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フェムト秒レーザ誘起コヒーレントプラズモン遠方場によるナノプロセシング

Research Project

Project/Area Number 12J02684
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied optics/Quantum optical engineering
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

小原 豪  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsフェムト秒レーザ / ミー散乱 / 表面プラズモン遠方場 / LIPSS / LSFL / HSFL / FDTD / 表面プラズモン
Research Abstract

平成25年度は、フェムト秒レーザ誘起表面微細周期構造LIPSS、特に周期が照射光波長の半分以下であるHSFL (High Spatial Frequency LIPSS)の作製メカニズムの解明を主に行った。今までHSFLはフェムト秒レーザを用いて単一パルスのアブレーション閾値以下のフルエンスでマルチパルス照射した時に作製されてきた。今まで生成原理が未解明であったHSFLの成長過程を調べた。
作製実験結果と3D-FDTD法による光強度分布の計算結果から、表在する欠陥によるMie散乱由来でHSFL生成されることが分かった。4H-SiC結晶ではフェムト秒レーザの初期パルス照射により表面欠陥が生成された。HSFLはアブレーション過程で1パルスごとに長軸方向に伸長していくことがわかった。ガウス分布のレーザ照射スポットの中心部では、レーザ強度が高いためにSiC結晶が金属様となり表面プラズモン遠方場由来でLSFLが生成された。一方、照射スポットの周辺部においては4H-SiC結晶中のレーザ励起電子数密度が低いため、Mie散乱が支配的になりMie散乱遠方場由来でHSFLが生成されることが分かった。実験的にHSFLの成長過程を報告した論文はなく、重要な知見を得ることができた。HSFLの深さ方向のアブレーションについても3D-FDTD法による計算結果を用いて説明した。SiC半導体結晶は、結晶成長中に積層欠陥やSi欠陥などが発生しやすいので、精密なHSFLを作製するためには欠陥の少ない結晶を準備することが非常に重要である。また、HSFLは多パルスレーザアブレーションで成長していくために、基板が金属化しない低フルエンスレーザで非常に多くのパルス数を照射することで非常に深い溝のHSFLを生成することができるであろう。本研究で明らかにしたナノ周期構造作製技術は、電子工学、光工学、医療工学、機械工学まで非常に幅広い分野に渡る応用が期待される。本研究で得られた知見を基礎に、応用研究が発展することが期待される。例えば、光工学では高屈折率GaN系のLEDやLDの光取り出し端面にナノ周期構造を作製して、光の取り出し効率を向上できる。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] 招待論文 : Electron excitation effect on scattering near-field and far-field ablation material processing by femtosecond laser irradiation.2014

    • Author(s)
      Taira Enami, Go Obara, Mitsuhiro Terakawa, Minoru Obara
    • Journal Title

      Appl. Phys. A

      Volume: 114 Issue: 1 Pages: 253-259

    • DOI

      10.1007/s00339-013-8096-2

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of high spatial frequency periodic ripple structures on SiC crystal surfaces irradiated with successive femtosecond laser pulses2013

    • Author(s)
      Go Obara, Hisashi Shimizu, Taira Enami, Eric Mazur, Mitsuhiro Terakawa, Minoru Obara
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 21 Issue: 22 Pages: 26323-26334

    • DOI

      10.1364/oe.21.026323

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evolution of femtosecond laser-induced surface ripples on lithium niobate crystal surfaces2013

    • Author(s)
      Hisashi Shimizu, Go Obara, Mitsuhiro Terakawa, Eric Mazur, Minoru Obara
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 6

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Growth evolution of high spatial frequency LIPSS on SiC crystal surfaces2014

    • Author(s)
      Go Obara
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2014, LASE2014
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ, アメリカ合衆国
    • Year and Date
      2014-02-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Periodic surface nanopatterning controlled with preformed scattering structures excited by femtosecond laser irradiation2013

    • Author(s)
      小原 豪
    • Organizer
      SPIE Photonics West LASE2013
    • Place of Presentation
      サンフランシスコ アメリカ合衆国
    • Year and Date
      2013-02-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of Coherent Long-range Plasmon Polaritons Excited by a Femto second Laser for Nano Periodic Surface Patterning2012

    • Author(s)
      小原 豪
    • Organizer
      International Conference on Nanoscience Nanotechnology 2012
    • Place of Presentation
      パリ フランス
    • Year and Date
      2012-07-25
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Nonlinear optical effect of nano periodic surface patterning using coherent long-range surface plasmon polaritons excited by femtosecond laser2012

    • Author(s)
      小原 豪
    • Organizer
      The 8th Asia Pacific Laser Symposium (APLS 2012)
    • Place of Presentation
      黄山 中国
    • Year and Date
      2012-05-19
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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