レーザーとは？　～レーザーを使って自然の光ではできない加工をする～

■レーザー（LASER）とは
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (誘導放出による光増幅放射)の頭文字であり、指向性と収束性に優れた、ほぼ単一波長の位相の揃った光（レーザー光）を発生させる装置のことを指します。レーザと呼ばれることもあります。
　
レーザーが発明された1960年以来、今やレーザー光は私たちの身の回りにおいても多方面で使われる技術となっています。身近な所ではCDやDVDなどの再生装置、光ファイバー通信、レジのバーコードリーダー、医療分野では外科手術のレーザーメスや眼の視力矯正（レーシック）、エンターテイメント分野ではコンサートなどのイベント会場の演出などが挙げられます。
　
■レーザー光の特徴
レーザー光の特徴として、主に以下が挙げられます。
1　可干渉性
2　単色性
3　直進性（指向性）
4　集光性

レーザー光を特徴づける性質のうち、最も重要なのは高いコヒーレンス（可干渉性）です。コヒーレンスは空間と時間に分けて考えることができます。

光の空間コヒーレンスとは、レーザーの広がりの異なる部分でも干渉すること。
光の波面の一様さを測る尺度であり、空間コヒーレンスが高いレーザー光は長い距離を拡散せずに伝播します（直進性）。また、小さなスポットに集束することができます（集光性）。

　一方、時間的コヒーレンスとは、異なる時間に発した光同士でも干渉すること。
光電場の周期性がどれだけ長く保たれるかを表す尺度であり、時間的コヒーレンスの高い光は（マイケルソン干渉計などで）大きな光路差を与えて干渉させた場合でも、鮮明な干渉縞を得ることができます。一般的に、時間的なコヒーレンスが高い光ほど単色性が良いということになります。

これらの特徴をイメージ図にしました。

まず、光には太陽光のような自然光と白熱電球の光のような人工光があります。これらは通常光であり、次の点がレーザー光とは異なります。

・多波長の光を含んでいる
・位相が揃っていない

（波長は波の1周期分の長さであり、位相は波1周期内の進行の段階を表します。）

このように、レーザー光では加工スポットサイズが小さくでき、強力な集光点（高いエネルギー密度）を作ることができます。それによって比較的小さな投入エネルギーでもステンレス板のような高融点の物質でも穴を開けることができます。イメージの補助として、白色光と単色光を集光した様子を図示してみます。

また、焦点距離がfの凸レンズで直径Dのレーザー光（ガウシアンビーム）を集光すると、レンズの焦点位置のスポット直径dは下記式まで絞れます。

d = (4∙λ∙f)/(π∙D)

ここで、λは波長です。
この式からも波長が単一であれば小さなスポットdに集光できることが分かります。

以上のことから、レーザー光を使うことで通常光では困難な強力な加工も可能となります。また、弊社で行うパルス幅が非常に短いレーザーを用いた加工では、熱影響の少ない微細加工が可能となります。

■レーザーの種類
前述のとおり、現代では様々なレーザーがあり、普及しています。それに伴って、呼称も多くあります。そのためか、レーザー加工を扱うもの同士でも困惑することがあります。そういう具合ですので、レーザーの種類についても簡単に触れてみます。大まかな分類としては、レーザー媒質、レーザー媒質の形状、パルス幅があり、以下のようなものがあります。

［媒質］
・ガスレーザー：CO2レーザー、エキシマレーザー
・固
［レーザー媒体の形状］
・ディスクレーザー、ファイバーレーザー

［パルス幅］
・ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー、フェムト秒レーザー

弊社では、超短パルスレーザーと称されるピコ～フェムト秒の領域のパルス幅のレーザーを用いた加工を行っています。それらは、ファイバーレーザーです。そのため、ファイバーレーザーという切り口でお話しすると、分厚い金属板を溶かして切るようなイメージを持たれがちですが、超短パルスレーザーで実際に行っているのは、熱影響が極めて少ない微細な加工ということになります。

では、実際にどんな加工ができるのか。加工事例をご覧頂くと新しい発見があるかもしれません。

［参考］
・Wikipedia, レーザー
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%82%B6%E3%83%BC

・宮崎大学名誉教授 黒澤宏のレーザー講座　第2回,　レーザー光の特徴は？
https://optronics-media.com/publication/%e3%83%ac%e3%83%bc%e3%82%b6%e3%83%bc%e8%ac%9b%e5%ba%a7/20160513/41801/