레이저 유형 및 작동

레이저는 이득 매질과 펌핑 방식에 따라 분류되며, Q-스위칭 및 모드 잠금을 통해 연속 또는 펄스 방식으로 작동됩니다.

Definition

이득 매질과 여기 메커니즘에 따른 레이저 분류, 그리고 출력 전력과 시간적 구조를 제어하는 연속파 또는 펄스 방식의 작동 모드.

Scope

이 주제는 주요 레이저 종류와 작동 방식을 다룹니다. 헬륨-네온 및 이산화탄소와 같은 기체 레이저, 루비, 네오디뮴, 티타늄-사파이어와 같은 고체 레이저, 반도체 다이오드 레이저, 염료 및 광섬유 레이저, 그리고 이들의 특성 파장 및 펌핑 방법이 포함됩니다. 또한 연속파 출력, Q-스위칭 및 모드 잠금을 통한 짧은 펄스 및 초단 펄스 생성, 그에 따른 피크 출력 및 펄스 지속 시간과 같은 작동 방식도 다룹니다. 이는 근본적인 이득 물리학을 다양한 실제 장치와 연결합니다.

Core questions

• 레이저에 사용되는 이득 매질은 무엇이며 어떤 파장을 생성합니까?
• 개수 역전을 생성하기 위해 다양한 레이저는 어떻게 펌핑됩니까?
• Q-스위칭과 모드 잠금은 어떻게 짧은 펄스를 생성합니까?
• 연속파 작동과 펄스 작동을 구별하는 절충점은 무엇입니까?

Key concepts

• 기체 레이저
• 고체 레이저
• 반도체 다이오드 레이저
• 광섬유 레이저
• 연속파 작동
• Q-스위칭
• 모드 잠금
• 초단 펄스

Key theories

이득 매질에 따른 분류

레이저는 기체, 고체, 반도체, 염료, 광섬유 레이저로 분류됩니다. 이득 매질은 사용 가능한 파장, 효율 및 출력을 결정하며, 빛, 전류 또는 방전에 의한 적절한 펌핑 방식을 지시합니다.

Q-스위칭 및 모드 잠금에 의한 펄스 작동

Q-스위칭은 공진기 품질 계수를 손상시킨 다음 갑자기 복원하여 저장된 에너지를 강렬한 나노초 펄스로 방출하는 반면, 모드 잠금은 많은 종 모드를 함께 위상 동기화하여 피코초 또는 펨토초 펄스 열을 생성합니다.

Clinical relevance

다양한 레이저 유형은 각기 다른 의료 용도에 적합합니다. 이산화탄소 레이저는 연조직 절단에, 네오디뮴 및 어븀 레이저는 안과 및 피부과 시술에, 엑시머 레이저는 각막 재형성에, 다이오드 레이저는 광응고술에 사용되며, 펄스 작동은 정밀하고 부수적 손상이 적은 조직 상호작용을 가능하게 합니다.

History

마이만은 1960년에 최초의 레이저인 펄스 루비 장치를 제작했으며, 자반과 동료들은 그 직후 연속 헬륨-네온 기체 레이저를 시연했고, 홀의 연구팀은 1962년에 최초의 반도체 다이오드 레이저를 만들었습니다. 이후 수십 년 동안 이산화탄소, 염료, 광섬유, 티타늄-사파이어 레이저와 Q-스위칭 및 모드 잠금 기술이 추가되었습니다.

Key figures

• Theodore H. Maiman
• Ali Javan
• Robert N. Hall

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

연속파 레이저와 펄스 레이저의 차이점은 무엇입니까?

연속파 레이저는 일정한 출력의 안정적인 빔을 방출하는 반면, 펄스 레이저는 에너지를 짧은 폭발로 집중시켜 강렬하고 짧은 노출이 필요한 응용 분야에서 평균 출력보다 훨씬 높은 피크 출력을 달성합니다.

초단 펨토초 펄스는 어떻게 생성됩니까?

모드 잠금은 레이저의 많은 종 모드가 고정된 위상 관계로 진동하도록 강제하여, 이들이 간섭하여 극도로 짧은 펄스를 형성하고, 이 펄스는 공진기 내에서 순환하며 규칙적인 펄스 열로 방출됩니다.