ファイバーバンドル技術により青色半導体レーザーの出力と輝度が向上

ファイバーバンドル技術により、青色半導体レーザー

同じ波長または近い波長を使用したビーム成形レーザユニットは、異なる波長の複数のレーザービームを組み合わせるための基本です。その中でも、空間ビームボンディングは、複数のレーザービームを空間的に積み重ねて出力を高める方法ですが、ビーム品質が低下する可能性があります。半導体レーザー振動方向が直交する2本のビームのパワーを、ビーム品質を変えずに約2倍に増加させることができます。ファイバーバンドラーは、テーパー融着光ファイバーバンドル（TFB）に基づいて作成されたファイバーデバイスです。光ファイバーのコーティング層を剥ぎ取り、特定の方法で一緒に配置した後、高温で加熱して溶融し、光ファイバーバンドルを反対方向に引き伸ばしながら、光ファイバーの加熱領域が溶融して溶融コーン光ファイバーバンドルになります。コーンのウエストを切断した後、コーンの出力端を出力ファイバーに融着します。ファイバーバンチング技術は、複数の個別のファイバーバンドルを大口径バンドルに結合できるため、より高い光パワー伝送を実現できます。図1は、青色レーザー繊維技術。

スペクトルビーム結合技術は、単一チップの分散素子を用いて、波長間隔が0.1nmという複数のレーザービームを同時に結合する技術です。波長の異なる複数のレーザービームが、異なる角度で分散素子に入射し、素子で重なり合った後、分散作用によって同じ方向に回折して出力されます。これにより、結合されたレーザービームは、近接場と遠方場で互いに重なり合い、パワーは単位ビームの総和に等しくなり、ビーム品質は一定になります。狭間隔スペクトルビーム結合を実現するために、通常、ビーム結合素子として強い分散を持つ回折格子、または外部ミラーフィードバックモードと組み合わせた表面格子が使用され、レーザーユニットスペクトルを独立して制御する必要がないため、難易度とコストが低減されます。

青色レーザーと赤外線レーザーとの複合光源は、非鉄金属の溶接や積層造形分野で広く利用されており、エネルギー変換効率と製造プロセスの安定性を向上させています。青色レーザーの非鉄金属に対する吸収率は、近赤外線波長レーザーの数倍から数十倍に増加し、チタン、ニッケル、鉄などの金属の強度もある程度向上します。高出力青色レーザーはレーザー製造の変革をリードし、輝度の向上とコスト削減が今後の開発動向です。非鉄金属の積層造形、クラッディング、溶接などの用途は今後さらに拡大するでしょう。

青色の輝度が低く、コストが高い段階において、青色レーザーと近赤外レーザーの複合光源は、コストをコントロールできる前提の下で、既存光源のエネルギー変換効率と製造プロセスの安定性を大幅に向上させることができます。スペクトルビーム結合技術を開発し、エンジニアリング上の課題を解決し、高輝度レーザーユニット技術を統合してキロワット級の高輝度青色半導体レーザー光源を実現するとともに、新たなビーム結合技術を探求することは、非常に重要な意義を持っています。レーザー出力と輝度の向上に伴い、直接光源、間接光源を問わず、青色レーザーは国防や産業分野で重要な役割を果たすでしょう。