超高速レーザーとは何か？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) の範囲の非常に短いパルスを放射するレーザーを指します。 これらのレーザーはパルス持続時間が非常に短いため、主に非熱的、非線形効果を通じて材料と相互作用し、熱拡散と熱による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

高いピークパワーと最小限の熱影響を備えた超高速レーザーは、次のようなさまざまな産業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、マイクロレベル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画像： 眼科では、フェムト秒レーザーが LASIK 眼科手術に使用され、術後の合併症を最小限に抑えながら正確な角膜切開を実現します。 さらに、多光子顕微鏡法や生体医学的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調査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2つの重要な電力パラメータによって特徴付けられる：

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

2. ピークパワー： パルス持続時間が非常に短いため、ピーク電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。 たとえば、一部のフェムト秒レーザーは平均出力が 1W ですが、ピーク出力は数桁高くなります。

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複数のグローバルメーカーが独占している：

1. コヒーレント、スペクトラ・フィジックス、ニューポート（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フォトニクス – 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

平均出力は低いものの、超高速レーザーはピーク出力が高いため、瞬間的にかなりの熱を発生します。 安定したパフォーマンスと動作寿命の延長を確保するには、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 ±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、0.08°C ～ 0.1°C という高精度の PID 制御温度調節機能を備えています。 また、リモート監視および制御用の 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

超高速レーザー産業は進化しつつある：

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使用できるアト秒パルスレーザーが可能になります。

2. モジュール式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、複雑さとアプリケーションコストが削減されます。

3. コスト削減とローカリゼーション： 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. 異業種統合： 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、科学の分野全体で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を続けており、冷却および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。 コストが下がり、業界をまたいだアプリケーションが拡大するにつれて、超高速レーザーは複数のハイテク産業に革命を起こすことになります。