2014 Fiscal Year Research-status Report
フェムトパルストレインビームを用いた局在熱エネルギー場の光励起加工技術の開発
| Project/Area Number |
26630028
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
林 照剛 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00334011)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | コヒーレントフォノン / フェムト秒レーザー / 表面励起加工 / レーザーアブレーション |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，コヒーレントフォノンの励起過程における格子振動エネルギーの空間的な局在性と，パルストレインビーム入射時の格子振動の振動応答の高速性に着目し，その加工応用を目指す．
フェムト秒レーザーパルスを試料に照射すると，その高強度電場により，調和的で位相の揃った格子振動（コヒーレントフォノン）が励起される．レーザー照射点近傍でコヒーレントフォノンが励起されると，格子イオンに伝達されたエネルギーが拡散する前に，コヒーレントフォノンに起因する格子振動による温度上昇によって，局在する熱エネルギー場を形成すると考えられる．本研究では，この空間的に局在する熱エネルギー場において，フェムトパルスと格子振動の相互作用による高速な振動応答を利用して，格子温度を上昇させ，高速かつ高精度な局所レーザー加工を実現する技術を確立することを目指す．
本研究では，コヒーレントフォノンを励起する過程における格子振動エネルギーの空間的な局在性と，パルストレインビーム入射時の格子振動の振動応答の高速性に着目し，その加工応用を目指す．本計画では，提案するパルストレインビームを用いたコヒーレントフォノン励起加工現象について，パルストレインビームによる加工面のコヒーレントフォノンの励起現象を観測するため，ダブルパルス励起加工システムを構築した．また，ダブルパルスビームを照射し，その遅延時間を変化させて，基板表面の加工量を評価する基礎的な実験を遂行した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フェムト秒レーザーによるパルストレインビームを用いた表面励起エネルギー分布の評価には，FDTD法を用いた電磁場解析実験を実施予定で有り，2年目の研究において予定通り計画を実施できる予定である．また，数値解析実験の結果と照合するための表面加工基礎実験については，パルストレインビームを用いた表面加工システムの構築が前倒しで進んでおり，実験も順調に進んでいることから，総合的に判断しておおむね順調に進展していると考えられる．最終年度である本年度には，当初の予定通り数値解析実験および，表面加工基礎実験を行った結果を照合し，提案手法による表面励起加工メカニズムを解明することを目指す．
|
| Strategy for Future Research Activity |
まず，当初の計画通り，パルストレインビームを照射した時の電界強度を詳細に解析した後，格子振動の変位量の定量化を行う．本計画では，構築したパルストレインビームによるレーザー加工装置において，加工対象となる基本的な材料（Ge, Si, SiO2等）に，基本のフェムト秒単パルスを照射した際に，励起されるコヒーレントフォノンの振動変位を記録し，一方で，上記と同じ照射条件で，同様のフルエンス，パルス幅，波長分布を持つフェムト秒シングルパルスを用いて励起したコヒーレント振動の振幅を同様に測定する．次に，これらの実験データの比較照合を行い，コヒーレント振動の振幅変位を定量化する．以上のプロセスを経て，格子振動振幅の時間応答を計測した際の格子変位量を定量化し，コヒーレントフォノン励起面の格子温度評価を実現することを目指す．
次に，Ge, Siなどの基本的な半導体材料について，フェムト秒パルスレーザーによって励起される格子振動の過渡的な応答について詳細に調べ，パルストレインビーム照射時のフルエンスを調整し，コヒーレントフォノンが励起される場合と励起されない場合の加工条件を設定して，加工基礎実験を行い，その結果について考察することによって，コヒーレントフォノン励起加工における加工原理を解明することを目指す．
|
