KR100804425B1

KR100804425B1 - 레이저 펄스 조절장치 및 방법

Info

Publication number: KR100804425B1
Application number: KR1020060097430A
Authority: KR
Inventors: 유재연; 박건우
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-02-20

Abstract

레이저 펄스를 방사하는 광원과, 레이저 펄스를 제1 펄스 및 제2 펄스로 분기하는 제1 빔스플리터와, 제2 펄스를 반사하는 하나 이상의 미러와, 제1 펄스 및 하나 이상의 미러에 의해 반사된 제2 펄스를 중첩시키는 제2 빔스플리터와, 제1 빔스플리터, 하나 이상의 미러 및 제2 빔스플리터의 위치 및 각도를 각각 설정 가능하게 하는 광로차 조절수단을 포함하는 레이저 펄스 조절장치를 사용하여, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 광학적 방법으로 조절함으로써, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 전기적으로 조절할 때 발생되는 지터에 의한 레이저 펄스 파형의 흔들림을 감소시킬 수 있으며, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 사용자가 원하는 대로 조절할 수 있으므로, 레이저를 사용하는 리페어 공정 외에도 레이저 펄스의 파형 및 강도에 민감한 의료용 레이저 및 군사용 레이저 등 레이저를 활용할 수 있는 범위가 확장되는 효과를 얻을 수 있다.

레이저, 펄스, 강도, 파형

Description

레이저 펄스 조절장치 및 방법{Apparatus and Method for Controlling Laser Pulse}

도 1a는 종래의 레이저 펄스 조절장치 회로를 설명하기 위한 회로도.

도 1b는 도 1a에 도시된 회로의 일부분을 도시한 회로도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도.

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 작동 방법을 설명하기 위한 블록도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의해 생성된 중첩펄스의 예를 도시한 그래프.

도 5는 리페어 공정을 설명하기 위한 부분 사시도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도.

도 7는 본 발명의 제3 실시예의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

210 : 광원 231 : 제1 빔스플리터

232 : 제2 빔스플리터 235 : 제1 감쇠기

250 : 광로차 형성부 251 : 미러

252 : 미러 255 : 제2 감쇠기

257 : 지지대 259 : 광로차 조절수단

510 : 미세조절수단

본 발명은 레이저 펄스의 조절장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는레이저 펄스의 파형 및 강도 조절장치 및 방법에 관한 것이다.

레이저를 이용한 마이크로 머시닝(Micromachining) 작업은 가공 대상물에 직접 기계적인 자극을 주지 않는 비접촉 방식으로, 사용자가 원하는 바에 따라 매우 국부적인 곳에 열을 전달하여 가공부위 주변에 손상을 주지 않고 가공을 행할 수 있으므로, 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.

도 1a에는 종래의 레이저 펄스 조절장치 회로를 설명하기 위한 회로도가 도시되어 있고, 도 1b에는 도 1a에 도시된 회로 중 중첩제어회로(Superposed Control Circuit, 이하 SCC라 칭한다.)가 도시되어 있다. 도 1a 및 도 1b를 함께 참조하여 종래의 레이저 펄스 조절장치 회로를 설명하기로 한다.

종래의 레이저 펄스 조절장치 회로(100)는 복수의 PFN(Pulse Forming Network)(120, 130)에서 각각 발생되는 전기적 펄스 신호 중 하나를 SCC(110)에 의해 시간적으로 지연시키고, 이 시간적으로 지연된 전기적 펄스와 지연되지 않은 전기적 펄스 신호를 중첩시켜 제논 플래시 램프(161)에 입력되도록 한 것으로, 이미 변형된 전기적 펄스 신호를 이용하여 레이저의 파형을 조절하고자 한 것이다.

이 때, 상술한 SCC(110)와 같은 외부 트리거 신호를 이용하여 전기적 펄스를 중첩하는 경우에는 전기적 펄스의 일시적 흔들림인 지터(Jitter)가 발생되어 원하지 않는 형태의 레이저 펄스의 파형이 형성되는 문제가 있고, 또한 SCC(110)의 트리거 신호는 저항(R1, R2) 및 커패시터(C1, C2)의 크기에 의해 조절되므로, 미세한 조절이 곤란해지는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위한 것으로, 레이저 펄스의 지터를 감소시키고, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 용이하게 조절할 수 있는 레이저 펄스 조절장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 펄스를 방사하는 광원과, 레이저 펄스를 제1 펄스 및 제2 펄스로 분기하는 제1 빔스플리터와, 제2 펄스를 반사하는 하나 이상의 미러와, 제1 펄스 및 하나 이상의 미러에 의해 반사된 제2 펄스를 중첩시키는 제2 빔스플리터와, 제1 빔스플리터, 하나 이상의 미러 및 제2 빔스플리터의 위치 및 각도를 각각 설정 가능하게 하는 광로차 조절수단을 포함하는 레이저 펄스 조절장치가 제공된다.

제1 펄스의 강도를 조절하는 제1 감쇠기 및 제2 펄스의 강도를 조절하는 제2 감쇠기를 더 포함하는 것이 바람직하고, 제1 감쇠기 및 제2 감쇠기는 연속가변형 광감쇠기인 것이 바람직하다. 광로차 조절수단은, 하나 이상의 미러에 설치되어, 제1 빔스플리터 및 하나 이상의 미러 사이의 거리를 조절하는 하나 이상의 이동장치이거나, 제1 빔스플리터, 하나 이상의 미러 및 제2 빔스플리터에 각각 설치되어, 제1 빔스플리터, 하나 이상의 미러 및 제2 빔스플리터의 각도를 각각 조절하는 복수의 회동장치일 수 있다.

광원과 제1 빔스플리터 사이에는 회절격자가 더 설치될 수 있고, 제1 펄스 및 제2 펄스 중 어느 하나가 투과하는 미세조절수단 및 미세조절수단의 각도를 조절하는 회동장치가 더 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 광로차를 설정하는 단계, (b) 광원에서 방사되는 레이저 펄스를 제1 펄스 및 제2 펄스로 분기하고, 제1 펄스 및 제2 펄스에 광로차를 부여하는 단계 및 (c) 제1 펄스 및 제2 펄스를 중첩시키는 단계를 포함하는 레이저 펄스 조절방법이 제공된다.

단계 (a) 또는 단계 (b) 이전에 소정의 감쇠치를 설정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 펄스 조절장치에 대해 상세하게 설명하기로 하며, 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해 중복되는 설명 및 이미 공지된 기술에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 2에는 본 발명의 제1 실시예의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 제1 실시예의 작동 방법을 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 레이저 펄스 조절장치(200)의 광원(210), 레이저 펄스(211), 제1 펄스(213), 제2 펄스(217), 중첩펄스(219), 제1 빔스플리터(231), 제2 빔스플리터(232), 미러(251, 252), 제1 감쇠기(235), 제 2 감쇠기(255), 광로차 형성부(250), 지지대(257), 광로차 조절수단(259)이 도시되어 있다. 여기서, 광로차 형성부(250)는 제1 빔스플리터(231), 제2 빔스플리터(232), 미러(251, 252), 지지대(257) 및 광로차 조절수단(259)을 포함한다.

광원(210)에서 방사된 레이저 펄스(211)는 제1 빔스플리터(231)에 의해 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)로 분기된다. 제1 펄스(213)는 제1 감쇠기(235)로 입사되고, 제2 펄스(217)는 미러(251)에 의해 반사되어 제2 감쇠기(255)로 입사된다. 제1 감쇠기(235)에 의해 강도(Intensity)가 조절된 제1 펄스(213)는 제2 빔스플리터(232)로 입사되고, 제2 감쇠기(255)에 의해 강도가 조절된 제2 펄스(217)는 제2 빔스플리터(232)로 입사된다. 각각의 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)는 제2 빔스플리터(232)에 의해 중첩 펄스(219)가 된다.

이 때, 일점쇄선으로 표시된 광로를 거쳐 제2 빔스플리터(232)로 입사되는 제1 펄스(213)와 점선으로 표시된 광로를 거쳐 제2 빔스플리터(232)로 입사되는 제2 펄스(217)가 경유하는 광로의 길이가 서로 다르다. 즉, 광로차가 형성된다. 두 광로의 광로차는 제1 빔스플리터(231)와 미러(251) 사이의 거리 및 제2 빔스플리터(232)와 미러(252) 사이의 거리를 합한 거리이다. 따라서, 제2 펄스(217)는 광로차만큼의 거리를 더 진행하게 되므로, 제1 펄스(213)보다 늦게 제2 빔스플리터(232)에 도달된다.

한편, 미러(251, 252) 및 제2 감쇠기(255)는 지지대(257)에 고정되고, 지지대(257)는 광로차 형성부(250)의 프레임(도시되지 않음)에 설치된 광로차 조절수단(259)에 부착된다. 따라서, 지지대(257)의 위치가 변경되어 제1 빔스플리터(231) 와 미러(251) 사이의 거리 및 제2 빔스플리터(232)와 미러(252) 사이의 거리가 증가되면 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)의 광로차는 증가되고, 상술한 바와 같이 광로차가 증가 될수록 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)가 제2 빔스플리터(232)에 도달되는 시간차가 증가된다. 반대로 광로차가 감소되면 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)가 제2 빔스플리터(232)에 도달되는 시간차가 감소된다. 그러므로, 지지대(257)의 위치에 따라 중첩펄스(219)의 파형이 변화된다.

중첩펄스(219)의 파형을 변화시키기 위해 지지대(257)의 위치를 변화시키는 경우, 제2 펄스(217)가 점선으로 표시된 제1 빔스플리터(251), 미러(251), 제2 감쇠기(255) 및 미러(252)를 거치는 광로를 거칠 수 있기 위해서는, 지지대(257)가 제1 빔스플리터(231) 및 미러(251) 사이에 형성된 광로와 평행한 방향으로만 이동되어야 한다. 그 외의 방향으로 이동되는 경우에는 점선으로 표시된 광로가 정확히 형성되지 못하므로 제2 펄스(217)가 제2 빔스플리터(232)에 도달되지 못하여 중첩펄스(219)가 형성되지 못한다. 따라서, 광로차 조절수단(259)은 지지대(257)를 제1 빔스플리터(231) 및 미러(251) 사이에 형성된 광로와 평행한 방향으로만 이동시키는 일방향성 이동장치인 것이 바람직하다. 상기 일방향성 이동장치는 고해상도 프린터의 노즐위치제어, 선반의 절삭날 위치제어 등 정밀한 일차원적 위치를 제어하는 장치를 사용할 수 있다. 또한, 레이저 펄스 조절장치(200)의 외부에서 전달되는 진동이나 충격 등의 영향을 최소화하기 위하여 미러(251, 252)는 지지대(257)에 견고하게 설치되어야 하고, 지지대(257) 및 광로차 조절수단(259) 또한 프레임(도시되지 않음)에 견고하게 설치되어야 한다.

레이저 펄스(211), 제1 펄스(213), 제2 펄스(217) 및 중첩펄스(219)의 속도는 공기 중에서의 빛의 속도로 간주할 수 있고, 상술한 광로차는 실측할 수 있으므로, 광로차에 따른 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)의 시간적 중첩 정도는 광로차 조절수단(259)으로 설정할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 원하는 중첩펄스(219)를 형성시키기 위해서는 먼저 광로차 조절수단(259)을 이용하여 광로차를 형성하고(도 3의 S10), 광원(210)에서 레이저 펄스(211)를 방사한다. 레이저 펄스(211)는 제1 빔스플리터(231)에 의해 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)로 분기되어, 상술한 바와 같이 광로차가 부여된다(도 3의 S20). 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)는 제2 빔스플리터(232)에서 중첩되어 중첩펄스(219)가 형성된다(도 3의 S30).

한편, 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)는 제1 감쇠기(235) 및 제2 감쇠기(255)에 의해 각각 강도가 조절될 수 있으므로, 중첩펄스(219) 전체의 강도 또한 조절될 수 있다.

도 4에는 도 2에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 의해 형성된 중첩펄스의 파형 및 강도를 예시한 그래프가 도시되어 있다. 도 2를 함께 참조하여 설명하기로 한다.

그래프 (A)의 위쪽 그래프에는 I1 및 I2가 도시되어 있고, 아래쪽 그래프에는 It1이 도시되어 있다. I1은 제1 펄스(213), I2는 제2 펄스(217), It1은 중첩펄스(219)의 일 예로서, 제1 펄스(213)와 제2 펄스(217) 사이에 t2와 t1의 시간차가 있는 경우의 제1 펄스(213), 제2 펄스(217) 및 중첩펄스(219)의 시간에 따른 강도 변화를 도시한 것이다.

여기서, I1의 강도가 I2의 강도 보다 더 큰 것은 제2 감쇠기(255)의 제2 펄스(217)에 대한 감쇠치가 제1 감쇠기(235)의 제1 펄스(213)에 대한 감쇠치 보다 상대적으로 큰 경우를 예로 들었기 때문이다. 제1 감쇠기(235) 및 제2 감쇠기(255)는 사용자가 필요에 따라 감쇠치를 설정할 수 있는 연속가변형 광감쇠기를 사용하는 것이 바람직하다.

제1 펄스(213)의 강도가 최대치에 도달한 시간이 t1이고, 제2 펄스(217)의 강도가 최대치에 도달한 시간이 t2라 하면, 제1 펄스(213)와 제2 펄스(217)가 중첩되어 나타나는 중첩펄스(219)의 강도는 It1과 같이 두 개의 봉우리를 갖는 곡선의 형태로 나타난다.

한편, It1의 전체 폭은 I1 및 I2 보다 넓은데, 이는 중첩펄스(219)의 지속시간이 제1 펄스(213) 또는 제2 펄스(217) 보다 긴 것을 의미한다. 중첩펄스(219)의 지속시간은 제1 펄스(213)와 제2 펄스(217)가 중첩되는 정도에 따라 다른데, t2와 t1의 시간차가 가까울수록, 즉, 제1 펄스(213)와 제2 펄스(217)의 광로차가 작아질수록 중첩펄스(219)의 지속시간이 짧아지고, 제1 펄스(213)와 제2 펄스(217)의 광로차가 커질수록 중첩펄스(219)의 지속시간이 길어지는 것을 의미한다. 다만, 광로차에 의한 제2 펄스(217)의 지연시간이 제1 펄스(213)의 지속시간 보다 커지는 경우에는 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)가 중첩되지 않는다. 따라서, 중첩펄스(219)를 형성하기 위해서는 광원(210)에서 방사되는 레이저 펄스(211) 고유의 파장을 감안하여 제1 펄스(213) 및 제2 펄스(217)의 광로차에 의한 시간차를 결정하 여야 한다.

그래프 (B)의 위쪽 그래프에는 I3 및 I4가 도시되어 있고, 아래쪽 그래프에는 It2가 도시되어 있다. I3은 제1 펄스(213), I4는 제2 펄스(217), It2는 중첩펄스(219)의 일 예로서, 제1 펄스(213)와 제2 펄스(217) 사이에 t2와 t1의 시간차가 있는 경우의 제1 펄스(213), 제2 펄스(217) 및 중첩펄스(219)의 시간에 따른 강도변화를 도시한 것이다. 여기서, I4의 강도가 I3의 강도 보다 더 큰 것은 제2 감쇠기(255)의 제2 펄스(217)에 대한 감쇠치가 제1 감쇠기(235)의 제1 펄스(213)에 대한 감쇠치 보다 상대적으로 작은 경우를 예로 들었기 때문이다. 그래프 (B)는 그래프 (A)에서 설명한 내용을 토대로 쉽게 이해할 수 있으므로 설명을 생략하도록 한다.

도 5는 도 2 및 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예가 리페어(Repair) 공정에 사용되는 예를 설명하기 위하여 회로기판의 일부분을 도시한 부분 사시도이다.

도 5를 참조하면, 실리콘 기판(610), 절연구조물층(Passivation Layer)(620), 퓨즈(Fuse)(630) 및 레이저 펄스(640)가 도시되어 있다. 실리콘 기판(610)상에 절연구조물층(Passivation)(620)이 형성되고, 퓨즈(630)가 절연구조물층(620)을 내부에 위치하고 있다. 절연구조물층(620)은 절연물질로 형성되고, 실리콘 기판(610) 및 퓨즈(630)를 보호한다.

한편, 집적도가 매우 높은 회로를 제조할 경우, 특히 DRAM 등의 메모리 소자를 제조할 경우에는 단위 메모리 요소인 노멀 셀(normal cell)들의 일부에서 불량 이 발생되기도 한다. 노멀 셀의 일부 불량에 의해 메모리 전체를 다시 제작하는 경우에는 생산 수율이 크게 저하되므로, 반도체 메모리 제조 공정시 노멀 셀 어레이들과 동일한 크기 및 구조를 갖는 적절한 개수의 여분의 셀 어레이들, 즉, 리던던시 셀(Redundancy Cell) 어레이들을 만들고, 웨이퍼 상태의 메모리 소자를 테스트하여 불량이 발생된 셀 어레이를 리던던시 셀 어레이로 대체하는 리페어 공정을 거친다.

리페어 공정은 노멀 셀 및 리던던시 셀에 형성된 전기적 연결부위인 퓨즈를 절연시킴으로써 불량 노멀 셀은 회로에서 전기적으로 분리하고, 리던던시 셀이 대체되도록 하는 공정이다. 퓨즈는 폴리 실리콘(Poly-Silicon) 또는 알루미늄과 같은 금속 재질로 제작되는데, 이러한 퓨즈를 절연시키는 방법으로는, 퓨즈에 과전류를 가하여 용융 절단되도록 하는 방법, 레이저를 이용하여 절단하는 방법 등이 있다. 이 중 레이저를 이용하여 퓨즈를 절단하는 방법이 가장 신뢰성이 높은 방법으로 알려져 있고, 실제로 반도체 메모리 제조 분야에서 레이저를 이용한 리페어 공정에 관한 다양한 선행기술이 보고되어 있다.

여기서, 레이저 펄스(640)로 퓨즈(630)를 절단하는 경우, 하나의 레이저 펄스로 절단작업을 수행하게 되는데, 재질 및 절연구조물층(620)의 두께에 따라 효과적인 레이저 펄스(640)의 파형 및 강도가 달라지게 되므로, 레이저 펄스(640)의 파형 및 강도를 필요에 따라 설정할 수 있게 하는 것이 유리하다.

레이저 펄스(640)의 강도가 지나치게 높은 경우에는 레이저 펄스(640)가 실리콘 기판(610)까지 도달되어, 실리콘 기판(610)이 손상될 수 있다. 실리콘 기 판(610)이 손상되면 절단된 퓨즈(630) 사이에 전기적 저항은 있으나 전도성을 갖게 되는 경우가 있어 리페어 공정에 실패할 수 있다. 또한, 퓨즈(630)의 재질이 금속인 경우, 레이저 펄스(640)의 지속시간이 과도하게 짧은 경우에는 퓨즈(630)가 폭발적으로 기화되어 퓨즈(630)의 파편이 주변으로 분산되어 회로의 다른 부분에 단락되는 등의 문제를 야기할 수도 있다. 따라서, 상술한 본 발명의 일 실시예를 리페어 공정에 적용하면 레이저 펄스(640)의 파형, 강도 및 지속시간을 사용자가 용이하게 조절할 수 있으므로 효과적인 리페어 공정을 수행할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 레이저 펄스 조절장치(400)의 광원(410), 레이저 펄스(411), 제1 펄스(413), 제2 펄스(417), 중첩펄스(419), 제1 빔스플리터(431), 제2 빔스플리터(432), 미러(451), 제1 감쇠기(435), 제2 감쇠기(455), 광로차 형성부(450), 광로차 조절수단(457, 458, 459)이 도시되어 있다. 여기서, 광로차 형성부(450)는 제1 빔스플리터(431), 제2 빔스플리터(432), 미러(451) 및 광로차 조절수단(457, 458, 459)을 포함한다.

광원(410)에서 방사된 레이저 펄스(411)는 제1 빔스플리터(431)에 의해 제1 펄스(413) 및 제2 펄스(417)로 분기된다. 제1 펄스(413)는 제1 감쇠기(435)로 입사되고, 제2 펄스(417)는 미러(451) 및 제1 빔스플리터(431) 사이에서 일회 이상 반사되어 왕복하다가 제2 감쇠기(455)로 입사된다. 제1 감쇠기(435)에 의해 강도가 조절된 제1 펄스(413)는 제2 빔스플리터(232)로 입사되고, 제2 감쇠기(455)에 의해 강도가 조절된 제2 펄스(417)는 제2 빔스플리터(232)로 입사된다. 각각의 제1 펄 스(413) 및 제2 펄스(417)는 제2 빔스플리터(432)에 의해 중첩 펄스(419)가 된다.

이 때, 일점쇄선으로 표시된 광로를 거쳐 제2 빔스플리터(432)로 입사되는 제1 펄스(413)와 점선으로 표시된 광로를 거쳐 제2 빔스플리터(432)로 입사되는 제2 펄스(417) 사이에는 광로차가 형성된다. 두 광로의 광로차는 제1 빔스플리터(431)와 미러(451) 사이에서 제2빔(417)이 왕복한 거리 및 미러(451)로부터 제2 빔스플리터(432)까지의 거리를 합산한 거리에서 제1 빔스플리터(431)와 제2 빔스플리터(432)사이의 거리를 제한 거리와 같다. 일점쇄선으로 표시된 광로보다 점선으로 표시된 광로가 더 길기 때문에 제2 펄스(417)는 제1 펄스(413) 보다 제2 빔스플리터(432)에 늦게 도달한다.

여기서, 제2빔(417)이 제1 빔스플리터(431)와 미러(451) 사이에서 왕복하는 회수는 제1 빔스플리터(431)의 제2 펄스(417) 반사면과 미러(451)의 제2 펄스(417) 반사면이 형성하는 각도에 따라 증감된다. 제1 빔스플리터(431)의 레이저 펄스(411) 입사면과 미러(451)의 제2 펄스(417) 입사면이 형성하는 각도가 감소되면 제2 펄스(417)이 왕복하는 횟수가 증가되고, 제1 빔스플리터(431)의 레이저 펄스(411) 입사면과 미러(451)의 제2 펄스(417) 입사면이 형성하는 각도가 증가되면 제2 펄스(417)이 왕복하는 횟수가 감소된다.

한편, 제2빔(417)의 제1 빔스플리터(431)과 미러(451) 사이에서의 왕복회수를 조절하기 위해서 제1 빔스플리터(431) 및 미러(451)에는 각도를 조절할 수 있는 광로차 조절수단(457, 458)이 각각 설치되고, 제1 빔스플리터(431) 및 미러(451)의 각도 조절에 따라 제1 펄스(413) 및 제2 펄스(417)가 제2 빔스플리터(432)에 입사 되는 위치가 변동되므로, 제2 빔스플리터(432)에도 광로차 조절수단(459)이 설치된다. 광로차 조절수단(457, 458, 459)은 광로차 형성부(450)의 프레임(도시되지 않음)에 각각 고정 설치된다.

제1 빔스플리터(431) 및 미러(451)의 각도가 각각 광로차 조절수단(457, 451)에 의해 조절되어 제2 펄스(417)의 광로가 길어지는 경우, 제1 펄스(413) 및 제2 펄스(417)의 광로차는 증가되고, 상술한 바와 같이 광로차가 증가 될수록 제1 펄스(413) 및 제2 펄스(417)가 제2 빔스플리터(432)에 도달되는 시간차가 증가된다. 반대로 광로차가 감소되면 제1 펄스(413) 및 제2 펄스(417)가 제2 빔스플리터(432)에 도달되는 시간차가 감소된다.

이때, 제2 빔스플리터(432)는 광로차 조절수단(459)에 의해 각도가 조절되어 제1 펄스(413) 및 제2 펄스(417)가 중첩되어 중첩펄스(419)를 형성할 수 있도록 해야 한다. 중첩펄스(419)의 정상적인 형성 여부는 광원(410)에서 레이저 펄스(411)를 방사하고 시험편(도시되지 않음)에 중첩펄스(419)가 입사되도록 한 후, 현미경으로 시험편(도시되지 않음)의 표면을 관찰하는 방법 등을 이용할 수 있다.

광로차 조절수단(457, 458, 459)는 제1 빔스플리터(431), 제2 빔스플리터(432) 및 미러(451)의 각도를 조절할 수 있는 회동수단인 것이 바람직하며, 레이저 펄스 조절장치(400)의 외부에서 전달되는 진동이나 충격 등의 영향을 최소화하기 위하여 프레임(도시되지 않음)에 견고하게 설치되어야 한다. 상기 회동수단은 마이크로 스텝모터(Micro Step Motor) 등 정밀한 각도를 제어하는 장치를 사용할 수 있다.

한편, 레이저 펄스 조절장치(400)의 광로차 형성부(450)는 도 2에 도시된 레이저 펄스 조절장치(200)의 광로차 형성부(250)와 달리 지지대(257)가 이동할 공간을 확보하지 않아도 되므로, 레이저 펄스 조절장치(400)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있는 장점이 있다.

도 7는 본 발명의 제3 실시예의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 7을 참조하면, 미세조절수단(510), 광학적 기준선(Ls), 두께(T), 입사경로(Bi), 굴절경로(Br), 광로(Z), 입사각 (θi) 및 굴절각(θr)이 도시되어 있다.

레이저 펄스(도시되지 않음)가 입사경로(Bi)를 따라 미세조절수단(510)과 입사각(θi)을 형성하며 입사될 경우, 미세조절수단(510)을 형성하는 재질의 특성에 따라 일정한 굴절각(θr)을 형성하며 광로(Z)를 따라 진행하다가, 다시 광학적 중심선(Ls)과 입사각(θi)을 형성하며 굴절경로(Br)을 따라 진행하게 된다.

이 때, 광로(Z)의 길이와 두께(T)의 차이만큼 광로차가 형성되므로, 레이저 펄스(도시되지 않음)가 미세조절수단(510)에 입사되지 않고 입사경로(Bi)를 따라 그대로 진행하는 경우 보다 시간이 지연되는 효과가 나타난다.

광로(Z)와 두께(T)의 차이인 광로차를 d라고 하면,

이고, 광로차 d는

의 관계가 있다.

이때, 굴절각(θr)은 미세조절수단의 재질에 따른 고유의 값이므로, 굴절각(θr)을 조절하면 원하는 광로차 d를 얻을 수 있다. 따라서, 미세조절수단(510)의 각도를 조절함으로써, 레이저 펄스(도시되지 않음)의 진행 시간을 정밀하게 조절할 수 있다. 미세조절수단(510)은 유리, 아크릴수지, 다이아몬드 등 광학적 성질이 우수하고 고유의 굴절각이 잘 알려진 재질을 사용할 수 있다.

이러한 미세조절수단(510)을 도 2에 도시된 레이저 펄스 조절장치(200)의 미러(251, 252) 사이에 설치하면, 중첩펄스(219)를 더욱 세밀하게 조절할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였지만, 해당기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 상술한 본 발명의 실시예들은 하나의 레이저 펄스의 파형 및 강도를 조절하는 데 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 아니라 레이저 빔의 파형 및 강도를 조절하는데도 이용될 수 있다.

상술한 본 발명에 의하면, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 광학적 방법으로 조절함으로써, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 전기적으로 조절할 때 발생되는 지터에 의한 레이저 펄스 파형의 흔들림을 감소시킬 수 있으며, 레이저 펄스의 파형 및 강도를 사용자가 원하는 대로 조절할 수 있으므로, 레이저를 사용하는 리페어 공정 외에도 레이저 펄스의 파형 및 강도에 민감한 의료용 레이저 및 군사용 레이저 등 레이저를 활용할 수 있는 범위가 확장되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

레이저 펄스를 방사하는 광원과;

상기 레이저 펄스를 제1 펄스 및 제2 펄스로 분기하는 제1 빔스플리터와;

상기 제2 펄스를 반사하는 하나 이상의 미러와;

상기 제1 펄스 및 상기 하나 이상의 미러에 의해 반사된 상기 제2 펄스를 중첩시키는 제2 빔스플리터와;

상기 제1 빔스플리터, 상기 하나 이상의 미러 및 상기 제2 빔스플리터의 위치 및 각도를 각각 설정 가능하게 하는 광로차 조절수단을 포함하는 레이저 펄스 조절장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 빔스플리터와 상기 제2 빔스플리터 사이의 상기 제1 펄스의 광로상에 개재되며, 상기 제1 펄스를 수광하여 상기 제1 펄스의 강도를 조절하는 제1 감쇠기를 더 포함하는 레이저 펄스 조절장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 감쇠기는 연속가변형 광감쇠기인 레이저 펄스 조절장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 빔스플리터와 상기 제2 빔스플리터 사이의 상기 제2 펄스의 광로상에 개재되며, 상기 제2 펄스를 수광하여 상기 제2 펄스의 강도를 조절하는 제2 감쇠기를 더 포함하는 레이저 펄스 조절장치.
제4항에 있어서,

상기 제2 감쇠기는 연속가변형 광감쇠기인 레이저 펄스 조절장치.
제1항에 있어서,

상기 광로차 조절수단은,

상기 하나 이상의 미러에 설치되어, 상기 제1 빔스플리터 및 상기 하나 이상의 미러 사이의 거리를 조절하는 하나 이상의 이동장치인 레이저 펄스 조절장치.
제1항에 있어서,

상기 광로차 조절수단은,

상기 제1 빔스플리터, 상기 하나 이상의 미러 및 상기 제2 빔스플리터에 각각 설치되어, 상기 제1 빔스플리터, 상기 하나 이상의 미러 및 상기 제2 빔스플리 터의 각도를 각각 조절하는 복수의 회동장치인 레이저 펄스 조절장치.
제1항에 있어서,

상기 광원과 상기 제1 빔스플리터 사이에 설치되는 회절격자를 더 포함하는 레이저 펄스 조절장치.
제1항에 있어서,

소정의 입사각으로 입사되는 광을 소정의 굴절각만큼 굴절시켜 투과시키는 재질로 이루어지며, 상기 제1 펄스 및 상기 제2 펄스 중 어느 하나 이상이 상기 입사각으로 입사되도록 설치되는 미세조절수단과;

상기 입사각이 변경되도록 상기 미세조절수단을 회전시키는 회동장치를 더 포함하는 레이저 펄스 조절장치.
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