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応力波キャンセリングによるガラスの精密フェムト秒レーザ加工技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K23477
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

伊藤 佑介  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (90843227)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードフェムト秒レーザ / レーザ加工 / ガラス / 応力波 / 超高速イメージング / 干渉計測 / ポンププローブ / 超高速観察
研究開始時の研究の概要

電子機器や光学機器の更なる高性能化のために,ガラス材料に微細精密加工を施す技術が求められている.ガラスの微細加工のための有効なツールとしてフェムト秒レーザが注目されているものの,加工後に多量のクラックが発生し,精密加工が阻害されるという課題が存在している.本研究では,クラックの形成要因となる,応力波の伝搬特性を制御することを目指す.これにより,抜本的なクラック抑制手法を確立する.

研究成果の概要

本研究では,ガラスのフェムト秒レーザ加工時のクラック形成の要因となる応力波伝搬を制御するための技術基盤を構築することを見据え,高速で変化する応力分布の計測技術を開発した.高速で変動する圧力分布の実測とシミュレーションを複合することにより,応力分布を実験的に推測した.圧力分布は材料内部の密度変化として観測されることから,マッハツェンダー干渉計を構築した.さらに,マッハツェンダー干渉計と時間分解撮影法を組み合わせることで,超高速で変化する圧力分布を実測した.この実験結果をシミュレーションに反映させることで,シミュレーションのキャリブレーションが実現し,正確な応力分布の推定が実現した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

電子機器や光学機器の更なる高性能化のために,ガラス材料に微細精密加工を施す技術が求められている.ガラスの微細加工のための有効なツールとしてフェムト秒レーザが注目されているものの,加工後に多量のクラックが発生し,精密加工が阻害されるという課題が存在している.そこで本研究では,クラック形成の要因となる応力波伝搬を制御するための技術基盤を構築することを見据え,高速で変化する応力分布の計測技術を開発した.その結果,加工時に伝搬する応力波の引張成分の出現する時間スケールとその大きさが定量的に示された.そして明らかとなった応力の時間プロファイルを積極的に活用することによる精密加工技術開発の指針が示された.

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Ultrafast internal modification of glass by selective absorption of continuous-wave laser into excited electrons2020

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto Naoyuki、Ito Yusuke、Wei Chaoran、Yoshizaki Reina、Shibata Akihiro、Nagasawa Ikuo、Nagato Keisuke、Sugita Naohiko
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 45 号: 11 ページ: 3171-3174

    • DOI

      10.1364/ol.394952

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of ultrashort pulse laser drilling of glass considering heat accumulation2020

    • 著者名/発表者名
      Wei Chaoran、Ito Yusuke、Shinomoto Rin、Nagato Keisuke、Sugita Naohiko
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 号: 10 ページ: 15240-15249

    • DOI

      10.1364/oe.390289

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-speed observation of pulse energy and pulse width dependences of damage generation in SiC during ultrashort pulse laser drilling2020

    • 著者名/発表者名
      Hattori Junya、Ito Yusuke、Jo Hiroshi、Nagato Keisuke、Sugita Naohiko
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 126 号: 11

    • DOI

      10.1007/s00339-020-04018-y

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ガラスのフェムト秒レーザー穴あけ加工におけるダメージ形成メカニズム2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤佑介, 杉田直彦
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 31 ページ: 5-8

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ガラスのフェムト秒レーザ加工における応力波のクラック形成に与える影響2020

    • 著者名/発表者名
      大囿勇也, 杉田直彦, 服部隼也, 伊藤佑介
    • 学会等名
      第27回精密工学会学生会員卒業研究発表講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ガラスのフェムト秒レーザ穴あけ加工におけるダメージ形成メカニズムの調査2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤佑介, 長藤圭介, 杉田直彦
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Investigation of shock waves during ultrashort pulse laser drilling of SiC by combining pump-probe imaging with a high-speed camera2020

    • 著者名/発表者名
      Junya Hattori, Yusuke Ito, Keisuke Nagato, and Naohiko Sugita
    • 学会等名
      SPIE Laser Damage
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrafast and precision processing of glass by selective absorption of fiber-laser pulse into femtosecond-laser-induced filament2020

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ito, Reina Yoshizaki, Akihiro Shibata, Ikuo Nagasawa, Keisuke Nagato, and Naohiko Sugita
    • 学会等名
      SPIE LAMOM
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ガラスへの選択的光吸収によって形成した高温領域の高速掃引によるレーザ溝加工2020

    • 著者名/発表者名
      魏超然, 伊藤佑介, 吉﨑れいな, 柴田章広, 長澤郁夫, 長藤圭介, 杉田直彦
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Simulation of hole drilling in glass using ultrashort pulse laser in consideration of heat accumulation2019

    • 著者名/発表者名
      Chaoran Wei, Yusuke Ito, Rin Shinomoto, Keisuke Nagato, and Naohiko Sugita
    • 学会等名
      The 27th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultrafast and precision drilling of glass by selective absorption of CW laser beam into femtosecond-laser-induced filament2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ito, Reina Yoshizaki, Naoyuki Miyamoto, Akihiro Shibata, Ikuo Nagasawa, Keisuke Nagato, and Naohiko Sugita
    • 学会等名
      15th International Conference on Laser Ablation (COLA)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-09-03   更新日: 2022-01-27  

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