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

2003 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: フェトム秒レーザー / レーザー加工 / イメージング / 時間分解観察 / シャドウグラフ / レーザーアブレーション

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、昨年度に構築した測定システムの性能評価を行なった。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最適設計されている。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、昨年度、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、高速パルス取出し部を追加した。そのため、カメラとの同期にずれが生じたため、タイミングの最適化などを行った。
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。2つのパルスの強度を独立に、特に、カメラの照明用パルスの強度を広範囲に調整する必要があることが、判明したが、このためには、それぞれの光路中にアテネーターを設け、試料への到達エネルギーを調整するようにした。
この様な改良の結果、レーザー照射部のイメージをCCDカメラにより撮影できるようになった。
しかし、使用しているフェムト秒レーザーの、設置環境の温度調節能力が不十分で、出力の変動や故障が頻発した。このため、フェムト秒レーザーを移設することとなり、その作業のため、今年度後半は、レーザーの使用が十分にはできず、実際の加工現象の時間分解観察は、次年度に持ち越しとなった。レーザーの移設は年度末になって完了したので、現在、測定システムの再構築を行っている。

Research Products

• [Publications] Junichi Tadano, Hiromori Kumakura, Yoshiro Ito: "Coupling of focused laser pulse to surfaces of transparent materials studied by time-resolved imaging technique"Applied Physics A -Materials Science & Processing. (in press). (2004)
• [Publications] Yoshiro Ito, Kazunori Kuroi, Kazuhide Hayakawa: "Fabrication of holes and grooves on glass by a femtosecond laser"Forth International Symposium on Laser Precision Microfabrication, Proc.of SFIE. 5063. 338-341 (2003)
• [Publications] Junichi Tadano, Hiromori Kumakura, Yoshiro Ito: "Angular dependence of coupling between focused laser pulses and a transparent material studied by time-resolved imaging technique"Proceedings of International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century. 855-860 (2003)