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株式会社 アステック
レーザーの基礎知識（Basic Knowledge of Lasers）
1. レーザー（LASER）の定義と電磁波としての位置づけ
レーザー（LASER）は、「Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（誘導放出による光の増幅）」の頭文字をとった言葉です。
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特定の物質（レーザー媒質）に光や放電などで人工的に強いエネルギーを与えて電子を高いエネルギーレベル（励起状態）に引き上げます。
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この励起状態にある電子が元の状態（基底状態）に戻るときに放出される光（余分なエネルギー）を、誘導放射という過程で制御・増幅させた電磁波がレーザー光です。
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レーザー光線は一般的に、180 nm（ナノメートル）から1 mmまでの波長域にある電磁放射（電磁波）を指します。
2. レーザー光の特徴（自然光との違い）
太陽光や一般的な電球の光と は異なり、レーザー光には以下の3つの大きな特徴があります。
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単色性： 一般的な光が様々な波長（色）の混ざり合いであるのに対し、レーザー光は単一の波長（例：ルビーレーザーの694.3 nmやNd:YAGレーザーの1064 nmなど）の波のみで構成されています。
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コヒーレンス（可干渉性）： レーザー光は、すべての電磁波の位相が同一（同位相）に揃っています。
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指向性（空間的コヒーレンス）： 空間的なコヒーレンスが非常に高いため、距離が進んでも光が広がりにくく（拡散・回折が最小限）、直進する平行光（コリメート光）となります。
3. レーザー発振の物理的メカニズム
レーザーの光エネルギーは、電子との 相互作用によって生まれます。
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電子は、光のフラッシュなどのエネルギーを注入されることによって、より高いエネルギーレベル（励起状態）へと引き上げられます。
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この励起状態にある電子が元の状態（基底状態）に戻る際に、余分なエネルギーが光として放出されます。
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放出される光の波長は、使用される特定のレーザー媒質（ルビー、Nd:YAG、GaAlAs、CO2など）に直接関係しています。
【世界初のレーザー：ルビーレーザーの発振機構】
1960年5月16日、ヒューズ研究所（ロサンゼルス）のセオドア・メイマンによって開発された最初のルビーレーザーは、以下のプロセスで機能しました。
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円柱状に形成されたルビー結晶の周囲に高輝度ランプをらせん状に配置し、強い光エネルギーを与えます。
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ランプの光（緑や青の波長）によって、ルビー結晶内のクロム原子の電子が高いエネルギー状態に励起されます。
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電子が元の状態に戻る際、特有の赤い光（波長 694.3 nm）を放出します。
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結晶の両端に設けられた鏡（全反射鏡と部分反射鏡）の間を光が往復し、他の励起されたクロム原子を刺激して誘導放出を引き起こします。
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結晶内で光が十分に増幅されると、部分反射鏡側から強い赤いレーザー光として外部へ放出されます。
4. 網膜へのエネルギー集中のメカニズム（なぜ安全対策が必要か）
レーザ ー光線は、大量のエネルギーを小さな面積に集中させて高密度のエネルギーを利用するため、労働衛生上の配慮が十分でないと、眼障害や皮膚障害等の発生が懸念されます。
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人間の目は固有の特性として光の有効な変換器であり、高密度の色素性組織は高い放射露光を浴びることになります。
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可視（400 nm〜700 nm）及び近赤外波長の放射光は網膜まで達します。
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角膜から網膜への放射照度の増加は、網膜像の面積に対する瞳孔の面積の比となり、約2×10^5倍程度になります。
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このため、例えば角膜上の50 W/m2のビームが、網膜上では1×10^7 W/m2になるほどの凄まじい集中が起こります。
