フェムト秒ファイバーレーザーの
アプリケーション紹介
超短パルスのフェムト秒ファイバーレーザーは、多様な材料の特性を変え、高速かつ高精度な加工を可能にします。超疎水性表面やガラス切断、金属加工、非侵襲的マーキングなど、広範なアプリケーションで利用可能です。独自の自己組織化現象により、表面構造の制御や内部改質も行え、産業、医療、科学の分野で革命的な技術となっています。
超疎水性表面
超高速レーザーは、材料の濡れ性を変化させるために使用できます。例えば、ステンレス鋼表面で超疎水性やセルフクリーニング効果を簡単に得ることができます。
ガラスやポリマーなど多くの材料は、超疎水性に変えることができます。
超短パルスにより、表面の化学特性だけでなく、表面のトポグラフィーも変わります。極端なレーザー強度のもとでの物質の自己組織化は、さまざまな種類の柱やナノ構造の形成をもたらし、撥水効果を生み出します。
ガラス切断
超高速レーザービームの特殊なビーム整形により、厚いガラスやサファイアの非常に高い切断速度が可能となります。これは超短パルスの持続時間でのみ可能であり、Jasper X0による50 ns間隔でのパルスバーストがなければこれほど効率的ではありません。パルス持続時間の調整がこのアプリケーションで重要であり、ほとんどの透明な材料に最適です。
さらに、ビームを回転させずに曲線形状の切断が可能です。
ポリマー切断
250 fsという超短パルス持続時間により、ポリマーの高速かつ低HAZ（熱影響域）での切断が可能です。
300 fs未満になると、切断がより迅速かつ高品質になり、熱蓄積も減少します。これにより、黄変、炭化、溶解が抑えられ、高繰り返し800 kHz、平均出力20～60 W、波長1030 nmでもポリマーの切断が可能です。PET、PLA、PC、Kaptonなどの幅広い材料の切断が可能です。
周期的表面構造化
超高速レーザーの独自の特性は、多くの材料の表面にナノ構造を自己組織化させることです。これにより、細胞や細菌との相互作用を調整するためのバイオインスパイアされた形態形成への道が開かれます。
高い表面積は、階層的なマイクロ・ナノ構造を形成することで得られます。これをインプラントや手術機器、バッテリーやキャパシタにも応用できます。
内部改質
透明な材料の空間的選択的光イオン化により、内部構造化が可能です。これにより、ガラス、サファイア、ダイヤモンドの安全マーク、回折格子、導波路の製作が可能です。宝石の装飾や3Dデータ保存も可能です。
さらに、超短パルスは、ガラスやサファイアでの3Dマイクロファブリケーションのためのレーザー支援化学エッチングにも使用されます。
金属切断
非常に高品質な金属箔切断が可能です。バッテリー銅箔の切断や時計の機構の精密なマイクロマシニングなどがその一例です。
超短パルスを250 fsまで減少させることで、切断速度が向上し、HAZが減少します。パルスエネルギーは、より短いパルス持続時間で深く浸透し、アブレーション速度が向上します。バーストモードにより、金属の最適なレーザーフルエンスが通常低いため、さらにアブレーション速度が向上します。
マイクロホールのドリリング
すべての固体材料のドリリングが高品質かつ高い再現性で可能です。単一の超高速レーザーデバイスで、ポリマー、半導体、セラミック、ガラス、ダイヤモンド、サファイア、PCDなど幅広い材料をドリリングできます。
ガラスにおけるテーパーのないマイクロホールは、高価な5軸ビームスキャンヘッドを使用せずに達成可能です。超硬材料の超高表面品質ドリリングは、ガルボスキャナーだけで得られます。
アブレーション率の向上
超短パルスの時間的および空間的整形による柔軟性は、JasperX0またはJasper Flexレーザーソースを使用した無限のアプリケーションと改善への道を開きます。さらに、超高速レーザーの優れた利点は、ファイバーベースのレーザーデザインにより、過酷な環境条件で安定した性能を提供することで、産業界で利用可能になりました。
調整可能なパルス持続時間とバースト形状は、プロセス品質とスループットの無限の改善を可能にします。一例として、金属ではバーストモードにより、最適なフルエンスで加工しながらレーザーの全出力を使用することができます。
反射防止表面
フェムト秒レーザーによる金属および半導体の処理は、マイクロ・ナノ構造の形成をもたらし、完全な吸収体として機能します。この表面の暗化は非常に興味深いもので、表面反射率は2%未満に低下し、化学薬品を必要としないため、低アウトガスが保証されます。この独特なプロセスは、超短パルスでのみ実現可能です。ナノ構造は広帯域であり、DUVからTHzまで反射防止されると考えられており、軍事および安全目的に役立つ可能性があります。
光学目的、ハウジング、宇宙用途のためのスチールやアルミニウムの黒化。
非侵襲的マーキング
超短パルス持続時間により、熱蓄積が抑えられるため、材料の改質は限定的であり、表面化学のみが制御された安全な方法で変更されます。
表面化学の変更は、表面の濡れ性を調整するために使用できます。医療、軍事、宇宙、科学における広範な応用が可能です。
金属の高コントラストマーキングは、ナノ構造内での光のトラップ（ブラックマーキングとも呼ばれる）により簡単に得られます。
