光誘起プラズマによる三次元ナノ加工技術の開発

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22350093
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 下間 靖彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40378807)
• キーワード: 超短パルスレーザー / パルスフロントチルト / 偏光顕微鏡 / 石英ガラス / 熱蓄積 / 熱拡散 / 元素分布 / 5次元光メモリ

研究概要

パルスエネルギー、波長などの他の条件を同一に設定し、アルミノシリケートガラス内部に集光照射する超短パルス光のパルス間隔を変えて実験を行ったところ、パルス間隔が被加工物質の熱拡散に比べて十分に長い場合(1ミリ秒)、次パルスの到達までに熱は拡散し、蓄積されず、顕著な構造変化は観察されなかった。一方、パルス間隔を短く(4マイクロ秒)すると、熱蓄積の効果が顕著になり、温度分布に依存して元素が拡散した。さらに、偏光方向を水平および垂直方向に変化させた超短パルス光を石英ガラス内部に集光照射し、このようなパルス間隔による熱蓄積の効果の偏光依存を調査した。レーザー照射部には、構造変化による応力などに由来した位相差(リタデーション)が見られるため、偏光顕微鏡を使用して照射パルス数に対するリタデーションの変化を観察した。その結果、熱蓄積の効果響は、偏光方向にも依存し、特に熱蓄積の効果が小さい場合(パルス間隔が長い場合)に顕著であった。光弾性変調器と波形整形器との組み合わせによるパルス波形整形を検討したが、出射レーザー光に対する耐光性に問題があったため、音響光学フィルターを利用したパルス波形整形器を導入し、光学系を構築した。コンプレッサーの光軸調整が不十分な場合をはじめとして、使用されているグレーティングやプリズムなどの光学部品の平坦性などに由来した僅かな分散特性によって、空間的に周波数チャープすることにより生じたパルス先端の強度分布形状の歪み(パルスフロントチルト)と偏光方向の相互作用によって、同一のパルスエネルギーであっても、光のエネルギーが熱に変換される量が偏光方向によって異なることを示唆していると考えられた。このようなパルスフロントチルトと偏光方向の相互作用を利用することによって、石英ガラスに三次元(XYZ)に加えて偏光方向と位相差を記録できるため、5次元光メモリへの応用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Micro-hole processing of polyimide film by ultra-short laser pulses and its applications (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Ohnishi, H. Shikata, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Applied Physics A 巻: 98 ページ: 123-127
  • DOI: DOI:10.1007/s00339-009-5450-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space-selective phase separation inside a glass by controlling compositional distribution with femtosecond-laser irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Shimizu, K. Miura, M. Sakakura, M. Nishi, Y. Shimotsuma, S. Kanehira, T. Nakaya and K. Hirao
  • 雑誌名: Applied Physics A 巻: 100 ページ: 1001-1005
  • DOI: DOI:10.1007/s00339-010-5879-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective growth of gold nanoparticles on FIB-induced amorphous phase of Si substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuoka, M. Nishi, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 118 ページ: 575-578
  • DOI: DOI:10.2109/jcersj2.118.575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-initiation of ZnO nanorod formation by femtosecond laser irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Wu, Y. Shimotsuma, M. Nishi, M. Sakakura, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 118 ページ: 147-151
  • DOI: DOI:10.2109/jcersj2.118.147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission mechanism of radiophotoluminescence in Ag- doped phosphate glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyamoto, T. Yamamoto, K. Kinoshita, S. Koyama, Y. Takei, H. Nanto, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 45 ページ: 546-549
  • DOI: DOI:10.1016/j.radmeas.2010.01.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast manipulation of self-assembled form birefringence in glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura, P. G. Kazansky, M. Beresna, J. Qiu, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 22 ページ: 4039-4043
  • DOI: DOI:10.1002/adma.201000921
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase control of iron silicides using femtosecond laser irradiation (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Kanehira, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, M. Eida, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Applied Physics A 巻: 101 ページ: 81-85
  • DOI: DOI:10.1007/s00339-010-5763-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Environmental radiation monitoring using solid state dosimeter (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Koyama, Y. Miyamoto, A. Fujiwara, H. Kobayashi, K. Ajisawa, H. Komori, Y. Takei, H. Nanto, T. Kurobori, H. Kakimoto, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, K. Miura, K. Hirao and T. Yamamoto
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 22 ページ: 377-385
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission and excitation mechanism of radio- photoluminescence in Ag^+-activatedphosphate glass (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyamoto, K.Kinoshita, S.Koyama, Y.Takei, H.Nanto, T.Yamamoto, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 619 ページ: 71-74
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of three-dimensional 1×4 splitter waveguides inside a glass substrate with spatially phase modulated laser beam (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sakakura, T.Sawano, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 18 ページ: 12136-12143
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionizing radiation sensor utilizing radiophotoluminescence in Ag^+-activated phosphate glass and its application to environmental radiation monitoring (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Miyamoto, K.Kinoshita, H.Kobayashi, A.Fujiwara, S.Koyama, Y.Takei, H.Nanto, T.Yamamoto, T.Kurobori, K.Yanagida, A.Yoshikawa, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: 22 ページ: 235-245
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of heat-modification inside a glass after irradiation with high-repetition rate femtosecond laser pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Shimizu, M.Sakakura, M.Ohnishi, Y.Shimotsuma, T.Nakaya, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 108 ページ: 073533-1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic and Thermal Dynamics in Femtosecond Laser-Induced Structural Change Inside Glasses Studied by the Transient Lens Method (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sakakura, M.Terazima, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Laser Chemistry 巻: 2010 ページ: 148268-1-15
  • 査読あり
• [学会発表] Manipulation of form birefringence in isotropic material (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura, P. G. Kazansky, K. Miura and K. Hirao
  • 学会等名: CLEO/QELS 2010
  • 発表場所: San Jose McEnery Convention Center, USA
  • 年月日: 2010-05-17