マルチ集光スポットレーザ照射による金属の深層レーザピーニング処理

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本研究では空間光位相変調レーザ光を用いた金属の深層レーザピーニング処理実現を目的としている。レーザ光を空間的に分割してマルチビーム化し、マルチ集光スポット照射でのレーザピーニングを実現する。2022年度はレーザ照射光学系の光学設計、光学配置確定を中心に研究活動を行った。結果として、マルチ集光スポットレーザ照射が可能な光学配置を設計・確定し、光学系を組み、種々の実験パラメータに対応可能な実験システムを構築した。空間位相変調器（SLM）を高い変調能で動作させるには消光比の高い直線偏光が必要となる。また、SLMはパルスレーザ使用においては、レーザ損傷しきい値が低いので、単位面積当たりのレーザ強度を低くして動作させる必要がある。そのため、複数枚の偏光子およびビーム径を拡大するための光学系を光路に導入した。その際、ターゲット材料への集光光学系も含めた光軸調整技術の確立が課題となった。CCDカメラによるレーザビーム近視野像および遠視野像モニターを設置し、光軸調整技術を確立した。半導体レーザ光をプローブ光として、マルチ集光ビームの発生を確認した。集光スポット間隔、スポット径の測定が行えるように別途モニターを設置して、多様なパラメータ変化に対応できる環境を整えた。集光スポット数が4、集光スポット間隔40 um、集光径100 umのマルチビームを形成させ、ステンレス鋼（SUS316L）に対してレーザピーニング処理を試行した。レーザピーニング効果の指標として、ビッカス表面硬さならびに圧縮残留応力値を採用した。表面硬度、圧縮残留応力の評価結果はシングル集光スポット照射と比べて著しい変化を示さなかった。2023年度以降、種々の集光条件でレーザピーニング処理実験を行い、深層レーザピーニングに適切なパラメータを考察していく。