[어떻게 강한 에너지를 내는가]

레이저(Laser, Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation)여기 방출에 의한 빛의 증폭의 머릿글자에서 온것입니다.

빛을 증폭한다는 것은 간단히 말하면 빛의 힘을 강하게 만드는것을 말합니다. 그것은 어떤 물질을 구성하는 원자와 분자를 자극하여, 빛등의 전자파를 에너지로서 꺼내는것을 말합니다.

물질에는 각각의 고유한 에너지 레벨이 있어, 증폭되었을 때에 방출되는 빛의 에너지도 가각 일정한 값을 갖습니다. 방출되는 빛의 파장이 물질마다 달라지는 것은 그 때문이다. 분자와 원자는 통상 각각 일정한 에너지 레벨에서 안정되어 있는데, 이것을 기저상태(基底狀態)라 합니다. 그런데 밖으로부터 자극을 받으면 에너지 레벨이 높은 여기 상태가됩니다.

이때의 분자와 원자는 매우 불안정하기 때문에 에너지 레벨이 낮은 안정 상태로 돌아가려고 빛을 방출합니다. 이 자연 방출로 얻어지는 빛은 무질서한 빛이 혼재하여 파장도 위상도 제각기 다릅니다. 이와같은 빛을 ‘ 인코히런트’한 빛이라 하는데. 이빛은 우리가 일상 생활에서 체험하는 빛과 똑같은 것입니다.

한편 원자와 분자는 자신이 자연 방출하는 빛과 똑같은 파장의 빛에 부딪히면 유도 되듯이 빛을 방출하는 성질이 있다. 이 빛은 원래의 빛과 파장. 위상. 진행 방향도 완전히 똑같은

‘코히런트’한 빛 가간섭적(可干涉的)인 빛이다.

레이저 광을 꺼내는 데는 광공진기(光共振器)를 사용한다. 이것은 광축(光軸)이 일치하도록 좌우에 서로 마주보는 거울을 놓고, 그 사이에 레이저 발진(發振)을 시키기 위한 물질인 레이저 매질(媒質)을 놓은것이다. 매질로서는결정( 結晶)을 비롯한 고체 외에 액체,기체도 사용되는데 현재까지 수천 종류에 이르는 레이저 광이 확인되고 있습니다.

이 광공진기의 레이저 매질에 자극을 주어 연속적으로 여기(勵起)를 만들어 내면, 자연 방출과 유도 방출이 일어납니다. 자연 방출도 유도 방출도 처음에는 제각기 다른 방향을 향해서 일어나지만 좌우의 거울에 수직으로 닿는 빛만은 반사되어 거울 사이를 몇 번이고 왕복하는 동안에 유도 방출을 되풀이 하여 레이저 광으로 성장해 갑니다.

이 때 한쪽 거울에 부분 투과성의 것을 사용하면 내부를 왕복하고 있는 빛의 일부분이 광공진기밖으로 방출됩닏. 이렇게 해서 레이저 광이 발생되는 것입니다.

<빛의 공작기계>

레이저 가공은 강력한 출력의 레이저를 사용하여 금속, 플라스틱, 나무 그리고 천 등의 절단, 구멍 뚫기와 용접, 담금질 등을 하는 기술이다. 작동 속도가 빠르고 초점을 정확히 맞출수가 있기 때문에 여러 분야에 이용되고 있습니다. IC와 LSI, 정밀 기기의 가공에 레이저는 매우 뛰어납니다.

매우 작은 점에 집광(集光)할수 있고 에너지 밀도가 큰것이 레이저의 특성이기 때문입니다. 가장 단단한 다이아 몬드를 비롯하여 보석.내열합금(耐熱合金).세라믹스 등도 가공할 수가 있습니다. 예를 들어 시계의 베어링으로 쓰이는 직경 1mm의 루비에게 직경 0.05mm의 구멍을 1초동안에 10개 이상이나 뚫습니다.같은 레이저 가공기라도 출력을 달리 하면 갖가지 작업을 할수 있습니다.

출력을 높여 연속적으로 빛을 대면 금속을 절단할 수가 있으며, 재료가 녹으면서도 증발하지 않을 정도로 출력을 줄이면 용접기로 변합니다.

더욱 줄이면 금속 표면에만 열처리를 한다든지 금속 표면의 흠을 체크할수도 있다. 이와같이 산업용 레이저는 실용화가 뛰어납니다. 아직은 비용이 많이 들지만 이것만 해결되면 종래의 공장기계의 이미지를 바꾸어 버리게 될것이며 소형화,고효율화( 高效率化), 자동화, 그리고 작업장의 면적을 줄이는 데도 크게 기여할 것입니다. 바야흐로 커터라든가 드릴 등이 모습을 감추고 레이저 광선으로 바뀔날도 멀지 않은 것으로 보입니다.