KR101348677B1 - 레이저장치의 다중 ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ 발생방법 - Google Patents

레이저장치의 다중 ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ 발생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단펄스만을 발진할 수 있는 단펄스 모드와 장펄스 및 단펄스의 발진할 수 있는 멀티펄스 모드로 사용될 수 있는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 펌프 챔버와, 펌프 챔버를 사이에 두고 양측에 배치되는 반사미러 및 출력미러와, 펌프 챔버로부터 발생한 광을 편광시키는 편광자와, 반사미러와 편광자 사이에 배치되는 1/4파장 위상지연기와, 반사미러와 상기 1/4파장 위상지연기 사이에 배치되는 포켈스 셀을 갖는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법은 (a) 상기 반사미러와 상기 출력미러 사이의 광 경로 상에서 상기 1/4파장 위상지연기를 제거하는 단계와, (b) 상기 포켈스 셀을 인가되는 전압의 OFF 상태를 유지하는 단계와, (c) 상기 포켈스 셀에 일정 시간 동안 강하되는 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 멀티펄스 모드를 적용하여 수 ns 내지 수십 ns의 펄스시간폭을 갖는 레이저를 연속적으로 발진할 수 있으므로, 제품의 사용성을 증대시킬 수 있다.

Description

레이저장치의 다중 ｓｈｏｒｔ ｐｕｌｓｅ 발생방법{METHOD FOR GENERATING MULTI-SHORT PULSE OF LASER APPARATUS}
본 발명은 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Q-스위칭을 이용하여 다중 short pulse의 레이저를 발진하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 관한 것이다.
최근 들어, 레이저장치는 일반 자연광 또는 램프의 광 대비 발진되는 레이저의 광학적 우수성 때문에 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 레이저장치는 치아를 치료하기 위한 치과와 피부 등의 병변을 치료하기 위한 피부과와 같이 의료 분야에서 그 성장세가 증가하고 있다.
이러한 레이저장치는 레이저 발진 방식에 따라 다양한 파장의 레이저를 발진할 수 있다, 또한 레이저장치는 펄스시간폭에 따라 수백 μs(마이크로 세컨드)의 레이저를 발진하는 QLM(Quasi Long-pulse mode) 방식 및 ns(나노 세컨드) 단위의 단펄스를 발진하는 Q-스위칭 방식이 적용될 수 있다.
한편, QLM과 Q-스위칭 방식 중 Q-스위칭 방식의 종래의 레이저장치는"대한민국 공개특허공보 제2009-0100393호"인 "레이저 펄스 발생 장치 및 방법"에 개시되어 있다. 상술한 선행문헌인 "레이저 펄스 발생 장치 및 방법"은 레이저 발진기에 연속 발진을 위한 전력을 공급하는 전원부, 일정 주파수와 고주파 전기 신호를 발생하는 고주파 발진 수단, 고주파 전기 신호를 변조하기 위한 기준 펄스 생성수단, Q-스위치 펄스 발진을 위한 여기 에너지의 축적시간으로서 계시하는 축적시간 계시수단, 축적시간 계시수단에 의해 계시된 축적시간을 토대로 소정의 변도기준 펄스에 대응하는 변조도를 산출하는 변조도 산출수단, 변조도 산출수단으로 산출된 변조도에 따라 고주파 전기 신호를 변조하는 변조수단, 변조된 고주파 전기신호를 따라 Q-스위치를 구동하고 레이저 발진기로부터 변조기준 펄스에 동기하고 변조도에 따른 피크파워를 가지는 Q-스위치 펄스 레이저광을 발진 출력시키는 Q-스위치 구동수단을 포함하여 단펄스의 레이저를 발진하는 특징을 개시한다.
그런데, 종래의 선행문헌인 "레이저 펄스 발생 장치 및 방법"은 Q-스위칭을 이용하여 ns 단위의 단펄스만을 발진하기 때문에 수백 μs의 장펄스와 연속적으로 ns 단위의 단펄스 레이저를 발진하는 요구 조건을 충족하기 어려운 문제점 있다. 또한, 최근 들어 레이저장치는 하나의 구성에서 수백 μs 단위부터 ns 단위의 장단펄스의 레이저를 발진할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2009-0100393호
본 발명의 목적은 단펄스만을 발진할 수 있는 단펄스 모드와 장펄스 및 단펄스를 연속적으로 발진할 수 있는 멀티펄스 모드로 사용될 수 있는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법을 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 펌프 챔버와, 상기 펌프 챔버를 사이에 두고 양측에 배치되는 반사미러 및 출력미러와, 상기 펌프 챔버로부터 발생한 광을 편광시키는 편광자와, 상기 반사미러와 상기 편광자 사이에 배치되는 1/4파장 위상지연기와, 상기 반사미러와 상기 1/4파장 위상지연기 사이에 배치되는 포켈스 셀을 갖는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 있어서, (a) 상기 반사미러와 상기 출력미러 사이의 광 경로 상에서 상기 1/4파장 위상지연기를 제거하는 단계와, (b) 상기 포켈스 셀을 인가되는 전압의 OFF 상태를 유지하는 단계와, (c) 상기 포켈스 셀에 일정 시간 동안 강하되는 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 의해서 이루어진다.
여기서, 바람직하게 상기 (c) 단계에서 상기 포켈스 셀에 전압이 인가되는 일정 시간은 상기 펌프 챔버에 인가되는 펌핑 펄스폭 보다 작을 수 있다.
상기 (b) 단계는 1000μs 미만의 펄스을 발진하는 QLM(quasi long-pulse mode)일 수 있다.
그리고, 바람직하게 상기 (c) 단계는 상기 포켈스 셀에 인가되는 전압이 강하되는 동안 ns(나노 세컨드) 단위의 펄스를 연속적으로 발진할 수 있다.
상기 (c) 단계에서 상기 포켈스 셀에는 1/4 파장으로 작동될 수 있는 전압이 인가될 수 있다.
또한, 상기 레이저장치는 상기 1/4파장 위상지연기의 작동 신호를 입력 받는 입력부와, 상기 입력부로부터 제공된 작동 신호에 기초하여 상기 1/4파장 위상지연기가 상기 광 경로 상에 위치하는 배치위치 및 상기 광 경로 상에서 제거되는 제거위치 사이에서 왕복 이동되도록 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라, 펌프 챔버와, 상기 펌프 챔버를 사이에 두고 양측에 배치되는 반사미러 및 출력미러와, 상기 펌프 챔버로부터 발생한 광을 편광시키는 편광자와, 상기 반사미러와 상기 편광자 사이에 배치되는 포켈스 셀을 갖는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 있어서, (a) 상기 포켈스 셀을 인가되는 전압의 OFF 상태를 유지하는 단계와, (b) 상기 포켈스 셀에 일정 시간 동안 강하되는 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계는 상기 포켈스 셀에 인가되는 전압이 강하되는 동안 ns(나노 세컨드) 단위의 펄스를 연속적으로 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 의해서도 이루어진다.
여기서, 바람직하게 상기 (b) 단계에서 상기 포켈스 셀에 전압이 인가되는 일정 시간은 상기 펌프 챔버에 인가되는 펌핑 펄스폭 보다 작을 수 있다.
상기 (a) 단계는 1000μs 미만의 펄스을 발진하는 QLM(quasi long-pulse mode)일 수 있다.
더욱 바람직하게 상기 (b) 단계에서 상기 포켈스 셀에는 1/2 파장으로 작동될 수 있는 전압이 인가될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법은 멀티펄스 모드를 적용하여 수 ns 내지 수십 ns의 펄스시간폭을 갖는 레이저를 연속적으로 발진할 수 있으므로, 제품의 사용성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치의 제어 블록도,
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치의 단펄스 모드에 대한 개략 구성도,
도 3의 (a) 및 (b)는 도 2에 도시된 레이저장치의 단펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프,
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치의 멀티펄스 모드에 대한 개략 구성도,
도 5의 (a) 및 (b)는 도 4에 도시된 레이저장치의 멀티펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프,
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치의 제어 블록도,
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치의 개략 구성도,
도 8의 (a) 및 (b)는 도 7에 도시된 레이저장치의 단펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프,
도 9의 (a) 및 (b)는 도 7에 도시된 레이저장치의 멀티펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 설명하기에 앞서, 본 발명의 일 실시 예는 제1 및 제2실시 예로 구분되며, 제1 및 제2실시 예의 구성은 동일한 명칭을 사용하더라도 실시 예의 구분을 위해 상이한 도면 부호로 기재되었음을 미리 밝혀둔다.
<제1실시 예>
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치의 제어 블록도, 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치의 단펄스 모드에 대한 개략 구성도, 도 3의 (a) 및 (b)는 도 2에 도시된 레이저장치의 단펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프, 도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치의 멀티펄스 모드에 대한 개략 구성도, 그리고 도 5의 (a) 및 (b)는 도 4에 도시된 레이저장치의 멀티펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)는 펌프 챔버(10), 반사미러(20), 출력미러(30), 편광자(polarizer)(40). 1/4파장 위상지연기(Quater-Waveplate)(50), 포켈스 셀(Pokels Cell)(60), 입력부(70), 전원 인가부(80), 위치감지부(90), 구동부(100) 및 제어부(110)를 포함한다. 즉, 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)는 Q-스위칭 방식을 이용하기 위해 편광자(40), 1/4파장 위상지연기(50), 포켈스 셀(60)을 포함한다. 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)의 단펄스 모드(72)의 입력 및 멀티펄스 모드(74)의 입력은 포켈스 셀(60)에 1/4 파장으로 작동될 수 있는 전압을 인가한다. 예를 들어, 포켈스 셀(60)에는 4000V의 전압이 인가된다.
펌프 챔버(10)는 플래시램프(12) 및 Nd:YAG 로드(14)를 포함한다. 플래시램프(12)는 미도시된 전원공급부로부터 전원을 공급 받아서 발광한다. Nd:YAG 로드(14)는 플래시램프(12)로부터 방사된 여러 빛을 흡수하여 단일 레이저 파장을 발진 및 증폭한다. 여기서, 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)는 플래시램프(12)와 Nd:YAG 로드(14)를 포함하는 펌프 챔버(10)로 구성되어 있으나, 본 발명의 일 실시 예와 달리 플래시램프(12)를 대체하여 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 어레이가 사용될 수 있고, Nd:YAG 로드(14)를 대체하여 Er:YAG 로드 등이 사용될 수 있다. 이러한, 펌프 챔버(10)의 구성 변경은 요구되는 레이저의 파장 등에 의해 설계 변경될 수 있다.
반사미러(20)와 출력미러(30)는 상호 대향되도록 배치된다. 반사미러(20)와 출력미러(30)는 펌프 챔버(10)의 양측, 정확하게는 Nd:YAG 로드(14)의 양측에 배치되어 Nd:YAG 로드(14)로부터 출력되는 광을 반사한다. 반사미러(20)는 Nd:YAG 로드(14)로부터 출력되는 광을 전부 반사하는 전반사 미러로 구성되고, 출력미러(30)는 Nd:YAG 로드(14)로부터 출력되는 광을 일부 반사하고 일부는 발진될 수 있도록 투과한다.
편광자(40)는 펌프 챔버(10)와 반사미러(20)에 배치되어, Nd:YAG 로드(14)로부터 발생한 광을 선형 편광 시킨다. 예를 들어, 편광자(40)는 Nd:YAG 로드(14)로부터 발생된 방사상의 광을 수직 편광으로 선형 편광 시킨다.
1/4파장 위상지연기(50)는 편광자(40)와 포켈스 셀(60) 사이에 배치된다. 1/4파장 위상지연기(50)는 편광자(40)로부터 입사된 선형 편광된 광을 원형 편광의 광으로 변화시켜서 투과시킨다. 또한, 1/4파장 위상지연기(50)는 포켈스 셀(60)로부터 입사되는 광을 1/4 파장 위상 지연시켜서 투과시킨다. 1/4파장 위상지연기(50)는 단펄스 모드(72)의 입력 시 단펄스 레이저가 발진될 수 있도록 광 경로 상에 배치된다.
포켈스 셀(60)은 반사미러(20)와 1/4파장 위상지연기(50) 사이에 배치된다. 포켈스 셀(60)은 전압의 인가 유무에 따라 1/4파장 위상지연기(50)로부터 입사된 광을 1/4 파장 위상 지연시켜서 투과시키거나 위상 변화 없이 투과시킨다. 포켈스 셀(60)은 전원 인가부(80)로부터 전원을 인가 받는다.
입력부(70)는 1/4파장 위상지연기(50)의 작동 신호를 입력 받는다. 정확하게는 단펄스 모드(72) 또는 멀티펄스 모드(74)에 설정에 따라 1/4파장 위상지연기(50)가 광 경로 상에서 배치되는 배치위치와 광 경로 상에서 제거되는 제거위치 사이에서 왕복 이동되도록 작동 신호를 입력 받는다. 입력부(70)는 단펄스 모드(72) 및 멀티펄스 모드(74)의 설정 수단을 포함한다.
전원 인가부(80)는 후술할 제어부(110)의 제어 신호에 따라 포켈스 셀(60)에 전원을 인가한다. 예를 들어, 전원 인가부(80)는 단펄스 모드(72)의 입력 신호에 따라 포켈스 셀(60)에 전원을 인가하고, 멀티펄스 모드(74)의 입력 신호에 따라 포켈스 셀(60)에 전원을 인가한다. 전원 인가부(80)는 단펄스 모드(72)의 입력 신호에 따라 ON 및 OFF의 전원을 인가하고, 멀티펄스 모드(74)의 입력 신호에 따라 ON에서 OFF 비선형되는 전원을 인가한다. 즉, 전원 인가부(80)는 멀티펄스 모드(74)의 입력 신호에 따라 포켈스 셀(60)에 전압이 강하하도록 전압을 인가한다. 한편, 전원 인가부(80)는 본 발명의 일 실시 예로서 멀티펄스 모드(74)의 입력 신호에 따라 전압이 비선형으로 강하되는 전원을 인가하다고 했으나, 전압이 선형으로 강하되는 전원을 인가했을 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다.
위치감지부(90)는 1/4파장 위상지연기(50)의 위치를 감지한다. 즉, 위치감지부(90)는 단펄스 모드(72)의 입력에 따라 광 경로 상에 1/4파장 위상지연기(50)가 위치하는 지, 또는 멀티펄스 모드(74)의 입력에 따라 광 경로 상에 1/4파장 위상지연기(50)가 제거되어 있는 지 감지한다. 이렇게, 위치감지부(90)에 감지된 신호는 1/4파장 위상지연기(50)를 작동할 수 있도록 제어부(110)로 전송된다.
구동부(100)는 제어부(110)의 제어 신호에 따라 1/파장 위상지연기(50)에 구동력을 제공한다. 구동부(100)는 입력부(70)로부터 제공된 작동 신호에 기초하여, 1/4파장 위상지연기(50)가 광 경로 상에 위치하는 배치위치 및 광 경로 상에서 제거되는 제거위치 사이에서 왕복 이동되도록 구동력을 제공한다. 예를 들어, 구동부(100)는 단펄스 모드(72)의 입력에 따라 광 경로 상에 1/4파장 위상지연기(50)가 배치되도록 구동력을 제공하고, 멀티펄스 모드(74)의 입력에 따라 광 경로 상에서 1/4파장 위상지연기(50)가 제거되도록 구동력을 제공한다.
제어부(110)는 입력부(70) 및 위치감지부(90)로부터의 신호에 기초하여 구동부(100)를 제어한다. 또한, 제어부(110)는 입력부(70)로부터 제공된 신호에 기초하여 전원 인가부(80)에 제어신호를 제공한다. 즉, 제어부(110)는 단펄스 모드(72)의 입력에 따라 단펄스의 레이저가 발진되도록 구동부(100) 및 전원 인가부(80)를 제어하고, 제어부(110)는 멀티펄스 모드(74)의 입력에 따라 멀티펄스의 레이저가 발진되도록 구동부(100) 및 전원 인가부(80)를 제어한다.
단펄스 모드(72)의 입력에 따른 단펄스 레이저 발진은 다음과 같다. 여기서, 단펄스 모드(72)는 ns 단위의 펄스시간폭을 갖는 펄스가 하나씩 발진될 때를 의미한다.
1/파장 위상지연기(50)는 광 경로 상에 배치된다. 펌프 챔버(10)의 플래시램프(12)에 전원이 인가되면 Nd:YAG 로드(14)로부터 광이 출력된다. 이렇게 Nd:YAG 로드(14)로부터 출력된 광은 반사미러(20)와 출력미러(30) 사이에서 증폭되어 발진될 수 있다.
도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 포켈스 셀(60)에 전원이 인가되지 않으면 1/4파장 위상지연기(50)로부터 편광자(40)로 입사된 광은 편광자(40)를 통과하지 못하므로, 출력미러(30)를 통해 레이저는 발진되지 않는다. 반면, 포켈스 셀(60)에 전압이 ON-OFF 되면 전압이 ON-OFF 되는 순간 ns 단위의 단펄스의 레이저가 발진된다. 이러한 단펄스의 레이저는 전원이 ON-OFF 되는 순간만 발진된다.
다음으로 멀티펄스 모드(74)의 입력 시 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)의 멀티펄스 레이저 발진은 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 단펄스 모드(72)의 입력과 달리 멀티펄스 모드(74)의 입력에서는 1/4파장 위상지연기(50)가 광 경로 상에서 제거된다. 즉, 멀티펄스 모드(74)의 입력 시에는 단펄스 모드(72)의 입력과 달리 1/4파장 위상지연기(50)를 광 경로 상에서 제거한다.
그리고, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 전원 인가부(80)는 포켈스 셀(60)에 전압을 인가하지 않는다. 그러면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)는 QLM(Quasi long-pulse mode)로 작동되어 전원의 OFF를 유지하는 동안 1000 μs 미만의 펄스시간폭을 갖는 장펄스의 레이저를 발진한다. 즉, 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)는 수백 μs의 펄스시간폭을 갖는 장펄스의 레이저를 발진한다.
이때, 전원 인가부(80)는 순간적으로, 예를 들어 펌프 챔버(10)에 인가되는 펄스폭 보다 작도록 포켈스 셀(60)에 강하되는 전압을 인가한다. 상세히 설명하자면, 펌프 챔버(10)에 인가되는 펄스폭이 100μs라고 할 때, 전원 인가부(80)에 의해 포켈스 셀(60)에 인가되는 일정 시간은 펌프 챔버에 인가되는 펄스폭인 100μs 보다 작은 50μs 정도가 될 수 있다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 'Ⅰ-Ⅱ' 시간동안 전원 인가부(80)에 의해 포켈스 셀에 비선형으로 강하되는 전압을 인가하면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 'Ⅰ-Ⅱ' 시간동안 ns 단위의 펄스시간폭을 갖는 단펄스가 단펄스 모드(72)의 입력과 달리 연속적으로 발진된다.
이러한 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)의 멀티펄스 모드(74)의 입력에 따른 작동 과정을 이하에서 살펴 보면 다음과 같다.
우선, 입력부(70)의 멀티펄스 모드(74)를 통해 멀티펄스 작동 신호가 인가되면 제어부(110)는 구동부(100)가 1/4파장 위상지연기(50)에 구동력을 제공하도록 구동부(100)에 제어 신호를 인가한다. 그러면,1/4파장 위상지연기(50)는 배치위치에서 제거위치로 이동된다.
포켈스 셀(60)에 인가되는 전압을 OFF 상태로 유지한다. 포켈스 셀(60)에 인가되는 전압이 OFF 상태를 유지하는 동안, QLM 방식으로 1000μs 미만의 펄스시간폭을 갖는 장펄스가 발진된다.
상술한 바와 같이, QLM 방식으로 1000μs 미만의 펄스시간폭을 갖는 장펄스의 발진 중 펌프 챔버(10)에 인가되는 펄스폭 보다 작은 시간으로 포켈스 셀(60)에 전압을 인가한다. 이때, 포켈스 셀(60)에 인가되는 전압은 비선형으로 강하되어 OFF 된다. 포켈스 셀(60)에 인가되는 전압이 비선형으로 강하되는 동안 QLM 방식의 수백 μs의 장펄스로 발진되던 레이저는 연속적으로 ns 단위의 단펄스를 발진한다. 여기서, 본 발명의 일 실시 예와 달리, 포켈스 셀(60)에 인가되는 전압은 선형으로 인가될 수 있다.
<제2실시 예>
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치의 제어 블록도, 도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치의 단펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프, 그리고 도 9의 (a) 및 (b)는 도 7에 도시된 레이저장치의 멀티펄스 모드에 대한 시간-전압 및 시간-펄스폭 그래프이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 펌프 챔버(510), 반사미러(520), 출력미러(530), 편광자(540), 포켈스 셀(550), 입력부(560), 전원 인가부(570) 및 제어부(580)를 포함한다.
펌프 챔버(510)는 본 발명의 제1실시 예와 같이, 플래시램프(512) 및 Nd:YAG 로드(514)로 구성된다. 그리고, 반사미러(520), 출력미러(530), 편광자(540), 포켈스 셀(550), 입력부(560), 전원 인가부(570) 및 제어부(580)는 본 발명의 제1실시 예와 같이 동일하게 구성된다. 그러나, 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)는 제1실시 예와는 달리, 1/4파장 위상지연기(50)를 포함하지 않는다. 또한, 본 발명의 제1실시 예에 따른 레이저장치(1)는 포켈스 셀(60)에 1/4 파장으로 작동되는 전압을 인가하였으나, 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)는 포켈스 셀(550)에 1/2 파장으로 작동되는 전압을 인가한다. 예를 들어, 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)는 포켈스 셀(550)에 1/2 파장으로 작동되는 전압 8000V를 인가한다.
단펄스 모드(562)의 입력에 따른 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)의 단펄스 레이저 발진은 다음과 같다.
도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 단펄스 모드(562)의 입력에 따른 레이저장치(500)는 포켈스 셀(550)에 전압이 ON, 즉 포켈스 셀(550)에 전압이 인가되면 포켈스 셀(550)로부터 편광자(540)로 입사되는 광이 통과하지 못 하므로 레이저를 발진하지 못 한다. 그러나, 레이저장치(500)는 포켈스 셀(550)에 인가되던 전압이 강하 또는 인가되면, ns 단위의 펄스시간폭을 갖는 레이저를 발진한다. 즉, 단펄스 모드(562)의 입력에 따른 레이저장치(500)는 전압의 ON 상태에서 OFF로 전환될 때만 ns 단위의 펄스시간폭을 갖는 레이저를 발진한다.
한편, 멀티펄스 모드(564)의 입력 시 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)의 멀티펄스 레이저 발진은 다음과 같다.
도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 멀티펄스 모드(564)의 입력에 따른 레이저장치(500)는 포켈스 셀(550)에 대해 전원이 OFF 상태로 유지되면 QLM 방식으로 1000μs 미만의 펄스시간폭을 갖는 장펄스의 레이저를 발진한다.
이때, 전원 인가부(570)는 순간적으로, 예를 들어 펌프 챔버(10)에 인가되는 펄스폭 보다 작도록 포켈스 셀(550)에 강하되는 전압을 인가한다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 'Ⅰ-Ⅱ' 시간동안 전원 인가부(80)에 의해 포켈스 셀에 비선형으로 강하되는 전압을 인가하면, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 'Ⅰ-Ⅱ' 시간동안 ns 단위의 펄스시간폭을 갖는 단펄스가 단펄스 모드(562)의 입력과 달리 연속적으로 발진된다.
이러한 본 발명의 제2실시 예에 따른 레이저장치(500)의 멀티펄스 모드(564)의 입력에 따른 작동 과정을 이하에서 살펴 보면 다음과 같다.
우선, 입력부(560)의 멀티펄스 모드(564)를 통해 멀티펄스 작동 신호가 인가되면 제어부(580)는 포켈스 셀(550)에 인가되는 전압이 OFF 상태를 유지하도록 포켈스 셀(550)에 전압을 인가하는 전원 인가부(570)에 제어신호를 전송한다.
제어부(580)로부터 제어신호를 전송 받은 전원 인가부(570)가 포켈스 셀(550)에 인가되는 전압을 OFF 상태로 유지하면, QLM 방식으로 1000μs 미만의 펄스시간폭을 갖는 장펄스가 발진된다.
상술한 바와 같이, QLM 방식으로 1000μs 미만의 펄스시간폭을 갖는 장펄스의 발진 중 펌프 챔버(10)에 인가되는 펄스폭 보다 작은 시간으로 포켈스 셀(550)에 전압을 인가한다. 이때, 포켈스 셀(550)에 인가되는 전압은 비선형으로 강하되어 OFF 된다. 포켈스 셀(550)에 인가되는 전압이 비선형으로 강하되는 동안 QLM 방식의 수백 μs의 장펄스로 발진되던 레이저는 연속적으로 ns 단위의 단펄스를 발진한다.
이에, 멀티펄스 모드를 적용하여 수 ns 내지 수십 ns의 펄스시간폭을 갖는 레이저를 연속적으로 발진할 수 있으므로, 제품의 사용성을 증대시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1, 500: 레이저장치 10, 510: 펌프 챔버
20, 520: 반사미러 30, 430: 출력미러
40, 540: 편광자 50: 1/4파장 위상지연기
60, 550: 포켈스 셀 70, 560: 입력부
80, 570: 전원 인가부 100: 구동부
110, 580: 제어부

Claims (10)

  1. 펌프 챔버와, 상기 펌프 챔버를 사이에 두고 양측에 배치되는 반사미러 및 출력미러와, 상기 펌프 챔버로부터 발생한 광을 편광시키는 편광자와, 상기 반사미러와 상기 편광자 사이에 배치되는 1/4파장 위상지연기와, 상기 반사미러와 상기 1/4파장 위상지연기 사이에 배치되는 포켈스 셀을 갖는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 있어서,
    (a) 상기 반사미러와 상기 출력미러 사이의 광 경로 상에서 상기 1/4파장 위상지연기를 제거하는 단계와;
    (b) 상기 포켈스 셀에 인가하는 전압의 OFF 상태를 유지하는 단계와;
    (c) 상기 포켈스 셀에 일정 시간 동안 선형 및 비선형 중 어느 하나로 강하되는 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 포켈스 셀에 전압이 인가되는 일정 시간은 상기 펌프 챔버에 인가되는 펌핑 펄스폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    1000μs 미만의 펄스을 발진하는 QLM(quasi long-pulse mode)인 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  4. 제3항에 있어서.
    상기 (c) 단계는,
    상기 포켈스 셀에 인가되는 전압이 강하되는 동안 ns(나노 세컨드) 단위의 펄스를 연속적으로 발진하는 것을 특징으로 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 포켈스 셀에는 1/4 파장으로 작동될 수 있는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저장치는,
    상기 1/4파장 위상지연기의 작동 신호를 입력 받는 입력부와;
    상기 입력부로부터 제공된 작동 신호에 기초하여, 상기 1/4파장 위상지연기가 상기 광 경로 상에 위치하는 배치위치 및 상기 광 경로 상에서 제거되는 제거위치 사이에서 왕복 이동되도록 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  7. 펌프 챔버와, 상기 펌프 챔버를 사이에 두고 양측에 배치되는 반사미러 및 출력미러와, 상기 펌프 챔버로부터 발생한 광을 편광시키는 편광자와, 상기 반사미러와 상기 편광자 사이에 배치되는 포켈스 셀을 갖는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법에 있어서,
    (a) 상기 포켈스 셀에 인가하는 전압의 OFF 상태를 유지하는 단계와;
    (b) 상기 포켈스 셀에 일정 시간 동안 선형 및 비선형 중 어느 하나로 강하되는 전압을 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는 상기 포켈스 셀에 인가되는 전압이 상기 선형 및 상기 비선형 중 어느 하나로 강하되는 동안 ns(나노 세컨드) 단위의 펄스를 연속적으로 발진하는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 포켈스 셀에 전압이 인가되는 일정 시간은 상기 펌프 챔버에 인가되는 펌핑 펄스폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    1000μs 미만의 펄스을 발진하는 QLM(quasi long-pulse mode)인 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 포켈스 셀에는 1/2 파장으로 작동될 수 있는 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 레이저장치의 다중 short pulse 발생방법.
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