레이저란 무엇인가

목차

-레이저광의 단색성

-레이저광의 지향성

-레이저광의 간섭성

-레이저의 구성요소

-레이저의 발진 원리

본문내용

신호를 동시에 보낼 수 있는 것이다. 레이저빔의 지향성은 통신에 유용한 성질이다. 그러나 더욱 유용하게 응용되는 성질은 정보를 실을 수 있는 용량이 크다는 데 있다. 즉 전화용으로 선 폭이 4 kHz이고 흑백 TV용 전자기파 선 폭이 4 MHz라면 흑백 TV용 전자기파는 전화에 비해 1000배의 정보량을 1초 동안에 보낸다는 것을 뜻한다. 따라서 많은 정보량을 짧은 시간에 보내려면 큰 선 폭이 바람직하고 선 폭이 크기 위해 서 반송파의 진동수가 높아야 하는데 반도체 레이저나 Nd:glass레이저 등은 발진파장이 0.8um과 1.06um의 근적외선이므로 마이크로파에 비해 진동수가 약 만 배 높고 선 폭이 수 십 GHz의 넓은 선 폭을 가지고 있다. 따라서 채널당 20 GHz의 선 폭을 이용하는 컬러 TV 인 경우 수 천 채널을 동시에 방송이 가능한 것이 다. 그러나 레이저는 이렇게 유리한 점만 있는 것이 아니고 여러 가지 결점이 있는데 비, 안개, 먼지 등과 대기의 난류 등에 영향을 많이 받으며 마이크로파에 비해 장애물을 통과하는 능력이나 반사하는 것이 약 한 결점도 있다. 이 결점을 제거한 방법이 대기 중을 진행시키는 대신 광섬유로 통과하게 하는 것이다. 수 년 전만 하더라도 진행 중의 손실로 수 km마다 증폭기를 사용해야 하는 결점으로 인하여 주로 단거리 통 신, 즉 도시 내 전화국간 통신에 이용되곤 했으나 저 손실 광섬유의 개발로 국제적인 광통신에까지 이르게 되었다. 이것은 수십 가닥의 기존의 동축케이블 용량을 1개의 광섬유로 대신 할 수 있게 되므로 광통신 기술의 발달은 컴퓨터의 기술 개발과 더불어 머지않아 소위 정보화 시대에의 진입이 예견되고 있다.
고출력레이저의 산업적 응용은 용접, 절단, 구멍 뚫기 등이다. 산업적 응용에는 주로 10.6um파장의 CO2 레이저가 사용되는데 수 kW의 출력이 필요하며 게르마늄 렌즈를 이용하여 물질에 집속한다. 10 kW급의 CO2 레이저로는 5 mm 두께의 스테인레스강(SS304)을 1초 동안에 10 cm 정도의 속도로 용접이 가능하다. 레이저 용접의 특징은 직접 접촉 없이 정밀하게 고속 용접이 가능하고 재료의 변형이 적고 상이한 재료의 용접 도 가능하다. 렌즈에 의한 초점에서 날카로운 집속은 금속, 피륙 등 여러 가지 재질의 절단에도 유리하다. 복잡한 문양이라 할 지라도 정밀 절단이 가능하고 고속절단이 가능한 것이 주요 이점이다.
금속은 적외선을 대부분 반사하기 때문에 산소를 고압으로 공급하면 효율이 높아진다. 영화 "007 골드핑거"에서 레이저로 두꺼운 철판을 절단하는 장면은 관객들에게 레이저에 대한 강렬한 인상을 심어줬다. 금속뿐만 아니고 옷감이나 가죽 등의 절단은 컴퓨터에 의한 복잡한 모양의 조각을 만들 수 있으므로 기성 복 업계나 제화공업 등에도 널리 이용된다. 또한 IC 회로에 쓰이는 알루미나와 실리콘 기판의 조각 내기에 도 매우 유용하게 쓰인다. 재래식은 다이아몬드 바늘 또는 톱날을 이용하여 흠집을 내었으나 속도가 느리고 치밀하지 못해서 레이저로 대체하면 생산단가가 낮아져 경제성이 높다.
약한 출력의 레이저 응용을 살펴보자. 우리 나라에서도 최근에 비교적 널리 보편화된 바코드 (Bar code, 상품에 부착된 검은 띠)는 이미 구미 제국에서 널리 시행되고 있다. 상품마다 부착된 독특한 바코드는 He-Ne레이저에 비추면 반사된 빛이 전기 신호로 바뀌어져 품목명과 가격이 계산서에 찍혀지게 된다. 이것 은 많은 상품의 구매 시에 많은 시간과 인원의 절감효과를 가져올 뿐만 아니라 대형 슈퍼나 백화점의 효율 적인 재고관리가 가능하다.
최근에 CD 재생장치의 보급으로 음향기기의 질이 획기적으로 개선되었다. CD 재생장치는 광학계와 구 동계로 구성되어 있으며 광학계는 GaAs기판에 AlGaAs층이 있는 반도체레이저로서 0.78um의 레이저 빛을 방출한다. 레이저 빛과는 편광프리즘에서 직각으로 반사함으로서 직선편광이 되고 1/4파장 판으로 원편광이 된 다음 렌즈로 CD판에 집속된다. 초점에 집속된 레이저는 양 1um 크기를 갖는다. CD판에 기록된 0 또 는 1의 신호에 따라 반사되는 빛의 세기가 달라진다. 반사된 빛은 원통형 렌즈로 집광 다이오드에 입사되어 전기적 신호로 전환된다. 구동된 빛은 레이저 빛의 초점이 정확히 CD판에 일치하도록 수직이동과 수직 이동이 가능하도록 하는 장치이다. 재래식 전축에서와는 달리 직접 CD 와의 접촉이 없으므로 마모나 손상 이 없는 장점이 있다.
레이저의 의학적 응용 및 기타 응용
미세한 부위에 빛에너지를 집중 할 수 있는 특징 때문에 외과 수술시 칼 대신에 100W 내지 200W급의 CO2레이저가 쓰이고 있다. 레이저로 수술하면 세포조직의 물분자에 의해 10.6um의 빛이 잘 흡수되므로 쉽사리 응고되어 지혈에 훌륭한 효과가 있다. 아르곤레이저는 망막치료에도 사용되지만 성형외과에서 피부의 주근깨 등 점을 제거하는 피부미용에도 이용되고 있다. 또한 피부암의 치료에도 He-Ne레이저가 사용되고 있는데 이것은 He-Ne레이저의 632.8 nm 파장이 신체조직을 잘 투과하는 성질을 이용한 것이다. 피부암 환자에 HPD(hematoporphrine derivative)라는 약제를 투여하면 이 화합물은 암세포부위에만 침착되는데 이것은 632.8nm 의 빛을 잘 흡수하는 물질이다. 이 상태에서 He-Ne레이저의 빛을 광섬유로 피부조직에 주사하면 건강한 조직에서는 레이저광이 잘 투과하므로 영향이 없으나 암세포 주위에 침전되어 있는 HPD 가 빛을 흡수하고 흡수된 광에너지를 암세포에 전달함으로서 암세포가 죽게 되는 것이다.
그 외의 중요한 응용 중의 하나는 거리측정이다. 지구와 달까지의 정확한 거리 측정은 레이저에 의해서 비로소 가능해졌다. 달 표면에 설치된 코너튜브(coner tube)는 4면체로된 거울로서 빛이 입사하면 입사방향 과 평행한 반사광을 얻을 수 있는 장치이다. 이 코너튜브에 10 초의 짧은 펄스레이저를 보내면 송신지점으로 되돌아오므로 빛의 왕복시간을 알 수 있고 이로서 정확한 거리를 계산해 낼 수 있는 것이다. 따라서 지구에서 달까지 거리는 15 cm오차 이내의 거리로 정확히 측정된다.

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레이저광의 지향성,   레이저광의 간섭성,   레이저의 발진 원리