이산화탄소 레이저 (Carbon Dioxide Laser)
한 줄 정의: 이산화탄소 분자의 진동 에너지 준위 전이를 이용해 주로 10.6 μm 중적외선을 내는 기체 레이저입니다.
쉽게 풀면
이산화탄소 레이저는 CO₂, 질소, 헬륨을 섞은 기체에 방전을 걸어 빛을 냅니다. 나오는 빛은 눈에 보이지 않는 중적외선이며, 출력이 크고 효율이 비교적 높아 두꺼운 재료도 자르거나 녹일 수 있습니다. 공장의 레이저 절단기와 피부과 레이저로 친숙합니다.
왜 중요한가
금속·비금속 절단과 용접, 표면 처리, 의료 수술과 피부 치료, 가스 분석, 극자외선 리소그래피 광원 연구 등에서 폭넓게 쓰입니다. 파장이 길어 유리·물·생체조직에 잘 흡수된다는 특성이 응용 논문에서 자주 언급됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"CO₂ 레이저 조사 후 유리 표면의 잔류응력 분포를 편광 측정으로 분석하였다."
적외선 레이저가 유리에 잘 흡수되어 열을 남기므로, 그로 인한 응력 변화를 평가했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
질소 분자가 방전으로 들뜬 뒤 에너지를 CO₂의 비대칭 신축 진동 준위로 넘겨주어 반전분포를 돕고, 헬륨은 아래 준위를 빠르게 비우고 열을 식히는 역할을 합니다. 진동-회전 전이 가운데 10.6 μm와 9.6 μm 대역이 대표적입니다. 이 파장은 일반 유리를 통과하지 못하므로 ZnSe 같은 적외선 광학재료를 씁니다.
주의할 점
10.6 μm는 눈의 각막에서 흡수되어 가시광 레이저와 위험 양상이 다르지만 보안경이 필요하다는 점은 같습니다. 엑시머 레이저 항목이 자외선 기체 레이저를 다룬다면, 이 항목은 중적외선 분자 기체 레이저입니다.