レーザについて

レーザビームの作り方
レーザビームは電磁波を用いて作られた、自然界にはない人工的な光です。初めてレーザビームのような光を作ることができることを発見したのは、かの有名なアインシュタインだったことをご存知でしたか？

レーザーとは・・・人工的な光です。

レーザ(LASER)という言葉は、1916年にアインシュタインによって明らかにされた『誘導放出』という概念に基づいたLight Amplification by Stimulated Emission of Radiation (放射電磁波の誘導放出による光の増幅)という言葉の頭文字をとって作られた言葉です。

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

▲アインシュタイン、1916年
レーザは今でこそ医学あるいは獣医学において日常的に使われていますが、もともとは軍事研究や宇宙開発に用いられてきました。世界で開発されたレーザ技術は産業にも利用されるようになり、今でも電気通信を含め、エンターテイメント、また他の軍事用としても、多方面で利用されています。

レーザビームの原理
原子や分子の周囲を回る電子は外からのエネルギーを受けると高い軌道に移り、"励起状態"となります。しかしこの状態は不安定なため、放っておくとすぐに低い軌道に落ち(基底状態)、その際に電磁波を出します。これがエネルギーの自然放出です。高い軌道に電子があるとき、たまたまある特定の波長の光がやってくると、それにつられるように電子が同じ波長の光を出して低い軌道に移ることがあります。この現象を誘導放出といいます。自然放出によって放出される電磁波は波長も位相もまったくばらばらですが、誘導放出によって放出される電磁波の波長と位相は、入射してきた電磁波と同じになるという性質を持ちます。
原子や分子に光や電圧などのエネルギーを継続的に与え、多くの原子や分子が励起状態になったところで、自然放出により生じた電磁波がその励起状態の原子や分子にあたると、電子の誘導放出が起こり、波長、位相、方向の揃ったコヒーレント(可干渉)な電磁波を放出できます(下図）。このコヒーレント電磁波の発生装置を"レーザ"といいます。

 

 

レーザビームの発振
光は光子(フォトン)という小さな粒子の集まりです。
外部から加えられるパンピングエネルギー(電圧、フラッシュランプ、半導体エネルギーなど)により、レーザ発振器中の媒体内にある原子が励起します。高エネルギー状態になった原子が基底状態に戻るとき、エネルギー(光子)を放出します。放出された光子は発振器の両側の鏡面に跳ね返り、発振器内でさらに多くの原子にぶつかり、さらに励起させます。こうして発振器内で高度に集中した光子はレーザービームとして、発振器の一端にある透過性を持った鏡を通過します。これが、レーザビーム発振の仕組みです。