超短パルスレーザーの動向(2023年5月調査)

発刊日
2023/09/19
体裁
B5 / 42頁
資料コード
R65200702
PDFサイズ
16.2MB
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調査資料詳細データ

調査概要
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本調査レポートは、定期刊行物 Yano E plus 2023年6月号 に掲載されたものです。

リサーチ内容

~光エネルギーが吸収され熱変換されるのに約10ピコ秒かかる
 超短パルスレーザーでは、熱ダメージの少ないレーザー加工が可能~
 
1.超短パルスレーザーとは
2.超短パルスレーザーの応用
  2-1.加工
  2-2.医療
  2-3.その他の応用
3.超短パルスレーザーに関する市場規模
    【図・表1.超短パルス╱短パルスレーザーの国内およびWW市場規模推移と予測
    (金額:2021-2026年予測)】
4.超短パルスレーザーに関連する企業・研究機関の取組動向
  4-1.国立研究開発法人 産業技術総合研究所(産総研)
    (1)超短パルスレーザー加工技術
    ①自動パラメータ可変レーザー加工による高速条件探索
    【図1.自動パラメータ可変レーザー加工による高速条件探索】
    ②NEDO先導プロジェクト「ICTデータ活用型アクティブ制御レーザー加工技術開発」
    【図2.NEDO先導PJ「ICTデータ活用型アクティブ制御レーザー加工技術開発」の概要】
    ③新たな超短パルスレーザー加工のプロセスモニタリング “ガラス表面へのナノ周期構造形成を光で検出できる技術を開発~光学部品に新しい機能付加の可能性~”
    【図3.今回開発した技術による観察結果(左)と加工後に電子顕微鏡で観察した表面と断面形状(右)、 (上)ガラス表面にナノ周期構造が形成された場合 (下)形成されなかった場合の結果】
    (2)超短パルスレーザー加工×機械学習
    【図4.深層学習を用いたレーザー加工条件の最適化】
    (3)超短パルスレーザー加工技術×生体材料
    ①LIPSSによる表面修飾と医療用部材への適用
    【図5.LIPSSの医療用セラミックス部材等への適用】
    ②フェムト秒レーザーパルス組み合わせによる多様な表面形状形成と機能付与
    【図6.LIPSSによる細胞分化の促進効果[8, 9]】
  4-2.学校法人 芝浦工業大学
    (1)短パルスレーザーを用いた固体材料の内部微細加工
    【図7.フェムト秒レーザーを用いたガラス内部の微細除去加工方法の模式図
    (a) 液中レーザーアブレーション、(b)レーザー支援エッチング、
    (c)多孔質ガラスへのフェムト秒レーザー照射】
    【図8.作製したS0.5ミニチュアめねじ。(a)断面の光学顕微鏡写真、
    (b)レーザー顕微鏡で計測した断面の立体形状】
    (2)短パルスレーザーを用いた固体材料の表面微細加工
  4-3.スペクトラ・フィジックス 株式会社
    (1)超短パルスレーザーのラインナップ
    【図9.MKS|Spectra-Physicsの産業用超短パルスレーザーのラインナップ】
    ①フェムト秒レーザー
    ②ピコ秒レーザー
    ③ナノ秒レーザー
    (2)注目製品と加工事例
    ①フェムト秒UVレーザー「IceFyre FS UV50」
    【図10.「IceFyre FS UV50」:プログラマブルなバーストが可能】
    ②フェムト秒レーザー「Spirit 1030-100」
    【図11.「Spirit 1030-100」:PCD(多結晶ダイヤモンド)へのバースト加工】
    ③ピコ秒レーザー「IceFyre IR50」
    【図12.「IceFyre IR50」:Siへのバーストモード加工例】
    【図13.「IceFyre IR50」:薄(50 µm厚)ガラス(AF32)シート切断加工例】
    ④ナノ秒レーザー「Quasar UV」
    【図14.「Quasar」TimeShiftテクノロジー】
  4-4.国立大学法人 名古屋工業大学
    (1) LIPSSとは
    (2)パルス積重によるLIPSSの形成過程
    【図15.レーザーパルス積重に伴うLIPSSの形状および周期の変化】
    (3) LIPSSのパルス幅依存による形状・結晶状態の制御
    【図16.LIPSSの結晶状態のレーザーパルス幅依存】
    (4)円偏光LIPSS
    【図17.円偏光LIPSS】
  4-5.国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学(NAIST)
    (1)バイオ研究の強力なツールになるフェムト秒レーザーを駆使した細胞操作・計測方法
    【図18.原子間力顕微鏡によるフェムト秒レーザー誘起衝撃波生成
    (左)とその検出(右)】
    (2)衝撃波発生と作用のメカニズム
    【図19.フェムト秒レーザーを集光したときに引き起こされる
    光吸収から、衝撃波と応力波の発生に至る過程】
    【図20.高速カメラで撮影した水にレーザーを集光照射したときの
    衝撃波、応力波、およびキャビテーションバブルの挙動】
    (3)フェムト秒レーザーとマイクロ流体チップによる
    超高速セルソーターの開発
    【図21.フェムト秒レーザーを用いた微粒子分取の代表例】
    (4)ミドリムシのメタボ診断法を開発 
    【図22.ミドリムシが蓄積するパラミロンの検出例。蛍光ペプチドを含む水中に
    【図23.蛍光ペプチド試薬開発の概要。パラミロンに特異的に結合する
    蛍光ペプチド試薬の作製方法(A)、得られた蛍光ペプチド試薬の反応性(B)】
    【図24.蛍光ペプチド試薬の細胞内導入方法の概要。
    マンニトールによるミドリムシの運動一時停止(A)、メタボ診断の手順(B)】
  4-6.国立研究開発法人 理化学研究所
    (1)フェムト秒レーザーによる3次元加工
    【図25.フェムト秒レーザーを用いた感光性透明ガラスへの3次元加工】
    【図26.フェムト秒レーザーを用いた様々な3次元加工事例:
    (左)3次元マイクロ流体構造、(右)マイクロポンプ】
    (2)バイオ応用事例:がん細胞マイグレーション観察への応用
    【図27.がん細胞が狭窄部を通って移動する様子を観察することができる
    人体内部の微小組織を模して作製したバイオチップ】
    (3)高感度3次元マイクロ流体SERSセンサー
    【図28.3次元マイクロ流体SERSチップの作製手順】
    (4)フェムト秒ベッセルビームによる微細加工
    【図29.設計した位相板による整形ベッセルビームのシミュレーション評価結果
    (a)通常のベッセルビーム、(b)整形ベッセルビーム1、
    (c)整形ベッセルビーム2】
    【図30.整形ベッセルビームによるSiの穴あけ加工例】
5.超短パルスレーザーの将来展望

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