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レーザーは 3 つの主要部分から構成されます。
ポンプ源
ポンプソースは、レーザーシステムにエネルギーを供給する部分です。ポンプ ソースの例には、放電、フラッシュランプ、アークランプ、別のレーザーからの光、化学反応、さらには爆発装置などがあります。使用するポンプ ソースの種類は主にゲイン媒体によって決まり、これによってエネルギーが媒体に伝達される方法も決まります。ヘリウムネオン (HeNe) レーザーはヘリウムネオン ガス混合物の放電を使用し、Nd:YAG レーザーはキセノン フラッシュランプまたはダイオード レーザーから集束された光を使用し、エキシマ レーザーは化学反応を使用します。
ゲイン媒体 / レーザー媒体
ゲイン媒体は、レーザーの動作波長やその他の特性を決定する主な要因です。さまざまな材料のゲイン媒体には、線形スペクトルまたは広域スペクトルがあります。広域スペクトルのゲイン媒体を使用すると、レーザー周波数を調整できます。レーザー動作が実現されているゲイン媒体は数百、場合によっては数千種類あります (最も重要なものの一覧については、レーザーの種類の一覧を参照してください)。ゲイン媒体はポンプ ソースによって励起され、反転分布を生成します。ゲイン媒体内で光子の自発放出と誘導放出が発生し、光ゲインまたは増幅の現象が発生します。
さまざまなゲイン メディアの例には次のものがあります。
- 液体、例えば染料レーザー。これらは通常、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどの有機化学溶剤であり、これにクマリン、ローダミン、フルオレセインなどの化学染料が添加されます。染料分子の正確な化学構成により、染料レーザーの動作波長が決まります。
- 二酸化炭素、アルゴン、クリプトンなどのガス、およびヘリウムとネオンの混合物。これらのレーザーは、多くの場合、電気放電によって励起されます。
- 結晶やガラスなどの固体。固体ホスト材料には通常、クロム、ネオジム、エルビウム、チタン イオンなどの不純物がドープされています。一般的なホストには、YAG（イットリウム アルミニウム ガーネット）、YLF（イットリウムフッ化 リチウム）、サファイア（酸化アルミニウム）、さまざまなガラスがあります。固体レーザー媒体の例には、Nd：YAG、Ti：サファイア、Cr：サファイア（通常ルビーとして知られています）、Cr：LiSAF（クロムドープリチウムストロンチウムアルミニウムフッ化物）、Er：YLF、Nd：ガラス、Er：ガラスがあります。固体レーザーは通常、フラッシュランプまたは別のレーザーからの光によってポンピングされます。
- 半導体は、均一なドーパント分布を持つ固体結晶、または電子の動きによってレーザー動作を引き起こすことができる異なるドーパントレベルを持つ材料の一種です。半導体レーザーは一般に非常に小さく、単純な電流で励起できるため、コンパクト ディスクプレーヤー などの民生用デバイスで使用できます。レーザー ダイオードを参照してください。
光共振器
光共振器、または光キャビティは、最も単純な形式では、ゲイン媒体の周囲に配置された 2 つの平行ミラーで、光のフィードバックを提供します。ミラーには、反射特性を決定する光学コーティングが施されています。通常、1 つは高反射鏡で、もう 1 つは部分反射鏡です。後者は、光の一部をキャビティから出してレーザーの出力ビームを生成するため、出力カプラと呼ばれます。
媒体から自然放出によって生成された光は、ミラーによって媒体に反射され、そこで誘導放出によって増幅されることがあります。光はミラーで反射し、キャビティから出る前にゲイン媒体を何百回も通過することがあります。より複雑なレーザーでは、キャビティを形成する 4 つ以上のミラーを備えた構成が使用されます。媒体に対するミラーの設計と配置は、レーザー システムの正確な動作波長とその他の属性を決定するために重要です。
回転ミラー、変調器、フィルタ、吸収器などの他の光学デバイスを光共振器内に配置すると、動作波長の変更やレーザー光パルスの生成など、レーザー出力にさまざまな効果を生み出すことができます。
一部のレーザーは光キャビティを使用せず、代わりに非常に高い光ゲインを利用して、光をゲイン媒体に戻すことなく、大きな増幅自然放出(ASE) を生成します。このようなレーザーは超発光レーザーと呼ばれ、コヒーレンスが低いが帯域幅が広い光を放射します。光フィードバックを使用しないため、これらのデバイスはレーザーとして分類されないことがよくあります。
参照
参考文献
- ケヒナー、ウォルター (1992)。固体レーザー工学、第 3版、Springer-Verlag。ISBN 0-387-53756-2
外部リンク
- サムのレーザー FAQ 実験者と愛好家のためのレーザーの実用ガイド