적외선 카메라-레이저 공통광학계의 레이저빔 열 영향성 분석 (Analysis of Laser-beam Thermal Effects In an Infrared Camera and Laser Common-path Optical System)

서지정보

· 발행기관 : 한국광학회
· 수록지 정보 : 한국광학회지 / 28권 / 4호 / 153 ~ 157페이지
· 저자명 : 김성재

초록

지향성적외선방해장비의 정렬 정밀도를 높히고 중량을 감소시키기 위해 적용된 적외선 카메라-레이저 공통광학계 구조에서영상 성능 저하를 야기시키는 레이저빔 열 영향성을 분석하였다. 높은 에너지 밀도를 가지는 레이저빔이 광부품에 흡수되면 열이발생하고 온도가 상승한다. 공통광학계 광부품 표면에서 발생한 열은 시스템 투과율을 감소시켜 적외선 카메라의 영상 품질을저하시킬 수 있다. 지향성적외선방해장비의 운용개념을 고려하여 파장 4 μm, 출력 3 W의 레이저빔이 10초간 미러(알루미늄,실리카 글래스, 실리콘) 및 렌즈(사파이어, 셀레늄화아연, 실리콘, 게르마늄) 재료에 조사되는 상황을 가정하여 온도 분포를 계산하였다. 계산 결과, 미러 재료로는 실리카 글래스, 렌즈 재료로는 사파이어의 온도 상승이 상대적으로 컸고, 재료 온도 분포에가장 큰 영향을 미치는 요소는 재료의 레이저빔 흡수율과 열전도도임을 확인하였다. 결론적으로 적외선 카메라-레이저 공통광학계에 사용하는 광부품은 흡수율이 낮고 열전도도가 높은 특성을 갖도록 선정되어야 광부품 온도 상승에 의한 적외선 카메라의영상 품질 저하를 방지할 수 있다.

영어초록

An infrared camera and laser common-path optical system is applied to DIRCM (directional infrared countermeasures), toincrease boresighting accuracy and decrease weight. Thermal effects of a laser beam in a common-path optical system are analyzedand evaluated, to predict any degradation in image quality. A laser beam with high energy density is absorbed by and heats theoptical components, and then the surface temperature of the optical components increases. The heated optical components of thecommon-path optical system decrease system transmittance, which can degrade image quality. For analysis, the assumed simulationcondition is that the laser is incident for 10 seconds on the mirror (aluminum, silica glass, silicon) and lens (sapphire, zincselenide, silicon, germanium) materials, and the surface temperature distribution of each material is calculated. The wavelengthof the laser beam is 4 μm and its output power is 3 W. According to the results of the calculations, the surface temperatureof silica glass for the mirror material and sapphire for the lens material is higher than for other materials; the main reason forthe temperature increase is the absorption coefficient and thermal conductivity of the material. Consequently, materials for theoptical components with high thermal conductivity and low absorption coefficient can reduce the image-quality degradation dueto laser-beam thermal effects in an infrared camera and laser common-path optical system.

참고자료

· 없음