KR101682397B1

KR101682397B1 - 고출력 펨토초 레이저장치

Info

Publication number: KR101682397B1
Application number: KR1020150152474A
Authority: KR
Inventors: 고도경; 권성훈
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-12-05

Abstract

본 발명은 공진기내 장주기 다중 반사거울을 압축단으로 활용한 고출력 펨토초 레이저장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고출력 펨토초 레이저장치는 펌프빔을 1차 공진시키는 제1 공진기와, 상기 제1 공진기에서 출력된 레이저빔을 공진시키기 위한 것으로, 제1 통공이 형성되어 있는 제1 다중반사거울과, 상기 제1 다중반사거울과 대향되도록 설치되어 상기 제1 다중반사거울과 함께 레이저빔을 공진시킬 수 있도록 반사하는 제2 다중반사거울 및 상기 제1 공진기에서 출력된 레이저빔을 상기 제1 통공을 통과해 상기 제2 다중반사거울로 반사하도록 설치된 제6 반사체를 포함하는 제2 공진기와, 상기 제2 공진기의 제1 다중반사거울과 제2 다중반사거울을 레이저빔의 압축단으로 사용할 수 있도록 상기 제1 다중반사거울과 제2 다중반사거울의 외측에 각각 상기 제1 통공 및 제2 통공을 통해 레이저빔의 전달이 가능하도록 설치되는 제1 프리즘 및 제2 프리즘과, 상기 제2 공진기에서 출력되는 레이저빔을 상기 제2 공진기의 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울을 이용해 압축할 수 있도록 상기 제2 프리즘을 향해 반사하는 제7 반사체를 구비한다.

Description

고출력 펨토초 레이저장치 {High-power femtosecond laser apparatus}

본 발명은 고출력 펨토초 레이저장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공진기내 장주기 다중 반사거울을 압축단으로 활용한 고출력 펨토초 레이저장치에 관한 것이다.

1960년대 레이저가 발명된 후, 1970년대부터 산업화 응용에 대한 연구가 시작되면서 1980년부터는 CO2 레이저를 필두로 산업용, 의료용, 통신용, 디스플레이용 등과 같은 다양한 분야에 레이저가 활용되고 있다.

또한 1980년 Diode 레이저의 개발로 인해 고체 레이저가 등장하였으며, 기존의 기체 레이저로 접근이 쉽지 않았던 분야에 적용되면서 레이저의 수요는 점점 더 늘어나게 되었다. 따라서 레이저는 레이저 가공, 절단, 용접, 천공, 트리밍, 식각 등의 산업 분야, 치과 치료, 반점, 문신 제거, 제모, 라식 수술 등의 의료 분야, 레이저와 물질의 상호 작용을 연구하는 학술 분야, 그리고 국방 및 문화 분야 등 그 응용분야가 매우 광범위해지고 있다.

산업의 기술 발달은 레이저를 이용한 분야의 정밀도와 높은 생산성을 요구하게 되었고, 이에 부응하고자 최근에는 펨토초 레이저(femtosecond laser)가 다양한 분야에서 활용되고 있다.

펨토초 레이저는 아주 짧은 시간 동안에 광 에너지가 응집되어 빛을 발하게 되는 특성을 갖는다. 이에 따라 펨토초 레이저는 기존의 레이저와는 다른 특성을 보여준다. 예들 들면, 펨토초 레이저는 레이저 광이 매질에 조사될 때 열이 매질에 전달될 시간보다 짧은 시간 동안만 조사되므로 기존의 레이저 가공 등에서 발생되는 열 영향 또는 열 변형을 피할 수 있다.

또한 펨토초 레이저는 매질의 표면 손상없이 그 내부를 가공하는 것이 가능함으로써 정밀하고 미세한 처리를 요구하는 분야(반도체, 전자칩, 의료 등)에 사용되고 있다.

그러나 수율의 증대, 가공 면적의 확대 등을 위해 산업적으로 사용되기 위해서는 펨토초 레이저 단독으로는 출력의 한계가 있으며, 따라서 응용분야의 확대에 있어서도 제약 요건이 된다.

펨토초 레이저는 1974년 C. V. Shank와 E. P. Ipen("Subpicosecond kilowatt pulses from a mode-locked cwdye laser", Appl. Phys. Lett. Vol. 24, pp. 373, 1974)에 의해 염료(dye)를 이득 물질로 이용하여 처음 개발되었고, 그 이후, Diode laser의 등장과 함께 1991년 D. E. Spence, et al.(“60-fs pulse generation from a self-mode-locked Ti:sapphire laser," Opt. Lett. Vol. 16, pp. 42, 1991)에 의해 커 모드 잠김 기술을 이용한 펨토초 고체 레이저가 등장하였다. 1985년 G. Mourou, et al,("Compression of amplified chirped optical pulse," Opt. Commun., vol. 56, pp. 219, 1985)에 의해 개발된 CPA 기술 (Chirped Pulse Amplification)과 결합되면서 펨토초 레이저 펄스의 증폭이 가능하게 되었고, 현재는 다중 증폭단을 통해 나오는 고출력 펄스를 많은 분야에 이용하고 있다. 그러나 증폭단을 구성하면서 레이저의 크기는 커지고, 비용 또한 증가되며, 이를 유지 보수를 위한 전문인이 필요하여 산업계의 응용 확대에 제약이 되고 있다.

D. Herriott 등은 두 개의 거울을 사용한 간섭계를 제안하였고("Off-Axis Paths in Spherical Mirror Interferometers", Applied Optics, Vol. 3, Issue 4, pp. 523-526, 1964), S. H. Cho 등은 D. Herriott 등이 제안한 간섭계를 펨토초 펄스 왕복으로 인한 공진기 길이 연장에 적용하였다("Low-repetition-rate high-peakpower Kerr-lens mode-locked TiAl2O3 laser with a multiple-pass cavity", Optics Letters, Vol. 24, Issue 6, pp. 417-419). 레이저 펄스 에너지를 증가시키기 위해서는 공진기의 길이를 증가시키는 것이 요구된다. 이를 위해 S. H. Cho 등은 두 개의 거울을 사용하여 복소수 q-파라미터(레이저빔의 상태정보를 내포)를 보존하면서 멀티패스하는 방식을 사용하였다. 복소수 q-파라미터를 보존하면 일반형 공진기의 모드잠김 조건이 그대로 유지되며, 또한 공진기의 길이를 증가시킴으로써 레이저의 펄스 에너지는 증가될 수 있다.

유사한 예로서 대한민국 특허공개공보 제10-2006-0123311호(2006. 12. 1. 공개)에서는 복소수 q-파라미터를 보존하면서 두 거울간에 레이저빔이 멀티패스하는 방식을 채택하고 레이저 공진기내 고차 분산값을 양의 분산값으로 확장한 후 단펄스를 만든 다음 외부에서 압축기를 통해 압축하여 펨토초 레이저를 생성하는 단펄스 레이저 장치를 제시하였다.

그러나 Herriott 등이 제안한 두 개의 거울 구조를 사용한 레이저 장치의 경우 레이저빔의 경로가 복잡하고 광정렬이 용이하지 않다는 문제점이 존재한다.

이와 같은 문제점을 해결을 위해 대한민국 특허공개공보 제10-2012-0106282호(2012. 09. 26. 공개)에서는 제1 공진기 및 다주반사 거울의 조합으로 이루어진 제2 공진기를 사용하여 펄스 에너지를 증가시킨 고출력 레이저 장치를 제안하였다.

그러나 상기 선행기술의 경우 다중 반사거울의 광정렬이 용이하고 음의 분산영역이라 펨토초 펄스 레이저가 가능하기는 하지만 음의 분산 영역에서 짧아진 펄스 길이는 높은 첨두출력을 생성시키므로 매질 내에 불안정요소를 증가시킴에 따라 출력에 있어서 한계가 있다는 문제가 있었다.

한국특허공개공보 제10-2006-0123311호 : 단펄스 레이저 장치 한국특허공개공보 제10-2012-0106282호 : 고출력 레이저 장치

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 높은 출력의 레이저 생성을 위해 압축단을 구성하되, 상기 압축단이 공진기를 구성하는 다중반사거울을 활용하도록 함으로써 광정렬이 용이하고, 장치의 구성을 컴팩트하게 유지할 수 있는 고출력 펨토초 레이저장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 고출력 펨토초 레이저장치는 펌프빔을 1차 공진시키는 제1 공진기와, 상기 제1 공진기에서 출력된 레이저빔을 공진시키기 위한 것으로, 제1 통공이 형성되어 있는 제1 다중반사거울과, 상기 제1 다중반사거울과 대향되도록 설치되어 상기 제1 다중반사거울과 함께 레이저빔을 공진시킬 수 있도록 반사하는 제2 다중반사거울 및 상기 제1 공진기에서 출력된 레이저빔을 상기 제1 통공을 통과해 상기 제2 다중반사거울로 반사하도록 설치된 제6 반사체를 포함하는 제2 공진기와, 상기 제2 공진기의 제1 다중반사거울과 제2 다중반사거울을 레이저빔의 압축단으로 사용할 수 있도록 상기 제1 다중반사거울과 제2 다중반사거울의 외측에 각각 상기 제1 통공 및 제2 통공을 통해 레이저빔의 전달이 가능하도록 설치되는 제1 프리즘 및 제2 프리즘과, 상기 제2 공진기에서 출력되는 레이저빔을 상기 제2 공진기의 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울을 이용해 압축할 수 있도록 상기 제2 프리즘을 향해 반사하는 제7 반사체를 구비한다.

상기 제1 공진기는 상기 펌프 빔을 집속시키는 집속렌즈와, 상기 집속렌즈에 의해 집속된 펌프 빔이 통과하는 이득 매질과, 상기 이득매질을 중심으로 전방 및 후방에 각각 마련되는 제1 곡면거울 및 제2 곡면거울과, 상기 이득매질을 통과한 레이저빔을 순차적으로 반사 또는 역반사시키는 제1 반사체와 제2 반사체 및 제3 반사체를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제3 반사체에는 레이저빔이 양의 분산일 때 공진된 펄스를 안정화시키기 위한 포화흡수체가 마련되며, 상기 제2 공진기는 상기 제1 공진기의 제2 곡면거울로부터 반사된 레이저빔을 상기 제6 반사체를 향해 반사하도록 설치된 제4 및 제5 반사체를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제2 공진기는 상기 제2 다중반사거울의 외측에 설치되어 상기 제2 통공을 통해 상기 제2 공진기를 거쳐 출력되는 레이저빔 중 일부는 상기 제7 반사체를 향해 통과시키고, 나머지 일부는 상기 제2 공진기 및 제1 공진기를 거쳐 되돌아 오도록 반사시키는 부분반사거울을 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 제1 프리즘의 외측에는 압축을 위해 상기 제2 프리즘을 통해 상기 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울에 의해 반사된 후 상기 제1 통공을 통해 상기 제1 프리즘으로 전달된 레이저빔을 상기 제1 프리즘으로 재반사하여 상기 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울에 의해 반사된 후 상기 제2 프리즘으로 전달하는 제8 반사체가 더 구비될 수 있다.

상기 제8 반사체에 의해 반사된 후 상기 제2 프리즘으로 입사된 레이저빔으로부터 출력되는 레이저빔이 출력될 수 있도록 출력부로 반사시키는 제9 반사체를 더 구비하며, 상기 압축 후 상기 제2 프리즘을 통해 출력되는 레이저빔이 상기 제7 반사체로 출력되지 않도록 상기 제8 반사체는 상기 제1 프리즘을 향해 반사하는 레이저빔이 소정각도 굴절되게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 고출력 펨토초 레이저장치는 공진기를 구성하는 다중반사거울을 활용해 압축단의 역할을 하도록 함으로써 장치의 전체 구성을 단순화하고, 광정렬의 문제를 해결하여 유지보수가 간편해지는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고출력 펨토초 레이저장치의 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 제2 공진기를 도시한 발췌 사시도,
도 3은 제2 공진기의 제1 다중반사거울의 정면도,
도 4는 제2 공진기의 제2 다중반사거울의 정면도,
도 5는 제2 다중반사거울 및 제2 다중반사거울에 인접하는 구성요소들을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고출력 펨토초 레이저장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 고출력 펨토초 레이저장치(10)의 바람직한 일 실시예가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 고출력 펨토초 레이저장치(10)는 펌프빔을 생성하는 펌프레이저(11)와, 펌프빔을 공진시키기 위한 제1 공진기(100)와, 제1 공진기(100)에서 출력된 레이저빔을 공진시키기 위한 제2 공진기(200)를 포함한다.

상기 펌프레이저(11)는 주파수 배가된 Nd:YAG 레이저 또는 Nd:YVO₄ 레이저로 구성될 수 있다.

상기 제1 공진기(100)는 펌프레이저(11)에서 생성된 펌프빔을 공진시키기 위한 것으로서, 펌프레이저(11)에서 발진된 펌프빔을 집속하기 위한 집속렌즈(110)와, 이득매질(120), 제1 곡면거울(131) 및 제2 곡면거울(132)과, 제1 반사체(141)와 제2 반사체(142) 및 제3 반사체(143)를 포함한다.

상술한 것처럼 집속렌즈(110)는 펌프레이저(11)에서 발진된 펌프빔을 집속하기 위한 것이며, 펌프빔은 집속렌즈(110)에서 집속된 후 이득매질(120)로 전달된다.

이득매질(120)은 티타늄:사파이어(Ti:Saphire)로 구성될 수 있으며, 집속렌즈(110)에서 집속된 후 전달된 펌프빔은 이득매질(120)을 여기시킨다.

상기 제1 곡면거울(131)과 제2 곡면거울(132)은 이득매질(120)을 중심으로 전후방향에 설치되며, 이득매질(120)을 통과한 레이저빔은 제2 반사거울에서 제1 반사거울로 반사되며, 제1 반사거울에서는 다시 공진을 위해 제1 반사체(141)로 전달된다.

제1 반사체(141)에서는 레이저빔을 제2 반사체(142)로 반사하며, 제2 반사체(142)에서는 제3 반사체(143)로 레이저빔이 반사된다. 제3 반사체(143)에서 반사된 레이저빔은 다시 제2 반사체(142) 및 제1 반사체(141)를 통해 제1 곡면거울(131)로 반사되며, 제1 곡면거울(131)에서 제2 곡면거울(132)로 반사된 레이저빔은 제2 공진기(200)로 전달되도록 반사가 이루어진다.

아울러 상기 제3 반사체(143)에는 포화흡수체가 마련되어 있는데, 상기 포화흡수체는 양의 분산일 때 공진된 펄스를 안정화 시키기 위한 것이다.

상기 제1 공진기(100)를 거쳐 제2 곡면거울(132)을 통해 반사되는 레이저빔은 제4 반사체(151) 및 제5 반사체(152)를 통해 반사되어 제2 공진기(200)로 전달된다.

상기 제2 공진기(200)는 마주보게 설치되는 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220) 및 제6 반사체(231)와 부분반사거울(233), 그리고 제7 반사체(232)를 포함한다.

상기 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)은 도 2에 도시되어 있는 것처럼 중복반사를 통해 레이저빔의 공진길이를 확보하며, 제1 다중반사거울(210)은 반사면이 곡면 형상이고, 제2 다중반사거울(220)은 평면 형상으로 형성되어 있다. 물론 본 실시예와는 달리 제2 다중반사거울(220)이 곡면형상의 반사면을 갖고 제1 다중반사거울(210)은 반사면이 평면으로 형성될 수도 있다.

상기 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)에는 각각 제1 통공(211)과 제2 통공(221)이 형성되어 있다. 제1 통공(211)과 제2 통공(221)은 각각 후술하는 제6 반사체(231)와 제7 반사체(232) 또는 제1 프리즘(241)과 제2 프리즘(242)으로 레이저빔이 전달될 수 있도록 광통로를 제공하는 것이며, 홀 형태로 형성될 수도 있으나, 본 실시예의 경우 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)의 가장자리에서 내측으로 인입되어 있는 노치(notch) 형으로 형성되어 있다.

제6 반사체(231)는 상기 제1 통공(211)을 통해 제5 반사체(152)로부터 반사된 레이저빔이 전달될 수 있도록 제1 통공(211)과 인접하도록 제1 다중반사거울(210)의 외측에 마련되어 있으며, 제6 반사체(231)는 제5 반사체(152)로부터 전달되는 레이저빔을 제2 다중반사거울(220)의 반사면을 향해 반사한다.

제7 반사체(232)는 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)에서 반사되면서 공진된 레이저빔이 상기 제2 통공(221)을 통해 전달될 수 있도록 제2 다중반사거울(220)의 외측에 설치되며, 제7 반사체(232)는 레이저빔을 후술하는 제2 프리즘(242)으로 반사한다.

아울러 상기 제2 다중반사거울(220)의 제2 통공(221)의 외측에는 상기 제7 반사체(232)로 레이저빔이 전달되는 광통로 상에 부분반사거울(233)이 마련되어 있다. 상기 부분반사거울(233)은 레이저빔의 일부는 제7 반사체(232)로 전달되도록 통과시키고, 나머지는 상기 제1 다중반사거울(210)로 역반사한다. 부분반사거울(233)에서 반사된 레이저빔은 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)을 통해 반사된 후 제6 반사체(231), 제5 반사체(152), 제4 반사체(151)를 거쳐 제1 공진기(100)로 전달되며, 제1 공진기(100)에서 제1 곡면거울(131)과 제2 곡면거울(132) 및 제1 반사체(141)와 제2 반사체(142), 제3 반사체(143)를 거쳐 다시 제2 공진기(200)로 유입되는 순환을 하면서 공진된다.

제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)의 외측에는 각각 제1 프리즘(241)과 제2 프리즘(242)이 설치된다.

상기 제1 프리즘(241)과 제2 프리즘(242)은 이득매질(120)과 공기에 의한 양의 분산을 보상하기 위한 것이며, 이러한 보상 조건이 만족되면 3차 비선형 광학적 커(Kerr)효과에 의한 모드 잠김에 의해 레이저 펄스가 발생한다.

제7 반사체(232)에서 반사된 레이저빔은 제2 프리즘(242)을 통해 굴절되어 제2 통공(221)을 통해 제1 다중반사거울(210)로 전달되며 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)에서 반사가 반복되면서 압축된다. 즉, 상기 제2 공진기(200)의 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)이 압축단의 역할을 하게 되는 것이다.

제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)에서 반사된 레이저빔은 제1 통공(211)을 통해 제1 프리즘(241)에 전달되고 제1 프리즘(241)에서 굴절된 레이저빔은 제1 다중반사거울(210)의 외측에 설치되는 제8 반사체(243)에서 반사되어 다시 제1 프리즘(241)을 거쳐 제2 다중반사거울(220)로 전달된다.

상기 제2 공진기(200)의 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)에 의해 레이저빔의 공진과 압축을 위한 반사는 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)의 표면에 원주방향을 따라 반사가 진행된다. 특히 제1 공진기(100)에서 출력된 레이저빔이 2차 공진되는 과정에서는 도 3 및 도 4에서 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)의 외측부분에 형성되어 있는 제1 반사점들에서 반사가 이루어지게 되며, 제2 프리즘(242)을 통과해 유입되는 레이저빔은 내측의 원주방향을 따라 형성되어 있는 제2 반사점들에서 반사되면서 압축이 이루어진다.

제1 프리즘(241)에서 전달된 레이저빔은 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)에서 반사가 반복된 후 제2 통공(221)을 거쳐 제2 프리즘(242)으로 전달되고, 제2 프리즘(242)에서 굴절된 레이저빔은 제9 반사체(244)를 통해 출력된다.

상기 제9 반사체(244)는 제7 반사체(232)와 인접한 위치에 설치되는데, 상기 제7 반사체(232)에서 제2 프리즘(242)으로 반사된 레이저빔이 제1 프리즘(241)을 거쳐 되돌아온 후에는 제2 프리즘(242)을 거쳐 제9 반사체(244)로 전달되어야 하므로 상기 제8 반사체(243)는 제1 프리즘(241)에서 전달된 레이저빔을 소정각도 굴절시켜서 다시 제1 프리즘(241)으로 반사한다. 이렇게 반사된 레이저빔은 제2 프리즘(242)으로부터 제1 프리즘(241)으로 전달되는 과정에서와 유사한 궤적을 따라 반사가 이루어지지만 미세한 차이에 의해 제2 프리즘(242)에서 출사될 때 제7 반사체(232)로 전달되지 않고 제9 반사체(244)를 통해 반사되어 출력이 이루어진다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 고출력 펨토초 레이저장치(10)는 레이저빔의 공진을 위해 제1 공진기(100)와 제2 공진기(200)가 마련되며, 제1 다중반사거울(210)과 제2 다중반사거울(220)로 이루어진 제2 공진기(200)는 공진된 레이저빔의 압축을 위한 압축단의 역할을 함께 겸하게 됨으로써 레이저빔의 압축을 위한 별도의 압축단을 추가로 구성하지 않아도 되며, 광정렬의 문제가 해결됨에 따라 유지 관리가 용이하다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

10: 고출력 펨토초 레이저장치
11: 펌프레이저
100: 제1 공진기
110: 집속렌즈 120: 이득매질
131: 제1 곡면거울 132: 제2 곡면거울
141: 제1 반사체 142: 제2 반사체
143: 제3 반사체
151: 제4 반사체 152: 제5 반사체
200: 제2 공진기
210: 제1 다중반사거울 211: 제1 통공
220: 제2 다중반사거울 221: 제2 통공
231: 제6 반사체 232: 제7 반사체
233: 부분반사거울 241: 제1 프리즘
242: 제2 프리즘 243: 제8 반사체
244: 제9 반사체

Claims

펌프빔을 1차 공진시키는 제1 공진기와;
상기 제1 공진기에서 출력된 레이저빔을 공진시키기 위한 것으로, 제1 통공이 형성되어 있는 제1 다중반사거울과, 상기 제1 다중반사거울과 대향되도록 설치되어 상기 제1 다중반사거울과 함께 레이저빔을 공진시킬 수 있도록 반사하는 제2 다중반사거울 및 상기 제1 공진기에서 출력된 레이저빔을 상기 제1 통공을 통과해 상기 제2 다중반사거울로 반사하도록 설치된 제6 반사체를 포함하는 제2 공진기와;
상기 제2 공진기의 제1 다중반사거울과 제2 다중반사거울을 레이저빔의 압축단으로 사용할 수 있도록 상기 제1 다중반사거울과 제2 다중반사거울의 외측에 각각 상기 제1 통공 및 제2 통공을 통해 레이저빔의 전달이 가능하도록 설치되는 제1 프리즘 및 제2 프리즘과,
상기 제2 공진기에서 출력되는 레이저빔을 상기 제2 공진기의 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울을 이용해 압축할 수 있도록 상기 제2 프리즘을 향해 반사하는 제7 반사체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 공진기는 상기 펌프 빔을 집속시키는 집속렌즈와, 상기 집속렌즈에 의해 집속된 펌프 빔이 통과하는 이득 매질과, 상기 이득매질을 중심으로 전방 및 후방에 각각 마련되는 제1 곡면거울 및 제2 곡면거울과, 상기 이득매질을 통과한 레이저빔을 순차적으로 반사 또는 역반사시키는 제1 반사체와 제2 반사체 및 제3 반사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.
제 2항에 있어서,
상기 제3 반사체에는 레이저빔이 양의 분산일 때 공진된 펄스를 안정화시키기 위한 포화흡수체가 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.
제 2항에 있어서,
상기 제2 공진기는 상기 제1 공진기의 제2 곡면거울로부터 반사된 레이저빔을 상기 제6 반사체를 향해 반사하도록 설치된 제4 및 제5 반사체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.
제 1항에 있어서,
상기 제2 공진기는 상기 제2 다중반사거울의 외측에 설치되어 상기 제2 통공을 통해 상기 제2 공진기를 거쳐 출력되는 레이저빔 중 일부는 상기 제7 반사체를 향해 통과시키고, 나머지 일부는 상기 제2 공진기 및 제1 공진기를 거쳐 되돌아 오도록 반사시키는 부분반사거울을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 프리즘의 외측에는 압축을 위해 상기 제2 프리즘을 통해 상기 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울에 의해 반사된 후 상기 제1 통공을 통해 상기 제1 프리즘으로 전달된 레이저빔을 상기 제1 프리즘으로 재반사하여 상기 제1 다중반사거울 및 제2 다중반사거울에 의해 반사된 후 상기 제2 프리즘으로 전달하는 제8 반사체가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.
제 6항에 있어서,
상기 제8 반사체에 의해 반사된 후 상기 제2 프리즘으로 입사된 레이저빔으로부터 출력되는 레이저빔이 출력될 수 있도록 출력부로 반사시키는 제9 반사체를 더 구비하며,
상기 압축 후 상기 제2 프리즘을 통해 출력되는 레이저빔이 상기 제7 반사체로 출력되지 않도록 상기 제8 반사체는 상기 제1 프리즘을 향해 반사하는 레이저빔이 소정각도 굴절되게 형성된 것을 특징으로 하는 고출력 펨토초 레이저장치.