超短パルスレーザー

超短パルスレーザーは繊細な加工ができるレーザーです。超短パルスレーザーとはどのようなレーザーなのか、特徴や適した用途などをまとめました。

「超短パルスレーザー」とは

パルス幅がフェムト秒～ピコ秒オーダーのレーザーのことです。フェムト秒レーザーやピコ秒レーザーとも呼ばれています。1フェムト秒は1000兆分の1秒のことで、1ピコ秒は1兆分の1秒のことです。超短パルスレーザーの特徴を確認しましょう。

超短パルス性

超短パルスレーザーの特徴に超短パルス性があります。非常に短い時間にパルスが発生しているということ。さらに、フェムト秒という超高速性も兼ね備えています。対象物の熱損傷を軽減できるのが特徴。高速な分子振動や化学反応の過程を計測できます。

超高強度性

平均出力が小さくても、ピーク強度が極めて大きい超高強度性も特徴です。フェムト秒レーザーのピーク出力は、ペタワット級。超高強度性を活用すると、ガラスの内部加工ができます。

超広帯域性

超短パルスレーザーのスペクトル分布幅は超広帯域。広帯域なコヒーレント光を生成できます。

特徴

超短パルス性、超高速性、超高強度性、超広帯域性という特徴から、熱ダメージが少ない加工が実現します。バリが発生せず、品質の良い加工が可能です。

向いている用途

超短パルスレーザーに向いている用途は、繊細な加工です。薄膜材の切断や微細穴加工、マーキング、多層材への加工、表面改質(撥水加工)に使われています。

超短パルスレーザーとほかの
加工方法を比較

▼横にスクロールできます。

超短パルスレーザーの発振原理

直接変調法（発生可能な
パルス幅：～ns、～ps）

直接変調法はLDの電流制限を直接ON/OFFすることで、パルス光を発生させる方法です。パルスの波形を制御できるのが特徴で、任意のパルス幅（ps～ms）に変更することが可能。CWレーザーよりも熱影響を抑えられるので、穴あけ加工や光通信によく用いられます。

外部変調法（発生可能な
パルス幅：～ns、～ps）

外部変調器を使って、CWレーザーのビーム出力を間接的にON/OFFすることで、パルス光を発生させる方法です。より高出力のレーザーを得る際に使用され、ほとんどの高出力または高周波数の発振器には外部変調法が用いられています。発生可能なパルス幅は直接変調法と同程度です。

モード同期法（発生可能な
パルス幅：～ps、～fs）

モード同期法は、なるべく多くの波長の位相を合わせることにより、幅広い波長を含んだ強く短いパルス幅のレーザーを発生させる方法です。超短パルスレーザーの発振原理のなかでも、最も短いパルス幅が得られます。位相の合った強い光を抜き出す代表的な方法は、SAM（可飽和吸収ミラー）などの可飽和吸収体を使った方法、またはKerr効果とスリットを使ったKerrレンズモード同期の2つです。

モード同期法の応用として非加熱加工や非線形光学分野、テラヘルツ光、スーパーコンティニューム光源の種光としても用いられています。

レーザー加工で使われる
専門用語集一覧

超短パルスレーザーが
得意なこと

超短パルスレーザーは、ピコ秒やフェムト秒といった非常に短いパルス幅で照射するため、材料への熱影響を最小限に抑えながら高精度な加工が可能です。樹脂や金属、セラミックスなど多様な素材に対応でき、微細な穴あけや溝加工など従来のレーザーでは難しい形状も実現できます。加工後のバリやクラックがほとんど発生しないので、後工程での仕上げコストを大幅に削減できるのも強みです。

超短パルスレーザーが
苦手なこと

超短パルスレーザーはパルス幅が極端に短い分、発振器や制御システムが高価で複雑になりがちです。大面積を一気に加工するような量産向きの用途では、加工スピードとのバランスを考慮しなければコスト効率が下がる場合があります。熱影響を抑えられる利点ゆえに、厚みのある素材を深く切断する用途には向かないケースも。高出力化のためには高度な技術が求められ、安全対策としてシールドや排気システムなどの設備投資が必要となるため、導入する際はコストの面でも慎重な検討が必要です。

こんなケースは超短パルス
レーザーで加工

精密加工が求められる医療機器部品や半導体ウエハなど、微細で熱影響を最小限に抑えたいケースでは超短パルスレーザーが適しています。樹脂と金属が混在する複合材料のように、異なる素材を一度に加工する場面でも効果的です。ガラスや透明素材を内側から加工し、表面を傷つけずに所望の形状を実現する用途にも向いています。バリやクラックが許されない高精度部品の製造や、細かな加工が必要な試作品の開発など、品質重視の小ロット生産シーンでも適しています。

企業の製品例

以下では、Googleで「超短パルスレーザー」と検索し（2025年2月28日調査時点）検索結果から、超短パルスレーザーを取り扱っていることが分かる企業のうち1番目に表示された企業が扱う超短パルスレーザーをご紹介します。

光響の超短パルスレーザー

　

スペック

製品名	femt-pro
中心波長	基本波：IR 1030nm SHG：Green 515nm THG：UV 343nm
最大パルスエネルギー	基本波：2mJ SHG：500μJ THG：250μJ
最大平均出力	基本波：80W SHG：40W THG：20W
繰り返し周波数	～2MHz
パルス幅	340fs
パルス幅チューニングレンジ	340fs〜10ps
ビーム品質	M2<1.2
バーストモード	GHzバースト、MHzバースト、BiBurst（GHzバースト in MHzバースト）