루비 레이저
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1. 개요
루비 레이저는 1960년 테오도어 마이먼에 의해 최초로 작동된 레이저로, 합성 루비 막대를 플래시 튜브로 펌핑하여 694.3nm의 붉은색 레이저 빔을 생성한다. 루비 레이저는 3준위 레이저로, 레이저 매질, 여기 장치, 광 공진기로 구성된다. 초기에는 거리 측정, 홀로그래피, 다이아몬드 가공 등에 사용되었으나, 낮은 효율과 다른 레이저의 등장으로 사용이 감소했다. 현재는 미용, 홀로그래피, 비파괴 검사 등 특정 분야에서 활용되며, 레이저 의학의 초기 기술로도 사용되었다.
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| 루비 레이저 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| 종류 | 고체 레이저 |
| 활성 매질 | 루비 (Cr3+가 도핑된 Al2O3) |
| 파장 | 694.3 nm (적색) |
| 작동 방식 | 펄스 |
| 역사 | |
| 발명 | 시오도어 메이먼 |
| 발명 년도 | 1960년 |
| 최초 시연 | 1960년 5월 16일 |
| 기술적 세부 사항 | |
| 펌핑 방식 | 섬광 램프 |
| 공진기 | 외부 거울 및 부분 거울 |
| 활용 | |
| 용도 | 홀로그래피 피부과 치료 (문신 제거) 기타 과학 및 산업 응용 |
2. 구조
루비 레이저는 레이저 매질, 여기 장치, 광 공진기로 구성된다. 레이저 매질은 합성 루비 막대이며, 알루미나(Al2O3)의 Al 원자 중 0.01~0.5% 정도가 발광 원자인 크롬으로 치환된 것이다. 펌핑용 램프 광원(플래시 램프)으로 레이저 매질을 여기시켜 인구 반전을 일으킨 후, 유도 방출에 의해 방출된 빛이 광 공진기에 의해 증폭되어 일정 수준 이상의 에너지가 되면 레이저 빔으로 출력된다.
2. 1. 레이저 매질
루비 레이저는 대개 매우 높은 에너지를 사용하여 레이저 펌핑해야 하는 루비 막대로 구성되며, 일반적으로 플래시 튜브를 사용하여 인구 반전을 달성한다. 이 막대는 종종 두 개의 거울 사이에 배치되어 광학 공진기를 형성하며, 이 공진기는 루비의 형광에 의해 생성된 빛을 진동시켜 유도 방출을 유발한다. 루비는 스펙트럼의 가시광선 영역에서 빛을 생성하는 몇 안 되는 고체 레이저 중 하나로, 694.3 나노미터에서 매우 좁은 선폭 0.53nm의 짙은 빨간색으로 레이저 발진을 한다.[3]루비 레이저는 3단계 고체 레이저이다. 활성 레이저 매질(레이저 이득/증폭 매질)은 일반적으로 제논 플래시 튜브를 통해 광학 펌핑으로 에너지를 얻는 합성 루비 막대이다. 루비는 400nm 및 550 nm에서 시각 스펙트럼에서 매우 넓고 강력한 흡수 밴드를 가지며, 3밀리초의 매우 긴 형광 수명을 가지고 있다. 이를 통해 펄스 지속 시간이 다른 재료보다 훨씬 길기 때문에 매우 높은 에너지 펌핑이 가능하다. 루비는 매우 넓은 흡수 프로파일을 가지고 있지만, 변환 효율은 다른 매질보다 훨씬 낮다.[3]
초기 사례에서는 막대의 끝을 매우 정밀하게 연마해야 했으며, 막대 끝이 출력광의 파장의 1/4 이내로 평평하고 서로 몇 초의 각도 내에서 평행해야 했다. 막대의 정밀하게 연마된 끝은 은도금되었다. 한쪽 끝은 완전히, 다른 쪽 끝은 부분적으로만. 반사 끝이 있는 막대는 페브리-페로 에탈론 (또는 지레스-투르누아 에탈론) 역할을 한다. 현대 레이저는 종종 반사 방지 코팅이 된 막대나, 끝을 브루스터 각도로 절단하고 연마한 막대를 사용한다. 이렇게 하면 막대 끝에서 반사가 제거된다. 그런 다음 외부 유전체 거울이 광학 공진기를 형성하는 데 사용된다. 일반적으로 곡면 거울은 정렬 허용 오차를 완화하고 안정적인 공진기를 형성하는 데 사용되며, 종종 막대의 열 렌즈 효과를 보상한다.[3][4]
루비는 또한 레이저 발진 파장의 일부 빛을 흡수한다. 이러한 흡수를 극복하기 위해 막대 전체 길이를 펌핑해야 하며, 마운트 근처에 음영 영역이 없어야 한다. 루비의 활성 부분은 도판트로, 합성 사파이어 결정에 현탁된 크롬 이온으로 구성된다. 도판트는 종종 결정의 약 0.05%만 차지하지만 모든 방사선 흡수 및 방출을 담당한다. 도판트의 농도에 따라 합성 루비는 일반적으로 분홍색 또는 빨간색으로 제공된다.[3][4]
레이저 장치는 레이저 매질, 여기 장치, 광 공진기로 구성된다. 루비 레이저의 경우, 레이저 매질에는 합성 루비, 즉 알루미나 골격(Al|알영어2O|오영어3)의 알루미늄 원자 중 0.01~0.5% 정도가 발광 원자인 크롬으로 치환된 것을 사용한다.
2. 2. 여기 장치
루비 레이저는 대개 매우 높은 에너지를 사용하여 레이저 펌핑해야 하는 루비 막대로 구성되며, 일반적으로 플래시 튜브를 사용하여 인구 반전을 달성한다. 이 막대는 종종 두 개의 거울 사이에 배치되어 광학 공진기를 형성하며, 이 공진기는 루비의 형광에 의해 생성된 빛을 진동시켜 유도 방출을 유발한다. 루비는 스펙트럼의 가시광선 영역에서 빛을 생성하는 몇 안 되는 고체 레이저 중 하나로, 694.3 나노미터에서 매우 좁은 선폭 0.53 nm의 짙은 빨간색으로 레이저 발진을 한다.[3]루비 레이저는 3단계 고체 레이저이다. 활성 레이저 매질(레이저 이득/증폭 매질)은 일반적으로 제논 플래시 튜브를 통해 광학 펌핑으로 에너지를 얻는 합성 루비 막대이다. 루비는 400nm 및 550 nm에서 시각 스펙트럼에서 매우 넓고 강력한 흡수 밴드를 가지며, 3밀리초의 매우 긴 형광 수명을 가지고 있다. 이를 통해 펄스 지속 시간이 다른 재료보다 훨씬 길기 때문에 매우 높은 에너지 펌핑이 가능하다. 루비는 매우 넓은 흡수 프로파일을 가지고 있지만, 변환 효율은 다른 매질보다 훨씬 낮다.[3]
초기 사례에서는 막대의 끝을 매우 정밀하게 연마해야 했으며, 막대 끝이 출력광의 파장의 1/4 이내로 평평하고 서로 몇 초의 각도 내에서 평행해야 했다. 막대의 정밀하게 연마된 끝은 은도금되었다. 한쪽 끝은 완전히, 다른 쪽 끝은 부분적으로만. 반사 끝이 있는 막대는 페브리-페로 에탈론 (또는 지레스-투르누아 에탈론) 역할을 한다. 현대 레이저는 종종 반사 방지 코팅이 된 막대나, 끝을 브루스터 각도로 절단하고 연마한 막대를 사용한다. 이렇게 하면 막대 끝에서 반사가 제거된다. 그런 다음 외부 유전체 거울이 광학 공진기를 형성하는 데 사용된다. 일반적으로 곡면 거울은 정렬 허용 오차를 완화하고 안정적인 공진기를 형성하는 데 사용되며, 종종 막대의 열 렌즈 효과를 보상한다.[3][4]
- - 루비는 또한 레이저 발진 파장의 일부 빛을 흡수한다. 이러한 흡수를 극복하기 위해 막대 전체 길이를 펌핑해야 하며, 마운트 근처에 음영 영역이 없어야 한다. 루비의 활성 부분은 도판트로, 합성 사파이어 결정에 현탁된 크롬 이온으로 구성된다. 도판트는 종종 결정의 약 0.05%만 차지하지만 모든 방사선 흡수 및 방출을 담당한다. 도판트의 농도에 따라 합성 루비는 일반적으로 분홍색 또는 빨간색으로 제공된다.[3][4]
레이저 장치는 레이저 매질, 여기 장치, 광 공진기로 구성된다. 루비 레이저의 경우, 레이저 매질에는 합성 루비, 즉 알루미나(Al2O3)의 Al 원자 중 0.01~0.5% 정도가 발광 원자인 크롬으로 치환된 것을 사용한다. 먼저 펌핑용 램프 광원(플래시 램프)에 의해 레이저 매질을 여기시켜 반전 분포를 일으킨다. 다음에 유도 방출에 의해 방출된 빛이 광 공진기에 의해 증폭되어, 어느 정도 이상의 에너지가 되면 레이저 빔으로 출력된다.
2. 3. 광 공진기
루비 레이저는 대개 매우 높은 에너지를 사용하여 레이저 펌핑해야 하는 루비 막대로 구성되며, 일반적으로 플래시 튜브를 사용하여 인구 반전을 달성한다. 이 막대는 종종 두 개의 거울 사이에 배치되어 광학 공진기를 형성하며, 이 공진기는 루비의 형광에 의해 생성된 빛을 진동시켜 유도 방출을 유발한다.[3]초기에 막대의 끝은 매우 정밀하게 연마해야 했으며, 막대 끝이 출력광의 파장의 1/4 이내로 평평하고 서로 몇 초의 각도 내에서 평행해야 했다. 막대의 정밀하게 연마된 끝은 은도금되었다. 한쪽 끝은 완전히, 다른 쪽 끝은 부분적으로만 반사되었다. 반사 끝이 있는 막대는 페브리-페로 에탈론 역할을 한다. 현대 레이저는 종종 반사 방지 코팅이 된 막대나, 끝을 브루스터 각도로 절단하고 연마한 막대를 사용한다. 이렇게 하면 막대 끝에서 반사가 제거된다. 그런 다음 외부 유전체 거울이 광학 공진기를 형성하는 데 사용된다. 일반적으로 곡면 거울은 정렬 허용 오차를 완화하고 안정적인 공진기를 형성하는 데 사용되며, 종종 막대의 열 렌즈 효과를 보상한다.[3][4]
3. 원리
루비 레이저는 대개 매우 높은 에너지를 사용하여 레이저 펌핑해야 하는 루비 막대로 구성되며, 일반적으로 플래시 튜브를 사용하여 인구 반전을 달성한다. 이 막대는 종종 두 개의 거울 사이에 배치되어 광학 공진기를 형성하며, 이 공진기는 루비의 형광에 의해 생성된 빛을 진동시켜 유도 방출을 유발한다. 루비는 스펙트럼의 가시광선 영역에서 빛을 생성하는 몇 안 되는 고체 레이저 중 하나로, 694.3 나노미터에서 매우 좁은 선폭 0.53nm의 짙은 빨간색으로 레이저 발진을 한다.[3]
3. 1. 3준위 레이저 시스템
루비 레이저는 3단계 고체 레이저이다. 활성 레이저 매질(레이저 이득/증폭 매질)은 주로 제논 플래시 튜브를 통해 광학 펌핑으로 에너지를 얻는 합성 루비 막대이다. 루비는 400nm 및 550 nm에서 시각 스펙트럼에서 매우 넓고 강력한 흡수 밴드를 가지며, 3밀리초의 매우 긴 형광 수명을 가지고 있다. 이를 통해 펄스 지속 시간이 다른 재료보다 훨씬 길기 때문에 매우 높은 에너지 펌핑이 가능하다. 루비는 매우 넓은 흡수 프로파일을 가지고 있지만, 변환 효율은 다른 매질보다 훨씬 낮다.[3]루비는 또한 레이저 발진 파장의 일부 빛을 흡수한다. 이러한 흡수를 극복하기 위해 막대 전체 길이를 펌핑해야 하며, 마운트 근처에 음영 영역이 없어야 한다. 루비의 활성 부분은 도판트로, 합성 사파이어 결정에 현탁된 크롬 이온으로 구성된다. 도판트는 종종 결정의 약 0.05%만 차지하지만 모든 방사선 흡수 및 방출을 담당한다. 도판트의 농도에 따라 합성 루비는 일반적으로 분홍색 또는 빨간색으로 제공된다.[3][4]
루비 레이저는 3개의 에너지 준위를 사용하여 반전 분포를 형성하는 3준위 레이저이다. 바닥 상태에 있는 크롬 원자를 여기 장치로 여기 상태로 만든다. 여기 상태의 크롬 원자는 완화 시간 약 100ns 로 준안정 상태로 안정된다. 이 완화 시간으로부터 바닥 상태로의 완화 시간은 약 3ms 로 다른 상태보다 길기 때문에 반전 분포가 일어난다. 이 사이에 유도 방출을 일으키면 694.3nm 의 빛이 방출된다. 그러나 3준위 레이저의 경우 하위 준위가 바닥 상태이기 때문에 점유율이 극히 높고, 상당히 강력한 여기를 하지 않으면 준안정 상태와 바닥 상태 사이에서 반전 분포를 형성할 수 없으므로, 더 효율적으로 반전 분포를 형성할 수 있는 4준위 레이저가 고체 레이저로서는 주류이다.
3. 2. 유도 방출
루비 레이저는 두 개의 거울 사이에 배치된 루비 막대로 구성되어 광학 공진기를 형성하며, 이 공진기는 루비의 형광에 의해 생성된 빛을 진동시켜 유도 방출을 유발한다.[3] 루비는 3단계 고체 레이저이다. 활성 레이저 매질(레이저 이득/증폭 매질)은 일반적으로 제논 플래시 튜브를 통해 광학 펌핑으로 에너지를 얻는 합성 루비 막대이다. 루비는 400nm 및 550 nm에서 시각 스펙트럼에서 매우 넓고 강력한 흡수 밴드를 가지며, 3밀리초의 매우 긴 형광 수명을 가지고 있다.[3]초기에는 막대의 끝을 매우 정밀하게 연마해야 했으며, 한쪽 끝은 완전히, 다른 쪽 끝은 부분적으로만 은도금하여 페브리-페로 에탈론 역할을 하도록 했다. 현대 레이저는 종종 반사 방지 코팅이 된 막대나, 끝을 브루스터 각도로 절단하고 연마한 막대를 사용하며, 외부 유전체 거울이 광학 공진기를 형성하는 데 사용된다.[3][4]
루비는 레이저 발진 파장의 일부 빛을 흡수하기 때문에 막대 전체 길이를 펌핑해야 한다. 루비의 활성 부분은 도판트로, 합성 사파이어 결정에 현탁된 크롬 이온으로 구성된다. 도판트는 종종 결정의 약 0.05%만 차지하지만 모든 방사선 흡수 및 방출을 담당한다.[3][4]
루비 레이저는 3개의 에너지 준위를 사용하여 반전 분포를 형성하는 3준위 레이저이다. 바닥 상태에 있는 크롬 원자를 여기 장치로 여기 상태로 만든다. 여기 상태의 크롬 원자는 완화 시간 약 100ns로 준안정 상태로 안정된다. 이 완화 시간으로부터 바닥 상태로의 완화 시간은 약 3ms로 다른 상태보다 길기 때문에 반전 분포가 일어난다. 이 사이에 유도 방출을 일으키면 694.3nm의 빛이 방출된다. 그러나 3준위 레이저의 경우 하위 준위가 바닥 상태이기 때문에 점유율이 극히 높고, 상당히 강력한 여기를 하지 않으면 준안정 상태와 바닥 상태 사이에서 반전 분포를 형성할 수 없으므로, 더 효율적으로 반전 분포를 형성할 수 있는 4준위 레이저가 고체 레이저로서는 주류이다.
3. 3. 4준위 레이저와의 비교
루비 레이저는 3준위 레이저로, 바닥 상태의 크롬 원자가 여기되어 준안정 상태로 된 후, 다시 바닥 상태로 돌아가면서 빛을 방출한다. 하지만 3준위 레이저는 하위 준위가 바닥 상태이기 때문에 반전 분포를 형성하기 어렵다. 즉, 바닥 상태의 원자 수가 준안정 상태의 원자 수보다 많아야 레이저 발진이 일어나는데, 이를 위해서는 매우 강한 펌핑이 필요하다.[3]반면, 4준위 레이저는 하위 준위가 바닥 상태가 아니기 때문에 상대적으로 약한 펌핑으로도 반전 분포를 쉽게 형성할 수 있다. 이러한 이유로, 고체 레이저에서는 4준위 레이저가 더 널리 사용된다. 루비 레이저는 효율이 낮아 더 효율적인 4준위 레이저가 고체 레이저의 주류를 이루고 있다.[3]
4. 응용 분야
루비 레이저는 초기에 거리 측정 분야에 응용되었다. 1964년까지 회전 프리즘 Q-스위치가 장착된 루비 레이저는 군사용 거리 측정기의 표준이었으나, 10년 후 더 효율적인 Nd:YAG 거리 측정기로 대체되었다.[5] 주로 연구용으로 사용되었으며,[5] 가변 염료 레이저를 광학적으로 펌핑하는 데 사용된 최초의 레이저이자, 근적외선에서 방출하는 레이저 염료를 여기하는 데 특히 적합했다.[6]
4준위 레이저에 비해 효율이 낮고 반복률이 낮아 산업 분야에서는 거의 사용되지 않는다. 주요 산업적 용도는 다이아몬드에 구멍을 뚫는 것인데, 이는 루비의 고출력 빔이 다이아몬드의 적색광 넓은 흡수 밴드(GR1 밴드)와 매우 잘 맞기 때문이다.[5][7]
4. 1. 미용 및 의료
루비 레이저는 더 나은 레이저 매질이 발견되면서 사용이 감소했지만, 짧은 펄스의 적색광이 필요한 여러 응용 분야에서는 여전히 사용된다. 높은 펄스 출력과 우수한 간섭 길이로 인해, 적색 694 nm 레이저 광선은 대형 홀로그램에 여러 펄스가 필요한 경우가 많은 주파수 배가된 Nd:YAG의 532 nm 녹색광보다 선호된다.[8]문신 제거와 제모에 광범위하게 사용되었지만, 이 응용 분야에서는 합성 알렉산드라이트와 Nd:YAG 레이저로 대체되고 있다. 4준위 레이저에 비해 효율이 낮아 연구 및 산업 분야에서는 거의 사용되지 않지만, 의료 용도(특히 미용)에서는 멜라닌 색소가 적색 파장의 빛을 흡수하기 쉬운 성질을 이용하여 기미, 검버섯 제거 등에 활용된다.
4. 2. 홀로그래피
루비 레이저는 더 나은 레이저 매질이 발견되면서 사용이 감소했지만, 짧은 펄스의 적색광이 필요한 여러 응용 분야에서는 여전히 사용된다. 전 세계의 홀로그래퍼들은 루비 레이저를 사용하여 최대 1제곱미터 크기의 홀로그래피 초상화를 제작한다. 높은 펄스 출력과 우수한 간섭 길이 덕분에, 적색 694 nm 레이저 광선은 대형 홀로그램에 여러 펄스가 필요한 경우가 많은 주파수 배가된 Nd:YAG의 532 nm 녹색광보다 선호된다.[8] 많은 비파괴 검사 실험실에서는 루비 레이저를 사용하여 항공기 타이어와 같은 대형 물체의 홀로그램을 만들어 내부의 약점을 찾는다.4. 3. 연구 및 기타
루비 레이저는 초기에는 거리 측정 분야에 응용되었다. 1964년까지 회전 프리즘 Q-스위치가 장착된 루비 레이저는 군사용 거리 측정기의 표준이었으나, 10년 후 더 효율적인 Nd:YAG 거리 측정기로 대체되었다.[5] 주로 연구용으로 사용되었으며,[5] 가변 염료 레이저를 광학적으로 펌핑하는 데 사용된 최초의 레이저이자, 근적외선에서 방출하는 레이저 염료를 여기하는 데 특히 적합했다.[6]낮은 효율과 낮은 반복률 때문에 산업 분야에서는 거의 사용되지 않는다. 주요 산업적 용도는 다이아몬드에 구멍을 뚫는 것인데, 이는 루비의 고출력 빔이 다이아몬드의 적색광 넓은 흡수 밴드(GR1 밴드)와 매우 잘 맞기 때문이다.[5][7]
더 나은 레이저 매질이 발견되면서 사용이 감소했지만, 짧은 펄스의 적색광이 필요한 여러 분야에서 여전히 사용된다. 전 세계 홀로그래퍼들은 최대 1제곱미터 크기의 홀로그래피 초상화를 제작하는데 루비 레이저를 사용한다. 높은 펄스 출력과 우수한 간섭 길이 덕분에, 적색 694nm 레이저 광선은 대형 홀로그램에 여러 펄스가 필요한 경우가 많은 주파수 배가된 Nd:YAG의 532nm 녹색광보다 선호된다.[8] 많은 비파괴 검사 실험실에서는 항공기 타이어와 같은 대형 물체의 홀로그램을 만들어 내부 약점을 찾는데 루비 레이저를 사용한다. 문신 제거와 제모에도 광범위하게 사용되었지만, 이 분야에서는 합성 알렉산드라이트와 Nd:YAG 레이저로 대체되고 있다.
4준위 레이저에 비해 효율이 낮아 연구 및 산업 분야에서 활용도는 낮다. 의료(특히 미용) 분야에서는 멜라닌 색소가 적색 파장의 빛을 흡수하기 쉬운 성질을 이용하여 기미, 검버섯 제거에 활용된다. 또한 적색 광 방출 특성으로 홀로그래피 등에도 사용된다.
5. 역사
1958년, 메이저 발명가 찰스 타운스와 그의 동료 아서 숄로가 광학 메이저 아이디어에 관한 논문을 ''Physical Review''에 발표한 후, 작동 모델을 만들기 위한 경쟁이 시작되었다. 루비는 메이저에서 성공적으로 사용되었기 때문에 가능한 매질로 가장 먼저 선택되었다. 1959년 콘퍼런스에서 테오도어 마이먼은 숄로가 루비를 레이저 매질로 사용하는 것에 대해 연설하는 것을 들었다. 숄로는 핑크 루비가 레이저 작동에 너무 많은 레이저 펌핑 에너지가 필요하므로 빨간색 루비를 대안으로 제안했다. 하지만 마이먼은 숄로가 "너무 비관적"이라고 생각했다. 마이먼의 측정 결과에 따르면 핑크 루비도 강렬한 광원으로 펌핑하면 레이저 작동이 가능했고, 루비를 쉽게 구할 수 있었기 때문에 시도해 볼 가치가 있다고 판단했다.[9][10]
고든 굴드도 이 콘퍼런스에 참석했는데, 그는 레이저를 펄싱하면 메가와트급의 높은 피크 출력을 생산할 수 있다고 제안했다.[11]
시간이 지나면서 많은 과학자들이 루비의 유용성에 의문을 품기 시작했지만, 마이먼은 비밀리에 프로젝트를 계속 진행했다. 그는 강렬한 광원과 높은 반사율의 펌핑 캐비티를 찾던 중, 제너럴 일렉트릭(General Electric) 영업사원이 보여준 제논 플래시 튜브를 보고 광원을 찾았다고 생각했다. 그는 이 튜브의 강도라면 높은 반사율의 펌핑 캐비티가 필요 없으며, 나선형 램프를 사용하면 된다는 것을 깨달았다. 마이먼은 캘리포니아주 말리부에 있는 휴즈 연구소(Hughes Research Laboratories)에서 1cm x 1.5cm 크기의 핑크 루비 막대를 사용해 루비 레이저를 제작했고, 1960년 5월 16일에 최초의 레이저 광선을 생성했다.[12][13]
이후 1961년 R.W. 헬워스(Hellwarth)는 Q-스위칭 방법을 발명하여 레이저 출력을 단일 펄스로 집중시켰다.[15] 1962년 벨 연구소의 윌러드 보일은 최초로 루비 레이저의 연속 출력을 생성했다.[16] 레이저 의학의 선구자인 레온 골드만은 연속 루비 레이저를 의학에 최초로 사용하였으나, 곧 더 다재다능한 색소 레이저, Nd:YAG 레이저, 아르곤 레이저로 대체되었다.[17]
5. 1. 최초의 레이저
루비 레이저는 최초로 작동된 레이저이다. 1960년 테오도어 마이먼이 제작한 이 장치는 스펙트럼의 가시광선 또는 적외선 영역에서 작동할 수 있는 메이저인 "광학 메이저"의 개념에서 만들어졌다.[9]
1958년, 메이저의 발명가인 찰스 타운스와 그의 동료 아서 숄로가 광학 메이저의 아이디어에 관한 논문을 ''Physical Review''에 발표한 후, 작동 모델을 만들기 위한 경쟁이 시작되었다. 루비는 메이저에서 성공적으로 사용되었기 때문에 가능한 매질로 첫 번째 선택이었다. 1959년 컨퍼런스에 참석한 마이먼은 숄로가 루비를 레이저 매질로 사용하는 것에 대해 연설하는 것을 들었다. 숄로는 바닥 상태에 너무 가까운 최저 에너지 상태를 가진 핑크 루비는 레이저 작동에 너무 많은 레이저 펌핑 에너지가 필요하므로 빨간색 루비를 대안으로 제안했다. 오랫동안 루비로 작업해 왔고 루비 형광에 관한 논문을 썼던 마이먼은 숄로가 "너무 비관적"이라고 생각했다. 그의 측정 결과에 따르면 핑크 루비의 최저 에너지 레벨은 매우 강렬한 광원으로 펌핑하여 최소한 부분적으로 고갈될 수 있으며, 루비를 쉽게 구할 수 있었기 때문에 어쨌든 시도하기로 결정했다.[10]
고든 굴드도 이 컨퍼런스에 참석했다. 굴드는 레이저를 펄싱하면 메가와트만큼 높은 피크 출력을 생산할 수 있다고 제안했다.[11]
시간이 지남에 따라 많은 과학자들이 레이저 매질로 모든 색상의 루비의 유용성에 의문을 품기 시작했다. 마이먼 역시 자신의 의구심을 느꼈지만, 매우 "고집스러운 사람"이었기 때문에 비밀리에 프로젝트를 계속 진행했다. 그는 막대를 펌핑할 만큼 강렬한 광원과 에너지를 막대로 전달하기 위한 높은 반사율의 타원형 펌핑 캐비티를 찾으려고 했다. 그는 제너럴 일렉트릭(General Electric)의 영업사원이 그에게 여러 개의 제논 플래시 튜브를 보여주며 가장 큰 튜브를 튜브 근처에 두면 강철 솜을 점화할 수 있다고 주장했을 때 광원을 찾았다. 마이먼은 그런 강도로는 그렇게 반사율이 높은 펌핑 캐비티가 필요하지 않으며, 나선형 램프를 사용하면 타원형 모양을 가질 필요도 없다는 것을 깨달았다. 마이먼은 캘리포니아주 말리부에 있는 휴즈 연구소(Hughes Research Laboratories)에서 루비 레이저를 제작했다.[12] 그는 1cm x 1.5cm 크기의 핑크 루비 막대를 사용했고, 1960년 5월 16일에 장치를 작동시켜 최초의 레이저 광선을 생성했다.[13]
테오도어 마이먼의 초기 루비 레이저는 여전히 작동하고 있다.[14] 2010년 5월 15일, 밴쿠버에서 테오도어 마이먼 기념 재단과 사이먼 프레이저 대학교가 공동 주최한 심포지엄에서 시연되었으며, 이곳에서 마이먼 박사는 공학 과학 학교의 겸임 교수였다. 마이먼의 초기 레이저는 어두운 방의 프로젝터 스크린에 발사되었다. 흰색 섬광(제논 플래시 튜브에서 누출된 빛)의 중심에서 빨간색 점이 잠시 보였다.
루비 레이저는 단일 펄스를 전달하지 않고, 펄스 지속 시간 내에 일련의 불규칙한 스파이크로 구성된 일련의 펄스를 전달했다. 1961년, R.W. 헬워스(Hellwarth)는 출력을 단일 펄스로 집중시키는 Q-스위칭 방법을 발명했다.[15]
1962년, 윌러드 보일은 벨 연구소에서 루비 레이저의 최초의 연속 출력을 생성했다. 일반적인 측면 펌핑 방식과 달리, 수은 아크 램프의 빛을 매우 작은 막대 끝으로 펌핑하여 필요한 개체수 반전을 달성했다. 레이저는 연속파를 방출하지 않고 연속적인 펄스 열을 방출하여 과학자들이 루비의 스파이크 출력을 연구할 수 있는 기회를 제공했다.[16] 연속 루비 레이저는 의학에 사용된 최초의 레이저였다. 이는 레이저 의학의 선구자인 레온 골드만(Leon Goldman)에 의해 문신 제거, 흉터 치료 및 치유 유도와 같은 치료에 사용되었다. 출력 전력, 튜닝 가능성, 장치 작동 및 냉각의 어려움으로 인해 연속 루비 레이저는 더 다재다능한 색소 레이저, Nd:YAG 레이저, 아르곤 레이저로 빠르게 대체되었다.[17]
5. 2. 개발 경쟁
1958년, 메이저 발명가 찰스 타운스와 그의 동료 아서 숄로는 ''Physical Review''에 광학 메이저 아이디어에 관한 논문을 발표했고, 이후 작동 모델을 만들기 위한 경쟁이 시작되었다. 루비는 메이저에서 성공적으로 사용되었기 때문에 가능한 매질로 가장 먼저 선택되었다. 1959년, 테오도어 마이먼은 콘퍼런스에서 숄로가 루비를 레이저 매질로 사용하는 것에 대해 연설하는 것을 들었다. 숄로는 바닥 상태에 너무 가까운 최저 에너지 상태를 가진 핑크 루비는 레이저 작동에 너무 많은 레이저 펌핑 에너지가 필요하므로 빨간색 루비를 대안으로 제안했다. 마이먼은 오랫동안 루비로 작업해 왔고 루비 형광에 관한 논문을 썼기 때문에 숄로가 "너무 비관적"이라고 생각했다. 마이먼의 측정 결과에 따르면 핑크 루비의 최저 에너지 레벨은 매우 강렬한 광원으로 펌핑하여 최소한 부분적으로 고갈될 수 있으며, 루비를 쉽게 구할 수 있었기 때문에 시도해 볼 가치가 있다고 판단했다.[9][10]고든 굴드도 이 콘퍼런스에 참석했다. 굴드는 레이저를 펄싱하면 메가와트만큼 높은 피크 출력을 생산할 수 있다고 제안했다.[11]
시간이 지나면서 많은 과학자들이 레이저 매질로 모든 색상의 루비의 유용성에 의문을 품기 시작했다. 마이먼 역시 의구심을 느꼈지만, "고집스러운 사람"이었기 때문에 비밀리에 프로젝트를 계속 진행했다. 그는 막대를 펌핑할 만큼 강렬한 광원과 에너지를 막대로 전달하기 위한 높은 반사율의 타원형 펌핑 캐비티를 찾으려고 했다. 그러던 중 제너럴 일렉트릭(General Electric) 영업사원이 그에게 여러 개의 제논 플래시 튜브를 보여주며 가장 큰 튜브를 튜브 근처에 두면 강철 솜을 점화할 수 있다고 주장했고, 마이먼은 이 광원을 찾게 되었다. 마이먼은 그런 강도로는 그렇게 반사율이 높은 펌핑 캐비티가 필요하지 않으며, 나선형 램프를 사용하면 타원형 모양을 가질 필요도 없다는 것을 깨달았다. 마이먼은 캘리포니아주 말리부에 있는 휴즈 연구소(Hughes Research Laboratories)에서 루비 레이저를 제작했다.[12] 그는 1cm x 1.5cm 크기의 핑크 루비 막대를 사용했고, 1960년 5월 16일에 장치를 작동시켜 최초의 레이저 광선을 생성했다.[13]
5. 3. 초기 루비 레이저의 특징
1958년, 메이저 발명가 찰스 타운스와 그의 동료 아서 숄로는 ''Physical Review''에 광학 메이저 아이디어에 관한 논문을 발표했고, 이후 작동 모델을 만들기 위한 경쟁이 시작되었다. 루비는 메이저에서 성공적으로 사용되었기 때문에 가능한 매질로 가장 먼저 선택되었다. 1959년, 테오도어 마이먼은 콘퍼런스에서 숄로가 루비를 레이저 매질로 사용하는 것에 대해 연설하는 것을 들었다. 숄로는 바닥 상태에 너무 가까운 최저 에너지 상태를 가진 핑크 루비는 레이저 작동에 너무 많은 레이저 펌핑 에너지가 필요하므로 빨간색 루비를 대안으로 제안했다. 하지만 루비 관련 연구를 오랫동안 해왔고 루비 형광에 관한 논문도 썼던 마이먼은 숄로가 "너무 비관적"이라고 생각했다. 마이먼의 측정 결과에 따르면 핑크 루비의 최저 에너지 레벨은 매우 강렬한 광원으로 펌핑하면 최소한 부분적으로 고갈될 수 있었고, 루비를 쉽게 구할 수 있었기 때문에 시도해 볼 가치가 있다고 판단했다.[9][10]
고든 굴드도 이 콘퍼런스에 참석했는데, 그는 레이저를 펄싱하면 메가와트급의 높은 피크 출력을 생산할 수 있다고 제안했다.[11]
시간이 지나면서 많은 과학자들이 레이저 매질로 모든 색상의 루비가 유용한지에 대해 의문을 품기 시작했다. 마이먼 역시 의구심을 느꼈지만, "고집스러운 사람"이었기 때문에 비밀리에 프로젝트를 계속 진행했다. 그는 막대를 펌핑할 만큼 강렬한 광원과 에너지를 막대로 전달하기 위한 높은 반사율의 타원형 펌핑 캐비티를 찾으려고 했다. 그러던 중 제너럴 일렉트릭(General Electric) 영업사원이 그에게 여러 개의 제논 플래시 튜브를 보여주며 가장 큰 튜브를 튜브 근처에 두면 강철 솜을 점화할 수 있다고 말했을 때, 마이먼은 광원을 찾았다고 생각했다. 그는 그런 강도라면 그렇게 반사율이 높은 펌핑 캐비티가 필요하지 않으며, 나선형 램프를 사용하면 타원형 모양을 가질 필요도 없다는 것을 깨달았다. 마이먼은 캘리포니아주 말리부에 있는 휴즈 연구소(Hughes Research Laboratories)에서 루비 레이저를 제작했다.[12] 그는 1cm x 1.5cm 크기의 핑크 루비 막대를 사용했고, 1960년 5월 16일에 장치를 작동시켜 최초의 레이저 광선을 생성했다.[13]
테오도어 마이먼의 초기 루비 레이저는 여전히 작동하고 있다.[14] 2010년 5월 15일, 밴쿠버, 브리티시컬럼비아에서 테오도어 마이먼 기념 재단과 사이먼 프레이저 대학교가 공동 주최한 심포지엄에서 시연되었는데, 이곳은 마이먼 박사가 공학 과학 학교의 겸임 교수였던 곳이다. 마이먼의 초기 레이저는 어두운 방의 프로젝터 스크린에 발사되었고, 흰색 섬광(제논 플래시 튜브에서 누출된 빛)의 중심에서 빨간색 점이 잠시 나타났다.
루비 레이저는 단일 펄스를 전달하지 않고, 펄스 지속 시간 내에 일련의 불규칙한 스파이크로 구성된 펄스열을 전달했다. 1961년, R.W. 헬워스(Hellwarth)는 출력을 단일 펄스로 집중시키는 Q-스위칭 방법을 발명했다.[15]
5. 4. Q-스위칭 기술 개발
1961년, R.W. 헬워스(R.W. Hellwarth)는 레이저 출력을 단일 펄스로 집중시키는 Q-스위칭 방법을 발명했다.[15]5. 5. 연속 출력 루비 레이저
1962년, 벨 연구소의 윌러드 보일은 루비 레이저의 최초의 연속 출력을 생성했다.[16] 일반적인 측면 펌핑 방식과 달리, 수은 아크 램프의 빛을 매우 작은 막대 끝으로 펌핑하여 필요한 개체수 반전을 달성했다. 레이저는 연속파를 방출하지 않고 연속적인 펄스 열을 방출하여 과학자들이 루비의 스파이크 출력을 연구할 수 있는 기회를 제공했다. 연속 루비 레이저는 의학에 사용된 최초의 레이저였다. 이는 레이저 의학의 선구자인 레온 골드만에 의해 문신 제거, 흉터 치료 및 치유 유도와 같은 치료에 사용되었다. 출력 전력, 튜닝 가능성, 장치 작동 및 냉각의 어려움으로 인해 연속 루비 레이저는 더 다재다능한 색소 레이저, Nd:YAG 레이저, 아르곤 레이저로 빠르게 대체되었다.[17]5. 6. 의학적 응용
벨 연구소(Bell Labs)의 윌러드 보일(Willard Boyle)은 1962년에 최초로 루비 레이저의 연속 출력을 생성했다.[16] 일반적인 측면 펌핑 방식과 달리, 수은 아크 램프의 빛을 매우 작은 막대 끝으로 펌핑하여 필요한 개체수 반전을 달성했다. 이 레이저는 연속파를 방출하지 않고 연속적인 펄스 열을 방출하여, 과학자들이 루비의 스파이크 출력을 연구할 수 있게 하였다. 연속 루비 레이저는 의학에 사용된 최초의 레이저였다. 레이저 의학의 선구자인 레온 골드만(Leon Goldman)은 문신 제거, 흉터 치료, 치유 유도와 같은 치료에 이 레이저를 사용했다. 그러나 출력 전력, 튜닝 가능성, 장치 작동 및 냉각의 어려움으로 인해 연속 루비 레이저는 더 다재다능한 색소 레이저, Nd:YAG 레이저, 아르곤 레이저로 빠르게 대체되었다.[17] 4준위 레이저에 비해 효율이 낮아 연구 및 산업 분야에서는 거의 사용되지 않지만, 의료 용도(특히 미용)에서는 멜라닌 색소가 적색 파장의 빛을 흡수하기 쉬운 성질을 이용하여 기미, 검버섯 제거에 활용된다.5. 7. 현재 상황
1962년, 벨 연구소의 윌러드 보일은 최초로 루비 레이저의 연속 출력을 만들어냈다. 일반적인 측면 펌핑 방식과 달리, 수은 아크 램프의 빛을 매우 작은 막대 끝으로 펌핑하여 필요한 개체수 반전을 달성했다. 이 레이저는 연속파를 방출하지 않고 연속적인 펄스 열을 방출하여, 과학자들이 루비의 스파이크 출력을 연구할 수 있게 하였다.[16]
레이저 의학의 선구자인 레온 골드만(Leon Goldman)은 연속 루비 레이저를 의학에 최초로 사용하였다. 그는 문신 제거, 흉터 치료, 치유 유도와 같은 치료에 루비 레이저를 사용했다. 그러나 출력 전력, 튜닝 가능성, 장치 작동 및 냉각의 어려움으로 인해 연속 루비 레이저는 더 다재다능한 색소 레이저, Nd:YAG 레이저, 아르곤 레이저로 빠르게 대체되었다.[17]
참조
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Stimulated Optical Radiation in Ruby
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1960
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웹사이트
Laser inventor Maiman dies; tribute to be held on anniversary of first laser
http://www.laserfocu[...]
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Laser Focus World
2007-05-09
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