shopkeeper/korean_wiki_content_only_120125 huggingface dataset:
박막 스핀 코팅의 한 가지 장점은 필름 두께의 균일성이다. 자체 평준화 덕분에 두께가 1% 이상 변하지 않는다. 이러한 방식으로 생산된 필름의 두께는 이러한 재료의 광학 특성에도 영향을 미칠 수 있다. 이는 전기화학적 테스트, 특히 자외선 가시광선 분광법에서 흡광도 측정을 기록할 때 중요한데, 두꺼운 필름은 광학 투과율이 낮고 일반적으로 얇은 필름이 광학 밀도가 너무 낮아지기 전에 빛이 통과하는 것을 허용하는 것에 비해 빛이 통과하지 못하게 하기 때문이다. 또한, 흡광 품질이 낮은 필름은 전기화학 전지에서 양이온의 전기화학적 튜닝을 방해하므로 순환 전압전류법과 같은 공정에 이상적인 후보가 아니다. 이 점에서 얇은 필름은 스핀 코팅으로 영향을 받은 특성으로 인해 에너지 저장 기술에 맞게 튜닝될 수 있는 더 바람직한 광학 특성을 갖는다. 그러나 중합체와 포토레지스트의 두꺼운 필름을 스핀 코팅하면 평탄화에 물리적 한계가 있는 비교적 큰 가장자리 비드가 발생할 수 있다.
릴투릴 오디오 테이프 레코딩(reel-to-reel audio tape recording) 또는 오픈릴 레코딩(open-reel recording) 릴 사이에 녹음 테이프가 감겨 있는 자기 테이프 오디오 녹음 방식이다. 사용 준비를 위해 테이프가 담긴 공급 릴(또는 공급 스풀)을 스핀들 또는 허브에 놓는다. 테이프의 끝은 릴에서 수동으로 당겨져 기계적 가이드를 통과하고 테이프 헤드 어셈블리 위로 이동한 다음 마찰로 인해 두 번째, 처음에는 비어 있는 테이크업 릴의 허브에 부착된다. 릴투릴 시스템은 폭의 테이프를 사용하며, 일반적으로 의 속도로 움직인다.
릴투릴은 폭의 테이프가 의 속도로 움직이는 콤팩트 카세트의 개발에 선행했다. 더 많은 테이프에 동일한 오디오 신호를 기록함으로써 릴투릴 시스템은 훨씬 더 큰 테이프를 사용하는 대신 훨씬 더 높은 충실도를 제공한다. 상대적인 불편함과 일반적으로 더 비싼 미디어에도 불구하고, 1940년대 초에 개발된 릴투릴 시스템은 1980년대까지 오디오파일 환경에서 인기를 유지했으며, 21세기에는 전문적인 틈새시장을 다시 개척했다.
스튜더, 스텔라복스, 태스캠, 데논은 1990년대까지 릴투릴 테이프 레코더를 생산했지만, 현재 Mechlabor만이 아날로그 릴투릴 레코더를 계속 제조하고 있다. 현재 자기 기록 테이프를 제조하는 회사는 펜실베이니아주 요크의 ATR Services와 프랑스 아브랑슈의 Recording the Masters 두 곳이다.
릴투릴 테이프는 메인프레임의 데이터 저장용 초기 테이프 드라이브와 비디오 테이프 레코더에 사용되었다. 자기 테이프는 1950년대 초 수소폭탄 실험을 시작으로 분석기기에서 데이터 신호를 기록하는 데에도 사용되었다.
릴투릴 형식은 최초의 자기 녹음 시스템인 와이어 기록과 그 이후 초기 테이프 레코더에 사용되었다. 여기에는 강철 테이프를 사용한 선구적인 독일-영국 블라트너폰 (1928) 기계와 1930년대 독일의 마그네토폰 기계가 포함된다. 원래 이 형식은 모든 형태의 자기 테이프 레코더가 사용했기 때문에 이름이 없었다. 이 이름은 1954년 라디오 방송국 광고 및 스팟 광고용으로 개발된 Fidelipac 무한 루프 카트리지, 1958년 가정용으로 개발된 RCA 테이프 카트리지, 그리고 1963년 필립스가 원래는 받아쓰기용으로 개발한 콤팩트 카세트와 같은 여러 종류의 테이프 카트리지 또는 카세트와 구별할 필요가 생기면서 생겨났다.
초기 기계들은 녹음 과정에서 왜곡을 일으켰는데, 독일 엔지니어들은 나치 독일 시대에 테이프에 DC 바이어스 신호를 인가하여 이를 크게 줄였다. 1939년, 한 기계가 다른 겉으로는 동일한 모델들보다 일관되게 더 나은 녹음을 하는 것이 발견되었고, 이를 분해하자 작은 결함이 발견되었다. DC 대신 AC 바이어스 신호를 테이프에 도입하고 있었는데, 이는 고주파 AC 바이어스를 사용하는 새로운 모델에 빠르게 적용되어 오늘날까지 오디오 테이프 녹음의 일부로 남아있다. 품질이 너무나 크게 향상되어 녹음이 대부분의 라디오 송신기의 품질을 능가했으며, 이러한 녹음은 아돌프 히틀러가 다른 도시에 안전하게 떨어져 있는 동안 라이브처럼 보이는 방송을 하는 데 사용되었다.
미국의 오디오 엔지니어 잭 멀린은 제2차 세계 대전 중 미국 육군 통신대의 일원이었다. 그의 부대는 독일 라디오 및 전자 활동을 조사하는 임무를 맡았고, 임무 수행 중 영국 육군 동료가 프랑크푸르트 근처 바트나우하임의 연합 라디오 방송국에서 사용되는 마그네토폰에 대해 언급했다. 그는 마그네토폰 녹음기 두 대와 I.G. 파르벤 녹음 테이프 50 릴을 확보하여 본국으로 보냈다. 다음 2년 동안 그는 이 기계들을 상업적으로 사용하기 위해 개발하는 데 노력했으며, 할리우드 영화 스튜디오들이 영화 사운드트랙 녹음에 자기 테이프를 사용하는 데 관심을 갖도록 하는 것을 목표로 했다.
멀린은 1947년 할리우드의 MGM 스튜디오에서 자신의 녹음기를 시연했고, 이는 빙 크로스비와의 만남으로 이어졌다. 크로스비는 멀린의 녹음기가 자신의 라디오 쇼를 사전 녹음하는 데 잠재력이 있음을 즉시 알아보았다. 크로스비는 멀린이 테이프 레코더의 상업용 생산 모델을 개발할 수 있도록 지역 전자 회사인 암펙스에 5만 달러를 투자했다. 멀린의 테이프 레코더를 사용하고 멀린을 수석 엔지니어로 삼아, 크로스비는 테이프에 상업용 녹음을 마스터한 최초의 미국 공연자가 되었고, 이 매체에 자신의 라디오 프로그램을 정기적으로 사전 녹음한 최초의 인물이 되었다.
Ampex와 Mullin은 그 후 Ampex Corporation의 Ross Snyder가 고속 과학 기기 데이터 레코더를 위해 처음 발명한 시스템을 기반으로 상업용 스테레오 및 멀티트랙 오디오 레코더를 개발했다. 레스 폴은 1948년 Crosby로부터 최초의 Ampex Model 200A 테이프 데크 중 하나를 받았고, 10년 후에는 멀티트랙킹을 위한 최초의 Ampex 8트랙 Sel Sync 기계 중 하나를 주문했다. 당시 레이 돌비를 포함한 Ampex 엔지니어들은 1950년대 초에 Crosby의 TV 쇼를 사전 녹화하기 위해 최초의 실용적인 비디오 테이프 레코더를 개발했다.
저렴한 릴투릴 테이프 레코더는 가정과 학교에서 음성 녹음용으로 널리 사용되었으며, 비즈니스 받아쓰기용으로 특별히 제작된 전용 모델도 있었다. 1963년 필립스 콤팩트 카세트가 출시되면서 점차 카세트가 소비자용 릴투릴 레코더를 대체하게 되었다. 그러나 카세트에서 사용되는 좁은 트랙과 느린 녹음 속도는 충실도를 저하시켰고, 이에 Ampex는 1950년대 중반부터 1970년대 중반까지 대중음악 및 클래식 음악 소비자를 위한 사전 녹음된 릴투릴 테이프를 생산했으며, 컬럼비아 하우스도 1960년부터 1984년까지 이를 생산했다.
빙 크로스비의 선례를 따라, 대형 릴투릴 테이프 레코더는 1980년대 후반 디지털 오디오 녹음 기술이 다른 유형의 미디어(예: 디지털 오디오 테이프(DAT) 카세트 및 하드 디스크) 사용을 허용하기 시작할 때까지 오디오파일과 전문 녹음 스튜디오에서 사용되는 주요 녹음 형식으로 빠르게 자리 잡았다.
오늘날에도 모든 장르의 일부 아티스트들은 아날로그 테이프가 디지털 프로세스보다 더 음악적이고 자연스럽게 들린다고 주장하며, 그 부정확성에도 불구하고 선호한다. 고조파 왜곡으로 인해 저음이 두꺼워져 더 풍부한 사운드의 믹스를 만들 수 있다. 고음 주파수는 약간 압축될 수 있다. 테이프 새츄레이션은 많은 아티스트들이 만족스러워하는 독특한 형태의 왜곡이다. 현대 기술로 이러한 형태의 왜곡을 디지털로 시뮬레이션할 수 있지만, 일부 아티스트들은 디지털 장비에 직접 녹음한 다음 트랙을 아날로그 릴 테이프로 다시 녹음하거나 그 반대로 하는 것이 드물지 않다.
스튜디오에서 테이프의 큰 실용적인 이점은 두 가지였다: 축음기 음반의 30분 시간 제한 없이 공연을 녹음할 수 있었고, 녹음된 공연을 동일한 미디어 조각에 여러 번 편집하거나 지우고 다시 녹음할 수 있었으며, 이는 아무런 낭비도 없었다. 처음으로 오디오를 물리적 실체로 조작할 수 있게 되었고, 모든 녹음 세션에 고도로 훈련된 디스크 커팅 엔지니어가 있어야 하는 요구 사항을 제거함으로써 녹음 과정이 크게 경제화되었다. 테이프 기계가 설치되고 보정되면, 사용되는 테이프를 감거나 교체하는 것 외에는 어떤 부수적인 엔지니어링도 필요 없었다. 일상적인 유지 보수는 헤드와 가이드를 청소하고 가끔 탈자기하는 것으로 구성되었다.
테이프 편집은 테이프를 필요한 지점에서 자르고 접착 테이프나 때로는 접착제를 사용하여 다른 테이프 섹션에 다시 붙이는 방식으로 간단하게 수행되며, 이를 스플라이스(splice)라고 한다. 스플라이싱에 사용되는 접착 테이프는 테이프의 움직임을 방해하지 않도록 매우 얇아야 하며, 접착제는 테이프나 데크에 끈적한 잔여물을 남기지 않도록 신중하게 제조된다. 맞대기 스플라이스(테이프 진행 방향에 정확히 90도로 절단)는 한 소리에서 다른 소리로 빠르게 편집할 때 사용되지만, 바람직하게는 테이프를 가로질러 훨씬 더 낮은 각도로 스플라이스하여 절단으로 인해 발생하는 모든 전환 노이즈가 몇 밀리초 동안 퍼지도록 한다. 낮은 각도의 스플라이스는 또한 테이프가 기계를 더 부드럽게 통과하고 느슨한 먼지나 잔해물을 테이프 경로의 측면으로 밀어내어 스플라이스 이음새에 쌓이는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 테이프를 비스듬히 자르는 부작용은 스테레오 테이프의 경우 한 채널에서 다른 채널보다 한 순간 먼저 편집이 발생한다는 것이다. 길게 비스듬히 자른 스플라이스는 한 소리에서 다음 소리로 인지 가능한 디졸브를 만드는 데 사용될 수도 있다. 주기적인 세그먼트는 리듬 또는 맥박 효과를 유도할 수 있다. 릴을 사용하여 테이프를 공급하고 수집함으로써 편집자들은 테이프를 헤드를 가로질러 앞뒤로 수동으로 움직여 편집하려는 정확한 지점을 쉽게 찾을 수 있다. 스플라이스할 테이프는 헤드 근처 데크에 부착된 스플라이싱 블록에 고정되어 편집이 이루어지는 동안 테이프를 정확하게 고정한다. Editall은 CBS의 테이프 편집자인 Joe Tall의 이름을 따서 명명된 오랫동안 생산된 스플라이싱 블록이었다.
테이프 녹음의 성능은 트랙 폭과 테이프 속도에 크게 영향을 받는다. 넓고 빠를수록 좋지만, 당연히 더 많은 테이프를 사용한다. 이러한 요인들은 주파수 응답, 신호 대 잡음비(SNR 또는 S/N), 고주파 디스토션 수치 개선으로 직접 이어진다. 테이프는 여러 개의 병렬 트랙을 수용할 수 있어 스테레오 녹음뿐만 아니라 멀티트랙 녹음도 가능하다. 이는 최종 편집 프로듀서에게 훨씬 더 큰 유연성을 제공하여, 공연이 원래 녹음된 지 오랜 시간이 지난 후에도 리믹스할 수 있도록 한다. 이 혁신은 1950년대 후반과 1960년대 대중음악 폭발의 큰 원동력이었다.
위상, 플랜징, 딜레이, 에코와 같은 특수 효과가 하나 이상의 추가 테이프 기계를 통해 신호를 재전송하고 복합 결과를 다른 기계에 녹음함으로써 가능하다는 것이 발견되었다. 이러한 혁신은 멀티트랙 레코더가 도입된 직후 팝 녹음에 나타났지만, 레스 폴은 1940년대와 50년대부터 자신의 싱글 트랙 녹음에 테이프 에코와 속도 조작 효과를 사용해 왔다.
가정용으로는 더 간단한 릴투릴 레코더가 있었고, 상호 운용성과 사전 녹음된 음악을 허용하기 위해 여러 트랙 형식과 테이프 속도가 표준화되었다.
테이프 편집은 1980년대에 많은 사람들이 히트 싱글에 이 기술을 사용하면서 컬트적인 지위를 얻기도 했다.
옛 소련에서는 1991년 공산주의가 붕괴될 때까지 릴투릴 테이프 레코더가 가정에서 널리 사용되었다. 서양 음악과 언더그라운드 현지 아티스트의 배포를 위한 유일한 고품질 음원이었기 때문이다.
최근 릴투릴이 부활하여 꽤 많은 회사들이 빈티지 기기를 복원하고 일부는 새로운 테이프를 제조하고 있다. 2018년에는 20여 년 만에 처음으로 새로운 릴투릴 테이프 플레이어가 출시되었다.
사전 녹음된 테이프.
최초의 사전 녹음된 릴투릴 테이프는 1949년 미국에서 소개되었다. 카탈로그에는 인기 있는 아티스트가 없는 10개 미만의 타이틀이 포함되어 있었다. 1952년 EMI는 영국에서 사전 녹음된 테이프를 판매하기 시작했다. 이 테이프들은 양면 모노(2트랙)였고, 개조된 EMI BTR2 레코더로 실시간 복사되었다. RCA 레코드는 1954년에 릴투릴 사업에 참여했다. 1955년 EMI는 2트랙 스테레오소닉 테이프를 출시했지만, 카탈로그 발행은 더 오래 걸렸다. 이 EMI 테이프들은 LP 레코드보다 훨씬 비쌌기 때문에 판매는 부진했지만, EMI는 300개 이상의 스테레오소닉 타이틀을 출시했다. 그 후 그들은 두 개의 LP 앨범에 해당하는 내용이 담긴 트윈 팩을 출시했지만, 속도로 재생되었다.
사전 녹음된 릴투릴 테이프의 전성기는 1960년대 중반이었지만, 덜 복잡한 콤팩트 카세트와 8트랙 테이프가 도입된 후, 우수한 음질에도 불구하고 사전 녹음된 릴투릴 테이프 앨범의 수는 급격히 감소했다. 1960년대 후반에는 소매 가격이 경쟁 형식보다 상당히 높았고, 음악 장르는 오픈릴 테이프의 번거로운 감기에 기꺼이 대처할 만한 부유한 오디오파일에게 가장 매력적일 것으로 예상되는 장르로 제한되었다. 돌비 노이즈 감소 시스템의 도입으로 카세트와 릴투릴 사이의 성능 격차가 줄어들었고, 1976년까지 사전 녹음된 릴투릴 제품은 음반 매장과 오디오 장비 매장에서 거의 완전히 사라졌다. 1978년 컬럼비아 하우스 광고는 신곡의 3분의 1만이 릴투릴로 제공된다는 것을 보여주었으며, 이들은 1984년까지 이 형식으로 엄선된 신곡을 계속 제공했다.
1980년대에는 판매량이 매우 적고 전문화되었다. 오디오파일 릴 테이프는 1977년부터 1986년 사이에 Barclay-Crocker의 라이선스로 제작되었다. 라이선서로는 필립스 레코드, 도이체 그라모폰, 아르고 레코드, 뱅가드 레코드, 뮤지컬 헤리티지 소사이어티, 로와조 리르 등이 있었다. Barclay-Crocker 테이프는 모두 돌비로 인코딩되었으며 일부 타이틀은 dbx 형식으로도 제공되었다. 카탈로그의 대부분은 클래식 녹음으로 구성되었으며, 일부 재즈 및 영화 사운드트랙 앨범도 포함되었다. Barclay-Crocker 테이프는 재생 속도의 4배로 개조된 Ampex 440 기계로 복사되었지만, 대중적인 릴 테이프는 재생 속도의 16배로 복사되었다.
릴투릴 테이프 녹음은 전자기, 전자 오디오 회로 및 전기 기계 구동 시스템으로 이루어진다.
전자기 녹음 및 재생.
자기 테이프 레코더는 얇은 플라스틱 테이프(또는 원래는 깨지기 쉬운 종이 테이프)에 코팅된 강자성 물질, 일반적으로 산화 철(녹) 입자를 자화시켜 소리를 녹음한다. 테이프 코팅은 전자기 코일이 들어있는 작은 녹음 헤드(일반적으로 설탕 조각 크기)의 표면 위로 테이프를 끌어당겨 자화시킨다.
녹음 모드에서 코일은 전자기가 되어 마이크로폰과 같은 오디오 소스에 연결된 저전력 앰프에서 공급되는 전류에 따라 변하는 자기장을 생성한다. 테이프가 녹음 헤드를 지나가면서 헤드의 자기장은 소리에 따라 변하며, 이는 테이프 위를 지나가는 금속 산화물 입자의 자성을 변화시킨다.
재생 모드에서 녹음 헤드는 재생 헤드가 되어 테이프가 헤드를 가로질러 당겨질 때 테이프 위의 금속 입자의 자성을 감지한다. 헤드의 전자기 코일은 변하는 자성을 전기 신호로 변환하여 스피커나 헤드폰을 구동할 수 있는 다른 증폭 회로로 전송하여 녹음된 소리를 들을 수 있게 한다.
더 정교한 시스템, 특히 전문가용 시스템은 종종 여러 개의 분리되어 있지만 인접한 헤드를 갖추고 있다. 예를 들어 녹음용 헤드 하나, 재생용 헤드 하나, 테이프 지우기(자성 제거)용 헤드 하나를 사용하는 3헤드 시스템이 있다. 일부는 별도의 트랙이나 녹음 및 재생의 반대 방향을 위해 여러 개의 녹음 및 재생 헤드를 가질 수도 있다.
테이프 드라이브.
녹음 헤드를 가로질러 테이프를 구동하는 두 가지 기본 시스템인 스풀 드라이브와 캡스턴 드라이브가 개발되었다.
대부분의 테이프 레코더는 전동 캡스턴, 즉 회전하는 금속 샤프트 또는 스핀들과 더 큰 고무 아이들러 롤러(핀치 휠 또는 핀치 롤러라고 불림) 사이에 테이프를 집어넣고 당겨서 테이프를 움직인다. 이렇게 하면 테이프가 녹음 헤드를 가로지르는 동안 양쪽 릴에 감긴 테이프 양에 관계없이 테이프 속도가 일정하게 유지된다. 동시에, 모터는 테이크업 릴을 회전시켜 테이프가 녹음 헤드를 떠날 때 테이프를 감고 스풀에 감는다.
테이프의 장력을 유지하고 곧게 펴며 기계에 엉키지 않도록 공급 릴에 아주 약간의 저항이 가해진다. 기계식 클러치, 제동기 또는 다른 모터가 이 저항을 제공하는 데 사용되었다. 대부분의 기계에서 재생 후 테이프를 공급 릴로 다시 감는 데 모터가 사용된다.
특히 전문가용으로 제작된 더 정교한 시스템은 여러 개의 모터, 예를 들어 각 릴에 별도의 모터를 사용하고 세 번째 모터는 캡스턴 구동에만 사용하는 3모터 시스템을 갖추고 있다. 이러한 시스템은 간접적인 연결로 인한 테이프 속도의 기계적 변동을 최소화하기 위해 모터 샤프트가 캡스턴에 직접 연결될 수 있으며, 이러한 시스템을 직접 구동(direct drive)이라고 한다.
아주 초창기 또는 저렴한 테이프 레코더는 테이프 감는 릴을 회전시키는 것만으로 테이프를 움직였다. 이 단순화된 디자인은 모터 하나만 필요로 한다. 이러한 배열은 가변적인 테이프 속도를 초래한다. 전동 감는 릴에 테이프가 쌓이면 테이프 뭉치의 지름이 점차 증가하여 녹음 헤드를 가로지르는 테이프를 점점 더 빠르게 당기게 된다. 특정 상황에서는 녹음 속도와 다른 속도로 재생될 수 있으며, 특히 테이프가 일반적인 고정 속도 테이프 레코더에서 재생될 경우 왜곡된 소리를 유발할 수 있다.
테이프 속도.
일반적으로 속도가 빠를수록 재생 품질이 향상된다. 높은 테이프 속도는 신호를 더 많은 테이프 영역에 종방향으로 분산시켜 매체에서 들릴 수 있는 드롭아웃 효과를 줄이고, 고주파 응답을 현저히 개선한다. 느린 테이프 속도는 테이프를 절약하며 음질이 중요하지 않은 응용 분야에 유용하다.
초당 인치 또는 in/s 단위는 IPS로도 약칭된다.  in/s와  in/s는 릴투릴 테이프의 상업용 녹음물 소비자 시장 출시에 사용된 속도이다(대부분). in/s는 8트랙 카트리지에도 사용되는 속도이다. in/s는 콤팩트 카세트에도 사용되는 속도이다.
1950년대 초 빙 크로스비 엔터프라이즈, RCA, 영국방송공사의 베라와 같은 회사에서 개발된 일부 초기 선형 비디오 테이프 레코딩 시스템 프로토타입에서는 많은 양의 이미지 정보를 적절하게 캡처하기 위해 테이프 속도가 이상으로 극히 높았다. 높은 선형 테이프 속도의 필요성은 1956년 Ampex가 전문가용 쿼드러플렉스 비디오테이프 시스템을 도입하면서 사라졌다. 이 시스템은 4개의 개별 비디오 헤드가 가장자리에 장착된 수직으로 회전하는 헤드휠(횡단 스캐닝이라는 기술)을 통해 테이프 폭을 가로질러 고속으로 여러 트랙을 기록(및 재생)하여 텔레비전 이미지의 필드를 분할함으로써 선형 테이프 속도를 훨씬 느리게 할 수 있었다. 결국, 횡단 스캐닝은 나중에(그리고 덜 비싼) 헬리컬 스캔 기술로 보완되었는데, 이는 수직이 아닌 거의 수평면에 회전하는 헤드에 의해 테이프 폭을 가로질러 훨씬 낮은 각도로 기록된 헬리컬 기록 트랙당 전체 비디오 필드를 기록할 수 있었다.
품질 측면.
테이프에 녹음된 것이 스튜디오 품질일지라도 테이프 속도는 디지털 녹음을 제한하는 비트레이트와 마찬가지로 제한 요소이다. 아날로그 오디오 테이프의 속도를 줄이면 주파수 응답의 선형성이 균일하게 감소하고, 배경 소음(히스)이 증가하며, 자기 테이프의 결함으로 인해 들릴 수 있는 드롭아웃이 더욱 두드러지고, (가우스) 배경 소음 스펙트럼이 저주파 쪽으로 이동한다.
자기 오디오 테이프에 녹음된 데이터는 순차적으로 접근된다. 한 지점에서 다른 지점으로 건너뛰어 편집하는 것은 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라, 편집은 파괴적이다. 원본의 75-90% 품질을 보존하기 위해 편집 전에 녹음물을 복사하지 않는 한, 일반적으로 복사하는 데 같은 시간이 소요된다.
편집은 면도날로 테이프를 물리적으로 잘라 금속 스플라이싱 블록에 이어 붙이는 방식(영화 필름 편집과 유사)이나, 전자적으로 세그먼트를 편집 테이프에 더빙하는 방식으로 이루어진다. 전자는 녹음의 완전한 품질을 보존하지만 원본은 손상시키고, 후자는 원본 테이프를 완전 복사할 때와 동일한 품질 손실이 발생하지만 원본은 보존된다.
테이프 속도는 녹음 품질에 영향을 미치는 유일한 요소가 아니다. 품질에 영향을 미치는 다른 요소로는 트랙 폭, 산화물 조성, 지지 재료 및 두께가 있다. 레코더의 설계 및 품질 또한 중요한 요소이다. 기계의 속도 안정성(와우앤플러터), 헤드 갭 크기, 헤드 품질, 전반적인 헤드 설계 및 기술, 그리고 기계의 기계적 정렬이 녹음 품질에 영향을 미친다. 테이프 장력 조절은 테이프와 헤드 사이의 접촉에 영향을 미치며 고주파수 녹음 및 재생에 상당한 영향을 미친다. 클리프 효과로 인해 이러한 모든 성능 요소는 디지털 녹음보다 아날로그 녹음에서 품질에 더 직접적으로 매핑된다.
트랙 폭은 SNR을 제어하는 두 가지 주요 기계적 요인 중 하나이며, 다른 하나는 테이프 속도이다. S/N비는 테이프 노이즈의 가우스 특성 때문에 트랙 폭에 직접적으로 비례한다. 트랙 폭을 두 배로 늘리면 SNR도 두 배가 된다. 좋은 전자 장비와 비교 가능한 헤드를 사용하면 8트랙 카트리지는 같은 속도(3 ips)에서 쿼터 트랙 " 테이프의 신호 대 잡음비의 절반을 가져야 한다.
테이프 조성은 자기 신호, 특히 고주파수의 유지, 테이프의 주파수 선형성, SNR 및 최적 AC 바이어스 레벨에 영향을 미친다.
지지체 재료 유형 및 두께는 테이프의 인장 강도와 탄성에 영향을 미치며, 이는 와우앤플러터 및 테이프 늘어짐에 영향을 준다. 늘어난 테이프는 피치 오류가 있을 수 있으며, 이는 변동될 수도 있다. 지지체 재료는 오디오 품질과 관련 없는 품질 측면에도 영향을 준다. 일반적으로 저렴한 테이프에는 아세테이트가 사용되며, 더 비싼 테이프에는 마일라가 사용된다. 아세테이트는 마일라가 견딜 수 있는 조건에서도 늘어날 수 있지만 파손되는 경향이 있다. 산화물 바인더의 품질 또한 중요한데, 오래된 테이프에서는 산화물과 지지체가 분리되는 경우가 흔했기 때문이다.
1980년대에 일부 제조업체는 폴리우레탄과 폴리에스터를 백킹 재료로 혼합한 특정 테이프 제형을 생산했는데, 이는 보관 중 수십 년 동안 습기를 흡수하여 부분적으로 열화되는 경향이 있었다. 이 문제는 보관된 테이프가 개봉되어 재생이 필요할 때, 아마도 10년 또는 그 이내의 기간이 지난 후에야 발견되었다. 이러한 열화는 백킹 재료를 부드럽고 끈적하게 만들어 재생기의 테이프 가이드와 헤드를 빠르게 막았다. 이 현상은 끈적거림 증후군으로 알려져 있으며, 테이프를 저온에서 몇 시간 동안 구워서 건조시키는 것으로 일시적으로 역전될 수 있다. 복원된 테이프는 며칠 또는 몇 주 동안 정상적으로 재생될 수 있지만, 결국 다시 열화된 상태로 돌아간다.
프린트스루, 즉 릴에 감긴 테이프의 인접한 층들이 서로로부터 약한 자기 신호 복사본을 받아들이는 현상. 아날로그 테이프의 프린트스루는 재생 시 의도치 않은 프리 에코와 포스트 에코를 유발하며, 일단 발생하면 일반적으로 제거할 수 없다. 전문적인 하프 트랙 사용에서는 포스트 에코가 프리 에코보다 덜 문제가 된다고 여겨지는데, 에코가 신호 자체에 의해 크게 가려지기 때문이며, 따라서 장기간 보관되는 테이프는 재생 전에 테이프를 공급 스풀로 먼저 되감을 필요가 있는 꼬리 바깥쪽으로 보관된다.
노이즈 감소.
오디오 노이즈 감소 기술은 아날로그 사운드 녹음의 신호 대 잡음비와 동적 범위를 높이기 위해 개발되었다. 돌비 노이즈 감소는 전문가용 및 소비자용 녹음을 위한 일련의 표준(A, B, C, S 및 SR로 지정됨)을 포함한다. 돌비 시스템은 녹음 및 재생 시 주파수 의존적인 압축 및 확장(압신)을 각각 사용한다. 처음에는 돌비가 레코더와 앰프 사이에 설치되는 독립형 상자로 제공되었다. 나중에는 레코더에 돌비가 포함되는 경우가 많았다. DBX는 더 공격적인 압신 기술을 사용하여 동적 범위와 노이즈 레벨을 모두 개선하는 또 다른 노이즈 감소 시스템이다. 그러나 많은 돌비 시스템과 달리 DBX 녹음은 비 DBX 장비에서 재생할 때 만족스러운 소리를 내지 않는다.
1970년대 후반에는 독일 텔레풍켄(Telefunken)에서 만든 High Com NR 시스템도 있었는데, 이는 약 25dB의 다이내믹스 이득을 생성하고 돌비 B를 능가했지만 널리 채택되지는 않았다. High Com은 더 정교한 카세트 데크에 주로 다양한 돌비 시스템과 함께 포함되었다.
돌비 B는 결국 콤팩트 카세트 노이즈 감소를 위한 가장 인기 있는 시스템이 되었고 돌비 SR은 전문 아날로그 테이프 녹음에 널리 사용되었다.
멀티트랙 레코더.
스튜디오 오디오 제작 기술이 발전함에 따라 개별 악기와 사람의 목소리를 따로 녹음하여 나중에 하나, 둘 또는 그 이상의 스피커 채널로 믹싱하는 것이 바람직해졌다. 개별 트랙은 나중에 언제든지 다른 위치에서 녹음할 수 있다.
결국 8트랙, 16트랙, 24트랙, 심지어 32트랙 릴투릴 레코더가 제작되었으며, 여러 헤드가 동기화된 병렬 선형 트랙을 녹음했다. 이 기계 중 일부는 세탁기보다 컸고 너비의 테이프를 사용했다.
더 많은 트랙이 필요한 경우, 1970년대 중반부터는 고급 서보 제어 기계를 사용하여 두 대(또는 그 이상)의 레코더를 동기화하여 단일 대형 레코더처럼 작동하도록 할 수 있었다.
디지털 릴투릴.
전문 오디오가 아날로그 자기 테이프에서 디지털 미디어로 발전함에 따라 엔지니어들은 자기 테이프 기술을 디지털 녹음에 적용하여 디지털 릴투릴 자기 테이프 기계를 생산했다. 대용량 하드 디스크가 하드 디스크 레코더를 실행 가능하게 만들 만큼 경제적이 되기 전에는 스튜디오 디지털 녹음은 디지털 테이프에 녹음하는 것을 의미했다. 미쓰비시 그룹의 ProDigi와 소니그룹의 Digital Audio Stationary Head (DASH)는 1980년대 초부터 1990년대 중반까지 녹음 스튜디오에서 사용된 주요 디지털 릴투릴 형식이었다. Nagra는 영화 사운드 녹음에 사용하기 위해 디지털 릴투릴 테이프 레코더를 도입했다.
Mincom 사업부는 테이프 미디어 라인과 M 시리즈의 멀티트랙 및 2트랙 기기로 가장 잘 알려진 전문가용 아날로그 레코더를 보유하고 있었으며, BBC와의 2년간의 공동 연구를 포함하여 디지털 녹음 시스템 개발에 수년을 보냈다. 그 결과 3M 디지털 오디오 마스터링 시스템이 탄생했는데, 이는 1인치 테이프를 사용하는 32트랙 데크(16비트, 50kHz 오디오)와 1/2인치 마스터링 레코더 4트랙으로 구성되었다. 3M의 32트랙 레코더는 1978년에 115,000달러였다.
디지털 릴투릴 테이프는 배경 잡음(히스), 고주파 롤오프, 와우 앤 플러터, 피치 오류, 비선형성, 프린트 스루, 복사로 인한 품질 저하 등 아날로그 테이프의 모든 전통적인 품질 제한을 없앴지만, 테이프 미디어는 전문가용 아날로그 오픈 릴 테이프보다 훨씬 비쌌고, 테이프의 선형적 특성은 여전히 접근에 제한을 두었으며, 특정 지점을 찾기 위한 감기 시간은 여전히 상당한 단점이었다. 또한, 디지털 테이프의 품질은 테이프 사용에 따라 점진적으로 저하되지는 않았지만, 테이프가 헤드와 가이드를 물리적으로 미끄러지는 것은 테이프가 여전히 마모된다는 것을 의미했고, 결국 그 마모는 디지털 오류와 영구적인 품질 손실로 이어질 수 있었고, 이는 그 시점에 도달하기 전에 테이프를 복사하지 않으면 발생했다.
디지털 테이프 형식에서 사용되는 극히 짧은 파장은 테이프 및 테이프 전송의 청결이 중요한 문제임을 의미했다. 먼지나 이물질은 신호 파장에 비해 충분히 커서 이러한 오염으로 인해 녹음물을 재생할 수 없게 될 수 있었다. 시스템이 작동 불가능했을 고도의 디지털 오류 수정 시스템은 제대로 관리되지 않은 테이프나 레코더에는 여전히 대처하지 못했으며, 이러한 이유로 디지털 릴투릴 레코더 초기에 만들어진 많은 테이프는 이제 쓸모없게 되었다.
수년에 걸쳐 DAT와 같은 카세트 기반 테이프 녹음 형식과 테이프 없는 녹음 기술이 발전하면서 디지털 릴투릴 오디오 녹음은 이제 구식이 되었지만, 많은 애호가들이 여전히 장비를 유지 관리하고 사용하고 있다.
초기 릴투릴 사용자들은 테이프 조각을 이어 붙이고 재생 속도나 녹음 방향을 조절하여 테이프를 조작하는 방법을 배웠다. 현대 키보드가 샘플링 및 다른 속도로 재생을 허용하는 것처럼, 재능 있는 사용자에게 릴투릴 레코더는 유사한 작업을 수행할 수 있었다.
또한, 여러 대의 릴투릴 기계를 함께 사용하여 에코 및 딜레이 효과를 만들 수도 있다. 브라이언 이노와 로버트 프립이 1970년대와 80년대 녹음에서 사용한 프리퍼트로닉스 구성은 이러한 가능성을 보여준다.
릴투릴 테이프 기계는 소리를 포착하고 조작하는 방식을 근본적으로 변화시켰다. 예를 들어, 릴투릴 레코더의 손쉬운 가용성은 테이프 스플라이싱과 루핑에 기반을 둔 1940년대 프랑스 전자 음악 운동인 구체 음악의 토대를 마련하는 데 "가장 중요한 요소 중 하나"였다. 피에르 앙리와 피에르 셰페르와 같은 선구적인 작곡가들은 테이프 콜라주를 사용하여 새로운 사운드 질감을 만들었다. 이러한 기술은 카를하인츠 슈토크하우젠과 같은 전자 음악가들에게 계승되었는데, 그의 작품인 젊은이들의 노래 (1956)와 콘탁테 (1960)는 광범위한 테이프 조작에 기반을 두고 있다. 1960년대에 이르러서는 주류 록 밴드까지 이러한 아이디어를 활용했다: 비틀즈의 "Tomorrow Never Knows" (1966)는 "테이프 루프를 이용한 구체 음악 연습"으로 묘사되었다.
현대 테이프에서 영감을 받은 기술.
릴투릴 기계의 독특한 외관과 사운드는 현대 장비 디자이너들에게 수용되었다. 예를 들어, 스웨덴 디자인 회사 틴에이지 엔지니어링은 TP-7 필드 레코더를 가상 테이프 데크 스타일로 디자인했다. 이 기기의 커다란 전동 휠은 녹음물을 스크러빙하기 위해 회전하는 테이프 릴을 모방한다. 디지털 영역에서는 많은 플러그인이 유명한 테이프 기계를 모델링한다. 유니버설 오디오의 스튜더 A800 24트랙 에뮬레이션은 아날로그 테이프의 특징인 "풍부한 새츄레이션"과 부드러운 압축을 더하고, 웨이브스의 J37은 오래된 스튜더 기계를 에뮬레이션하여(새츄레이션, 와우, 플러터, 테이프 에코 제어 포함) 빈티지 테이프 녹음의 "끈끈한" 따뜻함을 재현한다. 이러한 하드웨어 및 소프트웨어 도구들은 현대 음악 제작에서 릴투릴 미학을 계속 이어나가고 있다.
문화적, 창의적 유산.
테이프의 실제적인 한계와 음향적 특성은 창의적인 촉매가 되었다. 작곡가들은 결정에 충실하고 고정된 길이의 루프(loop)로 작품을 구성하는 법을 배웠다. (스티브 라이히는 예를 들어 에 사용된 약 79피트 길이의 테이프 루프를 만들기 위해 두 대의 기계를 동시에 돌렸다.) 테이프의 내재된 불완전성, 즉 부드러운 압축, 고조파 왜곡, 피할 수 없는 히스 또는 플러터는 종종 바람직한 효과로 받아들여진다. 오디오파일들은 테이프의 "접착력"과 "매력"이 믹스를 더 응집력 있게 만든다고 느끼며, 심지어 테이프 히스조차도 수십 년 동안 녹음 엔지니어들이 혁신하도록 강요한 "창의적 긴장"으로 묘사되어 왔다.
주제네바 대한민국 대사는 대한민국 외교부 산하 주제네바 대한민국 대표부의 수장(대사 겸 상주대표)이다. 공식 명칭은 주제네바유엔및국제기구 대한민국 특명전권대사이다.
이온 레이저(Ion laser)는 이온화된 기체를 레이저 매질로 사용하는 기체 레이저이다.
다른 기체 레이저와 마찬가지로 이온 레이저는 레이저 매질과 파브리-페로 공진기를 형성하는 거울이 들어있는 밀봉된 캐비티를 특징으로 한다. 헬륨-네온 레이저와 달리 레이저 작용에 기여하는 에너지 준위 전이는 이온에서 발생한다. 이온 레이저에 사용되는 이온 전이를 여기시키는 데 필요한 에너지가 많기 때문에 필요한 전류도 훨씬 많으며, 그 결과 가장 작은 이온 레이저를 제외하고는 거의 모든 이온 레이저가 수랭식이다. 작은 공랭식 이온 레이저는 예를 들어 약 10 암페어의 튜브 전류와 105볼트의 전압으로 130 밀리와트의 출력 광을 생성할 수 있다. 1암페어 곱하기 1볼트가 1와트이므로, 이는 약 1킬로와트의 전력 입력이다. 전력 입력에서 (원하는) 130 mW의 광 출력을 빼면 거의 1킬로와트에 달하는 많은 폐열이 남는다. 이 열은 냉각 시스템으로 방출되어야 한다. 즉, 전력 효율이 매우 낮다.
크립톤 레이저.
크립톤 레이저는 비활성 기체인 크립톤의 이온을 활성 레이저 매질로 사용하는 이온 레이저이다. 레이저 펌핑은 방전에 의해 이루어진다. 크립톤 레이저는 과학 연구 및 상업적 용도로 널리 사용되며, 크립톤이 아르곤과 혼합되면 레이저쇼에 유용한 "백색광" 레이저를 생성한다. 크립톤 레이저는 의학 (예: 망막 응고), 보안 홀로그램 제조 및 기타 여러 목적으로도 사용된다.
크립톤 레이저는 일반적으로 406.7 nm, 413.1 nm, 415.4 nm, 468.0 nm, 476.2 nm, 482.5 nm, 520.8 nm, 530.9 nm, 568.2 nm, 647.1 nm, 676.4 nm와 같은 여러 다른 파장 근처에서 가시광선을 방출할 수 있다.
아르곤 레이저.
아르곤 이온 레이저는 1964년 휴즈 항공의 윌리엄 브릿지스에 의해 발명되었으며 비활성 기체를 활성 매질로 사용하는 이온 레이저 계열 중 하나이다.
아르곤 이온 레이저는 망막 광선 요법 (당뇨병 치료용), 석판 인쇄, 다른 레이저의 레이저 펌핑에 사용된다. 아르곤 이온 레이저는 351.1 nm, 363.8 nm, 454.6 nm, 457.9 nm, 465.8 nm, 476.5 nm, 488.0 nm, 496.5 nm, 501.7 nm, 514.5 nm, 528.7 nm 및 1092.3 nm를 포함하여 가시 및 자외선 스펙트럼 전반에 걸쳐 13개의 파장에서 방출한다. 그러나 가장 일반적으로 사용되는 파장은 가시 스펙트럼의 청록색 영역에 있다. 이 파장은 해수가 이 파장 범위에서 상당히 투명하기 때문에 수중 통신에 사용될 가능성이 있다.
일반적인 아르곤 및 크립톤 레이저는 수 밀리와트에서 수십 와트의 연속파(CW) 출력을 방출할 수 있다. 튜브는 일반적으로 니켈 엔드 벨, 코바르 금속-세라믹 밀봉, 산화 베릴륨 세라믹 또는 세라믹 라이너의 구리 방열판에 장착된 텅스텐 디스크로 만들어진다. 초기 튜브는 단순한 석영이었고, 이어서 흑연 디스크가 있는 석영이 사용되었다. 단 몇 밀리암페어의 입력 전류만 필요한 헬륨-네온 레이저와 비교할 때, 아르곤 레이저를 펌핑하는 데 사용되는 전류는 가스가 이온화되어야 하므로 수 암페어에 달한다. 이온 레이저 튜브는 많은 폐열을 발생시키므로 이러한 레이저는 능동 냉각이 필요하다.
일반적인 비활성 기체 이온 레이저 플라즈마는 자기장 내의 비활성 기체에서 고전류 밀도 글로 방전으로 구성된다. 일반적인 연속파 플라즈마 조건은 100~2000 A/cm2의 전류 밀도, 1.0~10 mm의 튜브 직경, 0.1~1.0 토르(0.0019~0.019 psi)의 충전 압력, 약 1000 가우스의 축 방향 자기장이다.
최초의 기체 레이저(헬륨-네온 레이저)의 공동 발명가인 윌리엄 R. 베넷 주니어는 기체 레이저에서 스펙트럼 홀 번잉 효과를 처음으로 관찰했으며, 레이저 발진에서 "홀 번잉" 효과에 대한 이론을 만들었다. 그는 각 비활성 기체에서 전자 충격 여기를 사용하는 레이저, 네온-산소 레이저(최초의 화학 레이저)에서 해리 여기 전달, 여러 금속 증기 레이저에서 충돌 여기를 사용하는 레이저의 공동 발견자였다.
김해용(영어: Kim Hae‑yong)은 대한민국의 외교관이다. 제5대 한‑아세안센터 사무총장(2021년 4월–2024년 4월), 주 미얀마 대사(2011년–2013년), 제16대 주 뉴질랜드 대사(2014년–2017년)를 역임하였다.
서울 출신으로 서울대학교 언어학과 학사와 서울대학교 행정대학원 석사를 마쳤으며, 미국 인디애나대학교에서 동아시아학 석사를 취득하였다. 1983년 제17회 외무고시에 합격해 외무부에 입부했다.
그는 취임 직후 “영광이자 막중한 책임(both honored and humbled)”이라고 밝히고, “지속가능·상호호혜적 미래(sustainable, thriving, and mutually beneficial future)”라는 표현을 사용했다. 뉴질랜드 대사 재임 중에는 “내가 1라운드에서 한국 측을 이끌었다(I led the Korean team in the first round)”고 회고하며 FTA의 실무성과를 강조했다.
2022년 ‘ASEAN Connectivity’ 관련 고위급 논의에서 한‑아세안센터 사무총장 자격으로 발언에 참여했다.
2014년 12월 오클랜드 분관 공지에서 그를 “2009년 한-뉴질랜드 FTA 협상 수석대표(chief negotiator of the Korea-New Zealand FTA negotiations in 2009)”로 소개했다.
2013년 11월 경향신문은 제주 국제관계대사 임명 기사에서 그를 “통상전문가(trade expert)”로 소개했다.
2021년 4월 더 코리아헤럴드는 그가 “제5대 아세안-대한민국센터 사무총장(the fifth secretary-general of the ASEAN-Korea Centre)”에 취임했다고 보도하였다.
2021년 5월 한-아세안센터 뉴스레터는 그의 취임 발언 중 “영광이자 막중한 책임(both honored and humbled)”과 “한-아세안 협력 강화(strengthening ASEAN-Korea partnership)”라는 표현을 인용해 소개했다.
2015년 5월 웰링턴 공관의 FTA 로드쇼 연설록에는 “나는 첫 협상 라운드에서 한국 대표단을 이끌었다(I led the Korean team in the first round)”라는 연설이 수록되어 있다.
물리학, 특히 통계역학에서 밀도 반전(population inversion) 또는 반전 분포는 원자나 분자의 집합과 같은 열역학계가 하위의 비여기 에너지 준위보다 상위의 들뜬 상태에 더 많은 구성원이 존재하는 상태에 있을 때 발생한다. 이는 열평형 상태에 있는 많은 익숙하고 흔히 접하는 물리계에서는 불가능하므로 "반전"이라고 불린다. 이 개념은 표준 레이저의 작동에 밀도 반전 생성이 필수적인 단계이기 때문에 레이저 물리학에서 근본적으로 중요하다.
밀도 반전의 개념을 이해하려면 일부 열역학과 빛이 물질과 상호 작용하는 방식을 이해해야 한다. 이를 위해 활성 레이저 매질을 형성하는 매우 간단한 원자 집합을 고려하는 것이 유용하다.
N개의 원자 그룹이 있다고 가정해 보자. 각 원자는 다음 두 가지 에너지 준위 중 하나에 있을 수 있다.
바닥 상태에 있는 원자의 수는 N1로 주어지고, 들뜬 상태에 있는 원자의 수는 N2로 주어진다. 총 N개의 원자가 있으므로,
두 상태 사이의 에너지 차이는 다음과 같이 주어진다.
이는 원자와 상호 작용하는 빛의 특성 진동수 formula_3를 결정한다. 이는 다음 관계에 의해 주어진다.
여기서 h는 플랑크 상수이다.
만약 원자 그룹이 열평형 상태에 있다면, 맥스웰-볼츠만 통계로부터 각 상태에 있는 원자 수의 비율이 두 볼츠만 분포의 비율, 즉 볼츠만 인자로 주어진다는 것을 알 수 있다.
여기서 T는 원자 그룹의 열역학 온도, k는 볼츠만 상수, g1과 g2는 각 상태의 축퇴 에너지 수준이다.
실온 (T ≈ 300 K)에서 가시광선 주파수 (ν ≈ )에 해당하는 빛의 에너지 차이 ΔE에 대한 두 상태의 개체수 비율을 계산할 수 있다. 이 경우 ΔE = ≈ 2.07 eV이고, kT ≈ 0.026 eV이다. 이므로, 위 방정식에서 지수의 인수는 큰 음수이며, 따라서 N2/N1은 매우 작아진다. 즉, 들뜬 상태에는 거의 원자가 없다. 열평형 상태에서는 낮은 에너지 상태가 높은 에너지 상태보다 더 많이 채워져 있으며, 이것이 시스템의 정상 상태이다. T가 증가함에 따라 고에너지 상태의 전자 수(N2)는 증가하지만, 열평형 상태의 시스템에서는 N2가 N1을 초과하지 않는다. 오히려 무한 온도에서는 N2와 N1의 개체수가 같아진다. 다시 말해, 열평형 상태의 시스템에서는 밀도 반전()이 결코 존재할 수 없다. 따라서 밀도 반전을 달성하려면 시스템을 비평형 상태로 밀어 넣어야 한다.
빛과 물질의 상호 작용.
원자 시스템과 빛 사이에는 세 가지 유형의 상호 작용이 있다.
만약 진동수 ν12의 빛 (광자)이 원자 그룹을 통과하면, 바닥 상태에 있는 전자에 의해 빛이 흡수되어 전자가 더 높은 에너지 상태로 들뜨게 될 가능성이 있다. 흡수율은 빛의 복사 밀도에 비례하며, 또한 현재 바닥 상태에 있는 원자의 수 N1에 비례한다.
자연 방출.
원자가 들뜬 상태에 있다면, 들뜬 상태에 있는 원자의 수 N2에 비례하는 속도로 바닥 상태로의 자발적인 붕괴 현상이 일어날 것이다. 두 상태 사이의 에너지 차이 ΔE21는 위에서 설명한 진동수-에너지 관계에 따라 진동수 ν21의 광자로 원자에서 방출된다.
광자는 추계학적으로 방출되며, 들뜬 원자 그룹에서 방출되는 광자들 사이에는 고정된 위상 관계가 없다. 다시 말해, 자연 방출은 비결맞음이다. 다른 과정이 없을 때, 시간 t에서의 들뜬 상태 원자 수는 다음과 같이 주어진다.
여기서 N2(0)는 시간 t = 0에서의 들뜬 원자 수이며, τ21는 두 상태 사이의 전이의 평균 수명이다.
원자가 이미 들뜬 상태에 있다면, 들뜬 상태에서 바닥 상태로의 전이 에너지 차이 ΔE에 해당하는 진동수 ν21를 가진 광자가 통과하면서 자극을 받을 수 있다. 이 경우, 들뜬 원자는 바닥 상태로 이완하고, 두 번째 진동수 ν21를 가진 광자를 생성한다. 원래 광자는 원자에 흡수되지 않으므로, 결과적으로 동일한 진동수를 가진 두 개의 광자가 발생한다. 이 과정을 유도 방출이라고 한다.
구체적으로, 들뜬 원자는 외부 전계에 의해 진동하는 작은 전기 쌍극자처럼 행동한다. 이 진동의 결과 중 하나는 전자가 가장 낮은 에너지 상태로 붕괴되도록 유도한다는 것이다. 광자의 전자기장 존재로 인해 이러한 일이 발생하면, "자극하는" 광자와 동일한 위상과 방향으로 광자가 방출되며, 이를 유도 방출이라고 한다.
유도 방출이 발생하는 속도는 들뜬 상태에 있는 원자의 수 N2와 빛의 복사 밀도에 비례한다. 단일 들뜬 원자에서 광자가 유도 방출을 유발할 기본 확률은 알베르트 아인슈타인에 의해 바닥 상태에 있는 원자에 의해 광자가 흡수될 확률과 정확히 같다는 것이 밝혀졌다. 따라서 바닥 상태와 들뜬 상태의 원자 수가 같을 때, 유도 방출 속도는 주어진 복사 밀도에 대한 흡수 속도와 같다.
유도 방출의 핵심적인 특징은 유도된 광자가 입사 광자와 동일한 진동수와 위상을 가진다는 것이다. 다시 말해, 두 광자는 결맞음이다. 광 증폭과 레이저 시스템의 생산을 가능하게 하는 것이 바로 이 속성이다. 레이저 작동 중에는 위에서 설명한 세 가지 빛-물질 상호 작용이 모두 발생한다. 처음에는 아래에서 설명할 펌핑이라는 과정을 통해 원자가 바닥 상태에서 들뜬 상태로 에너지를 받는다. 이 원자 중 일부는 자연 방출을 통해 붕괴하여 진동수 ν의 광자 형태의 비결맞음 빛을 방출한다. 이 광자들은 일반적으로 광공진기를 통해 레이저 매질로 다시 공급된다. 이 광자 중 일부는 바닥 상태의 원자에 흡수되어 레이저 과정에서 손실된다. 그러나 일부 광자는 들뜬 상태의 원자에서 유도 방출을 일으켜 또 다른 결맞음 광자를 방출한다. 사실상 이는 광 증폭을 초래한다.
단위 시간당 증폭되는 광자의 수가 흡수되는 광자의 수보다 많으면, 그 결과는 지속적으로 증가하는 광자 수가 생성되는 것이다. 이때 레이저 매질은 단위보다 큰 이득을 가진다고 말한다.
위에서 흡수와 유도 방출에 대한 설명에서, 이 두 과정의 속도가 각각 바닥 상태와 들뜬 상태의 원자 수 N1과 N2에 비례한다는 것을 상기하자. 만약 바닥 상태가 들뜬 상태보다 더 많은 개체수를 가지고 있다면 (N1 &gt; N2), 흡수 과정이 지배적이어서 광자의 순 감쇠가 발생한다. 만약 두 상태의 개체수가 같다면 (N1 = N2), 빛의 흡수 속도가 방출 속도와 정확히 균형을 이룬다. 이때 매질은 광학적으로 투명하다고 말한다.
만약 높은 에너지 상태가 낮은 에너지 상태보다 더 많은 개체수를 가진다면 (N1 &lt; N2), 방출 과정이 지배적이며 시스템 내의 빛은 순 강도 증가를 겪는다. 따라서 흡수보다 더 빠른 유도 방출 속도를 생성하려면 두 상태의 개체수 비율이 다음을 만족해야 한다는 것이 분명하다.
N2/N1 &gt; 1; 다시 말해, 레이저 작동을 위해서는 밀도 반전이 필요하다.
전자기 복사를 포함하는 많은 전이들은 양자 역학에 의해 엄격히 금지된다. 허용되는 전이들은 복사 전이가 허용되는 조건을 설명하는 소위 선택규칙에 의해 설명된다. 예를 들어, 전이들은 시스템의 총 스핀 각운동량인 ΔS = 0인 경우에만 허용된다. 실제 재료에서는 결정 격자와의 상호 작용과 같은 다른 효과들이 대체 메커니즘을 제공하여 형식적인 규칙을 우회한다. 이러한 시스템에서는 금지된 전이가 발생할 수 있지만, 일반적으로 허용된 전이보다 느린 속도로 발생한다. 고전적인 예로는 S = 0인 바닥 상태, S = 0인 들뜬 상태, S = 1인 중간 상태를 갖는 재료의 인광이 있다. 중간 상태에서 빛 방출에 의한 바닥 상태로의 전이는 선택 규칙 때문에 느리다. 따라서 외부 조명이 제거된 후에도 방출이 계속될 수 있다. 대조적으로 재료의 형광은 외부 조명이 제거되면 방출이 멈추는 특징이 있다.
복사의 흡수 또는 방출을 포함하지 않는 전이들은 선택 규칙의 영향을 받지 않는다. 들뜬 S = 0 및 S = 1 상태와 같은 준위 간의 비복사 전이는 S = 0 개체수 중 일부가 자발적으로 바닥 상태로 돌아가기 전에 충분히 빠르게 진행될 수 있다.
재료에 중간 상태가 존재한다는 것은 레이저의 광학 펌핑 기술에 필수적이다 (아래 참조).
레이저 작동을 위해서는 밀도 반전이 필요하지만, 열평형 상태에 있는 위에서 설명한 이론적인 두 에너지 준위 원자 그룹에서는 달성할 수 없다. 사실, 원자를 바닥 상태에서 들뜬 상태로 직접적이고 지속적으로 여기시키는 어떤 방법 (예: 광학 흡수)이라도 결국 자발 및 유도 방출이라는 역여기 과정과 평형에 도달할 것이다. 최선으로 두 상태의 동일한 개체수, N1 = N2 = N/2를 달성할 수 있으며, 이는 광학 투명성을 초래하지만 순 광학 이득은 없다. 지속적인 비평형 조건을 달성하려면 들뜬 상태를 채우는 간접적인 방법을 사용해야 한다.
레이저에서.
3준위 레이저에서.
3준위 레이저는 밀도 반전을 달성할 수 있다. 이것은 N개의 원자 그룹으로 구성되며, 각 원자는 에너지 E1, E2, E3를 갖는 세 가지 에너지 상태, 즉 준위 1, 2, 3 중 하나에 존재할 수 있고, 각각 N1, N2, N3의 개체수를 갖는다. 이다. 즉, 준위 2의 에너지는 준위 1과 준위 3의 에너지 사이에 있다. 준위 1은 또한 바닥 상태라고도 불린다.
초기에 원자 시스템은 열평형 상태에 있으며, 대부분의 원자는 바닥 상태에 있다. 즉, N1 ≈ N, 이다. 원자는 준위 1에서 준위 3으로 여기될 수 있으며, 이 행위를 펌핑이라고 한다. 원자가 진동수 formula_7의 빛에 노출될 때 발생할 수 있으며, 광학 흡수 과정은 전자를 준위 1에서 준위 3으로 여기시킨다. 직접적으로 빛 흡수를 포함하지 않는 방법도 있다. 예를 들어 전기 방전이나 화학 반응이 있다. 준위 3은 때때로 펌프 준위 또는 펌프 띠라고 불리며, 에너지 전이 는 펌프 전이(오른쪽 그림에서 P로 표시된 전이)라고 불린다.
매체를 펌핑하면 상당수의 원자가 준위 3으로 전이하여 이 된다. 레이저 작동에 적합한 매체를 갖기 위해서는 이 들뜬 원자들이 빠르게 준위 2로 붕괴되어야 한다. 이 전이에서 방출되는 에너지는 광자(자연 방출)로 방출될 수 있다. 그러나 실제로는 전이는 일반적으로 비복사성(도표에서 R로 표시된 전이)이며, 광자 생성 없이 에너지가 원자를 둘러싼 호스트 물질의 진동 운동(열)으로 전달된다. 이 현상을 오제 효과라고 한다.
준위 2의 전자는 자연 방출을 통해 준위 1로 붕괴될 수 있으며, 진동수 ν12의 광자(주어진 )를 방출하는데, 이를 레이저 전이(도표에서 L로 표시된 전이)라고 한다. 이 전이의 수명 τ21이 비복사성 전이 τ32의 수명보다 훨씬 길다면(만약 , 즉 유리한 수명 비율로 알려진 경우), E3의 개체수는 본질적으로 0이 되고(), 들뜬 상태 원자의 개체수가 준위 2에 축적될 것이다(). 만약 N개의 원자 중 절반 이상이 이 상태에 축적될 수 있다면, 이는 바닥 상태 N1의 개체수를 초과할 것이다. 따라서 준위 1과 2 사이에 밀도 반전(N2 &gt; N1)이 달성되었으며, 진동수 ν21에서 광 증폭을 얻을 수 있다.
밀도 반전을 얻으려면 원자의 절반 이상을 바닥 상태에서 들뜬 상태로 여기시켜야 하므로 레이저 매질을 매우 강하게 펌핑해야 한다. 이 때문에 3준위 레이저는 발견된 최초의 레이저 유형임에도 불구하고 (1960년 시어도어 마이먼이 루비 레이저 매질을 기반으로 발견), 비효율적이다. 3준위 시스템은 또한 준위 3과 2 사이에 복사 전이가 있고 준위 2와 1 사이에 비복사 전이가 있을 수 있다. 이 경우 펌핑 요구 사항이 약해진다. 실제로 대부분의 레이저는 아래에서 설명하는 4준위 레이저이다.
4준위 레이저에서.
4준위 레이저에는 에너지 E1, E2, E3, E4를 가지는 네 개의 에너지 준위(준위 1, 2, 3, 4)와 각각 N1, N2, N3, N4의 개체수가 존재한다. 각 준위의 에너지는 를 만족한다.