超短パルスレーザーを利用したガラス内部の三次元元素分布制御とそのメカニズムの解明

超短脉冲激光玻璃内部三维元素分布控制及其机理阐明

• 批准号: 09J03481
• 负责人: 清水 雅弘
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J03481/
• 关键词: 超短パルスレーザー; ガラス; 三次元; 元素分布; 温度分布; 温度勾配; フェムト秒レーザー

本年度の研究は、より定量的かつ信頼性の高い温度分布の解析を行った。前年度までの温度分布に対する研究成果から、レーザー照射点付近は数千℃の高温に達しており、また温度勾配は1マイクロメートルあたり数十℃以上になることがわかった。しかし、これらの解析においては、(1)レーザーの伝搬方向の温度分布を考慮していない(2)ガラス物性の温度依存性を考慮していない、という二つの大きな問題点があった。本年度においてはこれら二つの問題点を解決することに成功し、求まった温度分布からガラスの構造変化のメカニズムを解明するに至った。具体的には、円筒対称の熱拡散方程式の解析解を用い、実験で得られるレーザーの伝搬方向の構造変化を解析することにより温度分布を得た。得られた温度分布とガラスの比熱から見積もった光吸収率は、光の透過損失率と非常に良い一致を示した。このことは、求めた温度分布が妥当であることを意味する。そして構造変化の閾値温度がガラス転移温度付近であるという結果が得られ、この結果を粘弾性モデルで説明することに成功した。また、元素移動現象が生じている領域は1200Kに達しており、レーザー照射後の偏光顕微鏡観察により流動が起こっていることが示唆された。以上の成果は高繰り返しフェムト秒レーザーによるガラスの内部加工を理解するために重要であり、特に応用面ではガラス内部への三次元低損失光導波路を作製する際に有用な知見を与える。

This year's research is based on quantitative analysis of high temperature distribution and quantitative information. The results of the previous year's research on temperature distribution and temperature distribution, and the results of the previous year's irradiation point were close to reaching a high temperature of several thousand degrees Celsius.しており、またTemperature matching は1マイクロメートルあたりになることがわかった above tens of degrees Celsius.しかし、これらのanalyticsにおいては、(1)レーザーの伝moving directionのtemperature distributionをconsiderしていない(2) The temperature dependence of physical properties of ガラスをConsider the problems of していない and という二つの大きな. This year's problems were solved successfully, and I asked for helpったTemperature distribution からガラスのstructural change のメカニズムを Explain するに to った. Specifically, the analytical solution of the thermal dispersion equation of the には、円冯対の い、実験で得られるThe structural change of the レーザーの伝moving direction is analyzed and the temperature distribution is obtained. Obtain the temperature distribution, specific heat, light absorption rate, light transmission loss rate, and very good uniformity.このことは、It is appropriate to find めたtemperature distribution であることをmeans する.そして structural change の threshold temperature がガラス転shift temperature close であるという knot The result of the fruit is the success of the sticky and sticky material.また、Elemental movement phenomenon が生じている区は1200K に达しており、レーザーAfter irradiation, the polarized light microscope was used to observe the flow of the liquid. The above results are high-quality, high-quality products, and internal processing is important to understand.り, Special に応 use surface ではガラス internal への three-dimensional low-loss optical waveguide を production and するinterior useful な知见を and える.

项目成果

Control of element distribution in glass with femtosecond laser

• DOI: 10.1117/12.906644
• 发表时间: 2012-02
• 作者: M. Shimizu;M. Sakakura;M. Nishi;Y. Shimotsuma;K. Hirao;K. Miura

Space selective reduction of europium ions via SrF₂ crystals induced by high repetition rate femtosecond laser

高重复频率飞秒激光诱导SrF₂晶体空间选择性还原铕离子

• DOI: 10.2109/jcersj2.119.939
• 发表时间: 2011
• 期刊: Journal of the Ceramic Society of Japan
• 影响因子: 1.1
• 作者: Xi Wang;Nan Wu;Masahiro Shimizu;Masaaki Sakakura;Yasuhiko Shimotsuma;Kiyotaka Miura;Shifeng Zhou;Jiarong Qiu;Kazuyuki Hirao
• 通讯作者: Kazuyuki Hirao

レーザーによるガラス内部の元素移動制御

使用激光控制玻璃内部的元件移动

• 作者: 清水雅弘;保田直美;坂倉政明;兼平真悟;西正之;下間靖彦;三浦清貴;平尾一之
• 通讯作者: 平尾一之

Homogeneous and elongation-free 3D microfabrication by a femtosecond laser pulse and hologram

• DOI: 10.1063/1.4705286
• 发表时间: 2012-04
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: M. Yamaji;H. Kawashima;J. Suzuki;S. Tanaka;M. Shimizu;K. Hirao;Y. Shimotsuma;K. Miura