KR100789278B1 - Solid-state laser system - Google Patents

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KR100789278B1
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김남성
박정래
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주식회사 이오테크닉스
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Abstract

A solid-state laser system is provided to improve the flexibility of a design of the system by allowing a pumping laser beam to be incident on a solid laser medium in the form of collimated light. A solid-state laser system includes a laser diode(10), a solid laser medium(30), a reflecting mirror, and a collimator(60). The laser diode generates a pumping laser beam(1). The solid laser medium generates a laser beam with a predetermined wavelength by the incident pumping laser beam. The reflecting mirror resonates the laser beam generated from the solid laser medium. The pumping laser beam generated from the laser diode is incident on the collimator. The collimator converts the incident pumping laser beam to collimated light. The pumping laser beam is incident on the solid laser medium in the form of collimated light.

Description

고체 레이저 시스템{Solid-state laser system}Solid state laser system {Solid-state laser system}

도 1은 종래의 고체 레이저 시스템을 개략적으로 도시한 도면.1 is a schematic illustration of a conventional solid state laser system.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 레이저 시스템을 개략적으로 도시한 도면.2 schematically illustrates a solid state laser system according to an embodiment of the invention.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체 레이저 시스템에서 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군을 이용하여 평행광의 직경을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining the change in the diameter of the parallel light using a variable focusing collimated lens group in a solid state laser system according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 펌핑용 레이저빔 2 : 레이저빔1: pumping laser beam 2: laser beam

10 : 레이저 다이오드 20 : 광섬유10: laser diode 20: optical fiber

30 : 고체 레이저 매질 31 : 고체 레이저 매질의 코어부30: solid state laser medium 31: core portion of the solid state laser medium

32 : 고체 레이저 매질의 일측단면 41 : 부분반사 미러32: one side cross section of the solid-state laser medium 41: partial reflection mirror

42 : 전반사 미러 60 : 콜리메이트 렌즈42: total reflection mirror 60: collimated lens

70 : 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군 71 : 볼록 렌즈70: variable focus collimating lens group 71: convex lens

72 : 오목 렌즈72: concave lens

본 발명은 고체 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 콜리메이트된 펌핑용 레이저빔을 이용하여 고체 레이저 매질을 펌핑(pumping)함으로써, 레이저빔의 출력 효율을 향상시킬 수 있는 고체 레이저 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a solid state laser system, and more particularly, to a solid state laser system capable of improving the output efficiency of a laser beam by pumping a solid state laser medium using a collimated pumping laser beam.

고체 레이저 시스템은, 레이저빔을 발생시키는 레이저 매질의 조성에 따라 여러 종류가 있는데, 그 중 하나가 바나데이트 계열 재료인 이트륨 바나데이트(YVO4) 내에 네오디뮴(Nd)을 소량 도핑시켜 레이저 매질을 만든, Nd:YVO4 레이저 시스템이다. 상기 Nd:YVO4 레이저 시스템은, 레이저 마킹이나 레이저 커팅 등의 산업현장에서 주로 사용되고 있는 Nd:YAG 레이저 시스템에 비해, 발진효율이 높고, 장치의 크기는 절반 이하로 줄여 소형화할 수 있는 장점이 있다.There are several types of solid state laser systems, depending on the composition of the laser medium generating the laser beam, one of which is a laser medium made by doping a small amount of neodymium (Nd) in yttrium vanadate (YVO4), a vanadate-based material. Nd: YVO4 laser system. The Nd: YVO 4 laser system has an advantage of high oscillation efficiency and size reduction of the device to less than half, compared to the Nd: YAG laser system mainly used in industrial sites such as laser marking or laser cutting.

한편, 고체 레이저 매질을 여기시키기 위한 에너지원인 펌핑광을 제공하는 매질에 따라 램프 펌핑과 다이오드 펌핑으로 분류되는데, 전체 시스템의 크기를 작게 하며 고효율, 고출력을 얻을 수 있는 다이오드 펌핑이 주로 사용되고 있다. 상기 다이오드 펌핑도, 레이저 매질측으로 펌핑광을 공급하는 방향에 따라, 레이저 매질봉의 일측단면으로 펌핑광을 공급하는 엔드 펌핑 타입(end pumping type)과, 레이저 매질봉의 원주면측으로 펌핑광을 공급하는 사이드 펌핑 타입(side pumping type)으로 나눌 수 있다.On the other hand, lamp pumping and diode pumping are classified according to the medium providing the pumping light as an energy source for exciting the solid state laser, and the diode pumping which can reduce the size of the entire system and obtain high efficiency and high power is mainly used. The diode pumping also has an end pumping type for supplying the pumping light to one side surface of the laser medium rod and the side for supplying the pumping light to the circumferential surface side of the laser medium rod according to the direction of supplying the pumping light to the laser medium side. It can be divided into side pumping type.

도 1은 종래의 고체 레이저 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 고체 레이저 시스템은, 레이저 다이오드(10)와, 광섬유(20)와, 집속 렌즈(50)와, 고체 레이저 매질(30)과, 전반사 미러(42)와, 부분반사 미러(41)를 구 비하고 있다.1 is a view schematically showing a conventional solid state laser system. Referring to FIG. 1, a solid state laser system includes a laser diode 10, an optical fiber 20, a focusing lens 50, a solid state laser medium 30, a total reflection mirror 42, and a partial reflection mirror ( 41).

상기 레이저 다이오드(10)로부터 펌핑용 레이저빔(1)이 발생되고, 그 펌핑용 레이저빔(1)은 광섬유(20)를 통해 전송된다. 광섬유(20)를 거쳐 출사되는 펌핑용 레이저빔(1)은, 집속 렌즈(50)에 의해 집속되어 고체 레이저 매질(30), 예컨대 Nd:YVO4 레이저 매질의 일측단면(32)으로 입사된다. 입사된 펌핑용 레이저빔(1)에 의해 상기 고체 레이저 매질(30)은 여기되어, 상기 고체 레이저 매질(30)은 빔 모드를 형성하여 부분반사 미러(41)를 통해 레이저빔(2)을 방출한다. 상기 집속 렌즈(50)와 고체 레이저 매질(30) 사이에는 전반사 미러(42)가 설치되어 있는데, 상기 고체 레이저 매질(30)로부터 발생된 레이저빔(2)은, 상기 전반사 미러(42)와 상기 부분반사 미러(41) 사이의 공간에서 공진하며 그 출력이 높아진다.The pumping laser beam 1 is generated from the laser diode 10, and the pumping laser beam 1 is transmitted through the optical fiber 20. The pumping laser beam 1 emitted through the optical fiber 20 is focused by the focusing lens 50 and is incident on one side surface 32 of the solid state laser medium 30, for example, the Nd: YVO 4 laser medium. The solid laser medium 30 is excited by the incident pumping laser beam 1 so that the solid laser medium 30 forms a beam mode to emit the laser beam 2 through the partial reflection mirror 41. do. The total reflection mirror 42 is provided between the focusing lens 50 and the solid state laser medium 30. The laser beam 2 generated from the solid state laser medium 30 is the total reflection mirror 42 and the It resonates in the space between the partial reflection mirrors 41 and its output becomes high.

이와 같이 집속된 펌핑용 레이저빔을 사용하여 엔드 펌핑 타입으로 고체 레이저 매질을 펌핑하게 되면, 고체 레이저 시스템 내부에서 광학계 및 고체 레이저 매질 등을 배치하는 데 있어서, 많은 제약 조건이 따르게 된다. 즉, 집속 렌즈의 초점거리에 맞춰 고체 레이저 매질의 위치를 결정하여야 하기 때문에, 집속 렌즈와 고체 레이저 매질 간의 고정된 간격에 따라 집속 렌즈와 고체 레이저 매질의 위치가 결정된다. 또한, 집속 렌즈와 고체 레이저 매질의 고정된 위치에 따라, 상기 부분반사 미러 및 전반사 미러의 위치 역시 고정되게 된다. 고체 레이저 시스템 내부에서 광학계 및 고체 레이저 매질의 위치를 변경하는 데 많은 제약이 따르므로, 전체적인 고체 레이저 시스템의 설계 작업이 용이하지 않게 되는 문제점이 있다.When the solid laser medium is pumped in the end pumping type using the focused pumping laser beam, many constraints are placed in disposing the optical system, the solid laser medium, and the like in the solid laser system. That is, since the position of the solid state laser medium must be determined according to the focal length of the focusing lens, the position of the focusing lens and the solid state laser medium is determined according to the fixed distance between the focusing lens and the solid state laser medium. In addition, according to the fixed position of the focusing lens and the solid state laser medium, the positions of the partial reflection mirror and the total reflection mirror are also fixed. Since there are many restrictions in changing the positions of the optical system and the solid state laser medium within the solid state laser system, there is a problem that the design work of the whole solid state laser system is not easy.

또한, 펌핑용 레이저빔은 고체 레이저 매질의 코어부와 많은 부분이 중첩될수록, 입사되는 펌핑용 레이저빔이 출력 레이저빔으로 변환되는 효율이 높아지게 된다. 하지만, 집속된 펌핑용 레이저빔은 고체 레이저 매질의 코어부와 중첩되는 부분이 적어서, 레이저빔 변환 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.In addition, as the pumping laser beam overlaps with the core part of the solid state laser medium, the efficiency of converting the incident pumping laser beam into the output laser beam becomes higher. However, the focused pumping laser beam has a small portion overlapping with the core portion of the solid laser medium, there is a problem that the laser beam conversion efficiency is lowered.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고체 레이저 매질측으로 입사되는 펌핑용 레이저빔이 평행광 형태로 입사되게 함으로써, 고체 레이저 시스템의 설계의 유연성을 높이고, 레이저빔 변환 효율을 향상시킬 수 있도록 구조가 개선된 고체 레이저 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the pumping laser beam incident to the solid-state laser medium is incident in parallel light, thereby increasing the design flexibility of the solid-state laser system and improving the laser beam conversion efficiency. It is an object of the present invention to provide a solid state laser system whose structure is improved.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 고체 레이저 시스템은, 펌핑용 레이저빔을 발생시키는 레이저 다이오드와, 입사되는 펌핑용 레이저빔에 의해 소정 파장의 레이저빔을 발생시키는 고체 레이저 매질과, 상기 고체 레이저 매질로부터 발생된 레이저빔을 공진시키기 위한 반사 미러부를 포함하는 고체 레이저 시스템에 있어서, 상기 레이저 다이오드로부터 발생된 펌핑용 레이저빔이 입사되고, 입사된 상기 펌핑용 레이저빔을 평행광 형태로 전환시키는 콜리메이트 수단을 포함하며, 상기 고체 레이저 매질 측으로 입사되는 펌핑용 레이저빔은, 평행광 형태로 입사되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solid laser system of the present invention, a laser diode for generating a pumping laser beam, a solid laser medium for generating a laser beam of a predetermined wavelength by the incident pumping laser beam, and the solid A solid-state laser system including a reflection mirror unit for resonating a laser beam generated from a laser medium, wherein the pumping laser beam generated from the laser diode is incident and converts the incident pumping laser beam into parallel light. And a collimating means, wherein the pumping laser beam incident to the solid laser medium is incident in parallel light form.

본 발명에 따른 고체 레이저 시스템에 있어서, 바람직하게는, 상기 콜리메이트 수단은, 콜리메이트 렌즈를 포함한다.In the solid state laser system according to the present invention, preferably, the collimating means comprises a collimating lens.

본 발명에 따른 고체 레이저 시스템에 있어서, 바람직하게는, 상기 고체 레이저 매질은, 이트륨 바나데이트(YVO4) 내에 네오디뮴(Nd)을 소량 도핑시킨 네오디뮴 이트륨 바나데이트(Nd:YVO4) 소재로 제작된다.In the solid laser system according to the present invention, preferably, the solid laser medium is made of neodymium yttrium vanadate (Nd: YVO 4) material in which a small amount of neodymium (Nd) is doped in yttrium vanadate (YVO 4).

본 발명에 따른 고체 레이저 시스템에 있어서, 바람직하게는, 상기 고체 레이저 매질은 원기둥 형상이며, 상기 고체 레이저 매질측으로 입사되는 평행광 형태의 펌핑용 레이저빔은, 상기 고체 레이저 매질의 일측단면으로 입사된다.In the solid laser system according to the present invention, preferably, the solid laser medium has a cylindrical shape, and a pumping laser beam in the form of parallel light incident on the solid laser medium is incident on one side surface of the solid laser medium. .

본 발명에 따른 고체 레이저 시스템에 있어서, 바람직하게는, 상기 콜리메이트 수단은, 그 콜리메이트 수단에 의해 전환되는 평행광의 직경을 변경시킬 수 있도록, 초점거리를 변경시킬 수 있는 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군을 포함한다.In the solid-state laser system according to the present invention, preferably, the collimating means is a group of variable focusing collimating lenses capable of changing the focal length so that the diameter of the parallel light converted by the collimating means can be changed. It includes.

이하, 본 발명에 따른 고체 레이저 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a solid state laser system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 레이저 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.2 is a view schematically showing a solid state laser system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 고체 레이저 시스템은, 레이저 다이오드(10)와, 광섬유(20)와, 콜리메이트 수단과, 고체 레이저 매질(30)과, 전반사 미러(42)와, 부분반사 미러(41)를 구비하고 있다.2, the solid state laser system of this embodiment includes a laser diode 10, an optical fiber 20, collimating means, a solid laser medium 30, a total reflection mirror 42, and a partial reflection mirror. (41) is provided.

상기 레이저 다이오드(10)는, p형 반도체 및 n형 반도체의 결합으로 형성되는 레이저로서, 후술할 고체 레이저 매질(30)로부터 레이저빔(2)이 발생하도록 그 고체 레이저 매질(30)을 여기시키는 에너지 공급원 역할을 하는 펌핑용 레이저빔(1)을 발생시킨다. 상기 레이저 다이오드(10)로부터 발생하는 펌핑용 레이저 빔(1)은, 연속 출력으로 적외선에서 가시광 범위까지의 파장을 가질 수 있으나, 본 실시예에서의 레이저 다이오드(10)는 약 808㎚ 정도의 파장을 갖는 펌핑용 레이저빔(1)을 발생시킨다.The laser diode 10 is a laser formed by a combination of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and excites the solid laser medium 30 to generate the laser beam 2 from the solid laser medium 30 to be described later. A pumping laser beam 1 serving as an energy source is generated. The pumping laser beam 1 generated from the laser diode 10 may have a wavelength ranging from infrared to visible light with continuous output, but the laser diode 10 of the present embodiment has a wavelength of about 808 nm. A pumping laser beam 1 is generated.

상기 광섬유(20)는, 그 중심 부분에 적당한 굴절률 분포를 갖게 하여, 상기 레이저 다이오드(10)로부터 발생된 펌핑용 레이저빔(1)을 원하는 곳으로 전송하기 위한 전송 매개물이다. 상기 레이저 다이오드(10)로부터 발생된 펌핑용 레이저빔(1)은, 상기 광섬유(20)를 거쳐 후술할 콜리메이트 수단으로 전송된다.The optical fiber 20 is a transmission medium for transmitting the pumping laser beam 1 generated from the laser diode 10 to a desired place by having a proper refractive index distribution in the center portion thereof. The pumping laser beam 1 generated from the laser diode 10 is transmitted to the collimating means to be described later via the optical fiber 20.

상기 콜리메이트 수단은, 상기 광섬유(20)을 거쳐 방출되어 발산하면서 진행하는 펌핑용 레이저빔(1)을 평행광 형태로 전환시키는 수단으로서, 본 실시예에서는 상기 콜리메이트 수단으로 콜리메이트 렌즈(60)가 사용된다. 상기 콜리메이트 렌즈(60)로 입사되는 빛의 광원이 초점거리에 위치하게 되면, 상기 콜리메이트 렌즈(60)로부터 출사되는 빛은 평행광 형태로 진행하게 된다. 즉, 도 2에 a 로 표시된, 상기 펌핑용 레이저빔(1)이 방출되는 광섬유(20)의 끝단과 상기 콜리메이트 렌즈(60)와의 거리가, 상기 콜리메이트 렌즈(60)의 초점거리와 일치하게 되면, 상기 펌핑용 레이저빔(1)은 콜리메이트 렌즈(60) 이후에서는 평행광 형태로 진행하게 되는 것이다.The collimating means is a means for converting the pumping laser beam 1, which is emitted through the optical fiber 20 and diverges, into parallel light. In this embodiment, the collimating means is used as the collimating means. ) Is used. When the light source of the light incident on the collimating lens 60 is located at the focal length, the light emitted from the collimating lens 60 proceeds in the form of parallel light. That is, the distance between the end of the optical fiber 20 from which the pumping laser beam 1 is emitted and the collimating lens 60, indicated by a in FIG. 2, coincides with the focal length of the collimating lens 60. In this case, the pumping laser beam 1 is to proceed in the form of parallel light after the collimated lens 60.

상기 고체 레이저 매질(30)은, 펌핑용 레이저빔(1)이 입사되면 여기되어 소정 파장의 레이저빔(2)을 발생시키는 것으로서, 본 실시예에서는 YVO4 단결정 내에 Nd를 소량 도핑시킨 결정인 Nd:YVO4 레이저 매질이 사용된다. 상기 Nd:YVO4 레이저 매질은 Nd:YAG 레이저 매질에 비해 레이저 발진 효율이 커서 소형의 고효율 레 이저 제작에 적합하다. 상기 Nd:YVO4 레이저 매질로부터 발생되는 레이저빔(2)의 주발진파장은 1,064㎚ 이다. 상기 고체 레이저 매질(30)은 주로 원기둥 형상으로 제작되며, 상기 콜리메이트 렌즈(60)로부터 평행광 형태로 출사되는 펌핑용 레이저빔(1)은, 상기 고체 레이저 매질의 일측단면(32), 즉 원기둥의 중심축에 수직인 일측단면으로 입사된다.The solid laser medium 30 is excited when the pumping laser beam 1 is incident to generate a laser beam 2 of a predetermined wavelength. In this embodiment, Nd is a crystal in which a small amount of Nd is doped in a YVO4 single crystal. YVO4 laser medium is used. The Nd: YVO4 laser medium has a larger laser oscillation efficiency than the Nd: YAG laser medium, and thus is suitable for manufacturing a compact, high efficiency laser. The main oscillation wavelength of the laser beam 2 generated from the Nd: YVO 4 laser medium is 1,064 nm. The solid laser medium 30 is mainly manufactured in a cylindrical shape, and the pumping laser beam 1 emitted in the form of parallel light from the collimated lens 60 is one side surface 32 of the solid laser medium, that is, It is incident on one side cross section perpendicular to the central axis of the cylinder.

상기 고체 레이저 매질(30)의 전후에는, 상기 고체 레이저 매질(30)로부터 발생된 레이저빔(2)을 공진시키기 위한 반사 미러부가 배치되어 있다. 상기 반사 미러부는, 상기 고체 레이저 매질(30)로부터 발생된 레이저빔(2)의 파장대만을 부분 반사시키는 막이 코팅되어 있는 부분반사 미러(41)와, 상기 고체 레이저 매질(30)로부터 발생된 레이저빔(2)의 파장대만을 전반사시키는 막이 코팅되어 있는 전반사 미러(42)로 이루어져 있다. 상기 고체 레이저 매질(30)로부터 발생된 저출력의 레이저빔(2)은, 상기 부분반사 미러(41) 및 전반사 미러(42) 사이에서 공진되어 원하는 출력으로 증폭되고, 고출력의 레이저빔(2)은 부분반사 미러(41)를 통해 외부로 방출된다.Before and after the solid laser medium 30, a reflecting mirror unit for resonating the laser beam 2 generated from the solid laser medium 30 is disposed. The reflecting mirror portion includes a partial reflection mirror 41 coated with a film for partially reflecting only the wavelength band of the laser beam 2 generated from the solid laser medium 30, and a laser generated from the solid laser medium 30. It consists of a total reflection mirror 42 coated with a film that totally reflects only the wavelength band of the beam 2. The low power laser beam 2 generated from the solid state laser medium 30 is resonated between the partial reflection mirror 41 and the total reflection mirror 42 to be amplified to a desired output, and the high power laser beam 2 is It is emitted to the outside through the partial reflection mirror 41.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 고체 레이저 시스템에 있어서, 고체 레이저 매질로부터 레이저빔이 발생하는 과정에 대하여, 도 2를 참조하면서 설명하기로 한다.Hereinafter, in the solid laser system of the present embodiment configured as described above, a process of generating a laser beam from the solid laser medium will be described with reference to FIG. 2.

우선, 상기 레이저 다이오드(10)로부터 펌핑용 레이저빔(1)이 발생하면, 그 펌핑용 레이저빔(1)은 광섬유(20)를 거쳐 콜리메이트 렌즈(60) 측으로 입사된다. 상기 광섬유(20)의 끝단은 상기 콜리메이트 렌즈(60)의 초점거리 상에 위치하므로, 상기 콜리메이트 렌즈(60) 측으로 입사된 펌핑용 레이저빔(1)은 콜리메이트 렌즈(60)를 거쳐 평행광 형태로 전환된다.First, when the pumping laser beam 1 is generated from the laser diode 10, the pumping laser beam 1 is incident to the collimating lens 60 via the optical fiber 20. Since the end of the optical fiber 20 is located on the focal length of the collimating lens 60, the pumping laser beam 1 incident to the collimating lens 60 side is parallel through the collimating lens 60 Converted to light form.

상기 평행광 형태로 변형된 펌핑용 레이저빔(1)은 전반사 미러(42)를 거쳐 Nd:YVO4 고체 레이저 매질(30)의 일측단면(32)으로 입사된다. 상기 전반사 미러(42)에는, Nd:YVO4 고체 레이저 매질(30)로부터 발진되는 1,064㎚ 파장의 레이저빔(2)만을 반사하는 막이 코팅되어 있으므로, 808㎚ 파장의 펌핑용 레이저빔(1)은 상기 전반사 미러(42)를 모두 투과하여 Nd:YVO4 고체 레이저 매질(30)측으로 입사되는 것이 가능하다.The pumping laser beam 1 deformed into the parallel light form is incident on one side surface 32 of the Nd: YVO 4 solid state laser medium 30 via the total reflection mirror 42. Since the total reflection mirror 42 is coated with a film reflecting only the laser beam 2 of 1,064 nm wavelength emitted from the Nd: YVO 4 solid laser medium 30, the pumping laser beam 1 of 808 nm wavelength is coated with the film. It is possible to penetrate all the total reflection mirrors 42 and enter the Nd: YVO 4 solid laser medium 30 side.

상기 Nd:YVO4 고체 레이저 매질의 일측단면(32)으로 입사되는 펌핑용 레이저빔(1)은 평행광 형태로 입사되기 때문에, Nd:YVO4 고체 레이저 매질의 코어부(31)의 단면적 대부분과 중첩되게 입사된다. 따라서, 집속광 형태로 입사되는 펌핑용 레이저빔(1)의 경우와 비교해 볼 때, Nd:YVO4 고체 레이저 매질(30)로 입사되는 펌핑용 레이저빔(1)의 출력에 대한 Nd:YVO4 고체 레이저 매질(30)로부터 방출되는 레이저빔(2)의 출력의 비율인 레이저빔 변환 효율이 높게 나타난다.Since the pumping laser beam 1 incident on the one end surface 32 of the Nd: YVO4 solid laser medium is incident in the form of parallel light, the pumping laser beam 1 overlaps with most of the cross-sectional area of the core portion 31 of the Nd: YVO4 solid laser medium. Incident. Therefore, compared with the case of the pumping laser beam 1 incident in the form of focused light, the Nd: YVO4 solid state laser is output to the output of the pumping laser beam 1 incident on the Nd: YVO 4 solid state laser medium 30. The laser beam conversion efficiency, which is the ratio of the output of the laser beam 2 emitted from the medium 30, is high.

상기 Nd:YVO4 고체 레이저 매질(30)로부터 발생된 레이저빔(2)은, 상기 부분반사 미러(41)와 전반사 미러(42) 사이에서 공진하며 증폭되고, 원하는 출력의 레이저빔(2)이 외부로 방출되게 된다.The laser beam 2 generated from the Nd: YVO 4 solid state laser medium 30 is amplified by resonating between the partial reflection mirror 41 and the total reflection mirror 42, and the laser beam 2 having a desired output is externally Will be released.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 고체 레이저 시스템을 이용하면, 고체 레이저 매질측으로 입사되는 펌핑용 레이저빔이 평행광 형태로 입사되므로, 고체 레이저 시스템 설계의 유연성을 향상시킬 수 있다. 즉, 집속 렌즈를 사용하 는 때와 같이 초점거리에 맞춰 콜리메이트 렌즈 및 고체 레이저 매질을 배치할 필요가 없게 된다. 또한, 고체 레이저 매질의 양측에 배치되는 반사 미러들의 위치 역시 보다 유연하게 결정할 수 있게 된다. 따라서, 고체 레이저 시스템 내의 구성요소의 배치를 다양하게 구현하고, 공간을 좀 더 효율적으로 사용할 수 있으므로, 고체 레이저 시스템 설계의 효율성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Using the solid state laser system according to the present embodiment configured as described above, since the pumping laser beam incident to the solid state laser medium is incident in the form of parallel light, flexibility of the solid state laser system design can be improved. That is, there is no need to arrange the collimated lens and the solid laser medium at the focal length as in the case of using a focused lens. In addition, the position of the reflecting mirrors arranged on both sides of the solid state laser medium also becomes more flexible. Therefore, various arrangements of components in the solid state laser system can be realized and space can be used more efficiently, thereby achieving an effect of increasing the efficiency of the solid state laser system design.

또한, 펌핑용 레이저빔이 고체 레이저 매질의 코어부의 단면적의 대부분과 중첩되게 입사되므로, 입사되는 펌핑용 레이저빔에 대한 출력되는 레이저빔의 비율을 나타내는 레이저빔 변환 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, since the pumping laser beam is incident to overlap most of the cross-sectional area of the core portion of the solid laser medium, the laser beam conversion efficiency indicating the ratio of the output laser beam to the incident pumping laser beam can be obtained. .

또한, 집속광 형태의 레이저빔은, 그 단위면적당 에너지가 상당히 높아서, Nd:YAG 고체 레이저 매질에 비해 강도가 약한 Nd:YVO4 고체 레이저 매질에는, 고출력의 펌핑용 레이저빔을 집속하여 사용할 수 없었다. 따라서, Nd:YVO4 고체 레이저 매질측으로 평행광 형태의 펌핑용 레이저빔을 입사시킴으로써, 고출력의 펌핑용 레이저빔을 사용하여 Nd:YVO4 고체 레이저 매질로부터 발생되는 레이저빔의 출력을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the focused light laser beam has a high energy per unit area, and thus a high-power pumping laser beam cannot be focused and used on an Nd: YVO 4 solid laser medium having a weak strength compared to the Nd: YAG solid laser medium. Therefore, by injecting the pumping laser beam in the form of parallel light toward the Nd: YVO4 solid laser medium, the effect of increasing the output of the laser beam generated from the Nd: YVO4 solid laser medium by using the high power pumping laser beam is obtained. Can be.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고체 레이저 시스템에서 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군을 이용하여 평행광의 직경을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.On the other hand, Figure 3 is a view for explaining the change in the diameter of the parallel light using a variable focusing collimating lens group in the solid state laser system according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 고체 레이저 시스템은, 입사되는 펌핑용 레이저빔(1)을 평행광 형태로 전환시키는 콜리메이트 수단으로서, 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군(70)을 이용한다. 도 3에 있어서, 도 2에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 3, the solid state laser system uses a variable focusing collimating lens group 70 as collimating means for converting the incident pumping laser beam 1 into parallel light. In FIG. 3, members referred to by the same reference numerals as the members shown in FIG. 2 have the same configuration and function, and detailed descriptions of each of them will be omitted.

상기 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군(70)은, 그 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군(70)에 의해 전환되는 평행광의 직경을 변경시킬 수 있도록, 초점거리를 변경시킬 수 있는 구조로 되어 있다. 본 실시예의 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군(70)은, 펌핑용 레이저빔(1)이 입사되는 측으로부터 볼록 렌즈(71)와 오목 렌즈(72)가 동일 광축에 일렬로 배치된 구조로 되어 있다.The variable focusing collimated lens group 70 has a structure in which the focal length can be changed so that the diameter of the parallel light converted by the variable focusing collimated lens group 70 can be changed. The variable focusing collimating lens group 70 of the present embodiment has a structure in which the convex lens 71 and the concave lens 72 are arranged in a line on the same optical axis from the side where the pumping laser beam 1 is incident.

일반적으로, 두 개의 렌즈의 조합으로 인한 합성 초점거리를 구하는 관계식은 다음과 같다.In general, the relational formula for calculating the combined focal length due to the combination of two lenses is as follows.

fℓ = (f1 x f2) / (f1 + f2 - ℓ)fℓ = (f1 x f2) / (f1 + f2-ℓ)

여기서, fℓ은 합성 초점거리, f1은 제1렌즈의 초점거리, f2는 제2렌즈의 초점거리, ℓ은 제1렌즈와 제2렌즈 간의 간격이다.Here, f1 is a composite focal length, f1 is a focal length of the first lens, f2 is a focal length of the second lens, and l is a distance between the first lens and the second lens.

상기 관계식으로부터 알 수 있듯이, 볼록 렌즈(71)와 오목 렌즈(72) 간의 간격을 ℓ1에서 ℓ2 로 증가시키면, 상기 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군(70)의 합성 초점거리는 fℓ1 에서 fℓ2 로 증가하게 된다. 한편, 초점거리와 출사되는 빛의 직경의 비는 항상 일정하게 유지되므로, 상기와 같이 합성 초점거리가 증가하게 되면, 출사되는 평행광의 직경이 증가하게 된다. 따라서, 합성 초점거리가 fℓ1 일 때의 평행광의 직경인 d1 보다 합성 초점거리가 fℓ2 일 때의 평행광의 직경인 d2 가 더 크게 된다.As can be seen from the above relation, when the distance between the convex lens 71 and the concave lens 72 is increased from l1 to l2, the composite focal length of the variable focusing collimated lens group 70 increases from fl1 to fl2. On the other hand, since the ratio of the focal length and the diameter of the emitted light is always kept constant, when the combined focal length is increased as described above, the diameter of the emitted parallel light increases. Therefore, the diameter d2 of the parallel light when the combined focal length is f1 is greater than the diameter d1 of the parallel light when the combined focal length is f1.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 고체 레이저 시스템을 이용하면, 상기 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군에 의해 전환되는 평행광의 직경을 변경시킬 수 있으므로, 상기 고체 레이저 매질의 코어부의 직경이 변경되더라도, 평행광의 직경을 고체 레이저 매질의 코어부의 직경에 맞게 변경시킬 수 있다. 따라서, 펌핑용 레이저빔과 고체 레이저 매질의 코어부의 중첩을 최대화시켜 레이저빔 변환 효율을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.By using the solid state laser system according to the present embodiment configured as described above, since the diameter of the parallel light converted by the variable focusing collimating lens group can be changed, even if the diameter of the core portion of the solid state laser medium is changed, parallelism is achieved. The diameter of the light can be changed to match the diameter of the core portion of the solid laser medium. Therefore, an effect of increasing the laser beam conversion efficiency may be obtained by maximizing the overlap of the core portion of the pumping laser beam and the solid laser medium.

이상 바람직한 실시예 및 변형례에 대해 설명하였으나, 본 발명에 따른 고체 레이저 시스템은 상술한 예들에 한정되는 것은 아니며, 그 예들의 변형이나 조합에 의해, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 고체 레이저 시스템이 구체화될 수 있다.Although preferred embodiments and modifications have been described above, the solid-state laser system according to the present invention is not limited to the above-described examples, and various modifications and combinations thereof may be made within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. Solid state laser systems can be embodied.

본 발명의 고체 레이저 시스템은, 렌즈의 초점거리에 맞춰 광학계 및 고체 레이저 매질을 배치할 필요가 없으므로, 고체 레이저 시스템 내의 구성요소의 배치를 다양하게 구현하여 고체 레이저 시스템 설계의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.Since the solid-state laser system of the present invention does not need to arrange the optical system and the solid-state laser medium in accordance with the focal length of the lens, the effect of increasing the efficiency of the solid-state laser system design by implementing various arrangements of the components in the solid-state laser system There is.

또한, 펌핑용 레이저빔과 고체 레이저 매질의 코어부를 보다 많이 중첩되게 할 수 있으므로, 레이저빔 변환 효율을 향상할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the core portion of the pumping laser beam and the solid laser medium can be overlapped more, the laser beam conversion efficiency can be improved.

또한, Nd:YAG 레이저 매질에 비해 강도가 약한 Nd:YVO4 고체 레이저 매질측으로 고출력의 펌핑용 레이저빔을 입사시킬 수 있으므로, Nd:YVO4 고체 레이저 매질로부터 발생되는 레이저빔의 출력을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, since a high-power pumping laser beam can be incident to the Nd: YVO4 solid laser medium, which is weaker than that of the Nd: YAG laser medium, the output of the laser beam generated from the Nd: YVO4 solid laser medium can be increased. have.

Claims (5)

펌핑용 레이저빔을 발생시키는 레이저 다이오드와, 입사되는 펌핑용 레이저빔에 의해 소정 파장의 레이저빔을 발생시키는 고체 레이저 매질과, 상기 고체 레이저 매질로부터 발생된 레이저빔을 공진시키기 위한 반사 미러부를 포함하는 고체 레이저 시스템에 있어서,A laser diode for generating a pumping laser beam, a solid laser medium for generating a laser beam having a predetermined wavelength by the incident pumping laser beam, and a reflection mirror unit for resonating the laser beam generated from the solid laser medium. In solid state laser systems, 상기 레이저 다이오드로부터 발생된 펌핑용 레이저빔이 입사되고, 입사된 상기 펌핑용 레이저빔을 평행광 형태로 전환시키는 콜리메이트 수단을 포함하며,A pumping laser beam generated from the laser diode is incident, and includes collimating means for converting the incident pumping laser beam into a parallel light form, 상기 고체 레이저 매질 측으로 입사되는 펌핑용 레이저빔은, 평행광 형태로 입사되는 것을 특징으로 하는 고체 레이저 시스템.The pumping laser beam incident to the solid laser medium side, the solid laser system, characterized in that the incident in the form of parallel light. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 콜리메이트 수단은, 콜리메이트 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 레이저 시스템.And said collimating means comprises a collimating lens. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고체 레이저 매질은, 이트륨 바나데이트(YVO4) 내에 네오디뮴(Nd)을 소량 도핑시킨 네오디뮴 이트륨 바나데이트(Nd:YVO4) 소재로 제작된 것을 특징으로 하는 고체 레이저 시스템.The solid laser medium is a solid laser system, characterized in that made of neodymium yttrium vanadate (Nd: YVO4) material doped with a small amount of neodymium (Nd) in the yttrium vanadate (YVO4). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고체 레이저 매질은 원기둥 형상이며,The solid laser medium is cylindrical in shape, 상기 고체 레이저 매질측으로 입사되는 평행광 형태의 펌핑용 레이저빔은, 상기 고체 레이저 매질의 일측단면으로 입사되는 것을 특징으로 하는 고체 레이저 시스템.The pumping laser beam in the form of parallel light incident on the solid-state laser medium, the solid-state laser system, characterized in that the incident to one side of the solid-state laser medium. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 콜리메이트 수단은, 그 콜리메이트 수단에 의해 전환되는 평행광의 직경을 변경시킬 수 있도록, 초점거리를 변경시킬 수 있는 가변 포커싱 콜리메이트 렌즈군을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 레이저 시스템.And the collimating means comprises a group of variable focusing collimating lenses capable of changing the focal length so that the diameter of the parallel light converted by the collimating means can be changed.
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