적외선(IR) 레이저는 사람의 눈에 전혀 보이지 않는 빛을 생성합니다. 이 빛은 눈으로 보는 대신 열로 느끼는 경우가 많습니다. 고유한 파장 특성 덕분에 적외선 레이저는 레이저 분야에서 강력한 역할을 하며, 중공업용 금속 절단부터 대양을 가로지르는 인터넷 데이터 전송까지 다양한 작업에 사용됩니다.
아래에서는 제작에 사용되는 특정 재료를 기준으로 가장 일반적인 적외선 레이저 유형을 분류합니다.
Nd:YAG 레이저(고체)
세계에서 가장 유명하고 널리 사용되는 고체 레이저 중 하나로, 매우 높은 출력과 견고한 신뢰성으로 잘 알려져 있습니다.
- 파장: 주로 1064 nm(근적외선).
- 작동 원리: 네오디뮴 이온으로 "도핑"(혼합)된 이트륨 알루미늄 가닛 합성 결정을 사용합니다. 이 결정은 강력한 플래시램프나 외부 레이저 다이오드로 여기됩니다.
- 주요 특성: 매우 높은 출력과 우수한 빔 품질을 제공하며, 고에너지 펄스를 빠르게 방출하거나 연속광을 출력할 수 있습니다.
- 일반적인 용도: 금속의 고강도 산업용 절단 및 용접, 레이저 제모와 안과 수술 같은 의료 시술, 문신 제거, 군용 거리 측정기.
이산화탄소(CO2) 레이저(기체)
중공업의 주력 장비입니다. 지금까지 발명된 연속파 레이저 중 가장 오래되고 보편적이며 출력이 강력한 레이저 중 하나입니다.
- 파장: 10.6 µm 또는 10,600 nm(중적외선).
- 작동 원리: 튜브 내부에 주로 이산화탄소, 질소 및 헬륨으로 구성된 혼합 가스를 사용하며, 강한 전류로 이를 여기합니다.
- 주요 특성: 출력이 매우 높고 효율이 뛰어납니다. 파장이 길기 때문에 빔은 유기 재료와 플라스틱에 쉽게 흡수되지만 대부분의 가공되지 않은 금속에서는 반사됩니다.
- 일반적인 응용 분야: 목재, 아크릴, 종이 및 가죽의 산업용 절단과 조각, 의료 피부과(레이저 피부 재생 및 간단한 수술 등).
GaAs 및 InGaAs 레이저 다이오드(반도체)
이것은 우리가 일상적으로 사용하는 기술 기기 안에 들어 있는 작고 저렴한 레이저입니다. CD 또는 Blu-ray 플레이어에 사용되는 레이저의 적외선 버전에 해당합니다.
- 파장: 대체로 800 nm에서 1550 nm(근적외선) 범위입니다.
- 작동 원리: 갈륨 비소(GaAs) 또는 인듐 갈륨 비소(InGaAs) 반도체 접합을 사용합니다. 칩에 전류가 흐르면 빛이 직접 방출됩니다.
- 주요 특성: 초소형(흔히 소금 한 알 정도의 크기)이며, 에너지 효율이 높고 매우 낮은 비용으로 쉽게 대량 생산할 수 있습니다.
- 일반적인 용도: 스마트폰의 안면 인식 센서, 자율주행차용 LiDAR 시스템, 바코드 스캐너 및 대형 고체 레이저를 구동하는 내부 에너지원("펌프")으로 사용됩니다.
에르븀 도핑 레이저(광섬유/고체)
'아이 세이프' 레이저로 알려져 있으며 전 세계 통신의 핵심 기반입니다.
- 파장: 일반적으로 약 1550 nm 또는 2940 nm(근적외선에서 중적외선)입니다.
- 메커니즘: 희토류 원소인 에르븀이 도핑된 유리 광섬유(또는 고체 결정)를 사용합니다.
- 주요 특성: 1550 nm 범위의 빛은 데이터 손실이 거의 없이 표준 광섬유 케이블을 통해 전달됩니다. 또한 사람의 눈에 있는 액체가 이 파장을 망막에 도달하기 전에 흡수하므로 다른 레이저보다 훨씬 안전하게 취급할 수 있습니다.
- 일반적인 용도: 장거리 통신용 광섬유 케이블(인터넷)을 통한 데이터 전송, 광 증폭기, 열 손상을 최소화해야 하는 고정밀 치과 및 조직 수술에 사용됩니다.
양자 캐스케이드 레이저 또는 QCL(첨단 반도체)
적외선 스펙트럼의 더 깊은 영역에 있는, 도달하기 어려운 특정 파장을 출력하도록 설계할 수 있는 매우 복잡한 특수 레이저입니다.
- 파장: 중적외선에서 원적외선 스펙트럼에 걸쳐 폭넓게 조정 가능(약 3 µm에서 20 µm 초과).
- 작동 원리: 서로 다른 반도체 재료로 이루어진 초박형 미세 층을 사용합니다. 일반적인 반응 대신 전자가 양자 우물로 이루어진 미세한 “계단”을 연속적으로 내려갑니다. 전자가 한 단계 내려갈 때마다 광자 하나를 방출합니다.
- 주요 특성: 원하는 맞춤형 파장으로 정밀하게 조정할 수 있습니다. 상온에서 작동하며 다른 레이저의 작동이 어려운 중적외선 스펙트럼의 넓은 공백 영역을 채웁니다.
- 일반적인 응용 분야: 화학 분광법(미지의 가스 및 화학물질 식별), 음주측정기를 이용한 의료 진단, 폭발물 탐지 및 군사적 대응 수단(열 추적 미사일의 탐지 기능 무력화).
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