マイクロプラズマを屈折率変調媒体に利用したアクティブ無機微小光学素子の作製と評価

使用微等离子体作为折射率调制介质的活性无机微光学器件的制备和评估

• 批准号: 08J00403
• 负责人: 溝尻 瑞枝
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J00403/
• 关键词: フェムト秒レーザ; 非線形光学効果; 非線形リソグラフィ; 微細加工プロセス; 化学増幅型レジスト; 非線形光吸収; 微小光学素子; マイクロプラズマ

前年度の成果から,マイクロプラズマを用いたアクティブ素子の作製には,微細電極構造や光学素子のための立体的な微細構造作製プロセスの確立が重要であることがわかった.我々は,これまでに立体構造作製のために,非線形光学効果を半導体プロセスに導入したフェムト秒レーザリソグラフィ支援マイクロマシニングを提案したが,なかでも非線形リソグラフィにおいて,パターン形状がレーザ強度分布に一致しない特異的な現象が生じることが明らかになり,本年度は作製プロセスの高度化を目的としてパターニングプロセスのメカニズムの解明を行った.フェムト秒レーザを用いた非線形リソグラフィでは,高繰返しのレーザパルスを低開口数のレンズで集光した.そのため,非線形光吸収中に熱蓄積が生じ,高密度化により光吸収領域の屈折率が増大する可能性がある.レーザ照射後ベイク処理なしの状態のレジストの屈折率を測定すると,光吸収領域の屈折率は8×10^<-3>の増大が生じていることがわかった.非線形光吸収領域の屈折率増大が生じると,高屈折率領域をコア,周囲をクラッドとする光ファイバのように後続パルスが閉じ込められる可能性がある.屈折率差と集光フェムト秒レーザパルスのビーム径から後続パルスの結合効率を求めると,87%と見積もられた.レーザ照射パルス数が8×10^3のとき,結合パルスのピーク強度は非線形光吸収の強度閾値よりも大きくなり,結合パルスが更に非線形的に吸収される可能性があることを示唆する知見が得られた.この結果は,非線形リソグラフィにおいて,パターン形状が対物レンズによる集光強度分布と一致しない特異的な現象が,光吸収中の屈折率変化と後続パルスの結合により誘起されていることを示唆しており,熱蓄積の影響が低減できる高速描画条件において,回折限界以下の500nm程度のパターン形成を達成した.

Annual の results before か ら, マ イ ク ロ プ ラ ズ マ を with い た ア ク テ ィ ブ element system の son に は, micro electrode structure や optical element child の た め の な subtle structure of stereoscopic system プ ロ セ ス が の established important で あ る こ と が わ か っ た. I 々 は, こ れ ま で に three-dimensional structure for making の た め に, nonlinear optical unseen fruit を semiconductor プ ロ セ ス に import し た フ ェ ム ト seconds レ ー ザ リ ソ グ ラ フ ィ support マ イ ク ロ マ シ ニ ン グ を proposal し た が, な か で も nonlinear リ ソ グ ラ フ ィ に お い て, パ タ ー ン shape が レ ー ザ intensity distribution に consistent し な い specific な phenomenon born が じ る こ と が Ming ら か に な り, this year's は cropping プ ロ セ ス の を empirically purpose と し て パ タ ー ニ ン グ プ ロ セ ス の メ カ ニ ズ ム の interpret を line っ た. フ ェ ム ト seconds レ ー ザ を with い た nonlinear リ ソ グ ラ フ ィ で は, high Qiao return し の レ ー ザ パ ル ス を low opening number の レ ン ズ で concentrated し た. そ の た め, nonlinear optical absorption in 収 に heat accumulation が raw じ, high-density に よ り light field の 収 absorption rate of inflectional が raised large す る possibility が あ る. レ ー ザ after irradiation ベ イ ク 処 Richard な し の state の レ ジ ス ト の を inflectional rate determination す る と, light field の 収 absorption rate of inflectional は 8 x 10 ^ < - > 3 の raised large が raw じ て い る こ と が わ か っ た. Nonlinear optical field の inflectional 収 absorption rate raised large が raw じ る と, high rate of inflectional field を コ ア, weeks 囲 を ク ラ ッ ド と す る light フ ァ イ バ の よ う に after 続 パ ル ス が closed じ 込 め ら れ る possibility が あ る. Inflectional rate differential と concentrated フ ェ ム ト seconds レ ー ザ パ ル ス の ビ ー ム diameter か ら after 続 パ ル ス を の combining working rate for め る と, 87% と see product も ら れ た. レ ー ザ irradiation パ ル ス が 8 x 10 ^ 3 の と き, combining パ ル ス の ピ ー ク strength は nonlinear optical absorption 収 の intensity threshold numerical よ り も big き く な り, combining パ ル ス が more に に 収 absorption of nonlinear さ れ る possibility が あ る こ と を in stopping す る knowledge が have ら れ た. こ の は result, nonlinear リ ソ グ ラ フ ィ に お い て, パ タ ー ン shape が content レ seaborne ン ズ に よ る collection of light intensity distribution と consistent し な い specific が な phenomenon, light suction 収 の inflectional rate variations change after と 続 パ ル ス の combining に よ り induced さ れ て い る こ と を in stopping し て お り, heat accumulation The <s:1> influence が reduces the で る る る high-speed drawing conditions にお を て て, and the <s:1> 500nm degree below the limit of the fold <s:1> パタ パタ を <s:1> forms を and achieves た た.

项目成果

Silica-based diffractive-refractive hybrid lenses fabricated by femtosecond laser lithography assisted micromachining

飞秒激光光刻辅助微加工制造的二氧化硅基衍射-折射混合透镜

• 发表时间: 2008
• 作者: 藤井彩恵;内山彰;梅津高朗;山口弘純;東野輝夫;溝尻瑞枝;M. Mizoshiri
• 通讯作者: M. Mizoshiri

Three-dimensional SiO2 surface structures fabricated using femtosecond laser lithography

• DOI: 10.1007/s00339-009-5446-1
• 发表时间: 2009
• 期刊: Applied Physics A
• 作者: M. Mizoshiri;Hiroaki Nishiyama;J. Nishii;Y. Hirata

Nonlinear lithographic properties by femtosecond laser pulses using a low-NA lens

使用低数值孔径透镜的飞秒激光脉冲的非线性光刻特性

• 发表时间: 2010
• 作者: Shun Matsuura;Nobuo Shinozaki;溝尻瑞枝
• 通讯作者: 溝尻瑞枝

フェムト秒レーザ支援マイクロマシニングによるマイクロ流路内への無機材料製微小光学素子の作製

飞秒激光辅助微加工在微通道中制造无机材料微光学元件

• 发表时间: 2008
• 作者: 溝尻瑞枝;西山宏昭;西井準治;平田好則
• 通讯作者: 平田好則

Silica-based optical elements in microchannel fabricated by femtosecond laser-induced nonlinear lithography

飞秒激光诱导非线性光刻技术在微通道中制备二氧化硅基光学元件

• 发表时间: 2009
• 作者: 南本真一;藤井彩恵;山口弘純;東野輝夫;溝尻瑞枝
• 通讯作者: 溝尻瑞枝