레일리 거리 (Rayleigh Range)
한 줄 정의: 가우시안 빔이 가장 좁은 허리에서 반경이 √2배로 커지는 곳까지의 거리입니다.
쉽게 풀면
레이저 빔은 한 점에서 가장 가늘어졌다가 앞뒤로 갈수록 점점 퍼집니다. 레일리 거리는 가장 가는 지점(빔 허리)에서 빔 단면적이 두 배가 될 때까지의 거리입니다. 이 범위 안에서는 빔이 거의 평행하게 나아간다고 볼 수 있습니다.
왜 중요한가
빔을 얼마나 작게 모으면서 동시에 얼마나 길게 유지할 수 있는지를 알려 주므로, 레이저 가공·현미경·비선형 결정 설계에서 초점 조건을 정하는 기본 수치입니다. 빔 허리를 줄이면 레일리 거리가 제곱으로 짧아진다는 균형 관계가 핵심입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"빔 허리 반경 20 μm로 집속하였을 때(λ = 800 nm) 레일리 거리는 약 1.6 mm로, 결정 길이보다 짧았다."
집속 조건과 결정 길이를 비교하는 설계 서술입니다.
조금 더 깊게 보면
z_R = πw₀²n/λ이며, 빔 반경은 w(z) = w₀√(1+(z/z_R)²)로 변합니다. 레일리 거리의 두 배를 공초점 파라미터라고 부르며 초점 심도의 척도로 씁니다. 실제 빔은 완전한 가우시안이 아니므로 빔품질계수 M²를 넣어 z_R = πw₀²/(M²λ)로 보정합니다.
주의할 점
이 값은 가우시안 빔을 기술하는 파라미터 중 하나입니다. 빔 반경·곡률·위상 변화 전체의 전파 규칙은 가우시안 빔 전파 항목에서 다룹니다.