Divergence(빔의 발산)

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레이저포인터의 광원에서 방사된 레이저 빔이 먼 거리를 도달함에 있어서 얼마나 크게 번지는가에 대한 것.

1 Divergence란?

레이저포인터에서 발산되는 레이저 빔은 손전등과 같이 거리에 따라서 빛이 번지면서(퍼지면서) 진행하게 된다. 단지 그 수치가 미세하기때문에 1~2m내외 근거리와 같은 곳에서는 이를 확인할수가 없으며, 거리가 멀다고 하더라도 거리 대 Divergence사이즈(Divergence값)비율은 사실 엄청나게 작다보니 마치 우리 눈에는 레이저포인터의 불빛이 수 Km밖에서도 작은 점으로 비추는것처럼 보일 뿐이다.

거리가 멀어지면 멀어질수록 발산정도는 매우 커지는데, 약 50m가량 기준으로 보통 15~30cm정도의 둥근 원의 형태로 Divergence가 형성된다.

보통, 시중에 수백~수만 mW라고 허위 과대광고하는 중국산 제품들은 마치 수 Km를 포인팅할수 있다고 주장하지만, 이는 크게 잘못 알려져있는 것이다.
왜 이러한 잘못된 지식이 끈임없이 유포되는가 하면...

제품에 대한 제반지식없이 물건 팔아먹고 나몰라라~~ 하는 불량 업자들이 주 원인이다.

결과적으로, Divergence는 레이저 빛이 한 점으로 모이지 않고 파져나가버리는 현상이므로 발생되지 않는것이 가장 좋다. 하지만 기술적으로 그게 불가능하니 가급적이면 가장 작은 Divergence를 추구하는게 레이저포인터의 빔 퀄리티를 좌우한다고 할 수 있다.

1.1 Divergence에 대한 오해

우리는 보통 레이저포인터의 불빛이 수십 수백미터 혹은 그 이상의 수 킬로미터를 포인팅하더라도작은 점 크기 정도에 해당하는 빛으로 포인팅된다고 알고있다.

하지만 이는 중국산 고출력포인터를 판매하는 업자들과, 레이저포인터에 대한 지식이 없는 업자들이 단지 물건을 팔아먹기 위해 눈속임하는것일 뿐, 실제 레이저포인터의 레이저 불빛은 50m거리에서 보는것과 500m거리에서 보는것, 5000m거리에서 보는것이 모두 다 다른 사이즈의 탄착점을 형성한다. 당연히 거리가 멀면 멀수록 레이저포인터 불빛의 탄착점 사이즈도 점점 더 커지게 된다.

당연하겠지만, 그러한 업자들은 중국애들이 제품 사양에 그렇게 적어두었으니깐 우리는 그것을 그대로 적었을 뿐이라고 주장하지만, 중국산 제품들의 짝퉁, 과대 허위광고, 성능미달 눈속임 등등의 실태를 잘 아는 사람이라면 어째서 자꾸 수 Km까지 막 레이저가 도달한다는 과장광고가 떠돌아다니는건지 금방 이해할수 있을 것이다.말 그대로 수Km까지 막 포인팅된다는건 허위 과장광고 그 자체일 뿐, 실제로는 Divergence 영향때문에 수 Km밖에서는 탄착점 사이즈가 몇미터짜리로 변해버리므로 사실상 포인팅이 의미가 없는 수준.

이러한 지식이 부족한 업자들이 단순히 물건을 팔아먹고 나몰라라~~ 하는 불량 상행위로 인해 마치 아주 먼 거리에서조차 레이저포인터를 가지고 작은 원형의 탄착점으로 포인팅이 가능하다고 지속적으로 잘못 알려지고 있는 것이다.

2 Divergence의 발생 이유

모든 렌즈는 초점거리라는것이 정해져 있고, 한없이 무한대의 초점을 모아줄수있는 렌즈는 지구상에 존재하지 않는다.

레이저포인터도 레이저다이오드에서 발생된 퍼져나가는 레이저 불빛을 렌즈를 이용해 좁게 직진하는 빛으로 모아주는 방식으로 동작하기때문에 결과적으로 한없이 무한대로 빛을 모아줄수 있는 렌즈는 지구상에 존재하지 않기때문에 Divergence라는것이 형성될 수밖에 없다.

이말은, 모든 레이저포인터는 전부 Divergence값을 갖는다 는 의미이며, 단지 먼 거리를 포인팅함에 있어서 Divergence가 얼마나 작은가 큰가 그 값의 차이만 존재할 뿐, Divergence값이 0인 레이저포인터, 즉, 어느 거리에서든 레이저포인터 불빛의 탄착점 사이즈가 일정한 레이저포인터는 존재하지 않는다는 뜻이다.

또한, 레이저포인터를 휴대 가능한 사이즈로 만들기 위해서는 레이저포인터에서 레이저 빛을 발광하는 핵심 부품인 레이저모듈을 소형화 해야하는데, 소형화된 모듈은 모듈 자체 크기가 작아진만큼 렌즈또한 소형 집광렌즈만을 사용할수밖에 없는 제약사항이 뒤따르게 된다.

또한, 레이저포인터의 레이저 빛을 발생시키는 핵심 광원인 레이저다이오드 역시 빛을 특정한 각도로 빛을 퍼트리면서 발광하는데 이렇게 퍼져나가는 빛도 Divergence가 형성되는 주 원인이 된다.
레이저포인터의 출력이 높으면 높을수록 빛을 발광하는 발광층이 여러개(Multi)가 된다. 반대로 출력이 낮은 레이저포인터는 빛을 발광하는 발광층이 단일 발광층(Single)에서 발광하게 된다.

당연히 여러곳에서 발광하는 빛을 한곳으로 모으기가 힘들어지므로 출력이 높은 레이저포인터일수록 Divergence가 커지게 되며, 출력이 낮은 레이저포인터일수록 발광층이 단일(Single)이므로 Divergence값은 더 작아지게 된다.

이는 결국, 소형 휴대용 레이저포인터에는 일반적으로 사이즈가 큰 집광성이 우수한 렌즈를 사용할수 없기 때문에 Divergence값이 커지는 원인으로 작용하게 된다.

3 레이저포인터의 Divergence 영향

버닝레이저와 소형 포인터에 대한 Divergence의 공통적인 영향으로써 빔 탄착점의 확대, 레이저 위력 감소가 있다.

모든 레이저포인터는 무한대를 기준으로 초점을 맞출 수 없기 때문에 빔 탄착점이 거리가 멀어지면 멀어질수록 비례적으로 확대되는 현상을 의미한다.
특히, 출력이 높은 레이저포인터일수록 Multi transverse mode로 발광하기 때문에 Divergence가 더 큰 영향을 끼치게되어 탄착점 사이즈가 출력이 낮은 Single transverse mode로 발광하는 레이저포인터보다 더 크게 번지게된다.

이유는, 레이저포인터의 출력이 높아지면 높아질수록 Multi transverse mode로 발광할수밖에 없기 때문에 광원에서는 {{{#red 집광이 힘든 여러개의 빛이 동시다발적으로 발광}}해버리는 현상이 발생, 그렇게 발광하는 제각각의 빛을 한 점으로 모으는것이 힘들기 때문.

반대로, 출력이 낮은 레이저포인터일수록 발광 면적이 작아도 되므로 Single transverse mode발광이 가능하므로 작은 점에서 발광하는 빛을 다시 한 점으로 모으는것이 여러 곳에서 발광하는 빛을 한 점으로 모으는것보다 훨씬 더 쉽기때문에 Divergence가 작아질수밖에 없다.

Divergence의 영향으로 인해 퍼져버린 빛은 레이저 위력의 감소를 불러오게 된다. 레이저포인터의 위력은 아주좁은 면적에 높은 에너지를 가진 레이저 빛이 집속되면서 발생되는것인데, 빛이 퍼져버리게 된다면? 당연히 퍼진 빛만큼 위력이 감소하게 되는것이다.

특히, 버닝레이저의 경우 백이면 백 모두가 Multi transverse mode로 발광하기때문에 divergence영향을 더 크게 받게되므로 불과 2미터~3미터만 이격되더라도 버닝 능력이 급격하게 감소되는것을 실제로 체험할수 있다.

그렇다보니 버닝레이저라면 단거리 1m내외의 버닝이 주 목적이 아닌이상 무조건 Divergence를 줄이도록 신경쓰는게 위력 감소를 예방하는 가장 확실한 근본 대안책이 된다. 레이저포인터의 렌즈를 집광성 높은 렌즈로 선택하거나, 체급에 맞는 레이저다이오드를 사용하는것이 Divergence를 효과적으로 감소시킬수있는 방법.

체급에 맞는 레이저다이오드를 사용하는것도 아주 중요한데, 기본적으로 베이스출력이 높은 다이오드일수록 발광시 Divergence가 더 커지는 경향이 있다보니 그렇다.
예를들어, 나한테 필요한건 1000mW의 출력인데, 차후 업그레이드를 생각해서 NUBM44같은 10000mW급을 사용하였다면? 당연히 사용이야 정상적으로 할수있겠다만, M140을 가지고 1000mW를 구현한것보다 NUBM44로 1000mW를 구현한게 압도적으로 큰 좋지못한 Divergence를 보여준다.

체급에 맞는 레이저다이오드를 잘 선정하는것이 능력있는 레이저포인터 엔지니어라고 할 수 있겠다.

4 Divergence감소시키는 방법

앞서 내용을 읽어보았다면, Divergence라는것은 아예 없애거나 방지할수있는게 아니라는것을 알게 되었을 것이다.

하지만 Divergence는 무조건 작으면 작을수록 레이저포인터에 있어서 가장 이상적인데, 기술적으로 100% 다이버젼스를 없앤다는건 불가능하므로, 기존 값보다 더 작게 어느정도 보정을 해주는것을 목표로 삼아야 한다.

Divergence의 보정 방법으로는...

• 싱글모드 다이오드를 사용한다 - 보통 싱글모드 광원일수록 광원에서 빛을 발산하여 퍼져나가는 각도가 멀티모드에비해 더 작은 각도로 퍼지게 된다.

빛이 퍼지는 각도가 작은만큼 똑같이 집광하더라도 장거리에서 Divergence 사이즈는 더 작을수밖에 없다.

• 대구경 집광렌즈를 쓴다 - 렌즈 크기가 큰 집광렌즈들은 일반적으로 빛을 모으는 집광력이 높고, 집광력이 높다는것은 결국 장거리애서도 빛을 최대한 모아준다는 의미가 된다.

가급적이면 내가 쓸수있는 렌즈 중 가장 크고 집광력이 우수한걸 쓰도록 노력할것.

• 애시당초 Divergence특성이 좋은 레이저다이오드를 사용할 것.

제아무리 렌즈가 좋다고해도 원본 소스의 퍼포먼스가 나쁘다면 말짱 꽝이다. 당연히 특성좋은 원본소스를 찾아내는건 엔지니어의 몫.

이처럼, Divergence는 애시당초 없앨수있는게 아니므로 보정을 통해서만 최소화 할 수 있다.