島津完成領先世界的高功率/高亮度藍色半導體激光器的產品化——有望用于金和銅等金屬的加工光源
島津完成領先世界的高功率/高亮度藍色半導體激光器的產品化
——有望用于金和銅等金屬的加工光源
國立研究法人新能源和產業技術綜合開發機構
株式會社島津制作所
國立大學法人大阪大學
圖1高功率/高亮度藍色半導體激光器
基于NEDO項目的成果，（株）島津公司完成了領先世界的高功率/高亮度藍色半導體激光器的產品化。
在NEDO項目中，島津公司與大阪大學共同開發了藍色半導體激光器技術，本產品就是該技術成功實用化的產物，實現了100W、1.3×106W/cm2的高功率、高亮度。有望被用作傳統藍色半導體激光器無法完成的金和銅等熱傳導焊接、激光打標、3D打印機的堆疊式光源，有利于縮短加工時間，并降低功耗。
此次開發的產品將加入到本公司研發的藍色半導體激光器“BLUE IMPACT”系列產品陣容，從今年1月30日起開始發售。
1.概要
藍色半導體激光器※1對金屬有很高的吸收率，適合加工傳統紅外半導體激光器難以加工的金和銅等金屬，有望用作下一代金屬加工用激光加工機的光源。然而，目前藍色半導體激光器作為投影儀、照明、頭戴式顯示器等各式設備光源的用途正在不斷擴大，但如何實現高功率和高亮度仍是最大課題，尚未真正應用于金屬加工。
因此，在NEDO項目※2中，島津公司和國立大學法人大阪大學與日亞化學工業株式會社展開合作，為了使高功率/高亮度的藍色半導體激光器成為金屬加工用激光加工機的光源，而不斷進行研究開發。2017年10月24日，開發出世界首臺※3通過藍色激光器的高亮度堆疊純銅的3D打印機。
基于此次研究成果，島津公司實現了輸出功率達100W、亮度達1.3×106W/cm2（光點直徑100μm）的藍色半導體激光器產品化（圖1）。本產品同比傳統藍色半導體激光器產品的輸出功率和亮度提升5倍※4，有望被用作傳統藍色半導體激光器無法完成的金和銅等熱傳導焊接、激光打標、3D打印機的堆疊式光源等（圖2）。（株）島津制作所將此次開發的產品加入到本公司研發的藍色半導體激光器“BLUE IMPACT”系列產品陣容，從今年1月30日起開始發售，作為金屬加工用激光加工機的光源將取得進一步發展。
另外，（株）島津公司和大阪大學于2018年1月30日至2月1日在美國舊金山舉辦“Photonics West 2018”，并展出此次成功實現產品化的高功率/高功率藍色半導體激光器。
圖2 通過高功率/高亮度藍色半導體打印機進行3D打印的純銅樣品（左）和原始3D模型（右）
照片左側樣品的下半部分埋在銅粉中
2.此次實現產品化的高功率/高亮度藍色半導體激光器特征
【1】實現領先世界的輸出功率和亮度
通過合成許多激光器元件的光線并將其集中在纖芯直徑為100μm的細纖維上，獲得了世界最高等級的高功率（100W）和高亮度（1.3×106W/cm2）。通常，完全熔化金屬表面至少需要1.0×106W/cm2的亮度，本激光器產生的亮度超過該數值，從而使通過藍色半導體激光器進行真正的金屬激光加工成為可能。本產品有望被用作熱傳導焊接（照射激光對表面進行熔融）、激光打標、3D打印機的堆疊式光源。
【2】作為光源的高應用可能性
將多個波長450nm的藍色半導體激光元件發出的光收集并傳送到一條光纖上，可以靈活地環繞100W的藍色半導體激光器。另外，采用獨有精密焊接方法進行焊接的結構，光源尺寸為H88mm×W430mm×D420mm（光纖除外）、結構緊湊，容易組裝到其他設備。激光器的輸出功率可以通過個人計算機進行控制，可以執行連續輸出到最高達10kHz的變頻驅動。以最少的輸入熱量加工金屬，降低加工部周圍的影響，預期可以在較小的熱變性區域進行高品質且高效率的加工，從而有助于進一步縮短加工時間，并降低功耗。
【術語解說】
※1藍色半導體激光器
發射波長400nm～460nm藍色光的半導體激光。
※2NEDO項目
高亮度和高功率下一代激光器技術開發/下一代激光器和加工共同基礎技術開發/激光加工平臺的建設/高亮度藍色半導體激光器和加工技術的開發（2016年度～2020年度（計劃））
※3世界首臺
2017年10月24日NEDO新聞發布“開發出世界首臺通過藍色半導體激光器的高亮度堆疊純銅的3D打印機”當時資訊。http://www.nedo..jp/news/press/AA5_100864.html
※4同比傳統藍色半導體激光器產品輸出功率和亮度提升5倍
與（株）島津制作所的藍色半導體激光器“BLUE IMPACT”20W模型的對比。
