KR102310237B1 - Pulse Laser Generator for Medical Treatment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의료용 펄스 레이저 발생기에 관한 것으로서, 본 발명의 의료용 펄스 레이저 발생기는, 펌핑광원, 레이저발생소자, 및 복수의 출력 커플러를 포함하고, 상기 펌핑광원으로부터의 광이 상기 레이저발생소자의 내부로 입사되면, 상기 레이저발생소자의 일단의 내벽과 상기 복수의 출력 커플러 중 선택된 출력 커플러의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시켜서, 상기 선택된 출력 커플러를 통하여 펄스 레이저를 출력하기 위한 것으로서, 상기 복수의 출력 커플러 중 어느 하나의 선택으로, 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 상기 선택된 출력 커플러 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성하여 서로 다른 펄스폭을 가지는 복수의 펄스 레이저를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a medical pulse laser generator, wherein the medical pulse laser generator of the present invention includes a pumping light source, a laser generating element, and a plurality of output couplers, and the light from the pumping light source enters the laser generating element. When incident, a laser pumping light is generated by a resonator formed by an inner wall of one end of the laser generating device and a partially reflective surface of an output coupler selected among the plurality of output couplers to output a pulse laser through the selected output coupler. As one of the plurality of output couplers, according to the separation distance between the selected output coupler from the other end of the laser generating device, a multi-resonator is formed to generate a plurality of pulse lasers having different pulse widths characterized in that

Description

의료용 펄스 레이저 발생기{Pulse Laser Generator for Medical Treatment}Pulse Laser Generator for Medical Treatment

본 발명은 레이저 발생기에 관한 것으로서, 특히 의료용 펄스 레이저 발생기에 관한 것이다.The present invention relates to a laser generator, and more particularly to a pulse laser generator for medical use.

펄스폭 1ns 정도를 가지는 펄스 레이저를 만들기 위해서는 비교적 긴 펄스폭을 가지는 고출력의 광소스를 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 셀에 주입하여 SBS에 의해 발생한 스토크스(Stokes) 광 펄스의 압축을 유도하는 방법이 있다. SBS 셀을 이용하는 방법은 고출력의 긴 펄스폭의 광원이 필요하기 때문에 광학계 구성이 복잡하고 크기 때문에 그에 따른 안정성과 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이에 비해 높은 광세기 입력에 대한 광흡수 포화 현상을 이용하는 포화 흡수체와 이득 결정이 집적화된 마이크로칩(Microchip)에 의한 레이저 발생 방법은, 펌핑광원을 두 개의 렌즈를 사용하여 펌핑할 수 있어 그 광학계 구성이 간단하여 제작이 용이하고 작게 만들 수 있다는 장점이 있지만 펄스 에너지가 작은 단점이 있다.In order to make a pulse laser with a pulse width of about 1 ns, a method of inducing compression of the Stokes optical pulse generated by SBS by injecting a high-power light source with a relatively long pulse width into a Stimulated Brilliouin Scattering (SBS) cell is a method. have. The method using the SBS cell has disadvantages in that it requires a high-power, long-pulse-width light source, so the optical system is complicated and large, so stability and price are high. On the other hand, the laser generation method using the saturable absorber and the microchip integrated with the gain crystal using the light absorption saturation phenomenon for high light intensity input can pump the pumping light source using two lenses, so the optical system configuration It has the advantage of being simple, easy to manufacture, and can be made small, but has a disadvantage in that the pulse energy is small.

도 1은 종래의 SESAM 기반 수동형 Q-switching 펄스 레이저 발생기의 개략도를 나타낸 그림이다. 1064 nm 펄스레이저를 발생하기 위해서는 포화흡수체 미러(SESAM: Semiconductor Saturable Absorber Mirror)와 Nd:YVO4 결정이 직접화된 Microchip이 있고 이 Microchip은 펌핑 광원에 의해서 발생하는 열을 효과적으로 방출하기 위해서 Cu 힛싱크 블록에 마운팅 되어 있다. 이 때 펌핑 광원 808 nm의 레이저 다이오드를 사용하고 펌핑 광을 집광하기 위한 렌즈가 있으며, 발생된 1064 nm 펄스 레이저는 다이크로익(Dichroic) 미러에 의해서 경로를 변경하여 사용한다.1 is a diagram showing a schematic diagram of a conventional SESAM-based passive Q-switching pulse laser generator. To generate 1064 nm pulsed laser, there are SESAM (Semiconductor Saturable Absorber Mirror) and Nd:YVO4 crystal directly microchip. This microchip has Cu heat sink block to effectively dissipate the heat generated by the pumping light source. is mounted on At this time, a 808 nm laser diode is used as a pumping light source, and there is a lens for condensing the pumping light, and the generated 1064 nm pulse laser is used by changing the path by a dichroic mirror.

이러한 SESAM 기반의 수동형 Q-switching 펄스 레이저 혹은, 도 2와 같은 Nd:YAG/Cr:YAG 기반 수동형 Q-switching 펄스 레이저 경우는, 공진기 내에 808 nm 펌핑 레이저 다이오드로 충분한 에너지를 축적하기 위해서 기본적으로 한 개 혹은 2개의 렌즈를 사용하여 펌프 레이저 다이오드 빔을 포커싱하여 사용하게 된다. In the case of such a SESAM-based passive Q-switching pulse laser or an Nd:YAG/Cr:YAG-based passive Q-switching pulse laser as shown in FIG. 2, in order to accumulate sufficient energy with an 808 nm pumping laser diode in the resonator, One or two lenses are used to focus the pump laser diode beam.

오늘날 그 시술 부위와 적용점에 따라서 다양한 펄스폭의 의료용 펄스 레이저가 요구되고 있으며, 예를 들어 기존의 많은 임상사례를 가지고 있는 나노초 펄스 레이저에 대한 수요와 새로운 임상 응용성을 넓혀가고 있는 피코초 펄스 레이저의 수요가 동시에 요구되고 있다. Today, medical pulse lasers of various pulse widths are required depending on the treatment site and application point. The demand for lasers is demanding at the same time.

그러나, 기존의 수동형 Q-스위칭 방법의 피코초 레이저는 그 공진기 길이가 정해져 있기 때문에 그에 따른 펄스 폭이 정해지고 단일한 펄스 폭만 생성하게 된다. 즉, 하나의 레이저에서는 하나의 펄스 폭을 가지는 레이저를 발생할 수 밖에 없다. 따라서, 공진기 길이가 다른 두 개의 레이저를 사용하여 이에 대응하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 방법은 실제적으로 두 개의 레이저가 있는 것으로 가격 경쟁력을 갖추기 힘든 문제가 있다. However, since the picosecond laser of the conventional passive Q-switching method has a fixed resonator length, the pulse width is determined accordingly and only a single pulse width is generated. That is, one laser has no choice but to generate a laser having one pulse width. Accordingly, two lasers having different resonator lengths are used to respond to this. However, this method has a problem in that it is difficult to have price competitiveness as there are actually two lasers.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 다수의 펄스 폭을 가지는 레이저를 생성할 수 있는 의료용 펄스 레이저 발생기를 제공하는 데 있다. Accordingly, the present invention has been devised to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a medical pulse laser generator capable of generating a laser having a plurality of pulse widths.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 펄스 레이저 발생기는, 펌핑광원; 레이저발생소자; 및 복수의 출력 커플러를 포함하고, 상기 펌핑광원으로부터의 광이 상기 레이저발생소자의 내부로 입사되면, 상기 레이저발생소자의 일단의 내벽과 상기 복수의 출력 커플러 중 선택된 출력 커플러의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시켜서, 상기 선택된 출력 커플러를 통하여 펄스 레이저를 출력하기 위한 것으로서, 상기 복수의 출력 커플러 중 어느 하나의 선택으로, 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 상기 선택된 출력 커플러 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성하여 서로 다른 펄스폭을 가지는 복수의 펄스 레이저를 발생시키는 것을 특징으로 한다.First, to summarize the features of the present invention, a pulse laser generator according to an aspect of the present invention for achieving the above object, a pumping light source; laser generating element; and a plurality of output couplers, wherein when the light from the pumping light source is incident into the inside of the laser generating device, an inner wall of one end of the laser generating device and a partially reflecting surface of an output coupler selected from among the plurality of output couplers are formed to generate laser pumping light by a resonator to output a pulse laser through the selected output coupler, between the selected output coupler from the other end of the laser generating element by selecting any one of the plurality of output couplers According to the separation distance, it is characterized in that a plurality of pulse lasers having different pulse widths are generated by forming a multi-resonator.

상기 펄스 레이저 발생기는 의료용 펄스 레이저를 발생시킨다.The pulse laser generator generates a pulse laser for medical use.

상기 복수의 출력 커플러 중 상기 선택된 출력 커플러가 상기 레이저발생소자의 타단 쪽에서 상기 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치될 수 있다.The selected output coupler among the plurality of output couplers may be disposed to move in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator to generate the pumping light from the other end of the laser generating device.

상기 펄스 레이저 발생기는, 상기 복수의 출력 커플러 중 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 두번째 부터의 출력 커플러 사이에 배치되기 위한 하나 이상의 렌즈를 더 포함할 수 있다.The pulse laser generator may further include one or more lenses to be disposed between the output couplers from the second end from the other end of the laser generating element among the plurality of output couplers.

목표 펄스폭을 갖는 상기 펄스 레이저의 발생을 위한 공진기를 형성하기 위하여, 상기 선택된 출력 커플러만 또는 상기 하나 이상의 렌즈와 해당 출력 커플러를 모두, 상기 레이저발생소자의 타단 쪽에서 상기 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치될 수 있다.In order to form a resonator for generation of the pulsed laser having a target pulse width, only the selected output coupler or both the one or more lenses and the corresponding output coupler are lengthened to generate the pumping light from the other end of the laser generating device. It may be arranged to move in a direction perpendicular to the direction.

상기 펄스 레이저 발생기는, 상기 레이저발생소자에 접합되는 냉각용 히트 스프레더를 더 포함할 수 있다.The pulse laser generator may further include a cooling heat spreader bonded to the laser generating device.

상기 레이저발생소자는 Nd:YAG 이득매질과 Cr:YAG 포화흡수체의 접합 구조를 포함한다.The laser generating device includes a junction structure of an Nd:YAG gain medium and a Cr:YAG saturated absorber.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 펄스 레이저 발생 방법은, 복수의 출력 커플러 중 하나를 선택하는 단계; 펌핑광원으로부터의 광을 레이저발생소자의 내부로 입사시키는 단계; 및 상기 레이저발생소자의 일단의 내벽과 상기 복수의 출력 커플러 중 선택된 출력 커플러의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시켜서, 상기 선택된 출력 커플러를 통하여 펄스 레이저를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 출력 커플러 중 어느 하나의 선택으로, 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 상기 선택된 출력 커플러 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성하여 서로 다른 펄스폭을 가지는 복수의 펄스 레이저를 발생시킬 수 있다.And, the pulse laser generating method according to another aspect of the present invention, the step of selecting one of the plurality of output couplers; injecting light from the pumping light source into the laser generating device; and generating laser pumping light by a resonator formed by an inner wall of one end of the laser generating element and a partially reflective surface of an output coupler selected among the plurality of output couplers, and outputting a pulse laser through the selected output coupler. And, by selecting any one of the plurality of output couplers, according to the separation distance between the selected output coupler from the other end of the laser generating device, a multi-resonator is formed to generate a plurality of pulse lasers having different pulse widths. can

본 발명에 따른 의료용 펄스 레이저 발생기는, 실험적으로 안정화 되어 레인징이 가능한 공진기를 형성한 출력 커플러(OC, output coupler) 위치와 삽입렌즈 위치를 고정한 채 공진기 길이방향과 수직한 방향으로 출력 커플러와 삽입렌즈를 쌍으로 이동함으로써 보다 안정적인 다중 펄스 레이저의 구현이 가능하다. Medical pulse laser generator according to the present invention, the output coupler (OC, output coupler) to form a resonator that is experimentally stabilized to form a range and the position of the insertion lens are fixed and the output coupler and the insertion in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator By moving the lenses in pairs, it is possible to realize a more stable multi-pulse laser.

또한, 삽입렌즈를 사용함으로써 공진기의 효율을 증가하고 열렌즈에 생성된 광자의 가둠 효과를 극대화함으로써 출력 향상이 가능하고, microchip 형태의 레이저발생소자의 이득매질에 의한 레이저를 열적으로 제어하기 때문에 외부 환경에 변화에 따른 펄스 폭과 효율의 변화를 없앨 수 있다.In addition, by using an insert lens, the efficiency of the resonator is increased and the output can be improved by maximizing the confinement effect of photons generated in the thermal lens. Changes in pulse width and efficiency according to changes in the environment can be eliminated.

따라서, 본 발명에 따르면 기존의 수동형 Q-switching 펄스 레이저 방법에 의해서는 단일 펄스 폭을 가지는 피코초/나노초 레이저 구현만 가능한 것에 비해 microchip 형태의 레이저발생소자에 대한 출력 커플러와 삽입렌즈의 거리를 조정하여 안정한 펄스를 생성하는 공진기 길이를 찾은 다음 두 개의 출력 커플러/삽입렌즈 혹은 다수의 출력 커플러/삽입렌즈를 이동함으로써, 다수의 펄스 폭을 가지는 레이저를 하나의 이득매질과 하나의 펌핑광원과 하나의 펌핑광원 구동드라이버를 이용해 구현이 가능하므로 기존의 2개의 레이저를 사용하는 방법에 비해 가격 경쟁력을 가질 수 있는 장점이 있다. Therefore, according to the present invention, the distance between the output coupler and the insertion lens for the microchip-type laser generating device is adjusted compared to the picosecond/nanosecond laser having a single pulse width only possible by the conventional passive Q-switching pulse laser method. to find the length of the resonator that generates a stable pulse, and then move two output couplers/insertion lenses or multiple output couplers/insertion lenses to convert a laser with multiple pulse widths into one gain medium, one pumping light source and one Since it can be implemented using a pumping light source driving driver, it has the advantage of being able to have price competitiveness compared to the existing method using two lasers.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 종래의 SESAM 기반 수동형 Q-switching 펄스 레이저 발생기의 개략도를 나타낸 그림이다.
도 2는 종래의 Nd:YAG 결정과 Cr:YAG 결정이 접합된 마이크로칩 레이저를 사용한 Nd:YAG/Cr:YAG 기반 수동형 Q-switching 펄스 레이저 발생기의 개략도를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 펄스 레이저 발생기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에서 펄스 폭이 큰 레이저 발생 시의 OC/삽입렌즈의 이동 배치를 설명하기 위한 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as part of the detailed description to help the understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention and, together with the detailed description, explain the technical spirit of the present invention.
1 is a diagram showing a schematic diagram of a conventional SESAM-based passive Q-switching pulse laser generator.
2 is a schematic diagram of a conventional Nd:YAG/Cr:YAG-based passive Q-switching pulse laser generator using a microchip laser in which a Nd:YAG crystal and a Cr:YAG crystal are bonded.
3 is a view for explaining a medical pulse laser generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining the movement arrangement of the OC/inserted lens when the laser having a large pulse width is generated in FIG. 3 .

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, the same components in each drawing are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of already known functions and/or configurations will be omitted. The content disclosed below will focus on parts necessary for understanding operations according to various embodiments, and descriptions of elements that may obscure the gist of the description will be omitted. Also, some components in the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated. The size of each component does not fully reflect the actual size, so the contents described herein are not limited by the relative size or spacing of the components drawn in each drawing.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification. The terminology used in the detailed description is for the purpose of describing embodiments of the present invention only, and should not be limiting in any way. Unless explicitly used otherwise, expressions in the singular include the meaning of the plural. In this description, expressions such as “comprising” or “comprising” are intended to indicate certain features, numbers, steps, acts, elements, some or a combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, acts, elements, or any part or combination thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In addition, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are for the purpose of distinguishing one component from other components. used only as

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 펄스 레이저 발생기(100)를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a view for explaining a medical pulse laser generator 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 펄스 레이저 발생기(100)는, 펌핑광원(110), 레이저발생소자(120) 및 복수의 출력 커플러(OC, output coupler)(131, 132)를 포함하고, 필요에 따라 하나 이상의 렌즈(140)를 더 포함할 수 있다. 도시되지 않았지만, 펄스 레이저 발생기(100)는, 레이저발생소자(120)에 적절히 접합되는 냉각용 히트 스프레더(heat spreader)를 더 포함할 수 있다. 히트 스프레더는 구리 등 열전도도가 높은 재질로 만들어져 레이저발생소자(120)의 일면에 부착되거나 레이저발생소자(120)을 원통형으로 감싸면서 접합되도록 장착될 수 있다.3, the medical pulse laser generator 100 according to an embodiment of the present invention, a pumping light source 110, a laser generating device 120 and a plurality of output couplers (OC, output coupler) (131, 132) ), and may further include one or more lenses 140 as needed. Although not shown, the pulsed laser generator 100 may further include a heat spreader for cooling that is properly bonded to the laser generating device 120 . The heat spreader is made of a material having high thermal conductivity, such as copper, and may be attached to one surface of the laser generating device 120 or mounted to be bonded while enclosing the laser generating device 120 in a cylindrical shape.

레이저발생소자(120)은 Nd:YAG 이득매질과 Cr:YAG 포화흡수체의 접합 구조를 포함하며, 마이크로칩 형태로 제작될 수 있다. 레이저발생소자(120)의 레이저 펌핑을 위한 이득매질과 큐-스위칭(Q-switching)을 위한 포화흡수체의 재질은, 필요에 따라 다른 재질로 변경될 수 있다. The laser generating device 120 includes a junction structure of an Nd:YAG gain medium and a Cr:YAG saturated absorber, and may be manufactured in the form of a microchip. The material of the gain medium for laser pumping of the laser generating device 120 and the saturable absorber for Q-switching may be changed to another material as necessary.

본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 펄스 레이저 발생기(100)는, 유방암 제거 등을 위한 의료용 펄스 레이저를 발생시키기 위한 것으로서, 복수의 출력 커플러(131, 132)를 사용하여 이를 이동시킴에 따라 다수의 공진기를 형성해 두 개 이상의 펄스폭을 가지는 의료용 펄스 레이저를 발생시키기 위한 것이다. The medical pulse laser generator 100 according to an embodiment of the present invention is for generating a medical pulse laser for breast cancer removal, etc., and by moving it using a plurality of output couplers 131 and 132, a plurality of It is to generate a medical pulse laser having two or more pulse widths by forming a resonator.

즉, 레이저 다이오드 등으로 광을 제공하는 펌핑광원(110)으로부터의 광이 레이저발생소자(120)의 내부로 적절히 입사되면, 레이저발생소자(120)의 일단(예, 도면에서 좌측단)의 내벽과 복수의 출력 커플러(131, 132) 중 선택된 출력 커플러(도 1에서 131)의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시킬 수 있으며, 해당 선택된 출력 커플러(131)를 통하여 펄스 레이저를 출력시킬 수 있다.That is, when light from the pumping light source 110 providing light with a laser diode or the like is properly incident into the laser generating device 120 , the inner wall of one end (eg, the left end in the drawing) of the laser generating device 120 . and a plurality of output couplers 131 and 132, a laser pumping light may be generated by a resonator formed by a partially reflective surface of a selected output coupler (131 in FIG. 1), and a pulse laser beam through the selected output coupler 131 can be output.

펌핑광원(110)의 광은 광섬유를 이용해 그 끝에서 레이저발생소자(120)로 제공되어 펌핑되도록 할 수도 있고, 하나의 렌즈 혹은 다수의 렌즈를 거쳐 포키싱된 광으로 제공되어 펌핑되도록 할 수도 있다. The light from the pumping light source 110 may be provided to the laser generating device 120 at the end using an optical fiber to be pumped, or may be provided as focused light through one lens or a plurality of lenses to be pumped. .

레이저발생소자(120)의 일단(예, 도면에서 좌측단)의 내벽은, 펌핑광원(110)의 광 파장(예, 808nm)에 대해서는 비반사(AR, Antireflection)되도록 하고, 레이저발생소자(120)의 발생광인 레이저 펌핑광 파장(예, 1064nm)에 대하여는 고반사(또는 전반사)(HR, High Reflectiion)되도록, 적절히 코팅될 수 있다. 레이저발생소자(120)의 타단(예, 도면에서 우측단)의 내벽은 레이저발생소자(120)의 발생광인 레이저 펌핑광 파장(예, 1064nm)에 대하여 비반사(AR) 되도록 코팅될 수 있다. The inner wall of one end (eg, the left end in the drawing) of the laser generating element 120 is antireflection (AR, Antireflection) with respect to the light wavelength (eg, 808 nm) of the pumping light source 110, and the laser generating element 120 ), the laser pumping light wavelength (eg, 1064 nm), which is the generated light, may be appropriately coated so as to be highly reflective (or total reflection) (HR, High Reflectiion). The inner wall of the other end (eg, the right end in the drawing) of the laser generating device 120 may be coated so as to be non-reflecting (AR) with respect to the laser pumping light wavelength (eg, 1064 nm), which is the generated light of the laser generating device 120 .

레이저발생소자(120)의 일단(예, 도면에서 좌측단)의 내벽과 상기 선택된 출력 커플러(도 1에서 131)의 부분 반사면은, 원자를 여기시켜 공진 주파수에서 레이저를 발진하도록 펌핑시키는 공진기를 형성하며, 이와 같이 형성된 공진기에 의해 광을 모으고 증폭하기 위하여, 선택될 복수의 출력 커플러(131, 132) 각각의 부분 반사면은 레이저발생소자(120)의 발생광인 레이저 펌핑광 파장(예, 1064nm)에 대하여 부분 반사(예, 50%) 되도록 코팅될 수 있다. The inner wall of one end (eg, the left end in the drawing) of the laser generating device 120 and the partially reflective surface of the selected output coupler (131 in FIG. 1 ) have a resonator that excites atoms and pumps the laser to oscillate at a resonant frequency. In order to collect and amplify light by the resonator formed in this way, the partial reflective surface of each of the plurality of output couplers 131 and 132 to be selected has a laser pumping light wavelength (eg, 1064 nm) that is generated light of the laser generating device 120 . ) may be coated to be partially reflective (eg, 50%).

이에 따라, 복수의 출력 커플러(131, 132) 중 어느 하나의 선택으로, 레이저발생소자(120)의 타단(예, 도면에서 우측단)으로부터 해당 선택된 출력 커플러(도 1에서 131, 도 2에서 132)의 부분 반사면 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성할 수 있으며, 각각으로부터 서로 다른 펄스폭을 가지는 펄스 레이저를 발생시킬 수 있게 된다. Accordingly, by selection of any one of the plurality of output couplers 131 and 132, the selected output coupler (131 in FIG. 1, 132 in FIG. 2) from the other end (eg, the right end in the drawing) of the laser generating device 120 ), it is possible to form multiple resonators according to the separation distance between the partially reflective surfaces, and it is possible to generate pulse lasers having different pulse widths from each.

도 1에서, 두 개의 공진기를 구현하기 위해서 두 개의 출력 커플러(131, 132) 로 구성되어 두 개의 펄스를 만들어 내는 의료용 펄스 레이저를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 펄스폭을 가지는 더 많은 펄스들을 발생하기 위하여 더 많은 출력 커플러들이 구비될 수 있고, 도면과 같이 하나의 렌즈(140)를 나타내었으나 더 많은 렌즈를 순차 통과시켜서 포커싱에 사용할 수도 있다. In FIG. 1, a medical pulse laser that is composed of two output couplers 131 and 132 to create two pulses to implement two resonators is shown, but is not limited thereto, and more More output couplers may be provided to generate pulses, and although one lens 140 is shown as shown in the drawing, more lenses may be sequentially passed through and used for focusing.

도 1에서, 하나 이상의 렌즈(140)가 복수의 출력 커플러(131, 132) 중 레이저발생소자(120)의 타단(예, 도면에서 우측단)으로부터 두번째 부터의 출력 커플러(132) 사이에 배치될 수 있다. 이와 같은 보다 긴 공진기 길이(cavity length)를 가지는 위치에서의 해당 출력 커플러의 경우 공진 효율을 높이기 위해서 공진기 길이에 맞는 렌즈의 위치와 특성을 결정하여 설치될 수 있다. 예를 들어, 나노초 펄스를 만들어내는 비교적 긴 공진기에 대해서는 공진기 효율을 높이기 위해서 레이저발생소자(120)와 출력 커플러(예, 132) 사이에 렌즈(140)를 삽입할 수도 있다. 1, one or more lenses 140 are disposed between the second output coupler 132 from the other end (eg, the right end in the drawing) of the laser generating device 120 among the plurality of output couplers 131 and 132. can In the case of a corresponding output coupler at a position having such a longer resonator length (cavity length), in order to increase resonance efficiency, the position and characteristics of a lens suitable for the resonator length may be determined and installed. For example, for a relatively long resonator generating nanosecond pulses, the lens 140 may be inserted between the laser generating device 120 and the output coupler (eg, 132 ) in order to increase the resonator efficiency.

도 4는 도 3에서 펄스 폭이 큰 레이저 발생 시의 OC/삽입렌즈의 이동 배치를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 4 is a view for explaining the movement arrangement of the OC/inserted lens when the laser having a large pulse width is generated in FIG. 3 .

도 4와 같이, 복수의 출력 커플러(131, 132) 중 레이저발생소자(120)의 타단(예, 도면에서 우측단)으로부터 먼 거리, 예를 들어, 두번째 출력 커플러(132)가 이용되어 보다 큰/작은 펄스폭 레이저를 발생시키는 경우, 선택된 출력 커플러(132)는 레이저발생소자(120)의 타단(예, 도면에서 우측단) 쪽에서 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치될 수 있다.As shown in FIG. 4, a distance from the other end (eg, the right end in the drawing) of the laser generating device 120 among the plurality of output couplers 131 and 132, for example, the second output coupler 132 is used to create a larger / When generating a small pulse width laser, the selected output coupler 132 is moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator to generate pumping light from the other end (eg, the right end in the drawing) of the laser generating device 120. can

이때, 목표 펄스폭에 따라 선택된 출력 커플러(132)만이 이동될 수도 있고, 하나 이상의 렌즈(140)가 함께 이동되어 배치될 수도 있다. 즉, 목표 펄스폭을 갖는 펄스 레이저의 발생을 위한 해당 공진기를 형성하기 위하여, 선택된 출력 커플러(132)만 또는 하나 이상의 렌즈(140)와 해당 출력 커플러(132)를 모두, 레이저발생소자(120)의 타단(예, 도면에서 우측단) 쪽에서 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치될 수 있는 것이다. 목표 펄스폭의 값에 따라, 선택된 출력 커플러(예, 132) 또는 하나 이상의 렌즈(140)를 공진기 길이 방향으로 이동 후 위와 같이 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동 배치해 펌핑광을 발생하도록 할 수도 있다. 다만, 실험적으로 안정화되어 공진기 길이 가변이 가능한 공진기를 형성한 OC(output coupler) 위치와 삽입렌즈 위치를 고정한 채 공진기 길이방향과 수직한 방향으로 출력 커플러(예, 132)와 삽입렌즈(140)를 쌍으로 이동함으로써 보다 안정적인 다중 펄스 레이저의 구현이 가능하다.In this case, only the output coupler 132 selected according to the target pulse width may be moved, or one or more lenses 140 may be moved and disposed together. That is, in order to form a corresponding resonator for generation of a pulse laser having a target pulse width, only the selected output coupler 132 or one or more lenses 140 and both the corresponding output coupler 132, the laser generating device 120 It can be arranged to move in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator so that the pumping light is generated from the other end (eg, the right end in the drawing) side. Depending on the value of the target pulse width, the selected output coupler (eg, 132) or one or more lenses 140 may be moved in the longitudinal direction of the resonator and then moved in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator to generate pumping light. have. However, the output coupler (e.g., 132) and the insert lens 140 are fixed in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator while the position of the OC (output coupler) and the insert lens position are fixed to form a resonator that has been experimentally stabilized and formed a resonator with variable length. By moving in pairs, it is possible to realize a more stable multi-pulse laser.

예를 들어, 레이저발생소자(120)의 Nd:YAG의 이득매질에 주입된 펌핑광원(110)의 광의 흡수에 의해서 생성된 열렌즈는 피코초 펄스를 만들어 내기에는 충분한 열렌즈를 생성하지만, 나노초를 생성하는 긴 거리의 공진기의 경우는 열렌즈에 의해서만 공진기 내 광을 공진시키기에는 충분하지 않기 때문에 추가적으로 렌즈(140)를 삽입하여 새로운 공진기를 형성할 수 있다. For example, a thermal lens generated by absorption of light of the pumping light source 110 injected into the gain medium of Nd:YAG of the laser generating device 120 generates a thermal lens sufficient to generate a picosecond pulse, but nanoseconds. In the case of a long-distance resonator that generates , since it is not sufficient to resonate the light in the resonator only by a thermal lens, a new resonator may be formed by additionally inserting a lens 140 .

이러한 출력 커플러들(131, 132) 중 선택된 커플러와 하나 이상의 렌즈(140)의 이동은 수동으로 이루어질 수 있지만, 버튼 등의 조작에 따라 소정의 가이드 장치를 따라 기계적으로 자동적으로 이동이 이루어지도록 할 수도 있다. Although the movement of the selected coupler and the one or more lenses 140 among these output couplers 131 and 132 may be made manually, the movement may be made mechanically and automatically along a predetermined guide device according to manipulation of a button or the like. have.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 의료용 펄스 레이저 발생기(100)는, 삽입렌즈(140)를 사용함으로써 공진기의 효율을 증가하고 열렌즈에 생성된 광자의 가둠 효과를 극대화함으로써 출력 향상이 가능하고, microchip 형태의 레이저발생소자(120)의 이득매질에 의한 레이저를 열적으로 제어하기 때문에 외부 환경에 변화에 따른 펄스 폭과 효율의 변화를 없앨 수 있다.As described above, the medical pulse laser generator 100 according to the present invention increases the efficiency of the resonator by using the insert lens 140 and maximizes the confinement effect of the photons generated in the thermal lens, so that the output can be improved, Since the laser is thermally controlled by the gain medium of the microchip-type laser generating device 120, changes in pulse width and efficiency according to changes in the external environment can be eliminated.

따라서, 본 발명에 따르면 기존의 수동형 Q-switching 펄스 레이저 방법에 의해서는 단일 펄스 폭을 가지는 피코초/나노초 레이저 구현만 가능한 것에 비해 microchip 형태의 레이저발생소자(120)에 대한 출력 커플러와 삽입렌즈의 거리를 조정하여 안정한 펄스를 생성하는 공진기 길이를 찾은 다음 두 개의 출력 커플러/삽입렌즈 혹은 다수의 출력 커플러/삽입렌즈를 이동함으로써, 다수의 펄스 폭을 가지는 레이저를 하나의 이득매질과 하나의 펌핑광원과 하나의 펌핑광원 구동드라이버를 이용해 구현이 가능하므로 기존의 2개의 레이저를 사용하는 방법에 비해 가격 경쟁력을 가질 수 있는 장점이 있다. Therefore, according to the present invention, the output coupler and the insertion lens for the microchip type laser generating device 120 compared to only a picosecond/nanosecond laser having a single pulse width can be implemented by the conventional passive Q-switching pulse laser method. After finding the resonator length that generates a stable pulse by adjusting the distance, by moving two output couplers/insertion lenses or multiple output couplers/insertion lenses, a laser with multiple pulse widths can be converted into one gain medium and one pumping light source. Since it can be implemented using a single pumping light source driving driver and a single pumping light source driving driver, it has the advantage of price competitiveness compared to the existing method using two lasers.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all technical ideas with equivalent or equivalent modifications to the claims as well as the claims to be described later are included in the scope of the present invention. should be interpreted as

펌핑광원(110)
레이저발생소자(120)
출력 커플러(131, 132)
렌즈(140)Pumping light source (110)
Laser generating element (120)
Output coupler (131, 132)
Lens(140)

Claims (8)

펌핑광원; 레이저발생소자; 및 복수의 출력 커플러를 포함하고,
상기 펌핑광원으로부터의 광이 상기 레이저발생소자의 내부로 입사되면, 상기 레이저발생소자의 일단의 내벽과 상기 복수의 출력 커플러 중 선택된 출력 커플러의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시켜서, 상기 선택된 출력 커플러를 통하여 펄스 레이저를 출력하기 위한 것으로서,
상기 복수의 출력 커플러 중 어느 하나의 선택으로, 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 상기 선택된 출력 커플러 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성하여 서로 다른 펄스폭을 가지는 복수의 펄스 레이저를 발생시키되,
상기 복수의 출력 커플러 중 상기 선택된 출력 커플러가 상기 레이저발생소자의 타단 쪽에서 상기 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 발생기.pumping light source; laser generating element; and a plurality of output couplers;
When the light from the pumping light source is incident into the laser generating device, laser pumping light is generated by a resonator formed by an inner wall of one end of the laser generating device and a partially reflecting surface of an output coupler selected from among the plurality of output couplers. In order to output a pulse laser through the selected output coupler,
By selecting any one of the plurality of output couplers, according to the separation distance between the selected output coupler from the other end of the laser generating device, a multi-resonator is formed to generate a plurality of pulse lasers having different pulse widths,
Pulse laser generator, characterized in that the selected output coupler of the plurality of output couplers is arranged to move in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator so as to generate the pumping light from the other end of the laser generating element. 제1항에 있어서,
상기 펄스 레이저 발생기는 의료용 펄스 레이저를 발생시키는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 발생기.According to claim 1,
The pulse laser generator is a pulse laser generator, characterized in that for generating a medical pulse laser. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 출력 커플러 중 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 두번째 부터의 출력 커플러 사이에 배치되기 위한 하나 이상의 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 발생기.According to claim 1,
Pulse laser generator, characterized in that it further comprises one or more lenses disposed between the output coupler from the second from the other end of the laser generating element among the plurality of output couplers. 펌핑광원; 레이저발생소자; 및 복수의 출력 커플러를 포함하고,
상기 펌핑광원으로부터의 광이 상기 레이저발생소자의 내부로 입사되면, 상기 레이저발생소자의 일단의 내벽과 상기 복수의 출력 커플러 중 선택된 출력 커플러의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시켜서, 상기 선택된 출력 커플러를 통하여 펄스 레이저를 출력하기 위한 것으로서,
상기 복수의 출력 커플러 중 어느 하나의 선택으로, 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 상기 선택된 출력 커플러 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성하여 서로 다른 펄스폭을 가지는 복수의 펄스 레이저를 발생시키되,
목표 펄스폭을 갖는 상기 펄스 레이저의 발생을 위한 공진기를 형성하기 위하여, 상기 선택된 출력 커플러만 또는 상기 하나 이상의 렌즈와 해당 출력 커플러를 모두, 상기 레이저발생소자의 타단 쪽에서 상기 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치되는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 발생기.pumping light source; laser generating element; and a plurality of output couplers;
When the light from the pumping light source is incident into the laser generating device, laser pumping light is generated by a resonator formed by an inner wall of one end of the laser generating device and a partially reflecting surface of an output coupler selected from among the plurality of output couplers. In order to output a pulse laser through the selected output coupler,
By selecting any one of the plurality of output couplers, according to the separation distance between the selected output coupler from the other end of the laser generating device, a multi-resonator is formed to generate a plurality of pulse lasers having different pulse widths,
In order to form a resonator for generation of the pulsed laser having a target pulse width, only the selected output coupler or both the one or more lenses and the corresponding output coupler, the length of the resonator to generate the pumping light from the other end of the laser generating element A pulse laser generator, characterized in that it is arranged to move in a direction perpendicular to the direction. 제5항에 있어서,
상기 레이저발생소자에 접합되는 냉각용 히트 스프레더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 발생기.6. The method of claim 5,
Pulse laser generator, characterized in that it further comprises a heat spreader for cooling bonded to the laser generating element. 제5항에 있어서,
상기 레이저발생소자는 Nd:YAG 이득매질과 Cr:YAG 포화흡수체의 접합을 포함하는 것을 특징으로 하는 펄스 레이저 발생기.6. The method of claim 5,
The laser generating element is a pulsed laser generator, characterized in that it comprises a bonding of an Nd:YAG gain medium and a Cr:YAG saturable absorber. 복수의 출력 커플러 중 하나를 선택하는 단계;
펌핑광원으로부터의 광을 레이저발생소자의 내부로 입사시키는 단계; 및
상기 레이저발생소자의 일단의 내벽과 상기 복수의 출력 커플러 중 선택된 출력 커플러의 부분 반사면이 형성하는 공진기에 의해 레이저 펌핑광을 발생시켜서, 상기 선택된 출력 커플러를 통하여 펄스 레이저를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 출력 커플러 중 어느 하나의 선택으로, 상기 레이저발생소자의 타단으로부터 상기 선택된 출력 커플러 사이의 이격 거리에 따라, 다중 공진기를 형성하여 서로 다른 펄스폭을 가지는 복수의 펄스 레이저를 발생시키되,
상기 복수의 출력 커플러 중 상기 선택된 출력 커플러가 상기 레이저발생소자의 타단 쪽에서 상기 펌핑광을 발생하도록 공진기 길이 방향과 수직한 방향으로 이동해 배치되는 펄스 레이저 발생 방법.
selecting one of the plurality of output couplers;
injecting light from the pumping light source into the laser generating device; and
and generating laser pumping light by a resonator formed by an inner wall of one end of the laser generating device and a partially reflective surface of an output coupler selected among the plurality of output couplers, and outputting a pulse laser through the selected output coupler. ,
By selecting any one of the plurality of output couplers, according to the separation distance between the selected output coupler from the other end of the laser generating device, a multi-resonator is formed to generate a plurality of pulse lasers having different pulse widths,
A pulse laser generating method in which the selected output coupler among the plurality of output couplers is moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the resonator so as to generate the pumping light from the other end of the laser generating device.
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