레이저 모듈이란?
레이저 모듈은 레이저를 이용하여 동작하는 다양한 기기에 필요한 레이저 광원을 생성하기 위한 장치 일체를 말합니다.
현재 레이저를 이용한 기기가 많이 존재하며, 특히 계측 장치나 위치 감지 장치, 그리고 각종 센서 등에 레이저 광원은 필수적인 존재로 자리 잡고 있습니다. 계측용 레이저는 가시광선 범위의 청색, 녹색 및 적색 레이저가 많지만, 그 파장 범위에서 벗어난 가공용으로 사용되는 레이저도 있으며, 그 위험도에 따라 클래스 1부터 클래스 4까지 등급이 구분되어 있습니다.
레이저 모듈의 사용 용도
레이저 모듈의 사용 용도는 파장에 따라 다르지만, 일반적으로 계측 용도나 포인터, DVD 등의 픽업 광원, 반도체 부품의 배선 가공, 제품의 수지 소재 등에 마크 인쇄 용도 등에 사용됩니다.
현미경이나 간섭계 등의 계측기기에는 주로 적색 레이저가 이용됩니다. 따라서 계측기기용 적색 레이저를 안정적으로 발진할 수 있는 레이저 모듈이 많이 시판되고 있는 상황입니다. 가시광선 영역의 광원은 크게 증폭하지 않으면 비교적 안전하기 때문에 레이저 포인터나 프로젝터에도 사용됩니다.
한편, 레이저 가공기 등에는 다양한 파장의 레이저가 사용됩니다. 그 파장에 따라 가공할 수 있는 소재와 피가공물의 손상이 달라집니다.
레이저 모듈의 원리
레이저 모듈의 원리는 필요한 레이저 빛의 파장과 위상을 맞추기 위해 그 파장에 적합한 원소를 사용하고, 유도방출이라는 물리적 원소의 에너지 준위 전이를 활용한다는 점에 있습니다.
특정 파장의 빛을 얻기 위해서는 특정 원소로 구성된 매체를 준비합니다. 이 원소가 여기상태에서 준위가 낮아질 때 일정한 전자기파 에너지를 방출하고, 그 에너지에 해당하는 파장의 광원을 얻을 수 있습니다.
레이저 모듈에서는 이 광원의 위상을 맞추기 위해 한 번에 많은 여기된 원소의 레벨을 떨어뜨려야 합니다. 이를 위해 유도방출과 같은 물리 현상을 이용합니다. 유도방출은 이 원소의 여기된 준위와 규정 준위 사이의 에너지 차이에 해당하는 빛이 입사되면 그 부분의 전자도 함께 에너지를 방출하는 현상입니다. 이 현상으로 인해 같은 위상의 빛을 얻을 수 있습니다.
레이저 모듈에서는 이 유도방출을 동시에 많이 하기 위해 원소 전체를 한꺼번에 여기 상태로 유도방출 현상을 일으키는 사이클을 반복하여 일정 파장의 레이저 소스를 얻을 수 있는 구조로 되어 있습니다.
레이저 모듈의 기타 정보
1. 레이저 광원의 등급 분류
레이저 광원은 그 안전 관리에 따라 클래스 분류가 이루어지고 있으며, 클래스 1부터 클래스 4까지 단계별 분류가 있습니다. 예를 들어, 클래스 1은 안전상 문제없이 특별한 대책이 필요 없지만, 클래스 4는 0.5W 이상의 CW를 다루는 고출력 레이저로, 비록 반사광이라 하더라도 피부나 안구에 화상이나 손상 등이 우려되는 레이저입니다.
보호구를 포함한 충분한 안전 조치가 필요하며, 제품에는 보통 해당 레이저 등급에 따른 경고 라벨이 표시되어 있습니다. 또한, 제품에 따라서는 인터록을 포함한 보호 커버를 장착하면 클래스 4에 해당하는 레이저라도 클래스 1로 취급해도 괜찮다고 하는 제품도 있습니다. 해당 레이저 모듈의 사양과 일본공업규격 ‘레이저 제품의 방사선 안전기준’인 JIS C 6802의 원문을 통해 구체적인 내용을 잘 확인하는 것이 중요합니다.
2. 레이저 모듈의 파장 사례
레이저 모듈의 파장은 다양한 파장의 제품들이 출시되어 있습니다. 가시광선은 380nm 부근의 보라색을 하한으로 하여 780nm 부근의 적색까지 용도에 따라 취급되고 있으며, 포인터 용도나 계측기기에는 적색 레이저가 널리 사용되고 있습니다.
한편, 가공용 레이저 광원의 대표적인 사례는 CO2 레이저로, 그 파장은 10.6um와 9.6um로 가장 긴 파장을 가지고 있습니다.