(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルスレーザーを回折型素子を利用して複数本のレーザービームに分岐するステップと、
前記分岐した複数本のレーザービームの中から必要なレーザービームを複数本選択するステップと、
前記分岐した複数本のレーザービームの位相を制御するステップと、
前記位相が制御された複数本のレーザービームを干渉させ、その干渉による光強度分布を利用して前記被加工物を加工するステップと、
を備えたことを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項２】
前記分岐した各レーザービームの振幅を制御するステップを備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
前記レーザービームの選択をそれらビームの振幅制御を利用して行うことを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工方法。
【請求項４】
前記選択した各レーザービームの位相を同位相とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項５】
前記選択した各レーザービームの位相を任意に調整して、前記レーザービームの干渉光強度分布を移動あるいは変化させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
前記干渉による光強度分布を利用して、被加工物の表面を加工することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
前記干渉による光強度分布を利用して、被加工物の内部を加工することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
前記超短パルスレーザーの干渉による一次加工に引き続いて、その一次加工とは異なる二次加工を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項９】
前記一次加工で材料の屈折率変化を生じさせ、前記二次加工でその屈折率変化部分にウエットエッチングを施すことを特徴とする請求項８に記載のレーザー加工方法。
【請求項１０】
超短パルスレーザーを発振するレーザー発振器と、
前記レーザー発振器で発振されたレーザービームを複数本のレーザービームに分岐する回折型素子と、
前記回折型素子で分岐された複数本のレーザービームの中から所定のレーザービームを複数本選択する選択素子と、
前記分岐されたレーザービームの振幅を制御する振幅変調手段と、
前記分岐されたレーザービームの位相を制御する位相変調手段と、
前記振幅及び位相が制御された複数本のレーザービームを干渉させる光路変更素子と、
を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項１１】
前記回折型素子として位相格子あるいは計算機ホログラムを備えたことを特徴とする請求項１０に記載のレーザー加工装置。
【請求項１２】
前記選択素子として所定位置に開口を有したアパーチャを備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー加工装置。
【請求項１３】
前記位相変調手段として位相差板を備えたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１４】
前記位相変調手段として空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１５】
前記振幅変調手段としてＮＤフィルタを備えたことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１６】
前記振幅変調手段として空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１７】
前記選択素子の前段にコリメータレンズを配置したことを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれかに記載のレーザー加工装置
【請求項１８】
前記選択素子、前記振幅変調手段及び前記位相変調手段として機能する空間光変調器を備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載のレーザー加工装置。
【請求項１９】
振幅変調を行う空間光変調器と位相変調を行う空間光変調器をそれぞれ個別に備え、これらの空間光変調器を直列に配置したことを特徴とする請求項１８に記載のレーザー加工装置。
【請求項２０】
前記空間光変調器として、２次元マトリックス型液晶パネルを備えたことを特徴とする請求項１８又は１９に記載のレーザー加工装置。
【請求項２１】
前記空間光変調器の前段にコリメータレンズを配置したことを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項２２】
前記光路変更素子として集光レンズを備えたことを特徴とする請求項１０乃至２１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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１０-12〜１０-15ｓｅｃの範囲の超短パルスレーザーの干渉露光を利用した加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超短パルスレーザーを利用した加工として、（１）超短パルスをレンズで集光し、その集光光を被加工物の表面あるいは内部で移動させて、被加工物をアブレーション加工する方法がある。
又、（２）超短パルスレーザーをダイクロイックミラー等で複数本に分割し、分割したレーザービームをミラー等で反射して被加工物の表面あるいは内部で干渉させ、その干渉に基づく光強度分布を利用して被加工物を加工する方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の加工は、スポット加工であるため、加工範囲が広い場合には加工に多くの時間を要することになる。
又、上記（２）の加工における従来の方法や装置では、干渉に使用するレーザービームの選択や、干渉に使用するレーザービームの位相や振幅の制御が容易ではなく、干渉パターンを変えて様々な態様の加工をさせるには適さない。さらに、レーザービームの干渉を利用した加工では、干渉光強度分布の山と谷の間隔も所定の間隔にする必要上、干渉させるレーザービームの干渉角度及び個々のビーム強度を正確に設定する必要がある。しかし、従来の方法や装置では、３本以上のレーザービームを干渉させる際、干渉させるビーム間の干渉角度を正確に設定することはきわめて困難であった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、干渉露光を利用して加工効率を向上させることに加えて、加工態様の変更や干渉させるレーザービームの干渉角度の設定もより容易に行うことが可能な、超短パルスレーザーを利用した加工方法及び加工装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、超短パルスレーザーを回折型素子を利用して複数本のレーザービームに分岐するステップと、前記分岐した複数本のレーザービームの中から必要なレーザービームを複数本選択するステップと、前記分岐した複数本のレーザービームの位相を制御するステップと、前記位相が制御された複数本のレーザービームを干渉させ、その干渉による光強度分布を利用して前記被加工物を加工するステップと、を備えたことを特徴とする。
これによれば、使用する回折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向や強度を正確に得ることができ、従ってレーザービームの干渉角度及び個々のビーム強度の設定も容易になる。又、干渉させようとするレーザービームに対して個々に位相の制御を行うことができるため、干渉による光強度分布のきめ細かな制御が可能となる。
【０００６】
上記方法において、干渉させるレーザービームの強度は、回折型素子の設計により定めることができるが、その回折型素子で分岐された後のレーザービームの振幅を制御することで、干渉による光強度分布パターンを自在に制御できることになる。又、前記レーザービームの選択は、それらビームの振幅制御を利用して行うことができ、その場合には、レーザービームの選択とその振幅変調とを同時に行うことができる。
【０００７】
上記方法において、前記選択した各レーザービームの位相は同位相とするのを基本とするが、選択した各レーザービームの位相を適宜に調整することで、レーザービームの干渉による光強度分布を移動あるいは変化させることができ、加工範囲及び加工態様の変更が可能となる。
【０００８】
上記方法において、前記干渉による光強度分布により、干渉させるレーザービーム波長に対して不透明な被加工物を加工すると、干渉による２次元光強度分布により被加工物の表面加工が可能となる。又、前記干渉による光強度分布により、干渉させるレーザービーム波長に対して透明な被加工物を加工すると、干渉による３次元光強度分布により、被加工物内部の３次元加工が可能となる。
【０００９】
上記方法において、前記超短パルスレーザーの干渉による一次加工に引き続いて、その一次加工とは異なる二次加工を行うようにしてもよい。例えば、一次加工で材料の屈折率変化を生じさせ、二次加工でその屈折率変化部分にウエットエッチングを施すことができる。
このように、超短パルスレーザーの干渉露光による加工の特徴を、他の加工に利用することで、さらに多様な加工が可能となる。
【００１０】
本発明の装置は、超短パルスレーザーを発振するレーザー発振器と、前記レーザー発振器で発振されたレーザービームを複数本のレーザービームに分岐する位相格子あるいは計算機ホログラム等の回折型素子と、前記回折型素子で分岐された複数本のレーザービームの中から所定のレーザービームを複数本選択する選択素子と、前記分岐されたレーザービームの振幅を制御する振幅変調手段と、前記分岐されたレーザービームの位相を制御する位相変調手段と、前記振幅及び位相が制御された複数本のレーザービームを干渉させる光路変更素子と、を備えたことを特徴とする。
この装置によれば、使用する回折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向や強度を正確に設定することができ、さらに光路変更素子の調整により、各レーザービームの干渉角度も正確に設定可能となる。又、干渉させようとするレーザービームに対して個々に位相及び振幅の制御を行うことができるので、干渉による光強度分布のきめ細かな制御が可能となる。
【００１１】
上記装置において、前記選択素子として所定位置に開口を有したアパーチャを備えることができる。アパーチャは選択するレーザービームの組み合わせに応じて、所定のレーザービームをのみ通過させる開口が形成されたアパーチャをそれぞれ使用する。
【００１２】
上記装置において、前記位相変調手段として位相差板あるいは空間光変調器を備えることができる。位相差板は空間光変調器に比して安価であり、加工態様が固定されている場合に使用するのに適している。一方、空間光変調器によれば、位相をいつでも自由に制御できるので、加工態様をいろいろ変化させる場合に使用するのに適している。
【００１３】
上記装置において、前記振幅変調手段としてＮＤフィルタあるいは空間光変調器を備えることができる。ＮＤフィルタは空間光変調器に比して安価であり、加工態様が固定されている場合に使用するのに適している。一方、空間光変調器によれば、振幅をいつでも自由に制御できるので、加工態様をいろいろ変化させる場合に使用するのに適している。
【００１４】
上記装置において、前記選択素子の前段にコリメータレンズを配置すると、選択素子の入射面にほぼ直交するようにレーザービームを入射させることができるので、その後の位相変調等の精度を上げることができる。
【００１５】
上記装置において、前記選択素子、前記振幅変調手段及び前記位相変調手段として機能する空間光変調器を備えることができる。この場合、位相変調手段として機能する空間光変調器と振幅変調手段として機能する空間光変調器とを一体の空間光変調器として構成してもよく、又、位相変調と振幅変調をそれぞれ別体の空間光変調器で行うようにしてそれらを直列に配置した構成としてもよい。なお、前記空間光変調器としては、２次元マトリックス型液晶パネルが利用できる。これによれば、干渉させるレーザービームの選択、位相の調整、振幅の調整が空間光変調器を制御することでいつでも可能となる。
【００１６】
上記装置において、前記空間光変調器の前段にコリメータレンズを配置すると、レーザービームを空間光変調器の入射面にほぼ直交するように入射させることができ、位相変調等の精度を上げることができる。
【００１７】
上記装置において、前記光路変更素子として、集光レンズを備えることができる。なお、この集光レンズを、光軸方向に移動可能に、あるいは交換可能に配置すると、各レーザービームの干渉領域や干渉角度の変更をすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の構成図である。この装置は、超短パルスレーザーを発振する発振器１、１本のレーザービームを複数のレーザービームに分岐する位相格子２、レーザービームを光軸とほぼ平行にするコリメータレンズ３、レーザービームの位相や振幅を変調する液晶パネル４、液晶パネル４を駆動する液晶ドライバ５、及び光路変更素子としての集光レンズ６を備えてなる。本構成では、コリメータレンズ３は第１のフーリエ変換レンズとして、集光レンズ６は第２のフーリエ変換レンズとして作用する。さらに、コリメータレンズ３と集光レンズ６はアフォーカル系を構成し、同アフォーカル系は特定の縮小率を有する。
【００２０】
超短パルスレーザー発振器１は１０-12〜１０-15ｓｅｃの範囲のレーザーパルスを発振するものであり、そのパルス幅は例えば１００フェムト秒、パルスエネルギーは例えば１〜１０ｍＪとすることができる。又、利用できる波長は、例えば、８００ｎｍの基本波の他、その２倍波、３倍波も利用可能である。
【００２１】
回折格子の一種である位相格子２は、屈折率又は／及び厚さが格子面上で周期的な変化をする構造のもので、目的とする回折次数及び回折光強度の分岐レーザービームが得られるように、あらかじめ設計したものである。ただし、完全に目的のビームだけを取り出すようにすることは難しいため、位相格子２の後に目的とするビームのみを選択する手段が必要となる。又、分岐レーザービームの強度を、この位相格子２だけを利用して決定する構成としてもよいが、レーザービームの強度変更の自由度を持たせるために、位相格子２の後にビームの振幅を変調する手段を設けている。
【００２２】
コリメータレンズ３の後側焦平面（フーリエ変換面）において、分岐レーザービームの間隔は次式で与えられる。
Δｘ＝λｆ１／Ｐｘ    ・・・（１−１）
Δｙ＝λｆ１／Ｐｙ    ・・・（１−２）
ただし、Δｘ、Δｙは直交するｘ及びｙ方向の分岐ビーム間隔である。λはレーザービームの波長、ｆ１はコリメータレンズの焦点距離であり、ＰｘとＰｙは位相格子のｘ及びｙ方向の周期である。例えば、λ＝０．８０μｍ、ｆ１＝５００ｍｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝４００μｍとすると、Δｘ＝Δｙ＝１．０ｍｍとなる。
【００２３】
位相格子の設計には反復的最適化手法を用いる必要があり、例えば、シミュレーテッドアニーリグ法を用いることができる。シミュレーテッドアニーリグ法の基本的な考えは、例えば、Journal of Optical Society of America A/Vol. 5，No.1/January 1998，pp30-38、に紹介されている。本実施の形態では、位相格子の位相分布は階段状に量子化されたものであるとする。設計パラメータは、位相が変化する位置の座標と位相値である。スカラー理論の範疇では、（ｍ、ｎ）次の回折光強度｜ａ（ｍ，ｎ）｜2  は以下の式で計算できる。
｜ａ（ｍ，ｎ）｜2  ＝（１／Ｐｘ）（１／Ｐｙ）∬ｅｘｐ（ｊ（φ（ｘ、ｙ）
＋２π（ｍｘ／Ｐｘ＋ｎｙ／Ｐｙ））ｄｘｄｙ  ・・・（２）
【００２４】
ここで、φ（ｘ、ｙ）は量子化された２次元の位相分布である。積分区間は、ｘ、ｙ方向ともに、１周期とする。設計においては、加工に用いる複数の回折次数にビームエネルギーが所定の割合で集中するように位相分布φ（ｘ、ｙ）を最適化する。
本実施の形態では、表面凹凸型の位相格子を用いてビーム分岐を行う。位相格子の深さｈ（ｘ、ｙ）は以下の式から決まる。
ｈ（ｘ、ｙ）＝（λ／（ｎ−１））・φ（ｘ、ｙ）／２π  ・・・（３）
ただし、ｎは格子媒体の屈折率である。
【００２５】
なお、位相格子２の代わりに、計算機によって作成したホログラムである計算機ホログラムを用いてもよい。
【００２６】
空間光変調器である液晶パネル４には、例えば、ＴＦＴを用いて液晶を駆動する液晶パネルあるいは非線型素子を用いて液晶を駆動する液晶パネルを用いることができる。これらの場合、液晶材料にはネマチック液晶が使用されており、図２のように共通基板を境にネマチック液晶を両側に配置し、それらを駆動基板で挟んだ構造とし、一方の液晶の配行を利用して位相変調を、他方の液晶の配行を利用して振幅変調を行わせるものとする。
又、液晶パネル４は、例えば、図３に示すようなドットマトリックス型とする。液晶ドライバ５でマトリクッス状に配置された各画素４ａを駆動し、特定のビームのみを通過させ、かつ、そのビームに所要の位相変調を加える。なお、分岐レーザービームの中から特定のものを容易に選択できるようにするには、分岐レーザービーム間に一定の間隔が必要である。本実施の形態で用いた液晶パネル４の画素寸法は１．０ｍｍ×１．０ｍｍであり、本実施の形態ではこれに合わせて、分岐ビーム間隔を、ｘ、ｙ両方向に対して１．０ｍｍとした。
【００２７】
なお、液晶パネル４は、レーザービームによる損傷を防止するため、コリメータレンズ３の焦点面から前あるいは後ろに少しずらして配置する。
【００２８】
集光レンズ６は、光軸方向に移動可能にあるいは交換可能に配置し、集光レンズ６の操作によって、各レーザービームの干渉発生位置及び干渉角度を変更できるようにしている。なお、集光レンズ６は単体のレンズでもよいが、複数のレンズを組み合わせて構成してよい。
【００２９】
コリメータレンズ３と集光レンズ６から構成されるアフォーカル系の縮小率と焦点距離ならびにビーム径の間には、以下の式が成り立つ。
Ｆ１：Ｆ２＝Ｄ１：Ｄ２  ・・・（４）
ここで、ｆ１はコリメータレンズ３の焦点距離、ｆ２は集光レンズ６の焦点距離である。Ｄ１は入射ビーム径、Ｄ２は出射ビーム径である。例えば、縮小率を０．１とした場合、ｆ１＝５００ｍｍ、ｆ２＝５０ｍｍの条件では、Ｄ１＝５．０ｍｍに対してＤ２＝０．５０ｍｍとなる。
【００３０】
上記のレーザー加工装置は、目的の加工を行うためにあらかじめ設計された光強度分布を、被加工物に与えるために用いられるものであり、以下のように動作する。すなわち、超短パルスレーザー発振器１から発振された超短パルスレーザービームは、位相格子２による回折により、複数のレーザービームに分岐される。続いて、分岐されたレーザービームはコリメータレンズ３で光軸とほぼ平行にされた後、液晶パネル４のパネル面にほぼ直交するように入射する。液晶パネル４では、液晶ドライバ５を利用して、入射レーザービームに対して所要の位相変調及び振幅変調を加える。振幅変調は、液晶パネルの特定の画素の透過率を高くあるいは低く設定することにより行い、これによって分岐レーザービームの中から目的の回折次数のビームを必要な本数選択する。そして、この選択により、液晶パネル４を通過した複数のレーザービームは、集光レンズ６でその進行方向が変更されて、互いのレーザービームが被加工物１０の表面あるいは内部で干渉するように照射される。これにより、被加工物１０には干渉による光強度分布が生じ、それによって被加工物１０にアブレーション又は／及び屈折率変化よる加工が施される。
【００３１】
なお、干渉による光強度分布Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）は次式で与えられる。
0003775250.tif 000002
ただし、ａ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの振幅、φ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの位相、ｋ（ｍ，ｎ）は（ｍ、ｎ）次の分岐ビームの波数ベクトル、ｒは位置ベクトル、波数ベクトルｋと位置ベクトルｒの間のドット「・」は、ベクトル積を表す。干渉に関与する回折次数ｍ、ｎについて和をとる。式（５）からわかるように、干渉による光強度分布は３次元的な広がりを有している。
【００３２】
被加工物１０の加工態様は、レーザービームの干渉による光強度分布から決まる。言いかえれば、被加工物１０の加工態様は、分岐レーザービームの選択（回折次数及び本数の選択）、位相変調、振幅変調、及び各レーザービームの干渉角度の組み合わせにより異なるため、それらを適宜に組み合わせることで多様な干渉光強度分布が形成され、この干渉光強度分布を利用することにより様々な加工が可能となる。
【００３３】
２つの光束の干渉によって生じる干渉縞は正弦波の分布をしているが、光束の数がさらに増えてゆくと干渉縞は複雑な分布となる。そして、多数の光束がある点で位相が揃って重なると、その点の強度分布は鋭いピークを持つ。例えば、２本のレーザービームを干渉させるた場合には、図４の様な周期的な光強度分布（側面図）が得られ、又、３本のレーザービームを互いに１２０度の角度で干渉させると図５のような六角対称性を有する光強度分布（平面図）が得られ、それぞれの光強度分布に応じた加工が可能となる。
【００３４】
レーザービームの干渉を利用した加工の態様は、被加工物がレーザービーム波長に対して不透明か透明かという条件によっても異なってくる。レーザービーム波長に対して不透明な被加工物を加工する場合は、干渉による２次元の光強度分布を利用して、その干渉領域でアブレーションによる物質の除去が可能になる。このような表面加工の場合、被加工物に照射するレーザーパルスは、単発のパルスあるいは複数のパルスのいずれであってもよい。
【００３５】
これに対して、レーザービーム波長に対して透明な被加工物を加工する場合は、干渉による３次元の光強度分布を利用して、その干渉領域の屈折率変化又は／及びアブレーションによる物質の除去が行える。このような被加工物の内部を加工する際には、最初のレーザーパルスの照射で内部の物質変化が起こり、引き続くパルスの照射による加工態様を予測するのが困難となると予想されるので、１つのパルスのみを利用した加工とすることが望ましい。
【００３６】
又、上記の超短パルスレーザーを用いた加工を一次加工として、さらに一次加工とは別の加工を施すこともできる。例えば、一次加工において物質の屈折率変化を生じさせ、その部分をウェットエッチングすることにより、内部に空洞を形成することができる。
【００３７】
本発明のレーザービームによる干渉は、干渉させようとする各レーザービームの位相を同位相にすることで行うことを基本とするが、複数のレーザービームの間に位相差を与えることにより、干渉光強度分布を移動あるいは変化させて、加工範囲及び加工態様を変化させることも可能である。その場合、干渉光強度分布の移動量は、加えた位相変調量に比例する。例えば、図６に示すような２光束干渉の場合、干渉光強度分布は次式で与えられる。
0003775250.tif 000003
ただし、｜ａ１｜，｜ａ２｜は２本のビームの振幅、Λは干渉光強度分布の周期、Δφ＝φ１−φ２はビーム間の位相差である。式（６）からわかるように、位相差Δφに変化を与えると干渉光強度分布が移動する。この現象を利用して、被加工物に対する干渉光強度分布の照射位置を加工中に、あるいは加工に先立って変えることで、一定の範囲において物質を均一に除去する等の加工が可能になる。
【００３８】
上記のレーザー加工装置によれば、所望の設計をした位相格子２を用いることにより、分岐するレーザービームの次数、本数、及び強度をあらかじめ設定できるため、それによって他の構成を簡素化することができる。又、分岐レーザービームの選択、位相、及び振幅の変調を１つの液晶パネル４で行うため構成が簡素化され、しかもそれらを必要なときにいつでも自由に行うことができる。さらに、これらのことから、レーザービームの干渉角度の設定も従来に比してかなり容易となる。
【００３９】
図７は本発明のレーザー加工装置の他の実施の形態を示す構成図である。これは、図１の液晶パネル４が行っていた位相変調と振幅変調の作用を、別体の２つの液晶パネル７を用いて、それぞれの液晶パネルが一方の変調のみを行うようにしたものである。すなわち、超短パルスレーザー発振器１、位相格子２の後に、コリメータレンズ３、液晶パネル７及び集光レンズ６からなる２組の光学系（第１群光学系と第２群光学系）を直列に配置したものである。第１群の集光レンズ６と第２群のコリメータレンズ３とで、等倍率のアフォーカル系を構成し、２枚の液晶パネル７の対応する画素を合わせている。この場合、位相変調と振幅変調を行う順序は問わない。この装置は図１の装置より光学系が大きくなるが、汎用性の高い液晶パネルを利用できるという利点がある。
【００４０】
図８は本発明のレーザー加工装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。これは、図１の構成において、液晶パネル４の前段に配置していたコリメータレンズをなくしたもので、これにより、レーザー加工装置の構成をさらに簡素化させることができる。ただし、位相変調の精度を上げるにためには、位相格子２と液晶パネル４の間隔を十分にとって、液晶パネル４へ入射するビームができるだけ光軸と平行になるようにする必要がある。なお、図中の符号８は、図１の集光レンズ６に対応する集光レンズを示している。
【００４１】
図９は本発明のレーザー加工装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。この装置は、図１の装置における、液晶パネル４に対応する部分を、アパーチャ１１、位相差板１２、及びＮＤフィルタ１３で構成したもので、その他の構成は図１の装置と同様とする。
【００４２】
アパーチャ１１は、位相格子２で分岐されたレーザービームの内、必要なビームのみを通過させるように対応部分に開口が形成されたもので、不要な分岐ビームはこのアパーチャ１１で反射される。従って、アパーチャ１１は、位相格子２に対して一定の位置関係を維持するように配置される。
選択する分岐ビームを変更する時には、あらかじめ作成しておいた対応する別のアパーチャに交換するか、あるいは、あらかじめマトリックス状に開口が多数配置されたアパーチャを用いて、変更に応じて必要箇所以外の開口を遮蔽するようにしてもよい。
【００４３】
位相差板１２は、分岐された各レーザービーム間の位相を変更するもので、変更しようとする位相差に応じてそれぞれ異なる位相差板を用いる。
【００４４】
ＮＤフィルター１３は、分光選択吸収を示さない無彩色のフィルタで、レーザービームの振幅を変更するために用いられる。このＮＤフィルター１３も、変更しようとする振幅に応じてそれぞれ異なるものを用いる。なお、ここでは、位相差板１２、ＮＤフィルター１３の順に配置したが、それらの順序はいずれであってもかまわない。又、分岐レーザービームの強度を位相格子２にのみ依存させて、ＮＤフィルター１３を用いない構成とすることもできる。
【００４５】
このような図９のレーザー加工装置は、以下のように動作する。すなわち、超短パルスレーザー発振器１から発振された超短パルスレーザービームは、位相格子２による回折により、複数のレーザービームに分岐される。続いて、分岐されたレーザービームはコリメータレンズ３で光軸とほぼ平行にされた後、アパーチャ１１の入射面ににほぼ直交するように入射する。アパーチャ１１は、必要なレーザービームだけをその開口から通過させて、位相差板１２に入射させこれにより各レーザービームの位相を同位相とする。位相が揃った各レーザービームは、続いてＮＤフィルタ１３に入りその振幅が調整される。そして、ＮＤフィルタ１３を出た複数のレーザービームは、集光レンズ６でその進行方向が変更されて、互いのレーザービームが被加工物１０の表面あるいは内部で干渉するように照射される。これにより、被加工物１０には干渉による光強度分布が生じ、それによって被加工物１０にアブレーション又は／及び屈折率変化よる加工が施される。そして、この装置においても、図１の装置に準じたレーザービームの制御により、図１の装置の項で説明したと同様な、様々な態様の加工を行うことができる。
【００４６】
なお、アパーチャ１１、位相差板１２、ＮＤフィルタ１３の３つの要素の内、その１つ又は２つを空間光変調器に置き換えた、レーザー加工装置を構成することも可能である。
【００４７】
以上、各実施の形態で説明した超短パルスレーザーを用いた加工方法及び装置では、金属を含む各種材料の表面加工、すなわち、微細凹凸の形成や表面の改質等ができる。加えて、ガラス、石英、水晶、サファイア、ダイヤモンド等のレーザー透過物質の内部加工ができる。さらに、上記各実施の形態に示したレーザー加工方法及び装置により、微細３次元加工が可能となるので、これを利用してフォトニック結晶中に適当な欠陥や空洞を形成し、導波路、光変調器、光スイッチ等の光集積回路、光デバイスを製造することが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のレーザー加工方法によれば、回折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向や強度を正確に得ることができ、従ってレーザービームの干渉角度及び個々のビームの強度の正確な設定が容易になる。又、干渉させようとするレーザービームに対して個々に位相の制御を行うことができるため、干渉による光強度分布のきめ細かな制御が可能となる。
本発明のレーザー加工装置によれば、回折型素子の設計により、分岐レーザービームの方向や強度を正確に設定することができ、さらに光路変更素子の調整により、各レーザービームの干渉角度及び個々のビームの強度の正確な設定が容易となる。又、干渉させようとするレーザービームに対して個々に位相及び振幅の制御を行うことができるので、干渉による光強度分布のきめ細かな制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のレーザー加工装置の構成図。
【図２】図１の装置で使用する液晶パネルの一例を示す構造図。
【図３】図１の装置で使用する液晶パネルの一例を示す正面図。
【図４】２本のレーザービームの干渉パターンの一例を示す側面図。
【図５】３本のレーザービームの干渉パターンの一例を示す平面図。
【図６】２本のレーザービームの位相を相違させて干渉させる例を示す概念図。
【図７】本発明の他の実施の形態のレーザー加工装置の構成図。
【図８】本発明の他の実施の形態のレーザー加工装置の構成図。
【図９】本発明の他の実施の形態のレーザー加工装置の構成図。
【符号の説明】
１...超短パルスレーザー発振器
２...位相格子
３...コリメーターレンズ
４...空間光変調器（液晶パネル）
５...液晶ドライバ
６...集光レンズ
７...空間光変調器（液晶パネル）
８...集光レンズ
１０...被加工物
１１...アパーチャ
１２...位相差板
１３...ＮＤフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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