DPSS 레이저의 작동 원리

1. 다이오드 펌핑:

이 과정은 적외선을 방출하는 레이저 다이오드로 시작됩니다. 이 빛은 Nd:YAG 결정을 "펌핑"하는 데 사용되는데, 이는 이트륨 알루미늄 가넷 결정 격자에 내장된 네오디뮴 이온을 여기시키는 것을 의미합니다. 레이저 다이오드는 네오디뮴 이온의 흡수 스펙트럼과 일치하는 파장으로 조정되어 효율적인 에너지 전달을 보장합니다.

2. Nd:YAG 결정:

Nd:YAG 결정은 활성 이득 매질입니다. 네오디뮴 이온이 여기광에 의해 여기되면 에너지를 흡수하여 더 높은 에너지 상태로 이동합니다. 잠시 후, 이 이온들은 다시 낮은 에너지 상태로 돌아오면서 저장해 두었던 에너지를 광자 형태로 방출합니다. 이 과정을 자발 방출이라고 합니다.

[더 읽어보기:]DPSS 레이저에서 이득 매질로 NdYAG 결정을 사용하는 이유는 무엇일까요?? ]

3. 인구 역전 및 자극 방출:

레이저 작동이 일어나려면 여기된 상태의 이온 수가 낮은 에너지 상태의 이온 수보다 많아지는 역전 현상이 발생해야 합니다. 레이저 공진기의 거울 사이에서 광자가 앞뒤로 반사되면서 여기된 네오디뮴(Nd) 이온을 자극하여 동일한 위상, 방향 및 파장을 가진 더 많은 광자를 방출하게 합니다. 이 과정을 유도 방출이라고 하며, 이는 결정 내에서 빛의 강도를 증폭시킵니다.

4. 레이저 공동:

레이저 공진기는 일반적으로 Nd:YAG 결정의 양쪽 끝에 있는 두 개의 거울로 구성됩니다. 한쪽 거울은 반사율이 매우 높고, 다른 쪽 거울은 부분적으로 반사되어 일부 빛이 레이저 출력으로 빠져나갈 수 있도록 합니다. 공진기는 빛과 공명하여 반복적인 유도 방출을 통해 빛을 증폭시킵니다.

5. 주파수 배가(2차 고조파 발생):

기본 주파수의 빛(일반적으로 Nd:YAG에서 방출되는 1064nm)을 녹색광(532nm)으로 변환하기 위해 레이저 경로에 주파수 배가 결정(예: KTP - 인산티타늄칼륨)을 배치합니다. 이 결정은 비선형 광학적 특성을 가지고 있어 원래 적외선의 두 개의 광자를 결합하여 에너지가 두 배가 되고 파장이 절반이 된 하나의 광자를 생성합니다. 이 과정을 2차 고조파 발생(SHG)이라고 합니다.

6. 녹색 신호 출력:

주파수 배가 현상의 결과로 532nm의 밝은 녹색광이 방출됩니다. 이 녹색광은 레이저 포인터, 레이저 쇼, 현미경에서의 형광 여기, 의료 시술 등 다양한 분야에 활용될 수 있습니다.

이 전체 공정은 매우 효율적이며, 소형이면서 안정적인 형태로 고출력의 결맞음 녹색광을 생성할 수 있게 해줍니다. DPSS 레이저의 성공 비결은 고체 이득 매체(Nd:YAG 결정), 효율적인 다이오드 펌핑, 그리고 원하는 파장의 빛을 얻기 위한 효과적인 주파수 배가 기술의 조합에 있습니다.