加工用レーザーパワーの揺らぎを0.1％以下に抑制するシステム：FAニュース

産業技術総合研究所は、加工用レーザーのパワー制御システムを開発した。対向する2個のプリズムからなる素子を使って光の反射量を精密に調整することで、高出力レーザーのパワーを高い精度で制御する。

[MONOist]

　産業技術総合研究所（産総研）は2017年6月14日、対向する2個のプリズムからなる素子を使って光の反射量を調整し、加工用レーザーのパワーを高い精度で制御するシステムを開発したと発表した。2kW/cm²のレーザーを制御してパワーの揺らぎを0.1％以下に抑制し、レーザー出力を安定化できることを実証した。

　プリズム底面に別のプリズムを近づけると、エバネッセント光（プリズム底面の数百nm外側に侵出し、再び内部に戻る反射光）の一部を、近づけたプリズムへと抽出できる。この際、反射光となる光のパワーは抽出された分だけ減少する。抽出光の量は2つのプリズム間の距離により異なるため、この距離を変えることで反射光のパワーを制御できる。

　この原理は以前から知られていたが、今回、システムの出射口にパワーモニターを設置し、その測定値が目標値と一致するように2つのプリズム間の距離を制御することに成功。透明度の高いプリズムを用いるため、光の吸収に伴う発熱も抑制できた。

　同システムを用いて、波長が1.1μmで2kW/cm²という高出力加工用レーザーのパワー制御の実証実験を行った。その結果、制御後の変動を0.1％以下に抑制でき、レーザーパワーを安定化させることに成功した。また、300〜420秒付近の連続的なパワー変動に対しても、制御後は一定値を維持できることを確認し、高出力レーザーパワーであっても制御可能なことを実証した。

　産総研は今回開発したシステムを基に、応答特性の改善を進めるという。また、同システムの小型化を進め、レーザーパワーを高精度に制御するシステムの実用化を目指すとともに、ビーム形状制御技術の開発にも取り組むとしている。

　高出力レーザーは、切断や切削などの機械加工が難しい材料の切断や、自動車の溶接などへの利用が拡大している。しかし、作業環境の温度変化などによってレーザーのパワーが揺らぎ、加工の精度や歩留まりに影響することが問題となっていた。

高出力レーザーパワー制御システム

レーザーパワー制御方法の原理

開発したシステムによる高出力レーザーのパワー制御の結果