KR100212114B1 - 고출력 레이저용 편광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 광학장비에 용이하게 장착되어 다양한 종류의 고출력 레이저광의 편광도를 증가시키고, 나아가 레이저광의 투과에 따른 광경로상의 변위차를 제거할 수 있도록 한 고출력 레이저용 편광장치에 관한 것이다. 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치는 크게 일측에는 레이저광 입사부(7)가 구비되고 대향측에는 레이저광 투과부(8)가 형성된 케이싱(5) 및 상기 케이싱(5) 내에 소정의 간격을 두고 수납되며 브루스터의 법칙에 의해 정해지는 각도와(여기에서,

Description

고출력 레이저용 편광장치

본 발명은 레이저광의 편광장치에 관한 것으로, 특히 고출력 또는 단파장 레이저광을 고도로 편광시킬 수 있도록 한 고출력 레이저광의 편광장치에 관한 것이다.

레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)라고 함은 유도방출에 의해 광을 발진시키는 장치를 말하는 바, 이러한 레이저에 의해 발진된 광(이하, 레이저광이라고 한다)은 파장과 위상이 일정하기 때문에 현재 연구, 의학, 계측, 통신 및 정보처리분야 등에서 활발하게 응용이 되고 있으며, 이외에도 공중에 3차원의 광학상을 맺히게 하는 홀로그래피 광원으로도 이용되고 있다.

한편, 이러한 레이저광이 내는 편광도는 통상적으로 90% 정도이기 때문에 종래에는 광학의 기본 법칙중 하나인 브루스터(Brewster)의 법칙을 응용하여 여러 장의 매질판을 적층하거나 또는 다층의 유전체 코팅을 입힌 박막편광기나 프리즘 편광기를 사용하여 100%에 가까운 편광도를 얻고 있다.

그러나, 종래의 100%에 가까운 편광도를 얻는 수단들은 모두 실험실수준에 머무르는 것들이기 때문에 청소, 보관, 설치 및 해제가 용이하지 않으며, 매질판을 적층, 분리하는 과정에서 흠집이 생기거나 파손되는 등의 문제점이 있었다. 나아가, 입사광이 매질판을 투과하는 과정에서 그 경로사이에 변위차가 생겨서 이를 보정해주어야 하기 때문에 단파장, 고출력 및 고효율을 발휘하는 엑사이머(Eximer) 레이저에는 사용이 곤란하다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 광학장비에 용이하게 장착되어 다양한 종류의 고출력 레이저광의 편광도를 증가시키고, 나아가 레이저광의 투과에 따른 광경로상의 변위차를 제거할 수 있도록 한 고출력 레이저용 편광장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 입사광의 편광에 따른 반사 및 투과원리를 설명하기 위한 도

도 2는 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치의 동작원리를 설명하기 위한 도

도 3는 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치를 일부분 절개한 상태에서 본 평면도

도 4는 도 3에 도시한 편광장치를 일부분 절개한 상태에서 본 정면도

도 5는 도 3에 도시한 편광장치의 측면도

도 6는 도 3에 도시한 편광장치의 외관을 보인 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 매질판, 2 : 입사광,

3 : 반사광, 4 : 투과광,

5 : 케이싱, 6 : 테이블 고정판,

7 : 레이저광 입사부, 8 : 레이저광 투과부,

9,10,11 : 체결나사.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치는 크게 일측에는 레이저광 입사부가 형성되고 대향측에는 레이저광 투과부가 형성된 케이싱 및 상기 케이싱내에 소정의 간격을 두고 수납되며 브루스터의 법칙에 의해 정해지는 각도와(여기에서,는 매질판의 장수를 나타내고, x는 장차 얻고자 하는 미편광도 y는 현재의 미편광도 z는 매질판의 특성에 따른 미반사도를 각각 나타낸다)에 의해 정해지는 장수를 가지는 매질판을 포함하여 이루어진다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 레이저광의 편광에 따른 반사 및 투과원리를 설명하기 위한 도이고, 도 2는 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치의 동작원리를 설명하기 위한 도로서, 참조번호 1은 매질판, 2는 입사광, 3은 반사광, 4는 투과광을 각각 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저광이 입사되는 경우에 이렇게 입사되는 광(2)이 모두 편광되기 위한 입사각도는 브루스터 법칙을 수학적으로 표현한 아래의 수학식 1에 의해 얻을 수가 있다.

여기에서,는 입사각도(브루스터 각도)를 나타내고, n은 공기와 매질판(1)사이의 상대굴절률을 나타내는 바, 매질판(1)으로 예를 들어 녹은 실리카판을 채용한 경우에는 그 상대굴절률이 1.467이기 때문에 입사각도()는 대략가 된다.

그러나, 입사되는 레이저광이 매질판(1)을 투과할 때 녹은 실리카판의 특성에 따라 입사되는 광중에서 편광면(plane of polarization)과 수직으로 편광된 광만 투과되고, 평행하게 편광된 부분은 13.5%가 반사되게 된다.

한편, 일반적인 레이저광의 90% 정도는 직선편광(linearly polarized)되어 있기 때문에 99% 정도의 높은 편광도를 가지는 레이저광을 얻기 위해서는 매질판(1)이 다수 장 필요해지는데, 이 때 필요한 매질판(1)의 장수는 아래의 수학식 2에 의해 얻어질 수가 있다.

여기에서,는 매질판(1)의 장수를 나타내고, 수치 0.1은 현재의 미편광도 0.01은 장차 얻고자 하는 미편광도 0.865는 매질판(1)으로서 녹은 실리카판을 채용할 때의 미반사도를 각각 나타낸다.

앞에서 구한 바와 같이, 99% 정도의 높은 편광도를 가지는 레이저광을 얻기 위해서는 총 16 장의 매질판(1)이 필요한 바, 도 2에서와 같이 8장씩 나누어서 대칭되는 각도로 마주보도록 설치하면 도 1에서와 같은 입사광(2)과 투과광(3)사이의 변위차가 제거될 수 있다.

도 3는 도 2에 도시한 원리를 적용한 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치를 일부분 절개한 상태에서 본 평면도이고, 도 4은 도 3에 도시한 편광장치를 일부분 절개한 상태에서 본 정면도이고, 도 5는 도 3에 도시한 편광장치의 측면도이고, 도 6은 도 3에 도시한 편광장치의 외관을 보인 사시도이다.

도 3 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광장치는 크게 높은 편광도를 얻기 위해 필요한 다수의 매질판(1)과 상기 매질판(1)이 수납되는 케이싱(5)으로 구성된다. 케이싱(5)의 일측에는 레이저광이 입사되는 입사부(7)가 체결나사(9)에 의해 고정 결합되고, 대향측에는 레이저광이 투과되는 투과부(8)가 역시 체결나사(9)에 의해 고정 결합된다. 케이싱(5)의 상측벽도 체결나사(11)에 의해 고정되어 있는데, 케이싱(5) 내부에 매질판(1)을 수납 또는 분리하는 경우에는 체결나사(11)를 풀어서 상측벽을 분리한 후에 행할 수가 있다. 도면에서, 미설명부호 6은 매질판(1)이 탑재되는 테이블(미도시)을 고정하는 테이블 고정판을 나타낸다.

한편, 도시하지는 않았지만 케이싱(5)의 적소, 예를 들어 하부에는 매질판(1)이 삽입될 다수의 홈이 일정한 간격을 두고 형성되어 있어서, 삽입되는 매질판(1)을 상호 접촉됨이 없도록 배열할 수 있게 한다. 결과적으로, 매질판(1)이 상호 접촉하는데 따르는 흠집이나 파손이 방지되고, 나아가 매질판(1)의 분리 및 청소가 용이해진다.

케이싱(5)의 내벽에는 또한 각 매질판(1)에서 반사되는 반사광에 의한 재반사등이 발생하지 않도록 흑체로서 기능하는 물질을 코팅하는 것이 바람직하며, 다른 파장영역에서의 편광빔을 얻기 위해 케이싱(5) 내부에 충진된 가스(공기이외의 가스)가 새어나가지 않도록 케이싱(5)의 틈새부분을 밀봉하는 것이 바람직하다.

한편, 본 실시예에서는 전술한 바와 같이 매질판(1)으로 녹은 실리카판을 채용하고 있는 바, 소정의 두께 예를 들어 2(mm)의 두께를 가지는 실리카판을 여러 장, 예를 들어 16장 삽입하고 있으며, 매질판(1)의 굴절률의 차이에서 오는 광경로상의 변위차를 최소화하기 위하여 8장으로 나누어 서로 엇갈리게 배치하고 있다. 이러한 조건하에서 입사광(2)과 투과광(4)을 비교한 결과, 매질판(1)의 총 두께는 32mm이고, 얻어지는 파장은 248nm이고, 투과도는 77%였다.

본 발명은 전술한 실시예에 국한되지 않고, 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 편광도를 보다 더 높이고자 하는 경우에는 본 발명의 편광장치 두 개를 연결하면 되는데, 장치가 한 개일 경우의 편광도가 99%라고 할 때 장치 두 개를 연결하면 그 편광도는 99.99%까지 제고되게 된다. 이 때에도 녹은 실리카판의 투과도는 60%가 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 고출력 레이저용 편광장치에 따르면, 사용되는 광학장비에의 장착 및 분리, 매질판의 장착, 분리 및 소제가 용이해지며, 매질판이 상호 직접적으로 접촉하지 않기 때문에 흠집이나 파손 등의 문제가 최소화될 수 있다.

나아가, 레이저광의 편광기로 사용을 하면 99%이상의 편광도를 얻을 수가 있게 되고, 여러장의 매질판을 사용하는데 따르는 입사광과 투과광의 경로상의 변위차를 보상하여주는효과가있다.

Claims (4)

1. 일측에는 레이저광 입사부(7)가 형성되고 대향측에는 레이저광 투과부(8)가 구비된 케이싱(5) 및 상기 케이싱(5) 내에 소정의 간격을 두고 수납되며 브루스터의 법칙에 의해 정해지는 각도와(여기에서,는 매질판의 장수를 나타내고, x는 장차 얻고자 하는 미편광도 부호 y는 현재의 미편광도 z는 매질판의 특성에 따른 미반사도를 각각 나타낸다)에 의해 정해지는 장수를 가지는 매질판(1)을 포함하여 이루어진 고출력 레이저용 편광장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다수 장의 매질판(1)은 소정의 각도를 유지한 채로 반분되어 마주보도록 배열된 고출력 레이저용 편광장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 케이싱(5)의 내벽에는 반사광의 재반사를 방지하기 위한 흑체물질이 도포된 고출력 레이저용 편광장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 케이싱(5)의 이음부분은 내부의 가스가 새지 않도록 밀봉이 된고출력레이저용편광장치.