超高速レーザーとは何か

A. 超高速レーザーの概念

超高速レーザーは通常、フェムト秒やピコ秒といった超短パルスを発生するモード同期レーザーを指します。より正確な名称は超短パルスレーザーです。超短パルスレーザーはほぼモード同期レーザーですが、ゲインスイッチング効果によって超短パルスも生成できます。

B. 超高速レーザーの種類

1. チタンサファイアレーザーは、通常カーレンズモード同期方式で、約5フェムト秒という短いパルス幅を生成できます。平均出力は通常数百ミリワットで、パルス繰り返し周波数は例えば80MHz、パルス幅は数十フェムト秒以下、パルス幅は数十フェムト秒以下であるため、非常に高いピーク出力が得られます。しかし、チタンサファイアレーザーは緑色光レーザーからの励起光を必要とするため、装置が複雑になり、コストも高くなります。

2. ダイオード励起レーザーには、例えばイッテルビウムドープ（結晶またはガラス）やクロムドープレーザー結晶をベースにした様々な種類があり、通常はSESAMパッシブモード同期方式を採用しています。ダイオード励起レーザーのパルス幅はチタンサファイアレーザーほど短くはありませんが、パルス幅、パルス繰り返し周波数、平均出力に関して広いパラメータ領域をカバーできます（下記参照）。

3. 希土類元素を添加したガラスファイバーをベースとしたファイバーレーザーは、非線形偏光回転やSESAMなどを用いて受動モード同期させることもできます。平均出力、特にピーク出力に関してはバルクレーザーよりも制限がありますが、ファイバー増幅器と組み合わせることで容易に実現できます。モード同期ファイバーレーザーに関する記事で詳細を説明しています。

(4) モード同期ダイオードレーザーは、集積型デバイスまたは外部共振器型ダイオードレーザーであり、アクティブモード同期、パッシブモード同期、または混合モード同期が可能です。通常、モード同期ダイオードレーザーは、中程度のパルスエネルギーで、高い（数千メガヘルツ）パルス繰り返し周波数で動作します。

超高速レーザー発振器は、超高速レーザー システムの一部となることができ、ピーク電力と平均出力電力を高めるために超高速増幅器 (光ファイバー増幅器など) も含まれる場合があります。