레이저

레이저 (laser) 란 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation' 의 머리 글자를 모은 약자이다.'유도 방출에 의한 빛의 증폭' 이라는 뜻이며, '유도 방출에 의하여 증폭된 빛을 발생시키는 장치' 라는 고유명사로 사용하게 되었으며, 여기서'레이저를 쬐다' 라는 동사로'lase' 가 파생되었다.

원리

외부로부터 에너지를 주어 높은 에너지 준위의 입 자가 많아지게 되면 이것이 낮은 에너지 준위로 전이할 때 에너지 준위차로 특정한 파장의 빛을 낸다. 이 빛을 증폭하기 위해서는 증폭매질에 반복적으로 입사시킴으로써 높은 강도로 증폭시킨 후에 한 방향으로만 진행하여 나가도록 장치를 구성하여 한 가지 파장만을 갖는 빛이 방향성을 가지고 높은 강도를 가지게 된다. 이러한 상태를 유 지하기 위해 외부의 에너지가 계속 증폭 매질에 입사되고 상당시간 동안 유도방출이 지속될 수 있는 조건을 만족해야만 하고, 열평형 상태의 원자분포 조건을 깨뜨려서 여기 상태의 원자가 매우 많이 존재하도록 해야 한다. 이를 위 하여 다른 광을 조사하거나 위부에서 전자기파를 조사하는데 이를 광펌핑이라 한다.

에너지 준위 구조에 따라 3, 4준위 레이저 시스템으로 나뉜다. 3준위에 비하여 4준위 레이저 시스템은 매우 적은 펌핑만으로도 유도 방출을 일으킬 수 있으므로 연속 발진 레이저의 구성에 유리하고 레이저의 출력 효율이 높다. 또한 다양한 구조의 다양한 출력 파장의 레이저가 가능하나 모두 레이저의 유도 방출에 의해 발생하는 빛의 에너지는 펌핑에 사용된 빛의 에너지보다 항상 작으므로, 결국 발생하는 빛의 파장도 펌프 파장에 비하여 긴 파장의 빛이 나오게 된다.

특성

단색성

단색성이란 여러 가지 파장의 빛이 혼합되어 있지 않고 얼 마나 순수한 단일 파장의 빛인가를 나타낸다. 자연광을 프리즘으로 빛을 분산시켜 보면 백열 전구에서 나오는 빛은 빨강색, 주황색, 노랑색, 초록색, 파랑색，남색, 보라색의 띠를 이루며 연속적으로 구분이 되는 많은 파장의 집합체 이다. 그러나 레이저에서는 증폭 매질을 구성하는 원자내의 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 내려 가면서 그 준위 차이만큼에 해당하는 에너지의 빛만을 방출하게 되므로 단일 파장의 빛을 방출하게 된다.

결맞음성

빛간섭 (coherence) 이라고도 하며, 빛이 진행할 때 얼마나 서로 결이 맞게 진동하는가의 척도로 위상이 맞는 레이저 빛은 서로 갈라놓은 후에 다시 모아보면 그 위상의 차이에 따라 명암이 생기는 간섭 무늬가 생기게 된다. 이 결맞음성은 공간적, 시간적 결맞음성으로 나눌 수 있다.

지향성

빛이 퍼지지 않고 일정한 방향으로 어느 정도까지 직진하는가를 보여주는 척도이다. 레이저광은 증폭 매질이 서로 평행한 거울쌍으로 이루어진 공진기내에 설치 되어 있으므로 증폭된 빛 중에서 거울에 수직인 빛만이 되반사되어 계속 증폭되고, 수 없이 왕복한 후에야 나오게 되므로 높은 지향성을 가지게 된다.

고휘도

단위 면적당 방출되는 출력이 세고, 포커싱 하면 휘도가 증가하며, 자연광보다 훨씬 에너지 밀도가 높아 고휘도의 성질을 가지고 있다. 이러한 특성을 의료 분야에 이용한 것이다.

참고