전자기 복사원으로서의 레이저

레이저 – 사용되는 활성 매체에 따른 구분

레이저는 유도 방출에 의한 광 증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation )의 약자입니다. 방출을 강제하여 방출된 빛을 증폭하여 작동합니다. 가시 광선, 자외선 또는 적외선 범위의 전자기 방사선을 방출합니다. 레이저의 작동은 정의된 에너지의 방사선으로 들뜬 원자를 조명하는 유도 방출을 기반으로 합니다. 레이저의 가장 일반적인 구분은 활성 매질 또는 방출된 방사선의 파장에 따른 분류를 기반으로 합니다. 레이저에 존재하는 활성 매질을 고려하여 가스, 액체 및 고체 레이저를 구별할 수 있습니다. 이러한 매체의 일부인 분자, 원자 또는 이온은 에너지 구조가 다릅니다. 그것은 레이저의 가장 중요한 매개변수를 결정합니다. 다음은 사용되는 활성 매질에 따른 레이저의 가장 중요한 예입니다. 괄호 안에는 방출된 파동의 파장 범위가 있습니다.

가스 레이저

• 헬륨-네온(543nm 또는 633nm)
• 아르간(458nm, 488nm 또는 514.5nm)
• 질산염(337.1nm)
• 크립톤(647.1nm, 676.4nm)
• 이산화탄소(10.6μm)

액체 레이저

• 염료 레이저(400nm – 700nm)

고체 레이저

• 루비 레이저(694.3nm)
• YAG 네오디뮴 레이저
• 유리 네오디뮴 레이저
• YAG 에르븀 레이저(1645nm)
• YAG 툴륨 레이저(2015nm)

선택된 레이저의 특성

• 아르곤 레이저

아르곤 레이저는 가스 이온 레이저 그룹에 속합니다. 이 경우 활성 매질은 아르곤 이온에 의해 형성됩니다. 이 레이저는 자외선에서 적색광에 이르는 30개 이상의 라인을 방출할 수 있습니다. 아르곤 원자는 약 0.1 Torr의 압력으로 방전관에 유지됩니다. 방전 중에 생성된 전자는 아르곤 원자와 충돌합니다. 원자를 직접 이온화하고 들뜨게 하여 바닥 상태에서 들뜬 이온 상태로 원자를 이동시킵니다. 또 다른 보다 효과적인 프로세스는 아르곤의 2단계 이온화입니다. 이렇게 형성된 이온은 상위 레이저 상태라고 하는 훨씬 더 높은 여기 상태로 전달됩니다. 이를 통해 주파수가 다른 여러 스펙트럼 라인을 생성할 수 있습니다.

• 헬륨-네온 레이저

헬륨-네온 레이저는 1959년에 제작된 가스 레이저의 한 예입니다. 빛은 소위 인구 반전의 결과로 방출됩니다. 헬륨과 네온은 석영 유리관에 10:1 비율(총 압력은 1.3hPa에 가깝습니다)으로 배치됩니다. 그 끝에 전압이 가해져 가스에서 방전이 발생합니다. 결과적으로 파이프 내부에 정전기장이 생성됩니다. 전자와 이온을 고속으로 가속합니다. 이러한 레이저 내부에는 더 많은 헬륨 원자가 있기 때문에 가속된 전자가 훨씬 더 자주 충돌하여 상대적으로 오랜 시간 동안 상대적으로 안정적인 더 높은 에너지 상태로 여기를 유발합니다. 여기된 헬륨 원자는 차례로 네온 원자와 충돌하고 여기 에너지를 그들에게 전달합니다. 이 가스의 경우 높은 수준의 여기 시간이 낮은 수준보다 길기 때문에 얼마 후 소위 인구 역전이 발생합니다.

• 이산화탄소 레이저(분자)

이러한 레이저는 연속 모드와 펄스 모드 모두에서 작동할 수 있습니다. 이 경우 활성 매질은 부피비가 1:1.3:1.7인 이산화탄소(CO2 ₎ , 질소(N2 ₎ 및 헬륨(He)의 혼합물입니다. 그들 각각은 특정 기능을 수행합니다. 이산화탄소는 활성 가스이며 여기 에너지를 제공하는 전기 방전은 질소에서 발생하는 반면 헬륨은 CO ₂ 플라즈마를 안정화하고 생성된 열을 분산시키도록 설계되었습니다. 이산화탄소와 질소의 혼합물에서 발생하는 전기 방전은 N ₂ 분자의 매우 효과적인 여기를 유발합니다. 이러한 분자는 동일한 핵을 가지므로 쌍극자 전이가 금지됩니다. 에너지는 충돌의 결과로만 손실됩니다. 분자 레이저 튜브에 이산화탄소 분자가 있는 경우 여기된 N ₂ 및 CO ₂ 수준이 일치하는 결과로 두 번째 유형의 충돌로 인해 CO ₂ 분자가 여기되고 N ₂ 의 바닥 상태로 돌아갑니다. 분자. 이 경우 혼합물의 반전은 pureCO ₂ 에서보다 훨씬 더 쉽게 달성됩니다.

• 루비 레이저

Theodore Maiman이 1960년에 건설했습니다. 루비 레이저의 특성을 담당하는 활성 물질은 루비(알루미늄 원자의 일부가 Cr ³⁺ 크롬 원자로 대체된 삼산화알루미늄, Al ₂ O ₃ )입니다. 루비 레이저는 펄스로 작동하여 가시광선 범위의 방사선을 방출합니다. 레이저의 중앙 부분은 그 위에 플래시 램프가 있는 루비 막대입니다. 그것에서 나오는 강렬한 빛의 섬광은 일부 루비 원자를 더 높은 에너지 상태로 여기시킵니다. 차례로 루비 원자는 광자를 보냄으로써 이러한 방식으로 다른 원자를 자극합니다. 루비 막대의 양쪽에는 이 효과를 높이는 거울이 있습니다. 그 중 하나는 반투과성이며 이를 통해 빠져나가는 광자가 레이저 빔입니다. 루비 레이저는 이제 주로 역사적인 관심사입니다. 그들의 사용은 홀로그래피 또는 문신 제거로 제한됩니다.