1. 레이저란

레이저(Laser)란 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(복사 유도 방출을 통한 광증폭)의 머리 글자를 딴 것으로, 공진기를 이용하여 빛(전자파)을 증폭시켜 얻을 수 있는 인공적인 빛입니다. 레이저광은 지향성 및 수속성이 뛰어나고, 또한 파장을 일정하게 유지할 수 있는 등의 물리적인 특징이 있으며, 이 특징을 살려 부가 가치가 높은 첨단 가공 용도에 사용되고 있습니다.
레이저는 1917년에 아인슈타인이 ‘유도 방출 이론’을 발표하면서 그 가능성을 지적했습니다. 그 후 1960년에 미국의 메이먼이 세계 최초로 루비 결정을 이용한 레이저 발진을 성공시켰습니다. 그 후 전 세계의 연구자들을 통해 다양한 레이저 발진 현상이 발견되었습니다. 1961년에 He-Ne 레이저, 글래스 레이저, 1962년에 반도체 레이저, 1963년에 Ar 레이저, 1964년에 CO2 레이저, 1966년에 색소 레이저, 피코초 레이저, 1970년에 엑시머 레이저, 1981년에는 펨토초 레이저 등이 발견되었습니다.

다음으로 레이저는 어떠한 원리일까요?
일반적으로 원자ㆍ분자는 어떤 특정한 에너지를 가지고 운동하고 있습니다. 외부에서 에너지를 받으면 이러한 원자나 분자는 더욱 높은 에너지를 가지고 운동합니다. 이것을 여기 상태라 합니다. 잠시 후 원자나 분자는 그 여분의 에너지를 배출하고 원래의 에너지 상태로 돌아가려 합니다. 그때 배출된 여분의 에너지는 빛이 되어 외부로 방출됩니다. 이것을 ‘자연 방출’이라 합니다. 이 빛이 다른 높은 에너지를 가진 원자나 분자에 충돌하면 그곳에서 같은 성질의 빛이 방출됩니다. 이것을 ‘유도 방출’이라 합니다. 일반적으로 높은 에너지를 가진 원자나 분자의 수는 적으므로 방출되는 빛은 매우 약합니다만, 어떤 방법으로 높은 에너지를 가진 원자나 분자의 수를 많이 증가시키면 유도 방출이 눈사태 현상과 같이 일어나 강력한 빛이 방출됩니다. 이것이 빛의 증폭입니다. 또한 어떤 조건 속에서 거울을 마주 보도록 두고(공진기라 합니다), 방출된 빛을 반복하여 반사시키면 빛은 특정한 방향으로 증폭되어 더욱 강력한 빛이 됩니다. 이것이 레이저의 원리입니다.

레이저광의 특징
레이저광의 특징은 크게 나눠 ①단색성이 뛰어나다 ②지향성이 뛰어나다 ③간섭성이 뛰어나다 ④고출력의 4가지가 있으며, 이러한 특징을 살려 광통신 및 레이저 가공 등 각종 분야에 응용되고 있습니다. 특히 레이저 가공은 ④의 고출력이라는 특징을 살려 많은 분야에서 활용되고 있습니다. 본문에서는 엑시머 레이저를 통한 가공에 대해 소개합니다.