연속 레이저는 안정적이고 중단 없이 레이저 빔을 출력할 수 있으며, 출력 전력은 시간 경과에 따라 일정하게 유지됩니다(이상적인 조건에서).
핵심 특징: 안정성과 지속성
연속 출력: 이것이 가장 중요한 특징입니다. 전원이 연결되고 작동 조건이 안정적인 한, 레이저는 중단 없이 지속적으로 빛을 방출할 수 있습니다.
전력 안정성: 출력 레이저의 전력(단위 시간당 방출되는 에너지)은 작동 중 기본적으로 일정하게 유지됩니다.
시간적 특성: 빔은 시간적 차원에서 연속적이며(거시적으로), 명백한 펄스 간격이 없습니다.
작동 원리: 연속 펌핑, 연속 발광
연속 레이저의 작동 원리는 레이저 생성의 기본 원리(유도 방출)를 따르지만, 펌핑 과정은 연속적입니다.
연속 펌핑: 외부 에너지원(전류, 빛 에너지, 화학 반응 에너지 등)이 레이저의 이득 매질(가스 CO₂, 고체 결정 Nd:YAG, 반도체 재료, 염료 용액 등)에 지속적으로 입력됩니다.
인구 반전 유지: 연속 펌핑 에너지는 이득 매질 내의 원자, 분자 또는 전자를 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 여기시켜, 높은 에너지 준위에 있는 입자 수가 낮은 에너지 준위에 있는 입자 수보다 많은 상태(인구 반전)를 유지합니다.
유도 방출 지속: 공진 캐비티(두 거울로 구성) 내에 존재하는 소수의 자발적으로 방출된 광자가 이득 매질을 통과하면, 높은 에너지 준위에 있는 입자가 유도 방출을 일으켜 입사 광자와 정확히 동일한 주파수, 위상 및 방향을 가진 새로운 광자를 방출합니다.
광 증폭 및 연속 진동: 이러한 새로 생성된 광자는 공진기 거울에 의해 앞뒤로 반사되어 이득 매질을 반복적으로 통과합니다. 각 통과는 더 많은 유도 방출을 유발하여 광자 수가 눈사태처럼 지속적으로 증가하고 강력한 간섭 광파를 형성합니다.
안정적인 레이저 출력: 공진 캐비티 내에서 앞뒤로 진동하는 빛이 얻는 이득(증폭)이 이 진동의 손실(출력 거울을 통해 전달되는 빛의 일부 포함)을 보상하기에 충분하면, 레이저는 안정적인 작동 상태에 도달하여 부분적으로 투과된 출력 거울에서 레이저 빔을 지속적이고 안정적으로 방출합니다.
주요 기술적 장점
연속 전력 출력: 안정적인 열원 또는 광원을 제공하여 연속적인 에너지 입력이 필요한 공정(절단 및 용접 등)에 적합합니다.
높은 안정성: 출력 전력 및 빔 지향성은 일반적으로 매우 안정적이므로 정밀 측정 및 통신에 매우 중요합니다.
우수한 빔 품질: 일반적으로 순수한 모드(예: 기본 모드 TEM00)와 작은 발산각을 가진 고품질 빔을 생성하여 초점 및 장거리 전송에 도움이 됩니다.
높은 효율성(일부 펄스 레이저에 비해): 연속 작동이 필요한 시나리오에서 전체 에너지 활용 효율이 더 높을 수 있습니다.
광범위한 응용 분야
산업 공정
레이저 절단: 금속(CO₂ 레이저 절단기 등) 및 비금속(직물, 아크릴 등)의 정밀하고 고속 절단.
레이저 용접: 높은 종횡비와 낮은 변형으로 정밀 용접 달성(자동차 및 전자 산업에서 일반적으로 사용됨).
레이저 마킹/각인: 제품 표면에 영구적인 마킹(주로 반도체 및 파이버 레이저).
표면 처리: 담금질, 클래딩, 합금 등.
의료 분야
메스: CO₂ 레이저는 연조직 기화 절단(예: 이비인후과 수술)에 사용되고, 반도체 레이저는 안과 수술 및 치과 치료에 사용됩니다.
광역학 치료: 특정 파장의 연속 레이저는 광과민성 약물을 활성화하여 암세포 또는 병든 조직을 선택적으로 파괴합니다.
피부 치료: 제모(반도체, Nd:YAG), 혈관 치료, 피부 재생 등.
통신 및 정보
광섬유 통신: 반도체 레이저는 고속 광섬유 네트워크의 핵심 광원으로, 방대한 양의 데이터를 전송합니다.
디스플레이 및 감지
레이저 디스플레이: 고휘도, 넓은 색 영역 프로젝터 또는 텔레비전의 광원.
LiDAR: 일부 연속파 LiDAR는 속도 측정, 거리 측정, 가스 감지 등에 사용됩니다.
바코드 스캔: 슈퍼마켓 계산대에서 흔히 볼 수 있는 장치.
연속 레이저는 안정적이고 지속적인 에너지 흐름을 제공하는 레이저 계열의 중추입니다. 연속 레이저의 작동 원리와 고유한 장점을 이해하는 것은 현대 과학 기술 및 산업에서 핵심 역할을 인식하는 데 기초가 됩니다. 이는 빛 에너지를 정밀하고 지속적으로 제어하는 인류의 놀라운 성과를 나타냅니다.