研究概要 |
昨今のレーザによる精密・微細加工は,主にレーザの短波長化によっている.これに対して,本研究では,ルス幅がピコ秒のガラスレーザによる超精密.・超微細知的加工システムを開発するとともに,加工現象を明らかにすることを目的とする. 本年度は,超短パルスレーザを金属に照射したときの溶融・蒸発現象の熱流体解析と分子動力学シュミレーション,高速度カメラによるレーザ加工現象の撮影と画像処理を行った.特に,新規購入したグラフィックス・ワークステーションによって,シミュレーション結果の動画像表示と,高速度撮影画像の画像処理の自動化によって,極短時間現象を時間スケールを引き伸ばして明らかにすることを試みた. 熱流体解析では,蒸発潜熱と蒸発に伴う気液界面の移動,蒸発反跳圧力,温度勾配に起因する表面張力(マランゴニ力)を考慮し,自由表面の取扱いにはVOF法を導入することで,蒸発を伴う溶融池流れを数値計算し,結果を動画像表示した.分子動力学シミュレーションでは,金属について,自由電子による熱伝導を補正しながら分子動力学計算を行う改良型分子動力学法を提案するとともに,金属とシリコンの溶融・蒸発過程の2次元分子動力学シミュレーションを行い,結果を動画像表示した. 分子動力学シミュレーションの結果,金属とシリコンによって蒸発形態と穴の周囲の盛り上がり方が異なることがわかった。すなわち,金属では,パワー密度が高い場合,原子が比較的大きな固まりとなって爆発するように飛び散り,蒸発しきれなかった溶融金属は,表面張力により球状になって穴の周囲に堆積する.パワー密度が低い場合は,溶融金属が穴からあふれるように流出して周囲に盛上りができる.一方,シリコンの場合は,パワー密度にかかわらず,蒸発原子は小さなクラスタを作りながらバラバラに飛散し,蒸発原子が穴の周囲に堆積することで盛り上りができることが明らかになった.
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