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情報通信から金属加工まで応用範囲の広い次世代半導体レーザー

浜松ホトニクス、世界初のワット級高出力フォトニック結晶レーザーを開発

2014年04月21日 19時27分更新

文● 行正和義

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フォトニック結晶の構造

 浜松ホトニクスは、次世代の半導体レーザー素子である「フォトニック結晶レーザー」で世界初のワット級連続動作可能な素子を実現したと発表した。

 半導体レーザーは光ファイバーや光ディスクなど多彩な用途に用いられているが、金属の溶接といったレーザー加工では高出力化なCO2(炭酸ガス)レーザーを用いるのが一般的だった。これは半導体レーザーでは、発光部分を大きくしようとしてもレーザーの波面が乱れるため、集光するのが難しいといった理由があるため。

フォトニック結晶レーザー素子の模式構造(上)と電子顕微鏡写真(下)

 フォトニック結晶は配列した結晶構造によって光を操作する構造体で、この技術をレーザー発光素子に作り込むことにより、光が微細な構造の内部で反射・回折を繰り返して定常波として出力されるもの。浜松ホトニクスでは京都大学と共同で研究を進め、有機金属気相成長法と呼ばれる結晶成長技術により、直角3角形の空隙を持つフォトニック結晶を埋め込んだレーザー発振素子を開発・製作した。

フォトニック結晶レーザー素子が発振したレーザーは集光レンズなど光学系なしでも高い収束性と出力を兼ね備える

 開発された素子は室温動作で1.5Wの連続発振ができ、ビーム広がり角が3°以内という優れたレーザー特性を持ち、集光レンズなしで紙を瞬時に燃焼させるほどの出力を持つ。

 浜松ホトニクスによると、金属加工などに用いられるレーザー製品分野において、国内メーカーはCO2レーザーでは優位なのに対して半導体レーザーでは海外勢が優位という。光学系なしで金属加工ができるほどの出力を持つフォトニック結晶レーザーは、国内レーザー製品の優位性を高めるとともに、情報通信分野などでも広く応用ができる革命的な技術として、さらなる高出力化や製品化としての開発研究を進めるという。

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