■i0lil0 i0lil0 ■ ■図■■二酸化炭素の屈折率の温度，圧力に対する依関係■図5■加工穴内の温度分布と光路■Temperature / degCmmmmIncident ange / degTemperature / degCIncident ange / deg / noitisop laxA / noitisop laxATemperature / degCTemperature / degCmmmm / noitisop laxA / noitisop laxAIncident ange / degIncident ange / deg図6■加工用圧力容器および入射パルス■ (a) 条件6, l=0 mm (b) 条件6, l=50 mm (c) 条件9, l=0 mm (d) 条件9, l=0.5 mm なお，入射光は穴開口部の穴中心軸上に集光されるとする．そのため，導波路内の伝搬光路は光路が導波路中心軸を含む平面内を通過するメリジオナル光線に限定する．また，穴は真直穴を仮定した．■計算例として，a=0.1 mmの加工穴を想定した穴内の温度分布と入射光線の光路を図5に示す．穴中心に対して1から30度まで１度刻みで入射角を変化させたときの光路を示している．光路は反射，もしくは屈折の結果，光線が中心軸方向へ伝搬方向を転換した瞬間までを表示し，穴内壁に衝突しない光線のみを表示している． 全ての光線は穴中心から入射とし，図5 (a)および(b)が条件６，図5 (c)および(d)が条件９の結果を表し，図5 (a)および(c)は穴開口部付近，図5 (b)および(d)は穴底付近での温度分布から計算した光路となる．条件６と９の温度分布は類似しているように見えるが，前者は屈折率が急変する境界層を持ち，後者はそれがなく連続的な屈折率分布を示す．そのため，前者は屈折率の不連続面において面反射に近い光路を辿る．ただ，入射角がある値を超えると反射面を透過し，その先の連続的な屈折率勾配で緩やかに軌道変化する．後者は連続的な屈折率勾配により，連続的な軌道変化が得られる．また，屈折率差が大きいほど穴内を伝搬できる許容入射角が大きくなる．ここで，Lighthillの理論では穴底付近では穴開口部より温度境界層が薄いが，穴内壁温度は一定と仮定されているため，穴中心部と穴壁面近傍の屈折率差は変わらない．そのため穴内を伝搬できる許容入射角は計算上同じだが，境界層が薄いため，穴表面の凹凸の影響によっては反射しないこともある．しかし理想的な加工状態では穴底の温度の方が高いため，穴底の許容入射角は大きくなり境界層も厚くなる．■また，このような境界層における反射・屈折特性は偏光の影響を受け，■偏光と■偏光で反射率，透過率の入射角依存性が異なる．穴のような軸対称な加工においては，ラジアル偏光が■偏光，アジマス偏光なら■偏光入射となる．ここで，■偏光は入射角によって透過率が大きく変わり，観察光源ブリュースター角から臨界角までで無反射から全反射まで反射率が変わる．よって，加工ビームにラジアル偏光を採用し反射率を最適化できれば■穴内を加工穴底まで無減衰で光を到達させることができる．具体的には図■において高屈折率領域から低屈折率領域へ向かう屈折率境界が穴外と穴内にそれぞれあるが，その反射率を，それぞれ０％，および１００％に近づける必要がある．そのためには穴外対流の形状が重要であり，対流が上昇する際に流れ場が細く収束していく流線が形成されるのが望ましい．それにより，穴外の屈折率境界への入射角をなるべく小さくレーザーパルス照射時間待機時間レーザー加⼯スペースワーク観察⽅向観察窓- 100 -2.080060040020001.51.030201000.50.0408020Radial position / µm6080060040020002.01.51.030201000.50.050100150Radial position / µm80060040020002.01.530201001.00.50.0100402080Radial position / µm6080060040020002.01.51.00.50.0200501001003020100150Radial position / µm200(a)■(b)■
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