레이저 원리

레이저의 원리는 20세기 초 아인슈타인이 처음 제안한 개념인 유도 방출에 기초합니다. 주요 프로세스는 다음과 같습니다.

- 전자 전이: 작동 매체의 원자 또는 분자는 펌프 소스(예: 전기 에너지, 빛 에너지 등)의 영향으로 에너지를 얻어 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 전환되어 들뜬 상태로 들어갑니다. 높은 에너지 준위는 불안정하기 때문에 원자나 분자는 자발적으로 낮은 에너지 준위로 다시 전환되어 그 과정에서 광자를 방출합니다.

- 공명 공동 반사: 이 광자는 공명 공동 내에서 앞뒤로 반사되어 작동 매체의 다른 여기 상태 원자 또는 분자와 상호 작용하여 더 많은 자극 방출을 유발합니다. 이로 인해 광자 수가 갑자기 증가하여 강도가 높고 단색이며 지향성이 매우 높은 레이저 광이 생성됩니다.

레이저 부품

레이저는 주로 작동 매체, 펌프 소스, 공진 공동의 세 부분으로 구성됩니다.

- 작업 매체: 레이저 생성의 기초입니다. 루비, 네오디뮴 유리, 이산화탄소 가스 등 개체군 반전을 가능하게 하는 활성 매질로 구성됩니다.

- 펌프 소스: 작동 매체에 에너지를 공급하여 유도 방출을 유도합니다. 일반적인 방법에는 전기적 여기와 광학적 여기가 포함됩니다.

- 공진 공동: 내부 전반사 거울과 내부 부분 반사 거울로 구성되어 광자가 공동 내에서 여러 번 앞뒤로 이동할 수 있도록 피드백 및 진동 환경을 제공하여 유도 방출 효과를 향상시키고 궁극적으로 레이저 출력을 형성합니다.

단일 모드 레이저와 다중 모드 레이저의 차이점

단일 모드 레이저와 다중 모드 레이저의 주요 차이점은 출력 빔의 모드 수에 있습니다.

- 단일 모드 레이저: 빛 전파의 한 가지 모드만 지원합니다. 높은 빔 품질, 우수한 방향성과 일관성, 표준 원형 빔 스폿, 작은 발산각을 갖추고 있습니다. 레이저 간섭계 및 광섬유 통신과 같은 고정밀 애플리케이션에 적합합니다.

- 다중 모드 레이저: 다양한 광 전파 모드를 지원합니다. 출력 빔 발산 각도가 크고, 빔 모양과 강도 분포가 복잡하며, 간섭 길이는 짧지만 출력 전력은 높습니다. 재료 가공 및 레이저 조명과 같이 덜 까다로운 응용 분야에 적합합니다.

레이저 – 가우스 빔

레이저는 단면 전체의 강도 분포가 대략 가우스 함수를 따르기 때문에 가우스 빔이라고 합니다. 즉, 강도가 중앙에서 높고 가장자리로 갈수록 점차 감소하여 종 모양의 곡선을 나타냅니다.

이러한 분포 특성은 공진 공동 내에서 레이저가 형성되는 동안 레이저의 자체 재현성에서 비롯됩니다. 회절 및 전파 후에도 강도 분포는 가우스 형태를 유지합니다. 가우시안 빔은 뛰어난 포커싱 성능과 단색성을 갖고 있어 모드 경쟁을 효과적으로 줄이고 빔 품질을 향상시켜 광학 시스템 설계, 레이저 가공 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

레이저 분류 레이저는 여러 가지 방법으로 분류될 수 있으며 그 중 하나는 작동 매체에 따라 분류됩니다.

- 고체 레이저: 네오디뮴 첨가 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저와 같은 고체 재료를 작동 매체로 사용합니다. 이러한 레이저는 일반적으로 높은 출력과 우수한 안정성을 가지며 산업 가공, 의학 및 과학 연구에 널리 사용됩니다.

- 가스 레이저: 헬륨-네온 레이저(He-Ne) 및 이산화탄소 레이저(CO2)와 같은 가스를 작동 매체로 사용합니다. 가스 레이저는 가시광선 및 적외선 스펙트럼 영역에서 폭넓게 응용됩니다.

- 액체 레이저: 염료 레이저라고도 알려져 있으며 유기 염료 용액을 작동 매체로 사용합니다. 파장 조정 가능성은 과학 연구 및 생물 의학에서 고유한 이점을 제공합니다.

- 반도체 레이저: 레이저 다이오드와 같은 반도체 재료를 작동 매체로 사용합니다. 이러한 레이저는 소형화 및 집적화에 이점을 제공하며 광통신, 레이저 인쇄 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

- 자유 전자 레이저: 고속 자유 전자 빔을 작업 매체로 사용합니다. 이 제품은 광범위한 출력 전력과 파장을 제공하므로 고에너지 물리학 및 X선 분광학에 적합합니다.