レーザー
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/07/14 04:51 UTC 版)
種類
媒質による分類
レーザーは媒質（誘導放出を起こす物質）によっていくつかの種類に分けられる。
- 固体レーザー
- 媒質が固体であるものを固体レーザーという。通常、結晶を構成する原子の一部が他の元素に置き換わった構造を持つ人工結晶が用いられ、代表的なものにクロムを添加したルビー結晶によるルビーレーザーや、YAG結晶中のイットリウムを他の希土類元素で置換した種々のYAGレーザーがある。ネオジム添加YAGを用いたNd:YAGレーザーは波長が1064nmの赤外線を発する。ただし非線形光学結晶を用いて高調波を発生させることによって、波長532nmの緑色の光（SHG）や355nmの紫外線（THG）なども出すことができる。また、サファイアにチタンを添加した結晶を媒質に使用したチタンサファイアレーザーがあり、超短パルス発振が可能である。
- 固体レーザーの励起光源としてレーザーダイオードを用いたものをDPSSL（Diode Pumped Solid State Laser、ダイオード励起固体レーザー）という。
- 液体レーザー
- 媒質が液体であるレーザーを液体レーザーといい、色素分子を有機溶媒（アルコールなど）に溶かした有機色素を媒質とした色素レーザーがよく利用されている。色素レーザーの利点は使用する色素や共振器の調節によって発振波長を自由に、かつ連続的に選択できることである。色素レーザーは1970年代以降超短パルスレーザーとしてよく用いられたが、より性能の良い固体レーザーに置き換えられていった。
- ガスレーザー
- 媒質が気体のものはガスレーザー（気体レーザー）と呼ばれる。中性原子レーザー（ヘリウムネオンレーザー（He-Ne。赤色）など）、イオンレーザー（アルゴンイオンレーザー（Ar-ion。主に青色または緑色）など）、分子レーザー（炭酸ガスレーザー（赤外）、窒素レーザー（紫外）など）、エキシマレーザー（主に紫外）、金属蒸気レーザー（金属蒸気を電子線等で励起して誘導放出する。ヘリウムカドミニウムレーザーなど）などに分けることができる。化学レーザーを気体レーザーに含める時もある。
- 半導体レーザー
- 媒質が半導体である物は固体レーザーとは区別され、半導体レーザーあるいはレーザーダイオード（LD）と呼ばれている。レーザーポインターや光ディスクの読み書きなど低出力でもよいレーザーに主に使用されている。安価で小型なため、利用が広まっている。
- 自由電子レーザー
- 真空中で光速に近い自由電子に磁界を加え進路を変えるとき発生する放射光を利用するレーザーは、自由電子レーザーと呼ばれる。
- 化学レーザー
- 化学反応励起による誘導放出を利用するレーザーを化学レーザーと呼ぶ。酸素-ヨウ素化学レーザー(en)やフッ化水素レーザーなどがある。高出力のレーザーを発振できる。
- ファイバーレーザー
- 希土類を添加して利得を広帯域化させたファイバーをレーザー媒質として用いる。安価でコンパクト・高出力。超短パルスを作成するには性能が制限されるが、レーザー加工によく用いられる。また、光通信用途としても利用される。
発振方式による分類
レーザーは光の強さの時間的な変化でも分けることができる。
断続的にレーザー光を出すパルスレーザーと、連続的にレーザー光を出すCWレーザー（Continuous wave laser）とに区別することができる。前者は、複数の波長で位相をそろえて同時に発振させるモード同期という手法を用いるか、またはQスイッチという原理を用いて、瞬間的に非常に強いパワーを出すことが可能である。後者はパルス動作と比べると瞬間的なパワーは低いが、高い時間的コヒーレンスを得ることが可能で、そのため干渉などの現象を観測しやすい。
波長による分類
レーザーは発振される光の波長によって分類することも出来る。
多くの場合、使用されるレーザー媒質によって、レーザーの発振波長はほぼ決まる。多くのレーザー媒質は、ごく限定された波長範囲でしか利得を持たないからである。ただし、色素レーザーやチタンサファイアレーザーなど、広い波長範囲で利得を持つ媒質も存在する。これらの場合は共振器長や、利得スペクトルの形状などにより発振波長が決まる。また自由電子レーザーでは、媒質となる電子ビームの利得波長を自由に選ぶことが出来るため、任意の波長で発振することができる。
- 赤外線レーザー
- 波長によっては、大気中での減衰が最も小さい
- 可視光線レーザー
- 当たった場所を視認することが出来るのでレーザーポインターなどに使用されている。
- 紫外線レーザー
- X線レーザー
- 軌道電子の遷移を起源とするものをX線と呼ぶため、レーザーの原理上はガンマ線の領域であっても硬X線レーザーと呼ぶ。
大気中での伝送に適した波長
大気中に伝播するレーザー光は、気体分子による吸収や散乱により減衰される。気体分子による吸収の少ない波長は可視〜赤外領域の一部に存在し、大気の窓と呼ばれる。一方、気体分子による散乱は波長が長い光ほど少なくてすむ。このため、大気中で長距離を伝送する用途には、大気の窓の中に発振波長をもつ赤外線レーザーが用いられる。たとえば炭酸ガスレーザーは、大気中の伝送させる用途によく用いられるレーザーのひとつである。
X線の高出力レーザーを空気中に照射すると、気体分子をプラズマ化させ、プラズマから放射される光を見ることができる。このとき、レーザーのエネルギーは、空気をプラズマ化させることに使われて激しく減衰してしまい、長距離を伝播させることは難しい。
アイセーフレーザー
1.4μmから2.6μmまでの波長のレーザー光は角膜で吸収され、網膜まで達しにくいため、マーケティング的にこのように呼称される事がある。ただし、これらの波長のレーザーを「アイセーフ」と呼称することは、実際に安全であるのは比較的弱い出力の連続光レーザーのみであるため、誤解を招く。これらの波長でも、出力が強かったり、ピーク出力が高いQスイッチレーザーなどでは、容易に角膜を焼き，深刻な肉眼への障害を招きうる。また、それほどの強度ではなくても、肉眼への損傷が想定され得る。 レーザー安全の規格[12]においても、アイセーフレーザーはクラス1を表すと明記されており、特定の波長のレーザーをアイセーフと呼称することへの危険性への注意がなされている。
注釈
- ^ JIS Z8301 では最後を伸ばさないが、国語表記の基準（文化庁）では伸ばす。
出典
- ^ 鈴木茂, 炭山嘉伸, 宅間哲雄, 鶴見清彦「遺残再発結石に対する内視鏡的治療およびレザー応用」『日本消化器外科学会雑誌』第16巻第4号、日本消化器外科学会、1983年、775-778頁、doi:10.5833/jjgs.16.775、ISSN 0386-9768、NAID 130004340415。
- ^ a b Steen, W. M. "Laser Materials Processing", 2nd Ed. 1998.
- ^ Valentin Aleksandrovich Fabrikant (on the occasion of his 70th birthday) Journal of Applied Spectroscopy, Volume 27, Number 5, 1977年11月
- ^ The Nobel Prize in Physics 1966 Presentation Speech by Professor Ivar Waller. Retrieved 1 January 2007.
- ^ Charles H. Towns (1999). How the laser happened: adventures of a scientist (5. MASTER EXCITEMENT AND A TIME FOR REFLECTION)
- ^ Gould, R. Gordon (1959). “The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. In Franken, P.A. and Sands, R.H. (Eds.). The Ann Arbor Conference on Optical Pumping, the University of Michigan, 15 June through 18 June 1959. pp. 128. OCLC 02460155
- ^ Chu, Steven; Townes, Charles (2003). “Arthur Schawlow”. In Edward P. Lazear (ed.),. Biographical Memoirs. vol. 83. National Academy of Sciences. pp. 202. ISBN 0-309-08699-X
- ^ Hecht, Jeff (2005). Beam: The Race to Make the Laser. Oxford University Press. ISBN 0-19-514210-1
- ^ Maiman, T.H. (1960). “Stimulated optical radiation in ruby”. Nature 187 (4736): 493–494. doi:10.1038/187493a0.
- ^ Townes, Charles Hard. “The first laser”. University of Chicago. 2008年5月15日閲覧。
- ^ D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985)
- ^ JIS C 6802:2014 用語及び定義 3.37
レーザーと同じ種類の言葉
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