레이저의 원리가 궁금합니다. 어떻게 직선으로 멀리까지 쏘는지 궁금합니다.

Question

안녕하세요

실생활에 레이져포인터, 피부 치료, 절단기 등 여러 분야에서 폭넗게 사용하는 레이저는

대체 어떤 원리가 있어서 일반 전등 빛과 틀리게 쓰임새가 많은 걸까요?

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

레이저는 광원에서 발생한 광자가 같은 파장, 같은 위상, 같은 방향으로 일렬로 진행하는 일정한 주기적 진동의 전자기파입니다. 이러한 레이저는 전자기파의 성질인 광의 직선성과 같은 파장, 같은 위상, 같은 방향으로 진행하는 직진성 등을 가지고 있기 때문에 멀리까지 직선으로 쏘아낼 수 있습니다.

레이저는 광원에서 발생한 광자를 반사경과 같은 광학 기기를 통해 직선으로 집중시키는 원리를 이용합니다. 이러한 광학 기기는 렌즈, 반사경, 분광계 등이 있습니다. 렌즈는 광선을 집중시켜서 더욱 집중된 레이저 광선을 만들어냅니다. 반사경은 레이저 광선을 돌려서 원하는 방향으로 집중시키는 역할을 합니다. 분광계는 레이저 광선을 원하는 파장으로 분리해서 사용하는 기기입니다.

이처럼 레이저는 광원에서 발생한 광자를 광학 기기를 통해 직선으로 집중시켜서 멀리까지 쏘아낼 수 있습니다. 또한, 레이저는 진동수가 매우 높아서, 다른 광원들과는 달리 광진동 방향이 일정하게 유지되기 때문에, 멀리 떨어진 대상물에도 직선으로 광선을 쏘아낼 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.

원자들은 안정된 상태에 있다가 에너지를 받으면 전자들이 들뜨게 되어 에너지가 높아집니다.이 상태는 에너지가 높아 굉장히 불안정하기 때문에 이내 빛을 내면서 안정됩니다.이를 자연 방출이라고 합니다.이 과정을 통해서 나온 빛은 위상과 파장이 각기 달라 잘 퍼지게 되고 멀리 가지 못합니다. 이는 우리가 흔히 보는 빛이라고 생각하면 됩니다.하지만 들떠 있는 순간의 원자가 자신이 자연 방출하는 빛과 동일한 파장의 빛과 충돌하면 파장과 위상, 진행 방향이 동일한 빛을 방출하는 성질이 있다. 이를 유도 방출이라고 하는데, 레이저는 이 원리를 이용합니다.

매질을 사용하는 일반적인 레이저의 경우, 내부에 좌우로 거울이 설치하여 광공진기를 구성하여 그 사이에 레이저 발진에 쓰이는 물질을 넣어 놓습니다.이때 한쪽은 전반사 거울을, 다른 한쪽은 일부분 투과시키는 반투명 거울을 사용합니다.그리고 사이의 물질을 자극하면 빛이 거울 사이를 몇 백 번을 왕복하면서 거울로 수직 반사되는 빛만이 남아 유도 방출로 인해 서서히 빛이 가지런히 정렬됩니다.그리고는 이런 과정을 거쳐 일정한 에너지 이상이 되면서 레이저광으로 방출됩니다.