2016 Fiscal Year Annual Research Report
Distortion-compensated multifocusing of ultrashort pulse beams for nano- and micro-processing
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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 / ビームアレイ / 回折光学 / 色収差補正 / 分散補償 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、時空間における波形歪のない超短パルスビームアレイをつくる光学的手法を開発する。ビームアレイをつくる手段として回折ビームスプリッタが普及しているが、これを超短パルスへ用いると回折による色収差が生じる。この収差のせいで、パルスの空間強度分布ならびに時間幅は広がってしまう。前年度までに、色収差に起因するパルス波形歪の特性を詳細に調べて、この歪を補償する光学系の発案に至った。当該年度は、発案した光学系の設計と試作、そして機能検証に取り組んだ。
発案した光学系は回折光学系の後へ屈折光学系が縦続接続されたカスケード光学系であり、屈折光学系は一対の高分散レンズから成るアフォーカル系である。光線行列解析により色収差と分散が消える条件を導出し、カスケード光学系の設計に用いた。レンズ試作のために選んだ硝材はE-FDS3(HOYA)であり、その屈折率分散は一般的な硝材であるBK7の分散と比べて一桁大きい。実用的な寸法で光学系を実現するには、高分散ガラスの使用が必須となる。屈折光学系の正の分散を補償するために、それを相殺するように負のチャープをパルスへ与えておく。機能検証には、中心波長780nm、パルス幅22fsのパルスビームを用いた。透過型回折格子で発生させた、回折角が異なるパルスビームをアフォーカル系へ入れて、集光ビームの空間強度分布とパルス波形のフリンジ分解自己相関信号を出力面で測定した。その結果、カスケード光学系により色収差が補正され、分散もほぼ補償されていることを確認できた。時間幅が20fsより短いパルスに対しても、同光学系による歪補償の効果が期待できる。
本研究を通じて、カスケード光学系を使えば、時空間の波形歪を補償しつつ、20fsのパルスビームを分岐、集光できることがわかった。この成果により、超短パルスレーザーの非熱特性を利用した並列微細加工技術の実用に向けた道筋が描ける。
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