여러 가지 레이저

이산화탄소 레이저

이 레이저는 특이하게 CO₂ 분자의 진동에너지 준위를 이용하므로 10.6㎛의 적외선을 발진하며 연속발진에서의 출력은 수백 kW에 이르러 금속의 가공 등 산업용으로 널리 쓰인다. 이 레이저는 효율을 높이기 위해 매개물질인 N₂와 Ne을 첨가하여 거의 15% 의 높은 효율로 동작시킨다.

이산화탄소 레이저는 이산화탄소와 질소의 분자 진동이 관여하고 있는 데 위 그림에서 보듯이 이산화탄소는 대칭 뻗기(symmetric stretch), 대칭 굽히기(symmetric bending), 비대칭 뻗기(asymmetric stretch)의 세 진동모드가 있다. 각각은 일반적인 조화진동자의 방식대로 양자화되어 있고, 전체의 양자 상태는 $(m, n, q)$로 묘사된다.

한편 질소는 아래 그림처럼 하나의 진동모드만 있고 이의 고유진동수는 이산화탄소의 비대칭 뻗기와 비슷하다. ('진동에너지준위' 단원 참조)

아래 그림은 질소와 이산화탄소의 진동에너지 준위를 그린 것으로 질소의 경우에는 하나의 진동모드만 있어 일정한 간격을 하고 있지만 이산화탄소는 $(m, n, q)$의 양자수가 어우러져 있어 다소 복잡하게 주어진다.

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이산화탄소 레이저_ 실험실에서 제작한 대출력의 이산화탄소 레이저

헬륨-네온 레이저에서의 He의 역할처럼 N₂는 단지 펌핑시키는 매개물질로서 작용한다. N₂는 CO₂ 와 달리 단일 진동 모드로 되어 있는 데 이 첫 번째 들뜬 준위가 바로 CO₂ 의 (001)준위와 비슷하여 충돌로 에너지를 넘기기가 용이하다. 기본적으로 진동의 에너지 준위는 전자의 에너지 준위보다 훨씬 작아서 위 그림에서 보듯이 발진하는 빛의 파장은 10.6㎛, 9.6㎛ 등 적외선이다.

이산화탄소 레이저는 비교적 소출력의 연속발진 형태와 대출력의 펄스 발진형태로 나눠지는 데 절삭, 용접 등의 공업용이나 레이저 메스로 의료용 등에 널리 쓰이고 있다.

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