新製品紹介
加工用空冷 300 W、水冷 500 Wシングルモードファイバレーザと2 kW マルチモードファイバレーザ
Fiber lasers with air cool 300 W, water cool 500 W single modeand 2 kW multi mode for material processing

1.

はじめに

表1

ファイバレーザは高いビーム品質と時間安定性，高信頼性，シングルモードファイバレーザの主な仕様
Key specifications of single-mode fiber laser.

項目

仕様

高効率性などのレーザとしての理想的な性能を持ち，更に加工中心波長1084 ± 5 nm

点までの直接のファイバデリバリーが可能です。それらのすばビーム品質（M2）<1.1

らしい特長により，ファイバレーザの市場規模は年々拡大して変調速度～ 50 kHzいます。特に 1 kW を超える高出力ファイバレーザについては，ガイド光660 nm

備考

赤色

既存の炭酸ガスレーザや固体レーザが主に使われてきた金属材料加工の分野で，急速に普及が進んでいます。

図 2 は水冷 500 W のファイバレーザです。集光時のビーム強当社はファイバレーザの国内パイオニア企業として，特殊度は 1 × 10 8 W/cm2 を超えるため，既存のレーザでは不可能

ファイバ技術，光部品技術，励起用半導体レーザ技術，ファイだった銅，アルミ，セラミックスなどの高反射材料に対して高バ接続技術及びこれらを使ったファイバ増幅器，ファイバレー

い加工性能を実現しています。図 3 は C1100 タフピッチ銅へのザの研究開発に早くから取り組み，量産製造を行ってきました。

溶け込み評価加工痕断面、図 4 はアルミナのフルカット切断時の切断断面です。

2.

シングルモードファイバレーザ

回折限界の集光特性を実現するシングルモードファイバレー
ザは 300 W 出力の空冷タイプと，500 W 出力の水冷タイプの 2種類を製品化しています。
図 1 は空冷 300 W 出力のシングルモードファイバレーザの外観で，出力ファイバのモードフィールド径は約 12 µm で 20 m以上のデリバリーも可能です。シングルモードファイバレーザの主な仕様を表１に示します。

図1空冷 300 W ファイバレーザ ( 上段；電源，下段；光学部 )Air-cool-type fiber laser with 300 W output.
(Upper: power supply, Lower: optical section)

図2

水冷 500 W ファイバレーザ
Water-cool-type fiber laser with 500 W output.

図3

タフピッチ銅への溶け込み（焦点距離 f =100 mm)
Penetration into tough pitch copper.
(Focusing length f = 100 mm)
古河電工時報第 131 号（平成 25 年 2 月） 67

新製品紹介加工用空冷 30 0 W、水冷 50 0 W シングルモードファイバレーザと 2 kW マルチモードファイバレーザ

200 µm

図4

アルミナの切断加工例 ( t =500 µm）
Example for the cut processing on alumina.
( t = 500 µm)

3.

レーザコンバイナによる kW 多重化

ファイバレーザ発振器の励起光をクラッドに導入するために

図62 kW 出力のファイバレーザ
Fiber laser with 2 kW output.

図 7 は励起半導体レーザにおける駆動電流とレーザ出力特性との関係で，2 kW 出力時のダイオードへの投入電力に対する光出力の変換効率は 27.3 % と良好でした。

ンバイナは光ファイバを溶融テーパー技術を拡張して実現した
7 本のシングルモード入力を，コア径 50 µm，NA=0.22 のマル
チモードファイバに 95% 以上の高効率で結合を実現しています。

2500

30%

2000

25%
20%

1500

15%
1000

10%

500

50 μm NA=0.22

12 μm NA=0.08output power (W)ビーム結合器で，図 5 に示すようにコア径 12 µm，NA=0.08 の5%00%0

図7SM fiber laser
SM fiber laser
SM fiber laserefficiency (%)

使われている TFB（Taper Fiber Bundle）と同様に，レーザコ

2468
pump drive current (A)10122 kW ファイバレーザ出力特性
Output characteristics of 2 kW fiber laser.

Laser combiner

SM fiber laser

図 8 に示すとおりこのレーザの M2 は 4.66 で，レーザの発振
図5

波長は 1084 nm なので，BPP（Beam Parameter Products）にレーザコンバイナと kW ファイバレーザの構成
Configuration of a laser combiner and a kW fiber laser.

換算すると 1.609 mm・mrad となっています。

製品化した 2 kW ファイバレーザにおいては，出力 500 W 級のシングルモードファイバレーザ 4 台をこのレーザコンバイナに結合させ，コア径 50 µm による出力 2 kW を実現しています。
またデリバリーファイバ長は 20 m 以上を確保しています。
表 2 は kW ファイバレーザの主な仕様で，図 6 は 2 kW 出力のファイバレーザの外観です。

表2kW ファイバレーザの主な仕様
Key specifications of kW fiber laser.

項目

仕様

BPP

<2.2 mm･mrad

変調速度～ 50 kHz

備考

ガイド光660 nm

赤色

形状

1000（W）× 520（D）× 850（H）mm

光学部

図8

2 kW ファイバレーザのビーム品質
Beam quality of 2 kW fiber laser.

kW 出力のファイバレーザはマルチモード出力となり集光ビームのパワー密度としては前述のシングルモードファイバ
古河電工時報第 131 号（平成 25 年 2 月） 68

新製品紹介加工用空冷 30 0 W、水冷 50 0 W シングルモードファイバレーザと 2 kW マルチモードファイバレーザ

レーザよりも落ちますが，一方で出力が大きくなったため，高反射材料への加工特性はさらに向上しています 1）。
図 9 はステンレス（SUS304）、アルミニウム（A5052）、タフピッチ銅（C1100）に対して焦点距離 f=200 mm の集光レンズで照射した際の溶け込み特性です。
当社は現在この kW ファイバレーザを板金切断，溶接加工等の金属加工用途に販売を開始しております。

Penetration Depth [μm]6000
SUS304
A5052
C1100

5000
4000
3000
2000
1000
00204060

80

100120

Welding speed [m/min]

図9各種金属に対する溶け込み特性（焦点距離 f =200 mm）
Penetration characteristics into various metals.
(Focusing length f = 200 mm)

参考文献
1） レーザ加工学会誌 vol.19, No.1, P.7（2012）＜製品お問い合わせ先＞
情報通信カンパニー
TEL：03-3286-3768

企画管理部
FAX：03-3286-3708

メールアドレス：Fiberlaser_bsgr@furukawa.co.jp

古河電工時報第 131 号（平成 25 年 2 月） 69