KR20230034019A - 레이저 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 펄스폭의 제 1 레이저를 출력하는 제 1 레이저 발생부; 상기 제 1 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 2 레이저로부터 상기 제 1 펄스폭보다 짧은 제 2 펄스폭을 가지는 제 2 레이저를 출력하는 제 2 레이저 발생부; 상기 제 1 레이저 발생부 또는 상기 제 2 레이저 발생부로부터 출력된 레이저 광을 증폭하는 증폭부; 및 원하는 펄스폭에 따라 제 1 모드 또는 제 2 모드로 동작하는 것으로, 상기 제 1 모드에서는, 상기 제 1 레이저를 상기 제 2 레이저 발생부를 경유하지 않고 상기 증폭부를 향하게 하고, 상기 제 2 모드에서는, 상기 제 1 레이저를 상기 제 2 레이저 발생부 쪽으로 경로 변환시키고, 상기 제 2 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 2 레이저를 상기 증폭부로 향하게 하는, 펄스 선택 광학부;를 포함하는, 레이저 장치가 제공된다.
Description
본 발명의 실시예들은 레이저 장치에 관한 것이다.
레이저 빔은 산업용, 의료용 및 군사용 등에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히, 의료용 레이저는 국부적으로 소정의 에너지를 집중시킬 수 있고 비침습적 치료가 가능하므로, 외과, 내과, 안과, 피부과, 치과 등에서 광범위하게 사용되고 있다.
레이저를 이용한 치료에 있어서, 치료 영역이나 그 위치, 즉, 피부로부터 깊이에 따라 다른 에너지 레벨의 레이저가 필요하다. 또한, 병변의 종류에 따라 같은 파장이면서도 다른 펄스 폭을 갖는 레이저를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 이에 따라, 복수 종류의 펄스 폭을 가지는 레이저를 선택적으로 사용할 수 있는 레이저 장치의 개발이 요구되고 있다.
두 가지 펄스폭의 레이저를 선택적으로 출사하는 레이저 장치가 제공된다.
실시예에 따르면, 제 1 펄스폭의 제 1 레이저를 출력하는 제 1 레이저 발생부; 상기 제 1 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 2 레이저로부터 상기 제 1 펄스폭보다 짧은 제 2 펄스폭을 가지는 제 2 레이저를 출력하는 제 2 레이저 발생부; 상기 제 1 레이저 발생부 또는 상기 제 2 레이저 발생부로부터 출력된 레이저 광을 증폭하는 증폭부; 및 원하는 펄스폭에 따라 제 1 모드 또는 제 2 모드로 동작하는 것으로, 상기 제 1 모드에서는, 상기 제 1 레이저를 상기 제 2 레이저 발생부를 경유하지 않고 상기 증폭부를 향하게 하고, 상기 제 2 모드에서는, 상기 제 1 레이저를 상기 제 2 레이저 발생부 쪽으로 경로 변환시키고, 상기 제 2 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 2 레이저를 상기 증폭부로 향하게 하는, 펄스 선택 광학부;를 포함하는, 레이저 장치가 제공된다.
상기 펄스 선택 광학부는 제 1 편광의 광을 투과시키고 상기 제 1 편광과 수직인 제 2 편광의 광은 반사시키는 제 1 편광 빔 스플리터; 상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 2 레이저 발생부 사이에 배치되어, 상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 2 레이저 발생부 사이의 광 경로 내에 위치하거나 또는 상기 광 경로 밖에 위치하도록 위치 제어되는 구동 미러; 및 상기 미러와 상기 제 1 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 제 1 1/4 파장판;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 모드에서 상기 구동 미러는 상기 광 경로 내에 위치하고, 상기 제 2 모드에서 상기 구동 미러는 상기 광 경로 밖에 위치할 수 있다.
상기 펄스 선택 광학부는 입사광의 편광을 변화시키지 않고 투과시키는 오프(off) 모드, 또는, 입사광의 편광을 수직 방향으로 변환하여 투과시키는 온(on) 모드로 제어되는 제 1 가변 반파장판; 상기 제 1 가변 반파장판을 지난 광 경로에 배치되어, 서로 수직인 제 1 편광과 제 2 편광 중 어느 한 편광의 광을 투과시키고 나머지 한 편광의 광은 반사시키는 제 1 편광 빔 스플리터; 상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 2 레이저 발생부 사이에 배치된 제 1 1/4 파장판; 상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 광이 진행하는 경로상에 배치된 제 2 1/4파장판과 미러; 및 상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 증폭부 사이에 배치되며, 입사광의 편광을 변화시키지 않고 투과시키는 오프(off) 모드, 또는, 입사광의 편광을 수직 방향으로 변환하여 투과시키는 온(on) 모드로 제어되는 제 2 가변 반파장판;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 모드에서, 상기 제 1 가변 반파장판과 상기 제 2 가변 반파장판은 오프 모드로 동작하고, 상기 제 2 모드에서 상기 제 1 가변 반 파장판과 상기 제 2 가변 반파장판은 온 모드로 동작할 수 있다.
상기 제 1 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 1 레이저는 제 1 편광의 광이고, 상기 제 1 편광 빔 스플리터는 상기 제 1 편광의 광을 투과시키고 상기 제 1 편광과 수직인 제 2 편광의 광은 반사시킬 수 있다.
상기 제 1 모드에서, 상기 제 1 가변 반파장판과 상기 제 2 가변 반파장판은 온(on) 모드로 동작하고, 상기 제 2 모드에서 상기 제 1 가변 반 파장판과 상기 제 2 가변 반파장판은 오프(off) 모드로 동작할 수 있다.
상기 제 1 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 1 레이저는 제 1 편광의 광이고, 상기 제 1 편광 빔 스플리터는 상기 제 1 편광과 수직인 제 2 편광의 광을 투과시키고 상기 제 1 편광의 광은 반사시킬 수 있다.
상기 제 1 모드에서 나노초 레이저가 출력되고, 상기 제 2 모드에서 피코초 레이저가 출력될 수 있다.
상기 제 1 레이저 발생부는 레이저 매질과, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 펌핑 광원과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 이격 배치된 제 1 미러 및 제 2 미러를 포함할 수 있다.
상기 제 1 레이저 발생부는 상기 제 1 미러와 상기 레이저 매질 사이에 배치된 포화 흡수체를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 레이저 발생부는 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 셀을 포함할 수 있다.
상기 제 1 레이저 발생부는 상기 제 1 미러와 상기 레이저 매질 사이에 배치된 핀홀과, 상기 레이저 매질과 상기 제 2 미러 사이에 배치된 에탈론 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 레이저 발생부는 상기 SBS 셀을 지난 광을 반사시켜 상기 SBS 셀로 모으는 오목 미러를 더 포함할 수 있다.
상기 증폭부는 입사되는 상기 제 1 레이저 또는 상기 제 2 레이저를 증폭하는 제 1 증폭부; 및 상기 제 1 증폭부에서 증폭된 광을 추가로 증폭하는 제 2 증폭부;를 포함할 수 있다.
상기 레이저 장치는 상기 제 1 증폭부와 상기 제 2 증폭부 사이에 배치되어, 상기 펄스 선택 광학부를 경유하여 나오는 광을 상기 제 1 증폭부로 향하게 하고, 상기 제 1 증폭부에서 증폭된 광을 상기 제 2 증폭부로 향하게 하는, 제 2 편광 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 장치는 상기 펄스 선택 광학부와 상기 제 2 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 반파장판과, 상기 제 1 증폭부와 상기 제 2 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 제 3 1/4파장판을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 상술한 어느 하나의 레이저 장치와, 상기 레이저 장치를 상기 제 1 모드 또는 상기 제 2 모드로 동작하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 치료 장치가 제공된다.
상술한 레이저 장치는 서로 다른 펄스 폭을 가지지는 레이저, 예를 들어, 나노초 레이저와 피코초 레이저를 선택적으로 출력할 수 있다.
상술한 레이저 장치는 치료 대상 병변에 적합한 펄스 폭의 레이저를 선택할 수 있어 치료 장치로 활용될 수 있다.
도 1은 실시예들에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성을 개념적으로 설명하는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성과 함께, 각각 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 광경로를 보인다.
도 3은 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 광학적 배치를 개략적으로 보인다.
도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성과 함께, 각각 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 광경로를 보인다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 광학적 배치를 개략적으로 보이는 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 치료 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성과 함께, 각각 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 광경로를 보인다.
도 3은 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 광학적 배치를 개략적으로 보인다.
도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성과 함께, 각각 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 광경로를 보인다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 광학적 배치를 개략적으로 보이는 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 치료 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소들 중간에 다른 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 실시예들에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성을 개념적으로 설명하는 블록도이다.
레이저 장치(1000)는 제 1 레이저 발생부(100)와 제 2 레이저 발생부(200), 제 1 레이저 발생부(100), 펄스 선택 광학부(300) 및 증폭부(500)를 포함한다.
제 1 레이저 발생부(100)는 제 1 펄스 폭의 제 1 레이저(L1)를 출력하고, 제 2 레이저 발생부(200)는 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력되는 제 1 레이저(L1)의 펄스폭보다 짧은 펄스 폭의 제 2 레이저(L2)를 출력한다. 제 1 레이저(L1)는 나노초 레이저, 제 2 레이저(L2)는 피코초 레이저일 수 있다. 이하의 설명에서, 제 1 레이저(L1)는 나노초 레이저, 제 2 레이저(L2)는 피코초 레이저인 것으로 예시하여 설명될 것이나, 이에 한정되지 않으며, 제 1 레이저(L1), 제 2 레이저(L2)는 이와 다른, 서로 다른 펄스 폭을 가질 수도 있다.
제 1 레이저 발생부(100)는 레이저 매질을 사이에 둔 공진기 구조를 가지며, 소정 파장 대역의 제 1 펄스폭의 제 1 레이저(L1)를 출력한다. 제 1 레이저 발생부(100)의 예시적인 상세한 구조는 후술할 것이다.
제 2 레이저 발생부(200)는 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력된 제 2 레이저(L2)로부터 제 1 펄스폭보다 짧은 제 2 펄스폭을 가지는 제 2 레이저(L2)를 출력한다. 제 2 레이저 발생부(200)의 예시적인 상세한 구조는 후술할 것이다.
펄스 선택 광학부(300)는 원하는 펄스폭에 따라 제 1 모드 또는 제 2 모드로 동작하도록 구성된 광학계이다. 제 1 모드는 제 1 레이저(L1)를 제 2 레이저 발생부(200)를 경유하지 않고 증폭부(500)를 향하게 하는 모드이고, 제 2 모드는 제 1 레이저(L1)를 제 2 레이저 발생부(200) 쪽으로 경로 변환시키고, 제 2 레이저 발생부(200)에서 출력된 제 2 레이저(L2)를 증폭부(500)로 향하게 하는 모드이다. 즉, 제 1 모드에서는 제 1 펄스폭의 제 1 레이저(L1)가 출력되고, 제 2 모드에서는 제 2 펄스폭의 제 2 레이저(L2)가 출력된다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성과 함께, 각각 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 광경로를 보인다.
레이저 장치(1001)의 펄스 선택 광학부(301)는 제 1 편광 빔 스플리터(310), 제 1 1/4파장판(320), 구동 미러(330)를 포함한다. 제 1 편광 빔 스플리터(310)는 제 1 편광을 투과시키고 제 1 편광과 수직인 제 2 편광의 광은 반사시킨다. 제 1 편광은 P 편광, 제 2 편광은 S 편광일 수 있다. 이하의 도면에서 제 1 편광은 ↔, 제 2 편광은 ⊙로 표시하기로 한다. 구동 미러(330)는 제 1 편광 빔 스플리터(310)와 제 2 레이저 발생부(200) 사이에 광 경로 내, 외로 위치가 구동되는 전반사 미러이다. 즉, 구동 미러(330)는 제 1 편광 빔 스플리터(310)와 제 2 레이저 발생부(200) 사이의 광 경로 내에 위치하거나(도 2a) 또는 상기 광 경로 밖에 위치하도록(도 2b) 위치 제어될 수 있다. 제 1 1/4파장판(320)은 구동 미러(330)와 제 1 편광 빔 스플리터(310)에 배치된다. 제 1 레이저 발생부(100)와 제 1 편광 빔 스플리터(310) 사이에는 경로 전환 부재(391)(392)가 배치될 수 있다. 경로 전환 부재(391)(392)는 전반사 미러일 수 있고, 또는 제 1 편광의 광을 반사시키는 편광 빔 스플리터일 수도 있다.
도 2a를 참조하여 제 1 모드의 동작을 살펴보면, 다음과 같다. 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력된 제 1 레이저(L1)는 경로 전환 부재(391)(392)를 거쳐 제 1 편광 빔 스플리터(310)에 도달한다. 제 1 레이저(L1)는 제 1 편광의 광이므로, 제 1 편광 빔 스플리터(310)를 투과한다. 다음, 제 1 1/4 파장판(320)을 지나며 원편광으로 편광 변환되어 구동 미러(330)에 도달한다. 다음, 구동 미러(330)에서 반사되며 이전의 원편광과 반대 방향의 원편광으로 변환되고, 다시 제 1 1/4 파장판(320)을 지나며 제 2 편광 상태가 되므로, 이번에는 제 1 편광 빔 스플리터(310)에서 반사된다.
이와 같은 경로로, 제 1 레이저 발생부(100)에서 생성된 제 1 레이저(L1)는 제 2 레이저 발생부(200)에 입사되지 않고, 증폭부(500)를 향해 출력되며, 증폭부(500)에서 증폭되어 출력된다.
도 2b를 참조하여 제 2 모드의 동작을 살펴보면, 다음과 같다. 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력된 제 1 레이저(L1)는 경로 전환 부재(391)(392)를 거쳐 제 1 편광 빔 스플리터(310)에 도달한다. 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력된 제 1 레이저(L1)는 제 1 편광의 광으로, 제 1 편광 빔 스플리터(310)를 투과한다. 다음, 제 1 1/4 파장판(320)을 지나며 원편광으로 편광 변환된다. 구동 미러(330)는 제 2 모드에서는 광 경로 밖으로 위치 변경되어 있어, 제 1 레이저(L1)는 제 2 레이저 발생부(200)에 입사한다. 제 2 레이저 발생부(200)에서 제 2 레이저(L2)가 출력된다. 제 2 레이저(L2)는 제 2 레이저 발생부(200)에 구비된 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 셀에서의 SBS stoke process에 의해 입사된 빔의 일부분이 압축되어 SBS cell에 입사된 반대 방향으로 되돌아오는 상태로 출력된다. 다음, 제 1 1/4 파장판(320)을 지나며 제 2 편광 상태가 되어 제 1 편광 빔 스플리터(310)에서 반사된다.
이와 같은 경로로, 제 1 레이저 발생부(100)에서 생성된 제 1 레이저(L1)는 제 2 레이저 발생부(200)에 입사되고 이로부터 제 2 레이저 발생부(200)가 증폭부(500)를 향해 제 2 레이저(L2)를 출력한다. 제 2 레이저(L2)는 증폭부(500)를 거쳐 출력된다.
도 3은 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 광학적 배치를 개략적으로 보인다.
레이저 장치(1002)는 제 1 레이저 발생부(101), 제 2 레이저 발생부(201), 증폭부(501)를 포함하며, 또한, 도 2a 및 도 2b에서 설명한 구성의 펄스 선택 광학부(301)를 포함한다.
제 1 레이저 발생부(101)는 레이저 매질(155)과, 레이저 매질(155)에 광을 공급하는 펌핑 광원(152)과, 레이저 매질(155)을 사이에 두고 이격 배치된 제 1 미러(110) 및 제 2 미러(190)를 포함한다. 제 1 미러(110)는 전반사 미러, 제 2 미러(190)는 출력 미러로서, 부분반사 미러일 수 있다.
펌핑 광원(152)은 플래시 램프 또는 레이저 다이오드일 수 있고, 그 외, 레이저 매질(155)에 광 에너지를 제공할 수 있는 다양한 종류의 광원일 수 있다. 펌핑 광원(152)은 미도시된 전원 공급부로부터 전원을 공급받아 발광하며 광을 레이저 매질(155)에 제공한다. 레이저 매질(155)은 펌핑 광원(152)에서 공급된 광의 에너지를 흡수하여 증폭된 광을 방출한다. 레이저 매질(155)은 Nd:Yag(neodymium-doped yttrium aluminium garnet)일 수 있으며, 다만 이에 한정되지 않으며, Nd:YAP(Neodymium: Yttrium-Aluminum-Perovskite) 이 레이저 매질(155)로 사용될 수도 있다.
제 1 레이저 발생부(101)는 Q-switching 방식을 이용하여 제 1 펄스폭을 가지는 제 1 레이저(L1), 예를 들어, 나노초 레이저를 발생할 수 있다. 이를 위해, 제 1 미러(110)와 레이저 매질(155) 사이에 포화 흡수체(130)가 배치될 수 있다. 포화 흡수체(130)는 일정 이하의 세기를 갖는 빛은 흡수하고 일정 이상의 세기를 갖는 빛은 통과시키는 역할을 할 수 있다. 포화 흡수체(130)는 수동형 Q-스위치 (passive Q-switcher)로도 불린다. 포화 흡수체(130)는 Cr4+:YAG(four-valence Chromium Doped Yttrium Aluminum Garnet)를 포함할 수 있다. 펌핑 광원(152)에서 공급된 광에 의해 레이저 매질(155)에서 여기된 광 중 일정 기준 이하의 세기를 갖는 광은 포화 흡수체(130)에 흡수되고, 일정 이상의 세기를 가지는 광은 포화 흡수체(130)를 통과하며 제 1 미러(110)와 제 2 미러(190) 사이의 공진 경로를 왕복하며 증폭된다. 이와 같이, 일정 이상의 세기를 가진 광이 레이저 발진을 일으켜서 출력 미러인 제 2 미러(190)를 통해 소정의 시간폭으로 출력될 수 있다.
제 1 미러(110)와 제 2 미러(190) 사이에는 에탈론 필터(170)가 더 배치될 수 있다. 에탈론 필터(170)는 입사광 중 특정 모드를 분리하여 출력할 수 있다. 에탈론 필터(170)를 구성하는 복수층의 복수 계면에서 광이 반복적으로 반사, 투과됨에 따라 에탈론 필터(170) 내부에서 복합적인 간섭이 일어나며, 이 때, 두께(광학적 거리)와 파장이 소정 조건을 만족하는 특정 모드의 광만이 출사될 수 있다. 제 1 미러(110)와 레이저 매질(155) 사이에는 핀홀(120)이 더 배치될 수 있다. 이와 같이 구비되는 핀홀(120), 포화 흡수체(130), 에탈론 필터(170)는 제 1 레이저 발생부(101)에서 생성되는 제 1 레이저(L1)의 모드를 소정 요건으로 맞추기 위해 구비된다. 제 2 레이저 발생부(201)에 입사되는 나노초 레이저가 transverse single mode, longitudinal single mode이어야, 제 2 레이저 발생부(201)에 구비된 SBS cell(250)로부터 피코초 레이저가 생성될 수 있다. 이를 위해 상기 구성 및 공진기 길이 등이 적절히 설정될 수 있다. 제 1 레이저 발생부(101)는 또한, 출력되는 제 1 레이저(L1)가 제 1 편광 상태를 갖도록 하는 편광자(160)를 더 포함할 수 있다. 편광자(160)의 위치는 도시된 위치로 한정되는 것은 아니다.
제 2 레이저 발생부(201)는 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 셀(250)을 포함한다. SBS 셀(250)은 제 1 펄스폭의 제 1 레이저(L1)를 압축시켜 제 1 펄스폭보다 짧은 제 2 펄스폭의 제 2 레이저를 생성할 수 있다. 나노초 레이저인 제 1 레이저(L1)가 SBS 압축 방식으로 압축되어 피코초 레이저인 제 2 레이저(L2)가 추출될 수 있다. 제 2 레이저 발생부(201)는 또한, SBS 셀(250)을 투과한 광을 다시 SBS 셀(250)로 반사시키는 미러(210)를 포함할 수 있다. 미러(210)는 전반사 미러일 수 있고, 또한, 광을 SBS 셀(250)로 포커싱 하기 위한 오목 미러일 수 있다.
증폭부(501)는 제 1 레이저 발생부(101) 또는 제 2 레이저 발생부(201)에서 출력되는 낮은 에너지의 레이저를 증폭시킨다. 증폭부(501)는 입사되는 제 1 레이저(L1) 또는 제 2 레이저(L2)를 1차로 증폭하는 제 1 증폭부(520)와 제 1 증폭부(520)에서 증폭된 광을 추가로 증폭하는 제 2 증폭부(540)를 포함할 수 있다.
제 1 증폭부(520)는 제 1 펌핑 광원(522)과 제 1 증폭 매질(525)을 포함한다. 제 1 증폭 매질(525)은 제 1 펌핑 광원(522)으로부터 공급받은 광 에너지를 흡수하여, 입사된 제 1 레이저(L1)의 에너지를 증폭하여 출력한다. 또한, 제 2 증폭부(540)는 제 2 펌핑 광원(542)과 제 2 증폭 매질(545)을 포함하며, 제 2 증폭 매질(545)은 제 2 펌핑 광원(542)으로부터 공급받은 공 에너지를 흡수하여, 제 1 증폭부(520)에서 1차로 증폭된 레이저를 추가로 증폭할 수 있다. 제 1 증폭 매질(525), 제 2 증폭 매질(545)은 제 1 레이저 발생부(101)에 구비된 레이저 매질(155)과 동일한 파장의 광을 발진하도록, Nd:Yag(neodymium-doped yttrium aluminium garnet)일 수 있다.
제1 증폭부(501)의 일단에는 전반사 미러(510)가 배치될 수 있다. 제 1 증폭부(520)와 제 2 증폭부(540) 사이에는 펄스 선택 광학부(301)를 경유하여 나오는 광을 제 1 증폭부(520)로 향하게 하고, 제 1 증폭부(520)에서 증폭된 광을 제 2 증폭부로 향하게 하는, 제 2 편광 빔 스플리터(450)가 더 배치될 수 있다. 제 1 증폭부(520)와 제 2 증폭부(540) 사이에는 경로 전환 부재(460)가 더 배치될 수 있다. 제 2 편광 빔 스플리터(450)와 제 1 증폭부(520) 사이에는 제 3 1/4 파장판(455)이 더 배치될 수 있다. 펄스 선택 광학부(301)와 제 2 편광 빔 스플리터(450) 사이에는 반파장판(455)이 더 배치될 수 있다. 또한, 펄스 선택 광학부(301)와 제 1 증폭부(520) 사이 및 제 1 증폭부(520)와 제 2 증폭부(540) 사이의 광경로 상의 적절한 위치에 빔 익스팬더(410)(470)가 배치될 수 있다. 펄스 선택 광학부(301)에서 제 1 증폭부(520)를 향하는 광경로에는 경로 전환 부재(420)와 아이솔레이터(430)가 배치될 수 있다. 경로 전환 부재(420)는 전반사 미러일 수 있다. 또는, 도 2a 및 도 2b에서 살펴본 바와 같이, 펄스 선택 광학부(301)에서 나오는 광은 제 2 편광 상태이므로, 경로 전환 부재(420)는 제 2 편광을 반사시키는 편광 빔 스플리터로 구성될 수도 있다.
펄스 선택 광학부(301)에서 나오는 제 1 레이저(L1), 또는 제 2 레이저(L2)가 증폭부(501)를 통과하여 출력되는 광 경로를 살펴보면 다음과 같다. 도 2a 및 도 2b에서 설명한 바와 같이, 구동 미러(330)가 위치 제어됨에 따라 펄스 선택 광학부(301)는 증폭부(501)를 향해 제 2 편광 상태로 제 1 레이저(L1) 또는 제 2 레이저(L2)를 출력한다. 출력된 광은 빔 익스팬더(410), 경로 전환 부재(420), 아이솔레이터(430)를 거쳐 1/2 파장판(440)에 도달하며, 1/2파장판(440)에서 제 2 편광 상태로 변환된다. 제 2 편광 빔 스플리터(450)는 제 2 편광의 광을 투과시키고, 제 1 편광의 광을 반사시키도록 구성되어, 제 2 편광의 제 1 레이저(L1) 또는 제 2 레이저(L2)가 제 1 증폭부(520)를 향하게 된다. 이 때, 제 3 1/4파장판(455)에 의해 원편광으로 변환되어, 제 1 증폭부(520)를 통과하고 전반사 미러(510)에서 반사되며 반대 방향의 원편광으로 변환되므로, 다시 제 3 1/4 파장판(455)을 지난 후에는 제 1 편광의 광으로 변환되어, 제 2 편광 빔 스플리터(450)에서 반사된다. 다음, 경로 전환 부재(460)를 거쳐 제 2 증폭부(540)를 향하게 된다. 경로 전환 부재(460)은 전반사 미러일 수 있고, 또는 제 1 편광의 광을 반사시키는 편광 빔 스플리터일 수 있다. 이와 같은 경로로 제 2 증폭부(540)에 입사된 제 1 레이저(L1) 또는 제 2 레이저(L2)는 제 2 펌핑 광원(542)으로부터 공급된 광 에너지를 흡수한 제 2 증폭 매질(545)을 지나며 증폭되어 출력된다.
도 4a 및 도 4b는 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구성과 함께, 각각 제 1 모드 및 제 2 모드로 동작하는 광경로를 보인다.
본 실시예의 레이저 장치(1003)는 펄스 선택 광학부(303)가 전술한 레이저 장치(1001)(1002)에 구비된 구동 미러(330) 대신, 가변 반파장판(340)(380)을 활용한 광학계 구성을 가지는 점에서 차이가 있다.
레이저 장치(1003)의 펄스 선택 광학부(303)는 입사광의 편광을 변화시키지 않고 투과시키는 오프(off) 모드, 또는, 입사광의 편광을 수직 방향으로 변환하여 투과시키는 온(on) 모드로 제어되는 제 1 가변 반파장판(340), 제 1 가변 반파장판(340)을 지난 광 경로에 배치되어, 서로 수직인 제 1 편광과 제 2 편광 중 어느 한 편광의 광을 투과시키고 나머지 한 편광의 광은 반사시키는 제 1 편광 빔 스플리터(350), 제 1 편광 빔 스플리터(350)와 제 2 레이저 발생부(200) 사이에 배치된 제 1 1/4 파장판(320), 제 1 편광 빔 스플리터(350)에 의해 반사된 광이 진행하는 경로상에 배치된 제 2 1/4파장판(370)과 미러(375), 제 1 편광 빔 스플리터(350)와 증폭부(500) 사이에 배치되며, 입사광의 편광을 변화시키지 않고 투과시키는 오프(off) 모드, 또는, 입사광의 편광을 수직 방향으로 변환하여 투과시키는 온(on) 모드로 제어되는 제 2 가변 반파장판(380)을 포함한다. 또한, 제 1 레이저 발생부(100)와 제 1 편광 빔 스플리터(350) 사이에는 경로 전환 부재(393)(394)가 배치될 수 있다. 경로 전환 부재(393)(394)는 전반사 미러일 수 있다.
도 4a를 참조하여 제 1 모드의 동작을 살펴보면, 다음과 같다. 제 1 모드에서 제 1 가변 반파장판(340)은 입사광의 편광을 수직 방향으로 바꾸는 온(on) 모드로 동작한다. 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력된 제 1 레이저(L1)는 제 1 편광의 광이며, 온 모드 상태인 제 1 가변 반파장판(340)을 지나며 제 2 편광의 광으로 변환된다. 제 2 편광의 광으로 변환된 제 1 레이저(L1)는 경로 전환 부재(393)(394)를 거쳐 제 1 편광 빔 스플리터(350)에 도달한다. 제 1 편광 빔 스플리터(350)는 제 1 편광의 광은 투과시키고 제 2 편광의 광을 반사시키는 편광 빔 스플리터이므로, 제 2 편광의 제 1 레이저(L1)를 반사한다. 반사된 제 1 레이저(L1)는 제 2 1/4파장판(370)을 지나며 원편광으로 변환되고 미러(375)에서 반사되며 반대 방향의 원편광으로 변환된 후 다시 제 2 1/4파장판(370)을 투과한 후에는 제 1 편광 상태가 되어, 제 1 편광 빔 스플리터(350)를 투과한다. 제 2 가변 반파장판(380)은 온(on) 모드로 동작하며, 입사된 제 1 편광의 제 1 레이저(L1)를 제 2 편광으로 변화시켜 출사한다.
이와 같은 경로로, 제 1 레이저 발생부(100)에서 생성된 제 1 레이저(L1)는 제 2 레이저 발생부(200)에 입사되지 않고, 증폭부(500)를 향하게 되며, 증폭부(500)에서 증폭되어 출력된다.
도 4b를 참조하여 제 2 모드의 동작을 살펴보면, 다음과 같다. 제 2 모드에서 제 1 가변 반파장판(340)은 입사광의 편광을 변환시키지 않는 오프(off) 모드로 동작한다. 제 1 레이저 발생부(100)에서 출력된 제 1 레이저(L1)는 제 1 편광의 광이며, 오프 모드 상태인 제 1 가변 반파장판(340)을 지난 후에도 제 1 편광을 유지한다. 제 2 편광의 제 1 레이저(L1)는 경로 전환 부재(393)(394)를 거쳐 제 1 편광 빔 스플리터(350)에 도달한다. 제 1 편광 빔 스플리터(350)는 제 1 편광의 광을 투과시키므로, 제 1 편광의 제 1 레이저(L1)가 제 2 레이저 발생부(200)를 향하게 된다. 또한, 제 1 편광 빔 스플리터(350)를 투과한 광 경로에 배치된 제 1 1/4파장판(320)에 의해, 제 1 레이저(L1)는 원편광상태로 제 2 레이저 발생부(200)에 입사된다. 제 2 레이저 발생부(200)에서 제 2 레이저(L2)가 생성된다. 제 2 레이저(L2)는 제 2 레이저 발생부(200)에 구비된 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 셀에서의 SBS stoke process에 의해 SBS 셀에 입사된 방향과 반대 방향으로 되돌아오는 상태로 출력된다. 제 2 레이저(L2)가 제 1 1/4파장판(320)을 투과한 후에는 제 2 편광의 광이 되어 제 1 편광 빔 스플리터(350)에서 반사될 수 있다. 다음, 오프(off) 모드로 동작하는 제 2 가변 반파장판(380)을 지나며 편광 상태가 그대로 유지되므로, 제 2 편광 상태의 제 2 레이저(L2)가 출력된다.
이와 같은 경로로, 제 1 레이저 발생부(100)에서 생성된 제 1 레이저(L1)는 제 2 레이저 발생부(200)에 입사되고 이로부터 제 2 레이저 발생부(200)가 제 2 레이저(L2)를 출력하여 증폭부(500)를 향하게 한다. 제 2 레이저(L2)는 증폭부(500)를 거쳐 증폭되어 출력된다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 광학적 배치를 개략적으로 보이는 도면이다.
본 실시예의 레이저 장치(1005)는 도 3에서 설명한 제 1 레이저 발생부(101), 제 2 레이저 발생부(201), 증폭부(501)를 포함하며, 도 4a 및 도 4b에서 설명한 펄스 선택 광학부(303)를 포함한다.
각 세부 구성 요소와 동작은 도 3 및 도 4a, 도 4b에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 5에 예시된 광학계의 구체적인 구성은 도 1의 개념을 구현하는 예시적인 것이며, 구동 미러 또는 가변 반파장판을 활용하여 나노초 레이저와 피코초 레이저를 선택적으로 출력하도록 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 예시된 구체적인 광학계는 제 1 모드에서 나노초 레이저가 출력되고 제 2 모드에서 피코초 레이저가 출력되는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않으며, 제 1 모드에서 피코초 레이저가 출력되고 제 2 모드에서 나노초 레이저가 출력되는 형태로 광학계의 세부 구성이 변경될 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 3의 경로 전환 부재(391)(392)(420(460)들, 도 5의 경로 전환 부재(393)(394)(420)(460)들은 제 1 레이저 발생부(101), 제 2 레이저 발생부(201), 제 1 증폭부(520), 제 2 증폭부(540)에서의 광경로가 서로 평행하도록 구비되고 있으며, 필요에 따라 일부가 생략되거나 또는 다른 경로 전환 부재가 더 추가될 수도 있다. 또한, 증폭부(501)가 하나의 증폭부 만을 포함하도록 구성될 수도 있다.
실시예에 따른 레이저 장치는 다양한 장치, 예를 들어, 미용용이나 치료용의 의료 장치로 활용될 수 있고, 이외에도, 복수 종류의 펄스폭을 가지는 레이저를 선택적으로 활용할 수 있는 다양한 전자 장치에 채용될 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 치료 장치의 개략적인 구성을 보이는 블록도이다.
치료 장치(2000)는 레이저 장치(2500)와, 레이저 장치를 구동하는 제어부(2300)를 포함한다. 레이저 장치(2500)는 전술한 실시예들에 따른 레이저 장치(1000)(1001)(1002)(1003)(1005) 중 어느 하나, 또는 이들의 변형된 구성을 포함할 수 있다. 제어부(2300)는 레이저 장치(2500)의 펄스 모드를 선택하고 이에 따라 레이저 장치(2500)를 구동할 수 있다. 치료 장치(2000)는 또한, 대상체(OBJ)의 피부 상태를 진단하기 위한 피부 표면 진단기(2600)와, 레이저 장치(2500)의 제어에 사용되는 정보가 저장되는 메모리(2800)를 더 포함할 수 있고, 또한, 사용자 인터페이스(2200)를 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(2200)는 표시부 및 입력부를 포함할 수 있다. 입력부는 예를 들어, 키보드나 터치 패널등을 포함할 수 있다.
레이저 광을 이용한 피부 치료에 있어, 색소 병변의 종류에 따라 다른 종류, 다른 에너지의 레이저가 필요할 수 있다. 예를 들어, 주근깨, 잡티 등의 표피 병변의 치료에는 나노초 레이저가 적당할 수 있고, 피부 진피층 깊이 있는 병변의 치료의 경우 또는 색소 치료시 색소 입자를 작은 사이즈로 쪼개서 치료하는 것이 필요한 경우, 피코초 레이저를 사용하는 것이 적절할 수 있다.
치료 장치(2000)는 피코초 레이저와 나노초 레이저를 선택적으로 출력할 수 있는 레이저 장치(2500)를 구비하고 있어 병변 종류에 알맞은 치료 효과를 나타낼 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1000, 1001, 1002, 1003, 1004: 레이저 장치
100, 101: 제 1 레이저 발생부
200, 201: 제 2 레이저 발생부
300, 301, 303, 303, 304 : 펄스 선택 광학부
330: 구동 미러
310, 350, 355: 제 1 편광 빔 스플리터
340, 380: 제 1, 제 2 가변 반파장판
320, 370, 455: 제 1, 제 2, 제 3 1/4 파장판
391, 392, 393, 394, 420, 460: 경로 전환 부재
450: 제 2 편광 빔 스플리터
2000: 치료 장치
100, 101: 제 1 레이저 발생부
200, 201: 제 2 레이저 발생부
300, 301, 303, 303, 304 : 펄스 선택 광학부
330: 구동 미러
310, 350, 355: 제 1 편광 빔 스플리터
340, 380: 제 1, 제 2 가변 반파장판
320, 370, 455: 제 1, 제 2, 제 3 1/4 파장판
391, 392, 393, 394, 420, 460: 경로 전환 부재
450: 제 2 편광 빔 스플리터
2000: 치료 장치
Claims (16)
- 제 1 펄스폭의 제 1 레이저를 출력하는 제 1 레이저 발생부;
상기 제 1 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 2 레이저로부터 상기 제 1 펄스폭보다 짧은 제 2 펄스폭을 가지는 제 2 레이저를 출력하는 제 2 레이저 발생부;
상기 제 1 레이저 발생부 또는 상기 제 2 레이저 발생부로부터 출력된 레이저 광을 증폭하는 증폭부; 및
원하는 펄스폭에 따라 제 1 모드 또는 제 2 모드로 동작하는 것으로,
상기 제 1 모드에서는, 상기 제 1 레이저를 상기 제 2 레이저 발생부를 경유하지 않고 상기 증폭부를 향하게 하고,
상기 제 2 모드에서는, 상기 제 1 레이저를 상기 제 2 레이저 발생부 쪽으로 경로 변환시키고, 상기 제 2 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 2 레이저를 상기 증폭부로 향하게 하는,
펄스 선택 광학부;를 포함하는, 레이저 장치. - 제1항에 있어서,
상기 펄스 선택 광학부는
제 1 편광의 광을 투과시키고 상기 제 1 편광과 수직인 제 2 편광의 광은 반사시키는 제 1 편광 빔 스플리터;
상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 2 레이저 발생부 사이에 배치되어, 상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 2 레이저 발생부 사이의 광 경로 내에 위치하거나 또는 상기 광 경로 밖에 위치하도록 위치 제어되는 구동 미러; 및
상기 미러와 상기 제 1 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 제 1 1/4 파장판;을 포함하는, 레이저 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제 1 모드에서 상기 구동 미러는 상기 광 경로 내에 위치하고,
상기 제 2 모드에서 상기 구동 미러는 상기 광 경로 밖에 위치하는, 레이저 장치. - 제1항에 있어서,
상기 펄스 선택 광학부는
입사광의 편광을 변화시키지 않고 투과시키는 오프(off) 모드, 또는, 입사광의 편광을 수직 방향으로 변환하여 투과시키는 온(on) 모드로 제어되는 제 1 가변 반파장판:
상기 제 1 가변 반파장판을 지난 광 경로에 배치되어, 서로 수직인 제 1 편광과 제 2 편광 중 어느 한 편광의 광을 투과시키고 나머지 한 편광의 광은 반사시키는 제 1 편광 빔 스플리터;
상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 제 2 레이저 발생부 사이에 배치된 제 1 1/4 파장판;
상기 제 1 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 광이 진행하는 경로상에 배치된 제 2 1/4파장판과 미러; 및
상기 제 1 편광 빔 스플리터와 상기 증폭부 사이에 배치되며, 입사광의 편광을 변화시키지 않고 투과시키는 오프(off) 모드, 또는, 입사광의 편광을 수직 방향으로 변환하여 투과시키는 온(on) 모드로 제어되는 제 2 가변 반파장판;을 포함하는, 레이저 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제 1 모드에서,
상기 제 1 가변 반파장판과 상기 제 2 가변 반파장판은 온(on) 모드로 동작하고,
상기 제 2 모드에서
상기 제 1 가변 반 파장판과 상기 제 2 가변 반파장판은 오프(off) 모드 로 동작하는, 레이저 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제 1 레이저 발생부에서 출력된 상기 제 1 레이저는 제 1 편광의 광이고,
상기 제 1 편광 빔 스플리터는
상기 제 1 편광의 광을 투과시키고 상기 제 1 편광과 수직인 제 2 편광의 광은 반사시키는, 레이저 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 모드에서 나노초 레이저가 출력되고,
상기 제 2 모드에서 피코초 레이저가 출력되는, 레이저 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 레이저 발생부는
레이저 매질과, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 펌핑 광원과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 이격 배치된 제1미러 및 제2미러를 포함하는, 레이저 장치. - 제8항에 있어서,
상기 제 1 레이저 발생부는
상기 제 1 미러와 상기 레이저 매질 사이에 배치된 포화 흡수체를 더 포함하는, 레이저 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제 2 레이저 발생부는 SBS(Stimulated Brillouin Scattering) 셀을 포함하는, 레이저 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제 1 레이저 발생부는
상기 제 1 미러와 상기 레이저 매질 사이에 배치된 핀홀과,
상기 레이저 매질과 상기 제 2 미러 사이에 배치된 에탈론 필터를 더 포함하는, 레이저 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제 2 레이저 발생부는 상기 SBS 셀을 지난 광을 상기 SBS 셀로 모으는 오목 미러를 더 포함하는, 레이저 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증폭부는
입사되는 상기 제 1 레이저 또는 상기 제 2 레이저를 증폭하는 제 1 증폭부; 및
상기 제 1 증폭부에서 증폭된 광을 추가로 증폭하는 제 2 증폭부;를 포함하는, 레이저 장치. - 제13항에 있어서,
상기 제 1 증폭부와 상기 제 2 증폭부 사이에 배치되어,
상기 펄스 선택 광학부를 경유하여 나오는 광을 상기 제 1 증폭부로 향하게 하고, 상기 제 1 증폭부에서 증폭된 광을 상기 제 2 증폭부로 향하게 하는, 제 2 편광 빔 스플리터를 더 포함하는, 레이저 장치. - 제14항에 있어서,
상기 펄스 선택 광학부와 상기 제 2 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 반파장판과,
상기 제 1 증폭부와 상기 제 2 편광 빔 스플리터 사이에 배치된 제 3 1/4파장판을 더 포함하는, 레이저 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 레이저 장치;
상기 레이저 장치를 상기 제 1 모드 또는 상기 제 2 모드로 동작하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 치료 장치.
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- 2021-09-02 KR KR1020210117103A patent/KR102513576B1/ko active IP Right Grant
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