KR100767622B1 - 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템 - Google Patents

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이희철
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주식회사 루트로닉
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Abstract

본 발명은 나노초 대의 펄스폭을 갖는 1064nm 파장을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저와 KTA결정을 이용하여 Er:YAG rod에 입사 증폭함으로써 높은 반복율과 나노초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔을 출력할 수 있도록 하기에 적당하도록 하며, 다양한 파장과 다양한 펄스폭을 갖는 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 제1파장의 레이저빔을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110), 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 발진된 제1파장의 레이저빔을 제2파장의 레이저빔으로 변환하는 제1파장변환수단(130) 및 상기 제1파장변환수단(130)으로부터 변환 출력되는 제2파장의 레이저빔을 증폭하여 제2파장의 레이저빔을 출력하는 Er:YAG 로드(150)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의하면, Q-스위칭 없이도 나노초 대의 높은 펄스폭을 가진 2936(nm) 파장의 레이저빔을 출력할 수 있는 이점이 있다.
레이저, Q-스위칭, 펄스폭, 2936nm, Nd:YAG 레이저, Er:YAG 레이저

Description

멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템{Multi Wavelength and Multi Pulse Width Oscillinatin LASER System}
도 1은, 종래 기술에 의한 Q-스위칭 Er:YAG 레이저의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템의 구성도 및 그에 의한 나노초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장 발진 동작도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에서의 선형운동수단의 제어 구성도이다.
도 4는, 도 3에서의 선형운동수단의 상세 구성 예시도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 나노초 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장 발진 동작 구성도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장 발진 동작 구성도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 나노초 대의 펄스폭을 갖는 532(nm) 파장 발진 동작 구성도 이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장 발진 동작 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 ; Nd:YAG 레이저 111 ; 플래쉬 램프
112 ; Nd:YAG 로드 113a; Nd:YAG 전반사거울
113b; Nd:YAG 출력거울 114 ; 편광자
115 ; 포켈스 셀 116 ; 1/4파장위상지연기
120 ; 제1빔경로변환수단 121 ; 제1반사거울
122 ; 제2반사거울 130 ; 제1파장변경수단
131 ; KTA결정 132 ; KTA반사거울
133 ; KTA출력거울 140 ; 제2빔경로변경수단
141 ; 제3반사거울 142 ; 제4반사거울
150 ; Er:YAG 로드 160 ; 제3빔경로변경수단
151 ; Er:YAG 로드 반사거울 152 ; Er:YAG 로드 출력거울
161 ; 제5반사거울 162 ; 제6반사거울
170 ; 제4빔경로변경수단 171 ; 제7반사거울
172 ; 제8반사거울 180 ; 제2파장변환수단
181 ; KTP결정 182 ; KTP거울
본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 나노초 대의 펄스폭을 갖는 1064nm 파장을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저와 KTA(Potassium Titanyl Arsenate)결정을 이용하여 1064nm 파장을 2936(nm) 파장으로 변환 한 뒤 Er:YAG rod에 입사 증폭함으로써, 높은 반복율과 나노초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔을 출력할 수 있도록 하기에 적당하도록 하며, 또한 하나의 레이저 시스템에서 나노초(ns) 대 및 마이크로초 대의 다양한 펄스폭을 가지는 1064(nm) 파장, 532(nm) 파장 및 2936(nm) 파장의 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 Er:YAG 레이저 중에서 2936(nm) 파장대로 동작하는 Er:YAG 레이저는 물에 대한 흡수도가 현존하는 레이저 중에서 제일 높아서 박피 제거, 주름 제거 여드름 흉터 치료 및 치아와 골 조직을 제거하고 구강 내의 여러 질환에 주로 사용되고 있다.
특히, 치과 분야에서 Er:YAG 레이저의 활용을 살펴 보면, 치아 제거 시 기존의 기계식 드릴에 비하여 소음과 진동이 적어서 환자에게 주는 심리적인 부담이 감소되며 구강 내의 조직 절개 및 삭제 시에 기존의 의료용 칼로 수술하는 경우에 비하여 출혈이 적어서 시술 시간을 단축시키며 통증이 감소되고 응고 작용이 있어 봉 합술을 최소로 할 수 있는 등 여러 가지 장점이 있다.
의료 분야에서는 주로 펄스로 동작하는 Er:YAG 레이저가 사용되어 지며, 그 출력은 수십~수백 마이크로초(us)의 펄스폭에서 수십 mJ/cm2에서 수 J/cm2까지 사용 되어지며 수십 Hz의 반복율로 인하여 그 평균 출력 파워는 수십 와트에까지 이른다.
도 1에는 종래 기술에 의한 Q-스위칭 Er:YAG 레이저의 구성도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 Q-스위칭 Er:YAG 레이저는, 전원공급부(미도시)로부터 전원을 공급받아서 발광하는 플래쉬램프(11)와, 상기 플래쉬램프(11)로부터 입력된 여기광을 증폭 발진하는 Er:YAG 로드(12)와, 상기 Er:YAG 로드(12)의 양 측에 위치하여 상기 Er:YAG 로드(12)로부터 출력되는 광을 반사하는 전반사 미러(High Reflector)(13b) 및 출력 미러(Output Coupler)(13a)와, 상기 Er:YAG 로드(12)로부터 발생한 광을 수직의 선형 편광(Linear Polraization)시키는 편광자(Polarizer)(14)와, 상기 편광자(14)와 전반사거울(13b) 사이에 위치하여, 전압이 인가되는 경우에는 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키고 전압이 인가되지 않는 경우에는 위상 변화 없이 투과시키는 포켈스 셀(15)로 구성된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래 기술에 의한 Q-스위칭 Er:YAG 레이저의 동작 과정에 대하여 기술한다.
플래쉬램프(11)의 여기에 의해서 Er:YAG 로드(12)에서 발생한 광은 편광 자(14)를 통과하면서 수직으로 선형 편광되고(P파), 이와 같이 수직으로 선형 편광된 P파가 전압이 인가되어 있는 포켈스 셀(15)을 통과하면 우 원형 편광(right circularly polarization)이 된다.
그리고, 상기와 같이 우 원형 편광으로 편광된 광은 전반사거울(13b)에서 반사되어서 좌 원형 편광의 광으로 되며, 다시 포켈스 셀(15)을 통과하면서 수평으로 선형 편광되어서 S파가 된다.
상기와 같이 수평으로 선형 편광된 S파는 상기 편광자(14)를 투과하지 못하고 반사된다.
상기와 같이 S파가 편광자(14)를 투과하지 못하면, 발진이 되지 못하고 Er:YAG 로드(12) 내부에 에너지가 저장되게 되며, 이 때 포켈스 셀(15)에 인가되어 있던 전압이 끊기는 순간 발진이되어서 강한 레이저 펄스를 형성한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 Q-스위칭 Er:YAG 레이저는 다음과 같은 문제점이 있었다.
먼저, 플래쉬 램프(11)로부터 공급받은 에너지 중 레이저 출력으로 변환되지 않는 양은 열로 변하여 Er:YAG 로드(12) 안에 축적이 되는데 Er:YAG 로드는 Nd:YAG 로드에 비하여 그 양이 매우 커 Er:YAG 로드에 많은 스트레스가 발생하며, 이는 편광을 이용한 Q-스위칭을 구현하고자 할 때 편광 손실을 발생시키므로 Er:YAG 로드의 Q-스위칭 동작은 낮은 반복율에서만 가능하다는 문제점이 있다.
또한, Er:YAG 레이저 발진 준위의 특성상 상준위의 수명이 하준위보다 매우 짧아 에너지 저장 능력이 떨어져 Q-스위칭을 하기에는 별로 적합하지 않다.
상기와 같은 문제점으로 인하여 지금 까지 Q-스위칭 Er:YAG 레이저는 오랜 기간 동안 연구가 진행 되어져 왔으나 현재까지 5(Hz) 이하의 낮은 반복율과 그 출력이 미미하여 상업적으로 활용되지 못하여 왔다.
또한, 제조 회사의 부족으로 Q-스위칭 Er:YAG 레이저를 구현하기 위한 광학 소자들(포켈스 셀(15), 편광자(Polarizer)(14) 등)의 수급이 원할 하지가 않으며, 나아가 각 광학소자들의 가격이 비싸고 광학적 파괴 값(optical damage thereshold)이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템의 목적은,
첫째, 상대적으로 부품도 구하기 쉽고 가격도 저렴하며 손상 값도 높은 광학 부품으로 구성되고 나노초(ns) 대의 펄스폭(pulse width)(펄스시간폭(pulse time width), 펄스지속시간(pulse duration))을 갖는 1064nm 파장을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저와 KTA(Potassium Titanyl Arsenate)결정을 이용하여 1064nm 파장을 2936(nm) 파장으로 변환 한 뒤 Er:YAG 로드에 입사 증폭함으로써, 1~25(Hz)의 높은 반복율과 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔을 출력할 수 있도록 하고,
둘째, 하나의 레이저 시스템에서 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장의 레이저 빔과, 마이크로초(us) 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장의 레이저 빔과, 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 532(nm) 파장의 레이저빔과, 마이크로초(us) 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔과, 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔 등 다양한 파장과 다양한 펄스폭을 갖는 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있도록 하고,
셋째, Er:YAG 로드는 펌핑 반복율을 증가하여 단순히 증폭 역할만을 하게 되므로 Q-스위칭을 할 때와 다르게 편광 손실이 없도록 하기에 적당하도록 한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 제1파장의 레이저빔을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저로부터 발진된 제1파장의 레이저빔을 제2파장의 레이저빔으로 변환하는 제1파장변환수단 및 상기 제1파장변환수단으로부터 변환 출력되는 제2파장의 레이저빔을 증폭하여 제2파장의 레이저빔을 출력하는 Er:YAG 로드를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저와 제1파장변환수단 사이에 위치하여 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하여 상기 제1파장변환수단으로 입력하는 제1빔경로변경수단, 상기 제1파장변환수단과 Er:YAG 로드 사이에 위치하여 상기 제1파장변환수단에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하여 상기 Er:YAG 로드로 입력하는 제2빔경로변경수단 및 상기 Er:YAG 로드의 출력단에 위치하여 상기 Er:YAG 로드에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하는 제3빔경로변경수단이 더 포함되어 서 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제1빔경로변경수단은, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제1반사거울과, 상기 제1반사거울로부터 반사된 레이저빔이 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저에서 출력되는 레이저빔과 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제1반사거울로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제2반사거울로 구성되고, 상기 제2빔경로변경수단은, 상기 제1파장변환수단으로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제3반사거울과, 상기 제3반사거울로부터 반사된 레이저빔이 상기 제1파장변환수단에서 출력되는 레이저빔의 역방향으로 진행되도록 상기 제3반사거울로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제4반사거울로 구성되고, 상기 제3빔경로변경수단은, 상기 Er:YAG 로드로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제5반사거울과, 상기 제5반사거울로부터 반사된 레이저빔이 상기 Er:YAG 로드에서 출력되는 레이저빔과 동일 방향으로 진행되도록 상기 제5반사거울로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제6반사거울로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제3빔경로변경수단의 출력단에 위치하여 상기 제3빔경로변경수단에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하는 제4빔경로변경수단이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제4 빔경로변경수단은, 상기 제6반사거울로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제7반사거울 및 상기 제7반사거울로부터 반사된 레이저빔이 상기 Er:YAG 로드에서 출력되는 레이저빔과 동일 방향으로 동일한 경로 상에서 진행되도록 상기 제7반사거울로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제8반사거울로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제1반사거울이 장착되어 상기 제1반사거울을 선형운동시켜서 상기 제1반사거울을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제1선형운동수단, 상기 제4반사거울이 장착되어 상기 제4반사거울을 선형운동시켜서 상기 제4반사거울을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제2선형운동수단, 상기 제5반사거울이 장착되어 상기 제5반사거울을 선형운동시켜서 상기 제5반사거울을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제3선형운동수단, 상기 제8반사거울이 장착되어 상기 제8반사거울을 선형운동시켜서 상기 제8반사거울을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제4선형운동수단 및 상기 제1선형운동수단과 제2선형운동수단과 제3선형운동수단과 제4선형운동수단의 선형운동을 제어하는 컨트롤러가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 컨트롤러는, 상기 제4반사거울, 제5반사거울 및 제8반사거울이 동시에 빔경로 상에 위치하거나 빔경로에서 벗어나도록 하기 위하여 상기 제2선형운동수단, 제3선형운동수단 및 제4선형운동수단의 구동을 동시에 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제1반사거울의 후단에 위치하고, 상기 제1선형운동수단의 구동에 의해서 상기 제1반사거울이 빔경로에서 이탈된 경우, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔을 제3파장의 레이저빔으로 변환하는 제2파장변환수단이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 빔경로 상에 삽입된 경우의 상기 제4반사거울과 제5반사거울의 외측에서 상기 Er:YAG 로드의 빔경로 상에 위치하고 상기 Er:YAG 로드에서 출력되는 광을 전반사하는 'Er:YAG 로드 반사거울', 상기 'Er:YAG 로드 반사거울'의 대향 위치에서 상기 'Er:YAG 로드 반사거울'에 의해서 반사된 광을 부분적으로 반사하고 부분적으로 투과하는 'Er:YAG 로드 출력거울'이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제1파장변환수단은, 상기 제1파장의 광을 제2파장으로 변환하는 KTA(Potassium Titanyl Arsenate)결정 및 상기 KTA결정의 전단과 후단에서 빔경로 상에 위치하여 제1파장의 레이저빔만이 상기 KTA결정으로 입사되도록 하고 제2파장의 레이저빔만이 KTA결정으로부터 출력되도록 하는 KTA반사거울과 KTA출력거울로 구성되고, 상기 제2파장변환수단은, 상기 제1파장의 레이저빔을 제3파장으로 파장 변환하는 KTP(Potassium Titanyl Phosphate)결정 및 상기 KTP결정의 후단에서 제3파장의 레이저빔을 투과시키고 제1파장의 레이저빔은 반사시키는 KTP거울로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 KTP결정과 KTP거울이 장착되어 상기 KTP결정과 KTP거울을 일체로 선형운동시켜서 상기 KTP결정과 KTP거울을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제5선형운동수단이 더 포함되어서 구성되고, 상기 컨트롤러는 상기 제5선형운동수단의 선형운동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저는, 전원공급부로부터 전원을 공급받아서 발광하는 제1플래쉬램프, 상기 제1플래쉬램프로부터 입력된 여기광을 증폭 발진하는 Nd:YAG 로드, 상기 Nd:YAG 로드의 양 측에 위치하여 상기 Nd:YAG 로드로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔을 각각 전반사 및 부분 반사하여 레이저빔을 증폭시키는 Nd:YAG 전반사거울과 Nd:YAG 출력거울, 상기 Nd:YAG 로드로부터 발생한 광을 선형 편광 시키는 편광자, 상기 편광자와 Nd:YAG 전반사거울 사이에 위치하여, 전압이 인가되는 경우에는 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키고 전압이 인가되지 않는 경우에는 위상 변화 없이 투과시키는 포켈스 셀, 상기 포켈스 셀과 편광자 사이에 위치하여 상기 편광자로부터 입사된 선형 편광된 광을 원형 편광의 광으로 변환시켜서 투과시키고, 상기 포켈스 셀로부터 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키는 1/4파장위상지연기(quarter waveplate)를 포함하여 구성되고, 상기 1/4파장위상지연기를 선형운동시켜서 상기 1/4파장위상지연기를 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로에서 벗어나도록 하는 제6선형운동수단이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제1파장은 1064nm이고, 제2파장은 2936nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제1반사거울의 반사면과 제2반사거울의 반사면은 1064nm 파장의 레이저빔이 전반사되도록 코팅되어 있고, 상기 KTA반사거울의 외면은 1064nm 파장이 레이저빔은 투과되도록 코팅되어 있고, KTA반사거울의 내면은, 1669nm 파장 및 2936nm 파장의 레이저빔은 전반사되고 1064nm 파장의 레이저빔은 95% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고, 상기 KTA출력거울의 내면은, 1669nm 파장 및 1064nm 파장의 레이저빔은 전반사되고 2936nm 파장의 레이저빔은 98% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고, 상기 KTA출력거울의 외면은 2936nm 파장이 레이저빔이 투과되도록 코팅되어 있고, 상기 제3반사거울과 제4반사거울과 제5반사거울과 제6반사거울과 제7반사거울과 제8반사거울의 반사면은 2936nm 파장의 레이저빔이 전반사되도록 코팅되어 있고, 상기 Er:YAG 로드의 양 끝면은 2936nm 파장의 레이저빔이 투과되도록 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 제3파장은 532nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 KTP거울의 내면은, 1064nm 파장의 레이저빔은 전반사하고 532nm 파장의 레이저빔은 98% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고, 상기 KTP거울의 외면은, 532nm 파장의 레이저빔만이 투과되도록 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
다음은 본 발명인 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 기초로 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템의 구성도 및 그에 의한 나노초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장 발진 동작도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에서의 선형운동수단의 제어 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에서의 선형운동수단의 상세 구성 예시도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 나노초 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장 발진 동작 구성도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장 발진 동작 구성도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 나노초 대의 펄스폭을 갖는 532(nm) 파장 발진 동작 구성도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템에 의한 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장 발진 동작 구성도가 도시되어 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)와, 제1파장변환수단(130)과, Er:YAG 로드(150)와, 제1빔경로변경수단(120)과, 제2빔경로변경수단(140)과, 제3빔경로변경수단(160)과, 제4빔경로변경수단(170)과, 제2파장변환수 단(180)을 포함하여 구성된다.
상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)는 제1파장의 레이저빔을 발진한다.
상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)는, 전원공급부로부터 전원을 공급받아서 발광하는 제1플래쉬램프(111)와, 상기 제1플래쉬램프(111)로부터 입력된 여기광을 증폭 발진하는 Nd:YAG 로드(112)와, 상기 Nd:YAG 로드(112)의 양 측에 위치하여 상기 Er:YAG 로드(112)로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔을 전반사 및 부분반사하여 레이저빔을 증폭시키는 Nd:YAG 전반사거울(113a) 및 Nd:YAG 출력거울(113b)(Nd:YAG 전반사거울(113a)이 전반사하고 Nd:YAG 출력거울(113b)이 부분반사 부분투과함은 물론이다)과, 상기 Nd:YAG 로드(112)로부터 발생한 광을 선형 편광시키는 편광자(114)와, 상기 편광자(114)와 Nd:YAG 전반사거울(113a) 사이에 위치하여, 전압이 인가되는 경우에는 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키고 전압이 인가되지 않는 경우에는 위상 변화 없이 투과시키는 포켈스 셀(115)와, 상기 포켈스 셀(115)과 편광자(114) 사이에 위치하여, 상기 편광자(114)로부터 입사된 선형 편광된 광을 원형 편광의 광으로 변환시켜서 투과시키고, 상기 포켈스 셀(115)로부터 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키는 1/4파장위상지연기(quarter waveplate)(116)를 포함하여 구성된다.
Nd:YAG 출력거울(113b)을 통해서 1064nm 파장의 레이저빔만이 발진되도록, 상기 Nd:YAG 로드(112)의 양 끝면과 상기 Nd:YAG 전반사거울(113a)의 내면(113a')과 Nd:YAG 출력거울(113b)의 내면(113b') 및 외면(113b'')이 코팅되어 있다.
상기 제1빔경로변경수단(120)은 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)와 제1파 장변환수단(130) 사이에 위치하여 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하여 상기 제1파장변환수단(130)으로 입력한다.
상기 제1빔경로변경수단(120)은 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제1반사거울(121)과, 상기 제1반사거울(121)로부터 반사된 레이저빔이 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)에서 출력되는 레이저빔과 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제1반사거울(121)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제2반사거울(122)로 구성된다.
상기 제1파장변환수단(130)은 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 발진된 1064(nm) 파장을 2936(nm) 파장의 레이저빔으로 변환한다.
상기 제1파장변환수단(130)은, 상기 1064(nm) 파장의 광을 2936(nm) 파장의 광으로 변환하는 KTA결정(131)과, 상기 KTA결정(131)의 전단과 후단에서 빔경로 상에 위치하여 1064(nm) 파장의 레이저빔만이 상기 KTA결정(131)으로 입사되도록 하고 2936(nm) 파장의 레이저빔만이 KTA결정(131)으로부터 출력되도록 하는 KTA반사거울(132)과 KTA출력거울(133)로 구성된다.
상기 KTA반사거울(132)의 외면(132a)은 1064nm 파장이 레이저빔은 투과되도록 코팅되어 있고, KTA반사거울(132)의 내면(132b)은, 1669nm 파장 및 2936nm 파장의 레이저빔은 전반사되고 1064nm 파장의 레이저빔은 95% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고, 상기 KTA출력거울(133)의 내면(133b)은, 1669nm 파장 및 1064nm 파장의 레이저빔은 전반사되고 2936nm 파장의 레이저빔은 98% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고, 상기 KTA출력거울(133)의 외면(133a)은 2936nm 파장이 레이저빔 이 투과(AR@2936)되도록 코팅되어 있다.
한편, KTA결정(131)을 이용한 OPO(Optical Parametric Oscillator)의 원리를 간단히 설명하면, 본원 발명의 출원 전에 당업자에 있어서 공지된 바와 같이 KTA결정(131)(예컨대, ration angle(??)=63.7도, decline angle(??)=0도, XZ평면 입사)에 1064(nm) 파장이 입사 하게 되면 KTA결정(131) 안에서 1064(nm) 파장은 1669.3(nm) 파장과 2936(nm) 파장으로 나누어지게 된다.
이때 KTA결정(131)의 앞뒤로 상기와 같은 코팅 스펙을 갖는 KTA반사거울(132) KTA출력거울(133)(공진기를 구성하는 것과 동일)을 구성하면 1669.3(nm) 파장 혹은 2936(nm) 파장만 선택적으로 출력시킬 수 있다.
상기 제2빔경로변경수단(140)은 상기 제1파장변환수단(130)과 Er:YAG 로드(150) 사이에 위치하여 상기 제1파장변환수단(130)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하여 상기 Er:YAG 로드(150)로 입력한다.
상기 제2빔경로변경수단(140)은, 상기 제1파장변환수단(130)으로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제3반사거울(141)과, 상기 제3반사거울(141)로부터 반사된 레이저빔이 상기 제1파장변환수단(130)에서 출력되는 레이저빔의 역방향으로 진행되도록 상기 제3반사거울(141)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제4반사거울(142)로 구성된다.
상기 Er:YAG 로드(150)는 전원공급부로부터 공급되는 전원에 의해서 발광하는 플래쉬램프(153)로부터 입력되는 광에 의해서 여기(excited)되고, 상기 제1파장변환수단(130)으로부터 변환 출력되는 2936(nm) 파장의 레이저빔을 높은 반복율과 나노초 대의 짧은 펄스폭을 갖는 광으로 증폭한 후 출력한다.
상기 Er:YAG 로드(150)의 양 끝면은 2936nm 파장의 레이저빔이 투과되도록 코팅되어 있다.
상기 제3빔경로변경수단(160)은 상기 Er:YAG 로드(150)의 출력단에 위치하여 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환한다.
상기 제3빔경로변경수단(160)은, 상기 Er:YAG 로드(150)로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제5반사거울(161)과, 상기 제5반사거울(161)로부터 반사된 레이저빔이 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 레이저빔과 동일 방향으로 진행되도록 상기 제5반사거울(161)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제6반사거울(162)로 구성된다.
상기 제4빔경로변경수단(170)은 상기 제3빔경로변경수단(160)의 출력단에 위치하여 상기 제3빔경로변경수단(160)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환한다.
상기 제4빔경로변경수단(170)은, 상기 제6반사거울(162)로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제7반사거울(171)과, 상기 제7반사거울(171)로부터 반사된 레이저빔이 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 레이저빔과 동일 방향으로 동일한 경로 상에서 진행되도록 상기 제7반사거울(171)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제8반사거울(172)로 구성된다.
그리고, 상기 제1반사거울(121)의 반사면과 제2반사거울(122)의 반사면은 1064nm 파장의 레이저빔이 전반사되도록 코팅되어 있고, 상기 제3반사거울(141)과 제4반사거울(142)과 제5반사거울(161)과 제6반사거울(162)과 제7반사거울(171)과 제8반사거울(172)의 반사면은 2936nm 파장의 레이저빔이 전반사되도록 코팅되어 있다.
상기 제2파장변환수단(180)은 상기 제1반사거울(121)의 후단에 위치하고, 상기 제1선형운동수단(191)의 구동에 의해서 상기 제1반사거울(121)이 빔경로에서 이탈된 경우, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔을 제3파장의 레이저빔으로 변환한다.
상기 제2파장변환수단(180)은, 상기 제1파장의 레이저빔을 제3파장으로 파장 변환하는 KTP결정(181)과, 상기 KTP결정(181)의 후단에서 제3파장의 레이저빔을 투과시키고 제1파장의 레이저빔은 반사시키는 KTP거울(182)로 구성된다.
상기 KTP거울(182)의 내면(182b)은, 1064nm 파장의 레이저빔은 전반사하고 532nm 파장의 레이저빔은 98% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고, 상기 KTP거울(182)의 외면(182a)은, 532nm 파장의 레이저빔만이 투과되도록 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
KTP결정(181)(예컨대, rotation angle(??)=90도, decline angle(??)=23.5도, XY평면 입사)에 1064(nm) 파장이 입사하게 되면 532(nm) 파장으로 변환이 되며, 이때 변화 되지 못한 1064(nm) 파장은 KTP거울(182)에 의해 반사되어 변화되지 못한 양을 분리되고, 532(nm) 파장은 출력된다.
한편, KTA결정(131)과 KTP결정(181)은 온도 변화에 따른 영향을 받지 않도록 하기 위하여 결정의 온도가 예컨대, 23도로 유지되도록 온도 조절 장치가 붙어 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1반사거울(121)을 장착시켜서 상기 제1반사거울(121)을 선형운동시켜서 상기 제1반사거울(121)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제1선형운동수단(191)과, 상기 제4반사거울(142)을 장착시켜서 상기 제4반사거울(142)을 선형운동시켜서 상기 제4반사거울(142)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제2선형운동수단(192)과, 상기 제5반사거울(161)을 장착시켜서 상기 제5반사거울(161)을 선형운동시켜서 상기 제5반사거울(161)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제3선형운동수단(193)과, 상기 제8반사거울(172)을 장착시켜서 상기 제8반사거울(172)을 선형운동시켜서 상기 제8반사거울(172)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제4선형운동수단(194)과, 상기 KTP결정(181)과 KTP거울(182)을 장착시켜서 상기 KTP결정(181)과 KTP거울을 일체로 선형운동시켜서 상기 KTP결정(181)과 KTP거울(182)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제5선형운동수단(195)과, 상기 1/4파장위상지연기(116)를 선형운동시켜서 상기 1/4파장위상지연기(116)를 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로에서 벗어나도록 하는 제6선형운동수단(196)과, 상기 제1선형운동수단(191)과 제2선형운동수단(192)과 제3선형운동수단(193)과 제4선형운동수단(194)과 제5선형운동수단(195)과 제6선형운동수단(196)의 선형운동을 제어하는 컨트롤러(C)가 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 컨트롤러(C)는 상기 제4반사거울(142), 제5반사거울(161) 및 제8반사거울(172)이 동시에 빔경로 상에 위치하거나 빔경로에서 벗어나도록 하기 위하여 상기 제2선형운동수단(192), 제3선형운동수단(193) 및 제4선형운동수단(194)의 구동을 동시에 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 선형운동수단(191, 192, 193, 194, 195, 196)은, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이, 공급되는 전원에 의하여 회전하는 모터(201)(도면부호 201a는 모터축)와, 상기 모터(201)와 일체로 회전하며 모터의 회전을 전달하는 피니언(pinion)(202)과, 상기 피니언(202)에 연동하여 회전운동을 직선운동으로 변환하는 랙(rack)(203)과, 상기 랙(203)에 고정되어 상기 랙(203)과 일체로 선형 운동하며, 예컨대 선형운동의 대상체인 제1반사거울(121), 제4반사거울(142), 제5반사거울(161), 제8반사거울(172), 제2파장변환수단(180)(KTP결정(181)과 KTP거울(182)), 1/4파장위상지연기(116)의 위치를 고정하는 장착부(204)로 구성된다.
상기 컨트롤러(P)에는 사용자로부터 입력되는 명령신호를 기초로 상기 모터(201)를 구동하기 위한 모터구동부(미도시)가 구비되어 있음은 물론이다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은, 상기 'Er:YAG 로드 반사거울'(151)은 레이저빔 경로 상에 삽입된 경우의 상기 제4반사거울(142)과 제5반사거울(161)의 외측에서 상기 Er:YAG 로드(150)의 레이저빔 경로 상에 위치하고 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 광을 전반사하는 'Er:YAG 로드 반사거울'(151)과, 상기 'Er:YAG 로드 반사거울'(151)의 대향 위치에서 상기 'Er:YAG 로드 반사거울'(151)에 의해서 반사된 광을 부분적으로 반사하고 부분적으로 투과하는 'Er:YAG 로드 출력거울'(152)을 더 포함하여 구성된다.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템의 동작과정에 대하여 기술한다.
먼저 도 2를 기초로 나노초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장 발진 동작에 대하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, Nd:YAG 레이저(110)에서 Q-스위칭되어서 출력된 높은 반복율의 1064nm 파장의 레이저빔은 제1파장변환수단에서 높은 반복율의 1936nm 파장의 레이저빔으로 변환되고, 이후 Er:YAG 로드(150)를 한 번 통과(one pass)(Er:YAG 로드(150)는 공진기가 아니라 증폭기로서의 역할만 함)되면서 나노초 대의 짧은 펄스폭을 갖는 레이저빔으로 증폭되어서 출력된다.
이 때, Nd:YAG 레이저(110)에서 Q-스위칭되어서 빔이 출력되는 원리 및 동작 자체는 본원발명의 출원 전에 당업자에 있어서 이미 공지된 기술이므로 상세 설명은 생략한다.
다음으로 도 5를 기초로 나노초 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장 발진 동작에 대하여 기술한다(Q-스위칭 Nd:YAG 레이저).
사용자가 키 입력부(미도시)를 통해서 제어명령을 입력하면, 컨트롤러(C)의 제어에 의해서 제1선형운동수단(191)이 구동되어서 제1반사거울(121)은 빔경로상에서 벗어나게 된다.
따라서, 상기와 같은 구성에 의해서 Nd:YAG 출력거울(113b)을 통해서 출력된 높은 반복율의 나노초 대의 1064(nm) 파장 레이저 빔을 출력할 수 있다.
한편, 공진기(즉, Nd:YAG 로드와 Nd:YAG 출력거울과 Nd:YAG 전반사거울)의 구성은 불안정 공진기타입이며 따라서, 단일횡모드를 갖고 있으며, 또한 Nd:YAG 출력거울(113b)은 GRM(Gaussian reflectivity mirror)으로 반사율이 전체에 균일하지 않고 지름의 방향에 따라 감소하는 형태의 거울로써 구현함으로써 빔의 출력이 일반적인 안정 공진기에서 볼 수 있는 가우시안(Gaussian) 형태가 아니라 고차 가우시안(Gaussian) 형태이기에 빔의 출력면이 평탄(flat)하게 할 수 있다. 따라서 안정 공진기에 비하여 광학부품의 손상이 적고 KTP결정 및 KTA결정에의 입사 시 변환율이 높게 될 수 있는 이점이 있다.
다음으로 도 6를 기초로 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장 발진 동작에 대하여 기술한다.
Q-스위칭을 구현하기 위한 광학 부품 중 하나인 1/4파장위상지연기(116)를 상기 제6선형운동수단(196)의 구동에 의해서 공진기 안에서 분리되면 편광자(114)를 통과한 광은 포켈스 셀(115)을 그대로 투과한 후 Nd:YAG 전반사거울(113a)에서 전반사하여 다시 손실 없이 출력되게 되며, 출력된 빔은 그 펄스폭이 펌핑 펄스폭과 비슷한 마이크로초(us) 대 대역의 펄스폭을 갖게 된다.
다음으로, 도 7를 기초로 나노초 대의 펄스폭을 갖는 532(nm) 파장 발진 동작에 대하여 기술한다.
도 7과 같이, 제5선형운동수단(195)을 구동시킨 후 Nd:YAG 로드(112)를 여기시키면, 공진기로부터 출력된 나노초 대의 1064nm 파장의 레이저빔은 제2파장변환수단(180)에 의해서 나노초 대의 532nm 파장의 레이저 빔으로 출력된다.
다음으로 도 8을 기초로 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장 발진 동작에 대하여 기술한다.
도 8과 같이, 제2선형운동수단(192)과 제3선형운동수단(193)과 제4선형운동수단(194)을 구동시켜서 제4반사거울(142)과 제6반사거울(162)과 제8반사거울(172)을 빔경로상에서 벗어나게 한 후, Er:YAG 로드(150)를 여기시키면 펌핑 펄스폭과 비슷한 마이크로초 대의 펄스폭을 갖는 2936nm 파장의 빔이 출력된다.
한편, 상기 실시예에서 구현되는 거울 및 로드의 코팅 스펙은 본원발명의 출원 전에 당업자에 공지된 다양한 코팅재와 다양한 코팅방법에 의하여 구현가능하며, 상기와 같은 상기 실시예에서 구현되는 거울 및 로드의 코팅 스펙은 코팅분야의 당업자에 있어서 능히 구현될 수 있는 기술이므로 그 상세 설명은 생략한다.
상기의 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
상기와 같은 구성과 동작 과정을 가지는 본 발명인 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, Er:YAG 레이저에서의 Q-스위칭 기술에 의하지 아니하고도, 상대적으로 부품도 구하기 쉽고 가격도 저렴하며 손상 값도 높은 광학 부품으로 구성되고 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 1064nm 파장을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저와 KTA결정을 이용하여, 1064nm 파장을 2936(nm) 파장으로 변환 한 뒤 Er:YAG rod에 입사 증폭함으로써, 1~25(Hz)의 높은 반복율과 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔을 출력할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 하나의 레이저 시스템에서 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장의 레이저 빔과, 마이크로초(us) 대의 펄스폭을 갖는 1064(nm) 파장의 레이저 빔과, 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 532(nm) 파장의 레이저빔과, 마이크로초(us) 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔과, 나노초(ns) 대의 펄스폭을 갖는 2936(nm) 파장의 레이저빔 등 다양한 파장과 다양한 펄스폭을 갖는 레이저빔을 선택적으로 출력할 수 있는 효과가 있다.
셋째, Er:YAG 로드는 펌핑 반복율을 증가하여 단순히 증폭 역할만을 하게 되므로 Q-스위칭을 할 때와 다르게 편광 손실이 없도록(즉 단순히 빔 모드에만 변화) 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

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  6. 제1파장의 레이저빔을 발진하는 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110);
    상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 발진된 제1파장의 레이저빔을 제2파장의 레이저빔으로 변환하는 제1파장변환수단(130);
    상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)와 제1파장변환수단(130) 사이에 위치하여 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하여 상기 제1파장변환수단(130)으로 입력하는 제1빔경로변경수단(120);
    상기 제1파장변환수단(130)으로부터 변환 출력되는 제2파장의 레이저빔을 증폭하여 제2파장의 레이저빔을 출력하는 Er:YAG 로드(150);
    상기 제1파장변환수단(130)과 Er:YAG 로드(150) 사이에 위치하여 상기 제1파장변환수단(130)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하여 상기 Er:YAG 로드(150)로 입력하는 제2빔경로변경수단(140);
    상기 Er:YAG 로드(150)의 출력단에 위치하여 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하는 제3빔경로변경수단(160); 및
    상기 제3빔경로변경수단(160)의 출력단에 위치하여 상기 제3빔경로변경수단(160)에서 출력되는 레이저빔의 광로를 변환하는 제4빔경로변경수단(170)을 포함하여 구성되되,
    상기 제1빔경로변경수단(120)은, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제1반사거울(121)과, 상기 제1반사거울(121)로부터 반사된 레이저빔이 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)에서 출력되는 레이저빔과 동일한 방향으로 진행되도록 상기 제1반사거울(121)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제2반사거울(122)로 구성되고,
    상기 제2빔경로변경수단(140)은, 상기 제1파장변환수단(130)으로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제3반사거울(141)과, 상기 제3반사거울(141)로부터 반사된 레이저빔이 상기 제1파장변환수단(130)에서 출력되는 레이저빔의 역방향으로 진행되도록 상기 제3반사거울(141)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제4반사거울(142)로 구성되고,
    상기 제3빔경로변경수단(160)은, 상기 Er:YAG 로드(150)로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제5반사거울(161)과, 상기 제5반사거울(161)로부터 반사된 레이저빔이 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 레이저빔과 동일 방향으로 진행되도록 상기 제5반사거울(161)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제6반사거울(162)로 구성되고,
    상기 제4빔경로변경수단(170)은, 상기 제6반사거울(162)로부터 출력되는 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제7반사거울(171)과, 상기 제7반사거울(171)로부터 반사된 레이저빔이 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 레이저빔과 동일 방향으로 동일한 경로 상에서 진행되도록 상기 제7반사거울(171)로부터 반사된 레이저빔의 빔경로를 90도 변경하는 제8반사거울(172)로 구성되며,
    상기 제1반사거울(121)이 장착되어 상기 제1반사거울(121)을 선형운동시켜서 상기 제1반사거울(121)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제1선형운동수단(191);
    상기 제4반사거울(142)이 장착되어 상기 제4반사거울(142)을 선형운동시켜서 상기 제4반사거울(142)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제2선형운동수단(192);
    상기 제5반사거울(161)이 장착되어 상기 제5반사거울(161)을 선형운동시켜서 상기 제5반사거울(161)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제3선형운동수단(193);
    상기 제8반사거울(172)이 장착되어 상기 제8반사거울(172)을 선형운동시켜서 상기 제8반사거울(172)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제4선형운동수단(194); 및
    상기 제1선형운동수단(191)과 제2선형운동수단(192)과 제3선형운동수단(193)과 제4선형운동수단(194)의 선형운동을 제어하는 컨트롤러(C)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 컨트롤러(C)는,
    상기 제4반사거울(142), 제5반사거울(161) 및 제8반사거울(172)이 동시에 빔경로 상에 위치하거나 빔경로에서 벗어나도록 하기 위하여 상기 제2선형운동수단(192), 제3선형운동수단(193) 및 제4선형운동수단(194)의 구동을 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1반사거울(121)의 후단에 위치하고, 상기 제1선형운동수단(191)의 구동에 의해서 상기 제1반사거울(121)이 빔경로에서 이탈된 경우, 상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔을 제3파장의 레이저빔으로 변환하는 제2파장변환수단(180)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    빔경로 상에 삽입된 경우의 상기 제4반사거울(142)과 제5반사거울(161)의 외측에서 상기 Er:YAG 로드(150)의 빔경로 상에 위치하고 상기 Er:YAG 로드(150)에서 출력되는 광을 전반사하는 'Er:YAG 로드 반사거울'(151);
    상기 'Er:YAG 로드 반사거울'(151)의 대향 위치에서 상기 'Er:YAG 로드 반사거울'(151)에 의해서 반사된 광을 부분적으로 반사하고 부분적으로 투과하는 'Er:YAG 로드 출력거울'(152)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1파장변환수단(130)은,
    상기 제1파장의 광을 제2파장으로 변환하는 KTA(Potassium Titanyl Arsenate)결정(131); 및
    상기 KTA결정(131)의 전단과 후단에서 빔경로 상에 위치하여 제1파장의 레이저빔만이 상기 KTA결정(131)으로 입사되도록 하고 제2파장의 레이저빔만이 KTA결정(131)으로부터 출력되도록 하는 KTA반사거울(132)과 KTA출력거울(133)로 구성되고,
    상기 제2파장변환수단(180)은,
    상기 제1파장의 레이저빔을 제3파장으로 파장 변환하는 KTP(Potassium Titanyl Phosphate)결정(181); 및
    상기 KTP결정(181)의 후단에서 제3파장의 레이저빔을 투과시키고 제1파장의 레이저빔은 반사시키는 KTP거울(182)로 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 KTP결정(181)과 KTP거울(182)이 장착되어 상기 KTP결정(181)과 KTP거울을 일체로 선형운동시켜서 상기 KTP결정(181)과 KTP거울(182)을 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로 상에서 벗어나도록 하는 제5선형운동수단(195)이 더 포함되어서 구성되고,
    상기 컨트롤러(C)는 상기 제5선형운동수단(195)의 선형운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  12. 청구항 6 내지 청구항 11 중에서 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저(110)는,
    전원공급부로부터 전원을 공급받아서 발광하는 제1플래쉬램프(111);
    상기 제1플래쉬램프(111)로부터 입력된 여기광을 증폭 발진하는 Nd:YAG 로드(112);
    상기 Nd:YAG 로드(112)의 양 측에 위치하여 상기 Er:YAG 로드(112)로부터 출력되는 제1파장의 레이저빔을 각각 전반사 및 부분 반사하여 레이저빔을 증폭시키는 Nd:YAG 전반사거울(113a)과 Nd:YAG 출력거울(113b);
    상기 Nd:YAG 로드(112)로부터 발생한 광을 선형 편광시키는 편광자(Polarizer)(114);
    상기 편광자(114)와 Nd:YAG 전반사거울(113a) 사이에 위치하여, 전압이 인가되는 경우에는 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키고 전압이 인가되지 않는 경우에는 위상 변화 없이 투과시키는 포켈스 셀(115);
    상기 포켈스 셀(115)과 편광자(114) 사이에 위치하여, 상기 편광자(114)로부터 입사된 선형 편광된 광을 원형 편광의 광으로 변환시켜서 투과시키고, 상기 포켈스 셀(115)로부터 입사되는 광을 1/4파장 위상 지연시켜서 투과시키는 1/4파장위상지연기(quarter waveplate)(116)를 포함하여 구성되고,
    상기 1/4파장위상지연기(116)를 선형운동시켜서 상기 1/4파장위상지연기(116)를 빔경로 상에 삽입하거나 빔경로에서 벗어나도록 하는 제6선형운동수단(196)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1파장은 1064nm이고, 제2파장은 2936nm인 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1반사거울(121)의 반사면과 제2반사거울(122)의 반사면은 1064nm 파장의 레이저빔이 전반사되도록 코팅되어 있고,
    상기 KTA반사거울(132)의 외면(132a)은 1064nm 파장이 레이저빔은 투과되도록 코팅되어 있고,
    KTA반사거울(132)의 내면(132b)은, 1669nm 파장 및 2936nm 파장의 레이저빔은 전반사되고 1064nm 파장의 레이저빔은 95% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고,
    상기 KTA출력거울(133)의 내면(133b)은, 1669nm 파장 및 1064nm 파장의 레이저빔은 전반사되고 2936nm 파장의 레이저빔은 98% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고,
    상기 KTA출력거울(133)의 외면(133a)은 2936nm 파장이 레이저빔이 투과되도록 코팅되어 있고,
    상기 제3반사거울(141)과 제4반사거울(142)과 제5반사거울(161)과 제6반사거울(162)과 제7반사거울(171)과 제8반사거울(172)의 반사면은 2936nm 파장의 레이저빔이 전반사되도록 코팅되어 있고,
    상기 Er:YAG 로드(150)의 양 끝면은 2936nm 파장의 레이저빔이 투과되도록 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제3파장은 532nm인 것을 특징으로 하는 멀티 파장 발진 레이진 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 KTP거울(182)의 내면(182b)은, 1064nm 파장의 레이저빔은 전반사하고 532nm 파장의 레이저빔은 98% 이상의 투과율을 갖도록 코팅되어 있고,
    상기 KTP거울(182)의 외면(182a)은, 532nm 파장의 레이저빔만이 투과되도록 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 파장 및 멀티 펄스폭 발진 레이저 시스템.
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