高強度レーザ伝播に作用する屈折率変動機構解明と高強度レーザ加工への展開

阐明影响高强度激光传播的折射率变化机制及其在高强度激光加工中的应用

• 批准号: 22KJ2127
• 负责人: 西端 樹
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2127/
• 关键词: 超短パルスレーザ; レーザ加工; 非線形光学

「高強度レーザ伝播に作用する屈折率変動機構解明と高強度レーザ加工への展開」では、大気の光カー効果や電離などの非線形光学現象を考慮したレーザ集光特性変化を可視化し、高強度レーザ加工の実現を目的とした。高いパルスエネルギーを持つフェムト秒パルスレーザやピコ秒パルスレーザでは、集光点近傍で大気の非線形光学現象の影響を受けレーザ集光特性が変化する。加工位置制御や加工結果の予測、最適なレーザ加工条件の探索のためにはレーザ集光特性の定量的な理解が必要不可欠であった。まずレーザ集光特性を実験的に取得するために、大気中で金属にレーザを照射し、レーザ照射領域推移とアブレーション領域推移を取得した。これらよりレーザ集光特性のエネルギー依存性、パルス幅依存性を網羅的に調査した。次に大気の非線形光学現象を考慮した超短パルスレーザ伝搬シミュレーションを構築し、実験結果との良い一致を得た。これは高強度レーザ加工における加工位置制御や加工結果の予測に貢献する。集光強度の大きな条件では光カー効果やラマンカー効果の寄与は無視することができ、集光位置に対して上流側での酸素の電離が支配的な非線形光学現象であることを確認した。各非線形光学効果のパラメータを比較することで、非線形伝搬計算をすることなく大気中で到達可能な最大レーザ強度と最大フルエンスを推定でき、それらはパルス幅と集光強度に強く依存することが示された。これらは最適なレーザ加工条件の探索に貢献する。

在“理解作用于高强度激光传播和高强度激光处理的发展的折射率波动的机制”中，目的是可视化激光光收集特性的变化，这些变化考虑了非线性光学现象，例如大气光学碳效应和电离效应和电离，并实现高INICENSICTION，并实现高IN-INSLOCIENT GROCIENT GRICICE GROCEDSERTIDS。在飞秒脉冲激光器和具有高脉冲能量的皮秒脉冲激光器中，由于非线性光学现象在聚焦点附近的大气中的影响，激光光收集特性会发生变化。对激光收集特性的定量理解对于控制处理位置，预测处理结果以及寻找最佳激光处理条件至关重要。首先，为了实验获得激光收集特性，金属在大气中用激光照射，并获得激光照射区域的跃迁和消融区域的跃迁。这些研究全面研究了激光收集特征的能量依赖性和脉冲宽度依赖性。接下来，构建了大气中的非线性光学现象的超短脉冲激光传播的模拟，并获得了与实验结果的良好一致性。这有助于控制加工位置和对加工的预测导致高强度激光加工。在高光收集强度的条件下，可以忽略光学Kerr效应和拉曼Kerr效应的贡献，并且可以证实，光收集位置上游的氧电离是主要的非线性光学现象。比较每种非线性光学效应的参数，可以在大气中达到最大激光强度和最大通量，而无需执行非线性传播计算，这表明这很大程度上取决于脉冲宽度和聚焦强度。这些有助于寻找最佳的激光处理条件。

项目成果

Pulse duration dependence of dry laser peening effects in the femtosecond-to-picosecond regime

• DOI: 10.35848/1882-0786/abfca2
• 发表时间: 2021-06-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS EXPRESS
• 影响因子: 2.3
• 作者: Nishibata, Itsuki;Yoshida, Masayuki;Sano, Tomokazu
• 通讯作者: Sano, Tomokazu