レーザーの種類を解読：4つの簡単な分類方法

レーザーとは

レーザーは20世紀の4大発明のひとつと言われている。自然光とは異なり、レーザー光は量子論に基づいて人間が作り出した発明である。

レーザー光が自然光と異なるのは、そのユニークな特性と生成過程にある。レーザーはしばしば "最も速いナイフ、最も明るい光、最も正確な定規 "と呼ばれる。

自然光に比べ、レーザー光は高強度、高単色、高コヒーレント、高指向性である。

レーザー光は原子励起放射の結果である。原子が励起源からのエネルギーによって励起されると、高エネルギー状態に遷移することができる。特定の周波数を持つ外部光子に遭遇すると、同じ光子を放出する。このプロセスにより、より多くの原子が遷移し、同じ光子を生成するため、誘導放射が起こり、レーザー光が生成される。

このため、レーザー光は、高強度、高単色性、高コヒーレンス、高指向性というユニークな特徴を持つ。

原子エネルギー準位遷移の模式図

誘導放射線プロセスの模式図

レーザーの特徴

• 良好な指向性
• 良好な単色性
• 高強度
• 高いコヒーレンス

レーザーの歴史

レーザー技術の商業利用は1970年代に始まり、その後急速に発展してきた。1917年、アインシュタインは初めて誘導放射の概念を提唱した。世界初のルビー 固体レーザー は1960年に発表された。

1970年代、レーザー技術は商業的な時代を迎え、その後も成長と拡大を続けている。レーザー光線と物質との相互作用を研究した後、レーザー技術の応用範囲は広がり、特に産業分野で拡大した。1990年代には レーザーの産業応用 技術は高速発展の段階に入った。

レーザー技術開発の歴史

ふたつ アプリケーションレーザーの

レーザー光の高強度、良好な単色性、良好なコヒーレンス、および良好な指向性は、エネルギーレーザーと情報レーザーという2つの主な応用シナリオを決定する。

エネルギーレーザー：

レーザー技術はエネルギー密度が高いことで知られ、材料加工、兵器、医療などさまざまな用途に最適である。

情報レーザー：

レーザーは単色性と指向性に優れているため、情報伝送（光通信）や距離測定（光計測）に適している。光通信は従来の電気通信に比べて、大容量、長距離伝送が可能、秘匿性が高い、軽量などの利点がある。

レーザー加工機

レーザー加工 は精密加工技術の代表的な例であり、その成長は従来の加工方法からの置き換えによるところが大きい。

他の加工方法と比較して、レーザー加工は、高効率、高精度、低エネルギー消費、最小限の材料変形、制御の容易さなど、いくつかの利点がある。

これらの利点は、次の2点に起因する。 レーザーの特性 加工：非接触加工と高エネルギー密度。

非接触加工：

レーザー加工では、加工ツールと材料が物理的に接触することなく、レーザーと材料の相互作用によって発生する熱で加工が完了する。このため、加工材料への力の影響がなく、比較的低いエネルギーで加工を行うことができる。 残留応力.さらに、レーザービームの直径が小さいため、高い精度が得られる。

エネルギー密度が高い：

レーザー加工の出力密度は107W/cm^2以上にも達し、火炎やアークなどの他の加工方法に比べて数千倍から数万倍も高い。この高い出力密度により、レーザーは周囲に影響を与えることなく、材料上の小さな領域を加工することができ、より高い加工精度と効率につながります。

マルチポイントの利点

• 高効率
• 高精度
• 低エネルギー消費
• 小さな変形
• コントロールが容易

レーザー レーザー機器

レーザーはレーザー光を発生させる重要な部品であり、レーザー機器の中核をなす。

レーザーの価値は通常、レーザー加工装置一式の総価値の20～40%を占め、場合によってはさらに高くなることもある。

レーザーは、励起と誘導放射のプロセスが行われる場所である。典型的なレーザーは、エネルギーを放出するレーザー加工材料、エネルギーを供給する励起光源、エネルギーの伝搬を促進する光共振器など、いくつかの部品から構成されている。

レーザーの基本構造図

レーザーの種類

レーザーを分類する方法はいくつかあるが、最も広く使われているのは4つだ：

働く物質：

レーザーは、ガスレーザー、固体レーザー、液体（色素）レーザー、半導体レーザー、エキシマレーザーなど、使用する作用物質の種類によって分類することができる。

ガスレーザー:

ガスレーザは、作動材料としてガスを使用します。一般的なガスレーザーの例としては、CO₂ レーザー、He-Neレーザー、アルゴンイオンレーザー、He-Cdレーザー、銅蒸気レーザー、各種エキシマレーザー。CO₂ レーザーは特に産業界で広く使われている。

CO₂ レーザー

固体レーザー

固体レーザーでは、誘導放出が可能な金属イオンを結晶にドープし、それを加工材料として使用する。一般的に使用される結晶には、ルビー、コランダム、アルミニウムガーネット（通称YAG）、タングステン酸カルシウム、フッ化カルシウム、アルミン酸イットリウム、ベリル酸ランタンなどがある。現在、YAGは固体レーザーで最も広く使用されている結晶である。

固体レーザー

液体レーザー：

液体レーザーでは、作動物質は有機色素をエタノール、メタノール、水などの液体に溶かしてできた溶液である。

半導体レーザー

半導体レーザーはレーザーダイオードとも呼ばれ、ガリウムヒ素（GaAs）、硫化カドミウム（CDS）、リン化インジウム（INP）、硫化亜鉛（ZnS）などの半導体材料を作動材料として使用する。

半導体レーザー

ファイバーレーザー：

ファイバー・レーザーは、希土類元素をドープしたガラス・ファイバーを作動材料として使用する。ファイバーレーザーは、レーザー光の発生媒体としてファイバーを使用するレーザーである。

ファイバーレーザー

ファイバーレーザーは、その卓越した性能から「第3世代レーザー」と呼ばれている：

(1)ファイバーの体積が小さく、柔軟で、体積面積比が小さく、光電変換率が高いため、ファイバーレーザーの小型化、高強度化、放熱・光電変換の高効率化が図れる。

(2)ファイバーレーザーのレーザー出力は、ファイバーから直接得ることができるため、あらゆる空間での加工用途への適応性が高い。

(3)共振器内に光学レンズがないファイバーレーザーの構造は、使いやすさ、メンテナンスの容易さ、安定性の高さなどの利点がある。

(4) ファイバーレーザーのビーム品質も卓越している。

エネルギー出力波形（作動モード）：

レーザーは、連続レーザー、パルスレーザー、準連続レーザーの3種類に分類される。

パルスレーザーは、ミリ秒レーザー、マイクロ秒レーザー、ナノ秒レーザーなど、パルス幅によってさらに分類される、 ピコ秒レーザーフェムト秒レーザー、アト秒レーザー。

連続レーザー：

使用中も安定したエネルギー波形を高出力で出力し続けるタイプ。金属板など体積が大きく融点の高い材料の加工に適している。

パルスレーザー：

パルスレーザーは、パルス幅によってミリ秒レーザー、マイクロ秒レーザー、ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー、フェムト秒レーザー、アト秒レーザーに分けられる。フェムト秒レーザーとアト秒レーザーは一般に超高速レーザーと呼ばれている。

パルスレーザの出力は連続レーザに比べて低いですが、加工精度は高くなります。一般的に、パルス幅が狭いほど加工精度は高くなります。

準連続レーザー：

このタイプのレーザーは、連続レーザーとパルスレーザーの中間に位置し、一定時間内に高エネルギーのレーザーを繰り返し出力することができる。

出力波長（色）：

レーザーは波長によっていくつかの種類に分類される：X線レーザー、紫外線レーザー、赤外線レーザー、可視光レーザーなどである。

パワーだ：

レーザーは出力によって3つのカテゴリーに分けられる：低出力レーザー（100W未満）、中出力レーザー（100Wから1500W）、高出力レーザー（1500W以上）。

レーザーの分類

レーザーサプライヤー

市場の主なレーザーサプライヤーには、コヒレント社、IPGフォトニクス社、エヌライト社、ニューポート社、TRUMPF社、Rofin社（現在はコヒレント社の子会社）、DILAS社、SPI Lasers社（現在はTRUMPF社の子会社）、三菱電機、川崎重工業、MAX Photonics社、JPT Optoelectronics社などがある、 レイカス ファイバーレーザー、Fei Bo Laser、Guoke Laser、Anpin Laser、HFB Laser。

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