2021 Fiscal Year Annual Research Report
Real time and localized analysis of pulse laser fine-machining mechanism based on Raman scattering with optical frequency comb
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19K21919
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
高谷 裕浩 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70243178)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水谷 康弘 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40374152)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | 液中超短パルスレーザ加工 / フォトニック・ナノジェット / 電子増強ラマン散乱効果 / 光周波数コム・ラマン散乱解析 / ナノ局所界面計測 / 超微細レーザ加工 / 時間・空間選択性 / 加工現象解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，フォトニック・ナノジェット（PNJ: Photonic Nanojet）による液中の超短パルスレーザ加工過程において，ナノ局所界面で起こる加工現象による温度や物性変化を時間・空間選択的に捉えることができる，新たな加工計測原理の確立をめざすものである．本年度は，マイクロ球の振動状態におけるPNJ加工現象の実験的特性解析を行った．さらに，光コム散乱分光の高速・高分解能分光による表面ラマン計測光学系の検討を行い，次の研究成果[1]-[3]を得た．
[1] 水中加工実験に基づいた検証データ収集を行うため，加工の進行とともに変化するマイクロ球の振動状態と加工状態を同時に計測する手法を開発し，系統的な加工実験を遂行した．PNJ強度分布を制御して水中加工実験を行い，マイクロ穴加工の穴径と穴深さ制御が可能であることを明らかにした．
[2] 衝撃波の伝搬距離に起因するマイクロ球の振動状態変化と吸収・散乱による誘導ラマン散乱光量の減衰を定量的に明らかにすることによって，分光器に導入できる誘導ラマン散乱光量が減衰するのを最小限に抑える必要がある．そのためにマイクロ球の振動状態を共焦点光学系によって測定し，加工の進行とともにマイクロ球にかかる圧力が減衰し，マイクロ球の振動が変化することを明らかにした．また，加工中にマイクロ球の振動を検出することで衝撃波の観測が可能となり，加工量のリアルタイムモニタリングが可能となった．
[3] 振動に対してロバストで光コムの波長間隔に匹敵する分解能を有するVIPA(Virtually Imaged Phase Array)分光法を利用した分光光学系を構築し，光コムによる回折光の測定実験を行って動作確認を行った．高速・高分解能なEERSスペクトル計測により，光コムの波長間隔に対応した波長吸収率の深さ分解能で加工表面（結晶材料）の物性が分析できる可能性を示した．
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