2021 Fiscal Year Annual Research Report
波長2μm帯レーザー加工用、高エネルギー超短パルスTmファイバー発振器の開発
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19K05301
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
戸倉川 正樹 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 准教授 (80728246)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 波長2umレーザー / ナノ秒ファイバレーザー / レーザー加工 / ステルス加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、波長2 um帯の超短パルスTmファイバーレーザーの開発とそれを用いた加工実験を行った。
光源開発はフェムト秒とナノ秒の二領域で進め、フェムト秒領域では波長2 um帯で正常分散を示すW型屈折率分布ファイバーを利用し、ソリトンモード同期に比べ高いパルスエネルギーを取り出すことが可能なストレッチパルスモード同期レーザーによるパルス幅サブps、エネルギー4nJを達成した。また固体レーザーではＴｍ添加複合利得媒質を用いたカーレンズモード同期発振器を開発し、2 um帯Tmレーザーにおける最短パルスの発生に成功した。
ナノ秒領域では音響光学変調器を用いたQスイッチTmファイバーレーザーを開発し、ブリルアン散乱によると推測される非線形フィードバックを併用し数ナノ秒のパルス発振を実現した。またパルス幅を数十ナノ秒に制限した上で大口径ファイバー増幅器と組み合わせることによって、平均出力7 W,パルスエネルギー700 uJ,パルス幅42 nsの高エネルギー動作に成功した。
上記のナノ秒パルス光源を用いてポリマー材料の切断・融着実験を行い、加工痕のレーザー出力依存性や加工速度依存性、融着の材料依存性を確認した。また同光源を用いてSi、Geウェハを対象にし、加工材料の裏面部分を集光点とすることによって、レーザー入射面には加工痕が発生せず、裏面集光部においてのみ加工痕を発生させることができた。このような加工はステルス加工と呼ばれており、ピーク光強度に対する依存がしられており、本研究でもピーク光強度得への依存が確認された。
同様の加工はSiでは1.5um帯のレーザー光を用いても可能であるが、Geは1.5um帯に吸収を持つため難しい。我々の知る限りでは波長2 um帯パルスレーザーを用いたGeのステルス加工は初めての報告であり、2 um光源の特性を生かした加工応用を実証することができた。
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