- 接合・溶接技術Ｑ＆Ａ / Q11-01-07
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Qレーザビームの集光性について，発振ビームの直径やモード，集光用のレンズ，ミラーの焦点距離，材質などの影響を教えて下さい。
シングルモードのレーザビームを，焦点距離fのレンズで集光した場合に得らる最小スポット径（直径）D0の理論的限界は，波長をl，入射ビーム直径をDとすると近似的に以下の式で示される（図１参照)。
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D0＝ |
4lf |
(1) |
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pD |
すなわち，小さなスポット径に集光するには，波長の短いレーザが有利であり，かつ，入射ビーム径を大きくし，短い焦点距離のレンズで集光することが望ましい。一方，実際に産業用に使われているレーザはシングルモードでないことが多く，回折限界がシングルモードビームと比べてどの程度大きいかを示すM2という値が用いられる。1）すなわち，波長lがM2lという波長を持ったシングルモードのビームと見なすことができ，(1)式は，以下のように示される。
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D0＝ |
4M2lf |
(2) |
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pD |
集光光学系にはレンズまたは放物面鏡等が用いられる。波長の長いCO2レーザの場合，ZnSe，KCl，GaAs等がレンズ材料として用いられるが，透過率が100％ではないため，大出力になるとレンズ内で温度分布ができ，焦点位置が時間的に変化する現象（熱レンズ作用）が起こる。放物面鏡の場合には，ミラーの背面から水冷することができるため，このような現象が起こりにくいと言われている。
参考文献
１）武中：溶接技術，１，産報出版(株)，pp.157－165，(1993）〈塚本 進〉