<論文・報告>蛍石単結晶内部のフェムト秒レーザー集光誘起構造変化の応力ダイナミクスの観測

Abstract

In this study, we observed the dynamics inside a calcium fluoride (CaF2) single crystal following photoexcitation by a tightly focused femtosecond laser pulse. This observation method is based on a pumpprobe method and a polarization microscope. The observed dynamics indicated the generation of a stress wave and cracks generated from the photoexcited region. The stress wave had a characteristic shape due to anisotropy of the crystal’s elastic properties. The crack propagation occurred along the (110) planes. We determined the time evolution of the stress in a stress wave and estimated the temperature elevation in the photoexcited region by comparing our observed results with the results from a thermo-elastic simulation. The simulation results of the stress at a temperature elevation of 1000 K in the photoexcited region were in good agreement with our experimental results in the <100> directions, but we obtained lower stress values in the <110> directions. This discrepancy may be due to the fact that the thermo-elastic simulation did not take the influence of crack generation into consideration.

本研究ではCaF2内部にフェムト秒レーザーを集光照射した際のひずみと応力のダイナミクスを観測し，光励起領域での温度変化について評価した．実験方法としてはPump-Probe法に基づく時間分解観測と偏光顕微鏡による複屈折検出法を用いて結晶内部のひずみと応力を観測した．また観測結果を弾性力学に基づいた応力緩和過程のシミュレーションと比較することで光励起領域の温度変化を推定した．光励起領域の温度上昇を1000Kとしてシミュレーションした場合の応力波での応力の大きさを実験値と比較すると，<100>方向ではほぼ値が一致した．このことから光励起領域での温度上昇は約1000Kであったと考えられる．一方，亀裂が発生した<110>方向では実験値での応力がシミュレーションによる値よりも小さかった．この違いは，シミュレーションでは亀裂による影響を考慮していなかったことに起因すると考えられる．