레이저의 원리와 종류

원리 및 유형원자 램프
레이저란 무엇인가?
레이저(방사선의 유도 방출에 의한 광 증폭); 더 나은 아이디어를 얻으려면 아래 이미지를 살펴보세요.

더 높은 에너지 레벨에 있는 원자는 자발적으로 더 낮은 에너지 레벨로 전이하며 광자를 방출하는데, 이 과정을 자발적 복사라고 합니다.
대중적인 것은 다음과 같이 이해할 수 있습니다. 땅에 있는 공이 가장 적합한 위치입니다. 공이 외부 힘(펌핑이라고 함)에 의해 공중으로 밀려나면, 외부 힘이 사라지는 순간 공은 높은 고도에서 떨어지면서 일정량의 에너지를 방출합니다. 만약 공이 특정 원자라면, 그 원자는 전이 과정에서 특정 파장의 광자를 방출합니다.

레이저의 분류
사람들은 레이저 발생 원리를 터득하고, 다양한 형태의 레이저를 개발하기 시작했습니다. 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 가스 또는 금속 증기이며, 넓은 파장 범위의 레이저 출력을 특징으로 합니다. 가장 일반적인 것은 CO2 레이저로, CO2를 작동 물질로 사용하여 방전을 여기시켜 10.6um의 적외선 레이저를 생성합니다.
가스 레이저는 작동 물질이 가스이고, 레이저의 전체 구조가 너무 크며, 출력 파장이 너무 길어 재료 가공 성능이 좋지 않습니다. 따라서 가스 레이저는 곧 시장에서 사라지고 특정 플라스틱 부품의 레이저 마킹과 같은 특정 분야에만 사용되었습니다.
2, 고체 레이저분류: 루비, Nd:YAG 등;
고체 레이저의 작동 물질은 루비, 네오디뮴 유리, 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 등이며, 이는 물질의 결정이나 유리를 매트릭스로 하여 균일하게 혼입된 소량의 이온으로, 활성 이온이라고 합니다.
고체 레이저는 작동 물질, 펌핑 시스템, 공진기, 그리고 냉각 및 필터링 시스템으로 구성됩니다. 아래 이미지 중앙의 검은색 사각형은 레이저 결정으로, 밝은 색의 투명한 유리처럼 보이며 희토류 금속이 도핑된 투명한 결정으로 구성되어 있습니다. 희토류 금속 원자의 특수한 구조는 광원에 비추면 입자 밀도 반전을 형성합니다(땅에 있는 여러 개의 공이 공중으로 날아가는 것을 생각하면 이해하기 쉽습니다). 그리고 입자가 전이될 때 광자를 방출하고, 광자의 수가 충분해지면 레이저가 형성됩니다. 방출된 레이저가 한 방향으로 출력되도록 전체 거울(왼쪽 렌즈)과 반반사 출력 거울(오른쪽 렌즈)이 있습니다. 레이저가 출력되면 특정 광학 설계를 통해 레이저 에너지가 형성됩니다.

3, 반도체 레이저
반도체 레이저는 간단히 포토다이오드로 이해할 수 있습니다. 다이오드에는 PN 접합이 있으며, 일정 전류가 흐르면 반도체의 전자 전이가 발생하여 광자가 방출되고, 이를 통해 레이저가 생성됩니다. 반도체에서 방출되는 레이저 에너지가 작을 경우, 저전력 반도체 소자를 펌프 소스(여기 소스)로 사용할 수 있습니다.파이버 레이저, 이렇게 파이버 레이저가 형성됩니다. 반도체 레이저의 출력을 더욱 높여 직접 출력하여 소재 가공에 활용하면 직접 반도체 레이저가 됩니다. 현재 시중에는 10,000와트급 직접 반도체 레이저가 출시되어 있습니다.

위의 여러 레이저 외에도, 사람들은 연료 레이저라고도 하는 액체 레이저를 발명했습니다. 액체 레이저는 고체 레이저보다 부피와 작동 물질이 더 복잡하기 때문에 거의 사용되지 않습니다.