KR101745462B1 - 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈 - Google Patents

용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공진기 모듈을 구성하는 광학 부품에 평행도를 갖는 접합면을 가공하고 그 접합면을 서로 접촉 결합시킴으로써 이웃하는 광학 부품끼리 정렬이 이루어지고, 열전도성이 우수한 고정구로 레이저 매질을 결합시킴으로써 레이저 매질의 냉각 특성을 향상시킬 수 있는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 레이저 매질 내부로 조사된 레이저광을 공진 증폭시켜 출사하기 위한 레이저 공진기 모듈에 있어서, 폭방향의 양측에 측벽이 형성되게 중앙에서 길이방향으로 길게 절취된 매질 배치 채널이 형성된 베이스 블럭과, 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널의 길이방향으로의 양측 입구 각각에는 그 입구에 걸쳐지게 상기 베이스 블럭의 측벽의 길이방향으로의 양측 말단면 각각에 접촉되어 상기 베이스 블럭에 결합된 한 쌍의 미러와, 상기 한 쌍의 미러 사이에서 양 말단 각각이 상기 한 쌍의 미러 각각과 대면되어 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널의 내부에 위치된 레이저 매질과, 상기 레이저 매질이 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널 내부에 위치된 상태에서 상기 레이저 매질을 상기 베이스 블럭에 결합시키기 위한 매질 고정구가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈{LASER RESONATOR MODULE HAVING STRUCTURE WITH EASY ALIGNMENT FIXING}
본 발명은 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공진기 모듈을 구성하는 광학 부품에 평행도를 갖는 접합면을 가공하고 그 접합면을 서로 접촉 결합시킴으로써 이웃하는 광학 부품끼리 정렬이 이루어지고, 열전도성이 우수한 고정구로 레이저 매질을 결합시킴으로써 레이저 매질의 냉각 특성을 향상시킬 수 있는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 공진기(Laser Resonator)는 레이저 매질을 통해 광자가 왕복하도록 레이저 매질 양측에 미러(Mirror)가 배치된 구조를 갖는다. 양측에 배치된 미러중 하나는 가능한 반사율이 100%에 가깝도록 설계되고, 나머지 하나의 미러는 반사율이 100%보다 다소 작아 일부 투과된 빛이 레이저 빔이된다.
다른 레이저 광학계와 마찬가지로 통상적으로 레이저 공진기 모듈에서 레이저 빔이 효율적으로 생성되고 제어되도록 레이저 매질과 미러 등의 광학 부품들 간의 광정렬(Optical Alignment)이 매우 중요하다.
통상적으로 레이저 공진기 모듈에서 광학 부품간의 광정렬은 각 광학 부품을 지지하는 마운트나 베이스에 장착되는 과정이나 마운트나 베이스에 장착된 후에 수행되며, 상기와 같이 마운트나 베이스의 상부에 정렬된 광학 부품들은 마운트나 베이스에 내재된 기계적 방식의 부품이나 접착제를 이용하여 마운트나 베이스에 결합된다. 상기의 기계적 방식 부품이나 접착제를 이용한 결합은 광학 부품간의 광정렬을 수행한 후 최적 정렬 상태에서 기계적으로 고정(Fix)시키거나 접착 경화시키는 방식으로, 대한민국 등록특허 제10-0795473호에는 레이저 공진기 모듈에서 광학 부품의 정렬을 위한 직선 바(bar) 형태의 기본 구조물을 포함하는 '레이저 발진기용 레일'이 개시되어 있다.
그런데, 상기와 같은 기계적 또는 접착 방식에 의한 광정렬은 정렬 상태를 항구적으로 유지시키기 쉽지 않고, 외부 충격이나 진동에 의해 정렬이 미세하게 틀어지며, 온도나 습도의 변화에 반응하여 정렬 상태가 유지되지 못하는 단점을 가진다. 즉, 대한민국 등록특허 제10-0795473호에 개시된 '레이저 발진기용 레일'은 레일이 폭(W)과 높이(H)에 비해 상대적으로 긴 길이(L)를 가질 뿐 아니라 재질이 비교적 변형에 약한 알루미늄 합금인 경우 외부적 요인에 의한 작은 변형, 예컨대 뒤틀림, 팽창, 길이방향의 휨 등을 일으키기 쉽다.
이러한 충격이나 진동 및 온습도에 따른 변형은 레이저 발진기의 광학 부품의 정렬(Alignment)을 흐트러뜨리는 원인이 되며, 궁극적으로는 레이저 출력의 저하를 가져오게 된다. 따라서, 레이저 공진기 모듈에서는 정렬을 유지시키는 구조가 매우 중요하고, 그러한 정렬의 유지를 위해 정렬을 흐트러뜨리는 원인이 되는 레이저 증폭시 발생되는 열을 냉각시키는 것이 요구된다.
한국등록특허 10-0795473(레이저 발진기용 레일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공진기 모듈을 구성하는 광학 부품에 평행도를 갖는 접합면을 가공하고 그 접합면을 서로 접촉 결합시킴으로써 이웃하는 광학 부품끼리 정렬이 이루어지고, 열전도성이 우수한 고정구로 레이저 매질을 결합시킴으로써 레이저 매질의 냉각 특성을 향상시킬 수 있는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 레이저 매질 내부로 조사된 레이저광을 공진 증폭시켜 출사하기 위한 레이저 공진기 모듈에 있어서, 폭방향의 양측에 측벽이 형성되게 중앙에서 길이방향으로 길게 절취된 매질 배치 채널이 형성된 베이스 블럭과, 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널의 길이방향으로의 양측 입구 각각에는 그 입구에 걸쳐지게 상기 베이스 블럭의 측벽의 길이방향으로의 양측 말단면 각각에 접촉되어 상기 베이스 블럭에 결합된 한 쌍의 미러와, 상기 한 쌍의 미러 사이에서 양 말단 각각이 상기 한 쌍의 미러 각각과 대면되어 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널의 내부에 위치된 레이저 매질과, 상기 레이저 매질이 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널 내부에 위치된 상태에서 상기 레이저 매질을 상기 베이스 블럭에 결합시키기 위한 매질 고정구가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 상기 고정구는, 삽입부가 하방으로 길게 연장되어 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널로 삽입되게 형성되고, 상기 삽입부의 상단부에는 폭방향으로 양측 각각에 결합 플랜지부가 폭방향으로 양측 각각으로 돌출되어 상기 베이스 블록의 측벽에 결합되며, 매질 고정 채널이 상기 삽입부의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 길게 절취되어 그 내부의 바닥에 상기 레이저 매질이 매질 고정 채널의 길이 방향을 따라 길게 놓이는 매질 지지 유닛과, 하방으로 길게 연장되게 형성된 누름부의 하단이 상기 매질 고정 채널의 바닥에 놓인 레이저 매질을 누르도록 상기 누름부가 상기 매질 지지 유닛의 매질 고정 채널로 삽입되고, 상기 누름부의 상단부에는 폭방향으로 양측 각각에 지지 플랜지부가 폭방향으로 양측 각각으로 돌출되어 상기 매질 지지 유닛의 결합 플랜지부 각각의 상면에 놓여 지지되는 매질 고정 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 상기 고정구의 매질 지지 유닛과 매질 고정 유닛은 열전도가 높은 금속 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 상기 매질 지지 유닛의 매질 고정 채널의 바닥 또는 상기 매질 고정 유닛의 누름부 하단에는 상기 레이저 매질이 안착되어 놓이는 매질 안착홈이 길이방향으로 길게 패여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 상기 고정구의 매질 고정 유닛의 지지 플랜지부의 상부에는 냉각수단이 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 상기 고정구의 매질 지지 유닛의 결합 플랜지부에는 정렬 조절 볼트가 체결되어 상기 정렬 조절 볼트의 체결 깊이를 조절하여 상기 매질 지지 유닛의 베이스 블럭에 대한 상대적인 위치와 기울기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은, 상기 베이스 블럭의 측벽의 길이방향으로의 양측 말단면 각각은 평행도를 갖게 가공된 접합면이 되고, 상기 베이스 블럭과 미러의 결합은 서로 접촉되는 상기 접합면에 미러가 접촉되어 광학접촉 접합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은 공진기 모듈을 구성하는 광학 부품에 평행도를 갖는 접합면을 가공하고 그 접합면을 서로 접촉 결합시킴으로써 이웃하는 광학 부품끼리 정렬고정이 이루어지고, 열전도성이 우수한 고정구로 레이저 매질을 결합시킴으로써 레이저 매질의 냉각 특성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈이 레이저 발진기와 결합된 실시예를 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈을 도시한 분해 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈의 고정구를 도시한 분해 사시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈을 도시한 단면도
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈의 고정구의 기울기를 조절하는 것을 개념적으로 도시한 측면도 및 정면도
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 정렬고정 및 냉각이 용이한 레이저 공진기 모듈을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈이 레이저 발진기와 결합된 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈을 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈의 고정구를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈을 도시한 단면도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈의 고정구의 기울기를 조절하는 것을 개념적으로 도시한 측면도 및 정면도이다.
본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은 레이저 매질 내부로 조사된 레이저광을 공진 증폭시켜 출사하기 위한 레이저 광학 모듈로서, 그 레이저 공진기 모듈(1)을 구성하는 미러(21,22), 레이저 매질(30) 등의 광학 부품을 용이하게 정렬시키고 정렬된 상태의 유지가 확실하게 이루어지고, 레이저 공진 증폭 중 발생된 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 갖도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도면을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈(1)은 베이스 블럭(10), 한 쌍의 미러(21,22), 레이저 매질(30), 고정구(40) 및 냉각수단(50)을 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈(1)은 정렬 및 그 정렬의 유지가 용이한 구조를 갖는데, 이는 상기 베이스 블럭(10)과 한 쌍의 미러(21,22)에 접착제와 같이 다른 접합 수단이 없이도 접합이 가능하도록 가공 처리된 접합면이 구비되어 그 접합면을 서로 접촉시켜 접합시킴으로써 서로 마주보는 미러면이 서로 평행하게 정렬이 이루어지며, 레이저 매질(30)을 고정하는 고정구(40)가 상기 베이스 블럭(10)에 대한 상대적인 기울기 및 위치를 미세하게 조절함으로써 레이저 매질(30)의 정렬이 이루어지도록 하여 달성된다.
특히, 본 발명은 상기 접합면끼리의 접합을 통상적인 기계적인 방식이나 접착제를 사용하지 않는 광학접촉 접합으로 견실하고 정교한 접합이 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 베이스 블럭(10)은 한 쌍의 미러(21,22)와 레이저 매질(30)을 용이하게 정렬시키면서 결합하기 위한 구성으로, 상기 베이스 블럭(10)의 길이 방향으로의 양측 각각에 미러(21,22)가 정렬과 동시에 접합되고, 그 베이스 블럭(10) 그 내부에 레이저 매질(30)이 정렬과 동시에 결합된다. 즉, 상기 베이스 블럭(10)은 상기 고정구(40)에 고정된 레이저 매질(30)과 한 쌍의 미러(21,22)가 서로 정렬이 되도록 함과 동시에 결합는 구조를 갖는다.
도면을 참조하면, 상기 베이스 블럭(10)은 서로 마주보는 한 쌍의 측벽(12,13)에 의해 중앙에서 길이방향으로 길게 절취된 매질 배치 채널(14)이 형성된 형상을 갖는다. 즉, 상기 베이스 블럭(10)은 양측 각각에서 측벽(12,13)가 연직으로 세워져 대략 '┗┛' 형상을 갖는다. 상기와 같이 형성된 베이스 블럭(10)은 상기 바닥(11)의 상부에 결합되어 상기 바닥(11)을 상기 베이스 플레이트(3)의 상면에 나사로 결합시킴으로써 상기 베이스 플레이트(3)의 상부에 고정된다. 즉, 상기 베이스 블럭(10)은 상기 베이스 플레이트(3)의 상부에 나사로 결합된 바닥(11)의 상부에 놓여 레이저 소스 블럭(2)과 같은 다른 광 부품과 정렬된 후 광학접촉 접합에 의해 상기 바닥(11)의 상부에 고정된다.
상기 베이스 블럭(10)에는 상기 레이저 매질(30)이 상기 고정구(40)에 고정된 상태로 결합되는데, 도면을 참조하면, 상기 레이저 매질(30)은 상기 고정구(40)에 고정되어 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14)의 길이방향으로 길게 놓이도록 그 매질 배치 채널(14)의 내부에 수용되어 배치된다.
상기 베이스 블럭(10)의 길이 방향의 양측 각각에는 한 쌍의 미러(21,22) 각각이 결합되는데, 그 결합은 상술한 광학접촉 접합에 의해 이루어진다. 이를 위하여 상기 베이스 블럭(10)의 측벽(12,13)의 길이방향으로의 양측 말단면 각각은 평행도를 갖게 접합면(12a,12b,13a,13b)으로 가공된다. 상기 베이스 블럭(10)의 접합면(12a,12b,13a,13b)에는 한 쌍의 미러(21,22) 각각에 가공된 접합면(21a,222a)가 접촉되어 광합접촉 접합된다. 본 발명은 상기 베이스 블럭(10)의 접합면(12a,12b,13a,13b)은 평행도를 갖도록 정밀 가공되어 상기 미러(21,22)의 접합면(21a,222a)의 접합면과 광합접촉 접합에 의해 접합됨과 동시에 한 쌍의 미러(21,22)의 정렬이 이루어지는 구조를 갖게 된다. 광합접촉 접합에 대하여는 아래에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상기 한 쌍의 미러(21,22)는 각각 상기 레이저 매질(30)의 양측에 배치되어 상기 레이저 매질(30)로부터 출사되는 레이저 광을 전부 또는 일부 반사시키기 위한 구성으로, 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14) 길이방향으로의 양측 입구 각각에서 그 입구에 폭방향으로의 양측 단부가 걸쳐지게 상기 베이스 블럭(10)의 측벽(12,13)의 길이방향으로의 양측 말단면, 즉 접합면(12a,12b,13a,13b) 각각에 접촉되어 상기 베이스 블럭(10)에 결합된다. 상기 한 쌍의 미러(21,22) 각각은 일측 측면이 상기 베이스 블럭(10)의 접합면(12a,12b,13a,13b) 각각에 접합되는 접합면(21a,222a)이 된다. 이에 따라, 상기 미러(21,22) 각각은 그 일측 측면, 즉 접합면(21a,222a)이 상기 베이스(10)의 접합면(12a,12b,13a,13b) 각각에 접촉되어 접합되면서 정렬이 이루어지게 된다.
한편, 상기 미러(21,22)는 반사면이 평면인 통상적인 미러로 구성될 수 있으나, 레이저 공진의 효율을 높이기 위해 반사면에 볼록 또는 오목의 곡률이 형성된 미러가 적용될 수 있는데, 곡률이 형성된 미러는 그 미러에 의해 반사되거나 또는 일부 투과하여 레이저 광이 출사 된다.
상기와 같이 곡률을 갖는 미러가 이용되는 경우 본 발명의 주요 특징인 광학접촉 접합을 위한 접합면의 형성이 곤란해질 수 있는데, 본 발명은 곡률을 갖는 미러를 링 모양의 링 플레이트부 및 미러 베이스와 접촉 결합 시킨 미러 결합체를 형성하여 용이하게 접합면을 구성할 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈(10)은 미러(22)가 미러 베이스부(221)와, 그 미러 베이스부(221)의 가장자리에 결합된 환형의 링플레이트부(222)와, 상기 링플레이트부(222)로 둘러싸인 내부에서 미러 베이스부(221)에 결합되어 레이저 광을 전부 또는 일부 반사시키는 곡률을 갖는 미러부(223)에 의해 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 미러(22)의 미러 베이스부(221), 링플레이트부(222) 및 미러부(223)는 서로 접촉되는 면 사이의 결합에 광합접촉 결합이 이용되어 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 공진기 모듈(10)에서 상기 미러(21,22)는 레이저의 효율적인 발진을 위해 필요한 파장에 대해 광학적으로 투명한 소재이며, 또한 레이저 광이 투과, 반사하는 경로상의 광학면에는 기능성 박막 코팅을 적용될 수 있다. 이때, 다만 상기 베이스 블록(10)과 접촉되는 면에 대하여는 광학접촉 접합의 성능에 영향을 주지 않도록 기능성 박막 코팅이 적용되지 않는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 서로 접촉되어 접합되는 접합면 사이의 결합이 광학접촉 접합으로 이루어짐으로써 접착제나 기계적인 수단을 이용하는 방법이 불필요해지는 것을 특징으로 한다. 광학 접촉 접합은 정밀하게 가공된 표면 사이의 접촉에 의해 발생되는 결합력을 이용하는 것으로, 그 결합력은 반데르 발스 힘(Van der Waal's Force)과 같은 근거리 분자간 결합력을 이용하는 것이다.
본 발명은 광학 소재를 사용하는 광학 부품의 결합에 상기와 같은 광학 접촉 접합을 이용함으로써 베이스 블럭(10)과 한 쌍의 미러(21,22)간의 결합을 통해 광정렬이 이루어지며, 또한 베이스 블록(10)과 바닥(11), 그리고 미러(22)를 구성하는 미러 베이스부(221), 링플레이트부(222) 및 미러부(223) 등의 구성부에 대한 결합에도 광학 접촉 접합을 이용한 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 광학 접촉 접합을 위해서는 베이스 블럭(10) 및 한 쌍의 미러(21,22)의 접합면(12a,12b,13a,13b,21a,222a), 및 미러(22) 구성부간의 접합면은 평탄도가 우수하고 거칠기가 매우 낮게 가공되어야 한다. 예를 들면, 상기 접합면은 그 평탄도 점두차(peak to valley flatness)가 가시대역 광의 파장(λ)의 1/50 내지 1/2을 가지며, 제곱평균거칠기(root mean square roughness, rms value)는 0.2×10-10m(0.2Å) 내지 2×10-9m(2nm)를 갖게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 광학 접촉 접합을 위해서 상기 접합면은 직경 5㎛ 이상의 이물질이 존재하지 않도록 클리닝 처리되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 접합면을 갖는 부품, 즉 베이스 블럭(10), 바닥(11) 및 한 쌍의 미러(21,22)는 열팽창계수가 낮은 소재로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 레이저 매질(30)의 열팽창을 고려해 일반 광학유리 계열인 용융석영(fused silica) 혹은 유리(glass) 소재를 이용하는 것도 가능하다. 상기 접합면을 갖는 부품에 열팽창계수가 낮은 소재를 이용하는 경우 -20℃ 내지 80℃의 범위에서 열팽창계수가 0.001×10-6K 내지 로 낮은 제로듀(zerodur), 유엘이(ULE) 소재 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 매질(30)은 레이저 광의 증폭을 위한 구성으로, 상기 미러(21,22) 사이에 위치되어 그 내부로 레이저 광이 출사 및 입사되거나 내부에서 변조된다. 상기 레이저 매질(30)로는 주로 Nd;YAG, Er:glass 등 레이저 발진용 크리스탈 소재가 적용된다. 도면을 참조하면, 상기 레이저 매질(30)은 고정구(40)에 의해 고정되어 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14)의 내부에 길이방향으로 길게 놓여 배치되며, 그 양단 양측 각각에는 상기 미러(21,22)가 위치되게 된다.
한편 레이저의 펄스 발진을 위해서 큐스위치 소재가 적용되는 경우, 상기 레이저 매질(30)에 포함된 일체형으로 적용되거나 또는 상기 고정구(40) 내에 위치한 레이저 매질(30)과 분리되어 상기 베이스 블록(10) 내 그리고 상기 고정구(40) 밖에 위치하도록 배치될 수도 있다.
상기 고정구(40)는 상기 레이저 매질(30)이 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14) 내부에 위치된 상태에서 상기 레이저 매질(30)을 상기 베이스 블럭(10)에 결합시키기 위한 구성으로, 매질 지지 유닛(41), 매질 고정 유닛(42), 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d), 결합 볼트(44) 및 플랜지부 지지 플레이트(45)를 포함하여 구성된다.
상기 매질 지지 유닛(41)은 상기 매질 고정 유닛(42)과 함께 레이저 매질(30)을 고정시키기 위한 구성으로, 삽입부(411), 결합 플랜지부(412), 매질 고정 채널(413)에 의해 정면에서 보아 대략 '
Figure 112015064160681-pat00001
' 모양을 갖도록 형성된다. 도면을 참조하면, 상기 매질 지지 유닛(41)은 상기 삽입부(411)가 하방으로 길게 연장되어 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14)로 삽입되게 형성되고, 상기 삽입부(411)의 상단부에는 폭방향으로 양측 각각에 결합 플랜지부(412)가 폭방향으로 양측 각각으로 돌출되어 상기 베이스 블럭(10)의 측벽(12,13)에 결합 고정된 상기 플랜지부 지지 플레이트(45)에 걸려 결합되며, 매질 고정 채널(413)이 상기 삽입부(411)의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 길게 절취되어 그 내부의 바닥에 상기 레이저 매질(30)이 상기 매질 고정 채널(413)의 길이 방향을 따라 길게 놓이는 형상을 갖는다. 상기 매질 지지 유닛(41)의 매질 고정 채널(413)의 바닥에는 상기 레이저 매질(30)이 안착되어 놓이는 매질 안착홈(414)이 길이방향으로 길게 패여 형성된다. 상기 매질 안착홈(414)은 바람직하게는 상기 레이저 매질(30)의 형상과 동일하게 형성된다.
상기와 같이 형성된 매질 지지 유닛(41)은 삽입부(411)가 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14)로 삽입되어 그 결합 플랜지부(412)가 상기 베이스 블럭(10)의 측벽(12,13)의 상단에 결합 고정된 상기 플랜지부 지지 플레이트(45)에 지지되어 정렬 조절 볼트(43a, 43b, 43c, 43d)에 의해 결합된다.
한편, 상기 매질 지지 유닛(41)의 결합 플랜지부(412)에는 상기 베이스 유닛(10)에 대하여 매질 지지 유닛(41)의 상대적인 기울기 및 위치를 조절하기 위한 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d)가 결합되는데, 그 작동은 하술하기로 한다.
상기 매질 지지 유닛(41)의 매질 고정 채널(413)에는 상기 레이저 매질(30)이 삽입되되, 바닥면과 일정간극으로 이격되도록 위치하며 그 상태에서 상기 매질 지지 유닛(42)의 누름부(421)가 상기 매질 고정 채널(413)으로 삽입되어 바닥에 놓인 레이저 매질(30)을 누르면서 고정시키게 된다. 이때 레이저 매질(30)의 효율적인 방열을 위해서 통상적으로 사용하는 방법인 인듐 호일 등으로 감싸는 것도 가능하다.
상기 매질 고정 유닛(42)은 상기 매질 고정 채널(413)의 바닥에 놓인 레이저 매질(30)을 눌러 고정시키고 레이저 매질(30)에 발생된 열을 효율적으로 방열시키기 위한 구성으로, 누름부(421), 지지 플랜지부(422)에 의해 정면에서 보아 대략 'T' 모양을 갖도록 형성된다. 도면을 참조하면, 하방으로 길게 연장되게 형성된 누름부(421)의 하단이 상기 매질 고정 채널(413)의 바닥에 놓인 레이저 매질(30)을 누르도록 상기 누름부(421)가 상기 매질 지지 유닛(41)의 매질 고정 채널(413)로 삽입되고, 상기 누름부(421)의 상단부에는 폭방향으로 양측 각각에 지지 플랜지부(422)가 폭방향으로 양측 각각으로 돌출되어 상기 매질 지지 유닛(41)의 결합 플랜지부(412) 각각의 상면에 놓여 지지되어 상기 매질 고정 유닛(41)에 결합된다.
한편, 상기 매질 고정 유닛(42)의 누름부(421) 하단에는 상기 레이저 매질(30)이 안착되어 놓이는 매질 안착홈(423)이 길이방향으로 길게 패여 형성된다. 상기 매질 안착홈(423)은 바람직하게는 상기 레이저 매질(30)의 형상과 동일한 형상으로 형성된다.
상술한 바와 같이 레이저 매질(30)의 고정을 위해 상기 매질 지지 유닛(41) 및 매질 고정 유닛(42)은 상기 레이저 매질(30)의 측면에 접촉되게 되는데, 그에 따라 상기 레이저 매질(30)의 내부에서 발생된 열은 상기 매질 지지 유닛(41) 및 매질 고정 유닛(42)를 통해 방열이 이루어지게 된다. 따라서, 본 발명은 효율적인 방열에 의한 냉각을 위해 상기 고정구(40)의 매질 지지 유닛(41)과 매질 고정 유닛(42)은 구리와 같은 열전도가 높은 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 매질 지지 유닛(41) 및 상기 매질 고정 유닛(42)에 의해 고정된 레이저 매질(30)은 상기 베이스 블럭(10)의 매질 배치 채널(14)의 내부에 배치되는데, 그 양측에 위치된 미러(21,22)와의 정렬이 이루어져야 한다. 이를 위해 본 발명은 상기 레이저 매질(30)의 기울기 및 안착 위치의 변경에 의한 자세를 조절할 수 있도록 상기 레이저 매질(30)이 고정된 매질 지지 유닛(41)과 매질 고정 유닛(42)의 결합체의 기울기 위치를 미세하게 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하며, 도 5 및 도 6은 이를 개념적으로 도시한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 고정구(40)의 매질 지지 유닛(41)의 결합 플랜지부(412)에는 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d) 및 정렬 고정 볼트(44)가 체결되어 상기 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d)가 상기 베이스 블럭(10)의 측벽(12,13) 상단에 결합된 플랜지부 지지 플레이트(45)에 체결되는데 그 체결 깊이에 따라서 상기 매질 지지 유닛(41)의 베이스 블록(10)에 대한 상대적인 위치와 기울기를 조절할 수 있게 된다.
즉, 상기 레이저 매질(30)의 기울기 및 위치를 조절하기 위해서는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 결합 플랜지부(412)에 체결된 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d) 중에서 전방에 위치된 정렬 조절 볼트(43b,43c)와 후방에 위치된 정렬 조절 볼트(43a,43d)의 체결되는 깊이를 달리하면 된다. 또한, 상기 레이저 매질(30)의 기울기 및 위치를 조절하기 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 결합 플랜지부(412)에 체결된 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d) 중에서 좌측에 위치된 정렬 조절 볼트(43a,43b)와 우측에 위치된 정렬 조절 볼트(43c,43d)의 체결되는 깊이를 달리하면 된다.
이때, 상기 정렬 고정 볼트(44)는 상기 플랜지부지지 플레이트(45)에 체결되지 않고, 상기 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d)의 체결이 이루어진 후 정렬을 고정시키는 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d)의 체결을 위해 상기 결합 플랜지부(412)에 형성된 볼트 홀(43)은 그 입구 모양을 타원형 혹은 폭 방향으로 넓혀진 모양으로 형성하여 정렬을 위해 상기 고정구를 이동할 수 있도록 구성된다. 즉, 상기 레이저 매질(30)의 위치를 조절하기 위해서, 상기 결합 플랜지부(412) 상단에 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d) 체결을 위해서 형성된 볼트 홀(43) 입구 모양을 폭 방향으로 넓혀진 모양으로 형성하여 상기 고정구(40)를 위치 이동하여 정렬한 후 상기 정렬 조절 볼트(43a,43b,43c,43d)를 체결하도록 구성된다.
상기 냉각수단(50)은 상기 레이저 매질(30)에서 발생되어 상기 고정구(40)을 통해 전도된 열을 외부로 방출하기 위한 구성이다. 도면을 참조하면, 상기 냉각수단(50)은 상기 고정구(40)의 매질 고정 유닛(42)의 지지 플랜지부(422)의 상부에 결합되어 전달된 열을 대기로 방출한다. 상기 냉각수단(50)은 효율적인 냉각을 위해 열전소자 등의 열이동 수단(51)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 열이동 수단(51)은 고정 플레이트(52)에 의해 상기 매질 고정 유닛(42)의 플랜지부(422) 및 결합 플랜지부(412)에 밀착되어 고정된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈(1)은 레이저 소스 블럭(2)과 같은 다른 광학 부품 모듈과 함께 배치되는데, 도면에는 상기 레이저 공진기 모듈(1)이 베이스 플레이트(3)의 상부에 고정되어 상기 레이저 소스 블럭(2)으로부터 발생된 레이저 광을 상기 레이저 매질(30)의 내부로 입사받을 수 있도록 배치된 실시예가 도시되어 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
1 레이저 공진기 모듈
10 베이스 블럭
11 바닥
12,13 측벽
12a,12b,13a,13b 접합면
21,22 미러
221 미러 베이스부
222 링플레이트부
223 미러부
21a,222a 접합면
30 레이저 매질
40 고정구
41 매질 지지 유닛
411 삽입부
412 결합 플랜지부
413 매질 고정 채널
414 매질 안착홈
42 매질 고정 유닛
421 누름부
422 지지 플랜지부
423 매질 안착홈
43 볼트 홀
43a,43b,43c,43d 정렬 조절 볼트
44 결합볼트
45 플랜지부 지지 플레이트
50 냉각수단
51 열이동 수단
2 레이저 소스 모듈
3 베이스 플레이트

Claims (7)

  1. 레이저 매질 내부로 조사된 레이저광을 공진 증폭시켜 출사하기 위한 레이저 공진기 모듈에 있어서,
    폭방향의 양측에 측벽이 형성되게 중앙에서 길이방향으로 길게 절취된 매질 배치 채널이 형성된 베이스 블럭과, 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널의 길이방향으로의 양측 입구 각각에는 그 입구에 걸쳐지게 상기 베이스 블럭의 측벽의 길이방향으로의 양측 말단면 각각에 접촉되어 상기 베이스 블럭에 결합된 한 쌍의 미러와, 상기 한 쌍의 미러 사이에서 양 말단 각각이 상기 한 쌍의 미러 각각과 대면되어 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널의 내부에 위치된 레이저 매질과, 상기 레이저 매질이 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널 내부에 위치된 상태에서 상기 레이저 매질을 상기 베이스 블럭에 결합시키기 위한 매질 고정구가 포함되어 구성되되,
    상기 고정구는, 삽입부가 하방으로 길게 연장되어 상기 베이스 블럭의 매질 배치 채널로 삽입되게 형성되고, 상기 삽입부의 상단부에는 폭방향으로 양측 각각에 결합 플랜지부가 폭방향으로 양측 각각으로 돌출되어 상기 베이스 블럭의 측벽에 결합 고정된 상기 플랜지부의 지지 플레이트에 걸려 결합되며, 매질 고정 채널이 상기 삽입부의 폭방향 중앙에서 길이방향으로 길게 절취되어 그 내부의 바닥에 상기 레이저 매질이 매질 고정 채널의 길이 방향을 따라 길게 놓이는 매질 지지 유닛과,
    하방으로 길게 연장되게 형성된 누름부의 하단이 상기 매질 고정 채널의 바닥에 놓인 레이저 매질을 누르도록 상기 누름부가 상기 매질 지지 유닛의 매질 고정 채널로 삽입되고, 상기 누름부의 상단부에는 폭방향으로 양측 각각에 지지 플랜지부가 폭방향으로 양측 각각으로 돌출되어 상기 매질 지지 유닛의 결합 플랜지부 각각의 상면에 놓여 지지되는 매질 고정 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정구의 매질 지지 유닛과 매질 고정 유닛은 열전도가 높은 금속 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 매질 지지 유닛의 매질 고정 채널의 바닥 또는 상기 매질 고정 유닛의 누름부 하단에는 상기 레이저 매질이 안착되어 놓이는 매질 안착홈이 길이방향으로 길게 패여 형성된 것을 특징으로 하는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정구의 매질 고정 유닛의 지지 플랜지부의 상부에는 냉각수단이 결합된 것을 특징으로 하는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고정구의 매질 지지 유닛의 결합 플랜지부에는 정렬 조절 볼트가 체결되어 상기 정렬 조절 볼트의 체결 깊이를 조절하여 상기 매질 지지 유닛의 베이스 블럭에 대한 상대적인 위치와 기울기를 조절하는 것을 특징으로 하는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 베이스 블럭의 측벽의 길이방향으로의 양측 말단면 각각은 평행도를 갖게 가공된 접합면이 되고,
    상기 베이스 블럭과 미러의 결합은 서로 접촉되는 상기 접합면에 미러가 접촉되어 광학접촉 접합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용이한 정렬고정 구조를 갖는 레이저 공진기 모듈.
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