Nd:YAGレーザーは、主に2つの技術を使用して励起されます。ダイオード励起とランプ励起です。この汎用性により、レーザーは連続波生成からフラッシュランプを使用した特定のパルスアプリケーションまで、さまざまな運用要件に適応できます。
コアインサイト：Nd:YAGの二重励起可能性は、広帯域吸収を持つ4準位システムとしての物理的特性に由来します。ダイオード励起は標準的な最新の方法ですが、ランプ励起は、材料が800 nm領域の広い範囲でエネルギーを効果的に吸収するため、技術的に可能です。
主な励起メカニズム
ランプ励起
ランプ励起は、Nd:YAG結晶にエネルギーを供給するための基本的な方法の1つです。この技術は、高強度のランプを使用してレーザー媒質にエネルギーを伝達します。
特にパルス励起が必要なアプリケーションに関連します。具体的には、フラッシュランプは、低いパルス繰り返し率が要求されるシナリオに適した光源として特定されています。
ダイオード励起
使用される2番目の主な方法は、ダイオード励起です。提供されたテキストはランプ励起のメカニズムに重点を置いていますが、ダイオード励起は、さまざまな構成でレーザー媒質を励起するための不可欠な代替手段です。
実現可能性の物理学
広帯域吸収
ランプ（広いスペクトルにわたって光を放出する）を使用できることは、すべてのレーザー材料に普遍的なものではありません。Nd:YAGは、その広帯域ポンプ吸収により、これを可能にします。
材料は、特に800 nm領域でエネルギーを効果的に吸収します。この特性により、ランプが広範囲のスペクトルを放出しても、そのエネルギーの十分な部分が吸収帯内に収まり、レーザー作用を促進します。
4準位システム
吸収スペクトルを超えて、結晶の内部エネルギー構造が重要な役割を果たします。Nd:YAGは4準位システムとして動作します。
この電子構造は、反転分布の閾値を低下させ、ランプのような広帯域光源を効果的に使用する実現可能性に大きく貢献します。
運用コンテキストとトレードオフ
連続動作とパルス動作
システム、特にQスイッチレーザーを設計する際には、励起モードがハードウェアの選択を決定します。これらのレーザーは、連続的またはパルスで励起できます。
適切な光源の選択
連続励起はオプションですが、パルス励起は特定の光源と組み合わされることがよくあります。フラッシュランプは、低いパルス繰り返し率を目指す場合に選択されるツールとして明示的に強調されています。
ただし、ランプに依存することは、800 nmでの特定の吸収のマッチングに依存することを意味します。スペクトルオーバーラップが悪い場合、この方法の効率は低下し、Nd:YAGの物理的特性がこの方法の実行可能性を決定する要因となります。
目標に合わせた適切な選択
適切な励起方法を選択するには、必要なパルス動作と繰り返し率を確認する必要があります。
- 低いパルス繰り返し率が主な焦点の場合：フラッシュランプを利用してください。これらは、この運用レジームでのパルス励起に特に適しています。
- 広帯域エネルギー源の活用が主な焦点の場合：Nd:YAG結晶の800 nm領域での強い吸収を利用して、ランプ励起に依存してください。
- 一般的なシステム設計が主な焦点の場合：連続またはパルスでのエネルギー供給が必要かどうかに基づいて、ダイオードまたはランプ励起から選択してください。
励起光源をNd:YAG結晶の特定の吸収物理学に合わせることで、最適なエネルギー伝達とシステムパフォーマンスを確保できます。
概要表：
| 励起方法 | 主なエネルギー源 | 理想的な動作モード | 主な利点 |
|---|---|---|---|
| ランプ励起 | フラッシュランプ | パルス（低繰り返し） | 広帯域吸収；特定のパルスに費用対効果が高い |
| ダイオード励起 | レーザーダイオード | 連続またはパルス | 高効率；正確な波長マッチング；長寿命 |
| ハイブリッドオプション | 複数のソース | Qスイッチシステム | 特殊な医療処置のための高ピーク電力 |
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