KR100269186B1 - 레이저장치및이레이저장치의레이저공진기정렬방법 - Google Patents

Abstract

레이저 공진기를 구성하는 두 반사거울의 지지구조를 변경한 레이저장치가 개시되어 있다.

이 개시된 레이저장치는 프레임과, 프레임의 내부에 설치되며 이득 발생수단에 의해 광이 발생되는 레이저매질부와, 레이저매질부의 양측에 각각 마련되어 레이저 공진기를 이루는 제1 및 제2반사거울과, 제1 및 제2반사거울을 각각 프레임에 고정하는 지지부재를 구비하며, 제1 및 제2반사거울의 광축 정렬을 위해 지지부재가 프레임에 대해 그 내부의 임의점을 중심으로 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

레이저장치 및 이 레이저장치의 레이저 공진기 정렬방법{Laser apparatus and laser resonator aligning method of the laser apparatus}

본 발명은 레이저 공진기를 구성하는 두 반사거울의 지지구조를 변경한 레이저장치 및 이 레이저장치의 레이저 공진기 정렬방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저장치는 레이저매질부와, 상기 레이저매질부에 이득을 발생시키는 이득 발생수단과, 상기 레이저매질부에서 발생된 광을 공진시켜 특정 파장의 레이저광이 출사되도록 공진기를 구성하는 두 반사거울을 포함한다.

예를 들어, 고체 레이저인 경우 상기 레이저매질부는 레이저봉이 되고, 상기 이득 발생수단은 방전램프가 된다. 그러므로 상기 방전램프에서 방출된 광에 의해 레이저봉으로부터 여기광이 방출되고, 이 여기광 중 상기 공진기의 공진조건에 맞는 광만 살아남는다. 그리고, 이 살아남은 광에 의해 여기된 레이저봉으로부터 광이 유도방출된다. 그러므로 레이저광은 상기 두 반사거울 사이를 오가면서 증폭되고, 그 일부는 일 반사거울을 통과하여 출사된다.

상기 레이저로부터 원하는 파장의 레이저광이 출사되도록 하기 위해서는 상기 두 반사거울 사이의 거리가 공진 조건에 맞도록 유지되어야 하며, 이 경우 레이저로부터 출사되는 출사광량도 최대가 된다. 한편, 상기 반사거울이 곡률을 가지는 반사거울인 경우, 레이저로부터 최대의 출사광량을 얻기 위해서는 상기 반사거울의 곡률중심이 상기 레이저의 광축 상에 위치해야 한다.

상기한 바와 같이 레이저장치는 두 반사거울 사이의 거리가 공진 조건에 맞아야할 뿐만아니라, 또한 반사거울의 곡률 중심이 레이저의 광축 상에 위치되어야 한다. 이를 위하여, 레이저장치는 레이저 조립후에 소정 범위내에서 상기 반사거울을 조절할 수 있도록 마련된다. 여기서, 상기한 두 반사거울 사이의 거리는 대략 공진조건에 맞도록 설계된다.

이와 같이 반사거울을 조절하기 위하여 종래에는 편심조정방법 또는 쐐기조정방법을 이용하였다. 상기 편심조정방법은 일부 광학소자 예컨대, 두 반사거울을 편심링을 이용하여 각각 중심이동시켜 광축을 정렬시키는 방법이다. 그러나 이 편심조정방법을 채용하는 경우, 조정공간이 커지며 광축 정렬후 편심링을 고정링으로 고정시키는 과정에서 광축이 틀어지는 문제가 있다.

상기 쐐기조정방법은 일부 광학소자 예컨대, 두 반사거울의 기울기를 광축 방향에 대해 각각 조절함으로써 광축을 정렬시키는 방법이다. 이때 반사거울의 기울기 조절은 쐐기의 위치 이동 및 탄성부재의 탄성력을 이용한다. 이러한 쐐기조정방법을 채용하는 경우, 탄성력을 이용하기 때문에 진동, 충격 및 온도 변화에 따른 탄성부재의 변형에 의해 광축이 틀어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 광축 정렬후에 반사거울의 상태가 진동 충격 및 온도 변화에 관계없이 유지될 수 있도록 된 레이저장치 및 이 레이저장치의 레이저 공진기 정렬방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 공진기 지지부재를 구비한 레이저장치를 개략적으로 보인 단면도,

도 2는 도 1의 분리 사시도,

도 3은 도 1의 결합홈을 확대 도시한 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 결합홈의 다른예를 개략적으로 보인 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 레이저 공진기 정렬장치를 개략적으로 보인 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1...프레임 5...레이저매질부

8...탭부 9...조정바

10,80...결합수단 11,81...결합나사

13,83...플레이트 15,85...홀

20,60...제1 및 제2반사거울 30,70...지지부재

31,71...설치홈 32,72...볼록부

35,75...돌출부 40,50...오목부

100...레이저장치 200...망원경

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 프레임과; 상기 프레임의 내부에 설치되며, 소정의 이득 발생수단에 의해 광이 발생되는 레이저매질부와; 상기 레이저매질부의 양측에 각각 마련되어 레이저 공진기를 이루는 제1 및 제2반사거울과; 상기 제1 및 제2반사거울을 각각 프레임에 결합시키는 지지부재;를 구비하여 된 레이저장치에 있어서, 상기 제1 및 제2반사거울의 광축 정렬을 위해 상기 지지부재가 상기 프레임에 대해 그 내부의 임의점을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 공진기 정렬방법은 그 양측에 각각 형성된 오목부와, 상기 오목부로부터 소정 거리 이격되게 적어도 세 방향에서 조정바가 나사결합에 의해 삽입될 수 있도록 된 탭부를 구비하며, 그 내부에 소정의 이득 발생수단에 의해 광이 발생되는 레이저매질부가 설치되는 프레임과; 상기 오목부에 회전 가능하게 설치되는 볼록부와, 상기 볼록부의 일측에 마련된 돌출부와, 레이저 공진기를 이루는 제1 및 제2반사거울이 각각 설치되는 설치홈을 구비하는 한쌍의 지지부재;를 포함하며, 상기 조정바로 상기 프레임의 양측에 각각 설치된 상기 지지부재의 돌출부를 밀어줌으로써 상기 지지부재를 조절하도록 된 레이저장치에서, 광을 상기 제1 및 제2반사거울에 조사하는 단계와; 상기 제1 및 제2반사거울에서 반사된 광을 수광하여 상기 제1 및/또는 제2반사거울의 광축 위치 오차를 감지하는 단계와; 상기 탭부에 적어도 세 방향으로 조정바를 설치하는 단계와; 상기 제1 및 제2반사거울의 광축 정렬 상태를 감지하면서, 상기 조정바를 회전시켜 상기 제1 및/또는 제2반사거울의 광축이 맞춰질 때까지 상기 지지부재를 조절하는 단계와; 상기 탭부로부터 조정바를 해제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 공진기 지지부재를 구비한 레이저장치를 개략적으로 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이다. 여기서, 도 2에는 레이저 공진기의 광축 정렬시에 사용되는 외부 조정바가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 레이저장치(100)는 프레임(1)과, 상기 프레임(1)의 내부에 설치되는 레이저매질부(5)와, 레이저 공진기를 구성하는 제1 및 제2반사거울(20)(60)과, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)이 각각 끼워져 고정됨으로써 이 제1 및 제2반사거울(20)(60)을 각각 지지하는 지지부재(30)(70)를 포함하여 구성된다.

상기 레이저매질부(5)는 소정의 이득 발생수단에 의해 이득을 발생시킨다. 여기서, 도 1은 상기 레이저매질부(5)로 레이저봉을 구비한 예를 도시하였다. 이 경우, 상기 이득 발생수단은 방전램프(7)가 된다. 이 방전램프(7)에서 조사된 광에 의해 상기 레이저매질부(5) 물질은 여기되어 여기광을 방출시킨다. 여기서, 상기 레이저매질부(5)는 레이저가 발진되고 있는 동안 계속하여 상기 방전램프(7)에 의해 펌핑되어 이득이 발생된 상태로 존재한다. 한편, 상기 레이저매질부(5) 일측에는 펄스 레이저 발진을 위한 Q-스위칭 소자(3)를 더 구비할 수 있다.

상기 제1반사거울(20)은 상기 레이저매질부(5)의 일측에 마련된다. 그리고 상기 제2반사거울(60)은 상기 레이저매질부(5)의 타측에 마련된다. 이 제1 및 제2반사거울(20)(60)은 레이저 공진기를 이루며, 상기 레이저매질부(5)에서 발생된 광을 반사시킨다. 여기서, 상기 제1반사거울(20)은 입사되는 광을 전부 반사시키는 전반사거울인 것이 바람직하다. 또한 상기 제2반사거울(60)은 입사되는 광의 일부는 투과시키고, 나머지는 반사시키도록 된 부분 반사거울인 것이 바람직하다.

상기 레이저매질부(5)에서 방출된 여기광 중 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)이 이루는 공진기의 공진조건에 맞는 특정 파장의 광만이 살아남고, 이 특정 파장의 광은 제1 및 제2반사거울(20)(60) 사이를 오가면서 이득이 발생된 레이저매질부(5)로부터 광을 유도방출시킨다. 그리고 이와 같이 발생된 특정 파장의 레이저광은 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60) 사이를 오가면서 증폭되고, 그 일부는 상기 제2반사거울(60)통해 출사된다.

이때, 상기 제2반사거울(60)을 통하여 출사되는 레이저광 특성 즉, 출사광량 및 출사되는 레이저광의 파장 대역폭이 일정하게 유지되도록 하기 위해서는 상기 공진기의 공진조건 즉, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)사이의 거리가 일정하게 유지될 수 있어야 한다.

그러므로 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)은 외부의 진동, 온도변화 및 충격등에 의해 흔들림없이 지지될 수 있어야 한다. 또한 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)의 곡률 중심은 상기 레이저장치(100)의 광축 상에 위치되어야 한다.

이를 위하여, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)을 지지하는 한쌍의 지지부재(30)(70)는 그 내부에 관통 형성되어 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)이 각각 설치되는 설치홈(31)(71)과, 볼록부(32)(72)와, 상기 볼록부(32)(72)의 일측에 돌출 형성된 돌출부(35)(75)를 구비한다.

이때 상기 지지부재(30)(70)는 상기 프레임(1)에 대해 그 내부의 임의점을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 것이 바람직한데, 이를 위하여 상기 프레임(1)의 양측 각각에는 상기 볼록부(32)(72)의 일부분이 수용될 수 있는 오목부(40)(50)가 형성된다. 여기서, 상기 볼록부(32)(72)는 그 일부분이 절개된 구면형상인 것이 바람직하며, 이로써 상기 오목부(40)(50)에 회전 가능하게 설치된다.

상기 돌출부(35)(75)는 상기 지지부재(30)(70)가 외부 조정바(9)에 의해 적어도 세 방향에서 조절될 수 있도록 상기 볼록부(32)(72) 일측에 관형상으로 일체로 형성된다.

한편, 상기 프레임(1)의 양단에는 상기 외부 조정바(9)가 예컨대, 6방향에서 나사 결합에 의해 삽입되어 그 단부에 접촉되는 상기 돌출부(35)(75)를 밀어줌으로써 상기 지지부재(30)(70)를 회전시킬 수 있도록 등간격으로 6방향에 탭부(8)가 형성되는 것이 바람직하다.

그러므로 외부 조정바(9)로 세 방향에서 상기 돌출부(35)(75)를 밀어주면 이에 따라 상기 프레임(1)에 회전 가능하게 설치된 지지부재(30)(70)가 회전된다. 그리고, 이에 따라 상기 지지부재(30)(70)의 내측에 고정 설치되는 제1 및 제2반사거울(20)(60)이 각각 조정될 수 있다.

이때, 상기 오목부(40)(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(30)(70) 외주면과의 접촉점들이 원의 일부를 이루도록 그 일부가 개방된 원뿔대형상(51)으로 마련될 수 있다.

또한, 상기 오목부(40)(50)는 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 그 일부가 개방된 삼각뿔대형상(53)으로 마련되는 것도 가능하다. 이 경우 상기 오목부(40)(50)는 상기 지지부재(30)(70)의 표면과 세점에서 접촉될 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 오목부(40)(50)는 상기 지지부재(30)(70)의 볼록부(32)(72)와 적어도 세점에서 접촉될 수 있도록 마련되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 오목부(40)(50)의 상기 볼록부(32)(72)와 접촉되는 적어도 세 개의 점에서 그 면에 대해 법선을 그었을 때 이 법선들이 만나는 점은 상기 볼록부(32)(72)의 구면 중심과 일치된다. 그러므로 상기 지지부재(30)(70)의 회전 중심 즉, 상기 볼록부(32)(72)의 구면 중심 위치는 변하지 않으면서, 이 회전 중심에 대해 상기 지지부재(30)(70)가 회전된다.

한편, 상기 지지부재(30)(70) 각각은 상기 볼록부(32)(72)가 오목부(40)(50)에 수용된 채로 상기 프레임(1)에 결합수단(10)(80)에 의해 체결 및 해제된다.

상기 결합수단(10)(80)은 도시된 바와 같이 지지부재(30)(70)를 상기 오목부(40)(50)에 고정시킴으로써 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)을 각각 프레임(1)에 대해 고정시키거나, 이 지지부재(30)(70)를 상기 오목부(40)(50)에서 해제시킬 수 있도록 마련된다.

이 결합수단(10)(80) 각각은 홀(15)(85)을 구비하는 플레이트(13)(83)와, 상기 플레이트(13)(83)를 프레임(1)의 양단에 각각 고정시킬 수 있도록 된 결합나사(11)(81)로 이루어진다.

이때 상기 홀(15)(85) 각각은 상기 돌출부(35)(75)를 통과시키고 상기 볼록부(32)(72)의 일부분과 적어도 세지점에서 접촉될 수 있도록 마련된다. 그리고 상기 결합나사(11)(81) 각각은 상기 플레이트(13)(83)를 각각 상기 프레임(1)의 양단에 고정시킬 수 있도록 된 적어도 2개 예컨대, 4개의 결합나사로 이루어진다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하면서, 본 발명에 따른 레이저장치(100)의 조립 및 레이저 공진기의 광축 정렬 과정을 설명한다.

먼저, 그 내부에 각각 제1 및 제2반사거울(20)(60)이 고정된 지지부재(30)(70)를 프레임(1)에 끼워진 레이저매질부(5)의 양측 즉, 오목부(40)(50)에 삽입한다. 그리고 상기 플레이트(13)(83)를 상기 돌출부(35)에 삽입하여 이 플레이트(13)(83)의 홀(15)(85)의 일부면이 상기 볼록부(32)(72)와 접촉될 수 있도록 한다.

그런다음 각각 결합나사(11)(81)로 상기 플레이트(13)(83)를 프레임(1)의 양단에 고정시킨다. 이때 상기 결합나사(11)(81)는 상기 플레이트(13)(83)가 상기 프레임(1)에 고른 힘으로 고정될 수 있도록 조여준다. 그러면, 상기 홀(15)(85) 및 오목부(40)(50)에 접촉되는 상기 볼록부(32)(72)의 표면은 고른 힘을 받을 수 있게 된다.

레이저 공진기의 광축 정렬을 위하여, 상기한 바와 같은 레이저장치(100)를 도 5에 도시된 바와 같이, 광학테이블(201) 상에 고정한다.

그리고, 레이저 공진기의 광축 정렬 상태를 관측하기 위하여, 상기 프레임(1)의 외부에 소정 간격 이격되게 망원경(200)을 설치하고, 이 망원경(200)의 일측에 광원(100)을 설치하여, 광이 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)에 조사될 수 있도록 한다. 상기 광원(100)으로부터 조사되고, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)에 의해 반사된 광을 상기 망원경(200)을 통하여 소정의 감지수단(예컨대, 조작자의 눈)(207)에서 검출된다. 이때, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)에서 반사된 광에 의해 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)의 광축 위치 오차를 감지할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 제1 및 제2반사거울(20)(60)이 상기 프레임(1)에 고정된 상태에서, 세 개의 외부 조정바(9)를 예컨대, 120도 간격으로 세 방향에서 상기 플레이트(13)(83)에 형성되어 있는 탭부(8)와 결합시킨다.

그리고, 상기 외부 조정바(9)를 천천히 회전시켜 상기 홀(15)(85)을 통과하여 돌출된 상기 돌출부(35)를 밀어주어 상기 지지부재(30)(70)를 그 회전 중심에 대해 회전시킨다.

이때, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60)의 광축 정렬 상태를 감지하면서, 상기 제1 및 제2반사거울(20)(60) 즉, 레이저 공진기의 광축이 맞춰질 때 까지 상기 지지부재(30)(70)를 조절한다.

상기 레이저 공진기의 광축이 맞춰지면, 상기 외부 조정바(9)를 상기 탭부(8)로부터 해제하고, 또한 망원경(200)을 제거한다. 이때, 상기 볼록부(32)(72)가 상기 플레이트(13)(83)의 홀(15)(85) 및 오목부(40)(50) 내에 고정되어 있으므로, 외부 조정바(9)를 제거하더라도 지지부재(30)(70)의 회전 상태 즉, 광축이 맞춰진 상태를 그대로 유지할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 레이저장치는 지지부재내에 제1 및 제2반사거울을 고정시켜 둔채로, 이 지지부재를 외부 조정바를 이용하여 회전시켜 광축을 맞추므로, 일단 광축이 맞춰진 후에는 외부의 진동, 충격 및 온도 변화에 의해 광축이 틀어지지 않게 된다.

또한 본 발명에 따른 레이저장치는 광축을 맞추기 위한 부품들 즉, 외부 조정바 및 망원경이 광축을 맞춘후에 제거되므로, 상기 레이저장치를 소형화할 수 있다.

Claims (5)

1. 프레임과; 상기 프레임의 내부에 설치되며, 소정의 이득 발생수단에 의해 광이 발생되는 레이저매질부와; 상기 레이저매질부의 양측에 각각 마련되어 레이저 공진기를 이루는 제1 및 제2반사거울과; 상기 제1 및 제2반사거울을 각각 프레임에 결합시키는 지지부재;를 구비하여 된 레이저장치에 있어서,

   상기 지지부재는,

   그 내부에 관통 형성되어 상기 제1 또는 제2반사거울이 설치되는 설치홈과; 상기 지지부재를 상기 프레임에 대해 회전 가능하게 설치될 수 있도록 하는 볼록부와; 상기 볼록부의 일측에 돌출 형성된 돌출부;를 구비하고,

   상기 프레임은,

   그 양측에 각각 형성되어 상기 볼록부가 회전 가능하게 설치되는 오목부와;

   상기 오목부로부터 소정 거리 이격되게 적어도 세 방향에서 조정바가 나사결합에 의해 삽입될 수 있도록 된 탭부;를 구비하여,

   상기 볼록부가 상기 오목부에 수용된채로 상기 지지부재가 상기 프레임에 결합된 상태에서, 상기 조정바로 상기 돌출부를 밀어줌으로써, 상기 지지부재를 상기 프레임에 대해 그 내부의 임의점을 중심으로 회전시켜 상기 제1 및 제2반사거울의 광축을 정렬하도록 된 것을 특징으로 하는 레이저장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 오목부는 상기 볼록부와 적어도 세점에서 접촉되도록 된 것을 특징으로 하는 레이저장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 오목부는 그 일부가 절개된 원뿔대형상이며,

   상기 오목부와 볼록부의 접촉점들이 원의 일부를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 레이저장치.
4. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부는 일부분이 절개된 구면형상인 것을 특징으로 하는 레이저장치.
5. 그 양측에 각각 형성된 오목부와, 상기 오목부로부터 소정 거리 이격되게 적어도 세 방향에서 조정바가 나사결합에 의해 삽입될 수 있도록 된 탭부를 구비하며, 그 내부에 소정의 이득 발생수단에 의해 광이 발생되는 레이저매질부가 설치되는 프레임과; 상기 오목부에 회전 가능하게 설치되는 볼록부와, 상기 볼록부의 일측에 마련된 돌출부와, 레이저 공진기를 이루는 제1 및 제2반사거울이 각각 설치되는 설치홈을 구비하는 한쌍의 지지부재;를 포함하며, 상기 조정바로 상기 프레임의 양측에 각각 설치된 상기 지지부재의 돌출부를 밀어줌으로써 상기 지지부재를 조절하도록 된 레이저장치에서,

   광을 상기 제1 및 제2반사거울에 조사하는 단계와;

   상기 제1 및 제2반사거울에서 반사된 광을 수광하여 상기 제1 및/또는 제2반사거울의 광축 위치 오차를 감지하는 단계와;

   상기 탭부에 적어도 세 방향으로 조정바를 설치하는 단계와;

   상기 제1 및 제2반사거울의 광축 정렬 상태를 감지하면서, 상기 조정바를 회전시켜 상기 제1 및/또는 제2반사거울의 광축이 맞춰질 때까지 상기 지지부재를 조절하는 단계와;

   상기 탭부로부터 조정바를 해제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 공진기 정렬방법.

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