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技術資料Application Note

技術資料

中赤外線分光計: 赤外線吸収「指紋」検出

2023 年 2 月 15 日

前書き

レーザビーム成形は、レーザ材料加工アプリケーションを最適化するための潜在的な技術であり、特に 3D 積層造形 (AM) の表面品質とスループット、深さ制御、および機械加工のエッジプロファイル制御の改善に役立ちます。
空間プロファイルを操作するための市販のビーム成形機がいくつかあります。システム インテグレーターやエンド ユーザーにとっては、特に機械加工アプリケーションで、レーザ エネルギーを再分配してビーム利用効率を向上させるモジュールとして機能します。ただし、特性評価ツールと定量化パラメーターがないため、ビーム品質管理は主に推定によって行われます。さらに、積層造形や高解像度イメージングなどの他のいくつかの製造アプリケーションでは、カスタマイズされたビーム成形が必要です。体系的なビーム設計アプローチは、レーザ材料加工アプリケーションに不可欠です。

動作原理

ビーム シェイパーの全体的な設計コンセプトは、屈折と回折の 2 つのカテゴリに分類されます。ビーム シェイパーの「一般的な」用途の 1 つは、図 1 に示すように、エネルギーをガウス分布からトップハット分布に再分配することです。

　図 1. トップハット ビーム シェイパー


ビーム シェイパーは通常、カスタマイズ可能な光学デバイスです。以下にカスタマイズ仕様を示します。


均一強度プロファイル +/- 5 %
最大パワー カスタマイズ
透過効率 > 90 %
X-Y 変位に対する感度 入力ビームの 5 %
回転無依存（回転に影響されない） 円形出力ビーム
作動距離に対する感度 スポット サイズの ＜ 50 %

　表 1. トップハット ビーム シェイパーの主な仕様


用途
(a) トップハット レーザ用回折ビーム シェイパー @1940nm

中赤外波長領域では、1940nm ファイバー レーザは透明ポリマー処理において独自の利点を発揮します。気泡を避けるために均一なエネルギー分布が必要な場合は、図 2 に示すようにトップハット ビーム シェイパーが設計されます。専用のソフトウェア設計は、科学技術研究庁 (A*STAR) との協力により開発されました。


　　図2. 回折ビームシェイパー


　　図3. 設計ソフトウェアの出力


(b) 193nm のラインレーザ用屈折ビームシェイパー

中赤外波長領域では、1940nm ファイバー レーザは透明ポリマー処理において独自の利点を発揮します。気泡を避けるために均一なエネルギー分布が必要な場合は、図 2 に示すようにトップハット ビーム シェイパーが設計されます。専用のソフトウェア設計は、科学技術研究庁 (A*STAR) との協力により開発されました。


　　図4. 193nmにおける高アスペクト比ラインビームの設計