레이저 빔 발산각이란?
레이저 빔 발산각은 빔이 광원에서 멀어지면서 얼마나 퍼지는지를 나타내는 값입니다. 아무리 잘 평행화(collimation)된 레이저라도 회절 때문에 거리가 멀어질수록 조금씩 넓어지게 됩니다. 발산각은 보통 밀리라디안(mrad) 단위의 전각(full angle)으로 표시합니다. 발산각이 작을수록 먼 거리까지 빔이 좁고 집중된 상태를 유지한다는 뜻으로, 거리측정기(rangefinder)·라이다(lidar)·자유공간 광통신·레이저 절삭 등에서 매우 중요한 특성입니다.
계산기 사용 방법
빔 경로상의 두 지점에서 빔 직경을 측정하세요. 광원에 가까운 지점의 초기 직경 \(\text{D}_i\)와, 더 멀리 떨어진 지점의 최종 직경 \(\text{D}_f\)를 모두 밀리미터(mm) 단위로 입력하고, 두 측정 지점 사이의 거리 \(\text{L}\)을 미터(m) 단위로 입력합니다. 그러면 전각 발산각을 밀리라디안·라디안·도(degree) 단위로 보여주고, 반각(half angle) 값도 함께 계산해 줍니다.
공식 설명
원거리장(far-field) 발산각은 기하학적 비율 $$\theta = \frac{\text{D}_f - \text{D}_i}{\text{L}}$$ 로 근사합니다. 직경을 밀리미터에서 미터로 환산하면 결과는 차원이 없는 라디안 단위의 각도가 됩니다. 여기에 1000을 곱하면 밀리라디안이 되는데, 이는 레이저 빔 품질을 표기할 때 가장 널리 쓰이는 단위입니다.
계산 예시
광원에서 빔 폭이 1 mm였던 빔이 100 m를 진행한 뒤 10 mm로 커졌다고 가정해 봅시다. 직경 변화량은 \(10 - 1 = 9\ \text{mm} = 0.009\ \text{m}\)입니다. 이를 100 m로 나누면 \(\theta = 0.00009\ \text{rad} = 0.09\ \text{mrad}\)가 됩니다. 반각 발산각은 0.045 mrad로, 매우 우수하게 평행화된 빔이라 할 수 있습니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
이 값은 전각인가요, 반각인가요? 주요 결과는 전각(full angle) 발산각입니다. 표에는 반각도 함께 표시되며, 반각은 단순히 전각의 절반입니다.
단위를 꼭 맞춰야 하나요? 라벨에 표시된 대로 직경은 mm, 거리는 m로 입력하세요. 단위 환산은 계산기가 내부적으로 처리합니다.
왜 밀리라디안을 쓰나요? 밀리라디안은 레이저 사양을 작고 다루기 쉬운 숫자로 표현해 줍니다. 1 mrad는 1 km를 진행하는 동안 빔이 약 1 m 정도 퍼진다는 의미입니다.
