第 5 章 アブレーションプラズマの電子密度特性
5.3 実験結果と検討 .1 干渉波形特性
5.3.3 電子密度のフルエンス特性
レーザフルエンスに対する電子密度の特性をFig.5.4に示す。横軸がフルエン ス，縦軸が電子密度の最大値を示す。計測条件は，Z=0mm（試料表面）である。
電子密度の最大値は，各組成比ともフルエンスが約0.2 kJ/cm2以上では，ほぼ一 定値を示した。これは，ある一定以上のレーザのエネルギーは電子密度の増加 に使われるのではなく，主にアブレーションされる被加工材料の量，すなわち プラズマの大きさを大きくするのに用いられるためと考えられる。
また，実験結果の電子密度は，1 気圧の気体の標準状態における分子数 2.7×
1025m-3（1atm, 25℃）に近い値となった。
5.3.4 電子密度の位置特性
電子密度の最大値の光軸方向の特性を Fig.5.5 に示す。横軸が Z 方向の位置，
縦軸が電子密度を示す。計測条件は，フルエンス1.0 kJ/cm2である。電子密度は，
酸化第二鉄層および混合層で Z=0.7mm，カオリン層で Z=0.5mm で最大となり，
その後，試料から離れるに従い減少する特性を示した。このピークはフルエン スにより変化し，フルエンスが高くなるにつれ試料表面から離れている。フル
エンスが0.5 kJ/cm2および0.1 kJ/cm2の時の位置依存性の結果をそれぞれFig.5.6
およびFig.5.7に示す。フルエンスが低くなると電子密度は試料表面で最大とな
り，試料表面から離れるにつれて減少傾向を示した。照射レーザ光のエネルギ ーの一部は，7章で詳しく述べるがアブレーションプラズマによって吸収される。
また，フルエンスが高くなるほどアブレーションの生成が早くなりアブレーシ ョンプラズマに吸収されるレーザのエネルギーも多くなる。このエネルギーが 電子密度の増加に使われると考えられる。したがって，フルエンスが低いとア ブレーションプラズマの生成も遅くエネルギーの吸収も少ないので試料表面で 電子密度が最大となるが，フルエンスが高くなるとレーザのエネルギー吸収が 多くなり，フルエンスが1.0 kJ/cm2のときZ=0.7mmで最大となる特性を示すも のと考えられる。
Fig.5.3 The electron density versus time. Ferric oxide layer.
0 5 10
1023 1024 1025
Time (s) Electron Density (m–3 )
1.0 (kJ/cm2) 0.5
0.3 0.1
Laser fluence
Fig.5.4 The electron density versus laser fluence. Z=0
Fig.5.5 The electron density distribution versus the position on the optical axis.
Laser fluence: 1.0 kJ/cm2.
0 0.5 1
0 2 4 6 8 [10+24]
Laser Fluence (kJ/cm2) Electron Density (m–3 )
Ferric oxide, Kaolin 100% 0%
50% 50%
0% 100%
0 2 4
4 6 8 [10+24]
Position Z (mm) Electron Density (m–3 )
Ferric oxide, Kaolin 100% 0%
50% 50%
0% 100%
Fig.5.6 The electron density distribution versus the position on the optical axis.
Laser fluence: 0.5 kJ/cm2.
Fig.5.7 The electron density distribution versus the position on the optical axis.
Laser fluence: 0.1 kJ/cm2.
0 2 4
4 6 8 [10+24]
Position Z (mm) Electron Density (m–3 )
Ferric oxide, Kaolin 100% 0%
50% 50%
0% 100%
0 2 4
4 6 8 [10+24]
Position Z (mm) Electron Density (m–3 )
Ferric oxide, Kaolin 100% 0%
50% 50%
0% 100%
5.4 まとめ
この章では，レーザ干渉計測法を用いたプラズマ電子密度の計測方法につい て述べ，次に，構築したアブレーションプラズマの電子密度計測システムと計 測結果について述べた。マッハ・ツェンダー干渉計を構成することにより，干 渉波形から電子密度を得た。電子密度は，組成比が異なってもフルエンスが増 加するとほぼ一定値を示し，約 1025m-3となった。これは，1 気圧の気体の標準 状態における分子密度2.7×1025m-3（1atm, 25℃）に近い値となった。また，アブ レーションプラズマによるレーザエネルギーの吸収のために，電子密度は，フ
ルエンス1.0 kJ/cm2において，Z=0.7mmで最大となり，その後，試料から離れる
に従い減少する傾向を示した。