フェムト秒レーザー加工

定義

理化学研究所（理研）は、フェムト秒レーザー加工を、パルス幅が数十から数百フェムト秒（fs、1fsは1000兆分の1秒）のレーザーを利用する加工方法と定義している。フェムト秒レーザーはパルス幅が極めて短いため非常に高いピークパワー（パルスエネルギーをパルス幅で割った値）を持ち、集光すると単位面積（1cm2）当たり数十ペタワット（PW）のピーク強度を持つ光が得られる。その結果、加工領域周辺への熱影響を排除した高品質加工が実現する。

アブレーション

理研は、レーザーアブレーションを、固体表面がプラズマ化して原子、分子、クラスターが蒸発し固体表面が削り取られる現象と説明する。加工材質・形状・環境に対する制限が少ないこと、高解像度、高精細、低環境負荷といった特長から材料加工に広く用いられている。

加工速度と品質の両立

実用的なレーザー加工では品質を落とさずに速度を上げることが求められ、その手段としてレーザーパワー密度（単位面積当たりの光強度）を大きくする方法がある。しかし理研によれば、パワー密度を上げると過剰なエネルギー集中による熱損傷や、試料と空気の界面で空気がイオン化することによる損傷が生じ、加工品質が大きく低下する。

バーストモード

理研の共同研究チームは2023年、4.88GHzで繰り返されるフェムト秒パルス列（GHzバースト）を64MHzで発振するBiBurstモードを用い、全投入エネルギーを各イントラパルスに分割することで熱損傷と空気のイオン化を回避し、単結晶シリコン基板の加工速度を従来比23倍に高めたと発表した。同手法は炭化ケイ素、ガラス材料、ポリイミドなど多くの機能性材料に適用しうるとされる。