2014 Fiscal Year Research-status Report
ナノマイクロ加工へ用いる時空間歪が補償された超短パルスビーム列の発生
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26420059
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| Research Institution | Toyo University |
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Principal Investigator |
尼子 淳 東洋大学, 理工学部, 教授 (20644628)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 秀俊 東洋大学, 理工学部, 教授 (90393793)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 超短パルス / 回折光学素子 / 分散補償 / 自己相関器 / 第二高調波 / フリンジ分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、時空間歪のない大規模な超短パルスビームアレイの実現を目標とする。そのために、①二枚の回折光学素子から成る光学系（回折光学系）でパルスの分岐と集光を行う、②意図的に伸張させたパルスを前記の光学系へ入れる、という新奇な方法を提案する。この方法で光学系の分散を補償すれば、歪ませることなくパルスを分岐そして集光できる。本研究の成果をナノ・マイクロ加工へ応用すると、アレイの並列性により生産性が向上し、超短パルスの実用化に貢献できる。
当該年度は、以下の二つの課題に取り組み成果を上げた。
（１）回折光学系の分散を補償するためのモデルを考案する： パルスの位相差関数を定式化し、それをテイラー展開して求めた微分係数から分散補償モデルを導出した。このモデルを用いると、加工へ用いるパルスや光学系の条件に対して、集光点近傍におけるパルスの時間歪量（パルス幅の不要な伸び）や、分岐された複数ビームの間に存在する時間歪量の差を推定できる。モデルを使って分散補償の具体的な手段（パルス伸張器）を検討し、透明な平行平板を用いれば、光学系で生じる分散を実用十分な程度まで補償できることがわかった。
（２）パルスの時間波形を計測するための実験系を構築する： マイケルソン干渉計を利用したフリンジ分解自己相関器を設計、試作した。干渉計で生成した二つのパルスビームを回折光学系を介して非線形光学結晶（BBO）へ入射し、その際に位相整合の条件をとって第二高調波の信号光アレイを得る。この信号光を光ファイバでフォトダイオードへ導光し、その強度を高精度に計測する。超短パルス光源（TFS-1, NEW FEMTO社）から得た、中心波長780nm、パルス幅20fsのパルスビームを相関器へ入力し、その基本的な計測動作を確認した。
以上の研究成果をもとに、超短パルスビームアレイの発生法及びその加工応用に関する特許を出願した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の研究課題は下記の二つであり、それぞれに対して十分な成果が得られた。
（１）超短パルスビームアレイの時間波形を解析すること。
（２）上記（１）の解析結果を実験で検証すること。
（１）に関し、考案した分散補償モデルは実用性に利を有し、光学系で生じる時間歪の大きさとそれを補償する条件を容易に求めることができる。当初は数値シミュレーションでパルスの時空間強度分布を定量化することを考えたが、計算量が膨大となる一方で、 分散補償手段を設計する際の見通しがよくない。（２）に関して、自作したフリンジ分解自己相関器は、アレイを構成するパルスビーム１本ごとの時間波形を高分解能で計測する機能を備え、分散補償技術の開発には不可欠である。実験に必要な回折ビームスプリッタと回折レンズを用意した。どちらも石英ガラス基板の表面に形成されており、作製にはレーザーリソグラフィを利用した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、以下の課題に取り組む。
（１）分散補償モデルの厳密さと有効性を検証する。そのために、フリンジ分解自己相関器の検出感度を向上させ、高次回折ビームの時間波形を計測できるようにする。
（２）石英ガラスから成る伸張量可変なパルス伸張器を設計、試作する。同伸張器を使い分散補償のためのパルスを生成し、同パルスを回折光学系へ入力して時空間歪のない超短パルスビームアレイを発生させる。
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| Causes of Carryover |
購入した物品の価格が当該年度の支払請求額と比べて小さかったために、次年度使用額として3200円が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額3200円は、研究に用いる機器や材料を購入する費用の一部に充てたい。
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Research Products
(1 results)
