Development of Ultra-short Pulsed Laser Micro-precision Processing Technology by High-speed Stress Control

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本研究の目的は，硬脆材料への超短パルスレーザ微細加工において，加工に用いる超短パルスレーザの強度分布を時空間的に変調することにより，材料内部に生じる超短パルスレーザ誘起応力波の応力分布を制御し，加工中に発生するダメージを抑制する加工手法を提案・実証することである．応力波の応力分布を制御するためには応力分布を計測する手法が必要であるため，時間分解マッハ・ツェンダー干渉計を用いたフェムト秒レーザ誘起衝撃波の３次元的な空間プロファイル計測の開発を行った．本計測手法を用いて得られた応力波のプロファイルを用いて有限要素法応力波伝搬シミュレーションを較正することで，フェムト秒レーザ誘起応力波の時空間的なふるまいを明らかにした．これらの計測手法とシミュレーション手法を用い，硬脆材料に対するフェムト秒レーザ微細穴あけ加工時の衝撃波によるクラック発生メカニズムの解明を行った．これによって得られた知見に基づいて，新しいクラックレスな超短パルスレーザ微細穴あけ加工法の提案・実証にも取り組んだ．パルスエネルギの時間変調を行うことで加工穴先端におけるフェムト秒レーザ誘起衝撃波の発生および，新たなクラックの発生を抑制し，硬脆材料へのフェムト秒レーザ微細穴あけ加工時の大幅なクラック低減を実現した．次年度以降は，超短パルスレーザの時空間プロファイルを高速に変調，最適化する技術の開発を進めることで，さらなるクラック低減や穴あけ加工以外の微細加工に対しての応用を進めていく．