【基本】銅蒸気レーザー

銅(Cu)蒸気レーザー(Metal-vapor laser)は、発振効率が数%と高く、平均出力が200W程度と高出力な特長があります。しかし、金属を蒸気にしてレーザーを発振させるため放電開始からレーザー発振まで1時間程度の長い時間がかかります。このデメリットのせいからか、最近は固体レーザーや半導体レーザーにその役割が置き換わりつつあります。用途は限られてきており、ウラン同位体分離用の色素レーザーのポンピング光源として、その他、金属・セラミックスの微細穴加工用途、ライトショー、高速写真の光源などに利用されています。

このレーザーは、510.6nm(緑色)と578.2nm(黄色)で発振するパルスレーザーです。このレーザーのレーザー管は高温になるため、通常は、セラミックス製の放電路が用いられます。放電により1500℃以上に加熱され銅ペレットを蒸気化します。セラミック管は、モリブデンの多層反射と保温材で覆われ安定した蒸気化を実現しています。断熱として、真空断熱や熱シールドなどが用いられています。

レーザー管の大口径化、管長の増大により高出力化を図ります。口径80mm、長さ3mの巨大なレーザー管で、平均出力500W,2000時間の連続動作をしたという報告もあります。

気体レーザーの上準位が非常に高いため、励起エネルギーの一部しかレーザー遷移にならず効率が悪いのですが、銅蒸気レーザーのようなアルカリ金属が媒体のレーザーの場合、低い準位のため、少ないエネルギーでレーザー発振します。

パルス発振のための放電には鋭い立ち上がりが必要なためサイリスタなどが用いられます。これにより、高繰り返しのパルス発振ができます。また、利得が大きく、低反射率のミラーでも発振します。

銅の代わりに金を用いると312.2nm(紫外線)と627.8nm(赤色)でレーザー発振します。鉛蒸気レーザーは、732nmで発振します。また、ルビジウムの蒸気を半導体レーザーで励起、発振する例もあります。

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