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ピークエネルギーの秘密: なぜ Q 変調レーザーはキロワットレベルに達することができるのでしょうか?
レーザー技術の世界では、Q 変調技術は超高ピークパワーを生成できるため、多くの科学者の注目を集めています。 「ジャイアントパルス形成」と呼ばれるこの技術により、レーザーは連続波モードと比較して短時間で数キロワットのピークパワーを供給することができます。この特性により、Q 変調レーザーは医療、材料加工、科学研究などの多くの分野で重要なツールとなっています。この記事では、Q 変調の原理とその背後にある技術的秘密について詳しく説明します。
「Q 変調テクノロジーにより、レーザーは非常に短時間でエネルギーを蓄積および放出できます。このプロセスの速度と効率は驚くべきものです。」
Q 変調の原理
Q 変調の核心は、レーザーの光空洞共振器内にある種の可変減衰器を配置することです。光キャビティ内に減衰器が存在すると、利得媒体から放射された光は戻ることができないため、レーザーは動作を開始できません。このプロセスにより、光空洞共振器の Q 値が減少し、それによってレーザー損失が減少し、より高いレーザー効率が達成されます。
最初、レーザー媒質は低 Q 状態でポンピングされ、飽和状態に達するまで光共振器内でのエネルギーの蓄積が強化されます。このとき、Q 変調デバイスは状態を低 Q から高 Q に急速に変化させ、光増幅プロセスを開始します。その結果、ジャイアント パルスと呼ばれる、レーザーからの短くて非常に強い光パルスが生成されます。
Q 変調の種類
アクティブ Q 変調
アクティブ Q 変調は、機械式シャッターや光変調器など、外部制御される可変減衰器を利用します。このアプローチにより、外部信号が低 Q から高 Q への高速遷移をトリガーできるようになり、パルス繰り返しレートを正確に制御できるようになります。このような制御方法は、発生強度や波長特性の微調整など、レーザ光の選択的な調整に応用することができる。
パッシブ Q 変調
パッシブ Q 変調では、可飽和吸収体を使用し、光の強度が変化すると、これらの材料の光の透過率が変化します。レーザー起動の初期段階では、この材料の損失は高くなりますが、レーザー強度が増加すると、吸収体はすぐに飽和するため、損失が減少し、レーザーパルスの形成が促進されます。繰り返し率は直接制御できませんが、レーザーのポンプ強度を調整することで間接的に調整できます。
Q 変調レーザーの性能
Nd:YAG レーザーなどの一般的な Q 変調レーザーは、数十ナノ秒のパルスを生成でき、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。このレーザーは最大数ジュールのエネルギーを出力でき、大型レーザーシステムで重要な役割を果たします。技術の進歩に伴い、極度に短く高周波パルスを生成できるパッシブQ変調技術をベースにしたマイクロレーザーが増えています。
アプリケーションフィールド
Q 変調レーザーは、金属切断、血管治療、光データ ストレージ、微細製造、その他の分野など、高いレーザー強度が必要なシナリオで広く使用されています。さらに、測定、化学反応速度論、タトゥー除去などの用途でも優れた性能を発揮します。これらのレーザーはパルスのサイズと周波数を正確に制御できるため、効率的でコスト効率の高いオプションとなります。
「レーザータトゥー除去のプロセスには、インク粒子を破壊し、それから体のリンパ系によってそれらを浄化することが含まれます。このプロセスには複数の治療が必要です。」
科学技術の進歩に伴い、Q 変調レーザーの範囲と効率は継続的に拡大しており、ますます多くの医療および非医療用途でその価値が証明されています。研究者たちは、これらのレーザーが将来もたらす可能性のある新たな応用を模索し続けています。このような科学技術の進歩に直面して、人間はその可能性をより深く活用できるでしょうか。
