Principle : Detection Device

Laser Power & Energy Meter

• 레이저 파워: 단위 시간당 방출되는 에너지의 양으로, W(와트), kW, mW 등의 단위로 표현됩니다.

• 레이저 에너지: 레이저 빔이 단위 시간과 단위 면적당 전달하는 총 에너지량을 말합니다.

작동 원리

Thermopile Sensor (열전퇴 센서)

• 원리: 센서 표면에 빛이 흡수되면 열로 바뀌고, 이 온도 차이가 전기 신호로 변환됩니다.

• 특징:
• 연속파(CW) 또는 펄스 레이저 측정 가능
• 열을 잘 흡수하고, 고출력에도 견딤
• 고출력일 경우 수냉식 냉각 필요

💡 예시: 1kW CW 파이버 레이저의 출력 안정성 테스트 시 사용

Photodiode Sensor (포토다이오드 센서)

• 원리: 특정 파장에서 빛을 받으면 전류가 발생 → 증폭 → 전압 측정. 광다이오드는 입사광에 비례하는 전류를 생성하며, 이를 통해 낮은 파워의 레이저 빔을 측정합니다.

• 특징:
• 빠른 응답 (나노초 단위 펄스 측정 가능)
• CW 및 고속 펄스 모두 측정 가능
• 고감도, 빠른 반응 속도

Pyroelectric Sensor (피로일렉트릭 센서)

• 원리: 온도 변화가 결정(crystal)에 전하를 발생시켜 전기 신호로 바뀝니다. 펄스 레이저의 에너지를 측정하기 위해 사용되며, 펄스에 의해 생성된 전하를 감지하여 에너지를 계산합니다.

• 특징:
• 펄스형 신호에만 반응, CW에는 반응 X
• 반복률 10kHz 이상 가능
• 고출력 레이저에 적합한 세라믹 코팅 타입도 존재

💡 예시: Nd:YAG 펄스 레이저의 에너지 측정

Integrating Sphere (적분구 센서)

• 원리: 구형 내부에 빛을 고르게 퍼뜨린 후 검출기에서 수광

• 특징:
• 빔 입사각이나 형상이 일정하지 않은 경우에 적합
• 비균일한 빔 프로파일에도 정확한 측정 가능

💡 예시: 광섬유 출력 측정 시 유리

Fiber Optic Power Meter (광섬유 파워 미터)

• 광통신, 연구, 센서 시스템에서 광섬유 내 광 신호의 파워를 측정

Power Meter Cassette (파워 미터 카세트)

• 특징:
• 멀티채널 측정 가능 (단일/듀얼/쿼드)
• 고속 샘플링 (250kHz)
• 넓은 파장 범위 (750–1700 nm, 800–1000 nm)

용어 해설

센서 선택 시 고려할 점

• Laser Power & Energy Meter는 레이저 시스템 성능 검증, 품질 관리, 시스템 튜닝에 필수 장비입니다.

• 센서 선택은 측정 조건(출력, 파장, 반복률 등)에 따라 달라집니다.

• 고출력, 고속 펄스, 광섬유 출력 등 다양한 상황에 맞춘 센서가 존재합니다.

목적

• 출력 검증: 레이저 시스템이 원하는 출력 파워와 에너지를 정확히 제공하는지 확인합니다.

• 안정성 평가: 시간에 따른 출력 변동을 모니터링하여 시스템의 안정성을 평가합니다.

• 성능 최적화: 레이저 시스템의 성능을 최적화하기 위해 필요한 조정을 수행합니다.

절차

1. 레이저 예열: 레이저를 켜고 20~30분 정도 안정화될 때까지 기다립니다. 이는 레이저의 광학 부품이 환경과 균형을 이루도록 하기 위함입니다. Gentec EO

2. 센서 선택: 측정하려는 레이저의 파워, 파장, 빔 직경 등에 적합한 센서를 선택합니다.

3. 센서 배치: 레이저 빔이 센서의 활성 영역에 정확히 입사하도록 정렬합니다. 빔이 센서 표면 전체에 고르게 분포되도록 합니다. ResearchGate

4. 파장 설정: 파워 미터에서 측정하려는 레이저의 파장에 맞게 설정을 조정합니다.

5. 측정 수행: 레이저를 작동시키고 파워 미터의 지시값이 안정화될 때까지 기다린 후, 측정값을 기록합니다.

6. 반복 측정: 정확성을 높이기 위해 여러 번 측정을 수행하고 평균값을 계산합니다.

주의사항

• 환경 조건: 온도 변화나 공기 흐름이 측정에 영향을 줄 수 있으므로, 가능한 한 일정한 환경에서 측정합니다.

• 센서 과부하 방지: 센서의 최대 허용 파워를 초과하지 않도록 주의합니다.

• 정기적 교정: 정확한 측정을 위해 파워 미터와 센서를 정기적으로 교정합니다.

제조사 현황

• Ophir Optronics: 다양한 센서와 호환되는 스마트 플러그 방식의 레이저 파워 미터를 제공합니다. Ophir Optronics

• Gentec-EO: 레이저 빔과 테라헤르츠 소스 측정 및 분석에 특화된 제품을 제공합니다. Demark China

• Coherent: 다양한 파장, 파워 레벨, 펄스 에너지에 대한 정밀한 측정을 지원하는 레이저 파워 및 에너지 미터를 제공합니다.

• YIXIST: OEM 레이저 파워 및 에너지 미터를 제조하며, 다양한 센서와 광원 측정 장비를 제공합니다. Yixist

• CCILASER: 레이저 장비를 연구, 개발, 생산, 판매하는 중국의 하이테크 기업으로, 다양한 레이저 파워 미터를 생산합니다. CCI Laser

• CNI Optics: 레이저 시스템의 국제적 설계 및 제조사로, 다양한 맞춤형 파워 측정 기기를 제공합니다.

Beam Profiler

원리

• CCD/CMOS 센서, InGaAs 센서로 2D 평면에 입사되는 레이저 빔의 에너지 분포를 시각화.

• 빔의 Gauss성, 왜곡, 핫스팟 여부 확인 가능.

적용 분야

• 고정밀 가공, 의료용 레이저, R&D

• 정렬 및 초점 튜닝

💡 예시: 레이저 커팅기의 빔 균일도 점검 시 사용.

Beam Waist Monitor

원리

• 이동식 센서 혹은 자동 스캐닝 시스템을 사용하여 Z축 방향의 빔 프로파일을 연속 측정.

• 곡선 피팅을 통해 가우시안 빔 파라미터 도출.

적용 분야

• 초점 위치 보정

• 광학 시스템 내 초점 품질 검증

• 정밀 가공 시스템 설계

💡 예시: 미세 구조 마킹 장비의 렌즈 포커싱 최적화 시 사용.

Wavelength Meter

원리

• 파장 분산 요소(회절 격자 또는 인터페로미터)를 이용하여 빛의 스펙트럼을 실시간 측정.

적용 분야

• 레이저 파장 안정성 검증

• 통신용 DFB/VCSEL 소자 평가

Optical Spectrum Analyzer (OSA)

원리

• 고분해능 분광 측정으로 다중파장/모드의 정밀 분석

• 파형 간섭 분석 및 레이저 잡음 확인

Beam Pointing Stability Monitor

원리

• 고속 카메라 혹은 PSD(Position Sensitive Device)를 통해 빔의 X-Y 위치를 시간 축으로 추적

적용 분야

• 고정밀 스캐닝, 거리 측정, 위상 간섭 시스템 안정성 테스트

Polarization Analyzer

원리

• 편광자 + 분석기를 조합해 빛의 편광 특성 분석

• Jones Matrix, Stokes Parameter 방식 사용

Divergence Meter

원리

• 다중 거리에서의 빔 직경 측정 → 발산각 계산

• Beam Waist와 결합해 M² 품질 인자 측정