ラマンレーザー

ラマンレーザーは光ポンピングによって励起されます。しかし、このポンピングは従来のレーザーのように反転分布を生成するものではありません。むしろ、励起光子は吸収され、誘導ラマン散乱によって低周波のレーザー光子（「ストークス」光子）として「即座に」再放出されます。2つの光子のエネルギー差は固定されており、利得媒質の振動周波数に対応します。このため、原理的には、励起レーザーの波長を適切に選択することで、任意のレーザー出力波長を生成することが可能です。これは、従来のレーザーでは、可能なレーザー出力波長が利得媒質の発光線によって決定されるのとは対照的です。

例えば、シリカ製の光ファイバーでは、最大のラマン利得に対応する周波数シフトは約13.2 THzである。近赤外域では、これは励起光とレーザー出力光の波長差が約100 nmに相当する。 

光ファイバーを利得媒体として使用した最初の連続波ラマンレーザーは1976年に実証されました。 ^{[ 3 ]}ファイバーベースのレーザーでは、ポンプ光の空間的閉じ込めが比較的長い距離にわたって厳密に維持されます。これにより、閾値ポンプパワーが実用的なレベルまで大幅に低下し、さらに連続波動作が可能になります。

1988年に、ファイバーブラッググレーティングに基づく最初のラマンファイバーレーザーが作られました。^{[ 4 ]}ファイバーブラッググレーティングは狭帯域反射器であり、レーザー共振器のミラーとして機能します。これらは利得媒体として使用される光ファイバーのコアに直接刻み込まれており、ファイバーを外部のバルク光学共振器反射器に結合することによって以前は発生していた大きな損失を排除します。

現在市販されているファイバーベースのラマンレーザーは、連続波動作で数十ワット程度の出力パワーを実現できます。これらのデバイスで一般的に使用されている技術は、1994 年に初めて提案されたカスケード方式です。 ^{[ 5 ]}単一の周波数シフトステップでポンプ光から生成された「一次」レーザー光は、レーザー共振器内に閉じ込められたままで、非常に高いパワーレベルまで押し上げられ、同じ振動周波数だけシフトされた「二次」レーザー光を生成するためのポンプとして機能します。このようにして、単一のレーザー共振器を使用して、ポンプ光（通常は約 1060  nm）をいくつかの離散的なステップを経て「任意の」目的の出力波長に変換します。

さらに最近では、ラマンレーザー発振がシリコンベースの集積光導波路で実証されており、²⁰⁰⁴年にカリフォルニア大学ロサンゼルス校のバフラム・ジャラリの研究グループがパルス動作で^、 2005年にはインテルが連続波で実証している^{[ 7 ]}。これらの開発は、シリコンでレーザーが実現された初めての事例であったため、大きな注目を集めた^{[ 8 ] 。}電子遷移に基づく「古典的な」レーザー発振は、間接バンドギャップのため結晶シリコンでは不可能である。実用的なシリコンベースの光源は、シリコンを電子機器の実現だけでなく、同じチップ上で新しい光処理機能を実現するためにも活用しようとするシリコンフォトニクスの分野にとって非常に興味深いものとなるだろう。