラ・フィジックス（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）から入手可能なマイ・タイ（Ｍａｉ−Ｔａｉ）モデル）である。８０ＭＨｚで動作するこのレーザーは、１００フェムト秒未満のパルス幅を有し、７６０〜９２０ｎｍで同調可能であり、０．９ワットまでの平均パワーを有する。増幅フェムト秒発振器ビームを本発明に使用することも可能である。好適な増幅フェムト秒ビームの例は、Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｈｕｒｒｉｃａｎｅにより提供される。これは８００ｎｍの波長および１ｋＨｚのパルス繰返し数で動作し、パルス持続時間は約１００フェムト秒、平均パワーは１Ｗまでである。
【００２１】
導波路または光ファイバーコア中のブラッグ格子のような光デバイスは、ポリマーコーテッドガラスにレーザービームをあてて連続的に走査し基材の二次元または三次元部分の屈折率を変化させることにより、作製することができる。
【００２２】
この方法は、光ファイバーを扱うのにとくに有利である。なぜなら、光ファイバーは脆く、取扱いの際またはポリマーコーティングなしでスプールに巻き取る際、容易に破損するからである。
【００２３】
本発明に係る光デバイスは、ガラス上の高分子コーティングを通して適用されたレーザービーム照射により一部分の屈折率が変化したガラスを備えている。光デバイスは、レーザービームの焦点でガラスの構造変化を誘起するのに十分なエネルギーを有する高エネルギーパルスレーザービームを集束させることにより、形成される。いかなるタイプのガラスも好適でありうる。ガラスは、ガラスのバルク片、ファイバー、または任意の他のガラス物品であってよい。一実施形態では、ガラスとして、酸化物ガラス、ハロゲン化物ガラス、硫化物ガラス、またはカルコゲンナイドガラスを用いることが可能である。酸化物ガラスは、たとえば、ケイ酸塩、ホウ酸塩、硫酸塩、リン酸塩、フルオロリン酸塩、またはビスマス酸塩のうちの１つ以上を含んでいてもよい。ガラスは、たとえば、ホウケイ酸塩、硫化物、鉛、ゲルマニウム、リン、またはセリウムのうちの１つ以上を含んでいてもよい。ガラスは、たとえば、ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、またはＰ2Ｏ5のうちの１つ以上でドーピングすることが可能である。典型的な高分子保護コーティングは、エポキシ、アクリレート、またはシリコーンを含む。機械的性質の脆弱化を引き起こすのに十分なほどレーザービーム波長のエネルギーを吸収しないかぎり、任意の好適なポリマーを使用することが可能である。ポリマーの機械的性質の脆弱化は、ポリマーの暗色化、炭化、または点食により、判別することが可能である。
【実施例】
【００２４】
以下の実施例により本発明を例示しうる。
【００２５】
実施例１〜４
これらの実施例では、所望の範囲の下限近傍の開口数を有する集束レンズを用いて、ポリマーコーティングを通して屈折率を増大させたラインをガラス基材中にイメージングすることについて、具体的に説明する。
【００２６】
１．８ｍｍの厚さを有するソーダ石灰フロートガラススライドに、約５０ミクロン（２ミル）の非キュア層厚さを有するアクリレート（イリノイ州エルジンのディーエスエム・デソテック（ＤＳＭ  Ｄｅｓｏｔｅｃｈ，Ｅｌｇｉｎ，ＩＬ）からＤＳＭ−１３６として入手可能）をコーティングした。窒素雰囲気（７０ｐｐｍの残留酸素濃度）中において約１５．２ｍ／分（５０フィート／分）の平行移動速度でフュージョン（Ｆｕｓｉｏｎ）Ｄバルブを通過するようにコーテッドガラススライドを平行移動させることにより、アクリレートコーティングをキュアさせた。８００ｎｍの波長で動作し、パルス持続時間が約１００フェムト秒（ｆｓ）、パルス繰返し数が１ｋＨｚである再生増幅チタン：サファイアレーザー（スペクトラ・フィジックス・ハリケーン（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｈｕｒｒｉｃａｎｅ）モデル）からのパルスに、コーテッドガラス基材を暴露した。焦点距離３．１ｍｍの非球面レンズ（開口数＝０．６８）により、ガラス表面下約７５０μｍの位置にレーザービームを集束させた。レーザー出力パワーは、約９００ｍＷであり、中性濃度フィルターにより８．７ｍＷ（パルスエネルギー８．７μＪ）まで減衰させた。異なる屈折率を有するラインがガラス中に形成されるように、ビーム伝播方向に垂直な方向に１００μｍ／秒の走査速度でガラス基材を減衰ビームに通して平行移動させることにより、レーザー暴露を行った。非球面レンズを用いてビームを集束させたとき、これらの平行移動速度は、照射ラインのいずれの部分をも１ｋＨｚのパルス繰返し数でレーザーパルスに約２０回暴露させることに対応した。レーザー暴露後、１５、６、１、および０．５μｍのダイヤモンドラッピングフィルムに逐次的に５分間ずつ当接させてレーザー書込みラインに垂直に４ポンドの研磨力でガラスサンプルの面を研磨した。
【００２７】
次に、被研磨面により提供された断面図から、ビーム伝播方向に沿ったレーザー書込みラインの高さを測定することが可能である。ドイツ国イェーナ（Ｊｅｎａ  Ｇｅｒｍａｎｙ）のカール・ツァイス・イェーナ（Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  Ｊｅｎａ）製のアウス・イェーナ・インターファコ（ａｕｓ  Ｊｅｎａ  Ｉｎｔｅｒｐｈａｋｏ）（干渉）顕微鏡（λ＝５４６ｎｍ）を用いて上からサンプルを見たときにこれらのラインにより生じた光路差から、バルクガラススライドの値からのレーザー書込みラインの屈折率の変化の値（Δｎ）を推定した。一方の被研磨末端でファイバー結合レーザーからの光（λ＝６３３または１５５０ｎｍ）を導入し、反対側の被研磨表面でラインから放出されたレーザー光の強度を測定することにより、いくつかのラインの導波特性を調べた。
【００２８】
２００、４００、および８００μｍ／秒の走査速度で減衰レーザービームに通して平行移動させたこと以外は実施例１と同じように、それぞれ、実施例２〜４を作製した。これらの走査速度は、照射ラインのいずれの部分をも１ｋＨｚのパルス繰返し数でレーザーパルスに約１０、５、および２．５回暴露させることに対応した。
【００２９】
アクリレートコーティングの顕著な劣化をなんら引き起こすことなく、実施例１〜４で使用したガラススライドのいずれにもラインを書き込むことができた。図１〜４は、実施例１〜４の上面図を示す光学顕微鏡写真である。ガラス中のラインは、目ではっきりと見ることが可能であり、上側アクリレートコーティングの劣化は認められなかった。図５は、ラインが書き込まれた実施例２の領域の上面図を示す光学顕微鏡写真であるが、このときは、アクリレートコーティングの表面に顕微鏡の焦点を合わせた。この顕微鏡写真からわかるように、コーティングの点食、暗色化、または炭化により認識される検出可能な損傷はない。アクリレートに検出可能な損傷がないことは、コーティング中では低いレーザー強度を生じさせたが、ガラス中では屈折率変調ラインを書き込むのに十分な強度までレーザービームを十分明瞭に集束させた高開口数レンズ（ＮＡ＝０．６８）に基づくものであると考えられる。レーザー書込みラインは、この顕微鏡写真でも目に見えるが、顕微鏡対物レンズの被写界深度を越える位置にラインが存在するので、ラインの画像は弱く、ぼけている。図６は、実施例１で作製したラインの断面図を示す顕微鏡写真である。顕微鏡写真からわかるように、ラインは高アスペクト比の形状を有し、幅は約３μｍ、高さは約１００μｍである。図１〜４の上面図顕微鏡写真を詳細に観察すると、ラインはすべて不規則なまたは粗い境界を有していることがわかる。ラインの粗さの空間的周期は、平行移動速度と相関関係を示すように思われる。速度を増加させたとき、特徴部をかなり離間させて移動させた。このため、この粗さは、ビームに対してガラススライドを移動させるために使用した平行移動ステージに起因するものと考えられる。粗さにより、ラインの光導波特性が不十分になり、ラインに導入されたレーザー光は、顕著な漏洩および散乱を生じた。しかしながら、光を誘導する高アスペクト比の特徴部の領域を断面中に見いだすことが可能であった。
【００３０】
実施例５
この実施例では、滑らかな境界を有するラインを生じる平行移動ステージを使用した以外は実施例１〜４で使用したのと同じようなレーザー条件を用いてガラス基材中に書き込まれたラインの光導波特性について具体的に説明する。
【００３１】
実施例５は、厚さ１．１ｍｍのコーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）１７３７ガラス片を用いて、実施例１〜４のＮＡ０．６８の非球面レンズを用いて、かつ再生増幅レーザーからの６．９μＪのレーザーパルスエネルギーを用いて、作製した。この実施例では、高解像度ｘ，ｙステージ（ｘ，ｙ平面内の解像度４ｎｍ）を使用し、サンプル平行移動速度は２００μｍ／秒であった。図７は、実施例５のラインで得られた１５５０ｎｍの波長における遠視野モードプロフィルの図である。干渉顕微鏡を用いてこのラインで測定した光路差から、約１０-3のｎ値を得た。ラインは、約３μｍの幅および約４５μｍの高さを有し、アスペクト比は、約１５であった。
【００３２】
実施例６
この実施例では、集束対物レンズの開口数を所望の範囲の上限の方向に増大させてガラス中に書き込まれたラインのアスペクト比が減少することについて具体的に説明する。
【００３３】
実施例６は、実施例５で使用したのと同一のコーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）１７３７ガラス片で作製した。高分解能ｘ，ｙステージを用いて、かつ再生増幅レーザーからの約１０μＪのレーザーパルスエネルギーを用いて、２００μｍ／秒の速度でラインを描いた。３つの異なるレンズを用いてレーザービームをガラスサンプルの内部に集束させた。実施例１〜５で使用した焦点距離３．１ｍｍ、ＮＡ０．６８の非球面レンズを用いて、１セットのラインを描いた。２つの他のセットのラインは、倍率６０倍、ＮＡ０．８５の顕微鏡対物レンズまたはカーギル（Ｃａｒｇｉｌｌｅ）１１６０屈折率整合流体（２５℃でｎ＝１．５１５）（ニュージャージー州シーダーグローブのカーギル・ラボラトリーズ（Ｃａｒｇｉｌｌｅ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｃｅｄａｒ  Ｇｒｏｖｅ，ＮＪ）から入手可能）中に浸漬された倍率１００倍の液浸対物レンズ（ニュージャージー州バリントンのエドモンド・サイエンティフィック（Ｅｄｍｕｎｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｂａｒｒｉｎｇｔｏｎ，ＮＪ）から入手可能）のいずれかを用いて描いた。使用した条件下では、液浸対物レンズは、１．２５の開口数を有する。図８ａ〜８ｃは、異なる開口数を用いて書き込まれたラインの断面図を示している。０．６８の開口数で１０μＪのパルスを用いて、３４のアスペクト比を有するラインを得た（幅３μｍ、高さ１０２μｍ）（図８ａ）。０．８５の開口数で、６のアスペクト比を有するラインを得た（幅９μｍ、高さ５６μｍ）（図８ｂ）。１．２５の開口数で、３のアスペクト比を有するラインを得た（幅１０μｍ、高さ３３μｍ）（図８ｃ）。開口数の増加に伴うアスペクト比の減少は、屈折率変調に必要とされる閾値を超えた強度を有するレーザー焦点近傍の体積の伝播方向に沿った長さの減少に基づく。レーザー焦点近傍の高強度の体積の形状をこうして制御すれば、ガラス表面上の保護ポリマーコーティングに損傷を与えることなくガラスの屈折率変調が可能になる。
【００３４】
実施例７
この実施例では、高い開口数の対物レンズおよび低いレーザーパルスエネルギーを用いてガラス中に作製された高対称性かつ低アスペクト比の特徴部について具体的に説明する。
【００３５】
実施例１〜４で使用したのと同一である、アクリレート層でコーティングされたソーダ石灰フロートガラス片から、実施例７を作製した。８００ｎｍの波長で動作し、パルス持続時間が１００フェムト秒未満、パルス繰返し数が８０ＭＨｚであるチタン：サファイアフェムト秒発振器（スペクトラ・フィジックス・マイ・タイ（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｍａｉ  Ｔａｉ））からのパルスに、ガラス基材を暴露した。使用したレーザーパワーレベルは、９．４ナノジュールのパルスエネルギーに対応する７５０ｍＷであった。レーザービームは、アクリレートとガラスとの境界から下方に約２５０μｍ離れた位置に集束させた。実施例６で使用した倍率１００倍の液浸対物レンズを用いて、集束を行った。高分解能ｘ，ｙステージを用いてビーム伝播方向に垂直な方向にレーザービームに対して５ｍｍ／秒の速度でガラスを平行移動させることにより、ガラススライド中にラインを書き込んだ。実施例１〜４のときと同じように、アクリレートコーティング中のレーザー強度は、ポリマーの損傷限界未満であったが、集束対物レンズの開口数が高かったので、ガラスの屈折率変調を引き起こすのに十分な強度であった。図９は、このレーザー条件で描かれたラインのうちの１つの上面図の顕微鏡写真を示している。このラインの断面図を図１０に示す。ラインは、幅約２５μｍおよびは高さ３７μｍであり、アスペクト比は、１．５である。このより低いアスペクト比は、より高い開口数の対物レンズをより低いレーザーパルスエネルギーと組み合わせて使用することにより提供された高強度領域がより制限されていることに基づく。より低いパルスエネルギーを用いると、レーザービームの下限ピークパワーが得られるので、ガラスの自己集束量が減少し、屈折率変調の領域の形状が対称性をもつようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法を用いて幅２〜３μｍのラインが書き込まれた実施例１のガラススライドの光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図２】本発明の方法を用いて幅２〜３μｍのラインが書き込まれた実施例２のガラススライドの光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図３】本発明の方法を用いて幅２〜３μｍのラインが書き込まれた実施例３のガラススライドの光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図４】本発明の方法を用いて幅２〜３μｍのラインが書き込まれた実施例４のガラススライドの光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図５】本発明の方法を用いて幅２〜３μｍのラインが書き込まれたポリマーコーテッドガラススライドの光学顕微鏡写真のディジタル画像であり、ポリマーコーティングの表面に顕微鏡の焦点を合わせてある。
【図６】実施例１のポリマーコーテッドガラススライドの断面図を示す光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図７】実施例５のガラススライド中の線で得られた１５５０ｎｍの波長における遠視野モードプロフィルの図である。
【図８ａ−８ｃ】異なる開口数を用いてポリマーコーテッドガラススライド中に書き込まれたラインの断面図を示す光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図９】１．２５の開口数を用いてポリマーコーテッドガラススライド中に書き込まれたラインの光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図１０】図９に示されたものと同一のラインの断面図を示す光学顕微鏡写真のディジタル画像である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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