レーザー発振器の種類と各分野への応用

レーザー発振器の種類と各分野への応用について

レーザー発振器の原理

レーザー発振器の原理

レーザーというと、一般に、レーザー光線のことを意味しているが、実際には、光を増幅して放射するレーザー装置を意味する。

したがって、ここでいう「レーザー装置」がレーザー発振器であり、レーザー発振器は、光(電磁波)を増幅してコヒーレントな光(可干渉性を持つ光)を発生させる装置である。

レーザー発振器は、キャビティと呼ばれる光共振器と、このキャビティ内に設置された媒質と、この媒質をポンピング(エネルギーを高めるためのポンプ作用)するための装置とからなる。

キャビティは、典型的には、2枚の鏡を向かい合わせて配置させた構造である。

このような構造体の中で、光を繰り返し往復させ、定常波を形成する。

往復する光が媒質を通過するたびに誘導放出によって増幅される。

2枚の鏡のうち1枚を半透明にしておけば、そこから光の一部を取り出し、レーザー光とすることができる。

媒質のポンピングは、光励起、放電、化学反応、電子衝突などで行うことができる。

後に説明する半導体レーザーでは、電流の注入によって媒質のポンピングを行う。

レーザー発振器からのレーザー光の特徴

レーザー発振器からのレーザー光は、空間的コヒーレンス(可干渉性)と時間的コヒーレンスを持つ。

レーザー光の空間的コヒーレンスは非常に高いため、ほぼ完全な平面波や球面波を作ることができる。

そのため、レーザー光は、拡散することなく長距離を伝播したり、非常に小さいスポットに収束したりすることが可能である。

この性質は、レーザーポインターや照準器、または光ディスクのピックアップ、加工作業、光通信などに応用するために重要である。

レーザー発振器では、空間的にコヒーレントな光を容易に実用的な強度でえることができる。

一方、レーザー光は時間的コヒーレンスも高く、一般に、時間的コヒーレンスの高いレーザー光は単色性が良い。

これは、レーザージャイロのように干渉を利用するとき重要であり、レーザー冷却の用途にも重要である。

レーザー光は、ナノ秒~フェムト秒程度の、時間幅の短いパルス光を得ることができる。

省エネルギーで環境に優しいレーザー発振器

パルスレーザー光は、短い時間幅の中にエネルギーを集中させることができるために高いピーク出力を得ることを可能にする。

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