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

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「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。