KR20170137415A - Picosecond pulse laser divce and a driving method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피코초 레이저 펄스의 발생에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 피크 출력을 갖는 피코초 레이저 펄스의 발생에 관한 것이다.
The present invention relates to the generation of picosecond laser pulses, and more particularly to the generation of picosecond laser pulses having high peak power.
피코초 펄스 레이저는 IT, NT, BT, ET 등 다양한 분야에서 연구 및 응용되고 있다. 초미세 가공 분야에서는 열 영향 영역이나 열 손상 및 갈라진 틈 등을 최소화하여 가공할 수 있으며 레이저의 비선형 광학 현상에 의해서 가공되므로 미세한 형상의 가공이 가능하므로 정밀가공이 있어야 하는 분야에 활발히 활용되고 있다. The picosecond pulse laser is being studied and applied in various fields such as IT, NT, BT, and ET. In the field of ultrafine machining, it can be processed by minimizing the heat affected zone, heat damage and cracks, and it is processed by the nonlinear optical phenomenon of laser, so it can be processed finely.
본 발명은 의료용 치료 분야에서 고출력의 피코초 펄스 레이저에 의해 주위 조직에 손상을 주지 않으며 미세 치료가 가능한 것에 관한 것이다.The present invention relates to the field of medical treatment in which high-power picosecond pulse lasers do not damage surrounding tissues and are capable of micro-treatment.
피부 치료에서 고출력 피코초 펄스 레이저는 열 이완시간 이내의 짧은 펄스를 조직에 전달할 수 있으므로, 레이저에 의한 색소 병변은 색소에 대한 흡수율이 물에 대한 흡수율보다 상대적으로 낮은 관계로 높은 출력을 요구하는 것을 해결하여 기존 나노초 단위의 레이저에 비해 본 발명의 고출력의 피코초 펄스 레이저에 의해서 색소 입자들을 효율적으로 파괴 또는 붕괴시킬 수 있으므로 문신제거 및 기미 등의 색소 병변에 치료효과가 우수하다고 볼 수 있다. 상기 고출력 피코초 펄스 레이저는 수 ps의 극초단 펄스 지속 시간 및 높은 펄스당 피크 출력을 하는 레이저 에너지를 생성하는 것을 말한다.In skin treatment, high-power picosecond pulse lasers can transmit short pulses within a thermal relaxation time to tissues, so laser-induced pigment lesions require high power because of their relatively low water absorption rate to dye It is possible to efficiently break down or collapse pigment particles by the high power picosecond pulsed laser of the present invention as compared with the conventional nanosecond unit laser, so that the therapeutic effect is excellent in the pigment lesion such as tattoo removal and stain. The high power picosecond pulsed laser refers to generating laser energy that has an ultrashort pulse duration of several ps and a peak output per high pulse.
레이저를 짧은 펄스형태로 발진하는 방식은 크게 두 가지 방식으로 분류된다. Q-스위칭(Q-switching) 방식과 모드 락킹(mode-locking) 방식으로 나뉜다. 이 방식들을 구현하기 위한 여러 방법이 개발되었다. 공진기 내부에 능동 진폭 또는 주파수 전기 광학 변조(active amplitude or frequency modulation)방법, 포화 흡수체(saturable absorbor)를 통한 수동 변조방법, 동기 이득 변조(synchronous gain modulation) 방법 등이 있다. 이 방법들은 필요한 목적에 따라 Q-스위칭 방식에, 때로는 모드 락킹 방식에 사용된다. 일반적으로 Q-스위칭 방식은 펄스당 높은 에너지를 얻기 위해 유리하며, 모드 락킹 방식은 짧은 펄스를 얻기에 유리하다. 그래서 피코초 레이저 펄스의 발전 역사는 바로 이 모드 락킹 방식의 발전과 일치한다.The method of oscillating the laser in a short pulse shape is largely divided into two methods. Q-switching method and mode-locking method. Several methods have been developed to implement these schemes. An active amplitude or frequency electro-modulation method, a passive modulation method using a saturable absorber, and a synchronous gain modulation method are included in the resonator. These methods are used for Q-switching, sometimes mode locking, depending on the purpose. In general, the Q-switching scheme is advantageous for obtaining high energy per pulse, and the mode locking scheme is advantageous for obtaining a short pulse. So the development history of pico-second laser pulses is consistent with the development of this mode locking method.
능동형은 출력을 안정화하는 전자 회로 구성 등 전체적인 시스템이 복잡하고, 장시간 안정적인 모드 락킹 발진에 어려움이 있다. 반면 수동형 방식은 포화 흡수체를 사용하므로 모드 락킹 제어에 어려움이 있다.The active system has a complicated overall system such as an electronic circuit configuration for stabilizing the output, and has difficulty in stable mode locking oscillation for a long time. On the other hand, the passive type uses a saturated absorber, which makes it difficult to control the mode locking.
피코초 영역의 펄스를 구현하기 위해서는 전통적으로 모드락킹(Mode-Locking)기술이 주로 사용되고 있으나 이 기술로 생성할 수 있는 출력은 ~ 수십 mJ 정도이며, 의료분야의 색소치료용으로 사용되기 위해서는 최소 ~ 수백 mJ의 출력이 필요하다. 수백 mJ 급의 출력을 하는 피코초 펄스 생성기술은 최소 2~3가지 정도의 펄스 생성기술이 필요하다. Mode-Locking technology has been used to implement picosecond pulses, but the output power of this technique is ~ 10 mJ. In order to be used for medical treatment, A few hundred mJ of output is required. A picosecond pulse generation technique that outputs several hundreds of mJs requires at least two or three pulse generation techniques.
큐스위칭과 모드락킹을 이용한 방법이나 큐스위칭과 케비티 덤핑(Cavity Dumping) 또는 펄스 슬라이싱(Pulse Slicing)등을 조합한 능동제어 스위칭 기술과 유도 브릴루안 산란(Stimulated Brillouin Scattering, SBS)와 같은 수동제어 압축기술을 이용하면 고 출력의 피코초 영역의 펄스를 생성할 수 있다.Passive control such as cue switching and mode locking, active control switching using a combination of cue switching, cavity dumping or pulse slicing, and stimulated brillouin scattering (SBS) Compression techniques can be used to generate high-power picosecond pulses.
상기와 같은 피코초 펄스 레이저 장치에 관한 선행기술로는 출원특허 제10-2015-0115349 및 10-2007-0133032 가 공지되어 있다.
Prior arts relating to the above-mentioned picosecond pulse laser device are known from Japanese Patent Application Nos. 10-2015-0115349 and 10-2007-0133032.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고출력 피코초 펄스 레이저를 발생시키기 위해서 제1광스위칭 소자(102)와 제2광스위칭 소자(105)를 공진기 내부에 위치시켜 고출력 피코초 펄스 레이저를 발생시키는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high-output picosecond pulsed laser which generates a high-power picosecond pulse laser by locating a first
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular embodiments that are described. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, There will be.
수백 피코초 또는 서브 나노초(subnanosecond)급 펄스를 갖는 광펄스를 생성하기 위해서 제1광스위칭 소자(102)와 제2광스위칭 소자(105)를 공진기 내부에 위치시키고, 제1광스위칭 소자(102)에 Q 스위칭 트리거 펄스를 인가하고, 일정시간 경과 후 제1광스위칭 소자(102)의 광스위칭 작용에 의해서 제1레이저 Q 스위칭 광펄스가 생성되기 전에 제2광스위칭 소자(105)에 Q 스위칭 트리거 펄스를 인가하고, 일정시간 경과 후 제1광스위칭 소자(102)에 의해서 생성된 제1 Q 스위칭 광펄스가 생성되는 시점에서 제2광스위칭 소자(105)에 의해서 추출하고자 하는 피코초 펄스 시간만큼의 시간 제2 Q 스위칭 신호의 펄스가 인가되면 공진기에서 광증폭을 일으키고, 일정시간 후에 또 한 번 펄스를 제2광스위칭 소자에 인가하여 고출력 피코초 광펄스를 생성한다.
The first
본 발명의 피코초 펄스 레이저에 의한 색소 병변의 치료에서, 색소 병변은 색소에 대한 흡수율이 물에 대한 흡수율보다 상대적으로 낮은 관계로 높은 출력을 요구하는 것을 해결하여 기존 나노초 단위의 레이저에 비해 본 발명의 고출력의 피코초 펄스 레이저에 의해서 색소 입자들을 효율적으로 파괴 또는 붕괴시킬 수 있으므로 문신제거 및 기미등의 색소 병변에 치료효과가 우수하다.
In the treatment of pigment lesions by the picosecond pulsed laser of the present invention, since the absorption rate of pigment is relatively lower than the absorption rate of water to pigment, high output is required, The high power picosecond pulse laser can efficiently break down or collapse the pigment particles, so that the treatment effect is excellent for the pigment lesion such as tattoo removal and stain.
도 1은 본 발명의 고출력 피코초 펄스 레이저 생성 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 큐스위치 구동 신호 흐름에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의해 구현된 고출력 피코초 펄스 레이저 신호에 관한 도면이다.1 is a schematic view of a high power picosecond pulse laser generating apparatus according to the present invention.
2 is a diagram of a queue switch driving signal flow of the present invention.
3 is a diagram of a high power picosecond pulse laser signal implemented by the present invention.
도 1은 본 발명의 피코초 펄스 레이저 생성 장치의 개략도로서, 펌핑 광원으로 레이저 이득매질(103)을 펌핑하면 레이저가 발진하게 된다. 상기 발진 된 레이저는 수백 피코초 또는 서브 나노초(subnanosecond)급 펄스를 갖는 광펄스를 생성하기 위해서 제1광스위칭 소자(102)와 제2광스위칭 소자(105)를 공진기 내부에 위치시키고, 제1광스위칭 소자(102)에 Q 스위칭 트리거 펄스를 인가하고, 일정시간 경과 후 제1광스위칭 소자(102)의 광스위칭 작용에 의해서 제1레이저 Q 스위칭 광펄스가 생성되기 전에 제2광스위칭 소자(105)에 Q 스위칭 트리거 펄스를 인가하고, 일정시간 경과 후 제1광스위칭 소자(102)에 의해서 생성된 제1 Q 스위칭 광펄스가 생성되는 시점에서 제2광스위칭 소자(105)에 의해서 추출하고자 하는 피코초 펄스 시간만큼의 시간 제2 Q 스위칭 신호의 펄스가 인가되면 공진기에서 광증폭을 일으키고, 일정시간 후에 또 한 번 펄스를 제2광스위칭 소자에 인가하여 피코초 광펄스를 생성한다. 상기 생성된 피코초 광펄스는 공진기 거울(101, 107)을 통해 방출된다. 공진기 거울(101, 107)의 어느 하나는 전반사 또 어느 하나는 부분 반사 코팅을 하여 부분 반사 코팅된 거울을 통해 방출되도록 한다. 상기에서 생성된 피코초 광펄스를 편광기(104) 및 파장변환소자(108)를 통해 상기 피코초 광펄스와 다른 파장을 생성할 수 있다.FIG. 1 is a schematic diagram of a picosecond pulsed laser generating apparatus according to the present invention. When a
도 2는 본 발명의 큐스위치 구동 신호 흐름에 관한 도면으로서, 기존 Q 스위칭 방법은 Q 트리거 신호 후 일정시간이 지난 후(Laser Buildup Time) 높은 첨두 출력을 갖는 수 나노초에서 수십 나노초의 펄스를 생성한다. 수백 피코초 또는 서브 나노초(subnanosecond)급 펄스를 갖는 광펄스를 생성하기 위해 광스위칭 소자에 Q 스위칭 트리거 펄스를 인가하고(T1) 일정시간 경과 후(Δt1) 레이저 Q 스위칭 광펄스가 출현하기 전에 두번째 Q 스위칭 트리거 펄스를 인가하고(T2) 일정시간 경과 후(Δt2) Q 스위칭 광펄스가 생성되는 시점(T3)에서 광스위칭 소자에 추출하고자 하는 피코초 펄스 시간만큼의 시간 Q 스위칭 신호의 펄스가 인가되면 공진기에서 광증폭을 일으키고 일정시간 후(Δt3)에 또 한 번 펄스를 광스위칭 소자에 인가하여 피코초 광펄스를 추출하는 원리이다. 본 발명을 위해 공진기의 광스위칭 소자는 1개 또는 2개를 사용할 수 있고, Q 스위칭 시퀀스 설계에 따라서 변경될 수 있다.
FIG. 2 is a diagram of a queue switch driving signal flow according to the present invention. The conventional Q switching method generates pulses of several tens of nanoseconds from a few nanoseconds with a high peak output after a certain time (Laser Buildup Time) . A Q switching trigger pulse is applied to the optical switching element to generate a light pulse having several hundred picoseconds or subnanosecond pulses (T1) and after a certain time (t1) before the laser Q switching optical pulse appears, Q switching signal is applied to the optical switching element at a time point (T3) when a Q switching optical pulse is generated after a predetermined time elapses (T2), and a pulse of a time Q switching signal corresponding to a picosecond pulse time to be extracted is applied The light is amplified in the resonator and the pulse is again applied to the optical switching element after a predetermined time (t3) to extract the picosecond light pulse. For the present invention, one or two optical switching elements of the resonator can be used and can be changed according to the Q switching sequence design.
101 : 공진기 거울
102 : 제1광스위칭 소자
103 : 레이저 이득매질
104 : 편광기
105 : 제2광스위칭 소자
106 : 파장판
107 : 공진기 거울
108 : 파장변환소자101: Resonator mirror 102: First optical switching element
103: laser gain medium 104: polarizer
105: second optical switching element 106: wavelength plate
107: Resonator mirror 108: Wavelength conversion element
Claims (5)
레이저를 발생시키기 위한 레이저 이득매질;
고출력 서브 나노초 펄스 레이저를 만들기 위한 제1광스위칭 소자;
고출력 피코초 펄스 레이저를 만들기 위한 제2광스위칭 소자;
상기 고출력 피코초 펄스 레이저를 공진기에서 출력하기 위한 공진기 거울로 구성되는 것을 특징으로 하는 피코초 펄스 레이저 발생 장치.
In the picosecond pulse laser generator,
A laser gain medium for generating a laser;
A first optical switching element for making a high output sub-nanosecond pulse laser;
A second optical switching element for making a high output picosecond pulse laser;
And a resonator mirror for outputting the high-power picosecond pulse laser from a resonator.
The picosecond pulse laser generator as claimed in claim 1, wherein the first optical switching element and the second optical switching element are DKDP.
The picosecond pulse laser generator of claim 1, wherein the laser gain medium is Nd: YAG.
The picosecond pulse laser generator of claim 1, wherein one of a laser or an arc lamp is used for pumping the laser gain medium.
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