ファイバーレーザー

ファイバーレーザーとは

ファイバーレーザーは、レーザー媒質として希土類元素を添加した光ファイバーを使用するレーザーです。この技術は、従来のレーザーに比べて多くの利点を提供し、産業、医療、研究など幅広い分野で利用されています。

基本構造

ファイバーレーザーは、単一モード光ファイバーのコアにエルビウム、ネオジム、イッテルビウムなどの希土類元素を添加してレーザー媒質とします。このコアの外側にはクラッド層が設けられ、ファイバーの両端はミラーまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングで挟み込まれています。励起光は別のレーザー光源から送り込まれ、誘導放出によってレーザー光が生成されます。

レーザー光は光ファイバーのコア内を伝播し、励起光は内側のクラッド層を通ります。この構造により、励起光とレーザー光を効率的に共存させることが可能となり、連続光またはパルス光としてレーザー光を生成できます。

ファイバーレーザーの利点

ファイバーレーザーは、従来のレーザーに比べて多くの優れた特性を持っています。

光ファイバーによる伝送: レーザー光を光ファイバーで直接伝送できるため、加工対象物への焦点設計が容易になり、レーザー加工機に最適です。
高効率: 光ファイバーの細いコア内で励起と誘導放出が行われるため、増幅効率が高く、エネルギーロスを最小限に抑えられます。
冷却効率: 光ファイバーは細く長い媒質であり、冷却が容易です。また、ファイバーを長くすることで高出力化にも貢献します。
耐振動性: 光ファイバーは振動に強く、コンパクトに設計できるため、メンテナンスを省力化できます。
長寿命と低コスト: 長寿命の半導体レーザーと組み合わせることで、維持コストを大幅に削減できます。
多様な回路構成: 光ファイバー関連部品を利用して光回路を構成できるため、光コンバイナーや光スプリッターを容易に組み込み、様々な回路設計が可能です。

ファイバーレーザーの応用

ファイバーレーザーは、その優れた特性から様々な分野で応用されています。

エルビウム添加光ファイバー増幅器: 通信分野で、光信号の増幅に広く利用されています。
レーザー切断: 高精度かつ効率的なレーザー切断加工に不可欠です。自動車、航空宇宙、エレクトロニクス産業などで利用されています。
医療分野: 精密な外科手術、眼科治療、皮膚治療などに使用されています。

まとめ

ファイバーレーザーは、その優れた特性と多様な応用範囲から、現代社会において重要な技術となっています。高効率、高出力、長寿命、メンテナンス性など多くの利点を持つため、今後も様々な分野での活躍が期待されます。

参考文献

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