지난 60년 레이저가 처음 발명됐을 때 사람들은 레이저가 「모든 문제
의 해결사」 역할을 톡톡히 해줄 것으로 여겼다. 레이저는 이 기대를 저
버리지 않았다. 레이저 쇼에서 광통신에 이르기까지 오늘날 일상 생활에
서 레이저는 없으면 안되는 아주 유용한 도구로 자리잡고 있다.
레이저(LASER)는 「유도 방출 복사에 따른 빛 증폭」(Light Amplifica-
tion by Stimulated Emission of Radiation)이라는 구절 머리 글자들을
딴 것. 유도 복사라는 개념은 지난 1917년 이 처음 물리학에
도입했다. 이것이 훗날 신비로운 광선 레이저의 모태가 되리라고는 당시
로 선 아무도 생각하지 못했다. 이후 미국과 소련 과학자들이 레이저의
가능성을 보여준 끝에 마침내 지난 60년 미국의 시어도어 메이만이 루비
막대를 이용해 처음으로 레이저를 만드는데 성공했다. 이어 많은 레이저
가 개발됐다.
레이저는 원자 활동으로 방출된다. 에너지 준위가 낮은 원자들은 외
부에서 에너지를 받으면 자극을 받아 높은 준위로 올라가고, 높은 준위
에 이른 다음에는 다시 원래의 낮은 준위로 되돌아가면서 빛을 내게 된
다. 그런데 원자가 자극을 받는 그 짧은 순간에 어떤 파장을 갖는 파동
(빛)이 그 원자에 충돌하면 원자는 자기를 자극한 파동과 위상이 같은
복사선을 방출토록 유도한다. 이것이 유도 복사 원리이며, 이같은 현상
이 충분히 반복되면 위상과 주파수가 똑같은 빛들의 묶음(레이저 빔)이
방출되는 것이다.
레이저는 종류에 따라 그 특성이 많이 달라지긴 하지만, 일반적으로
다른광원에서 나오는 빛보다 훨씬 더 단색광이고, 방향성이 있으며, 강
력하고 간섭성이 크다. 모든 목적에 맞는 그런 레이저는 없지만 이 특성
들을 잘 조합하면 레이저가 나오기 전에는 불가능했던 많은 일들을 할
수 있다. 우선 레이저는 우수한 단색광이기 때문에 빛 진동수가 조금
만 변해도 알아낼 수 있다. 레이저 쪽으로 움직여 오는 물체에서 반사된
빛은 속도에 비례해 진동수가 증가하고 멀어지는 물체는 진동수가 감소
한다(도플러 효과). 이를 이용하면 아주 미세한 속도도 측정할 수 있다.
레이저는 또 모든 종류의 정렬 작업에 필요한 이상적인 일직선을 제
공한다. 이같은 특성 때문에 레이저는 대규모 공사 정렬 작업에 널리 쓰
인다. 예를 들면 터널을 뚫는다거나 배관 공사를 할 때 장비를 인도하는
역할을 한다.
레이저의 간섭성은 홀로그래피 같은 3차원 사진술에 특히 적합하다.
레이저는 비교적 강도가 셀 뿐더러 한곳에 집중시킬 수 있기 때문에 아
주 단단한 물질에도 미세한 구멍을 뚫을 수 있다. 소규모 절단이나 용접
에도 쓰인다. 그밖에 광통신, 콤팩트디스크(CD)와 비디오디스크 플레이
어, 핵융합, 각종 물리 실험 등에 널리 이용된다. 최근에는 의료 분야에
대한 응용이 급격히 늘고 있다.
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