이중 스팟 의료용 레이저 시스템에서 구면 양면 볼록 렌즈는 주요 콜리메이터 역할을 합니다. 광섬유에서 나오는 자연스럽게 퍼지는(발산하는) 빛을 포착하여 직선의 평행 빔으로 변환합니다. 이 과정은 모든 후속 빔 조작 및 분할에 필요한 기초 역할을 하는 안정적인 원형 스팟을 생성합니다.
이 렌즈는 원시 광섬유 출력과 정밀한 빔 성형 사이의 광학적 다리 역할을 합니다. 발산하는 빛을 평행 흐름으로 변환함으로써 정밀한 의료용 레이저 응용 분야에 필요한 안정성과 품질을 보장합니다.
빔 변환의 메커니즘
광섬유 레이저 시스템의 주요 과제는 빛이 광섬유에서 원뿔 모양으로 빠져나와 이동하면서 퍼진다는 것입니다. 구면 양면 볼록 렌즈는 이러한 기하학적 불일치를 해결합니다.
광섬유 발산 보정
광섬유에서 방출되는 원시 레이저 빛은 발산합니다. 개입이 없으면 빔 에너지는 거리에 따라 빠르게 소산되어 정밀한 조준이 불가능합니다.
양면 볼록 렌즈는 광섬유 끝에서 나오는 즉시 이 확장되는 빛의 원뿔을 가로챕니다.
콜리메이트된 출력 생성
렌즈는 특정 곡률을 통해 입사광선을 굴절시킵니다. 빛을 굴절시켜 광축과 평행하게 이동하도록 합니다.
이 변환은 콜리메이트된 원형 스팟을 생성합니다. 퍼지는 원뿔 대신 시스템은 이제 거리에 따라 직경을 유지하는 제어된 빛 기둥으로 작동합니다.
위치의 중요 역할
렌즈를 갖는 것만으로는 충분하지 않습니다. 설정의 기하학적 구조가 시스템 성능을 결정하는 요인입니다.
초점 거리 요구 사항
진정한 콜리메이션을 달성하려면 렌즈를 광섬유 끝에서 정확한 거리만큼 떨어진 곳에 배치해야 합니다. 이 거리는 렌즈의 초점 거리와 정확히 일치합니다.
광섬유가 초점 이외의 다른 위치에 있으면 출력 빔이 수렴(초점)하거나 계속 발산하여 필요한 평행 경로를 생성하지 못합니다.
다운스트림 구성 요소 활성화
이중 스팟 시스템은 광 경로의 후반부에서 빔을 분할하고 성형하는 데 의존합니다. 이러한 복잡한 구성 요소는 올바르게 작동하려면 표준화된 입력이 필요합니다.
양면 볼록 렌즈는 후속 빔 성형 광학 장치가 고품질의 평행 입력을 받도록 보장합니다. 이것은 최종 출력 스팟 크기와 모양의 안정성을 제어하기 위한 전제 조건입니다.
정밀도 절충점 이해
구면 양면 볼록 렌즈는 효과적이지만 시스템에 특정 민감성을 도입하므로 관리해야 합니다.
정렬 민감도
시스템은 광섬유 끝과 렌즈 초점 사이의 정확한 관계에 의존하므로 기계적 공차가 엄격합니다. 축을 따라 약간의 오정렬만 있어도 콜리메이션이 저하될 수 있습니다.
수차 관리
구면 렌즈는 렌즈 가장자리의 광선이 중심의 광선과 다르게 초점을 맞추는 구면 수차를 유발할 수 있습니다. 고정밀 의료 환경에서는 이러한 왜곡을 최소화하고 균일한 스팟 밀도를 유지하기 위해 렌즈 품질과 곡률을 신중하게 선택해야 합니다.
설계를 위한 올바른 선택
이 렌즈의 역할은 기초적입니다. 즉, 그 뒤에 오는 모든 광학 공정의 품질을 결정합니다.
- 주요 초점이 빔 안정성인 경우: 기계 하우징이 광섬유와 렌즈 사이의 거리를 초점 거리에 정확하게 고정하도록 하십시오.
- 주요 초점이 스팟 품질인 경우: 양면 볼록 렌즈의 표면 품질을 우선시하여 빔 분할기에 도달하기 전에 콜리메이트된 원형 스팟에 왜곡이 없는지 확인하십시오.
궁극적으로 구면 양면 볼록 렌즈는 원시 에너지를 사용 가능한 도구로 변환하여 의료 절차에서 광학 정밀도를 위한 중요한 게이트키퍼 역할을 합니다.
요약 표:
| 구성 요소 | 기능 | 이중 스팟 시스템에서의 결과 |
|---|---|---|
| 입력 광섬유 끝 | 원시 레이저 에너지 방출 | 발산하는 빛의 원뿔 |
| 양면 볼록 렌즈 | 확장하는 광선 굴절 | 콜리메이트된(평행) 빔 생성 |
| 정밀 초점 정렬 | 광섬유-렌즈 간격 | 빔 안정성 및 원형성 보장 |
| 출력 인터페이스 | 분할을 위한 빔 준비 | 성형 광학 장치에 대한 고품질 입력 |
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참고문헌
- Marcel Isper, Matthew Boyd. Design and optimization of dual-spot size optical systems for medical lasers. DOI: 10.1109/honet.2017.8102208
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