수동형 Q-스위치 레이저는 능동형 레이저보다 훨씬 작아서 극도의 소형화가 가능합니다. 능동형 시스템은 길이가 최대 10cm에 달할 수 있는 부피가 큰 전기 광학 또는 음향 광학 변조기에 의존하는 반면, 수동형 시스템은 레이저 결정에 직접 접합할 수 있는 포화 흡수체를 사용합니다. 이를 통해 수동형 시스템의 총 광학 공동 길이는 1mm만큼 작을 수 있습니다.
핵심 요점 수동형 Q-스위칭을 통해 구성 요소를 단일의 작은 장치로 통합하는 "마이크로칩" 레이저 설계를 사용할 수 있어 대형 외부 변조기가 필요하지 않습니다. 그러나 크기 축소는 제어력 희생을 수반합니다. 휴대성과 저렴한 비용을 얻는 대신 명령에 따라 펄스를 정확하게 트리거하는 능력을 잃게 됩니다.
크기의 아키텍처
수동형 시스템의 미니멀리스트 디자인
수동형 Q-스위치 레이저의 특징은 포화 흡수체를 사용하는 것입니다. 이 구성 요소는 빛의 강도에 따라 투명도를 변경할 수 있는 화학적 또는 물리적 능력을 가지고 있습니다.
이러한 흡수체는 거의 모든 크기로 제조될 수 있으므로 단일체 접합이 가능합니다. 엔지니어는 흡수체를 레이저 결정에 직접 융합하여 매우 견고하고 컴팩트한 솔리드 스테이트 장치를 만들 수 있습니다.
일부 설계에서는 포화 흡수체가 출력 커플러 역할도 합니다. 이러한 이중 기능은 구성 요소 수를 더욱 줄여 전체 광학 공동이 약 1mm 길이만 차지하도록 합니다.
능동형 시스템의 물리적 부피
능동형 Q-스위칭에는 일반적으로 전기 광학 또는 음향 광학 변조기인 빛을 차단하고 방출하는 외부 메커니즘이 필요합니다. 이러한 장치는 물리적으로 상당합니다.
대부분의 능동형 Q-스위치는 길이가 최대 10cm이며, 직경 1~2.5cm의 명확한 개구부(구멍)가 있습니다. 이는 광학 공동이 작아질 수 있는 최대치를 설정합니다.
광학 구성 요소 외에도 능동형 시스템에는 외부 구동 전자 장치가 필요합니다. 이러한 전원 공급 장치 및 제어 회로는 전체 시스템의 부피를 상당히 증가시키며, 이는 수동형 설계에는 전혀 없는 요구 사항입니다.
트레이드오프 이해
수동형 시스템은 크기와 비용 면에서 우수하지만, 해당 폼 팩터를 달성하기 위해 필요한 기능적 절충점을 이해하는 것이 중요합니다.
크기 대 타이밍 제어
가장 중요한 트레이드오프는 동기화입니다. 능동형 시스템을 사용하면 특정 마이크로초에 펄스를 트리거할 수 있으며, 이는 레이저를 카메라 또는 기타 장비와 동기화하는 데 필수적입니다.
수동형 시스템은 "자유 실행"됩니다. 펄스는 흡수체가 포화될 때 발생하며, 이는 외부 신호가 아닌 펌핑 역학에 따라 달라집니다. 이로 인해 지터(타이밍 변동)가 발생하고 펄스 반복 속도를 직접 제어할 수 없습니다.
크기 대 펄스 에너지
능동형 시스템은 일반적으로 더 높은 펄스 에너지를 지원합니다. 변조기와 공동의 더 큰 물리적 크기는 손상 없이 더 높은 전력 수준을 관리할 수 있도록 합니다.
수동형 마이크로칩 레이저는 크기에 비해 효율적이지만, 작은 부피와 열 제한으로 인해 일반적으로 낮은 에너지 출력으로 제한됩니다.
목표에 맞는 올바른 선택
능동형 Q-스위칭과 수동형 Q-스위칭 사이의 결정은 "더 좋거나" "나쁘거나"에 관한 것이 아니라 애플리케이션의 물리적 및 기술적 제약에 대한 적합성에 관한 것입니다.
- 주요 초점이 극도의 휴대성 또는 비용인 경우: 수동형 시스템을 선택하십시오. 마이크로칩 설계는 부피가 큰 전자 장치와 광학 벤치를 제거하여 핸드헬드 장치 또는 예산이 중요한 좁은 통합에 이상적입니다.
- 주요 초점이 정밀 동기화인 경우: 능동형 시스템을 선택하십시오. 거의 지터 없이 펄스를 트리거하는 능력은 시간 분해 분광법, LIDAR 또는 복잡한 재료 처리와 같은 응용 분야에 필수적입니다.
- 주요 초점이 높은 펄스 에너지인 경우: 능동형 시스템을 선택하십시오. 더 큰 공동과 견고한 변조기는 고에너지 펄스를 안정적으로 처리하고 전달하는 데 필요합니다.
요약: 물리적 공간이 제한 요인일 때는 수동형 Q-스위칭을 선택하고, 애플리케이션에서 정밀한 시간 제어 및 동기화가 필요한 경우에는 능동형 Q-스위칭을 선택하십시오.
요약표:
| 특징 | 수동형 Q-스위치 | 능동형 Q-스위치 |
|---|---|---|
| 일반적인 공동 길이 | ~1mm (마이크로칩 설계) | 최대 10cm + 변조기 |
| 주요 구성 요소 | 포화 흡수체 | 전기 광학/음향 광학 변조기 |
| 시스템 풋프린트 | 초소형 및 휴대용 | 더 큼 (구동 전자 장치 필요) |
| 제어 수준 | 자유 실행 (높은 지터) | 정밀 (외부 트리거링) |
| 펄스 에너지 | 낮음 (열 제한) | 높음 (견고한 출력) |
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