レーザーとは何ですか?またその仕組みは何ですか?

宇宙 — 最近、アメリカ宇宙機関 (NASA) は宇宙での通信用のレーザー技術を開発しました。 その結果、今後数年のうちにレーザーが電波通信に取って代わると予測されています。

意識しているかどうかに関係なく、私たちは毎日レーザーと対話しています。 食料品店のスキャナー、インターネット接続、車のバックアップカメラなどに使われています。 この光ベースのテクノロジーは、相互接続された現代の世界の構築に貢献してきました。

しかし、レーザーとは正確には何で、どのように機能するのでしょうか?

レーザーという言葉は実際には以下の略語です。 放射線の持続放出による光の増幅 または放射線の連続放射による光の増幅。 レーザーは、高エネルギー粒子を同期して振動または発振させることによって機能します。これは、レーザーが発する光波の山と谷が揃うことを意味します。

セントラルフロリダ大学のフォトニクスエンジニア、ピーター・デルフィエット氏は、「町の広場に集まった群衆と比べて、隊列を組んで行進する兵士を想像してみてください。これが、私たちが慣れ親しんでいる非干渉性の白色光と比較したレーザー光の品質です」と述べた。

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振動的に同期した多数の原子内の多数の電子が最高のエネルギー状態に達すると、それらは同時により低いエネルギー状態に戻り、その過程で特別な形の光を放射します。 次に、レーザー デバイスは、使用する前に 2 つのミラーの間で光を往復させて光を浄化します。

「これは、レーザー ポインターから出てくる実際の光です」とデルファイエット氏は言います。

レーザー技術の背後にある基本的な物理学は 1 世紀以上前から知られています。 レーザー理論は 1917 年にアルバート アインシュタインによって初めて提唱されましたが、研究者たちがこれらの理論的アイデアを実現するまでにほぼ 40 年かかりました。

レーザーが登場する前には、可視光の代わりにマイクロ波を使用する同様の技術であるメーザーがありました。 最初の機能的なメーザーは 1954 年にコロンビア大学の科学者グループによって製造されました。

この装置は、高エネルギーのアンモニア分子のビームと共振空洞と呼ばれる中空の容器を使用して、マイクロ波を強制的に一緒に振動させます。 ただし、出力は小さく、わずか約 10 ナノワットです。

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これは、一般的な電球を点灯するのに必要な量の 10 億分の 1 です。 対照的に、世界で最も強力なレーザーは、太陽の約 10 分の 1 である最大 10 ペタワットを生成できます。