반사율: 보기 보다 더욱 복잡한 특성 보유

반사율이 99.8%에서 최고 99.999%에 이르는 고반사율 미러(high reflectivity mirror)는 출력량을 최대화하면서 빔을 조정해야 하는 대부분의 레이저 시스템에 꼭 필요한 광학 부품입니다. 미러의 반사율을 구할 때 광학 업계에서 흔히 사용하는 방식은 분광 광도법(spectrophotometry)으로서 빛의 나머지는 반사되었다는 가정 하에 투과율을 계산하는 기술입니다. 그러나 산란이나 흡수를 고려하지 않는 잘못된 가정은 지나치게 낙관적인 반사율 값을 초래할 수 있습니다. 반사율이 99.5%가 넘는 미러의 경우 반사율을 더 정확하게 알아낼 수 있는 방법은 cavity ring down spectroscopy (CRDS)를 이용해 총 손실량을 계측하는 것입니다. 따라서 실제 성능을 예측하기 위해는 미러 공급 업체의 계측 방법을 이해하는 것이 무엇보다 중요합니다.

잘못된 가정: 투과율 계측만으로는 역부족

광학 부품 공급 업체 사이에서는 일반적으로 분광 광도계를 사용해 투과율을 직접 계측하고 미러의 반사율을 검증하는 것이 업계의 관례로 여겨집니다. 이러한 방법은 산란과 흡수로 인한 영향이 미미하다고 가정하지만 매우 높은 반사율이 요구될 때에는 사소한 영향도 결과에는 상당한 효력을 미칠 수 있습니다. 반사율이 99.5% 미만일 때는 분광 광도계로 직접 측정할 수 있으나 99.5%를 넘는 수치의 경우 분광 광도계의 신호대잡음비(SNR) 한계에 도달하게 됩니다.

해결책: Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS)

고반사율 미러에 적용할 수 있는 가장 정확한 계측 옵션은 투과율, 흡수, 산란을 이용해 미러의 총 손실량을 측정하는 cavity ring down spectroscopy (CRDS) 방식입니다. 레이저 펄스는 두 개의 고반사율 미러에 의해 경계를 갖게 되는 공진 공동(resonant cavity) 쪽으로 유도됩니다(그림 1). 반사된 레이저 빛은 공진 공동 내에서 진동하며 반사될 때마다 소량의 빛을 손실합니다. 두 번째 미러 뒤에 놓인 디텍터는 반사되는 빛이 감소하는 강도를 측정합니다. 미러의 총 손실량은 반사광의 감쇠 시간(decay time) 또는 "ring down"에 의해 결정됩니다.

그림 1: CRDS 방식을 이용하면 투과율, 흡수, 산란을 포함한 레이저 미러의 총 손실량 측정 가능