光誘起プラズマによる三次元ナノ加工技術の開発

2011 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 / 石英ガラス / 偏光顕微鏡 / 位相差 / 5次元光メモリ / ダブルパルス / 音響光学分散位相フィルター

研究概要

再生増幅後のフェムト秒レーザーパルスを音響光学分散位相フィルター(Acoustico pticphase dispersion filter : AOPDF)を利用して波形制御し、時間遅延させたフェムト秒ダブルパルスや周波数チャープが石英ガラスとの相互作用にどのような影響を与えるかを調査した。具体的には、照射中のプラズマ発光やナノ周期構造形成による複屈折を測定し、パルス波形に対する発光強度や位相差(リターダンス)との関係を調べた。照射した全エネルギーをシングルパルス列の場合と同一としたダブルパルス列の照射では、リターダンス、発光強度共にダブルパルス列の方がシングルパルス列より大きくなった。特に、ダブルパルス列の照射により、プラズマ電子を効率的に励起することができるため、リターダンス値をシングルパルス列に比べて約3倍にすることが可能であることを明らかにした。周波数チャープの実験では、リターダンス、発光強度ともにフーリエ変換限界(FTL)付近のパルスでは大きくなり、FTLから離れるに従い、パルス幅による影響が支配的となり、値が小さくなった。以上の結果から、照射レーザーの周波数チャープやパルス列を制御することによって誘起される複屈折の位相差を制御することが可能であることを見出し、(1)超短パルス光のパルス成形・制御システムを構築するとともに、(2)超短パルス光の偏光・位相による三次元ナノ構造作製技術を開発した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度実施予定の(1)超短パルス光のパルス成形・制御システムの開発、(2)超短パルス光の偏光・位相による三次元ナノ構造作製技術の開発、については、おおむね目標を達成した。一方で、液晶空間光変調器(LCOS-SLM)を用いた周波数チャープの二次元制御については、制御プログラムの作成が終了できず、未達であった。

今後の研究の推進方策

来年度は、今年度までに構築した超短パルス光のパルス成形・制御システムと超短パルス光照射システムの有効性を実証するため、石英ガラス内部にサイズ・形態が制御されたシリコンナノ粒子や金属ナノ粒子を析出し、白色LEDや太陽電池等のデバイス構造を試作する。

研究成果

• [雑誌論文] Three-dimensional structuring inside transparent materials by a phase modulated fs laser beam with a LCOS-SLM (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, K. Miura, T. Sawano, Y. Shimotsuma and K. Hirao
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 7920 ページ: 792010-1-6
  • DOI: DOI:10.1117/12.881190
• [雑誌論文] (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane-derived porous gel monolith via thioacetal reaction-assisted sol-gel route (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ito, M. Nishi, K. Kanamori, K. Nakanishi, T. Kurahashi, S. Matsubara, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: 18 ページ: 032003-1-4
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/18/3/032003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sol-gel synthesis of Au-nanoparticle dispersed bicontinuous macroporous siloxane gel (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Hamada, M. Nishi, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: 18 ページ: 032002-1-4
  • DOI: DOI:10.1088/1757-899X/18/3/032002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiophotoluminescence from silver-doped phosphate glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyamoto, Y. Takei, H. Nanto, T. Kurobori, A. Konnai, T. Yanagida, A. Yoshikawa, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura, K. Hirao, Y. Nagashima and T. Yamamoto
  • 雑誌名: Radiation Measurements 巻: 46 ページ: 1480-1483
  • DOI: DOI:10.1016/j.radmeas.2011.05.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unexpected influence of focal depth on nucleation during femtosecond laser crystallization of glass (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Stone, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, K. Miura, K. Hirao, V. Dierolf and H. Jain
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: 1 ページ: 990-995
  • DOI: DOI:10.1364/OME.1.000990
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulation of optical anisotropy in silica glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura and K. Miura
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: 1 ページ: 803-815
  • DOI: DOI:10.1364/OME.1.000803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation mechanism of element distribution in glass under femtosecond laser irradiation (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Shimizu, M. Sakakura, S. Kanehira, M. Nishi, Y. Shimotsuma, K. Hirao and K. Miura
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 36 ページ: 2161-2163
  • DOI: DOI:10.1364/OL.36.002161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved phase hologram design for generating symmetric light spots and its application for laser writing of waveguides (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Sawano, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 36 ページ: 1065-1067
  • DOI: DOI:10.1364/OL.36.001065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photosensitivity control of an isotropic medium through polarization of light pulses with tilted intensity front (2011)
  • 著者名/発表者名: P. G. Kazansky, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, M. Beresna, M. Gecevi?ius, Y. Svirko, S.Akturk, J. Qiu, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 19 ページ: 20657-20664
  • DOI: DOI:10.1364/OE.19.020657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of laser-induced stress waves and mechanism of structural changes inside rock-salt crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Tochio, M. Eida, Y. Shimotsuma, S. Kanehira, M. Nishi, K. Miuraand K. Hirao
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 19 ページ: 17780-17789
  • DOI: DOI:10.1364/OE.19.017780
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of long range order in germanate glass by ultrafast laser (2011)
  • 著者名/発表者名: X. Wang, M. Sakakura, Y. Liu, J. Qiu, Y. Shimotsuma, K. Hirao and K. Miura
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 511 ページ: 266-269
  • DOI: DOI:10.1016/j.cplett.2011.06.063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal and shock induced modification inside a silica glass by focused femtosecond laser pulse (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, M. Terazima, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 ページ: 023503-1-8
  • DOI: DOI:10.1063/1.3533431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano-periodic structure formation on titanium thin film with a Femtosecond laser (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Wu, Z. Wang, X. Wang, Y. Shimotsuma, M. Nishi, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: ournal of the Ceramic Society of Japan 巻: 119 ページ: 898-901
  • DOI: DOI:10.2109/jcersj2.119.898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon precipitation via photoinduced reaction using femtosecond laser (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Nishimura, S. Kanehira, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 巻: 11 ページ: 10087-10092
  • DOI: DOI:10.1166/jnn.2011.4988
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermetallic magnetic nanoparticle precipitation by femtosecond laser fragmentation in liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, M. Nishi, K. Miura and K. Hirao
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 27 ページ: 8359-8364
  • DOI: DOI:10.1021/la201211e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space selective reduction of europium ions via SrF_2 crystals induced by high repetition rate femtosecond laser (2011)
  • 著者名/発表者名: X.Wang, N.Wu, M.Shimizu, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, S.Zhou, J.Qiu, K.Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 119 ページ: 939-941
  • DOI: 10.2109/jcersj2.119.939
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of silicon antireflection structures for inifrared rays using a femtosecond laser (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Imamoto, S.Kanehira, X.Wang, K.Kametani, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 36 ページ: 1176-1178
  • DOI: 10.1364/OL.36.001176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical properties of a waveguide written inside a LiTaO_3 crystal by irradiation with focused femtosecond laser pulses (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kumatoriya, M.Nakabayashi, M.Sakakura, Y.Shimotsuma, K.Miura, T.Fujii, K.Hirao
  • 雑誌名: Opticsl Review 巻: 18 ページ: 166-170
  • DOI: 10.1007/s10043-011-0017-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Nd_2Fe_<14>B nanoparticles under femtosecond laser ablation in liquid (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, Y.Shimotsuma, M.Sakakura, M.Nishi, K.Miura, K.Hirao, M.Sagawa
  • 雑誌名: IOP Conference Series : Materials Science and Engineering 巻: 18 ページ: 082011-1-4
  • DOI: 10.1088/1757-899X/18/8/082011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase transitions induced by ultrafast laser writing in transparent materials (2011)
  • 著者名/発表者名: P.G.Kazansky, M.Beresna, M.Gecevicius, C.Corbari, Y.Shimotsuma, M.Sakakura, K.Miura, K.Hirao, Y.Bellouard
  • 雑誌名: Proceedings of Conference on Lasers and Electro-Optics 巻: JTuI ページ: JTuI106-1-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Manipulation of self-assembled nanostructure in glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimotsuma, M.Sakakura, K.Miura, K.Hirao, P.G.Kazansky
  • 雑誌名: Proceedings of International Quantum Electronics Conference/Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim 巻: ULMOM ページ: 211-213
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of structural defects in silica glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimotsuma
  • 雑誌名: Proceedings of International Symposium on Optomechatronic Technologies ページ: 1-6
  • 査読あり
• [学会発表] Evolution of structural defects in silica glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimotsuma
  • 学会等名: International Symposium on Optomechatronic Technologies
  • 発表場所: The Chinese University of Hong Kong (China)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-02
• [学会発表] Manipulation of self-assembled nanostructure in glass (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimotsuma
  • 学会等名: International Quantum Electronics Conference/Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
  • 発表場所: Sydney Convention and Exhibition Centre (Australia)(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-29
• [図書] セラミックス機能化ハンドブック (2011)
  • 著者名/発表者名: 三浦清貴、下間靖彦、坂倉政明、平尾一之
  • 総ページ数: 593
  • 出版者: エヌ・ティーエス
• [図書] Nanowires-Fundamental Research- (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimotsuma, K.Miura, K.Hirao
  • 総ページ数: 552
  • 出版者: InTech