(57)【要約】【課題】  レーザー加工機に使用されるプリズム、レンズ等を構成する光学部材に使用される合成石英ガラス光学材料において、ＹＡＧレーザーの第３高調波以上の高調波に好適に使用される合成石英ガラス材料を提供する。【解決手段】  ＹＡＧレーザーの第３以上の高調波に用いられる合成石英ガラス光学材料であって、フッ素濃度が３０ｐｐｍ以上１０，０００ｐｐｍ以下の範囲にあり、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上であるようにした。【選択図】  図１
2004217506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧレーザーの第３以上の高調波に用いられる合成石英ガラス光学材料であって、フッ素濃度が３０ｐｐｍ以上１０，０００ｐｐｍ以下の範囲にあり、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上であることを特徴とするＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項２】
ＹＡＧレーザーの第３以上の高調波に用いられる合成石英ガラス光学材料であって、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上であり、所定のフッ素濃度になるようにフッ素ドーピングしてなることを特徴とするＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項３】
前記フッ素濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項４】
ＯＨ基濃度が１ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項５】
含有される水素分子濃度が２×１０18分子／ｃｍ3以上２×１０19分子／ｃｍ3以下の範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項６】
屈折率の均質性Δｎが１×１０-5以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項７】
前記ＹＡＧレーザーの高調波が第３〜第５高調波であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項８】
パルス幅３ｎ秒以上、５ｎ秒以下のＹＡＧレーザーの第３高調波を単パルスで照射した際の損傷閾値が１７．５Ｊ／ｃｍ2以上であり、１２０００パルス連続で照射した際の損傷閾値が１３Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【請求項９】
パルス幅３ｎ秒以上、５ｎ秒以下のＹＡＧレーザーの第４高調波を単パルスで照射した際の損傷閾値が８Ｊ／ｃｍ2以上であり、１２０００パルス連続で照射した際の損傷閾値が４Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー加工機に使用されるプリズム、レンズ等を構成する光学部材に使用される合成石英ガラス光学材料であって、ＹＡＧレーザーの第３高調波以上の高調波に好適に使用される合成石英ガラス材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力のレーザー光を用いて金属、セラミクスやガラスの切断、穴あけを行うレーザー加工には、従来主として炭酸ガスレーザーが用いられてきたが、加工の微細化に伴い、より波長の短いレーザー光が用いられ始めている。また、波長の長いレーザー光を使用した場合、加工部分の熱による変質が問題となる事があって、近年は紫外線レーザーも使用される事が多くなってきている。さらに紫外線レーザーを使用することにより従来は加工できなかったプラスチックの加工が可能となった。
【０００３】
紫外線レーザー加工機用の光源としてはＹＡＧレーザー高調波以外にＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）等のエキシマレーザーがある。これらのエキシマレーザーは非常に高出力な光を発振する事が可能で、また波長も短いために熱によるダメージが少なく加工が出来るといった利点がある一方で、装置が高価である事、塩素やフッ素という腐食性ガスを用いるガスレーザーであるため、安全性の確保や配管等の設備が煩わしい等の事情から、主として大規模な製造ラインに組み込まれた大型の設備として使用されることが多い。ＹＡＧ高調波レーザーは固体レーザーであるために、エキシマレーザーに比較すると装置が簡単であり、ガス配管等も不要なためより簡便な装置として普及が進んできている。また、前述のエキシマレーザーに比べてＹＡＧ高調波レーザーは光コストが低いことも特徴の一つで、波長変換素子が改良されてきた事もあって、今後の発展が期待されている。
【０００４】
ＹＡＧレーザーは発振の基本波長が１０６４ｎｍであるが、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）等が波長変換され加工用に利用されている。現在は第２、第３高調波が主流であるが、加工効率、加工変質の少なさを考慮して紫外線化が進み第４高調波も実用化されつつあり、将来的には第５高調波へと使用波長の短波長化が進んでいくと考えられる。
【０００５】
またＹＡＧレーザーの高調波の特徴としてパルス幅を非常に短くすることが出来る。現在では、パルス幅として、ｎ秒（１０-9秒）〜ｐ秒（１０-12秒）台の光が使用されているが、ｆ秒（１０-15秒）という短いパルス幅の光も使用されていくと考えられる。このように短いパルス幅の光を用いることにより熱の影響を排除することができるので短波長化と併せて短パルス化も重要な動向である。
【０００６】
このようなＹＡＧレーザーを使用した加工機の光の取りまわし、ビーム整形に用いられる光学部材には基本波に対しては通常の光学ガラスで十分であるが、第２高調波以降の高次の高調波に関しては合成石英ガラスが主に損傷に対する耐久性と透過率の観点から利用されている。これらの合成石英ガラスとしては、より波長の短いＫｒＦエキシマレーザーに用いられる素材がそのまま使用可能であると考えられて来たが、よく調べてみるとＹＡＧ第３高調波レーザー以降の高調波レーザー用の光学系に関しては、これらの合成石英ガラスをそのまま流用したのでは不都合が生じる事が判って来た。
【０００７】
ＫｒＦエキシマレーザーに用いられる合成石英ガラスをそのままＹＡＧ第３高調波レーザー以降の高調波レーザー用の光学系に用いた場合、使用していた石英ガラスに蛍光の発生や透過率変化等のダメージが生じる前に突然クラック等の損傷が入るという問題が生じる。このような光学部材に突然生じるクラックはレンズ等の光学部材に修復不可能なダメージを与える他、強烈な散乱光を発生するために装置全体にダメージを与えたり、散乱光が目に入ると角膜に損傷を生じる等危険性が大きい。
【０００８】
一般的に石英ガラスが強烈なエネルギーを持つ紫外線に曝される事によって生じるダメージ（光学的損傷）は、Ｅ’センター（イープライムセンター）と呼ばれる欠陥である。Ｅ’センターは石英ガラスの骨格であるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が強烈な紫外線により破壊され、Ｓｉ軌道上に不対電子が１つ残った構造を取るので、通常Ｓｉ・（ドット）等と表記される。ここで・ドットとは不対電子を表わす。このＥ’センターは２１５ｎｍに大きな光学吸収を持つため、エキシマレーザー等の照射により損傷を生じた石英ガラスには２１５ｎｍにピークを有する吸収帯が観察される。しかるに、ＹＡＧレーザーの第３あるいは第４高調波によりクラックを生じた合成石英ガラスの紫外透過率特性を測定してみても、Ｅ’センターに起因する波長２１５ｎｍの吸収体は認められない事が判った。このような事例を見ても、ＹＡＧレーザーの高調波によって石英ガラスにクラックが生じる機構は、エキシマレーザーによって石英ガラスが光学的損傷を生じる機構と異なるものである事が判った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者等は、ＹＡＧレーザー高調波に好適に用いられる合成石英ガラス光学材料を開発するために鋭意検討を重ねた結果、合成石英ガラスにフッ素を含有させることにより、損傷閾値を著しく上昇させることができ、ＹＡＧレーザーの第３以上の高次高調波に安心して使用できる合成石英ガラス材料を得ることができるという知見を得、本発明を完成させた。
【００１０】
本発明は、レーザー加工機に使用されるプリズム、レンズ等を構成する光学部材に使用される合成石英ガラス光学材料において、ＹＡＧレーザーの第３高調波以上の高調波に好適に使用される合成石英ガラス材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料の第１の態様は、ＹＡＧレーザーの第３以上の高調波に用いられる合成石英ガラス光学材料であって、フッ素濃度が３０ｐｐｍ以上１０，０００ｐｐｍ以下の範囲にあり、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料の第２の態様は、ＹＡＧレーザーの第３以上の高調波に用いられる合成石英ガラス光学材料であって、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上であり、所定のフッ素濃度になるようにフッ素ドーピングしてなることを特徴とする。フッ素ドーピングに用いられるフッ素化合物としては、特に限定されないが、四フッ化珪素等が好適に用いられる。
【００１３】
本発明の合成石英ガラス光学材料は、上記フッ素濃度が３０ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下の範囲にあることが好適である。
【００１４】
本発明の合成石英ガラス光学材料は、ＯＨ基濃度が１ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００１５】
本発明の合成石英ガラス光学材料は、含有される水素分子濃度が２×１０18分子／ｃｍ3以上２×１０19分子／ｃｍ3以下の範囲にあることが好適である。
【００１６】
本発明の合成石英ガラス光学材料に含有される塩素濃度は特に限定されないが、２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
本発明の合成石英ガラス光学材料において、屈折率の均質性Δｎを１×１０-5以下とすることができる。
【００１８】
本発明の合成石英ガラス光学材料は、ＹＡＧレーザーの高調波が第３〜第５高調波に好適に用いられる。
【００１９】
本発明の合成石英ガラス光学材料において、パルス幅３ｎ秒（１０-9秒）以上、５ｎ秒以下のＹＡＧレーザーの第３高調波を単パルスで照射した際の損傷閾値が１７．５Ｊ／ｃｍ2以上であり、１２０００パルス連続で照射した際の損傷閾値が１３Ｊ／ｃｍ2以上であることが好適である。
【００２０】
本発明の合成石英ガラス光学材料において、パルス幅３ｎ秒以上、５ｎ秒以下のＹＡＧレーザーの第４高調波を単パルスで照射した際の損傷閾値が８Ｊ／ｃｍ2以上であり、１２０００パルス連続で照射した際の損傷閾値が４Ｊ／ｃｍ2以上であることが好適である。
【００２１】
上記合成石英ガラス光学材料は、エネルギー密度が１１Ｊ／ｃｍ2以下である、パルス幅３ｐ秒（１０-12秒）以上５ｎ秒以下のＹＡＧレーザーの第３高調波に好適に使用できる。
【００２２】
上記合成石英ガラス光学材料は、エネルギー密度が２．５Ｊ／ｃｍ2以下である、パルス幅３ｐ秒以上５ｎ秒以下のＹＡＧレーザーの第４高調波に好適に使用可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、レーザー加工機に使用されるプリズム、レンズ等を構成する光学部材に使用される合成石英ガラス光学材料において、ＹＡＧレーザーの第３高調波以上の高調波に好適に使用される合成石英ガラス材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、これらの実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００２５】
本発明のＹＡＧレーザー高調波用合成石英ガラス光学材料においては、フッ素濃度が３０ｐｐｍ（重量ｐｐｍ）以上であることが必要である。合成石英ガラスに対してフッ素が含有されることにより大幅に損傷閾値が上昇するが、その効果は濃度依存性が低い為、３０ｐｐｍ以上で十分効果がある。
【００２６】
フッ素含有量が多すぎると、酸素欠損型の欠陥を生じやすくなるといった問題が生じる。フッ素を含有する工程において酸素欠損型欠陥が導入されると、ＹＡＧレーザー高調波を照射した場合に、急激な透過率低下が生じる。この透過率低下により損傷閾値が著しく低下するため、酸素欠損型欠陥をなくす必要がある。波長２４５ｎｍにおける吸収は酸素欠損型欠陥の存在を示唆しているので、波長２４５ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上（即ち、実質的に吸収がない。）であることが必要である。
【００２７】
フッ素ドーピングに際し、このような酸素欠損型欠陥の生成を抑制する目的で酸素処理を行うことがあるが、その場合、処理条件によっては酸素過多型欠陥を生じてしまう。この欠陥はやはりＹＡＧレーザー高調波を照射した場合に、急激な透過率低下を生じ、損傷閾値を著しく低下させるために、酸素過多型欠陥の生成も防止する必要がある。波長３３０ｎｍにおける吸収は酸素過多型欠陥の存在を示唆しているので、波長３３０ｎｍにおける内部透過率が９９．９％以上であることが必要である。
【００２８】
フッ素含有量が多すぎると、上記酸素処理の制御が困難になる為、フッ素含有量は１０，０００ｐｐｍ以下にする必要がある。また、フッ素含有量が多すぎると、石英ガラスの屈折率がフッ素濃度に応じて低下してしまうために、屈折率の均質性が上がりにくくなる等の問題も生じるために、フッ素濃度の好ましい範囲としては３０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍであり、更に好ましくは１００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍである。３０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの濃度範囲にフッ素を制御した場合、帯域溶融法等の均質化方法により屈折率の最大値と最小値の差Δｎで１０-5以下までの高いレベルの均質化が可能となる。
【００２９】
また、本発明の合成石英ガラス光学材料においては、ＯＨ基濃度としては１ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下の範囲で使用することが好ましい。ＯＨ基濃度とレーザーによる損傷閾値の関係はＯＨ基濃度が低いほど損傷閾値が上昇する。但し、ＯＨ基濃度が低すぎて、例えば１ｐｐｍ未満になると酸素欠損型の欠陥が生じやすくなり、逆に好ましくない。酸素欠損欠陥の量は２４５ｎｍの紫外線に対する内部透過率で表わされるので、この値が９９．９％以上であれば充分である。しかしながら、酸素欠損の生成のしやすさを考慮するとＯＨ基濃度は１ｐｐｍ以上が望ましく、より望ましくは５ｐｐｍ以上である。一方、ＯＨ基濃度が３００ｐｐｍを超える場合、損傷閾値が相対的に高くなりすぎるため、ＯＨ基濃度の上限値としては、３００ｐｐｍ以下が好ましく、更に好ましくは５０ｐｐｍ以下である。
【００３０】
本発明の合成石英ガラス光学材料において、適当な量の水素分子濃度はフッ素による効果に上乗せした効果を与える為、水素分子濃度としては、２×１０18分子／ｃｍ3以上２×１０19分子／ｃｍ3以下の範囲を用いることが好ましく、４×１０18分子／ｃｍ3以上８×１０18分子／ｃｍ3以下の範囲がより好ましい。水素分子濃度は損傷閾値に関して２×１０18分子／ｃｍ3以上含有されると好適であるが、その効果は１×１０19分子／ｃｍ3以上では飽和しているように見える。高濃度で入れると、高濃度の水素を含有させるためには１００気圧以上の高圧水素処理が必要で安全性の問題が生じる事や、高圧の雰囲気下で石英ガラスを処理する事によって石英ガラスが高い複屈折を示す事（例えば複屈折が５ｎｍ／ｃｍを超えてしまう）等の工業上の不利益が生じる。
【実施例】
【００３１】
以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、この実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００３２】
（実施例１）
（インゴット作成）
高純度四塩化珪素を酸水素火炎中に導入し、火炎加水分解して得られる微細なシリカ粉を回転する基体上に堆積させて多孔質石英ガラス体（スート体）を得た。
【００３３】
このスート体を四フッ化珪素（ＳｉＦ4）を０．０１体積％、残部Ｈｅで構成される雰囲気にて１１００℃で１０時間加熱処理した後、酸素１００％の雰囲気に切り替え更に５時間処理を行った。その後、処理したスート体を雰囲気処理チャンバーから取り出し、真空炉にて０．０１ｈＰａ（ヘクトパスカル）以下の圧力下、１５７０℃×１０時間加熱して透明ガラス化して、直径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの透明石英ガラスインゴット約２．５ｋｇを作成した。
【００３４】
（帯域溶融法による均質化・成型・徐冷処理）
得られた合成石英ガラスインゴットを、下記帯域溶融法にて一方向に均質化を行った。即ち、インゴットの両端に合成石英の足場管を溶接後、旋盤で把持し、酸水素バーナーでインゴットの一部を加熱、溶融帯域を形成後、旋盤の両チャックの回転に差動を与えて溶融帯域内を攪拌しつつ、バーナーを移動させインゴット全体を均質化した。均質化を終えたインゴットを旋盤の両チャック間を詰めて樽型に成型した後、足場管から切り離し、内径１７０ｍｍ、高さ１００ｍｍのグラファイト型内に設置して、型ごと窒素雰囲気炉にて１８００℃に加熱して直径１７０ｍｍ、厚さ４０ｍｍの石英ガラス成型体を得た。
【００３５】
汚染部分を取り除く目的で、得られた石英ガラス成型体のグラファイトと接触した外周部分を５ｍｍづつ研削して、外径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍに加工した後、該合成石英ガラス成型体を大気炉にて１１５０℃で２０時間保持後、１時間当たり２℃の割合で６００℃まで徐冷し、その後炉の電源を切って室温まで冷却し、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。
【００３６】
（純度分析）
得られた合成石英ガラス成型体の純度をＩＣＰマススペクトル装置にて純度分析を行ったところ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｋのアルカリ金属元素濃度の総計が１０ｐｐｂ、Ｍｇ及びＣａのアルカリ土類金属元素濃度の総計が５ｐｐｂ以下、その他Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒの金属元素濃度の総計が５ｐｐｂ以下であった。
【００３７】
（水素ドーピング処理）
続いて、該合成石英ガラス成型体を３０気圧の高圧水素雰囲気の炉に入れ、４００℃で４週間加熱して水素をドーピングし、得られた合成石英ガラス成型体を下記の測定に用いた。
【００３８】
（フッ素濃度及びＯＨ基濃度測定）
得られた合成石英ガラス成型体に含有されるフッ素濃度をイオン電極法で測定したところ、フッ素濃度は１００ｐｐｍであった。更に、ＯＨ基濃度を赤外分光光度法にて測定したところ、ＯＨ基濃度は１０ｐｐｍであった。
【００３９】
（屈折率の均質性測定）
更に、上記得られた合成石英ガラス成型体の屈折率の均質性を干渉計（Zygo Mark GPI）にて測定したところ、屈折率の最大値と最小値の差Δｎで３×１０-6であった。
【００４０】
（サンプリング）
上記得られた合成石英ガラス成型体から直径６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍのサンプルを２個、直径６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの石英ガラス円盤を１個切り出し、前者をレーザー照射用サンプル、後者を透過率及び水素分子濃度測定用サンプルとした。
【００４１】
（透過率測定）
上記得られた測定用サンプルの両面を研磨して透過率測定を行ったところ、波長２００ｎｍ〜４５０ｎｍの紫外線領域に吸収は全く認められず、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率は何れも９９．９％以上であった。
【００４２】
（水素分子濃度測定）
上記得られた測定用サンプルの水素分子濃度をラマン分光光度法にて測定したところ、１．３×１０19分子／ｃｍ3であった。
【００４３】
上記した実施例１におけるフッ素濃度、２４５ｎｍ内部透過率、３３０ｎｍ内部透過率、ＯＨ基濃度、水素分子濃度、屈折率の均質性（Δｎ）の測定結果をまとめて表１に示す。
【００４４】
【表１】
2004217506.tif 000003
【００４５】
（レーザー損傷試験）
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して下記の如くＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。ＹＡＧレーザー損傷試験装置の概略説明図を図１に示す。図１に示すように、ＹＡＧレーザー高調波による石英ガラスの損傷試験は、ＹＡＧレーザー１０から照射される基本波を２つの波長変換素子１２、１４を用いて、第３又は第４高調波に変換させたレーザー光を、Ｆ＝３００の比較的短焦点のレンズ１６で石英ガラスサンプル１８内に焦点を結ぶように集光しつつ照射して、これによる石英ガラスの損傷（クラックの発生）を、照射に伴う光音響の変化により検出する。レーザー光を比較的短焦点で照射する理由は、長焦点、あるいはアフォーカル系で照射を行った場合、石英ガラス内部で熱レンズ効果によって自己収束が生じるため、エネルギー密度の算出が困難になるためで、短焦点レンズにすることにより、自己収束を回避し、より正確に照射エネルギー密度の測定が可能となる。石英ガラスの透過率変化は光音響測定により行う。これは、石英ガラスサンプルをレーザー光が透過する際にサンプルに吸収される光エネルギーの一部が音響エネルギーに変換されるが、この音響エネルギーをＡＥセンサー（acoustic emission sensor）２０で感知して電気エネルギーに変換し、増幅器２２で増幅した電圧信号をオシロスコープ２４で電圧波形として観察する。石英ガラスサンプルに損傷が生じた場合、それまでとは異なる非常に大きな音響エネルギーの発生があるので、高感度で損傷の発生を知る事が出来る。石英ガラスに生じたクラックは照射後、顕微鏡でも観察することが出来る。
【００４６】
１）第３高調波の単パルス照射及び連続照射による損傷閾値
レーザー照射用のサンプルにＹＡＧレーザーの第３高調波を単パルスで照射し、石英ガラスに微細なクラックが入るエネルギー密度を測定した。結果を表２に示す。表中損傷閾値とは照射によって石英ガラスにクラックが入ったパルス当たりエネルギー密度を指し、単位はＪ／ｃｍ2である。
【００４７】
レーザー照射用のサンプルにＹＡＧレーザーの第３高調波を周波数１０Ｈｚで１２０００パルス照射し、石英ガラスに微細なクラックが入るエネルギー密度を測定した。結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
2004217506.tif 000004
【００４９】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値が１８．９Ｊ／ｃｍ2、第３高調波の連続照射による損傷閾値が１３．１Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の単パルス照射及び連続照射において共に良好な結果を示した。
【００５０】
２）第４高調波の単パルス照射及び連続照射による損傷閾値
レーザー照射用のサンプルにＹＡＧレーザーの第４高調波を単パルスで照射し、石英ガラスに微細なクラックが入るエネルギー密度を測定した。結果を表３に示す。
【００５１】
レーザー照射用のサンプルにＹＡＧレーザーの第４高調波を周波数１０Ｈｚで１２０００パルス照射し、石英ガラスに微細なクラックが入るエネルギー密度を測定した。結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
2004217506.tif 000005
【００５３】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値が８．１Ｊ／ｃｍ2、第４高調波の連続照射による損傷閾値が４．９Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の単パルス照射及び連続照射において共に良好な結果を示した。
【００５４】
（実施例２）
実施例１と同様に作成したスート体を、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）を０．０５体積％、残部Ｈｅで構成される雰囲気にて１１００℃で１０時間加熱処理した後、酸素１００％の雰囲気に切り替え更に５時間処理を行った。その後、処理したスート体を雰囲気処理チャンバーから取り出し、真空炉にて０．０１ｈＰａ（ヘクトパスカル）以下の圧力下、１５７０℃×１０時間加熱して透明ガラス化して、直径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの透明石英ガラスインゴット約２．５ｋｇを作成した。
【００５５】
得られたインゴットを実施例１と同様に均質化、成型、徐冷の各処理を行い、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。続いて、該合成石英ガラス成型体を実施例１と同様に、水素ドーピング処理を行い、得られた合成石英ガラス成型体を下記の測定に用いた。
【００５６】
上記得られた合成石英ガラス成型体のフッ素濃度、ＯＨ基濃度及び屈折率の均質性を実施例１と同様の方法で測定した。測定の結果、フッ素濃度は５００ｐｐｍ、ＯＨ基濃度は８ｐｐｍであり、屈折率の均質性はΔｎで６×１０-6であった。結果を表１に示す。
【００５７】
また、実施例１と同様に、上記得られた合成石英ガラス成型体からレーザー照射用サンプル並びに透過率及び水素分子濃度測定用サンプルを切り出した。
【００５８】
実施例１と同様の方法で、上記測定用サンプルの透過率及び水素分子濃度を測定した。測定の結果、水素分子濃度は、１．４×１０19分子／ｃｍ3であり、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍの紫外線に対する内部透過率は９９．９％以上であった。結果を表１に示す。
【００５９】
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して実施例１と同様、ＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。第３高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表２に、第４高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表３に示す。
【００６０】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値が１９．２Ｊ／ｃｍ2、第３高調波の連続照射による損傷閾値が１３．２Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の単パルス照射及び連続照射において共に良好な結果を示した。
【００６１】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値が８．３Ｊ／ｃｍ2、第４高調波の連続照射による損傷閾値が４．８Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の単パルス照射及び連続照射において共に良好な結果を示した。
【００６２】
（実施例３）
実施例１と同様に作成したスート体を、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）を１体積％、残部Ｈｅで構成される雰囲気にて１１００℃で１０時間加熱処理した後、酸素１００％の雰囲気に切り替え更に１０時間処理を行った。その後、１００％Ｈｅ雰囲気で１５００℃×１０時間加熱して透明ガラス化して、直径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの透明石英ガラスインゴット約２．５ｋｇを作成した。
【００６３】
得られたインゴットを実施例１と同様に均質化、成型、徐冷の各処理を行い、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。続いて、該合成石英ガラス成型体を実施例１と同様に、水素ドーピング処理を行い、得られた合成石英ガラス成型体を下記の測定に用いた。
【００６４】
上記得られた合成石英ガラス成型体のフッ素濃度、ＯＨ基濃度及び屈折率の均質性を実施例１と同様の方法で測定した。測定の結果、フッ素濃度は３７００ｐｐｍ、ＯＨ基濃度は２ｐｐｍであり、屈折率の均質性はΔｎで８×１０-5であった。結果を表１に示す。
【００６５】
また、実施例１と同様に、上記得られた合成石英ガラス成型体からレーザー照射用サンプル並びに透過率及び水素分子濃度測定用サンプルを切り出した。
【００６６】
実施例１と同様の方法で、上記測定用サンプルの透過率及び水素分子濃度を測定した。測定の結果、水素分子濃度は、１．５×１０19分子／ｃｍ3であり、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍの紫外線に対する内部透過率は９９．９％以上であった。結果を表１に示す。
【００６７】
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して実施例１と同様、ＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。第３高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表２に、第４高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表３に示す。
【００６８】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値が１９．９Ｊ／ｃｍ2、第３高調波の連続照射による損傷閾値が１３．２Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の単パルス照射及び連続照射において共に良好な結果を示した。
【００６９】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値が８．３Ｊ／ｃｍ2、第４高調波の連続照射による損傷閾値が４．８Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の単パルス照射及び連続照射において共に良好な結果を示した。
【００７０】
（実施例４）
上記実施例１と同様の方法で、インゴット作成及び帯域溶融法による均質化・成型・徐冷処理を行い、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。
【００７１】
上記得られた合成石英ガラス成型体のフッ素濃度、ＯＨ基濃度及び屈折率の均質性を実施例１と同様の方法で測定した。測定の結果、フッ素濃度は１００ｐｐｍ、ＯＨ基濃度は１０ｐｐｍであり、屈折率の均質性はΔｎで４×１０-6であった。結果を表１に示す。
【００７２】
また、実施例１と同様に、上記得られた合成石英ガラス成型体からレーザー照射用サンプル並びに透過率及び水素分子濃度測定用サンプルを切り出した。
【００７３】
実施例１と同様の方法で、上記測定用サンプルの透過率及び水素分子濃度を測定した。測定の結果、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍの紫外線に対する内部透過率は９９．９％以上であり、水素分子濃度は、検出下限値１×１０15分子／ｃｍ3未満であった。結果を表１に示す。
【００７４】
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して実施例１と同様、ＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。第３高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表２に、第４高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表３に示す。
【００７５】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値は１８．０Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の連続照射による損傷閾値は１２．５Ｊ／ｃｍ2であった。
【００７６】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値が８．１Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の連続照射による損傷閾値が３．５Ｊ／ｃｍ2であった。
【００７７】
（比較例１）
上記実施例１と同様に作成したスート体を、Ｈｅ雰囲気にて、１１５０℃で２０時間加熱し、シリカ微粒子の燒結を促進し、密度を均一に高めた後、真空炉にて０．０１ｈＰａ（ヘクトパスカル）以下の圧力下、１５００℃×１０時間加熱して透明ガラス化して、直径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの透明石英ガラスインゴット約２．５ｋｇを作成した。
【００７８】
得られたインゴットを実施例１と同様に均質化、成型、徐冷の各処理を行い、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。続いて、該合成石英ガラス成型体を実施例１と同様に、水素ドーピング処理を行い、得られた合成石英ガラス成型体を下記の測定に用いた。
【００７９】
上記得られた合成石英ガラス成型体のフッ素濃度、ＯＨ基濃度及び屈折率の均質性を実施例１と同様の方法で測定した。測定の結果、フッ素は全く観測されなかった。ＯＨ基濃度は６０ｐｐｍであり、屈折率の均質性はΔｎで１×１０-6であった。結果を表１に示す。
【００８０】
また、実施例１と同様に、上記得られた合成石英ガラス成型体からレーザー照射用サンプル並びに透過率及び水素分子濃度測定用サンプルを切り出した。
【００８１】
実施例１と同様の方法で、上記測定用サンプルの透過率及び水素分子濃度を測定した。測定の結果、水素分子濃度は、１．５×１０19分子／ｃｍ3であり、波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍの紫外線に対する内部透過率は９９．９％以上であった。結果を表１に示す。
【００８２】
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して実施例１と同様、ＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。第３高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表２に、第４高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表３に示す。
【００８３】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値は１７．７Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の連続照射による損傷閾値が１２．２Ｊ／ｃｍ2であった。
【００８４】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値は８．１Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の連続照射による損傷閾値が２．９Ｊ／ｃｍ2であった。
【００８５】
（比較例２）
実施例１と同様に作成したスート体を、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）を１体積％、残部Ｈｅで構成される雰囲気にて１１００℃で１０時間加熱処理した後、酸素１００％の雰囲気に切り替え更に３時間処理を行った。その後、１００％Ｈｅ雰囲気で１５００℃×１０時間加熱して透明ガラス化して、直径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの透明石英ガラスインゴット約２．５ｋｇを作成した。
【００８６】
得られたインゴットを実施例１と同様に均質化、成型、徐冷の各処理を行い、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。
【００８７】
上記得られた合成石英ガラス成型体のフッ素濃度、ＯＨ基濃度及び屈折率の均質性を実施例１と同様の方法で測定した。測定の結果、フッ素濃度は３６００ｐｐｍ、ＯＨ基濃度は０ｐｐｍであり、屈折率の均質性はΔｎで２×１０-4であった。結果を表１に示す。
【００８８】
また、実施例１と同様に、上記得られた合成石英ガラス成型体からレーザー照射用サンプル並びに透過率及び水素分子濃度測定用サンプルを切り出した。
【００８９】
実施例１と同様の方法で、上記測定用サンプルの透過率及び水素分子濃度を測定した。波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率は、３３０ｎｍに対しては９９．９％以上であったが、２４５ｎｍに対しては９７．５％であった。水素分子濃度は、１×１０15分子／ｃｍ3未満であった。結果を表１に示す。
【００９０】
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して実施例１と同様、ＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。第３高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表２に、第４高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表３に示す。
【００９１】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値は１２．５Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の連続照射による損傷閾値が１０．３Ｊ／ｃｍ2であった。
【００９２】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値は６．５Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の連続照射による損傷閾値が１．９Ｊ／ｃｍ2であった。
【００９３】
（比較例３）
実施例１と同様に作成したスート体を、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）を１体積％、残部Ｈｅで構成される雰囲気にて１１００℃で１０時間加熱処理した後、酸素１００％の雰囲気に切り替え更に１５時間処理を行った。その後、１００％Ｈｅ雰囲気で１５００℃×１０時間加熱して透明ガラス化して、直径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの透明石英ガラスインゴット約２．５ｋｇを作成した。
【００９４】
得られたインゴットを実施例１と同様に均質化、成型、徐冷の各処理を行い、直径１６０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの合成石英ガラス成型体を得た。
【００９５】
上記得られた合成石英ガラス成型体のフッ素濃度、ＯＨ基濃度及び屈折率の均質性を実施例１と同様の方法で測定した。測定の結果、フッ素濃度は１８００ｐｐｍ、ＯＨ基濃度は２４ｐｐｍであり、屈折率の均質性はΔｎで５×１０-5であった。結果を表１に示す。
【００９６】
また、実施例１と同様に、上記得られた合成石英ガラス成型体からレーザー照射用サンプル並びに透過率及び水素分子濃度測定用サンプルを切り出した。
【００９７】
実施例１と同様の方法で、上記測定用サンプルの透過率及び水素分子濃度を測定した。波長２４５ｎｍ及び３３０ｎｍにおける内部透過率は、２４５ｎｍに対しては９９．９％以上であったが、３３０ｎｍに対しては９８．０％であった。水素分子濃度は、１×１０15分子／ｃｍ3未満であった。結果を表１に示す。
【００９８】
上記作成したレーザー照射用のサンプルに対して実施例１と同様、ＹＡＧレーザーの高調波の照射試験を行った。第３高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表２に、第４高調波の短パルス照射及び連続照射の結果を表３に示す。
【００９９】
表２に示した如く、第３高調波の単パルス照射による損傷閾値は１５．３Ｊ／ｃｍ2であり、第３高調波の連続照射による損傷閾値が１０．９Ｊ／ｃｍ2であった。
【０１００】
表３に示した如く、第４高調波の単パルス照射による損傷閾値は６．８Ｊ／ｃｍ2であり、第４高調波の連続照射による損傷閾値が２．５Ｊ／ｃｍ2であった。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】ＹＡＧレーザー損傷試験装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０：ＹＡＧレーザー、１２，１４：波長変換素子、１６：レンズ、１８：サンプル、２０：ＡＥセンサー、２２：増幅器、２４：オシロスコープ。
【図１】
2004217506.tif 000006