레이저는 의료 시술부터 엔터테인먼트 쇼에 이르기까지 현대 기술의 필수적인 부분이 되었습니다. 저는 레이저 조명 공급업체로서 레이저 조명이 가져올 수 있는 마법을 직접 목격했습니다. 하지만 이 놀라운 집중된 빛의 광선이 실제로 어떻게 작동하는지 궁금한 적이 있습니까? 이 블로그에서는 레이저 광 뒤에 숨겨진 과학을 분석하고 우리가 제공하는 멋진 제품 중 일부를 보여 드리겠습니다.
빛의 기초
레이저에 대해 자세히 알아보기 전에 일반적인 빛에 대해 조금 이야기해 보겠습니다. 빛은 전자기 방사선의 한 형태입니다. 그것은 파동으로 이동하며, 다양한 색상의 빛은 서로 다른 파장을 갖습니다. 예를 들어, 빨간색 빛은 파란색 빛보다 파장이 더 깁니다.
전구와 같은 대부분의 광원은 모든 방향으로 빛을 방출합니다. 광파도 서로 위상이 다르기 때문에 뒤죽박죽되어 있습니다. 이것을 비간섭광이라고 합니다.
레이저 빛의 차이점
레이저 빛은 일반 전구에서 얻는 빛과 매우 다릅니다. 일관성은 모든 광파가 서로 위상이 같다는 것을 의미합니다. 또한 단색입니다. 이는 모두 동일한 색상(또는 동일한 파장을 가짐)을 의미합니다. 그리고 레이저 빛은 모든 방향으로 퍼지는 대신 매우 좁은 광선으로 이동합니다.
레이저 광 생산 뒤에 숨은 과학
"레이저"라는 단어는 실제로 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약어입니다. 그것은 한 입이지만 레이저가 어떻게 작동하는지에 대한 단서를 제공합니다.
1. 에너지원
모든 레이저는 프로세스를 시작하기 위해 에너지원이 필요합니다. 이는 전기, 빛 또는 화학 반응의 형태일 수 있습니다. 예를 들어, 금속 절단에 사용되는 일부 레이저에서는 에너지를 제공하기 위해 전류가 사용됩니다.
2. 이득 중간
이득매질은 빛을 증폭시킬 수 있는 물질이다. 결정이나 유리와 같은 고체일 수도 있고, 액체나 기체일 수도 있습니다. 레이저 유형과 생성하려는 빛의 파장에 따라 다양한 이득 매체가 사용됩니다. 예를 들어, 헬륨-네온 레이저는 헬륨과 네온 가스의 혼합물을 이득 매체로 사용합니다.
3. 유도 방출
이득 매질에 에너지가 추가되면 그 안에 있는 원자나 분자가 여기됩니다. 일반적으로 이러한 여기된 입자는 결국 스스로 이완되어 빛의 형태로 에너지를 방출합니다. 이를 자연 방출이라고 합니다. 그러나 레이저에서는 특별한 일이 발생합니다. 바로 유도 방출입니다.
광자(빛의 입자)가 이득 매질의 여기된 입자에 닿으면 해당 입자가 다른 광자를 방출할 수 있습니다. 이 두 광자는 서로 위상이 같고 같은 방향으로 이동합니다. 이 과정은 계속 반복되어 모두 일관성 있는 광자를 점점 더 많이 생성할 수 있습니다.
4. 광공진기
광 공진기는 이득 매질의 양쪽 끝에 있는 한 쌍의 거울입니다. 한 거울은 완전 반사이고, 다른 거울은 부분 반사입니다. 광자는 거울 사이에서 앞뒤로 튕겨져 이득 매질을 여러 번 통과합니다. 이로 인해 점점 더 많은 자극 방출이 발생하여 빛이 증폭됩니다. 결국 빛의 일부는 부분 반사 거울을 통과하여 우리가 볼 수 있는 레이저 빔을 생성합니다.
레이저의 종류
레이저에는 다양한 유형이 있으며 각각 고유한 특성과 용도를 가지고 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 사항입니다.
가스 레이저
이 레이저는 헬륨(네온, 아르곤, 이산화탄소 등)과 같은 가스를 이득 매체로 사용합니다. 헬륨 - 네온 레이저는 바코드 스캐너와 레이저 포인터에 자주 사용됩니다. 이산화탄소 레이저는 강력하며 산업 응용 분야의 절단 및 용접에 사용됩니다.
고체 레이저
고체 레이저에서 이득 매질은 특정 원소가 도핑된 크리스탈이나 유리와 같은 고체 물질입니다. 예를 들어, 네오디뮴 첨가 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저는 눈 수술과 같은 의료 시술 및 레이저 조각에 사용됩니다.
다이오드 레이저
다이오드 레이저는 작고 효율적입니다. CD 및 DVD 플레이어와 같은 많은 가전 제품에 사용됩니다. 그들은 반도체 기술의 원리를 기반으로 작동합니다.
레이저 광의 응용
레이저 광은 다양한 분야에서 폭넓게 응용됩니다.
의료분야
레이저는 많은 의료 시술에 사용됩니다. 종양 제거, 눈 수술(라식) 시 시력 문제 교정, 심지어 머리카락이나 문신 제거를 위한 미용 치료에도 사용할 수 있습니다.
산업용 애플리케이션
산업 분야에서 레이저는 재료 절단, 용접 및 드릴링에 사용됩니다. 금속, 플라스틱 및 기타 재료를 매우 정밀하게 절단할 수 있습니다.
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참고자료
- 헥트, 제프. "레이저 이해: 초보 레벨 가이드." OSA 출판, 2018.
- Siegman, Anthony E. “레이저.” 대학 과학 도서, 1986.
