베셀 빔 (Bessel Beam)
한 줄 정의: 단면 세기가 베셀 함수 모양이며, 일정 거리 동안 중심 빛줄기가 거의 퍼지지 않고 유지되는 빔입니다.
쉽게 풀면
보통 레이저 빔은 초점을 좁게 모을수록 금방 다시 퍼집니다. 베셀 빔은 원추형 렌즈(액시콘)로 빛을 원뿔 모양으로 겹치게 만들어, 가느다란 중심 줄기가 긴 거리에 걸쳐 유지되게 합니다. 중간에 작은 장애물이 있어도 뒤에서 다시 모양을 회복하는 '자기 치유' 성질도 있습니다.
왜 중요한가
긴 초점 깊이가 필요한 광시트 현미경, 레이저 미세가공, 광학 집게, 광통신 연구에서 활용됩니다. 가우시안 빔의 초점 깊이와 해상도 사이 트레이드오프를 완화하는 대안으로 자주 비교됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"액시콘으로 생성한 베셀 빔을 이용해 유리 내부에 종횡비 100 이상의 미세 채널을 단일 펄스로 가공하였다."
퍼지지 않는 긴 빛줄기를 이용해 깊고 가는 구멍을 한 번에 뚫었다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
이상적인 베셀 빔은 무한한 에너지가 필요해 실제로 만들 수 없고, 실험에서는 유한한 구경 때문에 일정 거리에서만 무회절 성질을 보이는 준-베셀 빔을 씁니다. 에너지가 바깥 고리들에 나뉘어 있어 중심 줄기의 에너지 비율이 낮고, 옆 고리가 배경 신호를 만드는 단점이 있습니다. 고차 베셀 빔은 궤도각운동량을 가진 도넛 모양 세기를 보입니다.
주의할 점
'무회절'은 유한 거리에서의 근사라는 점을 과장하지 않아야 합니다. 가우시안 빔 전파 항목이 일반적인 레이저 빔의 퍼짐을 다룬다면, 베셀 빔은 그 퍼짐을 원뿔형 간섭으로 억제한 특수 빔입니다.