DPSSレーザーの動作原理

1. ダイオードポンピング:

このプロセスは、赤外線を放射するレーザー ダイオードから始まります。この光は、Nd:YAG 結晶を「ポンプ」するために使用されます。これは、イットリウム アルミニウム ガーネット結晶格子に埋め込まれたネオジム イオンを励起することを意味します。レーザー ダイオードは、Nd イオンの吸収スペクトルに一致する波長に調整されており、効率的なエネルギー伝達が保証されます。

2. Nd:YAG 結晶:

Nd:YAG 結晶はアクティブ利得媒体です。ネオジムイオンが励起光によって励起されると、エネルギーを吸収し、より高いエネルギー状態に移動します。短期間の後、これらのイオンはより低いエネルギー状態に戻り、蓄積されたエネルギーを光子の形で放出します。このプロセスは自然放出と呼ばれます。

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3. 反転分布と誘導放出:

レーザー作用が起こるには、反転分布が達成されなければなりません。つまり、より多くのイオンが低エネルギー状態よりも励起状態にあります。光子がレーザーキャビティのミラー間を往復すると、励起された Nd イオンが刺激されて、同じ位相、方向、波長の光子がさらに放出されます。このプロセスは誘導放出として知られており、結晶内の光の強度が増幅されます。

4. レーザーキャビティ:

レーザーキャビティは通常、Nd:YAG 結晶の両端にある 2 つのミラーで構成されます。 1 つのミラーは反射性が高く、もう 1 つは部分的に反射するため、レーザー出力として一部の光が逃げます。キャビティは光と共鳴し、誘導放出を繰り返すことで光を増幅します。

5. 周波数2倍化(第2高調波生成):

基本周波数光 (通常、Nd:YAG によって放射される 1064 nm) を緑色光 (532 nm) に変換するために、周波数 2 倍化結晶 (KTP - チタンリン酸カリウムなど) がレーザーの経路に配置されます。この結晶は、元の赤外光の 2 つの光子を受け取り、それらを 2 倍のエネルギー、つまり最初の光の波長の半分を持つ 1 つの光子に組み合わせることができる非線形光学特性を備えています。このプロセスは、第 2 高調波発生 (SHG) として知られています。

6. 緑色の光の出力:

この周波数が 2 倍になると、532 nm で明るい緑色の光が放射されます。この緑色の光は、レーザー ポインター、レーザー ショー、顕微鏡での蛍光励起、医療処置などのさまざまな用途に使用できます。

このプロセス全体は非常に効率的であり、コンパクトで信頼性の高い形式で高出力のコヒーレントな緑色光を生成することができます。 DPSS レーザーの成功の鍵は、固体利得媒体 (Nd:YAG 結晶)、効率的なダイオード ポンピング、および必要な光の波長を達成するための効果的な周波数 2 倍化の組み合わせです。