製品ブログ

ナノ～マイクロスケールの三次元微細構造を形成する
二光子重合（2PP: Two-Photon Polymerization）は、
微細加工・光学部品・マイクロ流路・MEMSなど、
工業・学術の双方で急速に利用が広がっています。

2PPの加工品質を決定づけるのは、“どのレーザーを使うか” です。
波長、パルス幅、繰返し周波数、ビーム品質など、最適化すべき項目が多く、
間違ったレーザーを使うと

• 解像度が落ちる
• 造形速度が遅い
• 焦げ・熱影響が増える

といった問題が簡単に生じます。

この記事では、2PPに求められるレーザー仕様を体系的に整理し、
LaserAtWork社の HUMMINGBIRD-515 がなぜ2PPに適しているのかをわかりやすく解説します。

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🪽波長：2PPでは515nm帯が有利になる理由

2PPは「二光子吸収」を利用したプロセスであり、
樹脂（レジスト）の吸収特性が重要です。

多くの2PP材料は可視域で二光子吸収効率が高い
という特性を持っており、特に 515nm付近 は以下の理由で有利です。

• 樹脂の吸収クロスセクションが大きい
• 焦点での非線形吸収が強く、加工効率が高い
• 集光性が高く、最小スポット径を狙いやすい
• 光源のビーム品質が反映されやすい
• レジストの選択肢が豊富

結果として、より小さなボクセルサイズ（高解像度）と
高速スキャン（高スループット）の両方を実現しやすくなります。

HUMMINGBIRD-515は中心波長516 nm、M² < 1.1 の高品質ビームで、
2PPに最適な波長帯を精密に出力できます。

🪽 パルス幅：100～200 fsが2PPの“黄金レンジ”

2PP加工には高いピークパワーが必要で、これを実現するにはフェムト秒パルスが必須です。
2PPの一般的な最適値は

100〜200 fs

この範囲では

• 高いピーク強度
• 熱影響の低減
• 安定したボクセル形成
• 過度な材料分解の防止

といったバランスが良く、実際に多くの商用2PP装置がこのレンジを採用しています。
HUMMINGBIRD-515は典型150 fs で動作し、
極めて扱いやすい“中庸かつ高効率なパルス幅”を備えています。

🪽 繰返し周波数：50 MHzは造形速度に直結する

2PPでは、パルス1発ごとのエネルギーよりも
平均出力と高繰返しが造形スピードに大きく効きます。

• 高繰返し → スキャン中の連続的な露光
• 平均出力（W） → スループットの上限
• パルス密度 → 均一なボクセル形成

HUMMINGBIRD-515の繰返し周波数 50 MHz は、
高速2PP加工に非常に適した値です。
パルス密度が高いため、

• ガタつきのない平滑な構造
• 高速ガルバノスキャン
• 高精細な3D造形
  が容易になります。

また、平均出力 >0.5W は、研究用だけでなく、
量産2PP装置でも十分対応可能なレベルです。

🪽 ビーム品質：加工解像度を決める最重要パラメータ

2PPの解像度はレンズ性能×レーザーのビーム品質で決まります。
M²が悪いと

• 焦点スポットが膨らむ
• ボクセルサイズが大きくなる
• エッジがにじむ
  など致命的な問題を引き起こします。

HUMMINGBIRD-515はM² < 1.1 のTEM00に近いビームで、

• 極小フォーカス
• 高均一ボクセル
• 高精度微細加工
  を実現しやすくなります。

🪽 小型・空冷・USB給電：装置側のメリットが圧倒的

2PP装置は

• 光学ステージ
• ガルバノスキャナ
• レンズ
• XYZ精密ユニット

など構成要素が多く、内部スペースが不足しがちです。
HUMMINGBIRD-515は

• 70×58×28mm の手のひらサイズ
• USB Type-C（20V PD）で動作
• 完全空冷

という仕様により、装置内部への直接組込みが容易。
外付けレーザー不要で、

• 光路距離短縮
• 振動・熱影響減少
• 設計自由度の向上
  を同時に実現できます。

🪽 まとめ：2PPに最適化された“理想の組み込み型フェムト秒”

二光子重合では

• 波長（515nm）
• パルス幅（150fs）
• 高繰返し（50MHz）
• 高ビーム品質（M²<1.1）
  が特に重要で、HUMMINGBIRD-515はこれらの条件をすべて満たしています。

さらに、装置組込みを前提とした世界的にも珍しいフェムト秒レーザー であり、
2PPを活用する装置メーカーにとって非常に強力な選択肢となります。

2PP装置開発・微細加工研究・OEM検討の方は、
ぜひお気軽にお問い合わせください。

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