研究課題
基盤研究(B)
本研究は、フェムト秒レーザーによる加工プロセスの時間発展のダイナミクスがどのようなものか、について、サブピコ秒の時間分解能を持つ直接的イメージング法によって、直接的に観察、検証しようとするものである。加工用レーザーパルスと照明用レーザーパルスは、同一レーザーパルスを分割し一方を波長変換することによって発生させる。2つのパルスの強度を独立に、特に、照明用パルスの強度を広範囲に調整する必要があることが判明し、光路中にアテネーターを設け、試料への到達エネルギーを調整するようにした。これにより鮮明な画像を得ることができるようになった。フェムト秒レーザーの基本波パルスを、平板状の試料表面に対して垂直に集光照射し、照明光である2倍波を、1表面に平行に平行光として通過させ、シャドウグラフイメージを測定した。パルス照射後から9ナノ秒までの時間分解画像を得ることができた。2倍波の透過フィルターを用いることで、プラズマ発光の影響を受けずに、プルームの発生と進展を高時間分解能で捉えられた。照射パルス数を増加させると、同一時刻でもプルームフロントの位置が試料表面に近づくことを明らかにした。これは、照射部に加工穴が生じ、その底部でレーザー光が吸収されプルームが発生するとして理解できる。さらにこの様な結果から、各種材料のパルスあたりの加工量の評価が可能になった。それによると、レーザー波長における吸収係数が最も低いガラスが、最も加工量が大きく、逆に金属では加工量が小さい、という結果が得られた。また、アルミの薄層の除去加工において、下層にITO層があると、加工閾値が低下し、加工範囲も広がることが観察された。これらは、これまでのレーザー加工の常識とは異なっており、フェムト秒レーザー加工プロセスに関する重要な新知見である。さらに、ナノ秒レーザーを用いた、レーザー誘起過渡応力分布の時間分解観察手法を開発した。
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