Production of vertical electric field by mid-infrared vector beams for laser micro-machining

• Project/Area Number: 16K14125
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Production engineering/Processing studies
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: Higashiguchi Takeshi 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
• Research Collaborator: WAKAYAMA Toshitaka
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: ベクトルビーム / レーザー加工 / 中赤外レーザー / 縦電場 / 偏光解析 / 近赤外レーザー / 中赤外 / 炭酸ガスレーザー / 加工

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated the generation of the intense radially polarized mid-infrared optical vortex at a wavelength of 10.6 lm by use of a passive axially symmetric zinc selenide (ZnSe) waveplate with high energy pulse throughput. The phase of the radially polarized optical vortex with the degree of polarization of 0.95 was spirally distributed in regard to the angle. The converted laser beam energy of about 2.6 mJ per pulse was obtained at the input pulse energy of 4.9 mJ, corresponding to the energy conversion efficiency of 56%.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は，中赤外波長域におけるベクトルビームの発生と縦電場生成に関するものであり，その具体的応用例はレーザー切断加工である．これまでにないビーム形態により，加工面の違いが出てきた．将来のレーザー加工に一つの新しい方法が加わると考えている．また，この研究は，他の分野に広がる可能性もある．中赤外波長域でのベクトルビームと縦電場生成技術が確立されると，金属切断面を滑らかにするだけでなく，微細周期構造を生成できる可能性もある．また異なる分野として，高分子材料の配向技術や生体細胞関係，超高周波超マイクロ電子加速器の実現など，本研究をきっかけにして，幅広い分野への波及効果が期待できる．

Research Products

• [Int'l Joint Research] チェコ科学アカデミー物理部門HiLASE Centre(チェコ)
• [Int'l Joint Research] アイルランド国立大学ダブリン校(アイルランド)
• [Int'l Joint Research] HiLASE Centre(チェコ)
• [Int'l Joint Research] HiLASE Centre(チェコ)
• [Journal Article] Efficient near-infrared supercontinuum beam generation in ytterbium-doped double-clad passive fiber (2019)
  • Author(s): Misaki Shoji, Natsumi Shinozaki, Takuya Gisuji, Yusuke Fujii, Masayuki Iigo, Kenji Yamane, Kazuyuki Sakaue, Taisuke Miura, and Takeshi Higashiguchi
  • Journal Title: Journal of the Optical Society of America B Volume: 36 Issue: 1 Pages: 48-52
  • DOI: 10.1364/josab.36.000048
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Demonstration of a terahertz pure vector beam by tailoring geometric phase (2018)
  • Author(s): Wakayama Toshitaka、Higashiguchi Takeshi、Sakaue Kazuyuki、Washio Masakazu、Otani Yukitoshi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-018-26964-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Influence of short pulse duration of carbon dioxide lasers on extreme ultraviolet emission from laser-produced plasmas (2018)
  • Author(s): Amano Reiho、Dinh Thang-Hung、Sasanuma Atsushi、Arai Goki、Hara Hiroyuki、Fujii Yusuke、Hatano Tadashi、Ejima Takeo、Jiang Weihua、Sunahara Atsushi、Takahashi Akihiko、Nakamura Daisuke、Okada Tatsuo、Sakaue Kazuyuki、Miura Taisuke、O’Sullivan Gerry、Higashiguchi Takeshi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 57 Issue: 7 Pages: 070311-070311
  • DOI: 10.7567/jjap.57.070311
  • NAID: 210000149245
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional measurement of an inner surface profile using a supercontinuum beam (2018)
  • Author(s): Toshitaka Wakayama, Yuta Takahashi, Yuichi Ono, Yusuke Fujii, Takuya Gisuji, Takuto Ogura, Natsumi Shinozaki, Shun Yamauchi, Misaki Shoji, Hiromu Kawasaki, Takeshi Higashiguchi, and Toru Yoshizawa
  • Journal Title: Applied Optics Volume: 57 Issue: 19 Pages: 5371-5379
  • DOI: 10.1364/ao.57.005371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deep-hole drilling of amorphous silica glass by extreme ultraviolet femtosecond pulses (2018)
  • Author(s): Tatsunori Shibuya, Takashi Takahashi, Kazuyuki Sakaue, T. -H. Dinh, Hiroyuki Hara, Takeshi Higashiguchi, Masahiko Ishino, Yuya Koshiba, Masaharu Nishikino, Hiroshi Ogawa, Masahito Tanaka, Masakazu Washio, Yohei Kobayashi, Ryunosuke Kuroda
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 113 Issue: 17 Pages: 171902-171902
  • DOI: 10.1063/1.5046125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of the determined vectorial vortex beams by use of an achromatic axially symmetric waveplate (2017)
  • Author(s): Toshitaka Wakayama, Takeshi Higashiguchi, and Yukitoshi Otani
  • Journal Title: Optical Review Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 449-461
  • DOI: 10.1007/s10043-017-0315-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lasing and thermal characteristics of Yb:YAG/YAG composite with atomic diffusion bonding (2017)
  • Author(s): Siva Sankar Nagisetty, Patricie Severova, Taisuke Miura, Martin Smrz, Hitoe Kon, Miyuki Uomoto, Takehito Shimatsu, Masato Kawasaki, Takeshi Higashiguchi, Akira Endo, and Tomas Mocek
  • Journal Title: Laser Physics Letters Volume: 14 Issue: 1 Pages: 015001-015001
  • DOI: 10.1088/1612-202x/14/1/015001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 小型高平均出力高繰り返しレーザーの開発とその応用 (2019)
  • Author(s): 東口 武史
  • Organizer: 「新世代パルスパワー技術で拓くプラズマ・ビーム物理と応用の新展開」研究会
• [Presentation] 高強度極端紫外線パルスによる誘電体の非熱的レーザー加工 (2018)
  • Author(s): 澁谷 達則，高橋 孝，坂上 和之，ヂン タンフン，原 広行，東口 武史，石野 雅彦，小柴 裕也，錦野 将元，小川 博嗣，田中 真人，鷲尾 方一，小林 洋平，黒田 隆之助
  • Organizer: 第15回日本加速器学会年会
• [Presentation] EUV laser irradiation system with intensity monitor (2018)
  • Author(s): Masahiko Ishino, Thanh-Hung Dinh, Noboru Hasegawa, Kazuyuki Sakaue, Takeshi Higashiguchi, Satoshi Ichimaru, Masataka Hatayama, Masakazu Washio, Masaharu Nishikino, and Tetsuya Kawachi
  • Organizer: 16th International Conference on X-Ray Lasers (ICXRL 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient Water-window Soft X-ray UTA Sources for in vivo Bio-imaging (2018)
  • Author(s): Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: International Conference on Atomic and Molecular Data and Their Applications (ICAMDATA)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mid-IR generation pumped by a home-made 10-kHz Yb:YAG active mirror regenerative amplifier (2018)
  • Author(s): Shun Yamauchi, Natsumi Shinozaki, Takuto Ogura, Keigo Maeda, Yuta Shimada, Hiromu Kawasaki, Misaki Shoji, and Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: The 2nd QST International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 材料加工応用に向けたコヒーレント軟Ｘ線レーザーによる表面アブレーション (2018)
  • Author(s): 錦野 将元，石野 雅彦，T-H Dinh，長谷川 登，Faenov A，Pikuz T，市丸 智，木下 博雄，坂上 和之，東口 武史，犬伏 雄一，今 亮，大和田 成起，羽多野 忠，鷲尾 方一，末元 徹，河内 哲哉
  • Organizer: 第65回応用物理学会 春季学術講演会
  • Invited
• [Presentation] Demonstration of laser oscillation of an Yb-doped Y2O3 composite disk by use of atomic diffusion bonding in room temperature (2017)
  • Author(s): Takeshi Higashiguchi, Syun Yamauchi, Yusuke Fujii, Natsumi Shinozaki, Takuto Ogura, Miyuki Uomoto, Takehito Shimatsu, Taisuke Miura, and Tomas Mocek
  • Organizer: 2017 5th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] フェムト秒極端紫外レーザー光による有機薄膜のアブレーションに関する研究 (2017)
  • Author(s): 坂上 和之，石野 雅彦，井谷 俊郎，犬伏 雄一，市丸 智，大和田 成起，小倉 拓人，木下 博雄，小柴 裕也，今 亮，Julius Santillan，篠崎 夏美，高橋 孝，田村 賢紀，Dinh-Thanh Hung，錦野 将元，西留 武宏，羽多野 忠，原 広行，東口 武史，山内 駿．鷲尾 方一
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] フェムト秒極端紫外レーザー光照射によるEUV多層膜のアブレーション (2017)
  • Author(s): 市丸 智，錦野 将元，石野 雅彦，木下 博雄，犬伏 雄一，東口 武史，鷲尾 方一，坂上 和之，大和田 成起，羽多野 忠，畑山 雅俊，大知 渉之，Dinh-Thanh Hung，今 亮，原 広行，山内 駿，小倉 拓人，篠崎 夏美，小柴 裕也，高橋 孝，西留 武宏，奥 哲
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 超短パルス軟Ｘ線レーザー照射によるアブレーション (2017)
  • Author(s): 石野 雅彦，ヂン タンフン，ファエノフ アナトリ，犬伏 雄一，市丸 智，大和田 成起，河内 哲哉，木下 博雄，今 亮，坂上 和之，末元 徹，ピクツ タチアナ，保 智己，錦野 将元，長谷川 登，羽多野 忠，東口 武史，鷲尾 方一
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ラジアル偏光内の渦成分の低減 (2017)
  • Author(s): 若山 俊隆，東口 武史，坂上 和之，鷲尾 方一，大谷 幸利
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ベクトルビームの偏光分布のシングルショット決定 (2017)
  • Author(s): 若山 俊隆，東口 武史，坂上 和之，鷲尾 方一，大谷 幸利
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 渦成分を低減したラジアル偏光ビームの実証 (2017)
  • Author(s): 若山 俊隆，東口 武史，坂上 和之，鷲尾 方一，大谷 幸利
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 渦成分を低減したラジアル偏光の実証 (2017)
  • Author(s): 若山 俊隆，坂上 和之，東口 武史
  • Organizer: 高強度レーザー・ビーム技術と短波長光源に関する研究会
• [Presentation] A 10-Hz short pulse CO2 laser system for extreme ultraviolet source (2016)
  • Author(s): Reiho Amano, Thanh-Hung Dinh, Atsushi Sasanuma, Goki Arai, Yusuke Fujii, Akihiko Takahashi, Daisuke Nakamura, Tatsuo Okada, Taisuke Miura, and Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: 15th International Conference on X-Ray Lasers 2016
  • Place of Presentation: Nara Kasugano International Forum, Iraka, Nara, Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザー生成プラズマ軟X線光源の開発 (2016)
  • Author(s): ヂン タンフン，天野 玲保，笹沼 淳史，荒居 剛己，藤井 雄介，高橋 昭彦，中村 大輔，岡田 龍雄，三浦 泰祐，錦野 将元，東口 武史
  • Organizer: レーザーのカオス・ノイズダイナミクスとその応用研究会
  • Place of Presentation: 日亜化学工業株式会社横浜技術研究所 (神奈川県横浜市)
• [Presentation] Recent results in Utsunomiya University: from laboratory experiments to extreme condition experiments (2016)
  • Author(s): Takeshi Higashiguchi
  • Organizer: Ireland Japan Collaboration Workshop
  • Place of Presentation: University College Dublin, Dublin, Ireland
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] EUV・軟X線光源データベース実験とレーザー開発 (2016)
  • Author(s): 東口 武史
  • Organizer: 高強度レーザー・ビーム技術と短波長光源に関する研究会 [電気学会・東京支部新潟支所講演会]
  • Place of Presentation: まちなかキャンパス長岡 (新潟県長岡市)
• [Presentation] 高強度ベクトルビームパルスの発生とシングルショット偏光検出によるSTED顕微鏡への応用 (2016)
  • Author(s): 若山 俊隆，及川 大基，笹沼 淳史，荒居 剛己，藤井 雄介，ヂン タンフン，東口 武史
  • Organizer: 高強度レーザー・ビーム技術と短波長光源に関する研究会
  • Place of Presentation: まちなかキャンパス長岡 (新潟県長岡市)
• [Presentation] 高出力・高繰り返し短パルスレーザーについての研究 (2016)
  • Author(s): 藤井 雄介，三浦 泰祐，Tomas Mocek．東口 武史
  • Organizer: 高強度レーザー・ビーム技術と短波長光源に関する研究会
  • Place of Presentation: まちなかキャンパス長岡 (新潟県長岡市)
• [Remarks] 宇都宮大学 工学研究科 電気電子システム工学専攻 東口研究室
  • URL: http://photonics.sixcore.jp
• [Patent(Industrial Property Rights)] 広帯域レーザー出力装置 (2016)
  • Inventor(s): 東口 武史
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人宇都宮大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-127278
  • Filing Date: 2016-06-28