컬렉션: 785nm 대역 통과 필터

라만 분광법 및 LiDAR 시스템을 위한 785nm 파장 필터 선택 가이드

이 가이드는 공급업체의 권장 사항을 따르지 않고도 두 가지 주요 응용 분야에 맞춰 785nm 대역 통과 필터를 선택하기 위한 기술 사양을 제공하고, 구성 근거와 문제 해결 메커니즘을 설명합니다.

1. 라만 분광 분석 시스템

신청 요건

라만 분광법에서는 785nm 레이저를 사용하여 샘플을 여기시켜 라만 산란 신호를 생성합니다. 레일리 산란 강도는 라만 신호보다 10^6~10^8배 강하기 때문에, 필터는 배경 잡음에 의한 특징 피크 마스킹을 방지하기 위해 라만 신호(파장 785nm 이상)의 높은 투과율을 보장하는 동시에 여기광과 산란광을 효율적으로 분리해야 합니다.

필터 구성 체계

여기 광 경로: 785nm 협대역 통과 필터

• 주요 매개변수:

- 중심파장 : 785±1nm

- 반치폭(FWHM): ≤5nm

- 최대 투과율: ≥90%

- 차단 깊이: OD ≥5(200–1200nm 범위)

• 선택 근거:좁은 대역폭은 일반적인 레이저 선폭(≈0.1nm)과 정확히 일치하며, 높은 차단 깊이는 흩어진 레이저 빛을 억제하여 여기 광 누출이 감지를 방해하는 것을 방지합니다.

검출 광학 경로: 롱패스 필터 + 노치 필터 조합

• 롱패스 필터:

- 차단파장 : 780nm

- 전환 대역폭: ≤0.2% (예: LP01-780RU/S-25 시리즈)

- 차단 깊이: OD ≥6 (780nm 이하)

• 노치 필터:

- 중심파장 : 785nm

- 대역폭: 9nm

- 차단 깊이: OD ≥9

- 대역외 투과율: ≥90%

• 시너지 효과:장역통과필터는 레일리 산란을 90% 이상 차단하고, 노치필터는 잔류 여기광을 더욱 억제합니다. 이 두 필터를 함께 사용하면 배경 잡음을 원래 강도의 10⁻⁹ 미만으로 줄여 신호 대 잡음비(SNR)를 크게 향상시킵니다.

해결된 주요 문제

• 신호가 압도적이다:2단계 필터링 설계는 여기 광 간섭을 \(10^6\)배에서 무시할 수 있는 수준으로 줄여 라만 특성 피크(예: 50–4000cm⁻¹ 지문 영역)를 명확하게 시각화할 수 있습니다.
• 파장 선택성:협대역 통과 필터는 785nm 레이저만 시료에 조사되도록 하여 다른 파장의 형광 간섭을 방지합니다. 장파장 통과 필터는 자외선/가시광선 배경광을 차단하면서 라만 신호를 정확하게 투과시킵니다.

2. 광 감지 및 거리 측정(LiDAR) 시스템

신청 요건

785nm LiDAR 시스템에서 필터는 효율적인 레이저 신호 전송과 주변광 억제를 가능하게 해야 합니다. 이 파장은 실내 내비게이션 및 서비스 로봇과 산업 자동화 장비의 근거리 감지와 같이 눈 안전 위험이 낮은 상황에 적합합니다.

필터 구성 체계

송신기 측: 고투과율 대역 통과 필터

• 주요 매개변수:

- 중심파장 : 785±2nm

- 대역폭: 8±2nm

- 최대 투과율: ≥95%

- 각도 응답 : ≤±0.5nm (입사각 0~45°)

• 선택 근거:좁은 대역폭은 레이저 펄스의 스펙트럼 확장을 최소화하는 동시에 높은 투과율은 5% 미만의 전력 손실을 보장합니다. 각도 안정성은 모든 입사각에서 ±0.5nm 이내의 파장 이동을 보장하여 거리 측정 정확도를 유지합니다.

수신기 측: 초협대역 통과 필터 + 대역 저지 필터

• 초협대역 통과 필터:

- 대역폭: ≤4nm

- 차단 깊이: OD ≥6 (외부 785±10nm)

- 열 드리프트 계수: ≤0.07nm/℃

• 대역 차단 필터:

- 억제 대역: 900–1100nm

- 차단 깊이: OD ≥5(태양 스펙트럼의 주요 근적외선 성분 포함)

• 시너지 효과:초협대역 통과 필터는 785nm 에코 신호만 허용하고, 대역 저지 필터는 강한 적외선 간섭(예: 940nm 주변광)을 차단합니다. 두 필터를 함께 사용하면 1000룩스 조도에서도 99% 이상의 신호 순도를 유지합니다.

해결된 주요 문제

• 주변광 간섭:2단계 필터링 설계로 주변 소음을 신호 강도의 0.1% 미만으로 줄여, 조도가 높은 환경에서 감지 범위를 3배로 늘립니다.
• 파장 안정성:열 드리프트 보상(VCSEL 레이저 매칭)을 통해 필터 통과 대역이 –40℃~85℃ 내에서 레이저 파장 이동을 추적하여 온도로 인한 신호 저하를 방지합니다.

핵심 선택 원칙

• 스펙트럼 매칭 우선 순위: 신호 손실이나 배경 누출을 방지하기 위해 중심 파장 편차는 레이저 소스로부터 ≤±1nm이어야 하며, 필터 대역폭은 레이저 선폭의 2배 미만이어야 합니다.
• 정량화된 차단 깊이:라만 시스템의 경우 레이리 산란을 억제하기 위해 OD ≥6 필터를 사용하고, LiDAR의 경우 주변광을 차단하기 위해 OD ≥5를 사용합니다.
• 동적 성능 고려 사항:진동/온도에 민감한 환경에서는 낮은 각도 감도(45° 입사에서 파장 변화 ≤±1nm)와 낮은 열 계수(≤0.1nm/℃)를 우선시합니다.
• 재료 호환성:팽창 계수가 낮은(≤0.5ppm/℃) 융합 실리카 또는 UV 등급 유리 기판을 선택하여 장기간 손상 없이 100mW 이상의 레이저 전력을 견딜 수 있어야 합니다.

이 구성은 785nm 애플리케이션의 신호 품질과 시스템 안정성 간의 최적의 균형을 보장하여 연구, 산업 검사, 자동화 분야의 엄격한 요구 사항을 충족합니다.