レーザーについて

レーザーとは何か、レーザーの特徴などを解説

レーザー（laser）とは、光（電磁波）を増幅し、コヒーレントな光を発生させる装置（レーザー装置）またはその光（レーザー光）。レーザー光は指向性や収束性に優れており、また、発生する電磁波の波長を一定に保つことができます。レーザーの名は、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（輻射の誘導放出による光増幅）の頭字語から名付けられました。レーザー光は、可視光領域の電磁波であるとは限らなく、紫外線やX線などのより短い波長、また赤外線のようなより長い波長のレーザー光を発生させる装置も。ミリ波より波長の長い電磁波のものはメーザーと呼び、ビームとは定義が異なるためビームだからといってレーザーであるとは限りません。

レーザー光の最大の特徴は、高いコヒーレンス（可干渉性）。レーザー光のコヒーレンスは、空間的コヒーレンスと時間的コヒーレンスに分けて考えられています。光の空間的なコヒーレンスは、光の波面の一様さを計る尺度で、レーザー光はその高い空間的コヒーレンスにおいて、ほぼ完全な平面波や球面波を作ることができる。このためレーザー光は長距離を拡散せずに伝搬したり、非常に小さなスポットに収束したりすることが可能になる。この性質は、レーザーポインターや照準器、また光ディスクのピックアップ、加工用途、光通信など分野に用いられています。

簡単に言えばレーザー光線は家庭内などの照明とは違い、光が拡散することなく一直線に進む特性を持っているということです。そのため、どこまで届いているかわからないくらいの長距離を光が進んでいくことでできるわけです。これはレーザーのひとつの特性ですが、レーザーはさまざまな分野で応用されてるのです。

空間的にコヒーレントな光は、白熱灯などの通常光源と波長オーダーの大きさを持つピンホールを用いることでも作り出すことが出来るます。しかし、この方法では光源から放たれた光のごく一部しか利用できないため、実用的な強度を得ることが難しい。空間的にコヒーレントな光を容易に実用的な強度で得られることがレーザーの最大の特長のひとつと言われています。

時間的なコヒーレンスは、光電場の周期性がどれだけ長く保たれるかを表す尺度である。時間的コヒーレンスの高いレーザー光は、マイケルソン干渉計などで大きな光路差を与えて干渉させた場合でも、鮮明な干渉縞を得ることが出来る。干渉縞を得ることの出来る最大の光路差をコヒーレンス長と呼び、時間的コヒーレンスの目安となる。

レーザーの時間的コヒーレンスは、レーザーの単色性と密接な関係があります。一般に時間的コヒーレンスの高い光ほど単色性が良いとされていて、完全な単色光は一定の周波数の三角関数であらわされるので、そのコヒーレント長は無限大。高い時間的コヒーレンスを持つように配慮して設計されたレーザーは、ナトリウムランプなどよりもはるかに良い単色性を示す。レーザーの時間的コヒーレンスはレーザージャイロのように干渉を利用した応用において重要。また、レーザーの単色性は、レーザー冷却などの用途に重要。


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一部の文章はウィキペディアより引用しています。