DPSS

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Diode Pumped Solid State. DPSS.

1 구조

DPSS방식으로 동작하는 레이저포인터는 공통적으로 적외선- 파장 변화 크리스탈구조를 갖는다.

레이저포인터의 불빛 색상에 따라 파장 변화 크리스탈은 제각각 다른 구성성분을 갖지만 펌핑(적외선 빛 공급)을 위한 빛은 공통적으로 808nm파장 적외선을 사용한다.

발광을 위한 배치는 펌핑 소스-크리스탈-집광렌즈 순서로 배열된다. 필요에 따라서 추가적인 렌즈가 들어간다.예를들어, 다이오드의 빔 패턴을 변형하여 크리스탈에 빛이 더 잘 들어가게 하는 렌즈 또는 집광을 위한 콜리메이터 렌즈기 추가 장착된다.

2 동작

가장 처음에 적외선 광원에서 적외선 발광이 이루어진다. DPSS방식으로 동작하는 레이저포인터는 효율이 좋지 않기 때문에 출력보다 월등히 더 강력한 입력 적외선빛을 발광해 준다.

적외선 빛은 크리스탈에 조사되면서 빛의 파장(nm, 나노미터)이 변화되는데, 이 과정에서 우리 눈에 보이는 가시파장 영역(Visible Factor)로 전환된 빛과 함께, 나머지 전환되지 못한 빛은 눈에 보이지 않는 비가시파장 영역(Invisible Factor)이 섞여서 발생된다.

최종적으로 이렇게 변환된 빛은 형광등, LED 와 같이 방향성 없이 골고루 퍼져나가는 손전등같은 빛이 되는데, 이 빛을 집광렌즈로 아주 작은 점으로 모아주면 레이저 빛이 된다.

2.1 적외선 필터(IR필터)

우리가 레이저포인터를 사용함에 있어서 가시파장 영역만을 사용하므로눈에 보이지 않는 비가시파장이 차지하는 부분(Invisible Factor)를 대폭 감소시켜 출력을 낮추어주면 훨씬 안전한 레이저포인터가 된다.

DPSS방식으로 작동하는 레이저포인터는 적외선 필터를 장착하여 안전성을 높일 수 있는데, 원리는 다음과 같다.

비가시파장은 눈에 보이지 않는 완전히 무색 투명한 눈에 보이지 않는 불빛이다.

우리가 레이저포인터를 사용함에 있어서 눈에 보이지 않는 무색투명 불빛이 차지하는 쓸데없이 높은 잉여출력(mW, 밀리와트)부분을 제거하더라도 어차피 눈에 보이지 않는 불빛만을 제거한 것이므로 실제 레이저포인터의 밝기는 전혀 감소하지 않는다.

2.2 적외선을 이용한 출력 뻥튀기

눈에 안보이는 적외선이 섞이게되면 섞여들어간 양 만큼 레이저포인터 출력(mW)이 증가 하므로 중국산 고출력 레이저포인터는 IR필터를 의도적으로 장착하지 않는다.

네이버, 다음, 구글 등을 검색해보면 수십mW 수백mW 출력을 적어놓고 돈십만원이 채 되지 않는 가격에 판매하는 중국산을 쉽게 볼수있을것이다.
바로 이런것들이 대표적인 의도적으로 적외선필터(IR필터)를 제거한 예.

특히, 정출력이라면서 측정사진까지 올려놓고 홍보하는 사기꾼들마저 존재하는데, 이는 눈에 안보이는 무색 투명한 적외선을 레이저포인터에 섞음으로써 출력을 크게 뻥튀기시켜 마치 우리 레이저포인터는 출력이 높아서 밝기가 밝습니다~ 라고 대놓고 사기행각을 벌이는 것이다.

구매자들은 레이저포인터에 대해서 잘 모를뿐더러, 판매자가 적외선필터 있다, 우리껀 중국산 아니다 라고 잡아떼면서 교묘히 사기치면 구입하는 입장에서는 그게 사기인지 아닌지 알 수 있는 방법이 없기 때문에 이러한 무색 투명한 적외선을 이용한 사기행위가 지속적으로 발생하는 것. 출력(mW)는 레이저가 얼마나 강한지를 나타내는 지표이지, 이것이 곧 레이저포인터의 밝기를 나타내는 지표가 아니다.

그럼에도 불구하고 이러한 눈에 보이지 않는 무색투명한 적외선을 이용하여 출력 높다고 사기치는게 줄어들지 않는 이유는 지금까지 중국산이 그래왔고, 여전히 지속적으로 그렇게 사기룰 치고 있기 때문이다.

3 장점과 단점

3.1 장점

• 유지보수 비용이 저렴하다.

DE(Direct emitting)방식은 불빛이 안나올경우 드라이버 또는 다이오드 중 어느 하나가 고장난 경우에 해당하는데, 드라이버와 다이오드 모두 DPSS방식 레이저포인터에 사용되는것에 비해 고가형이다. 이는 DPSS방식으로 작동하는 레이저포인터는 적외선 다이오드와, 이를 구동시키는 드라이버만 필요한 반면, DE방식 레이저포인터는 해당 색상을 발광하는 레이저다이오드와 그 다이오드의 동작 전압에 따른 드라이버를 일일히 매칭시켜야 하기 때문이다.
또한, 적외선 다이오드를 구동하는 드라이버는 가격이 가장 저렴한쪽에 속한다.

• 파장 정확도가 높다.

반드시 특정 파장의 적외선을 사용하여 펌핑되어 일정 파장만 흡수하고 방출하는 방식의 색 변환 원리이므로 레이저 빛 색상 변이폭이 작을수밖에 없다.
그반면, 다이오드 직접 발광방식의 레이저포인터는 동작 온도와 투입 전류량에 따라 색상이 어느정도 변화폭을 보이는 편이다. 심지어 일부 다이오드에서는 이 현상이 극심히 발갱한다고 알려져 있다. 파장변이 현상이 극심한 다이오드는 고의적으로 특이한 불빛 색상을 만들어낼 수 있을 만큼 매우 큰 폭으로 불빛 색상이 변화하지만 DPSS방식 레이저포인터는 그렇지 않다.

• 가격이 저렴하다

물론 DE방식보다 더 비싼 DPSS방식 레이저포인터도 있지만 대체적으로 같은 Visible factor와 nm값을 전재로 동일 출력을 비교한다면 DPSS방식 레이저포인터가 더 싼 경향을 보인다.

3.2 단점

• 기온이 차가워지면 동작을 할 수 없다.

DPSS방식 레이저포인터의 가장 치명적인 단점. 이 단점때문에 가격이 훨씬 더 비싼 DE발광방식 레이저포인터를 구입하는 사람들이 있을 정도.
DPSS방식 레이저포인터는 정상적인 동작을 보장받기 위해서는 최소한 영상 15도 이상 기온이 보장되어야 한다. 그 이하로 기온이 떨어지게 되면 불빛 색상을 변화시키는 인공 보석 결정체의 원자 활성도가 떨어져 정상적으로 동작할수가 없다. 심지어 이런 치명적인 단점은 모든 DPSS방식 레이저포인터의 공통적인 약점중 하나.

• 내구성이 약하다.

당연하겠지만 DE발광방식보다 내부 구조물이 한참이나 더 많은만큼 낙하, 진동, 충격에 대한 내구성이 DE발광방식에 비해 한참 뒤쳐질수밖에 없다. 당연하겠지만 중국산 고출력 레이저포인터 역시 싼 가격으로 만들수 있는 DPSS방식을 사용하여 제품 품질검사를 거치지 않고 마구잡이 양산되다보니 마찬가지로 내구성 문제가 지속적으로 발생되고 있다.
그 반면 DE발광방식은 가격이 비싸서그렇지 부품 갯수가 몇 안되다보니 내구성 하나는 DPSS방식보다 끝내주게 좋은 편.

• 수리 난이도가 엄청나게 높다.

고장나면 다이오드 또는 드라이버만 갈아끼우면 그 즉시 수리가 완료되는 DE방식에 비해, DPSS방식 레이저포인터는 광축 정렬 점검, TEM발진모드 점검이라는 두개의 과정이 반드시 필요하다.
수리에 필요한 부품 가격은 DE방식보다 한참 저렴한 반면, 수리 난이도는 노가다를 요구로하는 상당히 귀찮고 고난이도의 정밀 작업을 요구로 한다.

4 DPSS레이저 색상(파장)

DPSS방식으로 동작하는 레이저포인터는 다음과 같은 색상을 발생시킨다.

• 447nm 청색 레이저
• 473nm 하늘색 레이저
• 488nm 시안색 레이저
• 532nm 녹색 레이저
• 561nm 녹차색 레이저
• 589nm 주황-황금색 레이저
• 591nm 호박색 레이저
• 660nm 적색 레이저