KR100749341B1 - 출력광 펄스의 에너지 및 반복율의 조정이 가능한 템포럴멀티플렉싱 레이저 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 출력광 펄스의 에너지 및 반복율의 조정이 가능한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에 관한 것으로, 진동수 발진기; 레이저 광을 발진시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 레이저 발진부; 상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 각각 위치하여 등시간 간격으로 해당 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하는 제 1, 2, ... n-1, n의 지연 발생기; 상기 레이저 발진부의 후단에 각각 설치되어 레이저 발진부를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시켜 투과시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 선편광자; 및 상기 선편광자의 후단에 각각 설치되어 입사되는 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 편광빔 가르개를 포함하고, 상기 제 1 편광빔 가르개와 제 2 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 반파장판을 구비하고, 상기 제 2 편광빔 가르개 내지 제 n 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀을 구비하되, 상기 포켈스셀들은 해당 레이저 발진부와 동기화되도록 구성되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동이 이루어지도록 함으로써 펄스 에너지는 그대로 유지한 채 펄스 반복율을 n배 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에서 레이저들을 그룹화함으로써 출력되는 펄스의 에너지도 양의 정수 배수로 조정 가능하다.
고반복 레이저, 고출력 레이저, 반복율 조정, 동기화
Description
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 이용한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치의 구성도이다.
도 2는 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 이용한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에서 펄스의 반복율이 양의 정수 배수로 높아지는 것을 보여주는 도면으로,
도 2a는 D(1)초 후 출력되는 펄스의 반복율을 보여주는 도면,
도 2b는 D(2)초 후 출력되는 펄스의 반복율이 두 배로 됨을 보여주는 도면,
도 2c는 D(3)초 후 출력되는 펄스의 반복율이 세배로 됨을 보여주는 도면,
도 2d는 D(n)초 후 출력되는 펄스의 반복율을 양의 정수 n배로 됨을 보여주는 도면이다.
도 3은 정해진 반복율을 가진 양의 정수 n개의 레이저를 이용한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에서 각각의 레이저를 그룹화시킴으로써 펄스의 반복율뿐만 아니라 펄스당 에너지도 양의 정수 배수로 조정될 수 있음을 보여주는 도면으로,
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 4개의 레이저를 2개씩 고정 그룹화시키고, 2개의 지연 발생기를 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 2배, 반복율이 2배로 됨을 보여주는 도면,
도 3b는 도 3a의 간략도,
도 3c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 2개씩 고정 그룹화시키고, n/2개의 지연 발생기를 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 2배, 반복율이 n/2배로 됨을 보여주는 간략도,
도 3d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 p개씩 그룹화시키고 2개의 지연 발생기를 고정 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 p배, 반복율이 2배로 됨을 보여주는 간략도,
도 3e는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 p개씩 그룹화시키고 n/p개의 지연 발생기를 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 p배, 반복율이 n/p배로 됨을 보여주는 도 3c 및 도 3d를 일반화시킨 간략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11, 50: 진동수 발생기 12 ~ 16, 61, 62: 지연 발생기
17 ~ 21, 71 ~ 74: 레이저 발진부 27 ~ 31, 81 ~ 84: 선편광자
32 ~ 36, 38, 91 ~ 96: 반파장판
37, 39, 41, 43, 45, 101 ~ 105: 편광빔 가르개
40, 42, 44, 111, 112: 포켈스셀
본 발명은 출력광 펄스의 에너지 및 반복율의 조정이 가능한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 기존의 정해진 반복율을 가진 여러 개의 레이저를 사용하여 여러 개의 레이저빔을 시간 간격을 두고 결합시킴으로써 출력광 펄스의 에너지 및 반복율의 조정이 가능한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에 관한 것이다.
고출력 고반복 레이저 기술은 미래 신기술 개발을 위한 핵심 기술이고, 레이저 재료가공을 비롯하여 엑스선 리소그래피 및 핵융합 연구 등 그 응용분야가 매우 광범위하므로 그 응용 범위가 대단히 넓어 이를 개발하기 위해 세계적으로 치열한 연구 경쟁을 하고 있다.
현재 반도체 공정에서 광원으로 주로 사용되는 엑시머 계열의 레이저가 이미 한계에 접어듦에 따라 기존의 레이저 파워를 뛰어넘는 고레이저가 개발될 경우, 산업적인 파급효과 및 국가 경쟁력 향상이 상당할 것으로 예상된다.
레이저 재료 가공 등 여러 응용 분야에 사용될 수 있도록 고에너지를 지닌 레이저 빔을 고반복율로 발생시킬 수 있는 레이저의 개발이 끊임없이 요구되어 왔으나, 이에 대해서는 현재까지 괄목할 만한 연구결과가 없는 실정이다.
레이저의 출력을 높이기 위한 연구는 현재 세계 각국에서 활발히 진행되고 있으나 여러 가지 문제에 직면하고 있다. 예를 들면 주어진 이득매질에 대한 펌핑 방식이 플래쉬 램프 펌핑 방식일 경우 고출력 레이저를 개발하기 위해서는 가장 핵심적인 문제인 레이저의 펌핑에 의한 열문제가 해결되어야 하나 그에 대한 해결방법은 아직도 요원하기만 하며, 또한 상기 플래쉬 램프 펌핑 방식은 램프의 한계로 인해 낮은 반복율에서만 동작될 수 있다는 단점이 있다.
이러한 열문제와 반복율을 해결하기 위한 대안으로, 반도체 레이저 펌핑 방식이 있다. 그러나 상기 반도체 레이저 펌핑 방식은 플래쉬 램프 펌핑 방식보다 열문제가 비교적 해결되어 높은 반복율을 낼 수 있다는 장점은 있으나 이끌어 낼 수 있는 출력에 한계가 있다.
이를 해결할 수 있는 대안으로는 고반복으로 출력된 펄스를 증폭매질을 사용해 증폭시키는 방법이 있으나 이 방법은 펄스의 에너지가 증폭됨에 따라 레이저의 단위면적당 출력의 증가로 인한 이득매질의 손상을 피하기 위해 필연적으로 이득매질의 크기를 키워야 하기 때문에, 이득매질의 냉각에 많은 시간이 소요되어 결국 레이저 반복율이 크게 낮아진다.
즉 현재까지는 펄스당 에너지가 높아지면 반복율이 낮아지며, 반대로 반복율을 높이면 펄스당 에너지가 낮아질 수밖에 없는 어려움에 처한 실정이다. 현재 상용화된 반도체 레이저 펌핑 방식을 이용한 레이저는 펄스당 100mJ에서 5kHz의 반복율을 한계로 나타내고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, "템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치"이라 명명된 새로운 방식의 레이저 장치를 제안한다.
즉, 본 발명의 제 1의 목적은 기존의 정해진 반복율을 가진 여러 개의 레이저를 사용하여 여러 개의 레이저빔을 시간 간격을 두고 결합시킴으로써 여러 응용분야에서 활용 가능한 고에너지의 레이저 빔을 그대로 유지한 채 반복율이 양의 정수 배수로 자유롭게 조정 가능해짐에 따라 고반복으로 동작되는 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제 2의 목적은 상기 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치의 변형적으로, 레이저들을 그룹화하여 출력되는 펄스의 에너지도 양의 정수 배수로 조정이 가능하도록 하는 데 있다.
상기와 같은 제 1의 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치는 진동수 발진기; 레이저 광을 발진시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 레이저 발진부; 상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 각각 위치하여 등시간 간격으로 해당 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하는 제 1, 2, ... n-1, n의 지연 발생기; 상기 레이저 발진부의 후단에 각각 설치되어 레이저 발진부를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시켜 투과시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 선편광자; 및 상기 선편광자의 후단에 각각 설치되어 입사되는 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 편광빔 가르개를 포함하고, 상기 제 1 편광빔 가르개와 제 2 편광빔 가르개 사이에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 반파장판을 구비하고, 상기 제 2 편광빔 가르개 내지 제 n 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀을 구비하되, 상기 포켈스셀들은 해당 레이저 발진부와 동기화되도록 구성되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동이 이루어지도록 함을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 선편광자와 편광빔 가르개 사이에 위치하여 입사되는 선편광을 회전시켜 해당 편광빔 가르개에서 반사되는 펄스 에너지를 일정하게 조정하는 제 1, 2, ... n-1, n의 반파장판을 더 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제 1 편광빔 가르개와 제 2 편광빔 가르개 사이의 광 경로에 반파장판 대신 포켈스셀을 구비하되, 상기 포켈스셀은 제 1 레이저 발진부와 동기화되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 각 지연 발생기에서의 지연 시간(Dn)을 (n - 1)/(N1 × D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)로 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 제 2의 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치는 진동수 발진기 및 레이저 광을 발진시키는 4개의 레이저 발진부(제 1, 2, 3, 4 레이저 발진부)를 포함하고; 상기 4개의 레이저 발진부를 2개씩 그룹화(제 1 그룹, 제 2 그룹)시키고, 각 그룹당 1개씩의 지연 발생기를 구비시키되, 상기 지연발생기는 상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 위치하여 등 시간 간격으로 해당 그룹에 있는 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하며;
상기 레이저 발진부의 후단에 각각 선편광자를 구비하여 해당 레이저 발진부를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시키고; 상기 선편광자의 후단에 각각 편광빔 가르개(제 1, 2, 3, 4 편광빔 가르개)를 구비하여 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키며; 각 그룹에서 발진된 레이저 빔을 결합하는 제 5 편광빔 가르개를 더 구비시키고; 제 1 그룹에 있는 제 1 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 3 편광빔 가르개 사이의 광 경로 및 제 1 그룹에 있는 제 2 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 4 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 각각 반파장판을 구비시켜 입사된 S 편광을 90도 회전시키고; 제 2 그룹에 있는 제 3 편광빔 가르개와 제 5 편광빔 가르개 사이의 광 경로 및 제 2 그룹에 있는 제 4 편광빔 가르개와 제 5 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀(제 1, 2 포켈스셀)을 각각 구비시키되, 상기 제 1 포켈스셀은 제 2 그룹에 있는 제 3 레이저 발진부와 제 4 레이저 발진부와 동기화되고, 상기 제 2 포켈스셀은 제 1 그룹에 있는 제 1 레이저 발진부와 제 2 레이저 발진부와 동기화되도록 하여 제 1 레이저 발진부와 제 2 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진될 때 제 1 포켈스셀은 미작동(OFF), 제 2 포켈스셀은 작동(ON) 되고, 제 3 레이저 발진부와 제 4 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진될 때 제 2 포켈스셀은 작동(ON), 제 2 포켈스셀은 미작동(OFF) 되도록 제어함으로써 제 5 편광빔 가르개를 통과한 출력은 펄스당 에너지가 2배, 펄스의 반복율이 2배로 향상되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제 2 포켈스셀의 출력광(S편광)을 반사시켜 제 5 편광빔 가 르개에 입사시키는 거울을 더 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 선편광자와 편광빔 가르개 사이에 각각 위치하여 입사되는 선편광을 회전시켜 해당 편광빔 가르개에서 반사되는 펄스 에너지를 일정하게 조정하는 반파장판을 더 포함함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치는 진동수 발진기 및 레이저 광을 발진시키는 n개의 레이저 발진부를 포함하고; 상기 n개의 레이저 발진부를 p개씩 그룹화시키고, 각 그룹당 1개씩의 지연 발생기를 구비시키되, 상기 지연발생기는 상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 위치하여 등시간 간격으로 해당 그룹에 있는 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하며; 상기 레이저 발진부의 후단에 각각 선편광자를 구비하여 해당 레이저 발진부를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시키고; 상기 선편광자의 후단에 각각 편광빔 가르개를 구비하여 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키며; 각 그룹에서 발진된 레이저 빔을 결합하는 제 n+1 편광빔 가르개를 더 구비시키고; 제 1 그룹에 있는 제 1 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 p+1 편광빔 가르개 사이의 광 경로 및 제 1 그룹에 있는 제 2 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 p+2 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 반파장판을 구비시켜 입사된 S 편광을 90도 회전시키고; 제 2 그룹에 있는 제 p+1 편광빔 가르개 내지 제 n+1 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀을 구비시키되, 상기 포켈스셀들은 해당 그룹에 있는 레이저 발진부와 동기화되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동이 이루어지도록 하여 제 n+1 편광빔 가르개를 통과한 출력은 펄스당 에너지가 p배, 펄스의 반복율이 n/p배가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 각 지연 발생기에서의 지연 시간 D(n/p)은 (n/p - 1)/(N1 × D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 이용한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치의 구성도이다.
또한, 도 2는 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 이용한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에서 펄스의 반복율이 양의 정수 배수로 높아지는 것을 보여주는 도면으로, 도 2a는 D(1)초 후 출력되는 펄스의 반복율을 보여주는 도면, 도 2b는 D(2)초 후 출력되는 펄스의 반복율이 두 배로 됨을 보여주는 도면, 도 2c는 D(3)초 후 출력되는 펄스의 반복율이 세배로 됨을 보여주는 도면, 도 2d는 D(n)초 후 출력되는 펄스의 반복율을 양의 정수 n배로 됨을 보여주는 도면이다.
도 1에서 일점쇄선으로 표기된 것은 서로 동기화된 것을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치는 진동수 발진기(11), 지연 발생기(12~16), 레이저 발진부(17~21), 선편광자(27~31), 반파장판(32~36, 38), 편광빔 가르개(37, 39, 41, 43, 45) 및 포켈스셀(40, 42, 44)을 포 함하여 이루어진다.
본 발명의 일실시예에서는 지연 발생기, 레이저 발진부, 선편광자, 반파장판 및 편광빔 가르개가 n개 구비되며, 이에 따라 순서대로 '제 1, 제 2, … 제 n-1, 제 n '이라 명명한다.
본 발명에서는 n개의 레이저 발진부에서 등시간 간격으로 레이저 빔이 발진되도록 진동수 발진기, 지연 발생기 및 레이저 발진부를 구성시킨다.
즉, 진동수 발진기(11)는 정해진 N1(kHz)의 진동수로서 n개의 지연 발생기 D(1), D(2), D(3), …… D(n)(12~16)과 시간차를 가지고 동기화된다.
여기서, D(n) = (n-1)/(N1 × D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)초의 시간 지연을 의미한다. 즉 D(1) = 0초이므로, 지연 없이 N1(kHz)로 진동하는 진동수 발생기(11)와 동기화됨을 의미하며, D(2), D(3) 등은 제 1 지연 발생기 D(1)에 비해 D(2) = 1/(N1×D의 개수)초, D(3) = 2/(N1×D의 개수)초 후에 지연되어 신호를 발생함을 의미한다.
또한 각각의 지연 발생기 D(1), D(2), D(3), …… D(n)(12~16)은 레이저 발진부 L(1)~L(n)(17~21)과 각각 동기화되어 각각의 레이저 빔을 발진시킨다. 여기서 레이저 발진부 L(1)~L(n)(17~21)은 각각 펄스당 Y1(mJ)의 에너지를 가지고 정해진 N1(kHz)의 반복율로 동작하는 레이저이다.
일례로, 진동수 발생기(11)가 5kHz로 진동하고, 지연 발생기가 4개가 있다고 가정하면 제 1 지연 발생기(12)는 진동수 발생기(11)와 동기화되며 시간지연 없이 다시 제 1 레이저 발진부인 L(1)(17)과 동기화된다. 또한, 제 2 지연 발생기(13)는 제 1 레이저 발진부인 L(1)(17)이 발진된 후 D(2) = 1/(5kHz×4)초 후에 제 2 레이저 발진부인 L(2)와 동기화되어 발진시킨다. 또한, 제 3 레이저 발진부인 L(3)(19)와 제 4 레이저 발진부인 L(4)(20)은 각각 D(3) = 2/(5kHz×4)초, D(4) = 3/(5kHz×4)초 후에 발진된다.
즉, n개의 레이저 발진부인 L(1)~L(n)은 1/(N1×D의 개수)초의 등시간 간격을 두고 차례대로 발진(22~26)된다.
상기 n개의 레이저 발진부(17~21)를 통해 발진된 레이저 빔은 각각 그 후단에 있는 선편광자(제 1 선편광자 ~ 제 n 선편광자)(27~31)를 거치며, 이로 인해 S편광의 성분만이 남게 된다.
상기 선편광자(27~31)에 의해 S 편광으로 된 레이저 빔은 그 후단에 있는 반파장판(제 1 반파장판 ~ 제 n 반파장판)(32~36)을 통과하게 되는데 이 반파장판의 주축을 회전시킴으로써 선편광의 회전이 이루어진다.
상기 반파장판(32~36)을 통과한 S편광의 레이저 빔은 각각 편광빔 가르개(제 1 편광빔 가르개 ~ 제 n 편광빔 가르개))(37, 39, 41, 43, 45)에 입사된다.
상기 편광빔 가르개(37, 39, 41, 43, 45)는 S편광의 성분을 반사시키고 P편광의 성분을 투과시키는 특성이 있다. 즉 본 발명에서는 반파장판(32~36)의 주축을 회전시킴으로써 편광빔 가르개(37, 39, 41, 43, 45)에서 반사되는 펄스 에너지를 조정할 수 있다.
상기 제 1 편광빔 가르개(37)와 제 2 편광빔 가르개(39) 사이에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 또 다른 반파장판(또는 포켈스셀)(38)이 구비되고, 상기 제 2 편광빔 가르개와 제 n 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀이 구비되는데, 상기 포켈스셀은 해당 레이저 발진부와 동기화되도록 구성되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치에서의 레이저 빔 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 제 1 레이저 발진부인 L(1)(17)로부터 레이저 빔이 발진되며, 상기 발진된 레이저 빔은 그 후단에 있는 제 1 선편광자(27)와 제 1 반파장판(32)을 지나 제 1 편광빔 가르개(37)에서 반사된다. 상기 제 1 편광빔 가르개(37)에서 반사된 빔은 S편광의 성분만 존재하게 되며, 제 1 편광빔 가르개(37)와 제 2 편광빔 가르개(39) 사이에 있는 반파장판(38)을 통과함으로써 P편광의 빔으로 회전이 이루어진다. 상기 반파장판(38)의 출력광(P 편광)은 제 2 편광빔 가르개(39) 및 제 1 포켈스셀(40)을 통과하게 되는데 상기 제 1 포켈스셀(40)은 2 레이저 발진부 L(2)(18)과 동기화되어 D(2) 이후에 작동되므로 여기서는 작동되지 않는다.
또한, 상기 제 1 포켈스셀(40)을 통과한 레이저 빔은 제 3 편광빔 가르개(41) 및 제 2 포켈스셀(42) 등을 지나 같은 과정을 겪으며 출력된다. 그 펄스 형태는 도 2a에 도시된 바와 같다.
도 2a에서 경로(path) 1은 제 1 편광빔 가르개(37)와 제 2 편광빔 가르개(39)사이의 경로, 경로(path) 2는 제 2 편광빔 가르개(39)와 제 3 편광빔 가르개(41)사이의 경로를 나타내며, 경로(path) 3은 제 3 편광빔 가르개(41)와 제 4 편 광빔 가르개(43)사이의 경로를 나타낸다. 또한, 마지막 부분에 있는 경로(path) n은 제 n 편광빔 가르개(45) 이후의 경로를 나타낸다.
상기에서 제 1 내지 제 n 레이저 발진부(17~21)는 각각 펄스당 Y1(mJ)의 에너지를 가지고 N1(kHz)의 반복율로 동작된다고 했으므로 도 2a에 도시된 바와 같이 출력 펄스의 에너지와 반복율은 각각 Y1(mJ), N1(kHz)가 된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 제 1 레이저 발진부(17)가 발진되고 나서 1/(N1×D의 개수)초 후, 제 2 레이저 발진부(18)에서 레이저 빔이 발진된다. 상기 제 2 레이저 발진부(18)에서 발진된 레이저 빔은 제 2 선편광자(28), 제 2 반파장판(33)을 거쳐 제 2 편광 빔가르개(39)에서 반사된다.
상기 제 2 편광 빔가르개(39)에서 반사된 S편광의 빔은 제 1 포켈스셀(40)을 지나게 되는데 제 1 포켈스셀(40)은 제 2 레이저 발진부(18)와 동기화되어 있으므로 작동되는 상태이다. 이에 따라 제 2 편광 빔가르개(39)에 반사된 S편광의 빔은 제 1 포켈스셀(40)에 의해 P편광으로 바꾸어지며, 제 3 편광 빔가르개(41)를 투과하게 된다. 이후 제 3 편광 빔가르개(41)를 투과한 P 편광 레이저 빔은 제 3 편광 빔가르개(41)와 제 4 편광 빔가르개(43) 사이에 있는 제 2 포켈스셀(42)을 지나가게 된다. 여기서, 제 2 포켈스셀(42)은 아직 미동작 상태이다.
상기에서 제 1 포켈스셀(40)을 통과한 광은 편광이 변하지 않은 채 제 3 편 빔가르개(41), 제 2 포켈스셀(42)1 등을 지나 출력된다. 그 펄스형태는 도 2b에 도시된 바와 같으며, 출력 펄스의 에너지와 반복율은 각각 Y1(mJ), 2N1(kHz)이다. 즉, 펄스가 가지고 있던 에너지 Y1(mJ)을 그대로 유지한 채 반복율이 두 배로 높아 졌음을 알 수 있다.
마찬가지로 본 발명에서는 상기와 같이, 제 2 레이저 발진부(18)가 발진되고 나서 1/(N1×D의 개수)초 후, 제 3 레이저 발진부(19)에서 빔이 발진된다.
상기 제 3 레이저 발진부(19)에서 발진된 빔은 제 3 선편광자(29), 제 3 반파장판(34)을 거쳐 제 3 편광 빔가르개(41)에서 반사된다.
상기 제 3 편광 빔가르개(41)에 반사된 S편광의 빔은 제 2 포켈스셀(42)을 지나게 되는데 제 2 포켈스셀(42)은 제 3 레이저 발진부(19)와 동기화되어 있으므로 작동되는 상태이다. 이에 따라 제 3 편광 빔가르개(41)에 반사된 S편광의 빔은 제 2 포켈스셀(42)에 의해 P편광으로 바꾸어지며, 제 4 편광 빔가르개(43)를 투과하게 된다. 상기 제 4 편광 빔가르개(43)를 투과한 P 편광 레이저 빔은 제 4 편광 빔가르개(43)와 제 5 편광 빔가르개 사이에 있는 제 3 포켈스셀(42)을 지나가게 된다. 여기서, 제 3 포켈스셀(42)은 아직 미동작 상태이다.
상기에서 제 2 포켈스셀(42)을 통과한 광은 편광이 변하지 않은 채 제 4 편 빔가르개(43), 제 3 포켈스셀(44) 등을 지나 출력된다. 그 펄스형태는 도 2c에 도시된 바와 같으며, 출력 펄스의 에너지와 반복율은 각각 Y1(mJ), 3N1(kHz)이다. 즉, 펄스가 가지고 있던 에너지 Y1(mJ)을 그대로 유지한 채 반복율이 세 배로 높아졌음을 알 수 있다.
마찬가지로, 제 4 내지 제 n 레이저 발진부(20~21)는 D(4)초 내지 D(n)초 후 발진된다.
참고로, 상기 제 n 레이저 발진부(21)에서 발진된 레이저 빔은 제 n 선편광 자(31), 제 n 반파장판(36)을 거쳐 제 n 편광빔 가르개(45)에서 반사된다.
그 출력 펄스형태는 도 2d에 도시된 바와 같으며, 출력 펄스의 에너지와 반복율은 각각 Y1(mJ), nN1(kHz)이다. 즉, 펄스가 가지고 있던 에너지 Y1(mJ)을 그대로 유지한 채 반복율이 n 배로 높아졌음을 알 수 있다.
상기에도 설명한 바와 같이 본 발명에서는 정해진 반복율을 가진 기존의 상용화된 레이저들을 이용하고 이들 레이저 빔들을 시간차를 두고 결합하며 각각의 빔들을 포켈스셀 등의 소자를 사용함으로써 펄스가 가지고 있던 에너지를 그대로 유지한 채 반복율을 양의 정수배로 자유롭게 조정할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 정해진 반복율을 가진 양의 정수 n개의 레이저를 이용한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에서 각각의 레이저를 그룹화시킴으로써 펄스의 반복율뿐만 아니라 펄스당 에너지도 양의 정수 배수로 조정될 수 있음을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 4개의 레이저를 2개씩 고정 그룹화시키고, 2개의 지연 발생기를 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 2배, 반복율이 2배로 됨을 보여주는 도면이고, 도 3b는 도 3a의 간략도이다.
도 3a에서 점선 및 일점쇄선으로 표기된 것은 서로 동기화된 것을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치는 진동수 발진기(50), 지연 발생기(61, 62), 레이저 발진부(71~74), 선편광자(81~84), 반파장판(91~96), 편광빔 가르개(101~105) 및 포켈스셀(111, 112)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일실시예에서는 2개의 지연 발생기(이하, '제 1, 2 지연발생기라 함)(61)(62), 4개의 레이저 발진부(이하, '제 1 내지 제 4 레이저 발진부'라 함)(71~74) 및 선편광자(이하, '제 1 내지 제 4 선편광자'라 함)(81~84), 6개의 반파장판(이하, '제 1 내지 제 6 반파장판'라 함), 5개의 편광빔 가르개(이하, '제 1 내지 제 5 반파장판'라 함)가 구비된다.
본 발명에서는 2개의 그룹에 있는 레이저 발진부가 그룹별 등시간 간격으로 레이저 빔이 발진되도록 진동수 발진기, 지연 발생기 및 레이저 발진부를 구성시킨다.
즉, 진동수 발진기(50)는 정해진 N1(kHz)의 진동수로서 2개의 지연 발생기 D(1), D(2)와 시간차를 가지고 동기화된다.
앞에서도 언급한 바와 같이, D(n) = (n-1)/(N1×D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)초의 시간 지연을 의미한다. 이에, D(1) = 0초이므로 지연 없이 N1(kHz)로 진동하는 제 1 진동수 발생기(61)와 동기화됨을 의미하며, D(2)는 제 1 지연 발생기 D(1)에 비해 D(2) = 1/(N1×2)초만큼 지연되어 신호를 발생함을 의미한다.
또한 각각의 지연 발생기 D(1), D(2)(61, 62)은 레이저 발진부 L(1)~L(4)(71~74)과 각각 동기화되어 같은 그룹 내에 있는 레이저 발진부가 동시에 발진되며, 각 그룹간 발진 지연 시간은 1/(N1×D)가 된다. 여기서 레이저 발진부 L(1)~L(4)(71~74)은 각각 펄스당 Y1(mJ)의 에너지를 가지고 정해진 N1(kHz)의 반복율로 동작하는 레이저이다.
일례로, 진동수 발생기(11)가 5kHz로 진동한다고 가정하면 제 1 지연 발생기(61)는 진동수 발생기(50)와 동기화되며 시간지연 없이 다시 제 1 그룹에 있는 제 1, 2 레이저 발진부인 L(1)L(2)(71)(72)과 동기화된다. 또한, 제 2 지연 발생기(62)는 제 1 그룹에 있는 제 1, 2 레이저 발진부(71)(72)가 발진된 후 D(2) = 1/(5kHz×2)초 후에 제 2 그룹에 있는 제 3, 4 레이저 발진부인 L(3)L(4)(73)(74)와 동기화되어 발진시킨다.
상기 4개의 레이저 발진부(71~74)를 통해 발진된 레이저 빔은 각각 그 후단에 있는 선편광자(81~84)를 거치며, 이로 인해 S편광의 성분만이 남게 된다.
상기 선편광자(81~84)에 의해 S 편광으로 된 레이저 빔은 각각 그 후단에 있는 반파장판(91~94)을 통과하게 되는데 이 반파장판의 주축을 회전시킴으로써 선편광을 회전시킬 수 있다.
상기 반파장판(91~94)을 통과한 S편광의 레이저 빔은 각각 반파장판(91~94)의 후단에 있는 편광빔 가르개(101~104)에 입사된다.
상기 편광빔 가르개(101~104)는 S편광의 성분을 반사시키고 P편광의 성분을 투과시키는 특성이 있다. 즉 반파장판(91~94)의 주축을 회전시킴으로써 편광빔 가 르개(101~104)에서 반사되는 펄스 에너지를 조정할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 각 그룹에서 발진된 레이저 빔을 결합하는 제 5 편광빔 가르개(105)가 더 구비된다. 즉, 본 발명에서는 상기 제 5 편광빔 가르개(105)를 통해 각 그룹의 레이저 발진부(71~74)에서 발진된 빔이 결합된다.
또한, 본 발명에서는 제 1 그룹에 있는 제 1 편광빔 가르개(101)와 제 2 그룹에 있는 제 3 편광빔 가르개(102) 사이 및 제 1 그룹에 있는 제 2 편광빔 가르개(103)와 제 2 그룹에 있는 제 4 편광빔 가르개(104) 사이에는 각각 반파장판(95)(96)이 구비된다. 상기 반파장판(95)(96)에서는 입사된 S 편광을 90도 회전시킨다.
또한, 본 발명에서는 제 2 그룹에 있는 제 3 편광빔 가르개(102)와 제 5 편광빔 가르개(105) 사이 및 제 2 그룹에 있는 제 4 편광빔 가르개(104)와 제 5 편광빔 가르개(105) 사이에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀(제 1, 2 포켈스셀)(111)(112)이 각각 형성된다.
상기 제 1 포켈스셀(111)은 제 2 그룹에 있는 제 3 레이저 발진부(73) 및 제 4 레이저 발진부(74)와 동기화되고, 상기 제 2 포켈스셀(112)은 제 1 그룹에 있는 제 1 레이저 발진부(71) 및 제 2 레이저 발진부(72)와 동기화된다.
또한, 본 발명에서는 제 1 그룹에 있는 제 1 레이저 발진부(71)와 제 2 레이저 발진부(72)에서 레이저 빔이 발진될 때에는 제 1 포켈스셀(111)은 오프(OFF), 제 2 포켈스셀(112)은 온(ON) 되고, D(1)초 후 제 2 그룹에 있는 제 3 레이저 발진부(73)와 제 4 레이저 발진부(74)에서 레이저 빔이 발진될 때에는 제 1 포켈스 셀(111)은 온(ON), 제 2 포켈스셀(112)은 오프(OFF)되도록 제어된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치에서의 레이저 빔 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 제 1 레이저 발진부인 L(1)(71)로부터 레이저 빔이 발진되며, 제 1 선편광자(81)와 제 1 반파장판(91)을 지나 제 1 편광빔 가르개(101)에서 반사된다.
상기 제 1 편광빔 가르개(101)에서 반사된 빔은 S편광의 성분만 존재하며, 상기 S 편광의 레이저 빔은 제 1 편광빔 가르개(101)와 제 3 편광빔 가르개(102) 사이에 있는 제 5 반파장판(95)을 통과하며, 이로써 P편광의 빔으로 회전된다. 상기 제 5 반파장판(95)을 통과한 레이저 빔은 제 3 편광빔 가르개(102), 제 1 포켈스셀(111) 및 제 5 편광빔 가르개(105)를 통과하여 출력된다. 여기서, 제 1 포켈스셀(111)은 미작동(오프; OFF) 상태이므로 P편광의 레이저 빔은 제 5 편광빔 가르개(105)를 통과할 수 있다.
또한, 상기 제 1 레이저 발진부(71)와 동시에 제 2 레이저 발진부(72)에서도 레이저 빔이 발진되며, 그 빔은 제 2 선편광자(82)와 제 2 반파장판(92)을 지나 제 2 편광빔 가르개(102)에서 반사된다. 상기 반사된 빔은 제 6 반파장판(96)을 통과하여 P 편광으로 바뀌어지며, 제 2 포켈스셀(112)을 통과하게 된다. 이때, 제 2 포켈스셀은 작동(온; ON) 상태이므로 S 편광으로 바뀌어지게 된다.
본 발명에서는 제 2 포켈스셀(112)을 통과한 S 편광이 제 5 편광빔 가르개(105)에 입사되도록 거울(120)을 이용하여 반사시킨다. 그러면 상기 S 편광은 제 5 편광빔 가르개(105)에서 반사된다. 이에, 제 5 편광빔 가르개(105)에서는 제 1 레이저 발진부(71)에서 발진된 빔과 제 1 레이저 발진부(72)에서 발진된 빔이 결합되며, 그 출력 펄스 에너지는 제 1 레이저 발진부 또는 제 2 레이저 발진부에 발진될 때의 펄스 에너지의 2배가 된다.
한편, 제 1 그룹에 있는 제 1 레이저 발진부(71) 및 제 2 레이저 발진부(72)에서 레이저 빔이 발진되고 나서 D(1)초 후, 제 2 그룹에 있는 제 3 레이저 발진부(73) 및 제 4 레이저 발진부(74)에서 레이저 빔이 동시에 발진된다.
이때, 제 1 포켈스셀(111)은 작동(온; ON) 상태이며, 제 2 포켈스셀(112)은 미작동(오프; OFF) 상태이다.
이에 따라, 제 5 편광빔 가르개(105)를 통과한 빔도 마찬가지로 그 펄스 에너지가 제 3 레이저 발진부 또는 제 4 레이저 발진부에 발진될 때의 펄스 에너지의 두 배가 된다.
결론적으로 정해진 반복율을 가진 4개의 레이저를 2개씩 고정 그룹화시키고, 2개의 지연 발생기를 사용함으로써 출력되는 펄스의 에너지 및 반복율을 각각 2배로 향상시킬 수 있다.
도 3b에서, C는 레이저빔의 결합(Combination)을 나타내는 것으로 C(1, 2)는 L(1)부터 L(2)사이의 빔 결합을 나타내며, C(1, 4)는 L(1)부터 L(4)사이의 빔 결합을 나타낸다.
도 3c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저 를 2개씩 고정 그룹화시키고, n/2개의 지연 발생기를 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 2배, 반복율이 n/2배로 됨을 보여주는 간략도이다. 또한, 도 3d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 p개씩 그룹화시키고 2개의 지연 발생기를 고정 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 p배, 반복율이 2배로 됨을 보여주는 간략도이다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 도 1 내지 도 3b와 마찬가지로 T는 정해진 진동수 N1(kHz)로 동작하는 진동수 발생기이며, D(1), D(2), D(n/2), D(n/p)등은 지연 발생기의 시간 지연을 나타낸다.
도 1에서 D(n) = (n-1)/(N1×D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)이라고 했으므로 D(n/2) = (n/2 - 1)/(N1×D의 개수)초의 시간지연 후 레이저와 동기화됨을 나타낸다. 여기서 n/2 등은 양의 정수이다. 또한 도 1 및 도 3과 마찬가지로 L(1), L(2), L(p), L(n) 등은 각각의 레이저를 나타내며 C는 레이저빔의 결합(Combination)을 나타내는 것으로 C(1, 2)는 L(1)부터 L(2)사이의 빔 결합을 나타내며, C(p+1, 2p)는 L(p+1)부터 L(2p)사이의 빔 결합을 나타낸다.
먼저, 도 3c를 참조하면, 본 발명에서는 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 2개씩 고정 그룹화시키고, n/2개의 지연 발생기를 사용하였다.
이에, 본 발명에서는 출력되는 펄스의 에너지는 2배, 펄스의 반복율은 n/2배 향상시킬 수 있다.
도 3d를 참조하면, 본 발명에서는 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 p개 씩 그룹화시키고 2개의 지연 발생기를 고정 사용하였다.
여기서는 2개의 지연 발생기를 사용하고, 레이저는 p개씩 그룹화시켰으므로, n = 2p가 된다.
이에 본 발명에서는 출력되는 펄스의 에너지는 p배, 펄스의 반복율은 2배 향상시킬 수 있다.
도 3e는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 p개씩 그룹화시키고 n/p개의 지연 발생기를 사용했을 때 출력되는 펄스의 에너지가 p배, 반복율이 n/p배로 됨을 보여주는 도 3c 및 도 3d를 일반화시킨 간략도이다.
도 3e에서 D(n/p) = (n/p - 1)/(N1×D의 개수)초의 시간지연 후 레이저와 동기화됨을 나타낸다. 여기서 n/p 등은 양의 정수이다. 또한 L(1), L(2), L(p), L(n)등은 각각의 레이저를 나타내며 C는 레이저빔의 결합(Combination)을 나타내는 것으로 C(1, p)는 L(1)부터 L(p)사이의 빔 결합을 나타내며, C(p+1, 2p)는 L(p+1)부터 L(2p)사이의 빔 결합을 나타낸다.
도 3a 및 도 3e를 조합하여 참조하면, 본 발명에서는 정해진 반복율을 가진 n개의 레이저를 p개씩 그룹화시키고 n/p개의 지연 발생기를 사용하였다.
즉, N1(Hz)의 진동수를 발진시키는 진동수 발진기 및 레이저 광을 발진시키는 n개의 레이저 발진부가 구비된다.(도 1 참조) 또한, 본 발명에서는 상기 n개의 레이저 발진부를 p개씩 그룹화시키고, 각 그룹당 1개씩의 지연 발생기를 구비시켰 으며, 상기 지연 발생기는 n/p개이다.
상기 지연발생기는 상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 위치하며, 이에 따라 본 발명에서는 등시간 간격, 즉 (1/(N1×n/p) 간격으로 해당 그룹에 있는 레이저 발진부에서 레이저 빔이 동시에 발진된다.
상기 레이저 발진부의 후단에는 각각 선편광자가 구비된다. 이로 인해 해당 레이저 발진부를 통과한 광은 S 편광으로 세팅된다.
상기 선편광자를 거친 S 편광은 반파장판을 거친 후, 편광빔 가르개에 의해 반사된다. 여기서, 편광빔 가르개는 S 편광을 반사시키고, P 편광을 투과시키는 성질을 가진다.
본 발명에서는 각 그룹에서 발진된 레이저 빔을 결합하는 제 n+1 편광빔 가르개가 더 구비된다.
제 1 그룹에 있는 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 반파장판이 구비되며, 이로 인해 입사된 S 편광이 90도 회전된다.
또한, 제 2 그룹에 있는 편광빔 가르개 내지 제 n+1 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀이 구비된다.
상기 포켈스셀들은 해당 그룹에 있는 레이저 발진부와 동기화되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동된다.
이에 따라, 제 n+1 편광빔 가르개를 통과한 출력은 펄스당 에너지가 p배, 펄스의 반복율이 n/p배가 된다.
상기에 언급된 일실시에서 알 수 있듯이 본 발명에서 제안한 템포럴 멀티플렉싱 레이저 시스템은 반복율을 양의 정수 배수로 자유롭게 조정할 수 있을 뿐 아니라 레이저들의 그룹화에 따른 펄스에너지도 양의 정수 배수로 자유롭게 조정할 수 있는 특징을 가진다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명에서는 상기 실시예를 다양하게 수정, 변형시킬수 있으므로, 본 발명의 일실시예들과 유사한 것들도 본 발명에 포함되는 것은 당연한 것이다.
따라서 본 발명에서는 정해진 반복율을 가진 기존의 상용화된 레이저들을 이용하고 이들 레이저 빔들을 시간차를 두고 결합하며 각각의 빔들을 포켈스셀 등의 소자를 사용함으로써 펄스가 가지고 있던 에너지를 그대로 유지한 채 반복율을 양의 정수배로 자유롭게 조정할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명에서는 상기 템포럴 멀티플렉싱 레이저 장치에서 레이저들을 그룹화함으로써 출력되는 펄스의 에너지도 양의 정수 배수로 조정 가능하다.
또한, 본 발명에서 제안한 반복율 조정이 자유로운 템포럴 멀티플렉싱 레이저 시스템은 그 방법 및 장치 구성이 매우 간단하고 용이하며 그 구성들의 응용이 또한 다양하여 여러 가지 형태로 손쉽게 변화될 수 있으며 사용되는 레이저에 구애를 받지 않고 정해진 반복율을 가진 여러 개의 레이저빔을 각각의 개체 또는 그룹화하여 시간 간격을 두고 결합시킴으로써 원하는 파장과 에너지 등 다른 특성의 변 화 없이 어떠한 반복율도 손쉽게 구현하거나 펄스 에너지와 반복율을 동시에 조절 할 수 있다.
Claims (10)
- 진동수 발진기;레이저 광을 발진시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 레이저 발진부;상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 각각 위치하여 등시간 간격으로 해당 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하는 제 1, 2, ... n-1, n의 지연 발생기;상기 레이저 발진부의 후단에 각각 설치되어 레이저 발진부를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시켜 투과시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 선편광자; 및상기 선편광자의 후단에 각각 설치되어 입사되는 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키는 제 1, 2, ... n-1, n의 편광빔 가르개를 포함하고,상기 제 1 편광빔 가르개와 제 2 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 반파장판을 구비하고,상기 제 2 편광빔 가르개 내지 제 n 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀을 구비하되, 상기 포켈스셀들은 해당 레이저 발진부와 동기화되도록 구성되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동이 이루어지도록 하여펄스 에너지는 그대로 유지한 채 펄스 반복율을 n배 향상시키는 것을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 선편광자와 편광빔 가르개 사이에 위치하여 입사되는 선편광을 회전시켜 해당 편광빔 가르개에서 반사되는 펄스 에너지를 일정하게 조정하는 제 1, 2, ... n-1, n의 반파장판을 더 포함함을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 1항 또는 2항에 있어서,상기 제 1 편광빔 가르개와 제 2 편광빔 가르개 사이의 광 경로에 반파장판 대신 포켈스셀을 구비하되, 상기 포켈스셀은 제 1 레이저 발진부와 동기화되도록 하는 것을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 1항 또는 2항에 있어서,각 지연 발생기에서의 지연 시간 Dn = (n - 1)/(N1 × D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)인 것을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 진동수 발진기 및 레이저 광을 발진시키는 4개의 레이저 발진부(제 1, 2, 3, 4 레이저 발진부)를 포함하고;상기 4개의 레이저 발진부를 2개씩 그룹화(제 1 그룹, 제 2 그룹)시키고, 각 그룹당 1개씩의 지연 발생기를 구비시키되, 상기 지연발생기는 상기 진동수 발진기 와 레이저 발진부 사이에 위치하여 등시간 간격으로 해당 그룹에 있는 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하며;상기 레이저 발진부의 후단에 각각 선편광자를 구비하여 해당 레이저 발진부를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시키고;상기 선편광자의 후단에 각각 편광빔 가르개(제 1, 2, 3, 4 편광빔 가르개)를 구비하여 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키며;각 그룹에서 발진된 레이저 빔을 결합하는 제 5 편광빔 가르개를 더 구비시키고;제 1 그룹에 있는 제 1 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 3 편광빔 가르개 사이의 광 경로 및 제 1 그룹에 있는 제 2 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 4 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 각각 반파장판을 구비시켜 입사된 S 편광을 90도 회전시키고;제 2 그룹에 있는 제 3 편광빔 가르개와 제 5 편광빔 가르개 사이의 광경로 및 제 2 그룹에 있는 제 4 편광빔 가르개와 제 5 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀(제 1, 2 포켈스셀)을 각각 구비시키되, 상기 제 1 포켈스셀은 제 2 그룹에 있는 제 3 레이저 발진부와 제 4 레이저 발진부와 동기화되고, 상기 제 2 포켈스셀은 제 1 그룹에 있는 제 1 레이저 발진부와 제 2 레이저 발진부와 동기화되도록 하여제 1 레이저 발진부와 제 2 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진될 때 제 1 포켈스셀은 미작동(OFF), 제 2 포켈스셀은 작동(ON) 되고, 제 3 레이저 발진부와 제 4 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진될 때 제 1 포켈스셀은 작동(ON), 제 2 포켈스셀은 미작동(OFF) 되도록 제어함으로써 제 5 편광빔 가르개를 통과한 출력은 펄스당 에너지가 2배, 펄스의 반복율이 2배로 향상되도록 하는 것을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 제 2 포켈스셀의 출력광(S편광)을 반사시켜 제 5 편광빔 가르개에 입사시키는 거울을 더 포함함을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 선편광자와 편광빔 가르개 사이에 각각 위치하여 입사되는 선편광을 회전시켜 해당 편광빔 가르개에서 반사되는 펄스 에너지를 일정하게 조정하는 반파장판을 더 포함함을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 진동수 발진기 및 레이저 광을 발진시키는 n개의 레이저 발진부를 포함하고;상기 n개의 레이저 발진부를 p개씩 그룹화시키고, 각 그룹당 1개씩의 지연 발생기를 구비시키되, 상기 지연발생기는 상기 진동수 발진기와 레이저 발진부 사이에 위치하여 등시간 간격으로 해당 그룹에 있는 레이저 발진부에서 레이저 빔이 발진되도록 하며;상기 레이저 발진부의 후단에 각각 선편광자를 구비하여 해당 레이저 발진부 를 통과한 광을 S 편광으로 세팅시키고;상기 선편광자의 후단에 각각 편광빔 가르개를 구비하여 S 편광은 반사시키고, P 편광은 투과시키며;각 그룹에서 발진된 레이저 빔을 결합하는 제 n+1 편광빔 가르개를 더 구비시키고;제 1 그룹에 있는 제 1 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 p+1 편광빔 가르개 사이의 광 경로 및 제 1 그룹에 있는 제 2 편광빔 가르개와 제 2 그룹에 있는 제 p+2 편광빔 가르개 사이의 광 경로에는 반파장판을 구비시켜 입사된 S 편광을 90도 회전시키고;제 2 그룹에 있는 제 p+1 편광빔 가르개 내지 제 n+1 편광빔 가르개 사이의 광경로에는 입사된 S 편광을 90도 회전시키는 포켈스셀을 구비시키되, 상기 포켈스셀들은 해당 그룹에 있는 레이저 발진부와 동기화되어 해당 레이저 발진부가 발진될 때 작동이 이루어지도록 하여제 n+1 편광빔 가르개를 통과한 출력은 펄스당 에너지가 p배, 펄스의 반복율이 n/p배가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 선편광자와 편광빔 가르개 사이에 각각 위치하여 입사되는 선편광을 회전시켜 해당 편광빔 가르개에서 반사되는 펄스 에너지를 일정하게 조정하는 반파장판을 더 포함함을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
- 제 8항 또는 9항에 있어서,각 지연 발생기에서의 지연 시간 D(n/p) = (n/p - 1)/(N1 × D의 개수)(단, N1은 진동수 발진기에서 발진된 진동수, D는 지연 발생기의 총 개수, n은 레이저 발진부의 해당 번지를 나타냄)인 것을 특징으로 하는 템포럴 멀티플렉스 레이저 장치.
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2006
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