레이저의 원리

자발방출과 유도방출

자발방출 - 결맞지 않은 빛으로 단순히 밝기가 합해진다.

보통의 광원이 내는 빛은 광원의 무수히 많은 원자가 제멋대로 빛을 방출한다면 서로 결이 맞아 있지 못하다. 따라서 아래 그림처럼 N개의 이러한 빛이 더해지면 밝기가 N배되어 단순히 N배의 밝은 빛이 된다.

밝기(Intensity) ~ N

유도방출 - 결맞은 빛으로 진폭이 더해져서 제곱으로 밝아진다.

광원의 무수히 많은 원자가 만일 동시에 결맞은 상태의 빛은 낸다면 아래 그림처럼 진폭이 N배가 되어서 밝기는 N² 에 비례하여 증가한다.

밝기(Intensity) ~ N²

원자를 펌핑의 과정으로 여기시켜 높은 에너지 상태에 더 많은 전자를 올려 놓으면 유도방출되는 빛이 많아져서 결맞은 빛을 방출 할 것이다.

한편 유도방출이 우세할 조건에 이르게 되더라도 모든 원자가 일거에 방출되지는 못한다. 이는 한 원자가 유도방출이든 자발방출이든지 방출하는 빛이 다른 원자를 자극시킬 확률이 그렇게 크기 못하기 때문이다. 따라서 그러한 기회를 크게 가질 수 있게 아래 그림에서 보는 것처럼 레이저 매질이 들어있는 관의 양단에 거울을 평행으로 배치하여 그 거울 사이에 빛이 무수히 반사되면서 거의 모든 원자들을 유도방출에 가세시키게 한다. 관속을 뛰노는 빛은 그 거울 내부에서 공명상태로 존재할 수 있어 이를 레이저 공진기라고 한다.

거울의 효과로 관이 겹쳐 길어진 것 때문에 그 관을 따라 나란하게 진행하는 빛은 계속 가세하는 유도방출의 빛에 의해 점점 더 센 빛이 된다. 빛의 세기가 커지면 그곳에 있는 매질을 더 많이 자극시키기 때문에 여기된 매질이 충분히 공급되기만 한다면 빛이 성장하는 형태는 기하급수적이 될 것이다.

_ 레이저 매질_ 보강간섭_ 가간섭성_ 진폭_ 거울_ 공명