(57)【要約】【課題】加工対象の内部に亀裂を入れることなく、より滑らかな切断面を得ることができるレーザー切断加工装置を提供する。【解決手段】レーザー切断加工装置１は、レーザー源１１と、光学系１５とを備える。レーザー源１１は、パルスレーザーを出射する。光学系１５は、パルスレーザーを加工対象Ｓに導く。パルスレーザーは、非線形光学過程によって加工対象Ｓを切断加工する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザーを出射するレーザー源と、
前記パルスレーザーを加工対象に導く光学系と
を備え、
前記パルスレーザーは、非線形光学過程によって前記加工対象を切断加工する、レーザー切断加工装置。
【請求項２】
前記パルスレーザーは、前記加工対象において分子間のクーロン爆発現象を誘起して、前記加工対象を局所的に分解する、請求項１に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項３】
前記加工対象に照射される前記パルスレーザーは、前記加工対象において多光子イオン化を誘起する波長を有する、請求項１又は請求項２に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項４】
前記加工対象に照射される前記パルスレーザーは、前記加工対象においてトンネルイオン化を誘起するエネルギーを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項５】
前記加工対象に照射される前記パルスレーザーは、４００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の波長を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項６】
前記パルスレーザーは、フェムト秒レーザー又はピコ秒レーザーである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項７】
前記加工対象へ向けて補助ガスを噴出する噴出器を更に備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項８】
前記補助ガスは、不活性ガスである、請求項７に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項９】
前記補助ガスは、窒素又は希ガスである、請求項７又は請求項８に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項１０】
前記加工対象を切断方向に沿って移動させる移動ステージを更に備える、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項１１】
前記光学系は、前記パルスレーザーから、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとを生成する光学部材を含み、
前記光学系は、前記加工対象において、前記第１パルスレーザーが照射される位置と前記第２パルスレーザーが照射される位置とが互いに対向するように、前記第１パルスレーザーと前記第２パルスレーザーとを前記加工対象に導く、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項１２】
加工中の前記加工対象を観察する観察系を更に備える、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【請求項１３】
前記加工対象は、有機非線形光学結晶である、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のレーザー切断加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー切断加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を切断する加工方法として、機械加工が知られている。機械加工は、有機結晶（例えば、ＤＡＳＴ）のような脆い物質を切断する加工においても、一般的に採用されている。しかし、機械加工によって有機結晶を切断すると、結晶内部に亀裂が発生し易い。したがって、歩留まりが低くなる。また、有機結晶は一般的に熱に弱く、また親水性が高い。このため、機械加工によって有機結晶を切断する際には、切り屑を除去するために、水ではなく、高価なフッ素系切削液を使用する必要がある。
【０００３】
一方、特許文献１には、紫外短パルスレーザー光を結晶に照射して、結晶を切断する加工方法が記載されている。詳しくは、特許文献１に記載の加工方法は、Ｃ−Ｎ結合やＣ−Ｃ結合のような化学結合を光子エネルギーにより直接切断し、蒸散させることにより、結晶を切断するものである。特許文献１には、紫外短パルスレーザー光（波長：１９３ｎｍ）を照射してＤＡＳＴを切断する実施例が記載されている（実施例１２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０２６２３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、紫外短パルスレーザー光によって結晶を切断する加工方法では、例えばＤＡＳＴのような有機結晶の切断面を、所望する程度に滑らかにすることができない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工対象の内部に亀裂を入れることなく、より滑らかな切断面を得ることができるレーザー切断加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るレーザー切断加工装置は、レーザー源と、光学系とを備える。前記レーザー源は、パルスレーザーを出射する。前記光学系は、前記パルスレーザーを加工対象に導く。前記パルスレーザーは、非線形光学過程によって前記加工対象を切断加工する。
【０００８】
ある実施形態では、前記パルスレーザーは、前記加工対象において分子間のクーロン爆発現象を誘起する。
【０００９】
ある実施形態では、前記パルスレーザーは、前記加工対象を局所的に分解する。
【００１０】
ある実施形態では、前記加工対象に照射される前記パルスレーザーは、前記加工対象において多光子イオン化を誘起する波長を有する。
【００１１】
ある実施形態では、前記パルスレーザーは、前記加工対象において局所的にプラズマを発生させる。
【００１２】
ある実施形態では、前記加工対象に照射される前記パルスレーザーは、前記加工対象においてトンネルイオン化を誘起するエネルギーを有する。
【００１３】
ある実施形態では、前記加工対象に照射される前記パルスレーザーは、４００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の波長を有する。
【００１４】
ある実施形態では、前記パルスレーザーは、前記加工対象を非熱加工する。
【００１５】
ある実施形態では、前記パルスレーザーは、フェムト秒レーザー又はピコ秒レーザーである。
【００１６】
ある実施形態では、前記レーザー切断加工装置は、前記加工対象へ向けて補助ガスを噴出する噴出器を更に備える。
【００１７】
ある実施形態では、前記補助ガスは、不活性ガスである。
【００１８】
ある実施形態では、前記補助ガスは、窒素又は希ガスである。
【００１９】
ある実施形態では、前記レーザー切断加工装置は、前記加工対象を切断方向に沿って移動させる移動ステージを更に備える。
【００２０】
ある実施形態では、前記光学系は、前記パルスレーザーを前記加工対象に向けて集光する集光レンズを含む。
【００２１】
ある実施形態では、前記レーザー切断加工装置は、前記集光レンズの位置をその光軸に沿って調整する調整機構を更に備える。
【００２２】
ある実施形態では、前記光学系は、前記パルスレーザーから、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとを生成する光学部材を含む。
【００２３】
ある実施形態では、前記光学系は、前記加工対象において、前記第１パルスレーザーが照射される位置と前記第２パルスレーザーが照射される位置とが互いに対向するように、前記第１パルスレーザーと前記第２パルスレーザーとを前記加工対象に導く。
【００２４】
ある実施形態では、前記レーザー切断加工装置は、加工中の前記加工対象を観察する観察系を更に備える。
【００２５】
ある実施形態では、前記加工対象は、有機非線形光学結晶である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、加工対象の内部に亀裂を入れることなく、より滑らかな切断面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザー切断加工装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るレーザー切断加工装置の構成の一部を示す図である。
【図３】（ａ）は、加工後の加工対象を示す平面図である。（ｂ）は、図３（ａ）に示すＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施例に係る加工前の加工対象を示す図面に代わる写真である。（ｂ）は、本発明の実施例に係る加工後の加工対象を示す図面に代わる写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００２９】
図１は、本実施形態に係るレーザー切断加工装置１の構成を示す図である。図１に示すように、レーザー切断加工装置１は、レーザー源１１、シャッター１２、光波長変換器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３、光フィルター（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｔｅｒ）１４、光学系１５、支持部材１６、移動ステージ１７、及び観察系１８を備える。
【００３０】
レーザー源１１は、パルスレーザーを出射する。レーザー切断加工装置１は、パルスレーザーを加工対象Ｓに照射して、非線形光学過程により加工対象Ｓを切断加工する。
【００３１】
本実施形態において、レーザー源１１が出射するパルスレーザーは、いわゆる超短パルスレーザーである。具体的には、パルスレーザーは、ピコ秒レーザー又はフェムト秒レーザーある。なお、パルスレーザーのパルス幅が長い程、加工中の加工対象Ｓに熱が蓄積し易い。よって、加工対象Ｓが熱に弱い物質（例えば、有機結晶）である場合、好適には、パルスレーザーのパルス幅は、加工中の加工対象Ｓに熱が蓄積し難い値に設定する。例えば、パルスレーザーのパルス幅は、５０フェムト秒（ｆｓ）以上１ピコ秒（ｐｓ）以下の範囲から選択され得る。
【００３２】
パルスレーザーの繰り返し周波数は、特に限定されない。但し、繰り返し周波数が高い程、加工中の加工対象Ｓに熱が蓄積し易い。よって、加工対象Ｓが熱に弱い物質である場合、好適には、パルスレーザーの繰り返し周波数は、加工中の加工対象Ｓに熱が蓄積し難い値に設定する。例えば、パルスレーザーの繰り返し周波数は、１ｋＨｚ以上８０ＭＨｚ以下の範囲から選択され得る。なお、パルスレーザーの繰り返し周波数が高い程、加工速度を速くすることが可能となる。
【００３３】
レーザー源１１は、例えば、チタンサファイアレーザー又はファイバーレーザーを含み得る。ファイバーレーザーは、例えばＹｂファイバーレーザーである。レーザー源１１は、単パルス当たりのエネルギーを高めるために、増幅器を含んでもよい。
【００３４】
シャッター１２は、加工対象Ｓに対するパルスレーザーの照射を制御する。即ち、シャッター１２が開状態である場合、加工対象Ｓにパルスレーザーが照射される。一方、シャッター１２が閉状態である場合、加工対象Ｓにパルスレーザーは照射されない。
【００３５】
光波長変換器１３は、レーザー源１１が出射したパルスレーザーから、所定の波長を有するパルスレーザーを生成する。例えば、光波長変換器１３は、光パラメトリック増幅器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＯＰＡ）のような波長変換装置であり得る。あるいは、光波長変換器１３は、第二次高調波を発生させる非線形光学結晶を含み得る。具体的には、光波長変換器１３は、例えばβ−ＢＢＯ（ベータ・バリウムボーレート）結晶又はＬＢＯ（リチウムトリボレート）結晶のような非線形光学結晶を含み得る。
【００３６】
光フィルター１４は、光波長変換器１３において生成されたパルスレーザーから、所定の強度を有するパルスレーザーを生成する。例えば、光フィルター１４は、反射型ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルターであり得る。
【００３７】
加工対象Ｓに照射するパルスレーザーの波長は、加工対象Ｓに応じて選択されるため、一概にはいえないが、例えば、４００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲から選択され得る。詳しくは、非線形光学過程による切断加工が可能な波長は、加工対象Ｓによって異なる。例えば、加工対象ＳがＤＡＳＴである場合、加工対象Ｓに照射するパルスレーザーの波長は、８００ｎｍであり得る。
【００３８】
光学系１５は、パルスレーザーを加工対象Ｓに導く。本実施形態において、光学系１５は、第１ビームスプリッター２１、ダイクロイックミラー２２、第１集光レンズ２３、第１ミラー２４、第２ミラー２５、及び第２集光レンズ２６を備える。
【００３９】
第１ビームスプリッター２１は、第１ビームスプリッター２１に入射したパルスレーザーから、２つのパルスレーザーを生成する。詳しくは、第１ビームスプリッター２１は、レーザー源１１（光フィルター１４）側から第１ビームスプリッター２１に入射したパルスレーザーの一部を透過する。また、第１ビームスプリッター２１は、レーザー源１１（光フィルター１４）側から第１ビームスプリッター２１に入射したパルスレーザーの他の一部を反射する。以下、第１ビームスプリッター２１を透過したパルスレーザーを第１パルスレーザーと記載するとともに、第１ビームスプリッター２１が反射したパルスレーザーを第２パルスレーザーと記載する場合がある。
【００４０】
第１パルスレーザーは、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、特定の波長の光を反射する。本実施形態では、ダイクロイックミラー２２は、第１パルスレーザーを反射する。ダイクロイックミラー２２が反射した第１パルスレーザーは、第１集光レンズ２３に入射する。第１パルスレーザーは、第１集光レンズ２３によって集光されて、加工対象Ｓの一方の側に照射される。
【００４１】
第２パルスレーザーは、第１ミラー２４に入射する。第１ミラー２４が反射した第２パルスレーザーは、第２ミラー２５に入射する。第２ミラー２５が反射した第２パルスレーザーは、第２集光レンズ２６に入射する。第２パルスレーザーは、第２集光レンズ２６によって集光されて、加工対象Ｓの他方の側に照射される。詳しくは、加工対象Ｓにおいて、第１パルスレーザーが照射される位置と第２パルスレーザーが照射される位置とは、互いに対向する。
【００４２】
第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６は、それぞれの光軸が一致するように配置されることが好ましい。第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６のそれぞれの光軸が一致することにより、加工対象Ｓをより確実に切断することが可能となる。
【００４３】
また、第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６の光軸方向（例えば、鉛直方向）の位置は、加工対象Ｓの厚さに応じて調整することが好ましい。詳しくは、第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６の集光点の位置（集光位置）によって切断可能な加工対象Ｓの厚さが異なる。このため、第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６の集光点の位置を、加工対象Ｓの厚さに応じて調整することが好ましい。
【００４４】
支持部材１６は、加工対象Ｓを支持する。支持部材１６によって支持された加工対象Ｓに、第１パルスレーザー及び第２パルスレーザーが同時に照射される。加工対象Ｓは、例えば、タンパク質結晶、高分子結晶、又は有機非線形光学結晶であり得る。有機非線形光学結晶は、例えば、ＤＡＳＴ、ＤＳＴＭＳ、ＤＡＳＣ、ＯＨ１、ＢＮＡ、ＢＤＡＳ−ＴＰ、ＭＣ−ＴＰＳ、又はＤＡＳ−ＨＴＰである。
【００４５】
移動ステージ１７は、支持部材１６を移動させることにより、加工対象Ｓを移動させる。移動ステージ１７は、加工対象Ｓを所定の切断方向に沿って移動させる。詳しくは、移動ステージ１７は、第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６のそれぞれの光軸に直交する平面内（例えば、水平面内）で加工対象Ｓを移動させる。換言すると、第１パルスレーザー及び第２パルスレーザーが加工対象Ｓに照射される方向に直交する平面内で、加工対象Ｓは移動する。以下、第１パルスレーザー及び第２パルスレーザーが加工対象Ｓに照射される方向を、レーザー照射方向と記載する場合がある。
【００４６】
本実施形態において、移動ステージ１７は、２軸ステージである。移動ステージ１７が２軸ステージであることにより、レーザー照射方向に直交する平面内で、加工対象Ｓを自在に移動させることができる。換言すると、ユーザーによる手作業を介さずに、加工対象Ｓを様々な形状に切断することができる。
【００４７】
移動ステージ１７は、好適にはマイクロメートル単位でステージが移動する精密ステージである。ステージがマイクロメートル単位で移動することにより、切断位置をより高い精度で制御することができる。したがって、微細な加工が可能となる。例えば、本実施形態に係るレーザー切断加工装置１を用いて、テラヘルツ波の発生素子及び検出素子として使用される有機非線形光学結晶を切断加工することにより、それらの素子の小型化及び高性能化を図ることができる。
【００４８】
移動ステージ１７が切断方向に沿って加工対象Ｓを移動させると、第１パルスレーザーによって加工対象Ｓの一方の面に切断方向（加工対象Ｓの移動方向）に沿った第１溝が形成される。同時に、第２パルスレーザーによって加工対象Ｓの他方の面に切断方向に沿った第２溝が形成される。移動ステージ１７は、加工対象Ｓを切断方向に沿って複数回往復移動させる。この結果、第１溝及び第２溝の深さが徐々に（段階的に）深くなり、最終的に加工対象Ｓは切断される。このように本実施形態では、加工対象Ｓの表面から加工が進行する。
【００４９】
観察系１８は、加工中の加工対象Ｓの観察に使用される。詳しくは、観察系１８は、加工中の加工対象Ｓを撮像する。また、観察系１８は、撮像した画像を表示する。本実施形態において、観察系１８は、光源３１、第２ビームスプリッター３２、第３集光レンズ３３、撮像装置３４、及び表示装置３５を備える。
【００５０】
光源３１は、例えば白色光のような可視光を発生する。光源３１は、例えばハロゲンランプ又はＬＥＤランプである。光源３１から発生した光は、第２ビームスプリッター３２、ダイクロイックミラー２２、及び第１集光レンズ２３をこの順に経由して、加工対象Ｓに照射される。
【００５１】
加工対象Ｓから反射又は散乱した光の一部は、第１集光レンズ２３、及びダイクロイックミラー２２をこの順に経由して、第２ビームスプリッター３２に入射する。第２ビームスプリッター３２は、加工対象Ｓ（ダイクロイックミラー２２）側から第２ビームスプリッター３２に入射した光の一部を反射する。撮像装置３４は、第２ビームスプリッター３２が反射した光を、第３集光レンズ３３を介して撮像する。撮像装置３４は、例えばＣＣＤカメラである。
【００５２】
撮像装置３４は、撮像した画像を示す信号を表示装置３５に伝送する。表示装置３５は、撮像装置３４によって撮像された画像を表示する。表示装置３５は、例えば、汎用パーソナルコンピューターである。
【００５３】
観察系１８を使用することにより、ユーザーは、加工中の加工対象Ｓを観察しながら、切断加工を実行することができる。
【００５４】
続いて、本実施形態における加工プロセス（非線形光学過程）について説明する。本実施形態において、パルスレーザー（第１パルスレーザー及び第２パルスレーザー）は、加工対象Ｓを構成する分子から電子を脱離させて、分子間のクーロン爆発現象を誘起する。この結果、非熱加工（アブレーション加工）が行われる。
【００５５】
詳しくは、本実施形態において、加工対象Ｓに照射されるパルスレーザーは、加工対象Ｓにおいて多光子イオン化（多光子吸収過程によるイオン化）を誘起する波長を有する。換言すると、加工対象Ｓに照射されるパルスレーザーは、１光子吸収過程によるイオン化が起こり難い波長を有する。この結果、加工対象Ｓにパルスレーザーが照射されると、加工対象Ｓにおいて多光子イオン化が起こる。多光子イオン化を誘起する波長は、加工対象Ｓによって異なる。例えば、ＤＡＳＴでは、照射される光の波長が８００ｎｍである場合、１光子吸収過程によるイオン化が起こり難く、多光子吸収過程によるイオン化が起こり易い。なお、加工対象Ｓに照射されるパルスレーザーが、加工対象Ｓにおいてトンネルイオン化を誘起するエネルギーを有する場合、多光子イオン化と共に、トンネルイオン化が誘起される。トンネルイオン化によっても、分子から電子が脱離する。
【００５６】
分子から脱離した電子は、分子から脱離していない電子に衝突して、衝突電離（アバランシェ電離）を誘起し、イオン化した分子を増加させる。この結果、分子間の強いクーロン反発によってクーロン爆発が起こり、加工対象Ｓを構成する分子が局所的に分解又は破壊されて、加工対象Ｓが非熱加工される。このとき、砕かれた部分が飛散する。以下、飛散した物質を飛散物と記載する場合がある。
【００５７】
なお、衝突電離が誘起されると、分子から脱離する電子の数が増加する。この結果、局所的にプラズマが発生することがある。
【００５８】
また、加工対象Ｓによっては、フィラメンテーションが起こり得る。また、パルスレーザーのパルス幅及び繰り返し周波数によっては、加工対象Ｓの温度が局所的に上昇する。
【００５９】
フィラメンテーションは、レーザーの照射によって加工対象Ｓの屈折率が局所的に変化して、レーザーが、集光レンズの集光点から広がることなく直進する現象である。例えば、レーザーは、集光点からμｍオーダーの範囲の領域で直進する。
【００６０】
温度上昇は、パルスレーザーのパルス幅が長い程、起こり易い。また、温度上昇は、パルスレーザーの繰り返し周波数が高い程、起こり易い。温度上昇は、加工対象Ｓに熱が蓄積することによって起こる。逆に、パルスレーザーのパルス幅を短くすることにより、温度上昇は起こり難くなる。また、パルスレーザーの繰り返し周波数を低くすることにより、温度上昇は起こり難くなる。
【００６１】
以上説明した分解反応（加工プロセス）により、加工対象Ｓに溝（第１溝及び第２溝）が形成される。また、加工対象Ｓの同じ位置において、分解反応が複数回起きることにより、溝の深さが段階的に深くなる。この結果、加工対象Ｓは切断される。
【００６２】
なお、溝の最大深さは、集光レンズ（第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６）の集光角に依存する。溝が深くなるほど、溝の周囲の物質によって吸収される光エネルギーが増加するためである。例えば、溝の最大深さは、５００μｍである。本実施形態では、第１パルスレーザーと第２パルスレーザーとを用いて、加工対象Ｓの両面で溝を形成するため、切断可能な加工対象Ｓの最大厚さは、例えば１ｍｍである。
【００６３】
図２は、レーザー切断加工装置１の構成の一部を示す図である。図２に示すように、レーザー切断加工装置１は、補助ガス噴出器１９を更に備える。補助ガス噴出器１９は、加工中の加工対象Ｓに向けて補助ガスを噴出する。
【００６４】
詳しくは、補助ガス噴出器１９から、加工中の加工対象Ｓに対して不活性なガスが噴出される。例えば、補助ガスは、窒素であり得る。又は、補助ガスは、アルゴンのような希ガスであり得る。不活性ガスを用いることにより、加工対象Ｓにおいて酸化等の化学的な変質が起きることを抑制できる。
【００６５】
加工中の加工対象Ｓに向けて補助ガスを噴出することにより、加工中の加工対象Ｓから発生する飛散物を除去することができる。飛散物が加工対象面に残存した場合、残存した飛散物がパルスレーザーを吸収して、加工を阻害する可能性がある。したがって、飛散物を除去することにより、より良好に切断加工を行うことが可能となる。
【００６６】
続いて、図２を参照して、支持部材１６について説明する。図２に示すように、支持部材１６は、凹部４１を有する。凹部４１に、加工対象Ｓが収容される。支持部材１６は、凹部４１に収容された加工対象Ｓを支持する。加工対象Ｓを凹部４１に収容することにより、加工中の加工対象Ｓの位置ずれを抑制することができる。支持部材１６は、例えば、ガラス、ポリメタクリル酸メチル樹脂（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ；ＰＭＭＡ）、又はアルミニウムによって構成され得る。なお、支持部材１６は、複数の凹部４１を有してもよい。
【００６７】
続いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、本実施形態の切断加工方法について説明する。図３（ａ）は、加工後の加工対象Ｓを示す平面図である。図３（ａ）に示すように、図１を参照して説明した移動ステージ１７が加工対象ＳをＸ方向及びＹ方向に移動させることにより、加工対象Ｓを複数個の矩形体に分割することができる。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。図３（ｂ）に示すように、加工対象Ｓの切断面Ｃは、斜面Ｉを含み得る。斜面Ｉの形成は、第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６の集光角に起因する。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、加工対象Ｓが有機結晶などの脆い物質であっても、加工対象Ｓの内部に亀裂を入れることなく、加工対象Ｓを切断加工することができる。また、切断面をより滑らかにすることができる。この結果、歩留まりの向上、及び安価な素子の提供を図ることができる。例えば、本実施形態に係るレーザー切断加工装置１を用いて、テラヘルツ波の発生素子及び検出素子として使用される有機非線形光学結晶を切断加工することができる。したがって、テラヘルツ波を利用した超高速大容量通信のための装置や高性能な計測デバイスなどを安価に製造できるようになる。
【００６９】
また本実施形態によれば、非線形光学過程により、加工対象Ｓに熱が蓄積する前に、加工対象Ｓを局所的に分解（加工）することができる。よって、加工対象Ｓを空気中で非熱加工することができる。したがって、加工対象Ｓが有機結晶のような熱に弱い物質であっても、切断加工することができる。
【００７０】
また本実施形態によれば、加工中の加工対象Ｓに向けて補助ガスを噴出して、加工中の加工対象Ｓから発生する飛散物を除去することができる。したがって、加工対象Ｓが有機結晶のような親水性の高い物質であっても、高価なフッ素系切削液を使用することなく、飛散物を除去することができる。
【００７１】
また本実施形態によれば、互いに対向する２つのパルスレーザー（第１パルスレーザー及び第２パルスレーザー）を同時に加工対象Ｓに照射することができる。この結果、加工可能な加工対象Ｓの厚さを倍にすることができる。あるいは、加工速度を向上させることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
【００７３】
例えば、レーザー切断加工装置１は、第１集光レンズ２３の集光位置をレーザー照射方向（例えば、鉛直方向）に沿って調整するための機構を備え得る。換言すると、レーザー切断加工装置１は、第１集光レンズ２３の位置をその光軸に沿って調整するための調整機構を備え得る。第１集光レンズ２３の位置をその光軸に沿って調整するための調整機構を設けることにより、加工対象Ｓの厚さに応じた第１集光レンズ２３の集光位置の調整を容易に行うことができる。なお、第１集光レンズ２３の集光位置は、マイクロメートル単位で調整することが好ましい。例えば、レーザー切断加工装置１は、１μｍから５００μｍ程度の範囲において第１集光レンズ２３の位置をその光軸に沿ってマイクロメートル単位で調整可能な精密ステージを備え得る。同様に、レーザー切断加工装置１は、第２集光レンズ２６の集光位置をレーザー照射方向（例えば、鉛直方向）に沿って調整するための機構を備え得る。
【００７４】
また、レーザー切断加工装置１は、発光スペクトルを計測する測定系を備え得る。測定系を備えることにより、加工中の加工対象Ｓから発生する光の分光情報を取得することができる。更に、レーザー切断加工装置１は、空間位相変調器を備え得る。空間位相変調器を備えることにより、加工中の加工対象Ｓから発生する光の分光情報を基に、パルスレーザーの波形をリアルタイムで最適な波形に制御することが可能となる。
【００７５】
また、本発明による実施形態では、移動ステージ１７は２軸ステージであったが、移動ステージ１７は２軸ステージに限定されない。例えば、移動ステージ１７は１軸ステージであり得る。あるいは、移動ステージ１７は３軸ステージであり得る。移動ステージ１７が３軸ステージであることにより、集光レンズ（第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６）の集光位置に対する加工対象Ｓの位置を、レーザー照射方向（例えば、鉛直方向）に沿って調整することができる。
【００７６】
また、本発明による実施形態では、移動ステージ１７が加工対象Ｓを移動させたが、加工対象Ｓに対してパルスレーザーを走査させてもよい。例えば、ガルバノミラーを用いてパルスレーザーを走査させ得る。
【００７７】
また、本発明による実施形態では、支持部材１６は、加工対象Ｓを凹部４１に収容する構成であったが、支持部材１６はこの構成に限定されない。例えば、支持部材１６は、２枚のプレートにより加工対象Ｓを挟持する構成であってもよい。プレートは、ガラス、ポリメタクリル酸メチル樹脂、又はアルミニウムによって構成され得る。
【００７８】
また、本発明による実施形態では、レーザー切断加工装置１は観察系１８を備えたが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、加工中の加工対象Ｓを観察する必要がない場合、観察系１８は省略され得る。
【００７９】
また、本発明による実施形態では、光学系１５は２つのパルスレーザーを生成する構成であったが、光学系１５はこの構成に限定されない。光学系１５は、２ｎ個（ｎは、２以上の整数）のパルスレーザーを生成する構成であってもよい。例えば、複数個のビームスプリッターにより、２ｎ個のパルスレーザーを生成し得る。２ｎ個のパルスレーザーを生成することにより、複数個の加工対象Ｓを同時に切断加工することが可能となる。
【００８０】
また、本発明による実施形態では、光学系１５は、加工対象Ｓの一方の側及び他方の側の両側へパルスレーザーを照射する構成であったが、光学系１５はこの構成に限定されない。光学系１５は、加工対象Ｓの一方の側にのみパルスレーザーを照射する構成であってもよい。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は、以下で説明する実施例に限定されるものではない。
【００８２】
本実施例では、図１及び図２に示すレーザー切断加工装置１の構成により、加工対象Ｓを切断加工した。レーザー源１１には、増幅器を備えるチタンサファイアレーザーシステム（コヒレント社製のＬｉｂｒａ−ＨＥ）を用いた。パルスレーザーの仕様は以下の通りであった。
中心波長：８００ｎｍ
パルス幅：５０ｆｓ
繰り返し周波数：１ｋＨｚ
平均出力：２０ｍＷ
【００８３】
第１集光レンズ２３及び第２集光レンズ２６には、（オリンパス社製のＬＭＰｌａｎＩＲ；５ｘ,ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）＝０．１）を用いた。
【００８４】
図４（ａ）は、本実施例に係る加工前の加工対象Ｓを示す図面に代わる写真である。本実施例において、加工対象ＳはＤＡＳＴである。ＤＡＳＴの結晶厚は、０．７１０ｍｍであった。
【００８５】
本実施例では、観察系１８を用いて加工対象Ｓを観察しながら切断加工を行った。光源３１には、白色光を発生するハロゲンランプを用いた。撮像装置３４にはＣＣＤカメラを用いた。表示装置３５には、パーソナルコンピューターが備えるディスプレイを用いた。また、本実施例では、加工対象Ｓに補助ガスを吹き付けながら切断加工を行った。補助ガスには窒素を用いた。
【００８６】
図４（ｂ）は、本実施例に係る加工後の加工対象Ｓを示す図面に代わる写真である。本実施例では、加工対象ＳをＸ方向及びＹ方向に移動させて、加工対象Ｓを２０個の矩形体に分割した。図４（ｂ）に示すように、本実施例によれば、加工対象Ｓの内部に亀裂を入れることなく、より滑らかな切断面を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明によれば、加工対象が脆い物質であっても、加工対象の内部に亀裂を入れることなく、より滑らかな切断面を得ることができる。本発明は、ＤＡＳＴ、ＤＳＴＭＳ、ＤＡＳＣ、ＯＨ１、ＢＮＡ、ＢＤＡＳ−ＴＰ、ＭＣ−ＴＰＳ、及びＤＡＳ−ＨＴＰのような有機非線形光学結晶の切断加工に有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１        レーザー切断加工装置
１１      レーザー源
１５      光学系
１６      支持部材
１７      移動ステージ
１８      観察系
１９      補助ガス噴出器
２１      ビームスプリッター
２２      ダイクロイックミラー
２３      第１集光レンズ
２６      第２集光レンズ
Ｓ        加工対象
【図１】
2018114529.tif 000003
【図２】
2018114529.tif 000004
【図３】
2018114529.tif 000005
【図４】
2018114529.tif 000006