ファイバーレーザー: 7 つの利点と違い

ご購入の前にファイバーレーザー、他のレーザーとどのように異なるかを理解する必要があります。 レーザーの動作には、エネルギー供給用のポンプ源、利得媒体、光共振器という 3 つのコンポーネントが必要であることがわかっています。 ファイバーレーザーの場合、ポンプ光源の選択はレーザーダイオードと他のファイバーレーザーに他なりませんが、利得媒体と光共振器の設計は本質的に異なります。
 

このユニークな構造は、次の 7 つの大きな利点をもたらします。

1. 高効率利得媒体
他のレーザーとは異なり、ファイバーレーザーはイッテルビウム (Yb3+)、ネオジム (Nd3+)、ツリウム (Tm3+)、プラセオジム (Pr3+) またはエルビウム (Er3+)。 これらのレーザー活性イオンはポンプ光の大部分を吸収し、誘導放出によって特定の周波数の光子を放出します。 光ファイバーの本質的に柔軟な構造により、他のタイプのレーザーと比較して長い利得距離が可能になります。 これにより、高い光学利得が得られます。

2. ファイバーブラッググレーティングによるインテリジェントなフィードバックループ
従来の誘電体ミラーを使用する代わりに、ファイバー レーザーの光フィードバックは通常、周期的に融合された異なる屈折率を持つ一連のガラス ファイバーであるファイバー ブラッグ グレーティングによって提供されます。 これらの周期的構造は特定の波長のレーザー ビームを反射することができるため、ファイバー レーザーの光キャビティになります。 したがって、ファイバーレーザーの場合、光キャビティは実際には利得媒体の内部にあります。

3. 堅牢な光キャビティ
ファイバー レーザーについて話すときに避けるべきよくある誤解があります。それは、ファイバー レーザーは光ファイバーを備えたレーザーと同じではないということです。 たとえば、ファイバー結合ダイオードレーザーでは、光ファイバーはビーム伝送の目的のみに使用され、誘導放出の物理原理は関与しません。 したがって、光ファイバーはレーザー システムに接続されていますが、ファイバー レーザーのすべての優れた品質を備えているわけではありません。 独自の統合型光キャビティは、コイル状光ファイバーを利得媒体として使用し、強力で安定した光キャビティを作成します。

4. コンパクトな構造
ファイバーレーザーの主な利点の 1 つは、そのコンパクトなレイアウトです。 同様の製品と比較して、ファイバー レーザーは同等の出力パワーに対して設置面積がはるかに小さくなります。 光ファイバーは曲げることができ、コンパクトなスペースにコイル状にまとめることができるためです。 さらに、光ファイバーの柔軟性により、光路をさらにカスタマイズすることも可能になり、さまざまな特定の状況に合わせて設計の自由度が高まります。

5.高出力
ファイバーレーザーの利得媒質は非常に薄くて柔軟であるため、ファイバーの長さは数キロメートルにもなり、非常に高いポンプ光利得を実現できます。 さらに、ファイバーレーザーによって発生した熱は、ファイバーの体積に対する表面積の比が大きいため、効率的に放散できます。 その結果、ファイバー レーザーは、複雑な冷却システムを必要とせずに、キロワット レベルで継続的に動作できます。

6. 優れたビーム品質
通常、レーザー ビームの品質は、ビームがどれだけ厳密に集束されているかを指し、M2 係数によって定量化されます。理想的には、最高のビーム品質の場合、この係数は 1 に等しくなります。 ファイバー レーザーの中で、シングルモード ファイバーは通常、最高のビーム性能を備えているため、広く使用されています。 たとえば、レーザー切断や溶接では、ビーム品質が高いため、ワークピースと集束対象物との間の距離を長くすることができます。 この構成により、光学系が破片や煙から保護されます。 重要なのは、ビーム直径を縮小することで、より微細な構造の製造が可能になるだけでなく、より小型で安価な光学コンポーネントの使用が可能になることです。

7. 高い信頼性
ファイバー レーザーは信頼性が高く、メンテナンスがほとんど必要ありません。また、光路が保護クラッド内に囲まれているため、レーザー ビームは外部干渉の影響を受けにくくなります。 したがって、ファイバー レーザーは一般に、高温および振動の動作条件下でも優れた安定性を備えています。

ファイバーレーザーと他のレーザーの違いは何ですか?
ファイバーレーザーには多くの利点がありますが、競合他社とどのように比較できるかを理解することが重要です。 以下で説明するように、ファイバー レーザーの優位性はアプリケーションの設定によって決まり、場合によっては、ファイバー レーザーの競合他社の方がファイバー レーザーに適している場合もあります。

ファイバーレーザーとブロックレーザー
バルク レーザーは、ドープされたバルク結晶またはガラスを利得媒体として使用する固体レーザーです。 Nd:YAG レーザーとチタン サファイア レーザーが 2 つの良い例です。 一般に、次の図に示すように、ファイバー レーザーはバルク レーザーよりも優れた仕様を備えています。

ただし、これはボリュームレーザーが材料加工に価値がないという意味ではありません。 たとえば、700-1000 nm の波長領域では、可変チタン:サファイア レーザーに代わるファイバー レーザーはありません。 さらに、ボリュームレーザーはより高いピークパワーを達成できるため、材料の加工により適しています。 さらに、ファイバー レーザー システムは特殊なコンポーネントと複雑な使用法を必要とする可能性があり、そのコストの高さは経済性に悪影響を与える可能性があります。

ファイバーレーザーと CO2 レーザーの比較
どちらのレーザーも材料の切断には優れていますが、機能上の焦点は実際には異なります。 一方で、CO2 レーザーはプラスチックなどの非金属材料を切断するための優れたツールです。 比較的高い効率と良好なビーム品質により、業界で最も広く使用されているレーザー タイプとなっています。

CO2レーザー切断機

一方、金属板（主にステンレス）の切断においては、近年、切断速度が速いファイバーレーザーが大きく進歩しています。 同等の出力の場合、切断速度は通常、炭酸ガスレーザーの {{0}} 倍です。 回。 一般的に、厚さ 0.25 インチ以下の金属を切断する場合、大量生産にはファイバー レーザーを検討する価値がありますが、金属が 0.375 インチより厚い場合でも、CO2 レーザーは速度の面で優れており、優れた切断品質を提供します。 したがって、材料の切断に関しては、ファイバー レーザーが CO2 レーザーに完全に置き換わる可能性は低いです。

ファイバーレーザーとダイレクトダイオードレーザー
ダイオードレーザーは、低出力と貧弱なビーム品質で長い間批判されてきました。 それにもかかわらず、直接ダイオードレーザー技術の最近の進歩は、材料加工における主要なプレーヤーとしての可能性を示しています。 直接ダイオード レーザーは、ファイバー レーザーより 10%-20% 速く切断できます。 さらに、直接ダイオード レーザーはより厚い金属を切断し、より小さな表面粗さを実現できます。 何よりも、銅などの反射率の高い材料の処理にも適しています。 対照的に、ファイバーレーザーの有効性はこの点では限られています。 ただし、ファイバーレーザーには、ビーム品質と技術の成熟度の点で依然として大きな利点があります。 このため、巨視的な材料処理に最適です。

ファイバーレーザーは明らかにレーザー業界に革命をもたらしました。 ファイバー レーザーには、他のタイプのレーザーに比べて多くの重要な利点があり、生産性向上への道が開かれます。 効率的な利得媒体と統合されたレーザーキャビティの選択により、強力で安定した出力性能が提供されます。 そのコンパクトな設置面積は、OEM/統合アプリケーションにとって重要なセールス ポイントです。 ただし、その優位性は、出力波長と限られた調整可能性を考慮したアプリケーションのセットアップに大きく依存します。

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