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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04977/
• 关键词: 光プロセッシング; フェムト秒レーザー; 固体表面修飾; パルス合成; 時空間特性; アブレーション

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）。

Under appropriate conditions, irradiation on solid surfaces induces the formation of periodic structures on surfaces. Depending on the irradiation conditions, various shapes may be formed, and the functional properties of the surface may be expected. This study aims to explore the combination of time and space dependence of different polarization and wavelength, and the development of control technology for surface periodic structure formation. The results of the study of high-order nonlinear phenomena in atomic and molecular chemistry, solid surface modification, new shape manufacturing and new control technology are expected. The purpose of this study is to explore the mechanism for the formation of periodic structures on solid surfaces and to enhance the mechanism for the formation of periodic structures on surfaces. Specific research contents include: (1) adjustment of polarization state of fundamental wave and double wave, coaxial combination, phase delay, control method of phase precision, time-space development, control of light generation,(2) evaluation of periodic structure formation under irradiation of dielectric and metal surface,(3) Acquisition of time development information related to the surface periodic structure formation mechanism. In 2022, the development of space and time, the development of light control and the irradiation of solid surfaces were selected. The two colors are arranged coaxially, and the adjustment and delay of each polarization state are precisely controlled. The optical system for time and space development is constructed. The dependence of irradiation time, wavelength and structure on each other was evaluated. In addition, the research on the formation of periodic structures and the application of dual-color radiation in the treatment of diseases and diseases (2 reports issued by the Chinese Academy of Sciences)