Laser processing method of ceramic material by transient control of transparency

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セラミック材料の過渡的透明化加工を実現するために、材料がレーザパルスに照射される最初期に起こる現象が非常に重要となる。今年度、その時の過渡的な現象の高速度観察に注目した。最初に、パルスレーザの加工実験系に基づいて、マイクルソン干渉計のポンププローブ観察系を構築しました。時間分解計測法とマイケルソン干渉計を組み合わせることで，超短パルスレーザ照射後の材料表面の変形過程を，ピコ秒かつナノメートルの時空間スケールで計測することを目指す。それに、上記の実験系により、石英ガラス材料のパルスを受ける時の最初期の表面形状の変化を観察した。加工前後の材料表面の干渉縞画像を干渉縞解析プログラムによる解析し、レーザ照射後100 ps以内の表面形状変化履歴をナノメートルオーダーの精度で取得した。照射直後の5 ps内に材料の変形速度が100 km/sを超えることが分かった。なお、このような表面観察は多種の材料に対応できるので、これからセラミックなどの不透明材料に実施する予定がある。以上の研究はパルスレーザの照射によりセラミック材料の物性を制御する目標に貢献する。上記の研究と並列して、セラミック材料でのパルスレーザによる局所電子励起領域の生成過程及びTSL（過渡選択的レーザ）加工法の加工性について調査した。フェムト秒レーザ照射時ジルコニアセラミック材料内部の電子励起領域（金属相）の生成と発展過程を明らかにした。実験によって、セラミックの表面散乱を低減させ、高密度微細電子励起領域を誘導することに成功しました。最後に、超高速カメラ観察技術を使用して、セラミック材料のTSL加工の材料除去メカニズムを明らかにし、セラミック材料の加工効率を大幅に向上させました。