固体レーザーの「魂」を紹介

固体レーザーの「魂」を紹介

主流固体レーザー材料

あらゆるレーザーの核となるのはレーザーの作動物質であり、固体レーザーの作動物質はレーザは本質的に固体です。ほとんどの固体レーザー媒体は、結晶マトリックスとレーザー活性を有するドープされた原子またはイオンで構成されていますが、アモルファス（ガラス）マトリックスは比較的まれです。セラミック製造技術の最新の進歩により、結晶材料よりもはるかに大きなサイズで製造可能な、低コストで高品質のレーザー材料の応用範囲が大幅に拡大すると期待されています。

一般的に使用される固体レーザーコア材料

ルビー：化学組成はクロム添加酸化アルミニウム（Cr:Al₂O₃）です。人工ルビーは宝石品質のルビーと化学組成は似ていますが、純度と品質が高く、ピンク色を呈し、レーザー波長は694.3ナノメートルです。

2. ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット（Nd:YAG）：人工結晶で、レーザー波長は1064ナノメートル。近赤外光に属し、目には見えず、目に有害です。Nd:YAGは現在、ルビーをはるかに上回り、最も広く使用されている固体レーザー材料です。その主な理由は、レーザー閾値が低く、同じ入力エネルギーでより高い出力エネルギーを実現できることです。

3. ネオジムドープバナジン酸イットリウム（Nd:YVO₄） しばしば「バナデート」と呼ばれるこの化合物は、大きな誘導放出断面積、低いレーザー閾値、そして偏光出力特性により、低～中出力（最大数ワット）のダイオード励起固体レーザーに適した材料となっています。動作波長は1064ナノメートルと1340ナノメートルで、周波数逓倍により532ナノメートルと670ナノメートルの波長のレーザーを出力できます。

4. ネオジム添加ガラス（Nd:ガラス）：非晶質ガラスを母材としており、そのレーザー特性はNd:YAGに類似しています。主な欠点は熱伝導率が結晶の1/10と比較的低いため、高出力用途では冷却が困難であることです。しかし、直径1フィートを超えるレーザー媒体に加工できるため、エネルギー密度を効果的に制御でき、キロジュールレベルの光学部品への損傷を回避できるという利点があります。パルスレーザー、そして比較的低コストです。

その他の重要な固体レーザー材料としては、エルビウム添加材料（エルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Er:YAG、出力波長2940ナノメートル）およびエルビウム添加ガラス（Er:ガラス、出力波長1540ナノメートル）など）があります。ホルミウム添加材料（ホルミウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ho:YAG）、ホルミウム添加リチウムイットリウムフッ化物（Ho:YLF）、およびホルミウム添加ガラス（Ho:ガラス、出力波長2000～2100ナノメートル）など）があります。ツリウム添加材料：ツリウム添加イットリウムアルミニウムガーネット（Tm:YAG）、ツリウム添加ルテチウムアルミニウムガーネット（Tm:LuAG）、ツリウム・ホルミウム共添加フッ化イットリウムリチウム（Tm,Ho:YLF、出力波長2000～2030ナノメートル）など。イッテルビウム添加材料：イッテルビウム添加タングステン酸カリウムガドリニウム（Yb:KGW、出力波長1025～1045ナノメートル）など。アレキサンドライト（出力波長655～815ナノメートル）。チタン添加サファイア（Ti:サファイア、出力波長840～1100ナノメートル）