KR101018147B1 - 레이저 시스템 - Google Patents

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이원신
이영목
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삼성엘이디 주식회사
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    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
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    • H01S5/06804—Stabilisation of laser output parameters by monitoring an external parameter, e.g. temperature

Abstract

본 발명은 온도의 제어가 불필요하고, 시스템이 간단한, 레이저 시스템에 관한 것으로, 광을 발생시키는 레이저 칩; 및 상기 레이저 칩으로부터 발생된 광을 공진시키며, 인광체로 이루어진 광도파로를 갖는 공진기;를 포함하여 구성된 레이저 시스템을 제공한다.
Figure R1020080032852
레이저, 인광체, 파장변환

Description

레이저 시스템 {LASER SYSTEM}
본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인광체를 통해 레이저 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환시킴으로써, 온도 제어가 필요 없고, 시스템의 크기를 소형화할 수 있도록 한 레이저 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 레이저는, 발광 파장의 반폭치가 좁고, 색 순도가 높기 때문에, 색 재현성이 높은 레이저 디스 플레이를 실현을 가능하게 한다.
그러나, 레이저는 아직 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대가 개발되지 않았기 때문에, SHG(Second Harmonic Generation) 결정에 의한 파장변환을 통해 레이저를 이용하는 경우가 많이 있다.
SHG 결정을 이용한 레이저는, 광을 발생시키는 레이저 칩과 외부 미러 그리고, 상기 레이저 칩과 외부 미러 사이에 특정한 파장의 광만을 통과시키는 복굴절필터(birefringent filter) 및 광의 주파수를 2배로 변환하는 SHG 결정으로 구성되어 있으며, 레이저 칩에서 방출되는 광을 SHG 결정을 투과시켜, 파장을 변환시켜 사용하는 것이다.
그러나, 상기 SHG 결정은 온도에 의존을 가지고 있기 때문에, 엄밀한 온도 제어가 필요하고, 렌즈 및 복굴절 필터와 같은 광학계가 구성되어야 하므로, 그 시스템이 복잡해지는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 인광체로 이루어진 광도파로를 공진기로 구성하여, 인광체를 통해 레이저 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환시킴으로써, 온도 제어가 필요 없고, 시스템을 간략화 할 수 있도록 한 레이저 시스템에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광을 발생시키는 레이저 칩; 및
상기 레이저 칩으로부터 발생된 광을 공진시키며, 인광체로 이루어진 광도파로를 갖는 공진기;를 포함하여 이루어지는 레이저 시스템을 제공한다.
이때, 상기 레이저 칩은, 안티 반사막이 코팅된 광 출사면과 고 반사막이 코팅된 광 반사면을 가지고 있으며, 상기 레이저 칩의 광 출사면에 코팅된 안티 반사막은, 상기 공진기의 광 입사면에 공유할 수 있다.
즉, 상기 레이저 칩의 광출사면과 상기 공진기의 광 입사면을 맞붙여 구성할 수도 있다.
그리고, 상기 공진기의 광 출사면에는 상기 공진기의 인광체를 통해 파장이 변환된 광은 외부로 출력하고, 파장이 변환되지 않은 광을 반사시키는 코팅막이 형성되어 있다.
한편, 상기 레이저 칩과 공진기가 일정거리 이격되어 있는 것도 가능하며, 이때, 상기 레이저 칩과 공진기와의 이격거리는, 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 이때, 상기 공진기의 광 입사면에는 레이저 칩으로부터 발생된 광을 투과시키는 안티 반사막이 형성되어야 한다.
즉, 레이저 칩과 공진기가 서로 맞닿아 있는 경우에는, 레이저 칩의 광 출사면에 형성된 안티 반사막이 공진기의 광 입사면의 안티 반사막의 역할을 함께 하기 때문에, 상기 광 입사면에 별도로 안티 반사막을 형성할 필요가 없으나, 이들이 서로 떨어져 있으므로, 공진기의 광 입사면에 별도의 안티 반사막이 형성된 것이다.
이때에도, 상기 공진기의 광 출사면에 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환된 광은 출사시키는 코팅막이 형성되어 있다.
한편, 상기 공진기의 광 출사면에 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환된 광은 출사시키는 코팅막을 형성하는 대신, 상기 코팅막의 역할을 대신하는 외부 미러를 배치할 수도 있다.
이때, 상기 외부 미러의 광 입사면에는 파장이 변환된 광을 투과시켜 외부로 출력하고, 파장이 변환되지 않은 광을 반사시키는 코팅막이 형성되어 있다.
아울러, 상기한 바와 같이 구성된 레이저 시스템에서, 공진기 내에 형성되어 있는 인광체는, 상기 인광체는 통과하는 광이 주변으로 세지 못하도록 그 주변에 인광체보다 굴절율이 낮은 물질로 둘러싸여 있으며, 특히, SiO2, Al2O3, 및 ITO 중의 어느 하나로 둘러싸여 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 시스템에서 사용되는 레이저 칩의 발광파장은, 340 ㎚ ~ 580 ㎚, 380 ㎚ ~ 430 ㎚ 또는 430 ㎚ ~ 470 ㎚ 중의 어느 하나 일 수 있다.
이때, 상기 인광체는, 상기 레이저 칩으로부터 발광된 광을 흡수하여, 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대로 변환시키게 되며, 이를 위해, 상기 인광체는, 이리듐 착체로 이루어진 것이 바람직하며, 특히, 상기 이리듐 착체는, fac-Ir(ppy) 3, (ppy) 2Ir(acac) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 인광체에 의해 레이저 칩의 파장을 변환시키기 때문에, SHG(Second Harmonic Generator) 결정을 이용해 파장을 변환하는 종래의 레이저 시스템에 비해, 레이저 시스템을 구성하고 있는 광학계가 간단할 뿐 아니라, 온도 의존성이 없어, 온도 제어가 필요 없는 잇점이 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 인광체로 이루어진 광도파로를 공진기로 구성하여, 인광체를 통해 레이저 칩으로부터 발생된 광의 파장을 변환시킴으로써, 온도 제어가 필요 없고, 시스템을 간략화할 수 있는 잇점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 통해, 본 발명에 따른 레이저 시스템을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른, 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 시스템(100) 은, 광을 발생시키는 레이저 칩(110)과 상기 레이저 칩(110)으로부터 발생된 광의 파장을 변환시키고, 이를 공진시켜, 외부로 출력하는 공진기(130)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 레이저 칩(110)과 공진기(130) 사이에 볼록렌즈(120)를 더 구성할 수 있으며, 상기 볼록렌즈(120)는, 레이저 칩(110)으로부터 발생된 광이 모두 공진기(130)로 입사될 수 있도록 광을 수렴하는 역할을 한다.
상기 레이저 칩(110)은, n형 반도체층(113)과 p형 반도체층(115) 그리고, 이들 사이에 개재된 활성층(111)으로 구성된다. 상기 활성층(111)은 상기 n형 반도체층(113) 및 p형 반도체층(115)으로부터 공급된 전자-정공 등의 캐리어 재결합에 의해 광이 생성되는 물질층으로서, 다중 양자우물(MQW, Multi Quantum Well)구조를 갖는다.
이때, 상기 활성층(111)은 AlXGaYInZN (여기서, X+Y+Z=1, 0≤ X,Y,Z≤1) 로 형성될 수 있으며, 특히, 상기 X, Y, Z의 조성에 따라, 다양한 파장의 광을 발생시킬 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 레이저 칩(110)은, X, Y, Z의 조성을 변화시킴으로써, 340 ㎚ ~ 380 ㎚ 파장대의 광을 발생시키거나, 380 ㎚ ~ 430 ㎚ 의 파장대를 갖는 광을 발생시키거나, 430 ㎚ ~ 470 ㎚ 파장대를 갖는 광을 발생시킬 수 있을 것이다.
또한, 상기 레이저 칩(110)은 그 양측 단면에, 광 출사면과 광 반사면 즉, 거울면을 각각 구비하고 있으며, 상기 광 반사면에는 활성층(111)으로부터 발생된 광을 광 출사면을 향해 반사시키는 고 반사막(High Reflection layer:HR ; 117)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 레이저 칩(110)의 광 출사면에는 활성층(111)으로부터 발생된 광 및 상기 광 반사면으로부터 반사된 광이 상기 공진기(130)를 향해 출사될 수 있도록 반사방지 기능을 갖는 코팅막(Anti- Reflection layer: AR , 118)이 형성되어 있다.
한편, 상기 공진기(130)는, 광 도파로 형상의 인광체(131) 및 상기 인광체(131)로부터 소정거리 이격되어 배치된 외부 미러(135)로 구성되어 있으며, 상기 공진기(130)는 상기 레이저 칩(110)으로부터 입사된 광을 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대의 광으로 변환시켜 외부로 출력하게 된다.
이때, 상기 인광체(131)는 상기 인광체 보다 굴절율이 낮은 물질(133)로 에워싸여 있다. 이것은, 상기 레이저 칩(110)으로부터 발생된 광이, 공진기(130)에 입사되어, 상기 인광체(131)를 도파하는 중, 주변으로 흩어지는 것을 막고, 상기 인광체(131) 내부로만 도파할 수 있도록 하기 위함이다.
예를 들어, 상기 주변물질(133)은, SiO2, Al2O3, 및 ITO 중의 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 인광체(131)는, 상기 레이저 칩(110)으로 부터 발생된 광의 파장을 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대로 변환시키기 위해, 이리듐 착체로 이루어진 것이 바람직하며, 특히, 상기 이리듐 착체는, fac-Ir(ppy) 3, (ppy) 2Ir(acac) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 공진기(130)는 상기 레이저 칩(110)에서 발생된 광이 볼록렌즈(120)를 통해 공진기(130)로 들어오는 광 입사면에는 레이저 칩(110)에서 발생된 광을 투과시키고, 공진기(130) 내부에서 변환된 광은 반사시키는 코팅막(134)이 형성되어 있다.
이때, 상기 코팅막(134)은 레이저 칩(110)에서 입사되는 광 중에서, 50 % 이하의 반사율을 가지고 있다.
그리고, 상기 공진기(130)의 광 입사면을 통해 들어온 광은, 인광체(131)를 도파하면서, 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 의 파장대로 변환하게 된다.
이때, 인광체(131)를 도파 하면서, 파장이 변환된 광은 상기 외부 미러(135)를 투과하여 외부로 출력되며, 파장이 변환되지 않은 광은 상기 외부 미러(135)의 반사면(137)을 통해 인광체(131)로 입사된다.
따라서, 상기 외부 미러(135)의 반사면(137)에는 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환되지 않은 광은 투과시키는 코팅막(미도시)이 형성되어 있다. 한편, 상기 코팅막은, 외부로 출사되는 광 중에서 50 % 이상을 다시 공진기 내부로 반사시킨다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 시스템(100)은, 레이저 칩(110)에서 발생된 광을 인광체(131)를 통해 파장을 변환시켜 사용하고자 하는 것으로, 상기 인광체(131)에 입사한 레이저 광은, 특정 폭을 갖는 파장대의 광에 변환된다. 이때, 변환된 광 중의 일부는 출사되지만, 50 % 이상은 외부 미러(135)의 반사면(137)과 공진기(130)의 광 입사면에 형성된 코팅막(134) 사이를 공진하며, 공진기(130) 안에 오래 머물게 된다.
즉, 레이저 칩(110)으로부터 입사되어 인광체(131)를 통해 변환된 광 중에, 상기 외부 미러(135)를 통해 출력되지 못한 광은 공진기(130) 안에서 공진하게 되는 것이다..
일반적으로, 인광체는 여기 삼중항 상태로부터 광을 방출하며, 일중항 여기자와 삼중한 여기자의 생성확률은 1:3 인 것으로 보고되고 있어, 삼중항 여기자로부터 광을 방출하는 인광체가 여기 일중항 상태로부터 광을 방출하는 형광체에 비해 발광 효율이 높다.
한편, 인광체는 수명 관점에서 실용성이 의문시되어 왔지만, 호스트재의 변경이나 최적화 도는 고순도화 등에 의해 수명의 장기화의 가능성을 보이고 있다.
따라서, 본 발명에서는 인광체를 통해 파장을 변환해 사용하는 레이저 시스템으로, 인광체에 인사한 레이저 광은, 특정의 폭을 가진 파장대의 광으로 변환되며, 변환된 광은 공진기기 양측 단면에 형성된 고팅막에 의해 공진기 내를 도파해, 공진기 안에 오래 머물게 된다.
이와 같이 공진기 안에 길게 머무는 광은 증폭율이 높아지게 되고, 증폭된 광의 일부를 외부로 출사된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 인광체를 통해 파장을 변환하기 때문에, SHG 결정을 이용한 레이저 시스템에 비해, 온도 제어가 불필요하고, 시스템을 간략화할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 레이저 시스템(200)을 나타낸 것으로, 전 실시예(도 1 참조)와 비교할 때, 외부 미러가 생략되고, 상기 공진기의 출사면에 코팅막이 형성되어 있는 것을 제외하고는 모든 구성이 동일하다. 따라서, 이전 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 레이저 시스템(200)은, 광을 발생시키는 레이저 칩(210)과 상기 레이저 칩(210)으로부터 발생된 광의 파장을 변환시키고, 이를 공진시켜, 외부로 출력하는 공진기(230)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 레이저 칩(210)과 공진기(230) 사이에 볼록렌즈(220)를 더 구성할 수 있으며, 상기 볼록렌즈(220)는, 레이저 칩(210)으로부터 발생된 광이 모두 공진기(230)로 입사될 수 있도록 광을 수렴하는 역할을 한다..
상기 레이저 칩(210)은, n형 반도체층(213)과 p형 반도체층(215) 그리고, 이들 사이에 개재된 활성층(211)으로 구성되며, 상기 활성층(211)은 AlXGaYInZN (여기서, X+Y+Z=1, 0≤ X,Y,Z≤1) 로 형성될 수 있으며, 특히, 상기 X, Y, Z의 조성에 따라, 340 ㎚ ~ 380 ㎚ 파장대의 광을 발생시키거나, 380 ㎚ ~ 430 ㎚ 의 파장대를 갖는 광을 발생시키거나, 430 ㎚ ~ 470 ㎚ 파장대를 갖는 광을 발생시킬 수 있을 것이다.
또한, 상기 레이저 칩(210)은 그 양측 단면에, 광 출사면과 광 반사면 즉, 거울면을 각각 구비하고 있으며, 상기 광 반사면에는 활성층(211)으로부터 발생된 광을 광 출사면을 향해 반사시키는 고 반사막(High Reflection layer:HR ; 217)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 레이저 칩(210)의 광 출사면에는 활성층(211)으로부터 발생된 광 및 상기 광 반사면으로부터 반사된 광이 상기 공진기(230)를 향해 출사될 수 있도록 반사방지 기능을 갖는 코팅막(Anti- Reflection layer: AR , 218)이 형성되어 있다.
한편, 상기 공진기(230)는, 광 도파로 형상의 인광체(231)와 상기 인광체(231)의 주변을 에워싸고 있는 주변물질(233)로 이루어져 있으며, 상기 레이저 칩(210)으로부터 입사된 광을 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대의 광으로 변환시켜 외부로 출력하게 된다.
이때, 상기 인광체(231)는 상기 인광체 보다 굴절율이 낮은 물질(233)로 에워싸여 있다. 이것은, 상기 레이저 칩(210)으로부터 발생된 광이, 공진기(230)에 입사되어, 상기 인광체(231)를 도파하는 중, 주변으로 흩어지는 것을 막고, 상기 인광체(231) 내부로만 도파할 수 있도록 하기 위함이다.
예를 들어, 상기 주변물질(233)은, SiO2, Al2O3, 및 ITO 중의 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 인광체(231)는, 상기 레이저 칩(210)으로 부터 발생된 광의 파장을 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대로 변환시키기 위해, 이리듐 착체로 이루어진 것이 바람직하며, 특히, 상기 이리듐 착체는, fac-Ir(ppy) 3, (ppy) 2Ir(acac) 중의 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 공진기(230)는 상기 레이저 칩(110)에서 발생된 광이 볼록렌 즈(220)를 통해 공진기(230)로 들어오는 광 입사면에는 레이저 칩(210)에서 발생된 광을 투과시키고, 공진기(230) 내부에서 변환된 광은 반사시키는 코팅막(234)이 형성되어 있다.
이때, 상기 코팅막(234)은 레이저 칩(230)에서 입사되는 광 중, 50 % 이하를 반사시키게 된다.
그리고, 상기 공진기(230)의 광 입사면을 통해 들어온 광은, 인광체(231)를 도파하면서, 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 의 파장대로 변환하게 된다.
한편, 상기 공진기(230)의 광 출사면에는 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환되지 않은 광은 투과시키는 코팅막(236)이 형성되어 있어, 인광체(231)를 도파 하면서, 파장이 변환된 광은 투과하여 외부로 출력되고, 파장이 변환되지 않은 광은 상기 공진기(230)의 광 출사면에 형성된 코팅막(236)을 통해 인광체(231)로 입사된다.
한편, 상기 코팅막(236)은, 외부로 출사되는 광 중에서 50 % 이상을 다시 공진기(230) 내부로 반사시킨다.
즉, 본 실시예에서는, 상기 공진기(230)의 광 출사면에 형성된 코팅막(236)이 이전 실시예에서, 외부 미러의 역할을 대신하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명에 따른, 제3 실시예를 나타낸 것으로, 이전 실시예(제2 실시예)와 비교할 대, 볼록렌즈를 제외한 모든 구성이 동일하다. 따라서, 이전 실시예와 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른, 레이저 시스 템(300)은, 광을 발생시키는 레이저 칩(310)과 상기 레이저 칩(310)으로부터 발생된 광의 파장을 변환시키고, 이를 공진시켜, 외부로 출력하는 공진기(330)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 레이저 칩(310)과 공진기(330) 사이의 거리(d)는 100 ㎛ 이내로 설계하는 것이 바람직하며, 이는 레이저 칩(310)에서 공진기(330)에 입사되는 광 중에, 레이저 칩(310)과 공진기(330) 사이의 거리(d)를 지나면서 손실되는 광을 최소화하기 위한 것이다.
상기 레이저 칩(310)은, n형 반도체층(313)과 p형 반도체층(315) 그리고, 이들 사이에 개재된 활성층(311)으로 구성되며, 상기 활성층(311)은 AlXGaYInZN (여기서, X+Y+Z=1, 0≤ X,Y,Z≤1) 로 형성될 수 있으며, 특히, 상기 X, Y, Z의 조성에 따라, 340 ㎚ ~ 380 ㎚ 파장대의 광을 발생시키거나, 380 ㎚ ~ 430 ㎚ 의 파장대를 갖는 광을 발생시키거나, 430 ㎚ ~ 470 ㎚ 파장대를 갖는 광을 발생시킬 수 있을 것이다.
또한, 상기 레이저 칩(310)은 그 양측 단면에, 광 출사면과 광 반사면 즉, 거울면을 각각 구비하고 있으며, 상기 광 반사면에는 활성층(311)으로부터 발생된 광을 광 출사면을 향해 반사시키는 고 반사막(High Reflection layer:HR ; 317)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 레이저 칩(310)의 광 출사면에는 활성층(311)으로부터 발생된 광 및 상기 광 반사면으로부터 반사된 광이 상기 공진기(330)를 향해 출사될 수 있 도록 반사방지 기능을 갖는 코팅막(Anti- Reflection layer: AR , 318)이 형성되어 있다.
한편, 상기 공진기(330)는, 광 도파로 형성의 인광체(331)와 상기 인광체(331)의 주변을 에워싸고 있는 주변물질(333)로 이루어져 있으며, 상기 레이저 칩(310)으로부터 입사된 광을 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대의 광으로 변환시켜 외부로 출력하게 된다.
이때, 상기 인광체(331)는, 상기 인광체 보다 굴절율이 낮은 물질(333)로 에워싸여 있다. 이것은, 상기 레이저 칩(310)으로부터 발생된 광이, 공진기(330)에 입사되어, 상기 인광체(331)를 도파하는 중, 주변으로 흩어지는 것을 막고, 상기 인광체(131) 내부로만 도파할 수 있도록 하기 위함이다.
예를 들어, 상기 주변물질(233)은, SiO2, Al2O3, 및 ITO 중의 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 인광체(331)는, 이리듐 착체로 이루어진 것이 바람직하며, 특히, 상기 이리듐 착체는, fac-Ir(ppy) 3, (ppy) 2Ir(acac) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 공진기(330)는 광 입사면에는 레이저 칩(310)에서 발생된 광을 투과시키며, 공진기(330) 내부에서 변환된 광은 반사시키는 코팅막(334)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 공진기(330)의 광 입사면을 통해 들어온 광은, 인광체(231)를 도파하면서, 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 의 파장대로 변환하게 된다.
이때, 상기 코팅막(334)은 레이저 칩(310)에서 입사되는 광의 50 % 이하를 반사시키게 된다.
한편, 상기 공진기(330)의 광 출사면에는 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환되지 않은 광은 투과시키는 코팅막(336)이 형성되어 있어, 인광체(331)를 도파 하면서, 파장이 변환된 광은 투과하여 외부로 출력되고, 파장이 변환되지 않은 광은 상기 공진기(330)의 광 출사면에 형성된 코팅막(336)을 통해 인광체(331)로 입사된다.
그리고, 상기 코팅막(336)은, 외부로 출사되는 광 중에서 50 % 이상을 다시 공진기(330) 내부로 반사시킨다.
즉, 본 실시예에서는, 이전 실시예에서 볼록렌즈를 생략하는 대신, 레이저 칩과 공진기 사이의 이격거리를 100 ㎛ 이하로 줄여 설계한 것으로, 레이저 시스템의 기능 및 효과는 이전 실시예들(제1 및 제2 실시예)과 동일하다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예를 나타낸 것으로, 이전 실시예(제3 실시예)에서 레이저 칩과 공진기가 이격되지 않고, 맞붙어 구성된 레이저 시스템의 예를 나타낸 것이다. 따라서, 이전 실시예와 동일한 구성에 대해서는, 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른, 레이저 시스템(400)은, 광을 발생시키는 레이저 칩(410)과 상기 레이저 칩(410)으로부터 발생된 광의 파장을 변환시키고, 이를 공진시켜, 외부로 출력하는 공진기(430)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 레이저 칩(410)과 공진기(430)는 이격거리 없이 맞붙어 있으며, 이는 레이저 칩(410)에서 발생된 광을 모두 공진기(430)에 입사시키기 위한 것이다.
상기 레이저 칩(410)은, n형 반도체층(413)과 p형 반도체층(415) 그리고, 이들 사이에 개재된 활성층(411)으로 구성되며, 상기 활성층(411)은 AlXGaYInZN (여기서, X+Y+Z=1, 0≤ X,Y,Z≤1) 로 형성될 수 있다. 특히, 상기 X, Y, Z의 조성에 따라, 340 ㎚ ~ 380 ㎚ 파장대의 광을 발생시키거나, 380 ㎚ ~ 430 ㎚ 의 파장대를 갖는 광을 발생시키거나, 430 ㎚ ~ 470 ㎚ 파장대를 갖는 광을 발생시킬 수 있을 것이다.
또한, 상기 레이저 칩(410)은 그 양측 단면에, 광 출사면과 광 반사면 즉, 거울면을 각각 구비하고 있으며, 상기 광 반사면에는 활성층(411)으로부터 발생된 광을 광 출사면을 향해 반사시키는 고 반사막(High Reflection layer:HR ; 317)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 레이저 칩(410)의 광 출사면에는 활성층(411)으로부터 발생된 광 및 상기 광 반사면으로부터 반사된 광이 상기 공진기(430)를 향해 출사될 수 있도록 반사방지 기능을 갖는 코팅막(Anti- Reflection layer: AR , 418)이 형성되어 있다.
한편, 상기 공진기(430)는, 광 도파로 구조를 갖는 인광체(431)와 상기 인광체(431)의 주변을 에워싸고 있는 주변물질(433)로 이루어져 있으며, 상기 레이저 칩(410)으로부터 입사된 광을 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대의 광으로 변환시켜 외부로 출력하게 된다.
이때, 상기 인광체(431)는 상기 인광체 보다 굴절율이 낮은 물질(433)로 에워싸여 있다. 이것은, 상기 레이저 칩(410)으로부터 발생된 광이, 공진기(430)에 입사되어, 상기 인광체(41)를 도파하는 중, 주변으로 흩어지는 것을 막고, 상기 인광체(431) 내부로만 도파할 수 있도록 하기 위함이다.
예를 들어, 상기 주변물질(433)은, SiO2, Al2O3, 및 ITO 중의 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 인광체(431)는, 이리듐 착체로 이루어진 것이 바람직하며, 특히, 상기 이리듐 착체는, fac-Ir(ppy) 3, (ppy) 2Ir(acac) 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 공진기(430)는 광 입사면에는 레이저 칩(410)에서 발생된 광을 투과시키며, 공진기(430) 내부에서 변환된 광은 반사시키는 코팅막(418)이 형성되는데, 상기 코팅막(418)은 레이저 칩(410)의 코팅막(418)으로, 이들이 서로 공유되어 있다.
그리고, 상기 공진기(430)의 광 입사면을 통해 들어온 광은, 인광체(431)를 도파하면서, 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 의 파장대로 변환하게 된다.
한편, 상기 코팅막(418)은 레이저 칩(410)에서 입사되는 광을 반사시키되, 그 반사율이 50 % 이하이다.
또한, 상기 공진기(430)의 광 출사면에는 파장이 변환되지 않은 광은 반사시 키고, 파장이 변환되지 않은 광은 투과시키는 코팅막(436)이 형성되어 있어, 인광체(431)를 도파 하면서, 파장이 변환된 광은 투과하여 외부로 출력되고, 파장이 변환되지 않은 광은 상기 공진기(430)의 광 출사면에 형성된 코팅막(436)을 통해 인광체(431)로 입사된다.
한편, 상기 코팅막(336)은 외부로 출사되는 광 중에서 50 % 이상을 다시 공진기(330) 내부로 반사시킨다.
상기한 바와 같이 본 발명은, 레이저 칩으로부터 방출된 광을 인광체에 집광시켜, 레이저 칩에서 방출된 광의 파장보다 긴 파장으로 변환하는 레이저 시스템에 관한 것으로, 상기 인광체는 공진기 내에 광도파로의 형상을 갖는다.
이와 같이, 인광체를 광도파로의 형상을 갖도록 한 후, 그 주변을 상기 인광체보다 굴절율이 낮은 물질로 에워싸도록 함으로써, 종래, SHG 결정을 이용한 레이저 시스템에 비해, 온도 제어가 필요 없고, 시스템을 간략하게 할 수 있는 잇점이 있다.
즉, 본 발명의 기본 개념은, 광도파로의 형상을 갖는 인광체를 구성하고, 상기 인광체보다 굴절율이 낮은 물질을 통해, 상기 인광체를 에웨싸도록하여, 공진기를 구성하고, 레이저 칩으로부터 발생된 광을 상기 공진기의 광도파로, 즉, 인광체를 투과하도록 함으로써, 광을 변환시키는 레이저 시스템으로, 인광체를 광도파로로 갖는 레이저 시스템은 어느 것이라도 본 발명에 포함될 것이다.
따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형 태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 시스템을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 시스템을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 시스템을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 201, 310, 410 : 레이저 칩 120, 220 : 볼록렌즈
130, 230, 330, 430 : 공진기 131, 231, 331, 431 : 인광체
134, 234, 334, 434 : 공진기의 광 입사면에 형성된 코팅막
236, 336, 436 : 공진기의 공 출사면에 형성된 코팅막
135: 외부 미러

Claims (19)

  1. 광을 발생시키는 레이저 칩; 및
    상기 레이저 칩으로부터 발생된 광을 공진시키며, 인광체로 이루어진 광도파로를 갖는 공진기;를 포함하여 구성되며,
    상기 레이저 칩의 광 출사면에는, 반사방지 기능을 갖는 코팅막(AR)이 형성되고, 상기 레이저 칩의 타측 단면에는, 반사기능을 가진 고반사막(HR)이 형성되어 있는 레이저 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 칩의 광 출사면에 형성된 코팅막은, 상기 공진기의 광 입사면에 공유되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진기의 광 출사면에 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환된 광은 출사시키되, 출사되는 광의 50 % 이상을 반사시키는 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 칩과 공진기가 일정거리 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이격거리는, 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 공진기의 광 입사면에 레이저 칩으로부터 방출된 광은 입사시키고, 공진기 내에 변환된 파장은 반사시키되, 레이저 칩에서 입사되는 광의 50 % 이하를 반사시키는 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 칩과 공진기 사이에 렌즈가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 공진기의 광 출사면에 파장이 변환되지 않은 광은 반사시키고, 파장이 변환된 광은 출사시키되, 출사되는 광의 50 % 이상을 반사시키는 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 공진기는 외부 미러를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 외부 미러의 광 입사면은 인광체를 통해 파장이 변환된 광을 투과시켜 외부로 출력하고, 파장이 변환되지 않은 광을 반사시키되, 출사되는 광의 50 % 이상을 반사시키는 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인광체는, 그 주변에 인광체보다 굴절율이 낮은 물질로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인광체는, SiO2, Al2O3, 및 ITO 중의 어느 하나로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 칩의 발광파장은, 340 ㎚ ~ 380 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 칩의 발광파장은, 380 ㎚ ~ 430 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 칩의 발광파장은, 430 ㎚ ~ 470 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인광체는, 상기 레이저 칩으로부터 발광된 광을 흡수하여, 500 ㎚ ~ 580 ㎚ 파장대로 변환시키는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 인광체는, 이리듐 착체로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는, fac-Ir(ppy) 3, (ppy) 2Ir(acac) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4158822A (en) * 1978-07-20 1979-06-19 Canadian Patents And Development Limited Phosphorescence exhibiting materials for optically pumped lasers
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