【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT1204
利用課題名 / Title
高強度レーザーによる非線形光学効果のための微細セル加工
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
レーザー加工、短パルスレーザー,光学顕微鏡/ Optical microscope,電子顕微鏡/ Electronic microscope,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,光導波路/ Optical waveguide,流路デバイス/ Fluidec Device
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
岩崎 純史
所属名 / Affiliation
東京大学理学系研究科附属アト秒レーザー科学研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-800：クリーンドラフト潤沢超純水付
UT-850：形状・膜厚・電気特性評価装置群
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
短パルスレーザーによる微細加工技術の発展により、さまざまな機能を備えた高性能なマイクロ流路の実現が可能となっている（文献1）。一方で、光導波路構造も同様の微細加工技術によって形成されており、コヒーレントな広帯域光を中空構造の導波路に閉じ込めることで、強い非線形光学効果が期待されている。従来、高次高調波発生には金属製のセルが用いられてきたが、使用を重ねるごとにセルが破壊されやすくなるという課題がある。これに対し、透明材料であるガラスを用いれば、セルの破壊速度を抑えること、また、複雑な流路構造を設けることで、セル内部の圧力をより高度に制御できる可能性がある。そこで本研究では、レーザー加工とウェットエッチング技術を組み合わせて、ガラス内部に導波路構造を作製することを目的とし、そのための基礎データとして、ガラスの加工特性およびエッチング速度の評価を行った。
実験 / Experimental
レーザー加工した基板を、武田先端知ビルクリーンルームのクリーンドラフト潤沢超純水付において濃度50％のフッ化水素酸溶液中で時間を変えてエッチングを行い、洗浄後、同クリーンルーム内のレーザー顕微鏡で観察した。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に加工ショット数に対するエッチング後の穴直径および穴深さの測定例を示す。エッチング後には、10ショット程度まで直径は急激に変化してその後緩やかに広がっており、深さについても同様の傾向を示している。エッチング前に既に深さと直径が変化している加工痕が観察されることから、レーザーアブレーションが起きていることがわかる。また、エッチング時間に対する直径、深さ変化の比較より、エッチング時間が長くなるほど直径は大きくなるが、深さの依存性はあまり変化していない。これらの結果から、レーザー加工した深さ程度にエッチングは進むが、直径方向のエッチング速度の方が速いことがわかる。Siの場合には、穴形状の傷をKOHでエッチングした場合には、エッチング速度にこのような傾向が報告されている（文献2）。ガラスの場合には、欠陥の形成やより小さなSiO4環構造の生成による高密度化とその周囲の特定方向の引張応力の蓄積がHFによるエッチング速度に影響していること、繰り返し照射の効果は低いことが予測されているため（文献3）、まず照射フルエンスおよび集光条件に対するエッチング速度の依存性を評価し、その結果を基に導波路構造の加工を試みる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. 加工レーザーショット数に対するエッチング後の穴径(青丸)および穴深さ(オレンジ四角)のプロット
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
1. A. Marcinkevičius, S. Juodkazis, M. Watanabe, M. Miwa, S. Matsuo, H. Misawa, and J. Nishii “Femtosecond laser-assisted three-dimensional microfabrication in silica,” Opt. Lett. 26(5), 277–279 (2001).
2. M. Shikida, K. Kawasaki, K. Sato, Y. Ishihara, H. Tanaka and A. Matsumuro, Nano-Mechanical Method for Seeding Circular-Shaped Etch Pits on (100) Silicon Surface, Sens. Mater., 15(1), 21-35 (2003).
3. S. Rajesh and Y. Bellouard, Opt. Express 18(20), 21490-21497 (2010).
謝辞
本研究のレーザー加工および一部評価にご協力いただきました株式会社ブイ・テクノロジーに感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件