浜松ホトニクスが新しいパルスレーザーシステムを開発、パルスエネルギーが250Jの世界記録を更新

これに先立ち、横浜で開催された「2021光学・フォトニクス国際展示会」では、浜松オプトエレクトロニクスが新開発の産業用パルスレーザーシステムで処理されたサンプルのデモンストレーションを行いました。 同社から提供された情報によると、新しいパルスレーザーシステムのレーザーダイオード励起レーザーは、最大パルスエネルギー250Jで過去の世界記録を破りました。

新しいレーザーシステムの開発は、日本の新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が支援する「次世代レーザー加工技術研究開発」プロジェクトに端を発しています。新しいレーザーシステムは、レーザー媒質のエネルギー貯蔵容量とビーム品質を改善し、現在の産業用パルスレーザーと同じ体積サイズを維持しながら、2倍以上のエネルギー増幅容量を提供します。




■浜松ホトニクス250Jの新しいレーザーパルスシステム、体積は既存のレーザー加工システムとほぼ同じサイズです



レーザーシステムから取得および統合された処理データにより、エンジニアはデータベースを構築して、人工知能を使用してレーザー処理プロセスを最適化できます。新しいシステムは、既存のレーザー処理プロセスを簡素化するだけでなく、エネルギー、医療、その他のアプリケーション分野で新しいアプリケーションシナリオを開きます。



将来の産業処理では、生産設備がクラウドに接続され、自動化された生産が実現され、人工知能技術の使用により、企業の人件費が大幅に節約されます。これらの業界動向の変化は、レーザー加工の基礎を築きました。浜松ホトニクスは、デジタル制御における優位性から、レーザー加工が将来の産業用インテリジェント製造の主要な生産ツールになると考えています。

5000mwレーザーポインター
■レーザー媒質は、レーザーダイオードモジュールによって励起され、エネルギーを蓄積します。パルスレーザービームがレーザー媒質を通過すると、レーザー媒質からエネルギーを受け取り、出力パワーが増加します。



現在、材料加工と機械加工に使用されるレーザーは大きく分けて、一定の強度で連続光を発する連続波レーザーと、非常に短い間隔で繰り返しパルスレーザーを発するパルスレーザーがあります。連続波レーザーは、主にレーザー溶接やレーザー切断などの熱処理作業に使用されており、現在のレーザー加工業界の主流のツールとなっています。



一方、浜松オプトエレクトロニクスによれば、パルスレーザーが広く使用されていない主な理由は、高出力パルスレーザーシステムの開発に必要な高出力半導体レーザー（レーザーダイオード）と大型レーザー媒体である。処理のボトルネック（最適な照射時間やエネルギーなど）を打破するための新しいシステムを作成することの難しさ。



これらの課題を克服するために、浜松ホトニクスは「高輝度・高効率の次世代先端インテリジェントレーザー加工に基づく開発プロジェクト」の一環として、常に高出力パルスレーザーシステムの開発に取り組んできました。日本の新エネルギー産業技術開発庁の支援を受けています。 2019年、同社は4つのレーザーダイオードモジュールと2つのレーザー増幅器を使用して、パルスエネルギーが117Jの産業用パルスレーザーを開発しました。各モジュールには6つのセラミックレーザーメディアが装備されています。



今回リリースされた新しい産業用パルスレーザーシステムは、元のデータ記録を再び破り、レーザーパルス能力をさらに250Jに改善しました。下の写真は、システム波長1030nm、パルス幅30ns、可変など、新しいシステムの主な機能を示しています。






同社の発表によると、新レーザーシステムの光エネルギー貯蔵容量は、以前のシステムに比べて約2倍になっています。この目標は、10枚のセラミックディスクで構成されるレーザー媒質を設置することによって達成されました。各セラミックディスクは世界最大の表面積を持ち、レーザー媒質用に最適化されています。






さらに、浜松ホトニクスは、8つのコンパクトなレーザーダイオードモジュールを使用して、アンプの設計を再評価および改善しました。これは、レーザー媒質のポンピング効率を改善し、ポンピング能力を元のシステムの約2倍に増やすために行われます。より重要なことはです。改良後は、高いビーム品質も実現し、光の集束性も良好です。光学設計を最適化することにより、照明面で非常に均一な出力分布が得られます。最後に、新しく開発されたレーザーダイオード励起レーザーシステムは、現在最高のパルスエネルギーを達成しました。