製造業の競争力強化に欠かせないファイバーレーザー。「CO2レーザーとの違いは？」「導入効果は？」「最適な機種は？」といった疑問をお持ちではないでしょうか。

本記事では、ファイバーレーザーの基本原理から最新の応用技術まで、研究・製造現場での活用に必要な知見を体系的に解説します。特に、波長特性・ビーム品質・パルス制御性など、各用途における要求仕様に対してどのように最適化できるかを、導入事例とともに詳述。さらに、セブンシックス独自開発の超短パルスファイバーレーザー『iQoM』をはじめとした、多様な研究・応用分野に対応する機種選定ガイドも掲載しています。博士号取得エンジニアによる技術サポート体制のもと、課題に即した導入検討を支援いたします。

1. ファイバーレーザーとは？基礎から応用まで完全解説

1-1. レーザーとは何か

レーザー（LASER）は “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” の略称で、「誘導放出による光の増幅」を意味します。通常の光と異なり、レーザー光は以下の3つの特性により、産業応用において圧倒的な優位性を持ちます。

• 指向性：拡散角0.001度以下の直進性により、数km先でも数cmの精度で照射可能
• 単色性：波長幅0.1nm以下の純粋な光により、材料の吸収特性に最適化可能
• 高輝度：10¹²W/cm²以上のエネルギー密度により、金属の瞬間溶融・蒸発が可能

1-2. ファイバーレーザーの定義と仕組み

ファイバーレーザーは、光ファイバー自体を増幅媒体とする固体レーザーの一種です。従来の気体レーザー（CO2レーザー）や固体レーザー（YAGレーザー）と異なり、レーザー媒質・共振器・導光路のすべてが光ファイバーで構成されているため、「オールファイバー構造」と呼ばれます。

動作原理は、ファイバーコアに添加された希土類イオン（主にイッテルビウム：Yb³⁺、波長1030-1080nm帯）が、半導体レーザー（LD）からの励起光（波長915nmまたは976nm）により励起され、誘導放出によってレーザー発振する仕組みです。

1-3. 増幅用ファイバーの構造（ダブルクラッドファイバー）

ファイバーレーザーの心臓部であるダブルクラッドファイバーは、同心円状の3層構造により高効率・高出力を実現します。この構造は、通信用ファイバーの技術を発展させたもので、日本の光ファイバー技術が世界をリードする分野です。

• コア（直径10-50μm）
  Yb³⁺イオンを0.1-1mol%濃度で均一添加。レーザー光が伝搬する領域
• 第1クラッド（直径125-400μm）
  励起光を伝搬させ、コアとの相互作用長を最大20m以上確保
• 第2クラッド
  低屈折率ポリマーにより、励起光を完全に閉じ込め（開口数NA=0.46）

実用的メリット：この独自構造により、1本のファイバーで数kWの出力を実現。さらに、ファイバーの曲げ半径を10cm程度まで小さくできるため、装置の小型化に大きく貢献。実際の製造現場では、従来のCO2レーザー装置（6m×4m）をファイバーレーザー（2m×1m）に置き換えることで、生産ラインの大幅な省スペース化を実現した事例が多数報告されています。

2. ファイバーレーザーと他レーザーの徹底比較

ファイバーレーザーの優位性を、実際の導入事例とコスト分析を交えて解説します。特に、CO2レーザーからの置き換えを検討されている企業様にとって、以下のデータは重要な投資判断材料となります。

2-1. 性能・コスト比較表

比較項目	ファイバーレーザー	CO2レーザー	YAGレーザー
波長	1070nm	10600nm	1064nm
金属吸収率（鉄）	35%	10%	30%
金属吸収率（アルミ）	5%	1.5%	4%
ビーム品質（M²）	<1.1	1.2-2.0	20-50
初期投資（5kW）	3,000万円	2,500万円	4,000万円
年間電気代	300万円	900万円	1,200万円
年間保守費	50万円	200万円	300万円
5年間総コスト	4,750万円	8,000万円	11,500万円

情報源：

波長／吸収率／ビーム品質：
　┗ IPG Photonics「Fiber Laser vs CO₂ Laser – Technology Comparison」
　　https://www.ipgphotonics.com/en/resources/fiber-vs-co2-lasers
　┗ Hamamatsu Photonics「Laser Application Handbook」
　　https://www.hamamatsu.com/jp/en/resources/laser-handbook.html

コスト関連（初期投資・電気代・保守費・5年総コスト）：
　┗ TRUMPF Japan「レーザー導入にかかるトータルコスト比較（資料）」
　　https://www.trumpf.com/ja_JP/products/machines-systems/laser-cutting-machines/
　┗ 三菱電機「レーザー加工機導入事例と省エネ効果試算資料」

2-2. 材料別加工性能の違い

ファイバーレーザーは波長1.07μmの近赤外光を用いており、これは金属、特にアルミや銅などの高反射材料に対して従来のCO₂レーザー（10.6μm）よりも高い吸収率を示します。吸収率が高いほど、金属表面に照射されたレーザー光が効率的に熱エネルギーに変換され、溶融や蒸発が起きやすくなるため、結果として高速かつ高品質な加工が可能になります。これにより、従来加工が困難だった高反射材料にも対応しやすくなっています。

材料	厚さ	ファイバーレーザー 切断速度	CO2レーザー 切断速度	⚡ 速度向上率
軟鋼（SS400）	12mm	3.0m/分	1.5m/分	200%
ステンレス（SUS304）	6mm	5.0m/分	2.0m/分	250%
アルミニウム（A5052）	3mm	15.0m/分	加工困難	∞
銅（C1100）	2mm	8.0m/分	加工不可	新規対応
真鍮	3mm	10.0m/分	3.0m/分	333%

3. ファイバーレーザーの構成要素と発振器の仕組み

ファイバーレーザーシステムは、光通信技術をベースに発展した精密な光学システムです。各構成要素の役割と最新技術を理解することで、最適な機種選定が可能になります。

3-1. 基本構成と各部の役割

共振器部（レーザー発振部）
高反射FBG（反射率99.9%）と出力結合FBG（反射率10–50%）で共振器を構成
Ybドープファイバー長15–30 mで最適化（量子効率95%以上）
SRS（誘導ラマン散乱）抑制技術により10 kW以上の高出力化を実現
情報源：

• Optica論文「High-power Yb-doped fiber laser with FBG cavity」opg.optica.org
• ResearchGate「T-DCF amplifier for high peak power applications」researchgate.net

ビームデリバリ部
プロセスファイバー：コア径50–600 μm、長さ最大200 m
QBHコネクタ：現場交換可能、接続損失0.1 dB以下
ビーム品質保持技術により長距離伝送後もM² < 1.5 を維持
情報源：

• ResearchGate「High power T-DCF laser performance and beam quality」researchgate.net
• Thorlabs技術資料「Fiber connectors and beam delivery」thorlabs.com（※QBH仕様参照）

3-2. 高出力化技術：ビームコンバイニング

単一ファイバーレーザーの出力限界（約10kW）を超えるため、複数のレーザーを結合する技術が実用化されています。

4. ファイバーレーザーの種類と最適な選び方

以下、発振方式別の特徴と選定指針をご紹介します。

4-1. CW（連続波）ファイバーレーザー

CWファイバーレーザーは一定出力を連続的に照射し、厚板切断や深溶け込み溶接に最適です。最新の技術革新により、単一モジュールで20kW、複合システムで100kW以上の出力が実現可能になりました。

4-2. パルスファイバーレーザー（ナノ秒～マイクロ秒）

パルスレーザーは、高ピークパワー（平均出力の1000-10000倍）により、熱影響を最小化しながら精密加工を実現します。マーキング、微細穴あけ、薄膜除去など、品質要求の高い加工に最適です。

■パルスレーザー選定のポイント
パルス幅：材料の熱拡散時間より短く設定（金属：ナノ秒、樹脂：ピコ秒）
繰り返し周波数：加工速度と品質のバランスで決定（20kHz-1MHz）
ピークパワー：加工閾値の10倍以上を確保

用途	推奨パルス幅	推奨出力	加工品質
金属マーキング	20-200ns	20-50W	深さ精度±5μm
樹脂切断	10-50ps	10-30W	熱影響層<1μm
ガラス加工	200fs-10ps	5-20W	クラックフリー

4-3. 超短パルスファイバーレーザー（ピコ秒・フェムト秒）

超短パルスレーザーは、パルス幅が材料の熱拡散時間（約1ナノ秒）より短いため、「非熱加工」を実現します。医療機器、半導体、ディスプレイなど、熱ダメージが許されない高付加価値製品の加工に不可欠です。

5. 革新的超短パルスファイバーレーザー『iQoM』の技術優位性

セブンシックスが独自開発した『iQoM』は、超短パルスレーザー市場における3つの根本課題を解決し、産業応用の新たな可能性を開きます。

5-1. 従来技術の課題とiQoMの革新的解決策

従来技術の課題	具体的な問題	iQoMの解決策	ユーザーメリット
SESAM劣化	年2-3回の交換必要 交換費用200万円/回	SESAMフリー設計 人工可飽和吸収機構	メンテナンスフリー 年間600万円のコスト削減
発振不安定	起動成功率60-80% 生産ライン停止リスク	2波長フィルタ制御 （特許出願中）	起動成功率100% 生産性30%向上
高価格	導入費1500万円以上 投資対効果 5年以上	汎用部品使用 シンプル構成	導入費50%削減 投資対効果 2年以内
大型・複雑	設置面積4m² 専門技術者必要	完全ファイバー化 200×150×46mm	既存装置に後付け可能 操作教育不要

5-2. iQoMの技術仕様と応用分野

基本仕様

• 中心波長：1040nm / 1064nm（用途別に選択）
• パルス幅：2-15ps（圧縮器使用で<500fs）
• 繰り返し周波数：20MHz±3MHz
• 平均出力：80mW以上（プリアンプで>10W）
• ビーム品質：M²<1.2（ガウシアンビーム）
• 偏光：直線偏光（消光比>20dB）

大学・研究機関との共同開発により実証された技術を、産業応用に最適化。博士号取得エンジニアが、お客様の用途に最適なカスタマイズをご提案します。

6. ファイバーレーザーの主要用途と導入成功事例

6-1. 金属加工分野（切断・溶接・穴あけ）

ファイバーレーザーは金属加工の生産性と品質を劇的に向上させ、製造業のDXを推進する基幹技術となっています。特に、従来加工が困難だった高反射材料や複合材料の加工において、圧倒的な優位性を発揮します。

6-2. マーキング・微細加工分野

トレーサビリティ要求の高まりとともに、レーザーマーキングの需要が急拡大。ファイバーレーザーは、高速・高品質・メンテナンスフリーの特性により、生産ラインの要となっています。

🏢 業界	用途	要求仕様	ファイバーレーザーの効果
医療機器	UDIマーキング	0.1mm文字、腐食耐性	FDA規格適合、読取率100%
電子部品	2次元コード	5×5mm、高速処理	0.1秒/個、誤読率0.001%以下
自動車	VINナンバー	深彫り0.3mm以上	30秒/台、10年保証
工具	ロゴ・型番	硬度HRC60以上対応	超硬工具にも鮮明刻印

6-3. 新産業分野での応用拡大

7. ファイバーレーザー導入ガイド：失敗しない選定方法

7-1. 導入前チェックリスト

ファイバーレーザー導入を成功させるため、以下の項目を事前に確認することが重要です。

確認項目	詳細	判断基準
加工材料	材質、厚さ、表面状態	反射率、熱伝導率から最適波長を選定
生産量	月間生産数、稼働時間	必要出力とランニングコストを算出
品質要求	寸法精度、表面粗さ、熱影響	CW/パルスの選択、ビーム品質を決定
設置環境	スペース、電源、空調	空冷/水冷、単相/三相を選択
予算	初期投資、ランニングコスト	TCO（総所有コスト）で比較検討
将来計画	生産拡大、新材料対応	拡張性、アップグレード可否を確認

7-2. メーカー選定のポイント

【今すぐ行動】無料相談・資料請求のご案内

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電話：03-6721-1077（平日9:00-18:00）
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