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、多くの応用分野において、レーザーシステムの種類は多岐にわたりますが、多くの場合、共通のコアパラメータが存在します。統一されたパラメータ用語体系を確立することで、表現の混乱を避け、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・設定できるようになり、特定のシナリオのニーズを満たすことができます。

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射される光波の周波数特性を反映します。用途によって波長に対する要件は異なります。例えば、材料加工においては、特定の波長における材料の吸収率が異なり、それが加工効果に影響を与えます。リモートセンシング用途では、大気による波長の吸収や干渉に違いがあります。医療用途では、肌の色によってレーザーの吸収も波長によって異なります。集光スポットが小さいため、波長の短いレーザーは、レーザー光学装置小型で精密な形状を作製するのに有利で、周辺部の加熱がほとんど発生しません。しかし、波長の長いレーザーと比較すると、通常は高価で損傷を受けやすいという欠点があります。

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、またはパルスレーザーの平均出力を測定するために使用されます。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正比例し、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がより困難になります。

パルスエネルギー = 平均電力繰り返し率 パルスエネルギー = 平均電力繰り返し率

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値の半分（FWHM）まで上昇するまでの時間（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）の範囲です。

4. 繰り返し周波数（一般的な単位：Hz～MHZ）

繰り返し率はパルスレーザー（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、つまりタイミングパルス間隔の逆数を表します（図1）。前述のように、繰り返し率はパルスエネルギーに反比例し、平均出力に正比例します。繰り返し率は通常、レーザー利得媒体に依存しますが、多くの場合、繰り返し率は変化する可能性があります。繰り返し率が高いほど、レーザー光学素子の表面と最終集光スポットの熱緩和時間が短くなり、材料をより速く加熱することができます。

5. コヒーレンス長（一般的な単位：mm～cm）

レーザーにはコヒーレンス性があり、これは異なる時間または位置における電場の位相値の間に一定の関係があ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、これは他のほとんどの光源とは異なります。伝播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. 分極

偏光は光波の電場の方向を定義し、常に伝播方向と垂直になります。ほとんどの場合、レーザーは直線偏光であり、これは放射される電場が常に同じ方向を向くことを意味します。非偏光光は、様々な方向を向く電場を生成します。偏光度は通常、2つの直交する偏光状態の光パワーの比、例えば100:1や500:1として表されます。