主な違い – 普通の光とレーザー光

通常の光もレーザー光も、どちらも電磁波です。

したがって、どちらも真空中では光速で進みます。

しかし、レーザー光は、自然界では見ることのできない、非常に重要でユニークな性質を持っています。

通常の光は発散性、非干渉性があるのに対し、レーザー光は指向性が強く、コヒーレントです。

通常の光は、波長の異なる電磁波が混在しています。

一方、レーザー光は単色です。

これが通常の光とレーザー光の大きな違いです。

今回は、この「普通の光」と「レーザー光」の違いに焦点を当てます。

オーディナリーライトとは

通常の光源としては、太陽光、蛍光灯、白熱電球（タングステンフィラメント電球）が代表的なものです。

理論的には、絶対零度（0K）以上の温度の物体からは電磁波が放射されるとされています。

これが白熱電球の基本的な考え方です。

白熱電球は、タングステンのフィラメントを持っています。

スイッチを入れると、電位差によって電子が加速される。

しかし、タングステンは電気抵抗が高いため、これらの電子は短い距離で原子核と衝突する。

電子 – 原子炉の衝突の結果として、電子の運動量は、原子炉に彼らのエネルギーの一部を転送、変更します。

だから、タングステンフィラメントが加熱される。

加熱されたフィラメントは黒体として機能し、広い周波数範囲をカバーする電磁波を放出する。

マイクロ波、赤外線、可視光線などです。

そのスペクトルのうち、私たちに役立つのは可視光線部分だけです。

太陽は超高温の黒体です。

そのため、電波からガンマ線まで幅広い周波数の電磁波として、膨大なエネルギーを放射しています。

また、加熱された物体からは、光波を含む放射線が放射されています。

ある温度における黒体の最高強度に対応する波長は、ウィーンの変位則によって与えられる。

ウィーンの変位則によれば、最高強度に対応する波長は、温度が高くなるにつれて短くなります。

室温では、物体の最も高い強度に対応する波長は赤外域に入ります。

しかし、最高強度に対応する波長は、体温を上げることで調整することができます。

しかし、それ以外の周波数を持つ電磁波の放射は止めることができません。

したがって、そのような波は単色ではありません。

通常、通常の光源はすべて発散型です。

つまり、通常の光源は、あらゆる方向にランダムに電磁波を放射しているのです。

また、放出される光子の位相の間には何の関係もない。

つまり、インコヒーレントな光源です。

一般に、通常の光源が発する波はポリクロマティック（多くの波長を持つ波）です。

レーザー光線とは

LASERとは、Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiationの頭文字をとったものです。

一般に、物質中の原子は、基底状態が最も安定した状態であるため、ほとんどの原子が基底状態にある。

しかし、ごく一部の原子は、励起状態やより高いエネルギー状態に存在する。

高エネルギー状態にある原子の割合は、温度に依存する。

温度が高いほど、そのエネルギー準位に存在する原子の数は多くなります。

励起状態は非常に不安定です。

そのため、励起状態の寿命は非常に短い。

そのため、励起された原子はすぐに基底状態へと脱励起し、余分なエネルギーを光子として放出する。

この遷移は確率的なものであり、外部からの刺激は必要ない。

励起された原子や分子がいつ脱励起するかは誰にもわからない。

遷移の過程がランダムであるように、放出される光子の位相もランダムです。

単純に言えば、発光は自発的であり、遷移が起きたときに放出される光子は位相がずれている（インコヒーレント）のです。

しかし、物質によっては、より寿命の長い高エネルギー状態（このようなエネルギー状態を準安定状態と呼ぶ）を持つものがあります。

そのため、準安定状態に遷移した原子や分子は、すぐに基底状態に戻るわけではありません。

原子や分子は、外部からエネルギーを供給されることによって、準安定状態にポンピングすることができる。

一度準安定状態に引き上げられた原子は、基底状態に戻ることなく長い間存在し続ける。

つまり、基底状態から準安定状態にどんどん汲み上げることで、準安定状態に存在する原子の割合を大きく増やすことができるのだ。

この状態は、通常の状態とは全く逆です。

そこで、このような状況を「ポピュレーション・インバージョン」と呼ぶ。

しかし、準安定状態に存在する原子は、入射した光子に刺激されて脱励起することができます。

遷移の際には、新たな光子が放出される。

入射光子のエネルギーが準安定状態と基底状態のエネルギー差に正確に等しければ、新しい写真の位相、方向、エネルギー、周波数は入射光子のそれと同一になる。

物質媒質が人口反転状態にある場合、新しい光は別の励起原子を刺激する。

最終的には、同一の光子を大量に放出する連鎖反応となる。

これらの光子はコヒーレント（同位相）、単色、指向性（同じ方向に進む）です。

これがレーザーの基本的な動作です。

コヒーレント、指向性、狭い周波数範囲といったレーザー光のユニークな特性は、レーザーアプリケーションに使用される重要な利点です。

レーザーの種類は、固体レーザー、ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザーに大別される。

現在、レーザーはさまざまな用途で使用されており、さらに新しい用途が開発されている。

通常の光とレーザー光の違い

発光の性質

通常の光は自発的な発光です。

レーザー光は誘導放出です。

コヒーレンス

通常の光はインコヒーレントです。

(普通の光源から発せられる光子は位相がずれている）。

レーザー光はコヒーレントです。

(レーザー光はコヒーレントである（レーザー光源から発せられる光子は同位相である）。

指向性

通常の光は発散性。

レーザー光は指向性が強い。

単色／多色。

通常の光は多色性です。

幅広い周波数帯をカバーする。

(異なる周波数を持つ波が混在している）。

レーザー光は単色。

(非常に狭い周波数帯をカバーする）。

アプリケーション

通常の光は、狭い範囲を照らすのに使われます。

(光源の発散が非常に重要な場合）。

レーザー光は、目の手術、刺青除去、金属切断機、CDプレーヤー、核融合炉内、レーザー印刷、バーコードリーダー、レーザー冷却、ホログラフィー、光ファイバー通信などに使用されている。

フォーカシング

通常の光は発散性であるため、シャープなスポットに集光することはできません。

レーザー光は指向性が強いため、非常にシャープなスポットに集光することができる。

保存方法