NTTら,PCFで加工用高出力レーザーの長距離伝送に成功

日本電信電話(NTT)と三菱重工業は,NTTのフォトニック結晶光ファイバー(PCF: Photonic Crystal Fiber)技術と,三菱重工の高出力レーザー加工技術の融合により,kW級の高出力シングルモードレーザー光を加工に適した品質を維持したまま,数十~数百mに渡り伝送することに成功した(ニュースリリース)。

光ファイバーの応用として,レーザー加工でのレーザー伝送があるが,通常の光通信で使用する光の一万倍以上の高出力レーザー光を伝送する必要がある。光ファイバーで伝送できる光出力と距離には光非線形現象で制限される物理的な限界がある。

現在広く使われているマルチモードレーザー光は,既存のマルチモード光ファイバーを使い,数百mに渡り伝送することができるが,より高い加工精度が求められる用途には不向きだった。一方,より精密なレーザー加工に適した高品質で10kW級のシングルモードレーザー光は,既存のシングルモード光ファイバーで数mしか伝送することができないことから,数十mの光ファイバー伝送が必要な実加工には適用できなかった。

NTTでは空孔を利用して光を閉じ込め伝搬させる,フォトニック結晶光ファイバー(PCF:Photonic Crystal Fiber)技術の研究を推進してきた。PCFは光ファイバ断面内に形成した空孔の直径や間隔を任意に制御することで,光ファイバー直径方向の屈折率を微細に制御することができ,従来の光ファイバーでは得ることの出来ない特性を実現できる。今回,高出力シングルモードレーザ光の伝送に最適なPCFを新たに考案・設計し,共同で高出力伝送能力を実証した。

その結果,長さ30mの準均一構造PCFに,10kWのシングルモードレーザー発振器からの出力光を入射し,良好な伝送が行なえることを確認した。今回の伝送実験では,既存の高出力シングルモード伝送用光ファイバーの2倍以上の高出力伝送能力となる270kW·mのポテンシャルが実証された。同様に1kWのシングルモードレーザー光を長さ300mのPCFに入射し,良好な伝送が行なえることを確認した。これは,300kW·mの高出力伝送能力に対応するもの。

今回の成果は,高出力レーザー光を,精密加工に適した品質を維持したまま,業界の常識を超えた長い距離に渡り伝送することを可能にするものであり,レーザー加工技術の適用領域の拡大を加速し,ものづくりの変革をもたらす技術として期待される。今後,三菱重工にて耐熱合金の孔空け加工や溶接などへの適用に向けた開発を進め,2019年以降の実用化を目指すとしている。

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