2019, Jun.
No.

375

CONTENTS
3Dプリンティングによるガラス光学素子形成技術
ILTの最新技術を紹介！
レーザー EXPO2019
レーザー総研オープンセミナー
レーザー加工からインフラ診断まで〜ILT2019 平成30年度研究成果報告会（大阪会場）〜
主な学会報告予定

ISSN 0914-9805【表紙図】（左）レーザー照射によるシリコーン油のガラス化実験の模式図、（右）Siウエハー表面に形成された凸レンズの写真

3Dプリンティングによるガラス光学素子形成技術
レーザー技術開発室

本越伸二

される。

◆はじめに
近 年、3Dプ リ ン テ ィ ン グ（あ る い は 付 加 製 造

光学分野においても、例えばフレネルレンズや回折（Additive Manufacturing））と称される「三次元造形」格子など、表面に構造を持つ光学素子は広く利用され技術が大きな注目を集めている。紫外線ランプやレーている。これら光学素子の製作には、現状では射出成ザー光を照射して紫外線硬化樹脂を積層する三次元造型やプレス法、エッチング加工などが用いられている形の研究は、1980年代にすでに実施されている[1]。しが、これらの方法には金型やマスクが必要となるため、かし、レーザー光源が高価であったために広く利用さ少ロットや試作を行うには不向きである。このことかれることはなかった。光源の低価格化、性能向上に加ら現在、光学分野への3Dプリンティング技術の応用がえ、制御ソフトや機構部の進歩により一般ユーザーで期待されている。

も容易に利用できるようになり、従来の模型製作からDeubelらは、フォトレジスト膜を積層することによ

医療用サンプル、土木・建築部品、さらには宇宙航空り、三次元構造を持つフォトニッククリスタルの製作機器にまで応用が広がっている。また製造方法も、光を行い、光学分野への応用の可能性を示した[2]。Kotz

造形だけでなく安価な熱溶解積層や金属などの粉末溶

らは、紫外線硬化樹脂にSiO2粉体を混ぜた溶媒に紫外融なども行われ、応用範囲はさらに広がるものと期待線を照射することにより三次元構造を形成し、その後公益財団法人レーザー技術総合研究所

レーザー･クロス

次ページへつづく

3Dプリンティングによるガラス光学素子形成技術
1300℃に加熱することで樹脂を蒸散しガラス三次元構造を得ている[3]。Nguyenらは、SiO2ナノ粒子を含んだシリカゲルインクを合成し、サブミリメートルのノズル先端より任意のパターンに書き込み、1500℃に熱処理することで透明ガラスを形成している[4]。これらの報告はともにガラスの三次元構造を可能にするものであるが、最終的に高温熱処理が必要であり、精密な構造を維持することが困難である。Muraharaらは、シリコーン油に紫外線ランプを照射することにより、SiO2膜が形成されることを報告している[5]。潮解性結晶表面に形成されたSiO2膜は保護膜となり、水を浸透しな【図1】レーザー光（波長193 nm）の照射により固化したシリコーン油いことを実証している。しかしながら、光源がランプ射部分のシリコーン油は透明度を保持したまま固化光であるため化学反応に時間を要し、また微細な構造し、白濁や表面に歪みが生じないことが確認できた。

形成には至っていない。

次に、φ5 mmのハードアパーチャーでビームの一部をこれらの報告は、照射光源をレーザー光に置き替え取り出したレーザー光を、Siウエハー上に塗布したシることにより、SiO2生成時間の短縮や微細構造形成がリコーン油に照射した（表紙図（左））。ハードアパー可能となることを示している。この観点から当研究所

チャーで取り出したビームは回折しながら伝搬し、シでは、レーザーを用いた3Dプリンティング技術を用いリコーン油上では中心部のエネルギー密度が高い強度て三次元構造を持つシリカガラス光学素子を形成する分布となる。表紙図（右）にレーザー照射後の試料の写ことを目的に、基礎研究を進めている。

真を示す。固化したSiO2は凸レンズ状の構造を形成し◆紫外レーザー照射によるシリコーン油のガラス化た。照射レーザー強度分布、照射時間、シリコーン油の厚さなどを最適化することで精密な構造形成が可能

シリコーン油は波長400 nm以上では吸収がなく透明となり、光学素子の設計形状と合致したガラス構造体であるため、光学検査システムなどで広く用いられて作製への展開に期待できる。

いる。波長280 nm付近より吸収が現れ、短波長になる◆近赤外フェムト秒レーザーの利用に従い増加する。シリコーン油の化学構造式は、UVレーザー光によりシリコーン油のガラス化が可能であり、表面構造形成への展開が期待できることが（1）わかった。一方近赤外領域においても、フェムト秒パルスレーザー照射により生じる多光子吸収過程を利用で表される。SiとCの結合エネルギーは105 kcal/molですることにより、UV感光性樹脂の三次元構造形成があり、波長272 nm以下の紫外光を照射することにより可能であることが報告されている[6]。シリコーン油の切断が可能となる。SiとCの化学結合が切断された後、場合、波長800 nm（36 kcal/mol）のTi:サファイアレー

他のSiまたはOと再度結合することによりSiO 2 構造がザー用い、3光子吸収過程を利用してSi-C結合を切断す形成される。

ることができれば、三次元構造の形成が可能になるとスライド上に塗布したシリコーン油に、波長193 nm予測される。これを確認するため、パルス幅100 fsののArFエキシマーレーザー光（パルス幅10 ns、最大繰

Ti:サファイアレーザーパルス（繰返し周波数1 kHz）を返し周波数100 Hz）を照射した。試料はあらかじめアシリコーン油に集光照射した。レーザーパルスの集光ルミホイルで覆い、一部のみにレーザー光が照射され点を油液面より下5 mmの位置に設定し、30分間照射るようにした。照射後残留したシリコーン油は有機溶した後の様子を図2に示す。透明であった油全体に茶剤によって取り除いた。結果を図1に示す。マスクを色の靄（もや）が掛かり、レーザー照射位置（注：図中掛けた部分の残留シリコーン油は除去されている。照の赤い輝点はガイド光によるもの）には黒色化した物

2

質が生成した。この要因元素が関与した生成物の存在も考えられるため、今後として①SiまたはCナノ粒はレーザー照射条件の最適化や、生成物の組成分析な子の生成、②油中不純物のどを行うことが重要となる。

燃焼、などが考えられる。

謝辞

照射後さらに30分放置す本研究の一部は、公益財団法人日本板硝子材料工学

ると、上部に浮遊してい助成会、ならびに公益財団法人天田財団の支援を受けた黒色（茶色）の物質は容て実施した。また本研究は大阪大学レーザー科学研究器の底に沈殿した。レー

所共同研究のもと行われたものである。ご協力いただ

ザー照射によりSiO2を含いた方々に感謝いたします。

め た ナ ノ 粒 子 が 生 成 し、参考文献

油の粘性により凝集して[1] 中井孝他、レーザー研究、16 (1987)14.

ゲル化したものと考えら[2] M.Deubel et al., Nature Materials, 3 (2004) 444.

【図2】フェムト秒パルスレー れ る。こ れ ら の 結 果 は、ザー（波 長800 nm）
照 射 に 超短パルスレーザーを用
よるシリコーン油の変質いた多光子吸収過程により、シ リ コ ー ン 油 か ら[3] F.Kotz et al., Nature, 544 (2017) 337.
[4] D.T.Nguyen et al., Adv. Mater., 29 (2017) 1701181.
[5] M.Murahara et al.、Proc. of SPIE, 5647 (2005) 224.
[6] S.Maruo et al., Opt. Lett., 22 (1997) 132.

SiO2が生成する可能性を示唆するものであるが、他のNEWS

ILT の最新技術を紹介！

レーザー EXPO2019

2019年4月24日〜26日、パ シ フ ィ コ 横 浜 に て「レ ー本誌のバックナンバーの展示・配布、スライドの放映

ザー EXPO 2019」（主催：一般社団法人レーザー学会）などを行いました。（写真）。今年も多くの方にお立ちが開催され、当研究所の技術紹介ならびに技術相談を寄りいただきましたが、とりわけコンクリート健全性行いました。レーザー EXPOは、理化学用途から産業評価の実用化に関する問い合わせが多く、また光学素用途まで、国内外のレーザー製品が一堂に会するレー子のレーザー損傷評価試験に参画いただいている企業

ザー技術の総合展で、光関連技術に関する総合展示会の方々にも多くお立ち寄りいただきました。

（OPIE）の一部として毎年開催されています。OPIEは、来年のレーザー光・フォトニクスに関する国際学術会議（OPIC）と連EXPO は 4 月 22 日携した国内唯一の展示会で、国内・国外から大学・研か ら3日 間 の 予 定究機関・企業のトップレベルの研究者・技術者が集うです。さらに多くことでも知られています。他にも「レンズ設計・製造のアピールができ展」、「赤 外・紫 外 応 用 技 術 展」、「宇 宙・天 文 光 学る技術を持ってのEXPO」など、併せて6つの展示会が同時開催されまし

ぞむ所存ですのた。期間中は400を越える企業・団体の展示があり、3で、来場された際

日間の総来場者数は16,709名（主催者発表）におよびまにはぜひお立ち寄した。

りいただければと当研究所のブースでは、レーザーを用いたコンク思います。

リートの健全性評価、レーザー損傷評価試験、レーザー加工技術を中心とした技術紹介パネルの展示や、 【写真】展示ブースの様子3

INFORMATION

レーザー総研オープンセミナー

レーザー加工からインフラ診断まで〜ILT2019 平成30年度研究成果報告会（大阪会場）〜
本年のILT研究成果報告会は「レーザー加工からインフラ診断まで」と題し、今年から開始される関西発の展示会「第1回光・レーザー関西2019」（https://www.optronics.co.jp/opto-kansai/）の併催イベントとして開催いたします。

日時／ 令和元年7月25日（木）10:30 〜 17:00（受付開始 10:00〜）
場所／ マイドームおおさか 8F 第1会議室（https://www.mydome.jp/mydomeosaka/）

住所／ 大阪市中央区本町橋2番5号◆プログラム10:30 〜
10:35 〜
10:45 〜

11:35 〜
12:00 〜
13:00〜

13:55〜
14:20〜
14:45〜
15:10〜
15:40〜

挨拶
所長 井澤 靖和
研究所概要
副所長 中塚 正大
特別講演「フォトニック結晶レーザーの現状と将来展望（仮題）」
京都大学大学院 工学研究科 電子工学専攻教授 野田 進 氏
賢く選んで上手に使おう！
加工ツールとしてのレーザー主席研究員 藤田 雅之
休憩
泰山賞贈呈式＜レーザー功績賞＞「非線形光学と波長可変テラヘルツ光源の研究」
伊藤 弘昌 氏＜レーザー進歩賞＞「超高性能X線集光鏡の開発」 山内 和人 氏
「レーザーによるインフラ点検技術の開発」
御﨑 哲一 氏、朝倉 俊彦 氏、島田 義則 氏
キロワット越えを達成！
常温動作Yb:YAGレーザーの開発
副主任研究員 ハイク コスロービアン
ここまで来た！ 高輝度UV光源開発
主任研究員 本越 伸二
レーザーで大気の安全性を遠隔診断！
共鳴ラマン効果による微量物質計測
副主任研究員 谷口 誠治
ポスター発表（ 8 F 第5会議室）
レーザーで海中モニタリング！
長水槽による海中模擬試験
上席研究員 染川 智弘

16:05〜
16:30〜
16:55 〜

レーザー打音法の高速化から屋外利用まで！
実用化に向けた5年間のあゆみ
研究員 倉橋 慎理
実用化を目指して！ レーザーを用いたコンクリート欠陥検査技術の開発
主任研究員 島田 義則
閉会の挨拶
常務理事 井上 哲也

ポスター発表・ロボットフォトニクス産業の創出を目指して ２・Lasing Characteristics of Corner-Cube and Axico
Retro-Reﬂector Resonators at Cryogenic and Ambient Temperatures
・小型・高効率UVレーザー光源開発
・水中でのCO2ガス漏えい検知に向けた水中ラマンラ
イダーの開発・実用化を目指すレーザーを用いたコンクリート欠陥検査
・Laser-based remote nondestructive inspection ofmetal water-pipelines.
・レーザー打音法によるコンクリート構造物内部欠陥
高速検査技術の開発
・レーザー計測による蛋白質の光機能性の研究
・レーザー核融合液体壁炉チェンバー内の金属蒸気の淀みの可能性の研究■開催概要、お申し込み<定員> 70名（定員になり次第締め切らせて頂きます）<参加料> 無料
<資料代> 非賛助会員 3,000円（賛助会員、理事・評議員会社等 無料）<詳細・参加申込> 当財団のホームページをご覧下さい。

主な学会報告予定
9月18日（水）〜 21日（土） 第80回応用物理学会秋季学術講演会（北海道大学）
染川 智弘「深紫外波長可変光源を利用したSO2の共鳴ラマン測定」
9月11日（水）〜13日（金） 原子力学会2019年秋の大会（富山大学）
大道 博行「レーザー加工により発生する微粒子の解析と核種同定手法の開発 −高速度カメラを用いた微粒子発生過程の観察−」
Laser Cross No.375 2019, Jun.

http://www.ilt.or.jp

発行／公益財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／谷口誠治 〒550 - 0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル4F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313

掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表･谷口誠治（E-mail:taniguchi@ilt.or.jp）
までお願いいたします。