ファイバレーザの特徴について

ファイバレーザとは光ファイバ内で特定波長の光を増幅させることにより、小型、高効率、高信頼性、高ビーム品質そして高出力の全てを実現できる理想的なレーザです。

YAGではYAG結晶を用いていますが、ファイバレーザでは、レーザ媒質に希土類元素であるYb(イッテルビウム)がドープされているファイバーを用います。

どちらも近赤外波長ですが発振の原理が異なります。YAGの不安定要素である熱レンズが無く、多くの利点があります。

ファイバレーザとYAGレーザの発振器構成比較

ファイバとYAGの発振器構成比較

ファイバレーザは共振器ミラーではなく、FBG(Fiber Bragg Grating:ファイバーブラッググレーティング)を用いている。このFBGが共振器ミラー的役割をはたしています。

ファイバレーザ発振器構成の特徴

共振器ミラー等の光学調整が不要
励起光をYbが添加されたコアファイバに伝搬させます。そして励起光がYbを励起し、FBGで増幅させています。つまり共振器がファイバの中にあるので発振がずれる事はありません。
重要な発振部分にミラーやレンズ無いのでメンテナンスが不要
発振部分はファイバ内になり、融着されています。空間に露出している光学部品がない為、重要部分のメンテナンスは要りません。
YAGレーザに比べ発振効率が良い為、省エネになる
YAGレーザのランプ励起式のエネルギ変換効率は約3%になります。それに比べファイバレーザはエネルギ変換効率が約30%ほどとなり、YAGレーザに比べ、エネルギ変換効率が約3倍良くなります。

ファイバレーザの優位点

  • ビームが高品質の為、スポット径を小さくするができ、細く深い高速加工が可能です。
  • 高反射材や難しい溶接材料に対して、安定した加工が可能。
  • エネルギー変換効率が良い為、少ない電力でレーザ光を作れ、省エネにもなる。
  • 小型軽量化が可能(電源が小さく、発振器スペースも小さい)。
  • 長焦点で可能ができる。

ビーム品質とは

共振器からでたレーザ光は一定の角度で広がっていきますが、その広がり角は共振器の種類によって様々です。それを評価するためにBPPが用いられています。(Beam Parameter Product)

そのBPPこそレーザの広がり角=ビーム品質となります。単位は 、【mm mrad】で表されます。

BPPは、ビーム径とビーム発散角の積になります。つまりレーザ光を出射するファイバーコア半径とビームの拡がり角の積で、この数値が小さければ小さいほど集光性に優れ、ビーム品質が良いとされています。

ビーム品質が良いと溶接時のスポット径を小さくする事ができます。同じ出力のレーザ発振器であっても、ビーム品質の違いによって材料への照射パワー密度が異なります。そのため溶接した場合、溶込み深さ、溶込み形状に違いがでてきます。

レーザ溶接の場合、ワーク形状や材質、生産タクトによって『YAGレーザ溶接』と『ファイバーレーザ溶接』の選択があり、費用対効果を含めて検討する事が重要です。

YAG、ファイバ溶込み比較

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