国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 Yasuhiro Nakamura] 应用辐射测量研究小组首席研究员 Takayuki Numata 开发了一种系统，可以精确控制用于加工的高功率激光器的功率。
高功率激光器越来越多地用于切割难加工材料，例如复合材料和焊接汽车车身。然而，在实际加工现场，激光功率可能会因工作环境温度的变化而发生波动，为了进行高成品率加工，需要稳定激光功率的技术。
这一次，两人面对面棱镜组成的元件精确调节反射光量来精确控制高输出激光的功率。使用该系统，2 kW/cm2加工激光，将功率波动抑制在01%以下，并稳定激光输出。此外，该技术还可用于控制激光束的形状，从而可以生成最适合材料特性和加工应用的光束形状。
该结果的详细信息将于 2017 年 6 月 14 日在国立新兴科学与创新博物馆（东京江东区）举行的国际会议 NEWRAD2017 上公布。
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| 本次开发的高输出激光功率控制系统 |
使用高功率激光器的激光加工已被用于加工难以通过切割或切削加工的材料，例如碳纤维增强塑料等复合材料，以及汽车车身等钢板的焊接。然而，许多这些加工激光器都存在一个问题，即它们的功率会根据环境温度、激光装置的预热状态等的变化而波动。加工激光功率的波动会影响加工精度和成品率，因此需要能够精确控制和稳定激光器（尤其是高功率激光器）功率的技术。
AIST 的物理测量标准研究部门制定了测量标准，作为日本激光功率的标准，范围从微瓦到千瓦级别。在此过程中，我们开发了高灵敏度检测激光和高度稳定激光功率的技术。这次，我们利用这些技术开发了一个系统，可以精确控制高功率激光的功率进行加工。
当光线以一定角度或更大角度进入棱镜底部时全内反射然而，在此过程中，光线会在数百纳米的范围内轻微泄漏到棱镜底部之外，然后返回到棱镜内部并成为反射光（图1，顶行）。这种倏逝光称为“倏逝光”，通过将另一个棱镜靠近棱镜底部，可以将一部分倏逝光提取到棱镜中（图 1，底部）。此时，返回到原始棱镜并成为反射光的光的功率减少了被另一个棱镜提取的量。提取的光量取决于两个棱镜之间的距离，因此通过改变这个距离，可以控制反射光的功率。这个原理已经为人所知有一段时间了，但现在我们开发了一种系统，它使用安装在系统出口处的功率监视器来精确反馈控制两个棱镜之间的距离，使测量值与目标值匹配。传统的功率控制技术使用吸收大量光的光学材料，但新开发的系统使用高度透明的棱镜，可以抑制因光吸收而产生的热量。这表明即使是高激光功率也是可以控制的。
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| 图1 本次采用的激光功率控制方法原理 |
使用新开发的系统，波长为11μm和2kW/cm2的高功率加工激光器的功率控制进行了演示实验。故意改变激光功率，以模拟实际生产线上运行的激光加工设备的输出波动（图 2，顶行）。其结果是，即使在施加5％以上的阶段性变动的情况下，除了刚刚阶段性变动之后以外，控制后的变动量也能够被抑制在01％以下，能够成功地实现激光功率的稳定化。我们还确认，即使在图中 300 秒至 420 秒左右的连续功率波动下，控制后也能保持恒定值（图 2，底行）。
此次开发的系统如果做得更小，就可以内置到加工设备中。此外，由于还可以控制激光束截面中的光强度分布，因此有望创建一种高性能的激光加工系统，该系统可以根据材料特性和加工应用创建最佳光束形状，例如除了圆形光束之外，还可以创建矩形或线性光束。
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| 图2 高功率激光器（2 kW/cm2)功率控制结果 |
我们将在这次开发的系统的基础上继续改进响应特性。我们还致力于将该系统小型化，并作为一种只需将其集成到加工激光器中或安装在激光出口处即可高精度控制激光功率的系统投入实际使用。我们还将致力于光束形状控制技术的开发。