레이저는 원자력, 컴퓨터, 반도체에 이어 20세기 이후 인류의 또 다른 주요 발명품이다. 그것은 "가장 빠른 칼", "가장 정확한 자", "가장 밝은 빛"으로 알려져 있습니다. 1960년 5월 16일, 미국의 물리학자 시어도어 마이먼(Theodore Maiman)이 세계 최초의 레이저를 발명했습니다. 인류는 최초로 뛰어난 단색성, 높은 콜리메이션, 높은 에너지 밀도를 지닌 기적적인 광원에 접근할 수 있었습니다. 레이저는 1960년 최초의 레이저 발명 이후 통신, 의학, 산업 생산, 군사 무기 및 기타 분야에서 널리 사용되어 다양한 분야의 연구에 막대한 영향을 미치고 사회적 생산 효율성 향상을 촉진하는 학제간-범용-기술이 되었습니다. 그렇다면 레이저란 정확히 무엇일까요? 그리고 어떻게 생산되나요?
레이저(Laser)는 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약어로, 유도 방출에 의해 발생하는 빛의 증폭을 의미합니다. 이 기술이 1964년 중국에 소개되었을 때 Qian Xuesen 씨가 이 기술을 명명했습니다. 대중적으로 사용되는 경우에는 "leishe"라는 다소 인상적인 음역 이름도 있습니다. 레이저를 이해하기 전에 먼저 빛이 무엇인지부터 살펴보겠습니다.
빛은 광자에 의해 생성됩니다. 1905년 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 광전 효과에 관한 논문에서 처음으로 광자 개념을 소개했습니다. 광자는 물질을 구성하는 기본 입자 중 하나입니다. 광자는 매우 작으며 정지 상태에서는 질량이 없습니다. 양자역학의 원리에 따르면 전자가 에너지가 높은-에너지 외부 껍질에서 에너지가 낮은-내부 껍질로 떨어지면 해당 원자핵이 광자를 방출하여 빛을 생성합니다. 전자가 떨어지는 껍질의 수가 많을수록 광자의 에너지가 커집니다. 이 프로세스는 되돌릴 수 있습니다. 광자가 입사하면 원자핵은 광자를 흡수하고, 에너지를 얻은 전자는 에너지가 낮은-내부 껍질에서 에너지가 높은-외부 껍질로 이동합니다.
레이저의 특징은 모든 광자가 동일한 파장과 위상으로 함께 이동한다는 것입니다. 원자 시스템에서 전자는 본질적으로 층 단위로 이동합니다. 원자가 외부 환경의 영향을 받고 고{2}}에너지 전자가 낮은 에너지 준위로 전이할 때 '자발 방출'과 '유도 방출'이라는 두 가지 현상이 있습니다. 레이저는 유도 방출을 통해 생성됩니다. 간단히 말해서, 레이저는 물질의 원자가 특정 "펌프 소스"에 의해 "여기"될 때 방출되는 "빛 방사선"입니다.
레이저는 레이저 광을 생성하는 장치로, 주로 펌프 소스, 이득 매질, 공진 공동으로 구성됩니다. 펌프 소스는 레이저의 여기 소스로, 낮은-에너지 전자에 에너지를 제공하여 더 높은 에너지 레벨로 여기시킵니다. 일반적인 펌프 소스에는 광학 여기, 가스 방전 여기, 화학적 여기 및 원자력 에너지 여기가 포함됩니다. 공진 공동은 펌프 소스와 이득 매체 사이의 회로로, 일반적으로 특정 기하학적 모양과 광학 반사 특성이 특정 방식으로 결합된 두 개의 거울로 구성됩니다. 이는 여기된 빛이 공동 내에서 여러 번 앞뒤로 이동할 수 있게 하여 증폭되는 일관되고 지속적인 진동을 형성하고 또한 광선의 주파수와 방향을 제한합니다. 이득 매체는 빛을 증폭시키는 작동 매체를 말합니다.
1917년 아인슈타인이 유도 방출을 제안한 이후 과학자들은 1960년 마침내 세계 최초의 레이저를 개발하기까지 43년 동안 끊임없는 탐구를 했습니다. 캘리포니아에 있는 Hughes 연구소의 과학자 Maiman은 고강도 플래시 램프를 사용하여 루비를 조명하고 루비 내의 크롬 원자를 여기시켜 붉은 빛을 방출했습니다. 반사경으로 코팅된 루비 표면에 구멍을 뚫으면 이 구멍을 통해 붉은색 빛이 빠져나와 고농도의 좁은 붉은 빛 광선이 생성됩니다. 이 광선이 한 지점을 향하면 태양 표면보다 높은 온도에 도달할 수 있습니다. 그리하여 파장이 0.6943 마이크로미터인 세계 최초의 레이저-루비 레이저-가 탄생했습니다. 이것은 인류가 생산한 최초의 레이저 빔이었습니다.
