島津製作所と大阪大学は、世界最高出力となる1kWの青色半導体レーザー装置を開発し、「TCT Japan 2019」(2019年1月30日~2月1日、東京ビッグサイト)で展示した(図1島津製作所のプレスリリース)。「高出力と高輝度を兼ね備えた装置」(会場の説明員)で、厚さ数mmの銅や金のレーザー切断加工、レーザー焼き入れなどへの利用が期待される。今までの出力では主に熱伝導溶接やコーティングが利用先だった。レーザー光源の出力を従来品*1の2倍となる200Wに向上し、そのレーザー光源5本を1本の光ファイバーに集約して1kWにした(図2)。

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図1 高出力化した青色半導体レーザー装置
展示用に出力を抑えた400Wのもの。レーザー光源を増設して5本にすると、出力1kWになる。

*1 島津製作所は2018年1月25日、従来品である100Wの青色半導体レーザー光源を製品化している。輝度が1.3×106W/cm2、直径が100μmである。

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図2 青色半導体レーザー内部の光学系イメージ
青色半導体レーザー光源の内部イメージ(上)。数十個の青色半導体レーザー素子を光学系でファイバーへと導光している(主に空間多重を示す)。下は青色半導体レーザー光源のレーザーを集約して高出力化しているイメージ。(出所:上が島津製作所、下がNEDO)

 レーザー光源の出力を高めるには、複数のレーザー素子からのレーザーを重ね合わせる必要がある。これまで島津製作所が製品化した100Wの青色半導体レーザー光源は、レンズの屈折でレーザーをまとめる「空間多重」と、異なる偏光のレーザーをまとめる「偏向多重」を用いていた(図3)。

図3 高出力化・高輝度化に用いる光学技術
「空間多重」はレンズの屈折を用いてレーザーを多数まとめる手法。「偏光多重」は異なる偏光の2つのレーザーをまとめる手法。「波長多重」は波長が少しずつ異なるレーザーを並べ、重ね合わせる手法。(出所:島津製作所)
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