透光性材料を用いたパルスレーザー穴あけプロセスの解明:加工穴内部の時間分解観察

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650736
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 伊藤 義郎 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (60176378)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 奨 長岡工業高等専門学校, 電気科, 助教授 (10217854)
• Keywords: レーザー / アブレーション / 表面現象 / レーザー加工 / 穴あけ / レーザー誘起プラズマ / 時間分解観察 / イメージング

Research Abstract

本研究では、パルス幅が10ナノ秒以下の赤外レーザーが試料に当たっている間の、表面および加工穴内部の状態と現象をナノ秒の時間分解能で観察するため、短パルス可視レーザー光を光源とする、ストロボスコピック撮影法を試みた。試料としては、システムの開発用に、まず金属を使用した。現有のYAGレーザーからの赤外光を2分割し、その一方を現有の高調波発生器に導き可視光を発生させ、残りを材料の照射に利用した。赤外レーザー光を試料表面、あわせて可視パルス光を、適当なディレイをおいて照射し、その反射あるいは透過光により、試料表面CCDカメラで記録した。材料照射用のレーザーとのタイミングは光学的遅延回路(オプティカルディレイ)を用いて、ナノ秒単位で変化させた。この測定手法を確立し、幾つかの新しい知見を得たので、このナノ秒の時間分解能を有するイメージングシステムを、透光性試料内部の観察にも適用可能なように改良を行った。表面と内部の様子を同時にイメージングすることを目指している。
試料には、アクリル、ガラス等を用いる事として、試料表面および加工穴内部の状態の撮影を試みた。現在のところ、照明光レーザー光の強度が、高いためと空間モードが均一でないため、空間フィルターによるモードの改善と、そのモードを壊さずに減光するためのアテネータを開発中である。また、照射パルス数を指定して撮影し、その画像データをPCで処理するためのタイミング回路を製作、調整を行っている。

Research Products

• [Publications] Y.Ito: "Jet-like Plasma Formation in Laser Ablation of Metals Observed by Nanosecond Imaging Technique in Gases"Proceedings of ICALEO '99. LIA(印刷中). (2000)
• [Publications] Y.ITO: "Nanosecond laser ablation of metals in gases observed by photoacoustic and imaging techniques"Proceedings of SPIE, High-Power Laser Ablation III. 4065(発表予定). (2000)
• [Publications] 小黒 勇: "レーザーアブレーション現象におけるパルス数の影響"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. 466 (1999)
• [Publications] 伊藤 義郎: "アルミのレーザーアブレーション-ナノ秒レーザーを用いた高速イメージングによる検討"電気加工学会全国大会(1999)講演論文集. 111-114 (1999)
• [Publications] 清久 悟志: "レーザーアブレーションにより発生したジェット状プラズマのナノ秒イメージング -レーザーパルス波形の影響-"日本機械学会北陸信越支部第37期総会・講演会講演論文集. 007-1. 249-250 (2000)