A study of thermal damage reduction of laser material removal by combination of femto second laser and electric double layer

飞秒激光与双电层组合减少激光材料去除热损伤的研究

基本信息

批准号：
22K14519
负责人：
吉田剛
金额：
$ 2.75万
依托单位：
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14519/
关键词：
レーザー加工超短パルスレーザー電気化学反応電気二重層

项目摘要

本研究は極めて強い電圧印可条件における超短パルスレーザー照射によるレーザー照射による熱影響を極限まで取り除いた新規物質除去現象を探求することを目的としている。fsレーザーを使用したレーザーアブレーション加工は極めて短いパルス幅による局所的な加熱により長いパルス幅を持つレーザーと比較して高品質な加工痕を得られることが知られているが、近年の二次元物質の加工や構造形成の微細化の要請により、将来的に更なる熱影響の低減の要請が予想される。本目的を達成する具体的方法として、電解液中において電極表面に形成される電気二重層が電極表面に極めて強い電場を発生させることを利用し、その強い電場とフェムト秒レーザーの局所的な加熱を組み合わせることで従来のアブレーションより低い加工閾値を持った加工の可能性を探る。加工閾値を低下させることは熱源となるレーザー照射のエネルギー自体を低下させ、熱影響の低減につながると期待される。本研究計画は2022年度に電解液中におけるレーザー照射を行う実験装置の構築、2022年度-2024年度にかけてAlなどの金属材料、Siなどの半導体材料において電解液中におけるレーザー照射の実験を行い、結果を報告する予定である。2022年度には実験装置の構築とNaCl水溶液系での金属に対するfsレーザー照射実験を行った。現有のフェムト秒レーザー光源と、本助成金により購入したポテンショスタット、光学部品を組み合わせることで電解液中で作用電極に任意の電位を印加しつつフェムト秒レーザー照射が可能な垂直照射型の光学系を構築した。　現在、構築した実験装置を用いて銅、アルミニウムなどの金属サンプルに対して電解液中におけるレーザー照射の実験を進めている。

这项研究旨在探索去除新物质的现象，该现象可以在极强的电压施用条件下消除用超短脉冲激光照射到极限的激光照射的热效应。众所周知，与由于极短的脉冲宽度引起的局部加热，使用FS激光器的激光消融处理可以产生高质量的加工标记，但是随着近期处理二维材料的要求和结构形成的小型化，预计将来会进一步减少热量效应。实现这一目标的一种具体方法是利用这样一个事实，即电解质中电极表面形成的电动双层在电极表面上产生极强的电场，并通过将强电场与替代飞秒激光器的局部加热相结合，我们探索了将加工与比常规质量较低的加工阈值探索的可能性。预计降低加工阈值将减少激光照射的能量，这是热源，并导致热效应的降低。该研究计划将构建一种实验设备，该设备在2022年在电解质中执行激光照射，从2022年到2024年，我们将对在金属材料（例如Al和Semiconductor材料）的电解质（例如SI）的电解质中进行激光照射实验，并报告结果。在2022年，我们使用NaCl溶液系统在金属上辐射FS激光器进行了实验设备构建和实验。通过将当前的飞秒激光源与通过此赠款购买的电位托机和光学组件相结合，这是一种垂直辐照类型的光学系统，能够使用飞秒激光照射，同时为电解质中的电解电解质的工作电极应用任意潜力。目前，我们正在使用我们制造的实验设备在金属样品（例如铜和铝等电解质）中进行激光照射的实验。