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レーザー発振器



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波長 タイプ
概略説明
紫外線レーザー
(UVレーザー)
380nm未満

エキシマレーザー

レアガスとハロゲンガスに高い電圧を瞬間的にかけることで励起状態を作り出し、紫外領域で高い出力のパルス発振を行うガスレーザーです。 パルス幅は数十nsで、ビームの断面は放電領域の形状を反映し長方形のビームを高出力で発振します。ビームが太く、パルスエネルギーも 大きいので、ビームを一点に集中させる加工よりも、比較的大きな面積を高い照射強度で一括処理加工するような応用に最も適しています。 危険で不安定、ランニングコストの高いレーザーとイメージされがちですが、アプリケーションによってはメリットが大きく他のUVレーザーよりも優れている場合もあります。

LD励起固体レーザー
NdイオンなどがドープされたYAG等の結晶をLD(ダイオードレーザー)により励起し、まず波長約1μmのレーザー光を取り出します。その後LBO等の非線形光学結晶によって波長変換し、基本波長の1/3および1/4波長の紫外線レーザー光を作り出します。高い効率の波長変換を実現するためにQスイッチなどで先頭値が高められ数十nsのパルスで発振します。LD励起により効率が高く、ビームが熱で揺らぎにくいので、微小なスポットに安定して集光でき、この点を生かして、難加工物質の微細加工にも威力を発揮できます。原則内部に高い電圧を使用することもなく、メンテナンス性も期待できます。

ランプ励起固体レーザー
NdイオンなどをドープしたYAG等の結晶を高輝度ランプやフラッシュランプの強烈な光により励起し、まず波長約1μmのレーザー光を取り出します。その後LBO等の非線形光学結晶によって波長変換し、基本波長の1/3および1/4波長の紫外線レーザー光を作り出します。高い効率の波長変換を実現するためにQスイッチなどで先頭値が高められ、LD励起に比べてゲインが高く数十nsec以下のパルスで発振します。励起用ランプの制約から10Hz〜20Hzの繰り返しが一般的です。LD励起に比べてパルスエネルギーを大きくできますが、ビーム品質はLD励起ほど良質のものは得にくい傾向があります。

モードロックレーザー
NdイオンドープのYAG結晶をレーザー媒体としてAOMや可飽和吸収体を組み合わせ、共振器の縦モードを同期して発振させます。ピコ秒領域のパルス幅で100MHz前後の繰り返しのレーザー光を作り出し、非線形光学結晶でUV域に波長変換します。通常パルスエネルギーはQスイッチほど大きくないですが、反面、繰り返しが速いのでポリマーや薄膜などに対して微細で高速な加工の可能性を提供します。
可視光レーザー
(VISレーザー)
380-780nm


LD励起固体レーザー
NdイオンなどがドープされたYAG等の結晶をLD(ダイオードレーザ)により励起し、まず波長約1ミクロンのレーザー光を取り出します。 その後LBO等の非線形光学結晶によって波長を1/2に変換し、可視光(Visible)としてレーザー光を出力します。加工用に使用されるレーザーは532nm近辺のグリーン光の発振器ですが、ブルーやレッドなどのレーザー光を発振する製品もあります。可視光レーザーはレーザー光をガラスの中で焦点を結ばせると内部に加工を施すことが出来るのでガラスのインナーマーキング等に利用されています。

ランプ励起固体レーザー
NdイオンなどをドープしたYAG等の結晶を高輝度ランプやフラッシュランプの強烈な光により励起し、まず波長約1ミクロンのレーザー光を取り出します。その後LBO等の非線形光学結晶によって波長変換し、1/2波長の可視光レーザーを作り出します。LD励起に比べてゲインが高く数十nsec以下のパルスで発振します。励起用ランプの制約から、10Hz〜20Hzの繰り返しが一般的です。LD励起に比べてパルスエネルギーを大きくできます。最近ではLD励起のレーザーの出力が上がったため活躍の場がほとんどありません。

銅蒸気レーザー

金属蒸気レーザの分野に属するレーザで、セラミックス管に10kHオーダーの高繰り返しの放電を加え内部の金属銅を溶かし蒸気化して電子励起することで、10nsec前後、十数Wの可視光パルス出力が得られます。銅蒸気レーザは、金属を融点にまで加熱して蒸気を発生する必要上、レーザ発振までに1時間ほどかかります。一時はアスペクト比の高い穴加工が可能と言うことで注目されましたが、大きさや操作性が蒸気機関車なみということもあり、現在では第一線を退いています。
赤外線レーザー
(IRレーザー)
781nm以上

CO2レーザー

適量のヘリウムと窒素を混ぜた炭酸ガスに放電を加えてCO2分子の振動順位遷移から高い効率で波長10μm前後のkW級の大きな出力が得られます。最もポピュラーな大出力レーザで加工用レーザーのチャンピオンと言えます。遠赤外線は多くの物質で吸収され熱となって材料を融かすため鋼鈑の切断や金属の溶接などで利用されています。また装置価格が安いためコンシュマー向けのレーザーマーカーやレーザー彫刻機にも搭載されています

LD励起固体レーザー

NdイオンなどがドープされたYAG等の結晶をLD(ダイオードレーザー)により励起し、波長約1μmのレーザー光を出力します。LD励起により効率が高く、ビームが熱で揺らぎにくいので、微小なスポットに安定して集光でき、この点を生かして微細加工にも威力を発揮できます。原則内部に高い電圧を使用することもなく、メンテナンス性も期待できます。 大出力の製品は鋼鈑の切断や溶接に使用されています。その他、レーザーマーキングや各種レーザー加工にも使用されています。

ランプ励起固体レーザー
NdイオンがドープされたYAG等の結晶を高輝度ランプやフラッシュランプにより励起し、波長約1μmのレーザー光を出力します。パルス発振の場合、励起用ランプの制約から10Hz〜20Hzの繰り返しが一般的です。LD励起に比べてパルスエネルギーを大きくできますが、ビーム品質はLD励起ほど良質のものは得にくい傾向があります。各種金属の溶接をはじめ電線や電池タブなどの電極溶接、レーザーマーキング、その他、各種レーザー加工にも使用されています。

ファイバーレーザー
YbイオンやErイオンをドープしたシングルモードファイバのクラッドを2重構造にし、内側のクラッドにLDの励起光を流し込むようにして励起することで驚異的な効率で高品質なレーザー出力が得られます。発振波長はYbの場合、1μmから1.1μm、Erの場合1.5μm領域です。Qスイッチやモードロックで短い時間幅のパルスを出力できるものもあります。シングルモード発振とマルチモード発振の製品が販売されており、最近ではシングルモードでも数kWレベルのレーザー発振器が製品化されています。

ディスクレーザー

Ndイオンの代わりにYAGの結晶とマッチングの良いYbイオンを高い濃度で混入しLD(ダイオードレーザー)で高密度な励起を行うことで、薄いディスク状の媒体から波長約1μmのレーザー光を大きな出力で得られるレーザーです。レーザー媒体がディスクのため放熱性がよく熱による熱レンズ効果などのビーム品質の劣化が少ないのが特徴です。また出力が低いモデルでは空冷でも安定したレーザー発振が期待できます。鋼鈑の切断や溶接、レーザーマーキングや各種レーザー加工にも使用されています。

ハイパワーLD
光通信用の需要が牽引してハイパワーの光源としても著しい進歩を遂げたレーザーダイオードをアレー状に並べ、その出力ビームを直接レーザー加工に使用できるようにしたレーザー発振器です。特徴的な出力ビーム形状を整え、さらに低NAのマルチモードファイバに結合したファイバーカップリングモデルも出現しています。最近ではLDの高出力化、高安定化が進みスタックすることで数kWの製品が登場しています。またLDの品質も上がり長期保証を行うメーカーが増えています。

ハイブリッド
加工効率を上げるために吸収効率の良いレーザーの波長を選びますが、最近では両波長を搭載して発振器も登場しています。それがこのハイブリッドレーザーです。 1μm近辺の光を発振するLD励起固体レーザーと800nm近辺の光を発振するLDの両方のレーザーを搭載することにより、より多くの材料に対応することが可能です。 今後はさらにレーザーの組み合わせが増える可能性もあり、注目度も上がっているレーザーです。ハイブリッドレーザーはアルミや金属の溶接に利用されています。
短パルスレーザー

フェムト秒レーザー
フェムト秒(fs)の領域のパルス幅で発振するレーザーをフェムト秒レーザー発振器と呼びます。フェムト秒レーザーはウルトラファーストレーザーと呼ぶこともあります。発振器単独でフェムト秒出力の得られるチタンサファイアモードロックレーザーの出現以来、チタンサファイアレーザーを中心に急速に進歩し、半導体可飽和吸収鏡を用いたもの、発振器にチタンサファイアの2倍波にあたるErファイバレーザを用いたものなどが登場し、安定性、出力が向上して産業用への応用に期待が高まっています。

ピコ秒レーザー
ピコ秒(ps)の領域のパルス幅で発振するレーザーをピコ秒レーザー発振器と呼びます。フェムト秒レーザーよりも構造が簡単なため装置価格が安く、扱いやすいレーザーです。 NdイオンドープのYAG結晶を媒体としてAOM、や可飽和吸収体を組み合わせ、共振器の縦モードを同期して発振させることにより、パルス幅がピコ秒領域のレーザー光を作り出します。赤外域のレーザー発振以外にも可視光域、紫外域を発振する製品も発売されています。主に研究目的での使用が多いレーザーです。
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