2-4. 레이저란 무엇인가

보통 빛과는 차원이 다른 빛

손전등을 켜서 벽에 비추면, 빛은 넓게 퍼져서 벽을 환하게 비춘다. 그런데 레이저 포인터를 켜서 벽에 비추면, 수십 미터 떨어진 벽에도 작고 선명한 점 하나가 찍힌다. 같은 "빛"인데, 왜 이렇게 다를까?

차이는 더 놀랍다.

• 손전등 빛을 달까지 쏘면? 달 표면에 도달할 때쯤 빛은 수천 킬로미터로 퍼져서, 사실상 아무것도 비추지 못한다.
• 레이저를 달까지 쏘면? 1969년 아폴로 11호 우주비행사들이 달 표면에 설치한 반사경에 지구에서 레이저를 쏘아 반사시키는 실험이 지금도 진행되고 있다. 38만 킬로미터를 왕복한 뒤에도 레이저는 감지할 수 있을 만큼 모여 있다. 이 실험으로 지구-달 거리를 밀리미터 정밀도로 측정할 수 있다!

또 하나. 레이저는 금속을 자르고, 눈의 시력을 교정하고, 광섬유를 통해 전 세계의 인터넷 데이터를 실어 나르며, 바코드를 읽고, 홀로그램을 만든다. 20세기 물리학이 인류에게 선사한 가장 실용적인 발명 중 하나라고 해도 과언이 아니다.

레이저의 비밀은 무엇일까? 보통 빛과 무엇이 근본적으로 다른가?

앞 절에서 우리는 빛의 파동적 성질 — 반사, 굴절, 회절, 간섭 — 을 배웠다. 특히 간섭이 일어나려면 파동들이 "발을 맞추어야"(위상이 일정해야) 한다는 것을 보았다. 레이저는 바로 이 조건을 극한까지 만족시키는 빛이다. 이번 절에서는 레이저가 어떤 원리로 만들어지는지, 왜 그토록 특별한 성질을 가지는지, 그리고 우리 일상에서 어떻게 활용되는지를 알아본다.