超短超強力レーザーの実現

超短超強力レーザーの実現

レーザ応用の観点から、レーザの開発は主に、より高いパワー、より短いパルス幅、およびより高いエネルギー出力を見出すことである。
すなわち、超強力超短レーザーパルスを得るプロセスである。
超短レーザーおよび超強力レーザーの構築は、主にレーザー増幅技術の開発と革新に依存しています。

従来のレーザは、レーザ出力を改善するために、Ｑスイッチング、モードロック、および他の技術を使用する。
レーザ出力を達成するためには、最初に粒子反転を達成することが必要であり、次に損失よりも大きいエネルギー利得を満たすことが必要である。
Qは共振空胴の品質係数で、レーザーのエネルギー損失を測定するために使用されます。 Ｑ値が高いほど、共振空洞の光損失は大きい。
対応するレーザーしきい値が高くなります。 Ｑスイッチがオフ状態にあるとき、キャビティの内側は、高いしきい値でより多くの反転粒子を蓄積し、レーザ出力を形成しないであろう。
光ポンプがさらにポンピングされるにつれて、上のレベルはますます多くの粒子を蓄積する。
Qスイッチが開いている状態では、ほとんどすべての反転粒子がすぐに上のレベルから遷移し、非常に短い時間（約10 -8〜10 -4）の束を形成します。
光強度は数メガワットのパルス光に達する。 Ｑスイッチを周期的に調整することにより、高強度の短パルスレーザを安定して連続的に出力することができる。
しかしながら、レーザの光強度がこの閾値よりも高い場合、レーザ利得媒体は一定の損傷閾値を有する。
非線形カー効果のために、レーザ自己集束、波面形成などがレーザ伝播特性（非コリメーション、インコヒーレンスなど）を破壊する。
それは、光波面およびエネルギーの不均一な分布を引き起こし、そして局所的なホットスポットなどを生成し、そして局所的なホットスポットは増幅媒体をさらに損傷するであろう。
Ｑスイッチング技術は、利得媒体飽和度および損傷閾値によって制限される。光強度が１０１５Ｗ ／ ｃｍ ２より高いと、それ以上負荷を増大させることが困難となる。

チャープパルス増幅（CPA、図1（a）参照）
そして、光パラメトリックチャープパルス増幅（OPCPA、図1（b）参照）の出現、
Qスイッチング技術における固体媒体の損傷閾値の制限を効果的に克服します。
レーザーのパワー密度は1970年代の1015 W / cm 2から今日の1022 W / cm 2まで増加しました。
より高い電力密度を有するレーザーが設計および製造されており、そして近い将来には１０２４Ｗ ／ ｃｍ ２に達すると予想される。

レーザーロケータ応用の木材加工石材カット生地の裁断

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