連続レーザーは、安定して途切れることなくレーザービームを出力でき、その出力電力は(理想的な条件下では)時間とともに一定に保たれます。
主な特徴:安定性と持続性
連続出力:これは最も重要な特徴です。電源が接続され、動作条件が安定している限り、レーザーは中断することなく連続的に光を放射できます。
電力安定性:出力レーザーの電力(単位時間あたりに放出されるエネルギー)は、動作中に基本的に一定に保たれます。
時間的特性:ビームは時間次元(巨視的)で連続しており、明らかなパルス間隔はありません。
動作原理:連続励起、連続発光
連続レーザーの動作原理は、レーザー生成の基本原理(誘導放出)に従いますが、その励起プロセスは連続的です。
連続励起:外部エネルギー源(電流、光エネルギー、化学反応エネルギーなど)が、レーザーの利得媒体(ガスCO₂、固体結晶Nd:YAG、半導体材料、色素溶液など)に連続的に入力されます。
人口反転の維持:連続励起エネルギーは、利得媒体中の原子、分子、または電子を低エネルギー準位から高エネルギー準位に励起し、高エネルギー準位の粒子数が低エネルギー準位の粒子数よりも多い状態(人口反転)を維持します。
誘導放出の継続:共振器(2つのミラーで構成)に存在する少数の自然放出光子が、利得媒体を通過すると、高エネルギー準位の粒子が誘導放出を引き起こし、入射光子と全く同じ周波数、位相、方向を持つ新しい光子を放出します。
光増幅と連続発振:これらの新しく生成された光子は、共振器ミラーによって往復反射され、利得媒体を繰り返し通過します。各通過は、より多くの誘導放射を引き起こし、光子の数を雪崩のように連続的に増加させ、強力なコヒーレント光波を形成します。
安定したレーザー出力:共振器内を往復する光によって得られる利得(増幅)が、この発振の損失(出力ミラーを透過する光の一部を含む)を補償するのに十分な場合、レーザーは安定した動作状態に達し、部分的に透過する出力ミラーからレーザービームを連続的かつ安定的に放出します。
主な技術的利点
連続電力出力:安定した熱源または光源を提供し、連続的なエネルギー入力が必要なプロセス(切断や溶接など)に適しています。
高安定性:出力電力とビーム指向性は通常非常に安定しており、精密な測定や通信に不可欠です。
優れたビーム品質:通常、純粋なモード(基本モードTEM00など)と小さな発散角を持つ高品質のビームを生成し、集光と長距離伝送に役立ちます。
高効率(一部のパルスレーザーと比較して):連続動作が必要なシナリオでは、全体のエネルギー利用効率が高くなる可能性があります。
幅広い応用分野
産業加工
レーザー切断:金属(CO₂レーザー切断機など)および非金属(布、アクリルなど)の精密かつ高速な切断。
レーザー溶接:高アスペクト比と低変形での精密溶接の実現(自動車および電子機器業界で一般的に使用)。
レーザーマーキング/彫刻:製品表面への永久マーキング(主に半導体およびファイバーレーザー)。
表面処理:焼入れ、クラッディング、合金化など。
医療分野
メス:CO₂レーザーは軟組織蒸散切断(耳鼻咽喉科手術など)に使用され、半導体レーザーは眼科手術および歯科治療に使用されます。
光線力学療法:特定の波長の連続レーザーは、光感受性薬剤を活性化して、癌細胞または病気の組織を選択的に殺します。
皮膚治療:脱毛(半導体、Nd:YAG)、血管治療、肌の若返りなど。
通信と情報
光ファイバー通信:半導体レーザーは、高速光ファイバーネットワークの主要な光源であり、大量のデータを伝送します。
ディスプレイとセンシング
レーザーディスプレイ:高輝度、広色域のプロジェクターまたはテレビの光源として。
LiDAR:一部の連続波LiDARは、速度測定、距離測定、ガス検出などに使用されます。
バーコードスキャン:スーパーマーケットのレジカウンターでよく見られるデバイス。
連続レーザーは、安定した連続的なエネルギーフローを提供するレーザーファミリーのバックボーンです。連続レーザーの動作原理と独自の利点を理解することは、現代の科学技術と産業におけるその中心的な役割を認識するための基礎となります。これらは、光エネルギーを正確かつ継続的に制御することにおける人類の顕著な成果を表しています。