レーザーの原理
レーザーは、ポンプ源、準安定エネルギーレベルを持つ利得媒体、および共振器で構成されます。半導体励起ファイバーレーザーを例にとると、レーザー生成の具体的なプロセスは、詳細に次の 5 つのステップに分けることができます。
- 最初のステップでは、ポンプ光が導入され、レーザーのポンプ光源としての半導体レーザーが特定の線幅でポンプ光を放射し、ビームコンバイナーを通過した後にファイバーに入ります。
- 第 2 ステップでは、利得媒体にエネルギーが与えられ、利得ファイバーが特定の波長のポンプ光を吸収します。これにより、粒子のエネルギー準位が準安定状態まで遷移します。
- 3 番目のステップでは、自然放出によって光子が形成され、準安定状態の粒子が自発的に下方に遷移してエネルギーを放出し、異なる方向と位相の光子を生成します。
- 4番目のステップは、誘導放射による光増幅を実現することです。軸に沿って移動する光子はミラー（格子）の間を往復することができ（軸に沿って移動しない光子はすぐに逃げます）、光子は利得媒質内の高エネルギー（準安定）粒子に遭遇すると均一な光子を生成して、光増幅効果を達成できます。-
- 5 番目のステップであるレーザー出力は、連続またはパルス形式のレーザー出力を達成するための特定の要件に達した後です。
レーザー分類
レーザーには、利得媒体、出力パワー、動作モード、パルス幅の 4 つの一般的な分類があります。
利得媒体によると、レーザーの利得媒体には気体、液体、固体が含まれます。特定の利得媒体によって、レーザーの波長、出力パワー、および応用分野が決まります。気体では炭酸ガスレーザー、固体ではルビーレーザー、半導体レーザー、ファイバーレーザー、YAGレーザーが代表的です。
出力電力に応じて、小電力（0-100w）、中電力（100-1kw）、高電力（1kW以上）に分けることができます。ただし、100〜1.5kwの範囲の中出力として定義される場合もあります。さまざまなレーザー出力がさまざまなアプリケーションシナリオに適応します。
動作モードに応じて、連続レーザーとパルスレーザーに分けることができます。 CWレーザーは長時間連続出力が可能で、安定した動作と高い熱効果が得られます。パルスレーザーはパルス状に出力されるため、ピークパワーが高く、熱影響が少ないのが特徴です。
2 つの動作モードの直接比較については、--CW と QCW レーザーの違い.
パルス時間の長さに応じて、パルスレーザーはさらにミリ秒、マイクロ秒、ナノ秒、ピコ秒、フェムト秒に分類できます。一般に、パルス時間が短いほど単一パルスのエネルギーが大きくなり、パルス幅が狭くなり、加工精度が高くなります。
パルス動作と連続動作の間には、知っておく価値のあるハイブリッドが存在します。QCW 準-連続レーザー ガイド.
出力波長に応じて、赤外線レーザー、可視レーザー、UVレーザーなどに分けることができます。材料の構造が異なると、吸収する波長範囲も異なります。たとえば、金属は近赤外線の吸収が高くなります。-
ファイバーレーザーは材料加工において優れた利点を持っています
ファイバーレーザーは、広範囲かつ奥深いレーザー加工法の開発を促進します。従来の分野では、高出力レーザーにより、航空宇宙、輸送などのハイエンド機器の切断、溶接、マーキング、その他のリンクへのレーザー機器の浸透が促進されています。新興分野では、ファイバー レーザーがレーザー加工の幅を広げ、主に家庭用電化製品、太陽光発電、リチウム電池、半導体などの分野での精密加工を含む段階的な市場を形成しています。
技術的な観点から見ると、ファイバーレーザーは他のレーザーよりも優れています。加工用ファイバーレーザーの技術的利点は次のとおりです: 1) 良好なビーム品質、高出力の達成が容易. 2) 光ファイバーの表面積が大きく、優れた放熱性. 3) 光路が完全に閉じており、安定性が高く、耐用年数が長く、メンテナンスが少ない. 4) 小型、柔軟な伝送. 5) 波長は 700nm ～ 2000nm の範囲にあり、材料加工の分野でより応用可能です。
コストの観点から見ると、ファイバー レーザーはコスト パフォーマンスに非常に優れています。{0} CO2 レーザーを比較として取り上げます。
- ファイバーレーザーのビーム品質と材料吸収率が高いため、加工速度が速くなります。薄板の切断を例にとると、ファイバーレーザーの切断速度は、同じ出力のCO2レーザーの切断速度の2〜3倍に達します。
- ファイバーレーザーの電気光変換率は 30% 以上で、消費電力は低くなります。{0} CO2 レーザーの光路は完全に反射板に依存します。光路は急速に減衰し、エネルギー損失が大きくなります。電気-変換率は 10% 未満です。
- ファイバーレーザーの構造はシンプルで安定しており、外部光路はメンテナンスフリーで、平均故障間隔は 100,000 時間以上で、基本的に消耗品はありません。{0}} CO2レーザーシステムは構造が複雑で、反射鏡や共振器の定期的なメンテナンスが必要で、タービンベアリングの交換費用が高く、メンテナンスコストが高くつきます。
市販のキロワット産業用レーザーの主な性能パラメータを他のレーザーと比較すると、ファイバー レーザーは、良好な出力レーザー ビーム品質、高エネルギー密度、高い電気光学効率、使いやすさ、幅広い機械加工可能な材料、総合的な運用コストの低さなどの利点があるため、彫刻/マーキング、切断/穴あけなど、クラッディング/溶接、表面処理、ラピッド プロトタイピング、およびその他の材料加工および光通信分野で広く使用されています。{0} 「第 3 世代レーザー」として、幅広い応用の可能性を秘めています。-
レーザーはレーザー産業チェーンの中心に位置しており、中国は世界で最大かつ最も急速に成長しているレーザー市場となっています。{0}レーザーは、産業チェーン全体の中心位置に位置する、末端レーザー装置の中核となる光学部品です。同時に、コストの観点から見ると、レーザーのコストは装置の総コストの約 30% - 50% を占めており、これはレーザー装置の最も価値のあるコアコンポーネントです。
今後、このセクターは、多くの人が「次の時代」と呼ぶ段階に入りつつあります。今後 30 年間のレーザー開発の黄金時代.