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2010 年度 実績報告書

超短パルスレーザーを利用したガラス内部の三次元元素分布制御とそのメカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 09J03481
研究機関京都大学

研究代表者

清水 雅弘  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

キーワード超短パルスレーザー / ガラス / 三次元 / 元素分布 / 温度勾配
研究概要

本研究の最終目的は高繰り返しフェムト秒レーザー照射時に形成される元素移動現象のメカニズム解明とその応用である。
本年度の研究は、元素移動現象のメカニズム解明に終始した。前年度までの研究成果から、レーザー照射点付近は数千℃の高温に達しており、また温度勾配は1マイクロメートルあたり数十℃以上になることがわかった。この結果に基づき、元素移動現象のメカニズムを解明するため、まずレーザー照射時の温度分布をより詳細に明らかにした。さらに、求まった温度分布をもとに温度勾配を駆動力とした項を含む拡散方程式を離散化して解くことにより数値計算を行ったところ、実験結果とシミュレーション結果で非常によい一致を得た。これは元素移動の駆動力がレーザー照射時に生じる急峻な温度勾配であることを示している。フェムト秒レーザーによって誘起される元素移動現象に関して、多くの論文が報告されているが、その駆動力に関してはいくつかの提案はあったものの説得力のある説明はなされていなかった。今回の結果によって、そのような議論に終止符を打つことができたのに加え、元素移動現象に伴う屈折率変化を利用した光学デバイス作製などへの応用などに貢献できる結果であると考えられる。さらに、今回の実験では、ガラスの内部の二点に同時にレーザーを照射するという手法を用いたが、これは将来的にレーザーの多点同時照射により任意の温度分布をつくり、元素分布を制御する際の最も基礎的なデータになると考えられる。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2010

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Mechanism of heat-modification inside a glass after irradiation with high-repetition rate femtosecond laser pulses2010

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, et.al
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 108 ページ: 073533-1-073533-10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Space-selective phase separation inside a glass by controlling compositional distri bution with femtosecond laser irradiation2010

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, et.al
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 100 ページ: 1001-1005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous Tailoring of Phase Evolution and Dopant Distribution in the Glassy Phase for Controllable Luminescence2010

    • 著者名/発表者名
      Shifeng Zhou, et.al (fifth author)
    • 雑誌名

      Journal of the American chemical society

      巻: 132 ページ: 17945-17952

    • 査読あり
  • [学会発表] レーザーによるガラス内部の元素移動制御2010

    • 著者名/発表者名
      清水雅弘, et.al
    • 学会等名
      第51回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2010-12-17
  • [学会発表] Localized phase separation inside glass by femtosecond laser-induced elemental migration2010

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Shimizu, et.al
    • 学会等名
      Fundamentals of Laser Assisted Micro-and Nanotechnologies
    • 発表場所
      St.Petersburg, Russia
    • 年月日
      2010-07-07

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公開日: 2012-07-19  

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