레이저의 특징

소개

레이저의 특징에 관하여 알아보자.

목차

1. 레이저의 특징
1) 단색성(Monochromaticity)
2) 지향성(Directivity)
3) 간섭성(Coherence)
4) 에너지 집중도 및 고휘도성(Brightness)
2. 레이저 발진의 원리
1) 레이저 매질
2) 여기매체
3) 공진기
3. 레이저 발진작용의 기초
4. 레이저의 증폭작용
5. 레이저의 종류
1) Laser의 이론과 원리
2) 고체 레이저(solid-state laser)
3) 기체레이저
4) 액체 레이저
5) 반도체 레이저
6) 원자레이저
7) 양자우물 레이저

본문내용

그림 3. 레이저의 지향성
3) 간섭성(Coherence)

간섭이란 위상의 차이에 따라 명암의 무늬가 나타나는 현상으로, 레이저는 위상이 균일하기 때문에 약간의 장애물에 부딪히면 곧 간섭을 일으킨다. 그러나 햇빛과 같은 일반적인 빛은 주파수도, 위상도 가지각색이므로 간섭이 일어나기 어렵다.


그림 4. 레이저의 간섭성

4) 에너지 집중도 및 고휘도성(Brightness)

태양빛을 렌즈에 집중시키면 종이나 나무를 태울 수 있는 정도이지만, 레이저 빛의 경우에는 에너지 밀도가 높기 때문에 철판까지도 태운다.

2. 레이저 발진의 원리

- 반전분포를 필요로 하는 레이저 발진 -
일반적인 레이저발진은 반전분포를 필요로 한다. 단, 유도라만, 파라메트릭발진 등은 반전분포를 필요로 하지 않는다. 원자가 천이할 경우, 기저상태(E0)에서 여기상태(E1)로 천이할 때 그 에너지차 E = E1-E0의 에너지를 흡수하며, 기저상태로 천이할 때는 그 에너지를 방출한다. 보통 여기상태에 있는 원자의 수(또는 높은 에너지 준위에 있는 원자수)는 여기되지 않은 원자의 수보다 적다.

기저상태에서 원자는 제한을 받지 않고 오랫동안 존재할 수 있지만 여기상태에서 정지되는 시간은 한정되어 있다. 외부적인 원인이 아닌 내부의 에너지에 의해 보다 낮은 에너지준위로 천이할 때의 원자의 자발적인 에너지 방출과정을 자연방출 또는 자발방출 (Spontaneous Emission)이라 부른다. 자연방출에서 방출된 빛은 여러가지 빛이 혼합되어 있기 때문에 파장이나 위상도 일치하지 않는다. 그러므로 넓은 스펙트럼을 갖게 되는데 이것을 Incoherent 방사라 한다.이와는 달리 외부양자의 작용에 의해 강요된 에너지를 방출하는 과정이 있다. 흡수할 경우 에너지는 원자가 높은 에너지준위로 천이함에 따라 없어지지만, 이 경우에는 새로운 에너지가 발생하게 된다. 이와같은 방출을 강제방출 또는 유도 방출 (Stimulated Emission)이라 한다.

유도방출의 경우 입사된 에너지와 방출된 에너지의 파장이나 위상은 모두 동일하다. 따라서 이때의 방사는 Coherent이며 스펙트럼도 좁다. 유도방출에서는 한개의 광자에 대해 두개의 광자가 나타난다. 만일 다시 여기상태에 있다면 이 두개의 광자는 다음의 유도방출로 되며 이것이 계속 반복되어 발생한다. 즉, 빛이 여기된 매질 내를 통과하면 그 빛은 증폭되지만 이 증폭은 매질이 여기상태에 있을 때에만 가능하다.

참고자료

· 없음