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フェムト秒テラワットレーザーを用いたセラミックスの精密加工

研究課題

研究課題/領域番号 11555182
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 材料加工・処理
研究機関東京工業大学

研究代表者

近藤 建一  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (50111670)

研究分担者 竹中 久貴  NTTアドバンストテクノロジー(株), 材料開発・分析センター, 研究職
弘中 陽一郎  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (20293061)
中村 一隆  東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (20302979)
研究期間 (年度) 1999 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
13,500千円 (直接経費: 13,500千円)
2000年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
1999年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円)
キーワードフェムト秒レーザー / レーザー加工 / 誘電破壊 / セラミックス / テラワット / 光通信 / 微細加工 / 衝撃波
研究概要

初年度は、テラワットレーザーシステムの大型真空チャンバー内にターゲット位置を外部から精密に制御できる真空対応5軸ステージを設置した。予備的な加工条件洗い出し実験としてシリコンが誘電破壊を生じる臨界的な条件を探索した。300ps幅のレーザー光での臨界フルーエンス値は0.4J/cm^2で、既存データの外挿曲線上に一致した。また、真空環境と大気中とでは、後者の方が臨界条件が低下した。次年度では,溶融石英,光学ガラス(BK-7),アルミナ単結晶,弗化カルシウム単結晶のフェムト秒レーザー照射によるアブレーション閾値を各種の方法で求めた。すなわち,(1)レーザー散乱光強度をフォトダイオードでモニターして散乱強度が急激に変化するレーザー照射エネルギー密度の点を閾値とする方法,(2)照射後の表面クレーターのサイズに対してレーザーの空間プロフィルをガウシアン関数としてフィッティングして閾値を求める方法,(3)多光子吸収のみでレーザーエネルギーが吸収されるとしてモデル式を誘導してエッチング率にフィットさせることで閾値と多光子吸収係数を求める方法,のそれぞれを独立に計測した。その結果,アルミナ単結晶では(1)0.35J/cm^2,(2)0.37J/cm^2,(3)0.37J/cm^2,と各方法による閾値が良く一致した。これらの閾値の材料依存性は,バンドギャップの値と相関があったが,単純な線形関係にはならなかった。弗化カルシウム単結晶は機械的強度が小さいため割れが入り,アブレーション過程が非熱的であっても,その反作用として生じる衝撃波や残留熱応力の効果を無視できないことが分かった。さらに,マスク法による文字や図柄の除去加工を試みたが,深さ方向には切れ味の良い加工が行える一方,文字や図柄の境界がレーザー光の干渉のため不明瞭であった。光学系を検討する必要があるが,実用化の目処が得られた。

報告書

(3件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (8件)

  • [文献書誌] 大野嘉士,弘中陽一郎、矢崎秋夫,岡野泰彬,斎藤文一,中村一隆,近藤建一,竹中久貴: "超短パルスレーザー誘起による誘電破壊と圧力発生"平成11年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 637-640 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 大野嘉士,水山淳,弘中陽一郎、矢崎秋夫,岡野泰彬,斎藤文一,中村一隆,近藤建一,竹中久貴: "超短パルスレーザー誘起による誘電体の誘電破壊と圧力発生"第41回高圧討論会講演要旨集. 70 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 大野嘉士,水山淳,弘中陽一郎、矢崎秋夫,岡野泰彬,斎藤文一,中村一隆,近藤建一,竹中久貴: "超短パルスレーザー照射による誘電体のアブレーションと圧力発生"平成12年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 511-514 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Ohno, Y.Hironaka, A.Yazaki, Y.Okno, K.G.Nakamura and K.Kondo: "Ultra short pulsed laser induced breakdown and generation of compression in Si"Proc.of Symposium on shock wav, JAPAN 2000, Tokyo University, on March 16-18. 637-640 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Ohno, J.Mizuyama, Y.Hironaka, A.Yazaki, Y.Okano, F.Saito, K.G.Nakamura, K.Kondo and H.Takenaka: "Ultra short pulsed laser-induced breakdown and compression in dielectrics"Rev.High Pressure Science and Technology. 18. 70 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Ohno, J.Mizuyam, Y.Hironaka, A.Yazaki, Y.Okano, F.Saito, K.G.Nakamura, K.Kondo and H.Yakenaka: "Dielectric breakdown and shock wave generation by femtosecond laser irradiation."Proc. of Symposium on shock wav, JAPAN 2001, ISAS, on March 8-10. 511-514 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 大野嘉土,弘中陽一郎,矢崎秋夫,岡野泰彬,斎藤文一,中村一隆,近藤建一,竹中久貴: "超短パルスレーザー誘起による誘電破壊と圧力発生"平成11年度衝撃波シンポジウム講演論文集. 637-640 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 大野嘉土,水山淳,弘中陽一郎,矢崎秋夫,岡野泰彬,斎藤文一,中村一隆,近藤建一,竹中久貴: "超短パルスレーザー誘起による誘電体の誘電破壊と圧力発生"第41回高圧討論会講演要旨集. 70 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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