회전식 vs. 슬라이드식 빔 익스팬더 포커싱 메커니즘

Laser beam expander는 시준 입력 빔의 직경을 더 큰 직경의 시준 출력 빔으로 증가시키는 역할을 하며 광범위한 레이저 시스템에 있어 매우 중요한 광학 부품입니다. 빔 익스팬더는 일반적으로 각기 다른 입력 분산이나 파장을 조정할 수 있는 기계적 포커싱 메커니즘을 가지고 있습니다. 가변형 빔 익스팬더(variable beam expander)는 배율 또는 확장력을 변경할 수 있을 정도의 충분한 기계적 조정을 허용합니다. 빔 익스팬더의 포커싱 메커니즘은 회전식과 슬라이드식 두 가지 유형으로 분류됩니다.

이름에서 알 수 있듯이 threaded focusing tube와 같은 회전식 포커싱 메커니즘은 수평 이동 동안 빔 익스팬더의 광학 요소를 회전시킵니다. 일반적으로 회전식 포커싱 메커니즘은 기계적으로 단순하기 때문에 슬라이드식 포커싱 메커니즘보다 비용이 적게 들지만, 포인팅 에러로도 알려진 빔의 이탈이 발생해 어려움을 겪을 수 있습니다그림 1).

그림 1: 회전식 포커싱 메커니즘으로 인해 발생 가능성이 있는 빔의 이탈을 과장해서 표현한 예

Helicoid barrel과 같은 슬라이드식 포커싱 메커니즘은 내부 광학 요소를 회전하지 않고도 이동시킬 수 있어 빔의 이탈을 최소화합니다. 그러나 슬라이드식 포커싱 메커니즘에 필요한 기계식 설계는 회전식 포커싱 메커니즘의 설계 방식보다 더 복잡하기 때문에 시스템의 비용이 증가합니다. 이처럼 슬라이드식 포커싱 메커니즘에는 고가의 디자인이 적용되어 성능면에서 회전식 포커싱 메커니즘을 능가합니다.

빔 익스팬더의 슬라이드식 포커싱 메커니즘을 잘 못 설계할 경우 잠재적으로 지나친 이동의 자유성을 갖게 돼 포커싱을 조정하는 동안 회전이 되지 않는 포인팅 에러를 유발할 수 있습니다. 심지어 이 포인팅 에러는 회전식 포커싱 메커니즘에서 발생하는 포인팅 에러보다 더 심각한 수준일 수 있습니다. 또한 슬라이드식 포커싱 메커니즘을 갖춘 레이저 빔 익스팬더는 회전식 포커싱 메커니즘보다 더 무거운 경향이 있고 복잡한 기계식 설계를 가지고 있어 외부 직경이 더 클 수 밖에 없기 때문에 크기와 무게에 민감한 시스템에는 회전식 포커싱 메커니즘이 더 유리합니다.