現在、レーザーには「固体レーザー」「気体レーザー」「ファイバレーザー」
「半導体レーザー」 などの種別が存在し、それぞれ特徴が異なります。

当社では２種波長帯（IR及びBLUE）の「半導体レーザー」システムを所有しています。

このコラムではレーザー肉盛り溶接で、半導体レーザーを選択することのメリットを、各種レーザーの発振原理と長所を合わせて説明します。

半導体レーザー(当社所有)

発振原理

半導体レーザーは、半導体の中で光が増幅されてレーザーを出力する装置です。
活性層と呼ばれる層がN型（－）とP型（＋）の半導体に挟まれています。

ここに電気を流すとN側から電子が移動、P側の正孔（電子の穴）と再結合して、
エネルギーが放出します。
放出した光はその後、半導体の両端の端にある鏡で何度も往復します。

その間に同じ波長の光がどんどん増えていき、
ある程度の強さになるまでは活性層内で繰り返し反射され、
光が十分に増幅して一定以上の強さになると、活性層からレーザー発振が起きます。

長所

• 他のレーザーと比べて電気変換効率が良い(省エネ)
• 装置がコンパクト
• ビーム形状が均一(トップ・ハット型)でクラッディング向き
• 元素の組み合わせで発振波長の選択が可能なため、様々な発振波長が可能
• 金属への吸収が良いので、銅やアルミにも溶接できる

ファイバーレーザー

発振原理

光ファイバーの中で光を増幅して、レーザーを出力する装置です。

発振用光ファイバーの中にイッテルビウム、エルビウムなどの希土類元素が混ぜられてい
ます。ここにレーザーダイオード（LD）の外部の光が光ファイバーのコア部分に効率的に
おくりこまれることで励起され、これが連続的に起こることで光が増幅されます。
さらに装置の両端に、FBGという反射構造があり全反射ミラーと部分反射ミラーが配置さ
れ、光が共振器内で反射を繰り返すことで増幅され、部分反射の方からレーザー光として
出力されます。

長所

• 高密度に集光可能なので、小スポット径の精密溶接が可能
• 高出力化が可能で深溶け込みや、厚板溶接、切断が得意

CO2レーザー

発振原理

CO2を媒体に赤外線レーザーを出力する装置です。

ガス管に高電圧をかけると中で放電（プラズマ）がおきることで窒素が励起されます。
次に励起された窒素がCO2分子にエネルギーを渡してCO2分子が振動励起状態になります。
CO2が元の状態に戻るとき10.6㎛（遠赤外線）の光を出して両端の鏡で増幅させることで
レーザが出力されます。

長所

• 10.6㎛の波長は非鉄金属への吸収が良いので、アクリル、木材などの溶接、切断が得意

ビームプロファイルについて

ビームプロファイルとは、レーザービームの断面における光強度の空間分布を示す特性です。
発振機の構造により、素の状態で半導体レーザーはトップハットビームになりやすく、
ファイバーレーザーとCO2レーザーはガウシアンビームになります。

トップハットビーム

放射強度は所定のエリアにわたって一定になります。
溶け込みが均一で希釈率が安定しています。

ガウシアンビーム

中心からの距離が増加するにつれて放射強度が減少します。
深溶け込みし中心のエネルギーが高いです。

いかがでしたか？
レーザーは用途によって、最適な選択肢があるのがわかります。

当社のレーザー肉盛りシステム『肉盛りくん』では、均一な溶け込みや熱影響部の安定が
求められるため、半導体レーザーを採用しており、用途に合わせて赤色と青色の波長を使用
してロボットで安定制御しながら肉盛り溶接が可能です。

是非一度お問い合わせをお待ちしております！