2021 Fiscal Year Annual Research Report
レーザによる局所選択的加熱を用いたガラスの三次元微細加工法
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20J11607
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉崎 れいな 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Keywords | 微細加工 / レーザ加工 / 超短パルスレーザ / 電子励起密度 / ガラス / 過渡選択的レーザ加工法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「レーザによる局所選択的加熱を用いたガラスの三次元微細加工法」では，ガラスの過渡的な物性変化を活用した三次元微細加工法の実現を目指した．三次元加工には除去加工と積層造形がある．積層造形について提案手法の肝となるファイバーヒューズ発生を試みたが，発生しなかった．原因を検討すべく，ガラスの過渡的な吸収について調査を進めると同時に，三次元除去加工法の開発を進めた．
ガラスは高エネルギ・高温状態になった際に，高い吸収率をもつことが知られている．超短パルスレーザ(USPL)照射で材料内に高エネルギ状態の電子励起を形成し，そこに連続波レーザ(CWL)を選択的に吸収させて材料除去を行う過渡選択的レーザ(TSL)加工法はこの吸収特性を活用した加工法のひとつである．TSL加工を調査し，過渡的なレーザ吸収メカニズムを明らかにしていった．
まず合成石英ガラスにおけるTSL加工法の材料除去パラメータ依存性を網羅的に調査し，シミュレーション結果と紐づけることで，材料除去閾値が電子励起密度とCWL光強度で表されることを明らかにした．更に厳密な議論に向けて励起電子密度分布の時間変化を用いて計算し，材料内に蓄積されたレーザエネルギを正確に見積もることで，合成石英ガラス内のTSL加工が励起電子から格子へと移動した熱が材料を熱分解することで生じる吸収係数の増大と熱拡散で説明されることを明らかにした．
メカニズム解明からファイバーヒューズ現象が確認されなかった原因は入射損失によるCWL強度不足であったことが推定された．今後入射損失を減らし，ファイバーヒューズ発生とそれによる積層造形実現に取り組む．
三次元除去加工法として，TSL加工法を同時多点で行う多点同時TSL加工法を実現した．同時に複数の穴あけにより加工を高効率化しただけでなく，穴間隔・穴深さの制御による三次元構造の加工の可能性を示した．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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