Development of new methods for surface structuring of solid by time-space controlled femtosecond laser pulses

时空控制飞秒激光脉冲固体表面结构化新方法的开发

基本信息

批准号：
22K04977
负责人：
欠端雅之
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

フェムト秒レーザーを適切な条件で固体表面に照射するとレーザー誘起表面周期構造が形成される。物質や照射条件に依存し多様な形状が形成可能であり、表面への機能性付与への応用が期待されている。本研究では、異なる偏光・異なる波長のフェムト秒レーザーパルス対を位相精度で時間的に組み合わせ、特異な時間・空間依存性を有する「時空間発展制御光パルス」を発生し、レーザー誘起表面周期構造形成の制御技術の開拓に取り組む。このような光パルスは原子・分子のイオン化や高次非線形現象の研究で効果が検証されているが、固体の表面修飾の報告はなく、新規形状の作製や新規制御技術の実現に繋がることが期待される。本研究の目的は、時空間発展制御光パルスやダブルパルス照射による固体表面の周期構造形成やアブレーション特性を実験的に調べること、さらに表面周期構造形成の機構を明らかにし表面周期構造制御の高度化を行うことである。具体的な研究内容としては、(1) 基本波と二倍波のフェムト秒レーザーパルスの偏光状態を調整し同軸上に組み合わせ相対遅延を位相精度で制御する手法による時空間発展制御光パルスの発生、　(2) 誘電体や金属表面への照射によるアブレーションや周期構造形成の評価、(3) 表面周期構造形成機構に関連する時間発展情報等の取得である。2022年度は時空間発展制御光パルスの発生と固体表面への照射実験に取り組んだ。二色パルスを同軸上に配置し各偏光状態の調整と遅延の精密制御を可能とする時空間発展制御光パルス発生光学系を構築した。照射実験として、各波長のフェムト秒パルスのみでのアブレーションと周期構造形成のフルエンス依存性等を評価した。さらにジルコニアセラミックスに対し二色ダブルパルス照射を行い、パルスの遅延に対するアブレーションと周期構造形成を調べた（国内学会発表2件）。

在适当条件下，在固体表面上的飞秒激光的辐照形成激光诱导的表面周期性结构。可以根据物质和辐照条件形成各种形状，并有望将其应用于表面的功能。在这项研究中，我们将在时间相精确度中将具有不同极性光和不同波长的飞秒激光脉冲对结合在一起，以生成“时空进化控制光学脉冲”与独特的时间和空间依赖性，并致力于为激光诱导的表面周期性周期性结构形成开发控制技术。尽管通过研究原子和分子电离和高阶非线性现象已经验证了这种光脉冲的影响，但尚无关于固体表面修饰的报道，预计它们将导致新形状的创造以及新的控制技术的实现。这项研究的目的是通过空间和时间进化控制光脉冲和双重脉冲照射，实验研究固体表面的周期性结构形成和消融特征，并阐明表面周期性结构形成的机制并改善复杂的表面周期性结构控制。特定的研究主题包括（1）使用一种技术使用一种技术来调整基本和双波飞秒激光脉冲的极化状态，并控制相对延迟的相对延迟与相位准确性相对延迟，并控制相对延迟，（2）逐步划分和周期性的结构（2），（2）将相对延迟（2）逐步逐渐遵循，（2）乘坐和周期性的结构（2）与表面周期性结构形成机制有关的进化信息。在2022年，我们致力于生成固体表面上的时空发育控制光脉冲和辐照实验。构建了一个时空进化控制光学脉冲光学系统，该系统可以通过放置两色脉冲来同轴以调节极化状态并精确控制延迟的精确控制，从而可以精确控制延迟。作为一个辐照实验，评估了每个波长的飞秒脉冲中消融和周期性结构形成的依赖性。此外，用双色脉冲辐照锆陶瓷，以研究脉冲延迟的消融和周期性结构（日本社会的两个演示）。