レーザーの仕組み

LASER（放射の誘導放出による光増幅）は、現代の光学の勝利です。 誘導放出と呼ばれる量子力学的効果を利用することで、レーザーはコヒーレントでほぼ単色の光子ビームを生成します。 非レーザー光源は通常、さまざまな波長のインコヒーレントで焦点の合っていない光線を生成し、特定のアプリケーションを禁止します。

レーザーを作成するには、ゲイン媒体と共振光学キャビティの2つのコンポーネントが必要です。 ゲイン媒体には、特定の結晶、ガラス、気体、半導体、さらには染色された液体を使用できます。 ゲイン媒体は、電流や別のレーザーなどのエネルギーポンプ源によって刺激されます。 媒体はエネルギーを吸収し、媒体内の粒子の状態を励起します。 反転分布と呼ばれる特定のしきい値が達成された後、媒体を通して光が輝くと、吸収よりも刺激放出またはエネルギーの放出が発生します。

共振光学キャビティは、一端にミラーがあり、他端に半銀鏡がある特別なサイズのチャンバーです。 2つの反射面により、内部に閉じ込められた光がゲイン媒体を介して前後に反射し、各パスでより大きなエネルギーを獲得します。 この効果が横ばいになると、ゲインは飽和していると言われ、光は真のレーザー光になります。 異なるゲイン媒体は、異なる波長のレーザーを発生させます。

2種類のレーザーは連続とパルスです。 連続レーザーはほとんどのアプリケーションでより有用ですが、パルスレーザーのエネルギーは非常に大きくなる可能性があります。 ビームが時間とともに発散する程度は、その直径に比例して反比例します。 小さなビームは急速に発散しますが、大きなビームはコヒーレントのままです。

1960年にベル研究所がレーザーの特許を取得したとき、分光法、干渉法、レーダー、核融合が潜在的な関心分野として議論されましたが、すぐに用途を与えることはできませんでした。 今日、レーザーは、データの保存と検索、レーザー切断、視力矯正、測量、測定、ホログラフィーとディスプレイ、核融合などの用途で、最も多才な技術の驚異の1つです。 達成可能な最大レーザーパルス強度は、1980年代中頃から指数関数的に増加しました。 ある日、レーザーを使用して正味のエネルギー生成核融合反応を生成し、人類全体にエネルギーを提供することがあります。 また、ソーラーセイルを宇宙空間の奥深くに押し込むために使用される場合があります。