1080nm 필터 선택 가이드: 일반적인 응용 분야의 역엔지니어링
I. 1080nm 레이저 가공 시스템을 위한 필터 구성
응용 프로그램 시나리오산업용 파이버 레이저 용접 장비에서는 1080nm 고출력 레이저(예: 10kW급 연속파 레이저)를 사용하여 금속 재료의 심용입 용접을 수행합니다. 다음과 같은 핵심 기능을 달성하기 위해서는 광 경로 시스템에 특정 필터가 필요합니다.
1. 코어 필터 사양
대역 통과 필터
- 중심 파장: 1080 ± 0.5nm(레이저 출력 파장과 엄격히 일치)
- 대역폭(FWHM): ≤ 2nm(다단계 Fabry-Perot 간섭계 공동 설계를 통해 실현)
- 최대 투과율: ≥ 99.5% (이온빔 스퍼터링 코팅 기술을 통해 달성)
- 차단 깊이: OD ≥ 6(800~1100nm 범위에서 비통과대역 파장의 투과율 < 0.0001%)
- 레이저 손상 임계값: ≥ 50J/cm²(10ns 펄스, 1kHz 반복률)
보호 구성 요소
- 반사 방지 코팅이 있는 융합 실리카 기판(굴절률 불일치 Δn < 0.001)
- 통합 마이크로 채널 수냉 구조(방열 효율 > 200W/cm²)
2. 선정 이유
협대역 통과 설계
온도 변동이나 펌프 소스 불안정성으로 인해 발생할 수 있는 레이저 출력의 잠재적인 ±1nm 스펙트럼 드리프트를 수용하기 위해 2nm 대역폭은 잔여 808nm 펌프 광을 억제하는 동시에 최대 전력 레이저 전송을 보장합니다. 에너지 수준이 1%를 초과하면 광검출기가 포화 상태가 될 수 있습니다.
높은 데미지 임계값
10kW 레이저에서 최대 10⁸W/cm²의 집중 전력 밀도를 제공하는 일반 필터(손상 한계값 < 10J/cm²)는 몇 초 내에 고장납니다. 고출력 부하를 견디려면 Ta₂O₅/SiO₂ 다층 필름 시스템(층 두께 제어 정밀도 ±0.1nm)이 필요합니다.
딥 블로킹 기능
용접 스패터(비선형 광학 효과)로 인해 생성되는 532nm의 2차 고조파는 동축 영상 모니터링 시스템에 간섭을 일으킬 수 있습니다. OD6 차단 깊이는 이러한 미광을 원래 에너지의 백만분의 1 미만으로 감쇠시킵니다.
II. 1080nm 광통신 시스템을 위한 필터 구성
응용 프로그램 시나리오:장거리 광섬유 전송망에서 1080nm 파장은 C 대역(1530~1565nm) 외부의 백업 통신 링크 역할을 합니다. 광 모듈의 필터는 다음과 같은 핵심 기능을 수행해야 합니다.
1. 코어 필터 사양
편광 무감응 대역 통과 필터
- 중심 파장: 1080 ± 0.1nm(튜닝 가능한 레이저의 파장 고정 정밀도에 맞춰짐)
- 대역폭(FWHM): 0.8nm(100GHz 채널 간격에 해당)
- 삽입 손실: ≤ 0.5dB(이온빔 보조 증착 기술을 통해 달성)
- 편광 의존 손실(PDL): ≤ 0.05dB(비대칭 필름 스택 설계 사용)
- 온도 안정성: 중심 파장 드리프트 < 0.01nm/°C (-40°C ~ 85°C)
보상 구성 요소
- 분산 보상을 위한 내장형 처프 미러(군 지연 분산 <±50fs²)
- 통합 MEMS 온도 컨트롤러(온도 제어 정밀도 ±0.05°C)
2. 선정 이유
편광 무감각
광섬유 전송 시 응력이나 온도 구배로 인한 편광 상태 변화는 신호 품질을 저하시킵니다. (ahbmclbmah)^p 주기막 적층(a=0.75, b=0.8, c=1.2, p=30)은 ps 편광 분리를 ≤0.9nm로 제한하여 코히어런트 통신 시스템의 편광 허용 오차 요건을 충족합니다.
초협대역폭
0.8nm(100GHz) 채널 간격의 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM) 시스템에서, 전이 대역 기울기가 10nm/%T 이상인 기존 필터는 -30dB를 초과하는 누화를 발생시킵니다. 고굴절률/저굴절률 쌍이 30개 이상(Δn > 0.8)인 다층 적층 구조는 전이 대역을 0.3nm 이하로 압축합니다.
열 안정성
주변 온도 변화는 필터에서 ~0.002nm/°C의 파장 드리프트를 유발합니다. 기판에 GeO₂를 도핑하고(열팽창 계수를 0.5ppm/°C로 조정) MEMS 온도 제어 기술을 통합하여 드리프트가 시스템 허용 오차 범위 내에서 유지되도록 합니다.
III. 시나리오별 주요 매개변수 비교
레이저 처리 vs. 광통신 요구 사항
- 중심 파장 정확도:
- 레이저 가공: ±0.5nm(레이저 소스에 맞춰짐)
- 광통신: ±0.1nm(DWDM 채널에 맞춰짐)
- 대역폭(FWHM):
- 레이저 가공: ≤2nm(펌프 광 잔류물 억제)
- 광통신: 0.8nm(100GHz 채널 간격)
- 손상 임계값:
- 레이저 가공: ≥50J/cm² (10ns 펄스)
- 광통신: ≥0.3W(연속파)
- 편광 의존 손실:
- 레이저 가공: 엄격한 요구 사항 없음
- 광통신: ≤0.05dB(코히어런트 시스템에 필수)
- 온도 안정성:
- 레이저 가공: 2차(외부 온도 제어에 의존)
- 광통신: 필수(내장 온도 조절 필요)
IV. 일반적인 고장 모드 및 완화 전략
1. 레이저 가공 시나리오
실패 모드:
필터 표면에 레이저로 인한 손상(LID)이 발생하여 국부적인 용융이나 균열이 발생합니다.
완화:
- 이온빔 연마(표면 거칠기 < 0.5nm)를 사용하여 산란 중심을 제거합니다.
- 손상 저항성을 강화하기 위해 코팅 후 레이저 컨디셔닝(정격 전력 10%, 10⁴ 펄스)을 수행합니다.
2. 광통신 시나리오
실패 모드:
온도 변화로 인해 파장이 이동해 비트 오류율이 증가합니다.
완화:
- 열팽창이 일치하는 기판을 사용합니다(예: 초저팽창 유리 ULE)
- 능동 온도 보상을 위한 소형 펠티에 소자 통합
이러한 구성을 준수함으로써 1080nm 필터는 레이저 가공 시 미광 억제를 통한 효율적인 에너지 전송과 광통신 시 편광 무감응성을 통한 정밀한 파장 선택을 가능하게 합니다. 최적의 성능을 위해 맞춤형 설계는 항상 특정 시스템 매개변수(레이저 출력, 전송 거리, 환경 온도 범위)를 고려해야 합니다.
