레이저 시스템의 중요한 성능 특성 매개변수

1. 파장(단위: nm ~ μm)

그만큼레이저 파장레이저가 전달하는 전자기파의 파장을 나타냅니다. 다른 유형의 빛과 비교할 때 중요한 특징은원자 램프단색이라는 점인데, 이는 파장이 매우 순수하고 명확하게 정의된 주파수가 하나뿐이라는 것을 의미합니다.

레이저의 다양한 파장의 차이:

적색 레이저의 파장은 일반적으로 630nm~680nm 사이이며, 방출되는 빛은 빨간색이며, 가장 일반적인 레이저(주로 의료용 급식광 등 분야에 사용)이기도 합니다.

녹색 레이저의 파장은 일반적으로 약 532nm입니다. (주로 레이저 거리 측정 분야 등에 사용됩니다.)

블루 레이저 파장은 일반적으로 400nm~500nm 사이입니다(주로 레이저 수술에 사용됨).

350nm-400nm 사이의 UV 레이저(주로 생물의학에 사용됨)

적외선 레이저는 파장 범위와 응용 분야에 따라 가장 특수한 레이저이며, 일반적으로 700nm~1mm의 파장 범위를 가집니다. 적외선 대역은 근적외선(NIR), 중적외선(MIR), 원적외선(FIR)의 세 가지 하위 대역으로 나뉩니다. 근적외선 파장 범위는 약 750nm~1400nm이며, 광섬유 통신, 생체 의학 영상, 적외선 야간 투시 장비 등에 널리 사용됩니다.

2. 전력 및 에너지(단위: W 또는 J)

레이저 파워연속파(CW) 레이저의 광 출력이나 펄스 레이저의 평균 출력을 나타내는 데 사용됩니다. 또한, 펄스 레이저는 펄스 에너지가 평균 출력에 비례하고 펄스 반복률에 반비례한다는 특징이 있으며, 출력과 에너지가 높은 레이저일수록 일반적으로 더 많은 폐열을 발생시킵니다.

대부분의 레이저 빔은 가우시안 빔 프로파일을 가지므로, 조도와 플럭스는 레이저 광축에서 가장 높고, 광축으로부터의 편차가 커질수록 감소합니다. 다른 레이저는 평평한 꼭대기 빔 프로파일을 가지는데, 이는 가우시안 빔과 달리 레이저 빔 단면에 걸쳐 일정한 조도 프로파일을 가지며 강도가 빠르게 감소합니다. 따라서 평평한 꼭대기 레이저는 최대 조도를 갖지 않습니다. 가우시안 빔의 최대 출력은 동일한 평균 출력을 가진 평평한 꼭대기 빔의 두 배입니다.

3. 펄스 지속 시간(단위: fs~ms)

레이저 펄스 지속 시간(펄스 폭)은 레이저가 최대 광 출력(FWHM)의 절반에 도달하는 데 걸리는 시간입니다.

 

4. 반복률(단위: Hz~MHz)

반복률펄스 레이저(즉, 펄스 반복률)은 초당 방출되는 펄스 수, 즉 시간 시퀀스 펄스 간격의 역수를 나타냅니다. 반복률은 펄스 에너지에 반비례하고 평균 전력에 비례합니다. 반복률은 일반적으로 레이저 이득 매질에 따라 달라지지만, 많은 경우 변경할 수 있습니다. 반복률이 높을수록 레이저 광학 소자의 표면과 최종 초점의 열 완화 시간이 짧아지고, 이는 재료의 가열 속도를 높입니다.

5. 발산(일반적인 단위: mrad)

레이저 빔은 일반적으로 콜리메이팅(collimating)하는 것으로 여겨지지만, 항상 일정량의 발산(divergence)을 포함하는데, 이는 회절로 인해 레이저 빔의 허리 부분에서 멀어질수록 빔이 발산하는 정도를 나타냅니다. LiDAR 시스템과 같이 작동 거리가 길어 물체가 레이저 시스템에서 수백 미터 떨어져 있는 경우, 발산은 특히 중요한 문제가 됩니다.

6. 스팟 크기 (단위: μm)

집속된 레이저 빔의 스팟 크기는 집속 렌즈 시스템의 초점에서 빔 직경을 나타냅니다. 재료 가공 및 의료 수술과 같은 많은 응용 분야에서는 스팟 크기를 최소화하는 것이 목표입니다. 이를 통해 출력 밀도를 극대화하고 특히 미세한 입자를 생성할 수 있습니다. 구면 수차를 줄이고 초점 크기를 줄이기 위해 기존의 구면 렌즈 대신 비구면 렌즈가 사용되는 경우가 많습니다.

7. 작업거리(단위: μm ~ m)

레이저 시스템의 작동 거리는 일반적으로 최종 광학 소자(일반적으로 초점 렌즈)에서 레이저가 초점을 맞추는 물체 또는 표면까지의 물리적 거리로 정의됩니다. 의료용 레이저와 같은 특정 응용 분야에서는 일반적으로 작동 거리를 최소화하는 것을 목표로 하는 반면, 원격 감지와 같은 다른 응용 분야에서는 일반적으로 작동 거리 범위를 최대화하는 것을 목표로 합니다.