レーザー加工では、非常に高いパワー密度が必要である。パワー密度とは、単位面積(cm2)あたりの光強度(W)で、単位は、

と表される。

図1に太陽光を10 cmの虫眼鏡(焦点距離: 10 cm)で集光した例を示す。このとき、集光点の直径は1 mm程度で、パワー密度は103 W/cm2程度である。太陽が発するエネルギーは大きいが、太陽と地球間の距離が長いために届くエネルギーが少なくなっている。そして、レンズの色収差のために集光点を小さくすることができない。このような理由から、大陽光を虫眼鏡で紙に集光した場合、紙をこげさせるか、燃やすことはできる程度である。

図1: 太陽光を虫眼鏡で集光

レーザーの場合を図2に示した。この場合では、レーザー光のエネルギー(10 kW)はレンズに届くまでほとんど減衰しない。そして、レーザー光は単色であるため、レンズの収差の影響がほとんど無く、集光点のサイズを回折限界まで小さく(1 um)することができる。この結果、1010 W/cm2のパワー密度(太陽光と比べて1000万倍大きい)が得られる。レーザー光で金属も加工ができるのは、このようにパワー密度が非常に高いためである。

図2: レーザーを集光

参照

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