레이저 포인터

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배경

레이저 포인터는 손에 들고 다닐 수 있는 저가형 휴대용 레이저입니다. 프레젠테이션 중에 슬라이드 또는 프레젠테이션 중인 그림의 영역을 지적하기 위해 사용하도록 설계되었으며, 휴대용 나무 막대기 또는 확장 가능한 금속 포인터를 대체합니다. 수백 피트 떨어진 곳에서도 어두운 곳에서 사용할 수 있고 사용자가 원하는 위치에 정확하게 밝은 부분을 생성하기 때문에 구형 포인터보다 우수합니다. 또한 다목적 포인팅 도구로 자리 잡았고 너무 보편화되어 사용을 제한하는 법률이 통과되었습니다.

연혁

기술적으로 단어 레이저 는 "방사선의 유도 방출에 의한 광 증폭"의 약어이지만 이 용어는 너무 일반적으로 사용되어 더 이상 대문자가 사용되지 않습니다. 방사선은 레이저에서 방출되는 빛입니다. 이 빛은 사람의 눈에 보이거나 보이지 않을 수 있습니다. 기술적으로 일부 레이저만 광 증폭을 사용하지만 레이저라는 이름은 여전히 ​​단색(모두 하나의 색상 또는 파장), 간섭성(광파가 한 방향으로 이동하기에 충분히 유사함) 복사를 생성하는 장치에 사용됩니다.

모든 레이저에는 레이저 매질, 에너지원 및 공진기가 있습니다. 레이저 매체는 에너지원(예:빛 또는 전기)에 의해 더 높은 에너지 상태로 펌핑(활성화)될 수 있는 재료입니다. 펌핑된 후 레이저 매체는 해당 에너지를 단색 복사로 방출할 수 있습니다. 공진기는 방출된 에너지가 방출되기 전에 축적되도록 하는 영역입니다. 기본 공진기는 레이저 매체의 양쪽 끝에 있는 한 쌍의 거울입니다. 하나의 거울은 완전히 반사되어 그것을 비추는 모든 빛이 레이저 매체로 다시 반사됩니다. 다른 하나는 부분적으로 반사되어 이를 비추는 빛의 일부는 레이저 매체로 다시 반사되고 일부 빛은 레이저를 빠져나가기 위해 통과합니다. 한 쌍의 거울은 빛이 레이저 매체를 통해 앞뒤로 반사되고 한 방향으로 정렬되어 빛의 일관성을 생성합니다.

레이저를 생성하는 데 사용된 이론은 1958년 Bell Labs의 연구원에 의해 발표되었습니다. 1960년 Hughes Aircraft에서 제작된 최초의 레이저는 레이저 매질로 루비 조각, 에너지원으로 빛, 공진기를 생성하는 거울을 사용했습니다. 반도체 레이저는 1962년에 발명되었습니다. 레이저는 레이저 매체용 트랜지스터 및 집적 회로에 사용되는 재료와 유사한 반도체 재료를 사용했습니다. 또한 배터리에서 생성되는 전류인 직류(DC) 전기를 에너지원으로 사용했습니다. 그것은 여전히 ​​공진기 거울을 사용했습니다. 최초의 반도체 레이저는 비가시적외선을 생성했습니다. 현재의 반도체 레이저는 또한 가시광선을 생성할 수 있으며, 빨간색이 가장 저렴한 반도체 레이저 유형이고 녹색, 파란색, 보라색이 점점 더 비싸집니다. 레이저 포인터에 사용되는 반도체 레이저는 반도체 다이오드의 일종이기 때문에 다이오드 레이저라고도 합니다. 다이오드는 한 방향으로 쉽게 전기를 전달합니다. 발광 다이오드와 레이저 다이오드는 전기가 통과할 때 빛을 생성합니다. 반도체 전자 제품은 1950년대 후반부터 생산 비용이 저렴해졌습니다. 그들은 또한 더 작아지고 더 적은 에너지를 필요로 합니다. 그들은 1980년대에 레이저 포인터와 같은 소비자 전자 장치에 사용될 만큼 충분히 저렴해졌습니다. 현재 레이저 다이오드는 혈구 크기입니다. 공진기 공간이 짧기 때문에 대부분의 레이저보다 시준(한 방향으로 모두 이동)이 적은 빛을 생성합니다. 이 때문에 더 단단한 빔에 빛을 집중시키기 위해 일종의 외부 광학 장치(렌즈)가 필요합니다. 많은 반도체 장치와 마찬가지로 레이저 다이오드는 섬세하고 환경과 전력 서지로부터 보호해야 합니다. 일반적으로 레이저 다이오드의 출력을 모니터링하기 위해 포토다이오드(빛이 닿을 때 전기를 생성하는 다이오드)를 포함하는 전력 제어 회로는 다이오드가 너무 많거나 적은 전력을 받는 것을 방지합니다. 다이오드는 회로 기판에 사용되는 대부분의 다른 반도체 장치와 유사한 플라스틱 케이스로 환경으로부터 보호됩니다.

최초의 레이저 포인터는 수백 달러의 비용이 들었지만 수요와 개선된 제조 방법으로 인해 가장 저렴한 유형의 경우 가격이 5달러 미만이 되었습니다. 또한 레이저 포인터 또는 내장 레이저 포인터가 있는 총 및 프로젝터용 레이저 조준경과 같은 구성 요소를 통합하는 여러 항목이 있습니다.

원자재

레이저 다이오드는 많은 유형의 소비자 전자 장비보다 덜 복잡합니다. 레이저 다이오드, 회로 기판, 케이스, 광학 장치 및 케이스로 구성됩니다. 회로 기판과 레이저 다이오드의 일부 전기 부품은 반도체 재료, 금속 및 세라믹으로 만들어집니다. 반도체 재료에는 알루미늄, 갈륨, 비소, 인, 인듐 및 이와 유사한 원소로 이루어진 화합물(하나 이상의 순수한 원소로 만들어진 재료)이 포함됩니다. 이러한 화합물은 다양한 반도체 제품에 사용됩니다. 반도체에는 알루미늄, 금, 탄탈륨과 같은 금속도 포함됩니다.

회로 기판은 일반적으로 강화를 위해 유리 섬유가 포함된 에폭시와 같은 수지(플라스틱)로 만들어집니다. 전기는 알루미늄 및 구리와 같은 금속 라인으로 회로 기판의 다양한 구성 요소에 전도됩니다. 회로 기판에 배치되는 개별 구성 요소에는 다이오드, 레이저 다이오드, 커패시터 및 저항기가 포함됩니다. 다이오드와 같은 반도체 부품은 땜납(전통적으로 주석과 납으로 만들어졌지만 지금은 대체물로 납과 기타 금속을 덜 포함하는 금속 합금)으로 회로 기판의 금속 패드에 연결된 금속 납으로 플라스틱으로 캡슐화됩니다. 저항기 및 커패시터와 같은 비반도체 부품은 다양한 금속, 플라스틱 및 세라믹(유리 포함)으로 만들어집니다.

시준 광학 장치는 유리일 수 있지만 대부분의 레이저 포인터에는 저렴한 아크릴 플라스틱이 사용됩니다. 케이스는 금속, 플라스틱 또는 나무와 같은 모든 재료로 만들 수 있습니다. 배터리용 금속(보통 황동) 접점이 포함되어 있습니다.

디자인

레이저 포인터의 디자인은 레이저 다이오드의 전기적 요구 사항, 전원 공급 장치의 원하는 수명, 더 작은 소비재 제품을 생산하기 위한 드라이브에 따라 달라집니다. 가장 작은 레이저 포인터는 길이가 2인치 미만이지만 일부 레이저 포인터는 펜처럼 보이도록 설계되었습니다. 더 긴 레이저 포인터는 더 짧은 레이저 포인터에 사용되는 시계 배터리보다 더 오래 지속되는 전원 공급을 제공하는 AAA 또는 AA 배터리를 수용할 수 있습니다. 대부분의 레이저 포인터는 2개 또는 3개의 배터리를 사용합니다.

제조
프로세스

빨간색 레이저 포인터는 가장 일반적인 레이저 포인터입니다. 다른 레이저 포인터는 다른 레이저 다이오드 어셈블리를 사용하지만 유사한 방식으로 생산되므로 이 기사에서는 빨간색 레이저 포인터 제조 공정과 다이어그램을 사용합니다.

레이저 다이오드

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1 레이저 다이오드는 반도체 팹(반도체 재료가 매우 깨끗하고 세심하게 관리되는 조건에서 생산되는 공장)에서 생산됩니다. 기질은 다른 재료가 증착될 기본 재료입니다. 기판의 웨이퍼가 생성되고, 세정되고, 준비된다. 그런 다음 재료 층이 그 위에 증착되는 여러 단계를 거칩니다. 이 층 중 일부는 두께가 몇 개에 불과합니다. 이러한 층은 전도성(알루미늄 및 금과 같은 금속) 또는 반도체(위에서 설명한 대로)일 수 있습니다. 이 층은 다른 화학 물질에 노출되어도 변경될 수 있습니다. 모든 재료가 웨이퍼에 추가된 후, 1. 캡. 2. 전기 절연 쿠션 링. 3. 배터리. 4. 금속 배럴. 5. 금속 스프링. 6. 버튼. 7. 스위치. 8. 스프링 플레이트. 9. 레이저 구멍. 10. 금속 배럴. 11. 렌즈 배럴. 12. 레이저 모듈. 14. 프레임 찾기. 15. 전기 절연 플레이트. 개별 다이오드로 절단됩니다(일반적으로 직사각형 섹션으로 절단). 다이오드는 웨이퍼에서 또는 분리 후에 테스트되고 작동하지 않는 다이오드는 폐기(버려짐)됩니다. 작동하는 레이저 다이오드는 전기 연결을 위한 금속 리드가 있는 플라스틱 용기에 포장됩니다.

회로 기판

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2 회로 기판에는 레이저 포인터 기능을 만드는 회로가 포함되어 있습니다. 여기에는 스위치, 레이저 다이오드 및 제어 회로의 구성 요소(일반적으로 포토다이오드, 다이오드, 저항기 및 커패시터)가 포함됩니다. 이러한 부품은 때때로 접착제를 사용하여 회로 기판에 배치된 다음 제자리에 납땜됩니다. 솔더링은 두 개의 금속 물체를 접촉시키고 솔더 주위를 녹여서 냉각될 때 둘 모두를 둘러싸고 함께 유지하는 프로세스입니다. 땜납은 금속에 달라붙고 열과 전기를 전도하기 때문에 접착제 대신 사용됩니다.

시준 광학 장치

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3 레이저 포인터의 시준 광학 장치는 레이저 다이오드에서 나오는 빛의 원뿔을 더 좁은 빔으로 초점을 맞추는 단일 렌즈로 구성되어 더 긴 거리에 걸쳐 더 좁은 지점을 생성합니다. 플라스틱 렌즈는 사출 성형으로 용융 플라스틱을 금형에 밀어 넣는 과정입니다. 플라스틱이 냉각되고 응고된 다음 금형을 떼어내고 렌즈를 제거합니다. 레이저 다이오드의 빛이 표면의 결함에서 반사되지 않도록 연마되고 매끄러운 표면으로 연마됩니다.

레이저 다이오드 어셈블리

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4 레이저 다이오드와 시준 광학 장치를 플라스틱 홀더와 함께 결합하여 레이저 다이오드 어셈블리를 형성합니다. 대부분의 레이저 다이오드 어셈블리에는 뒷면에 금속 스프링이 부착되어 있습니다. 이 스프링은 레이저 다이오드의 배터리와 접촉하며 배터리에서 전기를 끌어오는 회로의 일부입니다.

케이스 구성 및 최종
조립

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5 케이스는 레이저 다이오드 어셈블리와 배터리를 위한 공간이 있는 튜브입니다. 레이저 다이오드 어셈블리를 케이스의 한쪽 끝에 밀어 넣거나 나사로 조입니다. 케이스 내부는 황동으로 만들어지거나 배터리 공간을 따라 흐르는 황동 스트립(제자리에 접착 또는 리벳으로 고정)이 있습니다. 배터리 공간 엔드 피스도 노출된 황동 영역이 있거나 황동으로 만들어집니다. 이 끝 부분을 케이스에 밀어 넣거나 나사로 조이면 배터리의 다른 쪽과 접촉하여 배터리에서 레이저 다이오드 어셈블리로 전기가 흐르도록 하는 전기 회로를 완성합니다.

6 케이스에는 레이저 포인터가 작동하기 위해 누르고 있어야 하는 스위치 버튼(케이스 측면의 구멍을 통해 붙어 있는 플라스틱 조각)도 있습니다. 이 버튼을 누르면 회로 기판의 스위치가 닫히고 배터리에서 레이저 포인터 어셈블리로 전기가 흐르고 레이저 포인터가 광선을 생성합니다.

7 레이저 포인터가 조립 및 테스트된 후 안전 라벨이 추가됩니다. 이 레이블은 출력 측면에서 레이저의 등급을 설명하고 레이저 사용에 적용되는 규정을 기록하며 사용자에게 직접적인 눈 노출을 피하도록 경고합니다.

품질 관리

반도체 제조업체는 실험실에서 개발된 다음 제조 시설로 이전된 고도로 통제된 프로세스를 사용합니다. 레이저 다이오드는 제조 후에도 작동하는지 확인하기 위해 테스트됩니다. 각각의 다른 구성 요소도 작동하는지 확인하기 위해 테스트됩니다. 대부분의 제조 시설은 제품을 무작위로 테스트하고 통계적 제어 방법을 사용하여 고품질 제품을 제공합니다.

레이저 다이오드 어셈블리 또는 레이저 포인터가 최종적으로 조립되면 전원 출력을 측정하기 위해 포토다이오드와 같은 광 감지 장치로 전원을 공급하고 테스트합니다. 레이저 포인터는 유형 IIIA 레이저 장치이며 미국 시장에서 5mW(밀리와트, 1000분의 1와트) 이하의 전력을 생성해야 합니다. 유럽 ​​시장용 레이저 포인터는 일반적으로 클래스 II 레이저 장치이며 1mW 미만을 생성해야 합니다. 이러한 제한은 안전을 위한 것입니다.

부산물/폐기물

레이저 포인터에는 금속, 플라스틱 및 전자 부품이 포함됩니다. 각 산업에는 특정 폐기물 부산물(용제, 할로겐화탄소 가스, 납, 화학물질)이 있지만 레이저 포인터 어셈블리는 레이저 포인터가 폐기될 때까지 특정 폐기물이 없습니다. 레이저 포인터에는 납 및 일부 유독성 반도체와 같은 소량의 위험 물질이 포함되어 있습니다. 다른 전자 어셈블리와 마찬가지로 구성 요소를 재활용하는 것이 장기적으로 환경에 더 안전할 수 있지만 이는 비용이 많이 들고 전자 제품을 재활용하거나 재사용할 수 있는 프로그램이 거의 없습니다. 이는 향후 변경될 수 있습니다.

미래

빨간색 레이저 포인터는 오늘날 가장 저렴하고 일반적입니다. 녹색 레이저 포인터는 레이저 다이오드 어셈블리가 더 복잡하고 비용이 수백 달러에 달합니다. 파란색 및 보라색 레이저 포인터는 곧 더 높은 가격으로 제공될 예정입니다. 새로운 레이저 다이오드 유형은 수요를 따라잡기 위해 생산량이 증가하고 생산 공정이 개선됨에 따라 가격이 내려갑니다. 레이저 포인터 사용을 제한하는 법률은 레이저 포인터가 공공 장소에서 금지됨에 따라 수요가 감소함으로써 이러한 추세를 상쇄할 수 있습니다.

자세히 알아보기

책

지빌리스코, 스탠. 레이저 이해. Blue Ridge Summit, PA:Tab Books, Inc., 1989.

기타

CORD 웹 페이지. 2001년 12월. .

Laser Focus World 웹 페이지. 2001년 12월. .

앤드류 도슨