炭酸ガスレーザー
炭酸ガスレーザーにおける反転分布は、次のような過程を経てなされる。
電子が衝突することで窒素分子の振動が激しくなる。窒素は等核分子なので、光子を放出してもエネルギーを失わず、その高い振動準位は準安定で長時間持続する。
窒素分子と二酸化炭素分子が衝突し共鳴励起することでエネルギー交換が行われると、二酸化炭素分子も振動準位が高くなる。基底状態の分子よりも多くの二酸化炭素分子が上準位に遷移することでその領域が反転分布状態に達すると、わずかな光子の通過や衝突によって誘導放出が連続的に発生しレーザー発光となる。二酸化炭素分子に電子が直接衝突することでもエネルギーを受け取り、反転分布に到達する。
大きな振動エネルギーを持った(熱い)状態の窒素分子や二酸化炭素分子は、冷たいヘリウム原子などとの衝突によって基底状態へと遷移し冷やされる。
一般にガスレーザーはエネルギー効率が悪いが、炭酸ガスレーザーは例外的にエネルギー効率が良好である。これは他の分子では基底状態から反転分布状態までの準位差が広いわりに発光に使われるエネルギーはそのごく一部に過ぎないためであるが、窒素分子と二酸化炭素分子の組合せでは、励起状態の窒素分子の振動エネルギーがちょうど二酸化炭素分子を反転分布状態に到らせるのに必要なエネルギーに合っており、(エネルギー交換や反転分布する前に冷やされる分子などがあることや、二酸化炭素分子も基底状態から反転分布までに得たエネルギーの半分程度しか赤外線放射に利用できないにしても)無駄が少ないためである。二酸化炭素分子は上の準位へ遷移後の準安定状態での持続時間が比較的長いことも、良好な効率に寄与している。
↑ Brookhaven National Lab's Carbon Dioxide Amplifier
↑ F. J. Duarte (ed.), Tunable Lasers Handbook (Academic, New York, 1995) Chapter 4.
↑ 大浦教一、奥竜太郎、大木誠、抜歯直後インプラント(HAコーティング・1回法)における炭酸ガスレーザーの応用 日本レーザー歯学会誌 2013年 24巻 1号 p.15-19, doi:10.5984/jjpnsoclaserdent.24.15
↑ 岩本真一郎、松葉よう子、山田裕道、炭酸ガスレーザーの各種照射方法による皮膚疾患の治療 皮膚 1999年 41巻 3号 p.377-381,doi:10.11340/skinresearch1959.41.377
↑ “Israeli researchers pioneer laser treatment for sealing wounds”. Israel21c (2008年11月16日). 2009年5月8日閲覧。
↑ 新井、144頁
↑ この場合、流体が流れる経路の幅は数百μmである。
↑ “Rapid cell-patterning and microfluidic chip fabrication by crack-free CO2 laser ablation on glass”. 2009年11月4日閲覧。
↑ “安全のための手引 第4章 電気、ガス、レーザー、工作機等の取扱い”. 長岡技術科学大学. 2023年4月27日閲覧。