新たな可能性、利得ピークから離れた波長で高出力が出せる

新たな可能性、利得ピークから離れた波長で高出力が出せる

 あらゆるレーザーの中で光を出しているのは 原子やイオンである。原子の光学遷移の確率は 孤立原子でもっとも大きく、まわりの原子と相互作用をすると、スペクトルは広がっていく。 無駄なく光を放出する能力でいえば、気体レーザーに固体レーザーはかなわない。固体を構成している原子は決してレーザー作用に有利なことはないのである。この点を固体レーザーの代表選手である希土類添加固体レーザーはどのように解決しているのであろうか。
 希土類原子が光を吸収、放出するのは4f-4f遷移である。希土類の場合、4f電子より外殻にある5pや6s軌道の電子が存在し、それらの電子が外部の結晶場から4f電子を遮蔽してくれるため、固体中にありながら外場の影響を受けにくい、いわば固体中の孤立原子のような環境で光と相互作用している。すなわち固体中にあってもスペクトルは狭い、という特徴を持っている。ランタノイドの系列の真ん中に位置するNdが固体レーザーとして優れた特性を示すのは、まさに典型的な希土類元素だからである。もちろんこのような 性質は端に行けば薄れてきて、Yb原子ではスペクトルはある程度広くなる。それでも希土類固体レーザーの発振波長は固定されていて、一般には波長可変ではない。