(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基材に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにしたガラス基材のレーザ加工方法において、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにし、前記レーザ光は周期的な光強度分布を有するレーザ光であり、前記周期的な光強度分布を有するレーザ光は、フェイズマスクによって得ることを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法。
【請求項２】
ガラス基材に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにしたガラス基材のレーザ加工方法において、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにし、前記レーザ光は周期的な光強度分布を有するレーザ光であり、前記周期的な光強度分布を有するレーザ光は、２本のレーザ光を干渉せしめることによって得られ、前記ガラス基材表面に形成される周期的な凹凸の断面形状を、レーザ光のパルスエネルギーにて制御することを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガラス基材のレーザ加工方法において、レーザ加工されるガラス基材には、表面から所定の深さまで或いは全体に亘ってＡg原子、ＡgコロイドまたはＡgイオンの形態で銀が含有され、この銀の濃度は加工が施される側の表面における濃度が最も高く、徐々に他の面側に向かって濃度が低下するように濃度勾配が形成されていることを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法。
【請求項４】
光結合器、偏光器、分波器、波長フィルタ、反射器或いはモード変換器等に組み込まれる回折格子において、この回折格子は板状をなすガラス基材の一面側に周期的な光強度分布を有するレーザ光の照射によって形成された周期的な凹凸が設けられ、板状をなすガラス基材の一面側に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにし、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにし、前記レーザ光は周期的な光強度分布を有するレーザ光であり、前記周期的な光強度分布を有するレーザ光は、フェイズマスクによって得ることを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法によって得られる回折格子。
【請求項５】
光結合器、偏光器、分波器、波長フィルタ、反射器或いはモード変換器等に組み込まれる回折格子において、この回折格子は板状をなすガラス基材の一面側に周期的な光強度分布を有するレーザ光の照射によって形成された周期的な凹凸が設けられ、板状をなすガラス基材の一面側に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにし、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにし、前記レーザ光は周期的な光強度分布を有するレーザ光であり、前記周期的な光強度分布を有するレーザ光は、２本のレーザ光を干渉せしめ、前記ガラス基材表面に形成される周期的な凹凸の断面形状を、レーザ光のパルスエネルギーにて制御することを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法によって得られる回折格子。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の回折格子において、この回析格子を構成する板状をなすガラス基材は表面から所定の深さまで或いは全体に亘ってＡg原子、ＡgコロイドまたはＡgイオンの形態で銀が含有され、この銀の濃度は回析格子が形成される側の表面における濃度が最も高く、徐々に他の面側に向かって濃度が低下するように濃度勾配が形成されていることを特徴とする回折格子。
【請求項７】
液晶表示素子等に組み込まれる平板型のマイクロレンズアレイにおいて、この平板型マイクロレンズアレイは、板状をなすガラス基材の一面側に規則的な光強度分布を有するレーザ光の照射によって形成された規則的な凹部が設けられ、板状をなすガラス基材の一面側に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにし、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにし、前記レーザ光は周期的な光強度分布を有するレーザ光とし、前記周期的な光強度分布を有するレーザ光は、フェイズマスクによって得ることを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法によって得られるマイクロレンズアレイ。
【請求項８】
液晶表示素子等に組み込まれる平板型のマイクロレンズアレイにおいて、この平板型マイクロレンズアレイは、板状をなすガラス基材の一面側に規則的な光強度分布を有するレーザ光の照射によって形成された規則的な凹部が設けられ、板状をなすガラス基材の一面側に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにし、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにし、前記レーザ光は周期的な光強度分布を有するレーザ光とし、前記周期的な光強度分布を有するレーザ光は、２本のレーザ光を干渉せしめ、前記ガラス基材表面に形成される周期的な凹凸の断面形状を、レーザ光のパルスエネルギーにて制御することを特徴とするガラス基材のレーザ加工方法によって得られるマイクロレンズアレイ。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載のマイクロレンズアレイにおいて、このマイクロレンズアレイを構成する板状をなすガラス基材は表面から所定の深さまで或いは全体に亘ってＡg原子、ＡgコロイドまたはＡgイオンの形態で銀が含有され、この銀の濃度は回析格子が形成される側の表面における濃度が最も高く、徐々に他の面側に向かって濃度が低下するように濃度勾配が形成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス基材に対するレーザ加工方法及びこの加工方法によって得られる回折格子及びマイクロレンズアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスのうち特にＳiＯ2を主成分とする珪酸塩ガラスは、透明度が高く、高温下で簡単に成形（変形）が可能なため、微細加工にて孔開けや凹凸を形成することで、光通信等に用いる光学部品やディスプレイ用のガラス基板等として広く用いられている。
【０００３】
上記の珪酸塩ガラスに微細加工を施すには、従来にあっては、フッ酸等のエッチャントを用いたウェットエッチング（化学エッチング）、或いはリアクティブイオンエッチング等のドライエッチング（物理エッチング）によるのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、ウェットエッチングにあっては、エッチャントの管理と処理の問題があり、ドライエッチングにあっては真空容器等の設備が必要になり装置自体が大掛かりとなり、更に複雑なフォトリソグラフィー技術によってパターンマスク等を形成しなければならず効率的でない。
【０００５】
一方、レーザ光は強力なエネルギーを有し、照射された材料の表面温度を上げ、照射された部分をアブレーション（爆蝕）或いは蒸発せしめて種々の加工を施すことが従来から行われている。特にレーザ光は極めて小さなスポットに絞ることができるので、微細加工に適している。
【０００６】
そこで、特開昭５４−２８５９０号公報には、予め３００〜７００℃に加熱したガラス基板をテーブル上に固定し、このテーブルをＸ−Ｙ方向に移動させつつレーザ光を照射することで、ガラス基板表面を加工することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ガラス基板を固定したテーブルをＸ−Ｙ方向に移動させることで、所望形状の凹凸をガラス基板に形成することができるのであるが、凹凸形状が例えば回折格子のような微細形状の場合、テーブルを移動させることで対処することはできない。
【０００８】
また、レーザ光にもＣＯ2レーザ等の赤外線レーザ、Ｎd：ＹＡＧレーザ、Ｎd：ＹＡＧレーザと波長変換を組み合わせた近赤外領域から可視更には紫外領域に亘るレーザ、或いはＡrＦ、ＫrＦ等のエキシマレーザ等の紫外線レーザ等の種々のレーザ光があり、長波長のＣＯ2ガスレーザを用いた場合には熱歪による割れが激しく起こる。また、紫外線域のＫrＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を用いた場合でも照射痕周辺にはクラックが発生し、微細加工には適しない。そこで、ガラス加工に用いるレーザ光としては波長１９３ｎｍのＡrＦエキシマレーザの使用が最適となるが、このＡrＦエキシマレーザを使用した場合には空気による吸収があり、長い光軸を持たせるためにはＡr等の吸収のないガスと置換するか、真空にしなければならない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係るガラス基材のレーザ加工方法は、ガラス基材に対してレーザ光を照射し、レーザ光エネルギーをガラス基材に吸収させ、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションによってガラスを除去するようにしたガラス基材のレーザ加工方法において、前記ガラス基材表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス基材表面に微細な凹凸を形成するようにした。
【００１０】
また、前記レーザ光として周期的若しくは規則的な光強度分布を有するレーザ光を用いることで、光結合器、偏光器、分波器、波長フィルタ、反射器或いはモード変換器等に組み込まれる回折格子或いはマイクロレンズアレイを製造することができる。
【００１１】
周期的な光強度分布を有するレーザ光は、フェイズマスク或いは２本のレーザ光を干渉せしめることによって得ることができ、ガラス基材表面に形成される周期的な凹凸の断面形状は、レーザ光のパルスエネルギーにて制御することができる。
また、規則的な光強度分布を有するレーザ光は、網目状マスク等を用いることで得ることができる。
【００１２】
更に、従来であれば、ガラス加工に用いることができるレーザ光は波長１９３ｎｍのＡrＦエキシマレーザに限定され、しかもＡr等の吸収のないガスと置換するか、真空にしなければならないので装置が大掛りになってしまうが、ガラスにＡg原子、ＡgコロイドまたはＡgイオンの形態で銀を導入することで、波長の長いレーザ光を使用しても割れや欠けを生じることなく照射痕も極めて平滑になることが実験の結果判明した。
【００１３】
ただし、従来の感光性ガラスや抗菌ガラスのように均一な濃度で銀が含有されている場合には、レーザ加工性の向上は見られず、加工が施される側の表面における銀の濃度が最も高く、徐々に他の面側に向かって銀の濃度が低下する濃度勾配となっていることが必要である。
【００１４】
これは、以下の図１に示す機構によるものと考えられる。
即ち、図１（ａ）に示すように、Ａgイオンの濃度が最も高い側の表面からレーザ光を照射する。すると、同図（ｂ）に示すように、最もＡgイオン濃度が高いガラス基材表面のＡgイオンが還元せしめられてコロイド（Ａgの超微粒子）となり、このコロイドがレーザ光エネルギーを吸収し、同図（ｃ）に示すように、このエネルギーによる溶融、蒸発若しくはアブレーションを生じ、表層部のガラスが除去される。そして、表層部のガラスが除去されるとその下層のガラスでも同様の現象が順次起こり、最終的には同図（ｄ）に示すように凹部若しくは貫通穴が形成される。
このように、ガラス基材の最表面から徐々にガラスが除去されてゆくので、割れや欠けが発生しにくい。これに対し、銀の濃度が均一であったり、銀が含まれていないガラス基材にあっては、ガラス基材内部でアブレーション等が生じ、割れや欠けが発生しやすい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図２に示す装置を用いてイオン交換を行った。加工用ガラス基材としては、ＳiＯ2を主成分とし、これにＡl2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3、Ｎa2Ｏ、Ｆ等を含む厚さ２ｍｍの珪酸塩ガラスとし、石英容器内に満たす溶融塩としては硝酸銀と硝酸ナトリウムを５０mol%−５０mol%で混合したものを用いた。
【００１６】
上記の加工用ガラス基材を溶融塩を満たした石英容器内に１２分間浸漬した。尚、溶融塩の温度は電気炉中で２８５℃に保ち、反応雰囲気は空気とした。
以上の処理により、ガラス基材表面のＮaイオン（１価の陽イオン）を溶出せしめ、溶融塩中のＡgイオンをガラス中に拡散せしめた。Ａgが拡散した層の厚さをＸ線マイクロアナライザーで測定したところ約５μｍであった。
【００１７】
そして、図３に示す装置を用いて回折格子を製造した。具体的には、上記のガラス基板のイオン交換がなされた面に、スペーサを介して回折格子を形成したフェイズマスクを備えた基板を配置し、レーザ光を照射した。
フェイズマスクにレーザ光が入射すると、図４（ａ）に示すように、主として＋１次の回折光と−１次の回折光が出射し、これらの回折光の干渉によりフェイズマスクの出射側の極近傍に周期的な光の強度分布が得られる。そして、その周期は、入射側のレーザ光が平行光ならば、フェイズマスクの回折格子の周期に一致する。ここで、本実施例のフェイズマスクは回折格子周期：１０５５ｎｍ、回折格子深さ：約２５０ｎｍ、サイズ：１０ｍｍ×５ｍｍ（ＱＰＳ  Technology Inc.製 Canada）を使用したので、１０５５ｎｍ程度の周期の光強度分布が形成される。
【００１８】
そして、この周期的な強度分布が形成された領域に、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板をセットした。その結果、図４（ｃ）に示すように、当該周期的な光強度に応じてガラスが蒸発或いはアブレーションし、光強度の周期と同一の周期をもつ回折格子がガラス基板上に形成された。
【００１９】
尚、使用したレーザ光は、Ｎd：ＹＡＧレーザの第３高調波である３５５ｎｍの光とした。パルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は５Ｈzであった。またレーザ光の１パルスあたりのエネルギーは、レーザのＱスイッチのタイミングを変えることで調整が可能であり、本実施例で用いたレーザの場合、最大のパルスエネルギーは約９０ｍＪであり、ビーム直径は約５ｍｍであった。
また、レーザ光による蒸発或いはアブレーションは、一般に非線形であり、ある強度以上になったとき、はじめて材料の蒸発が起きる。本実施例で使用したガラス基板の場合、３５５ｎｍの波長だと、３〜４Ｊ／ｃｍ2／pulse以上のエネルギー密度にならなければ、アブレーションは起きない。上述のように本実施例で使用したレーザのエネルギー密度は、約０．４６Ｊ／ｃｍ2であり、このままではガラスのアブレーションは起きないので、エネルギー密度を増大させるため、レーザ光を焦点距離２５０ｎｍのレンズで絞り込んでガラス基板上でのビームサイズが約２ｍｍになるようにした。
【００２０】
具体的な照射方法は、先ずレーザ光の強度を下げてレーザ光が図３に示すようにフェイズマスクの基板側からほぼ垂直に入射するように光軸の調整を行い、その後、レーザ光源のＱスイッチのタイミングを変えて、レーザ光のエネルギーを徐々に増加させた。レーザ光の光エネルギーが約８０ｍＪ／ｐｕｌｓｅになったときガラスのアブレーションが確認されたので、その状態のまま５パルスだけレーザ光を照射し、レーザ光の照射を停止した。
【００２１】
上記によって形成された回折格子の形状を図５及び図６に示す。ここで、図５（ａ）は回折格子の平面を走査型電子顕微鏡で観察した写真（10,000倍）、同図（ｂ）は同写真に基づいて作成した図、図６（ａ）は回折格子の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真（10,000倍）、同図（ｂ）は同写真に基づいて作成した図であり、これらの図から明らかなように、回折格子の周期は、使用したフェイズマスクの周期とほぼ一致しており、また回折格子の形状は光強度の周期構造の分布に従い曲面となっており、更に回折格子表面も非常に平滑であった。
【００２２】
尚、以上の測定は回折格子のほぼ中央で測定したものであるが、レーザビームの周辺部ではビーム中央部に比べて強度が低いので、中央部と異なる形状の回折格子が形成される。即ち、レーザビームの照射領域の中央部分（最も光強度が強い部分）では、光強度分布の凹部でもアブレーションが起きるので、作製された回折格子の凸部及び凹部は滑らかな曲面状になるのに対し、レーザビームの照射領域の周辺部（光強度の低い部分）では光強度分布の凸部のみでアブレーションが起きる結果、台形状の断面構造となる。このとき、回折格子の凸部上面はもともとガラス基板の表面であるので、それほど滑らかにならない。
【００２３】
上記したように、レーザビームの中央部分と周辺部分の光強度の違いによって形成される回折格子の形状が変化することを確かめたが、本実施例ではレーザ光の強度自体を変えても同様に回折格子の断面構造が変化することを確認した。
このようにして回折格子を製造すれば、特別な真空容器を必要とすることなく、非常に簡便に、しかも安価にガラス上に回折格子を作製できる。
【００２４】
ところで、本実施例にあってはスペーサによってフェイズマスクとガラス基板との間隔が約５０μｍとなるようにしている。これは、ガラス基板表面からの蒸発物がフェイズマスクに付着するのを極力防ぐためであり、この間隔自体は任意である。例えば＋１次光と−１次光とが重なっている範囲内ならば、フェイズマスクとガラス基板を密着させても回折格子は作製できるし、フェイズマスクとガラス基板との間に１５０μｍ程度の厚さの石英板を挟み密着させてレーザ照射を行った場合も、本実施例と同様に回折格子が作製できた。フェイズマスクは繰り返し使用されるものであり、その汚れを防ぐことは重要であり、したがってスペーサを介在させることは有効な手段である。
【００２５】
（実施例２）
本実施例にあっては、前記実施例のフェイズマスクを使用する代りに、２本のレーザ光の干渉を利用して周期的な強度分布を形成した。
即ち、図７に示すように、レーザ光をビームスプリッタにより２つに分け、ある角度を持たせて再び重ね合わせると、その重なり合った部分に周期的な光強度分布が形成される。その周期はレーザ光を重ね合せる角度により決まる。
本実施例では、２本のレーザビームの入射角を約２０°になるような光学系を構成した。このときの光強度分布の周期は約１０２０ｎｍになる。
そして、前記実施例１で使用したものと同種のレーザ加工性のあるガラスを、その２本レーザビームが重なり合った部分に設置し、レーザ光を照射した結果、アブレーションが起きた。図中のレンズはガラス面上でのエネルギー密度を上げるために使用したものであり、アブレーションが起きたときのエネルギー密度は、前記実施例と同様な値になった。
【００２６】
作製した回折格子の周期を測定したところ、予想された周期とほぼ一致した。断面形状を走査型電子顕微鏡で測定したところ、（実施例１）と同様に、曲面で表面の滑らかな回折格子が形成されていることが確かめられた。
【００２７】
ここで、（実施例１）と（実施例２）では、周期的な強度分布を形成する手段が異なり、それぞれに長所と短所がある。
即ち、フェイズマスクを利用した方法は、光学系の構成が簡単で周期の再現性もよいので、同一の周期の回折格子を生産する場合には有利である。一方、周期の変更を頻繁に行う場合には２本のレーザ光の干渉を利用する方法が有利である。
【００２８】
（実施例３）
図８に示すように、ガラス基板上にメッシュパターンを持つ銅製のマスクを密着し、レーザ光を焦点距離２５０ｍｍのレンズで絞り込み、ガラス基板上でのビームサイズが約２ｍｍになるようにして照射を行った。
使用したガラスは、前記実施例１で使用したものと同種のレーザ加工性のあるガラスを使用し、Ａgイオンのガラス内への導入条件は、溶融塩の温度を３００℃とした以外は実施例１と同様とし、使用するレーザ光はＮd：ＹＡＧレーザの第２高調波である５３２ｎｍの光とした。パルス幅は約１０ｎｓｅｃ、繰り返し周波数は５Ｈzであった。またレーザ光の１パルスあたりのエネルギーは、レーザのＱスイッチのタイミングを変えることで調整が可能であり、本実施例で用いたレーザの場合、最大のパルスエネルギーは約９０ｍＪであり、ビーム直径は約５ｍｍであった。
【００２９】
上記のガラス基板にレーザ加工を行うには、先ずレーザ光の強度を下げてレーザ光が図８に示すようにマスクの基板側からほぼ垂直に入射するように光軸の調整を行い、その後、レーザ光源のＱスイッチのタイミングを変えて、レーザ光のエネルギーを徐々に増加させた。レーザ光の光エネルギーが約４Ｊ／cm2／ｐｕｌｓｅになったときガラスのアブレーションが確認されたので、その状態のまま５パルスだけレーザ光を照射し、レーザ光の照射を停止した。
【００３０】
上記ガラス基板に形成された凹凸の形状を図９に示す。ここで、図９（ａ）は加工後のガラス基板の平面の写真、同図（ｂ）は同写真に基づいて作成した図であり、これらの図から明らかなように、ガラス基板にはメッシュ間隔５０μｍのマスクパターンが忠実に転写されていた。また、各凹部の周辺の割れは観察されなかった。尚、１μｍ前後の間隔で回折光の干渉光のパターンも観察された。このことは１μｍ前後の微細なオーダーでの転写も可能であることを示している。また本実施例では、５３２ｎｍのレーザ光を用いたが、３５５ｎｍの光でも同様の結果が得られた。更に、マスクの材料としては銅に限らず、アルミ、金等の熱伝導性に優れた材料、タングステン、ステンレス、タンタル等の高融点材料を使用することが可能である。
【００３１】
尚、上記の如きマスクパターンが転写されたガラス基板は、例えば凹部に高屈折率樹脂を充填する等の加工を施すことで、液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置等に組み込まれる平板型のマイクロレンズアレイ等として用いられる。
【００３２】
（実施例４）
この実施例にあっては、図１０に示すように、銅製のマスクをガラス基板上に密着させずに、レンズの光軸上に設置してレーザ光をガラス基板に照射した。
使用したガラス、Ａgイオンのガラス内への導入条件及び使用レーザ光は、前記実施例３と同様とした。
【００３３】
また図１０において、レンズ（焦点距離100mm）のレンズによってマスクの実像が結像する位置にガラスをセットした。そして、実施例３と同様に、ガラスがアブレーションするエネルギー密度である約４Ｊ／cm2／ｐｕｌｓｅになったときガラスのアブレーションが確認されたので、その状態のまま１０パルスだけレーザ光を照射し、レーザ光の照射を停止した。
【００３４】
上記ガラス基板に形成された凹凸の形状を図１１に示す。ここで、図１１（ａ）は加工後のガラス基板の平面の写真、同図（ｂ）は同写真に基づいて作成した図であり、これらの図から明らかなように、ガラス基板には実施例３と同一のマスクを用いて、実施例３よりも縮小されたサイズでメッシュが転写されていた。このように、レンズを用いることで、縮小転写及び拡大転写が可能となる。
【００３５】
また、上記にあってはマスクを用いて平板型のマイクロレンズアレイ用のガラス基板を製造する例を示したが、３本或いはそれ以上のレーザ光を干渉させることによって、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ用のガラス基板を製造することが可能である。
【００３６】
尚、実施例にあってはＡl2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3−Ｎa2Ｏ−Ｆ系の珪酸塩ガラスにＡgイオン交換処理を施したものを示したが、他のガラスにＡgイオン交換処理を施したもの、或いはＡgイオン交換処理を施さないものであっても、レーザ加工性を有するものであれば本発明方法の実施対象として用いることができる。
また、本発明方法の実施対象となるガラス基材の形状としては板状のものに限らず、円柱状等任意である。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、レーザ光によってガラスを加工するにあたり、ガラス表面に照射されるレーザ光の光強度を部分的に異ならせ、光強度の強い部分のガラス除去量を多く、光強度の弱い部分のガラス除去量を少なくしてガラス表面に微細な凹凸を形成するようにしたので、従来に比べ極めて微細なパターンを正確且つ短時間に形成することができる。
【００３８】
したがって、回折格子の製造或いは平板マイクロレンズアレイの基板の製造等に利用すれば、極めて有効である。
【００３９】
特に、使用するガラスとして銀が原子、コロイドまたはイオンの形態でガラス中に導入され、且つＡ銀の濃度が加工される表面において最も高濃度で、表面から内部に行くにしたがって徐々に濃度が低下するようにすれば、波長が比較的長いレーザ光を使用しても、割れや欠けが生じることがない。そして、波長の長いレーザ光を使用できれば、空気による吸収を考慮しなくてよいので、装置自体が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るガラスのレーザ加工方法の基本的概念を説明した図
【図２】イオン交換に用いる装置の模式図
【図３】本発明方法で回折格子を製造する装置の概略図
【図４】（ａ）はフェイズマスクの作用を説明した図、（ｂ）は同フェイズマスクを介してガラス基板にレーザ光を照射している状態を示す図、（ｃ）はレーザ加工されたガラス基板を示す図
【図５】（ａ）は回折格子の平面を走査型電子顕微鏡で観察した写真（10,000倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成した図
【図６】（ａ）は回折格子の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真（10,000倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成した図
【図７】レーザ光に周期的な強度分布を形成する手段の別実施例を示す図
【図８】ガラス基板上にレーザ加工にてメッシュパターンを形成する装置の概略図
【図９】（ａ）はレーザ加工後のガラス基板の平面を走査型電子顕微鏡で観察した写真、（ｂ）は同写真に基づいて作成した図
【図１０】ガラス基板上にレーザ加工にてメッシュパターンを形成する装置の別実施例の概略図
【図１１】（ａ）はレーザ加工後のガラス基板の平面を走査型電子顕微鏡で観察した写真（10,000倍）、（ｂ）は同写真に基づいて作成した図
【図１２】（ａ）はレーザ加工後のガラス基板の平面を原子間力顕微鏡で観察した写真、（ｂ）は同写真に基づいて作成した図
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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