ファイバレーザー

ファイバケーブルは知っていても、ファイバレーザーとなると仕組みや原理を把握していないことが多いのではないでしょうか。ファイバレーザーとはそもそも何なのか、どんなメリットがあるのか確認してみてください。

ファイバーレーザーとは

ファイバレーザーとは特殊なファイバに光を通し、特定の波長を持った光を増幅し発生させるレーザーです。

光は細いファイバの中で、壁に反射しながら進んでいきます。そのとき、ファイバ中央にあるコアを通過することでレーザーとなります。

人の目で見える可視光の波長は380～800nmまで。

ファイバレーザーの波長は1070nmであり、これは赤外線に該当するため、人間の眼では可視できません。

ファイバレーザーのメリット

ファイバレーザーにはどのようなメリットがあるのか、わかりやすく解説します。

焦点の設定が容易

ファイバレーザーでは、レーザー光をファイバーによって直結することができます。
そのため対象までケーブルによってレーザーを誘導できるのが利点。
加工物への焦点設計が容易で、レーザー加工機に向いていると言えます。

冷却が容易

レーザーを発生させるファイバは一般的に細長いため、冷却しやすいというメリットが。

延長が容易

ファイバはケーブルを長くすることが簡単で、さらには高出力にも寄与します。

メンテナンスが容易

ファイバーレーザーはメンテナンスを省力化、もしくは不要で利用できます。

増幅効率に優れている

ファイバの中央を走る細いコアで光の誘導が行われ、レーザーを発生させる仕組みなので、増幅する効率が良いのが特徴です。

振動に強い

ファイバケーブルは振動に強いという性質を持っています。

コンパクト化可能

ファイバ自体が細長いことから、さまざまな形状にできる上、コンパクト化も可能です。

寿命が長い

寿命を長く保て、特に長寿命の半導体レーザーと組み合わせることでコストパフォーマンスをさらに向上させることができます。

ファイバレーザーのデメリット

複数のメリットを考えられるファイバレーザーですが、一方でデメリットについても把握しておく必要があります。

例えばファイバレーザーはレーザー溶接で利用する際にスパッタガスが発生しやすくなるため、加工品質を維持するために加工速度を制限しなければなりません。またアシストガスやコンプレッサなどの選定も重要です。適した素材、加工用ガスを選ばなくては、品質を維持できません。

ファイバレーザーの原理

ファイバレーザーが発生する原理は、光ファイバの性質と、その中を通過する際の光の挙動によって説明されます。

まず、励起された光（励起光）が光ファイバの片端へ入射されると、その光は光ファイバの内部で中央のコアをまたいで全反射を繰り返しながら、光ファイバの先端に向けて進んでいきます。この際、励起光そのものは減衰していくものの、全反射のたびに光がファイバ中央のコアを通過して励起され、強力なエネルギー（レーザービーム）として収束されるという仕組みです。

ファイバレーザーの構成

レーザー共振器構成

光源から発振された励起光が光ファイバ内の希土類コアを通過することによって反転分布状態が形成され、閾値を超えた時点でレーザー光となり、さらに光の全反射が繰り返されてレーザー光の強度が増幅されていくという構成です。

レーザー共振器構成は高出力なファイバレーザーやCW発振などを必要とする場合に利用されます。

MOPA（Master Oscillator Power Amplifier）構成

光の全反射による往復をベースとするレーザー共振器構成に対して、MOPA構成はアクティブファイバコアへシーダー信号を入力し、それを一度だけ増幅するという構成です。シーダー信号をパルスジェネレーターによって管理できるためパルス発振を必要とする加工に適性がありますが、高出力を求める場合は増幅器を複数用いなければなりません。