[공학]이산화탄소 레이저 발생원리

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이산화탄소 레이저 발생원리

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이산화탄소 레이저는 가장 다용도로 쓰이는 레이저중 하나다. 900∼1100 nm의 적외선 복사를 방출하며 수백 kW의 연속빔이 레이저 군사용 무기 연구에 사용되고 40kJ 의 나노초 길이 펄스를 이용해 핵융합연구에 사용되기도 하는 등 여러 분야에 걸쳐 사용 된다. 같은 능동매질을 사용하면서도 내부구조의 차이로 인해 몇 가지로 분류된다.
능동매질은 이산화탄소, 질소, 헬륨의 혼합체이고 각각의 기체는 독립적 역할을 한 다. 이산화탄소는 빛 방사체(emitter)이다. CO2분자가 들뜨게 되면 그것들은 세 개의 진동모드중 비대칭 stretching 모드에서 진동한다. 분자들은 나머지 두 진동모드로 에너지를 잃는다. 이러한 두 경로는 두가지 주요 레이저 전이이다. 각각 10.6 ㎛와 9.6 ㎛ 포톤 을 방출한다. 이후에는 계속해서 에너지 준위 사다리를 타고 내려온다. 질소 분자는 CO2를 상위준위로 들뜨는 것을 돕는다. 질소분자의 가장 낮은 진동상태는 단지 18 cm-1에 불과하다. 이것은 질소분자가 에너지를 흡수하고 그것을 CO2분자에 전달할 수 있도록 하는 이유이다. CO2분자는 다른 방식으로 상위준위로 올라갈 수 있는데 고온, 고압의 기체를 매우 찬 진공속으로 빠르게 팽창시키는 것이다. 이것은 기체역학 CO2레이저의 기본원리이다. 이때에도 질소는 레이저 작동에서 중요한 역할을 한다. 헬륨은 이중적 역할을 한다. 하나는 열전달을 돕는 완충 기체의 역할이고 다른 하 나는 CO2분자를 저준위에서 바닥상태로 떨어지도록 돕는다. 이렇게 해서 밀도반전이 유지될 수 있도록 한다. CO2레이저에서 최적의 구성과 기체의 압력은 레이저 형태에 따라 다르다. 이중 몇 가지를 알아보자. - 기체역학 레이저

참고 자료

http://www.goldenlight.co.kr/renewal/scripts/rnd/laser_3.php
http://phys.kyungwon.ac.kr/internet-class/laser/files/mat-pr.ppt