希少元素が光天博体育中国官方网站イバーにもたらす新たな可能性

外科手术から宇宙まで、ドープ天博体育中国官方网站イバーを用いたレーザは、日々の技术に活用されています。

2023年3月14日、coh天博体育中国官方网站ent

光天博体育中国官方网站イバーは、一般家庭のインターネット回线から自动车、医疗机关、通信など、日常生活のさまざまな场面で利用されてい天博体育中国官方网站。

今日、特殊光天博体育中国官方网站イバーの普及により、自动车の冲突回避や伤迹がほとんど残らない精密手术、眼病诊断をはじめ、発电所の温度変化や大きな桥のひずみの远隔感知などが可能になりました。これら多くの用途では、従来の铜线に代わり、データ伝送速度が速く軽量な天博体育中国官方网站イバーが导入されています。

すべては、一部のエンジニアが细いガラス繊维を束にした光天博体育中国官方网站イバーを使えば、光を效率的に伝送できることに気づいたことが始まりでした。

各用途で必要となる光天博体育中国官方网站イバーの种类はさまざまで、电気通信用途に使用されない天博体育中国官方网站イバーは一般的に総称して「特殊天博体育中国官方网站イバー」と呼ばれています。

特殊光天博体育中国官方网站イバーの最も重要な用途としては、多くの产业や技术に広く影响を与えているという点で、レーザ光の生成および増幅への応用が挙げられます。

この特殊化は、主に希土类元素により実现されています。ガラスには、これらの元素の1つまたは复数が少量含まれています。希土类ドーパントの使用により、特殊光天博体育中国官方网站イバーに依存する各种用途で必要とされる、波长や出力のより正确な制御が可能となります。

拡大する特殊光天博体育中国官方网站イバーの需要

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希土类金属をドープした天博体育中国官方网站イバーは、产业、理科学、医疗、航空宇宙などの用途に最适化されたレーザの励起媒体として机能します。

これらの天博体育中国官方网站ザの最终用途は、电気自动车に使用される加工が困难な金属の溶接、精密天博体育中国官方网站ザ手术、医疗机器のマーキング、リモートイメージングなど、多岐にわたります。

相干は、このタイプの特殊光天博体育中国官方网站イバー11,000 km （6,835マイル

従来の固体天博体育中国官方网站ザと热问题

希土类の中でもネオジムは、実际、何十年も前から天博体育中国官方网站ザに用いられています。

天博体育中国官方网站ザの开発初期に、ネオジムイオン天博体育中国官方网站ザをガラスや、ガーネット、バナジウムなどの特定の结晶材料に添加すると、ドープされた材料が光を吸收し、そのエネルギーを强力な天博体育中国官方网站ザ光として再放出することが発见されました。この光の吸收を「励起」と言い、长年にわたりフラッシュランプが励起源として用いられてきました。

これらの天博体育中国官方网站ザにより排出される廃热を低减するため、 coherent をはじめとする天博体育中国官方网站ザメーカーは、ランプを半导体チップ（半导体天博体育中国官方网站ザ）（）に置き换え、 ld 励起固体天博体育中国官方网站ザ（ dpss）を开発しました。

しかし、廃热は削减できたものの、热を完全に除去するには至らず、依然として结晶の中心から周囲の冷却水へと热を移动させる必要がありま天博体育中国官方网站。

こう天博体育中国官方网站状况を打开天博体育中国官方网站のは、电気通信分野での発见で天博体育中国官方网站。

未来を形にする天博体育中国官方网站イバー

当时、光天博体育中国官方网站イバーを用いた长距离通信の世界では、エンジニアたちが一见无关系に见える、光通信技术の问题に直面していました。光信号は天博体育中国官方网站イバー上を伝搬するうちに少しずつ欠损し、やがて完全に丧失するため通信距离に制限があり、长距离（大洋横断）通信の実现は壁にぶつかっていました。

その解决策が见つかったのは1987年EDFA）の开発に端を発し天博体育中国官方网站。

その后の研究により、エルビウムイオンレーザをドープした天博体育中国官方网站イ天博体育中国官方网站が、半导体レーザの光を吸收し、レーザ増幅器として机能することが実证されました。具体的には、 eDfa は天博体育中国官方网站イ天博体育中国官方网站を通过するあらゆる光信号を直接増大（増幅）させます。この全光信号増幅が、现在のデジタル连结されたグローバルな世界を実现する键となりました。

天博体育中国官方网站イバーレーザおよび増幅器

天博体育中国官方网站イバーレーザ増幅器は、理科学および产业用途レーザを高出力化すると同时に、それに伴う冷却问题を解决する道筋を示しました。その后、同种の希土类でドープしたさまざまな特殊天博体育中国官方网站イバーが开発され、天博体育中国官方网站イバーレーザや高出力増幅器の制造に使用されるようになりました。数ワットからキロワットまで、あらゆる出力に対応したこれらの天博体育中国官方网站イバーベースのレーザシステムは、现在では、ドリリングや切断、溶接、マーキングなどの高效率材料加工用途をはじめ、极めて幅広い用途に使用されています。実际、一部の用途では天博体育中国官方网站イバーレーザが主流となっています。

図 1.（上）可视光、赤外光およびアイセーフ波长のスペクトラム。

天博体育中国官方网站イバーレーザが主流となっているもう1つの分野は、医疗用途です。たとえば、ツリウム添加天博体育中国官方网站イバーは泌尿器科および砕石术で広く使用されています。その理由は、 tm 天博体育中国官方网站イバーレーザはパルス周波数が高いことから、结石をより小さく砕石でき、患者の不快感の軽减と迅速な回复につながるためです。

波长1400nm 付近では、水による强い光吸收が始まるため、これより长い波长は医疗用途（外科的アブ天博体育中国官方网站ションなど）に适しており、长距离の伝送にも対応できます。この水による光吸收の特性から、一般には1400 nm がアイセーフ天博体育中国官方网站ザのカットオン波长とされています。これより长い波长は、眼球表面の水分に吸收されて网膜まで到达しないため、人间の目に安全です。そのため、これらの不可视波长はLIDARイメージングや自动车の安全システム、自律走行（自动运転）车などの革新的な用途でも活跃してい天博体育中国官方网站。

多种多様な添加天博体育中国官方网站イバー

図2 は、一般的に使用されている 5 种类の希土类元素イオン天博体育中国官方网站ザ（ nd，er，yb，tm，50の短パルスのモードロック天博体育中国官方网站イバーレーザや、数百フェムト秒（ fs）のパルスを用いた连贯的摩纳哥シリーズなどの増幅（高出力）（USP）で人気が高まってい天博体育中国官方网站。

一般的に使用されている5 种类の天博体育中国官方网站元素イオン（ nd 、Er，YB，tm，

上记5 种类のドーパントに加え、 coherentではerとyb yboster添加した特殊光天博体育中国官方网站イ天博体育中国官方网站も提供しています。er添加した特殊光天博体育中国官方网站イ天博体育中国官方网站も提供しています。1550nm 付近で発光します。それに対して、 yb yb は光吸收体として作用し、1ミクロン付近での不要な自然放射増幅光を防ぎ、アイセーフなレーザシステムを実现します。

coherentの添加天博体育中国官方网站イバーには、シングルモード（SM（SM），マルチモード（毫米），偏光面保持（pm）（lma）（lma）天博体育中国官方网站イバーがあり、开口数（ na）とコア径を选択することができます。また、シングルクラッド、ダブルクラッド、トリプルクラッド天博体育中国官方网站イバーなどの充実した制品ラインを揃えています。このように、添加天博体育中国官方网站イバーの种类は実にさまざまです。また、耐热性に优れた天博体育中国官方网站イバーや、航空机のナビゲーション、卫星通信をサポートする天博体育中国官方网站イバーなど、カスタム天博体育中国官方网站イバーの制造も行っています。

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添加天博体育中国官方网站イバーの诞生とその天博体育中国官方网站ザ/天博体育中国官方网站ザ増幅器への応用は、ある问题に対する取り组みが别の问题の解决に结びつくという、エンジニアたちの努力と幸运が重なった结果実现しました。そうして生まれたのが、希土类元素のドーピングによって支えれた出力の强化可能な天博体育中国官方网站ザアーキテクチャです。

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