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

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K14125
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 東口 武史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ベクトルビーム / レーザー加工

Outline of Annual Research Achievements

数mJの高エネルギーパルスCO2ラジアル偏光をパッシブに生成するため，ラジアル偏光を生成できるような軸対称波長板を設計した．ZnSe（セレン化亜鉛）製の軸対称波長板の位相差の角度依存性を計算した．ZnSe軸対称波長板の傾斜角度が65°のとき，位相差は90°となることがわかった．この結果を踏まえ，可視光から中赤外領域における波長に対してZnSe軸対称波長板から出射されるビームの位相差の波長依存性とZnSe軸対称波長板の透過係数を算出した．今回の設計されたZnSe軸対称波長板は波長依存性の小さいアクロマティックな位相差を与えることがわかった．
ZnSeを用いて軸対称波長板を試作し，ZnSe軸対称波長板から出射されるビームを回転補償板法から解析した．ここでは，入射偏光状態を90°の直線偏光にして，パイロエレクトリックカメラを用いて二次元画像を取得した．楕円率とベクトル表示された主軸方位が周方向に対して変化していることから，軸対称の偏光状態をもったベクトルビーム（ベクトルビームの中の一つがラジアル偏光ビームである）が生成されていることがわかった．また，ポアンカレ球上に周方向のストークスパラメータをマッピングすると，ポアンカレ球上に出射されたビームが分布されており，偏光度は0.95と極めて高い偏光度を有していることが明らかになった．
シングルショット偏光解析法を用いて，偏光状態を明らかにした．今までの偏光解析法の代表例であった回転偏光子法や回転補償子法に代替するシングルショット偏光検出法の有効性が高強度パルス中赤外ビームにおいても実証された．
最後に，このビームを用いて，金属表面を穴加工し，表面状態を観察した．その結果，ベクトルビームの有効性を明らかにすることができた．

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)
  • Country Name: CZECH
  • Counterpart Institution: チェコ科学アカデミー物理部門HiLASE Centre
• [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)
  • Country Name: IRELAND
  • Counterpart Institution: アイルランド国立大学ダブリン校
• [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 Pages: 48-52
  • DOI: https://doi.org/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 Pages: 8690-1-11
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-26964-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Influence of short pulse duration of carbon-dioxide laser pulse for extreme ultraviolet emission (2018)
  • Author(s): Reiho Amano, Thanh-Hung Dinh, Atsushi Sasanuma, Goki Arai, Yusuke Fujii, Tadashi Hatano, Takeo Ejima, Atsushi Sunahara, Gerry O’Sullivan, Akihiko Takahashi, Daisuke Nakamura, Kazuyuki Sakaue, Taisuke Miura, and Takeshi Higashiguchi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (Rapid Communication) Volume: 57 Pages: 070311-1-5
  • DOI: https://doi.org/10.7567/JJAP.57.070311
  • 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 Pages: 5371-5379
  • DOI: https://doi.org/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, Thanh Hung Dinh, Hiroyuki Hara, Takeshi Higashiguchi, Masahiko Ishino, Yuya Koshiba, Masaharu Nishikino, Hiroshi Ogawa, Masahito Tanaka, Masakazu Washio, Yohei Kobayashi, and Ryunosuke Kuroda
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 113 Pages: 151901-1-4
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5046125
  • Peer Reviewed
• [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