KR100487307B1 - 레이저 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저에 관한 것으로, 특히 고출력 반사형 T-타입 고체레이저의 공진 구성을 바꾸어 광학 코팅과 펌프빔 집속을 보다 쉽게 하여 레이저 효율을 증가시킬 수 있는 레이저에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 레이저는 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드의 빔을 집속시키는 렌즈계와, 상기 레이저 다이오드와 일직선으로 배치되어 빔을 변환시키는 레이저 매질과, 상기 변환된 빔이 입사되는 출력경과, 상기 입사된 빔의 파장을 변환시키는 비선형 물질로 구성된다.

Description

레이저{Laser}

본 발명은 레이저에 관한 것으로, 특히 고출력 반사형 T-타입 고체 레이저의 공진 구성을 바꾸어 광학 코팅과 펌프빔 집속을 보다 쉽게 하여 레이저 효율을 증가시킬 수 있는 레이저에 관한 것이다.

일반적으로 최근 고출력 고체 레이저 매질을 반사형으로 처리한 T-타입 구조에서 펌핑 소스를 레이저 매질로 반사시켜 주기 위해 반사경이 사용된다.

이 반사경을 통해 반사된 펌핑 소스는 레이저 매질로 입사되고 펌핑 소스가 다른 파장으로 변환되어 되반사된 빔이 비선형 물질을 거쳐 제 2 조화파로 전환된 후 공진 거울을 빠져나가거나 혹은 공진 거울에 되반사 되어 다시 되돌아 반사경에 반사되어 나온다.

도 1은 종래의 고출력 반사형 타입의 레이저 구조를 보여주는 도면이고 도 2는 종래의 출력경 코팅 스펙을 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 레이저 다이오드(1)에서 방출된 808nm의 빔이 파이버 관(fiber bundle)(2)을 통과하여 렌즈계(3)에 의해 모아지게 된다.

그리고 이 모아진 빔은 808nm에서 45° 고반사 코팅된 출력경(4)에 의해 레이저 매질(5)에 집속된다.

결국, 808 레이저 다이오드(1)에 의해 펌핑된 매질(5)은 808nm를 1064nm로 변환시킨다.

그리고 상기 레이저 매질(5)의 끝단과 공진 거울(7)에 1064nm 고반사 코팅을 하여 1064nm가 공진 하도록 한다.

이때, 사이에 둔 출력경(4)을 1064nm가 통과하므로 양단 A, B 면에 1064nm에 대해 45°에서의 저반사 코팅을 한다.

1064nm가 비선형 물질(6)을 통과하면서 공진 하여 이차 조화파 532nm을 생성시킨다.

이때, 출력경(4) B부분에 532nm 고반사 코팅, 비선형 물질(6) 양단에 457nm 저반사, 공진 거울(7)에 457nm 저반사 코팅을 하여 생성된 457nm가 공진 거울 밖으로 잘 빠져나가게 한다.

그러나, 레이저 물질의 냉각 효과를 극대화시키기 위해 개발한 도 1의 레이저 공진기 구조는 레이저 물질의 냉각 성능은 크게 향상시킬 수 있으나 도 2에서 보는 바와 같이 펌프빔과 공진기내에서 공진하는 빛, 그리고 출력으로 나오는 이차 조화파가 공진기 내의 출력경을 각각 다르게 통과 혹은 반사되므로 출력경의 광학 코팅은 도 2의 표와 같이 이루어져야 한다.

그런데 고반사 코팅과 저 반사 코팅을 동시에 하는 것은 제작이 용이하지 않을 뿐 아니라 A, B 두면 모두 다른 파장에 대해 고반사 코팅과 저 반사 코팅을 해야 하므로 제작 단가가 크게 상승하게 된다.

또한, 한 면에 고반사율 코팅과 저 반사율 코팅을 동시에 하게 되면 코팅 특성상 고도의 저 반사율을 얻는 것에 한계가 있다.(실제 제작에서 다른 파장의 고반사율 코팅 하에서 본 파장의 1%이하의 저 반사율 코팅이 어려움)

하지만, 레이저 공진기내에서 가장 중요한 파장은 공진하는 1064nm 파장이고 이 파장의 빛이 출력경을 지나갈 때 손실(즉 반사)이 적을수록 레이저의 효율이 좋아지므로 이 공진기 시스템의 구조로는 효율 좋은 레이저 발진에 어려움이 있다.

또한, 도 1에서는 펌핌용 다이오드 레이저 빛을 90도로 꺾어서 레이저 매질에 입사시키기 되는데, 다이오드 레이저에서 나오는 빛이 공간적으로 퍼짐이 심하기 때문에 이를 렌즈를 이용하여 레이저 매질에 집속시켜야 하지만 레이저 매질 부근이 공간적 제약으로 인해 효율적인 펌프빔의 집속이 매우 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 광학 코팅을 보다 쉽게 하므로 제작 단가를 낮추고 효율적인 펌프빔 디자인을 위한 레이저를 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 레이저 다이오드와, 상기 레이저 다이오드의 빔을 집속시키는 렌즈계와, 상기 레이저 다이오드와 일직선으로 배치되어 빔을 변환시키는 레이저 매질과, 상기 변환된 빔이 입사되는 출력경과, 상기 입사된 빔의 파장을 변환시키는 비선형 물질로 구성된다.

바람직하게, 상기 레이저 매질을 통해 나온 빔이 반사코팅에 의해 상기 출력경으로 입사되고, 출력경에서 상기 비선형 물질로 입사되고, 있어서, 상기 출력경의 곡률 반경 조절이 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 고출력 반사형 T-타입 레이저의 구조를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 고출력 반사형 T-타입 레이저의 구조는 808nm의 레이저 다이오드(10)와, 이 레이저 다이오드(10)에서 나오는 빔을 커플링 해주는 파이버 관(fiber bundle)(11)과, 빔을 집속시키는 렌즈계(12)와, 상기 808nm의 빔의 1064nm로 변환 시키는 레이저 매질(14)과, 발생된 1064nm의 빔을 반사를 통하여 비선형 물질(15)로 입사시키는 역할을 하며 비선형 물질(15)에서 생성된 532nm가 빠져나가게 되는 출력경(13)과 공진기 내에서 공진 하는 레이저 파장 1064nm를 532nm로 파장 변환시키는 비선형 물질(15)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 고출력 반사형 T-타입 레이저의 동작은 먼저, 파이버 관(11)을 통과하여 나온 레이저 다이오드(10)의 808㎚의 빔이 렌즈계(12)에 의해 모아지게 된다.

상기 모아진 빔은 레이저 매질(14)에 집속되는데, 종래에는(도 1 참고) 레이저 다이오드(1)의 빛을 90도로 꺾어서 레이저 매질(5)에 입사시켰는데, 레이저 다이오드(1)에서 나오는 빛이 공간적 퍼짐이 심하기 때문에, 렌즈를 이용하여 매질에 집속 시켜야 하지만, 레이저 부근의 공간적인 제약으로 인해 효율적인 펌프빔의 집속을 위한 렌즈 설계가 상당히 어렵다.

그러나 본 발명에서는 레이저 다이오드(10)가 일직선으로 레이저 매질(14)에 입사되므로 효율적인 렌즈 설계가 용이해 진다.

그리고, 레이저 매질(14)을 통해 나온 1064nm 빔은 레이저 매질(14)의 반사코팅에 의해 출력경(13)으로 입사되고 이 출력경(13)에서 비선형 물질(15)로 입사하게 된다.

계속해서 1064nm 빔은 레이저 매질(14), 출력경(13), 비선형 물질(15) 사이를 공진하게 된다.

이때, 레이저 매질(14)을 통과한 1064nm 빔은 532nm로 변환되고 이 빛은 출력경(13)을 빠져나가게 되는데, 상기 출력경(13)의 곡률 반경을 조절하여 비선형 물질(15)로 입사되는 1064nm 빔의 단면적을 줄임으로써 단위 면적당 입사되는 빛의 세기를 증가시키므로 532nm 변환 효율을 증가시킬 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 출력경의 코팅 스펙을 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면, 표에 나온 특성을 가지는 광학 코팅은 상용으로 판매되고 있는 하모닉 세퍼레이터(Harmonic separator)와 거의 같은 사양이므로 코팅이 용이하여 제작 단가를 낮출 수 있고, 반사 코팅의 특성상 효율이 크게 중요하지 않은 808nm와 532nm에 비해 공진기 내에서 공진되는 중요한 파장인 1064 nm에 비해 공진기 내에서 공진 되는 중요한 파장인 1064nm에 대해서는 고반사 코팅의 효율을 극대화시킬 수 있어 발진 효율을 높일 수 있으며, 곡률 반경을 조절하여 이차 조화파 소자에 입사되는 기본파 레이저빔의 단면적을 줄임으로써 단위 면적당 입사되는 빛의 세기를 증가시키는 효과에 의해 이차 조화파 변환 효율을 증가시킨다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 종래의 고출력 반사형 T-타입 고체 레이저 시스템에서 가장 문제가 되었던 광학 코팅의 어려움이 크게 감소하여 제작 단가를 낮출 수 있고, 광학 구성 요소의 용이한 배치가 가능함에 따라 효율적인 펌프빔 디자인 및 출력경의 곡률 반경 조정에 의해 레이저 효율을 증가시키는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

도 1은 종래의 고출력 반사형 타입의 레이저 구조를 보여주는 도면

도 2는 종래의 출력경 코팅 스펙을 보여 주는 도면

도 3은 본 발명에 따른 고출력 반사형 T-타입 레이저의 구조를 보여주는 도면

도 4는 본 발명에 따른 출력경 코팅 스펙을 보여주는 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 레이저 다이오드 11 : 파이버 관(fiber bundle)

12 : 렌즈계 13 : 출력경

14 : 레이저 매질 15 : 비선형 물질

Claims (3)

1. 레이저 다이오드와;

   상기 레이저 다이오드의 빔을 집속시키는 렌즈계와;

   상기 레이저 다이오드와 일직선으로 배치되어 빔을 변환시키는 레이저 매질과;

   상기 레이저 매질에서 출사되는 빔의 선상과 다른 선상에 위치하여 상기 입사된 빔의 파장을 변환시켜 외부로 레이저 광을 출력하는 비선형 물질과;

   상기 레이저 매질에서 출사되는 변환 빔을 상기 빔과 다른 선상에 위치하는 비선형 물질로 입사되도록 반사를 통해 광각을 변경하고, 상기 비선형 물질에서 출력되는 빔은 투과되어 외부로 출력하는 출력경을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 매질을 통해 나온 빔이 반사코팅에 의해 상기 출력경으로 입사되고, 출력경에서 상기 비선형 물질로 입사되며, 레이저 매질과 비선형 물질간의 공진 빔이 'L'자형의 공진구조를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 출력경의 곡률 반경 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 레이저.