KR101626931B1 - 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치 - Google Patents

열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 굴절률의 온도 계수가 양의 값을 가지는 판 형상의 레이저 매질층, 굴절률의 온도 계수가 음의 값을 가지는 액체를 수용하여 상기 레이저 매질층과 접하여 배치되는 온도 보상 액체층 및 상기 온도 보상 액체층 내에 수용된 액체를 봉입하기 위한 봉입창을 포함하고, 상기 온도 보상 액체층에 의해 상기 레이저 매질층 및 상기 보상 액체층을 통과하는 레이저 광선의 열 파면 왜곡이 보정된다.

Description

열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치{SOLID LASER APPARATUS FOR THERMAL LENS COMPENSATION}
본 발명은 고체 레이저 장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 판 모양의 레이저 매질을 이용한 고체 레이저 장치 내에 광학 소자의 냉각을 위한 별도의 층을 구성함으로써 열렌즈 효과를 경감할 수 있는 고체 레이저 장치에 관한 것이다.
고출력 고체 레이저의 개발에 대해 중요한 과제는, 광학계로 설정된 레이저 매질 내 또는 광학 소자 내의 불균일 온도 분포가 일으키는 열렌즈 효과를 해소하는 것이다. 레이저 여기 정도와 레이저 강도의 증강에 따라 필연적으로 광학 소자의 냉각이 필요하다. 광학 소자 전체에서 열이 발생하는데, 통상 표면에서 냉각을 하기 때문에 매질내의 온도 분포가 발생한다. 이 온도 분포는 굴절률의 온도 계수를 통해서 굴절률 분포를 일으켜 통과하는 레이저광의 파면을 비뚤어지게 한다.
열렌즈 효과를 나타내는 지표로서 디옵터(diopter) 값이 이용되는데 이는 열렌즈 효과에 의한 초점 거리의 역수이다. 열렌즈 효과는 고체 레이저의 출력을 증가 시킬 때 출력 증가를 방해하거나, 빔 품질의 변화를 가져온다. 열 렌즈에 의한 파면 왜곡, 특히 여기 강도의 변화에 관련되지 않고 자동적으로 보정하는 방식의 발명이 요구되고 있다.
하기 특허문헌 1에서는 봉 형태의 고체 레이저 매질과는 굴절률의 온도 의존성이 반대의 물질을 이용하고, 열렌즈 효과를 보상하는 발명이 개시되어 있다. 보상 판의 재질은 유리로써, 레이저 봉(rod)과 확산접착(diffusion bonding)되어 총 길이가 300 mm의 4개의 레이저 봉 사이에, 각 30 mm 두께의 보상 판을 3장 삽입하고 있다. 이 경우, 보상편의 굴절률의 온도 의존성이 작아 두꺼운 보상 판을 복수 이용할 필요가 있으나 보상 판과 레이저 봉과 같은 온도 분포를 갖게 하는 것이 어렵고 또한 레이저 봉에 보상 판을 확산접착(diffusion bonding)하는 기술은 상당히 고가라는 문제점이 있다.
하기 특허문헌 2에서는 봉형태의 고체 레이저의 열렌즈 효과를 자동 보상하는 기술이 개시되어 있다. 봉 형태의 레이저를 두 개로 분할하고 그 사이에 얇은 고체의 열렌즈 보상 재료를 삽입하여 접촉하고 있는 봉 형태 레이저 매질의 지름 방향의 온도 분포와 얇은 고체 보상판의 온도 분포를 일치시키는 방식을 제안하고 있다. 보상 대상은 봉 형태 레이저로써, 고체 보상 판은 플라스틱이다. 그러나 이 방식은 다음과 같은 이유로 판 모양의 레이저 매질을 이용한 고체 레이저에는 적용할 수 없다. 봉형태 레이저는 일반적으로 그 직경은 25 mm이하이며 통상은 직경 10 mm정도의 것이 많으며, 플라스틱은 일반적으로 유리 등에 비교해 부드럽다. 봉 형태의 고체 보상 판은 부드럽지만, 두께가 수 mm정도이면 레이저 광학계에 이용하는 고정밀도 연마가 가능하지만, 판 모양 고체 레이저는 그 크기가 50 mm정도로부터 큰 것은 300 mm에 이르고, 부드러운 재질의 재료의 경우 수mm의 두께에서는 aspect ratio(구경과 두께의 비)는 10에서 100근처가 되어, 현재의 광학 연마 기술로는 가공이 불가능하다는 문제점이 있다.
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특허문헌 1: 일본공개특허공보 특개평10-284775호 특허문헌 2: 일본공개특허공보 특개2007-95723호
본 발명에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
판 모양의 레이저 매질로 구성된 고체 레이저 장치에서의 광학 소자들을 용이하고 효율적으로 냉각시킴으로써 열렌즈 효과를 보상할 수 있는 고체 레이저 장치를 제공한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 굴절률의 온도 계수가 양의 값을 가지는 판 형상의 레이저 매질층, 굴절률의 온도 계수가 음의 값을 가지는 액체를 수용하여 상기 레이저 매질층과 접하여 배치되는 온도 보상 액체층 및 상기 온도 보상 액체층 내에 수용된 액체를 봉입하기 위한 봉입창을 포함하고, 상기 온도 보상 액체층에 의해 상기 레이저 매질층 및 상기 온도 보상 액체층을 통과하는 레이저 광선의 열 파면 왜곡이 보정된다.
본 발명에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 판 형상의 레이저 매질층과 접하여 배치되는 온도 보상 액체층을 형성함으로써, 레이저 매질층 및 온도 보상 액체층을 통과하는 레이저 광선의 열 파면 왜곡을 보정하고, 이를 통해서 레이저 매질층 내의 온도의 불균일화를 최소화함으로써 레이저광의 파면을 일정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치를 이용한 지그재그 슬랩 레이저의 광경로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치를 적용한 액티브 거울형 고출력 YAG 레이저 증폭기를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 레이저 증폭기를 이용하여 출력된 파면 일그러짐 량의 2차원 패턴을 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 증폭기에서 온도 보상 액체층의 두께와 파면 일그러짐량과의 상관관계를 도시한 그래프이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 레이저 매질층(100)와 상기 레이저 매질층(100)과 적층된 온도 보상 액체층(200)으로 구성되어 있다. 온도 보상 액체층(200)의 일측에 레이저 매질층(100)의 일측이 접하여 배치되고, 온도 보상 액체층(200)의 타측에는 봉입창(300)이 배치될 수 있다. 또한 레이저 매질층(100)의 타측에는 반사 코팅부(400)가 형성될 수 있다.
레이저 매질층(100)은 판 모양으로 형성되고, 굴절률의 온도 계수가 양의 값을 갖는 재질로 구성되어 있으며, 구체적으로는 레이저 활성 원소를 첨가한 YAG(Yttrium Aluminium Garnet), 규산염 유리 또는 인산염 유리로 형성되는 것이 바람직하다.
온도 보상 액체층(200)은 굴절률의 온도 계수가 음의 값을 가지는 액체를 수용하는 구성으로써, 대부분의 액체는 굴절률의 온도 계수가 음의 값을 갖고 있기 때문에 어떠한 액체를 적용하더라도 레이저 광선(500)의 열 파면 왜곡의 보정 효과를 기대할 수 있다. 앞서 살펴본 특허문헌 2에서 제안하고 있는 플라스틱의 경우 레이저 내력이 높지만 열변형이 쉽기 때문에 온도 상승에 의해 보상판이 휘게 되면 광학 성능이 저하되는 문제가 있으나, 본 발명에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치에서는 보상을 위한 레이어를 액체로 구성함으로써 이러한 문제점을 해결할 수 있게 된다. 특히, 액체로서는 레이저 내력이 크고, 음의 큰 굴절률의 온도 계수를 갖는 플루어리너트(Fluorinert) 계열의 액체 또는 광학 소자의 굴절률 정합재로 사용되는 액체나 오일 냉각제 중 하나인 것이 바람직하다. 예를 들면 레이저 매질층(100)으로는 굴절률 1.80의 YAG 재료를 적용하고, 후술할 봉입창(300)으로는 굴절률 1.45의 석영 유리를 적용할 경우, 온도 보상 액체층(200)에서는 굴절률 1.62 정도의 굴절률 정합액을 적용하는 것이 바람직하다.
특히, 온도 보상 액체층(200)은 온도 보상 액체층(200) 내의 액체가 유동하기 어려울 정도로 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 온도 보상 액체층(200)의 두께가 두꺼운 경우에는 액체 내에서 온도 분포에 상당하는 팽창이 발생하여 상대적으로 밀도가 작은 부분이 발생하게 된다. 그 결과 액체 내에 부력이 발생하여 대류가 생기게 될 가능성이 있게 되며, 대류가 발생할 경우 광학적 균일성이 저하되기 때문에 레이저 광학 소자로써의 적합성이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.
한편, 고체 벽과 접하고 있는 온도 보상 액체층(200)의 온도와 고체 벽의 온도와 차이가 있는 경우, 고체 벽과 액체 사이에 열류가 발생하게 되며, 액체가 움직이지 않는 경우에는 고체 벽과 액체의 열 특성에 따른 온도 천이 층이 온도 보상 액체층(200) 내에 발생하게 된다. 이 때, 온도 보상 액체층(200)의 두께가 온도 천이층의 두께 정도로 형성될 경우, 발생하는 부력이 크지 않으므로 액체와 고체의 접촉부에서의 반데르발스의 힘 및 액체의 점성에 의해서 액체의 유동이 억제되므로, 광학적 균일성이 저하되지 않게 된다.
상술한 온도 보상 액체층(200)에 의해서 레이저 매질층(100) 및 온도 보상 액체층(200)을 통과하는 레이저 광선(500)의 열 파면 왜곡이 보정될 수 있는데, 특히 온도 보상 액체층(200)의 굴절률의 온도 계수 절대값은 레이저 매질층(100)의 굴절률의 온도 계수 절대값보다 10배 이상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 레이저 매질의 대표적인 고체 레이저 매질인 YAG의 굴절률(n)의 온도 계수(dn/dT)는 +0.73*10-5/℃이며, 순수한 물의 온도 계수는 -2.80*10-5/℃으로 비교적 작지만, 알코올 계열의 비점 138℃의 프로파놀로의 온도 계수는 -3.82*10-4/℃, 비점 157℃의 헥사놀의 온도 계수는 -3.80*10-4/℃로써, 이들의 절대값은 YAG의 굴절률의 온도 계수 절대값의 50배 이상에 이른다. 나아가, 반도체 석판 인쇄 장치의 고굴절률 액체인 HIL-1의 굴절률의 온도 계수는 -5.6*10-4/℃로써 그 절대값이 YAG 굴절률의 온도 계수 절대값의 70배 내지 80배에 해당한다.
다만, 상기 온도 보상 액체층(200)은 판 형상의 레이저 매질층(100)에서의 매질이 갖는 굴절률의 온도 의존성을 75% 이상 보상할 수 있도록 형성되되, 125%를 넘지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 온도 보상 액체층(200)의 두께 및 온도 계수 합의 절대값이 레이저 매질층(100)의 두께 및 온도 계수 합의 절대값의 0.75 이상이고, 1.25 이하인 것이 바람직하다. 보상값이 125%를 초과하게 되면 열렌즈 보상 효과의 상쇄를 넘어서기 때문에 문제가 될 수 있기 때문이다.
온도 보상 액체층(200)의 타측에 배치된 봉입창(300)은 온도 보상 액체층(200) 내의 액체가 외부로 유출되지 않도록 봉입하는 구성으로써 투명한 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 또한 레이저 매질층(100)의 타측에 형성된 반사 코팅부(400)는 여기 빛의 파장 및 레이저 광의 파장에 대한 반사를 위하여 형성된 구성으로써, 레이저 광이 반사면에서 전반사가 이루어지는 경우에는 레이저 광에 대한 반사 코팅은 불필요하다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제 2실시예 내지 제 4실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치에 대해서 살펴보되, 본 발명의 제 1실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 설명시 이미 언급된 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 보상 액체층(200)의 일측에는 레이저 매질층(100)의 일측이 배치되고, 온도 보상 액체층(200)의 타측에는 봉입창(300)의 일측이 배치된다. 또한 봉입창(300)의 타측에는 반사 코팅부(400)가 형성된다. 즉, 본 발명의 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 도 1에 도시된 제 1실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치와는 다르게 레이저광의 입사 방향이 반대로 되어 있으며, 봉입창(300)측에 반사 코팅부(400)가 형성되어 있다. 이 경우, 냉각액을 봉입창(300)의 하부에 흐르게 할 수 있으므로, 온도 보상 액체층(200) 내부의 액체는 본 발명의 제 1실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치 대비 저온으로 유지가 가능하게 된다. 따라서 고온에 의하여 온도 보상 액체층(200) 내부의 액체의 열화를 방지함으로써 광학 특성의 변화를 방지하는 효과가 비교적 높기 때문에 온도 보상 액체층(200) 또는 봉입창(300)에서의 광학적 불균일성에 의한 레이저 광에의 영향을 저감시키는 것이 가능하다.
도 3은 본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치를 이용한 지그재그 슬랩 레이저의 광경로를 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 레이저 매질층(100)의 일측에는 제 1온도 보상 액체층(210)이 접하여 배치되고, 레이저 매질층(100)의 타측에는 제 2온도 보상 액체층(220)이 접하여 배치된다. 또한 제 1온도 보상 액체층(210) 및 제 2온도 보상 액체층(220)의 외측에는 각각 제 1봉입창(310) 및 제 2봉입창(320)이 배치되고, 제 1봉입창(310) 및 제 2봉입창(320)의 외측에는 각각 제 1반사 코팅부(410) 및 제 2반사 코팅부(420)가 형성된다.
즉, 본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 하나의 판 형상의 레이저 매질층(100)의 양측에 온도 보상 액체층(210, 220)이 배치되는 구조이다. 레이저 매질층(100)을 중심으로 양측에 제 1온도 보상 액체층(210) 및 제 2온도 보상 액체층(220)이 형성되어 있기 때문에 온도 보상 액체층의 전체의 두께는 본 발명의 제 1실시예 및 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치 대비 두껍게 형성하는 것이 가능한데, 이는 온도 보상 액체층(210, 220)의 액체 내부에서 온도의 불균일한 분포가 있는 경우 액체가 유동하지 않는 한계 두께를 가진 두 개의 온도 보상 액체층(210, 220)의 형성이 가능하기 때문이다.
본 발명의 제 3실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 통상의 디스크 레이저 이외에, 도 4와 같이 지그재그 디스크 레이저에서도 적용이 가능하다. 도 4에 도시된 지그재그 슬랩 레이저의 광경로를 참조해 보면, 지그재그 슬랩 레이저에서는 중앙부의 전반에서는 온도 분포가 변화된 방향과 광 방향이 수직이 아니기 때문에 온도 변화의 영향이 비교적 적다고 할 수 있다. 그러나 레이저 매질 끝단에서의 열 유출에 따른 온도의 불균일 분포의 영향은 받게 되므로, 레이저 매질층(100)의 양 단에 각각 배치된 두 개의 온도 보상 액체층(210, 220)에 의해 열렌즈 효과가 감소될 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 제 4실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 온도 보상 액체층(200)의 일측 및 타측에 제 1레이저 매질층(110) 및 제 2레이저 매질층(120)을 각각 접하여 배치된다. 또한 제 1레이저 매질층(110) 및 제 2레이저 매질층 중 적어도 하나에는 반사 코팅부(400)를 형성할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 4실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치는 레이저 매질을 두 개로 분할하고, 그 중앙에 온도 보상 액체층(200)을 형성하는 구조를 취하고 있다. 이 경우, 별도의 봉입창(300)의 구비가 불필요하게 되므로 원가 절감 및 구조의 간소화를 꾀할 수 있게 된다. 또한, 본 구조의 경우 레이저 매질층(110, 120)의 상하 양면으로부터 냉각하는 설계가 가능하기 때문에, 레이저 매질층(110, 120)의 온도는 다른 실시예의 구조보다 낮게 유지될 수 있다. 나아가, 온도 보상 액체층(200)이 양측에 접촉하여 배치된 제 1레이저 매질층(110) 및 제 2레이저 매질층(120)을 동시에 냉각시키는 것이 가능하기 때문에 레이저 매질의 온도 불균일 분포의 보상 효율이 높다는 장점이 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 적용에 의한 파면 보정 실현의 시뮬레이션 결과를 살펴보도록 하겠다. 도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치를 적용한 액티브 거울형 고출력 YAG 레이저 증폭기를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 레이저 증폭기를 이용하여 출력된 파면 일그러짐 량의 2차원 패턴을 도시한 도면이고, 도 8은 도 6의 증폭기에서 온도 보상 액체층의 두께와 파면 일그러짐량과의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 6에 도시된 액티브 거울형 고출력 YAG 레이저 증폭기는 투명 베이스(20), 투명 YAG(20)의 상, 하측에 융착되어 배치된 6개의 레이저 매질(10)로 구성된다. 레이저 매질(10)은 20mm * 30mm * 0.6mm의 판 형상의 YAG 세라믹을 기초로 하여 레이저 원소로써 Nd가 0.7atm% 도핑되어 있으며, 레이저 매질(10)의 기본 층구조는 본 발명의 제 2실시예에 따른 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치의 구조를 수용하였다. 또한 투명 베이스(20)의 길이(a) 및 두께(b)는 92mm 및 15mm로 설정하였으며, 입사되는 레이저(500)는 7mm 직경을 갖도록 구성하였다.
도 6의 액티브 거울형 증폭기에 레이저(500)가 최초 입사된 후 복수개의 레이저 매질(10)을 통과 및 반사한 후 출력 측에서 획득된 레이저(500)의 파면 일그러짐을 파악하되, 레이저 매질(10)을 형성하는 온도 보상 액체층(200)과 레이저 매질층(100)의 두께 비율인 P값(P=온도 보상 액체층(200)의 두께/레이저 매질층(100)의 두께)을 변경해가며 실험을 진행하였다. 이때, 온도 보상 액체층(200)이 가지는 음의 굴절률 온도 계수의 절대값은 레이저 매질층(100)이 가지는 양의 굴절률 온도 계수의 절대값의 10배로 설정하였다.
도 7(a), 도 7(b) 및 도 7(c)는 P값이 0%, 5.05%, 11.1%의 경우에 대한 각각의 파면 일그러짐의 2차원 패턴이다. P값이 0%, 즉 온도 보상 액체층(200)이 없는 경우에는 파면 일그러짐은 20.0파장(1파장=1.06um)으로, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 강한 볼록 렌즈의 패턴이 형성되게 된다. P값이 5.05%인 경우, 파면 일그러짐은 16.2파장이 되어 도 7(b)에 도시된 바와 같이 열 일그러짐이 감소하는 결과를 확인할 수 있다. P값이 11.1%인 경우, 파면 일그러짐은 8.7파장이 되고, 도 7(c)에 도시된 바와 같이 파장 일그러짐이 더욱 작아지는 것을 확인할 수 있다. 결국, P값이 11.1%인 경우는 온도 보상 액체층(200)이 없는 경우와 대비하여 파면 일그러짐이 절반 이하로 낮추어지는 결과를 확인할 수 있다. 아울러 레이저 매질(10)을 레이저 매질층(100) 없이 온도 보상 액체층(200)만으로 구성하게 된 경우 파면 일그러짐은 -16파장이 되어 강한 오목 렌즈의 파면 일그러짐을 확인할 수 있다.
도 8은 상기 파면 일그러짐의 계산 결과를 온도 보상 액체층(200)의 두께 비율의 함수로 한 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이 파면 일그러짐량은 온도보상 액체층의 두께 비율이 증가할수록 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 온도 보상 액체층(200)의 두께 비율이 20% 정도 되는 경우 파면 일그러짐량이 완전하게 보상되는 것을 확인할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 레이저 매질층
110: 제 1레이저 매질층
120: 제 2레이저 매질층
200: 온도 보상 액체층
210: 제 1온도 보상 액체층
220: 제 2온도 보상 액체층
300: 봉입창
400: 코팅부
410: 제 1코팅부
420: 제 2코팅부
500: 레이저

Claims (10)

  1. 굴절률의 온도 계수가 양의 값을 가지는 판 형상의 레이저 매질층(100);
    굴절률의 온도 계수가 음의 값을 가지는 액체를 수용하여 상기 레이저 매질층(100)과 접하여 배치되는 온도 보상 액체층(200); 및
    상기 온도 보상 액체층(200)과 접하여 배치되어, 상기 온도 보상 액체층(200) 내에 수용된 액체를 봉입하는 봉입창(300);
    을 포함하고,
    상기 온도 보상 액체층(200)에 의해 상기 레이저 매질층(100) 및 상기 보상 액체층(200)을 통과하는 레이저 광선(500)의 열 파면 왜곡이 보정되는 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 보상 액체층(200)의 굴절률의 온도 계수 절대값은 상기 레이저 매질층(100)의 굴절률의 온도 계수 절대값보다 10배 이상인 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 보상 액체층(200)의 두께 및 온도 계수 합의 절대값은 상기 레이저 매질층(100)의 두께 및 온도 계수 합의 절대값의 0.75 이상이고 1.25 이하인 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 매질층(100)은 YAG, 규산염 유리 및 인산염 유리 중 적어도 하나로 형성되는 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 보상 액체층(200)은 플루어리너트 계열의 용액으로 형성되는 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 보상 액체층(200)은 상기 레이저 매질층(100)의 일측에 배치되고,
    상기 레이저 매질층(100)의 타측에는 반사 코팅부(400)가 형성되는 고체 레이저 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 보상 액체층(200)의 일측 및 타측에는 상기 레이저 매질층(100)의 일측 및 상기 봉입창(300)의 일측이 각각 배치되고,
    상기 봉입창(300)의 타측에는 반사 코팅부(400)가 형성되는 고체 레이저 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 매질층(100)의 일측 및 타측에는 제 1온도 보상 액체층(210) 및 제 2온도 보상 액체층(220)의 일측이 각각 접하여 배치되는 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 보상 액체층(200)의 일측 및 타측에는 제 1레이저 매질층(110) 및 제 2레이저 매질층(120)이 각각 배치되는 열렌즈 효과를 보상하기 위한 고체 레이저 장치.
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