電気工学および電子技術ジャーナル

レーザー誘起周期的表面構造に対するパルス持続時間と熱の影響

児玉 聡 

超短パルスレーザーは、従来のナノテクスチャリング法と比較して、材料表面にレーザー誘起周期表面構造（LIPSS）と呼ばれるナノ構造を作製する効率的な技術です。LIPSSは、パルス幅が衝突緩和時間（CRT）よりも短い場合に簡単に作製できます。そのため、LIPSSの研究には主に超短パルスレーザーが使用されてきましたが、照射が不安定でコストもかかります。長パルスレーザーは低コストで安定性が高いですが、フェムト秒を超える最大CRTに近いパルス幅の短パルスレーザーを使用して作製したLIPSSの現象（パルス幅、レーザー波長、熱の影響など）は明らかにされていませんでした。一方、ナノ秒パルスレーザーではLIPSSが発生することが報告されていましたが、それらは不明瞭で不均一でした。本研究では、CRTの最大値に近いパルス幅20 psの短パルスレーザーを用いて、パルス幅と熱がLIPSSの作製に及ぼす影響を明らかにし、超短パルスレーザーに関連する問題を解決することを目的とした。まず、20 psのパルス幅での差分時間領域シミュレーションを開発し、照射条件が電界強度分布に及ぼす影響を調査した。次に、20 psのパルスレーザーを用いて条件を変えて実験を行った。得られたLIPSSのアスペクト比は超短パルスレーザーを使用して作製したLIPSSよりも高かったが、355 nmと266 nmのレーザー波長ではLIPSSは作製されなかった。また、短パルスレーザーは熱の影響を受け、高アスペクト比のLIPSSの作製には冷却材が有効であった。これは、CRTに近いパルス幅と熱がLIPSSの作製に及ぼす影響を示している。