フェムト秒レーザーとピコ秒レーザーの違い

フェムト秒レーザーシステムおよびピコ秒レーザーシステムは、精密加工、医療処置、科学的研究で使用される超短パルスレーザー装置です。これらのパルス幅は数桁異なるため、光と物質間の相互作用メカニズムに大きな差が生じます。その結果、加工品質、熱影響制御、材料との適合性において異なる特性を示します。

1. パルス幅の比較

フェムト秒レーザーのパルス幅：10⁻¹⁵秒のオーダー

ピコ秒レーザーのパルス幅：10⁻¹²秒のオーダー

パルス幅が短いほど、材料内でのエネルギー付与時間が短くなり、著しい熱拡散を防ぐため、「冷処理」と呼ばれる特性を形成します。超短パルス範囲では、フェムト秒レーザーはより高いピーク出力密度を持ち、熱影響領域がより小さくなります。

2. 光と物質の相互作用メカニズム
2.1 ピコ秒レーザー

ピコ秒パルスは高ピーク出力の光電離を実現できる。複数光子吸収および非線形効果を通じて、材料は急速に溶融および蒸発する。加工中に一定の熱影響領域が依然として存在する。ピコ秒レーザーは金属、セラミックス、ガラスのマイクロ加工に適している。

2.2 フェムト秒レーザー

フェムト秒パルスはより高いピーク出力を提供し、極めて短い時間内に電子励起および結合切断を完了でき、非熱的アブレーション機構を形成する。溶融層はほとんど存在せず、付着物も最小限に抑えられるため、熱に敏感な材料や低損傷加工を必要とする高精度構造に適している。

3. 応用分野
3.1 ピコ秒レーザーの応用

金属のマイクロ彫刻

ガラスの穴開けおよび表面スクリービング

PCBへのマーキングおよびマイクロホール加工

スマートフォン筐体の表面テクスチャリングおよびソフトクリーニング

医療用皮膚科機器

ピコ秒レーザーは産業用生産環境で安定性を提供し、中～高精度の加工作業に適しています。

3.2 フェムト秒レーザーの応用

高精度光学ガラス内部彫刻および材料改質

半導体ウエハのダイシングおよび低損傷切断

眼科用角膜手術

ポリマーおよび脆性材料の低熱損傷加工

フェムト秒レーザーはハイエンド製造および科学的研究に適しており、より高い環境的安定性を必要とします。

4. プロセスの違い

ピコ秒加工：材料に微小な溶融およびわずかな再凝固層が生じるため、後処理が必要な場合が多く、中速度・中精度の作業に適しています。

フェムト秒加工：材料が直接イオン化され溶融や炭素化を伴わずに除去されるため、滑らかなエッジが得られ、高精度および超微細構造の製造に適しています。

5. 装置選定の原則

コスト重視の要件：ピコ秒レーザーを選択。

高精度・極小熱影響の要件：フェムト秒レーザーを選択。

ガラス、ウェーハ、ポリマーのマイクロ加工：フェムト秒レーザーが適している。

金属の彫刻、マーキング、微細穴加工：ピコ秒レーザーがより優れたコストパフォーマンスを提供。

フェムト秒レーザーはピコ秒レーザーよりも短いパルス持続時間と高いピーク出力を有し、ほぼゼロの熱影響での加工が可能である。一方、ピコ秒レーザーはコスト、安定性、汎用加工能力において利点がある。ユーザーは、加工要件、精度レベル、材料特性、予算に基づいて適切な超短パルスレーザー装置を選定すべきである。