レーザーシステムの基本パラメータ

基本パラメータレーザーシステム

材料加工、レーザー手術、リモートセンシングなど、数多くの応用分野において、レーザーシステムには様々な種類が存在するものの、共通するコアパラメータがいくつか存在する。統一されたパラメータ用語体系を確立することで、表現上の混乱を回避し、ユーザーがレーザーシステムやコンポーネントをより正確に選択・構成できるようになり、特定のシナリオのニーズを満たすことができる。

基本パラメータ

波長（一般的な単位：nm～μm）

波長は、宇宙空間でレーザーから放出される光波の周波数特性を反映します。さまざまなアプリケーションシナリオでは、波長に対する要件が異なります。材料加工では、特定の波長に対する材料の吸収率が変化するため、加工効果に影響します。リモートセンシングアプリケーションでは、大気によるさまざまな波長の吸収と干渉に違いがあります。医療アプリケーションでは、さまざまな肌の色の人によるレーザーの吸収も波長によって異なります。焦点スポットが小さいため、波長の短いレーザーとレーザー光学デバイス微細で精密な形状を作り出すのに有利で、周辺部の発熱も非常に少ない。しかし、波長の長いレーザーと比較すると、一般的に高価で、損傷しやすい。

2．電力とエネルギー（一般的な単位：WまたはJ）

レーザー出力は通常ワット（W）で測定され、連続レーザーの出力やパルスレーザーの平均出力の測定に用いられます。パルスレーザーの場合、単一パルスのエネルギーは平均出力に比例し、繰り返し周波数に反比例します。単位はジュール（J）です。出力またはエネルギーが高いほど、レーザーのコストは一般的に高くなり、放熱要件も大きくなり、良好なビーム品質を維持することもそれに応じて難しくなります。

パルスエネルギー = 平均電力繰り返し周波数 パルスエネルギー = 平均電力繰り返し周波数

3. パルス持続時間（一般的な単位：fs～ms）

レーザーパルスの持続時間（パルス幅とも呼ばれる）は、一般的に、レーザ出力がピークの半分（FWHM）まで上昇する（図1）。超高速レーザーのパルス幅は非常に短く、通常はピコ秒（10⁻¹²秒）からアト秒（10⁻¹⁸秒）の範囲である。

4. 繰り返し周波数（一般的な単位：Hz～MHz）

の繰り返し率パルスレーザー（すなわち、パルス繰り返し周波数）は、1秒間に放出されるパルスの数を表し、タイミングパルス間隔の逆数です（図1）。前述のように、繰り返し周波数はパルスエネルギーに反比例し、平均出力に比例します。繰り返し周波数は通常、レーザー利得媒体に依存しますが、多くの場合、繰り返し周波数は変化します。繰り返し周波数が高いほど、レーザー光学素子の表面と最終的な集光スポットの熱緩和時間が短くなり、材料がより速く加熱されます。

5. コヒーレンス長（一般的な単位：mm～cm）

レーザーはコヒーレンスを持ち、これは異なる時間や位置における電場の位相値の間に一定の関係が存在することを意味します。これは、レーザーが誘導放出によって生成されるためであり、他のほとんどの光源とは異なります。伝搬過程全体を通してコヒーレンスは徐々に弱まり、レーザーのコヒーレンス長は、その時間的コヒーレンスが一定の質量を維持する距離を定義します。

6. 偏光

偏光とは、光波の電場の方向を定義するもので、常に伝搬方向に対して垂直です。ほとんどの場合、レーザーは直線偏光であり、これは放出される電場が常に同じ方向を向いていることを意味します。非偏光光は、さまざまな方向を向いた電場を生成します。偏光度は通常、100:1や500:1のように、互いに直交する2つの偏光状態の光パワーの比として表されます。