JP2003241626A - ピコ秒レーザーによるホログラムの製造方法 - Google Patents
ピコ秒レーザーによるホログラムの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 干渉したフェムト秒レーザーを用いて、非感
光性材料に、不可逆的にホログラムを記録する場合、フ
ェムト秒レーザーパルスと空気および材料との非線型光
学相互作用により、パルスレーザーの波形が乱れ、この
ため、埋め込み型のホログラムを安定して記録できない
欠点があった。 【構成】 パルス幅τが９００フェムト秒＜τ≦１００
ピコ秒、レーザーパワーが１０μJ／パルス以上で、可
干渉性をもつレーザー光を発する固体レーザーを光源と
し、該レーザーからのパルス光を二つに分割し、２つの
ビームを時間的および空間的に制御し、ホログラムを記
録する基材表面または基材内部に集光し、二つのビーム
の集光スポットを時間的、空間的に合致させることによ
り干渉させ、基材表面に表面レリーフ型ホログラムある
いは基材内部に埋め込み型ホログラムを不可逆的に記録
することを特徴とする二ビームレーザー干渉露光法によ
るホログラムの製造方法。
光性材料に、不可逆的にホログラムを記録する場合、フ
ェムト秒レーザーパルスと空気および材料との非線型光
学相互作用により、パルスレーザーの波形が乱れ、この
ため、埋め込み型のホログラムを安定して記録できない
欠点があった。 【構成】 パルス幅τが９００フェムト秒＜τ≦１００
ピコ秒、レーザーパワーが１０μJ／パルス以上で、可
干渉性をもつレーザー光を発する固体レーザーを光源と
し、該レーザーからのパルス光を二つに分割し、２つの
ビームを時間的および空間的に制御し、ホログラムを記
録する基材表面または基材内部に集光し、二つのビーム
の集光スポットを時間的、空間的に合致させることによ
り干渉させ、基材表面に表面レリーフ型ホログラムある
いは基材内部に埋め込み型ホログラムを不可逆的に記録
することを特徴とする二ビームレーザー干渉露光法によ
るホログラムの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギー密度
を有する干渉したレーザーパルス光により、透明化合
物、半導体、有機物、または金属中に、微小ホログラム
を作成する方法、およびそれらのホログラムに関する。
を有する干渉したレーザーパルス光により、透明化合
物、半導体、有機物、または金属中に、微小ホログラム
を作成する方法、およびそれらのホログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザー光の干渉を利用して、ホログラ
ム素子または回折格子素子を作成する方法は、従来か
ら、良く知られた技術である。こうしたレーザー露光に
より作成された回折格子は、分光器用回折格子、分布帰
還型半導体レーザー用回折格子またはファイバーグレー
テング用回折格子などに使われている。これらの回折格
子作成には、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、アルゴンレーザー、
エキシマ−レーザーなど、連続光発振レーザーまたはナ
ノ秒パルスレーザーが使われている。これらのレーザー
は、光エネルギー密度が小さいので、被加工材料には感
光性が必要となる。本発明者らは、先に、フェムト秒レ
ーザー光干渉を利用して、ホログラム素子を作成する方
法を開発した。
ム素子または回折格子素子を作成する方法は、従来か
ら、良く知られた技術である。こうしたレーザー露光に
より作成された回折格子は、分光器用回折格子、分布帰
還型半導体レーザー用回折格子またはファイバーグレー
テング用回折格子などに使われている。これらの回折格
子作成には、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、アルゴンレーザー、
エキシマ−レーザーなど、連続光発振レーザーまたはナ
ノ秒パルスレーザーが使われている。これらのレーザー
は、光エネルギー密度が小さいので、被加工材料には感
光性が必要となる。本発明者らは、先に、フェムト秒レ
ーザー光干渉を利用して、ホログラム素子を作成する方
法を開発した。
【０００３】この方法では、フェムト秒レーザー光が高
エネルギー密度を有しているために、被加工材料は必ず
しも感光性を必要とせず、ほとんどすべての材料に回折
格子を記録できる。しかし、フェムト秒パルスは、パル
スピーク(peak)値エネルギーが高すぎるために、空気お
よびホログラム記録材料との非線型光学相互作用が大き
く、レーザー光伝播中に、レーザーパルスのコヒーレン
スが劣化し、安定にホログラムが記録しにくいという欠
点があった。
エネルギー密度を有しているために、被加工材料は必ず
しも感光性を必要とせず、ほとんどすべての材料に回折
格子を記録できる。しかし、フェムト秒パルスは、パル
スピーク(peak)値エネルギーが高すぎるために、空気お
よびホログラム記録材料との非線型光学相互作用が大き
く、レーザー光伝播中に、レーザーパルスのコヒーレン
スが劣化し、安定にホログラムが記録しにくいという欠
点があった。
【０００４】特に、基材内部に埋め込み型ホログラムを
形成するためには、基材内部を、高エネルギー値を有す
るレーザーパルスを伝播させることが不可欠で、波形が
乱れやすく、それを低減するために、基材の選定や、ホ
ログラムを記録する閾値以上で非線型効果が無視できる
程度にレーザーエネルギーを小さくする必要があり、そ
の許容幅が狭いために、所定の性能を持つホログラムを
記録する事が非常に難しかった。
形成するためには、基材内部を、高エネルギー値を有す
るレーザーパルスを伝播させることが不可欠で、波形が
乱れやすく、それを低減するために、基材の選定や、ホ
ログラムを記録する閾値以上で非線型効果が無視できる
程度にレーザーエネルギーを小さくする必要があり、そ
の許容幅が狭いために、所定の性能を持つホログラムを
記録する事が非常に難しかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、干渉し
たフェムト秒レーザーを用いて、非感光性材料に、不可
逆的にホログラムを記録する場合、フェムト秒レーザー
パルスと空気および材料との非線型光学相互作用によ
り、パルスレーザーの波形が乱れ、このため、埋め込み
型のホログラムを安定して記録できない欠点があった。
たフェムト秒レーザーを用いて、非感光性材料に、不可
逆的にホログラムを記録する場合、フェムト秒レーザー
パルスと空気および材料との非線型光学相互作用によ
り、パルスレーザーの波形が乱れ、このため、埋め込み
型のホログラムを安定して記録できない欠点があった。
【０００６】本発明は、これらの課題を解決しようとす
るもので、フェムト秒パルスを波長チャーピング(chirp
ing)することによって得られる、ピコ秒（１０-12秒）
領域のパルス幅τを有するお互いに干渉したレーザー光
を用いて、埋め込み型ホログラムを記録する方法を提供
するものである。本発明の方法では、位相整合を緩和さ
せるチャーピング手法により、レーザーエネルギーを保
ったままに、フェムト秒レーザーのパルス幅τを、９０
０フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒まで拡大したレーザー
パルス（以下ピコ秒パルスと呼ぶ）光を用いるもので、
２ビームレーザー干渉法により埋め込み型ホログラム
を、再現性良く、記録する事ができる。
るもので、フェムト秒パルスを波長チャーピング(chirp
ing)することによって得られる、ピコ秒（１０-12秒）
領域のパルス幅τを有するお互いに干渉したレーザー光
を用いて、埋め込み型ホログラムを記録する方法を提供
するものである。本発明の方法では、位相整合を緩和さ
せるチャーピング手法により、レーザーエネルギーを保
ったままに、フェムト秒レーザーのパルス幅τを、９０
０フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒まで拡大したレーザー
パルス（以下ピコ秒パルスと呼ぶ）光を用いるもので、
２ビームレーザー干渉法により埋め込み型ホログラム
を、再現性良く、記録する事ができる。
【０００７】パルス当りのエネルギーを一定にして、パ
ルス幅τを広げているので、エネルギーピーク値が減少
し、その結果、レーザーパルスと材料との非線型光学相
互作用が小さくなり、材料伝播中にもレーザー波形の乱
れが少なく、安定して、材料内部に埋め込み型ホログラ
ムを記録する事が可能になる。
ルス幅τを広げているので、エネルギーピーク値が減少
し、その結果、レーザーパルスと材料との非線型光学相
互作用が小さくなり、材料伝播中にもレーザー波形の乱
れが少なく、安定して、材料内部に埋め込み型ホログラ
ムを記録する事が可能になる。
【０００８】互いに干渉したフェムト秒レーザーを用い
て、埋め込み型ホログラムを記録する方法は、本発明者
により提案されているが、本発明は、その手法を改良
し、レーザーパルス幅τを９００フェムト秒＜τ≦１０
０ピコ秒にまで拡大する事により、埋め込み型ホログラ
ムを、基材内部の任意の深さに記録する、さらにそれら
のホログラムを多重に記録する方法を提供するものであ
る。
て、埋め込み型ホログラムを記録する方法は、本発明者
により提案されているが、本発明は、その手法を改良
し、レーザーパルス幅τを９００フェムト秒＜τ≦１０
０ピコ秒にまで拡大する事により、埋め込み型ホログラ
ムを、基材内部の任意の深さに記録する、さらにそれら
のホログラムを多重に記録する方法を提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、互いに干渉し
たピコ秒パルスを、基材に照射する事により、基材内部
に埋め込まれた１次元または２次元のホログラムを作成
する方法であり、さらに、それらのホログラムを同一基
材内部に、一個または複数個作成する方法である。
たピコ秒パルスを、基材に照射する事により、基材内部
に埋め込まれた１次元または２次元のホログラムを作成
する方法であり、さらに、それらのホログラムを同一基
材内部に、一個または複数個作成する方法である。
【００１０】すなわち、本発明は、パルス幅τが９００
フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒、レーザーパワーが１０
μJ／パルス以上で、可干渉性をもつレーザー光を発す
る固体レーザーを光源とし、該レーザーからのパルス光
を二つに分割し、２つのビームを時間的および空間的に
制御し、ホログラムを記録する基材表面または基材内部
に集光し、二つのビームの集光スポットを時間的、空間
的に合致させることにより干渉させ、基材表面に表面レ
リーフ型ホログラムまたは基材内部に埋め込み型ホログ
ラムを不可逆的に記録することを特徴とする二ビームレ
ーザー干渉露光法によるホログラムの製造方法である。
フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒、レーザーパワーが１０
μJ／パルス以上で、可干渉性をもつレーザー光を発す
る固体レーザーを光源とし、該レーザーからのパルス光
を二つに分割し、２つのビームを時間的および空間的に
制御し、ホログラムを記録する基材表面または基材内部
に集光し、二つのビームの集光スポットを時間的、空間
的に合致させることにより干渉させ、基材表面に表面レ
リーフ型ホログラムまたは基材内部に埋め込み型ホログ
ラムを不可逆的に記録することを特徴とする二ビームレ
ーザー干渉露光法によるホログラムの製造方法である。
【００１１】また、本発明は、モードロックチタンサフ
ァイヤレーザーが発するフェムト秒レーザーパルス光の
位相補償を緩和させ、パルス幅τを９００フェムト秒＜
τ≦１００ピコ秒に拡大したパルス光を用いることを特
徴とする上記のホログラムの製造方法である。また、本
発明は、空気の非線形性に基づくフェムト秒レーザー光
の３倍高調波または３倍和周波、または非線形光学結晶
に基づく２倍高調波または２倍和周波を用い、２つのビ
ームの集光スポットを時間的、空間的に合致させ、その
光学配置を保ったまま、該レーザーパルスのパルス幅τ
を、９００フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒に拡大して集
光スポットを時間的、空間的に合致させることを特徴と
す上記のホログラムの製造方法である。
ァイヤレーザーが発するフェムト秒レーザーパルス光の
位相補償を緩和させ、パルス幅τを９００フェムト秒＜
τ≦１００ピコ秒に拡大したパルス光を用いることを特
徴とする上記のホログラムの製造方法である。また、本
発明は、空気の非線形性に基づくフェムト秒レーザー光
の３倍高調波または３倍和周波、または非線形光学結晶
に基づく２倍高調波または２倍和周波を用い、２つのビ
ームの集光スポットを時間的、空間的に合致させ、その
光学配置を保ったまま、該レーザーパルスのパルス幅τ
を、９００フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒に拡大して集
光スポットを時間的、空間的に合致させることを特徴と
す上記のホログラムの製造方法である。
【００１２】また、本発明は、基材内部に、基材表面か
ら１０μｍ以上の深さに埋め込み型ホログラムを不可逆
的に記録することを特徴とする上記のホログラムの製造
方法である。また、本発明は、複数のレーザーパルスに
よって同一または異なる複数のホログラムを、一つの基
材内部の同一または異なる位置に多重記録することを特
徴とする上記のホログラムの製造方法である。また、本
発明は、基材表面または内部にホログラムを記録した
後、基材表面からの集光スポット深さを変化させ、さら
にホログラムを多重記録することを特徴とする上記のホ
ログラムの製造方法である。また、本発明は、上記のホ
ログラムの製造方法により、基材表面または内部にホロ
グラムを記録した後、基材を９０度回転させ、該ホログ
ラム上に、さらに上記のホログラムの製造方法により、
干渉したパルス光を照射することを特徴とする二次元ホ
ログラムの製造方法である。
ら１０μｍ以上の深さに埋め込み型ホログラムを不可逆
的に記録することを特徴とする上記のホログラムの製造
方法である。また、本発明は、複数のレーザーパルスに
よって同一または異なる複数のホログラムを、一つの基
材内部の同一または異なる位置に多重記録することを特
徴とする上記のホログラムの製造方法である。また、本
発明は、基材表面または内部にホログラムを記録した
後、基材表面からの集光スポット深さを変化させ、さら
にホログラムを多重記録することを特徴とする上記のホ
ログラムの製造方法である。また、本発明は、上記のホ
ログラムの製造方法により、基材表面または内部にホロ
グラムを記録した後、基材を９０度回転させ、該ホログ
ラム上に、さらに上記のホログラムの製造方法により、
干渉したパルス光を照射することを特徴とする二次元ホ
ログラムの製造方法である。
【００１３】また、本発明は、上記の方法により、可視
光に対して透明な化合物、半導体材料、または金属材料
に不可逆的に形成された表面レリーフ型ホログラム、埋
め込み型ホログラム、またはホログラムである。
光に対して透明な化合物、半導体材料、または金属材料
に不可逆的に形成された表面レリーフ型ホログラム、埋
め込み型ホログラム、またはホログラムである。
【００１４】本発明者らは、先に、従来行なわれていた
感光性材料を用いたレーザー光干渉露光ホログラム作成
法に替えて、フェムト秒レーザーを用いた二ビームホロ
グラム露光法を開発し、本来は感光性を持たない有機材
料、無機材料、半導体材料または、金属材料に、一つの
パルスから分岐した一対のパルス光で、ホログラムを記
録できる方法を実現し、特許出願した（特開2001-23600
2号公報、ＥＰ1,162,519号明細書）。
感光性材料を用いたレーザー光干渉露光ホログラム作成
法に替えて、フェムト秒レーザーを用いた二ビームホロ
グラム露光法を開発し、本来は感光性を持たない有機材
料、無機材料、半導体材料または、金属材料に、一つの
パルスから分岐した一対のパルス光で、ホログラムを記
録できる方法を実現し、特許出願した（特開2001-23600
2号公報、ＥＰ1,162,519号明細書）。
【００１５】この方法は、発振波長が８００ｎｍ付近の
近赤外領域で、該パルス幅τが９００＜τ≦１０フェム
ト秒、ピーク出力が１ＧＷ以上で、フーリェ限界または
それと近似できる固体フェムト秒レーザーを光源とし、
該レーザーからのパルスをビームスプリッターにより二
つに分割し、二つのビームを、光学遅延回路を介して時
間的に制御し、かつ微小回転する反射面が平面または凹
面の鏡を用いて空間的に制御し、ホログラムを記録する
基材表面または基材内部に、エネルギー密度１００ＧＷ
／ｃｍ２以上で集光し、二つのビームの集光スポットを
時間的および空間的に合致させることにより、高エネル
ギー照射によって生じる基材材料のアブレーションおよ
び／または基材材料の原子配列構造変化による基材表面
の形状変化および／または基材材料の屈折率変化によ
り、透明材料、半導体材料、または金属材料に不可逆的
にホログラムを記録する事を特徴とする二ビームレーザ
ー干渉露光法によるホログラムの製造方法である。
近赤外領域で、該パルス幅τが９００＜τ≦１０フェム
ト秒、ピーク出力が１ＧＷ以上で、フーリェ限界または
それと近似できる固体フェムト秒レーザーを光源とし、
該レーザーからのパルスをビームスプリッターにより二
つに分割し、二つのビームを、光学遅延回路を介して時
間的に制御し、かつ微小回転する反射面が平面または凹
面の鏡を用いて空間的に制御し、ホログラムを記録する
基材表面または基材内部に、エネルギー密度１００ＧＷ
／ｃｍ２以上で集光し、二つのビームの集光スポットを
時間的および空間的に合致させることにより、高エネル
ギー照射によって生じる基材材料のアブレーションおよ
び／または基材材料の原子配列構造変化による基材表面
の形状変化および／または基材材料の屈折率変化によ
り、透明材料、半導体材料、または金属材料に不可逆的
にホログラムを記録する事を特徴とする二ビームレーザ
ー干渉露光法によるホログラムの製造方法である。
【００１６】基材に高エネルギーを有するパルスレーザ
ー光を照射した際、レーザーエネルギーは、まず基材内
部の電子に吸収される。電子のエネルギーは、基材内部
の原子の振動エネルギー、すなわち、基材を構成する原
子の振動エネルギー、すなわち基材の熱エネルギーに移
るまでには、１００ピコ秒程度の時間が必要と考えられ
ている。電子エネルギーの密度が、閾値を越えると、基
材のアブレーションまたは、構造変化により、基材に不
可逆的な変化が起こる。干渉パターンでの明部と暗部の
間に閾値がくるように、単位面積あたりのレーザーエネ
ルギーを設定すれば、干渉パターンが基材に転写され、
基材にホログラムが不可逆的に記録される。
ー光を照射した際、レーザーエネルギーは、まず基材内
部の電子に吸収される。電子のエネルギーは、基材内部
の原子の振動エネルギー、すなわち、基材を構成する原
子の振動エネルギー、すなわち基材の熱エネルギーに移
るまでには、１００ピコ秒程度の時間が必要と考えられ
ている。電子エネルギーの密度が、閾値を越えると、基
材のアブレーションまたは、構造変化により、基材に不
可逆的な変化が起こる。干渉パターンでの明部と暗部の
間に閾値がくるように、単位面積あたりのレーザーエネ
ルギーを設定すれば、干渉パターンが基材に転写され、
基材にホログラムが不可逆的に記録される。
【００１７】すなわち、レーザーパルスの持続時間が１
００ピコ秒程度までは、電子系に蓄えられるエネルギー
はレーザーパルス光の有する全エネルギーのみに依存
し、パルスの時間幅に依らない。しかし、レーザーパル
ス幅τが１００ピコ秒程度より長くなると、レーザー照
射中にも、電子系のエネルギーが格子系などへ緩和する
ために、電子系に蓄えられるエネルギーは、励起レーザ
ーパルスの時間幅に依存する事になる。すなわち、ホロ
グラムの記録に使われる有効なレーザーエネルギーＥｆ
は、レーザーパルス幅をτ、レーザーパルス当りの全エ
ネルギーをＥｔとすれば、ａを比例定数として下記の式
で示される。 Ｅｆ＝ａ×Ｅｔ τ＜〜１００ピコ秒 ＝ａ×（Ｅｔ）×（〜１００ピコ秒／τ） τ＞〜１００ピコ秒
００ピコ秒程度までは、電子系に蓄えられるエネルギー
はレーザーパルス光の有する全エネルギーのみに依存
し、パルスの時間幅に依らない。しかし、レーザーパル
ス幅τが１００ピコ秒程度より長くなると、レーザー照
射中にも、電子系のエネルギーが格子系などへ緩和する
ために、電子系に蓄えられるエネルギーは、励起レーザ
ーパルスの時間幅に依存する事になる。すなわち、ホロ
グラムの記録に使われる有効なレーザーエネルギーＥｆ
は、レーザーパルス幅をτ、レーザーパルス当りの全エ
ネルギーをＥｔとすれば、ａを比例定数として下記の式
で示される。 Ｅｆ＝ａ×Ｅｔ τ＜〜１００ピコ秒 ＝ａ×（Ｅｔ）×（〜１００ピコ秒／τ） τ＞〜１００ピコ秒
【００１８】一方、レーザーパルスのエネルギーピーク
値は、Ｅｔ／τで与えられ、エネルギーピーク値が小さ
いほど、非線形効果の影響が軽減され、レーザービーム
は伝播中に、波形が劣化する程度が小さくなる。したが
って、Ｅｔを一定に保ったまま、レーザーパルスの時間
幅をフェムト秒のオーダーから１０ピコ秒程度にまで拡
大する事により、安定して、ホログラムを記録する事が
できる。特に、基材内部に埋め込まれたホログラムを記
録する場合には、レーザー光は基材内部を伝播させる必
要がある。基材内部伝播により生じる波形のゆがみを低
減するために、Ｅｆを閾値以上に設定し、パルス幅τを
１０ピコ秒程度に拡大し、ピーク値を低減させることに
より、基材表面から１０μｍ以上の深さに亘って、埋め
込み型ホログラムを作成する事ができる。
値は、Ｅｔ／τで与えられ、エネルギーピーク値が小さ
いほど、非線形効果の影響が軽減され、レーザービーム
は伝播中に、波形が劣化する程度が小さくなる。したが
って、Ｅｔを一定に保ったまま、レーザーパルスの時間
幅をフェムト秒のオーダーから１０ピコ秒程度にまで拡
大する事により、安定して、ホログラムを記録する事が
できる。特に、基材内部に埋め込まれたホログラムを記
録する場合には、レーザー光は基材内部を伝播させる必
要がある。基材内部伝播により生じる波形のゆがみを低
減するために、Ｅｆを閾値以上に設定し、パルス幅τを
１０ピコ秒程度に拡大し、ピーク値を低減させることに
より、基材表面から１０μｍ以上の深さに亘って、埋め
込み型ホログラムを作成する事ができる。
【００１９】ピコ秒パルスでは、レーザーパルスのピー
ク値が小さくなるために、空気または非線型光学結晶か
らの高調波発生が著しく弱くなるために、この原理に基
づいた、２つのパルス間の空間・時間一致を達成する方
法が適応できない。このために、まず、ピーク値の高い
フェムト秒レーザーで、２つのビームの空間・時間一致
を達成し、その後、光学系を変えずに、位相整合を緩和
するチャーピング方法により、レーザーパルス幅τを拡
大させれば、ピコ秒パルス間でも、時間および空間一致
が維持され、埋め込み型ホログラムを記録する事ができ
る。光ファイバー、光導波路などへ回折格子を書き込む
場合には、クラッド層の内側にあるコアー領域に書き込
む必要があり、埋め込みの深さは、１０μｍ〜２ｍｍが
要求されるが、本作成法では、埋め込み深さは、集光ス
ポットにより自由に制御できるので、埋め込み深さに制
限があるわけではない。
ク値が小さくなるために、空気または非線型光学結晶か
らの高調波発生が著しく弱くなるために、この原理に基
づいた、２つのパルス間の空間・時間一致を達成する方
法が適応できない。このために、まず、ピーク値の高い
フェムト秒レーザーで、２つのビームの空間・時間一致
を達成し、その後、光学系を変えずに、位相整合を緩和
するチャーピング方法により、レーザーパルス幅τを拡
大させれば、ピコ秒パルス間でも、時間および空間一致
が維持され、埋め込み型ホログラムを記録する事ができ
る。光ファイバー、光導波路などへ回折格子を書き込む
場合には、クラッド層の内側にあるコアー領域に書き込
む必要があり、埋め込みの深さは、１０μｍ〜２ｍｍが
要求されるが、本作成法では、埋め込み深さは、集光ス
ポットにより自由に制御できるので、埋め込み深さに制
限があるわけではない。
【００２０】レーザー媒体の利得には、波長幅があるた
め、レーザー共振器には、複数の波長成分が存在してい
る。これらがレーザー媒体中を伝播するときに、光波長
により速度が異なるために、レーザー共振器の物理的長
さは一定であるにも拘わらず、光学的な長さは波長によ
り異なることになる。したがって、波長によって共振器
周回時間に差が出ることになる。この波長による共振器
周回時間差を、プリズムなどを用いて位相補償し、すべ
ての波長の共振器周回時間差を零にすることができる。
こうした状態をモードロックという。
め、レーザー共振器には、複数の波長成分が存在してい
る。これらがレーザー媒体中を伝播するときに、光波長
により速度が異なるために、レーザー共振器の物理的長
さは一定であるにも拘わらず、光学的な長さは波長によ
り異なることになる。したがって、波長によって共振器
周回時間に差が出ることになる。この波長による共振器
周回時間差を、プリズムなどを用いて位相補償し、すべ
ての波長の共振器周回時間差を零にすることができる。
こうした状態をモードロックという。
【００２１】レーザー媒体の利得波長幅が小さいとき
は、モードロックされたレーザーパルスの時間幅はピコ
秒オーダーであるが、チタンサファイヤのように、利得
波長幅が広いレーザー媒体を使う事により、フェムト秒
レーザーパルスを得る事ができる。したがって、フェム
ト秒レーザー発振器に装備された位相補償回路を逆側に
操作させ、時間パルス幅τを９００フェムト秒＜τ≦１
ピコ秒まで拡大する事ができる。こうした状態は、波長
がチャーピングしていると呼ばれる。さらに、再生増幅
器に装備された位相補償回路（パルス圧縮回路）を調整
し、波長チャーピングすれば、パルス当りのエネルギー
を低減させる事なく、パルス幅τを９００フェムト秒＜
τ≦１００ピコ秒の範囲で変化させることができる。
は、モードロックされたレーザーパルスの時間幅はピコ
秒オーダーであるが、チタンサファイヤのように、利得
波長幅が広いレーザー媒体を使う事により、フェムト秒
レーザーパルスを得る事ができる。したがって、フェム
ト秒レーザー発振器に装備された位相補償回路を逆側に
操作させ、時間パルス幅τを９００フェムト秒＜τ≦１
ピコ秒まで拡大する事ができる。こうした状態は、波長
がチャーピングしていると呼ばれる。さらに、再生増幅
器に装備された位相補償回路（パルス圧縮回路）を調整
し、波長チャーピングすれば、パルス当りのエネルギー
を低減させる事なく、パルス幅τを９００フェムト秒＜
τ≦１００ピコ秒の範囲で変化させることができる。
【００２２】パルス幅τの変化は、ホログラム露光光学
系で、レーザービームを２つに分離する前に行なう事が
できるので、チャーピング操作により、レーザーパルス
幅τを変化させても、２つの集光ビームの時間・空間一
致の状況が変化することはない。９００フェムト秒＜τ
≦１００ピコ秒の範囲でホログラムを記録する事ができ
るが、望ましくは、パルス幅τは１ピコ秒＜τ≦１０ピ
コ秒である。
系で、レーザービームを２つに分離する前に行なう事が
できるので、チャーピング操作により、レーザーパルス
幅τを変化させても、２つの集光ビームの時間・空間一
致の状況が変化することはない。９００フェムト秒＜τ
≦１００ピコ秒の範囲でホログラムを記録する事ができ
るが、望ましくは、パルス幅τは１ピコ秒＜τ≦１０ピ
コ秒である。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の方法に用いるレ
ーザー干渉露光装置のシステム概念図である。フェムト
秒およびピコ秒レーザー光源から照射されたレーザービ
ームは、平面鏡Ｍ１により反射され、ビームスプリッタ
ーとして用いるハーフ鏡ＨＦ１で、ビームＢ１とビーム
Ｂ２に分けられる。ビームＢ１は、平面鏡Ｍ２と凹面鏡
Ｍ３で反射され、基材Ｓ１の表面または内部に集光す
る。凹面鏡Ｍ３の替わりに、平面鏡Ｍ３´と肉厚の薄い
レンズＬ１を用いても良い。ビームＢ２は、平面鏡Ｍ
４、平面鏡Ｍ５で反射され、さらに凹面鏡Ｍ６で反射さ
れ、基材Ｓ１の表面または内部に集光される。凹面鏡Ｍ
６の替わりにレンズＬ２と平面鏡とを用いてもよい。
ーザー干渉露光装置のシステム概念図である。フェムト
秒およびピコ秒レーザー光源から照射されたレーザービ
ームは、平面鏡Ｍ１により反射され、ビームスプリッタ
ーとして用いるハーフ鏡ＨＦ１で、ビームＢ１とビーム
Ｂ２に分けられる。ビームＢ１は、平面鏡Ｍ２と凹面鏡
Ｍ３で反射され、基材Ｓ１の表面または内部に集光す
る。凹面鏡Ｍ３の替わりに、平面鏡Ｍ３´と肉厚の薄い
レンズＬ１を用いても良い。ビームＢ２は、平面鏡Ｍ
４、平面鏡Ｍ５で反射され、さらに凹面鏡Ｍ６で反射さ
れ、基材Ｓ１の表面または内部に集光される。凹面鏡Ｍ
６の替わりにレンズＬ２と平面鏡とを用いてもよい。
【００２４】実線で示す光学パスは、透過型ホログラム
を作成する場合であるが、反射型ホログラムを作成する
場合は、太い点線で示す光学系を用いて、凹面鏡６で反
射したビームＢ２を平面鏡Ｍ７および平面鏡Ｍ８によっ
て、基材Ｓ１の内部に集光させる。凹面鏡Ｍ６に替え
て、レンズＬ２と平面鏡とを用いてもよい。なお、図１
に細い点線で示す様に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光を平面鏡
Ｍ９で反射させ、基材Ｓ１に照射し、その反射光からホ
ログラムの形成プロセスをモニターするようにしても良
い。
を作成する場合であるが、反射型ホログラムを作成する
場合は、太い点線で示す光学系を用いて、凹面鏡６で反
射したビームＢ２を平面鏡Ｍ７および平面鏡Ｍ８によっ
て、基材Ｓ１の内部に集光させる。凹面鏡Ｍ６に替え
て、レンズＬ２と平面鏡とを用いてもよい。なお、図１
に細い点線で示す様に、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光を平面鏡
Ｍ９で反射させ、基材Ｓ１に照射し、その反射光からホ
ログラムの形成プロセスをモニターするようにしても良
い。
【００２５】平面鏡Ｍ４と平面鏡Ｍ５は、光学遅延回路
として機能する。すなわち、平面鏡Ｍ４および平面鏡Ｍ
５をマイクロノギスで、１ミクロンのオーダーで微動さ
せ、ビームＢ１とビームＢ２の相対的な光路長差を調整
して、二ビームの集光スポットの時間的な一致を行う。
凹面鏡Ｍ３、凹面鏡Ｍ６、または平面鏡Ｍ８をマイクロ
ノギスを用いて微回転させ、二ビームの集光位置を空間
的に一致させる。レンズＬ１およびＬ２は、コヒーレン
スの劣化を防ぐため、可能な限り肉薄で、焦点距離の長
いものが好ましい。この配置では、基材Ｓ１でのビーム
の偏光面は平行である。作成された回折格子のフリンジ
間隔、レンズ機能を持たせた時の焦点距離などの光学パ
ラメーターは、従来の連続光を用いた二ビームレーザー
干渉露光法で得られるものと同様に求められる。基材Ｓ
１は、Ｘ―Ｙステージ上に置き、マイクロノギスを用い
て微動させ、基材Ｓ１の指定の位置に、ホログラムを記
録する。
として機能する。すなわち、平面鏡Ｍ４および平面鏡Ｍ
５をマイクロノギスで、１ミクロンのオーダーで微動さ
せ、ビームＢ１とビームＢ２の相対的な光路長差を調整
して、二ビームの集光スポットの時間的な一致を行う。
凹面鏡Ｍ３、凹面鏡Ｍ６、または平面鏡Ｍ８をマイクロ
ノギスを用いて微回転させ、二ビームの集光位置を空間
的に一致させる。レンズＬ１およびＬ２は、コヒーレン
スの劣化を防ぐため、可能な限り肉薄で、焦点距離の長
いものが好ましい。この配置では、基材Ｓ１でのビーム
の偏光面は平行である。作成された回折格子のフリンジ
間隔、レンズ機能を持たせた時の焦点距離などの光学パ
ラメーターは、従来の連続光を用いた二ビームレーザー
干渉露光法で得られるものと同様に求められる。基材Ｓ
１は、Ｘ―Ｙステージ上に置き、マイクロノギスを用い
て微動させ、基材Ｓ１の指定の位置に、ホログラムを記
録する。
【００２６】二ビームレーザー露光装置は、ミクロンス
ケールで、位置が制御できる光学系が必要であり、それ
に対応できる高精度の位置制御性をもつ装置として、精
細な制御が可能な光学遅延回路、微小回転できる平面鏡
と凹面鏡、および二ビームの集光合致の有無を検出でき
る機能を併せ持つ光学系により、二つのビームを基材上
または基材内部に集光して、時間的および空間的に、二
つの集光スポットを合致させる事を可能としたものであ
る。空気の３次非線形効果による３次高調波の強度をモ
ニターしながら、強度が最大になるように、光学遅延回
路を調整し、時間・空間一致を得る。空気の代わりに、
非線型光学結晶を用い、発生する二次高調波を利用する
事もできる。
ケールで、位置が制御できる光学系が必要であり、それ
に対応できる高精度の位置制御性をもつ装置として、精
細な制御が可能な光学遅延回路、微小回転できる平面鏡
と凹面鏡、および二ビームの集光合致の有無を検出でき
る機能を併せ持つ光学系により、二つのビームを基材上
または基材内部に集光して、時間的および空間的に、二
つの集光スポットを合致させる事を可能としたものであ
る。空気の３次非線形効果による３次高調波の強度をモ
ニターしながら、強度が最大になるように、光学遅延回
路を調整し、時間・空間一致を得る。空気の代わりに、
非線型光学結晶を用い、発生する二次高調波を利用する
事もできる。
【００２７】モードロック固体レーザーからの８００ｎ
ｍ近傍の近赤外領域の発振波長をもつ、１０μＪ以上の
高エネルギーを有する１００フェムト秒程度のパルスの
時間幅を持つレーザー光を、２つのビームに分けた後、
再び、２つのビームを一点に集光させる。この際、空気
の三次の非線型効果に基づく３倍高調波、または非線型
光学結晶からの２倍高調波または２倍和周波の強度をモ
ニターしながら、光学遅延回路およびビーム集光光学系
を調整して、二つの集光ビームを時間的、空間的に一致
させ、お互いに干渉させる。
ｍ近傍の近赤外領域の発振波長をもつ、１０μＪ以上の
高エネルギーを有する１００フェムト秒程度のパルスの
時間幅を持つレーザー光を、２つのビームに分けた後、
再び、２つのビームを一点に集光させる。この際、空気
の三次の非線型効果に基づく３倍高調波、または非線型
光学結晶からの２倍高調波または２倍和周波の強度をモ
ニターしながら、光学遅延回路およびビーム集光光学系
を調整して、二つの集光ビームを時間的、空間的に一致
させ、お互いに干渉させる。
【００２８】フェムト秒パルスの発振器として、近赤外
光で発振するファイバーレーザー及び固体レーザーを用
いることもできる。また、二つのビームが集光したスポ
ットと基材の指定位置との合致を可能とするために、基
材は、ミクロンオーダーで微小移動および、分のオーダ
ーで微小回転するステージ上に置かれている。さらに、
基材内部の特定の位置を検出するために、ステージ上の
基材を実体顕微鏡で観測する事ができる。
光で発振するファイバーレーザー及び固体レーザーを用
いることもできる。また、二つのビームが集光したスポ
ットと基材の指定位置との合致を可能とするために、基
材は、ミクロンオーダーで微小移動および、分のオーダ
ーで微小回転するステージ上に置かれている。さらに、
基材内部の特定の位置を検出するために、ステージ上の
基材を実体顕微鏡で観測する事ができる。
【００２９】二つのビームの時間的・空間的な一致を得
た後、その集光スポットに基材を設置する。二ビームの
時間・空間一致を得るときには、モードロックチタンサ
ファイヤレーザーのフェムト秒パルスレーザーを最大エ
ネルギー約１ｍＪ，時間幅約１００フェムト秒に再生増
幅したフェムト秒レーザーパルス光を用いる。
た後、その集光スポットに基材を設置する。二ビームの
時間・空間一致を得るときには、モードロックチタンサ
ファイヤレーザーのフェムト秒パルスレーザーを最大エ
ネルギー約１ｍＪ，時間幅約１００フェムト秒に再生増
幅したフェムト秒レーザーパルス光を用いる。
【００３０】基材として、バルクまたは薄膜のシリカガ
ラス、ＢＫ５ガラス、多成分ガラス、ＭｇＯ、ＬｉＮｂ
Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＹＳＺ
（イットリウム安定化ジルコニア）、ＡｌＮ、ＧａＮ、
ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、またはそれらの混合物を用いて埋
め込み型ホログラムを作成できる。
ラス、ＢＫ５ガラス、多成分ガラス、ＭｇＯ、ＬｉＮｂ
Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＹＳＺ
（イットリウム安定化ジルコニア）、ＡｌＮ、ＧａＮ、
ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、またはそれらの混合物を用いて埋
め込み型ホログラムを作成できる。
【００３１】また、基材として、バルクまたは薄膜のシ
リカガラス、ＢＫ５ガラス、多成分ガラス、ＭｇＯ、Ｌ
ｉＮｂＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、
ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＡｌＮ、Ｇ
ａＮ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ及びそれらの混合物を用いて
表面レリーフ型ホログラムを作成できる。さらに、基材
として、金、銀、白金、銅、ニッケル、クロム、アルミ
ニウム、カドミウム、タンタル、超硬合金、または金属
シリコンから選ばれる金属材料を用いて表面レリーフ型
ホログラムを作成できる。
リカガラス、ＢＫ５ガラス、多成分ガラス、ＭｇＯ、Ｌ
ｉＮｂＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、
ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＡｌＮ、Ｇ
ａＮ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ及びそれらの混合物を用いて
表面レリーフ型ホログラムを作成できる。さらに、基材
として、金、銀、白金、銅、ニッケル、クロム、アルミ
ニウム、カドミウム、タンタル、超硬合金、または金属
シリコンから選ばれる金属材料を用いて表面レリーフ型
ホログラムを作成できる。
【００３２】２つのビームを時間的、空間的に一致させ
た後、光学系をそのままにして、位相整合を緩和させる
波長チャーピング法により、レーザーパルス幅τを９０
０フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒（以下ピコ秒パルスと
呼ぶ）に拡大する。２つのビームの集光スポットに、基
材を設置し、一発のパルスにより、直径１００μｍ程度
のホログラムを記録する。
た後、光学系をそのままにして、位相整合を緩和させる
波長チャーピング法により、レーザーパルス幅τを９０
０フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒（以下ピコ秒パルスと
呼ぶ）に拡大する。２つのビームの集光スポットに、基
材を設置し、一発のパルスにより、直径１００μｍ程度
のホログラムを記録する。
【００３３】干渉したピコ秒レーザーの集光スポットを
基材の表面に設定し、基材表面に表面レリーフ型ホログ
ラムを形成できる。レーザーパルス幅τを長くすると、
表面レリーフ型ホログラムのフリンジの溝深さを深くす
ることができるので、表面レリーフ型ホログラムの回折
効率を向上させることができる。集光スポットを基材の
内部に設定すれば、埋め込み型ホログラムを記録でき
る。
基材の表面に設定し、基材表面に表面レリーフ型ホログ
ラムを形成できる。レーザーパルス幅τを長くすると、
表面レリーフ型ホログラムのフリンジの溝深さを深くす
ることができるので、表面レリーフ型ホログラムの回折
効率を向上させることができる。集光スポットを基材の
内部に設定すれば、埋め込み型ホログラムを記録でき
る。
【００３４】ホログラムを基材内部に記録するときは、
再生増幅器中の、位相補償器（パルス圧縮装置）を調整
して、パルス幅τを、９００フェムト秒＜τ≦１００ピ
コ秒の範囲で変化させ、ホログラムの記録に適した時間
幅を決める。例えば、ガラス材料に埋め込み型ホログラ
ムを作成するときには、２ピコ秒程度が望ましい。ピコ
秒レーザーパルスのエネルギーは、１０μＪ〜１ｍＪで
あり、集光スポットの大きさは、１００μｍ程度であ
り、空間密度は、１００〜０．１Ｊ／ｃｍ２である。
再生増幅器中の、位相補償器（パルス圧縮装置）を調整
して、パルス幅τを、９００フェムト秒＜τ≦１００ピ
コ秒の範囲で変化させ、ホログラムの記録に適した時間
幅を決める。例えば、ガラス材料に埋め込み型ホログラ
ムを作成するときには、２ピコ秒程度が望ましい。ピコ
秒レーザーパルスのエネルギーは、１０μＪ〜１ｍＪで
あり、集光スポットの大きさは、１００μｍ程度であ
り、空間密度は、１００〜０．１Ｊ／ｃｍ２である。
【００３５】ホログラムを記録した後、基材を前後左右
に移動させ、その後、干渉したレーザーパルスを照射す
る事により、基材に深さ方向、または平面方向に並んだ
複数のホログラムを記録する事ができる。また、ホログ
ラムを記録した後、基材を回転させ、干渉したレーザー
パルスを照射する事により、埋め込み型２次元ホログラ
ムを記録できる。
に移動させ、その後、干渉したレーザーパルスを照射す
る事により、基材に深さ方向、または平面方向に並んだ
複数のホログラムを記録する事ができる。また、ホログ
ラムを記録した後、基材を回転させ、干渉したレーザー
パルスを照射する事により、埋め込み型２次元ホログラ
ムを記録できる。
【００３６】実施例１
図１に示す２ビームレーザー干渉露光装置を用いた。す
なわち、レーザーは、再生増幅チタンサファイヤレーザ
ーで、発振中心波長は約８００ｎｍ、パルス幅τ約１０
０フェムト秒、パルスエネルギーは、それぞれのビーム
に対して、５０μＪ／パルスであった。レーザービーム
は、ハーフ鏡ＨＦ１で、二つに分けられ、レンズＬ１及
びレンズＬ２により集光される。ビームＢ１またはビー
ムＢ２に対する光学路内に、光学遅延回路及び光学路位
置あわせ回路を設置し、空気による３倍高調波の発生強
度を用いて、二つのビームの集光スポットを時間的およ
び空間的に合致させた。集光スポットの大きさは、約１
００μｍで、ピーク密度は約１J／ｃｍ２と計算され
る。ビームＢ１とビームＢ２の基材Ｓ１への入射角度
は、４５度とした。
なわち、レーザーは、再生増幅チタンサファイヤレーザ
ーで、発振中心波長は約８００ｎｍ、パルス幅τ約１０
０フェムト秒、パルスエネルギーは、それぞれのビーム
に対して、５０μＪ／パルスであった。レーザービーム
は、ハーフ鏡ＨＦ１で、二つに分けられ、レンズＬ１及
びレンズＬ２により集光される。ビームＢ１またはビー
ムＢ２に対する光学路内に、光学遅延回路及び光学路位
置あわせ回路を設置し、空気による３倍高調波の発生強
度を用いて、二つのビームの集光スポットを時間的およ
び空間的に合致させた。集光スポットの大きさは、約１
００μｍで、ピーク密度は約１J／ｃｍ２と計算され
る。ビームＢ１とビームＢ２の基材Ｓ１への入射角度
は、４５度とした。
【００３７】次に、光学回路をそのままにして、チタン
サファイヤレーザーの再生増幅器内パルス幅圧縮光学回
路を調整し、波長をチャーピングさせ、パルス当たりの
エネルギーは、１００μJに維持したまま、パルス幅τ
を１００フェムト秒から２ピコ秒に拡大した。この状態
では、二つのビームは集光点で、時間的、空間的に一致
している。集光点が、表面から１００μｍ程度になるよ
うに、シリカガラス基板を設置し、１発のピコ秒レーザ
ーパルスを照射した。光学顕微鏡で焦点深度を変えなが
らシリカガラス内部を観測し、シリカガラス内部に、約
１００μｍ径の微小ホログラムが記録されていることが
わかった。シリカガラスをホログラムが記録された部分
で切断し、その断面をフッ酸溶液でエッチングした。エ
ッチング後断面の走査型反射電子顕微鏡（SEM）像を図
２の（Ａ）および（Ｂ）に示す。図２の（Ｂ）は（Ａ）
の拡大写真である。シリカガラス表面から約１００μｍ
内部に、約７０μｍの厚さを有するホログラムが埋め込
まれていることが観測できた。
サファイヤレーザーの再生増幅器内パルス幅圧縮光学回
路を調整し、波長をチャーピングさせ、パルス当たりの
エネルギーは、１００μJに維持したまま、パルス幅τ
を１００フェムト秒から２ピコ秒に拡大した。この状態
では、二つのビームは集光点で、時間的、空間的に一致
している。集光点が、表面から１００μｍ程度になるよ
うに、シリカガラス基板を設置し、１発のピコ秒レーザ
ーパルスを照射した。光学顕微鏡で焦点深度を変えなが
らシリカガラス内部を観測し、シリカガラス内部に、約
１００μｍ径の微小ホログラムが記録されていることが
わかった。シリカガラスをホログラムが記録された部分
で切断し、その断面をフッ酸溶液でエッチングした。エ
ッチング後断面の走査型反射電子顕微鏡（SEM）像を図
２の（Ａ）および（Ｂ）に示す。図２の（Ｂ）は（Ａ）
の拡大写真である。シリカガラス表面から約１００μｍ
内部に、約７０μｍの厚さを有するホログラムが埋め込
まれていることが観測できた。
【００３８】厚さが約５０μｍより大きくなると、記録
閾値より大きなエネルギーをもつレーザービーム径が小
さくなるために、ホログラムの直径が次第に減少してい
く。埋め込み深さは、シリカガラス基板の移動距離、す
なわち、ピコ秒レーザーのシリカガラス基板中の焦点位
置をずらすことにより、約２ｍｍまで変化されることが
できた。以上から、干渉したピコ秒レーザーパルスを照
射し、シリカガラス表面から約２ｍｍの深さにまで埋め
込まれた、直径約１００μｍ、厚さ約７０μｍのホログ
ラムを、記録できることが示された。
閾値より大きなエネルギーをもつレーザービーム径が小
さくなるために、ホログラムの直径が次第に減少してい
く。埋め込み深さは、シリカガラス基板の移動距離、す
なわち、ピコ秒レーザーのシリカガラス基板中の焦点位
置をずらすことにより、約２ｍｍまで変化されることが
できた。以上から、干渉したピコ秒レーザーパルスを照
射し、シリカガラス表面から約２ｍｍの深さにまで埋め
込まれた、直径約１００μｍ、厚さ約７０μｍのホログ
ラムを、記録できることが示された。
【００３９】実施例２
図１に示す２ビームレーザー干渉露光装置を用いた。す
なわち、レーザーは、再生増幅チタンサファイヤレーザ
ーで、発振中心波長は約８００ｎｍ、パルス幅τ約１０
０フェムト秒、パルスエネルギーは、それぞれのビーム
に対して、５０μＪ／パルスであった。レーザービーム
は、ハーフ鏡ＨＦ１で、二つに分けられ、レンズＬ１及
びレンズＬ２により集光される。ビームＢ１またはビー
ムＢ２に対する光学路内に、光学遅延回路及び光学路位
置あわせ回路を設置し、空気による３倍高調波の発生強
度を用いて、二つのビームの集光スポットを時間的およ
び空間的に合致させた。
なわち、レーザーは、再生増幅チタンサファイヤレーザ
ーで、発振中心波長は約８００ｎｍ、パルス幅τ約１０
０フェムト秒、パルスエネルギーは、それぞれのビーム
に対して、５０μＪ／パルスであった。レーザービーム
は、ハーフ鏡ＨＦ１で、二つに分けられ、レンズＬ１及
びレンズＬ２により集光される。ビームＢ１またはビー
ムＢ２に対する光学路内に、光学遅延回路及び光学路位
置あわせ回路を設置し、空気による３倍高調波の発生強
度を用いて、二つのビームの集光スポットを時間的およ
び空間的に合致させた。
【００４０】集光スポットの大きさは、約１００μｍ
で、ピーク密度は約１J／ｃｍ２と計算される。ビーム
Ｂ１とビームＢ２の基材への入射角度は、４５度とし
た。次に、光学回路をそのままにして、再生チタンサフ
ァイヤレーザーの再生増幅器内のパルス幅圧縮光学回路
を調整し、波長をチャーピングさせ、パルス当たりのエ
ネルギーは、１００μJに維持したまま、パルス幅τを
１００フェムト秒から２ピコ秒に拡大した。この状態で
は、二つのビームは集光点で、時間的、空間的に一致し
ている。
で、ピーク密度は約１J／ｃｍ２と計算される。ビーム
Ｂ１とビームＢ２の基材への入射角度は、４５度とし
た。次に、光学回路をそのままにして、再生チタンサフ
ァイヤレーザーの再生増幅器内のパルス幅圧縮光学回路
を調整し、波長をチャーピングさせ、パルス当たりのエ
ネルギーは、１００μJに維持したまま、パルス幅τを
１００フェムト秒から２ピコ秒に拡大した。この状態で
は、二つのビームは集光点で、時間的、空間的に一致し
ている。
【００４１】集光点が、表面から１００μｍ程度の深さ
になるように、シリカガラス基板を設置し、１発のピコ
秒レーザーパルスを照射した。その後、シリカガラス基
板を、垂直方向に約３００μｍ移動させ、１発のピコ秒
レーザーパルスを照射した。さらに、約３００μｍ垂直
方向に移動し、１発のピコ秒レーザーパルスを照射し
た。光学顕微鏡により、シリカガラス中に、３つのホロ
グラムが垂直方向に多重記録されていることがわかる。
それらのホログラムの断面SEM像を図３に示す。１００
μｍ、３８０μｍ、６８０μｍのそれぞれの深さに埋め
込まれたホログラムが記録されていることが確認でき
た。
になるように、シリカガラス基板を設置し、１発のピコ
秒レーザーパルスを照射した。その後、シリカガラス基
板を、垂直方向に約３００μｍ移動させ、１発のピコ秒
レーザーパルスを照射した。さらに、約３００μｍ垂直
方向に移動し、１発のピコ秒レーザーパルスを照射し
た。光学顕微鏡により、シリカガラス中に、３つのホロ
グラムが垂直方向に多重記録されていることがわかる。
それらのホログラムの断面SEM像を図３に示す。１００
μｍ、３８０μｍ、６８０μｍのそれぞれの深さに埋め
込まれたホログラムが記録されていることが確認でき
た。
【００４２】実施例３
図１に示す２ビームレーザー干渉露光装置を用いた。す
なわち、レーザーは、再生チタンサファイヤレーザー
で、発振中心波長は約８００ｎｍ、パルス幅τ約１００
フェムト秒、パルスエネルギーは、それぞれのビームに
対して、５０μＪ／パルスであった。
なわち、レーザーは、再生チタンサファイヤレーザー
で、発振中心波長は約８００ｎｍ、パルス幅τ約１００
フェムト秒、パルスエネルギーは、それぞれのビームに
対して、５０μＪ／パルスであった。
【００４３】レーザービームは、ハーフ鏡ＨＦ１で、二
つに分けられ、レンズＬ１及びレンズＬ２により集光さ
れる。ビームＢ１またはビームＢ２に対する光学路内
に、光学遅延回路及び光学路位置あわせ回路を設置し、
空気による３倍高調波の発生強度を用いて、二つのビー
ムの集光スポットを時間的および空間的に合致させた。
集光スポットの大きさは、約１００μｍで、ピーク密度
は約１J／ｃｍ２と計算される。
つに分けられ、レンズＬ１及びレンズＬ２により集光さ
れる。ビームＢ１またはビームＢ２に対する光学路内
に、光学遅延回路及び光学路位置あわせ回路を設置し、
空気による３倍高調波の発生強度を用いて、二つのビー
ムの集光スポットを時間的および空間的に合致させた。
集光スポットの大きさは、約１００μｍで、ピーク密度
は約１J／ｃｍ２と計算される。
【００４４】ビームＢ１とビームＢ２の基材への入射角
度は、４５度とした。次に、光学回路をそのままにし
て、再生チタンサファイヤレーザーの再生増幅器内のパ
ルス幅圧縮光学回路を調整し、波長をチャーピングさ
せ、パルス当たりのエネルギーは、１００μJに維持し
たまま、パルス幅τを１００フェムト秒から２ピコ秒に
拡大した。この状態では、二つのビームは集光点で、時
間的、空間的に一致している。
度は、４５度とした。次に、光学回路をそのままにし
て、再生チタンサファイヤレーザーの再生増幅器内のパ
ルス幅圧縮光学回路を調整し、波長をチャーピングさ
せ、パルス当たりのエネルギーは、１００μJに維持し
たまま、パルス幅τを１００フェムト秒から２ピコ秒に
拡大した。この状態では、二つのビームは集光点で、時
間的、空間的に一致している。
【００４５】集光点が、表面から１００μｍ程度の深さ
になるように、シリカガラス基板を設置し、１発のピコ
秒レーザーパルスを照射した。次に、シリカガラス基板
を９０度回転させ、集光ビームが記録されたホログラム
に重なるように、シリカガラス基板位置を調整した後、
１発のピコ秒パルスを照射し、記録されたホログラムを
光学顕微鏡で観察した。シリカガラス基板表面から、焦
点深度を約１００μｍ程度ずらすことにより、図４に示
す二次元ホログラム像を観測できた。図４は、ホログラ
ム断面の走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示す写真
である。すなわち、干渉したピコ秒レーザーパルスの照
射により、埋め込まれた二次元ホログラムが記録できる
ことが示された。
になるように、シリカガラス基板を設置し、１発のピコ
秒レーザーパルスを照射した。次に、シリカガラス基板
を９０度回転させ、集光ビームが記録されたホログラム
に重なるように、シリカガラス基板位置を調整した後、
１発のピコ秒パルスを照射し、記録されたホログラムを
光学顕微鏡で観察した。シリカガラス基板表面から、焦
点深度を約１００μｍ程度ずらすことにより、図４に示
す二次元ホログラム像を観測できた。図４は、ホログラ
ム断面の走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示す写真
である。すなわち、干渉したピコ秒レーザーパルスの照
射により、埋め込まれた二次元ホログラムが記録できる
ことが示された。
【図１】図１は、本発明の方法に使用する２ビームレー
ザー干渉露光装置のシステム概念図である。
ザー干渉露光装置のシステム概念図である。
【図２】図２の（Ａ）および（Ｂ）は、実施例１で製造
したホログラム断面の走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥ
Ｍ）を示す図面代用写真（ＢはＡの拡大写真）である。
したホログラム断面の走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥ
Ｍ）を示す図面代用写真（ＢはＡの拡大写真）である。
【図３】図３は、実施例２で製造したホログラム断面の
走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示す図面代用写真
である。
走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示す図面代用写真
である。
【図４】図４は、実施例３で製造したホログラム断面の
走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示す図面代用写真
である。
走査型反射電子顕微鏡像（ＳＥＭ）を示す図面代用写真
である。
Ａ１ アパーチャー
Ｂ１，Ｂ２ レーザービーム
ＨＦ１ ハーフミラー
Ｌ１，Ｌ２ レンズ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ７，Ｍ８，Ｍ９ 平面鏡
Ｍ３，Ｍ６ 凹面鏡
Ｓ１ 基材
フロントページの続き
(72)発明者 三浦 泰祐
神奈川県川崎市中原区上小田中６−９−３
ニューゴールドコーポＩ306号室
(72)発明者 上岡 隼人
神奈川県川崎市高津区北見方１−21−20サ
ニーフラット205
Ｆターム(参考） 2H049 AA25 AA34 AA44 AA45 CA08
CA15 CA28 CA30
2K008 BB06 DD02 DD22 EE01 EE04
EE07 FF07 FF14 HH01
Claims (10)
- 【請求項１】 パルス幅τが９００フェムト秒＜τ≦１
００ピコ秒、レーザーパワーが１０μJ／パルス以上
で、可干渉性をもつレーザー光を発する固体レーザーを
光源とし、該レーザーからのパルス光を二つに分割し、
２つのビームを時間的および空間的に制御し、ホログラ
ムを記録する基材表面または基材内部に集光し、二つの
ビームの集光スポットを時間的、空間的に合致させるこ
とにより干渉させ、基材表面に表面レリーフ型ホログラ
ムまたは基材内部に埋め込み型ホログラムを不可逆的に
記録することを特徴とする二ビームレーザー干渉露光法
によるホログラムの製造方法。 - 【請求項２】 モードロックチタンサファイヤレーザー
が発するフェムト秒レーザーパルス光の位相補償を緩和
させ、パルス幅τを９００フェムト秒＜τ≦１００ピコ
秒に拡大したパルス光を用いることを特徴とする請求項
１記載のホログラムの製造方法。 - 【請求項３】 空気の非線形性に基づくフェムト秒レー
ザー光の３倍高調波または３倍和周波、または非線形光
学結晶に基づく２倍高調波または２倍和周波を用い、２
つのビームの集光スポットを時間的、空間的に合致さ
せ、その光学配置を保ったまま、該レーザーパルスのパ
ルス幅τを、９００フェムト秒＜τ≦１００ピコ秒に拡
大して集光スポットを時間的、空間的に合致させること
を特徴とす請求項１記載のホログラムの製造方法。 - 【請求項４】 基材内部に、基材表面から１０μｍ以上
の深さに埋め込み型ホログラムを不可逆的に記録するこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のホロ
グラムの製造方法。 - 【請求項５】 複数のレーザーパルスによって同一また
は異なる複数のホログラムを、一つの基材内部の同一ま
たは異なる位置に多重記録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ホログラムの製造方法。 - 【請求項６】 基材表面または内部にホログラムを記録
した後、基材表面からの集光スポット深さを変化させ、
ホログラムを多層記録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ホログラムの製造方法。 - 【請求項７】 基材表面または内部にホログラムを記録
した後、基材を９０度回転させ、該ホログラム上に、干
渉したパルス光を照射して二次元ホログラムを形成する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のホ
ログラムの製造方法。 - 【請求項８】 該基材として、バルクまたは薄膜のシリ
カガラス、ＢＫ５ガラス、多成分ガラス、ＭｇＯ、Ｌｉ
ＮｂＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、Ｙ
ＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、またはそれらの混合物を用い
ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の
ホログラムの製造方法。 - 【請求項９】 該基材として、金、銀、白金、銅、ニッ
ケル、クロム、アルミニウム、カドミウム、タンタル、
超硬合金、または金属シリコンから選ばれる金属材料を
用いることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記
載のホログラムの製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか一つに記載
された方法により、可視光に対して透明な化合物、半導
体材料、または金属材料に不可逆的に形成された表面レ
リーフ型ホログラム、埋め込み型ホログラム、またはホ
ログラム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036010A JP4124417B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | ピコ秒レーザーによるホログラムの製造方法 |
| US10/504,634 US7428085B2 (en) | 2002-02-13 | 2003-02-13 | Method for producing hologram by pico-second laser |
| EP03705133.1A EP1475678B2 (en) | 2002-02-13 | 2003-02-13 | Method for producing a hologram by picosecond laser |
| PCT/JP2003/001514 WO2003069416A1 (fr) | 2002-02-13 | 2003-02-13 | Procede de production d'hologrammes a l'aide d'un laser picoseconde |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036010A JP4124417B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | ピコ秒レーザーによるホログラムの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003241626A true JP2003241626A (ja) | 2003-08-29 |
| JP4124417B2 JP4124417B2 (ja) | 2008-07-23 |
Family
ID=27678072
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002036010A Expired - Lifetime JP4124417B2 (ja) | 2002-02-13 | 2002-02-13 | ピコ秒レーザーによるホログラムの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7428085B2 (ja) |
| EP (1) | EP1475678B2 (ja) |
| JP (1) | JP4124417B2 (ja) |
| WO (1) | WO2003069416A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008257223A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-10-23 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 構造体、構造体の形成方法、構造体形成装置、構造色及び／又は回折光読み取り方法、及び、真贋判定方法 |
| JP2012505427A (ja) * | 2008-10-09 | 2012-03-01 | ケンブリッジ エンタープライズ リミテッド | ホログラフィックセンサの製造方法 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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