気体レーザ

気体レーザの特長は、
レーザ媒体となるガスが固体レーザなどと比べ均質で損失が少ないため、
共振器構造を大きく取るでレーザ出力を大きくしやすいという利点がある。

赤外線レーザの代表格:CO2レーザ

CO2レーザは、放電によって励起されたCO2分子により放出された光がレーザ光として発振する。
レーザ光としての波長は10.6μmと9.4μmがあるが、一般的には9.4μmの発振が弱いため
10.6μmを発振光としている。

【 CO2レーザの特長 】

CO2レーザ発振器の特長は、発振効率が高く、大出力のCW(連続)発振が可能である。
CO2レーザの波長(10.6μm)は、固体材料の吸収において金属だけでなく、
樹脂系などの非金属に対しても優れているため、幅広く加工用途に使用されている。

【 CO2レーザの光学系 】

CO2レーザ発振器の光学系には、伝送系としてYAGレーザのようにファイバー伝送が
できないため反射ミラーが多用される。
ミラーが多用される光学系では、1枚のミラーが光軸ズレを起こすとすべての光軸を合わせる
必要が出てくるためメンテナンス時間を要するのが難点といえる。

また、レンズなどの透過材料には一般の光学ガラスが波長10.6μmに対し不透過であるため、
透過率の高いZnS(ジンクセレン)やGe(ゲルマニウム)など高価な光学材料を使用する。

紫外線の大出力レーザ:エキシマレーザ

エキシマレーザのエキシマとは、ハロゲンガスと希ガスが放電により励起され
結びついた状態を略してエキシマと呼んでいる。

エキシマレーザは、レーザ媒体をパルス放電により励起することで
比較的ピークの高いパルス発振を行う。
使用するハロゲンガスと希ガスの組み合わせで波長が変わり、同じ紫外線でも、
材料及び用途によって波長を選択することができる。

【 エキシマレーザの特長 】

エキシマレーザから発振される光は、他のレーザと異なり誘導放出においてほとんど
共振器内を往復せずに発振する。そのため、可干渉性が低い。

また、平均出力が高く出力されたビームの形状が、
長方形型(ビームプロファイルは、長手方向に均一強度、短手方向に正規分布をしている)
をしており縦方向と横方向で拡がり角が異なる。
そのため、ビームを絞ることができないため、面加工という方法がとられている。

【 エキシマレーザの光学系 】

一般的にエキシマレーザの光学系は、加工したい形状のマスクを使用し、
そのマスクの像を材料に縮小投影し加工するというものである。

ある面積内であれば加工形状や数にかかわらず一括同時加工を行うことが利点であり、
同じパターンを繰返し加工する場合に適している。

【 アプリケーション 】

エキシマレーザは、ランニングコストに課題があるため、エキシマレーザの強みが
活きた加工用途に適している。

短波長のエキシマレーザが最も得意とするのがポリイミドなどの高分子材料に対する
アブレーション加工である。
波長が短く高分子材料の炭素結合を乖離するだけの光子エネルギーを持つため、
エキシマレーザの光を吸収した照射された材料表面部で炭素結合が切れることにより
きれいな除去加工を行うことができる。

【波長とアプリケーション】

  • XeCL(308nm) :TFTアニーリングなど
  • KrF(248nm)  :インクジェットプリンターのノズルの穴あけ加工、半導体リソグラフィなど
  • ArF(193nm)  :ガラスのマーキング、眼科医療(レーシック)など
  • F2(152nm)    :フッ素樹脂の加工など

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