2022 Fiscal Year Annual Research Report
フォトニックナノジェットの強度分布・位置・姿勢制御によるナノ3次元レーザ加工
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20K14627
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
上野原 努 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (10868920)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レーザ微細加工 / 強度分布制御 / フォトニックナノジェット / 空間光変調器 / インプロセス計測 / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フォトニックナノジェットの高度な強度分布制御として空間光変調器を導入した光学系を構築し，加工実験を通してその強度分布の制御性について評価した．フォトニックナノジェットを発生させるためのマイクロ球に対して，入射光の強度分布を変調し，マイクロ球の集光特性を擬似的に制御した．具体的には，中心ほど強度が高いガウシアンビームと，中心の強度がゼロで周辺にピーク強度をもつドーナツビームの2種類のビームを生成した．これらのビームの径を変化させながらマイクロ球に照射してフォトニックナノジェットを発生させ，シリコン基板に穴加工実験を行った．その結果，加工径がサブマイクロメートル以下でかつ変化していたことから，空間光変調器による入射光強度分布の制御はフレキシブルな加工制御方法として有効であることが明らかとなった．さらに，フォトニックナノジェットによるレーザアブレーション加工現象のモニタリングによる，加工深さのインプロセス計測についても取り組んだ．マイクロ球をフォトニックナノジェット発生のためのツールとしてばかりでなく，加工時に発生する衝撃波を計測するためのプローブとしても用いた．衝撃波の圧力によって，片持はりのように保持されたマイクロ球が振動し，その振動の振幅は加工深さが浅いほど大きく，深いほど小さいことを実験的に確認した．これにより，フォトニックナノジェットを用いた加工における加工深さのインプロセス計測が可能であることを見出した．
本研究課題全体を通して，フォトニックナノジェットの高度な強度分布制御技術を確立した．加工時に制御可能なパラメータである入射光の強度分布制御が，フォトニックナノジェットの強度分布制御に非常に有効であることを明らかにした．また，ナノスケールの加工技術の確立のために，加工時の現象をモニタリングすることでインプロセス計測が可能であることを実験的に明らかにした．
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