干渉したフェムト秒レーザーのレーザーアブレーションを用いた2次元周期構造の作製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13750048
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中田 芳樹 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (70291523)
• キーワード: フェムト秒レーザー加工 / 回折格子 / 干渉 / レーザーアブレーション / 周期構造 / ナノワイヤー / マイクロ加工 / 内部加工

研究概要

本研究者が提案している「新方式のレーザー干渉装置を用いたフェムト秒レーザーアブレーション加工」について、以下の研究・開発を行った。
1.透過型回折格子及びイメージング光学系を用いた広範囲に渡るフェムト秒レーザー干渉装置の開発
2.2光束干渉を用いたグレーティング構造の作製
3.4光束干渉を用いたマトリクス構造の作製
1.について、構成した装置を用いて実際に加工を行う事によって、2002年度末において世界最長となる6mmの周期ドット構造をシングルショットで加工することに成功した。本装置は回折格子を選択することで、多光束干渉一般に応用することが出来る。さらに、試料内部に集光することで内部加工に成功した。材料には、金薄膜、合成石英、サファイア、ポリスチレン、アクリル、スライドガラス等を用い、それらの加工に成功した。
2.について、1.で開発した装置に試料スキャン装置を組み合わせることで、任意の間隔を持つ周期ドット構造及びグレーティング構造を作製した。これらは透過・反射型回折格子として動作し、周期が縦・横方向共に均一であることが証明された。また、フルエンスを減少させることで、幅約380nm、深さ約11nmの溝の作製に成功した。
3.について、1.の装置を4光束干渉型に拡張することにより、シングルショットでマトリクス穴構造を作製することに成功した。ここで、縮小光学系を用いることで、ドット間隔1.7μm、穴径800nmの構造を作製することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Nakata, T.Okada, M.Maeda: "Fabrication of dot matrix, comb, and nanowire structures using laser ablation by interfered femtosecond laser beams"Applied Physics Letters. 81巻22号. 4239-4241 (2002)
• [文献書誌] Y.Nakata, T.Okada, M.Maeda: "Fabrication of micro and cyclic structure by using diffractive optics and femtosecond laser"Proc.SPIE. 4830. 488-491 (2003)
• [文献書誌] Y.Nakata, T.Okada, M.Maeda: "Holographic fabrication of micron structures using interfered femtosecond laser beams split by diffractive optics"Proc.SPIE. 4977(未定). (2003)
• [文献書誌] Y.Nakata, T.Okada, M.Maeda: "Formation of Periodic Structure Inside Silica Glase and Acryl by Interfering Femtosecond Laser"Japanese Journal of Applied Physics. 42巻4A号(未定). (2003)