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별지시기.Kr - 가시파장 레이저 전문



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FAQ

이용안내 FAQ입니다.

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제목 [Technical Support] 출력이 낮지만 더 높은 출력과 밝기가 같은 이유.
작성자 (ip:)
  • 작성일 2017-01-08 19:02:36
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이 글은 LPH Pro 시리즈 그린레이저포인인터에 대한 일반적 기술지원 게시글이 아닌, 전문적 고급 기술지원 서비스입니다.


모든 LPH Pro시리즈 그린레이저는 기존의 중국산 제품들(정출력 별지시기, www.Aliexpress.com 에서 구입 가능)에 비해 출력은 절반 혹은 1/4수준밖에 되지 않지만 밝기는 2~4배 출력에 달하는 중국 제품들과 견주어도 손색이 없습니다. 말도 안된다고 생각하겠지만, 레이저포인터에 대하여 충분히 이해하고 있다면 그 이유를 알 수 있을 것입니다.


DPSS방식으로 발광하는 그린레이저포인터를 설계함에 있어서 내부 메커니즘을 구성할 때 얼마나 더 높은 Visible factor(가시파장 요소, 눈에 보이는 레이저 비율)를 획득하기 위한 설계가 반영되고, 얼마나 더 안정적으로 동작할수 있는가에 대한 회로 설계 차이점에 기인하여 LPH Pro시리즈 레이저포인터들은 기존 중국제품들과 실질적인 밝기 차이를 벌려놓을 수 있습니다.


먼저, 이 내용을 이해하기 위해 DPSS방식 그린레이저에 대한 이해가 필요합니다.


DPSS방식 그린레이저의 동작은 Direct emission그린레이저처럼 한방에 바로 초록색 불빛이 튀어나오는것이 아닙니다.

눈에 보이지 않는 808nm의 적외선을 ND Yvo4크리스탈을 통과시킴으로써 1064nm의 적외선으로 변경시켜준 후, 이를 다시 KTP크리스탈을 통과시켜 비로소 우리 눈에 보이는 532nm라는 초록색 레이저 빛이 탄생됩니다.


세상 모든것이 그렇듯, 100%효율 이라는것은 존재할수 없습니다. 레이저포인터 역시 마찬가지로 이렇게 808nm빛을 이용하여 532nm빛으로 변환하는 효율은 100%가 절대로 나올수가 없습니다.

당연히 이러한 빛 변환 과정에 있어서 변환되지 않은 우리 눈에 보이지 않는 적외선(1064nm)이 우리 눈에 보이는 초록색 빛(532nm)에 섞여들어가게 됩니다.

계측기를 통한 레이저포인터의 출력측정시, 최종적으로 532nm그린레이저포인터의 출력은 눈에 안보이는 Invisible Factor인 1064nm와 함께 눈에 보이는 Visible factor인 532nm가 합쳐진 값이 측정됩니다.

보통 시중에 별지시기, 정출력 별지시기라는 이름으로 판매되는것들이 대표적으로 이러한 방법으로 측정된 제품들입니다.


그 반면, 모든 LPH Pro시리즈는 1064nm Invosoble Factor를 차단하기 위한 일본 Hoya사(DSLR카메라 다루는 분들이라면 익숙한^^...그 Hoya사 맞습니다.) 의 Invisible Factor 차단필터를 장착하고 있습니다. - 스텔스 베이직1mW 스텔스 프로15mW는 oblique + Horizontal IR filter구조로 장착. 스피릿 프로30mW 이지스 프로70mW는 Vertical IR filter 구조로 Invisible Factor차단필터가 장착되어 있습니다.


이렇게 Invisible Factor를 차단하게 되면 최종적으로 계측기상 측정되는 레이저 빛 출력은 더 낮아지게 됩니다.

눈에 보이지 않는 Invisible Factor가 빠져버린 최종출력은 무려 반토막~1/4수준으로 뚝 떨어지게 됩니다.  당연하겠지만, 눈에 보이지 않는 1064nm Invisible Factor가 빠져버렸기 때문입니다.

이는 눈에 보이지 않는 Invisible Factor가 크게 줄어든 것이므로 실질적으로 우리 눈에 보이는 532nm그린레이저 Visible Factor는 100%그대로 출력되게 됩니다.


이말은 즉, 이렇게 측정된 레이저포인터 빛 출력은 순수 눈에 보이는 532nm Visible Factor값에 해당한다는 의미입니다.

무려 절반~1/4 수준으로 출력이 아주 크게 감소하였지만 눈에 보이는 532nm Visible Factor는 전혀 감소하지 않고 눈에 보이지 않는 Invisible Factor가 감소한 것이므로

invisible Factor가 섞여서 출력이 2~4배 더 높게 측정될때나, 지금처럼 출력이 1/2~1/4 수준으로 대폭 잘려나갔을때나 실제 눈에 보이는 초록색 레이저 빛의 밝기는 하나도 변화된것이 없습니다.


이렇게 Invisible Factor를 제거함으로써 비로소 눈에 보이지 않는 아무짝 쓸 데 없는 잉여 출력이 제거된 해당 레이저포인터가 발휘하는 실제 초록색 불빛의 밝기만을 표기할수 있게 된 것이지요.


바로 LPH Pro시리즈 레이저포인터의 출력이 중국산 제품의 1/2~1/4 수준밖에 되지 않으면서 실제 밝기는 그와 동일하거나 오히려 더 밝은 수준으로 구현 가능한 이유가 바로 이러한 Invisible Factor를 차단하는 기술력 때문입니다.


뿐만아니라, LPH Pro시리즈 레이저포인터와 정출력별지시기라 불리우는 중국제품들의 퍼포먼스를 계측할때 사용된 계측기의 정밀도와 측정 방식마저도  매우 큰 차이점을 보여주고 있습니다.

서모파일 센서는 레이저 빛이 센서에 닿았을 때 상승되는 온도의 변화량을 이용하여 출력을 측정하는 센서입니다. 쉽게말하면 온도센서입니다. 외부 환경이 따듯하다면 당연히 출력 뻥튀기가 일어날 수 밖에 없지요. 중국제 레이저포인터 출력측정사진을 잘 보면 서모파일 센서 바로 앞에 레이저포인터를 바짝 붙여놓고 측정한 모습을 자주 볼수 있을텐데요, 그렇게 측정할 경우 최대 50%까지 출력 뻥튀기가 가능해 집니다. 레이저포인터 자체 발열, 인체의 체온 그리고 센서에 닿는 레이저 열이 빠져나가서 실제 온도가 일정하게 유지되어야 하지만 앞부분을 레이저포인터가 막고 있으므로 센서는 점점 더 따듯해지기 때문에 온도의 변화를 이용하여 출력을 측정하는 서모파일 센서 특성상 출력이 정상 수치보다 더 뻥튀기 되는 것입니다.


또한 레이저 빛의 출력은 레이저 빛의 색상(파장, nm값)에 따라서 달라지게 됩니다. 이는 광자가 갖는 에너지량이 빛 파장에 따라 모두 다르기 때문입니다. 하지만 중국제 레이저포인터의 출력 측정 사진에는 이 출력을 532nm기준에서 측정한 것인지, 1064nm기준에서 측정한 것인지 100nm기준에서 측정한 것인지 234567nm기준에서 측정한 것인지... 그 어떠한 기준조차 제시되고있지 않지요. 당연히 이러한 환경에서 측정된 레이저포인터의 출력이 정확할리는 만무합니다.

심지어 그 계측기는 실시간 레이저 빛의 변화량을 감지할수가 없기때문에 Peak수치만을 측정해둔 것인지, Average값을 측정해둔것인지 여부조차도 불분명합니다.


즉, 계측기를 가지고 측정을 하긴 했는데... 계측기가 실질적으로 측정 역할을 수행할 수 있는 계측기인지 여부가 불분명한 성능 검증이 되지 않은 계측기를 이용해서 자기네들이 최대한 출력을 뻥튀기시킬수있는 유리한 방법으로 출력을 측정한 것이기에 출력 측정 사진에 대한 신뢰성을 논하기는 불가합니다.


그 반면, LPH Pro시리즈 레이저포인터는 서모파일 센서가 아닌 Photo Diode센서를 이용하기때문에 온도에따른 출력변화 걱정이 없고 uW(마이크로 와트, 백만분의 1와트)단위로 아주 정밀하게 측정할 수 있습니다. Photo Diode센서는 광자가 가진 에너지가 Photo diode에 부딛힐 때 발생되는 에너지 차이를 가지고 측정하는 센서입니다. 쉽게말해서 태양전지판에 레이저를 쏴서 발전되는 전기 에너지량을 측정하는 방식입니다. 그렇기때문에 온도에따른 출력변화는 사실상 없다싶이 하고, 순수 레이저 빛에 의한 출력변화만을 측정할 수 있습니다.


물론 형광등 불빛때문에 출력이 뻥튀기 될수는 있습니다. 그 값은 백만 분의 180W 정도로 1mW인 1/1000W보다도 무려 100분의1이나 더 작은 0.018mW가 형광등 불빛에 의해 뻥튀기 되는 것입니다. 워낙 미세한 값이라 사실상 아무런 의미가 없지만...구태여 그 값을 표기하자면 형광등을 켜 놓고 이지스 프로 70mW의 출력을 측정하면 0.018~0.02mW정도가 뻥튀기 됩니다^^;;;  (앞서 설명했듯, Photo diode센서는 온도변화 센서가 아닌 광자가 가진 에너지량을 측정하는 센서입니다. 그렇기때문에 이런 결과가 나오는 것...)


게다가 측정에 사용되는 계측기는 Thorlabs사의 제품(LPH LaserSystems 레이저포인터 생산라인에 사용) 그리고 coherent사 제품(제조사 레이저포인터 생산라인에 사용) 이렇게 2중의 정밀 계측기가 투입됩니다. 아마 레이저, 광통신 관련하여 연구를 하시는 분들이나 전공중이신 분들은 Thorlabs, coherent사의 이름이 익숙할 것입니다^^;;


LPH Pro시리즈 레이저포인터의 레이저모듈은 생산, 검수에 있어서 계측기 본체에서 다음과 같은 세팅 이후 측정이 이루어집니다. - 센서 측정 모드는 Photo diode, 측정 기준 파장은 532nm, 출력 측정값 디스플레이 : 실시간 변이율 그래프 보기. (별지시기.Kr LPH LaserSystems검수과정에서 실제로 이렇게 사용되고 있습니다.)


이처럼 중국제 레이저포인터와는 판이하게 다른, 대학 연구실 사양의 초 정밀 측정기와 출력 뻥튀기가 이루어지지 않는 정밀 전자센서를 이용하여 LPH Pro시리즈가 생산되는것 역시 중국제의 1/2~1/4 수준밖에 안되는 LPH Pro시리즈의 출력이 이보다 두배~4배 높은 출력을 발휘하는 중국제와 동일하거나 오히려 더 앞서는 밝기를 발휘할수있는 이유이기도 합니다.


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