레이저의 원리와 종류 이해

소개글

레이저의 원리와 종류 이해에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 레이저란?

2. 레이저의 원리

3. 레이저의 종류

4. 여러 가지 레이저

5. 펄스 레이저

6. 레이저 공진

7. 레이저[Laser]의 응용

8. 홀로그래피의 기본원리

9. 레이저광선과 빛의 차이

본문내용

보이고 있다. 보강간섭을 하는 곳에서는 필름이 검게 되어 현상후에는 빛을 통과시키지 못하게 된다. 아래 그림에서 현상된 필름에 기준파만 비추어지면 격자에 의한 회절무늬가 여러 개 생긴다.
필름에 원래의 기준파를 비추면 물체파가 살아난다.
격자를 통과한 빛이 나아가는 방향은 위 그림처럼 여러방향인데 그 중 붉은 파면(n=1)으로 표현한 물체파가 있다.
기초원리 2
물체가 점광원일때에도 그 점광원의 물체파를 재생한다.
점광원에서 나온 구면파와 평면파인 구면파가 간섭을 일으키는 양상을 볼 수 있다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 구면파의 각 부분은 평면파로 생각하여 각각 다른 각도로 필름에 입사하는 것으로 생각할 수 있어 간섭무늬의 간격이 연속적으로 변한다. 이렇게 만들어진 필름에 평면파를 비추면 필름의 각 부분에 따라 회절각이 달라져서 n=1인 회절파는 마치 점광원에서 출발한 것같이 방사상으로 발산하는 구면파로 되어 나간다. 그리고 n=-1인 파는 한 점에 모여들어 점광원의 실상을 맺게 된다. 이때 필름면 뒤쪽 위에서 오로지 구면파로 발산하는 파를 관측하면 점광원에서 빛이 발하는 것으로 느낄 것이다.
임의의 물체도 완벽하게 재생한다.
점광원이 여러 개라도 각각에 대한 간섭효과가 복합적으로 중첩되어 나타나 마치 점광원이 여러 개 있는 듯이 빛을 회절 시킬 것이다. 복잡한 물체의 경우에 레이저 빛을 조명하면 물체의 각 요소는 빛을 반사하여 마치 점광원인 것처럼 행동한다. 이와 기준파를 간섭시켜 필름에 간섭무늬를 기록하여 이 필름에 기준파를 비추면 필름 너머로 마치 물체가 존재하는 것처럼 느낄 수 있다. 또한 시선을 옮김에 따라 눈에 관측되는 모습이 달라져서 입체상을 느낄 수 있게 된다. 이러한 홀로그램은 얇은 필름에 간섭무늬가 기록되어 필름을 복사할 수 있을 것이다. 필름에 노출도에 따른 농담으로 상을 기록할 수도 있지만 노출도에 따라 필름의 두께를 다르게 하여 필름에 빛이 통과할 때 각 지점들이 서로 다는 위상을 갖도록 하여 상을 재생할 수도 있다.
투과형 홀로그래피의 촬영장치
He-Ne레이저에서 나온 빛이 공간필터(spatial filter)를 통과한 후 매끈한 구면파로 퍼져나간다. 50:50 스프리터(beamsplitter)에서 두 파로 나누어진 구면파 중 하나는 물체에 조명되어 물체파를 만들고, 나는 그대로 필름에 조명되어 기준파를 만든다.
반사형 홀로그래피
이 홀로그램은 보는쪽에서 조명한다.
기준파와 반대되는 위치에서 물체파를 비추어 주면 서로 마주보고 다가오는 두 파는 파가 합성되어 두 파가 겹쳐지는 영역에서 정상파가 형성될 것이다. 기준파에 대하여 물체파가 완전히 반대방향으로 놓여 있으면 그 파면과 같은 방향의 파면을 가지고 있고 공간적으로 파가 존재하지 않는 마디가 생길 것이다. 이때 마디(node) 와 배(antinode)의 위치는 변하지 않는다. 이러한 상황은 벽면이 비스듬하여 반사파의 방향이 약간 기울어지면 마디나 배가 이루는 평면(마디면, 배면)이 기울어질 따름으로 같이 나타날 것이다.
아래 그림에 나타낸 것처럼 기준파는 필름면에 수직으로 비추어 지고 물체파는 필름의 뒷면에서 기준파에 대하여 만큼 기울어져서 비추어지는 것을 생각해보자. 두 파가 겹쳐지는 부분에 만들어지는 정상파의 마디가 이루는 평면(마디면)도 약간 기울어진 평면이 되는데 그 기울어진 각도는 물체파 파면이 기울어진 각 의 반일 것이다. 배의 위치에서는 필름이 노광되어 서로 나란한 평면들로 구성된 무늬가 기록될 것이다.
투과형 홀로그래피의 촬영장치
He-Ne레이저에서 나온 빛이 공간필터(spatial filter)를 통과한 후 매끈한 구면파로 퍼져나간다. 50:50 빔스프리터(beamsplitter)에서 두 파로 나누어진 구면파 중 하나는 물체에 조명되어 물체파를 만들어 필름의 앞에 조명되고, 하나는 그대로 필름의 뒷면에 조명되어 기준파를 만든다.
9. 레이저광선과 빛의 차이
레이저광선은 보통 빛에 비하여 매우 순수하며 퍼지지 않고 곧바로 진행하는 빛이다. 물체를 태울 때 나는 빛이나 형광등에서 나오는 빛은 고온으로 가열된 원자나 분자 하나하나에서 자유로이 발생하는 빛이며, 이러한 빛은 같은 종류의 원자나 분자에서 나오는 빛이라도 무수히 다른 파장의 빛을 포함하고 있다. 그리고 개개의 원자나 분자에서 나오는 빛은 서로 관련성이 없는 여러 가지 빛의 모임이다.
그러나 레이저광선은 한 종류의 파장만을 가진 빛이며 위상(位相)이 고른 연속된 빛이다. 이 빛의 스펙트럼을 분광프리즘으로 조사해 보면 아주 가는 1개의 선스펙트럼이 된다. 즉, 레이저광선은 위상이 고른 단색광(單色光)이며 이런 빛을 코히어런트광 또는 코히어런트가 좋은 빛이라고 한다. 레이저광선을 렌즈로 집속하면 매우 작은 넓이(빛의 파장을 단위로 하여 측정할 수 있을 정도)로 집광할 수 있다.
이것에 비해 보통 빛은 렌즈로 집속해도 광원(光源)으로부터 나오는 빛의 진행방향이 여러 가지이므로 초점 근처에 광원의 상(像)이 나타나서 레이저광선과 같이 작은 넓이에 집광할 수 없다. 이 초점 근처에 나타나는 광원의 상을 아주 작게 하려면 광원을 렌즈로부터 무한히 먼 곳에 두거나 광원을 점으로 볼 수 있을 정도로 작게 해야 한다. 그러나 이렇게 하면 렌즈 초점에서의 광량(光量)은 아주 작아진다. 따라서 보통 빛에서는 아주 작은 점에 큰 광량을 모으는 것은 대단히 어렵다. 렌즈로 집광한 레이저광선의 초점면 상에서의 단위면적당 빛에너지는 대단히 크다.
예를 들면, 레이저광선의 순간출력이 10 kW인 루비레이저의 출력광을 렌즈로 집광하면 렌즈의 초점면에서의 빛에너지 밀도는 1011W/cm2 정도가 된다. 이것은 태양 표면의 에너지 밀도가 10 4W/cm2인 것과 비교하여 엄청나게 크다. 또 레이저광선은 나비가 좁은 선스펙트럼을 가지고 있고 사인파인 광파이므로 간섭현상이 일어나기 쉬운 성질을 가지고 있다.
간섭을 받기 쉬운 성질은 홀로그래피를 생각할 때 중요하다. 레이저광선의 특징은 ① 단색성이 뛰어나며, ② 위상이 고르고 간섭현상이 일어나기 쉬우며, ③ 퍼지지 않고 직진하며 집광성(集光性)이 좋고, ④ 에너지 밀도가 크다는 것이다.

키워드

레이져,   빛,   광