레이저의 원리

1. 레이저[Laser]란 무엇인가?

(1) 레이저의 성질과 발전

최근에 이르러 우리는 레이저란 단어를 매스컴을 통해서나 주위로부터 자주 듣게 된다. 이것은 레이저의 응용 범위가 넓어지면서 우리의 일상생활과 점점 밀접한 관계를 갖게 되었기 때문이다. 레이저 프린터, 레이저수술, 레이저 조명, 레이저에 의한 용접 등 레이저란 말이 상당히 익숙해져 있으나 최신 첨단 기술의 하나로써 신비롭게 생각하고 있을 것이다. 그러면 레이저란 무엇인가?

레이저(laser)란 "light amplification by stimulated emission of radiation"이란 영어의 각 단어 머리글자를 따서 조합한 합성어로서 우리말로 하면 "유도 방출 과정에 의한 빛의 증폭"이란 뜻이 된다. 미국 물리학자 디오도어 H. 메이먼이 1960년 처음 레이저를 발명하여 보여 주었다. 일반적으로 레이저란 말은 레이저 빛을 발생하는 장치를 지칭하기도 한다. 레이저 빛(또는 레이저 광)은 유도 방출로 증폭된 빛이기 때문에 백열전구나 형광등, 태양등 기존의 광선에서 나오는 빛과는 다른 독특한 성질을 갖고 있다. 첫째는 단색성(monochromatic)으로써 레이저 빛은 한 가지 파장으로 된 빛이다.

[그림1] 레이저광의 단색성

백열전구에서 나오는 빛은 빨주노초파남보의 여러 가지 색깔의 빛이 섞여 있으나 레이저빛에서는 한 가지 색깔만이 존재한다. 만약 두 가지를 프리즘으로 분산시켜 보면 그 차이를 알 수 있다.

둘째, 백열전구에서 나오는 빛은 전구에서 멀어지면 빛의 세기가 급격히 줄어들지만 레이저 빛은 거리가 아무리 멀더라도 빛의 세기가 거의 줄어들지 않는다. 이를 레이저빛은 지향성(directional)이 있다고 말한다. 일상생활에서 빛의 지향성을 갖도록 한 장치를 포물경으로 빛을 평형하게 반사시키는 플래쉬가 있는데 어느 정도의 지향성을 가지지만 레이저에 비해서는 떨어진다. 우리가 만약 야간 경기를 벌이고 있는 야구장에서 조그만한 He-Ne 레이저 (5mW)를 달로 향하게 하고 달 표면에서

지구를 본다면 어떻게 될 것인가? 수백 KW를 쓰고 있는 야구장은 보이지 않고 단지 세기가 백만분의 일 정도인 레이저 빛만 보이게 된다.

[그림 2. 레이저광의 지향성]

[그림 3. 레이저광의 간접성]

세번째의 중요한 성질은 레이저광은 간섭성(coherent) 빛이라는 것이다. 이것 또한 백열등에서 볼 수 없는 성질로 백열등에서 나오는 빛을 선속 분할기로 나눈 다음 중첩시키면, 스크린 상에 간섭무늬가 생기지 않으나 레이저 광에서는 밝고 어두운 띠모양의 간섭무늬를 볼 수 있다. 이것은 백열등의 빛이 무질서한 반면 레이저 빛은 질서 정연하기 때문에 가능한 것이다. 이런 세가지 성질로 백열등에서 나오는 빛은 캠퍼스에서 학생들이 이리저리 움직이는 양상에 비유되는데 반하여, 레이저 빛은 ROTC학생들이 행진하는 것에 비유된다. 다시 말하면 백열등에서 나오는 빛은 원자가 제각기 독자적으로 빛을 발생하는 경우이고 레이저 빛은 이웃한 원자들이 서로 긴밀한 관계를 가지고 있어서 전체 원자가 일사분란하게 빛을 내놓는 것이라고 말할 수 있다. 이러한 레이저광은 지구상에 서는 자연 상태로 존재하는 것은 아직 발견된 바 없고 특별히 인야 레이저광을 얻을 수 있다.

[그림 4. 재래광원과 레이저의 비교]

(2) 레이저의 구성

1) 레이저를 이루는 세 가지 구성요소

레이저는 한 쌍의 거울이다. 두 거울이 정면으로 마주보고 있으면 그 중 하나는 100%에 가까운 반사율을 가진 거울로써 입사하는 광을 전부 반사시키는 전반사경이고 다른 하나는 입사광 중 일부는 통과시키고 나머지는 반사시키는 거울로써 부분 반사경이라 불린다. 이 두 거울을 공진기 (resonator)라 한다. 둘째, 마주한 두 거울 사이에 특별한 원자(또는 분자)로 채워진 물체가 있다. 이것은 두 거울 사이를 왕복하는 빛이 유도과정으로 증폭되어 센 빛이 되도록 하는 광 증폭기(optical amplifier)이고, 셋째로, 증폭기가 광의 증폭이 가능하도록 외부에서 에너지를 가하는 장치인 펌프(pump)가 있다. 이 세가지는 특별한 경우를 제외하고는 거의 대부분 레이저에 있어서 공통적인 요소이다.

2) 증폭의 상태에 따른 레이저의 종류

레이저의 종류는 증폭기의 상태에 따라 기체레이저, 액체레이저, 고체레이저, 반도체레이저의 네 가지로 분류하는데 기체레이저에 속하는 것으로는, He-Ne 레이저, CO2 레이저, Ar 레이저 등이 있고 액체레이저로는 염료(dye)를 알콜, 에칠렌그리콜 등과 같은 용매에 녹여서 증폭기로 쓰는 색소 레이저(dye laser)가 있으며, 루비(ruby)레이저, Nd:YAG레이저 등은 대표적인 고체레이저이다. 반도체레이저는 요즘 응용도가 많은 GaAlAs 등이 있다. 레이저광의 파장범위는 100nm (1 nm=10-9m)의 자외선에서부터 가시광, 적외선을 거쳐 마이크로파에 해당하는 100m에 이르기까지 광범위하게 분포되어있으며 레이저 발진이 가능한 매질 또한 무수히 많다. 레이저는 발진 방식에 따라 연속(CW)동작 방식과 펄스(pulse)동작 방식이 있으며 연속 발진은 레이저빛이 일정한 세기로 나오는 것을 말하고, 펄스동작 방식은 순간적으로만 레이저빛이 발생하는 것을 말하는데 Q-switching이나 mode-locking등과 같은 1ns 이하의 매우 짧은 펄스를 만드는 기술도 개발되었다. 레이저 장치에서 나오는 레이저빛의 세기는 1mW 정도의 약한 출력에서부터 10 KW이상의 센 빛을 내는 산업용 대형 레이저도 있다. 특히 레이저에 의한 핵융합 연구에 쓰이는 대형 레이저는 1012W의 순간출력을 낸다.

레이저의 역사를 간단히 살펴보자. 레이저의 동작원리는 1917년 아인슈타인이 빛과 물질의 상호작용에 있어서 유도방출 과정이 있음을 이론적으로 보인 것이 시초이다. 그러나 그 후 20여년이 지난 1950년대 초반 미국대학의 타운즈(C. Townes)가 암모니아에서 마이크로파의 유도방출이 실험적으로 가능함을 처음으로 보였다. 곧이어 가시광 영역에도 유도방출에 의한 빛의 증폭이 가능함이 타운즈와 샬로우(A. Schawlow)의 연구에서 밝혀졌고, 실제로 1960년 휴즈(Hughes)연구소의 마이먼 (Theodore H. Maiman)에 의해 가시광 영역인 694.3 nm의 붉은색인 루비레이저광이 최초로 발진되었다. 그는 보석의 하나인 루비(ruby)를 나선형 플래쉬 램프 가운데 삽입하고 그 플래쉬램프를 터뜨려 센 빛을 루비에 입사시킴으로써 레이저의 발진에 성공한 것이다. 그는 이 성공으로 1964년 노벨 물리학상을 수상하였다. 루비레이저의 발진 직후 레이저의 연구는 가히 폭발적이라 할만큼 활발하여 1960년대에는 현재 중요하게 응용되는 대부분의 레이저가 개발되기에 이르렀다. 70년대와 80년대에는 레이저 자체의 연구 외에도 레이저의 응용연구가 많은 비중을 차지하여 오늘날 다양한 방면에서 레이저가 필수적인 장치로 각광을 받게 되었다.

2. 레이저의 개념

(1) 레이저의 특징

Intense, Highly directional, Coherent, Monochromatic Beam of Light

1) 유도방출에 의해 증폭된 빛이다.

레이저는 들뜬 원자나 분자를 외부에서 자극시켜 장단(결)이 잘 맞아있는 빛을 방출하게 함으로서 큰 증폭율로 증폭된 빛을 말한다. 이 레이저(Laser)는 Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation의 머리글을 따서 만들었는데 이는 "복사의 자극방출에 의한 빛의 증폭"을 뜻한다.

2) 레이저는 직진성이 강하다.

보통의 빛은 렌즈를 써서 아주 가늘 게 만들 수 있기는 하지만 곧 크게 퍼져 버린다. 그러나 레이저는 좁고 긴 관을 수만번 왕복한 빛이기 때문에 멀리까지 갈 수 있는 상태로 아주 잘 빚어져서 거의 퍼지지 않고 직진하게 된다.

3) 레이저는 한 가지 색을 가지고 있는 순수한 빛이다.

보통의 빛은 여러 가지 파장, 즉 여러 가지 색의 빛이 섞여 있다. 비교적 순수한 빛이랄 수 있는 네온사인 등의 방전에 의한 빛도 원자의 운동에 의한 도플러 효과로 약간의 파장폭을 가지고 있으나 레이저는 양쪽 거울 속에 잘 뛰놀 수 있는 공명상태의 빛을 방출하므로 거의 단일한 파장을 갖는 순수한 빛을 방출하게 된다.

4) 레이저는 결이 잘 맞아 있는 강력한 빛이다.

우리 주위의 보통의 빛은 마치 수많은 북을 제멋대로의 장단으로 치는 경우처럼 서로 연결되지 않고 짧은 파동이 수없이 모여 있다. 그러나 레이저는 많은 북을 일정한 장단에 맞추어서 치는 것처럼 많은 파동이 서로 정확하게 잘 겹쳐져서 매우 강력한 밝기를 가지고 있다.

(2) 빛의 흡수와 방출

위대한 물리학자인 아인슈타인은 레이저 발진에서의 중요한 자극방출(유도방출)의 개념을 포함하여 원자에서의 빛의 흡수와 방출에 대한 이론을 1917년 발표하여 40여년 후의 레이저의 가능성을 열었다.

(4) 레이저

Laser (Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation) 복사의 자극방출에 의한 빛의 증폭

Schawlow*, Townes (1958) : 이론적인 제안

Maiman (1960) : 세계최초의 레이저인 루비 레이저 발진

Javan, Bennett, Herriott (1961) : 최초의 기체레이저인 헬륨-네온 레이저 발진

* 1981 노벨상 수상

3. 레이저의 원리

(1) 빛과 물질의 상호작용

1) 유도방출이라는 새로운 형태의 상호작용

아인슈타인은 보어의 가설에서의 빛과 원자와의 상호작용 두 가지, 즉 유도흡수, 자발방출에 유도방출이라는 새로운 개념을 도입함으로서 레이저의 중요한 기초원리를 알아냈다.

2) 자발방출 (Spontaneous Emission)

자발방출은 보어의 가설에서 처음 제안되었던 것으로 원자가 높은 에너지 상태에 있다가 낮은 에너지 상태로 내려가면서 그 차이에 해당하는 빛을 스스로 방출하는 것을 말한다. 이 빛을 방출하는 가능성은 확률적으로 마구잡이(random)로 일어난다.

높은 에너지 상태에 있는 원자가 외부의 아무런 부추김없이 스스로 빛을 방출하면서 낮은 에너지 상태로 떨어진다.

3) 유도방출(Stimulated Emission)

유도방출은 원자가 높은 에너지 상태(들뜬상태 : 여기상태)에 있다가 외부의 빛에 자극을 받아서 빛을 방출하는 것을 말한다. 이때 자극을 시킬 수 있는 빛은 방출될 빛과 파장이 같아야 한다. 이 경우 방출되는 빛은 자극시킨 빛과 결맞아 있다. 이를 자극방출이라고도 한다. 이 과정이 빛의 증폭을 가능하게 한다.

외부에서 들어오는 빛의 부추김에 의해서 높은 에너지의 원자가 낮은 에너지 상태로 변하면서 새로운 빛을 낸다. 이때 자극을 시키는 외부의 빛은 방출될 빛과 같은 파장이어야 하고. 방출되는 빛은 외부 빛과 결이 잘 맞아 있게 된다.

4) 유도흡수(Stimulated Absorption)

유도흡수는 자발방출과 함께 보어의 가설에서 처음 제안되었던 것으로 낮은 에너지 상태의 원자가 빛을 흡수하여 높은 에너지 상태로 전이하는 것을 말한다. 이 경우 그 에너지 차이와 꼭 같은 빛이 입사하여야 한다.

외부에서 들어오는 빛에 의해 낮은 에너지 상태의 원자가 그보다 높은 에너지 상태로 전이한다.

4. 레이저의 종류

(1) 실제 레이저

1) 밀도반전이 가능한 매질이 있어야 한다.

비록 레이저가 원자나 분자의 에너지 준위를 이용하기는 하지만 그 매질이 역전을 시킬 수 있는 조건에 합당한 세 개나 네 개의 에너지 준위를 가지고 있어야 한다. 이를 레이저 매질이라 하는데 이러한 매질로는 기체 원자의 네온, 아르곤, 크립톤, 기체 분자의 이산화탄소, 불화수소, 질소 등이 있다. 한편 고체의 경우에는 CaWo4, Y2O4, SrMoO4, LaF3, YAG, 유리 등의 모체에 있는 일종의 불순물인 Nd3+, Ho3+, Gd3+, Tm3+, Er3+, Pr3+, Eu3+ 등이 레이저 매질로서 작용한다. 또한 반도체, 액체도 레이저 매질의 조건을 충족하는 것이 많다.

2) 효율적으로 펌핑을 할 수 있는 방법이 있어야 한다.

레이저 매질에서 밀도반전을 실제로 실현할 수 있는 효율적인 펌핑의 방법이 있어야 한다. 그러기 위해서는 레이저 매질의 온도나 압력 등을 적당한 조건에 두어야 한다든지, 아니면 펌핑의 매개역할을 할 수 있는 다른 매질을 같이 섞어 두어야 하는 경우도 있다.

3) 레이저 발진을 실현시킬 적절한 공진기를 만들어야 한다.

레이저 매질에 합당하고, 효율적으로 발진을 시킬 수 있는 공진기가 만들어져서 그 내부에 그 매질을 가두어 둘 수 있어야 하고, 이렇게 해서 만들어진 레이저의

내부 에너지 감소율이 적어서 레이저가 증폭될 수 있는 조건에 이르러야 한다.

(2) 루비 레이저

<그림 27 최초의 레이저 메이먼이 만든 세계 최초의 레이저로 루비를 레이저 매질로 사용하였다.>

1960년 메이먼(Theodore H. Maiman)이 최초로 발진에 성공한 이 레이저는 루비를 사용하였다. 최초의 이 레이저에 사용한 루비는 0.05%의 Cr2O3를 불순물로서 가지고 있는 Al2O3의 결정체였다. 순수한 Al2O3는 무색 투명하여 그저 유리처럼 미적 가치가 없지만 크롬이 적당한 농도로 Al에 치환하여 들어가 박히게 되면 이것이 색중심(color center)의 역할을 하여 맑고 투명한 붉은 색을 띄어 보석으로서 가치를 가지고 있어 이를 루비라고 부른다.

<그림 28 루비 결정의 모형>

루비는 투명한 Al2O3의 Al 대신에 Cr이 미량 치환되어 만들어진 결정체이다. Al2O3은 위 그림처럼 결정의 기본 단위가 육각기둥의 모양을 하고 있고 각 육각형의 모서리에 교대로 Al 이, 그 중심에 O가 하나씩 배치되어 있다. 육각형의 한 변의 길이와 높이는 각각 47.58 nm, 129.1 nm로 되어 있다. 그림에서는 붉은 색의 Al의 자리에 녹색의 Cr 원자가 밖혀 있는 것을 볼 수 있다. 루비의 경우 Al을 치한한 Cr이

붉은 색의 영롱한 색채를 띄게하여 보석의 하나이다. 루비 막대의 양쪽을 평행하게 연마하여 공진기로 삼고, 주변에 나선형의 기체방전등을 둘러싸서 방전시키면 번쩍하고 섬광이 나와 광펌핑을 시킨다.

<그림 29 루비의 에너지 준위>

루비속의 크롬 +3가의 에너지 준위이다. 결정을 이루고 있으므로 펌핑이 일어나는 준위는 띄를 이루고 있고, 3준위 레이저의 작동원리로 694.3 nm와 692.9 nm의 레이저가 나온다.

루비 레이저는 694.3nm와 692.9nm의 붉은 빛을 낸다. 이는 플라즈마의 진단이나 홀로그래피의 제조에 쓰인다.

(3) 헬륨-네온 레이저

1961년 자반(Ail Javan), 베넷(W. R. Bennett, Jt.), 헤리엇(D. R. Herriott) 세 사람은 헬륨(He)과 네온(Ne)의 혼합기체를 이용하여 기체 레이저로는 최초로 1152.3 nm의 적외선의 연속발진에 성공하였다. 오늘날에는 이 레이저는 수 밀리와트의 가시광선(632.8nm)을 내게 하여 실험실에서 간섭을 이용한 측정, 홀로그래피의 제작 등에 널리 쓰고 있다. 이 레이저에서 헬륨은 네온을 들뜨게 하는 매개물질로서 작용하여 실제의 발진은 네온에서 이루어진다. 0.8 torr의 He과 0.1 torr의 Ne의 혼합기체를 가늘고 긴 관속에 넣어두고 방전시킨다.

가는 관 내부에 헬륨과 네온의 혼합기체를 넣고 고전압을 방전시키면 레이저 거울 사이에서 레이저 발진이 일어난다. 가장자리의 창은 브루스터 각의 입사각을 갖게 하여 상하 방향으로의 선편광 빛을 100% 투과시킬 수 있도록 하였다.

<그림 30 헬륨-네온 레이저의 구조>

한 방향으로의 편광에 대해서지만 100% 투과시키기 위해 브루스터 창을 설치하여 빛의 손실을 줄인다.

아래 그림에서 보이는 것처럼 헬륨에 의해 들뜬 네온은 바로 바닥상태로 떨어지지 못하고 바로 아래 준위로 뜸하게 떨어진다. 그 아래 준위는 빠르게 바닥상태로 떨어지기 때문에 위의 두 준위는 밀도반전이 일어나게 된다. 밀도반전이 일어나는 두 에너지 준위는 3.39 μm, 633 nm, 1.15 μm의 레이저 발진을 하게 된다.

헬륨-네온을 구성하는 헬륨과 네온의 에너지 준위와 레이저 발진이 일어나는 과정을 보여주고 있다. 일차적으로 고압의 방전에 의해 헬륨 원자가 여기되어 주변의 네온 원자에 충돌하여 여기 에너지를 잃어버리고 네온을 여기 시킨다. 네온은 3 준위 레이저의 원리에 의해 세 가지의 주요한 레이저 빛을 발생한다.

<그림 31 헬륨-네온 레이저의 에너지 준위>

<그림 32 헬륨-네온 레이저의 발진>

(4) 이산화탄소 레이저

이 레이저는 특이하게 CO2 분자의 진동에너지 준위를 이용하므로 10.6㎛의 적외선을 발진하며 연속발진에서의 출력은 수백 kW에 이르러 금속의 가공 등 산업용으로 널리 쓰인다. 이 레이저는 효율을 높이기 위해 매개물질인 N2와 Ne을 첨가하여 거의 15% 의 높은 효율로 동작시킨다.

<그림 33 이산화탄소의 여러 진동 모드>

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.

<그림 34 질소의 진동 모드>

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.

<그림 35 이산화탄소 레이저의 에너지 준위>

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.

<그림 36 반도체 레이저의 에너지 준위와 구조>

(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

⑯ 거리측정

⑰ 교통감시와 관제

⑲ 지구적 규모의 대기관측

⑳ 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

⑯ 피부과에서의 응용

⑰ 안과에서의 응용

⑱ 치과에서의 응용

⑲ 산부인과

⑳ 정형외과

㉑ 뇌외과

㉒ 앞으로의 전망

(3) 통신분야의 응용

1) 광섬유란로 이용

(4) 홀로그래피 분야의 응용

1) 홀로그래피란?

① 파면의 정보를 기록 ;

② 입체의 모습을 볼 수 있는 것이 가능 ; 홀로그래피 기술로 파면의 정보를 기록한 사진인 홀로그램을 촬영한 조건으로 배치하고 물체를 없애면 홀로그램 너머로 상이 나타난다. 이 상은 마치 창문밖으로 경치를 볼 때 시야를 바꾸면 창문 밖에 펼처진 물체의 상대적 위치가 변하듯이 입체로 보이게 되어 가려졌던 부분이 보이기도 하고 보이던 부분이 가려지기도 한다.

2) 회절격자

회절격자는 일종의 홀로그램이다.

회절격자는 평면유리나 오목한 금속판에 다수의 평행선을 등간격으로 새긴 것으로 이것에다 빛을 비추면 투과 또는 반사된 빛이 파장 별로 나뉘어서 그 스펙트럼을 얻을 수 있다.

4) 응용

지금 지갑을 열어보면 쉽게 우리의 눈으로 홀로그래피를 확인할 수 있을 것이다. < 그림 65. 카드에 활용되는 홀로그래피>

바로 신용카드나 인증서, 고액화폐 등에는 홀로그램을 붙여서 복사나 위조가 어렵도록 하고 있다. 신용카드에 붙어 있는 홀로그램은 반사형으로 자연광을 사용한다. 자연광의 홀로그램은 단색광 비추면 더욱 선명한 상을 볼 수 있다.

자연광(백색광)에서 투과형 홀로그래피는 투과해서 나타나는 물체의 상보다 다른 파장으로 인한 회절이 강하기 때문에 보기에 어려움이 있다. 그러나 반사형 이라면 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 이는 반사되는 빛은 선택적으로 파장을 결정할 수 있기 때문이다.

예로 반투명의 홀로그래피의 아래쪽에 푸른색 판이나 붉은색 판을 두면 반사되는 빛도 그에 따라 푸른색과 붉은색으로 되기 때문이다.

<그림 66. 홀로그래피의 반사>

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