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フェムト秒レーザ誘起コヒーレントプラズモン遠方場によるナノプロセシング

飞秒激光诱导相干等离子体远场纳米加工

基本信息

批准号：
12J02684
负责人：
小原豪
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J02684/
关键词：
フェムト秒レーザミー散乱表面プラズモン遠方場 LIPSS LSFL HSFL FDTD 表面プラズモン

项目摘要

平成25年度は、フェムト秒レーザ誘起表面微細周期構造LIPSS、特に周期が照射光波長の半分以下であるHSFL (High Spatial Frequency LIPSS)の作製メカニズムの解明を主に行った。今までHSFLはフェムト秒レーザを用いて単一パルスのアブレーション閾値以下のフルエンスでマルチパルス照射した時に作製されてきた。今まで生成原理が未解明であったHSFLの成長過程を調べた。作製実験結果と3D-FDTD法による光強度分布の計算結果から、表在する欠陥によるMie散乱由来でHSFL生成されることが分かった。4H-SiC結晶ではフェムト秒レーザの初期パルス照射により表面欠陥が生成された。HSFLはアブレーション過程で1パルスごとに長軸方向に伸長していくことがわかった。ガウス分布のレーザ照射スポットの中心部では、レーザ強度が高いためにSiC結晶が金属様となり表面プラズモン遠方場由来でLSFLが生成された。一方、照射スポットの周辺部においては4H-SiC結晶中のレーザ励起電子数密度が低いため、Mie散乱が支配的になりMie散乱遠方場由来でHSFLが生成されることが分かった。実験的にHSFLの成長過程を報告した論文はなく、重要な知見を得ることができた。HSFLの深さ方向のアブレーションについても3D-FDTD法による計算結果を用いて説明した。SiC半導体結晶は、結晶成長中に積層欠陥やSi欠陥などが発生しやすいので、精密なHSFLを作製するためには欠陥の少ない結晶を準備することが非常に重要である。また、HSFLは多パルスレーザアブレーションで成長していくために、基板が金属化しない低フルエンスレーザで非常に多くのパルス数を照射することで非常に深い溝のHSFLを生成することができるであろう。本研究で明らかにしたナノ周期構造作製技術は、電子工学、光工学、医療工学、機械工学まで非常に幅広い分野に渡る応用が期待される。本研究で得られた知見を基礎に、応用研究が発展することが期待される。例えば、光工学では高屈折率GaN系のLEDやLDの光取り出し端面にナノ周期構造を作製して、光の取り出し効率を向上できる。

In 2005, the HSFL (High Spatial Frequency LIPSS) system was developed to induce surface micro-periodic structures (LIPSS) and to induce high spatial frequency LIPSS (High Spatial Frequency LIPSS). The HSFL is now in the middle of the game. The principle of HSFL's development is still unclear. The calculation results of light intensity distribution by 3D-FDTD method show that HSFL is generated by scattering. 4H-SiC crystals are formed in the initial stage of irradiation. The HSFL is elongated in the long axis direction. The center of SiC crystal is high in intensity, and the surface is high in intensity. The source of LSFL is far away. The electron number density in the 4H-SiC crystal is low, and the HSFL is generated from the scattering field. Report on the growth process of HSFL The calculation results of 3D-FDTD method are illustrated in detail. SiC semiconductor crystals are very important for the preparation of silicon crystals in the growth of silicon crystals and for the preparation of silicon crystals in the production of silicon crystals. The HSFL is very deep in the groove and the substrate is very low in metallization. This study shows that periodic structure manufacturing technology is expected to be used in electronic engineering, optical engineering, medical engineering and mechanical engineering. This study is based on the knowledge and expectation of future research. For example, optical engineering is to control the periodic structure of GaN-based LED and LD with high refractive index, and to improve the light extraction efficiency.