레이저의 원리와 종류

원칙과 유형원자 램프
레이저란 무엇인가요?
레이저(유도 방출에 의한 빛 증폭); 더 자세히 이해하려면 아래 이미지를 참조하세요.

더 높은 에너지 준위에 있는 원자가 자발적으로 더 낮은 에너지 준위로 전이하면서 광자를 방출하는데, 이 과정을 자발적 복사라고 합니다.
인기 있는 현상은 다음과 같이 이해할 수 있습니다. 공이 지면에 있을 때 가장 안정적인 상태이며, 외부 힘(펌핑)에 의해 공중으로 튕겨 올라가면, 외부 힘이 사라지는 순간 공은 높은 곳에서 떨어지면서 일정량의 에너지를 방출합니다. 만약 이 공이 특정 원자라면, 그 원자는 이러한 전이 과정에서 특정 파장의 광자를 방출합니다.

레이저의 분류
사람들은 레이저 발생 원리를 파악하여 다양한 형태의 레이저를 개발하기 시작했으며, 레이저 작동 재료에 따라 분류하면 가스 레이저, 고체 레이저, 반도체 레이저 등으로 나눌 수 있습니다.
1. 가스 레이저 분류: 원자, 분자, 이온;
가스 레이저의 작동 물질은 기체 또는 금속 증기이며, 넓은 파장 범위의 레이저 출력을 특징으로 합니다. 가장 일반적인 것은 CO2 레이저로, CO2를 작동 물질로 사용하여 전기 방전 여기를 통해 10.6μm의 적외선 레이저를 발생시킵니다.
가스 레이저는 작동 물질이 가스이기 때문에 레이저의 전체 구조가 너무 크고 출력 파장이 너무 길어 재료 가공 성능이 좋지 않았습니다. 따라서 가스 레이저는 곧 시장에서 퇴출되었고, 특정 플라스틱 부품의 레이저 마킹과 같은 특정 분야에서만 사용되었습니다.
2, 고체 레이저분류: 루비, Nd:YAG 등;
고체 레이저의 작동 재료는 루비, 네오디뮴 유리, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 등이며, 활성 이온이라고 불리는 소량의 이온이 재료의 결정이나 유리에 기질로 균일하게 포함되어 있습니다.
고체 레이저는 작동 물질, 펌핑 시스템, 공진기, 냉각 및 필터링 시스템으로 구성됩니다. 아래 이미지 중앙의 검은색 사각형은 레이저 결정으로, 밝은 색의 투명 유리처럼 보이며 희토류 금속이 도핑된 투명 결정으로 이루어져 있습니다. 희토류 금속 원자의 특수한 구조는 광원에 의해 빛을 받으면 입자 분포 역전(간단히 말하면 지면에 있는 많은 공이 공중으로 튕겨 나가는 현상)을 일으키고, 이 입자들이 전이될 때 광자를 방출합니다. 충분한 수의 광자가 모이면 레이저가 생성됩니다. 방출된 레이저가 한 방향으로만 출력되도록 하기 위해 전면 반사 거울(왼쪽 렌즈)과 반사형 출력 거울(오른쪽 렌즈)이 사용됩니다. 레이저가 출력된 후 특정 광학 설계를 통과하면서 레이저 에너지가 생성됩니다.

3, 반도체 레이저
반도체 레이저는 간단히 말해서 포토다이오드와 같습니다. 다이오드 내부에는 PN 접합이 있고, 특정 전류가 흐르면 반도체에서 전자 전이가 일어나 광자가 방출되어 레이저가 발생합니다. 반도체에서 방출되는 레이저 에너지가 작을 경우, 저전력 반도체 소자를 레이저의 펌프 소스(여기 소스)로 사용할 수 있습니다.파이버 레이저이렇게 해서 파이버 레이저가 만들어집니다. 반도체 레이저의 출력을 더욱 높여 재료를 직접 가공할 수 있도록 하면 직접 반도체 레이저가 됩니다. 현재 시판되는 직접 반도체 레이저는 1만 와트 수준에 도달했습니다.

위에서 언급한 여러 종류의 레이저 외에도 액체 레이저, 즉 연료 레이저가 발명되었습니다. 액체 레이저는 고체 레이저보다 부피와 작동 물질이 더 복잡하며, 거의 사용되지 않습니다.