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METHOD OF MANUFACTURING HOLOGRAM BY PICOSECOND LASER commons

Patent code P03P000845
File No. E060P21
Posted date Oct 1, 2003
Application number P2002-036010
Publication number P2003-241626A
Patent number P4124417
Date of filing Feb 13, 2002
Date of publication of application Aug 29, 2003
Date of registration May 16, 2008
Inventor
  • (In Japanese)細野 秀雄
  • (In Japanese)平野 正浩
  • (In Japanese)河村 賢一
  • (In Japanese)三浦 泰祐
  • (In Japanese)上岡 隼人
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title METHOD OF MANUFACTURING HOLOGRAM BY PICOSECOND LASER commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming micropolograms in a transparent compound, semiconductor, organic matter or metal by interfered laser pulses having a high energy density and these hologram.
SOLUTION: The method of manufacturing the holograms by a two-beam interference exposure method comprising using a solid-state laser emitting a laser beam of 900 femtosecond < τ≤100 picosecond in pulse width τ and ≥10 μJ/pulse in laser power having coherence as a light source and irreversibly recording the surface relief type hologram on the surface of a base material or the buried hologram within the base material by bisecting the pulse light from the laser, temporally and spatially controlling the two beams, condensing these beams onto or into the base material for recording the hologram, and temporally and spatially aligning the convergent spots of the two beams.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



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。



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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
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、1発のパルス光で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方法において、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】
 
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る請求項1記載のホログラムの製造方法。

【請求項3】
 
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又は2に記載のホログラムの製造方法。

【請求項4】
 
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又は2に記載のホログラムの製造方法。

【請求項5】
 
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又は2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又は2に記載のホログラムの製造方法。

【請求項7】
 
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、LiNbO3、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ることを特徴とする請求項1乃至6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、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6のいずれかにに記載のホログラムの製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002036010thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO HOSONO Transparent ElectroActive Materials AREA
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