JP2005161372A

JP2005161372A - Laser machine, structure, optical element and laser machining method

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Publication number: JP2005161372A
Application number: JP2003404805A
Authority: JP
Inventors: Manabu Seo; 学瀬尾; Yasushi Yamada; 泰史山田; Yoshihiro Norikane; 義浩法兼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-06-23

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser machine capable of controlling the direction of the period, the quantity, the intensity distribution or the like of laser beams, a structure and an optical element produced by the laser machine, and a laser machining method. <P>SOLUTION: Laser beams 101 emitted from a laser beam source pass through a 1/2 wavelength plate array 102 with a plurality of 1/2 wavelength plates disposed therein to form laser beams 103 with the polarizing direction controlled. The periodical structure formed by the laser beams can form a plurality of very fine periodical structures on a workpiece 105 by laser beams 103 polarized in a plurality of deflection directions for the purpose of following the polarizing direction of the laser beams. The quantity, the intensity distribution or the like of laser beams can be controlled by using an ND filter, a gray mask, a Gaussian filter or the like. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザビームの周期方向、光量、強度分布等を制御することで被加工材料に微細な周期構造又は直線構造を形成できるレーザ加工装置、該レーザ加工装置によって生成された構造体、光学素子、及びレーザ加工法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus capable of forming a fine periodic structure or a linear structure in a material to be processed by controlling the periodic direction, light quantity, intensity distribution, etc. of the laser beam, a structure produced by the laser processing apparatus, and an optical The present invention relates to an element and a laser processing method.

従来、微細な周期構造を形成するために以下に述べる加工法が用いられていた。干渉性のあるレーザ光を対象物に入射し、干渉縞を発生させることで周期構造を形成する加工法、微細な周期構造が刻印されたマスクにレーザ光を通して直接加工又は露光を行う加工法、及び、照射エネルギを制御し、レーザ光を金属、半導体、誘電体等の様々な材料に照射した際に、加工対象物の表面にレーザ光の波長とほぼ等しい又はそれ以下の微細な周期構造を形成する加工法がある。 Conventionally, the following processing method has been used to form a fine periodic structure. A processing method for forming a periodic structure by making an interference laser beam incident on an object and generating interference fringes, a processing method for performing direct processing or exposure through a laser beam on a mask on which a fine periodic structure is engraved, And when the irradiation energy is controlled and various materials such as metals, semiconductors, and dielectrics are irradiated with laser light, the surface of the workpiece has a fine periodic structure approximately equal to or less than the wavelength of the laser light. There are processing methods to form.

特許文献１では、微小面積へのホログラムの作成、埋め込み型のホログラムを多岐の基材に記録可能なフェムト秒レーザ光の干渉を利用した周期構造を形成する方法が提案されている。特許文献２では、マルチビームのビームを集光し、干渉させることによって、ビームの波長と同程度の周期構造を形成する加工法を提案している。特許文献３は、ナノレベルの微細加工を簡単かつ確実に実行可能な微細周期構造の加工法を提案している。 Patent Document 1 proposes a method of forming a periodic structure using interference of femtosecond laser light capable of creating a hologram in a small area and recording embedded holograms on various substrates. Patent Document 2 proposes a processing method in which a multi-beam beam is condensed and interfered to form a periodic structure of the same order as the wavelength of the beam. Patent Document 3 proposes a processing method of a fine periodic structure capable of easily and reliably performing nano-level microfabrication.

非特許文献１では、周期構造が形成される方向は照射するレーザの偏光方向に依存することを利用し、レーザ光の偏光方向（電場の振動方向）に対して垂直方向に周期的な構造が形成する加工法を提案している。非特許文献２及び３では、レーザ光の周波数、波長、パルス数、加工対象物の組成等によって周期構造の周期や深さを調整する加工法を提案している。非特許文献４では、フェムト秒レーザ光を石英ガラス内部に集光することで、集光点において約２００ｎｍ間隔の一次元周期状の構造を形成できることを提案している。 Non-Patent Document 1 utilizes the fact that the direction in which the periodic structure is formed depends on the polarization direction of the irradiating laser, and the periodic structure is perpendicular to the polarization direction of the laser light (vibration direction of the electric field). Proposes a forming method. Non-Patent Documents 2 and 3 propose a processing method in which the period and depth of the periodic structure are adjusted by the frequency, wavelength, number of pulses, composition of the processing object, and the like of the laser light. Non-Patent Document 4 proposes that a one-dimensional periodic structure with an interval of about 200 nm can be formed at the focal point by condensing femtosecond laser light inside quartz glass.

また、レーザ光を材料に照射し加工する際には、照射するレーザ光の偏光方向によって対象物の形状が変化する。したがって、レーザ光による加工法においては、偏光方向を制御することが重要である。偏光方向を制御する方法としては以下の提案がなされている。 Further, when the material is irradiated with laser light and processed, the shape of the object changes depending on the polarization direction of the irradiated laser light. Therefore, in the processing method using laser light, it is important to control the polarization direction. The following proposals have been made as a method for controlling the polarization direction.

特許文献４及び５では、任意の偏光方向でレーザ光を照射する制御手段が提案されている。特許文献６では、半導体デバイス中のヒューズやリンクなどをレーザ光の照射によって切断することで、照射レーザ光の偏光方向をリンクのアライメント方向と一致させる方法を提案している。
特開２００１−２３６００２号公報特開平２−２６３５８９号公報特開２００３−２１１４００号公報特開平５−１８５２５４号公報特開平７−２６６０７１号公報特表２００２−５２０６４３号公報Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６，３６８８−３６８９（１９６５）南志昌、豊田浩一、「レーザー誘起表面電磁波による金属・半導体のリップル形成入射角度依存性」、レーザー研究、２０００年１２月、第２８巻、第１２号、ｐ．８２４−８２８橋田昌樹、外２名、「フェムト秒レーザーによる物質プロセッシング」、光学、２００２年、第３１巻、第８号、ｐ．６２１−６２８下間靖彦、外２名、「一枚の写真」、ＯｐｌｕｓＥ、２００３年７月、ｐ．７１５−７１６ Patent Documents 4 and 5 propose control means for irradiating laser light in an arbitrary polarization direction. Patent Document 6 proposes a method of making the polarization direction of the irradiated laser light coincide with the alignment direction of the link by cutting a fuse, a link, or the like in the semiconductor device by laser light irradiation.
JP 2001-236002 A JP-A-2-263589 JP 2003-211400 A JP-A-5-185254 JP-A-7-266071 Japanese translation of PCT publication No. 2002-520463 J. et al. Appl. Phys. , 36, 3688-3689 (1965) Nanshimasa, Koichi Toyoda, “Dependence of laser-induced surface electromagnetic wave on ripple formation angle of metal and semiconductor”, Laser Research, December 2000, Vol. 28, No. 12, p. 824-828 Masaki Hashida and two others, “Material Processing by Femtosecond Laser”, Optics, 2002, Vol. 31, No. 8, p. 621-628 Yasuhiko Shimma, 2 others, “One Photo”, O plus E, July 2003, p. 715-716

しかしながら、上述した技術には以下に述べる問題がある。 However, the above-described technique has the following problems.

レーザ光の干渉を用いた加工法は、対象物の部分によって異なる周期の方向を有する周期構造を形成するために、対象物の回転、レーザ光の入射方向の変更等を実行する必要がある。また、周期構造の周期は干渉するレーザ光同士の角度によって決定されるため、レーザ光の波長以下の凹凸を形成することはできない。 In the processing method using laser light interference, it is necessary to execute rotation of the object, change of the incident direction of the laser light, and the like in order to form a periodic structure having a different period direction depending on the part of the object. In addition, since the period of the periodic structure is determined by the angle between the interfering laser beams, it is not possible to form irregularities that are less than or equal to the wavelength of the laser beams.

また、マスクを通してレーザ光を照射する加工法は、対象物の形状に対する柔軟性が低く、微細なパターンを刻んだマスクは高価である。また、対象物に刻まれる周期構造の密度がレーザ光の回折によって制限されるため、レーザ光の干渉を用いた加工法と同様に、光の波長以下の周期構造を形成することができない。 Further, the processing method of irradiating the laser beam through the mask has low flexibility with respect to the shape of the object, and the mask engraved with a fine pattern is expensive. In addition, since the density of the periodic structure carved into the object is limited by the diffraction of the laser beam, it is not possible to form a periodic structure with a wavelength equal to or less than the wavelength of the light as in the processing method using laser beam interference.

偏光方向を制御することによる加工法は、１回の加工で、ある一方向の周期構造しか対象物に形成することができない。 The processing method by controlling the polarization direction can form only a periodic structure in one direction on the object by one processing.

本発明は、複数の異なる周期構造を有する高精度な部品を作成することを目的としている。また、本発明は、数百ｎｍから数μｍの周期を持った構造体は、光の偏光方向や波長を高精度に制御できることから、偏光方向の制御素子、偏光分離素子、波長によって光を分岐するグレーティング素子、分波素子、又は、合波素子として用いることを目的としている。 An object of the present invention is to create a highly accurate part having a plurality of different periodic structures. In the present invention, a structure having a period of several hundreds of nanometers to several μm can control the polarization direction and wavelength of light with high accuracy, so that the light is branched depending on the polarization direction control element, polarization separation element, and wavelength. It is intended to be used as a grating element, a demultiplexing element, or a multiplexing element.

さらに、周期構造体を対象物表面に形成することで、対象物表面の特性を制御し、対象物の保水性や多物質との摩擦係数を変化させることを目的としている。 Furthermore, it aims at controlling the characteristic of the surface of an object by forming a periodic structure on the surface of the object, and changing the water retention of the object and the coefficient of friction with multiple substances.

請求項１記載の発明は、レーザ光を発射する手段と、前記レーザ光のエネルギを調整する手段と、前記レーザ光を加工対象物へ導く手段と、前記加工対象物の表面又は内部にレーザ光を結像する手段とを有するレーザ加工装置において、前記レーザ光の少なくとも一部の偏光方向を変調する変調手段を有することを特徴とする。 The invention described in claim 1 is a means for emitting laser light, a means for adjusting the energy of the laser light, a means for guiding the laser light to a workpiece, and a laser beam on the surface or inside of the workpiece. A laser processing apparatus having a means for forming an image of the laser beam, characterized by comprising a modulation means for modulating the polarization direction of at least a part of the laser light.

請求項２記載の発明は、請求項１記載のレーザ加工装置において、前記変調手段を介して出力されたレーザ光は２以上の異なる偏光方向を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the first aspect, the laser light output through the modulation means has two or more different polarization directions.

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の光量を調整する光量調整手段を有すること特徴とする。 A third aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the first or second aspect, further comprising light amount adjusting means for adjusting a light amount of the laser light.

請求項４記載の発明は、請求項３記載のレーザ加工装置において、前記光量調整手段としてＮＤフィルタを用いたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to the third aspect, an ND filter is used as the light amount adjusting means.

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光が断続的に発光され、且つ、前記レーザ光の１回当たりの発光時間が１ｐｓ以下であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the laser light is emitted intermittently, and the emission time per one time of the laser light is 1 ps or less. It is characterized by being.

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の偏光方向を変更する手段として液晶素子を用いたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, a liquid crystal element is used as means for changing the polarization direction of the laser light.

請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の偏光方向を変更する手段として電場を加えると屈折率が変わる物質によって構成された電気光学素子を用いたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the electric power is constituted by a material whose refractive index changes when an electric field is applied as means for changing the polarization direction of the laser light. An optical element is used.

請求項８記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の偏光方向を変更する手段として磁場を加えることで光学的性質が変わる物質によって構成された磁気光学素子を用いたことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the laser processing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the optical property is changed by applying a magnetic field as means for changing the polarization direction of the laser light. The magneto-optical element is used.

請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光に強度分布を設ける手段を有することを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to eighth aspects, further comprising means for providing an intensity distribution in the laser beam.

請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の強度分布を一様にする手段を有することを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to ninth aspects, further comprising means for making the intensity distribution of the laser light uniform.

請求項１１記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の一部の強度を一様にする手段を有することを特徴とする。 An eleventh aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to tenth aspects, further comprising means for making the intensity of a part of the laser light uniform.

請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物が金属であることを特徴とする。 The invention described in claim 12 is the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the object to be processed is a metal.

請求項１３記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記加工対象物が透明材料であることを特徴とする。 The invention according to claim 13 is the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the object to be processed is a transparent material.

請求項１４記載の発明は、請求項１から１３のいずれか１項記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光の強度分布及び偏光方向の少なくとも一方を観察する手段を有することを特徴とする A fourteenth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to any one of the first to thirteenth aspects, further comprising means for observing at least one of the intensity distribution and the polarization direction of the laser light.

請求項１５記載の発明は、請求項１から１４のいずれか１項記載のレーザ加工装置によって周期構造が形成された構造体。 The invention according to claim 15 is a structure in which a periodic structure is formed by the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 14.

請求項１６記載の発明は、請求項１から１４のいずれか１項記載のレーザ加工装置によって周期構造が形成された光学素子。 The invention according to claim 16 is an optical element in which a periodic structure is formed by the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 14.

請求項１７記載の発明は、レーザ光を発射する工程と、前記レーザ光を加工対象物へ導く工程と、前記加工対象物の表面又は内部にレーザ光を結像する結像工程とを有するレーザ加工法において、前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の少なくとも一部の偏光方向を変調する変調工程を有することを特徴とする。 The invention described in claim 17 includes a step of emitting a laser beam, a step of guiding the laser beam to an object to be processed, and an image forming step of forming an image of the laser beam on or inside the object to be processed. The processing method includes a modulation step of modulating the polarization direction of at least a part of the laser light after the laser light emission and before the imaging step.

請求項１８記載の発明は、請求項１７記載のレーザ加工法において、前記変調工程を介して出力されたレーザ光は２以上の異なる偏光方向を有することを特徴とする。 According to an eighteenth aspect of the present invention, in the laser processing method according to the seventeenth aspect, the laser light output through the modulation step has two or more different polarization directions.

請求項１９記載の発明は、請求項１７又は１８記載のレーザ加工法において、前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の光量を調整する光量調整工程を有すること特徴とする。 A nineteenth aspect of the present invention is the laser processing method according to the seventeenth or eighteenth aspect, further comprising a light amount adjustment step of adjusting a light amount of the laser light after the laser light emission and before the imaging step. .

請求項２０記載の発明は、請求項１９記載のレーザ加工法において、前記光量調整工程においてＮＤフィルタを用いることを特徴とする。 According to a twentieth aspect of the present invention, in the laser processing method according to the nineteenth aspect, an ND filter is used in the light amount adjusting step.

請求項２１記載の発明は、請求項１７から２０のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光のパルス幅が１ｐｓ以下であることを特徴とする。 A twenty-first aspect of the present invention is the laser processing method according to any one of the seventeenth to twentieth aspects, wherein the pulse width of the laser beam is 1 ps or less.

請求項２２記載の発明は、請求項１７から２１のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光の偏光方向を変更する工程において液晶素子を用いたことを特徴とする。 The invention according to claim 22 is the laser processing method according to any one of claims 17 to 21, wherein a liquid crystal element is used in the step of changing the polarization direction of the laser beam.

請求項２３記載の発明は、請求項１７から２１のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光の偏光方向を変更する工程において電気光学素子を用いたことを特徴とする。 According to a twenty-third aspect of the present invention, in the laser processing method according to any one of the seventeenth to twenty-first aspects, an electro-optical element is used in the step of changing the polarization direction of the laser light.

請求項２４記載の発明は、請求項１７から２１のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光の偏光方向を変更する工程において磁気光学素子を用いたことを特徴とする。 According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the laser processing method according to any one of the seventeenth to twenty-first aspects, a magneto-optical element is used in the step of changing the polarization direction of the laser light.

請求項２５記載の発明は、請求項１７から２４のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光に強度分布を設ける工程を有することを特徴とする。 The invention described in claim 25 is the laser processing method according to any one of claims 17 to 24, further comprising a step of providing an intensity distribution in the laser light after the laser light emission and before the imaging step. It is characterized by.

請求項２６記載の発明は、請求項１７から２５のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の強度分布を一様にする工程を有することを特徴とする。 A twenty-sixth aspect of the invention is the laser processing method according to any one of the seventeenth to twenty-fifth aspects, wherein the laser light is emitted and the intensity distribution of the laser light is made uniform before the imaging step. It is characterized by having.

請求項２７記載の発明は、請求項１７から２６のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の一部の強度を一様にする工程を有することを特徴とする。 A twenty-seventh aspect of the present invention is the laser processing method according to any one of the seventeenth to twenty-sixth aspects, wherein the intensity of a part of the laser light is made uniform after the laser light emission and before the imaging step. It has the process to perform.

請求項２８記載の発明は、請求項１７から２７のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記加工対象物が金属であることを特徴とする。 The invention according to claim 28 is the laser processing method according to any one of claims 17 to 27, wherein the object to be processed is a metal.

請求項２９記載の発明は、請求項２７から２７のいずれか１項記載のレーザ加工法において、前記加工対象物が透明材料であることを特徴とする。 A twenty-ninth aspect of the present invention is the laser processing method according to any one of the twenty-seventh to twenty-seventh aspects, wherein the object to be processed is a transparent material.

本発明は、１／２波長板を配列した１／２波長板アレイ、ＮＤフィルタ、グレイマスク、及び、ガウシャンフィルタをレーザ加工装置に適用することで、レーザ光の偏光方向、レーザ光の強度分布、光量、周期を制御することできる。また、本発明を適用したレーザ加工装置は、対象物の表面又は内部に複数の異なる周期構造を一括形成することができる。また、本発明により作成された対象物は、光学素子として用いることも可能である。 The present invention applies a half-wave plate array in which half-wave plates are arranged, an ND filter, a gray mask, and a Gaussian filter to a laser processing apparatus, so that the polarization direction of the laser light and the intensity of the laser light. Distribution, light quantity, and period can be controlled. Moreover, the laser processing apparatus to which the present invention is applied can collectively form a plurality of different periodic structures on the surface or inside of the object. In addition, the object created according to the present invention can also be used as an optical element.

本発明は、対象物にレーザ光が照射されるまでの間にレーザ光の強度分布、光量、周期を制御し、対象物の表面又は内部に複数の異なる周期構造を一括形成する。また、光の波長以下の周期構造を形成することができるため、周期構造が形成された対象物を光学素子として用いることにより、精密に該光学素子を通過する光の偏光方向などを制御することができる。また、対象物の表面に周期構造を形成することで、対象物表面の特性を制御することも可能である。 The present invention controls the intensity distribution, light quantity, and period of laser light before the object is irradiated with laser light, and forms a plurality of different periodic structures on the surface or inside of the object. In addition, since a periodic structure with a wavelength equal to or less than the wavelength of light can be formed, the polarization direction of light passing through the optical element can be precisely controlled by using an object on which the periodic structure is formed as an optical element. Can do. Moreover, it is also possible to control the characteristics of the surface of the object by forming a periodic structure on the surface of the object.

本実施例では異なる方向にレーザ光が偏光するように１／２波長板を配列した波長板アレイを用いて対象物に複数の向きが異なる周期構造を形成するレーザ加工法について説明する。形成される周期構造は、照射されるレーザ光の偏光方向によって変化するため、異なる方向にレーザ光が偏光するように偏光フィルタを配列した波長板を用いることで向きが異なる複数の微細周期構造を対象物に形成することができる。 In this embodiment, a laser processing method will be described in which a periodic structure having a plurality of different directions is formed on an object using a wave plate array in which half-wave plates are arranged so that laser beams are polarized in different directions. Since the periodic structure to be formed changes depending on the polarization direction of the irradiated laser light, a plurality of fine periodic structures having different directions can be formed by using a wave plate in which a polarizing filter is arranged so that the laser light is polarized in different directions. It can be formed on an object.

対象物に複数の微細周期構造を形成する方法としては、光学軸を任意に調整した複数の１／２波長板を配列して異なる方向に偏光したレーザ光を作り出し、対象物に入射する方法がある。図１（ａ）は、１／２波長板を用いたレーザ加工法の構成を示す図である。図１（ｂ）は、１／２波長板を通過したレーザ光の断面図である。図１（ａ）に示すレーザ加工法は、１／２波長板アレイ１０２、及び、加工対象物１０５から構成される。図１（ｂ）に示すレーザ光１０３の断面プロファイル１０４の矢印は偏光方向をあらわしている。本実施例における１／２波長板アレイ１０２とは、四つの１／２波長板をそれぞれの光学軸を任意に調整し図１に示すように配列したものを言う。なお、レーザ光を発光するレーザ光源（発光素子）は図示しない。 As a method of forming a plurality of fine periodic structures on an object, there is a method in which a plurality of half-wave plates with arbitrarily adjusted optical axes are arranged to generate laser beams polarized in different directions and incident on the object. is there. FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a laser processing method using a half-wave plate. FIG. 1B is a cross-sectional view of the laser light that has passed through the half-wave plate. The laser processing method shown in FIG. 1A includes a half-wave plate array 102 and a processing object 105. The arrow of the cross-sectional profile 104 of the laser beam 103 shown in FIG. 1B indicates the polarization direction. The half-wave plate array 102 in the present embodiment refers to an array in which four half-wave plates are arranged as shown in FIG. A laser light source (light emitting element) that emits laser light is not shown.

レーザ光１０１は、１／２波長板アレイ１０２を通過することで、各１／２波長板によって偏光されたレーザ光１０３となる。１／２波長板アレイ１０２を構成する各１／２波長板の光学軸は、任意に調整されているため、１／２波長板アレイ１０２を通過したレーザ光１０３は、レーザ光１０３の断面プロファイル１０４のように偏光さている（レーザ光１０３の断面プロファイル１０４の矢印は、偏光方向を表している）。偏光されたレーザ光１０３が、加工対象物１０５に照射されることで、加工対象物１０５にレーザ光１０３の偏光方向に従った周期構造が形成される。 The laser light 101 passes through the half-wave plate array 102 and becomes laser light 103 polarized by each half-wave plate. Since the optical axes of the half-wave plates constituting the half-wave plate array 102 are arbitrarily adjusted, the laser beam 103 that has passed through the half-wave plate array 102 is a cross-sectional profile of the laser beam 103. The laser beam 103 is polarized (the arrow of the cross-sectional profile 104 of the laser beam 103 indicates the polarization direction). By irradiating the workpiece 105 with the polarized laser beam 103, a periodic structure according to the polarization direction of the laser beam 103 is formed on the workpiece 105.

複数の１／２波長板を用い、レーザ光を通過した１／２波長板ごとに偏光することで、レーザ光が照射される加工対象物の表面に１／２波長板アレイによる偏光方向に従った周期構造を形成することができる。 By using a plurality of half-wave plates and polarizing each half-wave plate that has passed the laser light, the surface of the workpiece to be irradiated with the laser light follows the polarization direction of the half-wave plate array. Periodic structures can be formed.

図１（ａ）及び（ｂ）に示すレーザ加工法では、それぞれの光学軸が任意に調整された複数の１／２波長板を配列することで、各１／２波長板を通過するレーザ光（周期が数百ｎｍ）の偏光方向を制御できる。また、偏光方向が制御されたレーザ光を加工対象物に照射することで、加工対象物に微細な周期構造を形成することができる。 In the laser processing method shown in FIGS. 1A and 1B, a plurality of half-wave plates whose optical axes are arbitrarily adjusted are arranged, so that laser beams that pass through the half-wave plates are arranged. The polarization direction (with a period of several hundred nm) can be controlled. Moreover, a fine periodic structure can be formed in a processing target object by irradiating a processing target object with the laser beam by which the polarization direction was controlled.

ここで、照射されるレーザ光は、加工対象物の加工閾値近傍のエネルギに遷移していることが望ましい。 Here, it is desirable that the irradiated laser light has transitioned to energy in the vicinity of the processing threshold of the processing object.

図２（ａ）に示すレーザ加工法では、図１（ａ）に示したレーザ加工法の構成に、レーザ光の光量を調整可能なＮＤフィルタを加えた構成となっており、ＮＤフィルタ２０２、１／２波長板アレイ２０３、及び、加工対象物２０５から構成される。図２（ｂ）は、１／２波長板アレイ２０３及びＮＤフィルタ２０２を通過したレーザ光の断面図である。レーザ光２０１は、ＮＤフィルタ２０２を通過することで光量が調整され、加工対象物の加工閾値近傍のエネルギに遷移する。光量が調整されたレーザ光２０１は、１／２波長板アレイ２０３を通過することで、任意に光学軸が調整された各１／２波長板により偏光されたレーザ光２０４となる。レーザ光２０４は、加工対象物２０５に照射され、レーザ光２０４の偏光方向に従った微細な周期構造を加工対象物に形成する。 In the laser processing method shown in FIG. 2A, an ND filter capable of adjusting the amount of laser light is added to the configuration of the laser processing method shown in FIG. It comprises a half-wave plate array 203 and a workpiece 205. FIG. 2B is a cross-sectional view of the laser light that has passed through the half-wave plate array 203 and the ND filter 202. The amount of light of the laser light 201 is adjusted by passing through the ND filter 202, and the laser light 201 transitions to energy near the processing threshold value of the processing target. The laser beam 201 whose light amount has been adjusted passes through the half-wave plate array 203 to become laser beam 204 polarized by each half-wave plate whose optical axis is arbitrarily adjusted. The laser beam 204 is applied to the workpiece 205, and a fine periodic structure according to the polarization direction of the laser beam 204 is formed on the workpiece.

以上により、直線偏光したレーザ光の光量がＮＤフィルタにより調整されることで波長の数分の一の周期構造を形成することができる。したがって、通常のマスク露光や干渉露光では形成できないレーザ光の波長以下の微細な周期構造を加工対象物に形成することができる。 As described above, the amount of the linearly polarized laser light is adjusted by the ND filter, so that a periodic structure that is a fraction of the wavelength can be formed. Therefore, it is possible to form a fine periodic structure having a wavelength equal to or shorter than the wavelength of the laser beam, which cannot be formed by normal mask exposure or interference exposure, on the workpiece.

また、図１（ａ）や図２（ａ）に示すレーザ加工法の構成においてレーザ光の光源としてパルス幅が１ｐｓ以下のパルスレーザを用いることで、透明体やバンドギャップの大きい半導体などの加工が困難な材料に周期構造を形成することができる。さらに、１ｐｓ以下のパルスレーザを用いることで、金属のような熱伝導率の高い物質であっても、加工時に加工部周辺に及ぼす熱の影響を抑制し、微小なリップルを形成することができる。 Further, in the configuration of the laser processing method shown in FIGS. 1A and 2A, a pulse laser having a pulse width of 1 ps or less is used as a laser light source, thereby processing a transparent body or a semiconductor having a large band gap. It is possible to form a periodic structure in a material that is difficult to achieve. Furthermore, by using a pulse laser of 1 ps or less, even a material having a high thermal conductivity such as a metal can suppress the influence of heat on the periphery of the processed part during processing, and can form a minute ripple. .

なお、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すレーザ加工法の構成においては、直線偏光されたレーザ光の偏光方向を制御する手段として、光学軸が任意に調整された複数の１／２波長板を用いている。しかし、偏光フィルタに液晶素子を用いることにより、レーザ光の偏光方向を動的に変化させ、対象物に微細な周期構造を形成することも可能である。また、液晶素子よりも応答速度が速い電気光学素子又は磁気光学素子を偏光フィルタとして用いることで、偏光フィルタを通過するレーザ光の偏光方向を高速に変化させることもできる。 In the configuration of the laser processing method shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a), as means for controlling the polarization direction of linearly polarized laser light, a plurality of 1/0 optical axes are arbitrarily adjusted. A two-wavelength plate is used. However, by using a liquid crystal element for the polarizing filter, it is also possible to dynamically change the polarization direction of the laser light and form a fine periodic structure on the object. In addition, by using an electro-optical element or a magneto-optical element having a response speed faster than that of a liquid crystal element as a polarizing filter, the polarization direction of laser light passing through the polarizing filter can be changed at high speed.

本実施例においては、グレイマスク、液晶素子、及び、１／２波長板を組み合わせた構成のレーザ加工法により、レーザ光に強度分布を発生させた場合について説明する。なお、本実施例においても、レーザ光の偏光方向に従った周期構造が対象物に形成される。 In this embodiment, a case where an intensity distribution is generated in a laser beam by a laser processing method in which a gray mask, a liquid crystal element, and a half-wave plate are combined will be described. In this embodiment as well, a periodic structure according to the polarization direction of the laser light is formed on the object.

図３（ａ）に示すレーザ加工法は、図２（ａ）に示したレーザ加工法にグレイマスクを加えた構成となっており、ＮＤフィルタ３０２、１／２波長板アレイ３０３、グレイマスク３０４、加工対象物３０６から構成される。図３（ｂ）は、グレイマスク３０４によって強度分布が加えられたレーザ光の断面図である。レーザ光源から発射されたレーザ光３０１は、ＮＤフィルタ３０２によって光量が調整された後、１／２波長板アレイ（光学軸が任意に調整された複数の１／２波長板が配列されたもの）３０３及びグレイマスク３０４を通過することで、偏光方向の変更及び強度分布が加えられたレーザ光３０５となる。このレーザ光３０５が対象物３０６に照射されることによって、加工面３０７には、周期、周期方向、及び、深さが異なる微細な周期構造３０８を形成することができる。 The laser processing method shown in FIG. 3A has a configuration in which a gray mask is added to the laser processing method shown in FIG. 2A, and includes an ND filter 302, a half-wave plate array 303, and a gray mask 304. The processing object 306 is constituted. FIG. 3B is a cross-sectional view of the laser light to which the intensity distribution is applied by the gray mask 304. The laser light 301 emitted from the laser light source is adjusted in light amount by the ND filter 302 and then a half-wave plate array (a plurality of half-wave plates in which optical axes are arbitrarily adjusted are arranged) By passing through 303 and the gray mask 304, the laser beam 305 is provided with a change in polarization direction and an intensity distribution. By irradiating the object 306 with the laser beam 305, a fine periodic structure 308 having a different period, periodic direction, and depth can be formed on the processed surface 307.

また、グレイマスク、液晶素子、及び、１／２波長板等を組み合わせたレーザ加工法を用いることによって、対象物に照射されるレーザ光の強度分布を一様にすることも可能である。通常、レーザ光はガウス型の強度分布を有しているため、強度分布を有したままレーザ光を照射すると、形成されるリップルの周期や深さに分布が生じる。 Further, by using a laser processing method combining a gray mask, a liquid crystal element, a half-wave plate, and the like, it is possible to make the intensity distribution of the laser light irradiated to the object uniform. Normally, laser light has a Gaussian intensity distribution, and therefore, when the laser light is irradiated with the intensity distribution, a distribution occurs in the period and depth of the formed ripple.

そこで、レーザ光の強度が低いところから強いところに向け、レーザ光の強度分布が一様になるように徐々に透過率が低くなるガウシャンフィルタ（ガウス型とは逆の透過率を持つフィルタ）を用いることで強度分布を緩和し、高精度な周期構造を形成する。なお、レーザ光の強度分布を一様にする範囲は、加工物に照射するレーザ光の一部であってもよい。また、レーザ光の強度が一様な範囲を対象物に複数設けることや、範囲ごとに照射するレーザ光の強度を変えることも可能である。 Therefore, a Gaussian filter (a filter having a transmittance opposite to that of a Gaussian filter) whose transmittance gradually decreases so that the intensity distribution of the laser beam is uniform from low to strong. Is used to relax the intensity distribution and form a highly accurate periodic structure. Note that the range in which the intensity distribution of the laser beam is uniform may be a part of the laser beam irradiated to the workpiece. It is also possible to provide a plurality of ranges in which the intensity of the laser beam is uniform on the object, and to change the intensity of the laser beam irradiated for each range.

レーザ加工法の加工対象物として金属を用いたときは、加工後の金属表面には、酸化防止のためのアルミナなどの透明な保護薄膜を付加することが望ましい。なお、金属表面に周期構造を設けることで、反射型の光学素子として対象物を利用することができる。 When a metal is used as an object to be processed by the laser processing method, it is desirable to add a transparent protective thin film such as alumina for preventing oxidation to the metal surface after processing. In addition, an object can be used as a reflective optical element by providing a periodic structure on the metal surface.

一方、透明材料にレーザ加工法による微細な周期構造を設けることも可能である。また、加工対象物として透明材料を用いた場合、透明材料内部に周期構造を形成することも可能である。なお、透明材料にレーザ光を照射すると照射部分に変質部が生じる。したがって、レーザ光照射後、該部分にエッチング処理を施し、変質部を取り除く必要がある。周期構造は、このエッチング処理により表面に現れる。 On the other hand, it is possible to provide the transparent material with a fine periodic structure by a laser processing method. In addition, when a transparent material is used as the object to be processed, it is possible to form a periodic structure inside the transparent material. When the transparent material is irradiated with laser light, an altered portion is generated in the irradiated portion. Therefore, after the laser light irradiation, it is necessary to perform an etching process on the portion and remove the altered portion. The periodic structure appears on the surface by this etching process.

加工対象物として透明材料を用いた例を図４（ａ）に示す。図４（ｂ）はレーザ光が照射された面の断面図である。透明材料４０１の内部にレーザ光の強度分布及び偏光方向が調整されたレーザ光４０２を集光照射することで、透明材料の内部に変質部４０４が形成され、該変質部をエッチングすることで周期構造が現れる。 An example in which a transparent material is used as the object to be processed is shown in FIG. FIG. 4B is a cross-sectional view of the surface irradiated with the laser light. By condensing and irradiating laser light 402 with the intensity distribution and polarization direction of the laser light adjusted inside the transparent material 401, an altered portion 404 is formed inside the transparent material, and the altered portion is etched to cycle. A structure appears.

レーザ加工法によって周期構造が形成された透明材料は、透過型の偏光素子、導波路、又は、導光路として用いられる。特に、透明材料の導波路に周期構造を設けることで、分波器、合波器、又は、ブラック反射によってある特定の周波数の光しか透過させない分離機として用いることも可能である。 A transparent material in which a periodic structure is formed by a laser processing method is used as a transmissive polarizing element, a waveguide, or a light guide. In particular, providing a periodic structure in a waveguide made of a transparent material can be used as a duplexer, a multiplexer, or a separator that transmits only light of a specific frequency by black reflection.

実施例１から３において述べたレーザ加工法を適用したレーザ加工装置の構成例を図５に示す。図５に示すレーザ加工装置は、加工用レーザ光、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ、ＮＤフィルタ等のレーザ光の強度調整手段、液晶素子や電気光学素子等の偏光方向の制御手段、レンズ、ミラー等から構成される。具体的には、レーザ光源５０１、１／２波長板５０２、偏光フィルタ（グラントムソンプリズム）５０３、ビームエキスパンダ５０４、液晶・偏光フィルタの一体素子、液晶素子５０６、リレーレンズ５０７、対物レンズ５０８、加工対象物５０９、照明５１０、及び、ＣＣＤ５１１から構成される。 FIG. 5 shows a configuration example of a laser processing apparatus to which the laser processing method described in the first to third embodiments is applied. The laser processing apparatus shown in FIG. 5 includes laser light intensity adjusting means such as a processing laser light, a half-wave plate, a polarizing beam splitter, and an ND filter, a polarization direction control means such as a liquid crystal element and an electro-optical element, a lens And mirrors. Specifically, a laser light source 501, a half-wave plate 502, a polarizing filter (Gran Thompson prism) 503, a beam expander 504, a liquid crystal / polarizing filter integrated element, a liquid crystal element 506, a relay lens 507, an objective lens 508, The processing object 509, the illumination 510, and the CCD 511 are included.

本実施例においては、レーザ光源５０１としてパルス幅１２０ｆｓのＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザを用いた。レーザ光源５０１から出射されたビームは１／２波長板５０２及びグラントムソンプリズム５０３を通過することで偏光方向が調整される。そして、ビームエキスパンダ５０４によってビーム径が広げられた後、液晶と偏光フィルタの一体素子５０５によって強度分布が調整され、更に、もう一つの液晶素子５０６を通過することで偏光方向が変更される。その後、レーザ光はリレーレンズ５０７及び対物レンズ５０８を通過して加工対象物５０９の表面又は内部に照射される。なお、リレーレンズ５０７及び対物レンズ５０８の位置は、加工対象物５０９の表面にレーザ光が集光するように調整されている。また、加工対象面は、照明５１０によって照らされており、ＣＣＤ５１１で加工中に加工形状を観察することも可能である。 In this embodiment, a Ti: Sapphire laser having a pulse width of 120 fs was used as the laser light source 501. The direction of polarization of the beam emitted from the laser light source 501 is adjusted by passing through the half-wave plate 502 and the Glan-Thompson prism 503. After the beam diameter is expanded by the beam expander 504, the intensity distribution is adjusted by the liquid crystal / polarization filter integrated element 505, and the polarization direction is changed by passing through another liquid crystal element 506. Thereafter, the laser light passes through the relay lens 507 and the objective lens 508 and is irradiated on the surface or inside of the workpiece 509. Note that the positions of the relay lens 507 and the objective lens 508 are adjusted so that the laser beam is focused on the surface of the workpiece 509. Further, the processing target surface is illuminated by the illumination 510, and it is possible to observe the processing shape during processing by the CCD 511.

上述したレーザ加工装置には、レーザ光の強度分布及び偏光方向を観察するシステムを付加することができる。形成される周期構造の周期や方向をより精密に制御するため、加工対象物へ入射される直前のレーザ光の強度分布及び偏光方向を観察しておくことが望ましい。 A system for observing the intensity distribution and polarization direction of laser light can be added to the laser processing apparatus described above. In order to control the period and direction of the periodic structure to be formed more precisely, it is desirable to observe the intensity distribution and polarization direction of the laser beam immediately before entering the workpiece.

本実施例のレーザ加工装置により、偏光方向の制御素子、偏光分離素子、光の分波器・合成器等の光学素子として用いられる微細構造を有する高精度な構造体の形成、及び、材料表面の特性を制御することができる。図６は、レーザ加工装置により対象物に形成された微細構造を示している。円筒形の材料６０１の上部に、円法線方向に周期的なリップル６０２が形成されている。周期的なリップル６０２が形成された円筒形の材料６０１に回転する円筒形部材６０３を押し付け場合、周期的なリップル６０２が形成されていないときに比べ、摩擦係数を低くすることができる。 By the laser processing apparatus of the present embodiment, formation of a high-precision structure having a fine structure used as an optical element such as a polarization direction control element, a polarization separation element, an optical demultiplexer / synthesizer, and a material surface It is possible to control the characteristics. FIG. 6 shows the fine structure formed on the object by the laser processing apparatus. A periodic ripple 602 is formed in the circular normal direction on the upper portion of the cylindrical material 601. When the rotating cylindrical member 603 is pressed against the cylindrical material 601 in which the periodic ripple 602 is formed, the friction coefficient can be lowered as compared with the case where the periodic ripple 602 is not formed.

また、本発明を適用したレーザ加工装置によって作成された数百ｎｍから数μｍの周期を持った構造体は、光を制御する反射型又は透過型の素子として偏光方向の制御素子、偏光分離素子、グレーティング素子、分波素子、合波素子などに用いることができる。さらに、本発明によって生成された構造体は、構造体の場所によって周期や周期方向などを調整することができるため、機能複合型の光学素子として用いることもできる。 A structure having a period of several hundreds of nanometers to several micrometers produced by a laser processing apparatus to which the present invention is applied includes a polarization direction control element and a polarization separation element as a reflection type or transmission type element for controlling light. It can be used for a grating element, a demultiplexing element, a multiplexing element, and the like. Furthermore, the structure generated according to the present invention can be adjusted as a period, a direction of the period, and the like depending on the location of the structure, and thus can be used as a combined function optical element.

図７は、本発明を適用したレーザ加工装置によって生成された光学素子にビームを入射した様子を示す図である。レーザ加工装置によって中空導波路７０２を有した透明材料７０１に周期構造７０３及び７０４を一括加工する（周期構造７０３と周期構造７０４の周期は異なっているものとする）。この透明材料７０１に波長λ１、λ２、及び、λ３を含むビーム７０５を入射すると、周期構造７０３において、波長λ１を持った光が漏れ光として、図６に示すように出射される。また、周期構造７０４においては、波長λ２を持った光が漏れ光として出射される。したがって、波長λ３を有した光のみが導波路７０２を通過する。以上に述べたように、本発明を適用したレーザ加工装置によって作成された加工対象物は、周期構造が導波路上に設けられているため分波器として役割を果たすことも可能である。 FIG. 7 is a diagram showing a state in which a beam is incident on an optical element generated by a laser processing apparatus to which the present invention is applied. The periodic structures 703 and 704 are collectively processed on the transparent material 701 having the hollow waveguide 702 by a laser processing apparatus (the periods of the periodic structure 703 and the periodic structure 704 are different). When a beam 705 including wavelengths λ1, λ2, and λ3 is incident on the transparent material 701, light having the wavelength λ1 is emitted as leakage light in the periodic structure 703 as shown in FIG. In the periodic structure 704, light having a wavelength λ2 is emitted as leakage light. Accordingly, only light having the wavelength λ3 passes through the waveguide 702. As described above, the object to be processed created by the laser processing apparatus to which the present invention is applied can also serve as a duplexer because the periodic structure is provided on the waveguide.

（ａ）は１／２波長板アレイを用いたレーザ加工法を示す図である。（ｂ）は１／２波長板アレイを通過したレーザ光の断面図である。(A) is a figure which shows the laser processing method using a 1/2 wavelength plate array. (B) is sectional drawing of the laser beam which passed the 1/2 wavelength plate array. （ａ）はＮＤフィルタを用いたレーザ加工法を示す図である。（ｂ）はＮＤフィルタを通過したレーザ光の断面図である。(A) is a figure which shows the laser processing method using ND filter. (B) is sectional drawing of the laser beam which passed the ND filter. （ａ）はグレイマスクを用いたレーザ加工法を示す図である。（ｂ）はグレイマスクを通過したレーザ光の断面図である。(A) is a figure which shows the laser processing method using a gray mask. (B) is sectional drawing of the laser beam which passed the gray mask. （ａ）は透明材料にレーザ光を入射した様子を示す図である。（ｂ）はレーザ光照射面に形成された変質部を示す図である。(A) is a figure which shows a mode that the laser beam was incident on the transparent material. (B) is a figure which shows the quality change part formed in the laser beam irradiation surface. 本発明を適用したレーザ加工装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the laser processing apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用したレーザ加工装置によって周期構造を施した円筒形の部材上で円筒部材を回転させた様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the cylindrical member was rotated on the cylindrical member which gave the periodic structure with the laser processing apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用したレーザ加工装置によって作成した分波器を示す図である。It is a figure which shows the branching filter produced with the laser processing apparatus to which this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

１０１、２０１、３０１、４０２レーザ光
１０２、２０３、３０３１／２波長板アレイ
１０３、２０４、３０５偏光方向が変更されたレーザ光
１０４レーザ光１０３の断面
１０５、２０５、３０６、５０９加工対象物
２０２、３０２ＮＤフィルタ
２０６、３０７加工対象物の断面
２０７、３０８加工部表面に形成された周期構造
３０４グレイマスク
４０１透明材料
４０３透明材料内部の加工面
４０４レーザ光照射によって形成された変質部
５０１レーザ光源
５０２１／２波長板
５０３グラントムソンプリズム
５０４ビームエキスパンダ
５０５液晶と偏光フィルタの一体素子
５０６液晶素子
５０７リレーレンズ
５０８対物レンズ
５１０照明
５１１ＣＣＤ
６０１円筒形の部材
６０２円筒形部材の円法線方向に形成された周期構造
６０３回転する円筒形部材
７０１透明材料
７０２中空導波路
７０３周期構造１
７０４周期構造２
７０５入射ビーム
７０６周期構造１より出射されるビーム
７０７周期構造２より出射されるビーム
７０８中空導波路を通過したビーム 101, 201, 301, 402 Laser light 102, 203, 303 Half-wave plate array 103, 204, 305 Laser light whose polarization direction has been changed 104 Cross section 105, 205, 306, 509 of laser light 103 Work object 202 , 302 ND filter 206, 307 Cross section 207, 308 of the object to be processed 304 Gray mask 401 Transparent material 403 Transparent material 403 Processing surface inside the transparent material 404 Deformed portion 501 formed by laser light irradiation 501 Laser light source 502 Half-wave plate 503 Glan-Thompson prism 504 Beam expander 505 Integrated element of liquid crystal and polarizing filter 506 Liquid crystal element 507 Relay lens 508 Objective lens 510 Illumination 511 CCD
601 Cylindrical member 602 Periodic structure formed in a circular normal direction of the cylindrical member 603 Rotating cylindrical member 701 Transparent material 702 Hollow waveguide 703 Periodic structure 1
704 Periodic structure 2
705 Incident beam 706 Beam emitted from the periodic structure 1 707 Beam emitted from the periodic structure 2 708 Beam that has passed through the hollow waveguide

Claims

レーザ光を発射する手段と、前記レーザ光のエネルギを調整する手段と、前記レーザ光を加工対象物へ導く手段と、前記加工対象物の表面又は内部にレーザ光を結像する手段とを有するレーザ加工装置において、
前記レーザ光の少なくとも一部の偏光方向を変調する変調手段を有することを特徴とするレーザ加工装置。 Means for emitting laser light, means for adjusting the energy of the laser light, means for guiding the laser light to the object to be processed, and means for imaging the laser light on the surface or inside of the object to be processed In laser processing equipment,
A laser processing apparatus comprising modulation means for modulating the polarization direction of at least a part of the laser light.

前記変調手段を介して出力されたレーザ光は２以上の異なる偏光方向を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser beam output through the modulation unit has two or more different polarization directions.

前記レーザ光の光量を調整する光量調整手段を有すること特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a light amount adjusting unit that adjusts a light amount of the laser light.

前記光量調整手段としてＮＤフィルタを用いたことを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。 4. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein an ND filter is used as the light amount adjusting means.

前記レーザ光が断続的に発光され、且つ、前記レーザ光の１回当たりの発光時間が１ｐｓ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser light is emitted intermittently, and the light emission time per one time of the laser light is 1 ps or less. 6.

前記レーザ光の偏光方向を変更する手段として液晶素子を用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein a liquid crystal element is used as means for changing a polarization direction of the laser light.

前記レーザ光の偏光方向を変更する手段として電場を加えると屈折率が変わる物質によって構成された電気光学素子を用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 6. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein an electro-optic element made of a substance that changes a refractive index when an electric field is applied is used as means for changing the polarization direction of the laser beam. .

前記レーザ光の偏光方向を変更する手段として磁場を加えることで光学的性質が変わる物質によって構成された磁気光学素子を用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 6. The laser according to claim 1, wherein a magneto-optical element made of a substance whose optical properties change by applying a magnetic field is used as means for changing the polarization direction of the laser light. Processing equipment.

前記レーザ光に強度分布を設ける手段を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising means for providing an intensity distribution in the laser light.

前記レーザ光の強度分布を一様にする手段を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising means for making the intensity distribution of the laser light uniform.

前記レーザ光の一部の強度を一様にする手段を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 10, further comprising means for making the intensity of a part of the laser light uniform.

前記加工対象物が金属であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the object to be processed is a metal.

前記加工対象物が透明材料であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the object to be processed is a transparent material.

前記レーザ光の強度分布及び偏光方向の少なくとも一方を観察する手段を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 13, further comprising means for observing at least one of an intensity distribution and a polarization direction of the laser light.

請求項１から１４のいずれか１項記載のレーザ加工装置によって周期構造が形成された構造体。 A structure in which a periodic structure is formed by the laser processing apparatus according to claim 1.

請求項１から１４のいずれか１項記載のレーザ加工装置によって周期構造が形成された光学素子。 An optical element having a periodic structure formed by the laser processing apparatus according to claim 1.

レーザ光を発射する工程と、前記レーザ光を加工対象物へ導く工程と、前記加工対象物の表面又は内部にレーザ光を結像する結像工程とを有するレーザ加工法において、
前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の少なくとも一部の偏光方向を変調する変調工程を有することを特徴とするレーザ加工法。 In a laser processing method having a step of emitting laser light, a step of guiding the laser light to an object to be processed, and an image forming step of forming an image of laser light on the surface or inside of the object to be processed,
A laser processing method comprising a modulation step of modulating the polarization direction of at least a part of the laser light after the laser light emission and before the imaging step.

前記変調工程を介して出力されたレーザ光は２以上の異なる偏光方向を有することを特徴とする請求項１７記載のレーザ加工法。 18. The laser processing method according to claim 17, wherein the laser beam output through the modulation step has two or more different polarization directions.

前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の光量を調整する光量調整工程を有すること特徴とする請求項１７又は１８記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to claim 17, further comprising a light amount adjustment step of adjusting a light amount of the laser light after the laser light emission and before the imaging step.

前記光量調整工程においてＮＤフィルタを用いることを特徴とする請求項１９記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to claim 19, wherein an ND filter is used in the light amount adjustment step.

前記レーザ光のパルス幅が１ｐｓ以下であることを特徴とする請求項１７から２０のいずれか１項記載のレーザ加工法。 21. The laser processing method according to claim 17, wherein a pulse width of the laser light is 1 ps or less.

前記レーザ光の偏光方向を変更する工程において液晶素子を用いたことを特徴とする請求項１７から２１のいずれか１項記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to any one of claims 17 to 21, wherein a liquid crystal element is used in the step of changing a polarization direction of the laser light.

前記レーザ光の偏光方向を変更する工程において電気光学素子を用いたことを特徴とする請求項１７から２１のいずれか１項記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to any one of claims 17 to 21, wherein an electro-optic element is used in the step of changing a polarization direction of the laser light.

前記レーザ光の偏光方向を変更する工程において磁気光学素子を用いたことを特徴とする請求項１７から２１のいずれか１項記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to any one of claims 17 to 21, wherein a magneto-optical element is used in the step of changing the polarization direction of the laser light.

前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光に強度分布を設ける工程を有することを特徴とする請求項１７から２４のいずれか１項記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to any one of claims 17 to 24, further comprising a step of providing an intensity distribution in the laser light after the laser light emission and before the imaging step.

前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の強度分布を一様にする工程を有することを特徴とする請求項１７から２５のいずれか１項記載のレーザ加工法。 26. The laser processing method according to claim 17, further comprising a step of making the intensity distribution of the laser light uniform after the laser light emission and before the imaging step.

前記レーザ光発射後、前記結像工程前に、前記レーザ光の一部の強度を一様にする工程を有することを特徴とする請求項１７から２６のいずれか１項記載のレーザ加工法。 27. The laser processing method according to claim 17, further comprising a step of making the intensity of a part of the laser light uniform after the laser light emission and before the imaging step.

前記加工対象物が金属であることを特徴とする請求項１７から２７のいずれか１項記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to any one of claims 17 to 27, wherein the processing object is a metal.

前記加工対象物が透明材料であることを特徴とする請求項１７から２７のいずれか１項記載のレーザ加工法。 The laser processing method according to any one of claims 17 to 27, wherein the object to be processed is a transparent material.