【sevensixTV】に第99弾の動画を更新しました。

00:18　パルスエネルギーの計算方法
01:06　パルスエネルギーに対する使用用途
02:24　iQoMのパルスエネルギーと活用方法
03:36　開発中の新製品について

超短パルスレーザーのパルスエネルギーについて考え方と使用用途についてご紹介します。
また、『iQoM』の活用方法についても説明致します。

▶　iQoM 特設ページ https://iqom.sevensix.tech/
▶　製品・デモ機に関するお問合せはこちら
▶　振動安定性についての動画 超短パルスレーザー『iQoM』動作中に思いっきり振ってみた│Vol.73
▶　関連動画 『iQoM』の実測データ公開│Vol.58

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00:18　パルスエネルギーの計算方法

最初に、パルスエネルギーについて説明します。パルスエネルギーは、超短パルスレーザーを決める上で一つの重要なパラメーターになります。計算式は至ってシンプルで、パルスレーザーの「平均光出力」を「繰り返し周波数」で割ることによって、1パルスあたりのパルスエネルギーを求めることができます。

【パルスエネルギーの計算式】

例として、出力1W、周波数1Hzのレーザーがあった場合、パルスエネルギーは1J/pulse（1ジュール・パー・パルス）になります。

さらに、フェムト秒レーザーの場合、パルス幅がフェムト秒であるため、光のエネルギーはフェムト秒という極めて短い時間に凝縮されています。このため、フェムト秒レーザーは瞬間的にとても高いピークパワーを持ちます。この高いエネルギーは、微細加工から顕微鏡用途まで幅広く用いられています。

01:06　パルスエネルギーに対する使用用途

更に詳しくパルスエネルギーについて見ていきます。
このグラフは、波長1030nm帯のフェムト秒レーザーにおいて、各パルスエネルギーに対する使用用途を示しています。現在一般的に販売されているイッテルビウム（Yb）系のフェムト秒レーザーのエネルギーに合わせて、1nJ/pulseから1mJ/pulseまで縦軸を設定しています。

高エネルギー領域（1μJ ～ 1mJ）

パルスエネルギーが1mJ/pulseに近い領域では、金属加工やガラス加工、半導体ウェハーの加工などに多く用いられています。また、1μJ/pulseに近い領域では、薄膜加工や樹脂加工などに広く用いられています。

※補足として、物質ごとに加工に必要なパルスエネルギー（加工閾値）は異なります。これは物質の反射率、吸収率、表面状態に大きく依存します。

低エネルギー領域（1nJ ～ 1μJ）

1μJ/pulseより低いエネルギー帯では、主に顕微鏡用途に使用されます。具体的には、多光子顕微鏡、光計測、TPA（二光子吸収）光重合による3D加工などが挙げられます。生体試料にダメージを与えずに深部を観察する手法として、フェムト秒レーザーは非常に有用です。

また、1nJ/pulse以下の極めて低い領域では、主に増幅器のシード光源として用いられています。

02:24　iQoMのパルスエネルギーと活用方法

続いて、弊社製品である超短パルスレーザー『iQoM（アコム）』のパルスエネルギーを導出します。

iQoMの「1040nmアンプモデル」を例に取ると、平均光出力が80mW、繰り返し周波数が20MHzのため、パルスエネルギーは4nJ/pulseになります。これを先ほどの用途図に当てはめると、iQoMは「シード光源」や「一部の光重合加工」ができる領域に位置します。

これを先ほどの図に当てはめると、次のようになります。

iQoMは光ファイバーで構成された「全ファイバー型共振器」です。この方式の利点は、増幅用の光ファイバーを追加することで、容易にパワーを増幅できる点にあります。

• カスタマイズ性: 実現したいパルスエネルギーがある場合、各種ファイバモジュールを組み合わせることで自由なカスタマイズが可能です。
• 安定性: 共振器自体のパワー変動率が非常に小さいため、増幅後の出力も安定します。
• 追加機能: AOM（光音響素子）によるパルス制御、パワー分岐、波長変換など、ファイバー同士をつなぎ合わせるだけで容易に機能を拡張できます。

03:36　開発中の新製品について

新しいiQoMは、主に多光子顕微鏡、光計測、光重合加工をターゲットに開発しています。

【目標スペック】

• パルスエネルギー: 0.2μJ/pulse
• 平均光出力: 4W
• 繰り返し周波数: 20MHz
• 筐体: 1ボックス（オールインワン）構造

この高出力モデルにより、さらに幅広いアプリケーションへの対応が可能になります。
ご興味がありましたら、ぜひお気軽にお問い合わせください。

製品紹介