波長可変レーザーの種類

の種類波長可変レーザー

チューナブルレーザーの応用は、一般的に2つの主要なカテゴリーに分けられます。1つは、単一または複数の固定波長レーザーでは必要な1つ以上の離散波長を提供できない場合です。もう1つのカテゴリーは、レーザ分光法やポンプ検出実験などの実験やテスト中は、波長を継続的に調整する必要があります。

多くの種類の波長可変レーザーは、波長可変の連続波（CW）、ナノ秒、ピコ秒、またはフェムト秒のパルス出力を生成できます。その出力特性は、使用するレーザー利得媒体によって決まります。波長可変レーザーの基本要件は、広い波長範囲にわたってレーザーを発振できることです。特殊な光学部品を用いることで、特定の波長または波長帯を、レーザーの発光帯域から選択することができます。波長可変レーザーここでは、いくつかの一般的なチューナブルレーザーを紹介します。

可変CW定在波レーザー

概念的には、チューナブルCWレーザー最もシンプルなレーザーアーキテクチャです。このレーザーは、高反射率ミラー、利得媒体、出力結合ミラーで構成され（図1参照）、様々なレーザー利得媒体を用いてCW出力を得ることができます。波長可変性を実現するには、対象波長範囲をカバーできる利得媒体を選択する必要があります。

2. 可変CWリングレーザー

リングレーザーは、単一縦モードを通してキロヘルツ領域のスペクトル帯域幅を持つ可変CW出力を実現するために長年使用されてきました。定在波レーザーと同様に、可変リングレーザーも色素やチタンサファイアを利得媒体として使用することができます。色素は100kHz未満という極めて狭い線幅を実現でき、チタンサファイアは30kHz未満の線幅を実現します。色素レーザーの可変波長範囲は550～760nm、チタンサファイアレーザーは680～1035nmです。どちらのタイプのレーザーも、出力をUV帯域まで周波数逓倍することができます。

3. モード同期準連続レーザー

多くの用途において、レーザー出力の時間特性を正確に定義することは、エネルギーを正確に定義することよりも重要です。実際、短い光パルスを実現するには、多数の縦モードが同時に共振する共振器構成が必要です。これらの周期的な縦モードがレーザー共振器内で一定の位相関係を持つ場合、レーザーはモード同期状態になります。これにより、共振器内で単一パルスが発振し、その周期はレーザー共振器の長さによって定義されます。アクティブモード同期は、音響光学変調器(AOM)、または受動モードロックはカーレンズを通じて実現できます。

4. 超高速イッテルビウムレーザー

チタンサファイアレーザーは幅広い用途に使用されていますが、一部の生物学的イメージング実験ではより長い波長が必要になります。典型的な二光子吸収過程は、波長900nmの光子によって励起されます。波長が長いほど散乱が少なくなるため、励起波長を長くすることで、より深いイメージング深度を必要とする生物学的実験をより効果的に駆動できます。

今日、チューナブルレーザーは、基礎科学研究からレーザー製造、生命科学・健康科学に至るまで、多くの重要な分野で応用されています。現在利用可能な技術範囲は非常に広く、シンプルなCWチューナブルシステムから始まり、その狭い線幅は高解像度分光法、分子・原子捕獲、量子光学実験に利用でき、現代の研究者にとって重要な情報を提供します。今日のレーザーメーカーは、ナノジュールのエネルギー範囲で300nmを超えるレーザー出力を提供するワンストップソリューションを提供しています。より複雑なシステムは、マイクロジュールおよびミリジュールのエネルギー範囲で、200～20,000nmという非常に広いスペクトル範囲をカバーします。