올바른 Light Pipe Homogenizing Rod 선택 방법

Optical fiber와 마찬가지로, light pipe homogenizing rod는 total internal reflection (TIR)을 활용해 light pipe의 입구부터 출구까지 빛을 전달합니다. Substrate의 굴절률이 light pipe의 critical angle에 영향을 주는 유일한 요소이며 이 값은 TIR이 발생하는 angle of acceptance (수용각도)를 정의합니다. High NA, standard NA, 그리고 low NA light source용으로 특별히 설계된 Light pipe는 동일한 substrate으로 설계되어 있을 경우 동일한 acceptance angle을 갖습니다.

Critical angle $\small{\left( \theta_c \right)}$ 은 공식 1을 사용해 계산할 수 있습니다.

N-BK7 light pipe의 경우, 587.9nm인 Helium의 d-line에서 굴절률이 1.517로서 $\small{ \theta_c }$는41°가 됩니다. Incident angle (입사각)이 $\small{ \theta_c }$보다 크면 TIR이 발생하고 빛이 light pipe를 통해 전달됩니다 (그림 1).

광선이 다양한 입사각으로 light pipe에 진입하기 때문에 light pipe 내부에서의 number of reflection (반사 발생 횟수)은 광선에 따라 차이가 있습니다. $\small{ \theta_c }$와 동일한 값인 가장 작은 입사각은 동일한 길이의 light pipe 안에서 θ_c보다 몇 배 더 큰 입사각으로 진입하는 빛보다 더 많이 반사됩니다 (그림 2).

낮은 NA light source는 높은 NA light source에 비해 훨씬 더 많은 수의 광선을 갖고 있어 낮은 NA light pipe는 높은 NA light pipe보다 더 길어지므로 beam divergence가 적은 광원에 권장됩니다.

참고: Light pipe는 collimated laser source와 사용하도록 설계되어 있지 않습니다. Collimated light source를 균질화하려면 microlens arrays 또는 flat top laser beam shaper를 사용하는 것이 바람직합니다. Light pipe는 non-collimated light를 방출하는 polychromatic source를 균일화하는 데 적합합니다.

그림 1: Light Pipe Homogenizing Rod 내부의 Total Internal Reflection (TIR)

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그림 2: 입사 각도가 작을수록 반사가 더 많이 일어남