KR100189599B1 - 레이저 발진 장치 - Google Patents

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Abstract

간단한 외부 광학계에서 원 편광이 얻어지는 레이저 발진 장치이다. 폴디드형 공진기(10)의 폴딩부는 반사경(4a, 4b 및 4c)으로 구성된다. 반사경(4a)은 여기부(3a)의 광축에 대해 45°경사지고, 반사경(4c)은 여기부(3b)의 광축에 대해 45°경사져 있다. 반사경(4b)은 수평으로 배치되어, 반사경(4a 및 4c)에 대해 직각 이등변삼각형의 정점의 위치에 배치한다. 이것에 의해, 여기부(3b)로부터의 레이저 광은 반사경(4c)에서 S 편광 성분이 반사경(4b)으로 반사되고, 또 반사경(4b)에서 P 편광성분이 반사되며, 반사경(4a)에서 S 편광 성분이 반사되고, 폴디드형 공진기(10)으로 부터는 화살표(11)로 표시된 직선 편광 성분을 갖고 있는 레이저 광이 출력된다. 따라서, 폴디드형 공진기(10)의 외부에서는 1/4 파장 미러를 사용하는 것만으로 원편광의 레이저 광을 간단하게 얻을 수 있다.

Description

레이저 발진 장치
CO2가스 레이저 발진 장치 등의 가스 레이저 발진 장치는 고효율로 고출력을 얻을 수 있기 때문에 레이저 가공에 광범위하게 사용되고 있다.
그런데, CO2레이저 발진 장치의 경우, 레이저 매질인 CO2분자는 공진기 내부에서의 방전에 의해 여기되지만, 그 때의 투입 전력은 여기부를 구성하는 부재의 내구력 및 여기에 의해 발생하는 가스의 온도 상승에 의해 제한을 받는다. 또, 출력 미러의 내광 강도(light-proof strength) 상의 제한으로 출력 빔의 직경을 크게 할 필요가 있다. 이 때문에, 고출력을 얻기 위해서는 공진기의 광로를 길게 하는 것이 필요하므로, 레이저 시스템은 전체적으로 크기가 커지게 된다. 따라서, 시스템 구성의 확장을 막기 위해서, 대부분의 레이저 발진 장치는 공진기 광로를 다단으로 폴드(fold)하여 레이저 발진 장치의 전체 길이를 단축할 수 있도록 구성하고 있다.
제5도는 종래의 폴디드형 공진기의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 제5도에 있어서, 공진기(20)는 출력 미러(1), 리어 미러(2), 여기부(3a 및 3b), 및 반사경(14a 및 14b)으로 구성된다. 공진기(20) 내의 모든 광축은 동일 수평면 내에 있도록 조정되어 있다. 이와 같은 광축을 갖고 있는 공진기(20)에서는 출력 미러(1)로 부터 출사된 레이저 광의 편광 방향은 화살표(21)로 표시되는 바와 같이 수평면에 대해 90°의 연직 방향이 된다.
한편, 레이저 광을 금속 등의 절단 가공에 사용하는 경우, 워크피스에 조사하는 레이저 광은 직선 편광보다도 원 편광 쪽이 양호한 가공 품질을 얻을 수 있다. 그래서, 통상적으로 연직 방향 또는 수평 방향의 직선 편광은 제6도에 도시한 바와 같은 기구에 의해 원 편광화된다.
제6도는 직선 편광된 레이저 광을 원 편광으로 변환하기 위한 종래의 광학계를 도시하는 도면이다. 공진기(20)로부터 출사된 레이저 광은 화살표(21)로 표시되는 바와 같이 연직 방향으로 직선 편광이다. 이 레이저 광을 원 편광으로 변환하기 위해서는 45°방향으로 직선 편광하기 위한 편광 미러(5)와 1/4 파장 미러(6)가 요구된다. 이 편광 미러(5) 및 1/4 파장 미러(6)에 의해 원 편광으로 변환된 레이저 광은, 다시 미러(7)에 의해 수직 방향으로 방향을 바꾸고, 집광 렌즈(8)로 집광하여, 워크피스(9)에 조사된다. 상기 내용은 연직 방향으로 직선 편광된 레이저 광을 원편광화하는 경우에 관하여 설명하였으나, 수평 방향의 직선 편광을 원 편광화하는 경우에도 상술한 것과 동일한 구성으로 된다.
제6도에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 레이저 발진 장치에서는 연직 방향 또는 수평 방향의 직선 편광된 레이저 광을 원 편광화하기 위하여, 적어도 편광 미러(5) 및 1/4 파장 미러(6)를 필요로 한다. 부가적으로, 워크피스는 대개 수평면 상에 배치되기 때문에, 레이저 광의 방향을 연직 하향으로 변환하기 위한 미러(7)를 필요로 한다. 달리 말하면, 3개의 외부 미러가 필요하게 된다. 이들 부가 미러로 인하여, 레이저 발진 장치의 비용도 그만큼 많이 들게 된다.
이들 외부 미러는 공진기 내부의 미러와는 달리, 먼지 등에 의해 종종 오염되는 일이 있다. 이 때문에, 분해하여 세정하는 등의 보수 작업이 요구된다. 또한, 분해 후의 조립시에는 번잡한 외부 광학계를 조정하여야만 하였다.
(발명의 개시)
본 발명은 이와 같은 점을 감안한 것으로, 외부 광학계를 간단한 구성으로 구성할 수 있는 레이저 발진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해, 광축을 다단으로 폴드하는 폴디드형 공진기로부터 레이저 광을 출사하는 레인저 발진 장치에 있어서, 각각의 여기부의 광축에 대해 수평면 상에서 45°경사지고, 또 수직면 상에서 45°경사진 제1반사경 및 제2반사경과, 상기 제1반사경 및 상기 제2반사경의 중심을 잇는 선을 밑변으로 하는 직각 이등변 삼각형의 정점의 위치에 중심을 갖고, 수평으로 배치된 제3반사경으로 이루어진 폴딩부(folding section)를 포함하는 레이저 발진 장치가 제공된다. 폴딩부에서는 제1반사경 및 제2반사경으로부터의 반사각이 90°인 광 성분이 제3반사경으로 반사되고, 이 때문에 S 편광 성분이 반사된다. 그리고, 제1 및 제2반사경은 수직면 상에서 45°경사져 있으므로, 그 S 편광 성분은 수평면에 대해 45°경사져 있다. 다시 말하면, 수평면에 대해 45°경사진 직선 편광의 레이저 광은 폴디드형 공진기로부터 출력된다.
따라서, 레이저 광을 원 편광화하기 위한 외부 광학계로서는, 예를 들면 1/4 파장 미러를 설치하는 것만으로 충분하므로, 외부 광학계의 구성을 간단히 할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최상의 형태)
이하, 본 발명의 일 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명하고자 한다.
제1도는 본 발명에 따른 폴디드형 공진기의 구성을 도시한 도면이다. 제1도에 있어서, 폴디드형 공진기(10)는 출력 미러(1), 리어 미러(2), 여기부(3a 및 3b) 및 반사경(4a, 4b 및 4c)으로 구성된다. 반사경(4b)은 수평으로 배치되며, 반사경(4a)의 중심과 반사경(4c)의 중심을 잇는 선을 밑변으로 하는 직각 이등변 삼각형의 정점에 반사경(4b)의 중심이 위치하도록 배치되어 있다.
제2도는 제1도의 화살표 A 방향에서 본 반사경(4a, 4b 및 4c)을 도시한 도면이다. 반사경(4a 및 4c)은 수직면 상에서 45°경사져 있다.
제3도는 제1도의 화살표 B 방향에서 본 반사경(4a, 4b 및 4c)을 도시한 도면이다. 제3도에 도시한 바와 같이, 반사경(4a)은 여기부(3a)의 광축(3aa)에 대해 수평면에서 45°경사져 있다. 마찬가지로, 반사경(4c)은 여기부(3b)의 광축(3bb)에 대해 수평면에서 45°경사져 있다.
따라서, 여기부(3b)에서 여기된 레이저 광의 S 편광 성분이 반사경(4c)에서 반사경(4b)으로 반사된다. 그리고, P 편광 성분이 반사경(4b)에서 반사경(4a)으로 반사된다. 더우기, 반사경(4a)의 반사광 성분은 S 편광 성분이고, 이 경우, 반사경(4a)은 수직면에 대해 45°경사져 있으므로, S 편광 성분 즉, 수평면에 대해 45°경사진 직선 편광의 레이저 광을 얻을 수 있다.
제4도는 직선 편광 레이저 광을 원 편광으로 변환하기 위한 외부의 광학계를 도시한 도면이다. 상술한 폴디드형 공진기(10)로부터 출사된 레이저 광은 화살표(11)로 표시된 방향, 즉 45°방향으로 직선 편광된 레이저 광이다. 이 레이저 광은 1/4 파장 미러(6)에 의해 원 편광화됨과 동시에, 방향을 연직 하향으로 변환시켜 집광 렌즈(8)에 의해 집광되어 워크피스(9)에 조사된다.
종래에는 레이저 광을 원 편광화하기 위한 외부 광학계로서 45°방향 편광 미러, 1/4 파장 미러 및 연직 하향으로 방향을 변환하기 위한 미러로서 모두 3개의 미러가 필요하게 되어 있다. 이것에 비하여, 본 실시예에서는 45°편광의 레이저 광이 직접 출사되기 때문에, 1개의 1/4 파장 미러(6)만을 사용하는 것만으로도 충분하다. 즉, 폴딩부에서 1개의 반사경이 증가하였지만, 공제 1개의 미러가 감소한다.
특히, 공진기(10) 외부의 미러의 수를 감소시킬 수 있으므로, 분해 세정, 조립시의 조정 등에 요구되는 공정수를 대폭 줄일 수 있다.
상기 설명에서는, 여기부가 2개인 레이저 공진기에 관하여 설명하였지만, 여기부를 3개 이상 설치하여 상술한 것과 동일한 구성의 폴딩부를 복수개 설치할 수도 있다. 단, 여기부가 3개 이상이 되면, 폴딩부에서의 반사경의 수가 증가하므로, 전체적으로 미러의 수는 감소되지 않으나, 외부의 광학계가 간단하게 되어 보수, 조립 등의 작업이 간단해진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저 발진 장치의 폴디드형 공진기는 수평면에 대해 45°경사진 직선 편광된 레이저 광을 폴딩부에서 발생하도록 구성하였기 때문에, 폴디드형 공진기로부터 출사된 레이저 광은 수평면에 대해 45°방향으로 직선 편광된다. 따라서, 레이저 광을 원 편광화하기 위한 외부 광학계로서는, 예를 들면 1/4 파장 미러를 설치하는 것만으로 충분하므로, 외부 광학계의 구성을 간단하게 할 수 있다.
특히, 공진기 외부의 미러의 수가 감소하므로, 분해 세정 등의 보수가 간편하고 용이해지며, 외부 광학계의 조립이 더욱 간단해진다.
본 발명은 폴디드형(folded-type) 공진기로부터 레이저 광을 출사하는 레이저 발진 장치에 관한 것으로, 특히 원 편광(circularly polarized) 레이저 광을 간단하게 얻을 수 있는 레이저 발진 장치에 관한 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 폴디드형 공진기의 구성을 도시한 도면이다.
제2도는 제1도의 화살표 A 방향에서 본 반사경을 도시한 도면이다.
제3도는 제1도의 화살표 B 방향에서 본 반사경을 도시한 도면이다.
제4도는 직선 편광의 레이저 광을 원 편광의 레이저 광으로 변환하기 위한 외부 광학계를 도시한 도면이다.
제5도는 종래의 폴디드형 공진기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
제6도는 종래의 직선 편광의 레이저 광을 원 편광의 레이저 광으로 변환하기 위한 광학계를 도시한 도면이다.

Claims (2)

  1. 광축을 다단으로 폴드(fold)하도록 직선 편광된 레이저 광을 폴디드형(folded-type) 공진기로부터 출사하는 레이저 발진 장치에 있어서, 각각의 여기부의 광축에 대해 수평면 상에서 45°경사지고, 수직면 상에서 45°경사진 제1반사경 및 제2반사경, 및 상기 제1반사경 및 상기 제2반사경의 중심을 잇는 선을 밑변으로 하는 직각 이등변 삼각형의 정점의 위치에 중심을 갖고, 수평으로 배치된 제3반사경으로 이루어지는 폴딩부를 가지며, 이에 따라 상기 폴디드 공진기는 직선 편광된 출력 광을 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴딩부를 복수개 갖고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
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