레이저 원리 이해 Understanding the Basics for Lasers 레이저 범위 는 양자 - 점 에서 축구장 크기 까지 다양 하 고 , 자유 전자 에서 고체 까지 의 물질 을 사용 하 지만 근본 적 인 작동 원리 는 항상 동일 하 다 . 여기 에서 는 레이저 작동 방법 및 이유 에 대한 기본 정보 를 제공 한다 . Although lasers range from quantum - dot to football - field size and utilize materials from free electrons to solids , the underlying operating principles are always the same . This article provides the basic information about how and why lasers work . 레이저 는 1960 년 시연 이 시작 된 이래 로 50 년 이 넘 었 다 . 초기 관심 의 대상 이 었 던 레이저 는 잠시 동안 " 문제 에 대하 여 기다리 는 해결책 " 으로 분류 되 었 지만 , 점차 적용 범위 가 확장 되 었 다 . DNA 시퀀싱 ( 일련 의 관련 된 동작 또는 특정 순서 로 서로 를 따르 는 동작 ) , 가전 제품 제조 또는 원자 주위 의 전자 이동 을 정지 시키 는 것 과 같 은 다양 한 분야 를 포괄 할 수 있 다 . 이러 한 적용 분야 의 대부분 은 레이저 없이 는 불 가능 했 을 것 이 다 . 물리학 에서 레이저 의 관련 성 을 파악 하 려면 다른 인공 소스 ( 모든 유형 의 펄스 ) 가 레이저 펄스 만큼 짧 은 펄스 ( 현재 는 10 - 16 초 이하 ) 를 생 성 할 수 없 으며 – 혹은 , ~ 10 - 15 초 의 정확도 ! 로 절대 주파수 를 측정 하 는 도구 가 필요 하 다 . 레이저 로 서비스 되 는 산업 제조 , 마이크 로 전자 공학 및 생체 의학 및 계측 응용 프로그램 은 매우 다양 하 며 광 회절 한계 이하 의 기능 생성 , 표면 의 영향 을 받 지 않 고 대량 의 재질 수정 또는 개별 입자 의 트래핑 및 공중 에서 이동과 같 은 고유 한 기능 에 의존 한다 . Over 50 years have passed since the first demonstration of a laser in 1960 . After the initial spark of interest , lasers were for a while categorized as “ a solution waiting for a problem ” , but bit by bit , the range of their applications has expanded to encompass fields as diverse as DNA sequencing ( a set of related events , movements , or things that follow each other in a particular order ) , consumer electronics manufacturing , or freezing the motion of electrons around atoms . Most of these applications simply would not have been possible without lasers . To grasp the relevance of lasers in physics , it is enough to note that no other man - made sources can generate pulses ( of any type ) as short as laser pulses – now below to 10 − 16 second – or tools to measure absolute frequencies with an accuracy of ~ 10 − 15 second ! Industrial manufacturing , microelectronics , and biomedical and instrumentation applications serviced by lasers are incredibly diverse and rely on unique capabilities , like producing features below the limit of light diffraction , modifying materials in their bulk while leaving the surface unaffected , or trapping and moving individual particles in mid - air . 레이저 의 경우 에서 , 모든 광원 은 입력 에너지 를 빛 으로 변환 한다 . 입력 또는 펌프 의 에너지 는 다양 한 형태 를 취할 수 있 는데 , 가장 일반 적 인 두 가지 는 광학 및 전기 이 다 . 광 펌핑 의 경우 , 에너지 원 은 램프 또는 더 일반 적 으로 다른 레이저 일 수 있 다 . 전기 펌핑 은 DC 전류 ( 레이저 다이오드 에서 와 같이 ) , 전기 방전 ( 노블 가스 레이저 및 엑 시머 레이저 ) 또는 무선 - 주파수 방전 ( 일부 CO 2 레이저 ) 을 통해 이루어질 수 있 다 . All light sources convert input energy into light . In the case of the laser , the input , or pump , energy can take many forms , the two most common being optical and electrical . For optical pumping , the energy source may be a lamp or more commonly another laser . Electrical pumping can be via a DC current ( as in laser diodes ) , an electrical discharge ( noble gas lasers and excimer lasers ) or a radio - frequency discharge ( some CO 2 lasers ) . 전구 , LED 또는 별 과 같 은 종래 의 ( 비 간섭 성 ) 광원 에서 , 입력 펌프 에너지 에 의해 여기 된 각 원자 는 주어진 통계 적 확률 에 따라 단일 광자 를 무작위 로 방출 한다 . 이것 은 파장 의 확산 과 개별 광자 간 의 상호 관계 가 없 는 모든 방향 으로 방사선 을 생성 한다 . 이것 을 자연 방출 이 라고 한다 . In a conventional ( incoherent ) light source like a lightbulb , an LED or a star , each atom excited by input pump energy randomly emits a single photon according to a given statistical probability . This produces radiation in all directions with a spread of wavelengths and no interrelationships among individual photons . This is called spontaneous emission . Figure 1 . 자발 적 방출 은 무작위 적 인 과정 인 반면 , 자극 된 방출 은 동일 한 성질 을 지닌 광자 를 생성 한다 . Spontaneous emission is a random process , whereas stimulated emission produces photons with identical properties . 아인슈타인 은 또한 여기 된 원자 들 이 유도 방출 이 라고 불리 는 과정 에 의해 축적 된 에너지 를 빛 으로 변환 할 수 있 다고 예측 했 다 . 이 과정 은 일반 적 으로 자연 방출 에 의해 광자 를 생성 하 는 여기 원자로 시작 한다 . 이 광자 가 또 다른 여기 원자 에 도달 하 면 상호 작용 으로 그 원자 가 두 번 째 광자 를 방출 한다 ( 그림 1 ) . 이 프로세스 에 는 두 가지 중요 한 특징 이 있 다 . 첫째 , 곱셈 적 이 다 - 하나 의 광자 는 2 개 가 된다 . 이 2 개 의 광자 가 다른 2 개 의 여기 원자 와 상호 작용 하 면 총 4 개 의 광자 가 생성 된다 . 두 번 째 이 자 가장 중요 한 것 은 이 2 개 의 광자 는 파장 , 방향 , 위상 및 편광 과 같 은 속성 을 가진다 . 충분 한 수 의 여기 원자 가 있 는 상태 에서 빛 을 " 증폭 " 하 는 이 능력 은 레이저 작동 의 기초 가 되 는 " 광학 이득 " 을 이끌 어 내 고 “ 방사선 의 자극 에 의한 광선 증폭 ” 약어 를 정당 화 한다 . 적절 한 펌핑 조건 하 에서 이득 을 나타내 는 다양 한 고체 , 액체 및 기체 상 물질 이 발견 되 었 다 . Einstein predicted that excited atoms also could convert stored energy into light by a process called stimulated emission . This process typically starts with an excited atom first producing a photon by spontaneous emission . When this photon reaches another excited atom , the interaction stimulates that atom to emit a second photon ( Figure 1 ) . This process has two important characteristics . First , it is multiplicative – one photon becomes two . If these two photons interact with two other excited atoms , this will yield a total of four photons , and so forth . Second and most importantly , these two photons have identical properties : wavelength , direction , phase and polarization . This ability to “ amplify ” light in the presence of a sufficient number of excited atoms leads to “ optical gain ” that is the basis of the laser operation and justifies its acronym of ” Light Amplification ( by ) Stimulated Emission ( of ) Radiation ” . A wide range of solid , liquid and gas - phase materials have been discovered that exhibit gain under appropriate pumping conditions . 레이저 공동 The laser cavity 레이저 공동 또는 공진기 는 시스템 의 중심 에 있 다 . 엑 시머 레이저 와 같 은 일부 고 이득 장치 에서 레이저 동작 을 시작 하 려면 여기 된 원자 또는 분자 집합 을 통과 하 는 단일 통과 만 으로 충분 하 다 . 그러나 , 대부분 의 레이저 들 에 있 어서 , 레이저 매체 를 통한 다중 통과 에 의해 이득 을 추가 로 향상 시키 는 것 이 필요 하 다 . 이것 은 피드백 을 생성 하 는 공동 미러 세트 에 의해 정의 된 광축 을 따라 구현 된다 ( 그림 2 ) . 레이 징 매체 ( 적절 한 구속 구조 로 둘러싸인 크리스탈 , 반도체 또는 가스 ) 는 공진기 의 광학 축 을 따라 배치 된다 . 매우 높 은 광학 이득 을 갖 는 이 고유 한 축 은 또한 레이저 빔 의 전파 방향 이 된다 . 독특 하 게 길 고 ( 그리고 유연 한 ! ) 게인 축 의 다소 다른 예 가 파이버 레이저 이 다 . The laser cavity , or resonator , is at the heart of the system . A single transit through a collection of excited atoms or molecules is sufficient to initiate laser action in some high - gain devices such as excimer lasers ; however , for most lasers , it is necessary to further enhance the gain with multiple passes through the laser medium . This is implemented along an optical axis defined by a set of cavity mirrors that produce feedback ( Figure 2 ) . The lasing medium ( a crystal , a semiconductor or gas enclosed in an appropriate confinement structure ) is placed along the optical axis of the resonator . This unique axis with very high optical gain becomes also the direction of propagation of the laser beam . A somewhat different example of a uniquely long ( and flexible ! ) gain axis is the fiber laser . Figure 2 . 프로토 타입 가스 레이저 에서 이득 매체 는 길 고 얇 은 원통형 을 띤다 . 공동 은 2 개 의 미러 에 의해 정의 된다 . 하나 는 부분 적 으로 반사 되 어 출력 빔 이 빠져 나가 도록 허용 한다 . In the prototypical gas laser , the gain medium has a long , thin cylindrical shape . The cavity is defined by two mirrors . one is partially reflecting and allows the output beam to escape . 가장 단순 한 공동 은 서로 마주 하 는 두 개 의 미러 , 즉 전 반사경 과 반사 율 이 30 에서 100 % 에 이르 는 부분 반사경 에 의해 정의 된다 . 빛 은 이 미러 들 사이 를 왕복 하 며 이득 매체 를 통과 할 때 마다 강도 를 얻 는다 . 축 이외 의 방향 으로 자발 적 으로 방출 되 는 광자 는 단순히 손실 되 어 레이저 작동 에 기여 하 지 않 는다 . 레이저 광이 증폭 됨 에 따라 일부 광이 부분 반사기 ( 출력 커플러 ) 를 통해 공동 또는 공진기 에서 빠져 나온다 . 그러나 평형 상태 ( 소위 " 정상 상태 " 또는 " 연속 파 ") 에서 이러 한 " 광학 손실 " 은 공동 내부 의 광자 의 연속 적 인 왕복 이동 에서 경험 되 는 광학 이득 에 의해 완벽 하 게 보상 된다 . 레이저 의 출력 은 정확 하 게 출력 커플러 에 의해 전송 되 는 빔 의 일부 이 다 . 이상 적 인 레이저 에서 는 출력 빔 의 모든 광자 가 동일 하 므로 완벽 한 지향 성 과 단일 색도 를 얻 을 수 있 다 . 이것 은 레이저 소스 의 고유 한 일관 성 과 밝기 를 결정 한다 . The simplest cavity is defined by two mirrors facing each other – a total reflector and a partial reflector whose reflectance can vary between 30 and close to 100 percent . Light bounces back and forth between these mirrors , gaining intensity with each pass through the gain medium . Photons that are spontaneously emitted in directions other than the axis are simply lost and do not contribute to the laser operation . As laser light is amplified , some of the light escapes the cavity , or resonator , through the partial reflector ( output coupler ) ; however , at equilibrium ( the so - called “ steady state ” or “ continuous wave ” ) , these “ optical losses ” are perfectly compensated by the optical gain experienced in the successive round trip of the photons inside the cavity . The output of the laser is exactly the part of the beam transmitted by the output coupler . In an ideal laser , all the photons in the output beam are identical , resulting in perfect directionality and mono - chromaticity . This determines the unique coherence and brightness of a laser source . 단색 성 - 광자 의 에너지 는 E = hc / λ 의 관계 를 통해 파장 을 결정 한다 . 여기 서 h 는 플랑크 상수 , c 는 빛 의 속도 , λ 는 파장 이 다 . 이상 적 인 레이저 는 똑같 은 에너지 와 동일 한 파장 을 가진 모든 광자 를 방출 할 것 이 고 , 그것 은 완전히 단색 일 것 이 다 . 많 은 응용 프로그램 은 단색 성 에 의존 한다 . 예 를 들 어 , 통신 에서 , 약간 오프셋 된 파장 의 몇몇 레이저 는 크로스 토크 가 없 는 동일 한 광파이버 로 펄스 의 병렬 스트림 을 전송 할 수 있 다 . 실제 레이저 는 완벽 하 게 단색 이 아니 다 . 몇 가지 확장 메커니즘 이 방출 된 광자 의 주파수 ( 및 에너지 ) 를 넓히 기 때문 이 다 . 예 를 들 어 , 자유 실행 YAG 레이저 의 선 폭 은 수백 GHz 일 수 있 지만 안정 화 다이오드 펌프 YAG 레이저 의 선 폭 은 1 KHz 미만 일 수 있 다 . 이러 한 확장 메커니즘 중 가장 잘 알려진 것 은 활성 가스 매질 을 구성 하 는 원자 집합 의 속도 분포 에 의해 결정 되 는 도플러 확장 이 다 . Mono - chromaticity – A photon ’ s energy determines its wavelength through the relationship E = hc / λ , where h is Planck ’ s constant , c is the speed of light , and λ is wavelength . An ideal laser would emit all photons with exactly the same energy , and thus the same wavelength and it would be perfectly monochromatic . Many applications are dependent on mono - chromaticity . For example , in telecommunications , several lasers at slightly offset wavelengths can transmit in parallel streams of pulses down the same optical fiber without crosstalk . Real lasers are not perfectly monochromatic because several broadening mechanisms widen the frequency ( and energy ) of the emitted photons . For example , free - running YAG lasers can have linewidths of hundreds of gigahertz , while stabilized diode - pumped YAG lasers can have a linewidth 100 Hz 인 다이오드 펌핑 방식 이 지만 , 고 에너지 10 Hz 시스템 은 다이오드 가 고 에너지 출력 펄스 를 생성 하 는 데 적당 하 지 않 기 때문 에 플 래쉬 램프 로 펌핑 해야 한다 . Apart from a huge number of industrial applications , Q - switched lasers have important applications in scientific research . one is pumping of Ti : sapphire ultrafast amplifiers ( described in the following section ) by using the frequency - doubled ( green ) output of a Q - switched Nd : YAG or Nd : YLF at 1 ~ 10 kHz . Another one is using the YAG or YLF laser to produce energies per pulse in the joule range at 1 ~ 100 Hz . These lasers are often used with nonlinear optical generators that can produce tunable wavelengths in the UV , visible and IR region , enabling time - and wavelength - resolved studies . Nowadays most YAG or YLF lasers operating at > 100 Hz are diode - pumped , while high - energy 10 Hz systems require pumping with a flash lamp because diodes are not suitable for producing high - energy output pulses . 일부 과학 적 어플리케이션 의 경우 좁 은 선폭 의 Q - 스위치 레이저 를 사용 하 는 것 이 바람 직 할 수 있 다 . 어떤 경우 에 는 , 이것 은 광학 격자 및 에탈 론 의 조합 을 사용 하 여 달성 될 수 있 다 ; 다른 경우 에 는 레이저 가 고 전력 스테이지 보다 제어 하 기 쉬운 저 전력 CW 또는 Q - 스위칭 좁 은 선폭 레이저 로 " 시드 " 될 수 있 다 . " 주입 시드 ( injection seeding ) " 라고 하 는 이 접근 법 은 MOPA ( 마스터 공진기 , 전력 증폭기 ) 를 사용 하 여 개념 적 으로 선폭 선택 및 고 전력 발생 을 두 가지 목적 으로 최적 으로 설계 된 두 단계 로 분리 한다 . For some scientific applications , it may be desirable to have a narrow - linewidth Q - switched laser . In some cases , this can be accomplished using a combination of optical gratings and etalons ; in other cases , the laser can be “ seeded ” with a low - power CW or Q - switched narrow - linewidth laser that is easier to control than the higher - power stage . This approach , called “ injection seeding , ” uses a MOPA ( master resonator , power amplifier ) , conceptually splitting the linewidth selection and the high - power generation into two stages that are optimally designed for the two purposes . 초 고속 레이저 Ultrafast lasers 초고속 레이저 는 일반 적 으로 5 fs 에서 100 ps ( 1 펨토 초 = 10 - 15 초 ) 의 범위 에서 펄스 를 생성 하 는 레이저 로 정의 된다 . CW 레이저 는 많 은 종 방향 모드 를 생 성 할 수 있 다 . 이러 한 모든 모드 가 위상 고정 ( 모드 잠금 통제 ) 될 수 있 는 경우 , 모든 모드 의 광학 필드 의 최종 겹침 은 정재파 가 아니 라 오히려 공동 왕복 으로 이격 된 매우 짧 은 펄스 에 해당 하 는 분포 가 된다 . 이 모드 고정 시스템 은 공동 내 에서 앞뒤 로 이동하 는 단일 펄스 를 발생 시킨다 . 이 펄스 가 출력 커플러 에 도달 할 때 마다 레이저 가 이 펄스 의 일부 를 방출 한다 . 펄스 반복 속도 는 펄스 가 공동 주위 로 한 번 의 이동 을 하 는 데 걸리 는 시간 에 의해 결정 된다 . Ultrafast lasers are generally defined as lasers that produce pulses in the range of 5 fs to 100 ps ( 1 femtosecond = 10 − 15 seconds ) . CW lasers can produce many longitudinal modes ; if all these modes can be locked in phase ( mode - locking regime ) , the resultant overlap of the optical field of all the modes will not be a standing wave but rather a distribution corresponding to very short pulses spaced by the cavity round trip . This mode - locked regime results in a single pulse traveling back and forth inside the cavity : Every time this pulse reaches the output coupler , the laser emits a part of this pulse . The pulse repetition rate is determined by the time it takes the pulse to make one trip around the cavity . 이 들 모드 를 함께 고정 하 는 개념 을 이해 하 기 위해 , 공진기 내 의 특정 위치 ( 시간 함수 ) 에서 모두 " 0 "( 즉 , 무효 전계 ) 을 갖 는 것 으로 다양 한 모드 를 생각 할 수 있 다 . 간섭 하 는 모드 가 많 을수록 펄스 지속 시간 이 짧아진다 ( 그림 7 ) . 더 큰 레이 징 대역폭 이 많 은 수 의 오실 레이팅 모드 를 지원 하 기 때문 에 펄스 지속 시간 은 레이저 게인 재료 의 대역폭 에 반비례 한다 . 이것 은 왜 광범위 하 게 조율 가능 한 레이저 에 사용 되 는 매질 이 최단 모드 잠금 펄스 를 생성 하 는지 설명 한다 . 가장 인기 있 는 초고속 레이저 소재 는 넓 은 대역폭 과 넓 은 튜닝 범위 덕분 에 티타늄 도핑 사파이어 ( 또는 Ti : Sapphire ) 이 다 . 상업 용 턴키 Ti : Sapphire 레이저 는 6 ~ 10 fs ( 10 × 10 – 15 초 ) 의 짧 은 펄스 를 제공 할 수 있 다 . Ti : Sapphire 레이저 는 일반 적 으로 주파수 가 2 배 로 증가 한 OPSL 또는 Nd 기반 레이저 인 녹색 파장 CW 레이저 를 사용 하 여 보편 적 으로 펌핑 되 지만 파란색 또는 녹색 고출력 다이오드 의 향후 가용성 으로 인해 이러 한 균형 이 바뀔 수 있 다 . To understand the concept of locking together these modes , one can think about the various modes as having a “ zero ” ( i . e . , null electric field ) , all at a certain position ( function of time ) in the resonator . It turns out that the more modes that interfere , the shorter the pulse duration ( Figure 7 ) . Since larger lasing bandwidths support a larger number of oscillating modes , the pulse duration is inversely proportional to the bandwidth of the laser gain material . This explains why materials used for broadly tunable lasers produce also the shortest mode - locked pulses . The most popular ultrafast laser material is titanium - doped sapphire or Ti : sapphire , thanks to its large bandwidth and broad tuning range ; turnkey commercial Ti : sapphire lasers can deliver pulses as short as 6 - 10 fs ( 10 × 10 – 15 s ) . Ti : sapphire lasers are universally pumped using a green - wavelength CW pump laser , usually a frequency - doubled OPSL or Nd - based laser , but the future availability of blue or green high - power diodes may shift this balance . Figure 7 . 동일 한 위치 에 모두 " 제로 " 를 갖 는 매우 많 은 수 의 레이저 모드 가 간섭 을 일으키 면 결과 적 으로 중첩 되 는 펄스 가 매우 좁 아 진다 . When a very large number of laser modes that all have a “ zero ” in the same position interfere , the resultant superposition is an extremely narrow pulse . 약 1 . 5 ~ 2 m 의 공동 길이 에서 전형 적 인 반복 속도 는 75 ~ 100 MHz 이 며 평균 전력 은 4 ~ 5 W 에 이를 수 있 다 . 100 MHz 에서 작동 하 는 모드 잠금 4 W Ti : Sapphire 레이저 의 피크 전력 과 100 fs 펄스 를 발생 시키 는 것 은 4 / ( 100 × 10 - 15 × 100 × 106 ) = 400 kW 이 다 . With cavity lengths of about 1 . 5 to 2 m , typical repetition rates are 75 - 100 MHz , and the average power can reach 4 to 5 W . The peak power of a mode - locked 4 - W Ti : sapphire laser operating at 100 MHz and producing 100 - fs pulses is then 4 / ( 100 × 10 − 15 × 100 × 106 ) = 400 kW . 분자 내 에 화학 결합 의 형성 및 해리 보다 빠른 시간 척도 와 같 은 짧 은 시간 척도 로 사건 을 일으킬 수 있 는 다른 사람 이 만든 근원 은 없 다는 점 에 유의 하 는 것 이 중요 하 다 . 또한 , 이러 한 레이저 의 높 은 피크 파워 는 많 은 비 선형 프로세스 의 생 성 을 가능 하 게 한다 . 즉 , 2 개 , 3 개 또는 그 이상 의 광자 가 동시 에 표적 과 상호 작용 하 는 과정 . 짧 은 펄스 지속 시간 과 높 은 피크 파워 덕분 에 1990 년 대 펨토 초 레이저 의 출현 으로 펨토 화학 이나 비 선형 광학 현미경 과 같 은 새로운 연구 영역 이 탄생 한 과학 의 진정 한 혁명 이 가능 하 게 되 었 다 . 과학 적 응용 이외 에 도 , 피코 및 펨토 초 레이저 는 잔류 열 효과 및 / 또는 미크론 이하 의 공간 규모 없이 절삭 또는 재질 변형 이 필요 한 산업 자재 가공 분야 에 사용 되 고 있 다 . It is important to note that there is simply no other man - made source that can produce events on such a short timescale , a timescale that is faster than the formation and dissociation of chemical bonds in molecules . Moreover , the high peak power of these lasers enables the generation of many nonlinear processes ; that is , processes where two , three or more photons simultaneously interact with a target . Thanks to the short pulse duration and high peak power , the advent of femtosecond lasers in the 1990 s enabled a true revolution in science that resulted in new areas of research as diverse as femto - chemistry or nonlinear optical microscopy . In addition to scientific applications , pico - and femtosecond lasers are now employed in industrial materials processing applications that require ablation or materials modification without any residual thermal effect and / or on a submicron spatial scale . 지난 몇 년 동안 , 펨토 초 등급 펄스 를 생 성 할 수 있 는 새로운 레이저 매질 이 등장 했 다 . 이 레이저 는 주로 다양 한 호스트 결정 ( YAG , KGW , KYW 등 ) 의 Yb 원자 를 기반 으로 한다 . Ti : Sapphire 와 Yb 레이저 사이 의 중요 한 차이점 중 하나 는 Yb 레이저 는 ~ 100 ~ 200 fs 의 펄스 를 생성 하 는 반면 Ti : sapphire 는 10 fs 미만 을 달성 할 수 있 다는 것 이 다 . 두 번 째 로 , Ti : Sapphire 레이저 는 40 nm ( 680 ~ 1 , 080 nm ) 까지 조정 가능 하 며 Yb 레이저 는 최대 1 , 040 ~ 1 , 060 nm 만 조정 할 수 있 다 . 이것 은 궁극 적 인 튜닝 범위 와 짧 은 펄스 지속 시간 이 Ti : sapphire 레이저 와 관련 이 있 음 을 의미 한다 . 다른 한편 , 직접 다이오드 펌핑 Yb 레이저 의 단순 성 과 더 높 은 평균 출력 ( 100 W 초과 ) 을 생산 할 수 있 는 능력 으로 인해 산업 용 애플리케이션 이 레이저 유형 에 가장 잘 대처 할 수 있 다 . In the past few years , new laser materials have emerged that can produce femtosecond - class pulses . These lasers are mostly based on Yb atoms in various host crystals ( YAG , KGW , KYW , etc . ). one important distinction between Ti : sapphire and Yb lasers is that Yb lasers are limited to producing pulses of ~ 100 - 200 fs , while Ti : sapphire can achieve 6 mm ) 시장 을 장악 하 고 있 다 . Sealed CO 2 lasers and fiber lasers have come to dominate metal cutting in the 2 - to 4 - mm thickness range . Sealed CO 2 is usually the first choice when both metals and nonmetals must be processed , while fiber lasers have proved quite successful in certain markets that can benefit from their combination of high repetition rate , low pulse energy and high brightness . They also excel at metal cutting and welding in the 4 - to 6 - mm thickness range , as well as some marking applications . Flowing gas CO 2 lasers still dominate the market for cutting thick metal ( > 6 mm ) . Nd : YAG 는 금속 용접 과 같 은 재료 가공 분야 에 높 은 피크 전력 을 제공 할 수 있 다 . 이러 한 중공업 산업 분야 에서 원시 전력 은 빔 품질 보다 중요 하 며 , 수년 동안 , 이 레이저 는 램프 로 펌핑 되 었 다 . 그러나 계속 증가 하 는 레이저 다이오드 의 출력 및 수명 특성 으로 인해 이러 한 레이저 는 다이오드 펌핑 으로 전환 되 고 있 다 . 즉 DPSS 레이저 이 다 . Nd : YAG can deliver the high peak power for materials processing applications such as metal welding . In these heavy industrial applications , raw power is more important than beam quality , and for many years , these lasers were lamp - pumped . But the ever - increasing power and lifetime characteristics of laser diodes are causing these lasers to switch to diode pumping ; i . e . , DPSS lasers . 반대 로 , 저 전력 Q - 스위치 DPSS 레이저 는 종종 Nd : YVO 4 를 기반 으로 한다 . 이 들 은 일반 적 으로 고 처리 량 공정 을 지원 하 기 위해 높 은 반복 속도 ( 최대 250 kHz ) 로 마이크 로 머시닝 및 마이크 로 구조 화 어플리케이션 을 위한 하이 빔 품질 에 최적 화 되 어 있 다 . 그 들 은 근적외선 ( 1 , 064 nm ) , 녹색 ( 532 nm ) 또는 UV ( 355 nm ) 출력 을 선택 할 수 있 는 수십 와트 의 출력 을 제공 한다 . 자외선 은 작 은 지점 에 집중 되 어 주변 열 손상 을 최소 화 할 수 있 기 때문 에 " 섬세 한 " 재질 로 작 은 피쳐 를 생성 하 는 데 널리 사용 된다 . 일부 응용 분야 에서 는 Deep - UV ( 266 nm ) 버전 이 사용 되 기 시작 했 지만 상대 적 으로 높 은 비용 과 특수 광선 전달 광학 에 대한 필요 성 때문 에 짧 은 펄스 기간 동안 최적 화 된 355 nm 레이저 에 많 은 응용 프로그램 이 의존 하 게 된다 . 많 은 재질 에서 유사 한 결과 를 산출 한다 . Conversely , lower - power Q - switched DPSS lasers are often based on Nd : YVO 4 . These are usually optimized for high beam quality for micromachining and micro - structuring applications with high repetition rates ( up to 250 kHz ) to support high throughput processes . They are available with powers up to tens of watts with a choice of near - IR ( 1064 nm ) , green ( 532 nm ) or UV ( 355 nm ) output . The UV is popular for producing small features in “ delicate ” materials because it can be focused to a small spot and minimizes peripheral thermal damage . Deep - UV ( 266 nm ) versions are starting to be used in some applications , but their relatively high cost and the need for specialty beam delivery optics causes many potential applications to rely instead on 355 - nm lasers optimized for short pulse duration , which can produce similar results in many materials . 엑 시머 는 또 다른 중요 한 펄스 레이저 기술 이 다 . 그 들 은 UV 전체 에 걸쳐 여러 가지 이산 파장 을 생 성 할 수 있 다 . 가스 조합 에 따라 , 방출 파장 은 157 ~ 348 nm 의 범위 이 다 . 193 nm 의 deep - UV 라인 은 반도체 산업 에서 리소그래피 프로세스 에 가장 널리 사용 되 는 소스 이 다 . 308 nm 파장 은 고 성능 디스플레이 에서 실리콘 을 어닐링 하 는 데 사용 된다 . 동일 한 파장 은 또한 고 성능 디젤 엔진 의 실린더 라이너 에 독특 한 장시간 마모 표면 을 처리 하 는 데 중요 하 다 . 마지막 으로 엑 시머 는 최대 1 주울 / 펄스 까지 높 은 펄스 에너지 를 생 성 할 수 있 는 독창 적 인 기능 을 갖추 고 있 다 . 이 를 통해 의료 용 일회용품 과 같 은 애플리케이션 에 낮 은 비용 으로 전자 회로 를 직접 작성 ( direct writing ) 할 수 있 다 . Excimers represent another important pulsed laser technology . They can produce several discrete wavelengths throughout the UV ; depending on the gas combination , emission ranges from 157 to 348 nm . The deep - UV line at 193 nm is the most widely used source for lithography processes in the semiconductor industry . The 308 - nm wavelength is used for annealing silicon in high - performance displays . The same wavelength is also a key to generating a unique long - wear surface on the cylinder liners of high - performance diesel engines . And finally , excimers have a unique ability to produce high pulse energies – up to one joule per pulse . This enables direct writing of low - cost electronic circuits for applications such as medical disposables . 과학 적 응용 을 위한 초고속 레이저 는 이미 설명 한 Ti : sapphire 에 의해 지배 된다 . 초고속 레이저 는 초 미세 가공 및 기타 고 정밀 소재 가공 분야 에서 빠르 게 성장 하 는 기술 이 다 . 시중 에서 구할 수 있 는 산업 용 초고속 레이저 의 형태 와 구조 에 는 다양 성 이 존재 하 지만 , 모두 특정 기본 구성 을 사용 한다 . 특히 수동형 모드 고정 공진기 는 광 절제 를 구동 하 는 데 필요 한 약 10 ps 이하 의 펄스 폭 에서 출력 을 생성 하 는 데 사용 된다 . 그러나 대부분 의 모드 고정 공진기 는 수십 MHz 의 반복 속도 로 상대 적 으로 낮 은 에너지 펄스 ( 나노 주울 범위 ) 를 생성 한다 . 펄스 간 겹침 이 50 ~ 70 % 범위 에 있 을 때 , 마이크 로 머시닝 에 대한 최상 의 결과 를 얻 을 수 있 다 . 즉 , 빔 편향 메커니즘 은 다음 초 고속 펄스 가 도달 하 기 전 에 빔 직경 의 약 1 / 3 만큼 빔 을 이동 시킨다 . 결과 적 으로 , 수십 MHz 의 범위 에서 반복 속도 가 너무 높 아서 기존 의 스캐닝 기술 과 함께 사용 할 수 없 으므로 펄스 선택기 가 이러 한 펄스 의 일부 를 선택 한다 . 이 펄스 의 에너지 는 앰프 에서 증폭 되 어 최종 출력 을 생성 한다 . Ultrafast lasers for scientific applications are dominated by Ti : sapphire , as already described . Ultrafast lasers are also a fast - growing technology for micromachining and other high - precision materials processing applications . While there is some diversity in the form and construction of commercially available industrial ultrafast lasers , they all utilize a certain basic configuration . Specifically , a passively mode - locked resonator is used to generate output at the pulse widths of about 10 ps or shorter that are necessary to drive photo - ablation . However , most mode - locked resonators produce relatively low energy pulses ( in the nanojoule range ) at repetition rates in the tens of megahertz . Best results for micromachining are achieved when the pulse - to - pulse overlap is in the range of 50 to 70 percent . In other words , the beam deflection mechanism moves the beam about one - third of the beam diameter before the arrival of the next ultrafast pulse . Consequently , a repetition rate in the range of tens of megahertz is too high to be used with existing scanning technology , so a pulse picker selects a fraction of these pulses . The energy of these pulses is then boosted in an amplifier to produce the final output . 대부분 의 상용 피코 초 제품 은 다음 아키텍처 중 하나 를 기반 으로 한다 . • 광파이버 레이저 공진기 다음 에 광파이버 또는 로드 유형 증폭기 가 뒤 따른다 . • 광파이버 레이저 공진기 다음 에 자유 공간 증폭기 • 다이오드 펌핑 고체 상태 공진기 와 자유 공간 증폭기 Most commercial picosecond products are based on one of the following architectures : • A fiber laser resonator followed by a fiber - or rod - type amplifier • A fiber laser resonator followed by a free - space amplifier • A diode - pumped solid - state resonator followed by a free - space amplifier 모든 파이버 ( 공진기 및 증폭기 ) 방식 은 상대 적 으로 저렴 한 비용 이 라는 장점 이 있 으며 , 견고 할 수 있 는 잠재력 이 있 다 . 큰 부정 적 인 점 은 광 증폭기 의 비 선형 성 , 산란 및 기타 효과 가 약 10 μ J ( 10 ps 펄스 폭 에서 ) 로 달성 할 수 있 는 최대 펄스 당 에너지 를 제한 한다는 것 이 다 . 이 수준 의 펄스 에너지 는 일부 애플리케이션 에 적합 하 지만 , 100 μ J 범위 의 펄스 에너지 로 많 은 수 의 애플리케이션 이 제공 된다 . 특수 파이버 를 사용 하 여 파이버 내부 의 모드 를 증가 시키 고 더 큰 펄스 에너지 를 허용 할 수 있 지만 , 이러 한 파이버 는 제한 된 굴곡 반경 을 초래 하 므로 자체 포장 한계 를 초래 한다 . The all - fiber ( resonator and amplifier ) approach has the advantage of being relatively low cost and holds the potential of being robust . The big negative is that nonlinearities , scattering and other effects in the fiber amplifier limit the maximum per - pulse energy that can be attained to about 10 µ J ( at a 10 - ps pulse width ) . This level of pulse energy can cater to some applications , but a large number of applications are served with pulse energies in the 100 -µ J range . one can use specialty fibers to increase the mode inside the fiber and thereby allow for larger pulse energies , but such fibers lead to limited bend radii and hence bring their own packaging limitations . 대부분 의 어플리케이션 에 필요 한 더 높 은 펄스 에너지 를 얻 기 위해 , 파이버 공진기 는 자유 공간 증폭기 와 결합 될 수 있 다 . 파이버 시드 ( fiber seed ) 로부터 의 상대 적 으로 낮 은 에너지 출력 때문 에 , 재생 증폭기 ( regenerative amplifier ) 가 종종 사용 된다 . 재생 증폭기 에서 , 펄스 는 많 은 수 의 패스 를 거치 므로 실질 적 으로 증폭 될 수 있 다 . 재생 앰프 는 소형 이 며 우수 한 빔 성능 을 제공 한다는 장점 이 있 다 . To achieve the higher pulse energies required for most applications , a fiber resonator can be mated with a free - space amplifier . Because of the relatively low energy output from the fiber seed , a regenerative amplifier is often used . In a regenerative amplifier , a pulse undergoes a large number of passes and can therefore be amplified substantially . Regenerative amplifiers also have the advantage of being compact and delivering good beam performance . 세 번 째 접근 법 은 파이버 시드 보다 더 높 은 펄스 에너지 를 생 성 할 수 있 는 다이오드 펌핑 고체 상태 공진기 ( 일반 적 으로 이득 매질 로 Nd : YVO 4 포함 ) 를 사용 하 는 것 이 다 . 그 다음 에 는 일반 적 으로 재생 성 또는 다중 경로 구성 의 자유 공간 증폭기 가 뒤 따른다 . 사실 , 하나 이상 의 앰프 스테이지 가 100 W 의 높 은 레벨 까지 전력 을 높일 수 있 다 . The third approach is to use a diode - pumped solid - state resonator ( usually with Nd : YVO 4 as the gain medium ) , which can produce higher pulse energies than a fiber seed . This is followed by a free - space amplifier , typically in either a regenerative or multi - pass configuration . In fact , more than one amplifier stage can boost power to levels as high as 100 W . 그리고 마지막 으로 이 개요 기사 의 범위 를 벗어나 는 많 은 다른 유형 의 틈새 시장 과 이국 적 인 레이저 가 존재 한다 . 예 를 들 어 통신 에 사용 되 는 라만 레이저 , 일부 가스 감지 응용 분야 에 사용 되 는 양자 캐스케이드 레이저 및 군사용 적용 에 국한 되 는 경향 이 있 는 화학 레이저 가 있 다 . And finally , many other types of niche and exotic lasers exist that are beyond the coverage of this overview article . Examples include Raman lasers used in telecommunications , quantum cascade lasers used in some gas - sensing applications , and chemical lasers , which tend to be limited to military programs . 용어 설명 GLOSSARY 레이저 공동 Laser cavity 장치 로부터 방출 되 기 전 에 방사선 의 이득 길이 를 증가 시키 도록 의도 된 광학 감금 수단 . 이득 경로 길이 를 증가 시키 는 데 사용 되 는 광 구속 수단 은 레이저 매체 내 에 요구 되 는 빔 의 특성 에 따라 변한다 . 레이저 공동 내 에 는 높 은 광 강도 가 발생 하 고 레이 징 파장 에 대해 코팅 된 유전체 미러 가 사용 된다 . 광학 공동 소자 의 위치 및 곡 률 은 레이저 성능 을 최적 화 하 기 위해 변경 될 수 있 다 . A means of optical confinement intended to increase the gain length of radiation prior to emission from the device . The means of optical confinement used to increase gain path length vary depending upon the properties of the beam desired within the lasing medium . High light intensities occur within a laser cavity and dielectric mirrors coated for the lasing wavelength are used . The position and curvature of the optical cavity elements may be altered in order to optimize the laser performance as . 펨토 초 레이저 Femtosecond laser 마이크 로 머시닝 , 의료 기기 제조 , 과학 연구 , 안구 수술 및 바이오 이미 징 에 이상 적 인 기술 로 , 펄스 지속 시간 이 피코 초 수준 이하 로 유지 되 어 열 에 영향 을 받 는 영역 을 최소 화 하 는 초고속 레이저 유형 . A type of ultrafast laser that creates a minimal amount of heat - affected zones by having a pulse duration below the picosecond level , making the technology ideal for micromachining , medical device fabrication , scientific research , eye surgery and bio - imaging . Dated May 02 , 2017 Interpreted by C . B Park who is CEO of Dream Photonics Inc . , contact to cbpark 36 @ gmail . com 마이크 로 머시닝 , 미세 단차 드릴 , 슈퍼 드릴 , 홀 가공 , 미세 홀 , 초미세 홀 , 초미세 홀 가공 , 초미세 슈퍼 드릴 , 커팅 , 스크라이빙 기술 , 장비 에 대한 자세 한 사항 은 아래 연락처 로 상담 바랍니다 . ( 주 ) 드림 포토 닉스 Mobile : 010 - 8781 - 0630 email : cbpark 36 @ gmail . com Tel : 031 - 695 - 6055 Fax : 031 - 695 - 6045 수원시 영통구 신원 로 88 ( 신동 486 ) 디지털 엠파이어 2 103 동 610 호 공유 하 기 글 요소 사업자 정보 표시 | | | 사업자 등록 번호 : -- | TEL : -- | 사이버 몰의 이용 약관 바로 가 기