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フェムト秒レーザーを透明材料内部に集光照射すると、その焦点近傍のみが構造変化するが、構造変化とレーザー光の相互作用を明らかにすることを目的に、パルスの繰返し周波数が異なるフェムト秒レーザーパルス光をアルミノシリケートガラス内部に集光照射し、ガラス構成元素の拡散等の挙動を評価した。繰返し周波数1kHz(パルス間隔:1ミリ秒)の場合には焦点近傍における元素の移動は観察されないが、繰返し周波数を200kHz(パルス間隔:5マイクロ秒)の場合には、元素移動が観察された。特にガラスの網目形成元素であるSi、Alは中心に、一方網目修飾元素であるCaは焦点の周囲に移動した。これは、レーザー光の焦点近傍が高温・高圧状態(理論計算から温度:3000K以上、圧力:0.3GPa)となるため、ガラス骨格を形成しているSiやAlは収縮して中央部に集まった結果、Caが外に押しやられたためと考えられた。このパルスの繰り返し周波数による相違は、熱拡散の影響によると考えられ、繰り返し周波数200kHzの場合、レーザーのエネルギーが焦点付近で吸収されて熱に変換し、その熱がパルス間隔(5マイクロ秒)の間にアルミノシリケートガラス内をわずか約150nmしか拡散できないが、一方繰り返し周波数1kHzの場合、パルス間隔(1ミリ秒)の間に熱は約30μmも拡散することを計算により求めた。照射するフェムト秒レーザーの繰り返し周波数が十分に高い場合、熱が蓄積される結果、焦点近傍の元素移動が誘起されたと考えられる。以上のことから、材料の熱拡散に適したレーザーパルスの繰り返し周波数を選択することによって、誘起される構造を制御できることをを明らかにした。
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