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“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的阐明”中，我们将激光聚焦特性的变化可视化，其中考虑了光学克尔效应和电离等非线性光学现象。大气层，目的是实现激光加工。在高脉冲能量的飞秒脉冲激光器和皮秒脉冲激光器中，由于大气中非线性光学现象的影响，激光聚焦特性在聚焦点附近发生变化。定量了解激光聚焦特性对于控制加工位置、预测加工结果和寻找最佳激光加工条件至关重要。首先，为了通过实验获得激光聚焦特性，我们在大气中用激光照射金属，获得了激光照射面积和烧蚀面积的变化。根据这些结果，我们全面研究了激光聚焦特性的能量依赖性和脉冲宽度依赖性。接下来，我们构建了考虑大气中非线性光学现象的超短脉冲激光传播模拟，并与实验结果取得了良好的一致性。这有助于高强度激光加工中的加工位置控制和加工结果的预测。在高聚焦光强条件下，光学克尔效应和拉曼克尔效应的贡献可以忽略不计，证实聚焦位置上游的氧电离是主要的非线性光学现象。通过比较每个非线性光学效应的参数，我们可以估计在大气中可以达到的最大激光强度和最大注量，而无需进行非线性传播计算，并且我们表明它们强烈依赖于脉冲宽度和聚焦强度。完毕。这些有助于寻找最佳的激光加工条件。

项目成果

Pulse Duration Dependence of Dry Laser Peening Effects in the Femtosecond-to-Picosecond Regime

飞秒至皮秒范围内干激光喷丸效果的脉冲持续时间依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: I. Nishibata; M. Yoshida; Y. Ito; N. Sugita; A. Hirose;T. Sano
• 通讯作者: T. Sano