KR101702246B1 - 증폭 매체의 균질 펌핑에 의한 레이저 빔 증폭장치 및 방법 - Google Patents

증폭 매체의 균질 펌핑에 의한 레이저 빔 증폭장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

증폭 매체를 통해 균질한 복합 소스 빔을 펌핑하는 레이저 빔의 증폭 장치 및 방법이 제공된다. 슬래브 결정질 활성 매체는 레이저 다이오드 바 및 광학 조립체를 갖는 펌프 모듈을 통해서 측방으로 펌핑된다. 상기 광학 조립체는 빠른 축 시준기 및 상기 빠른 축 내의 렌즈 및 느린 축 시준기들의 배열과 느린 축 내의 렌즈를 갖는다. 상기 렌즈들은 이격되어 상기 이미터들로부터의 개별적인 소스 빔들은: 상기 증폭 매체의 제1 면상에 결상되고; 상기 제1 면에 또는 근처에서 빔 허리를 가지며; 상기 제1 면을 채우도록 크기가 조절되고; 상기 제1 면상에서 실질적으로 중복되며; 주변부의 소스 빔들이 상기 증폭 매체로의 유입시에 내부 전반사를 겪도록 지향된다. 다수의 레이저 다이오드 바들, 및 광학 조립체들의 실시 예들이, 양면 펌핑 구조와 함께 설명되어 있다.

Description

증폭 매체의 균질 펌핑에 의한 레이저 빔 증폭장치 및 방법{LASER BEAM AMPLIFICATION BY HOMOGENOUS PUMPING OF AN AMPLIFICATION MEDIUM}
본 발명은 증폭 매체를 통해 균질한 복합 소스 빔을 펌핑함으로써, 레이저 빔의 증폭을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
10PS 미만의 펄스 폭을 가진 레이저는 미세-가공 산업 분야에서 새로운 처리 능력을 제공한다. 그러나, 대량 생산을 가능하게 하는 처리 속도는, 100W를 초과하는 평균 파워를 가진 최적의 주파수로 조절가능한, 100kHz 내지 10MHz 사이의 펄스 반복 주파수를 요구한다. 전형적으로, 그러한 조합은 대부분의 레이저 구조로는 달성되지 않는 데, 그 이유는 최대 펄스 에너지가 비-선형 효과에 의해서 제한되며, 레이저 결정에 손상을 입히기 때문이다. 얇은 디스크 레이저 발진기들은, 150W에 접근하고, 요구되는 파워 범위의 하단 파워를 달성하였지만, 요구되는 범위를 초과하는 3.50MHz 내지 60MHz 사이의 고정 펄스 반복 주파수에서는, 그것들은 평균 파워를 유지하면서 특정 프로세스에 대한 최적의 주파수로 쉽게 조절될 수 없다.
현재, 마스터 발진기 파워 증폭기(MOPA)가 요구되는 높은 평균 파워를 얻기 위해 사용된다. 이러한 장치에서, 낮은 파워의 레이저 마스터 발진기는 파워 증폭기 내로 결합되는 요구 폭의 펄스를 생성한다. 입력 펄스는 상기 증폭기 내의 방출을 자극하며, 이는 보다 높은 출력의 에너지 펄스를 생성하도록 상기 입력 펄스에 추가된다. 강도와 플루언스(fluence) 모두가, 유사한 출력을 갖는 발진기 내에서 달성될 수 있는 것보다 훨씬 낮은 경우, 상기 장치는 손상이 발생하기 전에, 높은 출력 파워와 에너지를 달성할 수 있다. MOPA는 현재, 많은 수의 대체 레이저 구조에서 구현되고 있다.
각각의 이러한 배열에서, 하나의 고체-상태 결정 매체는, 전형적으로 하나 이상의 레이저 다이오드 바들을 통해서 펌핑되는 증폭기의 활성 영역을 형성한다. 레이저 다이오드 바는, 빔이 빠르게 발산하는 수직축(반도체 웨이퍼에 수직임)을 지칭하는 빠른 축과, 바들의 면에 평행인 느린 축을 갖는 이미터들의 선형 배열이다. 상기 느린 축(x-축)과 상기 빠른 축(y-축)들은 서로 직교하고, 펌프 축(z-축)에 대해 직교한다. 상기 이미터들로부터 고체-상태 레이저 매체로의 정확한 에너지 커플링은, 만일 장치가 모든 산업 레이저 시스템의 필수 구성 요소인, 안정된 모드 및 파워으로서 효율적으로 작동하여야 하는 경우에 매우 중요하다. 이러한 커플링 기술은 펌프 축을 따라서, 그리고 가로질러서 거의 균일한 흡수와 가열을 모두 보장하여야만 한다. Nd, 즉 YAG와 같은 4 레벨의 레이저 시스템에서, 열적으로 생성된 굴절률 프로파일은 빔 스티어링, 모달(modal) 왜곡과 탈분극(depolarisation)으로 이어질 수 있다. 이러한 효과 중 일부는, 얇은 슬래브 또는 평면 도파관로와 같은 결정 형상의 선택에 의해 감소될 수 있지만, 완전히 제거될 수는 없다. 또한, Yb, 즉 YAG와 같은 준 3 레벨 시스템에서, 실온의 유한한 낮은 레이저 레벨 퍼퓰레이션(population)들은, 만일 상기 결정이 균일하게 펌핑되지 않는 경우, 원치 않는 흡수 영역으로 이어질 수 있다.
Daniel KopF에게 허여된 EP1318578호는 재생 증폭기 펌핑 시스템을 기술하며, 여기서는 적절한 실질적으로 매끄러운 레이저 다이오드 펌프 지점이 레이저 다이오드 배열 소스 또는 다수의 배열들로부터 획득되며, 이는 레이저 매체에서 실질적으로 동일한 지점에 포커싱 없이, 배열 또는 배열들의 각각의 단일 이미터를 결상하여 이루어진다. 이러한 포커싱이 없기 때문에, 상대적으로 낮은 종횡비의 다이오드 레이저 빔이 해당 지점의 비교적 낮은 강도로, 이득 매체의 표면에서 달성되며, 재생 증폭기 셋업에서 높은 강도로 인한 열적 손상 및 다른 문제점들을 방지한다.
EP1318578호의 펌프 방식은 도 1에 상세히 기재된 바와 같다. 레이저 다이오드 바 A의 빠른 축에서, 0.2-1mm 사이의 초점 길이(f1)를 갖는 원통형 렌즈 형태의 빠른 축 시준기 B는, 상기 레이저 다이오드 이미터 C로부터 길이 f1 만큼 이격되어 있다. 이것은 빠른 축에서 강하게 발산하는 빔을 시준하는 역할을 한다. 느린 축에서, 초점 길이(f2)의 원통형 렌즈 D는, 다이오드 이미터 C로부터 ~f2의 거리 만큼 이격되어 있다. 이러한 렌즈들은 느린 축에서만 작용한다. 그것은 느린 축에서 빔을 시준하는 역할을 하고, 상기 배열 내의 개별적인 이미터들에 의해서 생성된 빔들 사이에서 상당한 중복을 형성한다. 대안적으로, 원통형 렌즈들의 위치를 다소 이동시킴으로써, 상기 빔들은 느린 축에서 서로 인접 배치될 수 있다. 중요한 것은, 빠른 축에서 빔 포커싱이 전혀 없다는 점이다.
이 펌프 방식의 목적은, MOPA에서 사용된 얇은 슬래브 또는 평면 도파관에 비해서, 얇은 디스크 활성 영역을 갖는 재생 증폭기에서 사용하기 위하여, 이득 매체의 표면에서 평활한 프로파일을 갖는 거의 원형의 또는 낮은 종횡비의 빔을 생성하는 것이다. 상기 빔의 낮은 종횡비 및 프로파일은 불필요한 개구화 및 비-균일한 가열 효과를 방지하기 위해서 필요하다. 느린 축에서 매끄러운 프로파일의 원통형 렌즈를 생성하는 것은 빔을 결상시키지는 않지만, 원-방(far-field) 프로파일, 상기 렌즈로부터 초점 길이 f2에서 근-방(near-field)의 푸리에 변환을 생성한다. 이러한 구성의 단점은, 활성 영역에서의 이득이 제한되므로 복잡한 재생 증폭기들이 MOPA에 대하여 필요하다는 것이다.
펌프 빔이 상기 결정으로 입력된 후에, 잘 알려진 비어 법칙, Iout = Iinexp(-αz)에 따라서 흡수된다는 것은 잘 알려져 있으며, 여기서 Iout은 흡수 계수(α)에 의해서 특징지워진 흡수 매체를 통과한 전파 거리(z) 이후에, 입력 빔 강도 Iin에 대한 나머지 빔 강도이다. 빔 펌프 강도에서 이러한 지수형 감쇠를 극복하기 위해서, 이중 펌핑 배열이 제안되어 있다. 이중 펌핑 배열은, 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은, 독일 EdgeWave GmbH로부터 시판되는 INNOSLAB 증폭기에서 찾을 수 있다. 상기 펌프 구조는 점선으로 윤곽이 표시된 박스 내에 있다.
도 2는 두 개의 평면 레이저 다이오드 바 E, F를 갖는 이중 레이아웃을 도시하며, 각각은 증폭된 또는 진동하는 시드 빔 전파 축에 공동-선형인 펌프 축을 갖는 대향 측면들을 통하여 레이저 결정 G 상에 입사된다. 빠른 축에서, 상기 빔은 전형적으로 결정 높이 20% 내지 50% 사이의 펌핑된 스트라이프 높이를 생성하기 위해서, 적절한 배율을 갖는 망원경을 사용하여 결정 내에 직접 결상된다. 느린 축에서, 상기 빔은 평면 도파로 H 내에 포커싱된다. 다수의 이미터 빔들은 그것들이 도파로를 따라서 이동할 때, 혼합되어 보다 균질화되고, 또는 더 균일한 프로파일을 갖는 출력을 얻는다. 적절한 배율을 사용하여, 상기 균질화된 빔은 그 다음, 상기 결정 내로 결상되고, 상기 결정의 폭은 균일하게 펌핑된다.
이 방법의 주요 단점은, 구성 부품의 복잡성, 및 전형적으로 500mm X 500mm에 의한 장치의 큰 설치 면적이다. 이러한 설치 면적은 결정 또는 펌프 다이오드 그 자체보다는, 대부분 펌프 균질화 광학 및 도파관의 크기 및 복잡성에 따라서 결정된다. 또한, 상기 펌프 축이 상기 시드 빔의 전파 축에 공동-선형인 경우, 추가적인 광학계가 서로에 대해 펌프 빔과 시드 빔을 다시 보내려고 요구된다.
본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점들 중 적어도 일부분을 극복하기 위하여, 펌핑에 의해서 증폭 매체를 통한 균질한 복합 소스 빔을 갖는 레이저 빔의 증폭 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시 예의 또 다른 목적은, 종래 기술보다 더 간단하고 더 소형의 배열에서, 이중 펌핑되고 광학적으로 여기된 단일 결정 슬래브 활성 영역을 포함하는 레이저 증폭기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 견지에 따르면, 레이저 빔 증폭장치가 제공되며, 이는:
긴 모서리와 짧은 모서리를 갖는 제1 면을 제공하는 직사각형 단면을 갖는 증폭 매체, 상기 긴 모서리는 x-축을 따르고, 상기 짧은 모서리는 y-축을 따르며, 그리고 z-축은 사각 좌표계 내에서 펌프 축을 형성하며;
그리고 펌프 모듈을 포함하며, 상기 펌프 모듈은:
펌프 빔, 상기 펌프 빔은 x-축에 평행한 느린 축과, y-축에 평행한 빠른 축을 갖는 선형 배열 내에 배치된 이미터들로부터의 소스 빔들의 합성물이고;
그리고 상기 이미터들 및 상기 증폭 매체의 제1 면 사이에 위치된 광학 조립체;를 포함하며,
상기 광학 조립체는:
상기 이미터들에 인접하여, 상기 펌프 빔 상에 작용하도록 구성된 빠른 축 내의 제1 렌즈, 및 상기 느린 축 내의 제2 렌즈 배열을 포함하고, 각각의 제2 렌즈는 개별적인 소스 빔에 작용하도록 구성되고, 그리고 상기 제1 및 제2 렌즈로부터 일정 간격 떨어져서, 상기 펌프 빔에 작용하도록 구성된 제3 렌즈를 포함하며;
여기서, 상기 개별적인 소스 빔들은 제1 면에서 중첩되고, 상기 느린 축 내의 긴 모서리를 따라서 제1 면을 채우도록 결상되고, 크기가 조절되며, 상기 빠른 축 내에서 상기 짧은 모서리의 길이보다 작은 빔 크기로 포커싱되고;
그에 따라서, 상기 증폭 매체의 균질한 펌핑을 제공하며, 상기 펌프 빔에 직교하는 방향에서 상기 증폭 매체를 통과한 레이저 빔은 균일하게 증폭되는 것을 포함한다.
이러한 방식으로, 상기 빠른 축 및 상기 느린 축 내에 있는 광학 시스템은 이미터들의 선형 배열로부터 복합 펌프 빔을 형성하며, 여기서 모든 개별적인 소스 빔들은 y-축을 따라서 가우시안-형상의 이득 프로파일을 생성하고, 그리고 x-축을 따라서는 모자(top hat) 형태의 프로파일을 생성하며, 근접-장의 높은 종횡비 펌프 빔 내에 있는 상기 증폭 매체의 면에서 중첩하여 개선된 균질한 펌핑을 제공한다. 또한, 상기 광학 배열은 소형 펌프 구조를 제공하기 위해서 상대적으로 짧은 길이일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 렌즈는 초점 길이 f1y를 갖는 빠른 축 시준기를 포함하고, 상기 제3 렌즈는 초점 길이 f2를 갖는 렌즈를 포함하며, 상기 조합은 제1 면에서 빠른 축 내의 요구되는 빔 크기를 제공하도록 선택된 것이다. 이러한 빔 크기는 짧은 모서리의 길이보다 작을 것이다. 상기 빠른 축 시준기는 짧은 초점 길이를 가질 수 있고, 상기 시준기의 출력에서 빔 높이가 전형적으로 상기 면으로 향한 입구에서 요구되는 빔 높이보다 크다. 상기 면에서 빔 높이는 상기 이미터들 및 상기 빠른 축 시준기 사이의 거리를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제3 렌즈는 상기 제1 면에서, 또는 근방에서 각각의 소스 빔의 가우시안 빔 허리(waist)를 생성하도록 구성된다. 이것은 제3 렌즈로부터 거리 f2 가 되도록 빔 허리 위치를 선택함으로써 달성된다. 또한, 제3 렌즈를 통한 빠른 축 빔의 통과는, y 방향의 작은 변위를 통해서 상기 펌프 빔을 안내하는 수단을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 제2 렌즈는 각각 초점 길이 f1x 를 갖는 느린 축의 시준기를 포함하며, 느린 축 내의 제3 렌즈와 함께, Mx = f2/f1x의 배율을 제공한다. 이와 같은 방식으로, 상기 제3 렌즈로부터 f2와 동일한 거리에 위치하는 제1 면으로서, 모든 소스 빔들은 상기 제1 면에서 중첩하여 실질적으로 균질화된 빔을 제1 면에서 제공한다. 바람직하게는, 상기 제2 렌즈 및 제3 렌즈 사이의 거리는, 합 f2 + f1x 보다 작다. 이것은 상기 소스 빔들이 증폭 매체 내로 통과하는 경우, 발산 특성을 갖도록 하여준다. 바람직하게는, 상기 제3 렌즈는 일정 각도에서 상기 증폭 매체 내로 주변 소스 빔들을 지향시키도록 구성되어 상기 증폭 매체 내에서 내부 전반사를 형성하게 된다. 이러한 특징들의 조합은, 전체 증폭 매체가 실질적으로 균일하게 펌핑될 수 있도록 확실하게 작용한다.
바람직하게는, 제3 렌즈는 구면 렌즈이다. 이러한 방식으로, 광학 조립체는 설계의 단순성 및 비용을 감소시키는 표준 구성 요소를 사용할 수 있다. 상기 제3 렌즈는 동등한 비구면 또는 GradiumTM 렌즈일 수 있다. 이러한 렌즈들은 가능한 수차를 줄일 수 있다.
상기 제1 및 제2 렌즈들은 하나의 광학 요소로서 제공될 수 있다. 그러한 요소들은 이제는 쉽게 구입 가능하며, 하나의 광학 소자의 사용은 더욱 디자인을 단순화하고 구성을 용이하게 한다. 이러한 단일 광학 소자 및 제3 렌즈는 바람직하게 소형 광학 조립체를 제공한다.
바람직하게는, 제1 면상의 펌프 빔의 영역은, 긴 모서리의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 갖고, 짧은 모서리의 길이의 50% 미만의 폭을 갖는다. 보다 바람직하게는, 상기 폭은 짧은 모서리 길이의 20% 내지 30%이다. 이와 같이, 상기 증폭 매체는 y 방향의 크기가 상기 증폭 매체의 크기보다 작은 직사각형의 단면을 갖는 얇은 펌핑된 시트를 갖는다.
바람직하게는, 상기 이미터들의 선형 배열은 레이저 다이오드 바이다. 보다 바람직하게는, 제1 면의 영역 내에 단일 펌프 빔을 제공하는 다수의 레이저 다이오드 바들이 있으며, 이에 대응하는 다수의 상기 광학 조립체들은 공통의 제3 렌즈를 갖는다. 이러한 방식으로, 상기 펌프 빔의 에너지가 곱해질 수 있다. 따라서 바람직하게는, 상기 펌프 모듈은 각각 펌프 빔을 제공하는 다수의 레이저 다이오드 바들을 포함하며, 각각의 바는 제1 렌즈를 포함하고, 각각의 이미터는 제2 렌즈를 포함하며, 하나의 제3 렌즈를 갖는 상기 장치는 상기 펌프 빔 상에 작용하도록 구성되어, 상기 개별적인 소스 빔들은 실질적으로 제1 면에서 중첩하고, 제1 면을 채우도록 결상되며, 크기가 조절된다.
이러한 다수의 레이저 다이오드 바들은, 상기 제2 렌즈와 제3 렌즈 사이의 거리가 각각의 레이저 다이오드 바들로부터 제3 렌즈의 개구로 향해 소스 빔을 지향시키기 위한 거울(들)의 사용을 허용하도록 충분한 경우에, 가능하다. 편광 큐브와 같은 다른 요소가 사용될 수도 있다.
바람직하게는, 상기 펌프 모듈은 제1 레이저 다이오드 바 및 제2 레이저 다이오드 바를 포함하고, 상기 제2 레이저 다이오드 바는 z-축에 평행인 느린 축을 갖는 제1 레이저 다이오드 바에 직교하도록 배치된 이미터들의 선형 배열을 포함하며, 그리고 추가적으로 상기 빔을 공통의 제3 렌즈로 향해 지향시키는 거울을 포함하는 제2 광학 조립체를 구비한다. 이러한 방식으로, 이중 다이오드 바의 소형 펌프 모듈이 제공된다.
제3 레이저 다이오드 바가 제공될 수 있으며, 상기 제3 레이저 다이오드 바는 z-축에 평행한 느린 축을 갖는 제2 레이저 다이오드 바를 향하여 배열된 이미터들의 선형 배열을 포함하며, 추가적으로 상기 빔을 공통의 제3 렌즈로 향해 지향시키는 거울을 포함하는 제3 광학 조립체를 구비한다. 이러한 방식으로, 3중 다이오드 바의 소형 펌프 모듈이 제공된다.
바람직하게는, 추가적인 레이저 다이오드 바가 제공되며, 상기 추가적인 레이저 다이오드 바는, x-축에 평행인 느린 축을 갖는 제1 레이저 다이오드 바에 선형적으로 배열된 이미터들의 선형 배열을 포함한다.
상기 펌프 모듈은 제1 레이저 다이오드 바 및 제2 레이저 다이오드 바를 포함하고, 상기 제2 레이저 다이오드 바는 z-축에 평행인 느린 축을 갖도록 배치된 이미터들의 선형 배열을 포함하며, 그리고 추가적으로 상기 빔을 공통의 제3 렌즈로 향해 지향시키는 편광 큐브를 포함하는 제2 광학 조립체를 구비한다. 이러한 방식으로, 이중 다이오드 바의 소형 펌프 모듈이 제공된다.
상기 펌프 모듈은 다른 파장의 제1 레이저 다이오드 바 및 제2 레이저 다이오드 바를 포함하고, 상기 제2 레이저 다이오드 바는 z-축에 평행인 느린 축을 갖도록 배치된 이미터들의 선형 배열을 포함하며, 그리고 추가적으로 상기 빔을 공통의 제3 렌즈로 향해 지향시키는 색선별(dichroic) 거울을 포함하는 제2 광학 조립체를 구비한다. 이러한 방식으로, 이중 다이오드 바의 소형 펌프 모듈이 제공된다.
상기 다수의 레이저 다이오드 바들은 y-축으로 적층될 수 있다. 상기 다수의 레이저 다이오드 바들은 또한 z-축으로 배열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 레이저 빔 전파 축은 펌프 축에 대해 횡 방향으로 위치한다. 이와 같은 방식으로, 상기 증폭 매체는 측방으로 펌핑될 수 있고, 어떠한 광학 부품도 상기 펌프 및 레이저 빔들 모두에 작용하는 데에 요구되지 않는다.
상기 증폭 매체의 반대 측에 배치된 제2 펌프 모듈이 있을 수 있으며, 제2 측방은 상기 제1 면과 대향되고, 상기 펌프 축에 직교하는 제2 면을 제공한다. 이러한 방식으로, 상기 증폭 매체는 균일하게 펌핑된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 펌프 빔의 전파 축은 z-축에 대하여 축-외(off-axis)이다. 이러한 축-외 배열은 대향하는 펌프 빔들이 광학 조립체들에 방해받는 것을 방지한다.
바람직하게는, 상기 증폭 매체는 단일 결정 슬래브이다. 상기 증폭 매체는 유리일 수 있다. 상기 증폭 매체는 세라믹일 수 있다. 바람직하게는, 상기 증폭 매체는 도핑되지 않은 두 매체 간에 도핑된 매체를 갖는 샌드위치 구조로 형성된 슬래브이다.
제3 렌즈로부터 일정 간격이 유지된 제4 렌즈가 있을 수 있으며, 상기 제4 렌즈는 빠른 축 내에서 펌프 빔 상에 작용하도록 구성되어 상기 빔이 도핑된 영역으로 결합하도록 크기가 조절된다. 바람직하게는, 상기 제4 렌즈는 원통형이다. 이러한 방식으로, 상기 펌프 빔은 도파관에 연결될 수 있다.
본 발명의 제2 견지에 따르면, 증폭 매체를 통해 균질한 복합 빔을 펌핑하는 방법이 제공되며, 아래의 단계들:
a) 선형 배열로 배치된 이미터들로부터 다수의 소스 빔들을 제공하는 단계;
b) 상기 이미터들과 상기 증폭 매체의 제1 면 사이에 광학 조립체를 제공하는 단계, 상기 광학 조립체는, 상기 소스 빔에 작용하기 위하여 상기 이미터들에 인접한 빠른 축 내의 제1 렌즈; 느린 축 내에서, 상기 제1 렌즈에 인접한 제2 렌즈들의 배열, 각각의 제2 렌즈들은 개별적인 소스 빔 상에 작용하도록 구성됨; 및 상기 제1 및 제2 렌즈로부터 일정 간격 떨어지고, 상기 소스 빔 상에 작용하도록 구성된 제3 렌즈를 포함함; 그리고
c) 상기 증폭 매체의 제1 면 상에 개별적인 소스 빔들을 중첩시키도록 상기 렌즈들을 이격시키는 단계; 상기 개별적인 소스 빔들은 느린 축 내에서 상기 증폭 매체의 긴 모서리를 따라서 제1 면을 채우도록 결상되고, 그리고 크기가 조절됨; 상기 개별적인 소스 빔들은 빠른 축 내에서 상기 증폭 매체의 짧은 모서리의 길이보다 작은 빔 크기로 포커싱되며; 그리고 주변의 소스 빔들은 상기 증폭 매체로의 유입시 내부 전반사를 겪는 단계;들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 이미터들의 선형 배열은 다이오드 바로 이루어진 것이다.
바람직하게는, 상기 각각의 소스 빔들은 제1 면에서 빔 허리를 갖는다. 상기 제1 면에 대한 빔 허리의 위치는, 상기 제1 면에 대한 제1 렌즈의 위치를 조정함으로써 변화될 수 있다.
본 발명에 의하면 종래의 문제점들을 해소한 증폭 매체의 균질 펌핑에 의한 레이저 빔 증폭장치 및 방법을 얻게 된다.
본 발명의 실시 예들이 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로서만 이하에서 설명될 것이다:
도 1은 종래 기술에 따른 다이오드 펌핑 방식에 대한 광학 배열을 도시한다;
도 2는 종래 기술에 따라서 레이저 빔을 증폭하는 장치이다;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라서, 도 3(a)에 도시된 느린 축 내에서, 그리고 도 3(b)에 도시된 빠른 축 내에서, 레이저 빔을 증폭하기 위한 장치의 개략도를 도시한다;
도 4는 도 4(a)에서는 광학 조립체가 없이, 그리고 도 4(b)에서는 광학 조립체가 구비된 상태로, 제1 면에서 얻어진 도 3의 장치의 빔 펌프 프로파일의 도면이다;
도 5 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따라서,(a) 빠른 축 내에서, 그리고 (b) 느린 축 내에서, 도시된 레이저 빔을 증폭하기 위한 장치의 개략도이다;
도 13은 본 발명의 실시 예에 따라서, 두 개의 펌프 모듈을 포함하는 레이저 빔을 증폭하기 위한 장치의 개략도이다;
도 14는 본 발명의 추가적인 실시 예에 따라서, 경사진 펌핑 기하학적 배치를 갖는 도 13의 장치를 도시한다.
도 15는 도 14의 장치의 펌핑 조건 하에서, 증폭 매체를 가로지르는 소(small) 신호 이득 계수 균일성을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 레이저 빔을 증폭하기 위한 장치를 도시하며, 결정(14)으로 이루어진, 증폭 매체를 통해 레이저 빔(12)을 증폭하기 위한 레이저 증폭기가 일반적인 참고 부호(10)로 표시되어 있으며, 여기서 상기 결정(14)은 본 발명의 일 실시 예에 따라서, 펌프 모듈(16)에 의해서 펌핑된다. 도 3은 두 부분으로 이루어지며, 도 3(a)는 평면도이고, 도 3(b)는 측면도이다.
결정(14)은 당 업계에 잘 알려진 바와 같이, 도핑될 수 있는 단일 결정 구조로 형성된 고체상 매체이다. 상기 결정(14)은 직사각형 단면을 갖는 것으로서, 짧은 모서리(26) 및 긴 모서리(28)를 제공한다. 이것은 단일 결정 슬래브로 지칭될 수도 있다. 결정이 설명되어 있지만, 상기 증폭 매체는 유리 또는 세라믹 일 수 있다. 또한, 상기 슬래브는 두 개의 도핑되지 않은 매체 사이에 도핑된 매체를 갖는 샌드위치 구조로 형성될 수 있다.
상기 레이저 빔(12)은, 전형적으로 마스터 발진기로서 간주되는 레이저 소스로부터 생성된다. 저 파워 레이저 마스터 발진기는, 레이저 증폭기(10) 내로 결합되는 펄스의 레이저 빔을 생성한다. 각각의 입력 펄스는 상기 결정(14) 내의 방출을 자극하고, 이는 입력 펄스에 추가되어 고출력 에너지 펄스를 생성한다. 이러한 방식으로, 상기 레이저 증폭기(10)는 파워 증폭기로 간주될 수 있고, 상기 레이저 빔은 시드 빔으로서 간주될 수 있다.
결정(14)이 레이저 매체로서 작용하도록 하기 위하여, 그것은 보조 소스로부터 펌핑 될 필요가 있다. 이미터들의 선형 배열이 보조 소스를 제공한다. 본 실시 예에서, 상기 보조 소스는 다이오드 레이저, 또는 더욱 바람직하게는 레이저 다이오드 바(18)이다. 상기 레이저 다이오드 바(18)는 x-축을 따라 배치되고, y-축 내에서 단일 행 높이를 갖는 반도체 레이저 다이오드 이미터(20)의 선형 배열이며, 각각의 이미터(20)가 z-축에서 소스 빔(22)을 출력하도록 지향되어 있다. 상기 이미터(20)들은 바람직하게는 다중 모드 레이저 이미터들이다. 도면상에서, 가장 바깥 쪽의 다이오드 이미터들로부터의 빔만이 명확화를 위해서 표시되어 있다. 상기 x, y, z 축들은 표준 직각 좌표 시스템을 정의하며, 각각의 축은 다른 것들에 대해 직교한다. 상기 y-축은 빠른 축이라고 지칭하며, 도 3(b)에 도시되어 있다. 상기 빠른 축은 전형적으로, 반도체 웨이퍼에 수직인 수직축이다. 상기 빠른 축에서, 각각의 이미터는 빠르게 발산하는 가우스-형 모드를 생성한다. 느린 축에서, x-축은, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 바(18)에 평행하며, 각각의 이미터(20)로부터의 방출은 느린 발산을 갖는 모자(top hat)의 근사치를 제공하도록 조합된다. 따라서, 상기 소스 빔(22)들은 복합 펌프 빔을 제공하도록 조합되며, 이는 상기 결정(14)의 제1 면(24) 내로 결상된다.
상기 결정(14) 내로 상기 빔(22)들을 결상시키기 위하여, 상기 광학 조립체(30)가 상기 이미터(20)와, 상기 결정(14)의 직사각형의 측면 또는 제1 면(24) 사이에 위치된다. 도 3의 실시 예에서는, 레이저 다이오드 바(18) 내에 19개의 이미터(20) 들이 있다. 상기 광학 조립체(30)는 제1 렌즈(34), 제2 렌즈(40)의 배열 및 제3 렌즈(36)를 포함한다. 상기 광학 조립체(30)는 빠른 및 느린 축 내에서 독립적으로 간주될 수 있다.
도 3(a)를 참조하면, 느린 축 내에서, 상기 광학 조립체(30)는 제2 렌즈(40)의 배열 및 제3 렌즈(36)를 도시한다. 상기 제2 렌즈(40)들은 초점 길이 f1x 를 갖는 느린 축 시준 렌즈(42)들의 배열이며, 이는 각각의 이미터(20) 이후에, f1x에 해당하는 거리 만큼 떨어져서 배치된다. 각각의 개별적인 렌즈(42)들은, 전형적으로 원통형 렌즈이며, 이는 하나의 이미터 소스 빔(22)에 작용한다.
제3 렌즈(36)는 제2 렌즈(40)로부터 거리 L1 만큼 이격되어 있다. 상기 거리 L1는 핵심적인 사항은 아니지만, 설계 중에 다른 파라미터에 맞게 변화될 수 있다. 실제로, L1은 예를 들면, 도 7을 참조하면, 조립체 내에 다른 광학 구성 요소들을 위치시키도록 충분하게 크게 이루어질 수 있다. L1에 대한 전형적인 거리는 ~ 25mm이다. 제3 렌즈(36) 및 제1 면(24) 사이의 거리는 펌프 투사 거리이고, 제3 렌즈의 초점 길이 f2로서 선택된다. 상기 렌즈(36,40)들은 확대 배율,
Figure 112016089252872-pat00001
을 제공한다. 이것은 각각의 이미터(20)로부터 각각의 소스 빔(22)의 이미지를 제1 면(24)의 전체 길이에 걸쳐서 제공한다. 따라서, 상기 소스 빔(22)은 느린 축 내에서 제1 면(24) 상에 완전히 중첩된다. 이러한 기술은, 상기 증폭 매체의 전체 길이가 실질적으로 균질화된 느린 축 빔에 노출되는 것을 보장한다.
제2 렌즈(40)의 원통형 렌즈 배열의 초점 길이 f1x은 이러한 배율을 제공하도록 선택된다. 빠른 축 시준이 포함되는 경우, 상기 조건은 또한, 제2 렌즈(40)가 상기 이미터(20)로부터 f1x 보다 다소 큰 물리적 거리에 위치되도록 하여 상기 빠른 축 렌즈(34)에 의해서 도입되는 느린 축의 굴절률을 보상하도록 요구된다. 제2및 제3 렌즈들의 광학 조립체(30) 조합은 2개-렌즈의 망원 확대기(38)로서 간주될 수 있다. 그러한 확대기(38)는 상당한 광학 파워, 예를 들면 x70를 가질 수 있고 면의 크기와 기하학적 형상의 범위에 맞도록 적응될 수 있다.
따라서, 상기 렌즈(36,40)들의 초점 길이는, 각각의 소스 빔(22) 내에서 적절한 확장을 제공하도록 선택됨으로써, 그것들은 결정(14)을 중첩하고, 느린 축 내의 어떤 영역도 펌핑되지 않은 상태로 남아 있지 않도록 한다. 전형적으로, 상기 이미터(20)의 폭은 ~150㎛ 이고, 그리고 결정 길이는 ~ 7mm이며, 전형적으로 f1x = 1.8mm 및 f2 = 80mm로서 얻어지는 ~ 47의 확대를 필요로 한다. 중요한 것은, 상기 이미터들의 확대된 이미지들은, 제3 렌즈(36)에 대한 초점 길이에 형성되어 공간적인 중첩을 보장한다. 따라서, 상기 결정 주변의 빔의 누출이 최소화되고, 상기 이미터 출력에서의 어떠한 공간적 변화도 확대된 이미지에 걸쳐서 평균화되어 상기 결정(14)의 균일한 펌핑을 얻게 된다.
상기 빔들을 중첩시키는 데에 있어서, 상기 렌즈(36,40)들은 전형적으로, 거리 L1가 합계(f1x + f2)보다 작도록 선택되어, 결정(14) 내로 통과하는 소스 빔(22)들이 느린 축 내에서 발산 특성을 갖도록 하고, 이는 일정 각도에서 상기 결정(14)으로 진입하는 주변 소스 빔들의 내부 전반사로부터의 추가적인 효과로서, 전체 결정(14)이 실질적으로 균일하게 펌핑되는 것을 보장할 수 있도록 작용한다.
이러한 중복은 또한, 개별적인 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 이미터(20)들의 일부 고장에 대한 면제를 제공한다. 하나의 이미터의 고장은 펌핑 파워를 줄일 수 있지만, 느린 축을 따른 어떤 지역도 펌핑되지 않은 상태로 남겨지지 않도록 한다. 이것은 개개의 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 이미터의 고장이 펌핑되지 않은 영역을 초래하는 종래 기술과는 다른 것이다. 4 레벨의 레이저 결정에서, 이것은 원치 않는 열 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 준-3-레벨의 레이저 시스템에서, 펌핑되지 않은 영역은 흡수하고, 손실을 초래하며, 장치의 효율을 저하시킨다.
빠른 축 내의 광학 조립체(30)를 고려하여, 도 3(b)를 참조하기로 한다. 상기 이미터(20)들을 나가는 소스 빔(22)들은 높은 차이를 갖는다. 따라서, 제1 렌즈(34)는 당 업계에서 잘 알려진 바와 같이 빠른 축 시준기이고, 발산을 느리게 한다. 전형적으로, 상기 빠른 축 시준은 0.6mm 내지 0.9mm 사이의 초점 길이 f1y를 갖는다. 상기 빠른 축 시준기(34)는 상기 이미터(20)로부터, 초점 길이 f1y에 위치되어 각각의 이미터 소스 빔(22)들은 광학 조립체(30)의 제1 렌즈(34)로 직접 진입한다.결과적으로 시준된 빠른 축 빔들은, 일반적으로 가우시안 빔에 양호한 근사치이며, 상기 초점 길이 f1y은 시준기, 렌즈(34)를 빠져나가는 때에, 2w0의 원하는 빔 높이를 제공하도록 선택된다. 표준 ABCD 행렬이 상기 광학 축을 따른 지점들에서, 빔 크기를 계산하는 데 사용되는 광학 배열과 ABCD 법칙을 기술하는 데 사용될 수 있다. 수차가 있을 수 있기 때문에, 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 상기 제1 렌즈(34) 이후의 빔은, M2의 적절한 값, 전형적으로 1.3이 할당된다.
상기 빠른 축 내의 광학 조립체는 제3 렌즈(36)를 포함한다. 이것은 구면 렌즈이고, 그것의 초점 길이(f2) 및 위치는 느린 축 내에서의 그것들의 요구 사항에 의해서 제어된다.
결정(14) 내에서 얇은 이득 시트를 만들고자 하는 목적을 상기하면, 제1 면에서 원하는 빔 높이 2w1가 선택된다. 상기 빔 높이 2w1는 2w0보다 일반적으로 적다. 또한, 제1 면(24)에서 또는 근방에서 가우시안 허리가 있는 것이 바람직하며, 즉 상기 제3 렌즈 및 상기 빔 허리 사이의 허리 거리 L2는, f2로서 선택되었던 펌프 투사 거리와 같아야 한다.
빔 허리 위치 및 그 크기의 필요한 제어를 얻기 위해서는, ABCD 계산 프로세스는 미리 선택된 f2와 조합하여, 실질적인 한계 내에서 변화될 수 있는 파라미터들 W0 및 L1을 사용한다. 조합된 연산은 가장 적절한 디자인을 얻기 위해서 반복적인 해결책을 제공한다.
상기 빔 허리 크기나 위치가 만족스럽지 않은 경우에는, 빠른 축 내에서 추가적인 원통형 포커싱 파워가 필요할 수 있다. 별도의 광학 부품을 도입하지 않고, 이를 얻는 하나의 방법은, 이미터(20)들에 대한 제1 렌즈(34)의 위치 조정에 의해서 이다. 이것은 양 또는 음의 파면 곡률 반경을 도입할 수 있어서, 수정된 ABCD 계산 내에 여분의 자유도를 제공한다.
상기 설명된 실시 예에서, 제3 렌즈(36)는 전형적으로 ~ 80mm의 초점 길이(f2)를 가지며, 빠른 축 시준기, 제1 렌즈(34)로부터 ~25mm에 배치된다. 상기 결정(14)은 제3 렌즈(36)로부터 f2의 거리에 위치된다. 따라서, ~1㎛ 반경의 이미터 소스 빔(22)은, 상기 결정(14)의 제1 면(24)에서 형성되는 ~100㎛의 펌핑된 스트라이프 절반 높이를 제공할 것이다. 상기 펌핑된 영역은 상기 결정(14)의 제1 면(24)의 영역이다. 상기 짧은 모서리(26) 상의 결정 높이는 0.75mm 내지 1mm 사이의 전형적인 값을 갖는다. 상기 펌핑된 영역의 면적의 높이는, 짧은 모서리(26) 상에서 총 결정 높이의 20% 내지 30%이어서, 얇은 이득 시트를 제공한다.
도 1의 종래 기술과는 달리, 근접-장(near-field)의 높은 종횡비의 빔이 전형적인 종횡비 > 10:1을 갖고, 결정(14) 상에 생성된다. 그것은 펌핑된 결정의 얇은 슬래브 또는 평면 도파관 구조의 기하학적 형상과 일치하기 때문에, 이것은 중요하다. 도 4는 상기에서 설명된 광학 조립체(30)를 사용하는 효과를 보여준다. 도 4(a)를 참조하면, 결상없이 상기 펌프 빔 프로파일은 서서히 중심으로부터 모서리쪽으로 향해 감소한다. 실제로, 직사각형 레이저 결정에 이러한 프로파일을 일치시키는 것은, 펌핑되지 않은 또는 적게 펌핑된 영역을 초래하여, 결정의 모서리들을 향하는 흡수 영역, 또는 결정의 모서리들을 넘어서 펌프 파워의 상당한 누출을 초래할 것이다. 이러한 경우는 모두, 비효율적인 장치를 초래할 것이다. 그러나, 개별적인 이미터 소스 빔들을 결상시키고, 그것들을 공간적으로 겹침으로써, 상기 펌프 빔 프로파일은 훨씬 더 선명한 모서리들을 갖는다. 이는 도 4(b)에 도시되어 있다. 이것은 상기 펌프 빔 프로파일 및 레이저 결정 사이에서 훨씬 가까운 일치를 허용하여 펌프 파워의 손실을 최소화하면서 레이저 결정의 효율적이고, 거의 균일한 펌핑을 얻게 된다.
단일 레이저 다이오드 바(18)를 사용하는, 펌프 모듈(16)을 포함한 레이저 증폭기(10a)의 다른 실시 예가, 도 5에 도시되어 있다. 명확화를 돕기 위해서, 도 3의 레이저 증폭기들에 유사한 부분에는 동일한 참조 번호가 부여되어 있으며, 빠른 축과 느린 축의 도시가 제공되어 있다.
도 5에서, 상기 레이저 다이오드 바(18)의 마운트(43)가 레이저 증폭기(10a) 내에서 레이저 다이오드 바(18)에 필요한 공간을 나타내기 위해서 도시되어 있다. 이러한 실시 예에서, 상기 빠르고, 느린 축의 시준기(34,40)들은, 상기 이미터(20)의 출력 소스 빔(22)에서, 상기 이미터(20)들의 전방에 장착된 하나의 광학 소자(44)로서 제공되어 있다. 상기 제3 렌즈(36)는 평면-볼록 구조이다. 따라서, 상기 느린 축 시준기(40)는 볼록 면(46) 상의 원하는 위치로 각각의 이미터 소스 빔(22)들을 지향시키도록 개별적으로 정렬되어, 상기 결정(14)의 펌핑 영역의 면적으로 결상된다.
상기 결정(14)에 대한 입력 펌프 파워, 따라서 증폭기(10,10a) 내의 가능한 이득은, 다이오드 바(18) 당 사용 가능한 파워에 의해서 제한된다. 상기 파워의 크기를 조절하기 위해서, 추가적으로 다수의 다이오드 바(18)들이 단일의 펌프 모듈(16) 내에 결합될 수 있다. 거리 L1은 이것을 허용하기에 충분한 크기로 제조될 수 있으며, 각각의 레이저 다이오드 바(18)로부터의 각각의 소스 빔(22) 배열은 제3 렌즈(36)의 개구를 공유하게 된다.
도 6은 나란하게 배치된 두 개의 바(18a,b)를 갖는 레이저 증폭기(10b)를 도시하며, 펌프 모듈(16)로부터의 잠재력을 두 배로 하고 있다. 상기 광학 조립체(30)에서, 각각의 바(18a,b)는 제1 렌즈로서 빠른 축 시준기(34a,b)를 가지며, 제2 렌즈로서 느린 축 시준기(40a,b)의 배열을 갖는다. 상기 이미터 소스 빔(22a,b)들은 제3 렌즈(36)의 작용에 의하여 결정(14)에서 느린 축에 중첩한다. 이러한 기술은 필요한 파워 크기조절을 생성하지만, 확대된 공간(footprint)을 갖는다.
도 7을 참조하면, 레이저 증폭기(10c)가 도시되어 있으며, 이는 하나의 바 펌프 모듈의 설치 공간으로, 도 6의 두 개의 바 펌프 모듈(16)을 감소시키고자 하는 시도를 도시한다. 상기 다이오드 바(18a,b)들은 동일 평면상에 있지만, 하나의 다이오드 바(18b)는 제2의 다이오드 바(18a)에 대해 횡 방향으로 회전되어 있다. 거울(48)은 다이오드 바(18b) 상의 느린 축에 대해 45도로 위치되어 있어서, 횡 방향 이미터 소스 빔(22b)들을 제2 다이오드 바(18a)의 이미터 소스 빔(22a)으로 향해 평행한 경로를 따라 반사시킨다. 거울(48)은 마운트(43a)의 전면에 위치하지만, 이미터 소스 빔(22a)으로부터 벗어나 있다. 이것은 레이저 증폭기(10c)의 설치 면적을 줄이고, 제3 렌즈(36)의 필요한 직경도 감소시킨다.
이러한 시도는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 세 개, 네 개의 다이오드 바들로 확장될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 증폭기(10d)는 제3 다이오드 바(18c)를 구비하며, 이는 도 7의 배열의 제2 다이오드 바(18a)와는 횡으로 배치되고, 제1 다이오드 바(18b)에 대해서는 대향 위치된다. 제2 거울(48b)이 제3 다이오드 바(18c) 상의 느린 축에 대해 45도에 위치되어 횡 방향 이미터 소스 빔(22c)들을 제2 다이오드 바(18a)의 이미터 소스 빔(22a)으로 향해 평행한 경로를 따라서 반사시킨다. 거울(48b)은 마운트(43a)의 전면에 위치하지만, 이미터 소스 빔(22a)으로부터 벗어나 있다.
도 9에서, 레이저 증폭기(10e)는 도 7의 레이저 증폭기(10c)의 두 배로 간주될 수도 있으며, 여전히 광학 조립체(30) 내에 공통의 제3 렌즈(36)를 사용하고 있다. 상기 제3 렌즈(36)는 구형이며, 빠른 축과 느린 축 내에서 동일한 초점 길이를 제공하여 상기 결정(14)의 면(24) 상에 각각의 레이저 다이오드 바의 이미터들을 결상시킨다. 제4 레이저 다이오드 바(18d)는 도 6의 레이저 증폭기(10b)의 경우와 같이, 제2 레이저 다이오드 바(18a)에 대해 나란하게 배열되어 있다. 제1 다이오드 바(18a)는 제2 레이저 다이오드 바(18b)에 대해 횡방향으로 배치되고, 제3 레이저 다이오드 바(18c)는 제4 레이저 다이오드 바(18d)에 대해 횡방향으로 배치되며, 제2 레이저 다이오드 바(18b)와 제3 레이저 다이오드 바(18c)들은 서로 마주하고 있다. 제1 거울(48a)은 다이오드 바(18b) 상의 느린 축에 대해 45도에 위치되어 횡 방향 이미터 소스 빔(22b)들을 제2 다이오드 바(18a) 및 제4 다이오드 바(18d)의 이미터 소스 빔(22a,22b)들로 향해 평행한 경로를 따라서 반사시킨다. 제1 거울(48a)은 마운트(43a)의 전면에 위치하지만, 이미터 소스 빔(22a)으로부터 벗어나 있다. 제2 거울(48b)은 제3 다이오드 바(18c) 상의 느린 축에 대해 45도에 위치되어 횡 방향 이미터 소스 빔(22c)들을 제2 다이오드 바(18a) 및 제4 다이오드 바(18d)의 이미터 소스 빔(22a,22b)들로 향해 평행한 경로를 따라서 반사시킨다. 제2 거울(48b)은 제4 다이오드 바(18d)의 마운트(43a)의 전면에 위치하지만, 이미터 소스 빔(22d)으로부터 벗어나 있다.
궁극적으로, 이 방식을 이용하여 크기를 조정하는 것은, 제3 렌즈(36)의 실제 개구에 의해서만 단지 제한된다. 2 개의 레이저 다이오드 바들이 서로 횡 방향으로 배치된 구조에서는, 보다 소형의 펌프 모듈(16)이 거울(48) 대신에 편광 조합 구조를 이용하여 가능하다. 도 10을 참조하면, 레이저 증폭기(10f)가 도시되어 있으며, 여기서는 광학 조립체(30)가 반 파장 판(50)을 사용하여 상기 횡방향 다이오드 바(18b)의 이미터 소스 빔(22b)의 편광을 제2 다이오드 바(18a)의 이미터 소스 빔(22a)에 비교하여 90도 만큼 회전시키고 있다. 편광 큐브(52)는 광학 소자(40a)및 제3 렌즈(36) 사이의 빔 경로 내에 위치된다. 제2 다이오드 바(18a)로부터의 이미터 소스 빔(22a)은 편광 큐브(52)를 통해 전송되지만, 상기 횡방향 다이오드 바(18b)의 이미터 소스 빔(22b)들은 이미터 소스 빔(22a)에 공동-선형으로 반사된다. 상기 편광 큐브(52) 이후의 이미터 소스 빔(22a,22b)들은 정확히 중첩되어 펌프 모듈(16)의 필요한 설치 공간과 제3 렌즈(36)의 개구를 줄인다. 이것은 다수의 다이오드 바들로 쉽게 확장될 수 있다.
대안적으로, 상기 편광 큐브(52)는 색선별 거울에 의해서 대체되고, 상기 반 파장 판(50)은 제거된다. 다이오드 바(18a)는 색선별 거울을 통하여 높은 투과율을 갖는 제1 파장에서 동작한다. 다이오드 바(18b)는 색선별 거울로부터 높은 반사를 갖는 제2 파장에서 동작한다. 두 개의 다이오드 바(18a) 및 다이오드 바(18b)의 작동 파장들은 결정(14) 내에 높은 흡수를 가져서 효율적인 펌핑을 보장한다. 펌프 모듈(16)의 필요한 설치 면적 및 제3 렌즈(36)의 개구가 줄어든다. 이것은 다수의 다이오드 바들로 쉽게 확장될 수 있다.
상기 레이저 증폭기(10a-f)들은 단일 평면 내에 배치된 레이저 다이오드 바들을 가지지만, 비-평면의 크기 조절 기술도 가능하다. 도 11을 참조하면, 서로에 대해 횡 방향으로 배치된 두 개의 레이저 다이오드 바(18a, 18b)들을 갖는 레이저 증폭기(10g)가 도시되어 있다. 하부의 빠른 축 측에서 볼 때, 횡방향 다이오드 바(18b)는 제2 레이저 다이오드 바(18a)의 약간 아래 또는 아래 평면에 위치한다. 거울(48a)은 다이오드 바(18b)의 느린 축에 대해 45도에 위치되어 횡 방향 이미터 소스 빔(22c)들을 제2 다이오드 바(18a)의 이미터 소스 빔(22a)들로 향해 실질적으로 평행한 경로를 따라서 반사시킨다. 상기 거울(48a)은 상기 횡방향 다이오드 바(18b)로부터의 이미터 소스 빔(22b)이 거울(48a)로부터 반사되도록 하지만, 제2 다이오드 바(18a)로부터의 이미터 소스 빔(22a)은 거울(48a)의 상부(54)를 스치듯 지나가게 하는 높이를 갖는다. 상기 제2 렌즈(36)의 역할은 빠른 축 내의 두 세트의 이미터 소스 빔(22a,22b)들을, 결정(14)에서 하나의 선으로 집중시키는 것이다. 레이저 다이오드 바(18e-h)들의 균일한 적층 배열이 사용될 수도 있다. 이것은 도 12에 도시되어 있다. 이미터(20)들의 2차원적 배열이 제공되어, 상기에서 설명된 실시 예들의 개별적인 다이오드 바(18e-h)들 내의 이미터 선형 배열 대신에 사용될 수 있다.
도 3, 및 도 5 내지 도 12에는, 레이저 증폭기(10,10a-g)들에 펌프 모듈(16)이 제공되어 결정(14)의 하나의 면(24)에 펌프 빔을 제공하는 구조가 도시되어 있다. 바람직한 실시 예에서, 상기 레이저 빔(12)은 전파 축상의 결정(14)을 통하여 펌프 축(z-축)에 전파된다. 이것은 종래의 이노슬라브(INNOSLAB) 배열과는 다른 것이며, 바람직하게는 상기 결정(14)의 양측에서, 상기 펌프 빔과 레이저 빔을 분리하는 광학 소자, 전형적으로는 편광 큐브의 필요성을 제거한다.
상기 펌프 빔은 결정에 진입한 후에, 비어 법칙에 따라서 흡수된다. 만일 이러한 흡수 공정이 신중하게 관리되지 않으면, 상기 결정 내의 지수적인 이득 및 온도 프로파일이 발생할 수 있다. 상기 결정은 증폭되거나 발진하는 레이저 빔(12)의 전달 축에 대해 횡 방향으로 펌핑되기 때문에, 심각한 빔 스티어링 또는 모달(madal) 왜곡이 발생할 수 있다. 이러한 효과를 완화시키기 위해서, 상기 빔은 양면으로 펌핑되고, 펌프 방향(z-축)에서의 결정의 불순물(dopant) 레벨 및 길이가 신중하게 선택된다. 양면 펌핑식 레이저 증폭기(10j)가, 도 13에 도시되어 있다. 제1 펌프 모듈(16a)은, 도 7을 참조하여 상기에서 설명한 바와 같이, 결정(14)의 제1 면(24) 상에 위치되어 있다. 제2 펌프 모듈(16b)은 결정(14)의 대향 측(56)에 위치되어 있다. 상기 펌프 모듈(16a,b)들의 레이저 다이오드 바(18)들은, 그것들의 이미터 소스 빔(22)들이 각각, 상기 결정(14)에서 동일 평면 내에 있는 펌프 빔(58a,b)을 형성하도록 배열되고, 그리고 상기 각각의 펌프 빔(58a,b)들은 그 각각의 광학 조립체(30a,b)를 통과한 후에, 상기 결정 내부에 있는 얇은 스트라이프 내로 중첩한다. 상기 제1 및 제2 펌프 모듈(16a,b)들은, 상기 결정의 양측(24,56)에서 동일한 펌프 파워와 펌프 빔 프로파일을 제공하도록 동일하다. 상기 펌프 모듈(16a,b)은, 도 7에 도시된 레이저 증폭기(10c)의 것들이지만, 본 발명의 임의의 실시 형태의 펌프 모듈이 사용될 수도 있다. 양면 펌핑에 의해서, 두 개의 펌프 프로파일들이 이질적으로 부가되어 지수적 붕괴의 효과를 감소시킨다. 추가적인 감소가 상기 결정 매체의 흡수를 최적화함으로써, 적절한 레이저 효율을 보장하는 것이 가능하며, 상기 펌프 빔의 ~ 70% 내지 80%가 각각의 펌프 모듈(16a,b)로부터 흡수된다.
양면 펌핑 장치의 또 다른 실시 예 구성이 도 14에 도시되어 있다. 도 13의 구성의 유사한 부분에는 그 명확성을 돕기 위해서 동일한 참조 번호가 부여되어 있다. 펌프 모듈(16b)의 빔 전파 축은, 이제 레이저 결정 펌프 축에 대해 α의 각도에서 기울어져 있다. 바람직하게는, 각도 α는 0도 내지 20도의 범위이다. 펌프 모듈(16a)의 빔 축은, 레이저 결정 펌프 축과 동일 선상에 있다. 상기 펌프 모듈(16a,b)의 상대적인 경사는, 상기 펌프 빔들이 상기 펌프 모듈 이미터 면들을 타격하고, 조기 파손을 일으키는 것을 방지하며, 균일 펌핑이 유지되도록 한다. 추가적인 실시 예에서, 펌프 모듈(16a)의 빔 전파 축도 상기 레이저 결정 펌프 축에 대하여 경사질 수 있다.
상기 레이저 다이오드 바는 광학 조립체에 의해서 결정으로부터 물리적으로 분리되어 있기 때문에, 이것은 상기 펌프 면들로 일정 각도에서 상기 결정의 펌핑을 허용한다. 이것은, 양면 펌핑 시에, 임의의 흡수되지 않은 힘이 양측 상에서, 상기 레이저 다이오드 면들로부터 공간적으로 분리될 수 있기 때문에, 특히 유용하다. 만일 상기 레이저 다이오드의 출력들이 격리되지 않는 경우, 상기 이미터들의 신뢰성은 수명에 관련되어 단축될 수 있다.
상기 펌프 모듈(16a,b)들을 경사시키는 것에 대한 대안으로서, 상기 펌프 빔은 y 방향으로 작은 변위를 제공하도록 지향될 수 있다. 제3 렌즈를 통한 빠른 축 빔의 통과는 상기 빔을 지향시키는 수단을 제공한다.
또한, 상기 결정(14)은, 그것이 증폭기로서 사용되는 때에, 원하지 않는 내부 레이저 발진을 방지하기 위해서 약하게 경사진 면(24,56)들을 갖는 것이 유리할 수도 있다.
도 14의 구성을 사용하여 양면이 펌핑될 때, 상기 레이저 결정으로부터 얻어진 형광을 분석함으로써, 상기 결정의 중심 펌핑 영역은 x-축을 따라서, 그리고 y-축을 따른 가우시안 근방에서 고도로 균일하게 된다. 도 15는 증폭된 빔의 전파 방향에 대한 소 신호 이득 계수 측정값(62)의 그래프를 도시하며, 이는 정규화된 슬래브 위치(64), 즉 세 가지 다른 펌프의 구성에 대하여 중심으로부터의 거리를 슬래브 폭으로 나누어서 표시되어 있다. 포인트(66)들은 하나의 모듈로부터의 펌핑을 나타내고, 그리고 단지 하나의 모듈로서 상기 결정을 펌핑하여, 소 신호 이득 계수는 비어 법칙으로부터 예상되는 바와 같이, 상기 결정의 입력 펌프 모서리로부터 감소하면서 멀어지는 것을 도시한다. 포인트(68)도 단일 모듈로부터의 펌핑을 나타내지만, 상기 결정의 반대 측에 위치된 것으로서, 소 신호 이득 계수는 상기 결정의 입력 펌프 모서리로부터 감소하면서 멀어지는 것을 다시 도시한다. 이것은 빔 스티어링, 열 응력 및 낮은 펌프 파워에서 흡수될 수 있는 낮은 퍼퓰레이션(population) 반전 영역에 의존되는 펌프를 생성할 것이다. 상기 그래프 상의 포인트(70)들은 두 개의 펌프 모듈들이 작동하고, 상기 결정이 양면으로 펌핑되는 경우를 나타낸다. 포인트(70)들은 상기 형광 프로파일로부터 예상되는 바와 같이, 상기 소 신호 이득 계수가 레이저 결정의 폭을 가로질러서 거의 불변인 상태를 도시한다. 이러한 높은 균일성은 최소한의 열 효과와 균일한 반전을 보장한다.
여기에서 기재된 레이저 증폭기는 단일 통과용 레이저 빔에 사용될 수 있다. 대안적으로, 상기 레이저 빔은, 본 출원인에게 허여된 GB2505315호에 기재된 전치- 및 파워 증폭기와 같은 다중-통과 증폭기 내에 배치될 수 있다. GB2505315호는 여기에서 참조로 인용되어 있으며, 최적의 파워 레벨들로 저파워 초단 펄스의 증폭을 가능하게 하도록 하나의 직사각형 활성 매체 내에서 전치 증폭기 및 파워 증폭기를 통합시키는 광학 증폭기를 설명한다. 레이저 빔은 매체의 다수의 횡단을 이루는 제1 전치-증폭 경로를 따라서 상기 증폭 매체를 통과한다. 그것은 전치-증폭기로서, 상기 매체의 이중 통과를 이루기 위해서 제1 경로를 따라서 후방으로 결상된다. 상기 빔은 그 다음, 단일 통과 내에 상기 매체의 다중 횡단을 이루도록, 제2 파워 증폭 경로 상에서 다시 매체 내로 재-결상된다. 상기 경로들은 독립적이지만, 중첩되어 효율적인 파워 추출이 달성된다. 본 발명의 레이저 증폭기를 이용하면, 상기 하나의 직사각형 활성 매체는 여기에서 설명된 레이저 결정이며, 그 이미터들이 본 발명의 실시 예에 따라서, 상기 레이저 빔의 전파 방향에 대해 가로지르는 펌프 축들을 갖는 광학 조립체들을 통해서 상기 결정의 하나의 또는 대향의 표면들 상에 결상되는, 하나 또는 그 이상의 레이저 다이오드 바들을 포함하는 펌프 모듈들로부터 펌핑된다.
본 발명의 원리적인 장점은, 간단한 광학 조립체를 통해서 증폭 매체를 채울 수 있는 크기의 소스 빔들을 중첩시키는 것이, MOPA 내의 결정과 같은 증폭 매체의 균질한 펌핑을 위해서, 근접-장, 높은 종횡비의 펌프 빔을 제공하는 레이저 빔 증폭장치 및 방법을 제공하는 것이다
본 발명의 적어도 일 실시 예의 또 다른 장점은, 동일한 광학 시스템을 통해서 다수의 이미터들을 간단히 결합시킴으로써, 파워 크기의 조정이 이루어질 수 있는 레이저 빔 증폭장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시 예의 또 다른 장점은, 고장난 이미터가 증폭 매체의 펌핑되지 않는 영역을 발생시키지 않는 중복성을 제공하는 레이저 빔 증폭장치 및 방법을 제공한다는 점이며, 상기 장치는 보수 성능이 우수하여 모두 쉽게 교체될 수 있는 몇몇 구성 요소들을 갖는다.
본 발명의 적어도 일 실시 예의 또 다른 장점은, 종래 기술보다 더욱 간단하고 소형의 구성으로서, 이중 펌핑식의 광학적으로 여기된 단일 결정상 슬래브 활성 영역을 갖는 레이저 증폭기를 제공하는 레이저 빔 증폭 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
여러 가지 변형들이 본원 발명의 특허 청구 범위에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않고서, 여기에서 설명된 본 발명에 이루어질 수 있음은 당업자들에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 파워 크기조절 기술이 광학 조립체를 이용하여 이루어질 수 있는 것으로 설명되어 있지만, 당업자들은 다른 구성이 가능하다는 것을 잘 인식할 수 있을 것이다. 제3 렌즈에 대해 하나의 렌즈가 도시되어 있지만, 그것은 한 쌍의 렌즈로 치환될 수 있음을 잘 이해할 수 있을 것이다. 증폭 매체의 면이 설명되어 있지만, 그러한 기술은 렌즈 쌍을 필요로 하는 도파로 내로 최적의 결합을 제공하기 위해서 적용될 수 있을 것이다.
10: 레이더 증폭기 12: 레이저 빔
14: 결정 16: 펌프 모듈
18: 레이저 다이오드 바 20: 이미터
22: 소스 빔 24: 제1 면
26: 짧은 모서리 28: 긴 모서리
30: 광학 조립체 34: 제1 렌즈
36: 제3 렌즈 38: 확대기
40: 제2 렌즈 42: 렌즈
44: 광학 소자 46: 볼록 면
48: 거울

Claims (25)

  1. 레이저 빔 증폭 장치에 있어서,
    긴 모서리와 짧은 모서리를 갖는 제1 면을 제공하는 직사각형 단면을 갖는 증폭 매체로서, 상기 긴 모서리는 x-축을 따르고, 상기 짧은 모서리는 y-축을 따르며, 그리고 z-축은 직각 좌표계 내에서 펌프 축을 정의하는 증폭매체; 및
    펌프 모듈을 포함하고,
    상기 펌프 모듈은:
    이미터들의 선형 배열, 여기서 상기 배열은 x-축에 평행한 느린 축과, y-축에 평행한 빠른 축을 갖고, 각각의 이미터들은 개별적인 이미터 소스 빔들을 제공하며; 및
    상기 이미터들 및 상기 증폭 매체의 제1 면 사이에 위치된 광학 조립체;를 포함하고,
    상기 광학 조립체는:
    상기 이미터들에 인접하여, 상기 빠른 축 내에 위치되고, 각각의 개별적인 이미터 소스 빔이 제1 렌즈로 직접 유입하도록 구성된 제1 렌즈;
    상기 느린 축 내에 위치되고, 상기 제1 렌즈를 빠져나가는 각각의 개별적인 이미터 소스 빔이 개별적인 제2 렌즈들로 유입하도록 구성된 제2 렌즈들 배열; 및
    상기 제1 렌즈 및 제2 렌즈들로부터 일정 간격 떨어져서, 상기 제2 렌즈들을 빠져나가는 각각의 개별적인 이미터 소스 빔이 유입하고, 상기 개별적인 이미터 소스 빔들이 펌프 빔을 제공하기 위해서 중첩하도록 구성된 제3 렌즈;를 포함하고,
    여기서, 상기 개별적인 이미터 소스 빔들은 상기 제1 면에서 중첩되고, 상기 느린 축 내의 긴 모서리를 따라서 제1 면을 채우도록 결상 및 크기 조절되며, 상기 빠른 축 내에서 상기 짧은 모서리의 길이보다 작은 빔 크기로 포커싱되고;
    그에 따라서, 상기 증폭 매체의 펌핑을 위한 균질한 강도 분배를 갖는 상기 펌프 빔을 제공하며, 상기 펌프 빔에 직교하는 방향에서 상기 증폭 매체를 통과한 레이저 빔이 균일하게 증폭되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 초점 길이 f1y를 갖는 빠른 축 시준기를 포함하고, 상기 제3 렌즈는 초점 길이 f2를 갖는 렌즈를 포함하고, 상기 초점 길이들은 상기 펌프 빔이 제1 면에서 빠른 축 내의 빔 크기를 갖도록 선택된 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 렌즈들은, 각각 초점 길이 f1x 를 갖는 느린 축의 시준기를 각각 포함하며, 상기 느린 축 내의 제3 렌즈와 함께, Mx = f2/f1x의 배율을 제공하는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제3 렌즈는 구면인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 렌즈들은 단일 광학 요소로서 제공되는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 렌즈는 상기 제1 면의 앞에서 각각의 개별적인 이미터 소스 빔의 빔 허리를 생성하도록 구성되는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 렌즈는 일정 각도에서 상기 증폭 매체 내로 주변 개별적인 이미터 소스 빔들을 지향시키도록 구성되어 상기 증폭 매체 내에서 내부 전반사를 형성하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미터들의 선형 배열은 레이저 다이오드 바인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 펌프 모듈은 각각 개별적인 이미터 소스 빔들의 선형 배열을 제공하는 다수의 레이저 다이오드 바들을 포함하며, 각각의 레이저 다이오드 바는 제1 렌즈를 포함하고, 각각의 이미터는 제2 렌즈를 포함하며, 상기 장치는 모든 상기 개별적인 이미터 소스 빔들이 상기 펌프 빔을 제공하기 위해서 중첩하도록 구성된 하나의 제3 렌즈를 구비하며, 상기 개별적인 이미터 소스 빔들은 제1 면에서 중첩되고, 상기 느린 축 내의 긴 모서리를 따라서 제1 면을 채우도록 결상 및 크기 조절되며, 그리고 상기 빠른 축 내의 짧은 모서리 길이보다 작은 빔 크기로 포커싱이 이루어지는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 조립체는 제3 렌즈로 상기 소스 빔을 지향시키는 하나 이상의 거울들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 조립체는 제3 렌즈로 상기 소스 빔을 지향시키는 하나 이상의 편광 큐브들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증폭 매체의 반대 측에 배치된 제2 펌프 모듈이 있으며, 상기 제2 펌프 모듈은 상기 제1 면 반대 측의 제2 면에서 중첩되는 개별적인 이미터 소스 빔들을 갖는 제2 펌프 빔을 제공하고, 상기 개별적인 이미터 소스 빔들은 상기 느린 축 내의 긴 모서리를 따라서 제2 면을 채우도록 결상 및 크기 조절되며, 그리고 상기 빠른 축 내의 짧은 모서리 길이보다 작은 빔 크기로 포커싱이 이루어짐으로써, 상기 증폭 매체의 균질한 펌핑을 제공하며, 그리고 상기 펌프 빔에 직교하는 방향에서 상기 증폭 매체를 통과한 레이저 빔은 균일하게 증폭되는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 펌프 빔의 전파 축은 z-축에 대하여 축-외(off-axis)인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 증폭 매체는 단일 결정 슬래브인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 증폭 매체는 유리인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 증폭 매체는 세라믹인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 단일 결정 슬래브는 두 개의 도핑되지 않은 매체 사이에 도핑 매체가 구비된 샌드위치 구조로 형성되는 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 증폭 매체는 두 개의 도핑되지 않은 매체 사이에 도핑 매체가 구비된 샌드위치 구조로 형성되는 유리 슬래브인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 증폭 매체는 두 개의 도핑되지 않은 매체 사이에 도핑 매체가 구비된 샌드위치 구조로 형성되는 세라믹 슬래브인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 렌즈로부터 일정 간격이 유지되고, 상기 빠른 축 내의 제4 렌즈는, 상기 도핑된 영역 내로 커플링되도록 하기 위하여 상기 펌프 빔을 크기 조절하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제4 렌즈는 원통형인 것임을 특징으로 하는 레이저 빔 증폭장치.
  22. 증폭 매체를 통한 균질한 복합 빔 펌핑 방법에 있어서,
    a) 선형 배열로 배치된 이미터들로부터 다수의 이미터 소스 빔들을 제공하는 단계;
    b) 상기 이미터들과 상기 증폭 매체의 제1 면 사이에 광학 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 광학 조립체는, 상기 이미터들에 인접하는 빠른 축 내에서, 상기 이미터 소스 빔이 직접 유입하는 제1 렌즈; 느린 축 내에서 상기 제1 렌즈에 인접하고, 개별적인 이미터 소스 빔이 각각의 개별적인 제2 렌즈로 유입하도록 구성된 제2 렌즈들 배열; 및 상기 제1 및 제2 렌즈로부터 일정 간격 떨어져서, 상기 이미터 소스 빔이 유입하도록 구성된 제3 렌즈를 포함하며; 그리고
    c) 상기 증폭 매체의 제1 면 상에 개별적인 이미터 소스 빔들을 중첩시키도록 상기 렌즈들을 이격시키는 단계로서, 상기 개별적인 이미터 소스 빔들은 느린 축 내에서 상기 증폭 매체의 긴 모서리를 따라서 제1 면을 채우도록 결상 및 크기 조절되고; 상기 개별적인 이미터 소스 빔들은 빠른 축 내에서 상기 증폭 매체의 짧은 모서리의 길이 보다 작은 빔 크기로 포커싱되며; 그리고 주변의 이미터 소스 빔들은 상기 증폭 매체로의 유입시 내부 전반사를 겪는 단계;들을 포함하는 증폭 매체를 통한 균질한 복합 빔 펌핑 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 이미터들의 선형 배열은 다이오드 바로 이루어진 것임을 특징으로 하는 증폭 매체를 통한 균질한 복합 빔 펌핑 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 개별적인 소스 빔들은 제1 면에서 빔 허리를 갖는 것임을 특징으로 하는 증폭 매체를 통한 균질한 복합 빔 펌핑 방법.
  25. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 개별적인 소스 빔들은 빔 허리를 갖고, 그리고 상기 이미터들에 대한 제1 렌즈의 위치는 상기 제1 면에 대한 상기 빔 허리의 위치를 변화시키도록 조정되는 것임을 특징으로 하는 증폭 매체를 통한 균질한 복합 빔 펌핑 방법.

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