레이저(LASER)의 원리 및 기본구성

레이저(LASER)의 원리 및 기본구성

 

 

1. 레이저(LASER)의 개요

레이저(LASER : Light Amplication by Stimulated Emission of Radiation)란 문자 그대로 유도방출에 의한 광증촉인데, 그 종류로는 고체,액체, 기체 및 반도체 레이저가 있으며, 출력 파장에 따라서 자회선, 가시광선 및 적외선 레어저 등으로 분류하기도 한다,

최초의 레이저는 1960년 미국의 휴즈 연구소가 루비 레이저파의 발진에 성공한 것이 그 효시이며 현재 공업용으로 널리 사용되는 것은 루비, YAB 및 유리레이저 등의 고체 레이저와 Co2 및 Ar 레이저와 같은 기체 레이저가 주류를 이루고 있다, 레이저 광은 주파수가 일정하고 위상이 같은 단색성의 평행광선으로 원거리까지 도달할 수 있을 뿐만아니라 렌즈를 이용해서 작은 점에 집중시킬 수도 있다.

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2. 레이저의 기본구성

레이저는 기본적으로 레이저 매질과 여기매체 및 공진기의 3부분으로 구성된다.

1) 매질

레이저매질은 고체,액체,기체 및 반도체로 대별하며 각각 아래와 같은 재료를 사용한다.

· 고체 : Nd-YAB, 루비, Nd-Glass .........

· 액체 : 색소(dye)

· 기체 : He-Ne, Ar, Krypton, N2, Co2, XeC1  ..........

· 반도체 : GaSa, InP, GaAsP, InAs

 

2) 여기매체

여기매체란 레이저에 사용되는 각각의 매질을 여기시키는 것으로서 고체 레이저에서는 후레쉬램프, 액체 레이저에서는 레이저등, 기체레이저에서는 방전, 그리고 반도체 레이저에서는 전류가 기본적인 여기매체로 사용된다.

 

3) 공진기

이는 빛은 증폭시켜 주는 부분으로서 레이저 매질 양측에 2개의 반사거울이 부착된 것으로 간섭계의 원리를 이용하는 것이다, 그 중 뒷부분의 High-Reflector는 반사율이 매우 높으며, Output Coupler 는 부분적으로 투과되도록 코팅된 거울을 사용한다.

 

 

3. 레이저의 원리

레이저의 원리는 유도(자극)방출에 의한 빛의 증폭으로, 원자핵 주위에 분포되어 있는 전자들은 외부로부터 에너지를 흡수하여 보다 높은 에너지 상태로 여기될 수 있으며, 일시적으로 여기된 전자들은 곧바로 빛을 방출(자연방출)하고 안정상태로 돌아간다.

한편, 위의 그림에서와 같이 자연방출의 진동수와 동일한 진동수의 전자파가 E3 준위의 여기된 원자에 충돌하는 경우, 그 원자는 자연방출을 기다리지 않고 충돌한 전자파와 같은 진동수의 전자파를 방출하고 E1 준위로 떨어지는데 이를 유도방출이라 한다.

유도방출에 의해 생성된 같은 진동수의 빛은 레이저 매질 양측에 부착되어 있는 2개의 전반사 및 부분반사 거울을 통해 증촉되어지며 증폭된 빛의 일부분이 부분반사 거울을 통해 외부로 방출되게 된다.

즉, 왼쪽에서 입사한 빛이 반사경 사이에서 증폭되는데, 어느 한순간에 오른쪽의 구멍을 통해 증폭된 빛이 빔의 형태로 방출된다. 이러한 과정이 대량으로 동시에 진행되도록 고안한 것이 바로 레이저 이다.