【導入事例】

京都大学大学院 工学研究科 材料化学専攻 三浦研究室 様

京都大学大学院工学研究科 材料化学専攻 三浦研究室 様印刷用PDFをダウンロードする

フェムト秒レーザによる石英ガラス内部への3次元微細加工により
高速高密度なデジタルデータの記録技術を開発

~数億年のデータ保存に耐えうるデジタルアーカイブ技術の実現に向けて~


主な研究内容

超短パルスレーザは、これまでのレーザでは不可能であった様々な加工を可能にしてきました。三浦研究室ではこの超短パルスレーザを用いた新しい3次元微細加工、回折限界を超えるナノ構造の作製、様々な透明材料への加工などによる新規機能性材料の研究を行っています。
たとえば、超短パルスレーザ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点です。この特徴を利用し、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。

研究成果一例

透明材料内部へのレーザ加工イメージ

左の図は、2次元に配置された1万点を100点ずつ同時加工を行った例です。
100点を1回で加工したのち、SLM上の液晶パターンを書き換え、次の100点を加工しています。

3次元スパイラル加工

同じように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らせん構造をガラス内部に加工することも可能です。(左図参照)

石英ガラス内部へのデジタルデータ 高密度記録技術を開発

これらの研究成果の一つとして同研究室では、株式会社日立製作所 中央研究所との共同で、デジタルデータの半永久的保存を目指し、耐熱性・耐水性に優れている石英ガラス内部にコンパクトディスク(CD)並みの密度でデータを記録する技術を開発しました。
本技術では、データの記録にレーザを使用しています。レーザの焦点位置を変えながら、屈折率の異なるドットを石英ガラス内部に一層ずつパターン形成し、多層の記録層を作製します。
このドットを"1"、ドットが生じない部分を"0"としてデジタルデータを記録します。そして記憶容量を増加させるため、レーザのパワーや形成するドットの間隔、深さ方向の間隔などを最適化した多層記録技術を開発し、高い記録密度を可能にしています。記録速度の向上には、光の振幅や位相を2次元的に変調できる空間位相変調器を用いて、一度に100個のドットを一括で記録し高速な一括記録を実現しています。今回は4層の記録層を作製することでCD並みのデータ記録密度を実現。また、高温劣化加速試験を行った結果、数億年以上にわたり劣化無くデータを長期保存し、再生できることを確認しています。
本技術により、既存ストレージでは難しかった恒久的なデータの保存が可能となり、既存技術に代わる新たな長期保存技術として期待されています。

研究成果一例 研究成果一例

同研究室では、さらなる記憶容量の増加を追求すべく、ブルーレイ10枚にも相当する5次元での加工技術を引き続き開発、今後の一層の発展を目指して研究を続けています。

透明材料内部への5次元微細加工サンプル&イメージ図

レーザ導入の決め手

「フェムト秒パルスレーザによる材料の改質や加工を利用した様々な研究を行うには、材料内部での各パルス間に拡がる熱の影響(蓄積)を制御、熱効果の有無を使い分けて様々な条件下での実験を行いデータ解析をする必要があります。そのため、レーザの安定性はもちろんですが、条件つまり繰返しの異なるレーザが複数必要です。当研究室では、100 kHz, 200 kHz, 250 kHz、さらに10 Hzの高エネルギーなレーザまで、各種のフェムト秒レーザ装置を組んでいます。 コヒレント社にはこの要望を満たす幅広い製品ラインアップと、レーザメーカとしての長年の実績があることからLegendをはじめ多くのレーザを導入しています。」

研究室ラボ 導入風景

高繰り返し(250 kHz)
フェムト秒レーザ

低繰り返し(1kHz)
フェムト秒レーザ

テラワット(100 mJ)
フェムト秒レーザ

高繰り返し(250 kHz)フェムト秒レーザ 低繰り返し(1kHz)フェムト秒レーザ テラワット(100 mJ)フェムト秒レーザ

導入レーザ製品

高出力モードロックフェムト秒レーザ

Mira Optima 900シリーズ

Legend Elite-USP

高出力Ti:S再生増幅器

Legendシリーズ

Micra-5

250 kHz fs再生増幅器システム

RegA 9000シリーズ

Legend Elite-USP

250 kHz fs OPAシステム

OPA-9000シリーズ

Legend Elite-USP

高エネルギーTi:S増幅器

Hidraシリーズ

Micra-5

ページ上部へ戻る