모든 레이저 시스템은 빛의 빔을 생성하기 위해 세 가지 기본 구성 요소 간의 정밀한 상호 작용에 의존합니다. 이러한 필수 요소는 활성 매질(결정 또는 가스와 같은), 매질을 여기시키는 외부 에너지원, 그리고 광학 공동을 형성하도록 배치된 한 쌍의 거울입니다. 이러한 부품을 조정함으로써 레이저는 일반 에너지를 집중되고 증폭된 광자 흐름으로 변환합니다.
레이저 빔을 생성하려면 재료에 에너지를 공급하여 전자를 여기시키고, 거울 사이에 갇혀 증폭된 후 강력하고 응집된 빛의 흐름을 형성하는 광자를 방출해야 합니다.
레이저의 구조
레이저가 작동하는 방식을 이해하려면 먼저 각 개별 구성 요소의 특정 역할을 이해해야 합니다.
활성 매질
이것은 장치의 핵심 재료이며 종종 결정, 가스 또는 액체로 구성됩니다.
에너지를 흡수하고 방출할 수 있는 특정 원자 또는 분자를 포함합니다. 이 매질의 물리적 특성은 생성되는 레이저 빛의 파장(색상)과 특성을 결정합니다.
에너지원
이 구성 요소는 "펌프" 역할을 하며 외부 에너지를 시스템에 도입합니다.
유일한 목적은 활성 매질 내의 원자 또는 분자를 여기시키는 것입니다. 이 지속적인 전력 공급 없이는 레이저가 빛 생성 프로세스를 시작하거나 유지할 수 없습니다.
광학 공동 (거울)
"공진기" 또는 광학 공동을 만들기 위해 두 개의 거울이 활성 매질의 반대쪽 끝에 배치됩니다.
일반적으로 한 거울은 완전히 반사되고 다른 거울은 일부 빛이 통과하도록 합니다. 이 배열은 빔으로 나가기 전에 증폭을 위해 빛을 가두는 데 중요합니다.
프로세스 진행 방식
구성 요소가 제자리에 배치되면 특정 순서로 상호 작용하여 빔을 생성합니다.
전자 여기
에너지원이 활성 매질에 에너지를 공급하면서 프로세스가 시작됩니다.
이 유입은 매질의 원자 내 전자를 여기시켜 더 높은 에너지 수준으로 점프하도록 합니다. 전자는 자연적으로 휴지 상태로 돌아가려고 하기 때문에 이 상태는 일시적입니다.
광자 방출
이 여기된 전자가 낮은 에너지 수준으로 떨어지면서 광자 형태로 과도한 에너지를 방출합니다.
이것은 빛의 초기 생성입니다. 그러나 이 단계에서는 빛이 아직 집중된 레이저 빔이 아닙니다.
증폭 및 방출
거울은 이러한 광자를 레이저 빔으로 변환하는 데 결정적인 역할을 합니다.
광자는 거울 사이를 앞뒤로 반사하며 활성 매질을 반복적으로 통과합니다. 이동하면서 다른 여기된 원자에서 더 많은 광자를 방출하도록 자극하여 각 통과마다 빛의 강도를 증폭합니다.
레이저 설계의 중요 제약
개념은 간단하지만 물리적 실행에는 극도의 정밀도가 필요합니다.
정렬 요구 사항
광학 공동을 형성하는 거울은 활성 매질에 대해 완벽하게 정렬되어야 합니다.
정렬이 잘못되면 광자가 앞뒤로 효과적으로 반사되어 증폭을 달성할 수 없습니다. "자극" 프로세스가 실패하고 장치에서 응집된 빔이 생성되지 않습니다.
에너지 임계값
에너지원은 충분한 수의 전자를 여기시킬 만큼 충분한 전력을 공급해야 합니다.
여기 수준이 너무 낮으면 광자가 연쇄 반응을 자극하는 대신 단순히 산란됩니다. 증폭 루프를 유지하려면 에너지 입력 임계값을 충족해야 합니다.
애플리케이션 이해
레이저 기술을 평가하거나 시스템을 구축할 때 이러한 구성 요소를 이해하면 작업에 적합한 도구를 식별하는 데 도움이 됩니다.
- 특정 파장 또는 색상이 주요 초점인 경우: 결정 또는 가스의 원자 특성이 특정 빛 주파수를 결정하므로 활성 매질을 자세히 살펴보십시오.
- 출력이 주요 초점인 경우: 더 강력한 빔을 얻으려면 더 높은 여기 수준이 필요하므로 에너지원과 냉각 용량을 평가하십시오.
- 빔 품질이 주요 초점인 경우: 최종 빔의 모양과 초점을 결정하므로 광학 공동과 거울 구성을 검토하십시오.
이 세 가지 변수(매질, 에너지, 거울)를 조작함으로써 엔지니어는 섬세한 눈 수술부터 산업 금속 절단까지 모든 것에 맞게 레이저를 맞춤 설정할 수 있습니다.
요약 표:
| 구성 요소 | 역할 | 기능 |
|---|---|---|
| 활성 매질 | 핵심 재료 | 파장 및 빛 특성 결정 (결정, 가스 또는 액체) |
| 에너지원 | 전력 펌프 | 광자 방출을 트리거하기 위해 매질의 원자 여기 |
| 광학 공동 | 공진기 | 응집된 빔을 형성하기 위해 빛을 가두고 증폭하는 두 개의 거울 |
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