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加工技術を支える開発

光学エンジン開発

レーザー加工には加工物の状態・物性によって、波長、パルス幅、繰返し周波数、偏光状態、集光スポット、焦点位置など多くの条件が関係します。
レーザー発振器に依存する条件と発信されたレーザー光の加工による条件があります。レーザー光の加工を左右するユニットが光学エンジンです。

光学設計とは

レーザーから出た光を加工物まで届けると同時に、加工に適したビーム形状に変換するのが光学エンジンの役割です。光学設計はこの実現の為に、シミュレーションによって種々の光学素子の形状、材料、配置などを決める作業を指します。

 

偏光加工

偏光は、光の波としての振動方向を指します。多くのレーザーの出力光は、波の振動が一平面内だけにある直線偏光になっています。
この場合、図のように加工物への入射角と偏光方向に依存して、加工速度に差が生じてしまいます。
これを避ける為に、偏光制御用の光学素子を用いて波の振動面を時間的に回転させたり、振動方向をビームの断面内でも場所により変えるなどの工夫をしています。
また、偏光を利用してビームを分割することも出来ます。図はウォラストンプリズムを用いて1本のビームを2本に分ける例で、レンズで集光させることで2つの場所を同時に加工可能としたものです。

 

特殊ビーム(ベッセル/トップハット)

レーザー加工で使うビームに対する要求は千差万別です。
下に例として挙げたベッセルビームは、ビームの進行方向の広い範囲でビーム形状が変わらず、厚い加工物でも一度に加工可能です。
また、例のトップハット集光ビームは、強度のピークの部分を均すことでダメージを抑えた加工の実現に寄与します。