레이저 응용 목록

List of laser applications
다양한 색상의 레이저 포인터

많은 과학, 군사, 의료 및 상업용 레이저 어플리케이션은 1958년 레이저가 발명된 이후 개발되었다. 일관성, 높은 단색성, 그리고 극도로 높은 힘에 도달하는 능력은 모두 이러한 전문화된 응용을 가능하게 하는 속성이다.

과학적인

과학에서 레이저는 다음과 같은 여러 가지 방법으로 사용된다.

레이저는 또한 분광학에서 레이저 절제(LA)라는 기술인 마이크로 샘플링 시스템으로 간접적으로 사용될 수 있으며, 이는 일반적으로 ICP-MS 기기에 적용되어 강력한 LA-ICP-MS를 만들어낸다.

레이저 분광학의 원리는 뎀트뢰더에 의해 논의된다.[2]

분광학

대부분의 유형의 레이저들은 본질적으로 순수한 광원이다; 그것들은 파장의 범위가 매우 잘 정의된 단색광에 가까운 빛을 방출한다. 레이저 부품의 세심한 설계로 레이저 광원의 순도("선폭"으로 측정)를 다른 광원의 순도보다 향상시킬 수 있다. 이것은 레이저를 분광기에 매우 유용한 원천으로 만든다. 작고 잘 시준된 빔에서 얻을 수 있는 고강도의 광도를 샘플에서 비선형 광학 효과를 유도하는 데도 사용할 수 있어 라만 분광법 등의 기법이 가능하다. 레이저에 기반한 다른 분광기법을 사용하여 다양한 분자의 극도로 민감한 검출기를 만들 수 있으며, 10개12(ppt) 단위 수준에서 분자 농도를 측정할 수 있다. 레이저로 얻을 수 있는 높은 전력 밀도 때문에 빔 유도 원자 방출이 가능하다: 이 기술을 LIBS(Laser Induced Discredition Spectroscopy)라고 한다.

열처리

레이저로 열처리를 하면 구성부품의 변형이 거의 없거나 전혀 없이 선택적으로 표면 경화를 할 수 있다. 이렇게 하면 현재 재작업을 하는 부분이 많이 없어지기 때문에 레이저 시스템의 자본비용은 단기간에 회수된다. CO2 레이저 빔으로 열처리하는 과정에서 기존 페인트 코팅으로 발생하는 가스를 제거하는 레이저 열처리를 위한 불활성 흡수성 코팅도 개발됐다.

열처리 작업의 성공에 중요한 한 가지 고려사항은 부품 표면의 레이저 빔 방사조도 제어다. 최적의 방사조도 분포는 레이저 재료 상호작용의 열역학 및 부품 기하학에 의해 구동된다.

일반적으로 500 ~ 5000 W/cm^2 사이의 방사선은 열역학적 제약을 만족시키고 신속한 표면 가열과 필요한 최소 총 열 입력을 허용한다. 일반적인 열처리의 경우, 균일한 사각형 또는 직사각형 빔이 가장 좋은 옵션 중 하나이다. 부품의 가장자리 또는 모서리에서 열처리를 수행하는 일부 특수 용도 또는 용도의 경우 용융을 방지하기 위해 가장자리 근처에서 일조도를 감소시키는 것이 더 나을 수 있다.

날씨

과학자들은 언젠가 높은 에너지 레이저를 이용하여 비와 번개를 유도할 수 있을 것이라는 연구 결과가 나왔다. 이러한 돌파구는 가뭄을 잠재적으로 근절하고, 날씨와 관련된 재난을 완화하는 데 도움을 줄 수 있으며, 기상 자원을 필요한 지역에 배분할 수 있다.[3][4]

달 레이저 거리 측정

주요 기사: 달 레이저 거리 측정 실험

아폴로 우주비행사들이 달을 방문했을 때, 그들은 달 레이저 거리 측정 실험을 가능하게 하기 위해 역반사 어레이를 심었다. 레이저 빔은 배열을 겨냥한 지구상의 대형 망원경을 통해 집중되며, 빔이 지구에 반사되는 데 걸리는 시간을 측정해 지구와 달 사이의 거리를 높은 정확도로 측정한다.

광화학

일부 레이저 시스템은 모드 잠금 프로세스를 통해 피코초 또는 펨토초(10~10초−12−15)만큼 짧은 매우 짧은 빛의 펄스를 생성할 수 있다. 그러한 펄스는 광화학이라고 알려진 기술인 화학 반응을 시작하고 분석하는 데 사용될 수 있다. 짧은 펄스는 매우 높은 시간적 분해능에서 반응 과정을 탐색하는 데 사용될 수 있어 단명 중간 분자의 탐지가 가능하다. 이 방법은 특히 생화학에서 단백질 접힘과 기능의 세부사항을 분석하는 데 유용하다.

레이저 스캐너

주요기사 : 바코드 리더

레이저 바코드 스캐너는 선형 코드 또는 쌓인 기호를 고속으로 판독해야 하는 애플리케이션에 이상적이다.

레이저 냉각

주요기사 : 레이저냉각

최근 성공한 기술은 레이저 냉각이다. 여기에는 다수의 원자가 전기장과 자기장의 특별한 형태로 배열되어 있는 방식인 원자 트래핑이 포함된다. 이온이나 원자에 특정한 빛의 파장을 비추면 속도가 느려져 냉각된다. 이 과정이 계속됨에 따라, 그들은 모두 느려지고 동일한 에너지 수준을 가지며, 보세-아인슈타인 응축수라고 알려진 물질의 특이한 배열을 형성한다.

핵융합

세계에서 가장 강력하고 복잡한 다중 레이저와 광학 증폭기의 배열 중 일부는 레이저 에너지 연구실, 국가 점화 설비, GEKO XII, 나이키 레이저, 레이저 메가줄, 하이퍼와 같은 매우 짧은 지속시간의 빛의 초고강도 펄스를 생성하기 위해 사용된다. 이러한 펄스는 충격의 압착 효과가 펠릿 내 원자융합을 유도할 것으로 기대하면서 모든 방향에서 동시에 삼중수소-중수소 펠릿에 영향을 미치도록 배열된다. '내부 구속 핵융합'으로 알려진 이 기법은 지금까지 '침입'을 이루지 못했는데, 즉, 지금까지 이 핵융합 반응이 레이저를 작동시키는 데 사용되는 것보다 적은 전력을 발생시키지만 연구는 계속되고 있다.

현미경 검사

콘포칼 레이저 스캐닝 현미경과 투포톤 호기현미경은 레이저를 이용해 다양한 깊이의 두꺼운 표본의 흐릿한 이미지를 얻을 수 있다. 레이저 캡처 미세분해는 레이저를 사용하여 현미경 시각화 하의 조직 섹션에서 특정 세포 집단을 조달한다.

추가적인 레이저 현미경 검사 기법에는 조화 현미경 검사, 4파 혼합[5] 현미경 검사, 계간 현미경 검사가 있다.[6]

군대

군사용 레이저 사용은 표적 지정 및 범위 지정, 방어 대책, 통신 및 유도 에너지 무기 등의 응용을 포함한다.

직접 에너지 무기로서

주요기사 : 레이저 무기

레이저 무기는 레이저를 기반으로 하는 방향 에너지 무기다.

방어 대책

방어 대책 적용 범위는 소형 저전력 적외선 대응부터 고출력 공중 레이저 시스템까지 다양하다. IR 대응 시스템은 레이저를 사용하여 적외선 호밍 미사일의 탐색기 헤드를 혼동한다.

방향 감각 상실

주요기사 : 레이저 눈부심기

어떤 무기는 단순히 사람의 정신을 혼란스럽게 하기 위해 레이저를 사용한다. 그러한 무기 중 하나는 탈레스 그린 레이저 광학 워너다.[7]

안내

주요기사 : 레이저안내

레이저 유도(Laser guidance)는 레이저 빔을 이용하여 미사일이나 다른 발사체 또는 차량을 목표물로 유도하는 기법이다.

대상 지정자

주요기사 : 레이저 지정기
대상 지정자

레이저를 군사적으로 사용하는 또 다른 방법은 레이저 표적 지정기이다. 이것은 정밀 유도 탄약의 표적을 나타내기 위해 사용되는 저출력 레이저 포인터로, 일반적으로 항공기에서 발사된다. 유도탄은 목표물에 반사된 레이저 광선에 맞춰 집으로 향하는 비행 경로를 조정해 조준에 탁월한 정밀도가 가능하다. 레이저 표적 지정기의 빔은 유도 탄약에 설정된 것과 일치하는 펄스 속도로 설정하여 탄약이 지정된 표적에 도달하고 해당 지역에서 사용 중일 수 있는 다른 레이저 빔을 따르지 않도록 한다. 레이저 지정자는 항공기나 인근 보병에 의해 목표물에 비칠 수 있다. 이 목적에 사용되는 레이저는 대개 적외선 레이저여서 적군은 유도 레이저 광선을 쉽게 탐지할 수 없다.

화기

레이저 시력

주요기사 : 레이저 조준(화기)
이스라엘 방위군이 특공대 훈련 중 사용한 레이저 조준
트리거 가드에 장착된 레이저 조준기가 장착된 스미스 앤 웨슨 리볼버.

레이저는 대부분의 화기 어플리케이션에서 다른 무기 시스템의 표적을 향상시키기 위한 도구로 사용되었다. 예를 들어 레이저 시력은 권총이나 소총에 올려놓고 배럴과 평행하게 빔을 발산하도록 정렬된 작고 보통 가시광선 레이저를 말한다. 레이저 빔의 분산이 낮기 때문에 레이저 광선은 먼 거리에서도 작은 점으로 나타난다; 사용자는 원하는 표적에 그 지점을 배치하고 포의 배럴을 정렬한다(그러나 반드시 총알 낙하, 풍력, 빔 방향과 배럴 축 사이의 거리, b 동안 표적 이동성은 허용하지 않는다).척추가 움직이다

대부분의 레이저 광경은 빨간색 레이저 다이오드를 사용한다. 다른 사람들은 적외선 다이오드를 사용하여 육안으로는 보이지 않지만 야간 시력 장치로 감지할 수 있는 점을 만들어 낸다. 화기 적응 대상 획득 모듈 LLM01 레이저 광 모듈은 가시광선 및 적외선 레이저 다이오드를 결합한다. 1990년대 후반 그린 다이오드 펌프 고체 레이저(DPSS) 레이저 조준(532nm)이 가능해졌다.

눈표적 레이저

비살상 레이저 무기는 적의 무기 발사 능력을 일시적으로 손상시키거나 다른 방법으로 적군을 위협하기 위해 미 공군에 의해 개발되었다. 이 유닛은 무해한 저전력 레이저 빛으로 상대를 비추고, 눈부시거나 피사체의 방향을 흐트러뜨리거나 피사체를 도망치게 하는 효과를 가져올 수 있다. 현재 몇 가지 종류의 눈부심을 사용할 수 있으며, 일부는 전투에 사용되었다.

레이저를 블라인드에 사용할 수 있는 가능성은 남아 있는데, 이는 상대적으로 낮은 전력 수준을 필요로 하고 휴대용 장치에서도 쉽게 달성할 수 있기 때문이다. 그러나 대부분의 국가는 고의적으로 적을 영구적으로 장님화 하는 것을 전쟁규칙에 의해 금지된 것으로 간주한다(블라인딩 레이저 무기 프로토콜 참조). 중국의 ZM-87과 같은 몇몇 국가가 맹목적인 레이저 무기를 개발했지만, 이 중 어느 것도 프로토타입 단계를 통과하지 못한 것으로 추정된다.

군사용 애플리케이션과 교차하는 애플리케이션 외에도, 레이저의 널리 알려진 법 집행 기관은 차량 속도를 측정하기 위한 리다르를 위한 것이다.

홀로그램 무기 조준경

홀로그램 무기시경은 레이저 다이오드를 이용해 시력의 평평한 유리 광학창에 내장된 망막의 홀로그램을 비춘다. 사용자는 광학 창문을 통해 시야에서 멀리 떨어진 곳에 십자형 머리 모양 이미지가 겹쳐져 있는 것을 본다.[8]

메디컬

참고 항목: 레이저 의학

산업 및 상업

레이저로 뮤지컬 공연 중 시각 효과에 이용된다. (레이저 조명 쇼)
레이저 장치를 이용한 세라믹 타일 바닥 평준화

산업용 레이저 어플리케이션은 레이저의 힘에 따라 재료 가공과 마이크로 재료 가공의 두 가지 범주로 나눌 수 있다.

소재 가공에서는 평균 광학전력이 1킬로와트 이상인 레이저가 주로 산업용 소재 가공 애플리케이션에 사용된다. 이 전력 임계치 너머에는 광학 관련 열 문제가 있어 이러한 레이저를 저전력 레이저와 분리한다.[9] 50-300W 범위의 레이저 시스템은 주로 펌핑, 플라스틱 용접 및 납땜 용도로 사용된다. 300W 이상의 레이저는 브레이징, 박금속 용접, 판금절삭 용도에 사용된다. (빔 매개변수 제품에 의해 측정된) 필요한 밝기는 브레이징 및 얇은 금속 용접에 비해 절삭 용도에 더 높다.[10] 경화, 외피, 심층 관통 용접과 같은 고출력 애플리케이션은 광학전력을 여러 kW 필요로 하며, 광범위한 산업 공정에서 사용된다.

마이크로 재료 가공은 1킬로와트 이하의 레이저 재료 가공 애플리케이션을 모두 포함하는 범주다.[11] 마이크로 머티리얼 프로세싱에서 레이저를 사용하는 것은 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, LED TV용 스크린의 개발과 제조에 광범위한 응용을 발견했다.[12]

산업용 및 상업용 레이저 애플리케이션의 세부 목록에는 다음이 포함된다.

오락 및 레크리에이션

측량 및 범위 지정

주요 기사: 레이저 레인지파인더, 레이저 레벨, 레이저 알티미터, 위성 레이저 레인지

이미지들

  • 다양한 색상의 레이저 모델

  • Q라인 레이저

  • 레이저는 2005년 클래식 스펙터클 콘서트에 사용되었다.

  • 시험 대상의 표면은 수십 킬로와트의 원적외선을 방출하는 고출력 연속파 이산화탄소 레이저에 의해 조사 시 즉시 기화되며 불꽃으로 폭발한다. 작업자가 원적외선에서는 불투명한 플렉시글라스 시트 뒤에 서 있다는 점에 유의하십시오.

참고 항목

참조

  1. ^ Wills, Stewart. "Cassini's Earthbound Partners". Optics and Photonics News. The Optical Society. Archived from the original on 7 July 2018. Retrieved 7 July 2018.
  2. ^ W. 뎀트뢰더, 레이저 분광기, 3차 에드 (스프링어, 2009년)
  3. ^ "California scientists able to control the weather using lasers - www.express.co.uk". Archived from the original on 2018-10-23. Retrieved 2018-10-23.
  4. ^ "The man who wants to control the weather with lasers - www.cnn.com". Archived from the original on 2018-10-23. Retrieved 2018-10-23.
  5. ^ Duarte FJ, ed. (2009). "Chapter 9". Tunable Laser Applications (2nd ed.). Boca Raton: CRC Press.
  6. ^ Duarte FJ (2016). "Tunable Laser Microscopy". In Duarte FJ (ed.). Tunable Laser Applications (3rd ed.). Boca Raton: CRC Press. pp. 315–328. ISBN 9781482261066.
  7. ^ "Thales GLOW". Thalesgroup.com. Archived from the original on 2012-03-23. Retrieved 2011-09-25.
  8. ^ "Red Dot Sights / Reflex Sights & Holosights Explained". ultimak.com. Archived from the original on 2012-12-27. Retrieved 2013-07-27.
  9. ^ "The Worldwide Market for Lasers - Market Review and Forecast 2012". Strategies Unlimited. 5th Edition: 56–85. January 2012.
  10. ^ Sparkes, M.; Gross, M.; Celotto, S.; Zhang, T.; O'Neil, W (2008). "Practical and theoretical investigations into inert gas cutting of 304 stainless steel using a high brightness fiber laser". Journal of Laser Applications (1042-346X): 59–67.
  11. ^ "The Worldwide Market for Lasers - Market Review and Forecast 2012". Strategies Unlimited. 5th Edition: 86–110. January 2012.
  12. ^ "OLED technology explained". OLED Info. OLED-info.com. Archived from the original on 15 October 2012. Retrieved 17 October 2012.
  13. ^ "Cinetyp Hollywood - film subtitles, video subtitles, DVD subtitles, film overlay, video, film, overlay, foreign subtitles, closed captioning, open captioning, spotting lists". Cinetyp.com. Archived from the original on 2009-02-28. Retrieved 2009-10-11.
  14. ^ "SM Cinema Adds Five More Christie 6P Laser Projectors". www.christiedigital.com. Archived from the original on 2017-10-18. Retrieved 2016-11-16.

외부 링크