광양자와 레이저

전자기파의 증폭

전자회로로 발생시킬 수 있는 전파는 검파에 의해 선택적으로 증폭시킬 수 있다. 또한 진동자 회로에 의해 단일 파장의 전파를 쉽게 발생 시킬 수 있다.

그림에서 증폭기는 입력된 여러 진동수의 교류중 특정한 진동수의 교류만 증폭하여 전자기 파를 발생할 수 있으나 그 진동수는 상당한 폭을 가지고 있다.

이 전자기파는 결맞은 상태로 잘 빚어진 형태로 만들 수 있지만 이러한 전자 회로에 의해 만들어지는 전자기파는 전자소자의 특성상 수 GHz까지만 가능하다.

_ 가시광선_ 전자기파_ 진동자_ 진동수

빛의 증폭

강력한 빛을 내기 위해서는 아주 많은 전력을 소모하는 백열등을 쓸 수 있겠지만 그러나 이것이 내는 빛은 증폭되었다기 보다 무수히 많은 빛의 줄기를 발생하는 것일 뿐이다. 증폭이라 함은 입력한 신호와 동일한 큰 신호로 재생산 되는 것을 말한다. 따라서 밝은 빛을 만든다는 것과 빛을 증폭한다는 것은 의미가 다르다. 전력을 많이 소모하는 백열등의 경우에는 그 온도에 따라 다르지만 각각의 빛줄기의 파장이 넓은 범위에 걸쳐 있고, 신호로서 특별한 규칙성을 가지고 있지 못하다.

고온으로 가열된 백열등은 흑체복사의 법칙에 따라 그것의 온도, 발열체의 재질 등에 따라 서로 결이 맞아있지 못하면서 넓은 파장영역의 빛을 발생한다. 아래 그림은 4000도로 가열된 이상적인 흑체가 내는 빛의 파장분포로서 물질의 파장별 복사율에 따라 이 그래프의 값보다 약한 빛을 내게 된다.

광원이 빛을 내는 과정은 크게 두 가지로 나눌 수 있는 데, 가열된 물체의 흑체복사와 보어의 이론에 의한 빛의 방출이 그것이다. 흑체복사의 빛은 태고적 불이 발견된 이래 밤의 어두움을 밝히는 광원으로 사용하여 온 촛불, 횃불, 기름불, 가스등, 백열등 등이 내는 빛이다. 한편 보어는 원자론을 발전시키면서 원자가 가지고 있는 띄엄띄엄한 에너지 준위들 사이로 원자의 상태가 전이하면서 빛을 내는 것을 알았고, 이 원리에 의한 광원으로는 네온사인, 수은등, 나트륨등, 텔레비젼의 브라운관이 내는 빛이 있다.

두 가지의 빛 중에서 앞에서 본 바와 같이 흑체 복사에 의해 발생되는 빛은 파장의 폭이 매우 넓다. 한편 보어의 이론으로 발생되는 빛은 거의 단색파장의 빛이 발생 된다. 그러나 이 빛도 선택적으로 증폭된 빛이 아니라 원자 하나하나의 서로 독립적인 거동에 의해 발생되는 빛이어서 네온사인에서 나오는 빛이 단색광이기는 하지만 나오는 빛줄기는 서로 정렬되어 있지 못한 제멋대로의 상태를 하고 있다.

빛의 증폭은 통상의 전자공학적인 방법이 아닌, 앞에서 설명한 원자의 전이에 의한 빛의 방출현상을 이용하여 실현할 수 있었다. 빛을 증폭하는 증폭기로 원자를 이용하는 것인 데 이를 위하여 원자가 빛을 내는 과정을 이해해야 한다.

_ 에너지 준위_ 가시광선_ 브라운_ 복사율_ 백열등_ 온도_ 전이_ 보어