シングルモードファイバーレーザーの選択基準

選択の参考シングルモードファイバーレーザー
実際のアプリケーションでは、適切なシングルモードファイバーレーザー特定のアプリケーション要件、動作環境、予算の制約を満たす性能を確保するには、様々なパラメータを体系的に評価する必要があります。このセクションでは、要件に基づいた実用的な選定方法を説明します。
アプリケーションシナリオに基づく選択戦略
パフォーマンス要件レーザーアプリケーションのシナリオによって、要件は大きく異なります。選定の第一歩は、アプリケーションのコアとなる要件を明確にすることです。
精密材料加工とマイクロナノ製造：これらの用途には、微細切断、穴あけ、半導体ウェーハダイシング、ミクロンレベルのマーキング、3Dプリンティングなどが含まれます。これらの用途では、ビーム品質と集光スポットサイズに対する要件が非常に高くなります。M²係数が1に可能な限り近い（例えば1.1未満）レーザーを選択する必要があります。出力は、材料の厚さと加工速度に基づいて決定する必要があります。一般的に、数十ワットから数百ワットの出力であれば、ほとんどの微細加工の要件を満たすことができます。波長に関しては、1064nmは吸収率が高く、レーザー出力1ワットあたりのコストが低いため、ほとんどの金属材料加工に適しています。
科学研究およびハイエンド計測：応用分野には、光ピンセット、冷原子物理学、高分解能分光法、干渉計などが含まれます。これらの分野では、レーザーの単色性、周波数安定性、ノイズ性能が極めて重視されます。線幅が狭く（単一周波数であっても）、ノイズ強度が低いモデルを優先する必要があります。波長は、特定の原子または分子の共鳴線に基づいて選択する必要があります（例えば、ルビジウム原子の冷却には780nmが一般的に使用されます）。干渉実験では、通常、バイアス維持出力が必要です。電力要件は一般的に高くなく、数百ミリワットから数ワットで十分な場合が多いです。
医療・バイオテクノロジー：眼科手術、皮膚治療、蛍光顕微鏡画像撮影などの用途があります。眼の安全性が最優先事項であるため、眼の安全性が確保されている波長域である1550nmまたは2μmのレーザーが選択されることが多いです。診断用途では出力安定性に注意を払う必要があります。治療用途では、治療深度とエネルギー要件に基づいて適切な出力を選択する必要があります。光伝送の柔軟性は、これらの用途において大きな利点となります。
通信とセンシング：光ファイバーセンシング、LiDAR、宇宙光通信が典型的なアプリケーションです。これらのシナリオでは、レーザ高い信頼性、環境適応性、長期安定性を備えています。1550nm帯は光ファイバーにおける伝送損失が最も低いことから、好んで選ばれる波長帯となっています。コヒーレント検出システム（コヒーレントライダーなど）では、極めて狭い線幅を持つ直線偏光レーザーが局部発振器として必要です。
2. 主要パラメータの優先順位付け
多数のパラメータがある場合、次の優先順位に基づいて決定を下すことができます。
決定的なパラメータ：まず、波長とビーム品質を決定します。波長は、アプリケーションの必須要件（材料の吸収特性、安全基準、原子共鳴線）によって決定され、通常は妥協の余地はありません。ビーム品質は、アプリケーションの基本的な実現可能性を直接左右します。例えば、精密加工では、M²が過度に高いレーザーは使用できません。
性能パラメータ：次に、出力電力と線幅／偏光特性に注意を払います。出力は、アプリケーションのエネルギー閾値または効率要件を満たす必要があります。線幅と偏光特性は、アプリケーションの具体的な技術ルート（干渉や周波数逓倍の有無など）に基づいて決定されます。実用的なパラメータ：最後に、安定性（長期出力安定性など）、信頼性（無故障動作時間）、体積消費電力、インターフェース互換性、コストを考慮します。これらのパラメータは、実際の動作環境におけるレーザーの統合難易度と総所有コストに影響を与えます。

3. シングルモードとマルチモードの選択と判断
この記事はシングルモードに焦点を当てていますがファイバーレーザー実際の選定においては、シングルモードの選択の必要性を明確に理解することが重要です。アプリケーションの核心要件が、最高の加工精度、最小の熱影響部、究極の集光能力、または最長の伝送距離である場合、シングルモードファイバーレーザーは唯一の正しい選択です。逆に、厚板溶接、大面積表面処理、または短距離の高出力伝送が主な用途で、絶対的な精度要件が高くない場合は、マルチモードファイバーレーザーは総出力が高くコストが低いため、より経済的で実用的な選択肢となる可能性があります。