레이저의 원리

소개글

레이저의 원리 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 레이저[Laser]의 의의
1) 레이저의 성질과 발전
2) 레이저의 구성

2. 레이저의 개념
1) 레이저의 특징
2) 빛의 흡수와 방출

3. 레이저의 원리
1) 빛과 물질의 상호작용

4. 레이저의 종류
1) 실제 레이저
2) 루비 레이저
3) 헬륨-네온 레이저
4) 이산화탄소 레이저
5) 반도체 레이저
6) 펄스 레이저

5. 레이저의 응용
1) 산업적 응용
2) 의학분야의 응용
3) 통신분야의 응용

본문내용

등 산업용으로 널리 쓰인다. 이 레이저는 효율을 높이기 위해 매개물질인 N2와 Ne을 첨가하여 거의 15% 의 높은 효율로 동작시킨다.
이산화탄소(CO2)는 대칭의 구조를 하고 있어서 그림처럼 세 가지의 진동 모드가 있다. 고유진동수는 asymmetric stretch가 제일 큰 값을 갖고, symmetric stretch, bending 순으로 작은 값을 갖는다. 따라서 등간격인 에너지 준위의 간격도 고유진동수에 비례해서 점점 좁아진다.
질소 분자(N2)는 두 개의 질소 원자가 서로 연결되어 있어 그림처럼 대칭으로 서 로 멀어지고 다가가는 진동만을 하게 된다. 이의 고유진동수는 거의 이산화탄소의 asymmetric stretch와 비슷한 값을 갖는다.
CO2 분자의 세 가지 진동 모드로 이의 고유진동수가 각각 달라서 이 진동에너지 준위는 서로 다른 간격을 하고 있다.
질소분자 N2는 단지 symmetric stretch의 진동상태만 존재하고, 이의 첫번째 들뜬 상태는 이산화탄소 CO2의 (001) 모드와 비슷한 에너지를 가지고 있다. 방전에 의해 들뜬 질소는 충돌에 의해 CO2를 들뜨게 하여 (001) → (100), (001) → (020)의 레이저 전이를 일어나게 한다.
헬륨-네온 레이저에서의 He의 역할처럼 N2는 단지 펌핑을 시키는 매개물질로서 작용한다. N2는 CO2 와 달리 단일 진동 모드로 되어 있는데 이 첫 번째 들뜬 준위가 바로 CO2의 (001)준위와 비슷하여 충돌로 에너지를 넘기기가 용이하다. 기본적으로 진동의 에너지 준위는 전자의 에너지 준위보다 훨씬 작아서 위 그림에서 보듯이 발진하는 빛의 파장은 10.6㎛, 9.6㎛ 등 적외선이다. 이산화탄소 레이저는 비교적 소출력의 연속발진 형태와 대출력의 펄스 발진형태로 나눠지는데 절삭, 용접 등의 공업용이나 레이저 메스로 의료용 등에 널리 쓰이고 있다.
5) 반도체 레이저
반도체 레이저는 광다이오드가 발견된 직후인 1962년 발명되었다. 이 레이저는 거의 100%의 효율과 취급이 간편한점, 매우 작은 크기로 만들 수 있는 점, 빠르게 변조시킬 수 있어 정보를 실어보내기 용이한 점 등 많은 장점 때문에 현재의 광통신, 광기록, 전기광학 소자 등 광공학에서 핵심적인 역할을 한다.
6) 펄스 레이저
(1) 게인 스위치 (Gain-Switching)
최초의 루비 레이저는 루비 막대를 감싸고 있는 플래시 램프를 짧고 강력한 섬광으로 발광시켜 루비의 크롬 원자를 들뜨게 하였다. 이에 의하여 순식간에 이루어진 점유자수의 역전의 상태는 짧은 펄스의 레이저 빛을 방출하고 원래로 돌아가 버린다.
플래시 램프에는 충전과 방전을 할 수 있는 축전기가 달려 있어 약간의 시간이 흐르면 방전에 의해 플래시 램프가 다시 터질 수 있는 정도의 전하가 축전기에 모이게 된다. 이는 펄스 형의 빛으로 펌핑을 하여 매우 짧은 시간에 강력한 빛을 내게 하는 이 루비 레이저는 펄스 레이저의 일종이다.
(2) 큐-스위칭 (Q-Switching)
레이저는 레이저 매질의 손실과 비기는 문지방 값인 일정 비율 이상이 점유자수 역전의 상태에 이르러야 비로소 레이저 발진이 시작된다. 한 발진 주기당의 부분적인 손실율의 역수를 그 공진기의 Q값이라 한다. 손실율이 작을수록 Q 값이 커지고 또 발진이 시작되는 문지방의 역전비율이 작아진다. 높은 일율의 펄스 레이저는 레이저 발진이 시작되자마자 곧 들뜬 상태를 소모해 버린다. 이 발진을 지연시켜 더 높은 밀도에 이르게 될 때 비로소 발진을 진행시킬 수 있는 스위치를 광경로상에 설치하여 더 짧고 강력한 펄스를 만들 수 있다.
[표1] 레이저의 종류별 파장, 동작방식
레이저 물질
구성물질
발진파장
동작방식
Cr3+
Al2O3(ruby)
694 nm
pulsed, Q switched
Nd3+
glass
1.06 um
pulsed, Q switched
Nd3+
YAG
.
mode locked
Ne
He
633nm;1.15, 3.39um
cw
CO2
-
325nm, 4.22nm
cw
Ar+
-
10.0um
cw, Q switched,repetitively pulsed
Kr+
-
488 nm
cw,pulsed, mode
GaAs
GaAs substrate
515 nm
locked
GaAlAs
GaAs
647 nm
cw, pulsed
GaP
GaAs
840 nm
pulsed, cw
GaInAsP
InP
850 nm
pulsed, cw
Rhodamine 6G
ethanol
methanol
water
550-560nm,0.9-1.7um
pulsed,cw,short pluse
Sodium
fluorescin
ethanol,water
570-610 nm
cw,mode locked
Water vapor
-
.
short pulse, cw
HCN
-
530-560nm
pulsed, cw
HF,DF
-
119um
pulsed, cw
N2
-
337um, 2.6-4um
pulsed
Excimer
(KrCl,KrF
,XeCl,XeF)
-
337nm, 1.05um
pulsed
Cu vapor
-
222,248,308,351nm
pulsed
5. 레이저의 응용
1) 산업적 응용
(1) 산업에서의 레이저
① 다이아몬드 본에 구멍 뚫기
② 우유병 젖꼭지에 구멍 뚫기
③ 절단
④ 용접
⑤ 처리
⑥ 전자산업에의 응용
⑦ 마킹과 스크라이빙
⑧ 초미세기술
⑨ 레이저 리소그래피
⑩ 초미세가공
⑪ 광섬유 센서
⑫ 측량과 정렬
⑬ 길이 및 거리측정
⑭ 속도 측정
⑮ 레이저 레이더
거리측정
교통감시와 관제
지구적 규모의 대기관측
환경 계측
2) 의학분야의 응용
(1) 의료에서의 레이저
① 광역학 치료
② 레이저 온열 요법
③ 광자극치료
④ 탄산가스 레이저
⑤ 야그 레이저
⑥ 큐 스위치 엔디 야그 레이저
⑦ 어비움 야그 레이저
⑧ 아르곤 레이저
⑨ 구리 증기 레이저
⑩ 색소 레이저
⑪ 헬륨 네온 레이저
⑫ 루비 레이저
⑬ 큐 스위치 루비 레이저
⑭ 반도체 레이저
⑮ 알렉산드라이트 레이저
피부과에서의 응용
안과에서의 응용
치과에서의 응용
산부인과
정형외과
뇌외과
앞으로의 전망
3) 통신분야의 응용

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