(57)【要約】【課題】光学高分子構造体の内部にフェムト秒レーザを照射することにより、照射部の屈折率を大きく変化させる光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、フェムト秒レーザを光学高分子構造体の内部に照射することにより、照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法に関し、フェムト秒レーザ照射前の光学高分子構造体は、密度が１ｇ／ｃｍ3以下、屈折率が１．４７以下、および線膨張係数が１×１０-4以上の少なくともいずれかの物性を満たすことを特徴とする。また、上記製造方法により製造された光学素子であって、レーザ照射部と非照射部の屈折率の差が０．０００４以上であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅が１０-15秒〜１０-11秒のフェムト秒レーザを光学高分子構造体の内部に照射することにより、照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法であって、
フェムト秒レーザ照射前の前記光学高分子構造体は、密度が１ｇ／ｃｍ3以下である、光学素子の製造方法。
【請求項２】
パルス幅が１０-15秒〜１０-11秒のフェムト秒レーザを光学高分子構造体の内部に照射することにより、照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法であって、
フェムト秒レーザ照射前の前記光学高分子構造体は、屈折率が１．４７以下である、光学素子の製造方法。
【請求項３】
パルス幅が１０-15秒〜１０-11秒のフェムト秒レーザを光学高分子構造体の内部に照射することにより、照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法であって、
フェムト秒レーザ照射前の前記光学高分子構造体は、線膨張係数が１×１０-4ｃｍ／ｃｍ℃以上である、光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記光学高分子構造体を形成する材料は、ポリメチルペンテンを含む請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記ポリメチルペンテンは、式（１）
【化１】
2008242441.tif 000008
に示す構造（ｎは２以上の整数）であるポリ（４−メチル−１−ペンテン）を含む請求項４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子の製造方法により製造される光学素子であって、
フェムト秒レーザ照射部と非照射部の屈折率の差が０．０００４以上である光学素子。
【請求項７】
前記照射部は、照射部の厚さ３００μｍにおける使用波長の光線の透過率が８０％以上である請求項６に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス幅が１０-15秒〜１０-11秒の超短パルスレーザを光学高分子構造体内部に照射し、レーザ照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法および光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リソグラフィなどのプロセスにより光学素子を製造する方法とは別に、パルス幅が１０-15秒〜１０-11秒の超短パルスレーザ（以下、「フェムト秒レーザ」ともいう。）をガラスまたは光学高分子構造体の内部に照射し、照射部の屈折率を変化させて、たとえば回折光学素子または光導波路を有する光学素子を製造する方法が知られている。この方法は、照射するレーザをレンズなどにより集光し、焦点位置を、光学高分子構造体の内部で移動させることにより、屈折率などが変化した構造変化部を光学高分子構造体の内部の任意の部分に形成することができる（特許文献１参照）。屈折率などが異なるレーザ照射部の大きさ、形状、構造変化の程度などは、レーザの照射時間、レーザの焦点位置の移動方向とその速度、光学高分子構造体の材質、レーザのパルス幅と照射エネルギーまたはレンズの開口数などにより調整することができる。フェムト秒レーザは、チタン・サファイア結晶をレーザ媒質として得られ、その他のレーザに比べて、同じ出力であっても、単位時間・単位空間当たりの電場強度が極めて高いため、無機ガラスなどに照射することにより、新たな構造を誘起することができる。
【０００３】
フェムト秒レーザによる屈折率などの変化は、熱溶融と冷却による構造の変化、架橋反応による構造の変化、相分離による構造の変化などにより誘起される。たとえば、レーザの照射により、光学高分子材料が溶融し、次いで冷却することにより、照射前の配向状態から照射後の無配向状態に構造が変化する。また、レーザ照射で誘起された架橋反応により、照射前の未架橋状態が照射後、架橋状態に構造が変化する。あるいは、レーザ照射で誘起された相分離により、混合もしくは溶解状態から相分離した状態に構造が変化する。屈折率などが変化したレーザ照射部を直接、光学高分子材料などの内部に形成することができるので製造工程を短縮化し、屈折率などが変化した構造変化部を５００ｍＷ以下の低いエネルギーのレーザ照射により形成することができる。また、光学高分子材料などからなる構造体の内部に、構造変化部を形成するため、集積度の高い光学素子を得ることができる。
【０００４】
ところで、フェムト秒レーザにより光学素子を製造する場合、誘起する屈折率の変化が大きいことが望まれる。屈折率差が大きいと、たとえば回折光学素子において回折効率が高くなるというメリットがあるからである。ここで、屈折率の変化とは、レーザ照射部に誘起された屈折率と、未照射部の屈折率の差をいう。上記特許文献１には、光学高分子構造体として、プラスチック構造体は開示されているが、大きな屈折率差をもたらす方法は具体的に開示されていない。
【特許文献１】特開２００２−２４９６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、光学高分子構造体の内部にフェムト秒レーザを照射することにより、照射部の屈折率を大きく変化させる光学素子の製造方法を提供することにある。また、回折効率の高い光学素子、または、例えば曲率半径が小さい時の伝播損失が小さい光導波路を有する光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光学素子の製造方法は、フェムト秒レーザを光学高分子構造体の内部に照射することにより、照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法であって、フェムト秒レーザ照射前の光学高分子構造体は、密度が１ｇ／ｃｍ3以下、屈折率が１．４７以下、および線膨張係数が１×１０-4以上の少なくともいずれかの物性を満たす。
【０００７】
上記光学高分子構造体はポリメチルペンテンであることが好ましく、下式（１）
【０００８】
【化１】
2008242441.tif 000002
【０００９】
に示す構造（式中、ｎは２以上の整数）であるポリ（４−メチル−１−ペンテン）を含むことがより好ましい。
【００１０】
また、本発明の光学素子は、上記の製造方法により製造された光学素子であって、レーザ照射部と非照射部の屈折率の差が０．０００４以上である光学素子に関する。
【００１１】
上記照射部は、照射部の厚さ３００μｍにおける使用波長の光線の透過率が８０％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
フェムト秒レーザの照射により、照射部と非照射部の屈折率差が大きい光学素子を提供できる。したがって、回折光学素子の回折効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、パルス幅が１０-15秒〜１０-11秒のフェムト秒レーザを光学高分子構造体の内部に照射することにより、照射部の屈折率を変化させる光学素子の製造方法である。本発明者は、フェムト秒レーザ照射により光学高分子構造体の内部のレーザ照射部の屈折率が変化する理由として、照射部の密度が高くなるとの新知見を得て、本発明に至った。
【００１４】
上記のようにレーザ照射後の照射部の密度が高くなる理由は、図１および図２により説明される。図１は、中心波長８００ｎｍ、パルス幅１１８×１０-15秒、パルスエネルギー７００ｎＪ、繰返し周波数１ｋＨｚ、対物レンズＮ．Ａ．（開口数）０．１３（倍率５倍）とし、対物レンズ前に５．５ｍｍ径のアパーチャを設置して、各照射対象である構造体の屈折率をｎとした時に、構造体の表面から内部へのレーザの移動が５００μｍ／ｎとなるように、光学高分子構造体の内部に集光照射し、周期Λが６μｍで一辺が２ｍｍの回折格子をステージ走査速度１ｍｍ／ｓの条件でフェムト秒レーザ照射を行なったポリメチルペンテン（ＰＭＰ）の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察画像である。また、図２は、同条件でフェムト秒レーザ照射を行なったポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の透過電子顕微鏡観察画像である。図１および図２の観察位置は、レーザ照射した面と垂直な任意の面でスライスした断面であって、照射した面から内部へ略２００μｍ入った部分付近である。図１および図２における矢印は、フェムト秒レーザの入射方向を表す。図１において、より暗く見える部分は、フェムト秒レーザが照射された領域である。
【００１５】
ＴＥＭ画像においては、明暗のコントラストは炭素原子の密度の違い、即ちポリマーの密度の違いを示し、画像が暗くなるということはポリマー密度が高くなることを意味する。図１において、ポリメチルペンテンの画像は非照射部に比し照射部が明らかに暗くなっており、従って非照射部に比し照射部は密度が高くなっていることが分かる。ここで、図２のポリメチルメタクリレートでは、図１と同様のフェムト秒レーザの軌道によりレーザ照射を行なっているが、非照射部と照射部の違いが殆ど分からない程度であり、明暗のコントラストは図１のポリメチルペンテンに比し小さいことが分かる。すなわち、ポリメチルペンテンはポリメチルメタクリレートに比し密度変化の程度が大きい。これらの結果から、レーザ照射部と非照射部の屈折率の差は、ポリメチルペンテンの方がポリメチルメタクリレートに比し大きくなるものと考えるものである。そして、上記のように照射部の密度が高くなり屈折率差が生じることから、レーザ照射部はレーザ照射前に比べて分子体積が小さくなると考えられる。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、特定の密度、屈折率、または線膨張係数を有する光学高分子構造体を用いるので、分子体積を小さくすることができ、その結果屈折率差が大きい光学素子が製造される。すなわち、本発明においては、分子体積を小さくするために、レーザ照射前の光学高分子構造体は、密度が１ｇ／ｃｍ3以下、屈折率が１．４７以下、線膨張係数が１×１０-4ｃｍ／ｃｍ℃以上の少なくともいずれかの物性を満たすものである。
【００１７】
本発明において、光学高分子構造体とは、該光学高分子構造体から製造される光学素子の使用波長帯域で透明なものをいい、好ましくは使用波長帯域における透過率が８０％以上である。また、その形状は、板状、膜状、特定形状（例えばレンズ形状など）、複雑な立体形状などいずれの形状のものでもよい。
【００１８】
本発明の第一の態様は、フェムト秒レーザ照射前の光学高分子構造体が低密度の場合である。光学高分子構造体の密度が低い方が、物理的に自由な空間が大きいので、フェムト秒レーザ照射時の熱溶融および照射後の冷却や、レーザ照射に伴う瞬間的な膨張圧縮過程などにより、圧縮され易いと考えられ、レーザ照射後の分子体積が小さくなり、その結果屈折率差を大きくすることが可能となる。なお、光学高分子構造体の密度を１ｇ／ｃｍ3以下とすると、照射部と非照射部の屈折率の差を大きくすることができる。上記密度は０．９５ｇ／ｃｍ3以下とすることがより好ましい。一方、実用に耐える材料を選択できる点や入手容易性の点で、光学高分子構造体の密度は０．８ｇ／ｃｍ3以上が好ましく、より好ましくは０．８３ｇ／ｃｍ3以上である。密度が１ｇ／ｃｍ3以下となる光学高分子構造体は、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンポリマー、ポリビニルアセテート、ポリスチレンコポリマーなどを例示することができ、たとえば射出成形により所望の形状を付した光学高分子構造体を製造することが可能である。
【００１９】
本発明の第二の態様は、フェムト秒レーザ照射前の光学高分子構造体の線膨張係数が大きい場合である。線膨張係数が大きい場合は、フェムト秒レーザ照射時の熱溶融および照射後の冷却過程で、温度変化により縮む性質が強いために圧縮され易いと考えられる。照射部と非照射部の屈折率差を大きくする点で、光学高分子構造体の線膨張係数は１×１０-4ｃｍ／ｃｍ℃以上である。線膨張係数は、１．１７×１０-4ｃｍ／ｃｍ℃以上であることがより好ましく、また、光学素子使用時に温度変化による特性が著しく変動することを避ける点で、１×１０-3ｃｍ／ｃｍ℃以下であることが好ましい。線膨張係数が１×１０-4ｃｍ／ｃｍ℃以上となる光学高分子構造体としては、ポリメチルペンテン、ポリビニルアセテートなどを例示することができる。
【００２０】
本発明の第三の態様は、フェムト秒レーザ照射前の光学高分子構造体の屈折率が小さい場合である。低屈折率の光学高分子構造体は分子体積が大きいので、フェムト秒レーザ照射時の熱溶融および照射後の冷却や、レーザ照射に伴う瞬間的な膨張圧縮過程などにより、圧縮され易く、フェムト秒レーザ照射後の体積が小さくなると考えられる。屈折率が１．４７以下である。光学高分子構造体の屈折率を１．４７以下とすることにより、フェムト秒レーザ照射後、照射部と非照射部との屈折率の差を大きくすることができる。照射部と非照射部との屈折率差をより大きくする点で、光学高分子構造体の屈折率は、１．４６６以下が好ましい。一方、実用に耐える材料を選択できる点で、光学高分子構造体の屈折率は、１．３以上が好ましい。
【００２１】
本発明において、フェムト秒レーザ照射前の光学高分子構造体は、上記密度、線膨張係数、および屈折率の少なくとも１を満足していれば、フェムト秒レーザ照射前後の屈折率の差を大きくすることが可能であり、たとえば０．０００４以上の屈折率の差とすることができる。また、上記密度、線膨張係数、および屈折率のいずれか２以上を満たす場合は、より屈折率の差を大きくすることができ、全てを満たす場合は、フェムト秒レーザ照射前後の屈折率の差を確実に生じさせることができ、たとえば、０．０００８以上の屈折率の差とすることができる。
【００２２】
屈折率が１．４７以下である光学高分子構造体を構成する材料としては、下記に詳細に説明するポリメチルペテンのほか、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（屈折率１．４５０２〜１．４５１７）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（屈折率１．３３８）、ポリ４フッ化エチレン（屈折率１．３５〜１．３８）、ポリトリフロロクロロエチレン（屈折率１．４２〜１．４３）、ポリフッ化ビニリデン（屈折率１．４２）、セルロースアセテートブチレート（屈折率１．４６〜１．４７）、ポリブチルアクリレート（屈折率１．４６３１）、ポリビニルアセテート（屈折率１．４６６５）などが好適である。これらの材料は、１種または２種以上を混合して用いることが可能であるが、屈折率の維持等の点から１種で用いることが好ましい。これらの材料は、レーザ照射後、照射部と非照射部との間で大きな屈折率差を得る点で、光学高分子構造体を構成する材料中に、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含まれる。また、かかる材料の中でも、ポリメチルペンテン（以下、「ＰＭＰ」ともいう。）は、ポリメチルメタクリレート（以下、「ＰＭＭＡ」ともいう。）またはポリカーボネート（以下、「ＰＣ」ともいう。）に比べて、レーザ照射後、照射部と非照射部との間で大きな屈折率差が得られる点で好ましい。また、これらの１．４７以下の屈折率を示すポリマーは、比較的物質の密度が低く、そのため体積が外部の刺激により容易に増減し、大きな屈折率変化を誘起できる。とくに、ポリメチルペンテンは、著しく密度が低く、低屈折率であり、かつ線膨張係数が大きいので、かかる挙動を起こしやすい点で好ましい。
【００２３】
ポリメチルペンテンは、メチルペンテンをチーグラー−ナッタ触媒またはカチオン性触媒を用いて重合することにより形成することができる熱可塑性樹脂である。チーグラー−ナッタ触媒により重合したポリメチルペンテンは、立体構造の規則性が高く、結晶性を有するが、カチオン重合すると、不規則構造の無定形ポリマーとなる。メチルペンテンには、非置換および置換体として、３−メチル−１−ペンテン、２−メチル−１−ペンテン、２−メチル−２−ペンテン、３−メチル−ｃｉｓ−２−ペンテン、３−メチル−ｔｒａｎｓ−２−ペンテン、４−メチル−ｃｉｓ−２−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンなどがある。
【００２４】
ポリ（４−メチル−１−ペンテン）は、融点が２２０℃〜２４０℃であり、熱安定性に優れ、可視光線透過率が９０％以上の透明性の良好なポリマーであり、可視光線だけでなく、紫外線領域（波長３００ｎｍ〜４００ｎｍ）でも優れた光線透過率を有し、耐熱老化性と気体透過性に優れた材料であるため、本発明の光学高分子構造体に適した材料である。ポリ（４−メチル−１−ペンテン）は、つぎの式（１）に示す構造（ｎは２以上の整数）を有するが、４−メチル−１−ペンテンと、３質量％〜５質量％のＣ6〜Ｃ16の直鎖α−オレフィンとを共重合させたコポリマーも有効に使用することができる。とくに、チーグラーナッタ触媒を用いて重合したポリ（４−メチル−１−ペンテン）は、屈折率が１．４６３〜１．４６６、密度が０．８３ｇ／ｃｍ3であり、光学高分子構造体の材料として好適である。
【００２５】
【化２】
2008242441.tif 000003
【００２６】
上記密度、線膨張係数、および屈折率の少なくともいずれかを満たす材料を用いて、例えば射出成形を行なうことにより所望の形状を有する光学高分子構造体を製造することができる。
【００２７】
上記光学高分子構造体にフェムト秒レーザを照射して、照射部の屈折率を変化させるためのレーザ照射条件は、照射により上記光学高分子構造体の内部の所望位置が熱溶融もしくは、光学高分子構造体を構成する高分子の主鎖や側鎖あるいはその両方が一部的に切断されるサブアブレーションなどにより屈折率変化を起こすようなエネルギーであって、光散乱や光吸収を起こすような損傷変化を起こさない状態までのエネルギーを付与できるよう調整すればよい。
【００２８】
上記密度、線膨張係数、および屈折率の少なくともいずれかを満たす材料を含む光学高分子構造体の内部にフェムト秒レーザを照射することにより形成される光学素子は、フェムト秒レーザの照射部と非照射部との屈折率差が、０．０００４以上であり、好ましくは０．０００７以上、より好ましくは０．０００８以上であり、フェムト秒レーザ照射後の屈折率が大きくなることが好ましい。したがって、高回折効率を有する回折光学素子、または例えば曲率半径が小さい時の伝播損失が小さい光導波路を有する優れた光学素子を提供することができる。光導波路において小さい曲率半径を有する形状とすることが要される場合は、本発明における光学素子は上記のように照射後の屈折率が大きくなるので、小さい曲率半径を有する形状とする場合の伝播素子の低減効果を向上させることができる。光学素子における照射部は、レーザ加工により製造された光学素子の光利用効率が高められ、光導波路における光の伝播損失を低減する点で、照射部の厚さ３００μｍにおける使用波長帯域の光線の透過率が８０％以上のものが好ましく、９０％以上のものがより好ましい。また、光学高分子構造体は、構造体内部を外部から視認することができ、フェムト秒レーザの照射位置および焦点位置を容易に調整することが可能となり、レーザ加工性を向上することができる点で、照射部の厚さ１ｍｍにおける可視光線透過率が８０％以上の態様が好ましく、９０％以上の態様がより好ましい。ここに、可視光線は、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの電磁波をいう。また、使用波長帯域の光線は、可視光線に限らず、波長８００ｎｍ〜１７００ｎｍの近赤外光線などでも構わない。なお、照射部の厚さは、レーザが照射された際に、光学高分子構造体において屈折率の変化が誘起されるレーザ進入方向の長さ（改質厚）をいう。
【００２９】
上記光学高分子構造体に含まれるその他の材料としては、該構造体の密度、線膨張係数、屈折率などに影響を及ぼさない限り特に限定されるものではなく、たとえば、射出成形時の離型性を良好とする点から、高級脂肪酸などの離型剤などを添加したり、色調を変える場合は、顔料などの着色剤などを添加することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
まず、１．レーザ照射方法、２．回折特性の測定方法と屈折率差の計算方法、３．レーザ照射による屈折率変化部位の透過率の測定方法について述べる。
【００３２】
１．レーザ照射方法
フェムト秒レーザは、中心波長８００ｎｍ、パルス幅１１８×１０-15秒、繰返し周波数１ｋＨｚとした。また、Ｎ．Ａ．（開口数）０．１３の対物レンズ（倍率５倍）を使用し、対物レンズ前に５．５ｍｍ径のアパーチャを設置し、各材料の屈折率をｎとしたときに、構造体の表面から内部への移動が５００μｍ／ｎとなるように、光学高分子構造体の内部に集光照射し、周期Λが１０μｍで、一辺が１ｍｍの回折格子を作製した。また、ステージ速度は１ｍｍ／sで走査した。
【００３３】
２．回折特性の測定方法と、フェムト秒レーザの照射により誘起される屈折率差Δｎの計算方法
回折特性として、回折効率と回折角を測定した。すなわち、フェムト秒レーザにより形成した周期Λが１０μｍで、一辺が１ｍｍの回折格子を、回折格子に垂直な方向からブラッグ角θBだけ傾けて測定した。測定に使用するレーザは、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（波長λ＝６３２．８ｎｍ）とし、ビーム径φ０．５ｍｍで入射した。その後、回折格子から５００ｍｍの位置にスクリーンを置き、０次光と１次光の間隔から回折角を算出した。
【００３４】
本実施例の場合、２ΛｓｉｎθB＝λの関係よりθB＝１．８°となるため、回折格子を傾ける角度は１．８°とし、また５００ｍｍ離れた位置での０次光と１次光の距離が３１．７ｍｍ程度であることから、周期Λ＝１０μｍでの回折光を確認するようにした。一方、屈折率差Δｎは、回折効率から導出した。すなわち、測定した１次回折効率をη1、屈折率差をΔｎ、屈折率変化部の長さをＬ、測定時の波長をλ、ブラッグ回折角をθBとして、つぎの式（２）から屈折率差Δｎを求めた。
【００３５】
【数１】
2008242441.tif 000004
【００３６】
改質厚Ｌは透過型顕微鏡で観察することにより測定した。ここで、回折効率からのΔｎの導出に本式（２）を用いているのは、本実施例では、厚みを表すパラメータＱ値が１０に近い値であり、いわゆる「厚い」回折格子であり、回折格子の透過率が９０％以上と吸収がほとんどないためである。なお、Ｑ値は、つぎの式（３）のように表される。
【００３７】
【数２】
2008242441.tif 000005
【００３８】
３．レーザ照射による屈折率変化部位の透過率の測定方法
透過率は、波長６３２．８ｎｍの可視光線による光学高分子構造体への透過後の光量に対し、厚さ１８０μｍ〜３１０μｍの回折格子を透過した後、回折分岐した次数光をすべて足し合わせた光量の比率で表した。
【００３９】
本実施例においては、屈折率が１．４６３である結晶性ポリ（４−メチル−１−ペンテン）（ＰＭＰ）（三井化学社製ＴＰＸ型式ＲＴ１８）を用いて、射出成形により１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの直方体を形成した後、これを切断して、各大きさが１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの直方体の光学高分子構造体を形成した。つぎに、光学高分子構造体の最も面積の広い面の一方から、該光学高分子構造体の内部に、加工面でのレーザパルスエネルギーが５００ｎＪとなるように、フェムト秒レーザを照射した。照射後、得られた光学素子のレーザ照射部での屈折率差Δｎ、照射部の厚さ３００μｍにおける波長６３２．８ｎｍの可視光線透過率と回折効率を評価した。屈折率差Δｎは、改質厚Ｌ＝３００μｍに基づき、前述の式（２）により算出した。表１に、光学高分子構造体の屈折率、レーザ照射後に得られた光学素子の照射部における屈折率差Δｎ、改質厚Ｌ、Ｑ値、回折効率と波長６３２．８ｎｍの可視光線透過率を示す。
【００４０】
【表１】
2008242441.tif 000006
【００４１】
（比較例１〜５）
実施例１における、ＰＭＰの代わりに、一般的な光学高分子材料として、つぎのポリマーを使用した以外は、実施例１と同様にして光学高分子構造体を形成し、実施例１と同様にしてフェムト秒レーザを照射することにより光学素子を製造した。なお、比較例５では、ＰＳの損傷を避けるため、レーザパルスエネルギーを４００ｎＪとした。表１に、光学高分子構造体の屈折率、レーザ照射後に得られた光学素子の照射部における屈折率差Δｎ、改質厚Ｌ、Ｑ値、回折効率と波長６３２．８ｎｍの可視光線透過率を示す。
【００４２】
比較例１；ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（三菱レーヨン社製アクリライト型式０００）
比較例２；ポリアクリルイミド（ＰＭＭＩ）（ダイセルデグザ社製ＰＬＥＸＩＭＩＤ型式８８０５）
比較例３；環状ポリオレフィン（ＣＯＰ１）（日本ゼオン社製ＺＥＯＮＥＸ型式４８０）
比較例４；ポリカーボネート（ＰＣ）（帝人社製パンライト型式ＡＤ５５０３）
比較例５；ポリスチレン（ＰＳ）（ＰＳジャパン社製ＰＳＪポリスチレン型式ＳＧＰ１０-Ｋ２７）
表１の結果から明らかなとおり、実施例１では、ＰＭＰからなる光学高分子構造体の屈折率（１．４６３）が１．４７以下であるため、照射部における屈折率差Δｎが９．９×１０-4、回折効率が４５．１％、レーザ照射部の透過率が９０％以上であった。したがって、比較例１〜５に比べて、屈折率差Δｎで３〜１４倍、回折効率で１０〜１７０倍大きくなり、回折効率の高い光学素子を提供できることがわかった。
【００４３】
（実施例２）
本実施例においては、密度が０．９５ｇ／ｃｍ3である環状ポリオレフィン（日本ゼオン社製、ＺＥＯＮＥＸ型式３３０Ｒ、表２中にＣＯＰ２と表記する）により実施例１と同様に光学高分子構造体を形成した。フェムト秒レーザの条件は、中心波長８００ｎｍ、パルス幅１１８×１０-15秒、繰返し周波数１ｋＨｚとした。また、Ｎ．Ａ．（開口数）０．２５の対物レンズ（倍率１０倍）を使用し、対物レンズ前に５．５ｍｍ径のアパーチャを設置し、各材料の屈折率をｎとしたときに、構造体の表面から内部への移動が５００μｍ／ｎとなるように、光学高分子構造体の内部に集光照射し、周期Λが１０μｍで、一辺が１ｍｍの回折格子を作製した。また、ステージ速度は１ｍｍ／sで走査した。つぎに、光学高分子構造体の内部に、加工面でのレーザパルスエネルギーが５００ｎＪとなるように、フェムト秒レーザを照射した。照射後、得られた光学素子のレーザ照射部での屈折率差Δｎ、照射部の厚さ１８０μｍにおける波長６３２．８ｎｍの可視光線透過率、回折効率を評価した。
【００４４】
屈折率差Δｎは、前述の回折効率と観察された改質厚Ｌ＝１８０μｍに基づき、ブラッグ回折効率式により算出した。表２に、光学高分子構造体の密度、屈折率、線膨張係数、レーザ照射後に得られた光学素子の照射部における屈折率差Δｎ、改質厚Ｌ、Ｑ値、回折効率と波長６３２．８ｎｍの可視光線透過率を示す。
【００４５】
（比較例６）
実施例２における、環状ポリオレフィンＺＥＯＮＥＸ型式３３０Ｒの代わりに、密度が１．０１ｇ／ｃｍ3の環状ポリオレフィンＺＥＯＮＥＸ型式４８０（日本ゼオン社製、表２中にＣＯＰ１と表記する）を使用した以外は、実施例2と同様にして光学高分子構造体を形成し、実施例２と同様にしてフェムト秒レーザを照射することにより光学素子を製造した。表２に、光学高分子構造体の密度、屈折率、線膨張係数、レーザ照射後に得られた光学素子の照射部における屈折率差Δｎ、改質厚Ｌ、Ｑ値、回折効率と波長６３２．８ｎｍの可視光線透過率を示す。
【００４６】
【表２】
2008242441.tif 000007
【００４７】
表２の結果から明らかなとおり、実施例２においては比較例６の場合よりも、照射部における屈折率差Δｎが大きく７．２×１０-4であった。これら２つの材料は組成が同じであるので、密度の違いによりΔｎが変化し、低密度であるＺＥＯＮＥＸ型式３３０Ｒの方が高いΔｎを誘起できることが確認できる。
【００４８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
回折効率が高い光学素子または例えば曲率半径が小さい時の伝播損失が小さい光導波路を有する光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】フェムト秒レーザ照射後のポリメチルペンテン（ＰＭＰ）の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察画像である。
【図２】フェムト秒レーザ照射後のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察画像である。
【図１】
2008242441.tif 000009
【図２】
2008242441.tif 000010