新しく4名の4年生が配属しました。研究室の学生は合計13名です。

学部生4名、博士前期過程学生4名が卒業しました。

国立大学法人 東京農工大学 大学院工学研究院 先端物理工学部門 宮地 悟代 教授、同大学院学生 長井 大輔 氏(当時)、三善 武碩 氏と、国立研究開発法人 産業技術総合研究所 電子光基礎技術研究部門 奈良崎 愛子 総括研究主幹、高田 英行 主任研究員、吉富 大 主任研究員は共同で、レーザー加工によりガラス表面にナノメートルサイズの周期構造（ナノ周期構造）を低欠損で形成するデータ駆動型レーザー加工技術を開発しました。ポイントは以下の3つです。

• ガラス表面へのナノ加工時の欠損率を従来法と比べて約30分の1に低減
• 光学シミュレーションによりナノ周期構造形成時のガラスの透過率が高くなる原因を解明
• 低反射などの機能を必要な部分に位置選択的に付与した光学部品製造に貢献

掲載論文情報
掲載誌：Light: Advanced Manufacturing

出版日：2025年3月18日付（電子版）

論文名：Stable fabrication of femtosecond-laser-induced periodic nanostructures on glass using real-time monitoring and active feedback control

著者名：Godai Miyaji*, Daisuke Nagai, Takemichi Miyoshi, Hideyuki Takada, Dai Yoshitomi, Aiko Narazaki*

DOI　：10.37188/lam.2025.003

Abstract: Femtosecond laser pulses can be employed to directly form periodic nanostructures on solid surfaces, including hard materials such as diamond and sapphire, via ablation. Thus, this technique is promising for industrial nanofabrication applications. However, the stable formation of uniform nanostructures is challenging because of their high sensitivity to changes in processing conditions, such as the surface roughness of materials and laser power. Herein, we report a real-time monitoring and control approach for fabricating high-quality nanostructures on glass surfaces. We measured the reflectance and transmittance of a laser-irradiated surface simultaneously and determined their specific values corresponding to the formation of a uniform nanostructure with a period of 200 nm and depth of 1 μm. By utilising these values as feedback signals in a proportional-integral-derivative control system, we adjusted the laser power during irradiation to form a uniform nanostructure. This approach led to a significant reduction in the defect ratio of the nanostructure (~2.4%), which represents a 10-fold reduction compared with uncontrolled processing. Our results demonstrate the potential for the stable and direct fabrication of high-quality nanostructures on solids and offer a valuable method for the quality assurance of nanostructures for various applications.

産総研プレスリリース

東京農工大プレスリリース

2025年3月18日に、令和7年度電気学会全国大会（明治大学 中野キャンパス）にて、宮地が招待講演をしました。

シンポジウムS-10「持続可能社会へ向けたエコシステム材料・レーザプロセスによるナノ構造・デバイス応用の最先端」

[S-10] フェムト秒レーザ誘起周期構造の形成メカニズムと応用

2025年3月16日に、第72回応用物理学会春季学術講演会（東京理科大 野田キャンパス）にて、宮地研が関わる研究成果を発表しました。

[16a-K506-5] 透明フッ素樹脂素材CYTOPで作製した3次元マイクロ流体チップの大面積化

〇松本 颯太1,2、半澤 未来1,2、小幡 孝太郎1、宮地 悟代2、杉岡 幸次1 (1.理研 光量子、2.東京農工大)

[16p-K506-1] GHzバーストモードフェムト秒レーザー誘起表面微細周期構造 による微生物増殖抑制効果の検討

〇(DC)川端 祥太1,2、内山 茂1、礒島 隆史1、尾笹 一成1、小幡 孝太郎1、半澤 未来1,2、宮地 悟代2、杉岡 幸次1 (1.理研 光量子、2.東京農工大)

2025年3月10日に、第 24 回レーザー学会東京支部研究会（日本大学理工学部 駿河台キャンパス）にて、宮地研の石出一真がポスター発表しました。

[Py-07]  数サイクルフェムト秒レーザーパルスを用いたダイヤモンドNV中心の形成過程

〇石出 一真1， 奈良崎 愛子2，宮地 悟代1 

1. 東京農工大学大学院工学府化学物理工学専攻， 2. 産総研 

国立大学法人東京農工大学 大学院工学研究院先端物理工学部門の宮地 悟代 教授、同大学大学院工学府化学物理工学専攻の住本 武優 氏らの研究チームは、チタン表面に高強度のフェムト秒レーザーパルス[注2]を照射するだけで、周期が490 ナノメートル（nm；ナノメートルは1ミリメートルの百万分の一）で一定で直線性の良いナノ構造体を、固体表面から直接削り出だせる技術を開発しました。この技術により、固体表面に撥水性や親水性のような力学的制御機能だけでなく、光の反射や吸収などこれまでにない光学的制御機能を容易に与えることができると期待されます。

プレスリリース記事

掲載論文情報

掲載誌：nanomaterials

出版日：2025年2月25日付（電子版）

論文名：Formation of homogeneous nanostructure via interference of square flattop femtosecond laser pulses

著者名：Takemasa Sumimoto & Godai Miyaji*

https://www.mdpi.com/2079-4991/15/5/355

DOI　：10.3390/nano15050355

We report on the formation of homogeneous nanostructures using a two-step ablation process with square flattop beams of femtosecond (fs) laser pulses. The Gaussian beam output from a ytterbium fs laser system was converted to a square flattop beam by a refractive beam shaper and a square mask. This beam was split into two with a diffraction optical element, and then the downsized beams were spatially and temporally superimposed on a titanium surface. In the first step, the interference fringes of these two beams formed grooves with a period of 1.9 µm through ablation. Next, the surface was irradiated at normal incidence by a single beam to form a homogeneous line-like nanostructure with a period of 490 nm in a 53 μm square area. This nanostructure had a constant period and was formed over 95% of the laser-processed area, indicating that the ratio between the nanostructure and modification area was over six times larger than that for a Gaussian beam.

2025年1月27-29日に、サンフランシスコ（アメリカ）で開催されました第30回マイクロ電子・光電子デバイス製造のためのレーザー応用に関する国際会議（Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXX in SPIE. Photonics West 2025）にて、M１住本武優がBest Student Poster Awardを受賞しました。

題目：Homogeneous periodic surface nanostructures formed by interference of square flattop femtosecond laser pulses

内容：フェムト秒レーザー光の強度分布を正方形領域で一定とした後、2ビームを重ねることによって生じる干渉縞を使い、均一で直線性の良い周期構造を固体表面に直接形成できる技術を開発しました。この技術を使うとレーザー照射部の約96%を単一空間周期の微細構造で埋め尽くすことが可能となるため、光電子デバイス製造などの産業分野への利用が期待されます。

Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXX および Laser-based Micro- and Nanoprocessing (LBMP) XIX in SPIE. Photonics West 2025（サンフランシスコ、アメリカ）にて、宮地研が関わる研究成果を2件発表しました。宮地はLAMOMのCo-Chairです。

[13350-35] Poster presentation

Homogeneous periodic surface nanostructures formed by interference of square flattop femtosecond laser pulses

Author(s): Takemasa Sumimoto, Godai Miyaji, Tokyo Univ. of Agriculture and Technology (Japan)

28 January 2025 • 6:00 PM - 8:00 PM PST

We report on the formation of homogeneous LIPSS by using the two-step ablation process with a square flattop beam of femtosecond (fs) laser pulses. The Gaussian beam from a Yb fs laser system was converted to a square flattop beam by passing through a refractive beam shaper and a square metal mask. This beam was split into two beams with a diffraction optical element and focused on a titanium surface. Firstly, the interference of these two beams formed an interference pattern with a period of 1.8 µm through ablation. Next, the single beam was irradiated onto the surface to form a homogeneous nanostructure with a period of 450 nm in 25 μm square area.

[13351-5] Oral presentation

Surface nanostructuring by using circularly polarized GHz burst mode femtosecond laser pulses

Author(s): Shota Kawabata, RIKEN Ctr. for Advanced Photonics (Japan), Tokyo Univ. of Agriculture and Technology (Japan); Felix Sima, Institutul National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei (Romania), RIKEN Ctr. for Advanced Photonics (Japan); Livia Elena Sima, Academia Romana (Romania); Stefana Orobeti, Institutul National pentru Fizica Laserilor, Plasmei si Radiatiei (Romania), Academia Romana (Romania); Shigeru Uchiyama, Takashi Isoshima, Kozunari Ozasa, Kotaro Obata, RIKEN Ctr. for Advanced Photonics (Japan); Mirai Hanzawa, Tokyo Univ. of Agriculture and Technology (Japan), RIKEN Ctr. for Advanced Photonics (Japan); Shi Bai, RIKEN Ctr. for Advanced Photonics (Japan); Godai Miyaji, Tokyo Univ. of Agriculture and Technology (Japan); Koji Sugioka, RIKEN Ctr. for Advanced Photonics (Japan)

27 January 2025 • 11:05 AM - 11:25 AM PST

Recently, there has been growing interest in GHz burst mode femtosecond laser pulses, which are characterized by a series of pulse (intra-pulse) trains with an extremely short pulse-to-pulse interval of several hundred picoseconds. The GHz burst is expected to be a superior tool to achieve high quality, high speed, and high efficiency as compared to the conventional irradiation scheme of fs laser pulses (single-pulse mode). We have revealed that linearly polarized GHz bursts can create lattice-like, 2D laser-induced periodic surface structures (LIPSS), exhibiting distinct geometries from the stripe-patterned 1D-LIPSS formed by the single-pulse mode fs laser pulse irradiation. It’s known that the circularly polarized single-pulse mode fs laser pulses can produce dot-patterned LIPSS on various solid materials. This study explores the potential of creating novel surface nanostructures by using the circularly polarized GHz burst mode fs laser processing and investigate their functionalities.

2025年1月21~23日に、レーザー学会学術講演会第45回年次大会（広島国際会議場）にて、宮地研が関わる研究成果を４件口頭発表しました。

[F01-21a-IV-02] 2025年1月21日(火)10:00-10:30

【招待講演】フェムト秒レーザーで非金属に誘起した表面プラズモンとその応用

[D03-21p-I-02] 2025年1月21日(火)14:00-14:15

ガラス表面へのフェムト秒レーザー誘起ナノ周期構造形成

三善武碩1,2、高田英行2、吉富大2、奈良崎愛子2、宮地悟代1（1. 東京農工大、2. 産総研）

[D03-21p-I-03]  2025年1月21日(火)14:15-14:30

ビーム整形および2光束干渉を用いたフェムト秒レーザー誘起表面周期構造の均一化

住本武優、宮地悟代（東京農工大）

[B09-23a-II-02] 2025年1月23日(木)11:15-11:45

【招待講演】データ駆動型レーザー加工の進展と光源技術への期待

奈良崎愛子1、三善武碩1,2、長井大輔1,2、高田英行1、吉富大1、宮地悟代2（1. 産総研、2. 東京農工大）

2024年11月30日に、日本光学会（OSJ）が主催する年次学術講演会 Optics & Photonics Japan (OPJ) 2024（電通大，東京）にて、宮地研が関わる研究成果を発表しました。

[30p3P11]

フェムト秒レーザーのアクティブ制御によるガラス表面への安定したナノ周期構造形成

○三善 武碩1,2，高田 英行2，吉富 大2，奈良崎 愛子2，宮地 悟代1

1東京農工大学，2産総研

The 43rd annual International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2024, Hollywood, LA, USA)にて、2024年11月4-7日に宮地研が関わる2件の発表を行いました。

[Oral] Formation of Complex 2D Surface Nanostructures by Circularly Polarized Femtosecond GHz Burst Pulses

S. Kawabata, S. Bai, K. Obata, M. Hanzawa, K. Ozasa, F. Sima, G. Miyaji, and K. Sugioka

[Poster] Surface Characterization of Surface Nanostructures Fabricated by Femtosecond Laser Pulses in GHz Burst Mode

S. Kawabata, F. Sima, L. Sima, S. Orobeti, S. Uchiyama, T. Isoshima, K. Obata, S. Bai, M. Hanzawa, K. Ozasa, G. Miyaji, and K. Sugioka