レーザー発振

質問

レーザー発振のための共振は、ミラーの間隔の距離を、Lとすれば、λ＝２L/ｎにしないといけないと思いますが、一方エネルギー準位を考えると、λ＝hc/(E2-E1)でもある必要があると思います。

この２つが等しい値を持ったときに、うまくいくと思うのですが・・そんなことはありえるのでしょうか？？

回答No.1

noname#11476 · ベストアンサー

λ=2L/n
のnは任意の正の整数でよいですよね？
つまりそこに自由度があります。

さて、もうひとつの条件はゲインが最大になる波長をあらわしていますが、緩和時間によってそのゲイン幅は変わってきます。つまりある程度の幅があるわけです。

で現実のレーザでは、その幅のあるゲイン幅の中に最低ひとつ以上のモードが入るように共振器長を決めます。つまり、

Δλ = 2L/n - 2L/(n+1)

のΔλ（別名これをFSRともいう)がゲイン幅以内になるようにLを決めます。nは発振できるゲインの中心波長付近の数字にします。
Lが長ければΔλは当然小さくなりますので、これは難しいことではありません。

で、ちょうどΔλ＝ゲイン幅程度だと、シングルモードで発信するレーザが出来ますし、Lを長くして複数のモードがゲイン幅に入るようにすればマルチモードレーザになるわけです。

レーザによっては媒質のゲインを稼ぐためにどうしてもある程度以上のLを必要とすることがありますので、必ずしもシングルモードに出来るとは限りません。その場合は共振器の中に更にLの小さな共振器（通常はエタロンと呼んでいます）を入れてシングルモードにすることがあります。こいつは２つの共振器の位置関係を合わせないといけませんので調整は厄介でフィードバックをかけたりします。
（挿入したエタロンの角度を変えて調整する）

最後の方は蛇足ですが。

では。