FAC diode

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Fast Axis Collimator, 빔 발산각을 보정하는 렌즈를 장착한 레이저다이오드.

1 FAC diode

Fast Axis Lens를 레이저다이오드에 부착함으로써 과도한 빔 발산을 보정해줄수 있다. 이러한 FAC렌즈가 부착된 레이저다이오드를 FAC diode 라고 부른다.

주로 C mount스타일의 808nm적외선 다이오드가 FAC Diode인 경우가 많다. 주로 DPSS 펌핑소스로 사용하기 때문에 빔 발산각 보정을 해 줄 필요성이 있기 때문.

그 외에도 좌우비율이 너무 좋지 못한 다이오드, 이를테면 수 와트급 혹은 그 이상의 출력을 발휘하는 고출력 청색 레이저다이오드에 FAC lens를 적용시켜 빔 발산모양을 보정하는 경우도 있다.

2 빔 발산형태의 보정

만약 어떤 레이저다이오드가 좌우로 10cm의 빔을 발생, 위아래 두깨는 겨우 1cm밖에 되지 않을정도로 극단적으로 치우쳐진 빔을 발생시킨다고 가정하자.

이 레이저다이오드의 가로:세로 비율은 무려 10:1에 달할정도인 셈이다.

이때, 렌즈를 앞에 달아서 위아래 빔의 두께를 9cm늘려준다면? 가로10cm 세로10cm의 빔으로 변하게 되어 가로:세로 비율이 1:1이 된다.

FAC Lens의 빔 발산형태 보정 방법은 바로 이런 방법이다. 극단적으로 얇은쪽 레이저빔을 렌즈를 이용하여 강제로 확산시켜 가로:세로 비율을 맞추는 것.

이렇게 가로세로 비율이 1:1가까운 형태로 밎추어진 다이오드의 빔 패턴은 좁은 점(Spot)으로 집광하기 유리해지므로 빔 패턴이 비로소 레이저의 역할을 할수있는 쓸모있는 빔으로써 다양하게 활용할 수 있게 된다.

3 FAC Lens를 제거하면...?

FAC lens가 제거된 FAC diode의 레이저 빔은 우리가 생각하는 점 형태로 집광되는 레이저와 거리가 멀다.

점 형태로 집광이 되려면 가로:세로 비율이 1:1에 가까울수록 이상적이지만 FAC lens가 제거된 FAC diode를 점등시켜보면 가로지르는 형태의 비정상적으로 길쭉한 빔이 발생한다.

가로:세로 비율에 있어서 가로선이 극도로 길고 거꾸로 세로선은 극도로 짧은 모양의 레이저 빔이 형성되는것인데, 실제로 벽에 쏘아진 레이저 빔의 형태가 그냥 ㅡ 모양으로 선 하나 그어놓은 형태에 가깝다.

사실상 레이저로써 아무 역할을 할 수 없는 상태이며 더군다나 808nm같은 적외선 다이오드는 DPSS 펌핑 소스로 사용된다는걸 고려할때 이러한 빔 형태는 아예 사용이 불가능하다.

당연하겠지만 FAC Lens가 오염되서 빛이 산란되기 시작할때도 이러한 가로:세로 비율이 제대로 형성되지 않는 현상이 발생하곤 한다.

4 응용 예시

808nm C mount스타일 레이저다이오드는 주로 고출력 적외선 소스로 사용되는데, 출력이 매우 높으므로 멀티 트랜스버스 모드로 동작한다. 멀티 트랜스버스모드 특성상 어쩔수없이 극단적으로 길쭉한 빔이 형성되는데 이때 FAC렌즈를 부착하여 빔 패턴중 얇은쪽을 강제로 확산시켜 잡아 늘어트리는 형태로 만들어 DPSS펌핑용도로 좁은 점으로 빛을 쏠수있다.

M140과 같은 고출력 청색 래이저다이오드를 빔프로젝터 용도로 사용하기 위해 빛을 골고루 흩뿌리기 위하여 FAC렌즈를 장착해 빔 패턴을 직사각형에서 정사각형 형태로 보정하기도 한다. 실제로 가장 대중적이고 익숙한 M140 고출력 레이저다이오드는 원래부터가 이러한 빔 패턴 보정 기능을 수행하는 렌즈가 부착되어져 사용되던 물건이다. 단지 우리가 레이저다이오드를 적출하면서 필요없어진 패턴보정렌즈를 제거했을 뿐.