레이저는 수십 년 동안 거리 측정용 도구로 사용되어 왔습니다. 1962년 초 MIT 과학자들은 지구로부터의 거리를 측정하기 위해 달에 고출력 루비 레이저 펄스를 반사시켰습니다. 1969년, 아폴로 11호의 우주 비행사들이 달에 남겨 놓은 역반사체 배열을 사용하여 릭 천문대의 천문학자들은 달 거리를 훨씬 더 정확하게 측정하였습니다. 오늘날에도 이 반사경은 지구 기반의 레이저와 함께 사용되고 있습니다!
스마트폰과 웨어러블 피트니스 장치를 가능하게 한 마이크로일렉트로닉스의 소형화로 현재 레이저 기반의 거리 측정기가 소형 장치로 축소되었습니다. 레이저 기반의 거리 측정기는 수백 미터 지점까지의 거리를 측정할 수 있으며 골프, 양궁 및 사냥과 같은 스포츠에 사용됩니다. 건축, 토목 공학 및 제조와 같은 상업 용도로도 사용됩니다. 레이저를 사용한 거리 측정은 제조 시 제품이 고정밀 표준에 따라 일관되게 조립되도록 하기 위해 중요합니다.
더 나은 거리 측정기 레이저 설계
일반적으로 거리 측정 시스템은 다이오드 레이저 또는 파이버 레이저를 기반으로 합니다. 다이오드 레이저는 더 작고, 가볍고, 더 견고하고, 높은 전기 효율을 제공하고, 일반적으로 다른 레이저 소스보다 비용이 저렴하기 때문에 휴대용 장치에 선호됩니다. 자율주행 차량용 광선 레이더 시스템 스캐닝부터 골퍼용 거리 측정기까지 "레이저 거리 측정"으로 분류할 수 있는 다른 다양한 응용 분야도 있습니다. 이를 지원하는 다이오드 레이저 유형도 다양합니다.
Coherent는 이러한 모든 응용 분야를 위한 다이오드 레이저를 제조합니다(광선 레이더 시스템용 파이버 레이저도 포함). 소비자 거리 측정기를 위해 시장에서 요구하는 성능, 비용 및 다양한 실제 특성(예: 무게 또는 배터리 수명)이 조화를 이루도록 특별히 설계된 소스를 개발했습니다.
특히 Coherent SS905A13-TO-01은 삼중 접합 구조를 특징으로 하는 905nm 단면 발광 레이저(다이오드 레이저)입니다. 이는 세 개의 개별 레이저 이미터가 단일 칩 내에 긴밀하게 통합되어 통합 소스로 기능한다는 것을 의미합니다.
삼중 접합 다이오드 레이저는 단일 칩에 세 개의 개별 레이저 이미터를 수직으로 쌓은 형태입니다. 각 레이저는 하나의 “터널 접합”에 의해 이웃 레이저와 분리됩니다. 각 레이저 사이에 p-n 접합이 형성되는 것을 방지하기 위해 이러한 층이 필요합니다. 그러나 터널 접합은 전류 흐름을 허용하기 위해 전자가 양자 역학적으로 "터널링"하여 통과할 수 있을 만큼 충분히 얇아야 합니다. 전반적인 레이저 효율은 터널 접합 성능에 따라 매우 달라지며, Coherent는 레이저 손실을 줄이는 방법을 개발하여 결과적으로 우수한 성능을 실현했습니다.
이 삼중 접합 구성은 크기와 전기적 특성이 유사한 기존의 단일 접합 다이오드 레이저에 비해 최대 140W의 피크 전력으로 훨씬 더 높은 출력을 제공합니다. 이 방식은 밀접하게 배치된 레이저 접합에서 발생하는 높은 열 때문에 연속 또는 높은 듀티 사이클의 펄스 발진 레이저 작동에는 적합하지 않습니다. 단, 거리 측정과 같이 레이저가 잠깐 동안만 활성화되는 단펄스의 낮은 듀티 사이클 응용 분야에 적합합니다.
Coherent SS905A13-TO-01에는 삼중 접합 구조를 사용하는 제품을 포함하여 거리 측정용으로 설계된 경쟁사 다이오드 레이저를 능가하는 여러 장점이 있습니다. 예를 들어, SS905A13-TO-01은 경쟁 제품보다 최대 10% 더 효율적입니다. 이를 통해 배터리 수명이 늘고 제품 엔지니어가 전원 및 장치 "패키징" 고려 사항을 유연하게 적용할 수 있습니다.
또한 Coherent 레이저는 온도 변화에 따라 놀라운 출력 안정성을 보입니다. 작동 환경에 큰 변화가 있는 경우에도 정확하고 안정적으로 측정할 수 있습니다.
왜 905 nm인가
소비자 응용 분야에서 대부분의 거리 측정기와 LiDAR 시스템은 905nm 또는 1,550nm에서 작동합니다. Coherent는 두 가지 파장(및 기타 여러 파장)의 다이오드 레이저를 제조하지만, 비용적으로 905nm가 거리 측정기에 더 효율적이라고 생각합니다.
그 이유 중 하나는 1550nm 레이저는 InP로, 905nm 레이저는 GaAs로 만들어지기 때문입니다. InP 기판 및 제작은 GaAs보다 비용은 더 많이 들면서도, 출력 변환 효율은 InP 부품이 10% 미만인 데 비해 GaAs 칩은 45%입니다. 이런 면 때문에 경쟁 제품에 비해 905nm 다이오드 레이저의 가치가 높아집니다.
감지기와 같은 905nm 레이저의 보조 부품은 제품 가격에 직접적인 영향을 미치는 비용 이점을 더합니다. 905nm 레이저는 널리 사용 가능한(저렴한) CMOS 실리콘으로 만든 감지기를 사용하는 반면, 1,550nm 레이저에는 훨씬 더 비싼 InGaAs 기반의 부품이 필요하기 때문입니다.
거리 측정은 광선 레이더, 스마트폰, VR 헤드셋, 건축 및 건설 등의 산업 시장을 대상으로 한 소비자 등급 장치와 같은 다양한 제품에서 활용 사례가 늘어가는 레이저 기반 감지 기술 중 하나입니다. Coherent는 이러한 응용 분야를 실현하는 데 필요한 가격과 성능을 모두 제공하는 레이저 및 기타 광자 구성 요소의 개발에 계속 전념하고 있습니다. 반도체 재료, 레이저 및 광학 장치에서 고유의 방식으로 성능을 조합하여 이를 실현하고 있습니다.
거리 측정 응용 분야에서 Coherent SS905A13-TO-01을 활용하는 방법에 대해 자세히 알아보십시오.
