■ ■２．実験 ■ ・■■幾何学的位相と偏光を独立に制御可能な光渦レー子の合成と制御を試みた．■ザー光源の構築と光波の実測評価■■レーザー光源には■■■■■■■■■■■■■■■社製の■■■■■■レーザー（■■■■■■■■■■■■■■■■■■■）の基本波（波長■■■■■■■■■■■■■■）を用いた．光渦生成には螺旋位相板（■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■）と■■■波長板（■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■）を用いた．光学定盤上にレーザー装置を設置し，出射される直線偏光ガウスプロファイルのレーザーパルスを■■■に通すことで直線偏光光渦に変換し，■■■を用いることで円偏光光渦に変換した．ここで，光渦の全角運動量■J■は，軌道角運動量を示すトポロジカルチャージ■l■と円偏光に由来するスピン角運動量を示すスピン量子数s■から決定される．いずれも整数で表現され，符号は角運動量の回転方向に対応する．実験では■l■■■s ■■■■に固定し，焦点距離■■■■■■■のレンズを用いて集光した．このとき，焦点付近のレーザー光の偏光状態，楕円率，アジマス角を１つの■■■と偏光子およびイメージセンサを用いて解析することが可能である５）．そこで，図■ff■■に示すようにレンズで集光した際の焦点を含む前後のデフォーカス位置の断面プロファイルを取得し解析した．その結果，図■ff■■に示すように円環状強度分布がデフォーカス位置に応じて変化することを確認した．さらに図■ff■■，ff■■に示すようにわずかに楕円偏光となっているものの，集光過程で偏光状態はほぼ一定であることがわかった．さらに，自作構築した■■添加ファイバーを用いたモードロックレーザー（■■■■■■■， ■■■■■）を種光とした再生増幅器についても同様に■■■を用いて光渦に変換した際の強度分布を図 に示す．■■パルスについても■■パルスの場合と同様に円環状強度分布が得られたことから正しく光渦に変換されていることを確認した．■図２■■■パルス光渦の強度分布■ ・ ■ナノ・マイクロ粒子合成■■■■■や■■および■■■■■ ■■■■■に対してレーザー照射することで合成された粒子の■■■像を示す．ナノ粒子については，球形とは異なるいびつな形状も存在した．球形粒子に■図３■ナノ・マイクロ粒子の■■■像．ff■■■■■ナノ粒子，ff■■■■■ナノ粒子，ff■■■■マイクロ粒子，ff■■■ついては，溶融した材料が飛散過程で表面張力で球形となり固化することで形成されたと考えられる．一方，ナノ粒子については，レーザーアブレーションによって原子レベルに分解された粒子が大気中にて凝集することで形成されたものと考えられる．球状粒子については結晶構造をもつ粒子であることを確認し，照射条件を制御することでナノ・マイクロ粒子の合成に成功した．■■■マイクロ粒子については，光励起することでバンド端である近紫外波長帯においてウィスパリングギャラリーモードレーザー発振することを確認しており，高感度センサ等への応用が期待される．■■■■■ ■■■■■については，近赤外波長帯の応力発光材料であり，生体応力マッピング等への応用が期待される．■ ・■■円環状強度分布レーザー加工現象の理解のため■円環状強度分布をもつナノ秒パルスを照射した際のレーザー生成プラズマのダイナミクスを解析するため， 次元輻射流体シミュレーションを行った．計算に用いたコード■■■■ ■は，レーザー光線追跡，電子やイオンの熱伝導や輻射輸送といった物理過程を統合している６）．■■に照射することを想定し，■■の現実的状態方程式として■■■■■■データテーブルを用いた７）．シミュレーションでは真空中にてパルス幅■■■■■（■■■■）の円環状強度分布レーザーパルスを■■に対して垂直入射させた際の■■密度，■電子温度，圧力の 次元分布のダイナミクスを可視化できる．図４にレーザーパルスのピーク時における■■密度分布と電子温度分布を示す．図４ff■■からわかるように■■表面に円錐状構造物の形成が確認される．これは，円環状強度分布の高い強度領域に生成したプラズマによる圧力が溶融した■■を中心に向かわせることで形成されたものと考えられ，円錐構造物の隆起高さは実験結果に近い値であった．さらに，■■表面に形成されるレーザー生成プラズマによって入射したパルスエネルギーの一部が遮蔽されていることも明らかとなった．■■■■■■ ■■■■■マイクロ粒子．■の 次元輻射流体シミュレーション■− 246 −4μm4 μm(a)(c)2μm(b)20 μm(d)
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