微細加工用高輝度青色レーザの高出力化

島津製作所は、微細加工市場をターゲットに「ファイバ結合型高輝度青色半導体レーザHK-5650」を発売した。
　発売されたレーザの出力は10Wだが、同社はすでに50Wの試作機も開発完了しており、今後さらに高出力化を目指して開発を進めている。

GaN半導体レーザの優位性

島津製作所が発売したHK-5650は、波長450nmの窒化ガリウム（GaN）系半導体レーザを多重して高出力を実現している。HK-5650の特長として同社が挙げているのは次の3点。
1．業界最高クラスの高輝度を実現:新開発の光多重化技術で輝度を従来の16倍に向上。スポットサイズはφ100μm。
2. 新たなアプリケーションの提供。
3. 優れたコストパフォーマンス:他のソリューションと異なり、レーザダイオードを直接加工に用いるため、安価で低消費電力。また、保守性でも優れている。
　これらの特長のうち、1番目は光多重化技術と高輝度化、2番目は短波長450nmを用いたことから展開できるアプリケーション、3番目はレーザダイオードで直接加工することによるメリットについて説明したもの。まずは、短波長450nmの赤外波長に対する優位性を見ておこう。
　現在、加工用レーザ光源の主流は、波長10.6μmのCO2レーザ、1μm帯のファイバレーザ、900nm帯の半導体レーザ。これらのレーザについて島津製作所は、「いずれも赤外領域の波長であるため、銅などの高反射金属材料の加工には吸収剤を塗布するなどの前処理、レーザの高出力化が必要になる」と指摘している。これは、同社がGaNベースの加工用光源を開発するための背景説明となっている。波長が重要パラメータとなる理由としては、「材料への光吸収特性」が挙げられる。島津製作所の説明では、「金属材料の場合、銅や金は赤外領域で高い光反射率を持ち、波長600nm以下では反射率が急激に低下する」。同社が開発した高輝度青色ダイレクトダイオードレーザ（BDDL）は、波長帯が450nmであり「銅や金では、赤外光と比べて吸収率が一ケタ以上高く、エネルギー効率の面で有利である」。
　微細加工用に波長450nmを選択することが適切であるとして、次に問題となるのはアプリケーションに適した出力を実現することだ。高出力化には、島津製作所は空間多重方式を採用している。

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出典元
https://ex-press.jp/wp-content/uploads/2014/11/WN4-_LFWJ2014_11-5.pdf