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Direct Emission, 레이저다이오드에서 직접 빛을 발광하는 방식.
레이저포인터 동호회와 별지시기.kr에서는 Direct Emission을 DE라고 줄여서 쓰기도 한다.
1 Direct Emission방식은?
DPSS방식처럼 펌핑을 통한 빛 변환방식을 사용하지 않고, 레이저다이오드에서 직접 해당하는 색상의 빛을 발광해버리는 방식을 의미한다.
DPSS방식에 비해 여러모로 물리적 특성이 아주 우수하여 고품질 레이저포인터는 일찌감치 DE방식을 사용하여 제조되고 있다.
가장 먼저 상용화된 Direct Emission방식의 레이저포인터는 650-700nm대역의 저시인성 적색 레이저포인터이다.
이후 수많은 색상의 Direct Emission방식 레이저다이오드가 개발됨에 따라 다양한 불빛 색상을 발휘하는 레이저포인터가 DE로 제조되어지는 추세.
아직까지 녹색 레이저포인터는 단가 문제로 인해 여전히 DPSS방식에서 DE방식으로의 전환이 늦어지고 있지만 405nm 보라색, 450-470nm 파란색, 488-490nm 하늘색 불빛을 뿜어내는 청색계열 레이저포인터는 DE방식으로 제조하는것이 단가가 더 싸기 때문에 백이면 백 전부 DE방식으로 제조되어진다.[1]
2 장점과 단점
2.1 DE방식의 장점
- 영하 수십도씩 떨어지는 혹한의 추위에서도 동작할수 있다.
DPSS방식으로 동작하는 레이저포인터들은 공통적으로 모두 다 최소 영상 10도~15도 가량 기온이 유지되어야 정상적으로 동작이 가능하다.
실제로 이러한 문제점으로 인해 589nm, 473nm, 532nm와 같은 DPSS방식으로 동작하는 레이저포인터들은 초가을 저녁 정도의 쌀쌀한 기온만 되도 과냉각에 의한 출력저하가 빈번하게 발생하며, 겨울철에는 아예 동작 자체를 포기해야할 정도로 과냉각에 의한 동작불량에 매우 심각한 영향을 받게 된다.
그 반면, Direct emission 방식으로 동작하는 레이저포인터들은 기온영향을 받지 않는다. 그렇다보니 산업현장에서 사용하기에 아주 적합하며 비상용품(산악구조라던가, 군용이라던가...)용도로 아주 훌륭하다.[2]
- 내구성이 우수하다
DPSS방식 레이저포인터들은 물리적 구성의 한계로 인해 어쩔수없이 수많은 복잡한 구조물들을 내장하고 있다. 반면, DE방식은 회로, 전구, 렌즈 정도의 아주 간단한 구성요소만으로도 훌륭하게 동작할수 있기에 내구도가 압도적으로 우수하다.
특히, 이런 간단한 구조는 충격에 대한 신뢰성을 높이기에 안성맞춤이다.
- 출력과 밝기가 1:1로 일치한다.
DPSS방식은 레이저 빛의 밝기와 출력이 상당히 동떨어진 개념이다 보니 출력이 제아무리 높아도 밝기와 출력이 절대 정비례하지 않는다.
반면, DE방식 레이저포인터는 발광하는 불빛이 모두 다 눈에 보이는 가시광선으로 튀어나오기 때문에 출력과 밝기가 정비례 상승하는 결과를 볼 수 있다.
이를 조금 더 응용하자면, 레이저포인터의 파괴력(mW, 출력)을 가장 낮게 만들고 동시에 밝기를 확보하여 파괴력이 낮은 안전하고 실용적인 레이저포인터를 제작할수 있게 된다는 의미이기도 하다.
- 유지보수, 정비에 용이하다.
애시당초 DPSS방식보다 간단한 내부구조를 갖기때문에 DPSS방식 포인터처럼 광축정렬과 같은 발광 최적화 작업이라던가, 크게 널뛰기하는 출력을 평균수치로 안정화작업 등의 과정이 대부분 생략된다.
예를들어, 전구(다이오드)가 손상되었을 경우 전구만 교체하면 되고 특별히 축정렬 등의 복잡한 과정을 거치지 않아도 왠만해선 문제될일이 없이 잘 작동한다.
2.2 DE방식의 단점
- 대부분 동작전압이 고전압이다.
가장 많이 사용되어지는 녹색과 청색 DE방식 레이저다이오드의 최소 동작전압은 무려 6v~8v대에 달하는데, 이는 무려 최소 4개 이상의 건전지를 직렬연결한 만큼 엄청나게 높은 전압이다.
이렇다보니, DE방식 다이오드에 제대로 불을 점등시키려면 전압을 상승시키는 부스터 회로가 반드시 필요하다.
또는, 아예 리튬전지 두개를 직렬 연결해서 7~8v의 전압을 만들어낸 후, 이를 다시 강압시키는 벅 회로를 사용하는 방법도 있다.
이처럼 높은 동작전압으로 인해 복잡하고 전문적인 지식이 없다면 DE방식 레이저포인터를 제작할수가 없다.
- 제품 설계가 힘들다.
동작전압이 높다보니 어떤 배터리를 사용할지 고민해야 하며, 그에따른 특수 안정회로를 설계하여 짜맞춤해주어야 한다.
DPSS방식 그린레이저는 동작전압이 낮기때문에 소형화하려면 단순히 1.5v 건전지를 사용하도록 디자인하면 되지만, DE방식은 1.5v건전지로는 특수회로 없이는 점등 자체가 불가능하기에 건전지를 사용한 레이저포인터를 제작하려면 DE방식으로 구현하기가 대단히 까다롭다.
3 Green Laser와의 관계
지금까지의 그린레이저는 대다수가 DPSS방식으로 동작하는 제품이라 Invisible Factor, 동작 온도 등의 퍼포만스적인 측면에서 DE 제품보다 상당히 불리한것은 사실이다.
하지만, 몇년전 Direct emission 그린레이저가 개발됨에 따라 지속적으로 DE방식 그린레이저가 생산되고 있으며, 앞으로는 고급 그린레이저는 대부분 DE방식으로 대체될것으로 예상된다.(실제로 현재 생산되는 고급 그린레이저는 대부분이 Direct emission 방식을 사용한 제품들이 아주 많다)
Direct Emission 그린레이저 Family는 505nm[3],510nm, 515nm, 520nm[4]색상이 속해있다.
그 외의 532nm같은 기존의 재래식(?) 색상은 DPSS방식 그린레이저이다.
4 각주
- ↑ 488nm 하늘색 DE방식 레이저포인터는 비교적 최근인 2019-2020년도 근처쯤 제조되기 시작하였다. 샤프사의 다이오드가 매우 저렴한 가격에 다량 공급되기 시작하였기 때문. 그 이전까지만 해도 488nm 하늘색 DE방식 레이저포인터는 레이저포인터 한자루 가격이 부르는게 값일 지경이였다. (전 세계적으로 십여대 미만만 존재하는데다가 원천 다이오드 소스 자체가 수백만원대 가격이였다)
- ↑ 물론 아예 영향을 안받는다면 그건 거짓말이다. 기온이 차가워지면 DE방식 레이저포인터도 약간의 출력저하가 발생한다. 이는 데이터시트에도 명시되어있는 항목이다. 하지만, DPSS방식 레이저포인터는 아예 동작 자체가 불가능하지만, 출력이 약간 감소하더라도 일단 멀쩡히 동작만 한다면 사용하는데 큰 지장이 없다. 생각해보라. 레이저포인터를 켯는데 하나는 불이 아예 들어올 생각조차 안하고, 하나는 미세하게 어두워졌을 뿐, 멀쩡히 사용할수 있다면 어느것을 구입하겠는가?
- ↑ 자주 사용되지는 않는다. 그다지 인기있는 색상은 아님. 정확한 색상은 시안색에 가깝다. 애시당초 시안색이 490nm임을 감안하면 505nm는 그린보다는 밝은 파란색 기운이 다량 섞여있는쪽에 가깝다는걸 금방 알 수 있다.
- ↑ 보통 510nm 515nm 520nm는 같은 계열로 본다. 셋 다 모두 520nm와 사실상 동시다발적으로 공개된것도 있고, 실제 데이터쉬트상 레이저 빔 색상으로 보나, 실제 점등 이후 레이저빔 색상으로 보나 모두다 매우 비슷하기도 하고.