超短パルスレーザーとは？

超短パルスレーザーは、通常ピコ秒またはフェムト秒で測定される非常に短い時間でコヒーレント光のパルスまたはバーストを生成するあらゆるタイプのレーザーの総称です。 ピコ秒は1兆分の1秒であり、フェムト秒はピコ秒または1/100分の1秒よりも1,000倍短いです。 超短パルスレーザーのこれらのスイッチングレートにより、通常の非パルスレーザーが遭遇するいくつかの劣化効果を克服できます。 これにより、通常の生体組織を傷つけることなく、軍事技術、データ通信、および外部レーザー治療による体内のウイルスの殺傷などの医学分野でのアプリケーションが提供されます。

2011年現在の現在の超短パルスレーザーテクノロジーのパルス幅の範囲は、レーザーパルスごとに数ピコ秒から5フェムト秒までです。 この技術は、アト秒範囲の超短パルスレーザーの作成に向けて推進されています。このレーザーは、フェムト秒レーザーの1,000倍、または5分の1秒に1回発生するパルスを持ちます。 アト秒レーザーを使用すると、研究者は原子核周辺の電子の動きをリアルタイムで追跡でき、物理学と化学の両方の研究開発に役立ちます。

初期のレーザーはルビー結晶を使用してコヒーレント光のビームを生成することに基づいていましたが、フェムト秒レーザーは、この目的のために1986年に最初に製造された青緑色サファイアの一種であるチタンドープ酸化アルミニウムを使用します。 このような20フェムト秒レーザーからの典型的なパルスエネルギーは、パルスあたり約3ナノジュール、または30億ジュールです。 これは非常に少量のエネルギーであるため、ビームは外部放射源を使用して増幅されます。 固体材料は、イッテルビウムガラスが最も効果的であり、1平方センチメートルあたり最大100ジュールのパルスを増幅する最高の増幅器であることが証明されています。 色素またはネオジム：イットリウムアルミニウムガーネット結晶を使用した初期の試みでは、パルスエネルギーが1ミリジュールから0.5ジュール/平方センチメートルに増加しました。

超短パルスレーザーの使用には、多くの潜在的な用途があります。 彼らは光信号伝送による光ファイバー通信を新しいレベルに引き上げ、2011年時点で光ファイバーが現在使用できるよりもはるかに多くのデータをパルスビームで伝送できるようにし、ブロードバンドという用語にまったく新しい意味を与えました。 それらは、表面から材料を除去し、プロセスで熱を加えることなく固体から気体に変えるためにも使用でき、金属および複合材料のさまざまな産業用切断および成形プロセスを改善します。 この技術は、視力に障害のある人々の癌性腫瘍を除去したり、角膜を修復したりするための、医療における非常に正確な形態のメスとして役立つという利点も提供します。