第3章 プロセス装置

2. プロセス用レーザー

3. 高出力半導体レーザー / 著者:林 祐治

3.1 はじめに

 半導体レーザーは小型、省電力、長寿命のレーザー光源として、光通信や計測およびCD、DVDなどの情報処理に広く利用されている。この半導体レーザーを高出力化しその光を集光して直接加工に利用する高出力半導体レーザー装置とその応用の開発は、ドイツIPT、ILTなどの研究所を中心に1990年ごろから始まった。1997年にkw級の装置が製品化された後、装置の高出力化と高輝度化は年々着実に進展している。
 高出力半導体レーザー装置は、小型で電気一光変換効率が高く、さらに長寿命であることが大きな特長であり、樹脂溶着1)、熱伝導溶接2)、焼き入れ3)やクラッディングなどの表面処理およびブレージング3〜5)などの応用開発と製造ラインへの導入が進んでいる。

3.2 半導体レーザー
3.2.1 LDバー

 高出力半導体レーザー装置では、一つの半導体チップに多数の発光部を並列に並べた、CWモノリシックリニアアレイ半導体レーザー(以下LDバー)を使用する。LDバーの概念図を図1に示す。
 出力50WのLDバーの代表的な仕様例を紹介する6)。LDバーの寸法は長さ10mm、奥行き1mm、厚さ約150μmである。基板面に対して垂直方向水平方向100μmの発光面が200μmピッチで49個配置されており、フィルファクターは50%である。発光面から出力するレーザー光の拡がり角は垂直方向と水平方向で大きく異なり、Fast軸方向(垂直方向)は36-38°、Slow軸方向(水平方向)は10°である。
 発振波長帯はGaAlAsで790-830nm、InGaAsで910-980nmであるが、高出力半導体レーザー装置には、YAGレーザーやファイバーレーザーの励起用などで量産され、性能と供給が安定している808nm、940nm、980nmの波長を主に使用している。

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