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HOYA CANDEO OPTRONICS CORPORATION

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レーザーに関する基礎知識

レーザーについて
1) レーザーの原理
   
■構成
  レーザーを発生させる装置をレーザー発振器という。レーザー発振器は、下記図のようにレーザー媒質、励起源、光共振器(ミラー)から構成されています。
レーザー発振器
・ レーザー媒質: 励起源の光を吸収する元素を含有した物質
・ 光共振器: 特定の波長の光を反射するミラーで囲んだ発振器
・ 励起源: レーザー媒質にエネルギーを与えるための光源
 
   
■光の放出


光の吸収:
レーザー媒質に含有された物質が光を吸収して、低いエネルギー状態(基底状態)から高いエネルギー状態(励起状態)に遷移します。
光の吸収


光の放出:
光を吸収した物質が、高いエネルギー状態(励起状態)から低いエネルギー状態(基底状態)に遷移するときに光を放出します。
光の放出


光の誘導放出:
光を吸収して励起状態にある物質に、特定の波長の光を外部から入射すると、入射光の強さに比例した強度の光が放出されます。
光の誘導放出
     
   
■発振形態
CW(連続波)発振:
連続波動作という場合は、レーザー光出力が連続的であることを必ずしも指さず、励起源を連続的に点灯させることを意味します。
例えば、A/O Qスイッチ(後述)を用い、数十kHzの繰り返しで、パルス的発振出力を得る場合も連続波レーザーと呼びます。


CW(連続波)発振
通常パルス発振:
これは励起源をパルス的に点灯し、励起源点灯時間幅とランプ電流値を電気的に制御することにより、レーザー出力の波形を制御するものである。ここで得られる光のパルス幅はおよそ0.1msから20msくらいのものであります。




通常パルス発振
Qスイッチパルス発振:
短時間でパルス幅の狭いピーク出力の大きなレーザー出力のことをいいます。Qスイッチには、電気信号で外部から制御できるA/O素子(音響光学素子)やE/O素子(電気光学素子)が多用される。A/Oは高速繰り返し用に、E/Oは大出力のものに用いられています。

Qスイッチパルス発振
2) レーザーの種類
   
媒質による分類 気体レーザー(CO2レーザー、エキシマレーザー)
固体レーザー(ルビーレーザー、Nd:YAGレーザー)
液体レーザー(色素レーザー)
半導体レーザー(レーザーダイオード)
励起源による分類 放電
フラッシュランプ
レーザーダイオード
化学反応
   
3) 使用例
    ・ 光通信
・ コンパクトディスク、レーザーディスク等記録装置
・ スキャナ(バーコードリーダ、レーザープリンタ等)
・ 医療(手術、歯科治療等)
・ レーザー加工(切断、穴あけ、マーキング、トリミング、スクライビング、溶接、表面硬化)
   
4) 安全性
     レーザー光線は、大量のエネルギーを利用するものであるため、安全衛生上の配慮が十分でないと、眼障害・皮膚障害等の障害が発生することがあります。レーザー光線の種類は多く、人体に及ぼす影響についても異なります。そのため、日本工業規格(JIS-C6802)がレーザー機器を出力レベル(出力、波長、被ばく時間、発振形態等)によって、以下のように7つに分類しています。
・クラス1
・クラス1M
・クラス2
・クラス2M
・クラス3R
・クラス3B
・クラス4
YAGレーザー加工の主な特色
1) レーザーマーカ
   
■方式
ビームスキャニング方式
 
 
ビーム固定式方式
 
 
   
■特長
・ Dry Process(溶接が不要)
・ 消えにくい
・ 高速処理
・ Marking内容・Dataの変更が容易
・ 超小型の文字、商標等の刻印が可能
・ 非接触加工のため、被加工物の変形が少ない
・ Glass越しの加工が可能
2) レーザーマイクロカッタ
   
■方式
 
発振形態
 
 
冷却方式
 
 
   
■特長
・ 顕微鏡を集光光学系としている為、レーザースポット径が1μm〜150μm
・ 多波長(1064nm, 532nm, 355nm, 266nm)対応のため、多彩な材質をカッティング可能
・ 顕微鏡で観察しながら加工できるという同時観察が可能
・ RS-232Cインターフェースを装備し、コマンド制御も可能
・ メンテナンス性が良い