当研究室では、フェムト秒パルスレーザーによる材料の改質や加工を利用した様々な研究を行っています。

レーザー照射実験の様子

超短パルスレーザーのみが可能な材料改質・加工の大きな特徴は、 物質表面でも内部でも、狙った箇所だけを局所選択的に処理できることです。

レーザーの 波長に対して透明な材料（1光子過程で吸収されない）において、 フェムト秒レーザーを1パルス集光照射するだけで、以下の状態を 材料内部で実現することができます。

• １ピコ秒（=10^-12秒）で集光点近傍の温度は数千から1万Kに、圧力は 数GPaに達し、その後、集光点から衝撃波が発生・伝搬する。
• レーザー照射後、集光点は1億℃/秒で超急冷されることで、 変化した構造が瞬間的に凍結される。

この特徴を利用し、 無機ガラスや結晶あるいは高分子材料内部の三次元構造改質、 溶液中に分散させた金属や半導体材料の液相アブレーションや生体材料内部の非熱局所加工等が可能であることを実証してきました。

左図はガラス中のAuナノ粒子のサイズを制御することによって異なる色に着色されることを利用し、3次元構造をガラス内部に作製したものです。

超短パルスレーザー加工の低侵襲性、 高透過性、 高い空間分解能を活かした生物試料の加工への応用も試みてきました。

右は、 水中のゼブラフィッシュの内部組織をフェムト秒レーザー加工している様子です。

ゼブラフィッシュの内部組織のレーザー加工

また空間光位相変調器（SLM）と組み合わせることで、 パルスの位相分布を制御し、 任意の2次元・3次元形状を一括で加工することが可能です。

右は、 透明材料内部に3次元構造を形成、 材料表面のパターニング、 光導波路の一括描画、 回折光学素子を作製した例です。

ホログラフィックレーザー加工

多点同時一括加工

SLMに表示させるホログラムを切り替えることによって、多点同時一括加工している例です。

多点同時一括加工

SLMによって加工深さを連続的に変化させ、縦方向にサンプルを動かすことなくガラス内部を加工している例です。