ファイバーレーザー技術　Fiber Laser Technology

１．ファイバーレーザーの原理

◎定義：ファイバーレーザーは増幅媒質に光ファイバーを使った固体レーザー

◎構造：光ファイバーは、ダブルクラッド構造のものが使われている

　　　　真ん中のコアには希土類元素(Yb, Er,. Er:Yb, Tm, Nd等)がドープされている

　　　　発光効率がいいYb(Ytterbiumイッテルビウム)を使用するのが一般的

◎原理：励起光はインナークラッド(Inner Clad)に入射

　　　   ⇒アウタークラッド(Outer Clad)との境界で反射されながら伝搬するうちに希土類元素に吸収

　　　   ⇒これにより、反転分布が生じて光が放出

　　　   ⇒2つのミラー(入射側に高反射ミラー、出力側に低反射ミラー)間で反射を繰返す

　　　   ⇒レーザーを発振

２．パルス発振ファイバーレーザーの構成例

◎構成例：MOPA (Master Oscillator Power Amplifier)

◎主な用途：微細加工 (マーキング、薄板のパターニング、スクライビング等)

　　　　　★連続発振 (CW：Continuous Wave)の場合、溶接等の加工分野に適している

◎構造：シードLD (Seed Laser Diode)をパルスジェネレータでパルス発振させアンプで2段階増幅する構造

◎利点：パルス幅、繰返し周波数等をジェネレータで制御できる

３．ファイバーレーザーの特長とメリット

◎優れたビーム品質

 　：M2～1でファイバー導光できる1μm出力 (CO2:10μm、FIBER:1μm)

 　：小さなスポットサイズにより高反射率の金属、高精細加工分野に最適 (CO2の1/10のスポットサイズ)

 　：BPP (Beam Parameter Products:ビームパラメータ積)比較

  　　⇒ Fiber 0.34mm m rad　// CO2、YAG、YVO4 6～25mm m rad

 　：DOF (Depth Of Field:焦点深度)比較

        ⇒ 200 micronsの場合、Fiber 58.8mm  // CO2、YAG、YVO4 0.8～3.3 mm

◎高出力

 　：単一のLMA(Large Mode Area)ファイバーから1kWを超える出力

 　：高い出力により高い加工スループット(Throughput:単位時間当たりの処理能力)を得られる

◎高効率

 　：高効率のLD (Laser Diode)励起動作

 　：30～40％のWPE (Wall Plug Efficiency:壁コンセント効率)

    　⇒ CO2、YAG、YVO4の場合：WPE 1％～20％

 　：75％以上のOE (Optical Efficiency:光学効率)

 　   ⇒ CO2、YAG、YVO4の場合：OE 4％～50％

 　：低い保有コスト(Cost Of Ownership)、低いサービス要件 (Service Requirements)を実現

 　：空冷動作が可能 (冷却による消費電力やメンテナンスが不要)

◎業界最長の発振器寿命

 　：IPG PHOTONICS製の場合、100,000時間以上 (CO2、YAG、YVO4の場合:2,000～20,000時間)

 　：レーザーの停止時間 (MTBF:Mean Time Between Failure平均故障間隔)を短縮

◎高い信頼性

 　：モノリシックな全ファイバー構造によりレーザーの寿命となるまでビーム品質は不変

 　：メンテナンスフリー (定期的な発振器の交換不要、アライメント不要 等)

 　：調整する共振器光学素子が無い

 　：振動・衝撃に強く、業界唯一モバイルが可能