米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）分析测量标准研究部放射成像测量研究小组 Tatsunori Shibuya 特别研究员，AIST，Masato Tanaka 首席研究员，Hirotsugu Okawa 首席研究员，AIST/东京大学先进操作测量技术开放创新实验室先进相干光学处理团队 Ryunosuke Kuroda 实验室团队负责人，Takashi Takahashi 研究助理（东京大学工学研究科），国立大学法人东京大学 [校长 Makoto]东京大学光子科学研究中心（以下简称“东京大学”）首席研究员坂上一之、早稻田大学固体物理研究所小林洋平教授【院长蒲田薫】（以下简称“早稻田大学”）理工学院教授鹫尾浩一等人共同合作进行了基于SACLA的实验国立量子放射线科学技术研究所【会长】平野敏夫】量子束科学研究部组长西木野正元和国立大学法人宇都宫大学【校长石田智康】与工学部（工学研究科）东口刚教授合作极紫外线我们使用飞秒激光器实现了对合成石英的激光加工，热效应极小。
使用更短脉冲和更短波长的激光的下一代激光加工可以通过阐明加工机制和了解加工特性来减少热效应非热处理这次，我们使用极紫外飞秒激光器加工合成石英，发现重要的加工特性有效吸收长度是啊损坏阈值确定加工形态预计这将有助于阐明玻璃材料的激光加工机理和寻找最佳条件。该结果详情可参见美国物理学会出版的学术期刊应用物理快报2018 年 10 月 22 日（美国东部时间）。
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| 使用极紫外飞秒激光合成石英的热效应评估和加工概念图 |
目前，材料是使用从紫外线到远红外线等各种波长的激光进行加工的。近年来，由于数字化控制的简便性，日后被用来弥补日本生产现场的人力资源和技术的缺乏。社会50社会的重要技术。作为这些努力之一，正在努力缩短激光波长，并且正在验证波长为120nm以下的极紫外区域的激光在工业用途中的有用性。此外，为了实现热效应最小化的加工，阐明热效应机制并观察热效应的变化也很重要，但对使用极紫外激光的材料加工特性的评估只是近年来才开始针对最根本的一点，即材料的损伤阈值。
另一方面，玻璃作为小型电子设备的下一代电子电路板而受到关注，并且对玻璃中高密度微孔钻孔的需求强烈。然而，在传统的激光加工技术中，存在加工质量方面的问题，例如由于热熔化而在激光照射区域和非照射区域之间的边界处形成称为边缘的凸起结构。
新能源产业技术综合开发机构 (NEDO) 项目“高强度、高效率的下一代激光技术的开发”（2016-2020）正在研究和开发下一代激光加工技术，该技术可以进行适合制造高附加值产品的高精度、高质量加工。该项目正在产学官合作，对光源技术、加工工艺技术、加工系统技术、仿真技术、传感/评估技术等进行系统开发，旨在实现针对材料特性的高质量、高效激光加工。
在该项目中，AIST与东京大学和早稻田大学合作，利用飞秒激光器开发针对工业需求高的材料和加工内容的激光加工技术和分析评估技术，并阐明激光加工现象，以实现与材料特性相匹配的高质量加工。作为该项目的一部分，我们致力于使用极紫外激光加工合成石英，以了解玻璃材料的加工机制。
理化学研究所播磨办事处安装了极紫外激光照射X射线自由电子激光器这项工作是与 SACLA 用户实验组（作业编号 2017B8004 和 2018A8024）合作在 SACLA 软 X 射线激光 (SXFEL) 光束线 BL1 设施中进行的。另外，在产业技术研究院纳米加工设施中进行了样品的截面观察实验。
当在玻璃上钻孔的波长范围内使用传统激光器时，很难消除热效应，例如形成边缘结构（工艺边缘的凸起结构）。特别是在加工基本玻璃材料之一的合成石英时，众所周知，飞秒激光加工过程中裂纹的影响对加工质量有很大影响。这次，我们想到使用极紫外飞秒激光器可以实现热损伤较小的激光加工，并决定以合成石英为靶材进行加工实验并评估加工特性。
这次，我们使用传统的近红外飞秒激光（波长 800 nm，脉冲宽度约 70 飞秒）和 SACLA 的极紫外飞秒激光（波长 135 nm，脉冲宽度约 70 飞秒）加工合成石英。通过使用扫描离子显微镜和激光显微镜观察评价损伤阈值和加工形貌等加工特性。近红外飞秒激光损伤阈值为38×103毫焦/厘米2（图1△标记）。另一方面，当我们分析用极紫外飞秒激光单脉冲照射同时改变照射能量的样品时，根据照射能量与加工面积之间的关系，我们发现损伤阈值为017×103毫焦/厘米2（图1中用●标记）。
图 2 通过结合先前报告的结果和近红外飞秒激光加工的当前实验结果（标记在图 2 的右侧），显示了合成石英损伤阈值的激光波长依赖性。图2虚线椭圆内的●、◆、■、▲标记是目前已报道的飞秒激光在可见光至近红外区域的损伤阈值，与目前近红外光的结果（图2右侧▼）没有显着差异。另一方面，在极紫外飞秒激光加工（图2中用星号标记）中，损伤阈值约为使用近红外线和之前的极紫外纳秒激光加工（图2中用□标记）获得的结果的1/20。此外，有效吸收长度是对切割速度或加工效率影响很大的特征值，经计算为58 nm，与传统的极紫外纳秒激光器相比提高了约25倍（表1）。由此可见，与传统的激光照射相比，使用极紫外线的飞秒激光具有极高的加工性能。
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| 图1 极紫外飞秒激光（●标记）和近红外飞秒激光（△标记）损伤阈值测量 |
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| 图2 飞秒激光波长与损伤阈值的关系 |
| 表1 不同光源的加工特性值比较 |
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随后，为了评价加工形态，使用极紫外飞秒激光的多脉冲照射进行深钻孔，当观察所形成的凹坑的表面时，没有观察到因加工而产生的裂纹。图3的左侧是加工后使用扫描离子显微镜观察到的截面图像，图3的右侧是概念图，显示了激光加工后的端部截面因有无一般热效应而产生的差异。图中浅灰色区域。图3表示使用扫描离子显微镜进行截面观察的涂层材料。在极紫外飞秒激光加工后的加工截面的显微镜图像中，没有观察到通常在激光照射下热熔融时看到的边缘结构。此外，当我们使用激光显微镜从材料顶部观察极紫外飞秒激光和近红外飞秒激光（部分）的照射痕迹时，我们发现使用极紫外光加工的材料没有裂纹（图4）。这样，通过使用极紫外飞秒激光器，可以进行热影响极小的激光加工，并且可以提供迄今为止报道的合成石英加工方法中最高质量的凹坑加工。
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图3 加工后使用扫描离子显微镜进行的截面观察（左）和加工端部截面的热效应概念图（右）
将涂层应用于加工痕迹，以便使用扫描离子显微镜进行横截面观察。 |
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| 图4 使用激光显微镜从材料顶部观察到的极紫外飞秒激光（左）和近红外飞秒激光（右）的照射痕迹（部分）的显微图像 |
今后，我们将继续利用SACLA等设施，在接近极紫外区域的波长下检查损伤阈值等照射激光波长的依赖性，并将该结果的处理和评估数据积累到TACMI数据库中，该数据库正在作为NEDO项目的合作领域而建设。此外，我们的目标是开展研究，阐明飞秒激光加工玻璃材料（包括合成石英）的机理，并实现满足工业需求的最佳加工。