고체레이저 시스템의 펌핑 기술 및 다이오드 펌프 레이저

본 내용은 " 레이저 및 광통신 실험 A+ 고체레이저 시스템 제작 예비레포트 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.04

문서 내 토픽

• 1. 레이저 펌핑(Laser Pumping)

  레이저에서 펌핑은 들뜬 상태의 높은 에너지 준위를 가진 원자들의 농도를 높이는 과정으로, 레이저가 유도방출을 할 수 있도록 밀도반전을 시키기 위한 필수 과정이다. 펌핑 방법은 광 펌핑, 전기방전에 의한 전자 충돌 펌핑 방식, 직접 전류 주입 펌핑 등 3가지로 분류된다. 광 펌핑은 고에너지 빛을 비추어 에너지를 공급하고, 전자 충돌 펌핑은 전기 방전으로 전자를 충돌시켜 에너지를 공급하며, 전류 주입 펌핑은 직접 전류를 주입하여 에너지를 공급한다.

• 2. 다이오드 펌프 고체 레이저(Diode-Pumped Solid-State Laser)

  다이오드 펌프 고체 레이저는 기존의 방전관을 사용하던 방식에서 고출력 반도체 레이저를 펌핑 광원으로 사용하는 레이저 시스템이다. 기존 방전관의 발광 스펙트럼은 넓게 분포하여 고체 결정에서 레이저 발진에 기여하는 에너지가 매우 작았으나, 다이오드 펌프 방식은 효율성을 개선하고 나머지 에너지 손실로 인한 온도 증가 문제를 해결한다.

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• 1. 레이저 펌핑(Laser Pumping)

  레이저 펌핑은 레이저 작동의 핵심 메커니즘으로서 매우 중요한 기술입니다. 외부 에너지원을 이용하여 활성 매질의 원자나 분자를 여기 상태로 올려 인구 역전을 만드는 과정은 레이저 발진을 위해 필수적입니다. 플래시 램프, 방전관, 다이오드 등 다양한 펌프 소스가 개발되었으며, 각각의 장단점이 있습니다. 펌핑 효율은 레이저 시스템의 전체 효율을 결정하는 중요한 요소이므로, 펌핑 방식의 개선은 지속적인 연구 주제입니다. 특히 현대에는 에너지 효율성과 환경 친화성을 고려하여 더욱 효율적인 펌핑 기술 개발이 진행되고 있으며, 이는 산업 응용 분야에서 경제성을 높이는 데 크게 기여하고 있습니다.

• 2. 다이오드 펌프 고체 레이저(Diode-Pumped Solid-State Laser)

  다이오드 펌프 고체 레이저는 현대 레이저 기술의 중요한 발전으로 평가됩니다. 반도체 다이오드를 펌프 소스로 사용함으로써 기존 플래시 램프 방식 대비 훨씬 높은 효율성과 안정성을 달성했습니다. 컴팩트한 크기, 긴 수명, 낮은 열 발생, 그리고 우수한 빔 품질 등의 장점으로 인해 의료, 산업 가공, 과학 연구 등 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다. 특히 Nd:YAG, Yb:fiber 등의 활성 매질과 결합되어 고출력 레이저 시스템을 구현할 수 있습니다. 다만 초기 투자 비용이 높고 온도 관리가 중요하다는 제약이 있지만, 기술 발전에 따라 이러한 문제들이 점진적으로 해결되고 있습니다.