LASER

Nd.YAG レーザー >> Nd:YAG レーザーYAGレーザー

Nd:YAG レーザー定義

Neodymium-dopedYttrium Aluminum Garnet (Nd: YAG) レーザーは、レーザー媒体として Nd: YAG が使用されている固体レーザーです。

これらのレーザーは、医療や科学の分野で、レーシック手術やレーザー分光などのプロセスにさまざまな用途があります。

Nd: YAGレーザーは4レベルのレーザーシステムであり、4つのエネルギーレベルがレーザー作用に関与していることを意味します。 これらのレーザーは、パルスと連続mode.

Nd: YAGレーザーは1064ナノメートル（nm）のスペクトルの近赤外線領域で一般的にレーザー光を生成します。 また、1440nm、1320nm、1120nm、940nmなど複数の異なる波長のレーザー光を発振します。

Nd: YAGレーザーの構造

Nd:YAGレーザーは、エネルギー源、活性媒体、光共振器の3つの重要な要素から成ります。

エネルギー源

エネルギー源またはポンプ源は活性媒体にエネルギーを供給して人口の反転を実現させます。 Nd:YAGレーザでは、フラッシュチューブやレーザダイオードなどの光エネルギー源をエネルギー源として使用し、活性媒質にエネルギーを供給しています。

従来は、安価であることからフラッシュチューブがポンプ源として主に使用されてきました。 しかし現在では、高効率で低コストのため、フラッシュチューブよりもレーザーダイオードが好まれています。

活性媒体

Nd：YAGレーザーの活性媒体またはレーザー媒体は、化学元素（ネオジム（Nd））をドープした合成結晶材料（Yttrium Aluminum Garnet（YAG））から成っています。

光共振器

Nd:YAG結晶は2枚の鏡の間に配置されます。 この2枚のミラーには光学的なコーティングや銀メッキが施されています。

それぞれのミラーは異なる銀メッキが施されています。 1つのミラーが完全に銀メッキされているのに対し、もう1つのミラーは部分的に銀メッキされています。 完全に銀メッキされたミラーは、光を完全に反射し、完全反射ミラーとして知られている。

一方、部分的に銀化されているミラーは、光の大部分を反射するが、レーザービームを生成するためにそれを介して光の小さな部分を可能にします。 このミラーは部分反射ミラーとして知られています。

Nd:YAGレーザーの働き

Nd: YAGレーザーは4レベルのレーザーシステムであり、4つのエネルギーレベルがレーザー作用に関与していることを意味します。 フラッシュチューブやレーザーダイオードなどの光エネルギー源を用いて活性媒体にエネルギーを供給する。

Nd:YAGレーザーでは、ネオジムイオン中の低エネルギー状態の電子を高エネルギー状態に励起して、人口反転を実現する。

電子数N個の4つのエネルギーレベルE1、E2、E3、E4からなるNd：YAG結晶活性媒体を考えてみよう。 エネルギー状態E1、E2、E3、E4の電子数はN1、N2、N3、N4となる。

ここで、エネルギー準位はE1 <E2 <E3 <E4となるものとする。 エネルギー準位E1は基底状態、E2は次に高いエネルギー準位または励起状態、E3は準安定状態または励起状態、E4はポンプ状態または励起状態として知られています。 初期状態ではN1 > N2 > N3 > N4とします。

フラッシュチューブやレーザーダイオードで活性媒体（Nd:YAG結晶）に光エネルギーを供給すると、ネオジムイオン中の低エネルギー状態（E1）の電子は十分なエネルギーを得て、励起状態または高エネルギー状態E4へと移行するのです。

ポンプ状態または高エネルギー状態E4の寿命は非常に小さく（230マイクロ秒（♪µs））、エネルギー状態E4の電子は長い時間滞在することはない。 しばらくすると、電子は非放射エネルギー（光子を放出せずにエネルギーを放出すること）を放出し、次の低エネルギー状態または準安定状態E3に落ちます。

準安定状態E3の寿命は、ポンプ状態E4の寿命に比べ、高い。 したがって、電子はE3から出るよりもはるかに速くE3に到達する。 この結果、準安定状態E3における電子の数が増加し、それゆえ人口反転が達成される。

ある期間の後、準安定状態E3における電子は、光子または光を放出することによって次の低エネルギー状態E2へと落ちる。 このように光子が放出されることを自然放出という。

エネルギー状態E2の寿命は、エネルギー状態E4と同様に非常に小さい。 したがって、エネルギー状態E2の電子は、しばらくすると無輻射エネルギーを放出して基底状態E1に戻ってしまう。

自然放出によって放出された光子は、他の準安定状態の電子と相互作用すると、その電子を刺激して光子を放出させ低いエネルギー状態に落ち込ませる。 その結果、2つの光子が放出される。 このように光子を放出することを誘導放出といいます。

この2個の光子が再び準安定状態の電子と相互作用すると、4個の光子が放出されます。 同様に、数百万個の光子が放出される。 368>

自然放出は自然なプロセスですが、誘導放出は自然なプロセスではありません。

Nd:YAG活性媒体は、自然放出によって光子または光を生成します。 活性媒体で発生した光またはフォトンは、2枚のミラーの間を往復する。 これが他の電子を刺激し、光子または光を放出して低エネルギー状態に陥らせる。 同様に、何百万もの電子が刺激されて光子を放出する。

活性媒体内で発生した光は、部分反射鏡を通して逃げる前に、鏡の間で何度も反射される。

Advantagesof Nd:YAG laser

• Low power consumption
• Nd:YAG レーザーは高い利得を提供します。
• Nd:YAGレーザは熱特性が良い。
• Nd:YAGレーザは機械的特性が良好です。
• Nd:YAGレーザはルビーレーザに比べ効率が非常に高いです。

ネオジムYAGレーザーの応用例

軍事用

ネオジムYAGレーザーはレーザー距離計に使用されています。 レーザーデジグネータは、レーザー光源で、攻撃対象を狙うために使用されます。 レーザー距離計は、レーザー光を用いて対象物までの距離を測定する測距儀である。

Medicine

Nd: YAGレーザは、後嚢濁（白内障手術後に発生する症状）の矯正に使用されます。

Nd:YAGレーザーは皮膚癌の除去に使用されます。

Manufacturing

Nd:YAGレーザは、さまざまなプラスチックや金属のエッチングやマーキングなどに使用されます。

Nd:YAGレーザは、鉄の切断や溶接に使用されます。