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レーザーの伝説の父：ゴードン・グッドはいかにして Q 変調の謎を解明したのか？
レーザー技術の世界で、Q スイッチングは間違いなく最も革新的な発明の 1 つです。この技術により、レーザーは最大キロワットのパルスを生成できるようになり、幅広いレーザー用途が可能になります。このすべての出発点は、1958 年に Q 変調の概念を初めて提案し、その後の実験の基礎を築いた科学者ゴードン グッドによるものです。
Q 変調の核心は、レーザー内部の光共振空洞の品質係数 (Q 係数) を調整することです。品質係数が高くなるほど、レーザーの損失が少なくなり、その効果が強くなります。
Q変調の原理
Q 変調の基本原理は、レーザーの光共振空洞内に可変減衰器を配置することです。この減衰器を調整することで、レーザーで生成された光子がゲイン媒体に戻ることがなくなります。これによりレーザーの発生が防止されます。レーザー媒体が連続的にポンピングされると、光のフィードバックがブロックされ、エネルギーがゲイン媒体内に徐々に蓄積され、ある臨界値に達する。このとき、レーザーフィードバックは、減衰器によって光パルスが生成されます。
Q変調の種類
Q変調は主にアクティブQ変調とパッシブQ変調に分けられます。アクティブ Q 変調では、外部制御の可変減衰器を使用して、機械装置または何らかの変調装置を使用してパルスの生成を制御します。一方、パッシブ Q 変調では、光の強度が特定の臨界値を超えるとより多くの光を透過する能力を持つタイプの材料である飽和吸収材料を使用します。
2 つの変調技術は、パフォーマンスを向上させるために組み合わせて使用されることがあります。たとえば、アクティブ変調では、外部光線を「シード」して、結果として得られるパルスに特定の特性を持たせることができます。
Q変調の応用
今日、Q 変調レーザーの応用は、金属加工、パルス ホログラフィー技術、化学反応速度論研究など、多くの分野に広がっています。たとえば、Q 変調レーザーは短時間で強力な光パルスを提供できます。これは、高精度の距離測定や皮膚治療 (タトゥーや皮膚のシミの除去など) に不可欠です。
皮膚治療では、Nd:YAG レーザーは強力なパルス性能と手頃な価格のため、広く好まれています。このレーザーは、インク粒子を効果的に分解し、体のリンパ系を通じて除去することができます。
今後の課題と可能性
科学技術の発展に伴い、Q 変調の原理を根本的に理解することで、レーザー技術の進歩がさらに促進されます。今日の課題は、パフォーマンスを維持しながらシステムの複雑さを軽減することです。ピコ秒レーザーなどの新技術の導入により、特に緑や水色などの難しい色の除去において、レーザーアプリケーションの見通しが明るくなりました。
結論
つまり、ゴードン・グッドの Q 変調理論は、レーザーに対する私たちの理解を変えただけでなく、数え切れないほどの技術の誕生を可能にしました。これを基に、将来のテクノロジーはどのように発展していくのでしょうか。おそらくこれが私たちの共通の探求目標となるでしょう。
