(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
を有する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。
【請求項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に記載のレーザ発振器。
【請求項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に記載のレーザ発振器。
【請求項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項に記載のレーザ発振器。
【請求項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に記載のレーザ発振器。
【請求項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に記載のレーザ発振器。
【請求項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に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
前記金属膜の膜厚は、５０ｎｍ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に記載のレーザ発振器。
【請求項９】
赤外領域にピーク波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
【請求項１０】
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１から９のいずれか１項に記載のレーザ発振器。
【請求項１１】
請求項１から１０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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２０号公報
【特許文献２】特開２００９−０８６５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ発振器は、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、を有する赤外レーザ用反射部材を備える。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】図１に示したレーザ発振器の構成図
【図３】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４】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
【図５】実施例１の反射部材の光学特性を示す図
【図６】比較例１の反射部材の光学特性を示す図
【図７】比較例２の反射部材の光学特性を示す図
【図８】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
【図９】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
【図１０】実施例２の反射部材の光学特性を示す図
【図１１】実施例３の反射部材の光学特性を示す図
【図１２】実施例４の反射部材の光学特性を示す図
【図１３】実施例５の反射部材の光学特性を示す図
【図１４】比較例５の反射部材の光学特性を示す図
【図１５】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
【図１６】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
【図１７】各種材料の屈折率を示す図
【図１８】各種材料の消衰係数を示す図
【図１９】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２０】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２１】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
【図２２】実施例６の反射部材の光学特性を示す図
【図２３】実施例７の反射部材の光学特性を示す図
【図２４】実施例８の反射部材の光学特性を示す図
【図２５】実施例９の反射部材の光学特性を示す図
【図２６】実施例１０の反射部材の光学特性を示す図
【図２７】実施例１１の反射部材の光学特性を示す図
【図２８】比較例６の反射部材の光学特性を示す図
【図２９】比較例７の反射部材の光学特性を示す図
【図３０】比較例８の反射部材の光学特性を示す図
【図３１】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
【図３２】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
【図３３】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３４】図１に示したレーザ発振器の別の構成図
【図３５】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
【図３６】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
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
［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
【００３５】
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。
【００３６】
［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
【００３７】
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。
【００３８】
［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
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
［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
【００４６】
［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
【００４７】
［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
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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９９．５％であり、Ｐ波に対する反射率は８７．２％である。
【００５２】
［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
【００５３】
［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
【００５４】
［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
【００５５】
［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
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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
【００６２】
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
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
［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
【００７１】
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。
【００７２】
［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
【００７３】
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。
【００７４】
［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
【００７５】
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。
【００７６】
［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
【００７７】
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。
【００７８】
［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
【００７９】
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。
【００８０】
［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
【００８１】
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。
【００８２】
［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
【００８３】
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。
【００８４】
［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
【００８５】
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。
【００８６】
［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
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
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。
【図１】
0006692453.tif 000002
【図２】
0006692453.tif 000003
【図３】
0006692453.tif 000004
【図４】
0006692453.tif 000005
【図５】
0006692453.tif 000006
【図６】
0006692453.tif 000007
【図７】
0006692453.tif 000008
【図８】
0006692453.tif 000009
【図９】
0006692453.tif 000010
【図１０】
0006692453.tif 000011
【図１１】
0006692453.tif 000012
【図１２】
0006692453.tif 000013
【図１３】
0006692453.tif 000014
【図１４】
0006692453.tif 000015
【図１５】
0006692453.tif 000016
【図１６】
0006692453.tif 000017
【図１７】
0006692453.tif 000018
【図１８】
0006692453.tif 000019
【図１９】
0006692453.tif 000020
【図２０】
0006692453.tif 000021
【図２１】
0006692453.tif 000022
【図２２】
0006692453.tif 000023
【図２３】
0006692453.tif 000024
【図２４】
0006692453.tif 000025
【図２５】
0006692453.tif 000026
【図２６】
0006692453.tif 000027
【図２７】
0006692453.tif 000028
【図２８】
0006692453.tif 000029
【図２９】
0006692453.tif 000030
【図３０】
0006692453.tif 000031
【図３１】
0006692453.tif 000032
【図３２】
0006692453.tif 000033
【図３３】
0006692453.tif 000034
【図３４】
0006692453.tif 000035
【図３５】
0006692453.tif 000036
【図３６】
0006692453.tif 000037