レーザー: 基本を理解する

実際の Q スイッチ デバイスは、音響光学変調器または電気光学変調器 (EOM) です。 どちらも結晶を使用しており、印加された電場により結晶の光学特性に何らかの摂動が生じます。 音響光学変調器の場合、印加される電界は結晶内に高周波音波を生成する高周波電圧です。 この音波はレーザーからの光子を回折させ、レーザーの増幅を防ぎます。 代わりに、EOM は印加された高電圧を使用して結晶の屈折率を変更し、入射光の偏光を変更します。 偏光に敏感な光学部品を適切に組み合わせてキャビティ内に配置すると、変化した偏光の光が循環するのを防ぐことができます。エキシマ レーザーなどの他の種類のレーザーでは、ナノ秒パルスを生成するのに Q スイッチは必要なく、過渡現象に依存します。ポンプ パルス: エキシマ レーザー パルスは、希ガスとハロゲンの混合物を強力で短い放電で励起することによって生成されます。 Ti:サファイア レーザーは、周波数を 2 倍にした Q スイッチ YAG レーザーによって生成される緑色光のナノ秒パルスでポンピングされる場合、ナノ秒パルスを生成することもできます。 この方法は、共振器損失ではなく共振器利得が直接変更されるため、ゲイン切り替えと呼ばれます。Q スイッチ レーザーは、膨大な数の産業用途とは別に、科学研究において重要な用途を持っています。 1 つは、1 ～ 10 kHz の Q スイッチ Nd:YAG または Nd:YLF の周波数 2 倍 (緑色) 出力を使用した、Ti:sapphire 超高速アンプ (次のセクションで説明) のポンピングです。 もう 1 つは、YAG または YLF レーザーを使用して、1 ～ 100 Hz のジュール範囲のパルスあたりのエネルギーを生成する方法です。 これらのレーザーは、紫外、可視、赤外領域で調整可能な波長を生成できる非線形光学発生器と併用されることが多く、時間分解能と波長分解能の研究が可能になります。 現在、100 Hz 以上で動作するほとんどの YAG または YLF レーザーはダイオード励起ですが、ダイオードは高エネルギー出力パルスの生成に適していないため、高エネルギー 10 Hz システムではフラッシュランプによる励起が必要です。一部の科学用途では、狭い線幅の Q スイッチ レーザーを使用することが望ましい。 場合によっては、これは光学格子とエタロンの組み合わせを使用して実現できます。 他の場合には、高出力段よりも制御が容易な低出力 CW または Q スイッチ狭線幅レーザーをレーザーに「シード」することができます。 「インジェクション シーディング」と呼ばれるこのアプローチでは、MOPA (マスター オシレーター、パワー アンプ) を使用し、線幅の選択と高出力の生成を概念的に 2 つの目的に最適に設計された 2 つのステージに分割します。超高速レーザー超高速レーザーは一般に、5 fs ～ 100 ps (1 フェムト秒 = 10－15 秒) の範囲のパルスを生成するレーザーとして定義されます。 レーザーが多くの縦モードで発振できる場合、そのような短いパルスはいわゆるモードロック技術を使用して生成できます。 この技術では、モードが同相にロックされ (モードロック領域)、そのコヒーレント干渉によってキャビティ内の光場が崩壊して、レーザーキャビティ内を往復する単一パルスになります。 パルスが出力ミラーに到達するたびに、その一部が結合されて利用可能になります。

物理学では、干渉するモードが多いほど、パルス持続時間が短くなることが示されています (図 7)。 より大きなレーザー発振帯域幅はより多くの発振モードをサポートするため、パルス持続時間はレーザー利得材料の帯域幅に反比例します。 分散がない場合、これらのパルスは時間帯域幅が制限されます。つまり、特定の帯域幅に対して可能な限り短い長さになります。

超高速パルスは研究に非常に役立ちます。 短いパルス持続時間と高いピーク出力のおかげで、1990年代のフェムト秒レーザーの出現により、フェムト化学（ポンププローブ分光法）と光コム発生でノーベル賞につながる画期的な研究が可能になりました。 フェムト秒レーザーは、生きた組織の 3 次元イメージングを実現する多光子励起 (MPE) 技術も可能にしました。 MPE は現在、生物学研究のいくつかの分野、特に神経科学で広く使用されています。

多くの重要なアプリケーションでは、再生増幅やマスター オシレーター パワー アンプ (MOPA) アプローチなど、いくつかの方法のいずれかを使用して超高速パルスを増幅する必要があります。 通常、パルス増幅には繰り返しレートを下げる必要があるため、パルスピッカーは 1 つまたは複数の増幅段で増幅する発振器パルスを選択します。 フェムト秒レーザーの場合、増幅されたパルスの高いピークパワーがレーザー光学系に損傷を与える可能性があります。 このため、通常、増幅の前にパルス (チャーピング) を 50 ～ 200 ps に拡張します。 増幅されたパルスは、fs ドメインに再圧縮されます。 これは一般にチャープ パルス増幅 (CPA) と呼ばれます。

科学研究では、増幅された超高速パルスが幅広い用途に使用されます。 これらには、光化学、ポンププローブ分光法、テラヘルツ (THz) 発生、加速された電子やその他の小さな荷電粒子の生成が含まれます。 このパルスは、数十アト秒のパルス幅で極紫外光の非線形生成を駆動することもできます。

産業用途では、残留熱影響なし、および/またはサブミクロンの空間スケールでのアブレーションまたは材料の修正が必要な材料加工用途で、増幅された超高速パルスがますます使用されています。 例としては、フラット パネル ディスプレイの製造における薄膜のパターニングが挙げられます。 超高速レーザーは、他のレーザーでは実行できないフィラメント切断と呼ばれるプロセスを使用して、タッチスクリーン用の強化ガラスの切断にも使用されることが増えています。 この方法では、比類のないエッジ品質が得られ、湾曲した形状やカットアウトを作成できます。

超高速レーザー材料

最近まで、科学用超高速レーザーは主にチタン:サファイア (Ti:サファイア) に依存していました。その理由は、帯域幅が広く、調整範囲が広いためです。 ターンキー商用 Ti:サファイア レーザーは、6 fs という短いパルスを供給できます。 Ti:サファイア レーザーは通常、緑色波長の CW ポンプ レーザーを使用して励起されます。 Ti:サファイア発振器の一般的な繰り返し周波数は 50 ～ 100 MHz で、ピーク電力は数百キロワットにも達します。

Ti:sapphire をベースとした最も一般的な CPA システムは、ナノ秒の緑色レーザーで励起された増幅段を使用して 1 ～ 10 kHz で動作します。 Ti:sapphire CPA システムは、20 fs という短いパルス幅で数ミリジュールのパルスエネルギーを生成できるという点で独特です。 Ti:sapphire をベースにしたカスタム CPA システムは、ペタワットのピーク電力も生成できます。

産業用超高速レーザーは通常、アプリケーションで経済的に実行可能なスループットを維持するために、高い繰り返し率と高出力を必要とします。 最近まで、これらのほとんどは、Nd ドープのバルク材料 (YAG やガラスなど) またはファイバー、またはその 2 つの組み合わせに基づく MOPA システムでした。 これらのレーザーと増幅器は、電力と産業上の信頼性の必要な組み合わせを提供することが十分に証明されています。 ただし、Nd のゲイン帯域幅が小さいということは、それらが ps 領域に制限されていることを意味します。 その高いピーク出力と高い繰り返し率は、先ほど述べたフィラメンテーション法を使用した、特に薄膜や化学強化ガラスなどの強靱な材料の精密微細加工用途に応用可能です。

図7。すべてが同じ位置に「ゼロ」を持つ非常に多くのレーザー モードが干渉すると、その結果の重ね合わせは非常に狭いパルスになります。

過去 10 年間で、科学分野と産業分野の両方で進化する市場ニーズを満たすために、イッテルビウム (Yb) を使用したフェムト秒レーザーと増幅器が利用できるようになりました。 一例としては、Coherent のワンボックス アンプの Monaco シリーズがあります。

Yb ドープ材料は、Ti:sapphire 科学レーザーと Nd ベースの産業用レーザーの利点をある程度組み合わせています。 科学研究の場合、Yb のゲイン帯域幅は発振器パルスを 50 fs まで短くできることを意味し、これは多くのアプリケーション、特に MPE 顕微鏡では十分以上です。 Ti:サファイアとは異なり、Yb は直接ダイオード励起してファイバー形式で使用できるため、冷却や熱レンズの問題によって制限されることが多いバルクゲイン材料よりも拡張性の高いパフォーマンスが可能になります。 これは、Yb ファイバー MOPA タイプのアンプが数十 MHz もの柔軟な繰り返しレートを実現できることを意味します。 光パラメトリックデバイスの励起に使用すると、得られる出力は紫外波長から中赤外波長まで完全に調整可能であり、先端材料の分光法や機能的生物学的イメージングなどのアプリケーションに利点をもたらします。 極度に短い (6 fs 以上) パルス幅や高いパルスエネルギーを必要とする科学用途では、現在でも Ti:サファイアが引き続き好ましい利得材料であり、予見可能な将来には両方の媒体が共存することになることに注意してください。

産業用アプリケーションの場合、Yb ファイバ増幅器の主な魅力は、ピコ秒のパルス幅を持つ Nd システムとは異なり、フェムト秒領域での高いピーク電力と高い平均電力の組み合わせです。 フェムト秒レーザーパルスには、材料加工においてピコ秒パルスに比べて 2 つの利点があります。 第一に、材料相互作用には多くの同時光子が関与し、ナノ秒の線形吸収とは異なり、適度に波長の影響を受けなくなります。 第二に、短いパルスと非線形相互作用は、fs パルスが ps パルスよりもさらに優れたエッジ品質と精度を実現できることを意味します。 その結果、Ybファイバ増幅器は、エレクトロニクスやディスプレイに見られるような混合層基板(ガラス上のポリイミドなど)の微細加工に急速に応用されています。

周波数2倍化と高調波の生成市販のレーザーには幅広い選択肢がありますが、特定の用途に必要な波長に正確に一致するレーザーを見つけることが常に可能であるとは限りません。 チタンサファイアレーザーは広範囲に調整可能ですが、ほとんどの場合、産業用途には複雑すぎるため、スペクトルの最も重要な紫外領域に到達できません。 OPSL はシンプルで、920 ～ 1160 nm 領域の多くの波長で設計できますが、パルス動作には理想的ではありません。 CW、パルス、または超高速など、ほぼすべての動作領域で目的の波長を実現するために、これまで説明したレーザーと組み合わせて使用​​すると、高調波周波数変換とパラメトリック生成のプロセスにより波長の柔軟性が得られます。 これらのプロセスはすべて関連しており、レーザーのピークパワーに非線形に依存するため、非線形現象と呼ばれます。 つまり、それらはレーザー出力パワーの 2 乗、3 乗、またはそれ以上のパワーに比例します。簡単に言うと、強力なおよび/またはしっかりと集束されたレーザー ビームが適切な結晶を通過すると、その振動電場が結晶の電子と相互作用します。クリスタルをいくつかの方法で。 これらのメカニズムの 1 つは、結晶内の電子雲を歪ませ、それによって原子をレーザー ビームの周波数と同じ周波数だけでなく、その 2 倍の周波数でも偏光させます (非線形偏光)。 この周波数は、入射レーザーの半分の波長に対応します。 非線形分極は線形項よりもはるかに小さいですが、レーザー出力の二乗に依存するため、強力なレーザーパルスが存在するとより強く増加します。 元のレーザー ビームの 2 倍の周波数で光場を生成し、その結果、入ってくるレーザー パワーの一部が元の波長の半分に変換されます (第 2 高調波発生 (SHG) または周波数 2 倍) (図 9)。 エネルギーを保存する必要があるため、SHG ビームのゲインは元のビームのパワーの低下と引き換えになります。 場合によっては、元の (「基本」) ビームを第 2 高調波にほぼ完全に変換することが可能です。 SHG の一般的なクリスタルは、BBO、LBO、および KDP です。 SHG の最も一般的な例は、1064 nm の Nd ベース レーザーの IR 出力を 532 nm (緑色) の緑色出力に変換することです。これは最も一般的な可視波長を構成し、Ti:サファイア レーザーの励起に広く使用されています。

ナノ、ピコ、フェムト秒 OPO は、パルスおよび超高速ポンプ レーザーと組み合わせて実装される複雑なデバイスです。 CW OPO は、それ以上ではないにしても、同様に複雑です。 OPA は設計と構築が容易ですが、結晶内で白色光とワンパス増幅を生成するには、より高エネルギーのポンプが必要です。 このため、これらは CPA ピコ秒またはフェムト秒アンプによって励起され、少なくとも数マイクロジュールを生成します。 OPA/OPO に 1 つ以上の段階の高調波生成と混合を追加すると、200 nm ～ 20 μm をカバーできる波長範囲が得られます。一般的なレーザーの種類長年にわたり、最も一般的な CW レーザーはヘリウム ネオン レーザー (HeNe) でした。 これらの低出力レーザー (数ミリワット) は、放電を使用してガラス管内に低圧プラズマを生成します。 ほぼすべてが 633 nm で赤色に発光します。 近年、HeNe アプリケーションの大部分は可視レーザー ダイオードに切り替わりました。 一般的な用途には、バーコード リーダー、建設業界や製材業界での位置合わせタスク、医療手術から高エネルギー物理学に至るまでの多数の照準およびポインティング アプリケーションが含まれます。実際、レーザー ダイオードは、最も一般的なレーザー タイプとなっています。通信およびデータ ストレージ (DVD、CD など) を通じて実に大量に使用されています。 レーザー ダイオードでは、電流の流れにより pn 接合に電荷キャリア (電子と正孔) が生成されます。 これらが結合し、誘導放出によって光を放出します。 レーザー ダイオードは、最大数十ワットの出力を持つ単一エミッターとして、または多数の個別エミッターを備えたモノリシック リニア バーとして入手できます。 これらのバーは、総出力がキロワット範囲の 2D アレイに組み立てることができます。 これらは、いわゆるダイレクト ダイオード アプリケーションの CW 動作とパルス動作の両方で使用されます。 しかし、さらに重要なことは、レーザー ダイオードが現在では他の多くの種類のレーザーを支えており、初期の電気から光へのパワー変換を実行する光ポンプとして使用されているということです。たとえば、より高出力の可視および UV CW アプリケーションは、当初はアルゴンによってサポートされていました。 -イオンおよびクリプトンイオンレーザー。 これらの気相レーザーは、高電流で動作するプラズマ放電管をベースとしており、大型で非効率であるため、大量の熱を発生し、積極的に放散する必要があります。 チューブの寿命も有限であるため、高価な消耗品となります。 以前のアプリケーションのほとんどでは、青色または緑色の波長で放射するイオン レーザーが DPSS レーザーに置き換えられました。 ここで、利得媒体は、1 つまたは複数のレーザー ダイオードによって励起されるネオジムをドープした結晶 (通常は Nd:YAG または Nd:YVO4) です。 1064 nm の近赤外基本波は、キャビティ内のダブリング クリスタルを使用して緑色の 532 nm 出力に変換されます。 DPSS レーザーは、いくつかの新しいテクノロジーによって挑戦されており、その中で最も成功したのが OPSL です。 ここで、利得媒体は、1 つまたは複数のレーザー ダイオードによって励起される大面積半導体レーザーです。 OPSL には数多くの利点があり、最も顕著なのは波長と出力の拡張性です。 具体的には、これらのレーザーは、事実上あらゆる可視波長で動作するように設計でき、ついにアプリケーションを限られた従来の波長選択（つまり、アルゴンイオンレーザーの 488 nm と 514 nm、周波数 2 倍の YAG レーザーの 532 nm）の制限から解放します。 。 実際、OPSL は、その逆ではなくアプリケーションのニーズに合わせて設計できるため、レーザーのパラダイム シフトを表しています。OPSL は現在、低出力の生体計測アプリケーション、特に 488 nm での主要な技術となっています。 OPSL テクノロジーの電力拡張性と固有の低ノイズにより、現在、マルチワットの緑と黄色の OPSL が科学研究、法医学、眼科、ライト ショーなどの他の用途に大きく移行しつつあります。YAG やその他のネオジム結晶ホストは CW での動作に適していますが、 Q スイッチおよびモードロック動作、レーザー ダイオード、OPSL、およびイオン レーザーは Q スイッチ動作をサポートしておらず、モードロック領域では実質的に使用されません。より長い波長では、プラズマ放電を使用する二酸化炭素 (CO2) レーザーが使用されます。 10μm程度の中赤外線を放射します。 ほとんどは CW または擬似 CW で、商用出力は数ワットから数キロワットです。 同様の技術に一酸化炭素 (CO) レーザーがあります。これは 1960 年代に開発されましたが、実際に産業用途に実用化されたのは 2015 年になってからです。CO レーザーは 5 ～ 6 μm のスペクトル範囲で放射します。 この短波長の中赤外出力は、CO2 レーザーと比較して、一部のアプリケーションにとって 2 つの重要な利点をもたらします。 1 つ目は、多くの金属、フィルム、ポリマー、PCB 誘電体、セラミック、および複合材料が短波長で大幅に異なる吸収を示し、これを利用して利点を得ることができることです。 2 つ目は、波長に対して線形にスケールする回折により、より小さなスポット サイズに集束できることです。 これらの特性により、CO レーザーは一部のガラス加工、フィルム切断、セラミックスクライビング用途で優れた結果を実現できます。もう 1 つの重要なテクノロジーはファイバー レーザーで、CW、Q スイッチ、モードロック フォーマットで動作でき、通常、約 1 μm で放射します (ファイバーにイッテルビウムがドープされている場合)。 ファイバーレーザーでは、共振器は、大きなモードエリア、二重クラッド光ファイバー（ドーパントを含む外側クラッド）および共振器ミラー用のファイバーブラッググレーティングによって形成されます。 これは一連のダイオード レーザーによって両端から励起され、その出力はゲイン ファイバーにファイバー結合されます。

ファイバー レーザーには、いくつかの重要な利点があります。 1 つ目は、出力が自然にファイバーで配信されるため、多くのレーザー工作機械に簡単に接続したり、レーザーをロボット配信システムと統合したりすることが容易になることです。 次に、ファイバーレーザービームの品質は、ビームを小さなファイバーに結合するのに十分であり、金属溶接、切断、その他の工業プロセスに必要な高出力密度を得るために、ビームを小さなスポットに集中させることができます。 ファイバー レーザー アーキテクチャは、出力のスケーリングにも役立ちます。 通常、1 セットのポンプとゲイン ファイバーで最大数キロワットの出力を生成できますが、ファイバー コンバイナーを使用して出力のスケーリングを可能にし、10 kW を超える出力を達成することも可能です。 最後に、ファイバー レーザーは、CO2 レーザーや固体レーザーと比べてウォールプラグ効率 (入力電気エネルギーのレーザー光への変換) が高く、メンテナンス要件も低く抑えることができます。 これにより、所有コストが削減されます。

Nd:YAG、CO2、ファイバー、直接ダイオード レーザーは、産業用レーザー アプリケーションの主力製品です。 特に直接ダイオード レーザーは、電気効率が高いため、産業用レーザーの中でワットあたりのコストが最も低く、運用コストも最も低くなります。 ダイレクト ダイオード レーザーは、主に、熱処理、被覆、一部の溶接用途などの低輝度用途に使用されます。 欠点としては、高出力レーザー ダイオードやレーザー アレイは、他の種類のレーザーが提供する回折限界ビームに近いものを提供できないことです。スラブ放電技術の出現により、CO2 レーザーのサイズと出力の比率を大幅に縮小することができました。サブキロワット用途での実用性が高まります。 低コストの導波管設計は、主にマーキングや彫刻用途で数十ワットの出力を持つ CO2 レーザーの健全な市場もサポートします。

過去 10 年間にわたり、高出力ファイバー レーザー (>1 kW) が、同様の出力の CO2 レーザーよりもメンテナンス コストが低く、優れた結果が得られるため、厚さ 4 ～ 6 mm の範囲の金属切断用途で主流を占めるようになりました。 。 さらに、近赤外ファイバーレーザーは、遠赤外の反射率が高いため、CO2 では切断が難しい銅、アルミニウム、真鍮などの特定の金属を切断する場合に有利です。

CO2 レーザーはさらに厚い材料に使用され続けていますが、これは主にプロセスがこのレーザー用に最適化されており、メーカーがうまく機能する生産プロセスを変更するのが遅いためです。 ただし、これは時間の経過とともに変化する可能性があります。 1 kW 以下の CO2 レーザーは、今でも一部の薄い金属 (2 ～ 4 mm) の切断用途に使用されています。 また、金属と非金属の両方を加工する必要がある場合、CO2 レーザーは依然として第一の選択肢です。 これは、その長波長が木、紙、革、布、プラスチック、その他多くの有機物を含む幅広い非金属材料によく吸収されるのに対し、近赤外ファイバーレーザー出力は吸収されないためです。

Nd:YAG は、金属溶接などの材料加工用途に高いピーク電力を提供できます。 これらの重工業用途では、ビーム品質よりも生の出力の方が重要であり、長年にわたり、これらのレーザーはランプ励起で使用されてきました。 しかし、レーザー ダイオードの出力と寿命特性が増大し続けるため、これらのレーザーはダイオード励起に切り替わりつつあります。 逆に、低出力の Q スイッチ DPSS レーザーは、多くの場合、Nd:YVO4 をベースとしています。 これらは通常、高スループットプロセスをサポートするために、高繰り返し率 (最大 250 kHz) の微細加工および微細構造化アプリケーション向けの高ビーム品質向けに最適化されています。 これらは、近赤外 (1064 nm)、緑色 (532 nm)、または UV (355 nm) 出力を選択して、最大数十ワットの出力で利用できます。 UV は、小さなスポットに焦点を合わせて周囲の熱損傷を最小限に抑えることができるため、「繊細な」材料に小さなフィーチャを作成するのに人気があります。 深紫外 (266 nm) バージョンは一部のアプリケーションで使用され始めていますが、コストが比較的高く、特殊なビーム伝達光学系が必要なため、多くの潜在的なアプリケーションは代わりに、短いパルス持続時間に最適化された 355 nm レーザーに依存することになります。エキシマは、もう 1 つの重要なパルス レーザー技術を代表します。 UV 全体でいくつかの個別の波長を生成できます。 ガスの組み合わせに応じて、発光範囲は 157 ～ 348 nm になります。 193 nm の深 UV ラインは、半導体業界のリソグラフィー プロセスで最も広く使用されている光源です。 308 nm の波長は、高性能ディスプレイのシリコンのアニールに使用されます。 同じ波長は、高性能ディーゼル エンジンのシリンダー ライナーに独特の耐摩耗性の高い表面を生成するための鍵でもあります。 そして最後に、エキシマには、パルスあたり最大 1 ジュールの高パルス エネルギーを生成する独自の能力があります。 これにより、医療用使い捨て製品などの用途向けに、低コストの電子回路の直接書き込みが可能になります。すでに説明したように、科学用途の超高速レーザーは Ti:サファイアが主流です。 超高速レーザーは、微細加工やその他の高精度材料加工用途において急速に成長している技術でもあります。 市販の産業用超高速レーザーの形式と構造には多少の多様性がありますが、それらはすべて特定の基本構成を利用しています。 具体的には、受動的モードロック発振器を使用して、光アブレーションの駆動に必要な約 10 ps 以下のパルス幅で出力を生成します。 ただし、ほとんどのモードロック発振器は、数十メガヘルツの繰り返し率で比較的低エネルギーのパルス（ナノジュール範囲）を生成します。 微細加工で最良の結果が得られるのは、パルス間のオーバーラップが 50% ～ 70% の範囲にある場合です。 言い換えれば、ビーム偏向機構は、次の超高速パルスが到着する前に、ビーム直径の約 3 分の 1 だけビームを移動させます。 したがって、数十メガヘルツの範囲の繰り返し率は既存のスキャン技術で使用するには高すぎるため、パルスピッカーはこれらのパルスの一部を選択します。 これらのパルスのエネルギーはアンプ内でブーストされて、最終出力が生成されます。 市販のピコ秒製品のほとんどは、次のいずれかのアーキテクチャに基づいています。• ファイバー レーザー発振器の後にファイバーまたはロッド タイプの増幅器が続く• ファイバー レーザー発振器の後に自由空間増幅器が続く• ダイオード励起ソリッドステート発振器が続く自由空間増幅器による全ファイバー (発振器と増幅器) アプローチには、比較的低コストであるという利点があり、堅牢な可能性を秘めています。 大きな欠点は、ファイバ増幅器の非線形性、散乱、その他の影響により、達成できるパルスあたりの最大エネルギーが約 10 µJ (10 ps パルス幅の場合) に制限されることです。 このレベルのパルスエネルギーは一部のアプリケーションに対応できますが、多くのアプリケーションは 100μJ 範囲のパルスエネルギーで対応します。 特殊ファイバーを使用してファイバー内部のモードを増加させることで、より大きなパルスエネルギーを可能にすることができますが、そのようなファイバーでは曲げ半径が制限されるため、独自のパッケージング制限が生じます。 ほとんどのアプリケーションに必要なより高いパルスエネルギーを達成するには、ファイバー発振器を自由空間増幅器と組み合わせることができます。 ファイバーシードからの出力エネルギーは比較的低いため、再生増幅器がよく使用されます。 再生増幅器では、パルスは多数のパスを通過するため、大幅に増幅できます。 再生増幅器には、コンパクトで優れたビーム性能を実現できるという利点もあります。 3 番目のアプローチは、ダイオード励起固体発振器 (通常、利得媒体として Nd:YVO4 を使用) を使用することで、ファイバー シードよりも高いパルス エネルギーを生成できます。 これに、通常は再生またはマルチパス構成の自由空間増幅器が続きます。 実際、複数の増幅段で出力を 100 W ものレベルまで高めることができます。そして最後に、この概要記事の範囲を超えたニッチでエキゾチックなレーザーが他にも多数存在します。 例としては、電気通信で使用されるラマン レーザー、一部のガス検知用途で使用される量子カスケード レーザー、軍事計画に限定される傾向がある化学レーザーなどが挙げられます。