엑시머 레이저

3. 작동 원리 및 구조

엑시머 레이저는 일반적으로 비활성 기체(아르곤, 크립톤, 또는 크세논)와 반응성 기체(플루오린 또는 염소)의 조합을 사용한다. 적절한 전기 자극 및 고압 조건에서 엑시머(또는 비활성 기체 할라이드의 경우 엑시플렉스)라고 하는 준분자가 생성되는데, 이는 에너지화된 상태에서만 존재할 수 있으며 자외선 영역에서 레이저 광을 생성할 수 있다.^[15][16]

엑시머 분자에서의 레이저 작동은 결합된(결합성) 여기 상태를 가지지만, 반발성(해리성) 바닥 상태를 가지기 때문이다. 크세논과 크립톤과 같은 비활성 기체는 매우 비활성하여 일반적으로 화합물을 형성하지 않는다. 그러나 여기 상태(전기 방전 또는 고에너지 전자빔에 의해 유도됨)일 때, 이들은 자신들(엑시머) 또는 플루오린과 염소와 같은 할로겐(엑시플렉스)과 일시적으로 결합된 분자를 형성할 수 있다. 여기된 화합물은 자발적인 또는 유도 방출을 통해 과잉 에너지를 방출할 수 있으며, 이는 매우 빠르게(피코초 단위로) 두 개의 비결합 원자로 해리되는 강하게 반발적인 바닥 상태 분자를 생성한다. 이것이 반전 분포를 형성한다.

일반적으로 사용되는 비활성 기체는 아르곤, 크립톤, 크세논이며, 할로겐은 플루오린, 염소이다. 혼합 기체 내에서 펄스방전에 의해 생성되는 여기 상태의 비활성 기체 원자와 할로겐 원자에 의해 형성된 엑시머로부터의 방사광에 의해 펄스 발진한다.

대표적인 엑시머 레이저의 발진 파장은 다음과 같다.

• Ar F - 193 nm
• KrF - 248 nm
• Xe Cl - 308 nm
• XeF - 351 nm

3. 1. 파장 결정

XeF와 KrF와 같은 엑시머 레이저는 다양한 프리즘과 회절격자 공진기 내부 배열을 사용하여 약간 ''조정''할 수 있다.^[17]

3. 2. 펄스 반복률

4. 주요 응용 분야

엑시머 레이저는 산업 및 의료 분야에서 다양하게 활용된다. 산업용으로는 기계 가공, 반도체 제조의 포토리소그래피, 박막 제작 방법 중 하나인 PLD(펄스 레이저 증착) 등에 사용된다.

의료 분야에서는 시력 교정(굴절 교정) 수술에 사용된다. 엑시머 레이저 광은 파장이 짧아 각막의 일부분을 정밀하게 제거할 수 있으며, 열이나 충격파가 없어 각막 조직에 악영향을 주지 않는다. 1995년 미국 식품의약국(FDA)와 2000년 일본 후생성(현 후생노동성)에서 사용이 인가되었으며, 발암성이 없는 것으로 확인되었다.

4. 1. 산업 응용

4. 2. 의료 응용

• '''시력 교정(굴절 교정) 수술''': 각막의 일부분을 정확하게 제거하여 시력을 교정하는 데 사용된다. (예: LASIK 눈 수술) 엑시머 레이저 광은 파장이 짧기 때문에 각막의 일부분을 필요한 만큼 정확하게 제거하는 것이 가능하다. 레이저는 열을 발생시키는 것이 아니고, 충격파가 없기 때문에 열에 약한 각막 조직에 악영향을 미치는 일이 없다. 따라서 엑시머 레이저를 사용한 라식 수술은 통증을 거의 수반하지 않고, 시력 회복이 빠르다는 특징이 있다. 미국에서는 1995년에 FDA(미국 식품의약국)에 의해, 일본에서는 2000년 1월에 후생성(현・후생노동성)에 의해 그 사용이 인가되었다. 또한, 엑시머 레이저에 발암성이 없는 것이 확인되었다.

• '''피부 질환 치료''': 염화제논(308 nm) 엑시머 레이저는 건선, 백반증, 아토피 피부염, 원형탈모증 및 백색증을 포함한 다양한 피부 질환 치료에도 사용된다.

4. 3. 과학 연구

4. 4. 핵융합 연구

참조

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