——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(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)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）島津公司完成了世界的高功率/高亮度藍色半導體激光器的產(chǎn)品化。

在NEDO項目中，島津公司與大阪大學共同開發(fā)了藍色半導體激光器技術，本產(chǎn)品就是該技術成功實用化的產(chǎn)物，實現(xiàn)了100W、1.3×10⁶W/cm²的高功率、高亮度。有望被用作傳統(tǒng)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(fā)的產(chǎn)品將加入到本公司研發(fā)的藍色半導體激光器“BLUE IMPACT”系列產(chǎn)品陣容，從今年1月30日起開始發(fā)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(tǒng)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(xiàn)高功率和高亮度仍是zui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(yè)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(fā)。2017年10月24日，開發(fā)出世界*^※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(xiàn)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(chǎn)品化（圖1）。本產(chǎn)品同比傳統(tǒng)藍色半導體激光器產(chǎn)品的輸出功率和亮度提升5倍^※4，有望被用作傳統(tǒng)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(fā)的產(chǎn)品加入到本公司研發(fā)的藍色半導體激光器“BLUE IMPACT”系列產(chǎn)品陣容，從今年1月30日起開始發(fā)售，作為金屬加工用激光加工機的光源將取得進一步發(fā)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(xiàn)產(chǎn)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(xiàn)產(chǎn)品化的高功率/高亮度藍色半導體激光器特征

【1】實現(xiàn)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zui高等級的高功率（100W）和高亮度（1.3×10⁶W/cm²）。通常，*熔化金屬表面至少需要1.0×10⁶W/cm²的亮度，本激光器產(chǎn)生的亮度超過該數(shù)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(chǎn)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(fā)出的光收集并傳送到一條光纖上，可以靈活地環(huán)繞100W的藍色半導體激光器。另外，采用*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(zhí)行連續(xù)輸出到zui高達10kHz的變頻驅動。以zui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(qū)域進行高品質且率的加工，從而有助于進一步縮短加工時間，并降低功耗。

【術語解說】