| 研究課題/領域番号 |
19K04109
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
菊田 久雄 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10214743)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | レーザ加工 / 偏光ビーム / 異形穴加工 / フェムト秒レーザ |
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| 研究実績の概要 |
コロナ禍において、レーザ設備を利用している機関への入構が許されず、シミュレーション主体の研究になった。
自作した加工シミュレータを使って、ビーム強度が強くなると偏光による加工効率の差が小さくなることを示した。これは、部材の表面除去プロセスを良く表現できるフルエンスモデルにおいて、部材除去量が吸収フルエンスに対して対数関数的になるためである。四角穴が得られている現在の実験条件（50umを0.2mj/パルス）の５倍程度のパルス強度になると、加工穴が丸みを帯びることが予測されている。
一方、異形加工穴の微細化の限界について、電磁場解析（数値シミュレーション）によって検討した。上述の加工シミュレータでは、加工穴内での光の振る舞いを幾何光学に基づく光線追跡によって求めており、穴の大きさに関わらず異形穴が得られるものである。しかし、穴径がレーザ波長と同程度になる場合は、加工穴内での光の振る舞いには波の性質が現れて、光吸収エネルギーの分布が穴の大きさに強く依存する。本研究では、時間領域差分法（FDTD法）と呼ばれる電磁場解析法を使って微小穴内での光吸収分布を算出し、幾何学的な手法で求めた光吸収分布と比較することで、穴開口が波長の４倍程度で波の性質が顕著になり、異形穴が得られないことを予測した。
その他、十字穴加工のための位相差素子をより高精度なものに作製し直し、所望の十字加工に必要な強度分布と偏光分布を得た。また、偏光変換素子と位相差素子のアライメントを容易にするための光学系を設計・作製した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
コロナ禍において、レーザ設備を利用している機関への入構が許されず、実験による研究をまったく行えなかった。
シミュレータの改善、および、シミュレーション・ベースの加工限界の検討については、順調な進展があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
レーザ設備がある機関への入構が許されれば、直ちに加工実験を再開したいが、入構が困難な状況が続けば、先方機関に共同研究として実験を依頼することを考える。
一方、加工シミュレータの性能が向上したことから、これを用いて偏光変換素子を効率的に設計する手法の開発に取り組む。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
他機関の施設利用のための旅費を準備していたが、コロナ緊急事態宣言のために出張を見合わせたため。遅れている実験のための旅費に使用する予定である。
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