Laser processing method of ceramic material by transient control of transparency
| Project/Area Number |
22KJ1128
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| Project/Area Number (Other) |
22J22624 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
WEI CHAORAN 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | レーザ加工 / 超短パルスレーザ / レーザ物質相互作用 / 密度汎関数理論 / マイケルソン干渉計 / ポンププローブ観察法 / 微細加工 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究はセラミック材料の超高速精密微細レーザ加工技術を確立することである．具体的に，まずはその準備として，レーザの加熱によるセラミック材料の局所領域を透明化技術を確立する．そして，当研究室の従来研究とする「過渡選択的レーザ加工法」により，形成した透明領域に超高速精密微細な三次元加工を施す．最後に，加工領域周辺の透明領域をもとに復元する技術を開発する．以上の技術を統合して，新たなセラミック材料加工法を実現する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度に実施された研究活動は以下の通りです。
石英ガラスの表面にフェムト秒レーザーを照射した後、材料表面で発生する物質とレーザーの相互作用現象を観察する実験が行われました。この実験では、マイケルソン干渉計とPump-probe技術を使用して、非常に高い空間および時間分解能での観察を実現しました。実験の結果、超高速レーザー照射後の材料表面の位相分布がピコ秒スケールで反転することが示されました。この現象は、レーザー誘導表面プラズマおよび表面のアブレーションという二つの影響を同時に受けている可能性がしめされ、これら二つの影響を簡単に区別することは困難であることがわかりました。
そのほかに、密度汎関数理論（DFT）に基づいて、超高速フェムト秒レーザー照射後のSiO2材料の誘電特性を調査するためのシミュレーション計算が行われました。この計算では、線形吸収時に用いられるインパルスレーザー照射と異なり、エネルギー密度が高いパルスレーザーを二発目のレーザーパルスとして使用しました。計算結果は、レーザーのエネルギー密度が高まるにつれて、レーザーパルス自体の非線形吸収がより顕著になり、レーザー波長の影響はより薄くになることを示しました。さらに、高電子温度および高格子温度の条件下では、二発目のパルスの吸収も顕著に増加しますが、低エネルギー密度と比較すると低くなります。これは、単一電子励起のエネルギーバンド特性もレーザーの非線形吸収特性によって覆い隠されていることを示しています。
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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
実験の進捗は基本的に予想どおりですが、実験の特性により、初期調整とデータ収集を一日以内に順次完了する必要があり、そのため実験データの収集効率は予想よりやや低くなった。
シミュレーション計算では、データの取得効率がモデルの計算効率に制約され、データ収集の周期が長くなりますが、分析に必要な全データは予定時間内に取得されました。また、最初の研究計画には時間の余裕がありましたので、一回モデル構築に問題が発見され、再分析が必要になったが、全体の研究進度には影響しませんでした。
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| Strategy for Future Research Activity |
激光誘発表面プラズマ生成のさまざまな特性と加工への影響を深く調査するため、検証実験を計画しています。その実験では、石英ガラスと異なるバンドギャップを持つ材料を使用して、材料特性がプラズマ生成に及ぼす影響を調査します。さらに、表面プラズマ生成がプローブ光に与える影響をできるだけ避けるために、非同軸の表面観察実験も行います。実験が順調に進めば、実験結果に基づいて、より効率的で加工品質の高いダブルパルス加工方法を確立することを目指しています。加工実験、加工効果の評価、シミュレーションモデル構築を通じて提案手法を改善します。
DFTに基づいたシミュレーション計算では、データ分析を進め、論文作成を計画しています。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
