超高速レーザーとは何ですか？

A. 超高速レーザーの概念

超高速レーザーとは、通常、フェムト秒やピコ秒といった超短パルスを発振するモード同期レーザーを指します。より正確には、超短パルスレーザーと呼ぶべきでしょう。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も超短パルスを生成できます。

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、パルス幅が約5フェムト秒と非常に短いパルスを生成できます。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、パルス幅も数十フェムト秒以下となるため、極めて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、構造が複雑になり、コストも高くなります。

2. 例えば、イッテルビウム添加（結晶またはガラス）レーザー結晶やクロム添加レーザー結晶などを用いた様々なダイオード励起レーザーがあり、これらは通常、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範囲をカバーできます（下記参照）。

3. 希土類元素を添加したガラス繊維を用いたファイバーレーザーも、非線形偏光回転やSESAMなどを用いて受動的にモード同期させることができます。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より効率的に使用できます。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、一体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、パッシブ、または混合モード同期が可能です。一般的に、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を構成することができ、このシステムには、ピーク出力と平均出力を向上させるための超高速増幅器（光ファイバー増幅器など）も含まれる。