레이저 공진

빛의 공명상태

거울속에서 빛이 공명상태로 존재한다.

처음 레이저가 발진할 때 매질에서 자발적으로나 유도방출된 빛의 대부분은 특별한 방향성이 없어 사방으로 퍼져나가 버린다. 이 빠져나간 빛을 매질속으로 되돌려서 아직 들뜬상태로 있는 원자나 분자를 자극시켜 유도방출을 계속 일으켜야 한다. 이를 위하여 양쪽에 거울을 배치하여 계속 되돌려 보낼 수 있도록 하는 데 이를 레이저 공진기라고 한다. 이 공진기는 일종의 파브리-페로 에탈론이라 할 수 있는 데 레이저 빛은 그 구조속에서 공명상태의 빛이 부분적으로 빛을 투과하는 한쪽 거울을 통하여 조금씩 빠져나오는 것이라 할 수 있다.

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세로방향 진동 모드

공진기의 거울 사이의 거리를 $d$라고 하면 그 사이에서 뛰노는 정상파는 $\frac{c}{2d}$의 정수 배의 진동수를 갖는다. 따라서 \[ \Delta \nu= \frac{c}{2d} \] 의 등간격을 갖는 무수히 많은 모드가 존재할 수 있다. 그러나 공진기 내부의 레이저 매질의 원자 방출 스펙트럼의 진동수가 특정한 값을 가지고 있어서 좁은 대역의 빛만 증폭이 이루어진다. 1m의 기체 레이저의 경우 Δν = 150MHz이다. 한편 이득이 손실보다 큰 진동수 대역은 보통의 경우 이보다 수~십수 배 정도로 커서 레이저의 스펙트럼은 아주 날카로운 수~십수개의 선 스펙트럼을 가지게 된다.

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