超高速レーザーとは何か？そしてどのように使用されるのか？

超高速レーザーの定義

超高速レーザーとは、通常ピコ秒（10⁻¹²秒）またはフェムト秒（10⁻¹⁵秒）の範囲の極めて短いパルスを放射するレーザーを指します。パルス幅が極めて短いため、これらのレーザーは主に非熱的、非線形効果によって材料と相互作用し、熱拡散と熱損傷を大幅に低減します。この独自の特性により、超高速レーザーは精密微細加工、医療処置、科学研究に最適です。

超高速レーザーの応用

超高速レーザーは、高いピークパワーと最小限の熱影響により、次のようなさまざまな業界で広く応用されています。

1. 産業用マイクロマシニング:超高速レーザーにより、熱影響部を最小限に抑えながら、マイクロおよびナノレベルでの精密な切断、穴あけ、マーキング、表面処理が可能になります。

2. 医療および生物医学イメージング：眼科では、フェムト秒レーザーはLASIK（レーシック）手術に使用され、術後合併症を最小限に抑えながら正確な角膜切開を可能にします。さらに、多光子顕微鏡検査や生物医学組織分析にも応用されています。

3. 科学研究:これらのレーザーは、時間分解分光法、非線形光学、量子制御、新素材研究において重要な役割を果たし、科学者が原子レベルや分子レベルで超高速ダイナミクスを研究することを可能にします。

4. 光通信: 1.5μm ファイバーレーザーなどの特定の超高速レーザーは、低損失の光ファイバー通信帯域で動作し、高速データ伝送用の安定した光源として機能します。

電力とパフォーマンスパラメータ

超高速レーザーは、次の 2 つの主要な電力パラメータによって特徴付けられます。

1. 平均電力:アプリケーションの要件に応じて、数十ミリワットから数ワット以上の範囲になります。

2. ピーク出力：パルス持続時間が非常に短いため、ピーク出力は数キロワットから数百キロワットに達することがあります。例えば、フェムト秒レーザーの中には、平均出力が1Wであるにもかかわらず、ピーク出力は数桁も高いものがあります。

その他の重要なパフォーマンス指標には、パルス繰り返し率、パルスエネルギー、パルス幅などがあり、これらはすべて特定の産業および研究のニーズに基づいて最適化する必要があります。

主要メーカーと産業発展

超高速レーザー業界は、いくつかの世界的なメーカーによって支配されています。

1. Coherent、Spectra-Physics、Newport（MKS） – 成熟した技術と幅広い産業および科学アプリケーションを備えた確立された企業。

2. TRUMPF、IPG Photonics – 産業用レーザー加工ソリューションのマーケットリーダー。

3. 中国メーカー（Han's Laser、GaussLasers、YSL Photonics） – レーザー構造、モード同期技術、システム統合において大きな進歩を遂げている新興企業。

冷却システムと熱管理

超高速レーザーは平均出力が低いにもかかわらず、ピーク出力が高いため、瞬間的に大きな熱を発生します。安定した性能と長寿命を確保するには、効率的な冷却システムが不可欠です。

チラー システム:超高速レーザーには通常、安定したレーザー性能を維持するために、温度制御精度が ±0.1°C 以上の産業用チラーが装備されています。

TEYU CWUPシリーズチラー: 超高速レーザー冷却用に特別に設計されたこれらのレーザーチラーは、PID制御による温度制御を0.08℃～0.1℃という高精度で実現します。また、リモート監視・制御のためのRS485通信もサポートしており、3W～60Wの超高速レーザーシステムに最適です。

超高速レーザーの将来動向

超高速レーザー業界は次のような方向へ進化しています。

1. より短いパルス、より高いピークパワー:モードロックとパルス圧縮の継続的な進歩により、極めて精密なアプリケーションにアト秒パルスレーザーを使用できるようになります。

2. モジュール式およびコンパクト システム:将来の超高速レーザーはより統合され、ユーザー フレンドリーになり、複雑さが軽減され、アプリケーション コストも削減されます。

3. コストの削減とローカライズ:レーザー結晶、ポンプ源、冷却システムなどの主要コンポーネントが国内で生産されるようになると、超高速レーザーのコストが下がり、より広範な採用が促進されます。

4. 業界間の統合:超高速レーザーは、光通信、量子情報、精密加工、生物医学研究などの分野とますます融合し、新たな技術革新を推進します。

結論

超高速レーザー技術は急速に進歩しており、産業、医療、科学分野において比類のない精度と最小限の熱影響を実現しています。大手メーカーはレーザーパラメータと統合技術の改良に継続的に取り組むとともに、冷却システムと熱管理システムの進歩によりレーザーの安定性が向上しています。コストの低下と業界横断的なアプリケーション拡大に伴い、超高速レーザーは複数のハイテク産業に革命をもたらすと見込まれています。