レーザー照射強度計算

質問

レーザー照射強度計算をしているのですが，私の計算結果では値が大きすぎる感じがしており，とても不安です。お手数ですが，以下の計算方法で正しいかどうかを確認していただきたいと存じます。どうかよろしくお願いいたします。

レーザー光の条件を，
　　波長　　　　　　　　　　λ = 775 (nm)
　　パルスの半値全幅　　　　τ = 150 (fs)
　　繰り返し周波数　　　　　f_r = 1000 (Hz)
　　平均パワー　　　　　　　E_ave = 700 (mW)
　　ビーム径　　　　　　　　φW = 10 (mm)

とします。このパルスレーザー光を
　　焦点距離　　　　　　　　f = 150 (mm)

のレンズで集光し，最も高エネルギーの部分におけるレーザー照射強度を計算します。

まず，回折限界の式からスポットの面積 A_f を求めます。
　　焦点でのスポット径　　　W_f = 4λf/πW = 14.8 (μm)
　　焦点でのスポット面積　　A_f = π(W_f/2)^2 = 1.72×10^-6 (cm2)

次に，単パルスエネルギーを計算します。
　　単パルスエネルギー　　　E_p = E_ave / f_r = 0.700 (mJ)

よって，単パルスレーザー照射強度 E_pa およびレーザー照射強度 E は，
　　E_pa / A_f = 409 (J/cm2)
　　E = E_pa / τ = 2.71×10^15 (W/cm2) = 2710 (TW/cm2)

となります。…といいたいのですが，この値は余りにも大きく，かなり不安です。ちなみに，このレーザーは実際に存在し，この集光条件では音とともに名刺に穴があきます。

もしかしたら，フェムト秒レーザー特有の現象などを考慮に入れないといけないのでしょうか？　どなたかご指摘をお願いいたします。

回答No.1

noname#11476 · ベストアンサー

Ti-Sレーザですね。
集光すると、大ざっぱにそんなもんです。はい。
たとえば、Q-SW YAG(20nsec位のパルス巾)でも、集光すれば数GW/cm2程度は出せます。
フェムト秒レーザだとその１万倍以上になりますからね。

面積の見積は、Ti-SレーザのプロファイルがTEM00であれば、ガウシャンピームとして扱い、
集光サイズ = W*f/Z /sqrt[1+(f/Z)^2]
Z = π*W^2*n/λ/f
の0次ガウシャンビームのサイズで評価した方が正確だと思いますよ。
（でも見積数値のオーダを大きく変えるほどではありませんが）

そう言う数値を見ると怖くなりますよね。取り扱いには十分注意しましょうね。
775nmだと目には見えにくいですから、レーザ保護眼鏡を忘れずにしましょう。

では。

お礼

ご回答ありがとうございました。安心いたしました。