加工に使用するレーザーの一つに、銅蒸気レーザー（Copper vapour laser）というものがあります。どのようなレーザーかみていきましょう。

概要

金属の蒸気を媒質とした気体レーザーの一種です。

原理

金属（特に銅、金）を1,400度の融点近くまで加熱し、金属蒸気でレーザーチューブ内にて放電を起こすと、金属蒸気原子が励起されます。それが基底状態に落ちる際にレーザーを放出します。この光は励起を用いて出しているのである特定の波長をもった光を発することになります。このような金属蒸気を利用したレーザーでは、材料として銅が安価で、得られるレーザー出力も強いことから銅蒸気レーザーが一般的です。銅蒸気レーザーの場合、発振波長は 511nm と 578nm の2波長で、蒸気温度によって発振比率が異なり温度が高いほど 578nm の発振が強くなります。

構成

銅蒸気レーザーは名前の通り金属である銅を蒸気にします。銅蒸気レーザーの場合、ネオンガスを利用します。ネオンガスの放電によってプラズマチューブ内の温度が上昇し、金属が融点に達した時点（銅蒸気レーザーで約1,400度）でチューブ内に金属蒸気が充満し、レーザーが発振します。金などの金属も媒質として利用可能ですが、レーザー発振しやすく安価な銅が金属蒸気として利用されることが多いです。

特徴

銅蒸気レーザーは、パルス発振に適するという大きな特徴があります。一定間隔で大出力のレーザーを発振できるパルス発振は、特に加工において魅力的です。
数十nsのパルス幅で、数十Hzの繰り返し周波数、数十Wの平均出力が得られるレーザーもあります。

また、。BBOやCLBOなど非線形光学結晶を通すことで高調波に変換して利用されることもあります。

現在では、魅力に欠けるかもしれませんが、かつては高いパルスエネルギーから多くの加工に検討されてきました。

銅蒸気レーザーがパルス発振である理由には、以下の2点あります。

• 銅の蒸気圧力を一定にするためにはパルス発振が最も制御しやすいこと。

• 銅原子に電子を衝突させ上位レベルに引き上げるには強いピークエネルギーが必要です。このため、このエネルギーを得るためにはパルス発振によらざるを得ないためです。

パルス発振であることが逆に銅蒸気レーザーの特長になり、他のレーザーでは得られない応用を生み出すことにつながっていきました。平均出力が低くてもピークエネルギーが高いため、金属を容易に切断することができ、加工用途での活用の模索が行われてきました。

応用例

銅蒸気レーザーは、アルゴンレーザーなどよりピークパワーが桁違いに大きく、数十nsパルスという短パルスを実現できるため、特に金属の切断など加工用途での利用があります。

コンデンサの切断、光ファイバの溝形成、フィルタ製作など幅広い用途があります。また、変わったところでは、ダイアモンドの加工にも使われます。

また、パルス発振を用いた高速度カメラ用の光源としての利用もあります。

参考

・銅蒸気レーザー（Copper Vapor Laser） 構造、出力、応用
・複合金属塩蒸気の発生と金属蒸気 レーザーの低温度動作化