レーザーピーニングにおいて、プラズマ閉じ込め層は圧力波発生に影響を与える。本稿では、閉じ込め層に、形状を変えることができ、処理表面と隙間が無くなるアルギン酸ゲルを用いた。その結果、カバレッジ100-900%、パワー密度0.5-3 GW/cm2程度において、良好な結果が得られることを示した。本人は、データ解析および整理、考察を担当した。

我々は、200 W青色半導体レーザーとガスバノスキャナーを搭載した選択的レーザー溶融装置を開発した。本研究では、本システムを用いて純銅の3次元構造の作製実験を実施した。その結果、最適なレーザー条件下において、99.6%という極めて高い充填率の純銅構造体を作製することに成功した。本人は、データ解析および整理、考察を担当した。

本研究では、波長450 nmの高出力青色半導体レーザを用いたマルチビーム型LMD 装置を用いてステンレス基板上へのCu-Zn合金のコーティングを試みた。形成した皮膜の断面観察およびEDXによる希釈層の解析を行った。その結果、Cu-Zn 合金のコーティングでは、レーザの出力が増加すると皮膜量が増加するが、亜鉛成分の蒸発に溶融池が一度飛散し、その後再び、溶融池が形成され皮膜が形成された。一度、溶融池が飛散すると、レーザが基板に照射されるため基板が溶融し、これが希釈層を増大させることがわかった。本人は、データ解析および整理、考察を担当した。

本稿では、製造現場において、マクロ溶接およびマイクロ溶接の溶込み深さを精度よく予測する手法を確立するために、Hablanian plotのための実験条件の設定方法について検証した。溶込み深さの予測誤差の低減にとって不可欠な、近似誤差補正のためには、3つの近似曲線（基準近似曲線、誤差近似曲線、係数近似曲線）を求める必要がある。これらの3つの近似曲線の導出方法について検証した結果、以下のことが明らかとなった。（1）3つの近似曲線として適切な関数の候補の1つとして、3次多項式があげられる。（2）3つの近似曲線を適切に求めるためには、まず、スポット直径d（集光レンズ）を決める。次に、レーザ溶接可能な範囲内において、Log10(Vd/K)およびPを等間隔に変化させて、溶接実験をおこなう。（3）3つの近似曲線を使って近似誤差を導出し、それを補正することによって、溶込み深さ4 mm以上のマクロ溶接では0.06程度まで、溶込み深さ0.4 mm以上のマイクロ溶接では0.03程度までに予測誤差を改善できる。本人は、データ解析および整理、考察を担当した。

本研究では、市販の電気化学測定装置であるModuLabと自作の電池特性評価装置の2つの装置を用いて、異なる計測手法による内部抵抗の評価および比較を行った。計測方法として、①負荷（外部）抵抗を1つだけ用いる場合（1点法）、②I-V特性を用いる場合、③交流インピーダンス法を用いた場合の3つを用いた。その結果、1点法で測定した内部抵抗は、交流インピーダンス法で測定した溶液抵抗と電荷移動抵抗の和をとった合成抵抗と一致することが明らかとなった。本人は、異なる内部抵抗測定を用いた実験内容（測定条件）の検討や実験結果の考察を担当した。

本研究では、グルコース水溶液のプラズマ閉じ込め層としての有効性について調べた。対象金属はステンレス鋼SUS316Lであった。レーザー照射前後で、硬度・残留応力計測をおこない、照射効果を比較した。その結果、重量濃度20%付近において、ピーニング効果が増大することがわかった。本人は残留応力評価を担当した。

音響インピーダンスの高い固体（ガラス）をプラズマ閉じ込め層に用いた。その結果、液体（水）を閉じ込め層として使用した場合と比べて、効果的なピーニング効果（高い圧縮残留応力付与、硬度上昇）を達成できた。本人は残留応力評価を担当した。

高い音響インピーダンスを有するスクロース水溶液のプラズマ閉じ込め層としての有用性について調べた。その結果、重量濃度20%程度、温度60度において、もっとも高いピーニング効果が得られることが分かった。本人は残留応力評価を担当した。

本研究では、マイクロ溶接結果をHablanian plot 表示し、その基準近似曲線を求めた。そして、基準近似曲線からの各実験結果のずれ（ΔLog10(Vd/K)）が、溶込み深さ、溶接速度、スポット直径、レーザ出力に対してどのように変化するのか、について調べた。その結果、次のことが明らかになった。（1）マイクロ溶接とマクロ溶接の基準近似曲線はほぼ一致した。（2）マイクロ溶接において、溶込み深さが0.7-0.8 mm 以上でΔLog10(Vd/K)がマイナスになり、深くなるほどΔLog10(Vd/K)が小さくなる傾向が確認された。（3）溶込み深さを正確に予測するためには、スポット直径ごとにΔLog10(Vd/K)のデータを収集することが望ましい。（4）溶接速度あるいはレーザ出力に対するΔLog10(Vd/K)のデータを用いた溶込み深さの補正が有効であることを示した。本人はデータ解析および整理、考察を担当した。

レーザーショックプロセッシング（レーザーピーニング現象）を計算するために、原子モデルコード、EOSコード、レーザーアブレーションコードを統合した、一次元流体シミュレーションコードを開発した。そして、レーザー波長、パワー密度、パルス幅といった条件を変えて計算を行った。その結果、1.064 mでパルス幅が長い場合、プルーム圧力が顕著に増大することがわかった。これは、レーザー照射中におけるプラズマ中でのレーザー光の吸収（逆制動放射）が主要因であることがわかった。本人はシミュレーションコードを用いた計算、結果の整理、考察を担当した。

水の音響インピーダンスがレーザーピーニング効果に及ぼす影響について調べた。水の音響インピーダンスを制御するために、閉じ込め層として使用する水の温度を変化させて実験を行った。その結果、水温60℃の時にピーニング効果が効果的に改善できることが分かった。本人は残留応力評価を担当した。

本研究では、7種類のアルミニウム合金におけるレーザーピーニング効果を明らかにし、レーザーピーニングに望ましいレーザーパラメータを検討した。種々のアルミニウム合金のレーザーピーニング処理において、加工硬化による硬度の上昇および圧縮残留応力の付与はレーザー強度ではなく、カバレッジに強く依存することが示された。また、レーザーピーニングの加工効率を上げるためには、適切なレーザー強度とカバレッジの選択が必要であることが分かった。本人は残留応力の評価を担当した。

Specific surface area（SSA）は、金属酸化物における熱力学的な酸化還元反応速度を支配する重要なファクターである。SSAが合成ガス発生量に及ぼす影響を調べるために、合成ガス発生有り・無しの2つの実験を行った。合成ガス発生有りでは、わずか10分でSSAが急激に低下する一方、合成ガス発生無しの実験では、数十時間かけてゆっくりSSAが低下することが明らかとなった。今回の実験では、還元の際にmethane partial oxidationを使って、反応温度を900度に抑えている。このような低温の状況下においても、SSAの低下を抑えることが難しいことを明らかにした。本人は実験、データ解析および整理、考察を担当した。

CWレーザ溶接におけるHablanian plotによる溶込み深さ予測の精度について調べるために、ステンレス鋼（SUS304）に対する約1200点の溶接結果を3次の多項式で近似し、基準近似曲線を求めた。この基準近似曲線を用いて溶込み深さを予測した。重回帰分析の線形解析から得られた、回帰直線による予測結果との比較をした結果、溶接速度に対する基準近似曲線からのずれ（Vd/K差）を補正すると、予測結果と実験結果の差は小さくなった。しかしながら、スポット直径200 mでの低溶接速度・高レーザ出力領域においては、実験結果を再現できないことが明らかになった。本人は、データ解析および整理、考察を担当した。

Hablanian plotを用いた溶込み深さの予測の妥当性について調べるために、0.01–10 kWのCWファイバレーザを用いた、ステンレス鋼（SUS304）に対する約900点の溶接結果をHablanian plotで整理した。そして、基準近似曲線からのずれの補正を取り入れたHabanian plotによる溶込み深さの予測方法の妥当性について考察した。その結果、0.01–10 kWという広範囲なレーザ出力に対する溶込み深さの予測において、基準近似曲線からのずれを補正することが適切であることを示した。本人はデータ解析および整理、考察を担当した。

我々は堆肥を用いたMFCの閉回路状態 (Close Circuit: CC) と開回路状態 (Open Circuit: OC) を短い時間で切り替え、これらの接続時間を変えて実験を行った。そして、モデル式を作成して、CC-OCの繰り返しによる電圧を試算した。その結果、OCの時間を長くすることによって、発電エネルギーが増加することが明らかとなった。本人は電池特性の評価装置の開発を担当した。

レーザーピーニング処理において、プラズマ閉じ込め層を変えたときの効果について調べた。金属材料には、ステンレス鋼を用い、ピーニング効果の評価に硬度や残留応力を用いた。閉じ込め層には水よりも音響インピーダンスの大きいグリコール溶液を用いた。その結果、閉じ込め層に水を用いたときよりも、グリコール溶液のほうが、効果的なピーニング効果が得られることがわかった。本人は、残留応力の評価を担当した。

本研究では、プラズマ閉じ込め媒質の音響インピーダンスを制御することで、レーザーピーニング処理に望ましいプラズマ閉じ込め層の条件を見出すことを目的とした。水よりも音響インピーダンスの高いスクロース水溶液をプラズマ閉じ込め層として用いることで、レーザーピーニング処理済試料の表面硬度は上昇した。このように、スクロース水溶液はレーザーピーニングのプラズマ閉じ込め層として、有効利用可能であることが分かった。本人は残留応力の評価を担当した。

インクレーザピーニング処理による圧縮残留応力の付与を実証するために、ナノ秒パルスレーザ（波長532 nm、パルス幅約5 ns）を用いて実験を行った。照射条件（パワー密度8.3 GW/cm2とスポット直径約300 m）において、表面溶融が無く、処理表面に-300から-500 MPa程度の圧縮残留応力が付与できた。この時、表面から数百 mの深さまで圧縮応力を残留できた。本人は、実験データの整理・解析・考察に関する指導を担当した。

本稿では、（1）前稿で確認されたHablanian plot表示した際の2つの特異的な挙動、（2）Hablanian plotとSwiftモデルとの違い、（3）Hablanian plotを用いたパルスレーザ溶接結果の予測の可能性、について考察した。その結果、製造現場において、キーホール型溶接のように、ビード幅が狭く溶込み深さの深い溶接が求められる場合、スポット周辺への熱伝導を損失として扱うHablanian plotを用いた溶接データの整理が有効な場合もあることが分かった。本人は、実験データの整理・解析・考察に関する指導を担当した。

レーザ表面粗面化による表面積増大が二段階水分解の反応速度に及ぼす影響について調べるために、セリア系セラミックスであるCeO2-NiOに対して、異なる2種類のレーザを用いて試料表面に溝加工を施し、レーザ照射後の形状・形態・化学的変化、表面積増大率を評価した。その後、赤外イメージ炉を用いて二段階水分解反応実験を繰り返し進行させ、発生した気体（酸素、水素）をガスクロマトグラフで定量した。その結果、レーザ照射を行った全ての試料から放出されたガス発生量は未照射のそれに比べて増加したものの、その効果は最初の数サイクルに限定された。この要因として高温時におけるCeO2サンプルの焼結、あるいはセラミックス基板作製の際にバインダとして使用したアロン系セラミックス（無機系接着剤）の析出などが考えられる。本人は、実験データの整理・解析・考察に関する指導を担当した。

炭素鋼の静摩擦係数の低減を確認するために、表面粗さを変化させた炭素鋼に対してレーザ条件を変えてレーザ照射した。表面粗さおよび摩擦係数が低減する結果が得られたのは、主に、パワー密度247 MW/cm2以下、ビーム走査速度が2.0 m/s以下におけるレーザ照射結果であった。この要因として、金属の溶融による約60 - 200 mm-1の空間周波数領域の粗さ成分の低下が考えられる。本研究成果は、工作機械の摺動面の研磨工程、熟練工による金型手仕上げ工程の代替、への応用が期待される。本人は、実験データの整理・解析・考察に関する指導を担当した。

本研究では、吸収体に黒色液体インクを用いた金属溶融フリーの新規レーザピーニングの原理実証を目的として、従来レーザピーニングとの比較実験を行った。その結果、新規レーザピーニングでは塑性変形領域が拡大すること、金属の表面溶融がないこと、が分かった。本人は、実験データの整理・解析・考察に関する指導を担当した。

本研究では、レーザ溶接結果を製造現場で容易に予測できることを目的として、膨大な溶接データをハブラニアンプロットで整理した。その結果、レーザ出力と走査速度を指定すると、発振器の種類や溶接条件に関係なく、溶込み深さが予測できることが分かった。本人は、膨大なデータの整理、レーザ溶接結果の予測精度の確認、ハブラニアンプロット表示した溶接結果の考察を担当した。

本研究では、レーザーピーニング条件の最適化を目的として、シミュレーションコードを新たに開発し、それを使って水中のプルームの圧力、温度を計算で求めた。また、金属材料中の圧力波の計算や応力歪みおよび塑性応力を計算した。その結果、プルーム圧力によって金属材料中に温度上昇が起こり、その温度上昇が塑性応力に影響を及ぼすことが明らかとなった。本人は、シミュレーション条件の検討や計算結果の物理的考察を担当した。

本研究では、ステンレス鋼の塑性変形に対する照射光学系のNA変化の効果について調べた。その結果、ステンレス鋼の塑性変形に対して効果的な照射光学系のNA値が存在した。したがって、レーザーピーニングにおけるNA値の制御は重要である。また、NA値の変化に伴い、衝撃波による塑性変形層の深さに変化が生じることが分かった。本人は実験結果からの考察に関する指導を担当した。

歯科現場あるいは実験室において、レーザー歯科医療技術の発展・普及のために、多くの医師・研究者が医療応用研究に取り組んでいる。これらの研究成果を体系的に理解するためには、研究成果の正しい比較が重要であり、実験結果を第三者が再現できるよう整理することが必要となる。本解説は、レーザーの医療応用の研究に初めて携わる歯学系あるいは医学系の研究者を主たる対象とし、レーザーの基礎知識（発振原理、装置、レーザー条件、生体相互作用）について述べ、レーザー加工（治療）の実験結果を整理する上でのポイントについて概説する。（部谷学、25巻、323-331頁）

高効率且つ非熱的処理が期待できるサブナノ秒レーザと現状多く利用されているナノ秒レーザを用いてレーザピーニング処理を行い、パルス幅の違いがピーニング作用に与える影響を比較した。その結果、短パルス化により、供試材の表面粗さや変形量を抑え、効果的な残留応力付与（表面圧縮残留応力値と最大圧縮残留応力値と付与深度の増大）を確認することができた。これらは疲労強度の向上に繋がる可能性がある。このように、サブナノ秒レーザピーニングの優位性とマイクロマシン産業への応用の可能性を示した。（松本康太郎、辻俊哉、小林祐次、部谷学、沖原伸一朗、17巻、44-50頁）本人はレーザー加工の技術開発を指導または担当した。

レーザー受託加工業の起業実践から明らかとなった、経営的特徴と顧客価値連鎖に関する新知見についてまとめた。経営的特徴では、先端加工であるレーザー加工を受託加工する場合、市場規模や方向性が間接的に把握できることが明らかとなった。また、顧客価値連鎖では、受託加工内容によって、直接の顧客の顧客のニーズがある程度把握できることが明らかとなった。このように、レーザー受託加工業は、将来のものづくりの動向を見通せる業態であり、その継続的な経営のためには絶え間ない技術開発が重要であることが分かった。（後藤俊夫、刀原寛孝、部谷学、瀧口義浩、47巻、47-56頁）本人はレーザー加工の技術開発を指導または担当した。

中赤外レーザー照射（波長9.0μmと9.7μm）による象牙質耐酸性向上の比較を行った。レーザー照射によって3時間程度の耐酸性向上が観測されたものの、それ以降では非照射試料との有意な相違はなかった。また、両波長間での有意な差も観測されなかった。これらの結果から、表層脱灰抑制による耐酸性向上の可能性が示唆された。両波長のレーザー照射は象牙質表面改質には有効であるものの、表層脱灰が起こる深部領域を改質できない。これが両波長で同様の結果が得られた要因であると推測された。

It is essential for soft tissue cutting to precisely predict the effects of laser irradiation before treatment. The purpose of the present study was to investigate the dynamic absorption coefficients of wet gelatin around lambda = 6.05 mu m (tuned to the OH bending and amide-I bands) during laser irradiation. Wet gelatin was irradiated by a tunable mid-infrared free electron laser within the wavelength range of 5.6-6.7 mu m. The incident fluence was fixed at 3.6 +/- 0.3 J/cm(2). Structural changes of the irradiated gelatin were observed with an optical microscope. At lambda = 6.05 mu m, the wet gelatin was efficiently removed due to vaporization of water, and the absorption coefficient during irradiation increased slightly by 30-40% of magnitude from that before irradiation. Thus, we showed the possibility that 6.05-mu m-light can predictably remove soft tissue without unexpected effects. A laser system with lambda = 6.05 pm is expected to be a novel cutaneous laser.

Infrared-induced alignment change of liquid crystal domains was investigated for plastic columnar mesophase of a liquid crystalline triphenylene derivative. A homeotropic alignment change of domains was observed when a circularly polarized infrared light with the same wavelength was irradiated. The results strongly imply that the infrared irradiation is a possible technique for device fabrication by use of plastic columnar mesophase as a liquid crystalline semiconductor. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

In this study, alignment change of liquid crystal domains induced by infrared irradiation was investigated for a plastic hexagonal columnar mesophase of a liquid crystalline triphenylene derivative. A uniform and anisotropic alignment change of domains was observed when polarized infrared light corresponding to the wavelength of the aromatic C-C stretching absorption band of triphenylene core was irradiated. The results strongly imply that the infrared irradiation is a possible technique for device fabrication by use of plastic columnar mesophase as a liquid crystalline semiconductor.

Recent findings were briefly described for the liquid crystal alignment change under the polarized infrared laser irradiation using an free electron laser (FEL), which causes the excitation of vibrational mode of chemical bond in the mesogen. For hexagonal columnar (Col(h)) mesophase of hexahexyloxytriphenylene (C6OTP), a new domain with a certain uniformity of molecular alignment could be attained, in which one can control the director orientation in the combination of the polarization direction of the incidence and the direction of the transition dipole moment for the vibrational excitation. This phenomenon is not observed for the relatively lower-ordered liquid crystals with the lower viscosity such as discotic nematic (N-D) phase as well as nematic (N) and smectic A/C (SmA/SmC) phases of calamities, It could be expected that the polarized infrared irradiation gives a novel technique of domain control of the highly viscous mesophase, which is applicable to a fabrication of organic devices by use of liquid crystalline materials for electronics.

Recently a new phenomenon was found that the change of liquid crystal alignment for hexagonal columnar (Col(h) ) mesophase is realized under the polarized infrared laser irradiation using an free electron laser (FEL) via the vibrational mode excitation of a chemical bond in the mesogen. For Col(h) mesophase of hexahexyloxytriphenylene (C6OTP), a new domain with a certain uniformity of molecular alignment could be obtained and one can control the director orientation based on the selected combination of the polarization direction of the incidence and the direction of the transition dipole moment for the vibrational excitation. This phenomenon could be observed only for the relatively higher-ordered liquid crystals with the higher viscosity such as Col(h) mesophase not for discotic nematic as well as calamitic nematic and smectic A/C phases, meaning it could be good for the liquid crystalline semiconductors for the fabricating organic devices.

Infrared photoinduced change of discotic liquid crystal domains was investigated for a hexagonal columnar mesophase of a triphenylene derivative with three wavelengths of irradiation. The formation of uniform domains was observed under the irradiation with the wavelength of certain absorption bands of the compound. The technique could provide a novel technology to control the columnar alignment of viscous mesophase materials.

For low-invasive laser treatment, stable absorption properties of tissue during laser treatment are essentially needed, which enable us to predict irradiation effect (ablation depth, thermally-altered depth) using them. There are water and proteins as main absorber in the mid-infrared range. During laser treatment, the absorption properties of soft tissue are changed due to laser-induced temperature rise and leading to the induction of unexpected irradiation effects. We have proposed and demonstrated a novel, low-invasive laser surgery with 6.1-μm-light irradiation. 6.1-μm-light can resonantly excite both OH bending (water) and amide-I (proteins). The absorption properties of soft tissue during laser treatment would be come considerably stable because they do not remarkably depend on the surrounding temperature and the water concentration. We examined the gelatin ablation properties by λ=6.1-μm irradiation using a tunable mid-infrared Free-Electron Laser and showed that λ=6.1-μm irradiation is one of the candidates for a low-invasive soft tissue incision. Gelatins were used as a model substrate for soft tissue. From these experiments, it was found as follows. (1) Enhanced gelatin ablation occurred near λ=6.1-μm, but not λ=6.45-μm (Amide II of proteins). (2) The gelatins were removed due to water vaporization, which is reflected in the static absorption properties of the gelatin before laser irradiation. Thus, we showed the applicability of λ=6.1-μm -light for a new light source to realize a low-invasive soft tissue incision.

レーザーによる軟組織の低熱損傷的切除にとって, 術前予測に基づく高精度な切除は本質的に重要である. 軟組織の主成分は80wt%の水と20wt%のタンパク質であり, 本研究では, その両者を同時に励起できる波長6.05 μmに着目する. 波長6.05 μmは水のOH変角振動モードとタンパク質のアミド結合Iの吸収ピーク波長に対応している. 我々は, 術前予測切除法としての6.05 μm光の有効性を実証するために, 波長可変の中赤外自由電子レーザー (MIR-FEL: Mid-Infrared Free Electron Laser) を用いてゼラチン切除実験を実施した. 80wt%の水を含む膨潤ゼラチンを生体軟組織の擬似モデルサンプルとして用いた. ゼラチン切除の波長依存性について明らかにするために, 入射エネルギー密度を3.6±0.3 J/cm²に固定し, MIR-FEL波長を5.6-6.7 μm内で変化させた. 照射時間は10秒あるいは100秒であった. レーザー照射中のゼラチンの形態変化を光学顕微鏡を用いて撮像した. これらの実験結果から次のことが明らかとなった. (1) 効率的なゼラチン切除は6.45 μm (タンパク質のアミド結合IIの吸収ピーク波長) ではなく, 6.05 μm近傍で観測された. このことから, 軟組織切除においてはその主成分である水を吸収体とすべきであるということが明らかとなった. (2) 照射波長6.05 μmにおいて, 膨潤ゼラチンは水の蒸散によって切除され, その切除深さは照射前の吸収係数によって説明できた. これは術前予測治療の可能性を示唆している. 加えて, レーザー照射, つまり, 照射中のゼラチンの含水量低下につれて, 熱変性層の顕著な減少が観測された. この減少は, 水の含有率の低下に伴い, 吸収体が水 (OH変角振動モード) からタンパク質 (アミド結合I) に移行することによって説明できる. これは過剰な熱損傷層形成の抑制機構として期待できる. このように, 6.05 μm光は術前予測可能な切除機構に加え, 熱損傷層などの副作用の抑制機構を備えた, 軟組織術前予測切除のレーザー波長として期待できる.

In order to generate a flat-topped beam profile from a tunable, broadband, mid-infrared free-electron laser (MIR-FEL), we have proposed and designed a dimple mirror system (DMS), using a laser optics calculation code LOCCO. The principles of the DMS are similar to those of a micro-lens array system involving a principal focusing lens and a two-dimensional (2D) array of micro-lenses located ahead of the principal lens. The DMS is composed of a parabolic mirror, which acts as the principle lens and a 2D array of micro-dimples, which splits the incident FEL beam into many partial beams. All beamlets overlap near the focal point of the parabolic mirror, resulting in the generation of an approximately flat-topped intensity profile due to the interference of light. We proved that the DMS can generate a flat-topped profile even over a wide MIR waveband. Thus, we showed the applicability of the DMS for uniform illumination from a tunable, broadband MIR-FEL. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Surface modification of root dentin by mid-infrared (MIR) pulsed-laser irradiation is one of the candidates for a novel, non-invasive treatment to prevent root surface caries. To modify root dentin effectively and non-invasively it is essential to estimate quantitatively and qualitatively the laser parameters, such as the wavelength and the power density, required for surface modification. The key aspect is to bring about effective surface modification of root dentin while minimizing the unwanted removal of the underlying dentin. Using a tunable, MIR Free Electron Laser (FEL) in the wavelength region of 8.8-10.6 μm, we have investigated macroscopically the extent of surface modification (morphological and chemical changes) of root dentin. We have obtained experimental results related to the ablation depth, the MIR absorption spectrum, and the elemental chemical composition of the irradiated dentin. The observations showed that the surface modification of root dentin was inclined toward well-recrystallized, HAp-like material, leading to an increase in the acid resistance and dentinal tubule sealing. The laser parameters, at which efficient surface modification without enhanced ablation occurred, were estimated to be at λ= - 9.0 μm or - 9.7 μm and in the average power density region of - 10-20 W/cm² (resulting in energy density per macropulse and peak power density regions of - 1-2 J/cm² and - 66.7-133.3 kW/cm²). Thus, it was found that the surface modification of root dentin strongly depends on the laser conditions applied. We conclude that the optimum laser wavelengths for (1) root surface caries treatment without restorative procedure and (2) hard tissue ablation without water irrigation are around (1) λ= 9.0 μm or 9.7 μm and (2)λ= 9.0 μm in the absorption bands due to P-O stretching, respectively.

Polarized infrared photoinduced change of liquid crystal domains was investigated for a hexagonal columnar phase of a liquid crystalline triphenylene derivative. A uniform and anisotropic change of domains was observed when a polarized infrared light corresponding to the wavelength of the absorption band of triphenylene core was irradiated. IR absorption dichroism is induced as a result of the reorientation of triphenylene core. The texture observation and polarized microscopic FT-IR spectra show that a change of the molecular alignment occurred and the direction of columns depends on the polarization direction of an actinic infrared light. The technique could provide a novel technology to control the columnar alignment of supra-molecular systems.

The infrared photoinduced alignment change of liquid-crystal domains was investigated for a hexagonal columnar mesophase of a liquid-crystalline triphenylene derivative. A uniform and anisotropic alignment change of domains was observed when a polarized infrared (IR) light corresponding to the wavelength of the aromatic C-C stretching absorption band of the triphenylene core was used to irradiate the sample. The relationship between the aligned azimuthal angle of the columnar axis and the polarization of the IR incident irradiation was investigated. IR absorption dichroism is induced as a result of the reorientation of triphenylene core. Texture observation and polarizing microscope FTIR spectra show that a change of the molecular alignment occurred and that the direction of columns depends on the polarization angle of the IR light used for irradiation. The mechanism of the alignment change in a columnar liquid crystal film by IR irradiation is also discussed. The technique could provide a novel technology to control the columnar alignment of highly viscous liquid crystals.

Infrared photoinduced alignment change of liquid crystal domains was investigated and a uniform and anisotropic change of domains was observed. The texture observation and polarized microscopic IR spectra show that a change of the molecular alignment occurred and the direction of columns depends on the polarizing angle of an irradiating infrared light.

Infrared photo-induced alignment change of liquid crystal domains was investigated for a hexagonal columnar mesophase of liquid crystalline triphenylene derivative. A uniform and anisotropic change of domains was observed when a polarized infrared light corresponding to the wavelength of the absorption band of triphenylene core was irradiated. IR absorption dichroism is induced as a result of the reorientation of triphenylene core part. The texture observation and polarized microscopic FT-IR spectra show that a change of the molecular alignment occurred, and the direction of columns depends on the polarizing angle of an irradiated infrared light. This technique could provide a novel technology to control the columnar alignment of supra-molecular systems. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Efficient and precise ablation of soft tissue is needed for non-invasive dermatological and corneal surgeries. Previous research has, revealed that smooth and efficient cutting of certain soft tissues' and gelatin is possible using a Free Electron Laser (FEL) with a wavelength of lambda = 6.45 mum, tuned to the amide-II band of protein. Gelatin ablation experiments have been carried out using a mid-infrared FEL within the waveband lambda = 5.6 - 6.7 mum by changing the primary absorbers such as water (lambda = 6.1 mum) and protein (lambda = 6.45 mum). The gelatin with 80 wt% water was efficiently ablated by FEL irradiation with the waveband lambda = - 5.95-6.19 mum. On the other hand, using irradiation within lambda = similar to 6.4-6.6 mum, many small bubbles were observed in the irradiated volume, and the gelatin was not ablated but significantly melted. Thus, it was found that the most effective wavelength was similar to 6.1 mum, not similar to 6.45 mum, in order to cut soft tissue with a high water concentration at the expense of surface smoothness. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Background and Objectives: Surface modification of root dentin by mid-infrared (MIR) pulsed-laser irradiation is one of the candidates for a novel, non-invasive treatment to prevent root surface caries. To modify root dentin effectively and non-invasively it is essential to estimate quantitatively and qualitatively the laser parameters, such as the wavelength and power density, required for surface modification. The key aspect is to bring about effective surface modification of the root dentin while minimizing the unwanted removal of the underlying dentin. Study Design/Materials and Methods: Using a tunable, MIR Free Electron Laser with lambda = 8.8-10.6 mum, we have investigated macroscopically the extent of the surface modification (morphological and chemical changes) of root dentin. We have obtained experimental results related to the ablation depth, the MIR absorption spectrum, and the elemental chemical composition. Results: The observations showed that the surface modification of root dentin was inclined toward well-recrystallized HAp-like material, leading to an increase in the acid resistance and dentinal tubule sealing. The laser parameters, at which efficient surface modification without enhanced ablation occurred, were estimated to be approximately in the wavelength region around lambda = similar to9.0 or similar to9.7 mum and in the average power density region of similar to10-20 W/cm(2) (resulting in total energy density and peak power density regions of similar to1-2 kJ/cm(2) and similar to0.67-1.2 kW/cm(2)). Conclusions: The surface modification of root dentin strongly depends on the laser parameters applied. We conclude that the optimum wavelengths for laser treatment of root surface caries are lambda = similar to9.0 or similar to9.7 mum, corresponding to the absorption peak due to P-O stretching.

An infrared technique for molecular alignment control of discotic columnar liquid crystals is described. The liquid crystal domain change was induced in hexagonal columnar mesophase by infrared irradiation with a vibrational excitation of the chemical bonds in the triphenylene mesogen. In the new domain a uniform alignment of molecules was attained and the behaviour is essentially related to the polarisation of the incident beam. Also the new domain is quite stable, though depending on temperature. However, such a new domain formation was not observed in the discotic nematic phase.

中赤外自由電子レーザーの発振ダイナミクスを理解するために、自由電子レーザーの出力と発振器長の関係を実験的、解析的に調べた。その結果、共振器長を長く設定することで、自由電子レーザーの出力が安定化することが分かった。

One-dimensional (1D) penumbral imaging technique with high spatial resolution has been developed, and applied to density profile measurements in laser-driven Rayleigh-Taylor instability experiments at a GEKKO XII-HIPER laser system. A laser-irradiated planar target was observed with side-on x-ray backlighting. A penumbral image of an x-ray radiograph was made by using a knife-edge imager. The x-ray radiograph was, then, reconstructed by differentiating the penumbral image with a proper Wiener filtering. A density profile was deduced from the reconstructed x-ray radiograph. In a proof-of-principle experiment, the density profile of a polystyrene (PS) target before laser irradiation was measured by using this method, and high spatial resolution of 3-4 mum was demonstrated. A laser-irradiated PS target in the acceleration phase was observed. The experimentally observed density profile was found to be consistent with the prediction by a 1D hydrodynamic simulation code. The x-ray penumbral imaging is a very simple and useful technique with high spatial resolution for research in hydrodynamics relevant to inertial fusion energy. (C) 2002 American Institute of Physics.

Low-power, near-infra-red laser irradiation has been used to relieve patients from various kinds of pain, though the precise mechanisms of such biological actions of the laser halve not yet been resolved. To investigate the cellular mechanisms by near-infra-red laser on the nervous system, we examined the effect of 830-nm laser irradiation on the energy metabolism of the rat brain. The diode laser was applied for 15 min with an irradiance of 4.8 W/cm(2). Tissue adenosine triphosphate (ATP) content of the irradiated area in the cerebral cortex was 19% higher than that of the non-treated area, whereas the adenosine diphosphate (ADP) content showed no significant difference. Laser irradiation at another wavelength (652 nm) had no effect on either ATIP or ADP contents. The temperature of the tissue was increased by 4.4-4.7 degreesC during the irradiation of both wavelengths. These results suggest that the increase in tissue ATP content did not result from the thermal effect, but from a specific effect of the laser operated at the 830-nm wavelength. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd. All rights reserved.

水を吸収体としてレーザー治療を行う場合、照射中の水の吸収特性変化が治療の安全性に影響を及ぼす。照射中に吸収特性が変化しないことは、治療の安全性につながる。軟組織のレーザーメスとして期待されている波長6.1μm（OH変角振動モード・アミド-I）近傍に対する水の吸収特性を光音響法によって測定した。その結果、6.1μm近傍の吸収特性は照射中の温度変化の影響を受けにくいことを明らかにした。

A micropulse-picking system (UPS) attached to a Free Electron Laser (FEL) is a useful tool for non-invasive bio-molecular surgery research in the mid-infrared (MIR) region. The key to the realization of non-invasive bio-molecular surgery techniques is to avoid excessive heating effects around the irradiated tissues, and then to excite effectively and efficiently only those laser-tissue interactions of interest. We can easily control the heating effects by changing the micropulse structure of the MIR-FEL by means of an MPS. We have developed and improved a system that incorporates two germanium acousto-optic modulators, which can deflect the FEL beam effectively at any given time by using the Bragg diffraction technique. We have demonstrated a proof-of-concept experiment with an NOS over the range between 5.5 mum and 11 mum, and we have estimated the picking efficiency. Such a MIR region includes the important absorption bands in soft (protein and water) and hard (apatite) tissues. The efficiency was above similar to50% in the range from 5.5-10.0 mum, without any consideration of the Fresnel reflection losses at the surfaces of the Ge crystal.

Institute of Free-Electron Laser is one of the FEL supplying facilities for 2000 hours in a-year. The FEL system consists of two RF-linacs and five wigglers, and covers the wavelength range from 0.28 to 100 pm. In the operational period from April 2001 to March 2002, the mid-infrared light of 5 to 20 mum was supplied for over 40 cooperative research programs on fields of semiconductor, bio-medical and environmental chemistry An effort is still carrying on to improve the property of the light.

Cholesteryl ester is a compound of cholesterol and fatty acid,, and is highly accumulated in arteriosclerosis regions and gallstones. We have studied irradiation effects of mid-infrared free electron laser (MIR-FEL) on cholesterol ester. In order to search optimum laser conditions for efficient removal of cholesterol ester, we tuned the FEL wavelengths to 5.75 (ester bond) and 6.82 mum (methylene bond), and irradiated cholesteryl oleate, a kind of cholesterol esters. The average power density was varied in the range of 1-10 W/cm(2). Each irradiated sample was analyzed using a mass spectrometer to examine products after irradiation and obtain efficiencies of ester dissociation. The results indicate that (1) ester bond of cholesteryl oleate was dissociated to generate cholesterol and oleic acid, (2) irradiation products and dissociation efficiency of ester bond were similar regardless of the vibration modes which absorbs irradiated wavelength of MIR-FEL, and (3) the laser induced effects were considered to be thermal effects without accompanying thermal diffusion.

It was found that the vibrational excitation of columnar liquid crystalline compounds leads to the change of liquid crystalline alignment for a columnar mesophase. This is a quite new phenomenon for the alignment change of liquid crystals. The studies on conventional rod-like liquid crystals implied that this is good for highly ordered thus highly viscous liquid crystals for the alignment control. The infrared laser systems which are wavelength-tunable may make it possible to develop a new method for a micro/nano-fabrication technology for organic functional devices including materials with highly ordered mesophase.

Effects of an implosion nonuniformity with l = 1 (l: Legendre polynomial mode number) on the hot spark formation were investigated in a series of direct-drive implosion experiments at the Gekko-XII glass laser (Yamanaka et al., 1987). The implosion dynamics and the performance from the early to final stage of the implosion were observed with a variety of X-ray imaging and neutron diagnostics. A drive nonuniformity in the implosion with l = 1 was observed in the shape of the accelerated target at the early stage of the implosion At the final stage of the implosion, the resultant nonuniformity with l = 1 was also observed as a geometrical shift of core plasmas from the center of the chamber. The observed neutron yield and X-ray emission properties at the final stage of the implosion were significantly degraded with an increase of the implosion nonuniformity, with l = 1. The experimental results were compared with one-dimensional (I-D) and two-dimensional (2-D) hydrodynamic simulations. As a result, it was found that the implosion nonuniformity with l = 1 shifts the whole implosion dynamics towards its direction and prevents the confinement of the gas fuel considerably. However, the experimentally observed degradation in the hot spark formation, such as reductions in neutron yield and features in X-ray emission, can be reproduced in 2-D simulations not with an asymmetric perturbation of l = 1 only,but with multimode nonuniformities such as l = 1 coupled with some additional middle-mode ones (e.g., l = 6). Such a complex spike structure caused by the multimode nonuniformities was found to be essential for the experimentally observed rapid cooling of the hot spark.

In order to enlarge the field of view of a multi-imaging x-ray streak (MIXS) camera technique [H. Shiraga , Rev. Sci. Instrum. 66, 722 (1995)], which provides two-dimensionally space-resolved x-ray imaging with a high temporal resolution of similar to 10 ps, we have proposed and designed a wide-field MIXS (W-MIXS) by increasing the number of image-sampling arrays. In this method, multiple cathode slits were used on the photocathode of an x-ray streak camera. The field of view of the W-MIXS can be enlarged up to 150-200 mum instead of similar to 70 mum for a typical MIXS with a spatial resolution of similar to 15 mum. A proof-of-principle experiment with the W-MIXS was carried out at the Gekko-XII laser system. A cross-wire target was irradiated by four beams of the Gekko-XII laser. The data streaked with the W-MIXS system were reconstructed as a series of time-resolved, two-dimensional x-ray images. The W-MIXS system has been established as an improved two-dimensionally space-resolved and sequentially time-resolved technique. (C) 2001 American Institute of Physics.

At the Institute of Laser Engineering, various type of experiments related to fast ignition were performed with the 12-beam laser system GEKKO XII and the newly added 100 TW beams line. Using both X-ray and UV laser probes, drilling via ponderomotive laser light self-focusing was studied to show drilling well into the overdense plasma over a distance of 100 mum at a self-focused laser intensity of 10(18) W/cm(2). This type of self-focusing accelerated electrons up to 0.1 to 1 MeV and was also applied to an imploding shell. (C) 2000 Academie des sciences/Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS.

爆縮の最終段階でのコアプラズマからのX線発光を時間,二次元空間分解して計測を行うために,X線ストリークカメラに画像サンプリング技術を応用したマルチイメージングX線ストリークカメラ(MIXS)法,マルチチャンネルMIXS(McMIXS)法を超高速二次元X線画像技術として開発した. 得られた爆縮コアプラズマの二次元X線および電子温度分布は時間的に連続して変化する二次元画像となっており,その時間発展を動画的描画手法を用いて記述することが有効である. 動画化することにより,時間的,空間的に変化している爆縮コアプラズマのダイナミクスをより直観的,効果的に理解することができ,爆縮の最終段階のコア内部でのホットスパークの形成過程を実験的に評価することが可能となった. このようにレーザー爆縮コアプラズマダイナミクスの研究を進める上で,動画的描画手法を用いた超高速二次元X線画像計測技術が爆縮コアプラズマ診断において有力な診断技術の一つであることを示した.

Ultrafast two-dimensional (2D) x-ray imaging with a temporal resolution better than 10 ps is of great importance in diagnosing the final stages of the imploded core plasmas of inertial confinement fusion (ICF) targets. The multi-imaging x-ray streak camera (MIXS) has been one of such imaging techniques. Recently, we have proposed another scheme, a 2D sampling-image x-ray streak camera method (2D-SIXS). In this scheme, a 2D image is sampled two dimensionally with a set of sampling points distributed regularly over the whole image on a cathode plate of an x-ray streak camera. The sampled image is streaked, and then, reconstructed to form the time-resolved 2D images like movie pictures. In this article, we report results of our proof-of-principle experiments of 2D-SIXS scheme performed at Gekko-XII glass laser system. A gold-coated spherical target was irradiated by three beams (0.53 mu m) of Gekko-XII laser. Streaked data of 2D-SIXS were obtained and a series of time-resolved 2D x-ray images were successfully reconstructed. 2D-SIXS is suitable for very fast, short-lived, and small x-ray sources such as a hot spark in the ICF plasma as well as short-pulse-laser-produced plasmas. (C) 1999 American Institute of Physics. [S0034-6748(99)55201-5].

The irradiation uniformity of the GEKKO XII laser has been improved by implementing the state-of-the-art beam smoothing and laser control techniques in the system. Non-uniformity modes higher than 20 are improved to less than 1% RMS by introducing partially coherent light, while the lower modes are improved to 3-4% RMS. Implosion experiments were carried out with the new GEKKO XII: a fast-rise square pulse preceded by a pre-pulse was used to suppress the Rayleigh-Taylor instability at the acceptable expense of implosion efficiency. The experimental results are compared with a pusher-fuel mixing model combined with a one-dimensional hydrodynamic simulation. The degradation of experimentally obtained neutrons is mainly attributed to the lower-mode asymmetry. Recent results of planar target experiments on hydrodynamic instabilities are also presented. Particular emphasis is given to the noticeable reduction of fluid instability by the flushing of an external x-ray over the target surface prior to the main drive pulse, leading to suppression of the initial imprint amplitude by the pre-formed plasma.

We have developed a multichannel, multiimaging x-ray streak camera technique to measure two-dimensional electron-temperature distributions with a high temporal resolution by adding a multichannel spectrum selection capability to a multiimaging x-ray streak camera technique, and applied it to direct-drive implosion experiments with partially coherent light at Gekko-XII laser facility. It was found that electron-temperature distributions in the laser-imploded core plasmas of ICF targets had low-mode nonuniform structures changing with a temporal scale of 20 ps, and the abrupt drop of the electron temperature appeared in the deceleration phase. We have compared temporal profiles of the experimentally observed x-ray intensity and electron-temperature with those predicted by a one-dimensional hydrodynamic code ''ILESTA'' to investigate the hot spark heating in the core plasmas. (C) 1997 American Institute of Physics.

One- (1D) and two-dimensional (2D) x-ray imaging techniques with x-ray streak cameras have been developed and utilized for investigating implosion dynamics of laser fusion targets. Conventional streaked 1D images of the shell motion of the imploding target was recorded together with the time-resolved 2D multi-imaging x-ray streak images of the core shapes on the same x-ray streak camera. Precise comparison of the core dynamics between the experimental and simulation results was performed with an accuracy of 30 ps by fitting the trajectories of the x-ray emission from the imploding shell. (C) 1997 American Institute of Physics.

Ultrafast two-dimensional x-ray imaging is required for diagnosing laser-driven inertial confinement fusion plasmas. Image sampling technique with x-ray streak cameras can meet this requirement. Multi-imaging x-ray streak camera method (MIXS) with temporal and spatial resolutions of 10 ps and 15 mu m, respectively, has been developed and successfully utilized for diagnosing the uniformity and heating process of the imploded core plasmas. The two-dimensional sampling-image x-ray streak camera method is also presented. Two types of spectroscopic applications of the MIXS have been developed recently. One is multichannel MIXS, which has three MIXS channels with various spectral responses for time-resolved two-dimensional temperature measurement of the plasmas. Another is monochromatic MIXS for temperature, density, and mixing measurement, in which monochromatic images with Bragg crystals are coupled to MIXS. (C) 1997 American Institute of Physics.

To prepare a new diagnostic tool for the laser-imploded plasma, we have developed a time-resolved, two-dimensional monochromatic imaging system that consists of a pinhole array, a flat diffraction crystal, and an x-ray streak camera without cathode slit. We have successfully reconstructed time-resolved two-dimensional images of an Ar resonance line emitted from an imploded plastic shell filled with D-2/Ar mixture gas. The current system provides the temporal resolution of similar to 24 ps and the spatial resolution of similar to 16 mu m for the direction perpendicular to the spectral dispersion. The spatial resolution parallel to the spectral dispersion is less than or equal to 27 mu m, that depends on the crystal broadening and the spectral linewidth. (C) 1997 American Institute of Physics.

2-dimensional x-ray imaging of the laser fusion target is now possible with 10-ps temporal resolution by using recently developed multi-imaging x-ray streak (MIXS) technique. Structures in the x-ray image of the laser-imploded core,symmetry and size, were found to be rapidly changing with 10-ps time scale.