【基本】チタンサファイアレーザー

サファイア(Al2O3)にTi3+イオンをドープしたレーザー媒質を持つレーザーが、チタンサファイア(Ti:Al2O3)レーザーです。0.66~1.15μmの幅広い帯域で発振され、一つの媒質としては最も広く、波長可変レーザーとして知られています。最も効率が良いのは、800nmです。

また、媒質がサファイアであるため、硬く安定しており、熱伝導性も良いのでレーザーの実用には有利です。励起光源としては、Nd:YAGレーザーの第2高調波や、アルゴンレーザーなど高出力で安定したレーザーが用いられます。レーザー上準位の寿命が3.2μsと短いため、ランプ励起は使えません。

発振形態としては、超短パルスから連続発振まで幅広い使われ方があります。チタンサファイアの結晶と、波長選択と分散補償のためのプリズム対、可変幅スリットから構成される共振器でパルス幅11fsの超短パルスが得られた例もあります。

また、近年は広帯域にわたって分散を制御するチャープミラーなどを使うことで10fs以下のパルス幅も実現されています。理論的には、350nmある利得帯域幅からすると、3fs程度のパルスが発生できる可能性があります。

この超短パルスは、共振器内のパルス自身がレーザー媒質内部で引き起こすレーザービームの自己集束を利用したカーレンズモード同期によるものです。いったんモード同期がおこると、自己位相変調により周波数が広がり、さらにパルスが短くなり、ピーク強度が増加します。これにより安定したモード同期発振がなされます。

さらに、従来の色素レーザーに比べ平均出力が大きいという特長があります。チャープパルス増幅を用いた再生増幅器も実用化されており、mJ程度のさらに大きなエネルギーを扱うことができます。

テラヘルツ光の発生やフェムト秒分光、微細加工などの用途で用いられています。

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