레이저 광원

정밀 진동 측정을 위한 레이저 광원

레이저와 진동계의 세계

레이저 광원의 유형은 정밀한 비접촉식 진동 측정, 특히 최신 레이저 도플러 진동계(LDV)를 다양한 응용 분야에 맞게 개발하는 데 결정적인 역할을 합니다. 아래에서는 두 가지 유형의 레이저 광원을 자세히 살펴보고 진동 측정 분야에서의 활용 방안을 알아보겠습니다.

헬륨-네온 레이저(HeNe): 진동 측정의 전통적인 표준

헬륨-네온 레이저 광원(HeNe 레이저 광원)은 오랫동안 기존 레이저 도플러 진동계에 사용되어 왔으며, 고유한 특성 덕분에 비접촉식 진동 측정에 유용한 도구입니다. 헬륨-네온 레이저는 독보적인 특성과 뛰어난 범용성을 바탕으로 진동 측정 분야에서 필수적인 도구로 자리 잡았습니다. 이 가스 레이저는 헬륨과 네온의 혼합 기체로 구성되며 632,8 nm 파장의 적색광을 방출합니다.

상용 HeNe 레이저는 일반적으로 공진기 길이가 15~50 cm인 비교적 소형 장치이지만, 최대 출력을 구현하기 위해 약 1 meter에 이르는 경우도 있으며 광 출력은 0.5~50 mW입니다. 적색 He-Ne 레이저의 정확한 진공 파장은 632.991 nm이며, 공기 중에서는 굴절되어 약 632.816 nm가 됩니다.

HeNe 레이저가 방출하는 빔은 육안으로 볼 수 있어 별도의 보조 장치 없이 정렬할 수 있습니다. 비교적 짧은 파장 덕분에 레이저 빔을 매우 작은 측정 지점에 정밀하게 집속할 수 있으므로, HeNe 레이저는 미세 구조와 세부 형상을 측정하는 데 특히 적합합니다.

HeNe 레이저가 탑재된 진동계는 측정 대상에서 충분한 신호가 후방 산란되거나, 측정 표면의 반사율이 충분하거나, 물을 투과하여 측정해야 하는 경우에 주로 사용됩니다. 파장이 633 nm인 빛은 물을 거의 아무런 방해 없이 투과하기 때문입니다.

적외선 레이저: 다재다능한 솔루션

Optomet은 까다로운 측정 작업에서도 최상의 신호 품질을 보장하기 위해 최신 첨단 단파 적외선 레이저 기술(SWIR)을 적용합니다.

사용되는 SWIR 레이저는 1.550 nm 파장의 비가시광선을 최대 10 mW의 출력으로 방출합니다. 이는 HeNe 레이저 출력의 10배에 해당합니다. 여기에 효율이 98 %를 넘는 광검출기를 결합함으로써 기존 HeNe-LDV 대비 신호 대 잡음비(SNR)가 20 dB 향상됩니다.

더 높은 레이저 출력에도 불구하고 SWIR 레이저는 다음 표준에 따른 최고 수준의 레이저 안전 등급인 Class 1을 충족하며, EN 60825-1 따라서 눈에 안전합니다. 안구 내부의 액체가 적외선을 흡수해 눈을 보호합니다. 비가시 측정 빔은 동축으로 조사되는 녹색 파일럿 레이저(파장: 약 532 nm)를 이용해 위치를 조정합니다. 파일럿 레이저의 출력은 1 mW로 제한되어 EN 60825-1에 따른 레이저 안전 등급 Class 2로 분류됩니다. 따라서 Optomet-SWIR 진동계의 전체 시스템에는 항상 레이저 안전 등급 Class 2가 적용됩니다.

오늘날 HeNe 레이저 고유의 특성이 필요한 일부 응용 분야를 제외하면, SWIR 레이저는 레이저 도플러 진동 측정을 위한 최적의 선택이며 Optomet은 SWIR 진동 측정 기술을 선도하고 있습니다. SWIR 진동계는 더 높은 출력과 고감도 광검출기의 조합을 통해 더욱 높은 SNR을 제공하므로, 기존 레이저 광원을 사용하는 진동계로는 한계가 있는 까다로운 측정 작업에 특히 적합합니다.

적외선 진동계는 어둡거나 거칠거나 곡면인 표면을 비롯해 반사율이 낮은 다양한 표면에서도 측정할 수 있어 별도의 표면 처리가 필요하지 않습니다. 진동 측정은 장거리 측정은 물론, 고온으로 달아오른 표면과 생체 조직 측정에서도 SWIR LDV가 독보적인 성능을 발휘하는 분야입니다. 높은 온도 안정성과 긴 수명도 추가적인 이점입니다. 이러한 모든 특성은 새로운 SMART 시리즈에도 동일하게 적용됩니다.

적외선 레이저: 다재다능한 솔루션

HeNe 레이저만의 고유한 특성이 필요한 일부 응용 분야를 제외하면, 오늘날 레이저 도플러 진동 측정에는 SWIR 레이저가 최적의 선택입니다. Optomet는 SWIR 진동 측정 분야를 선도하고 있습니다. SWIR 진동계는 더 높은 출력과 더욱 민감한 광검출기를 결합해 높은 SNR을 제공하므로, 기존 레이저 광원을 사용하는 진동계가 한계에 도달하는 까다로운 측정 작업에 특히 적합합니다. 어둡거나 거칠거나 곡면인 표면을 비롯해 반사율이 낮은 표면에서도 적외선 진동계를 사용하면 측정면을 별도로 처리할 필요가 없습니다. 또한 진동 측정은 장거리 측정은 물론, 고온으로 달아오른 표면과 생체 조직 측정에서도 SWIR-LDV가 독보적인 성능을 발휘하는 분야입니다. 높은 온도 안정성과 긴 수명도 추가적인 이점입니다. 이러한 모든 특성은 새로운 SMART series에도 동일하게 적용됩니다.

더 높은 레이저 출력에도 불구하고 SWIR 레이저는 EN 60825-1에 따른 최고 등급인 레이저 안전 등급 1을 충족해 눈에 안전합니다. 안구 내 액체가 적외선을 흡수하여 눈을 보호합니다. 보이지 않는 측정 빔은 동축으로 조사되는 녹색 파일럿 레이저(파장: 약 532 nm)를 통해 위치를 조정합니다. 파일럿 레이저의 출력은 1 mW로 제한되므로 EN 60825-1에 따른 레이저 안전 등급 2로 분류됩니다. 따라서 Optomet SWIR 진동계의 전체 시스템은 항상 레이저 안전 등급 2로 분류됩니다.

실제 응용 분야: 레이저 도플러 진동계

레이저 도플러 진동계(LDV)는 공학, 재료과학, 생물학, 의학을 비롯한 다양한 분야에서 필수적인 도구입니다. 여러 소재와 구조물의 표면에서 발생하는 진동을 비접촉 방식으로 정밀하게 측정할 수 있습니다.

제조 공정의 품질 관리부터 생체 조직 연구에 이르기까지 LDV의 활용 가능성은 사실상 무궁무진합니다. LDV는 고해상도 데이터를 실시간으로 제공할 수 있어 연구, 개발 및 품질 관리에 없어서는 안 될 도구입니다.

진동 측정의 미래: 혁신과 발전

진동 측정은 기술 혁신과 새로운 연구 성과를 바탕으로 끊임없이 발전하는 분야입니다. 레이저 광원과 LDV 기술의 지속적인 개선을 통해 더욱 정밀한 측정과 한층 폭넓은 활용이 가능해지고 있습니다.

전통적인 HeNe 레이저부터 최신 적외선 레이저에 이르기까지 진동계의 선택지는 그 어느 때보다 다양합니다. Optomet는 제품과 서비스를 지속적으로 개선하고 고객의 측정 과제에 적합한 혁신적인 솔루션을 제공하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다.

기초 원리 및 측정 기술 관련 추가 주제