(57)【要約】【課題】  少数の光学部品からなる簡便な光学系により短時間で微細加工が可能なレーザー加工方法及びこのレーザー加工方法を実現するためのレーザー加工装置を提供する。【解決手段】  被加工物５をレーザー光２で加工するレーザー加工方法であって、被加工物５に入射する入射光と、被加工物５を透過して反射された反射光を、被加工物５の位置又はその近傍で重ねることにより２光子吸収又は多光子吸収を起こし、該２光子吸収又は多光子吸収のエネルギーによって被加工物５を加工するものである。【選択図】        図１
2005074486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をレーザー光で加工するレーザー加工方法であって、
前記被加工物に入射する入射光と、前記被加工物を透過して反射された反射光を、前記被加工物の位置又はその近傍で重ねることにより２光子吸収又は多光子吸収を起こし、該２光子吸収又は多光子吸収のエネルギーによって前記被加工物を加工することを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項２】
集光素子によって前記レーザー光を前記被加工物の位置又はその近傍に集光して入射し、
反射光学素子によって前記被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光することを特徴とする請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
前記２光子吸収又は多光子吸収の起こる位置の、発光強度又はスペクトル分布を検出し、該発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、前記被加工物に対する前記反射光学素子の位置を定めることを特徴とする請求項２記載のレーザー加工方法。
【請求項４】
前記入射光の偏向方位と、前記反射光の偏向方位を同じにすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項５】
前記入射光と前記反射光が、前記被加工物の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たすようにすることを特徴とする請求項４記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
前記入射光の偏向方位と、前記反射光の偏向方位を直交させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
波長板によって、前記入射光の偏向方位と前記反射光の偏向方位を直交させることを特徴とする請求項６記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
被加工物をレーザー光で加工するレーザー加工装置であって、
前記レーザー光を前記被加工物の位置又はその近傍に集光させる集光素子と、
前記被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光させる反射光学素子とを備え、
前記集光素子によって集光されたレーザー光と、前記反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光を、前記被加工物の位置又はその近傍で重ねることにより２光子吸収又は多光子吸収を起こし、該２光子吸収又は多光子吸収のエネルギーによって前記被加工物を加工することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項９】
前記集光素子によって集光されたレーザー光の偏向方位と、前記反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光の偏向方位が同じであることを特徴とする請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１０】
前記集光素子によって集光されたレーザー光と、前記反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光が、前記被加工物の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たしていることを特徴とする請求項９記載のレーザー加工装置。
【請求項１１】
前記集光素子によって集光されたレーザー光の偏向方位と、前記反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光の偏向方位が直交していることを特徴とする請求項８記載のレーザー加工装置。
【請求項１２】
前記反射光学素子は波長板を有し、該波長板を前記レーザー光が通過することにより、前記集光素子によって集光されたレーザー光の偏向方位と、前記反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光の偏向方位が直交することを特徴とする請求項１１記載のレーザー加工装置。
【請求項１３】
前記２光子吸収又は多光子吸収の起こる位置の、発光強度又はスペクトル分布を検出する検出器を備え、該発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、前記被加工物に対する前記反射光学素子の位置を定めることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１４】
前記反射光学素子が、湾曲ミラーを有することを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１５】
前記反射光学素子が、分散補償機能を有することを特徴とする請求項８〜１４のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１６】
前記反射光学素子が、反射型回折素子であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー加工方法及びレーザー加工装置に関し、特に、２光子吸収又は多光子吸収を利用したレーザー加工方法及びこのレーザー加工方法を実現するためのレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の三次元微小構造物の製造方法及びその装置では、光硬化樹脂に一般的な１光子吸収の起こらない波長のフェムト秒パルスレーザーを集光照射し、２光子吸収により光硬化樹脂を光重合させて微小立体構造物を製造していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また従来の２光子吸収を利用したレーザー加工では、レーザー光源から出た光をハーフミラー等で２本に分岐し、反射鏡、レンズ等の光学部品によって、被加工物に２本のレーザー光を対向する方向から集光照射するようにしていた。
【特許文献１】特開２００３−１５９９号公報（図１、図７、図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の三次元微小構造物の製造方法及びその装置では（例えば、特許文献１参照）、フェムト秒パルスレーザーを集光照射しているものの、レーザー光を一方向から照射しているため、レーザー光に対して透明な被加工物を加工する場合、単ビームによる２光子吸収しか起こらず加工に時間がかかるという問題点があった。また、レーザー光が被加工物を透過するためエネルギーの損失が多くなるという問題点もあった。
【０００５】
また従来の２光子吸収を利用したレーザー加工では、２本のビームパスに配置される反射鏡、レンズ等の光学部品が多数必要となり、光学系が煩雑になりコストが高くなるという問題点があった。また、２本のビームパスに配置される光学部品が多いため、被加工物における２本のビームの位置合わせが困難になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、少数の光学部品からなる簡便な光学系により短時間で微細加工が可能なレーザー加工方法及びこのレーザー加工方法を実現するためのレーザー加工装置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】
【０００７】
本発明に係るレーザー加工方法は、被加工物をレーザー光で加工するレーザー加工方法であって、被加工物に入射する入射光と、被加工物を透過して反射された反射光を、被加工物の位置又はその近傍で重ねることにより２光子吸収又は多光子吸収を起こし、該２光子吸収又は多光子吸収のエネルギーによって被加工物を加工するものである。
被加工物に入射する入射光と、被加工物を透過して反射された反射光を、被加工物の位置又はその近傍で重ねることにより、例えば全反射ミラー等を含む少数の光学部品のみで効果的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができ、微細加工が可能となる。また、被加工物を透過した反射光をも加工のために利用するため、光エネルギーの損失が少なく、加工時間も短縮される。この効果は、特に被加工物がレーザー光に対してほぼ透明である場合に顕著である。
【０００８】
また本発明に係るレーザー加工方法は、集光素子によってレーザー光を被加工物の位置又はその近傍に集光して入射し、反射光学素子によって被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光するものである。
集光レンズ等の集光素子によって、レーザー光を被加工物の位置又はその近傍に集光して入射し、球面全反射ミラー等の反射光学素子によって、被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光するため、入射光と反射光の焦点において、微細なレーザー加工が可能となる。
【０００９】
また本発明に係るレーザー加工方法は、２光子吸収又は多光子吸収の起こる位置の、発光強度又はスペクトル分布を検出し、該発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、被加工物に対する反射光学素子の位置を定めるものである。
発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、被加工物に対する反射光学素子の位置を定めるため、例えば入射光と反射光を干渉させる場合には、干渉条件を適宜調整することができる。また、入射光と反射光の重なる位置を変えることができるため、入射光の焦点と反射光の焦点を一致させて、より微細な加工を行うことができる。
【００１０】
また本発明に係るレーザー加工方法は、上記の入射光の偏向方位と、反射光の偏向方位を同じにするものである。
入射光の偏向方向と反射光の偏向方向が同じである場合には、入射光と反射光が可干渉となるため、干渉条件を調整することにより、加工部位の光強度を変化させることができる。
【００１１】
また本発明に係るレーザー加工方法は、上記の入射光と反射光が、被加工物の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たすようにするものである。
入射光と反射光が、被加工物の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たすようにしているため、被加工物の位置又はその近傍の重なる位置を加工部位とすれば、加工部位で十分な光強度が得られ、効果的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができる。
【００１２】
また本発明に係るレーザー加工方法は、上記の入射光の偏向方位と、反射光の偏向方位を直交させるものである。
入射光の偏向方向と反射光の偏向方向を直交させるため、入射光と反射光は干渉せず、位置合わせが容易となる。また、干渉による光強度の変化がないため、安定した加工が可能となる。
【００１３】
また本発明に係るレーザー加工方法は、波長板によって、入射光の偏向方位と反射光の偏向方位を直交させるものである。
例えば、レーザー光が１／４波長板を２回通過するようにすれば、容易に入射光の偏向方位と反射光の偏向方位を直交させることができる。
【００１４】
本発明に係るレーザー加工装置は、被加工物をレーザー光で加工するレーザー加工装置であって、レーザー光を被加工物の位置又はその近傍に集光させる集光素子と、被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光させる反射光学素子とを備え、集光素子によって集光されたレーザー光と、反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光を、被加工物の位置又はその近傍で重ねることにより２光子吸収又は多光子吸収を起こし、該２光子吸収又は多光子吸収のエネルギーによって被加工物を加工するものである。
集光レンズ等の集光素子と、球面全反射レンズ等の反射光学素子とを備えているため、上記と同様に、少数の光学部品で効果的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができ、微細加工が可能となる。また、加工時間が短縮され、エネルギーの損失も少ない。さらに、入射光及び反射光を一点に集光しているため、入射光及び反射光の焦点において、極めて微細な加工が可能となる。
【００１５】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の集光素子によって集光されたレーザー光の偏向方位と、反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光の偏向方位が同じであるものである。
入射光の偏向方位と反射光の偏向方位が同じである場合には、入射光と反射光が可干渉となり得るため、干渉条件を調整することにより、加工部位の光強度を変化させることができる。
【００１６】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の集光素子によって集光されたレーザー光と、反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光が、被加工物の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たしているものである。
入射光と反射光が、被加工物の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たすようにしているため、被加工物の位置又はその近傍の重なる位置を加工部位とすれば、加工部位で十分な光強度が得られ、効果的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができる。
【００１７】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の集光素子によって集光されたレーザー光の偏向方位と、反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光の偏向方位が直交しているものである。
入射光の偏向方位と反射光の偏向方位を直交させるため、入射光と反射光は干渉せず、位置合わせが容易となる。また、干渉による光強度の変化がないため、安定した加工が可能となる。
【００１８】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の反射光学素子が波長板を有し、該波長板をレーザー光が通過することにより、集光素子によって集光されたレーザー光の偏向方位と、反射光学素子によって反射及び集光されたレーザー光の偏向方位が直交するものである。
反射光学素子が波長板を有しているため、例えば、レーザー光が１／４波長板を２回通過するようにすれば、容易に入射光の偏向方位と反射光の偏向方位を直交させることができる。
【００１９】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の２光子吸収又は多光子吸収の起こる位置の、発光強度又はスペクトル分布を検出する検出器を備え、該発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、被加工物に対する反射光学素子の位置を定めるものである。
発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、被加工物に対する反射光学素子の位置を定めるため、例えば入射光と反射光を干渉させる場合には、干渉条件を適宜調整することができる。また、入射光と反射光の重なる位置を変えることができるため、入射光の焦点と反射光の焦点を一致させて、より微細な加工を行うことができる。
【００２０】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の反射光学素子が、湾曲ミラーを有するものである。
反射光学素子として、球面全反射ミラー等の湾曲ミラーを使用すれば、容易に被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光することができる。
【００２１】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の反射光学素子が、分散補償機能を有するものである。
レーザー光源として超短パルスレーザーを使用する場合には、パルスが波長帯域を有するため被加工物の屈折率分散によりパルス幅が伸びてしまうが、分散補償機能を有する誘電体ミラー等を使用することにより再びパルス幅を短くすることができる。
【００２２】
また本発明に係るレーザー加工装置は、上記の反射光学素子が、反射型回折素子であるものである。
反射光学素子として、反射型回折素子を使用すれば、容易に被加工物を透過したレーザー光を反射及び集光することができる。また、レーザー光が被加工物を透過する際に発生する収差を補正することができるので、微細な加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施形態１．
図１は、本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置を示す模式図である。なお本実施形態１では、レーザー加工方法についても説明する。
フェムト秒レーザー等のレーザー光源１から出射したレーザー光２は、反射ミラー３で集光レンズ等からなる集光素子４に入射される。集光素子４を通過して集光されたレーザー光２は、被加工物５に入射する。なお本実施形態１では、集光素子４によって集光されたレーザー光２の焦点が、被加工物５の内部の位置又は被加工物５の近傍にある。また、被加工物５は、レーザー光２の波長の光に対してほぼ透明である。被加工物５を透過したレーザー光２は、被加工物５の入射側の反対側にある反射光学素子６によって反射及び集光され被加工物５側に向かう。なおこの反射光の焦点も、被加工物５の内部の位置又は被加工物５の近傍にあり、入射光の集光点と反射光の集光点がほぼ一致している。このようにして、被加工物５の内部の位置又は被加工物５の近傍で入射光と反射光が重なるようになっている。
【００２４】
図２は、１光子吸収及び２光子吸収の原理を説明する図である。本実施形態１では、図１の被加工物５の内部の位置又は被加工物５の近傍の、入射光と反射光が重なる部分において２光子吸収又は多光子吸収（３光子以上の吸収）が起こるようになっており、このエネルギーを被加工物５が吸収することによって被加工物５が加工されるようになっている。加工の種類としては、透明材料の溶解、破砕、切断や、樹脂材料の硬化、金属材料の溶解、切断等が挙げられる。
【００２５】
図２（ａ）は、一般的な１光子吸収の原理を示した図である。基底状態にある被加工物の原子や分子に、１つの光子が吸収されることにより励起状態に遷移する。この場合、基底状態と励起状態のエネルギーギャップ以上のエネルギーを持った光子でなければ、被加工物の原子や分子を遷移させることができないため、波長の短いレーザー光が必要となる。この１光子吸収の遷移確率は、レーザー光の強度に比例する。
【００２６】
図２（ｂ）は、２光子吸収の原理を示した図である。基底状態にある被加工物の原子や分子に、２つの光子が同時に吸収されることにより励起状態に遷移する。この場合、２つの光子のエネルギーの合計が、基底状態と励起状態のエネルギーギャップ以上であれば被加工物の原子や分子を遷移させることができる。このため、比較的波長の長いレーザー光でもレーザー加工が可能となる。しかし２光子吸収は、１光子吸収に比べて吸収断面積が非常に小さく、レーザー光の光強度が非常に大きくなければほとんど起こらない。このためレーザー光源１には、大きな光強度のパルスレーザー光を発生することのできるフェムト秒（ｆｓ）レーザー等を使用するのが望ましい。この２光子吸収の遷移確率は、図１のように２つのレーザービーム（入射光と反射光）により２光子吸収を起こす場合には、入射光の光強度と反射光の光強度の積に比例する。また、入射光のみ又は反射光のみによる２光子吸収の遷移確率は、入射光又は反射光の光強度の２乗に比例する。
なお多光子吸収の原理も、２光子吸収の原理とほぼ同様であるため、２光子吸収の代わりに多光子吸収によって被加工物を加工してもよい。
【００２７】
図１のレーザー加工装置では、入射光又は反射光のみによる２光子吸収又は多光子吸収が起こる可能性もあるが、入射光と反射光が重なることによって２光子吸収又は多光子吸収を起こすようにしているため、被加工物５を透過したレーザー光のエネルギーを効果的に利用することができる。
なおレーザー光源１が十分強力で、入射光及び反射光を集光しなくても２光子吸収及び多光子吸収が起こる場合には、集光素子４はなくてもよく、また反射光学素子６を平行平板ミラー等にしてもよい。しかし微細な加工のためには、集光素子４によりレーザー光２を集光し、反射光学素子６に集光機能を持たせるのが望ましい。また、反射ミラー３は必ずしも設ける必要はなく、反射ミラー３と集光素子４の代わりに放物面鏡等の軸はずしミラーを設けてもよい。
【００２８】
本実施形態１では、被加工物に入射する入射光と、被加工物を透過して反射された反射光を、被加工物の位置又はその近傍で重ねることにより、例えば全反射ミラー等を含む少数の光学部品のみで効果的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができ、微細加工が可能となる。また、被加工物を透過した反射光をも加工のために利用するため、光エネルギーの損失が少なく、加工時間も短縮される。この効果は、特に被加工物がレーザー光に対してほぼ透明である場合に顕著である。
さらに、集光レンズ等の集光素子４によって、レーザー光２を被加工物５の位置又はその近傍に集光して入射し、球面全反射ミラー等の反射光学素子６によって、被加工物５を透過したレーザー光２を反射及び集光すれば、入射光と反射光の焦点において、極めて微細な加工が可能となる。
【００２９】
実施形態２．
図３は、本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置を示す拡大模式図である。図３では、図１の被加工物５及び反射光学素子６の部分を抽出して示している。なお、レーザー加工装置のその他の部分については実施形態１と同様である。
本実施形態２では、実施形態１の反射光学素子６として球面全反射ミラーを用いており、これにより被加工物５を透過したレーザー光２の反射及び集光を行っている。なお、被加工物５の形状の影響等から、球面全反射ミラーで反射光の焦点を十分小さくできない場合には、被加工物５に応じて設計された湾曲ミラーを使用してもよい。
【００３０】
球面全反射ミラーの曲率半径Ｒは、球面全反射ミラーの、入射光の焦点からの距離Ｌとほぼ等しくするのが望ましい。これにより、入射光と反射光の焦点を一致させることができるからである。また、レーザー光源１にフェムト秒レーザー等のパルスレーザーを使用する場合には、複数のパルスが反射光の焦点に到達する時間を一致させるために、２Ｌ／ｃ＝Ｔｎの条件を満たすようにするのが望ましい。上記の式中、Ｌは球面全反射ミラーの入射光の焦点からの光学距離、ｃは光速度、Ｔはレーザー光源１の発振周期、ｎは自然数である。この条件を満足させるためには、Ｌを変化させてもよいし、Ｔを変化させてもよい。レーザー光源１の発振周期を変化させることは容易である。これによって、短時間にレーザー光２の光強度を集中させて、効率的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができる。
【００３１】
また、この反射光学素子６の反射面に誘電体等を塗布して、分散補償機能を持たせることができる。例えば、レーザー光源１としてフェムト秒レーザー等の超短パルスレーザーを使用する場合には、波長帯域が広いため被加工物５の屈折率分散によりパルス幅が延びてしまう。このような場合に、反射光学素子６を分散補償機能を有する誘電体ミラーとすれば、再びパルス幅を短くすることができ、単位時間当たりのエネルギーを集中させることが可能となる。なお誘電体ミラーは、被加工物５の屈折率分散に応じて反射光学素子６の反射面に誘電体を塗布することにより得ることができる。
【００３２】
本実施形態２では、反射光学素子６として、球面全反射ミラーを使用しているので、容易に被加工物５を透過したレーザー光を反射及び集光することができる。また、反射光学素子６として分散補償機能を有する誘電体ミラーを使用すれば、被加工物５の屈折率分散に起因するパルス幅の伸長を最小限に抑えることができる。
【００３３】
実施形態３．
図４は、本発明の実施形態３に係るレーザー加工装置を示す拡大模式図である。図４では、図１の被加工物５及び反射光学素子６の部分を抽出して示している。なお、レーザー加工装置のその他の部分については実施形態１と同様である。
本実施形態３では、実施形態１の反射光学素子６として反射型回折素子を用いており、これにより被加工物５を透過したレーザー光２の反射及び集光を行っている。この反射型回折素子の反射面には微小な鋸状の溝が形成されており、この溝によって回折を起こし、反射及び集光を行う。
この反射型回折素子は、適当に設計することにより、レーザー光２が被加工物５を通過するときに生じた収差を補正することができる。このため、反射光が微小な焦点に集中し、この焦点で２光子吸収が起こるため、微細な加工が可能となる。
【００３４】
実施形態４．
図５は、本発明の実施形態４に係るレーザー加工装置を示す模式図である。本実施形態４のレーザー加工装置は、図１に示す実施形態１のレーザー加工装置と同様にレーザー光源１、反射ミラー３、集光素子４及び反射光学素子６を備えており、その他に光検出器７、位置決め手段８、素子ホルダ９を備えている。これらによって被加工物５をレーザー加工する。なお、本実施形態４のレーザー加工装置の光学配置は、実施形態１のレーザー加工装置と同様である。また反射光学素子６は、実施形態２及び３に示した湾曲ミラーや反射型回折素子等を使用できる。
【００３５】
光検出器７は、入射光及び反射光が重なり２光子吸収又は多光子吸収の起こっている部分、即ち被加工物５の加工部位の発光強度を検出する。この光検出器７の検出信号は位置決め手段８に送られ、位置決め手段８内の制御手段（図示せず）は、光検出器７の検出信号に基づいて素子ホルダ９を移動させ、反射光学素子６の位置を調整するようになっている。
【００３６】
図６は、入射光及び反射光の偏光方向と干渉の関係について示した図である。なお、本実施形態４では、入射光の偏光方向及び反射光の偏光方向は同じになっており、入射光と反射光が重なる位置において干渉条件を満たすようになっている。ここで干渉条件を満たすとは、入射光と反射光が重なる位置で光強度がほぼ最大になる条件にすることをいう。
図６（ａ）に示すように、例えば入射光の偏光方向と反射光の偏光方向が紙面に平行（ここでは、偏光Ｓという）であった場合、入射光と反射光は可干渉となる。このため、上記の素子ホルダ９を適当な位置に移動させて反射光学素子６の位置を調整すれば、干渉により入射光と反射光が重なる位置の光強度を変化させることができる。なお、本実施形態１のように干渉条件を満たすようにして、入射光と反射光が重なる位置の光強度をほぼ最大にすれば２光子吸収又は多光子吸収の起こる確率が上がり、加工時間を短縮することができる。なお、反射光学素子として一般的な球面全反射ミラー等を使用すれば、入射光と反射光の偏光方向は同じになるため、特に追加の光学素子を設ける必要はない。
【００３７】
しかし、図６（ｂ）に示すように入射光の偏光方向が紙面に平行（偏光Ｓ）であり、反射光の偏光方向が紙面に垂直（ここでは、偏光Ｐという）であった場合には、入射光と反射光は干渉しない。なお、このように入射光の偏光方向と反射光の偏光方向が垂直である場合については、以下の実施形態５で説明する。
なお、入射光と反射光の偏光方向を同じにした場合でも、レーザー光源１から出射するレーザー光２の波束長がビームパスよりも大幅に短い場合には、入射光と反射光の重なった位置で干渉が起こらない。例えば、フェムト秒レーザー等の超短パルスレーザーはパルス長が短く、本実施形態４の光学配置では干渉を起こすのが困難なため、波束長の長い連続波レーザー等を使用するのが望ましい。
【００３８】
上記の位置決め手段８は、干渉条件を変えるだけではなく、例えば入射光と反射光の焦点を一致させる微調整手段としても使用することができる。これにより、小さい領域にレーザー光２が集光するため、微細加工が可能となり、２光子吸収又は多光子吸収の起こる確率も上がる。
なお位置決め手段８は、光検出器７の検出信号に基づいて素子ホルダ９を自動的に移動させるようにしてもよいが、例えば光検出器７が検出した発光強度をモニターに表示するようにして、これを見て人間が位置決め手段８を操作して素子ホルダを移動させるようにしてもよい。
また、本実施形態４では光検出器７が２光子吸収又は多光子吸収の起こっている部分の発光強度を検出するが、この部分からの発光のスペクトル分布を検出するようにしてもよい。このスペクトル分布から、位置決め手段８が被加工物５の加工状態を判断して、素子ホルダ９を移動させ、反射光学素子６の位置を決めることができる。
【００３９】
本実施形態４では、発光強度又はスペクトル分布の検出値に基づいて、被加工物５に対する反射光学素子６の位置を定めるため、例えば入射光と反射光を干渉させる場合には、干渉条件を適宜調整することができる。また、入射光と反射光の重なる位置を変えることができるため、入射光の焦点と反射光の焦点を一致させて、より微細な加工を行うことができる。
また、入射光と反射光が、被加工物５の位置又はその近傍の重なる位置で干渉条件を満たすようにしているため、被加工物５の位置又はその近傍の重なる位置を加工部位とすれば、加工部位で十分な光強度が得られ、効果的に２光子吸収又は多光子吸収を起こすことができる。
【００４０】
実施形態５．
図７は、本発明の実施形態５に係るレーザー加工装置を示す拡大模式図である。図７では、図１の被加工物５及び反射光学素子６の部分を抽出して示している。なお、レーザー加工装置のその他の部分については実施形態１と同様である。
被加工物５を透過したレーザー光２は、被加工物５の入射側の反対側にある湾曲ミラー６ａによって反射され、１／４波長板６ｂに向かう。１／４波長板６ｂを透過したレーザー光２は、反射ミラー６ｃによって反射され、再び１／４波長板６ｂを透過する。そして湾曲ミラー６ａによって反射及び集光され、被加工物５に向かうようになっている。なお本実施形態５では、湾曲ミラー６ａ、１／４波長板６ｂ、反射ミラー６ｃを合わせて反射光学素子６としている。
【００４１】
湾曲ミラー６ａによって反射され、１／４波長板６ｂを透過したレーザー光２は、１度１／４波長板６ｂを透過することにより円偏光となる。そして反射ミラー６ｃによって反射されて再び１／４波長板６ｂを透過したレーザー光２は、入射光に対して垂直な直線偏光となる。これにより、被加工物５の内部の位置又は被加工物５の近傍で重なる入射光と反射光の偏光方向は垂直となる。
なお、１／４波長板６ｂは別の位置に設けてもよい。また、１／４波長板６ｂ及び反射ミラー６ｃの代わりに、他の光学素子や波長板を用いて偏光方向を変えてもよい。
【００４２】
本実施形態５では、入射光の偏光方向と反射光の偏光方向が直交するため、入射光と反射光の重なる位置で干渉が起きない（図６（ｂ）参照）。このため、干渉条件を考慮する必要がなく、位置合わせが容易となる。また、干渉による光強度の変化がないため、安定した加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置を示す模式図。
【図２】１光子吸収及び２光子吸収の原理を説明する図。
【図３】本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置を示す拡大模式図。
【図４】本発明の実施形態３に係るレーザー加工装置を示す拡大模式図。
【図５】本発明の実施形態４に係るレーザー加工装置を示す模式図。
【図６】入射光及び反射光の偏光方向と干渉の関係について示した図。
【図７】本発明の実施形態５に係るレーザー加工装置を示す拡大模式図。
【符号の説明】
【００４４】
１  レーザー光源、２  レーザー光、３  反射ミラー、４  集光素子、５  被加工物、６  反射光学素子、７  光検出器、８  位置決め手段、９  素子ホルダ。
【図１】
2005074486.tif 000003
【図２】
2005074486.tif 000004
【図３】
2005074486.tif 000005
【図４】
2005074486.tif 000006
【図５】
2005074486.tif 000007
【図６】
2005074486.tif 000008
【図７】
2005074486.tif 000009