컬렉션: 1064nm 대역 통과 필터

타겟 애플리케이션을 위한 1064nm 필터 선택 가이드

I. 레이저 가공 시스템을 위한 필터 구성

응용 프로그램 시나리오

Nd:YAG 레이저 절단/용접 장비에서는 레이저 광학 경로에 대한 정밀한 제어와 작업자 안전 보호가 중요한 요구 사항입니다.

필터 사양 요구 사항

1. 분광 특성

• 중심 파장: 1064nm ± 0.5nm (레이저 소스와의 정확한 매칭을 보장합니다)
• 대역폭: ≤8nm (532nm 주파수 배가광과 같은 고조파 간섭을 억제하기 위한 협대역 통과 설계)
• 반사율: >99% @ 1064nm(고반사율 음수 필터)
• 차단 깊이: OD≥6 @ 400-1100nm (가시광선 및 적외선 흩어짐 빛을 효과적으로 차단)

2. 광학 성능

• 레이저 손상 임계값: >15J/cm² (펄스 레이저) 또는 >300mW (연속파, 레이저 전력 밀도에 맞춰짐)
• 표면 품질: MIL-spec 40-20(산란으로 인한 에너지 손실 감소)

3. 재료 및 구조

• 기판 재료: 용융 실리카 또는 CaF₂(높은 레이저 손상 임계값, 낮은 흡수 특성)
• 코팅 설계: SiO₂/TiO₂ 다층 유전체 필름(100개 이상의 층)은 이온 빔 지원 증착(IAD)을 통해 증착되어 필름 밀도를 향상시킵니다.
• 반사 방지 코팅: 양면 광대역 AR 코팅(평균 반사율 <0.2% @ 400-1600nm, 광학 경로 손실 최소화)

선택 논리와 문제 해결

• 고반사율 설계: 패브리-페로 간섭을 활용해 1064nm에서 강한 반사 피크를 생성하고, 레이저 에너지를 광학 경로 내에 가두어 확산 반사로 인한 처리 부정확성을 방지합니다.
• 협대역 통과 기능: 주파수가 두 배로 증가한 빛(예: 532nm)과 주변광 간섭을 억제하여 센서 오작동이나 광학 부품 손상을 방지합니다.
• 높은 데미지 임계값: 단단한 코팅 공정(예: 이온 빔 스퍼터링)을 통해 필터는 메가와트 수준의 레이저 전력을 견딜 수 있으므로 코팅 파열로 인한 시스템 고장을 방지할 수 있습니다.
• 재료 선택: CaF₂ 기판은 1064nm에서 95% 이상의 투과율과 높은 열전도도(9.71W/m·K)를 제공하여 장기간 고출력 레이저 환경에 적합합니다.

II. LiDAR 시스템을 위한 필터 구성

응용 프로그램 시나리오

자동차용 LiDAR 시스템에서는 1064nm 레이저 신호의 효율적인 전송과 배경 소음의 억제가 필수적입니다.

필터 사양 요구 사항

1. 분광 특성

• 중심 파장: 1064nm ± 1nm (InGaAs 검출기의 응답 피크와 일치)
• 대역폭: 2-8nm(더 좁은 대역폭은 시스템 SNR 요구 사항에 따라 간섭 방지 기능을 향상시킵니다)
• 투과율: >95% @ 1064nm (신호 강도 보장)
• 차단 특성: T<0.1% @ 800-1000nm 및 1100-1600nm(햇빛 및 기타 레이저 간섭 억제)

2. 광학 성능

• 삽입 손실: <0.8dB(신호 감쇠 최소화)
• 편광 의존 손실(PDL): <0.1dB(신호 무결성 보장)
• 온도 안정성: Δλ/ΔT ≤0.005nm/℃ (-40℃ ~ +85℃ 환경에서 안정적으로 작동)

3. 재료 및 구조

• 기판 재료: BK7 유리 또는 실리콘 단결정(비용과 적외선 투과율의 균형)
• 코팅 설계: 나노미터 수준의 두께 제어를 위해 마그네트론 스퍼터링을 통해 증착된 Ta₂O₅/SiO₂ 다층 필름
• 치수 정확도: 직경 허용 오차 ±0.05mm, 평행도 <1분각(광섬유 결합 시스템과 호환)

선택 논리와 문제 해결

• 협대역 통과 설계: 필름 두께의 정밀한 제어(오차 <1nm)로 1064nm 레이저 전송만 허용하여 근적외선 주변광(예: 850nm/940nm)을 억제하고 SNR을 개선합니다.
• 높은 투과율: 이온빔 보조 증착(IBAD)은 굴절률 매칭을 최적화하여 1064nm에서 95% 이상의 투과율을 달성하여 장거리 에코 신호를 효과적으로 감지합니다.
• 온도 안정성: 그라디언트 필름 설계는 열 파장 변화를 보상하여 환경 온도 변화로 인한 시스템 오판이 발생하지 않도록 합니다.
• 낮은 삽입 손실: 양면 AR 코팅은 인터페이스 반사를 줄여(R<0.2%) LiDAR 감지 범위를 확장합니다(예: 200m에서 300m로).

III. 주요 선정 기준 비교

• 핵심 트레이드오프:
• 레이저 가공: 고출력 레이저 보호대광 경로 효율
• LiDAR: 신호 강도대환경 소음 억제
• 분광 특성:
• 레이저 가공: 높은 반사율(>99%)
• LiDAR: 높은 투과율(>95%)
• 손상 임계값:
• 레이저 가공: >15J/cm² (펄스)
• LiDAR: >300mW(연속파)
• 재료 선택:
• 레이저 가공: CaF₂ (높은 손상 저항성)
• LiDAR: BK7 유리(비용 효율적인 솔루션)
• 프로세스 우선순위:
• 레이저 가공: 하드 코팅(레이저 충격으로부터 보호)
• LiDAR: 정밀 두께 제어(나노미터 수준)

IV. 환경 적응 설계 권장 사항

1. 고온 환경(예: 산업용 용광로)

• 300℃를 견딜 수 있는 금속-유전체 복합 필름(예: Cr/SiO₂ 층)이 있는 용융 실리카 기판(열팽창 계수 5.5×10⁻⁷/℃)을 사용합니다.
• 유기 접착제는 피하고, 열 박리를 방지하기 위해 금속 압축 링을 사용하여 장착하세요.

2. 습도가 높은 환경(예: 야외 LiDAR)

• 1000시간 85℃/85%RH 신뢰성 테스트를 통과한 단단한 코팅(경도 >8H)을 적용합니다.
• 필름 계면에 습기가 침투하는 것을 방지하기 위해 기판 가장자리를 소수성 재료(예: 테프론)로 코팅합니다.

3. 진동이 발생하기 쉬운 환경(예: 자동차 플랫폼)

• 진동으로 인한 균열을 방지하기 위해 최적화된 코팅 응력(잔류 응력 <0.3GPa)을 갖는 실리콘 단결정 기판(파괴 강도 2.8GPa)을 선택합니다.
• 탄성 마운트를 사용하여 기계적 응력 전달을 줄이세요.

결론

1064nm 필터를 선택하려면 용도별 핵심 과제, 즉 레이저 가공을 위한 고출력 보호 및 광학적 순도와 LiDAR를 위한 신호 무결성 및 환경적 견고성 간의 우선순위를 정해야 합니다. 이 접근법은 스펙트럼 특성, 재료 선택 및 공정 최적화를 통합함으로써 시스템 성능과 비용 효율성 간의 최적의 균형을 달성합니다.