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屈折率時空間観測法によるフェムト秒レーザー内部加工の動的過程の観測

研究課題

研究課題/領域番号 18760548
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 材料加工・処理
研究機関京都大学

研究代表者

坂倉 政明  京都大学, 産官学連携センター, 産学官連携助教 (90402958)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2007年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2006年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
キーワードフェムト秒レーザー / 微細加工 / ガラス / ダイナミクス / レンズ効果 / 時間分解 / 圧力波 / 熱拡散
研究概要

本研究課題の目的は、屈折率分布変化ダイナミクスの観測装置を開発し、それを用いてレーザー照射後の応力緩和過程と圧力波発生、熱拡散過程を観測することで、ガラス内部のフェムト秒レーザー加工のメカニズムを明らかにすることである。本年度は、材質の異なるガラス・繰り返し周波数・レーザーのパルス幅・照射エネルギーに関する圧力波発生過程や熱拡散過程の違いや、最終的な構造変化と圧力波発生の関係を明らかにすることを目的とした。
(1)様々な条件での圧力波測定
パルス幅が一定の場合、圧力波発生過程は主にガラスのバンドギャップや熱膨張係数や弾性係数によって決まるが、パルス幅を変化させた時の圧力波のレーザー強度依存の変化がガラスの種類に大きく依存することが明らかになった。特に、多数の元素から構成されるガラスと構成元素数が少ない石英ガラスを比較すると、石英ガラスの方がパルス幅の変化に対して現象が2倍以上敏感であることが明らかになった。また、原子レベルでの構造変化と圧力波との関係を調べると、圧力波の強度と高密度構造に由来する原子配置(Si-0のリングの数)の量に相関があることが明らかになった。
(2)熱拡散過程と熱蓄積
レーザー照射の繰り返しが200kHz以上になると、温度降下が起こる前に次のレーザーパルスが照射されるため、熱の蓄積が構造変化に影響することが広く知られているが、熱蓄積によってどの程度の温度上昇が材料内部で起こっているのか、全く明らかにされていなかった。今年度の研究で、熱拡散測定と高温下でのレーザー照射と異なる二点にレーザーを照射する実験を行うことで、レーザー照射領域の中央と周囲での温度分布を明らかにした。ここで得られた温度分布は、熱による材料の変形の原因を知る上で非常に有用な情報である。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2008 2007

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Observation of pressure wave generated by focusing a femtosecond laser pulse inside a class2007

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Sakakura, Masahide Terazima, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura, Kazuyuki Hirao
    • 雑誌名

      Optics Express 15

      ページ: 5674-5686

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heating and rapid cooling of bulk glass after photoexcitation by a focused femtosecond laser pulse2007

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Sakakura, Masahide Terazima, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura,
    • 雑誌名

      Optics Express 25

      ページ: 16800-16807

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] レーザーによるガラスの内部構造改質2007

    • 著者名/発表者名
      三浦清貴, 坂倉政明, 平尾一之
    • 雑誌名

      オプトロニクス 302

      ページ: 90-98

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] Application of Femtosecond-Laser Induced Nanostructures in Optical Memory2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura, J. Qiu, P. G. Kazansky, K. Hirao
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7

      ページ: 94-104

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] Photoconversion of copper flakes to nanowires with ultrashort pulse laser irradiation2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimotsuma, T. Yuasa, H. Homma, M. Sakakura. A. Nakao, K. Miura, K. Hirao, M. Kawasaki, J. Qiu, P. G. Kazansky
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials 19

      ページ: 1206-1208

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] フェムト秒レーザーを用いた透明媒質内部加工における変形過程とエネルギー散逸過程の観測法2007

    • 著者名/発表者名
      坂倉政明, 寺嶋正秀, 三浦清貴, 平尾一之
    • 雑誌名

      レーザー研究 35

      ページ: 109-115

    • NAID

      10018544556

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] フェムト秒レーザーによる微細内部加工での物質の変形過程の超高速観測2007

    • 著者名/発表者名
      坂倉政明
    • 雑誌名

      オプトロニクス 302

      ページ: 118-123

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] 集光フェムト秒レーザーでガラス内部に誘起される圧力波のパルス幅依存2008

    • 著者名/発表者名
      坂倉政明, 寺嶋正秀, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
    • 学会等名
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 船橋キャンパス
    • 年月日
      2008-03-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ガラス内部へのフェムト秒レーザー二点同時照射における熱干渉の影響2008

    • 著者名/発表者名
      清水雅弘, 坂倉政明, 寺嶋正秀, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
    • 学会等名
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      日本大学理工学部 船橋キャンパス
    • 年月日
      2008-03-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ガラスの内部加工にともなうレーザー誘起圧力波の観測2008

    • 著者名/発表者名
      坂倉政明, 寺嶋正秀, 下間靖彦, 三浦清貴, 平尾一之
    • 学会等名
      衝撃波シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2008-03-18
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Dynamics of bulk modification inside glass by femtosecond laser2007

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Sakakura, Masahide Terazima, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura,
    • 学会等名
      Fundamentals of. Laser Assisted Micro-& Nanotechnologies.
    • 発表場所
      Pushikin, Russia
    • 年月日
      2007-06-26
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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