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レーザーの瞬間魔法：Q 変調技術はどのようにして超強力パルスを生成するのか？
レーザー技術の急速な発展において、Q 変調技術は間違いなく最も注目を集める革新技術の 1 つです。この技術により、レーザーは短く強力な光パルスを生成できるようになり、科学、産業、医療において重要な役割を果たします。
Q 変調は、巨大パルス生成または Q 破壊とも呼ばれ、レーザーがパルス出力ビームを生成できるようにする技術です。
Q 変調は 1958 年に Gordon Goode によって初めて提案され、1961 年または 1962 年に Hughes Research Laboratories の R.W. Hellwarth と F.J. McClung によって独立して発見され、検証されました。彼らは、電動カーセルシャッターを使用してサファイアレーザーの Q 変調を実証しました。
Q変調の原理
Q 変調の核心は、レーザーの光共振器内に何らかの形の可変吸収体を配置することにあります。吸収体が作動すると、増幅媒体から放出された光は戻ることができず、レーザー動作を開始できなくなります。キャビティ内のこの減衰は、品質係数 (Q 係数) の減少に相当します。Q 係数が高いほど、ループあたりの損失は低くなります。
Q 係数を低から高に切り替えると、レーザーの光強度が急速に増加し、巨大なパルス形成と呼ばれる短い光パルスが生成されます。
アクティブ Q 変調とパッシブ Q 変調
Q 変調は、アクティブとパッシブの 2 つのカテゴリに分けられます。アクティブ Q 変調では、外部制御の可変減衰器 (通常はシャッターや回転ミラーなどの機械装置) を使用して、レーザーの Q 係数を調整します。一方、パッシブ Q 変調では、光の強度が一定のしきい値を超えると透過率が増加する材料である可飽和吸収体を使用します。
パッシブモードでは、レーザー出力が増加すると、吸収体が急速に損失を減らし、強力な光パルスの形成を促進します。
Q変調のバリエーション
パルスの安定性を向上させるために、科学者たちはキャビティダンプや再生増幅など、Q変調のいくつかのバリエーションも開発しました。そのうち、キャビティダンプは100%反射キャビティミラーを使用します。Q値が高い場合、出力ビームは生成されません。代わりに、ビームは遅延後にキャビティから「ダンプ」されるため、より短い出力パルスが得られます。通常のQ変調よりも得られます。
一般的なパフォーマンスとアプリケーション
Nd:YAG レーザーなどの一般的な Q 変調レーザーは、数十ナノ秒持続するパルスを生成できます。平均出力が 1 ワット未満であっても、ピーク出力は数キロワットに達することがあります。このような高ピークレーザーは、金属切断やパルスホログラフィックイメージングなど、高強度を必要とする分野で使用できます。
Q 変調レーザーは高いピーク値を実現できるため、非線形光学や距離測定などの用途に幅広く使用できます。
さらに、Q 変調レーザーは医療、特にタトゥー除去にも広く使用されています。この技術は、インク粒子を体内のリンパ系で除去できる小さな粒子に分解するため、成功率が高く、通常は複数回の治療が必要です。
今後の展開
科学技術の継続的な進歩に伴い、Q変調技術は進化を続け、医療、製造、科学研究などの分野での応用展望がさらに広がります。新しいシステム設計と材料の出現により、レーザーの性能がより効率的になる可能性があります。
私たちは日常生活の中でこの技術をどのように活用して、既存の課題を解決し、より良い未来を創造できるでしょうか?
