[레이저 과학]레이저의 원리와 종류 공진과 응용 및 레이저광선과 빛의 차이

소개글

[레이저 과학]레이저의 원리와 종류 공진과 응용 및 레이저광선과 빛의 차이에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 레이저의 시작

2. 레이저의 정의
(1) 레이저란 무엇인가?
(2) 레이저의 성질
(3) 레이저 개발의 역사
(4) 빛의 증폭
(5) 원자의 양자상태와 빛의 방출

3. 레이저의 원리
(1) 자발방출
(2) 유도방출
(3) 유도흡수
(4) 열적 평형상태
(5) 밀도반전

4. 레이저의 종류
(1) 고체 레이저
(2) 기체 레이저
(3) 액체 레이저
(4) 반도체 레이저

5. 레이저의 공진
(1) 빛의 공명상태
(2) 세로방향 진동모드
(3) 가로방향 진동모드

6. 레이저의 응용
(1) 레이저 가공기
(2) 홀로그래피
(3) 광통신
(4) 산업적 응용
(5) 레이저의 의학적 응용 및 기타응용

7. 레이저광선과 빛의 차이

본문내용

m 두께의 스테인레스강(SS304)을 1초 동안에 10 cm 정도의 속도로 용접이 가능하다. 레이 저 용접의 특징은 직접 접촉없이 정밀하게 고속 용접이 가능하고 재료의 변현이 적고 상이한 재료의 용접도 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. 금 속뿐만 아니고 옷감이나 가죽 등의 절단은 컴퓨터에 의한 복잡한 모양의 조감을 만들 수 있으므로 기성 복 업계나 제화공업 등에도 널리 이용된다. 또한 IC 회로에 쓰이는 알루미나와 실리콘 기판의 조각 내기에도 매우 유용하게 쓰인다. 재래식은 다이아몬드 바늘 또는 톱날을 이용하여 흠집을 내었으나 속도가 느리고 치밀하지 못해서 레이저로 대체하면 생산단가가 낮아져 경제성이 높다.
약한 출력의 레이저 응용 우리나라에서도 최근에 비교적 널리 보편화된 바코드 (Bar code, 상품에 부착된 검은 띠)는 이미 구미제국에서 널리 시행되고 있다. 상품마다 부착된 독특한 바코드는 He-Ne레이저에 비추면 반사된 빛이 전기 신호로 바뀌어져 품목명과 가격이 계산서에 찍혀지게 된다. 이것 은 많은 상품의 구매시에 많은 시간과 인원의 절감효과를 가져올 뿐만 아니라 대형 수퍼나 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 1/4파장판으로 원편광이된 다음 렌즈로 CD판에 집속된다. 초점에 집속된 레이저빛은 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 CD와의 접촉이 없으므로 마모나 손상이 없는 장점이 있다.
(5) 레이저의 의학적 응용 및 기타응용
미세한 부위에 빛에너지를 집중할 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 HPD가 빛을 흡수하고 흡수된 광에너지를 암세포에 전달 함으로서 암세포가 죽게 되는 것이다.
그 외의 중요한 응용 중의 하나는 거리측정이다. 지구와 달 까지의 정확한 거리 측정은 레이저에 의해서 비로소 가능해졌다. 달표면에 설치된 코너튜브(coner tube)는 4면체로된 거울로서 빛이 입사하면 입사방향과 평행한 반사광을 얻을 수 있는 장치이다. 이 코너튜브에 10 초의 짧은 펄스레이저를 보내면 송신지점으로 되돌아 오므로 빛의 왕복시간을 알 수 있고 이로서 정확한 거리를 계산해 낼 수 있는 것이다. 따라서 지구에서 달까지 거리는 15 cm오차 이내의 거리로 정확히 측정된다.
7. 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.

키워드

빛,   레이져,   레이져의 종류,   레이져의 원리,   레이져의 공진