レーザーの強さ

質問

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？

回答No.2

gamma · 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。

回答No.1

First_Noel

かつてＳＤＩの一環でアメリカが開発していたものでしょう．
実験ではファントム戦闘機を撃墜してみたこともあったようです．

日本では大阪大学の激光でしょうか．

パルス型とＣＷ型とがあります．
パルス型は間欠的にパン，パンと打つもので，ＣＷ型は連続して出ます．
物体を損傷させるなら，パルス型になります．
パルス型は瞬間的なエネルギーのピーク値（ジュール）で表し，
ＣＷ型は単位時間当たりのパワー（ワット）で表します．

例えばここに１Ｗのトータルパワーの出せる電源かコンデンサがあれば，
ＣＷ型なら，１Ｗ÷１秒＝１Ｊ，の定常的なエネルギーが出せますが，
１ピコ秒パルス型なら，１Ｗ÷１０＾－１２＝１０＾１２Ｊの瞬間値が出せます．

レーザーとは，要は，エネルギーを局所的に集中させるための方法であって，
結局はその局所的な領域で熱に変換されて熱が材料を溶かすことが，
ごらんになった実験の要です．

＞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？

レーザーの出力を上げるのは，
・大量のエネルギーに対して損傷しないレーザー発振・増幅装置を作る．
・大量のエネルギーを蓄えるコンデンサを用意する．
・大量のエネルギーを短時間で消費できる電力系統を用意する．
あたりでしょうか．

＞波長とか関係あるのでしょうか？

ここは注意が必要です．
光（電磁波）の威力を表すときには，波長に依存して光量に依存しない量と，
波長に依存せず光量に依存する量とがあります．
前者は，コンプトン効果で物質内の電子を弾き飛ばすようなときに用いられ，
後者は熱を発生させて材料を損傷させるようなことを比較するときに用いられます．
質問者さまがごらんになった，材料を損傷させるようなものは後者が重要です．