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光侵入長を制御したフェムト秒レーザーアブレーションによる次世代金属表面加工の研究

利用受控光学穿透深度的飞秒激光烧蚀进行下一代金属表面加工的研究

基本信息

批准号：
19J14818
负责人：
古川雄規
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、フェムト秒レーザー列（第1レーザー、第2レーザー）照射による金属表面加工の物理過程を明らかにすることを目的として、第1レーザーが照射された金属標的表層における光学的な特性の時間発展を測定する新たな手法を提案し、主にチタン標的について測定を実施した。採用第一年目は、第1レーザーが照射されたチタン標的表層の「光侵入長」を測定する手法を提案し、第1, 2レーザーの間隔が100psであるときに光侵入長がレーザー未照射チタンの光侵入長よりも減少することを明らかにした。採用第二年目は、「光侵入長」という特性が「吸収係数」という特性の逆数であることに着目し、採用第一年目に提案した『光侵入長を求める手法』を改良することで、第1レーザー照射により変化したチタン表層の『過渡的な吸収係数の深さ分布を求める手法』を提案した。この新手法により、レーザー間隔0.3～1000psにかけての第1レーザー照射による吸収係数分布の変化を初めて明らかにした。レーザーが照射された金属標的表層の光学特性の深さ分布を測定する手法は今までになく、本研究により吸収係数の深さ分布測定法が提案されたことで、これまで数値計算などでしか考察できなかった物質の（表面だけでなく空間的な）時間発展の解明が進展すると期待される。本研究の実験結果を複数の学会および学会プロシーディングにおいて発表した。本研究の重要性が認められた成果として、複数の学会（日本物理学会、応用物理学会）で優秀発表賞を受賞した。さらに、第2レーザーの波長を二倍波に変えた実験を実施するための装置を購入し、実験光学系をデザインした。実験の実施、および成果発表は次年度（2021年度）に引き継ぐことになるが、二倍波レーザーを用いた実験により、金属表面加工の物理過程がより詳細に考察できると期待される。

In this study, we propose a new method for measuring the time evolution of optical properties of metal surface processed by irradiation (1st and 2nd order) and measure the time evolution of optical properties of metal surface processed by irradiation. The method of measuring the light penetration length of the surface layer of the first and second irradiation targets was proposed. The interval between the first and second irradiation targets was 100ps. The light penetration length of the surface layer of the first and second irradiation targets was reduced. In the second year, the "light penetration length" and the "inverse number of characteristics" were adopted. In the first year, the "light penetration length calculation method" was improved. In the first year, the "absorption coefficient distribution method of transition" was proposed. The new method is to change the absorption coefficient distribution of the first radiation at intervals of 0.3~1000ps. A method for measuring the depth distribution of optical properties in the surface layer of irradiated metal targets is proposed in this study. A method for measuring the depth distribution of absorption coefficient is proposed. The results of this study are summarized as follows: The importance of this research is recognized and many societies (Japan Physical Society, Applied Physics Society) are rewarded for their outstanding achievements. The wavelength of the second wave is doubled. The device is purchased and the optical system is installed. The implementation and results of the project are reported in the next year (2021), and the physical process of metal surface processing is expected to be investigated in detail.