シングルモードファイバ

レーザー加工では、光ファイバを通してレーザー光を伝送し、そのビームをレンズで集光して金属・樹脂・セラミックスなどを加工します。光ファイバには大きく「シングルモードファイバ」と「マルチモードファイバ」があり、加工用途や求められる品質に応じて使い分けられています。本ページでは、特に高精度加工に適した「シングルモードファイバ」について詳しく解説します。

「シングルモードファイバ」とは

シングルモードファイバとは、コア径（光が通る中心領域）が10μm以下に設計された光ファイバのことです。ファイバ内部で1つの空間モード（基本モード）のみが伝搬するため、ビーム品質（M²）が非常に高く、焦点を極めて小さく絞ることができます。

イメージとしては「一本の細い針のような光が一直線に伝わる」ような状態であり、広がり（発散）が少なく、長距離伝送でもビーム形状が崩れにくいのが特徴です。このため、金属加工のような高精度が求められる現場で非常に重宝されます。

コア径による適正

レーザーを照射すると、溶融・蒸発によって「ブローフォール（吹き飛び穴）」が生じます。このブローフォールの直径は、基本的にビーム径と比例する性質があります。

• ビーム径が小さい → ブローフォールが小さく、精密加工に向く
• ビーム径が大きい → ブローフォールが大きく、広範囲加熱に向く

シングルモードファイバはコア径が10μm以下と小さいため、極めて小さく強いビームを作れます。この特性により、以下のような加工で特に高い性能を発揮します。

• 精密切断：薄板金属の微細加工、複雑形状の切断に最適
• 微細穴あけ：数十μmの穴あけや細孔加工が可能
• 高精度マーキング：細い線幅や小さな文字もきれいに加工

一方、ビーム径が比較的大きくなるマルチモードファイバは、熱エネルギーを広く与えるのに向いているため、深溶込みが必要な溶接用途に適しています。加工内容に応じて、シングルモード／マルチモードを使い分けることが重要です。

シングルモードファイバの市場

シングルモードファイバーレーザの高出力化は1990年代後半から急速に進展し、2000年には欧米メーカーを中心に100Wクラスが市販されました。その後、ファイバレーザ技術の進化によって出力は指数関数的に伸び、ビーム品質を維持したままの高出力化が可能になりました。

現在では、複数のレーザメーカーが1kW〜2kWクラスのシングルモードファイバーレーザを市販しており、国内でも2kWのシングルモード機が実用導入されています。高出力化が進んだことで、高精度加工はもちろん、ステンレス・アルミ・銅など反射材への加工、厚板の微細切断への応用も進んでいます。

また、シングルモードファイバの市場では以下のようなトレンドも見られます。

• ビームシェーピング技術の進化：リングビームや可変スポットにより加工用途が拡大
• 高反射材への加工安定性が向上：銅やアルミにも安定照射が可能に
• 加工ヘッドや光学系の改良：小径スポットを活かした加工がさらに高精度に
• AI・IoT連携による品質改善：ビーム状態監視やリアルタイム制御が普及

このように、シングルモードファイバは「精密加工」「高速高品位加工」を求める需要の拡大とともに市場成長を続けており、今後もレーザー加工の主要技術として進化していくことが期待されています。

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