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屈折率時空間観測法によるフェムト秒レーザー内部加工の動的過程の観測

Research Project

Project/Area Number 18760548
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Material processing/treatments
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

坂倉 政明  Kyoto University, 産官学連携センター, 産学官連携助教 (90402958)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000)
Fiscal Year 2007: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2006: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Keywordsフェムト秒レーザー / 微細加工 / ガラス / ダイナミクス / レンズ効果 / 時間分解 / 圧力波 / 熱拡散
Research Abstract

本研究課題の目的は、屈折率分布変化ダイナミクスの観測装置を開発し、それを用いてレーザー照射後の応力緩和過程と圧力波発生、熱拡散過程を観測することで、ガラス内部のフェムト秒レーザー加工のメカニズムを明らかにすることである。本年度は、材質の異なるガラス・繰り返し周波数・レーザーのパルス幅・照射エネルギーに関する圧力波発生過程や熱拡散過程の違いや、最終的な構造変化と圧力波発生の関係を明らかにすることを目的とした。
(1)様々な条件での圧力波測定
パルス幅が一定の場合、圧力波発生過程は主にガラスのバンドギャップや熱膨張係数や弾性係数によって決まるが、パルス幅を変化させた時の圧力波のレーザー強度依存の変化がガラスの種類に大きく依存することが明らかになった。特に、多数の元素から構成されるガラスと構成元素数が少ない石英ガラスを比較すると、石英ガラスの方がパルス幅の変化に対して現象が2倍以上敏感であることが明らかになった。また、原子レベルでの構造変化と圧力波との関係を調べると、圧力波の強度と高密度構造に由来する原子配置(Si-0のリングの数)の量に相関があることが明らかになった。
(2)熱拡散過程と熱蓄積
レーザー照射の繰り返しが200kHz以上になると、温度降下が起こる前に次のレーザーパルスが照射されるため、熱の蓄積が構造変化に影響することが広く知られているが、熱蓄積によってどの程度の温度上昇が材料内部で起こっているのか、全く明らかにされていなかった。今年度の研究で、熱拡散測定と高温下でのレーザー照射と異なる二点にレーザーを照射する実験を行うことで、レーザー照射領域の中央と周囲での温度分布を明らかにした。ここで得られた温度分布は、熱による材料の変形の原因を知る上で非常に有用な情報である。

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2008 2007

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Observation of pressure wave generated by focusing a femtosecond laser pulse inside a class2007

    • Author(s)
      Masaaki Sakakura, Masahide Terazima, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura, Kazuyuki Hirao
    • Journal Title

      Optics Express 15

      Pages: 5674-5686

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Heating and rapid cooling of bulk glass after photoexcitation by a focused femtosecond laser pulse2007

    • Author(s)
      Masaaki Sakakura, Masahide Terazima, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura,
    • Journal Title

      Optics Express 25

      Pages: 16800-16807

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] レーザーによるガラスの内部構造改質2007

    • Author(s)
      三浦清貴, 坂倉政明, 平尾一之
    • Journal Title

      オプトロニクス 302

      Pages: 90-98

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Journal Article] Application of Femtosecond-Laser Induced Nanostructures in Optical Memory2007

    • Author(s)
      Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura, J. Qiu, P. G. Kazansky, K. Hirao
    • Journal Title

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7

      Pages: 94-104

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoconversion of copper flakes to nanowires with ultrashort pulse laser irradiation2007

    • Author(s)
      Y. Shimotsuma, T. Yuasa, H. Homma, M. Sakakura. A. Nakao, K. Miura, K. Hirao, M. Kawasaki, J. Qiu, P. G. Kazansky
    • Journal Title

      Chemistry of Materials 19

      Pages: 1206-1208

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] フェムト秒レーザーを用いた透明媒質内部加工における変形過程とエネルギー散逸過程の観測法2007

    • Author(s)
      坂倉政明, 寺嶋正秀, 三浦清貴, 平尾一之
    • Journal Title

      レーザー研究 35

      Pages: 109-115

    • NAID

      10018544556

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] フェムト秒レーザーによる微細内部加工での物質の変形過程の超高速観測2007

    • Author(s)
      坂倉政明
    • Journal Title

      オプトロニクス 302

      Pages: 118-123

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] 集光フェムト秒レーザーでガラス内部に誘起される圧力波のパルス幅依存2008

    • Author(s)
      坂倉政明, 寺嶋正秀, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
    • Organizer
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      日本大学理工学部 船橋キャンパス
    • Year and Date
      2008-03-29
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] ガラス内部へのフェムト秒レーザー二点同時照射における熱干渉の影響2008

    • Author(s)
      清水雅弘, 坂倉政明, 寺嶋正秀, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
    • Organizer
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      日本大学理工学部 船橋キャンパス
    • Year and Date
      2008-03-29
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] ガラスの内部加工にともなうレーザー誘起圧力波の観測2008

    • Author(s)
      坂倉政明, 寺嶋正秀, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
    • Organizer
      衝撃波シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2008-03-18
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamics of bulk modification inside glass by femtosecond laser2007

    • Author(s)
      Masaaki Sakakura, Masahide Terazima, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura,
    • Organizer
      Fundamentals of. Laser Assisted Micro-& Nanotechnologies.
    • Place of Presentation
      Pushikin, Russia
    • Year and Date
      2007-06-26
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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