赤色レーザーは、単純なダイオードを使用して生成できるより長い波長の光です。このオプションは安価であるため、市場でより一般的に使用されています。
私たちは皆、ある時点でレーザーに出くわしたことがあります。スーパーマーケットのレジ係は、それらを使用して食料品のバーコードをスキャンします。教授はそれらを使用して、おそらくありふれたプレゼンテーションの特定の項目に学生の注意を引きます。猫の飼い主はそれらを使ってマンチカンの気をそらし、YouTube のセンセーションを巻き起こします。
間違いなく最も一般的なレーザー ポインターの使用法 (写真提供:Seika Chujo/Shutterstock)
基本的に、私たちは皆、人生のある領域で見られる小さな赤い点に非常に精通しています。プリズムを通過すると、7 つの構成色に分かれる自然光があります。では、なぜほとんどのレーザー ポインターは 7 色のうちの 1 つしか表示しないのでしょうか?
簡単に言えば、他のバリエーションよりも赤色光を発するレーザーポインターを製造する方が単純に安価です.他の色のレーザー ポインターを開発した聡明な人たちですが、赤色レーザー ポインターが引き続き最も経済的です。 .したがって、それらは大量生産に最適な製品であり、棚で最も人気のあるアイテムです.
では、赤色レーザー ポインターを製造する方が、他の色のレーザーよりも安価なのはなぜでしょうか?これを理解するために、これらのレーザーポインターが実際に何であり、どのように機能するかを見てみましょう.
レーザーとは?
レーザーは本質的に、増幅された明るさを持つ高度に集束された光源です。実際、レーザーという言葉は、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation の頭字語です。 (レーザー ).
レーザーは、ガラス、水晶、ダイヤモンドなどの特定の材料の電子が、電流からのエネルギーの吸収によって活性化されるときに生成されます。エネルギーを与えられた電子は、原子内の低い軌道から高い軌道にジャンプします。それらが「通常」、つまり基底状態に戻ると、これらの以前にエネルギーを与えられた電子は、光子の形でエネルギーを放出します。この相互作用中に放出されるすべての光子は「コヒーレント」になる傾向があります。すべての光波の山と谷が正確に一致するため、すべて同じ色になります。
励起された電子は、特定の波長の光子の形でエネルギーを放出し、明るい単色光を生成します (写真提供:donatas1205/Shutterstock)
ポンピングと反転分布
より多くのエネルギーがガラス/クリスタルに供給されると、いくつかの電子が活性化されます。これはポンピングとして知られています .それらは一体となってより高いエネルギー状態に移動し、その後基底状態に戻ります。この現象は人口反転と呼ばれます .分布反転はエネルギーのより大きなバーストを引き起こし、誘導放出として知られる一種の光のなだれを作り出します。一点に集中したこの巨大なエネルギーのバーストは、レーザー光になります。
レーザーを発明したのは?
最初のレーザーは、1960 年にマリブのヒューズ研究所で働いていたときに、Theodore Maiman という名前の物理学者によって考案されました。彼のレーザーは、光線が跳ね返るような方法でカットされた、端が銀色にされた合成ルビーのロッドを利用しました。その中で、反対側に出てくる前に明るさを得ます。この装置は、694 ナノメートルの波長を持つ、狭くて明るい光線を放出しました。
レーザー光線を発明した男 (写真提供:パブリック ドメイン/ウィキメディア コモンズ)
面白いことに、Maiman が彼の発見を科学界に紹介したとき、レーザーは「問題を探す解決策」と呼ばれたことで有名です。彼の研究論文が人気のある科学雑誌である Physical Review Letters によって却下されたため、彼らはまだ問題を十分に検討していませんでした。その後、別の同様に選択的な物理学ジャーナルである Nature が、彼の発見を発表することに同意し、「レーザー ブーム」と呼ぶ人もいるかもしれません。
さまざまなレーザー ポインターはどのように機能しますか?
さまざまな方法を利用して、さまざまな色のレーザーを生成します。赤色レーザーは、単純な半導体ダイオードを使用して光を生成することによって生成されます。これは、2 つの半導体を重ね合わせたものです。その上に、p型半導体として知られる電子が不足している材料であるヒ化ガリウムがよく見られます。一番下には、n型半導体と呼ばれる過剰な電子を持つ材料であるセレンを含むガリウム砒素があります。この 2 つがダイオードに積み重ねられ、p-n 接合と呼ばれるものが形成されます .
電子は「n」から「p」に移動し、最終的にレーザー光として現れるコヒーレント光子を生成します (写真提供:Designua/Shutterstock)
電流が pn 接合を通過すると、半導体「p」からの電子が励起され、半導体「n」のギャップを埋めます。 pn ジャンクションの上部と下部は、銀メッキされた表面でコーティングされています。励起された電子は、この pn ジャンクション内に閉じ込められた光子を放出し、銀メッキされた表面で跳ね返り続けます。先に説明したように、pn接合は最終的に反転分布を経験し、誘導放出につながります。これは接合部からレーザー光として出てきます。
ほとんどのレーザー ポインターが赤いのはなぜですか?
市販のレーザーの単純な半導体ダイオードから発せられる光は、700 ～ 800 ナノメートルの波長範囲にある傾向があり、オレンジ色から赤色までの範囲です。
単純なダイオードが赤色レーザー光を生成します (写真提供者:Edgewater Media/Shutterstock)
しかし、研究によると、人間の目は特定の波長により敏感であるため、赤ではなく緑のレーザーが最も魅力的な光源であることが示唆されています。より明るく光り、赤色レーザーよりもはるかに遠くまで届きます。
緑色のレーザーを生成するには、出射光の波長を 600 ナノメートル未満にする必要があります。低波長で集光ビームを生成するのは複雑です。
まず、標準的な半導体ダイオードは、約 800 ナノメートルのレーザー光を放出します。この光はネオジム結晶に集束され、波長 1000 ナノメートルの赤外線ビームに変換されます。最後に、得られたビームは、特殊な周波数倍増結晶を通過した後、波長 530 ～ 540 ナノメートルの緑色の光として現れます。
明らかに、緑色のレーザー光を生成するには、さらにいくつかの特殊なコンポーネントが必要になるため、赤色レーザー光は生成するのに最も費用対効果が高く、市場で最も人気のある種類のレーザーであり続けています.
