パルスレーザーとは？ナノ秒・ピコ秒・フェムト秒とエキシマの種類と違い、波長・パルス幅・パルスエネルギー・価格の選び方

パルスレーザーとは

パルスレーザーは、光を連続で出さず、ナノ秒・ピコ秒・フェムト秒の短い時間に詰めて出すレーザーです。1発ごとのピークが高いので、熱を周りに広げずに削る・穴をあける・薄い膜をはがす加工ができます。

装置に組み込む発振器として売られていて、加工機・露光機・研究用の光学系の中に入ります。光ファイバーで光を増幅するファイバーレーザーは、別の比較に載せています。

種類と違い

• ナノ秒・サブナノ秒の固体レーザーは、1発のエネルギーを大きく取りやすい型です。穴あけ・スクライブ・表面の清掃に使います
• ピコ秒・フェムト秒の超短パルスレーザーは、熱が広がる前に削り終えます。ガラス・セラミック・薄膜の精密加工に使います
• エキシマレーザーは、ガスを放電で光らせて紫外のパルスを出します。半導体の露光の光源や、成膜・剥離に使います

ナノ秒と超短パルスの選び方

• 広い面の汚れ落としや錆とりなら、ナノ秒でエネルギーの大きい型が合います。トルンプのTruMicro 7060は、1000Wで100mJのパルスを出します
• 紫外での穴あけやスクライブなら、Talon UV45のような355nmのナノ秒レーザーがあります。150kHzで45W以上を出します
• 熱で傷めたくない材料には、超短パルスを選びます。浜松ホトニクスのORIGAMI 10 XPSは370fs未満、コヒレントのHyperRapid NXT 1064-100は15ps未満です
• 量産で速く回すなら、平均出力の大きい型です。TruMicro 6020は200Wで、100kHzなら2mJを出せます

波長とパルスエネルギーの決め方

• 波長は、加工する材料がよく吸うものを選びます。TRUMPFの解説では、赤外はセラミックやガラスの加工に向きます
• HyperRapid NXTには1064nm・532nm・355nmの型があり、TruMicro 6000シリーズには343nm・515nm・1030nmの型があります
• 平均出力は、パルスエネルギーに繰り返し周波数をかけた値です。Talon UV45は、150kHzで300µJ以上です
• 最大のパルスエネルギーは、低い繰り返しで出す値のことが多いので、同じ条件の値どうしで比べます

エキシマレーザーの使いどころ

• ギガフォトンのGT80Aは、半導体の液浸露光機に積む193nmの光源です。発振周波数は6,750Hzです
• ギガフォトンのG300Kは、248nm・4000Hz・300Wの加工用KrFレーザーで、微細アブレーション加工に使います
• コヒレントのCOMPex 110は単相電源で動き、パルスレーザ成膜やレーザリフトオフに使われます。KrFで最大400mJです

冷却・置き場所と手入れ

• Talon UV45は水冷で、冷却水を20°C±1°Cで流します。冷却水の温度と流量は装置側で用意します
• ORIGAMI 10 XPSは空冷か水冷を選べるので、冷却水の配管が引けない装置にも積めます
• 工場のラインに置くなら、TruMicro 7000シリーズは保護等級IP54で、カバー全体が密閉構造です
• エキシマは、モジュールの寿命と保守の周期を見積もりで確かめます。G300Kは稼働率99%以上です

価格

• 定価を公式に出しているのは、ソーラボのQSL103Aだけです。1,353,161円（税抜）で、1030nmで35〜50µJのパルスを出します
• ほかの製品は見積もりで、出力・波長・冷却・保守の組み合わせで値段が変わります
• 出力の大きいレーザーは、保護めがねと遮光の囲いも合わせて用意します