KR101746906B1 - 멀티 레이저 발진장치 - Google Patents

Abstract

멀티 레이저 발진장치가 개시된다. 더욱 상세하게는 선형 모터와 마그네틱 장치를 사용함으로써 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드를 구현 가능하게 하는멀티 레이저 발진장치에 관한 것이다.
본 발명의 멀티 레이저 발진장치는 선형 모터와 마그네틱 장치를 사용하기 때문에 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드가 구현 가능하다는 효과가 있다.
또한 본 발명의 멀티 레이저 발진장치는 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드가 구현 가능하기 때문에 단가 절감의 효과가 있고, 장치 크기의 소형화가 가능하다는 효과가 있다.

Description

멀티 레이저 발진장치{MULTI LASER OSCILLATOR}

본 발명은 멀티 레이저 발진장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선형 모터와 마그네틱 장치를 사용함으로써 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드를 구현 가능하게 하는멀티 레이저 발진장치에 관한 것이다.

레이저는 발견 이후로 의학분야에 꾸준히 적용하려는 시도가 이루어졌으며 특히 엔디야그 레이저(Nd:Yag Laser)와 헬륨네온 레이저 및 색소레이저는 피부질환의 치료에 탁월한 효과를 가진 것으로 그 수요가 증대하고 있다.

롱펄스 엔디야그 레이저 발진장치를 일렬로 구성할 경우 장치가 매우 길어지는 문제점이 있어 발진부와 증폭부 사이에는 보통 2개의 반사미러에 의하여 경로가 180도 바뀌며 또 증폭부를 거친 레이저도 반사미러에 의하여 경로가 수직으로 바뀌어 공급되는 것이 일반적이다.

위의 구성은 일정한 파장 이외의 것은 아웃 커플러에 의하여 반사되는 것을 반복하여 아웃 커플러를 통과할 때까지 지속되어 일정한 파장의 레이저만 발진되도록 하는 원리를 가지고 있다.

이렇게 생성되는 롱펄스 엔디야그 레이저(Long pulsed Nd:YAG laser)는 매질이 Nd:YAG(Yttrium Aluminum Garnate(YAG) with Neodymuim(Nd))로 이루어진 1,064nm 파장의 레이저로서 펄스폭을 0.3 ms에서 약 300 ms까지 가변할 수 있는 레이저를 말하는 것으로 특히 혈관팽창에 의해 나타나는 말초 혈관 확장증 (telangiectasia), 직경 4 mm 이하의 혈관 병변, 특히 legveins등의 치료에 가장 널리 사용되고 있으며 다른 단파장 레이저에 비해 롱펄스 엔디야그 레이저가 갖는 주요한 장점은 멜라닌에 대한 흡수가 적으며 침투 깊이가 깊다는 것이다.

또한 파란색 혈관 병변의 주요 색소포인 methemoglobin과 deoxyhemoglobin의 흡수계수가 1,064nm 파장에서 높기 때문에 파란색 혈관 병변의 치료에 가장 유용하다.

한편 큐스위치 엔디야그 레이저 발진장치와 전술한 롱펄스 엔디야그 레이저 발진 장치의 다른 점은 큐스위치 엔디야그 레이저 발진장치의 구조가 편광프리즘과 리어 미러의 사이에 광변조기 및 쿼터웨이브 미러를 구성하여 짧은 펄스를 얻어낼 수 있도록 하는 구조를 가지고 있다는 것이다.

큐스위치 레이저 (Q-Switched Nd:YAG laser)는 멜라닌 색소가 증가되어 나타나는 주근깨, 기미, 색소침착, 오타반점 등의 색소질환을 치료하는 레이저로 많이 사용하며, 이러한 색소질환을 치료하기 위해선 아주 작은 입자로 구성되어 있는 멜라닌 색소를 아주 짧은 시간 동안 레이저를 발사해 멜라닌이 파괴되도록 해야 하므로, 큐 스위치가 탑재된 레이저는 레이저의 발사를 자제하고 있다가 아주 짧은 시간 동안 순식간에 레이저를 방출할 수 있도록 하여 멜라닌을 효율적으로 파괴할 수 있도록 하는 것이다.

즉, 큐스위치가 켜진 상태에서 양쪽 거울 사이에서 빛이 반사되어 증폭되면 레이저 발사를 막아 레이저광의 밀도 반전이 최대로 되고, 밀도 반전이 최대로 되는 순간에 큐스위치가 꺼지면 짧은 시간에 강한 레이저가 발사되도록 하는 관문(스위치)역할을 한다.

이러한 특성을 이용한 큐스위치 엔디야그 레이저는 매질이 Nd:YAG (Yttrium Aluminum Garnate(YAG) with Neodymuim(Nd))로 이루어진 1,064nm파장의 레이저로서 펄스폭이 약 5~12ns이며 1,064nm 파장에서는 침투 깊이가 의료용에서 사용되고 있는 레이저 중 가장 깊기 때문에 오타모반과 같이 진피(Dermis) 깊숙이 있는 색소 병변을 치료하는데 사용되고 있으며, KTP와 같은 비선형성이 큰 결정을 이용한 고조파 발생에 의한 파장 변환 방법을 이용해 파장을 기존 1,064 nm의 절반인 532 nm 파장으로 만들어 침투 깊이가 작은 내피(Epidermis)층에 있는 색소 병변을 치료하는데 이용할 수 있다. 따라서 멜라닌에 의해 내피 및 진피에 발생된 색소 병변의 치료에 두 파장을 발진시킬 수 있는 엔디야그 레이저를 가장 많이 사용되고 있으며 치료 효과 또한 가장 우수하게 나타나고 있다.

이렇게 롱펄스 엔디야그 레이저와 큐스위치 엔디야그 레이저는 피부질환에 많이 사용하고 있으나 광학적 특성상한 옵틱 베이스 내에서 함께 사용이 불가능하여 각각의 장비를 별도로 구입하여 사용하고 있으며 이에 따라 장비 구입에 의한 비용의 상승과 장비의 설치 공간의 확보 등에서 문제점을 가지고 있었다.

종래기술인 대한민국등록특허공보 제10-1191707호인 '펄스 레이저 구동 시스템'에서는 설정된 레이저 발진 세기에 따라 활성매질이 설정된 레이저 발진 세기에 대응하는 적정 에너지량으로 펌핑되는데 소요되는 시간인 큐 스위치구동 지연시간이 경과한 후에 자동적으로 큐 스위치가 구동되도록 제어함으로써, 최소의 전기 에너지량으로 최대의 레이저 출력을 발진할 수 있는 펄스 레이저 구동시스템에 관한 기술에 관하여 개시되어 있다.

그러나, 이러한 펄스 레이저 구동시스템은 큐-스위치모드와 롱펄스모드를 하나의 장치에서 구현하지 못하는 문제점이 있다. 따라서 단가 상승의 주된 원인이 되고, 서로 다른 모드의 레이저 발진 시스템을 구현해야 하므로 크기가 커진다는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 선형 모터와 마그네틱 장치를 사용함으로써 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드를 구현 가능하게 하는멀티 레이저 발진장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 멀티 레이저 발진장치를 제공한다. 이는 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 플래시 램프, 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 로드, 레이저 로드에서 방사되는 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler), 레이저 발진을 위한 고전압 충전장치, 멀티 레이저 발진장치를 제어하기 위한 제어장치, 큐-스위치모드 레이저 발진을 위한 큐-스위치동작부, 롱펄스모드 레이저 발진을 위한 롱펄스 동작부 및 큐-스위치모드와 롱펄스모드 간 모드 변환을 위한 변환장치를 포함한다.

큐-스위치동작부는 리어 미러와 출력 결합 거울 사이에 구비되는 편광프리즘, 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch), 큐-스위치(Q-switch)와 리어 미러 사이에 큐-스위치(Q-switch)를 통과한 파장이 관통하도록 하는 1/4λ 파장판 및 고전압 충전장치로부터 플래시 램프 및 큐-스위치의 온/오프 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

스위칭 딜레이 시간 제어부는 플래시 램프에 병렬로 연결되어 콘덴서, 인덕터, 스위치 및 고전압 생성장치를 포함하고, 스위치는 SCR(Silicon controlled rectifier)스위치인 것을 특징으로 한다.

큐-스위치는 레이저 매질에서 방사되는 빛에 온/오프 스위치 동작을 통해 전압을 가하여 5~10us 펄스폭의 피크치 레이저 출력을 만드는 것을 특징으로 한다.

롱펄스 동작부는 하나 이상의 콘덴서 및 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 하나 이상의 콘덴서는 마그네틱 장치로부터 플래시 램프까지 병렬로 연결되고, 게이트 바이폴라 트랜지스터는 롱펄스의 온/오프 딜레이 시간을 제어하기 위해 하나 이상의 콘덴서와 병렬로 연결된다. 여기에서 콘덴서의 총 전기 용량은 10000~30000

F인 것일 수 있다.

변환장치는 큐-스위치모드일 때 1/4λ 파장판을 파장의 경로 상에 이동시키는 선형 모터 및 고전압 충전장치로부터 레이저 발진장치를 큐-스위치모드 또는 롱펄스모드로 변환시키는 마그네틱 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 멀티 레이저 발진장치는 선형 모터와 마그네틱 장치를 사용하기 때문에 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드가 구현 가능하다는 효과가 있다.

또한 본 발명의 멀티 레이저 발진장치는 하나의 레이저 발진장치에서 큐-스위치모드와 롱펄스모드가 구현 가능하기 때문에 단가 절감의 효과가 있고, 장치 크기의 소형화가 가능하다는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명의 멀티 레이저 발진장치의 전체 구성도이다.
도 1b는 큐-스위치모드의 구성도이다.
도 1c는 롱펄스모드의 구성도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1a는 본 발명의 멀티 레이저 발진장치의 전체 구성도이다. 도 1a을 참조하면, 본 발명은 멀티 레이저 발진장치를 제공한다. 이는 입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 플래시 램프, 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 로드, 레이저 로드에서 방사되는 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler), 레이저 발진을 위한 고전압 충전장치, 멀티 레이저 발진장치를 제어하기 위한 제어장치, 큐-스위치모드 레이저 발진을 위한 큐-스위치동작부, 롱펄스모드 레이저 발진을 위한 롱펄스 동작부 및 큐-스위치모드와 롱펄스모드 간 모드 변환을 위한 변환장치를 포함하고, 변환장치는 고전압 충전장치로부터 출력된 발진 신호를 큐-스위치동작부 또는 롱펄스 동작부에 접속시키는 마그네틱 장치를 포함한다.
도 1b는 큐-스위치모드의 구성도이다. 도 1b를 참조하면, 큐-스위치동작부는 리어 미러와 출력 결합 거울 사이에 구비되는 편광프리즘(Polarizer), 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch:Pockel cell), 큐-스위치(Q-switch)와 리어 미러 사이에 배치되고, 큐-스위치(Q-switch)를 통과한 파장이 관통하도록 하는 1/4λ 파장판 및 플래시 램프 및 큐-스위치의 온/오프 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

스위칭 딜레이 시간 제어부는 콘덴서, 인덕터, 스위치 및 고전압 생성장치를 포함하고, 콘덴서 및 인덕터는 각각 마그네틱 장치로부터 플래시 램프까지 병렬로 연결되고, 스위치는 인덕터와 직렬로 연결되며, 고전압 생성 장치는 큐-스위치 및 제어 장치에 전기적으로 접속된다. 또한, 스위치는 SCR(Silicon controlled rectifier)스위치인 것을 특징으로 한다. 큐-스위치모드에서의 콘덴서는 100~150

F, 인덕터는 30~200

H인 것일 수 있다.

큐-스위치는 레이저 매질에서 방사되는 빛에 온/오프 스위치 동작을 통해 전압을 가하여 5~10us 펄스폭의 피크치 레이저 출력을 만드는 것을 특징으로 한다.

도 1c는 롱펄스모드의 구성도이다. 도 1c를 참조하면, 롱펄스 동작부는 하나 이상의 콘덴서 및 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 하나 이상의 콘덴서는 마그네틱 장치로부터 플래시 램프까지 병렬로 연결되고, 게이트 바이폴라 트랜지스터는 롱펄스의 온/오프 딜레이 시간을 제어하기 위해 하나 이상의 콘덴서와 병렬로 연결된다. 여기에서 콘덴서의 총 전기 용량은 10000~30000

F인 것일 수 있다.

변환장치는 큐-스위치모드일 때 1/4λ 파장판을 파장의 경로 상에 이동시키는 선형 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

큐-스위치모드에서 선형 모터는 1/4λ 파장판을 파장의 경로 상에 이동시키고, 마그네틱 장치는 A점으로 이동되어 동작한다.

롱펄스모드에서 선형 모터는 1/4λ 파장판을 파장의 경로 상에서 이탈시키고, 마그네틱 장치는 B점으로 이동되어 동작한다. 이러한 동작 제어는 제어장치에서 이루어질 수 있다.

Claims (6)

1. 멀티 레이저 발진장치에 있어서:
   입력되는 전원에 의해 레이저 매질을 여기 시키기 위한 플래시 램프; 상기 플래시 램프에서 조사되는 여기 빛을 수신하여 레이저로 변환하기 위한 레이저 로드; 상기 레이저 로드에서 방사되는 상기 레이저를 반사하고 증폭하는 리어 미러(rear mirror)와 출력 결합 거울(Output coupler); 상기 레이저 발진을 위한 고전압 충전장치; 상기 멀티 레이저 발진장치를 제어하기 위한 제어장치; 큐-스위치모드 레이저 발진을 위한 큐-스위치동작부; 롱펄스모드 레이저 발진을 위한 롱펄스 동작부; 및 상기 큐-스위치모드와 롱펄스모드 간 모드 변환을 위한 변환장치를 포함하며,
   상기 변환장치는 상기 고전압 충전장치로부터 출력된 발진 신호를 상기 큐-스위치동작부 또는 상기 롱펄스 동작부에 접속시키는 마그네틱 장치를 포함하고,
   상기 큐-스위치동작부는 상기 리어 미러와 출력 결합 거울 사이에 구비되는 편광프리즘; 상기 리어 미러와 출력 결합 거울에 의해 증폭된 빛의 첨두 출력을 얻기 위한 큐-스위치(Q-switch); 상기 큐-스위치(Q-switch)와 리어 미러 사이에 배치되고, 상기 큐-스위치(Q-switch)를 통과한 파장이 관통하도록 하는 1/4λ 파장판; 및 상기 플래시 램프 및 상기 큐-스위치의 온/오프 딜레이 시간을 제어하기 위한 스위칭 딜레이 시간 제어부를 포함하고,
   상기 롱펄스 동작부는 하나 이상의 콘덴서 및 게이트 바이폴라 트랜지스터를 포함하고, 상기 하나 이상의 콘덴서는 상기 마그네틱 장치로부터 상기 플래시 램프까지 병렬로 연결되고, 상기 게이트 바이폴라 트랜지스터는 롱펄스의 온/오프 딜레이 시간을 제어하기 위해 상기 하나 이상의 콘덴서와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 것인 멀티 레이저 발진장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 스위칭 딜레이 시간 제어부는 콘덴서, 인덕터, 스위치 및 고전압 생성장치를 포함하고,
   상기 콘덴서 및 상기 인덕터는 각각 상기 마그네틱 장치로부터 상기 플래시 램프까지 병렬로 연결되고,
   상기 스위치는 상기 인덕터와 직렬로 연결되며, 상기 고전압 생성 장치는 상기 큐-스위치 및 상기 제어 장치에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 멀티 레이저 발진장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 큐-스위치는 레이저 매질에서 방사되는 빛에 온/오프 스위치 동작을 통해 전압을 가하여 5~10us 펄스폭의 피크치 레이저 출력을 만드는 것을 특징으로 하는 것인 멀티 레이저 발진장치.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 변환장치는 상기 큐-스위치모드일 때 상기 1/4λ 파장판을 파장의 경로 상에 이동시키는 선형 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 레이저 발진장치.

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