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”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。

“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）