フェムト秒レーザー加工ダイナミクスの超高速時間分解観察による検証

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350380
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 伊藤 義郎 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60176378)
• Keywords: フェムト秒レーザー / レーザー加工プロセス / 時間分解観察 / イメージング / シャドーグラフ / ガラス / ポンプ-プローブ法

Research Abstract

本研究は、フェムト秒レーザーによる加工プロセスの時間発展のダイナミクスがどのようなものか、また、現在の一般的なシナリオがどの程度まで成立するのか、他に考慮すべき要素がないかなどについて、サブピコ秒の時間分解能を持つ直接的イメージング法によって、検証しようとするものである。本年度は測定システムの構築、調整とその性能評価を行なう計画であった。基本的な構成は、我々がこれまで用いてきたナノ秒のシステムと同様であるが、使用するフェムト秒レーザーの特性に合わせて、変更を加えた測定装置とした。
使用するレーザーは通常は1kHzの繰返しで使用するように設計されている。一方、本測定装置では、画像は1回のレーザーパルス照射において1画像であり、この画像データをPCに転送、保存して後に次の撮影が可能になる。当初は、現有電動式シャッターの速度に適合するまでレーザーの繰返し周波数を低減する計画であった。しかし、繰返しを低くすると、パルスエネルギーの変動が大きくなってしまうことが判明した。そのため、高速パルス取出し部を追加した。
加工用レーザーパルスと照明用レーザーパルスは、同一レーザーパルスを分割し一方を波長変換することによって発生させる。このため、2つのパルスの間隔は、それぞれの光路長の差によってのみ決まる。そこで、光路長を可変できる光学的遅延回路をそれぞれの光路に設け、試料への到達時間を調整するようにした。フェムト秒からピコ秒領域の時間差を調整できるよう、一方の遅延回路には、μmの精度で制御可能な電動式移動ステージを加えた。ナノ秒から数十ピコ秒の範囲はステージ全体の移動による粗動機構で、ピコ秒以下の時間に関しては、電動式移動ステージによる微動機構で対応するようにした。

Research Products

• [Publications] 伊藤義郎, 黒井和典, 栗山規由: "フェムト秒レーザーによるガラスの微細加工-加工部内部形状の観察-"MATE2003論文集. 511-516 (2003)
• [Publications] Noriyuki Kuriyama, Yoshiro Ito: "Micro-hole drilling on glass plates by femtosecond laser pulses"Proceedings of Laser Advanced Materials Processing 2002, Third International Symposium on Laser Precision Microfabrication, Proc. of SPIE. 4830. 567-572 (2003)