気体レーザー

気体レーザーとは

気体レーザーは、レーザー媒質として気体を用いるレーザーの総称です。その種類は多岐にわたり、媒質となる気体の種類によって、中性原子レーザー、イオンレーザー、分子レーザー、エキシマレーザー、金属蒸気レーザーなどに分類されます。

気体レーザーの概要

気体レーザーは、レーザーの原理上、単一の気体ではなく、複数の気体を混合したものが使用されることが一般的です。現在までに1000本以上の波長での発振が確認されており、特に短波長での高出力動作や、超短波長、遠赤外領域での発振に利用されることが多いです。

気体レーザーの特徴

気体レーザーには、以下のような特徴があります。

優れた単色性・指向性: 固体レーザーなどと比較して、最も優れた単色性と指向性を持っています。
低いしきい値: しきい値が低いため、励起エネルギー準位からの無輻射遷移が遅く、結果としてスペクトル幅が狭くなります。これは、レーザー光の純度を高める上で重要な要素となります。
連続発振での高出力: 連続発振による出力は高いですが、瞬間的な出力は低めです。これは、気体媒質が大きなエネルギーを蓄積するのに適していないためです。
低い発光中心密度: 一般的に、発光中心の密度は小さいです。しかし、イオンレーザーは例外で、レーザーの発光中心が電荷を持っているため、外部磁場によって発光中心の密度を変化させることができます。
放電励起: 多くの場合、放電によって電子を励起し、レーザー発振を促します。

主な気体レーザーの種類

以下に、主な気体レーザーの種類を挙げます。

ヘリウムネオンレーザー: 赤色の可視光を発振し、実験や教育分野で広く利用されています。比較的安価で、安定した発振が特徴です。
アルゴンイオンレーザー: 青色や緑色の光を発振し、医療や科学研究分野で利用されています。高い出力と広い波長範囲が特徴です。
炭酸ガスレーザー: 赤外光を発振し、工業用加工や医療分野で用いられています。高出力と高い効率が特徴です。
窒素レーザー: 紫外線を発振し、蛍光分析や半導体製造などに利用されています。パルス発振が可能で、短時間で高いエネルギーを放出できるのが特徴です。

これらの他にも、様々な種類の気体レーザーが存在し、それぞれ異なる特性と用途を持っています。

まとめ

気体レーザーは、その優れた単色性や指向性、そして幅広い波長域での発振能力から、科学研究、工業、医療など、様々な分野で重要な役割を果たしています。特に、短波長や遠赤外領域での利用において、その特性が最大限に活かされています。

参考情報

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典『気体レーザー』 - コトバンク

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