광학 코팅(또는 스펙트럼 코팅)은 렌즈, 거울 또는 프리즘과 같은 광학 부품에 증착되는 하나 이상의 얇은 재료층으로 구성됩니다. 이러한 코팅의 주요 목적은 특정 파장 스펙트럼에서 부품이 빛을 투과하고 반사하는 방식을 변경하는 것입니다.
작동 원리
광학 코팅은 박막 간섭 원리를 기반으로 작동합니다. 코팅된 광학 표면에 빛이 닿으면 박막의 상단 및 하단 경계면 모두에서 반사됩니다.
막의 두께와 굴절률에 따라 이러한 반사된 빛 파장은 보강 간섭(반사 강화) 또는 상쇄 간섭(반사 감소 및 투과 강화)을 일으킵니다.
반사 방지 코팅의 경우, 단일층의 이상적인 두께는 종종 1/4 파장 광학 두께 공식을 사용하여 계산됩니다.
nd = λ / 4
여기서:
- n은 코팅 재료의 굴절률입니다.
- d는 층의 물리적 두께입니다.
- λ는 빛의 목표 파장입니다.
일반적인 스펙트럼 코팅 유형
- 반사 방지(AR) 코팅: 반사를 최소화하고 빛 투과율을 최대화하도록 설계되었습니다.
- 고반사(HR) 코팅: 반사를 최대화하도록 설계되었으며, 주로 레이저 거울에 사용됩니다.
- 밴드패스 필터: 특정 파장 대역만 투과시키고 다른 파장 대역은 차단하도록 설계된 다층 유전체 코팅입니다.
실제 예시: LiDAR 센서 창
스펙트럼 코팅이 실제 기술에 어떻게 적용되는지 설명하기 위해 광학 시스템에 사용되는 밴드패스 필터 코팅의 예시를 제시합니다.
- 배경: 자율 주행 차량은 LiDAR(Light Detection and Ranging) 시스템을 사용하여 주변 환경을 3D로 매핑합니다. 이러한 시스템은 905nm와 같은 특정 근적외선 파장에서 작동하는 레이저를 사용하는 경우가 많습니다. 센서는 이 특정 레이저의 미세한 반사 신호를 감지하면서 햇빛으로 인한 압도적인 배경 간섭을 무시해야 합니다.
- 코팅 사용: 센서의 외부 광학 창 또는 센서 렌즈에 특수 박막 스펙트럼 코팅을 증착하여 좁은 밴드패스 필터를 만듭니다.
- 기능: 이 코팅은 높은 굴절률과 낮은 굴절률 재료의 수십 개의 교번 층으로 설계되었습니다. 그 결과 가시광선과 넓은 스펙트럼의 적외선은 완전히 차단(반사 또는 흡수)하고, 정확히 905nm 파장은 높은 투과율로 통과시킵니다.
- 결과: LiDAR 시스템의 신호 대 잡음비가 크게 향상됩니다. 센서는 도로 위의 물체에서 반사되는 905nm 레이저 펄스를 정확하게 감지하여 차량이 주변 낮빛에 "눈이 멀지 않고" 안전하게 운행할 수 있도록 합니다.
