各種レーザーの特徴と応用例

レーザー技術はあらゆる側面から人々の生活に入り込んでいますが、その種類は数多くあります。レーザー、それぞれ波長や特性が異なるため、応用分野も異なります。

レーザーは作動媒体に応じて、固体レーザー、気体レーザー、色素レーザー、半導体レーザー、ファイバーレーザー、自由電子レーザーの6種類に分類されます。その中でも、固体レーザーと気体レーザーには多くの細分化があります。自由電子レーザーを除いて、さまざまなレーザーの基本的な動作原理は同じであり、これにはポンプ源、光共振空洞、利得媒体という 3 つの部分が含まれます。

固体レーザー、一般に光がポンプ光源として使用され、レーザーを発生できる結晶またはガラスはレーザー加工材料と呼ばれます。レーザー加工材料は、マトリックスと活性化イオンの 2 つの部分で構成されます。マトリックス材料は活性化イオンに適切な存在と作業環境を提供し、活性化イオンはレーザー生成プロセスを完了します。一般的に使用される活性化イオンは、主にクロム、コバルト、ニッケル イオンなどの遷移金属イオンと、ネオジム イオンなどの希土類金属イオンです。共振器レンズには表面に誘電体膜を形成した反射鏡が使用されており、一方は全反射鏡、もう一方は半反射鏡となっています。異なる活性化イオン、異なるマトリックス材料、異なる波長の光が励起に使用されると、さまざまな波長のレーザーが放射されます。

1.ルビーレーザー
出力レーザー波長は694.3nmで、光電変換率は0.1%と低い。ただし、蛍光寿命が長いため、エネルギーの蓄積が容易で、より高いパルスピークパワーを出力できます。ペンの芯ほどの細さ、指ほどの長さのルビーの棒から発せられるレーザーは鉄板を容易に貫通します。より効率的な YAG レーザーが登場する前は、ルビー レーザーがレーザー切断や穴あけに広く使用されていました。また、694nmの光はメラニンに吸収されやすいため、ルビーレーザーは色素性病変（シミ）の治療にも使用されます。
2.チタンサファイアレーザー
その結晶特性により、広い調整範囲（調整可能な波長範囲）を持ち、必要に応じて660nm-1200nmの波長の光を出力できます。周波数逓倍技術（光の周波数を2倍にする、つまり波長を半分にする技術）の成熟により、波長範囲は330nm-600nmまで拡張できます。チタンサファイアレーザーは、フェムト秒分光法、非線形光学研究、白色光の生成、テラヘルツ波の生成などに使用され、医療美容にも使用されています。
3. Nd：YAGレーザー
YAGはイットリウム・アルミニウム・ガーネットの略称です。この材料は、現時点で最も総合的な特性を備えたレーザー結晶母材です。ネオジム（Nd）をドープした後、1064nmの光を出力でき、最大連続出力電力は1000wに達します。初期には、不活性ガスフラッシュランプがレーザーの励起光源として使用されていましたが、フラッシュランプ励起方法はスペクトル範囲が広く、レーザー利得媒体の吸収スペクトルとの重なりが少なく、熱負荷が大きいため、光電変換効率が低い。そのため、現在ではレーザーの高効率、高出力、長寿命を実現するためにLD（レーザーダイオード）励起が使用されています。 Nd: YAG レーザーは血管腫の治療と腫瘍の増殖の抑制に使用できます。ただし、このレーザーは組織に非選択的な熱損傷を与えます。腫瘍の血管を凝固させる際に、過剰なエネルギーが周囲の正常組織にもダメージを与え、手術後に傷跡が残りやすくなります。したがって、Nd:YAG レーザーは主に外科、婦人科、耳鼻咽喉科で使用されますが、皮膚科ではほとんど使用されません。
4.Yb:YAGレーザー
Yb:YAG、YAGにはイッテルビウム（Yb）がドープされており、1030nmの光を出力できます。 Yb:YAG の励起波長は 941nm で、出力波長に非常に近く、91.4% の励起量子効率を達成できます。ポンプで発生する熱は10％以下に抑えられています（入力エネルギーのほとんどが出力レーザーのエネルギーに変換され、一部が熱となるため変換効率が非常に高い）。 % ～ 30% の Nd:YAG。 Yb:YAG は、最も注目を集める固体レーザー媒体の 1 つとなっています。 LD 励起高出力 Yb:YAG 固体レーザーは、新たな研究のホットスポットとなっており、高効率および高出力固体レーザー開発の主要な方向性とみなされています。

上記の 2 種類に加えて、YAG にはホルミウム (Ho) やエルビウム (Er) などをドープすることもできます。Ho:YAG は人間の目に安全な 2097nm および 2091nm レーザーを生成でき、主に光通信、レーダー、レーザーなどに適しています。医療用途。 Er:YAGは2.9μmの光を出力し、人体はこの波長の吸収率が高いため、レーザー手術や血管手術に大きな応用の可能性があります。

ガスレーザー利得媒体としてガスを使用するレーザーであり、通常はガス放電を励起します (固体レーザーと同様なので、詳細は説明しません)。ガスの種類には、原子ガス (ヘリウム ネオン レーザー、希ガス イオン レーザー、金属蒸気レーザー)、分子ガス (窒素レーザー、二酸化炭素レーザー)、エキシマ ガス、および化学反応によってポンピング エネルギーを提供する特殊ガス レーザーが含まれます。

1. He-Ne レーザー
HeNe レーザー (HeNe) は、75% を超える He と 15% 未満の Ne の混合ガスを利得媒体として使用します。作業環境に応じて、緑色（543.5nm）、黄色（594.1nm）、オレンジ色（612.0nm）、赤色（632.8nm）および3つの近赤外線（1152nm、1523nm、3391nm）を発光できます。 )、そのうち赤色光 (632.8nm) が最も一般的に使用されます。 HeNe レーザーから出力されるビームはガウス分布しており、ビーム品質は非常に安定しています。出力は高くありませんが、精密測定の分野では優れた性能を発揮します。

2. 不活性ガスレーザー
一般的な不活性ガス レーザーはアルゴン イオン (Ar+) とクリプトン イオン (Kr+) です。エネルギー変換率は最大 0.6% に達し、30-50w の電力を長期間連続かつ安定して出力でき、寿命は 1000 時間以上です。主にレーザーディスプレイ、ラマン分光法、ホログラフィー、非線形光学のほか、医療診断、印刷色分解、計測、材料処理、情報処理などの研究分野で使用されています。

3. 金属蒸気レーザー
金属蒸気レーザーは銅蒸気を例にとります。銅蒸気レーザーは主に緑色光 (510.5nm) と黄色光 (578.2nm) を出力し、平均出力 100w、ピーク出力 100kw に達します。その主な応用分野は、色素レーザーのポンプ光源です。また、高速フラッシュ撮影や大画面プロジェクションテレビ、素材加工などにもご利用いただけます。

4. 窒素分子レーザー
窒素分子レーザーは利得媒体として窒素を使用し、最大 45kw のピーク出力で 337.1nm、357.7nm、315.9nm の紫外光を放射できます。有機色素レーザーの励起光源として使用できるほか、レーザーによる同位体分離、蛍光診断、超高速撮影、汚染検出、医療、農業育種などに幅広く使用されています。波長が短いため、焦点を合わせて小さなスポットを得ることが容易なため、サブミクロンの部品の加工にも使用できます。

5. 炭酸ガスレーザー
炭酸ガスレーザーで使用される利得媒体は、二酸化炭素にヘリウムと窒素を混合したもので、波長9.6μmと10.6μmを中心とした遠赤外光を出力します。炭酸ガスレーザーのエネルギー変換率は高く、出力は数ワットから数万ワットの範囲に及びます。炭酸ガスレーザーは、非常に高いビーム品質と相まって、材料加工、科学研究、国防、医療などの分野で広く使用されています。

6. エキシマ不安定な分子です。異なる希ガスとハロゲンガスの混合物が共振空洞内に満たされると、異なる波長のレーザーが生成されます。励起を達成するには、相対論的電子ビーム (200 キロ電子ボルトを超えるエネルギー) または横方向の急速パルス放電が一般的に使用されます。励起されたエキシマーの不安定な分子結合が壊れて基底状態の原子に解離すると、励起状態のエネルギーがレーザー放射の形で放出されます。医療、光通信、半導体ディスプレイ、リモートセンシング、レーザー兵器などの分野で広く使用されています。

化学レーザーは特殊なタイプのガス レーザーです。つまり、化学反応によって放出されるエネルギーを使用して反転分布を達成するレーザーです。これらのレーザーのほとんどは分子遷移モードで動作し、一般的な波長範囲は近赤外線から中赤外線までです。最も重要なデバイスはフッ化水素 (HF) とフッ化重水素 (DF) です。前者は、2.6 ～ 3.3 ミクロンの範囲で 15 本を超えるスペクトル線を出力できます。後者には、3.5 ミクロンと 4.2 ミクロンの間に約 25 本のスペクトル線があります。現在、どちらのデバイスも数メガワットの出力を達成できます。巨大なエネルギーのため、原子力工学や軍事分野で一般的に使用されています。

色素レーザーレーザー媒体として有機色素を使用するレーザーで、通常は液体溶液です。気体レーザー媒体や固体レーザー媒体と比較して、色素レーザーは一般に広い波長範囲で使用できます。帯域幅が広いため、特に波長可変レーザーやパルスレーザーに適しています。しかし、媒体寿命が短く、出力が限られているため、基本的にはチタン サファイアなどの波長可変固体レーザーに置き換えられています。

半導体レーザー半導体材料を加工材料として使用するレーザーです。励起方法には、電気注入、電子ビーム励起、光ポンピングなどがあります。小型、低価格、高効率、長寿命、低消費電力です。これらは、電子情報、レーザー印刷、レーザーペン、光通信、レーザーテレビ、小型レーザープロジェクター、電子情報、集積光学、その他の分野で使用できます。これらは最も実用的で重要なタイプのレーザーです。

ファイバーレーザー希土類添加ガラスファイバーを利得媒体として使用するレーザーを指します。レーザーファイバー通信、レーザー空間長距離通信、産業用造船、自動車製造、レーザー彫刻、レーザーマーキング、レーザー切断、印刷ローラーの製造、金属および非金属の穴あけ/切断/溶接など、幅広い用途があります(真鍮溶接、焼き入れ、クラッディングおよび深溶接）、軍事防衛セキュリティ、医療機器および器具、大規模インフラ、他のレーザーのポンプ源としてなど。

自由電子レーザー従来のレーザーとは異なる、新しいタイプの高出力コヒーレント放射線源です。作動物質として気体、液体、固体を必要とせず、高エネルギー電子ビームの運動エネルギーをコヒーレント放射線エネルギーに直接変換します。したがって、自由電子レーザーの作動物質は自由電子であると考えることもできます。高出力、高効率、波長の広範囲な調整、超短パルスの時間構造など、一連の優れた特性を備えています。それを除いて、他のレーザーはこれらの特性を同時に持つことはできません。物理研究、レーザー兵器、レーザー核融合、光化学、光通信などの分野で非常に有望な分野です。

JTBYシールドは、高品質レーザーの研究開発と生産に重点を置いている企業で、精度と効率に対するさまざまな業界のニーズを満たすプロフェッショナルなレーザー ソリューションを顧客に提供することに尽力しています。レーザー製品が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。

1. 多様な製品ラインアップ
JTBYShieldは、固体レーザー、ファイバーレーザー、CO2レーザー、半導体レーザーなどを含むがこれらに限定されない、さまざまなお客様のニーズを満たすさまざまなレーザーを提供しています。
各レーザーは、さまざまなアプリケーション環境における安定性と信頼性を確保するために、厳格な品質管理と性能テストを受けています。
2.高品質な製品
レーザーの優れたビーム品質と長寿命を保証するために、高度な製造技術と高品質の材料が使用されています。
すべての製品は国際基準を満たしており、ISO9001品質マネジメントシステム認証に合格しています。
3. 高品質なサービス
顧客がアプリケーションのニーズに最適なレーザーを選択できるよう、包括的な販売前コンサルティングと技術サポートを提供します。
専門のアフターサービスチームにより、お客様のメンテナンスや修理のニーズに迅速に対応し、機器の正常な動作を保証します。
4. プロフェッショナルなレーザーソリューション
システム統合、ソフトウェア開発、トレーニングサービスなど、顧客の特定のニーズに応じてカスタマイズされたレーザーソリューションを提供します。
多くの科学研究機関や企業と協力して、継続的に新技術を開発し、製品の性能とサービスレベルを向上させます。
5. 幅広い応用分野
製品は工業加工、医療美容、科学研究と教育、軍事防衛などの分野で広く使用されています。
特に精密製造やハイテク研究の分野では、JTBYShield のレーザーはその優れた性能と安定性で広く認められています。

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