概要
ディスクレーザは、固体レーザでありながら独特の冷却法により、レーザビームに与える光学的な歪みは最小となり、「熱レンズ効果」が大幅に低減されるレーザです。
原理
ディスクレーザは、固体レーザのLD励起固体レーザの一種で、円盤状のレーザ媒質を使用して光を発生させる点が大きな特徴です。
以下に、ディスクレーザーの原理をまとめます。
- レーザ媒質の選択
ディスクレーザでは、レーザ媒質として水晶体やセラミックスなどの固体を用います。レーザ媒質は、通常Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:glass、Er:YAG、Cr:YAGなどが用いられます。
- ポンピング
ディスクレーザでは、レーザ媒質に外部からポンプ光を照射して、レーザ媒質内に電子を励起することでレーザ発振を起こす。ポンプ光には、フラッシュランプ、ダイオード、光ファイバーなどが使われる。
- 光共振器
レーザ媒質を光共振器の中に配置し、光が往復するようにすることでレーザ発振を起こす。ディスクレーザでは、円盤状のレーザ媒質を平行な2枚の鏡に挟んで光共振器を形成する。
- 高出力レーザー発振
ポンプ光によってレーザ媒質内の電子が励起されると、励起された電子が放出する光子が、光共振器内で他の励起された電子と衝突して更に発光が起こります。これによってレーザ光が増幅され、高出力レーザが発生する。
以上が、ディスクレーザの原理です。
特長
ディスクレーザは、非常に高出力で、比較的小型であり、高い効率でレーザ光を生成することができます。このディスクレーザには、以下のような特長があります。
- 高出力: ディスクレーザは、非常に高出力であり、光ファイバー通信、医療、自動車業界など、様々な分野で使用されています。
- 高効率: ディスクレーザは、光の反射率が非常に高く、光の損失を最小限に抑えることができます。これにより、ディスクレーザは、効率的なレーザー発振を実現することができます。
- 短いパルス幅: ディスクレーザは、非常に短いパルス幅でレーザー光を生成することができます。これは、医療用レーザや材料加工用レーザなど、高精度な作業に必要な要件である場合があります。
- 冷却: ディスクレーザは、レーザ発振によって発生する熱を効果的に放散するために、高度に冷却されています。これにより、ディスクレーザは、安定したレーザ発振を実現することができます。
- 多様な波長: ディスクレーザは、波長変換により、多様な波長のレーザ光を発生することができます。これにより、ディスクレーザは、様々な用途に使用することができます。
- 小型化: ディスクレーザは、比較的小型であり、スペースの制限がある分野でも使用することができます。
歴史
ディスクレーザは、現代のレーザ技術における重要な役割を果たすレーザの一種であり、1993年にシュツットガルト大学のDr. Adolf Giesenらによってディスクレーザの実証がなされて以来、シングルディスクによる出力はCW発振で4kWまで向上し、今日では材料加工などに一般的に使われるようになってきました。
初期のディスクレーザは、比較的低出力であり、科学研究に主に使用されていましたが、その後、技術が進歩し、高出力の産業用レーザや医療用レーザにも使用されるようになりました。ディスクレーザの応用範囲は、溶接や切断、加工、医療用途など多岐にわたります。
現在、ディスクレーザの研究は、出力の向上、安定性の向上、コンパクトな設計の開発など、様々な方向に向けられています。また、ディスクレーザは、より多様な材料を処理することができるようになるなど、新しい応用分野が開発される可能性があります。
応用
ディスクレーザは、その高出力と比較的小型化された設計から、現代のレーザ応用において重要な役割を果たしています。今後の可能性としては、以下のようなものがあります。
- 新しい材料の開発：ディスクレーザの性能を向上させるためには、レーザー材料の改良が必要です。新しい材料の開発により、より高出力かつ効率的なディスクレーザが実現できる可能性があります。
- より高出力のレーザの開発：ディスクレーザの出力は既に非常に高く、産業や医療、科学などの様々な分野で利用されていますが、さらに高出力のレーザが必要な場合もあります。ディスクレーザの設計の改善や新しいレーザ材料の開発によって、より高出力のディスクレーザが実現できる可能性があります。
- 新しい応用分野の開拓：ディスクレーザは、現代の科学や工業技術において幅広く応用されていますが、まだまだ新しい応用分野が開拓される余地があります。たとえば、医療分野においては、ディスクレーザを用いたレーザ手術やレーザ治療の新しい技術が開発される可能性があります。
- 省エネルギー化：ディスクレーザは、その高出力にもかかわらず、比較的省エネルギーで動作することができます。今後は、より省エネルギーかつ環境にやさしいディスクレーザの開発が求められることが予想されます。
0件のコメント