各种开发产品的示例

开发出能够承受超大功率激光的镜头!~参与促进激光普及的国家项目~

开发CO2激光加工用ZnSe聚光镜头

1979年至1984年,作为通产省(现日本经济产业省)的国家项目之一,人们着手研发“超高性能激光应用复合生产系统”。政府招集了各个企业,命其分别负责激光振荡器、机电及系统等不同领域,住友电工集团也参与其中。住友电工集团的任务是开发光学材料(ZnSe)。

当时,可用于激光加工的只有CO2激光*1,它能产生巨大功率。使用该激光束时,为获取高能密度,必须采用能将光束聚集起来的聚光镜头。同时,必须开发出能承受其大功率光束的透光材料。当时的候选材料是人工结晶ZnSe(硒化锌)*2,在CO2激光波长为10.6μm(微米)时,其透光率较高。

*1:以CO2(二氧化碳)气体为介质的激光振荡器。较早被实际运用于金属、树脂、布料、玻璃、木材、混凝土以及纸等多种材料的加工(切断、焊接、钻孔、标记、表面改性等)中。在激光加工机械中,其实用台数最多。

*2:现在有各种波长的激光,必须根据波长差异,采用高透光性材料。通常,ZnSe用于波长10.6μm的CO2激光加工,合成石英玻璃用于波长1.07μm的光纤激光加工。

ZnSe(硒化锌)的结晶锭块
ZnSe(硒化锌)的结晶锭块
ZnSe(硒化锌)合成炉
ZnSe(硒化锌)合成炉

“ZnSe”合成技术的确立

从1980年便开始负责开发ZnSe合成技术的人员,是当时隶属于住友电工研究开发本部的难波宏邦。在此之前,他参与了超电导材料与光学结晶材料等材料的研究,运用这些研究经验,他通过使硒化氢气体和锌蒸汽化合的CVD(Chemical Vapor Deposition=化学气相沉积)法来合成ZnSe。CVD法是指,在配置于反应炉内的基板上供给原料气体,通过化学反应,逐渐沉积出薄膜,即一种薄膜的形成技术。连续数周持续沉积,便可获取制造镜头所需的足够大小与厚度的锭块(板状结晶),这是极其充满挑战性的课题。

原住友电工 粉合·金刚石事业部 技师长 难波 宏邦
原住友电工 粉合·金刚石事业部 技师长 难波 宏邦

“幸运的是,本集团此前积累了研究化合物半导体砷化镓的相关技术,我们借用了闲置的小型CVD实验装置,进行了预实验。在设计用于正式研究的反应炉时,运用了相关知识与见解。首先,为获取稳定结晶,必须设计出可抑制气体湍流的气体导入流径,这一点非常重要。但温度、流速与气压等控制参数种类繁多,而且有限的成本与时间也不允许我们逐项进行实验。

我们针对合成出的结晶进行了细致的观察、分析与评估,充分运用相关人员在材料物性方面的知识与智慧,深入思考后续实验所需的条件,工作极具艰辛。1984年,我们终于成功制作出了具有足够大小与厚度、可承受大功率激光的ZnSe锭块(板状结晶)。”(难波)

1985年,我们配备了从合成到研磨及镀膜等一系列制造设备,将ZnSe镜头投入市场,并于1990年代正式推进其商业化。但走到这一步,依然未能获得令人满意的成果。当时,用于切断钢板的CO2激光加工机械已开始普及,但其需求较小,仅仅依靠ZnSe镜头,难以获取较大的商业成果。面对这样的状况,大家没有气馁。我们不断访问客户,了解客户的目的和用途,作为光学部件生产商,坚持为客户提供最真挚的服务。这些努力最终构建起了此后住友电工集团的光学部件商业模式。该商业模式的观点在于:以定制方式提供高附加价值的产品解决方案。面向钢铁生产商,我们开发出了大功率激光用抛物面镜和水冷镜,面向汽车生产商,我们开发出了车身钢板焊接用扫描仪,面向振荡器生产商,我们开发出了可控制透光率和光的偏光特性的镀膜产品等,积累了各种产品开发经验。

为扩大事业,我们不断摸索,并于1996年成功开发出了“CO2激光用ZnSe制Fθ扫描镜头”,这是一项令人满意的成果。

“CO2激光用Fθ镜头让我们大幅领先于其它竞争企业。该产品中蕴含了我们的进取心与独创技术的结晶。当时,从可应对全新需求的光学部件开发,到其设计及加工等一系列技术,本集团都排在全球首位,这一点令人自豪。时至今日,我们的技术依然走在世界前列,因此我期待今后将其也应用于光纤激光等各种激光用光学部件中。”(难波)

新老开发成员齐聚一堂
新老开发成员齐聚一堂

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诞生自“营销优先”理念的Fθ镜头和DOE
~为光学设计技术进化和激光加工技术做出贡献~

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