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레이저는 현대 사회에서 다양한 목적으로 활용되는 기술입니다. 행사에서 관객의 흥을 돋우기 위한 레이저 쇼부터 자동차 제조에서 금속을 절단하거나 용접하는 레이저까지, 그 용도는 매우 광범위합니다. 이렇게 다양한 기능을 가진 레이저는 빛의 한 형태로, 위험할 수 있지만 동시에 유용한 도구로 자리 잡았습니다. 이 글에서는 레이저의 기본 원리와 그 활용 분야, 레이저의 파워를 결정짓는 요소들을 중심으로 레이저에 대해 설명하고자 합니다.
레이저의 기본 원리
레이저(LASER)라는 용어는 "방사선의 유도 방출을 통한 빛 증폭(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)"의 약자입니다. 레이저는 특정 파장으로 유도된 광선으로, 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 돌아올 때 방출되는 광자로 이루어집니다. 이 과정에서 활성 매질(유리, 기체, 결정체)이 중요한 역할을 하며, 이 매질에 따라 레이저의 파장이 결정됩니다. 이러한 원리로 생성된 레이저는 높은 에너지를 가지고 있으며, 다양한 산업과 의료 분야에서 유용하게 사용됩니다.
레이저의 응용 분야
레이저는 매우 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 의료 분야에서는 안과 수술과 같은 정밀한 작업에 사용되며, 산업 분야에서는 금속 절단, 용접, 마킹 등에 광범위하게 쓰입니다. 예를 들어, CO2 레이저는 금속 절단과 플라스틱 절제에, Nd 레이저는 금속 마킹과 용접에 사용됩니다. 또한, UV 레이저는 폴리머와 같은 재료에 콜드 마킹(저온에서 재료에 손상을 최소화하며 마킹하는 방식)을 수행하는 데 사용됩니다.
레이저의 파워와 출력
레이저의 출력은 그 성능에 중요한 요소입니다. 레이저는 기본적으로 매우 강력한 손전등으로 이해할 수 있으며, 빛의 에너지를 증폭해 더 강력한 출력을 만들어냅니다. 이때 에너지 방출 방식은 연속파와 펄스 파로 나뉘는데, 펄스 파는 짧은 시간에 집중된 에너지를 방출해 더 높은 출력을 만들어냅니다. 펄스의 길이가 짧을수록 출력이 강력해지며, 최근에는 피코초(ps)와 펨토초(fs) 단위의 펄스 길이를 가진 레이저가 등장해 더욱 강력한 성능을 발휘합니다.
레이저의 구분 기준
레이저는 활성 매질, 파장, 펄스 길이에 따라 여러 가지로 구분됩니다. 활성 매질은 다이오드, 섬유, 고체 등이 있으며, 그에 따라 광섬유 레이저, 다이오드 레이저 등의 형태로 나뉩니다. 파장은 355nm의 UV 레이저부터 10.60nm의 CO2 레이저까지 다양하며, 각 파장에 따라 응용 분야가 달라집니다. 또한 펄스 길이에 따라 일반 레이저와 피코초, 펨토초 레이저로 구분되며, 짧은 펄스를 가진 레이저는 더 강력한 에너지를 생성할 수 있습니다.
| 명쳥 / 활성매질 | 파장 | 응용분야 | 기술적상세 정보 |
| UV 레이저 / 엑시며 레이저 비활성 가스 |
150~355nm | 의학적용도 미세하게 손상된 조직의 안과 수술 등 | 폭 300fs ~ 40 ns 펄스 |
| UV 레이저 / THG | 355nm | 금속 및 폴리머 마킹 (광화학 반응) | 2 ~ 10 W 출력 |
| 다이오드 레이저 | 800/940/080 nm(연속파) | 레이저 용접 | |
| IR 레이저 / YAG | 1064nm 펄스 | 마킹, 절단, 레이저 용접 | 2~100 W / 30 ~ 50 W |
| IR 레이저 / 광섬유 레이저 | 1062nm 펄스 | 마킹, 절단, 절제 | 50 ~ 200 W |
| CO2 레이저 | 10600nm | 금속절단, 용접, 코팅, 잉크 또는 플라스틱 절제 | 1 ~ 100kW / 10 ~ 100 W |
마무리
레이저는 다양한 응용 가능성을 가진 기술로, 여러 산업과 의료 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 그 기본 원리와 특성에 대한 이해는 레이저의 적절한 활용을 돕고, 생산성을 높이는 데 기여할 수 있습니다.