Laser의 정의 및 원리

목차

1. 레이저란 무엇인가?

2. 레이저의 원리

3. 유도 방출(Stimulated emission)

4. 레이저의 구성요소

5. 레이저의 종류

6. 레이저의 직진성

본문내용

저 등
(4) 반도체레이저 : GaAs나 GaAIAS 또는 GaAIAsP 등이 있다. 레이저광의 파장 범위는
100 nm의 자외선에서부터 가시광, 적외선을 거쳐 마이크로파에 해당하 는 100 m에 이르기까지 광범위하게 분포되어있으며 레이저 발진이 가능 한 매질 또한 무수히 많다. 레이저는 발진 방식에 따라 연속동작 방식 (CW)과 펄스(pulse)동작 방식이 있으며 연속발진은 레이저 빛이 일정한 세기로 나오는 것 을 말하고, 펄스동작 방식은 순간적으로만 레이저 빛 이 발생하는 것을 말하는데 Q - switching이나 mode - locking등과 같 은 1ns 이하의 매우 짧은 펄스를 만드는 기술도 개발되었다.
6.레이저는 왜 직진하는가?
우리가 흔히 접하는 모든 빛은 사방으로 퍼져 나간다. 또 광원에서 거리가 멀어질수록 빛의 세기는 약해진다. 반면에 레이저 광선은 독특한 특징을 갖고 있다. 레이저 광선의 일반적인 특징을 지향성이라고 하였다. 레이저 광선의 세기는 거리에 무관하며 보통의 빛처럼 퍼지지도 않는다. 이 빛은 높은 집약성을 갖고 있다. 이를 레이저 광선의 간섭성이라한다. 다시 말하지만, 간섭성이란 광선이 위상과 진동수가 일치한다는 뜻이다. 일반적인 광원의 빛 줄기가 서로 독립적이라고 한다면 레이저의 빛줄기는 서로 협동적이다.
따라서 작은 범위에 많은 빛을 모을 수 있다.(이러한 특징은 우리 생활에 많은 유용함을 주었다.)
반면에 백색광은 많은 진동수의 파동들로 되어있어서 서로 다른 위상을 갖는데 이를 비간섭성이라 한다.
비간섭성의 빛에서 이루어지는 간섭은 제멋대로이며, 비간섭성 빛은 짧은 거리에서 퍼져나가다가 거리가 멀어질수록 더 넓게 퍼지며 빛의 세기는 약해진다.
단색광(한 개의 진동수를 가진 빛)이라도 비간섭적일 수 있는데, 그 이유는 파동들의 위상이 일치하지 않고 서로 간섭하기 때문이다. 방향이 약간만 달라도 거리가 멀어지면 퍼져간다.
@진동수 ,위상, 방향이 같은 빛을 간섭성 빛이라고 한다. 그러한 빛에서는 광선 속의 빛들끼리 간섭하지 않는다.
이러한 간섭성 빛은 레이저(light amplification by stimulated emission of radiation)에 의해서 만들어진다. 레이저라는 말은 복사선의 유도 방출로 광증폭을 한다는 의미의 영어 단어의 머리 글자를 모은 합성어다.
(유도방출이라는 개념은 1917년 Einstein이 처음으로 도입하였다.)
위 그림은 물질과 복사선의 상호작용( 흡수, 자발적 방출, 유도 방출) 을 보여준다. 레이저의 발진 원리와 중복되는 내용이다.
(1)흡수 : 광자 하나가 두 준위를 가지는 원자에 접근하여 상호 작용한다고 할 때 , 그 광 자가 가지는 연관된 진동수 v는
hv = E2 - E1
이 되었다고 하자 . 결과는 이 광자가 사라지고 원자계는 더 높은 위쪽의 에너지 상태로 이동한다. 이 과정을 흡수라고 한다.
(2)자발적 방출 : 원자계가 위쪽의 에너지 상태에 있고 근처에는 복사선이 없다. 평균시간 t 후에, 이 원자계는 더 낮은 에너지상태, 안정한 상태로 가기 위해서 광자를 방출한다. 이 과정을 자발적방출이라고 한다.
(3)유도 방출 : 흡수 과정에서와 같이 에너지 hv를 가진 광자가 원자계와 상호작용을 한다. 그 결과로 원자계가 낮은 에너지 상태로 쫑겨가며 이전에는 오직 하나만 있 던 곳에 이제 두 개의 광자가 있게 된다. 이 과정을 유도 방출이라고 한다.
유도 방출이 일어나기 위해서는 특별한 기법에 의하여 달성된, 반전된 상태밀도가 필요하다.
이 상태밀도는 레이저의 발진에 있어서 중요하며 반전을 시키기 위하여 레이저의 구성 요소인 PUMP 과정이 필요한 것이다.

키워드

Laser,   레이져,   유도방출,   직진성