固体レーザーの「魂」をご紹介します

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主流固体レーザー材料

あらゆるレーザーの中核はレーザー作動物質であり、固体レーザーの作動物質はレーザは基本的に固体である。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持つ原子またはイオンのドーピングから構成されているが、非晶質（ガラス）マトリックスは比較的まれである。セラミック製造技術の最新の進歩により、低コストで高品質なレーザー材料の応用範囲が大幅に拡大することが期待されており、これらの材料は結晶材料よりもはるかに大きなサイズで製造できる。

一般的に使用される固体レーザー材料の中核

ルビー：その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、純度と品質がより高くなっています。ピンク色をしており、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、目には全く見えず、危険です。Nd:YAGは現在、ルビーをはるかに凌駕する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、レーザー発振閾値が低く、同じ入力エネルギーでより高い出力エネルギーが得られるためです。

3. ネオジム添加バナジン酸イットリウム（Nd:YVO₄） 単に「バナジン酸塩」と呼ばれることも多いこの材料は、誘導放出断面積が大きく、レーザー発振閾値が低く、偏光出力特性を持つため、低出力から中出力（数ワットまで）のダイオード励起固体レーザーの材料として好まれています。動作波長は1064ナノメートルと1340ナノメートルで、周波数倍増後には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）：非晶質ガラスをマトリックスとして使用し、そのレーザー特性はNd:YAGと類似しています。主な欠点は、熱伝導率が比較的低く、結晶のわずか1/10であるため、高出力用途での冷却が難しいことです。しかし、利点は、直径1フィートを超えるレーザー媒体に加工でき、エネルギー密度を効果的に制御し、キロジュールレベルの光学部品の損傷を回避できる点にあります。パルスレーザーそして、比較的低コストであること。

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:Glass、出力波長1540ナノメートル）など）や、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）、ホルミウム添加ガラス（Ho:glass、出力波長2000～2100ナノメートル）など）がある。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・ホルミウム共添加リチウムイットリウムフッ化物（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）