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超高速レーザーの特徴、用途、市場展望

2021-08-02

実際、ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒は時間単位で、1ns = 10 ～ 9 秒、1ps = 10 ～ 12 秒、1FS = 10 ～ 15 秒です。この時間単位はレーザーパルスのパルス幅を表します。つまり、非常に短い時間でパルスレーザーが出力されるのです。出力単一パルス時間が非常に短いため、このようなレーザーは超高速レーザーと呼ばれます。レーザーエネルギーがこのように短時間に集中すると、巨大な単一パルスエネルギーと非常に高いピークパワーが得られます。材料加工中、長いパルス幅と低強度のレーザーによって引き起こされる材料の溶融と継続的な蒸発の現象（熱影響）が大幅に回避され、加工品質が大幅に向上します。

産業界では、レーザーは通常、連続波 (CW)、準連続波 (QCW)、短パルス (Q スイッチ)、および超短パルス (モードロック) の 4 つのカテゴリに分類されます。マルチモードCWファイバーレーザーに代表されるCWは、現在の産業市場の大部分を占めています。切断、溶接、被覆などの分野で広く使用されています。光電変換率が高く、処理速度が速いという特徴があります。ロングパルスとも呼ばれる準連続波は、10%のデューティサイクルでMS〜μSオーダーのパルスを生成でき、パルス光のピークパワーが連続光のピークパワーの10倍以上となり、非常に有利です。穴あけ、熱処理、その他の用途に。短パルスとはnsパルスを指し、レーザーマーキング、穴あけ、医療、レーザー測距、第二高調波発生、軍事などの分野で広く使用されています。超短パルスとは、PSやFSのパルスレーザーを含め、いわゆる超高速レーザーのことです。

レーザーがピコ秒やフェムト秒のパルス時間で材料に作用すると、加工効果は大きく変わります。フェムト秒レーザーは髪の毛の直径よりも小さな空間領域に焦点を合わせることができ、原子の力の数倍の電磁場強度を発生させ、周囲の電子をチェックすることで、地球上には存在しない多くの極限の物理的条件を実現します。地球上のものであり、他の方法では入手できません。パルスエネルギーの急速な増加により、高出力密度のレーザーパルスは外側の電子を簡単に剥がし、電子を原子の結合から切り離してプラズマを形成します。レーザーと材料の間の相互作用時間は非常に短いため、プラズマは周囲の材料にエネルギーを伝達する前に材料表面からアブレーションされ、周囲の材料に熱影響を与えません。したがって、超高速レーザー加工は「冷間加工」とも呼ばれます。同時に、超高速レーザーは、金属、半導体、ダイヤモンド、サファイア、セラミック、ポリマー、複合材料および樹脂、フォトレジスト材料、薄膜、ITO フィルム、ガラス、太陽電池などを含むほぼすべての材料を処理できます。

冷間加工の利点により、短パルスおよび超短パルスレーザーは、マイクロナノ加工、微細レーザー医療、精密穴あけ、精密切断などの精密加工分野に参入しています。超短パルスは小さな作用領域に非常に迅速に加工エネルギーを注入できるため、瞬間的な高エネルギー密度の堆積により電子の吸収と移動モードが変化し、レーザーの線形吸収、エネルギー伝達と拡散の影響が回避され、相互作用メカニズムが根本的に変化します。レーザーと物質の間。したがって、非線形光学、レーザー分光法、生物医学、強磁場光学の焦点にもなっています。凝縮物物理学は、科学研究分野における強力な研究ツールです。

フェムト秒レーザーと比較して、ピコ秒レーザーは増幅のためにパルスを広げたり圧縮したりする必要がありません。したがって、ピコ秒レーザーの設計は比較的シンプルで、コスト効率が高く、信頼性が高く、市場での高精度でストレスのない微細加工に適しています。ただし、超高速と超強力はレーザー開発の 2 つの主要なトレンドです。フェムト秒レーザーは、医療や科学研究においても大きな利点を持っています。将来的にはフェムト秒レーザーよりも速い次世代の超高速レーザーが開発される可能性があります。

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