レーザーアプリケーション一覧

1958 年にレーザーが発明されて以来、多くの科学、軍事、医療、商業のレーザー アプリケーションが開発されてきました。レーザーのコヒーレンス、高い単色性、および極めて高い出力に到達する能力は、これらの特殊なアプリケーションを可能にする特性です。

科学では、レーザーは以下のようにさまざまな用途に使用されます。

• 多様な干渉技術
• ラマン分光法
• レーザー誘起ブレークダウン分光法
• 大気 リモートセンシング
• 非線形光学 現象の調査
• レーザーを使用するホログラフィック技術も、さまざまな測定技術に貢献しています。
• 地質学、地震学、リモートセンシング、大気物理学におけるレーザーベースのライダー（LIGht raDAR）技術の応用。
• 技術材料内部の3次元構造の変更と書き込み。^[1]
• レーザーはカッシーニ・ホイヘンス計画などの宇宙船に搭載されて使用されている。^[2]
• 天文学では、レーザーを使用して人工のレーザーガイド星を作成し、適応光学望遠鏡の基準物体として使用されています。

レーザーは、分光法においてマイクロサンプリング システムとして間接的に使用されることもあります。これはレーザーアブレーション(LA) と呼ばれる技術で、通常はICP-MS装置に適用され、強力な LA-ICP-MS を実現します。

レーザー分光法の原理はデムトローダーによって議論されている。^[3]

ほとんどの種類のレーザーは、本質的に純粋な光源です。非常に明確に定義された波長範囲を持つほぼ単色の光を発します。レーザー部品を慎重に設計することで、レーザー光の純度 (「線幅」として測定) を他のどの光源よりも高めることができます。このため、レーザーは分光法に非常に有用な光源となります。また、小さく十分に平行化されたビームで得られる高強度の光は、サンプルに非線形光学効果を誘発するために使用することもできます。これにより、ラマン分光法などの技術が可能になります。レーザーに基づくその他の分光技術を使用して、さまざまな分子の非常に感度の高い検出器を作成し、分子濃度を 10 ^{12分の 1 (ppt) レベルで測定できます。レーザーによって達成可能な高出力密度により、ビーム誘起原子放出が可能になります。この技術は、}レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)と呼ばれます。

レーザーによる熱処理により、部品の歪みをほとんどまたはまったく生じさせることなく、摩耗に対する表面の選択的な硬化が可能になります。これにより、現在行われている部品の再加工が大幅に削減されるため、レーザー システムの資本コストは短期間で回収されます。レーザー熱処理用の不活性吸収性コーティングも開発されており、CO2 レーザー ビームによる熱処理プロセス中に従来の塗装コーティングによって発生する煙を除去し_ます。

熱処理操作を成功させるために重要な考慮事項の 1 つは、部品表面のレーザー ビームの放射照度を制御することです。最適な放射照度の分布は、レーザーと材料の相互作用の熱力学と部品の形状によって決まります。

通常、500 ～ 5000 W/cm^2 の放射照度であれば熱力学的制約を満たし、表面を急速に加熱し、必要な総熱入力を最小限に抑えることができます。一般的な熱処理の場合、均一な正方形または長方形のビームが最適なオプションの 1 つです。一部の特殊な用途や、部品のエッジまたはコーナーで熱処理が行われる用途では、溶融を防ぐためにエッジ付近の放射照度を下げる方がよい場合があります。

研究によると、科学者は将来、高エネルギーレーザーを使用して雨や雷雨（およびその他の気象現象の微細操作）を誘発できるようになるかもしれない。このような画期的な進歩により、干ばつを根絶し、気象関連の大災害を軽減し、気象資源を必要としている地域に割り当てることができるようになる可能性がある。^{[4] [5]}

アポロ宇宙飛行士が月を訪れたとき、月レーザー測距実験を可能にするために反射鏡アレイを設置しました。レーザー光線は地球上の大型望遠鏡を通してアレイに向けられ、光線が地球に反射して戻ってくるまでの時間を測定することで、地球と月の距離を高精度に測定します。

一部のレーザー システムでは、モード同期のプロセスを通じて、ピコ秒またはフェムト秒 (10 ⁻¹² - 10 ⁻¹⁵秒) という極めて短い光パルスを生成できます。このようなパルスは、化学反応を開始および分析するために使用できます。この手法は光化学と呼ばれます。短いパルスを使用すると、非常に高い時間分解能で反応のプロセスを調べることができ、短寿命の中間分子を検出できます。この方法は、特に生化学で有用であり、タンパク質の折り畳みと機能の詳細を分析するために使用されます。

レーザー バーコード スキャナーは、線形コードまたは積み重ねられたシンボルの高速読み取りを必要とするアプリケーションに最適です。

最近成功した技術はレーザー冷却です。これは原子トラッピングと呼ばれる方法で、多数の原子を特殊な形状の電場と磁場の配置に閉じ込めます。イオンや原子に特定の波長の光を当てると、それらの速度が遅くなり、冷却されます。このプロセスが続くと、すべての原子が遅くなり、エネルギーレベルが同じになり、ボーズ・アインシュタイン凝縮と呼ばれる異常な物質配置が形成されます。

レーザーエネルギー研究所、国立点火施設、GEKKO XII、ナイキレーザー、レーザーメガジュール、HiPERなど、世界で最も強力で複雑な複数のレーザーと光増幅器の配置は、極めて短時間の極めて高強度の光パルスを生成するために使用されています。これらのパルスは、衝撃の圧縮効果によってペレット内で原子核融合が誘発されることを期待して、すべての方向から同時にトリチウム-重水素のペレットに衝突するように配置されています。「慣性閉じ込め核融合」として知られるこの技術は、これまでのところ「損益分岐点」を達成できていません。つまり、これまでのところ、核融合反応で生成される電力は、レーザーの電力として使用される電力よりも少ないのですが、国立点火施設での実験では、反応を駆動するレーザーに含まれるエネルギーよりも多くのエネルギーを生成する核融合反応を実証することができました。^[6]

超短パルス（数十フェムト秒）かつ超高強度（最大 10 ²³ W/cm ^{2 ）のレーザーパルスを生成する強力なレーザーは、従来の}加速器よりもはるかに大きな加速勾配を提供します。この事実は、電子と荷電イオンの両方を高エネルギーに 加速するために使用されるいくつかのプラズマ加速技術で利用されています。

共焦点レーザー走査顕微鏡法と二光子励起顕微鏡法は、レーザーを利用して、さまざまな深さにある厚い標本のぼやけのない画像を取得します。 レーザーキャプチャーマイクロダイセクションは、レーザーを使用して、顕微鏡で視覚化した組織切片から特定の細胞集団を取得します。

その他のレーザー顕微鏡技術としては、高調波顕微鏡、四波混合顕微鏡^[7]、干渉顕微鏡^{[8]などがある。}

レーザー兵器は レーザーをベースにした指向性エネルギー兵器です。

防御対抗手段の用途は、小型で低出力の赤外線対抗手段から高出力の空中レーザー システムまで多岐にわたります。IR 対抗手段システムは、レーザーを使用して赤外線ホーミングミサイルのシーカー ヘッドを混乱させます。

いくつかの兵器は、レーザーを使って人を混乱させるだけです。そのような兵器の一つがタレス社のグリーンレーザー光学ワーナーです。^[9]

レーザー誘導は、レーザー光線を使用して ミサイルやその他の発射体または車両を目標まで誘導する技術です。

レーザーのもう一つの軍事用途は、レーザー目標指示装置です。これは、通常航空機から発射される精密誘導兵器の標的を示すために使用される低出力レーザーポインターです。誘導兵器は、標的によって反射されたレーザー光に追従するように飛行経路を調整し、非常に正確に照準を合わせることができます。レーザー目標指示装置のビームは、誘導兵器に設定されたパルスレートと一致するように設定され、兵器が指定された標的に命中し、そのエリアで使用されている可能性のある他のレーザービームを追従しないようにします。レーザー指示装置は、航空機または近くの歩兵によって標的に照射できます。この目的で使用されるレーザーは通常、赤外線レーザーであるため、敵は誘導レーザー光を簡単に検出できません。

レーザーは、ほとんどの銃器用途において、他の兵器システムの照準を強化するツールとして使用されています。たとえば、レーザー サイトは、小型で通常は可視光線のレーザーで、ハンドガンまたはライフルに取り付けられ、銃身と平行にビームを放射するように調整されています。レーザー ビームは発散が少ないため、レーザー光は遠距離でも小さな点として表示されます。ユーザーはその点を目的のターゲットに当て、銃身を調整します (ただし、弾丸の落下、風偏、ビームの方向と銃身の軸の間の距離、弾丸が移動する間のターゲットの移動は必ずしも考慮されません)。

ほとんどのレーザー サイトは赤色レーザー ダイオードを使用しています。その他のレーザー サイトは赤外線ダイオードを使用して、人間の肉眼では見えないが暗視装置で検出できる点を生成します。銃器適応型ターゲット捕捉モジュールLLM01 レーザー光モジュールは、可視レーザー ダイオードと赤外線レーザー ダイオードを組み合わせています。1990 年代後半には、緑色ダイオード励起固体レーザー(DPSS) レーザー サイト (532 nm) が利用可能になりました。

非致死性レーザー兵器は、敵の武器発射能力を一時的に低下させたり、敵軍を脅かしたりするために、米国空軍によって開発されました。この装置は、無害な低出力レーザー光で敵を照らし、対象者の目をくらませたり、方向感覚を失わせたり、逃げ出させたりすることができます。現在、数種類の目くらまし装置が販売されており、いくつかは戦闘で使用されています。

レーザーを使って盲目にする可能性は残っている。これは比較的低い出力レベルを必要とし、人が携帯できるユニットで簡単に達成できるからである。しかし、ほとんどの国は、敵を意図的に永久に盲目にすることは戦争のルールで禁止されていると考えている（盲目レーザー兵器に関する議定書を参照）。中国のZM-87など、いくつかの国が盲目レーザー兵器を開発しているが、これらのいずれも試作段階を通過できたとは考えられていない。

軍事用途と重なる用途に加えて、法執行機関によるレーザーの用途として広く知られているのが、LIDARによる車両の速度測定です。

ホログラフィック照準器は、レーザーダイオードを使用して、照準器の平らなガラスの光学窓に組み込まれたレチクルのホログラムを照射します。ユーザーは光学窓を通して、視野の遠くに重ねられた十字線のレチクル画像を見ることができます。^[10]

• 美容整形手術（入れ墨、傷跡、ストレッチマーク、日焼け跡、しわ、あざ、毛の除去）：レーザー脱毛を参照してください。皮膚科で使用されるレーザーの種類には、ルビー（694 nm）、アレキサンドライト（755 nm）、パルスダイオードアレイ（810 nm）、Nd :YAG（1064 nm）、Ho :YAG（2090 nm）、Er :YAG（2940 nm）などがあります。
• 眼科手術と屈折矯正手術
• 軟部組織手術_： CO2 、 Er :YAGレーザー
• レーザーメス（一般外科、婦人科、泌尿器科、腹腔鏡）
• 光バイオモジュレーション（レーザー療法）
• 特に脳と脊髄の腫瘍を「ノータッチ」で除去します。
• 歯科では、虫歯除去、歯内療法、歯周治療、歯のホワイトニング、口腔外科などを行います。
• がん治療
• 火傷および外科的瘢痕の管理: 瘢痕拘縮CO ₂ (特に新しいフラクショナル CO ₂レーザー)、赤みやかゆみ (パルス色素レーザー - PDL)、炎症後色素沈着過剰 (Q スイッチ レーザー: ルビー、アレキサンドライト)、火傷瘢痕の不要な毛の成長および閉じ込められた毛 (ルビー、IPL、および多数の脱毛レーザー)

産業用レーザーアプリケーションは、レーザーの出力に応じて、材料加工とマイクロ材料加工の 2 つのカテゴリに分けられます。

材料加工では、平均光出力が1キロワットを超えるレーザーが主に工業用材料加工用途に使用されています。この出力閾値を超えると、光学系に関連する熱の問題があり、これがこれらのレーザーと低出力のレーザーを区別するものです。^[11] 50～300Wの範囲のレーザーシステムは、主にポンピング、プラスチック溶接、はんだ付けの用途に使用されます。300Wを超えるレーザーは、ろう付け、薄金属溶接、板金切断の用途に使用されます。必要な明るさ（ビームパラメータ積で測定）は、ろう付けや薄金属溶接よりも切断用途の方が高くなります。^[12]硬化、クラッディング、深浸透溶接 などの高出力用途では、数kWの光出力が必要であり、幅広い産業プロセスで使用されています。

マイクロ材料加工は、1キロワット以下のすべてのレーザー材料加工アプリケーションを含むカテゴリです。^[13] マイクロ材料加工におけるレーザーの使用は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、LEDテレビの画面の開発と製造に幅広く応用されています。^[14]

産業用および商業用のレーザーアプリケーションの詳細なリストは次のとおりです。

• レーザー切断
• レーザー溶接
• レーザードリリング
• レーザーマーキング
• レーザー洗浄
• レーザークラッディングは、機械部品の再生、修理、または表面硬化に適用される表面エンジニアリングプロセスです。
• フォトリソグラフィー
• 光ファイバーまたは自由空間での光通信
• レーザーピーニング
• 誘導システム（例：リングレーザージャイロスコープ）
• レーザー距離計/測量、
• ライダー/汚染監視、
• デジタルミニラボ
• バーコードリーダー
• 印刷版のレーザー彫刻
• 装飾や識別のための添加マーキング材料のレーザー接合、
• レーザーポインター
• レーザーマウス
• レーザー加速度計
• OLEDディスプレイ製造
• ホログラフィー
• バブルグラム
• 光ピンセット
• 映画フィルムに字幕を書き込むこと。^[15]
• パワービーミングは、宇宙エレベーターのクライマーにエネルギーを伝達する可能性のある解決策です。
• 正確な3D測定のための3Dレーザースキャナー
• レーザーラインレベルは測量や建設に使用されます。レーザーは航空機の誘導にも使用されます。
• 民生用および産業用画像機器の両方に幅広く使用されています。
• レーザー プリンター: ガス レーザーとダイオード レーザーは、高解像度の印刷版の製造や画像スキャン装置で重要な役割を果たします。
• ダイオード レーザーは、レーザー ビームと、ビームが遮断されたときにオンまたはオフに切り替える受信機を備え、産業界では光スイッチとして使用されます。レーザーは通常の光よりも長い距離にわたって光の強度を維持でき、通常の光よりも正確であるため、自動化された生産における製品検出に使用できます。
• レーザーアライメント
• 付加製造
• プラスチック溶接
• 計測学-航空宇宙、自動車、鉄道アプリケーション向けのハンドヘルドおよびロボットレーザーシステム
• CDやDVDなどの光ディスクにデータを保存したり取り出す
• ブルーレイ

• 多くの音楽コンサートではレーザー照明ディスプレイが使用されている
• レーザータグ
• レーザーハープ：弦がレーザービームに置き換えられた楽器
• デジタルシネマプロジェクターの光源として^[16]

• 
  さまざまな色のレーザーモデル
• 
  Qラインレーザー
• 
  2005年のクラシカル・スペクタキュラーコンサートではレーザーが使用された
• 
  レーザーハープ
• 
  数十キロワットの遠赤外線を放射する高出力連続波二酸化炭素レーザーを照射すると、テスト対象の表面は瞬時に蒸発し、炎上します。オペレーターは遠赤外線を通さないプレキシガラスのシートの後ろに立っていることに注意してください。

• レーザー記事一覧
• 非致死性兵器

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• Coherent.com のレーザーのアプリケーションに関する記事