향팔님의 대화: 오늘 옆방에서 읽은 책 속 레이저에 관한 대목에서 ‘들뜬 상태’라는 용어를 배웠는데, 수집해주신 문장에서도 나오네요. 설명하는 대상은 다르지만 원리가 서로 통하는 부분이 있는 것 같아요.
(표 작성: 제미나이)
“ 전자가 낮은 에너지층에 있을 때 '바닥 상태'라고 하고, 이 전자가 모종의 이유로 위층으로 올라가면 '들뜬 상태'라고 한다. 아인슈타인은 1917년 자신의 논문에서 유도 방출 현상을 처음으로 언급하며 원자가 외부에서 들어오는 빛과 상호작용하는 세 가지 방식을 설명했다.
첫 번째 방식은 '흡수'다. 빛에너지를 받은 바닥 상태의 전자가 더 높은 에너지층으로 이동하며 들뜬 상태로 변하는 경우다. 두 번째 방식은 '방출 혹은 자발적 방출'이다. 위층으로 올라간 들뜬 상태의 전자가 일정 시간이 지나면 자발적으로 빛에너지를 내보내며 다시 바닥 상태로 변하는 경우다. 이 두 가지 방식은 물질의 색이나 투명한 정도를 결정하는 중요한 과정이기도 하다. 그러나 레이저에서 가장 중요한 과정은 세 번째 방식인 '유도 방출'이다.
[…] 일반적인 방출과 달리 유도 방출에서는 '빛이 빛을 낳는' 과정이 일어난다. 외부에서 들어온 빛을 그대로 돌려주는 단순한 흡수·방출과는 다르게 유도 방출에서는 시간이 지나며 빛의 양이 증폭된다. 그 덕분에 단일 파장을 가진 강한 빛을 낼 수 있다. 이때 유도 방출을 더 효과적으로 발생시키려면 빛이 다른 곳으로 도망가지 않고 전자를 자극해야 한다. 그래서 보통 레이저를 사용하는 도구에는 앞뒤로 거울이 달려 있는데, 이 거울 사이에 유도 방출을 발생시키기 위한 물질들이 들어 있다. 빛은 두 개의 거울 사이를 왔다 갔다 하며 유도 방출 방식에 따라 양이 증폭되다가 일정 세기 이상으로 강해지면 방출된다. 우리는 레이저를 쓸 때 이 빛을 활용하는 것이다. ”
『모든 계절의 물리학 - 보이지 않는 세상을 보는 유쾌한 과학의 세계』 117-119쪽, 김기덕 지음

모든 계절의 물리학 - 보이지 않는 세상을 보는 유쾌한 과학의 세계물리학을 사랑한 나머지 진짜 물리학자가 된 저자가, 평범한 일상에 숨은 경이로운 물리학의 세계를 파헤쳐 소개하는 책이다. 단지 흥미로운 과학 이야기들을 나열하는 것이 아니라 봄, 여름, 가을, 겨울 등 사계절을 둘러싼 익숙한 장면들이 ‘물리학’이라는 언어로 새롭게 탄생하는 경험을 제공한다.
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