2021 Fiscal Year Research-status Report
Odd-shaped hole drilling with a polarized laser beam
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19K04109
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
菊田 久雄 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10214743)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レーザ加工 / 偏光ビーム / 異形穴加工 / フェムト秒レーザ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、十字穴の加工実験と三角穴用の偏光変換素子の設計を行った。十字穴加工用の偏光ビームは、４角穴加工用の偏光変換素子に位相差素子を重ねることで実現した。波長800nmのパルス幅100fsのレーザ光を用いて、厚さ0.1mmのステンレス板に50uJ/pulseのエネルギーで8000パルス照射することで、約100umの十字穴を設けることができた。貫通側の穴形状は整った十字形でるが、レーザ照射側は表面に凹凸をもつ十字開口になった。照射エネルギーを約1/2に下げると、照射側では整った十字開口が得られたが、パルス数を増やしても貫通穴が得られなかった。
十字穴加工用の偏光ビームは、強度分布も十字形になっているので、強度分布によって十字穴が得られているのか、偏光分布も穴形状の形成に寄与しているのかが明確でない。レーザ加工シミュレーションでは、ビームの強度分布が同じ十字形であっても、偏光分布が異なると十字穴が得られないことが示されている。
三角穴加工のための偏光ビームの実現について、数値シミュレーションベースで検討を行った。四角穴加工のための偏光ビームは、集光面の全領域でクロス偏光配置が保持されており、ビーム強度に関わらず四角穴を得ることができる。一方、６分割偏光変換素子を用いて実現できる三角穴用の偏光ビームでは、三角穴に適した偏光分布はある領域内だけで実現される。そのため、ビーム強度が強くなって加工閾値を超える領域が広くなると穴形状は円形になることが明らかになった。そこで、加工穴形状がビーム強度に鈍感になる偏光ビームを得るための偏光変換素子の設計を試みた。非線形最適化の手法を用いて、６分割偏光変換素子の各１／２波長板の主軸と頂角の設計を行ったが、集光面の全領域にわたって三角穴加工用の偏光配置になる偏光変換素子を得られなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ感染症対策による移動制限の為に、学外でのレーザ加工の実験を十分に行うことが出来なかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
十字穴加工が強度分布だけでなく偏光分布によって可能になっていることを実験で示す。現在の８分割偏光変換素子と位相差素子の重ね合わせ方を変更することで、偏光配置が異なった十字形の強度分布をもつ偏光ビームを生成し、このビームでは十字穴が得られないことを実験で示す。
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