半導体レーザーを同一位置に連続的に照射した時、その強度分布(例えばピーク位置)は何らかの原因で移動したりするものなのでしょうか?もしそうであれば、その原因について教えていただけないでしょうか?
よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

半導体レーザは比較的他のレーザよりもポインティングスタビリティ(通常そう呼びます)は安定しています。


が、それでも全く動かないということはありません。
半導体レーザそのものから出た光は光の回折により広がり角が大きく、普通は出射された光を一度レンズでコリメート(光を集めて平行にする)して使用します。
この半導体レーザとレンズの構成品は半導体レーザの発熱により温度が上昇し、そのために起きる機械的変形がポインティングスタビリティを乱す最大要因です。

そのため、安定に一点のみを照射したい場合は、半導体レーザ端面を投影面に転写する光学系にするとか、ペルチエ素子による温度安定化などを行います。

では。
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Qレーザのスポット径の計算式

自分が使用しているレーザの加工サイズ(スポット)径を計算式から算出したいと考えています.以前同様の質問に対し,mickjey2さんが丁寧に回答してくださったにも関わらず,自分の知識の無さから未だに解決していない次第です.式としては、
(1)スポット径w=4λd/πw0
         λ:波長
          d:対物レンズの焦点距離
         w0:レンズに入射するビーム径
(2)スポット径w=w0*{1+(λd/πw0^2)^2}^1/2
の2つがあることは分かったのですが,どちらを使用して良いのか分からないのです.実際に波長1064nm,焦点距離30.5mm,入射ビーム径1.5mmで計算したのですが,スポット径にかなりの違いが見られました.
それぞれの式はどのような条件の際に用いるものなのかどなたか教えてください.宜しくお願いします.
(どちらかがガウスビームの式なのでしょうか?)
最後にもう一つ,私の使用するレーザユニットはM^2~1.5と表記されています.ガウスビームとみなす事が出来るでしょうか?
         

自分が使用しているレーザの加工サイズ(スポット)径を計算式から算出したいと考えています.以前同様の質問に対し,mickjey2さんが丁寧に回答してくださったにも関わらず,自分の知識の無さから未だに解決していない次第です.式としては、
(1)スポット径w=4λd/πw0
         λ:波長
          d:対物レンズの焦点距離
         w0:レンズに入射するビーム径
(2)スポット径w=w0*{1+(λd/πw0^2)^2}^1/2
の2つがあることは分かったのですが,どちらを使用して良い...続きを読む

Aベストアンサー

ではすぐに計算できる形でご提供しましょう。
使用する式は加工用途のYAGレーザですからガウシャンビームの式の発展版を使います。(詳しくは大御所お二方の書かれた "Output Beam Propagation and Beam Quality from a Multimode Stable-Cavity Laser", Anthony E.Siegman, Fellow IEEE, and Steven W.Townsend, IEEE Jurnal of uantum Electronics, Vol.29, No.4, April 1993 でも参照下さい。)

平行な、半径r、BQFactorがM2、ビームを焦点距離fのレンズに入射したとき、ビームウエスト半径r0は、

r0 ^2 = { r^2 * f^2 / Zr^2 } / { 1 + (f/Zr)^2 }

ここで、 Zr = π * r^2 * n / {M2 * λ}

M2 : M^2 の値
λ : 波長
 n : 屈折率(空気中ならばほとんど1)

全部MKSA単位で計算すればOKです。
M2が1からはずれてくると段々と上式と実際のスポットには食い違いが生じてきますのでご注意下さい。(詳しくは論文を読んで下さい)

ではすぐに計算できる形でご提供しましょう。
使用する式は加工用途のYAGレーザですからガウシャンビームの式の発展版を使います。(詳しくは大御所お二方の書かれた "Output Beam Propagation and Beam Quality from a Multimode Stable-Cavity Laser", Anthony E.Siegman, Fellow IEEE, and Steven W.Townsend, IEEE Jurnal of uantum Electronics, Vol.29, No.4, April 1993 でも参照下さい。)

平行な、半径r、BQFactorがM2、ビームを焦点距離fのレンズに入射したとき、ビームウエスト半径r0は、

r0...続きを読む

Qレーザ強度のガウス分布について

レーザの強度分布はガウス分布になると思うんですが,ガウス分布になることの問題点を具体的に教えてください.
強度分布が一定でないという点が問題点だと思うんですが,そうするとどのようなところで問題が生じるのでしょうか…

またそれを改善するために,どのような方法があるのでしょうか??

Aベストアンサー

素人と書かれていましたが、ホモジナイザまでご存知なら、前提が全く異なりますね。それなりに専門知識がある方へ素人向けの下手な答えをするとばっさりやられるところでしたね。危ない危ない。
私の知っている範囲では、加工に使うパワーレーザー(加工対象によって、波長もレーザー種類もさまざまですが)で、きれいなガウス分布を持つものはむしろ少ないと思います。加工の都合で、平坦な特性を求めるとしても、適切なホモジナイザがなかなか得られないし、物によっては干渉によるスペックルが解決できない事があります。ホモジナイザーが無理なら、パターンの中の平坦に近い(用途に対して許容範囲の)部分だけを使うという手もあります。
要は、ガウス分布が問題というより、分布が均一でないレーザーの分布を平坦に近づけるのが簡単では無いということです。これだけでも専門家がたくさん出来る分野ですので、これ以上はご自分で調べてください。

Qレーザーとビームって?

レーザーとビームってどう違うんでしょうか?ビームレーザーとかいうのも聞くし。メーザーというのもあったような。違いを教えてください。

Aベストアンサー

 
「レーザー LASER」というのは、「誘導放出による光の増幅(Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)」の頭文字を取って造った言葉で、特殊な「光を発生させる原理」のことです。

「ビーム beam」というのは、普通の言葉で、語源的にはドイツ語の Baum(樹木)と同じで、木で造った建物の「梁」などのことを言いますが、「射して来る光」のことも意味し、「光線」「光束」とも言います。

太陽からの光はビームですし、月光もビームです。これは普通の言葉で、特別な技術用語とか科学用語ではありません。

レーザーは、その名前からすると、「光」のことではなく、「誘導放出放射による光の増幅」という意味で、こういう機構で造られた光のことを、更に「レーザー光」とも言います。

誘導放出というのは、参考URLに簡単な説明がありますが、分子にエネルギーを与えると、段々エネルギーが溜まって来て、ある限界を超えると、「光」としてこの溜まったエネルギーを放出することです。

たくさんの分子を一斉にこのように励起して、光を同時に放出させると、「波長や波の位相が揃った」強い光が出てきます。こういう波長や波の位相が揃った光のことを、「コーヒレントな光」と言い、こういう光は、普通の光と違い、光を構成する光子が綺麗に整った秩序を持っているので、レンズを使って、非常に細い光線・光束にすることができます。

普通の光だと、光線にしても、月まで送っていると、途中で光の束が広がって、何十キロ、何百キロという、拡散してぼけた光線になるのですが、レーザーの光線だと、太さ1cmのビーム(光線・光束)にすると、月まで届いても、広がって数cmぐらいの大きさにしかなりません。

普通の光では、光線にしても、遠くまで送ると、ぼけて拡散するので、信号が送れないのですが、レーザーの光線だと、遠いところまで、ぼけることなく、届くので信号が送れるのです。

また、普通の光は、レンズで集光しても、焦点がぴったり一点にはなりません。ぼけた範囲にしか、小さくならないのですが、レーザー光は、コーヒレントなので、もの凄く小さな一点に焦点を収束できます。

すると、焦点のところで、もの凄いエネルギーになり高熱になるので、これを使って、高熱焦点でものを切ったり、手術用のメスに使えます。レーザー・メスという風に呼びます。

レーザーというのは、こういう風に、波長や位相の整ったコーヒレントな光を大量に放出し作り出す原理のことで、それによって造られた光が「レーザー光」で、これを何かの実用目的で使うため、細い光線・光束(ビーム)にしたものが、レーザー・ビームです。

高いエネルギーを持つ粒子などは、ビーム(束)にすると、大きなエネルギーになるので、電子ビームとか、陽子ビームなどもあります。ビームという言葉には、元々、光線とか、家を造る天井の「梁」などの意味しかないのですが、こういう風に、レーザー・ビーム、電子ビームなどと呼ぶと、特別な意味になって来ます。

「メーザー」は、レーザーとよく似た原理で、マイクロウェーヴを発生させる原理です。マイクロウェーヴも光も同じ電磁波で、波長が違っているだけです。メーザーは「Microwave Amplification by Stimulated Emission Radiation」の頭文字を取って MASER で、「誘導放出によるマイクロウェーヴの増幅」という意味です。
 
>レーザー原理・歴史ページ
>http://www.geocities.co.jp/Technopolis/2574/laserhistory.html

>レーザー原理・歴史ページpage3
>http://www.geocities.co.jp/Technopolis/2574/laserhistory3.html
 

参考URL:http://www.geocities.co.jp/Technopolis/2574/laserhistory.html

 
「レーザー LASER」というのは、「誘導放出による光の増幅(Light Amplification by Stimulated Emission Radiation)」の頭文字を取って造った言葉で、特殊な「光を発生させる原理」のことです。

「ビーム beam」というのは、普通の言葉で、語源的にはドイツ語の Baum(樹木)と同じで、木で造った建物の「梁」などのことを言いますが、「射して来る光」のことも意味し、「光線」「光束」とも言います。

太陽からの光はビームですし、月光もビームです。これは普通の言葉で、特別な技術用語とか科学用...続きを読む

Qレーザーの強さ

私は高校生で、今日某大学の体験学習をしてきました。
そこでレーザーを使って(YAGレーザー)銅やステンレスに穴を開けるのを見学しました。
そこで質問なのですが、この世で一番強いレーザーってなんですか?
またレーザーの出力を上げるにはどうしたらいいのでしょうか?
波長とか関係あるのでしょうか?

Aベストアンサー

1.レーザーの強さ? どんなレーザー?
 ○ 普通は出力(単位時間当りの放射エネルギー 単位は、ワット W)で比べます。
 これは、連続光でもパルス(瞬間的に出る)光でも同じことですが、パルスの場合は、パルスの長さで割り算します。
 ○ よく混乱するのが、強度(または集光強度)です。
 これは、レンズや鏡で絞ってできる光の強さで、単位面積を単位時間に通過する光のエネルギーで、単位は W/m^2 や W/cm^2(習慣でW/cm^2の方が良く使われます)。
 ○ 現在、最高出力は、PW(ペタワット)=10^15 Wを越しています。このクラスのレーザーは、アメリカ、日本、フランス、イギリスにあります。 ついでに言うと、最高強度は、10^20 W/cm^2に近くなっています。この強度ではウランのような重たい原子でも瞬間的にバラバラになり、電子のエネルギーは10MeVを越すので(加速器を使わなくても)原子核反応を起すことが出来ます。
 ○ レーザーの種類は、ガラスレーザーかチタン。サファイアレーザーです。サファイアレーザーの方が小型にできます。

2. どうやって出力をあげるか?
 ○ No.1の方の答えも合っているのですが、それだけではPWレーザーは作れません。とてつもなく大きな直径(100m以上)のレーザーが必要になってしまうのです。
 ○ 直径を大きくする変りに、時間を延ばすのです。(詳しく言うと、時間と供に波長が短くなるような)長いパルスを作って、そのエネルギーを増幅した(増やした)後で、時間的に1万倍から10万倍
くらい圧縮して短いパルスにします。出力はエネルギーを時間で割ったものであることを、思い出して下さい。この時間的に圧縮する方法では、レーザーは小型になります。
 ○ この方法で作られるパルスの長さ(短さ)は、大体30fs(フェムト秒)=100兆分の3秒で、光パルスは10ミクロン位の厚さでとんで行きます。

3. 波長との関係?
 現在のレーザー技術が係る範囲ではほとんど関係ありません。関係あるのは光子の密度です。

1.レーザーの強さ? どんなレーザー?
 ○ 普通は出力(単位時間当りの放射エネルギー 単位は、ワット W)で比べます。
 これは、連続光でもパルス(瞬間的に出る)光でも同じことですが、パルスの場合は、パルスの長さで割り算します。
 ○ よく混乱するのが、強度(または集光強度)です。
 これは、レンズや鏡で絞ってできる光の強さで、単位面積を単位時間に通過する光のエネルギーで、単位は W/m^2 や W/cm^2(習慣でW/cm^2の方が良く使われます)。
 ○ 現在、最高出力は、PW(ペタワット)...続きを読む

Qレーザー照射強度計算

 レーザー照射強度計算をしているのですが,私の計算結果では値が大きすぎる感じがしており,とても不安です。お手数ですが,以下の計算方法で正しいかどうかを確認していただきたいと存じます。どうかよろしくお願いいたします。

レーザー光の条件を,
  波長          λ = 775 (nm)
  パルスの半値全幅    τ = 150 (fs)
  繰り返し周波数     f_r = 1000 (Hz)
  平均パワー       E_ave = 700 (mW)
  ビーム径        φW = 10 (mm)

とします。このパルスレーザー光を
  焦点距離        f = 150 (mm)

のレンズで集光し,最も高エネルギーの部分におけるレーザー照射強度を計算します。

まず,回折限界の式からスポットの面積 A_f を求めます。
  焦点でのスポット径   W_f = 4λf/πW = 14.8 (μm)
  焦点でのスポット面積  A_f = π(W_f/2)^2 = 1.72×10^-6 (cm2)

次に,単パルスエネルギーを計算します。
  単パルスエネルギー   E_p = E_ave / f_r = 0.700 (mJ)

よって,単パルスレーザー照射強度 E_pa およびレーザー照射強度 E は,
  E_pa / A_f = 409 (J/cm2)
  E = E_pa / τ = 2.71×10^15 (W/cm2) = 2710 (TW/cm2)

となります。…といいたいのですが,この値は余りにも大きく,かなり不安です。ちなみに,このレーザーは実際に存在し,この集光条件では音とともに名刺に穴があきます。

もしかしたら,フェムト秒レーザー特有の現象などを考慮に入れないといけないのでしょうか? どなたかご指摘をお願いいたします。

 レーザー照射強度計算をしているのですが,私の計算結果では値が大きすぎる感じがしており,とても不安です。お手数ですが,以下の計算方法で正しいかどうかを確認していただきたいと存じます。どうかよろしくお願いいたします。

レーザー光の条件を,
  波長          λ = 775 (nm)
  パルスの半値全幅    τ = 150 (fs)
  繰り返し周波数     f_r = 1000 (Hz)
  平均パワー       E_ave = 700 (mW)
  ビーム径        φW = 10 (mm)

とします。このパル...続きを読む

Aベストアンサー

Ti-Sレーザですね。
集光すると、大ざっぱにそんなもんです。はい。
たとえば、Q-SW YAG(20nsec位のパルス巾)でも、集光すれば数GW/cm2程度は出せます。
フェムト秒レーザだとその1万倍以上になりますからね。

面積の見積は、Ti-SレーザのプロファイルがTEM00であれば、ガウシャンピームとして扱い、
集光サイズ = W*f/Z /sqrt[1+(f/Z)^2]
Z = π*W^2*n/λ/f
の0次ガウシャンビームのサイズで評価した方が正確だと思いますよ。
(でも見積数値のオーダを大きく変えるほどではありませんが)

そう言う数値を見ると怖くなりますよね。取り扱いには十分注意しましょうね。
775nmだと目には見えにくいですから、レーザ保護眼鏡を忘れずにしましょう。

では。

Qレーザーの周波数について

質問内容ですが、レーザーの周波数についてです。
633nm、スペクトル幅0.01nmのレーザーの周波数を知りたいのですが、どなた様か解る方いらっしゃいませんでしょうか?
どうか、お願い致します。

Aベストアンサー

スペクトル幅というのは633nmの上下に周波数が0.01nmだけ広がった状態を示すので、633nmの中心周波数について計算してみます。
光速をc[m/s] 、振動数をν[1/s]、 波長をh[m]とすると、c=hνの関係があります。光速は30万km/秒(30x10の8乗m/s)、h=630x10のマイナス9乗メートルですから、振動数νは4.76x10の14乗ヘルツ(476テラヘルツ)になります。

携帯電話の周波数は2ギガヘルツ(10の9乗)ですからその20万倍になります。

http://www.rc.futaba.co.jp/industry/technology/denpa.html


http://www-ilas.nies.go.jp/DHF/Manual/h13refjs3.pdf
周波数の高い順に書くと、
紫外線より高い周波数はX線になります。
紫外線 10 nm~0.4 μm 750~3,000 THz
可視光線 0.4~0.7 μm 430~750 THz

近赤外 0.7~1.3 μm 230~430 THz
短波長赤外 1.3~3 μm 100~230 THz
中間赤外 3~8 μm 38~100 THz
熱赤外 8~14 μm 22~38 THz
遠赤外 14 μm~1 mm 0.3~22 THz
これ以上は赤外線です。
これより低い周波数は「電波」と定義され、電波法が適用されます。
サブミリ波 0.1~1 mm 0.3~3 THz
ミリメートル波(EHF) 1~10 mm 30~300 GHz
センチメートル波(SHF) 1~10 cm 3~30 GHz
これ以上は一般にマイクロ波と呼びます。
デシメートル波(UHF) 0.1~1 m 0.3~3 GHz
超短波 (VHF) 1~10 m 30~300 MHz
短波 (HF) 10~100 m 3~30 MHz
中波 (MF) 0.1~1 km 0.3~3 MHz
長波 (LF) 1~10 km 30~300 kHz
超長波 (VLF) 10~100 km 3~30 kHz

参考URL:http://www.kiriya-chem.co.jp/q&a/q41.html

スペクトル幅というのは633nmの上下に周波数が0.01nmだけ広がった状態を示すので、633nmの中心周波数について計算してみます。
光速をc[m/s] 、振動数をν[1/s]、 波長をh[m]とすると、c=hνの関係があります。光速は30万km/秒(30x10の8乗m/s)、h=630x10のマイナス9乗メートルですから、振動数νは4.76x10の14乗ヘルツ(476テラヘルツ)になります。

携帯電話の周波数は2ギガヘルツ(10の9乗)ですからその20万倍になります。

http...続きを読む


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