JP2003321252A - ガラス内部への分相領域の形成方法 - Google Patents
ガラス内部への分相領域の形成方法Info
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- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガラス内部に核生成−成長機構により分離相
を成長させる場合において、従来の方法ではガラス全体
を加熱することから、局所的に任意の領域のみに分相領
域を形成させることは困難であり、光導波路構造や高屈
折率領域を周期的に配列させる必要があるフォトニック
結晶などを作製することはできない。 【構成】 準安定不混和相が存在するガラスの内部に、
レーザーパルスを集光照射することで、レーザーの焦点
または焦点近傍のみの領域を分相化させる方法。レーザ
ーの焦点をガラスに対して連続的、または断続的に相対
移動させることで、ライン状の分相領域やドット状の分
相領域を二次元または三次元的にガラス内部に成長させ
ることができる。レーザーのパルス幅は１０フェムト秒
〜１０ピコ秒の間がよい。
を成長させる場合において、従来の方法ではガラス全体
を加熱することから、局所的に任意の領域のみに分相領
域を形成させることは困難であり、光導波路構造や高屈
折率領域を周期的に配列させる必要があるフォトニック
結晶などを作製することはできない。 【構成】 準安定不混和相が存在するガラスの内部に、
レーザーパルスを集光照射することで、レーザーの焦点
または焦点近傍のみの領域を分相化させる方法。レーザ
ーの焦点をガラスに対して連続的、または断続的に相対
移動させることで、ライン状の分相領域やドット状の分
相領域を二次元または三次元的にガラス内部に成長させ
ることができる。レーザーのパルス幅は１０フェムト秒
〜１０ピコ秒の間がよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスの内部へ分
相領域を形成させる方法において、準安定不混和相が存
在するガラスにレーザーパルスを集光照射し、分相領域
をガラス内部に形成させる方法に関する。
相領域を形成させる方法において、準安定不混和相が存
在するガラスにレーザーパルスを集光照射し、分相領域
をガラス内部に形成させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】分相とは、単一相の過冷却液体が二つ以
上の液相に分離する現象である。液相温度以下の温度域
での相分離を準安定な不混和と呼び、液相温度以上の温
度域で相分離が存在するものを安定な不混和と呼ぶ。
「準安定不混和相が存在する均質なガラス」とはガラス
（固体状態）として見かけ上均一であるが、潜在的に準
安定不混和相があるガラスをいう。
上の液相に分離する現象である。液相温度以下の温度域
での相分離を準安定な不混和と呼び、液相温度以上の温
度域で相分離が存在するものを安定な不混和と呼ぶ。
「準安定不混和相が存在する均質なガラス」とはガラス
（固体状態）として見かけ上均一であるが、潜在的に準
安定不混和相があるガラスをいう。
【０００３】安定な不混和領域が存在するガラスでは融
液自体が分相しているので急冷しても単一相のガラスは
得られないが、準安定不混和領域のみが存在するガラス
では、過冷却液体の状態を分相が生じるより早く急冷す
ることで均一な単一相ガラスを得ることが可能である。
液自体が分相しているので急冷しても単一相のガラスは
得られないが、準安定不混和領域のみが存在するガラス
では、過冷却液体の状態を分相が生じるより早く急冷す
ることで均一な単一相ガラスを得ることが可能である。
【０００４】準安定不混和相が存在する均質なガラスを
相分離させる方法として、例えば、未分相ホウケイ酸塩
ガラスを相分離温度で熱処理することで、ＳｉＯ2に富
んだ相とＢ2Ｏ3に富んだ相とに相分離することが知られ
ている。分相現象は多孔質ガラスの製造に利用されてい
る（作花済夫他、ガラスの辞典、２１４、朝倉書店）。
また、分相を利用してガラスに機能性を付与させる試み
として、一軸延伸下で分相処理を行い、軸方向に引き延
ばされた分相領域を形成することで、光学的、電気的異
方性を付与させた例も報告されている（T．Takamori an
d M．Tomozawa，J．Am．Ceram．Soc．，５９，３７７
（１９７６））。
相分離させる方法として、例えば、未分相ホウケイ酸塩
ガラスを相分離温度で熱処理することで、ＳｉＯ2に富
んだ相とＢ2Ｏ3に富んだ相とに相分離することが知られ
ている。分相現象は多孔質ガラスの製造に利用されてい
る（作花済夫他、ガラスの辞典、２１４、朝倉書店）。
また、分相を利用してガラスに機能性を付与させる試み
として、一軸延伸下で分相処理を行い、軸方向に引き延
ばされた分相領域を形成することで、光学的、電気的異
方性を付与させた例も報告されている（T．Takamori an
d M．Tomozawa，J．Am．Ceram．Soc．，５９，３７７
（１９７６））。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】分相の生成機構には、
核生成を伴うことなしに拡散支配で分相が進むスピノー
ダル分解機構と、核生成の後、核を中心として分相が成
長する核生成−成長機構の二つがあるが、従来の、ガラ
ス全体を一様に熱処理することで分相を起こさせた場
合、スピノーダル分解により分相する傾向が強く、この
場合は相分離した二層がオングストロームオーダーで複
雑に絡みあった形態となる。
核生成を伴うことなしに拡散支配で分相が進むスピノー
ダル分解機構と、核生成の後、核を中心として分相が成
長する核生成−成長機構の二つがあるが、従来の、ガラ
ス全体を一様に熱処理することで分相を起こさせた場
合、スピノーダル分解により分相する傾向が強く、この
場合は相分離した二層がオングストロームオーダーで複
雑に絡みあった形態となる。
【０００６】例えば、相分離を利用して導波路を形成さ
せようとする場合、高屈折率相を任意の形状・サイズに
おいて連続的に分相化させる必要があるが、スピノーダ
ル分解により、相分離した二層がオングストロームオー
ダーで複雑に絡みあった状態では光導波構造をガラス内
部に形成させることは困難である。
せようとする場合、高屈折率相を任意の形状・サイズに
おいて連続的に分相化させる必要があるが、スピノーダ
ル分解により、相分離した二層がオングストロームオー
ダーで複雑に絡みあった状態では光導波構造をガラス内
部に形成させることは困難である。
【０００７】また、核生成−成長機構により分離相を成
長させる場合においても、従来の方法ではガラス全体を
加熱することから、局所的に任意の領域のみにおいて分
相領域を形成させることは困難であり、高屈折率領域を
周期的に配列させる必要があるフォトニック結晶を作製
することはできない。
長させる場合においても、従来の方法ではガラス全体を
加熱することから、局所的に任意の領域のみにおいて分
相領域を形成させることは困難であり、高屈折率領域を
周期的に配列させる必要があるフォトニック結晶を作製
することはできない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、準安定不混和相が存在するガラスの内部
に、ガラスの固有吸収に一致しない波長のパルスレーザ
ーを対物レンズ等を通してガラスの内部に集光照射し、
焦点近傍のみにおいて多光子吸収過程を経て、ガラスに
レーザーエネルギーを伝達することで焦点近傍のみを分
相化させることを特徴とする。分相化によって生じる屈
折率が周囲とは異なる相を任意のサイズ・形状にてガラ
ス内部にライン状またはドット状に成長させることで、
光導波路やフォトニック結晶として利用可能な分相領域
を形成できる。
成するため、準安定不混和相が存在するガラスの内部
に、ガラスの固有吸収に一致しない波長のパルスレーザ
ーを対物レンズ等を通してガラスの内部に集光照射し、
焦点近傍のみにおいて多光子吸収過程を経て、ガラスに
レーザーエネルギーを伝達することで焦点近傍のみを分
相化させることを特徴とする。分相化によって生じる屈
折率が周囲とは異なる相を任意のサイズ・形状にてガラ
ス内部にライン状またはドット状に成長させることで、
光導波路やフォトニック結晶として利用可能な分相領域
を形成できる。
【０００９】
【作用】ガラス全体を均一に加熱することで分相化させ
た場合にはスピノーダル分解機構により二相が複雑に絡
み合った状態で分相化が進むガラス組成に対しても、パ
ルスレーザーを局所的に集光照射することでガラスを分
相化させた場合は、パルスレーザーのパルス幅、照射エ
ネルギーや繰り返し周波数を調整することで、相分離さ
せた相が絡み合わず、二相が独立した状態でガラスを分
相化させることができる。図１を用いて、その機構を詳
しく説明する。
た場合にはスピノーダル分解機構により二相が複雑に絡
み合った状態で分相化が進むガラス組成に対しても、パ
ルスレーザーを局所的に集光照射することでガラスを分
相化させた場合は、パルスレーザーのパルス幅、照射エ
ネルギーや繰り返し周波数を調整することで、相分離さ
せた相が絡み合わず、二相が独立した状態でガラスを分
相化させることができる。図１を用いて、その機構を詳
しく説明する。
【００１０】ガラス内部は周囲がガラスに囲まれている
ことから、レーザー照射により生じる熱エネルギーが熱
伝導として損失されるよりもはるかに短時間でレーザー
エネルギーを蓄積させた場合、集光点近傍は周囲にくら
べ高温、高圧状態になる。準安定不混和相が存在する均
一なガラス１にパルスレーザー２を集光照射した場合、
焦光点近傍のみにおいて多光子吸収過程を経てガラスに
レーザーエネルギーが伝達することで、焦点の中心付近
３ではガラスが融液状態であり、その外側４を分相が生
成する条件にすることができる。
ことから、レーザー照射により生じる熱エネルギーが熱
伝導として損失されるよりもはるかに短時間でレーザー
エネルギーを蓄積させた場合、集光点近傍は周囲にくら
べ高温、高圧状態になる。準安定不混和相が存在する均
一なガラス１にパルスレーザー２を集光照射した場合、
焦光点近傍のみにおいて多光子吸収過程を経てガラスに
レーザーエネルギーが伝達することで、焦点の中心付近
３ではガラスが融液状態であり、その外側４を分相が生
成する条件にすることができる。
【００１１】なお、通常、光が吸収される場合には材料
の吸収波長と光の波長とが一致する必要がある。吸収波
長と光の波長とが一致している場合、１光子でエネルギ
ーは材料に吸収される。しかし、吸収波長と光の波長と
が一致していない場合でも２光子、または３光子とする
ことで光エネルギーを材料に吸収させることができ、こ
れが多光子吸収である。
の吸収波長と光の波長とが一致する必要がある。吸収波
長と光の波長とが一致している場合、１光子でエネルギ
ーは材料に吸収される。しかし、吸収波長と光の波長と
が一致していない場合でも２光子、または３光子とする
ことで光エネルギーを材料に吸収させることができ、こ
れが多光子吸収である。
【００１２】準安定不混和相が存在するガラスでは液相
温度以上では分相が起こらないことから、レーザー照射
することで中心が均一な融液であり、その周囲が分相し
た状態となる。分相領域において相分離した二相はガラ
ス組成が異なることから屈折率や液相温度が異なり、低
融点相５が中心の融液相に移動し融液化するとともに、
高融点相６が外側に押し出される現象が生じる。その結
果、継続してレーザーを集光照射することで、分相化は
図中、状態Ａから状態Ｂへと移行する。
温度以上では分相が起こらないことから、レーザー照射
することで中心が均一な融液であり、その周囲が分相し
た状態となる。分相領域において相分離した二相はガラ
ス組成が異なることから屈折率や液相温度が異なり、低
融点相５が中心の融液相に移動し融液化するとともに、
高融点相６が外側に押し出される現象が生じる。その結
果、継続してレーザーを集光照射することで、分相化は
図中、状態Ａから状態Ｂへと移行する。
【００１３】結果として、焦点近傍とその周辺とにおい
て明確な境界を有し、ガラス成分が異なる分相領域を形
成することができる。中心に高屈折率相が有る場合、分
相領域断面の屈折率分布は図２中Ａのようになり、中心
に低屈折率相が有る場合は図２Ｂに示す屈折率分布とな
る。
て明確な境界を有し、ガラス成分が異なる分相領域を形
成することができる。中心に高屈折率相が有る場合、分
相領域断面の屈折率分布は図２中Ａのようになり、中心
に低屈折率相が有る場合は図２Ｂに示す屈折率分布とな
る。
【００１４】なお、レーザー照射によりガラスの内部に
光学損傷や微小破壊により微小な亀裂（マイクロクラッ
ク）を生じさせ、結果として損傷（または破壊）領域周
辺の屈折率が変化することや、光照射によりガラス内部
に欠陥が発生し、その結果、密度変化が起きることで屈
折率が変化することが知られている（特開平7-136782号
公報、特開平8-220688号公報、特開平11-109148号公
報、特開2000-56112号公報、特開2002-22980号公報）。
本発明の方法の分相領域の形成も、結果として屈折率が
変化するが、クラックや密度変化によるものではなく、
組成が変化し、分相が生じることで屈折率が変化する点
がこれらの従来技術と基本的に相違する。
光学損傷や微小破壊により微小な亀裂（マイクロクラッ
ク）を生じさせ、結果として損傷（または破壊）領域周
辺の屈折率が変化することや、光照射によりガラス内部
に欠陥が発生し、その結果、密度変化が起きることで屈
折率が変化することが知られている（特開平7-136782号
公報、特開平8-220688号公報、特開平11-109148号公
報、特開2000-56112号公報、特開2002-22980号公報）。
本発明の方法の分相領域の形成も、結果として屈折率が
変化するが、クラックや密度変化によるものではなく、
組成が変化し、分相が生じることで屈折率が変化する点
がこれらの従来技術と基本的に相違する。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明は、準安定不混和相が存在
するガラスの内部に、レーザーパルスを集光照射するこ
とで、レーザーの焦点または焦点近傍のみの領域を局所
的に分相化させる方法である。Ｇｅ−ＧｅＯ2、Ｒ2Ｏ−
ＳｉＯ2（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ）、ＢａＯ−ＳｉＯ2、Ｒ2Ｏ
−Ｂ2Ｏ3（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、ＲＦ−
ＢｅＦ2（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、Ｎａ2Ｏ
−ＣａＯ−ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｐｂ
Ｏ−ＧｅＯ−ＳｉＯ2、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ、またはＧｅ
−Ｔｅ−Ａｓなどのガラスには準安定不混和相が存在す
ることから、ガラスとして均質なものを作製することが
できる。これらのガラスにレーザーパルスを照射するこ
とで、照射領域のみで分相を起こさせることができる。
するガラスの内部に、レーザーパルスを集光照射するこ
とで、レーザーの焦点または焦点近傍のみの領域を局所
的に分相化させる方法である。Ｇｅ−ＧｅＯ2、Ｒ2Ｏ−
ＳｉＯ2（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ）、ＢａＯ−ＳｉＯ2、Ｒ2Ｏ
−Ｂ2Ｏ3（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、ＲＦ−
ＢｅＦ2（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、Ｎａ2Ｏ
−ＣａＯ−ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、Ｐｂ
Ｏ−ＧｅＯ−ＳｉＯ2、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ、またはＧｅ
−Ｔｅ−Ａｓなどのガラスには準安定不混和相が存在す
ることから、ガラスとして均質なものを作製することが
できる。これらのガラスにレーザーパルスを照射するこ
とで、照射領域のみで分相を起こさせることができる。
【００１６】照射レーザーのパルス幅、パルスエネルギ
ーや繰り返し周波数は、中心領域が融液化でき、分相化
が可能であるだけのエネルギーがガラスに供給され、か
つ分相が成長するのに必要な熱蓄積が得られれば特に限
定されるものではないが、ガラスに絶縁破壊を起こしク
ラック等の発生を防止する必要があることから、レーザ
ーのパルス幅は１０ピコ秒以下であることが望ましい。
しかし、１０フェムト秒より短いとパルス幅の維持が困
難であり、現実的ではない。パルス当たりのエネルギー
が同じ場合、パルスレーザー光のピークパワーはパルス
幅が長くなるに従って小さくなることから、同等のピー
クパワー密度を得るためにはレーザーパルスのピークエ
ネルギーを大きくする必要がある。なお、レーザー波長
とガラスの固有吸収とが一致すると、レーザーのエネル
ギーがガラス表面で吸収されてしまい、内部のみに分相
領域を形成させることができない。
ーや繰り返し周波数は、中心領域が融液化でき、分相化
が可能であるだけのエネルギーがガラスに供給され、か
つ分相が成長するのに必要な熱蓄積が得られれば特に限
定されるものではないが、ガラスに絶縁破壊を起こしク
ラック等の発生を防止する必要があることから、レーザ
ーのパルス幅は１０ピコ秒以下であることが望ましい。
しかし、１０フェムト秒より短いとパルス幅の維持が困
難であり、現実的ではない。パルス当たりのエネルギー
が同じ場合、パルスレーザー光のピークパワーはパルス
幅が長くなるに従って小さくなることから、同等のピー
クパワー密度を得るためにはレーザーパルスのピークエ
ネルギーを大きくする必要がある。なお、レーザー波長
とガラスの固有吸収とが一致すると、レーザーのエネル
ギーがガラス表面で吸収されてしまい、内部のみに分相
領域を形成させることができない。
【００１７】パルスレーザー光のピークパワーは１パル
ス当たりの出力エネルギー（Ｊ）をパルス幅（秒）で割
った値としてワット（Ｗ）で表され、ピークパワー密度
は単位面積（ｃｍ2）当たりのピークパワーであり、Ｗ
／ｃｍ2で表される。パルス幅が１０ピコ秒より長い
と、分相化に必要なピークエネルギーのパルスレーザー
光を固体材料内部に集光照射した際、熱衝撃により材料
自体を破損してしまうおそれがある。
ス当たりの出力エネルギー（Ｊ）をパルス幅（秒）で割
った値としてワット（Ｗ）で表され、ピークパワー密度
は単位面積（ｃｍ2）当たりのピークパワーであり、Ｗ
／ｃｍ2で表される。パルス幅が１０ピコ秒より長い
と、分相化に必要なピークエネルギーのパルスレーザー
光を固体材料内部に集光照射した際、熱衝撃により材料
自体を破損してしまうおそれがある。
【００１８】分相領域のサイズや分相速度は、照射レー
ザーのパルス幅、パルスエネルギーや繰り返し周波数を
変化させることにより制御可能である。レーザーの波長
はガラスの固有吸収に一致しない波長であることが望ま
しいが、ガラス表面から集光点までの間において照射レ
ーザー光量の吸収量が２０％以下であれば、焦点近傍の
みに分相領域を形成させることが可能である。
ザーのパルス幅、パルスエネルギーや繰り返し周波数を
変化させることにより制御可能である。レーザーの波長
はガラスの固有吸収に一致しない波長であることが望ま
しいが、ガラス表面から集光点までの間において照射レ
ーザー光量の吸収量が２０％以下であれば、焦点近傍の
みに分相領域を形成させることが可能である。
【００１９】また、ガラス全体を予め分相化が起こらな
い温度まで加熱した状態で、パルスレーザーを集光照射
することで、低出力のパルスレーザーでの局所分相化が
可能となり、同時に分相速度を速くすることが可能であ
る。
い温度まで加熱した状態で、パルスレーザーを集光照射
することで、低出力のパルスレーザーでの局所分相化が
可能となり、同時に分相速度を速くすることが可能であ
る。
【００２０】通常、分相はオングストロームからマイク
ロメートルオーダーで二相以上の領域が混在しており、
可視から赤外領域の光に対して何ら作用を及ぼさない
か、散乱因子となるだけで光学的応用は少ない。本発明
のガラス内部への分相領域の形成方法では単一分離相を
一定サイズに成長させることが可能であり、さらに分相
領域を連続的、または周期的に任意の位置に形成させる
ことができ、分相を利用して光の導波や反射・屈折がコ
ントロール可能となる。
ロメートルオーダーで二相以上の領域が混在しており、
可視から赤外領域の光に対して何ら作用を及ぼさない
か、散乱因子となるだけで光学的応用は少ない。本発明
のガラス内部への分相領域の形成方法では単一分離相を
一定サイズに成長させることが可能であり、さらに分相
領域を連続的、または周期的に任意の位置に形成させる
ことができ、分相を利用して光の導波や反射・屈折がコ
ントロール可能となる。
【００２１】さらに、レーザーの焦点をガラスに対して
ＸＹＺ軸三次元空間内で連続的、または断続的に相対移
動させることで、ライン状の分相領域やドット状の分相
領域などの任意の形状やサイズを二次元的または三次元
的にガラス内部に成長させることができる。
ＸＹＺ軸三次元空間内で連続的、または断続的に相対移
動させることで、ライン状の分相領域やドット状の分相
領域などの任意の形状やサイズを二次元的または三次元
的にガラス内部に成長させることができる。
【００２２】本発明の方法により、分相を利用した光の
導波や反射・屈折のコントロールを行う場合は、領域サ
イズが２００ｎｍより小さいとこのようなコントロール
に十分効果的ではないので、このような利用に対して
は、分相領域の二つ以上に分かれた相の内、一つの相の
領域サイズが２００ｎｍ以上に成長していることが好ま
しい。
導波や反射・屈折のコントロールを行う場合は、領域サ
イズが２００ｎｍより小さいとこのようなコントロール
に十分効果的ではないので、このような利用に対して
は、分相領域の二つ以上に分かれた相の内、一つの相の
領域サイズが２００ｎｍ以上に成長していることが好ま
しい。
【００２３】また、レーザーの焦点または焦点近傍にお
いて二相以上に分離した相が明確に分離されていない、
つまり混在していると、界面が不明瞭となり、光の導波
や反射・屈折のコントロールにおいて設計が困難になる
等の不都合が生じる。
いて二相以上に分離した相が明確に分離されていない、
つまり混在していると、界面が不明瞭となり、光の導波
や反射・屈折のコントロールにおいて設計が困難になる
等の不都合が生じる。
【００２４】
【実施例】以下、実施例を図３に基づいて説明するが、
本発明はかかる実施例によって限定されるものではな
い。 実施例１ 準安定不混和相が存在するガラスとして、３０×３０×
１５ｍｍに切断研磨したアルカリホウケイ酸塩ガラスサ
ンプル４を用意した。屈折率変化用パルスレーザー１に
は、アルゴンレーザー励起のＴｉ：サファイアレーザー
から発振されたパルスエネルギー１マイクロジュール、
繰返し周期２５０ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光を使用し
た。
本発明はかかる実施例によって限定されるものではな
い。 実施例１ 準安定不混和相が存在するガラスとして、３０×３０×
１５ｍｍに切断研磨したアルカリホウケイ酸塩ガラスサ
ンプル４を用意した。屈折率変化用パルスレーザー１に
は、アルゴンレーザー励起のＴｉ：サファイアレーザー
から発振されたパルスエネルギー１マイクロジュール、
繰返し周期２５０ｋＨｚ、波長８００ｎｍの光を使用し
た。
【００２５】このパルスレーザーを対物レンズ２（ＮＡ
＝０．８、×５０）を用いて、２ミクロン程度のスポッ
トに集光し、ＸＹＺ方向に走査可能な電動ステージ５に
セットしたガラスサンプル４の内部へ１０分間照射した
ところ、焦点３付近に直径：７ミクロン程度の微小領域
において分相が確認された。
＝０．８、×５０）を用いて、２ミクロン程度のスポッ
トに集光し、ＸＹＺ方向に走査可能な電動ステージ５に
セットしたガラスサンプル４の内部へ１０分間照射した
ところ、焦点３付近に直径：７ミクロン程度の微小領域
において分相が確認された。
【００２６】この分相領域を光学顕微鏡にて観察した結
果、焦点とその近傍において明確な界面が存在する異質
な相に分離していることを確認した。さらに、分相領域
が表面になるようにガラスサンプル４を切断研磨した
後、ＥＰＭＡによる線分析により各相の成分を分析した
結果、中心領域はホウ酸成分を主体とし、その周囲は石
英成分を主体とする相がアルカリホウケイ酸塩ガラスサ
ンプル４内に形成されていることが分かった。
果、焦点とその近傍において明確な界面が存在する異質
な相に分離していることを確認した。さらに、分相領域
が表面になるようにガラスサンプル４を切断研磨した
後、ＥＰＭＡによる線分析により各相の成分を分析した
結果、中心領域はホウ酸成分を主体とし、その周囲は石
英成分を主体とする相がアルカリホウケイ酸塩ガラスサ
ンプル４内に形成されていることが分かった。
【００２７】実施例２
ＹＺ軸を固定した状態で、Ｘ方向にガラスサンプル４を
走査しながら、その他の条件は実施例１と同じでレーザ
ーを照射し続けたところ、二相に分離した領域が連続的
にガラスサンプル４の内部に形成された。
走査しながら、その他の条件は実施例１と同じでレーザ
ーを照射し続けたところ、二相に分離した領域が連続的
にガラスサンプル４の内部に形成された。
【００２８】実施例３
実施例１の対物レンズをＮＡが０．４、倍率２０に変更
し、ＸＹ軸を固定した状態でＺ軸方向にガラスサンプル
４を走査しながら、その他の条件は実施例１と同じでレ
ーザーを照射した。その際、ガラスサンプル４内部での
パルス幅が常に一定になるようにレーザーの進入深さに
合わせて照射レーザーのパルス幅を変化させた。その結
果、Ｘ方向への走査と同様にＺ軸方向に分相領域がライ
ン状に成長していることを確認した。
し、ＸＹ軸を固定した状態でＺ軸方向にガラスサンプル
４を走査しながら、その他の条件は実施例１と同じでレ
ーザーを照射した。その際、ガラスサンプル４内部での
パルス幅が常に一定になるようにレーザーの進入深さに
合わせて照射レーザーのパルス幅を変化させた。その結
果、Ｘ方向への走査と同様にＺ軸方向に分相領域がライ
ン状に成長していることを確認した。
【００２９】実施例４
実施例３のアルカリホウケイ酸塩ガラスサンプル４に代
えてＰｂＯ−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2ガラスにライン状の分相
化領域を形成させた後、ライン状の分相領域の端面から
光を入射させたところ、反対の端面からの出射光が検出
でき、この分相ラインが光導波構造になっていることを
確認した。
えてＰｂＯ−ＧｅＯ2−ＳｉＯ2ガラスにライン状の分相
化領域を形成させた後、ライン状の分相領域の端面から
光を入射させたところ、反対の端面からの出射光が検出
でき、この分相ラインが光導波構造になっていることを
確認した。
【００３０】実施例５
準安定不混和相が存在するガラスとして、２０×２０×
１ｍｍに切断研磨したアルカリホウケイ酸塩ガラスサン
プル４を用意した。平均出力５０ｍＷ、波長６００ｎ
ｍ、パルス幅５０フェムト秒のレーザーパルスを水浸対
物レンズ（ＮＡ＝０．９、×１００）を用いて、１ミク
ロン程度のスポットに集光し、ＸＹＺ方向に走査可能な
電動ステージにセットしたガラスサンプル４の内部へ集
光照射した。この際、ガラスサンプル４はＸＹＺステー
ジ上に設置したヒーターによりガラス転移温度で予め加
熱した状態でレーザーを照射した。その結果、焦点付近
に直径：２０ミクロン程度の分相領域が形成された。
１ｍｍに切断研磨したアルカリホウケイ酸塩ガラスサン
プル４を用意した。平均出力５０ｍＷ、波長６００ｎ
ｍ、パルス幅５０フェムト秒のレーザーパルスを水浸対
物レンズ（ＮＡ＝０．９、×１００）を用いて、１ミク
ロン程度のスポットに集光し、ＸＹＺ方向に走査可能な
電動ステージにセットしたガラスサンプル４の内部へ集
光照射した。この際、ガラスサンプル４はＸＹＺステー
ジ上に設置したヒーターによりガラス転移温度で予め加
熱した状態でレーザーを照射した。その結果、焦点付近
に直径：２０ミクロン程度の分相領域が形成された。
【００３１】実施例６
実施例５と同じガラスサンプル４の底面付近にレーザー
集光点が位置するようにＺ軸を固定した状態で、ＸＹ軸
にサンプルを１０ミクロン／秒の移動速度で移動させな
がら、アルゴンイオンレーザー励起（２０Ｗ）のＱスイ
ッチモードロックＴｉ：サファイアレーザーを再生増幅
させて、毎秒１０パルスの繰り返し周期にて、レーザー
パルスを照射した。その後、Ｚ軸方向に電動ステージを
５００ミクロン移動（レーザーの焦点位置がガラスサン
プル４の上に向かう方向）させ、同様にＸＹ方向に書き
込みを行った。この走査を５回繰り返した。
集光点が位置するようにＺ軸を固定した状態で、ＸＹ軸
にサンプルを１０ミクロン／秒の移動速度で移動させな
がら、アルゴンイオンレーザー励起（２０Ｗ）のＱスイ
ッチモードロックＴｉ：サファイアレーザーを再生増幅
させて、毎秒１０パルスの繰り返し周期にて、レーザー
パルスを照射した。その後、Ｚ軸方向に電動ステージを
５００ミクロン移動（レーザーの焦点位置がガラスサン
プル４の上に向かう方向）させ、同様にＸＹ方向に書き
込みを行った。この走査を５回繰り返した。
【００３２】その結果、ＸＹ平面において隣接する分相
領域同士の中心距離が１ミクロン間隔で均一に配列され
た、５層の分相化領域が形成された。さらに、各層に形
成された屈折率変化領域はいずれも４００ナノメートル
で均一であることを共焦点レーザー走査顕微鏡にて確認
した。
領域同士の中心距離が１ミクロン間隔で均一に配列され
た、５層の分相化領域が形成された。さらに、各層に形
成された屈折率変化領域はいずれも４００ナノメートル
で均一であることを共焦点レーザー走査顕微鏡にて確認
した。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の分相領域
の形成方法は、ガラス全体を加熱することなく準安定不
混和相が存在するガラスの内部を局所的に任意の領域の
みにおいて分相化させることができる。さらに、屈折率
が周囲と異なるライン状の分相領域やドット状の分相領
域をガラス内部に形成させることも可能であり、ステッ
プインデックスタイプの光導波路や高屈折率領域を周期
的に配列させたフォトニック結晶の作成手段として有用
である。
の形成方法は、ガラス全体を加熱することなく準安定不
混和相が存在するガラスの内部を局所的に任意の領域の
みにおいて分相化させることができる。さらに、屈折率
が周囲と異なるライン状の分相領域やドット状の分相領
域をガラス内部に形成させることも可能であり、ステッ
プインデックスタイプの光導波路や高屈折率領域を周期
的に配列させたフォトニック結晶の作成手段として有用
である。
【図１】図１は、本発明の方法によりガラスを分相化さ
せる機構を説明する概念図である。
せる機構を説明する概念図である。
【図２】図２は、本発明の方法による分相領域断面の屈
折率分布の一例を示すグラフである。
折率分布の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、各実施例の分相領域の形成方法を示す
概念図である。
概念図である。
１ パレスレーザー
２ 集光レンズ
３ 集点
４ ガラスサンプル
５ ＸＹＺステージ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 平尾 一之
京都府京都市左京区田中下柳町８番地の94
Ｆターム(参考） 4G059 AA08 AA11 AB05 AC09 AC30
Claims (6)
- 【請求項１】 準安定不混和相が存在するガラスの内部
に、レーザーパルスを集光照射することで、レーザーの
焦点または焦点近傍のみの領域を分相化させることを特
徴とする分相領域の形成方法。 - 【請求項２】 分相領域の二つ以上に分かれた相の内、
一つの相の領域サイズが２００ｎｍ以上に成長している
ことを特徴とする請求項１記載の分相領域の形成方法。 - 【請求項３】 レーザーの焦点または焦点近傍において
二相以上に分離した相が明確に分離されていることを特
徴とする請求項１記載の分相領域の形成方法。 - 【請求項４】 レーザーの焦点をガラスに対して連続
的、または断続的に相対移動させることで、ライン状の
分相領域やドット状の分相領域を二次元または三次元的
にガラス内部に成長させることを特徴とする請求項１、
２、または３のいずれかに記載の分相領域の形成方法。 - 【請求項５】 準安定不混和相が存在するガラスが、Ｇ
ｅ−ＧｅＯ2、Ｒ2Ｏ−ＳｉＯ2（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ）、Ｂ
ａＯ−ＳｉＯ2、Ｒ2Ｏ−Ｂ2Ｏ3（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、
Ｒｂ、Ｃｓ）、ＲＦ−ＢｅＦ2（Ｒ：Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、
Ｒｂ、Ｃｓ）、Ｎａ2Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ−
Ｂ2Ｏ3−ＳｉＯ2、ＰｂＯ−ＧｅＯ−ＳｉＯ2、Ｇｅ−Ｔ
ｅ−Ｓｂ、またはＧｅ−Ｔｅ−Ａｓであることを特徴と
する請求項１記載の分相領域の形成方法。 - 【請求項６】 レーザーのパルス幅が１０フェムト秒〜
１０ピコ秒の間で、且つレーザーの波長がガラスの固有
吸収と一致しないことを特徴とする請求項１記載の分相
領域の形成方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002124725A JP2003321252A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | ガラス内部への分相領域の形成方法 |
| CNB038089335A CN1321337C (zh) | 2002-04-25 | 2003-04-18 | 在玻璃内部形成分相区域的方法 |
| PCT/JP2003/005015 WO2003091176A1 (fr) | 2002-04-25 | 2003-04-18 | Procede de formation d'une zone de dephasage dans du verre |
| US10/512,159 US20050193771A1 (en) | 2002-04-25 | 2003-04-18 | Method of forming split phase area inside glass |
| EP03717659A EP1502901A1 (en) | 2002-04-25 | 2003-04-18 | Method of forming split phase area inside glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002124725A JP2003321252A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | ガラス内部への分相領域の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003321252A true JP2003321252A (ja) | 2003-11-11 |
Family
ID=29267535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002124725A Pending JP2003321252A (ja) | 2002-04-25 | 2002-04-25 | ガラス内部への分相領域の形成方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1502901A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003321252A (ja) |
| CN (1) | CN1321337C (ja) |
| WO (1) | WO2003091176A1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008512695A (ja) * | 2004-08-05 | 2008-04-24 | フォルシュングスツェントルム カールスルーエ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | フォトニック結晶の製造方法 |
| JP2010070399A (ja) * | 2008-09-16 | 2010-04-02 | Kyoto Univ | 組成分布を生じる光学部品用透明材料及びこれを利用する光学部品 |
| US8547008B2 (en) | 2006-01-12 | 2013-10-01 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Material having laser induced light redirecting features |
| JP2013544441A (ja) * | 2010-12-03 | 2013-12-12 | アデレイド リサーチ アンド イノヴェイション プロプライエタリー リミテッド | 光の増幅のための素子及びその製造方法 |
| US8629610B2 (en) | 2006-01-12 | 2014-01-14 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Display panel |
| WO2015037513A1 (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-19 | コニカミノルタ株式会社 | 撥水性ガラスおよびその製造方法、ならびにそれを用いた撥水性フィルム |
| JP2019099446A (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-24 | 日本電気硝子株式会社 | パルスレーザーを用いた微細周期構造の加工方法、及びガラス体 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8828873B2 (en) * | 2010-07-26 | 2014-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for manufacturing semiconductor device |
| CN109445017A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 导光板及其制作方法、背光模组和显示装置 |
| CN114212985B (zh) * | 2021-12-14 | 2023-04-21 | 华南理工大学 | 一种基于缺陷诱导的空间选择性析晶的微晶玻璃的制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003506731A (ja) * | 1999-07-29 | 2003-02-18 | コーニング インコーポレイテッド | フェムト秒パルスレーザを用いるシリカベースガラスへの光デバイスの直接書込 |
| AU7989300A (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-30 | Corning Incorporated | Deep uv laser internally induced densification in silica glasses |
| JP4132750B2 (ja) * | 2001-08-17 | 2008-08-13 | 独立行政法人科学技術振興機構 | フェムト秒レーザー照射による量子ドット素子の作成方法 |
| EP1293810A1 (en) * | 2001-09-12 | 2003-03-19 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | A method of producing optical waveguides in a tellurite glass |
-
2002
- 2002-04-25 JP JP2002124725A patent/JP2003321252A/ja active Pending
-
2003
- 2003-04-18 WO PCT/JP2003/005015 patent/WO2003091176A1/ja not_active Application Discontinuation
- 2003-04-18 EP EP03717659A patent/EP1502901A1/en not_active Withdrawn
- 2003-04-18 US US10/512,159 patent/US20050193771A1/en not_active Abandoned
- 2003-04-18 CN CNB038089335A patent/CN1321337C/zh not_active Expired - Fee Related
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| JP2010070399A (ja) * | 2008-09-16 | 2010-04-02 | Kyoto Univ | 組成分布を生じる光学部品用透明材料及びこれを利用する光学部品 |
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| JPWO2015037513A1 (ja) * | 2013-09-13 | 2017-03-02 | コニカミノルタ株式会社 | 撥水性ガラスおよびその製造方法、ならびにそれを用いた撥水性フィルム |
| JP2019099446A (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-24 | 日本電気硝子株式会社 | パルスレーザーを用いた微細周期構造の加工方法、及びガラス体 |
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|---|---|
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| CN1321337C (zh) | 2007-06-13 |
| CN1646442A (zh) | 2005-07-27 |
| EP1502901A1 (en) | 2005-02-02 |
| WO2003091176A1 (fr) | 2003-11-06 |
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