レーザーパルスを短くするとなぜ光子が増えるのか？

質問

レーザーパルスを短くするとなぜ光子が増えるのか？
１パルス当たりの光子数は変わらないはずなのに、なぜ光子数が増えるといえるのか不明です。
なぜなのでしょうか。
また、パルス幅を短くするとなぜエネルギーが増えるのかわかりません。

宜しくお願いします。

回答No.1

chie65536（@chie65535）

＞レーザーパルスを短くするとなぜ光子が増えるのか？
＞１パルス当たりの光子数は変わらないはずなのに、なぜ光子数が増えるといえるのか不明です。

原因と結果が逆です。多くの波長の光線を沢山重ね合わせるから、レーザーパルスが短くなるのです。

＞また、パルス幅を短くするとなぜエネルギーが増えるのかわかりません。

エネルギーを増やす為に、より多くの光線を重ね合わせるので、結果として、パルス幅が短くなるのです。

２つの波長の光線を重ねると、波の山と山が重なった部分の振幅は、元の光線の２倍の振幅になります。

３つの波長の光線を重ねると、波の山と山が重なった部分の振幅は、元の光線の３倍の振幅になります。

４つの波長の光線を重ねると、波の山と山が重なった部分の振幅は、元の光線の４倍の振幅になります。

５つの波長の光線を重ねると、波の山と山が重なった部分の振幅は、元の光線の５倍の振幅になります。

しかし、重ねれば重ねるほと「全部の波の山が重なっている時間」は、だんだん短くなります。

「山同士が重なっている時間」が短くなるって事は「パルスが短くなる」のです。

http://sakura.nucleng.kyoto-u.ac.jp/research/shortest_pulse01.html
上記ページの右下の図の「非常に短いパルス」と書いてあるのは「沢山の波長の波の、山同士が重なっている部分」です。

重ねる波長が増えれば増えるほど、振幅が大きくなります。つまり、エネルギーが増えます。

その代わりに、山同士が重なってる時間が短くなるのです。

なお、山同士が上手く重なってない部分（図で単なる横棒になっている部分）は、波と波が打ち消し合って、エネルギーが殆ど無い部分です。

昔のレーザー発振素子は、狭い範囲の波長の光線しか出なかったので、出ている光線を重ね合わせて「パルスレーザー」を作っても、重ねている数が少なく、大きなエネルギーは得られませんでした。

しかし、今のレーザー発振素子は、広い範囲の波長の光線を出せるので、出ている光線を全部重ねると「かなり沢山の光線が重なった、エネルギーが高い極短パルス」が出せるようになって来ました。

お礼

回答を有難う御座いました。

補足

有難う御座います。
重ね合わせる方法は、どのような方法があるでしょうか。