KR101747906B1

KR101747906B1 - 레이저 시스템

Info

Publication number: KR101747906B1
Application number: KR1020150153344A
Authority: KR
Inventors: 김지원; 김동준
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-06-19
Also published as: KR20160053799A

Abstract

본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 본 실시 예에 따른 레이저 시스템은 펌핑빔을 발생하는 펌핑부; 펌핑빔에 의해 빛을 발생하는 이득물질을 포함하고, 이득물질에서 발생하는 빛 중의 제1 광을 제1 광경로에서 공진시켜 제1 레이저 빔을 생성하는 제1 공진기; 및 펌핑빔에 의해 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제2 광을 제2 광경로에서 공진시켜 제2 레이저 빔을 생성하는 제2 공진기를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면 저가의 광학 기구에 의해 레이저 빔의 공간 모드(예컨대, 근본 가우시안 모드, 라게르-가우시안 모드, 이들 모드가 혼합된 다중 모드)를 다양하게 조절할 수 있으며, 간단한 구조의 레이저 시스템에 의해 고출력 레이저 빔을 생성할 수 있다.

Description

레이저 시스템{LASER SYSTEM}

본 발명은 레이저 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 빔의 공간 모드(spatial mode) 조절이 가능한 레이저 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래의 고체 레이저 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 펌프용 다이오드 레이저(10)에서 출력된 빔은 광섬유 접합계 혹은 렌즈들(20, 30)에 의해 적절한 빔 모양으로 만들어진 다음, 희토류 물질이 첨가된 레이저 물질(50)에 종펌핑 혹은 횡펌핑된다. 이때 펌핑에 의해 레이저 물질(50)에서 발생한 빛을 레이저 빔으로 만들기 위해, 고반사 거울(40)과 부분반사 거울(70), 렌즈(60)로 이루어진 파브리-페롯(Fabry-Perot) 공진기가 구성된다.

공진기로부터 출력되는 레이저 빔의 공간적인 단면 모양은 공진기에서 공진할 수 있는 공간 모양, 즉 공간 횡모드(transverse mode)에 의해 결정된다. 공간 모드에는 흔히 TEM 모드라고 불리는 허마이트-가우시안(Hermite-Gaussian, HG) 모드와, 도넛 모드라고 불리는 라게르-가우시안(Laguerre-Gaussian, LG) 모드가 있다. 레이저로부터 어떤 형태의 공간 모드가 발진하는가는 펌핑빔과 공진기 조건에 의해 결정된다. 레이저 빔은 저차 모드의 경우가 고차 모드에 비해 빔 특성이 우수하므로, 빔 특성이 중요시되는 경우에는 근본 가우시안 모드라고 불리는 저차 모드의 TEM00 모드를 발진시킬 필요가 있다. 이와 달리, 라게르-가우시안 모드의 1차 모드(LG01)는 빔 중앙의 세기가 0 인 도넛 혹은 링 모양의 특이한 형태의 공간 세기 분포를 가지며, 미세 나노 입자의 포획과 조절, 고해상도 이미지 현미경, 대용량 통신 수단 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다.

이와 같이 각각의 공간 모드는 그 모양에 따라 다양한 응용 분야를 가지고 있으므로, 서로 다른 공간 모드 간을 자유롭게 변환시킬 수 있다면 아주 유용할 것이라는 점이 명약관화하지만, 하나의 레이저 시스템에서 서로 다른 두 종류의 공간 모드를 동시에 발진시키는 것은 쉽지 않다. 하나의 레이저 시스템에서 두 종류의 공간 모드를 발진시키는 것에 관하여 지금까지 알려진 대표적 방법은 크게 열렌즈를 이용하는 방법과, 펌핑빔을 조절하는 방법이 있다.

열렌즈를 이용하는 레이저 시스템의 경우, 출력빔의 세기가 작은 저출력에서는 근본 모드인 TEM00 모드가 발진하지만, 펌핑빔의 세기가 커지면 내부 열렌즈로 인하여 근본 모드는 더 이상 발진할 수 없게 되어 도넛 모드인 LG01 모드가 발진하게 되는 것이다. 하지만 이 방법은 빔의 출력에 따라서 공간 모드가 변하는 것으로, 같은 레이저 출력 하에서는 동시에 두 공간 모드를 얻을 수 없다. 또한 열렌즈 효과는 공진기 길이 등의 공진 조건에 매우 민감하므로, 고출력 모드인 LG01 모드의 안정된 작동 조건을 얻기가 매우 어렵다.

펌핑빔을 조절하는 방법은 TEM00 모드를 발진시키기 위한 펌핑빔과 LG01 모드를 발진시키기 위한 링 모양의 펌핑빔을 각각 독립적으로 가해줘서, 필요에 따라 펌핑 조건을 달리하여 원하는 레이저 빔을 얻는 방법이다. 하지만 이 방법은 링 모양의 펌핑빔을 얻기 위해, 일반적인 다이오드 펌핑빔을 중앙이 빈 특수 광섬유 등의 특수 광소자에 통과시켜 성형시켜야 하는 단점이 있다. 다른 방법으로는 공진기 내부에 컴퓨터로 조절 가능한 공간 위상 조절기를 삽입하여 공진 모드 단면 전체의 위상 및 손실을 직접 조절하여 원하는 모양의 빔을 얻는 방법이 있다. 하지만 이 경우 사용되는 공간 위상 조절기가 수천만원에 이르는 등 레이저 시스템의 제조 비용이 크게 증가하고, 사용되는 광소자의 재료 특성상 고출력에 견디지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 레이저 빔의 공간 모드(예컨대, 근본 가우시안 모드, 라게르-가우시안 모드, 이들 모드가 혼합된 다중 모드)를 다양하게 조절할 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 저가의 광학 기구에 의해 다양한 빔 모양을 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있으며, 고출력 레이저 빔을 생성할 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 레이저 시스템은, 펌핑빔을 발생하는 펌핑부; 상기 펌핑빔에 의해 빛을 발생하는 이득물질을 포함하고, 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제1 광을 제1 광경로에서 공진시켜 제1 레이저 빔을 생성하는 제1 공진기; 및 상기 펌핑빔에 의해 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제2 광을 제2 광경로에서 공진시켜 제2 레이저 빔을 생성하는 제2 공진기를 포함한다.

상기 제2 공진기는 레이저 발진 문턱값이 상기 제1 공진기보다 작을 수 있다.

상기 제1 공진기는, 상기 펌핑부와 상기 이득물질 사이에 설치되고, 상기 제1 광경로의 일단에서 상기 제1 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제1 반사경; 및 상기 제1 광경로의 타단에서 상기 제1 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제2 반사경을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 광은 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제1 편광빔을 포함하고, 상기 제2 광은 상기 빛 중에서 상기 제1 편광빔에 직교하는 제2 편광빔을 포함하며, 상기 이득물질과 상기 제2 반사경 사이에 설치되고, 상기 제1 편광빔을 상기 제1 광경로로 제공하고, 상기 제2 편광빔을 상기 제2 광경로로 제공하는 편광기를 더 포함할 수 있다.

상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이에 구비된 조리개를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 시스템은 상기 조리개의 개구 크기에 따라 상이한 공간 모드의 상기 제1 레이저 빔을 발진시킬 수 있다.

상기 공간 모드는 근본 가우시안 모드, 라게르-가우시안 모드, 및 상기 근본 가우시안 모드와 라게르-가우시안 모드가 혼합된 다중 모드를 포함할 수 있다.

상기 제2 공진기는, 상기 제1 공진기와 공유되는 상기 이득물질; 상기 제1 공진기와 공유되고, 상기 제2 광경로의 일단에서 상기 제2 편광빔을 상기 편광기로 반사시키는 상기 제1 반사경; 및 상기 제2 광경로의 타단에서 상기 제2 편광빔을 상기 제2 광경로로 반사시키는 제3 반사경을 포함할 수 있다.

상기 제3 반사경은 상기 제2 반사경보다 높은 반사율을 가질 수 있다.

상기 레이저 시스템은, 상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이에 설치된 제1 렌즈부; 및 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이에 설치된 제2 렌즈부를 더 포함하고, 상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부의 초점거리는 상기 제1 공진기와 상기 제2 공진기가 상이한 레이저 발진 조건을 갖도록 설정될 수 있다.

상기 레이저 시스템은, 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이에 구비된 조리개를 더 포함할 수 있다.

상기 조리개는 도넛 모양의 공간 세기 분포를 갖는 라게르-가우시안 모드 레이저 빔의 발진을 차단할 수 있다.

상기 레이저 시스템은 상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이, 및 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이 중 적어도 하나에 설치되고, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔 중 적어도 하나의 손실을 조절하는 광학 소자를 더 포함할 수 있다.

상기 광학 소자는 음향 광학 조절기, 전기 광학 조절기 및 미세조절 조리개 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 펌핑부는 근본 가우시안 모드의 레이저 빔보다 큰 크기의 펌핑빔을 발생시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 펌핑빔을 발생하는 펌핑부; 상기 펌핑빔에 의해 빛을 발생하는 이득물질; 상기 펌핑부와 상기 이득물질 사이에 설치되고, 상기 펌핑빔을 상기 이득물질을 향해 투과시키는 제1 반사경; 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제1 편광빔을 제1 광경로로 제공하고, 상기 빛 중의 제2 편광빔을 제2 광경로로 제공하는 편광기; 상기 제1 광경로의 단부에 설치되고, 상기 제1 편광빔을 상기 편광기로 반사시키는 제2 반사경; 및 상기 제2 광경로의 단부에 설치되고, 상기 제2 편광빔을 상기 편광기로 반사시키는 제3 반사경을 포함하는 레이저 시스템이 제공된다.

상기 레이저 시스템은 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이에 구비된 제1 조리개를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 시스템은 상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이에 구비된 제2 조리개를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 시스템은 상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이, 및 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이 중 적어도 하나에 설치되는 광학 소자를 더 포함하고, 상기 광학 소자는, 상기 제1 반사경과 상기 제2 반사경 사이의 제1 광경로에서 공진하는 제1 레이저 빔, 및 상기 제1 반사경과 상기 제3 반사경 사이의 제2 광경로에서 공진하는 제2 레이저 빔 중 적어도 하나의 손실을 조절할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면 레이저 빔의 공간 모드(예컨대, 근본 가우시안 모드, 라게르-가우시안 모드, 이들 모드가 혼합된 다중 모드)를 다양하게 조절할 수 있다.

또한 본 발명의 실시 예에 의하면 저가의 광학 기구에 의해 다양한 빔 모양을 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있으며, 간단한 구조의 레이저 시스템에 의해 고출력 레이저 빔을 생성할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 고체 레이저 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성도이다.
도 4는 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 라게르-가우시안 모드 레이저 빔을 보여주는 이미지이다.
도 5는 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 다중 공간 모드 레이저 빔을 보여주는 이미지이다.
도 6은 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 근본 가우시안 모드 레이저 빔을 보여주는 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 레이저 빔의 공간 세기 분포를 공간 모드별로 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성도이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8의 실시 예에 따라 생성된 다양한 다중 공간 모드의 레이저 빔을 보여주는 이미지이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 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", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 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.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 시스템은 펌핑빔에 의해 이득물질(레이저 물질)에서 발생하는 빛 중의 제1 광(제1 편광빔) 및 제2 광(제2 편광빔)을 서로 다른 광경로에서 공진시켜 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔을 생성하는 제1 공진기(주공진기)와 제2 공진기(보조공진기)를 포함한다. 본 실시 예에 따른 레이저 시스템에서, 제2 공진기는 제1 공진기와 이득물질을 공유하도록 구성되고, 제2 공진기에 의해 이득물질의 공간 이득률 분포가 조절됨으로써, 제1 공진기에서 발진하는 제1 레이저 빔의 공간 모드가 조절된다.

제1 공진기와 제2 공진기 중 레이저 발진 문턱값에 이득물질의 이득률이 도달한 제2 공진기(즉 낮은 레이저 발진 문턱값을 갖는 공진기)에서 먼저 근본 가우시안 모드(저차 공간 모드)가 발진하게 된다. 이득물질 내부의 공간 이득률은 먼저 발진하기 시작하는 공간 모드에 의해 제한되므로, 제2 공진기에서 발진하는 저차 공간 모드에 의해 이득물질의 중심부 이득률이 제한된다. 이에 따라 레이저 발진 문턱값이 높은 다른 공진기(제1 공진기)에서는 저차 공간 모드의 이득률이 레이저 발진 문턱값을 넘지 못하게 되고, 제1 공진기에서는 제2 공진기에서 우선 발진한 저차 공간 모드와 겹치지 않는 다른 공간 세기 분포를 갖는 고차 공간 모드부터 발진하게 된다.

본 실시 예에 의하면, 제1 공진기 또는 제2 공진기 내에 삽입된 조리개, 음향 혹은 전기 광학소자 등의 간단한 광학 소자 등을 이용해서 이득물질의 공간 이득률 분포를 능동적으로 조절함으로써, 레이저 출력빔(제1 레이저 빔)의 공간 세기 분포를 간단하면서도 자유롭게 조절할 수 있으며, 중앙부 출력이 높은 근본 가우시안 모드(TEM00), 도넛모양의 공간 세기 분포를 갖는 라게르-가우시안 모드(LG01), 이들 모드가 혼합된 다중 모드 레이저 빔을 선택적으로 얻을 수 있다.

또한 본 실시 예에 의하면 공진기 내에 서로 다른 공간 모드를 임의로 섞을 수 있는 광학 소자(음향 광학 조절기, 전기 광학 조절기, 미세조절 조리개 등)를 삽입하여, 임의의 공간 세기 분포를 갖는 레이저 출력빔을 얻을 수도 있다. 또한 본 발명의 실시 예에 의하면 저가의 광학 기구에 의해 다양한 빔 모양을 갖는 레이저 빔을 생성할 수 있으며, 간단한 구조의 레이저 시스템에 의해 고출력 레이저 빔을 생성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)은 펌핑부(P), 제1 공진기(MR)(주공진기), 제2 공진기(AR)(보조공진기), 편광기(180) 및 제1 조리개(200)를 포함한다. 펌핑부(P)는 이득물질(150)을 펌핑하기 위한 펌핑빔을 발생한다. 일 실시 예로, 펌핑부(P)는 다이오드 펌핑 소스(110)와, 광학 렌즈부(120,130)를 포함할 수 있다. 일 예로, 다이오드 펌핑 소스(110)는 특정 파장(예를 들어, 808 nm)을 갖는 빔을 출력하는 다이오드 레이저(diode laser)로 제공될 수 있다.

다이오드 펌핑 소스(110)에 의해 발생된 빔은 광섬유를 통해 광학 렌즈부(120,130)로 제공될 수 있다. 다이오드 펌핑 소스(110)에 의해 발생된 빔은 광학 렌즈부(120,130)에 의해, 제1 공진기(MR)와 제2 공진기(AR)의 레이저 발진 조건에 맞는 크기를 갖는 펌핑빔으로 변형되어 이득물질(150)로 입사된다. 펌핑빔은 저차 공간 모드(예를 들어, 근본 가우시안 모드)와, 고차 공간 모드(예를 들어, 라게르-가우시안 모드)를 모두 발진시킬 수 있는 크기로 제공될 수 있다.

제1 공진기(MR)는 제1 반사경(140), 제2 반사경(170), 이득물질(150) 및 제1 렌즈부(160)를 포함할 수 있다. 일 실시 예로, 제1 공진기(MR)는 펌핑에 의해 이득물질(150)에서 발생하는 빛 중의 제1 광(예를 들어, 편광기(180)에 의해 편광된 제1 편광빔)을 제1 반사경(140)과 제2 반사경(170) 사이의 제1 광경로(LP1,LP2)에서 공진시킬 수 있다. 이에 따라 제1 공진기(MR)에서 발진하는 제1 레이저 빔이 생성될 수 있다.

제1 반사경(140)은 펌핑부(P)와 이득물질(150) 사이에 설치될 수 있다. 제1 반사경(140)은 제1 광경로(LP1,LP2)의 일단에서 펌프부(P)로부터 제공된 펌핑빔을 투과시켜 이득물질(150)로 제공하고, 제1 광경로(LP1,LP2)에서 제1 편광빔이 공진하여 제1 레이저 빔이 발진되도록, 제1 편광빔을 제1 광경로(LP1,LP2)로 반사시킨다. 제1 반사경(140)은 고반사율 거울로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 반사경(140)은 펌핑빔에 상응하는 파장(예컨대, 808 nm)의 빛을 높은 투과율(예컨대, 95% 이상)로 투과시키고, 제1 편광빔에 상응하는 파장(예컨대, 1064 nm)의 빛을 높은 반사율(예컨대, 99.8% 이상의 반사율)로 반사시킬 수 있다.

제2 반사경(170)은 제1 광경로(LP1,LP2)의 타단에서 제1 편광빔을 제1 광경로(LP1,LP2)로 반사시킬 수 있다. 제2 반사경(170)은 부분투과율 거울로 제공될 수 있다. 제2 반사경(170)은 제1 광경로(LP1,LP2)에서 공진하는 제1 레이저 빔의 일부를 투과하는 출력경으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 반사경(170)은 제1 편광빔에 상응하는 파장(예컨대, 1064 nm)의 빛을 제1 반사율(예컨대, 80% 반사율)로 반사시키고, 제1 편광빔에 의해 발진된 제1 레이저 빔을 예컨대, 20% 투과율로 투과시킬 수 있다.

이득물질(150)은 펌프부(110)에 의해 제공된 펌핑빔을 입사받고, 펌핑빔에 의해 펌핑되어 빛을 발생한다. 일 예로, 이득물질(150)은 희토류가 첨가된 이득물질(예컨대, Nd:YAG)로 제공될 수 있으나, 펌핑빔에 의해 펌핑되어 빛을 발생할 수 있는 것이라면, 이득물질(150)의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일 예로, 이득물질(150)은 고체 레이저 물질로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 레이저 물질로 제공될 수도 있다.

편광기(180)는 이득물질(150)과 제2 반사경(170) 사이에 설치된다. 편광기(180)는 펌핑에 의해 이득물질(150)에서 발생되는 빛을 제1 편광빔과 제2 편광빔으로 분할한다. 편광기(180)는 이득물질(150)에서 발생되는 빛 중의 제1 편광빔을 제1 광경로(LP1,LP2)로 제공하고, 이득물질(150)에서 발생되는 빛 중 제1 편광빔에 직교하는 제2 편광빔을 제2 공진기(AR)의 제2 광경로(LP1,LP3)로 제공할 수 있다. 일 예로, 편광기(180)는 제1 편광빔을 투과시키고, 제2 편광빔을 반사할 수 있다. 다른 예로, 편광기(180)는 제1 편광빔을 반사하고, 제2 편광빔을 투과하도록 제공될 수도 있다. 편광기(180)에 의해, 제1 편광빔은 제1 광경로(LP1,LP2)에서 발진하고, 제2 편광빔은 제2 광경로(LP1,LP3)에서 발진한다.

제1 렌즈부(160)는 편광기(180)와 제2 반사경(170) 사이에 설치될 수 있다. 제1 렌즈부(160)에 의해 제1 공진기(MR)의 레이저 발진 조건이 변화할 수 있다. 제1 렌즈부(160)의 초점거리, 위치에 따라 제1 공진기(MR)의 근본 가우시안 모드 레이저 빔의 크기가 변화될 수 있다. 일 실시 예로, 제1 렌즈부(160)는 평면 볼록 렌즈(plano-convex lens)로 제공될 수 있다.

제2 공진기(AR)는 제1 공진기(MR)에서 발진하는 제1 레이저 빔의 모양(공간 모드)을 조절하기 위해 제공될 수 있다. 제2 공진기(AR)는 제1 공진기(MR)와 이득물질(150)을 공유하도록 제1 공진기(MR)에 결합된다. 제2 공진기(AR)는 편광 등을 이용하여 제1 공진기(MR)와 다른 제2 광경로(LP1,LP3)를 통해 독립적으로 작동하여 제2 편광빔을 발진시키고, 이득물질(150)의 공간 레이저 이득 분포를 조절한다. 제2 공진기(AR)는 펌핑에 의해 이득물질(150)에서 발생하는 빛 중 제1 편광빔과 직교하는 제2 편광빔을 제2 광경로(LP1,LP3)에서 공진시키고, 발진된 제2 레이저 빔을 생성할 수 있다.

제2 공진기(AR)는 제1 반사경(140), 제3 반사경(210), 이득물질(150) 및 제2 렌즈부(190)를 포함한다. 제2 공진기(AR)는 이득물질(150)과 제1 반사경(140)을 제1 공진기(MR)와 공유하도록 구성된다. 제2 광경로(LP1,LP3)에서 제2 편광빔이 공진하여 제2 레이저 빔이 발진되도록, 제1 반사경(140)은 제2 광경로(LP1,LP3)의 일단에서 제2 편광빔을 편광기(180)로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 반사경(140)은 제2 편광빔에 상응하는 파장(예컨대, 1064 nm)의 빛을 높은 반사율(예컨대, 99.8% 이상의 반사율)로 반사시킬 수 있다.

제3 반사경(210)은 제2 광경로(LP1,LP3)의 타단에서 제2 편광빔을 제2 광경로(LP1,LP3)로 반사시킬 수 있다. 제3 반사경(210)은 부분투과율 거울로 제공될 수 있다. 제3 반사경(210)은 제2 광경로(LP1,LP3)에서 공진하는 제2 레이저 빔의 일부를 투과하는 출력경으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제3 반사경(210)은 제2 편광빔에 상응하는 파장(예컨대, 1064 nm)의 빛을 제2 반사율(예컨대, 95% 반사율)로 반사시키고, 제2 편광빔에 의해 발진된 제2 레이저 빔을 예컨대, 5% 투과율로 투과시킬 수 있다.

제1 공진기(MR)와 제2 공진기(AR)는 상이한 레이저 발진 조건(예컨대, 레이저 발진 문턱값)을 갖도록 설정될 수 있다. 이를 위해, 제3 반사경(210)은 제2 반사경(170)과 상이한 반사율을 가질 수 있다. 일 실시 예로, 제1 공진기(MR)보다 먼저 제2 공진기(AR)에서 저차 공간 모드가 발진하도록 하기 위하여, 제3 반사경(210)은 제2 반사경(170)보다 높은 반사율을 갖는 출력경으로 제공될 수 있다.

제2 렌즈부(190)는 편광기(180)와 제3 반사경(210) 사이에 설치될 수 있다. 제2 렌즈부(190)에 의해 제2 공진기(AR)의 레이저 발진 조건이 변화할 수 있다. 제2 렌즈부(190)의 초점거리, 위치에 따라 제2 공진기(AR)의 근본 가우시안 모드 레이저 빔의 크기가 변화될 수 있다. 일 실시 예로, 제2 렌즈부(190)는 평면 볼록 렌즈(plano-convex lens)로 제공될 수 있다.

제1 조리개(200)는 편광기(180)와 제3 반사경(210) 사이의 광경로(LP3)에 구비될 수 있다. 제1 조리개(200)는 개구 크기가 조절 가능하게 제공될 수 있다. 이득물질(150)의 공간 이득 분포를 조절하고 제1 공진기(MR)에서 발진하는 제1 레이저 빔의 공간 모양을 조절하기 위하여, 제1 조리개(200)는 제2 공진기(AR)에서 발진하는 제2 레이저 빔의 고차 공간 모드, 예컨대, 도넛 모양의 공간 세기 분포를 갖는 라게르-가우시안 모드 레이저 빔의 발진을 차단할 수 있다.

상술한 실시 예에 따른 레이저 시스템의 작동 원리에 대해 설명하면 다음과 같다. 펌핑에 의해 이득물질(150)에 흡수된 에너지는 낮은 에너지 레벨의 레이저 도핑 이온을 높은 에너지 레벨로 올려주게 되어, 이득물질(150)에서 높은 에너지 레벨에 존재하는 레이저 도핑 이온의 수가 점점 증가하게 된다. 따라서 이득물질(150) 내부에는 상위 레이저 레벨 이온 수에 비례하여 에너지가 점점 쌓이게 되어 레이저 증폭 이득이 점점 증가하게 된다. 이득물질(150)의 이득률 값이 제2 공진기(AR) 내부의 손실보다 커지는 문턱값 이상의 조건에 도달하면, 제2 공진기(AR)에서 제2 레이저 빔이 발진된다.

각 공진기(MR, AR)에서, 레이저 발진 문턱값은 공진기 구조와, 펌핑빔과 레이저빔 모드 사이의 겹침 효율, 그리고 부분투과율 반사경을 포함한 공진기 손실에 의존한다. 일 실시 예로, 제1 공진기(MR)에 반사율이 낮은 출력경(제2 반사경, 170)을 설치하고, 제2 공진기(AR)에 반사율이 높은 출력경(제3 반사경, 210)을 설치하면, 제2 공진기(AR)는 제1 공진기(MR)보다 낮은 레이저 발진 문턱값을 갖게 된다.

따라서 제2 공진기(AR)에서의 근본 가우시안 모드의 레이저 발진 문턱값이 제1 공진기(MR)보다 낮기 때문에, 이득물질(150)에 펌핑을 하면, 제2 공진기(MR)에서 제1 공진기(MR)보다 먼저 이득물질(150)의 이득률이 문턱값을 초과하게 되어 제2 레이저 빔이 발진하게 된다. 제2 공진기(MR)에서 발진하기 시작한 제2 레이저 빔의 공간 모드와 일치하는 이득물질(150) 내부의 상위 에너지 레벨 도핑 이온 수는 펌핑빔의 세기가 더 커진다 하더라도 더 이상 증가하지 않고 문턱값에 고정된다. 따라서, 제1 공진기(MR)에서는 고출력이 되더라도 근본 가우시안 모드가 발진을 하지 못하게 된다. 즉 제1 공진기(MR)에서의 제1 레이저 빔의 모양은 이득물질(150) 내부의 공간 이득률이 먼저 발진하기 시작하는 공간 모드에 의해 제한되므로, 이를 이용하여 제1 공진기(MR)에서 발진하는 레이저 빔의 공간 세기 분포를 조절할 수 있다.

좀더 상세히 설명하면, 펌핑빔의 모양은 빔의 중심이 가장 세기가 높은 가우시안 혹은 모자 형태(top-hat)를 가지고 있으며, 낮은 차수의 레이저 모드일수록 문턱값이 낮아 우선 발진하기 시작한다. 제1 조리개(200)를 개방한 상태로 근본 가우시안 모드(TEM00)와 라게르-가우시안 모드(LG01 등) 크기에 맞는 펌핑빔을 가해주면, 제2 공진기(MR)에서 발진하는 레이저 빔의 공간 모드는 근본 가우시안 모드(TEM00)와, 1차 라게르-가우시안 모드(LG01)가 공존하는 다중 모드 형태를 갖게 된다.

만약, 제2 공진기(AR)에서 근본 가우시안 모드(TEM00) 레이저 빔을 차단하지 않도록 하는 동시에 도넛 모양의 1차 라게르-가우시안 모드(LG01) 레이저 빔을 차단하도록 제1 조리개(200)의 개구 크기를 조절하면, 제2 공진기(AR)에서는 근본 가우시안 모드(TEM00)만 발진하게 되고, 근본 가우시안 모드(TEM00)로 레이저 빔이 발진함에 따라, 이득물질(150) 중심부의 이득 분포는 제2 공진기(AR)에서 발진하는 공간 모드에 의해 고정된다.

이때 이득물질(150)에 펌핑을 계속 가하게 되면, 이득물질(150) 내부에서 근본 가우시안 모드의 모양과 일치하는 곳(중심부)에서는 이득률이 발진 문턱값에 고정된 채로 더 이상 증가하지 않게 되고, 이득물질(150) 중심부에서 벗어난 부분은 계속 이득률이 증가하여, 상대적으로 빔 크기가 크고 근본 가우시안 모드와는 모양이 다른 n차(n은 1 이상의 정수) 라게르-가우시안 모드(예컨대, LG01 모드)의 이득률이 펌핑 출력에 따라 계속 증가하게 된다.

이에 따라, 제1 공진기(MR)에서 근본 가우시안 모드와 모양이 크게 다른 링 형태의 고차 모드는 펌핑값이 문턱값을 넘을 수 있게 되고, 제1 공진기(MR)에서는 저차 공간 모드인 근본 가우시안 모드가 아니라, 도넛 모양의 공간 분포를 갖는 1차 라게르-가우시안 모드(LG01)의 레이저 빔이 발진하게 된다. 이와 같이, 제2 공진기(AR) 내에 삽입된 제1 조리개(200)의 직경을 조절하여 제2 공진기(AR)에서 고차 공간 모드의 발진을 막아 주면, 제2 공진기(AR)에서는 근본 가우시안 모드만 발진하게 되며, 이득물질(150)의 이득 분포가 링 형태를 갖게 된다.

만약, 제2 공진기(AR)에서 레이저가 발진하지 못하도록 제1 조리개(200)를 완전히 닫은 상태로, 근본 가우시안 모드의 레이저 빔보다 큰 크기로 펌핑빔을 이득물질(150)에 펌핑하면, 제1 공진기(MR)에서는 근본 가우시안 모드(TEM00)와 1차 라게르-가우시안 모드(LG01) 등의 고차 모드가 동시에 발진하는 다중 모드의 레이저 빔이 발생된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성도이다. 도 3의 실시 예를 설명함에 있어서, 도 2의 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)은 제1 공진기(MR)에 제2 조리개(220)가 설치되어 있는 점에서, 도 2의 실시 예와 차이가 있다. 제2 조리개(220)는 편광기(180)와 제2 반사경(170) 사이의 제1 광경로(LP2)에 설치될 수 있다. 제2 조리개(220)는 제1 공진기(MR)에서 발진하는 제1 레이저 빔의 모양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 조리개(220)는 개구 크기에 따라 고차 모드 빔을 차단할 수 있다.

도 4는 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 라게르-가우시안 모드 레이저 빔을 보여주는 이미지이다. 도 5는 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 다중 공간 모드 레이저 빔을 보여주는 이미지이다. 도 6은 도 3의 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 근본 가우시안 모드 레이저 빔을 보여주는 이미지이다. 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)에 의해 생성된 레이저 빔의 공간 세기 분포를 공간 모드별로 보여주는 그래프이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 도 2의 실시 예에서 설명한 바와 같이, 제1 조리개(200)를 부분적으로 닫아 제2 공진기(AR)에서 고차 공간 모드를 차단하여 이득물질(150)에 펌핑을 하면, 제2 공진기(AR)에서는 근본 가우시안 모드(TEM00)가 발진하고, 제1 공진기(MR)에서는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 도넛 형상을 갖는 라게르-가우시안 모드(LG01)의 고차 공간 모드가 발진한다. 도 7에서, 가로축은 레이저 빔의 중앙으로부터의 변위이고, 세로축은 레이저 빔의 세기를 정규화한 값이다.

이때, 제2 공진기(AR)에서 레이저가 발진하지 못하도록 제1 조리개(200)를 완전히 닫고, 제2 조리개(220)를 완전히 개방하면, 제1 공진기(MR)에서는 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 근본 가우시안 모드(TEM00)와 1차 라게르-가우시안 모드(LG01) 등의 고차 공간 모드가 동시에 발진하는 다중 모드(Multimode)의 레이저 빔이 발생된다. 여기서 다시 제2 공진기(AR)에 설치된 제1 조리개(200)를 닫은 상태로, 제1 공진기(MR)에 설치된 제2 조리개(220)의 직경을 조절하여(부분적으로 개방) 고차 공간 모드의 발진을 막으면, 제1 공진기(MR)에서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 중앙 부분의 출력이 큰 근본 가우시안 모드(TEM00)가 발진하게 된다.

따라서 본 실시 예에 의하면, 다른 조건의 변화 없이 공진기(MR,AR) 내부에 삽입된 두 조리개(200, 220)의 개폐 및 개구 크기를 조절하는 간단한 방법으로 레이저 시스템(100)의 제1 공진기(MR)로부터 나오는 빔(제1 레이저 빔)의 모양을 근본 가우시안 모드(TEM00), 1차 라게르-가우시안 모드(LG01), 혹은 이들이 혼합된 다중 공간 모드로 자유롭게 조절할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 레이저 시스템(100)의 구성도이다. 도 9a 내지 도 9d는 도 8의 실시 예에 따라 생성된 다양한 다중 공간 모드의 레이저 빔을 보여주는 도면이다. 도 8의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 8의 실시 예에 따른 레이저 시스템은 제2 공진기(AR)에 제2 레이저 빔의 손실을 조절하기 위한 광학 소자(230)가 설치되어 있는 점에서, 앞서 설명한 실시 예와 차이가 있다.

광학 소자(230)는 제1 조리개(200)와 제3 반사경(210) 사이에 배치되어 있으나, 광학 소자(230)는 편광기(180)와 제2 렌즈부(190) 사이에 배치될 수도 있다. 광학 소자(230)는 제2 레이저 빔의 세기 또는 손실(공진기 손실)을 능동적으로 조절하여, 제1 공진기(MR)와 제2 공진기(AR)의 근본 모드의 레이저 발진 문턱값 차이를 미세하게 조절할 수 있다. 일 실시 예로, 광학 소자(230)는 음향 광학 조절기(acousto-optic modulator), 전기 광학 조절기(electro-optic modulator) 또는 미세하게 구멍 크기의 조절이 가능한 미세조절 조리개로 제공될 수 있다.

광학 소자(230)에 의해 제1 공진기(MR)와 제2 공진기(AR)의 레이저 발진 문턱값 차이를 미세하게 조절하면, 제2 공진기(AR)에서 근본 가우시안 모드가 발진하더라도 제1 공진기(MR)에서 근본 가우시안 모드가 발진하도록 만들 수 있다. 이때 제1 공진기(MR)에서 발진하는 레이저 빔의 근본 가우시안 모드와 라게르-가우시안 모드의 세기의 비는 두 공진기(MR,AR)의 레이저 발진 문턱값 차이에 의해 결정된다. 따라서 광학 소자(230)에 의하여, 도 9a 내지 도 9d와 같이, 제1 공진기(MR)에서 근본 가우시안 모드(TEM00)와 1차 라게르-가우시안 모드(LG01)가 원하는 비율로 섞여 있는 빔 모양을 생성시킬 수 있다.

이와 같이 두 개의 공간 모드가 적정한 비율로 섞여 있는 레이저 빔은 도시되지 않은 출력 증폭기를 통해 고출력으로 증폭 시에 매우 유리하다. 즉 레이저 빔의 증폭율은 빛의 세기가 클수록 커지는데, 가우시안 빔은 중앙부 출력이 가장 높아서 가운데 부분의 증폭이 더 크게 되고, 끝으로 갈수록 증폭률이 작아져 증폭 후에 빔 모양이 왜곡되게 되고 빔질이 나빠지게 된다. 그뿐 아니라 가운데 부분의 세기가 지나치게 빨리 증가하여, 충분한 에너지를 증폭하기도 전에 레이저 결정의 손상을 입게 된다.

하지만 본 실시 예에 따라 근본 가우시안 모드(TEM00)와 라게르-가우시안 모드(LG01)가 원하는 비율로 섞여져 적절하게 공간적 분포가 잘 만들어진 레이저 빔의 경우, 출력 증폭기를 통한 고출력 증폭시에, 증폭률을 공간적으로 균일하게 할 수 있을 뿐 아니라, 증폭된 빔의 세기가 공간적으로 균일해지므로 높은 빛의 세기에 의한 손상이 일어나기 전까지 더 많은 에너지를 얻어낼 수 있다.

도 8의 실시 예에서, 광학 소자(230)는 제2 공진기(AR)에 삽입되어 있으나, 다른 실시 예로, 광학 소자(230)를 제1 공진기(MR), 즉 편광기(180)와 제2 반사경(170) 사이에 삽입하여, 제1 레이저 빔의 세기 또는 손실(제1 공진기 손실)을 조절함으로써, 제1 공진기(MR)와 제2 공진기(AR)의 레이저 발진 문턱값 차이를 조절하는 것도 가능하다.

근본 가우시안 모드와 1차 라게르-가우시안 모드 발진 선택에서 더 나아가, 제1 공진기(MR)의 발진 모드가 n차 고차 모드까지 발진하도록 조절하고, 제2 공진기(AR)에서 제1 조리개(220)를 조절하여 (n-1)차 이하의 공간 모드가 모두 발진하도록 하여, 제1 공진기(AR)에서 n차 라게르-가우시안 모드만 발진시키는 것도 가능하다. 도시되지 않았으나, 공진기 내부에 다른 광학 기구(예를 들어, Q-스위치 등)를 삽입하여, 레이저 빔의 공간적 특성뿐 아니라 시간적 특성, 출력 특성을 조절하는 것도 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 예에 의하면 공진기 내에 조리개, 음향 혹은 전기 광학소자 등의 간단한 광학 소자 등을 이용해서 이득물질의 공간 이득률 분포를 능동적으로 조절함으로써, 레이저 출력빔의 공간 세기 분포를 간단하면서도 자유롭게 조절할 수 있으며, 레이저 빔의 공간 모드를 중앙부 출력이 높은 근본 가우시안 모드(TEM00), 도넛모양의 공간 세기 분포를 갖는 라게르-가우시안 모드(LG01), 이들 모드가 혼합된 다중 공간 모드 등으로 자유롭게 조절할 수 있다.

또한 본 실시 예에 의하면 펌핑빔과 제2 공진기(AR)에 삽입된 제1 조리개(200) 구멍의 크기를 (n-1)차 공간 모드에 상응하는 크기로 키우는 것에 의하여, 별다른 광학 소자를 사용하지 않고도 쉽게 제1 공진기(MR)로부터 n차 라게르-가우시안 모드를 생성할 수 있다. 또한 본 실시 예에 의하면 저가의 광학 기구들(조리개, 편광기, 반사경)을 사용하여 간단한 레이저 시스템에 의하여 레이저 빔의 공간 모드(빔 모양)를 자유롭게 선택할 수 있으며, 레이저 시스템을 저가로 쉽게 구성할 수 있다.

또한 본 실시 예에 의하면 공진기 내에 공진기 손실을 조절할 수 있는 광학 소자(예를 들면, 음향 광학 조절기 등)를 삽입하여, 서로 다른 공간 모드의 빔을 임의로 섞음으로써, 근본 가우시안 모드와 1차 라게르-가우시안 모드가 원하는 비율로 섞여 있는 임의의 공간 세기 분포를 갖는 레이저 출력빔을 얻을 수 있다. 또한 적절한 공간 세기 분포를 갖는 레이저 빔을 고출력 레이저 증폭기에 입사시키는 경우에 있어, 빔의 증폭률을 공간적으로 균일하게 할 수 있을 뿐 아니라, 증폭된 빔의 세기가 공간적으로 균일해지므로 높은 빛의 세기에 의한 손상이 일어나기 전까지 더 많은 에너지를 얻어낼 수 있어, 간단한 구조의 레이저 시스템에 의해 고출력 레이저 빔을 생성할 수 있다. 또한 공간위상 조절기와 같은 광학 소자는 사용되는 재료의 특성상 레이저 손상 문턱치가 매우 낮아 고출력 레이저 작동에 사용할 수 없지만, 본 실시 예에서 사용되는 광학 부품들은 레이저 손상 문턱치가 매우 높으므로, 고출력 레이저 작동에도 문제가 전혀 없다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

P: 펌핑부
MR: 제1 공진기
AR: 제2 공진기
LP1,LP2: 제1 광경로
LP1,LP3: 제2 광경로
110: 다이오드 펌핑 소스
120, 130: 광학 렌즈
140: 제1 반사경
150: 이득물질
160: 제1 렌즈부
170: 제2 반사경
180: 편광기
190: 제2 렌즈부
200: 제1 조리개
220: 제2 조리개
230: 광학 소자

Claims

펌핑빔을 발생하는 펌핑부;
상기 펌핑빔에 의해 빛을 발생하는 이득물질을 포함하고, 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제1 광을 제1 광경로에서 공진시켜 제1 레이저 빔을 생성하는 제1 공진기;
상기 펌핑빔에 의해 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제2 광을 제2 광경로에서 공진시켜 제2 레이저 빔을 생성하며, 레이저 발진 문턱값이 상기 제1 공진기보다 작은 제2 공진기; 및
상기 제1 광경로와 상기 제2 광경로의 분기점에 설치되는 편광기;를 포함하며,
상기 제1 공진기는, 상기 이득물질; 상기 펌핑부와 상기 이득물질 사이에 설치되고, 상기 제1 광경로의 일단에서 상기 제1 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제1 반사경; 및 상기 제1 광경로의 타단에서 상기 제1 광을 상기 제1 광경로로 반사시키는 제2 반사경;을 포함하고,
상기 제2 공진기는, 상기 제1 공진기와 공유되는 상기 이득물질; 상기 제1 공진기와 공유되고, 상기 제2 광경로의 일단에서 상기 제2 광을 상기 편광기로 반사시키는 상기 제1 반사경; 및 상기 제2 광경로의 타단에서 상기 제2 광을 상기 제2 광경로로 반사시키는 제3 반사경;을 포함하며,
상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이에 구비되고, 개구 크기가 조절 가능하게 제공되는 제1 조리개;를 더 포함하는 레이저 시스템.
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삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 광은 상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제1 편광빔을 포함하고,
상기 제2 광은 상기 빛 중에서 상기 제1 편광빔에 직교하는 제2 편광빔을 포함하며,
상기 편광기는, 상기 이득물질과 상기 제2 반사경 사이에 설치되고, 상기 제1 편광빔을 상기 제1 광경로로 제공하고, 상기 제2 편광빔을 상기 제2 광경로로 제공하는 레이저 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이에 구비된 제2 조리개;를 더 포함하는 레이저 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 제2 조리개의 개구 크기에 따라 상이한 공간 모드의 상기 제1 레이저 빔을 발진시키는 레이저 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 공간 모드는 근본 가우시안 모드, 라게르-가우시안 모드, 및 상기 근본 가우시안 모드와 라게르-가우시안 모드가 혼합된 다중 모드를 포함하는 레이저 시스템.
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제1 항에 있어서,
상기 제3 반사경은 상기 제2 반사경보다 높은 반사율을 갖는 레이저 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이에 설치된 제1 렌즈부; 및
상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이에 설치된 제2 렌즈부를 더 포함하고,
상기 제1 렌즈부와 상기 제2 렌즈부의 초점거리는 상기 제1 공진기와 상기 제2 공진기가 상이한 레이저 발진 조건을 갖도록 설정되는 레이저 시스템.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 조리개는 도넛 모양의 공간 세기 분포를 갖는 라게르-가우시안 모드 레이저 빔의 발진을 차단하는 레이저 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이, 및 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이 중 적어도 하나에 설치되고, 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔 중 적어도 하나의 손실을 조절하는 광학 소자를 더 포함하는 레이저 시스템.
제13 항에 있어서,
상기 광학 소자는 음향 광학 조절기, 전기 광학 조절기 및 미세조절 조리개 중의 적어도 하나를 포함하는 레이저 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 펌핑부는 근본 가우시안 모드의 레이저 빔보다 큰 크기의 펌핑빔을 발생시키는 레이저 시스템.
펌핑빔을 발생하는 펌핑부;
상기 펌핑빔에 의해 빛을 발생하는 이득물질;
상기 펌핑부와 상기 이득물질 사이에 설치되고, 상기 펌핑빔을 상기 이득물질을 향해 투과시키는 제1 반사경;
상기 이득물질에서 발생하는 상기 빛 중의 제1 편광빔을 제1 광경로로 제공하고, 상기 빛 중의 제2 편광빔을 제2 광경로로 제공하는 편광기;
상기 제1 광경로의 단부에 설치되고, 상기 제1 편광빔을 상기 편광기로 반사시키는 제2 반사경;
상기 제2 광경로의 단부에 설치되고, 상기 제2 편광빔을 상기 편광기로 반사시키는 제3 반사경; 및
상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이에 구비되고, 개구 크기가 조절 가능하게 제공되는 제1 조리개;를 포함하는 레이저 시스템.
삭제
제16 항에 있어서,
상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이에 구비되고, 개구 크기가 조절 가능하게 제공되는 제2 조리개;를 더 포함하는 레이저 시스템.
제16 항에 있어서,
상기 편광기와 상기 제2 반사경 사이, 및 상기 편광기와 상기 제3 반사경 사이 중 적어도 하나에 설치되는 광학 소자를 더 포함하고,
상기 광학 소자는, 상기 제1 반사경과 상기 제2 반사경 사이의 제1 광경로에서 공진하는 제1 레이저 빔, 및 상기 제1 반사경과 상기 제3 반사경 사이의 제2 광경로에서 공진하는 제2 레이저 빔 중 적어도 하나의 손실을 조절하는 레이저 시스템.
제19 항에 있어서,
상기 광학 소자는 음향 광학 조절기, 전기 광학 조절기 및 미세조절 조리개 중의 적어도 하나를 포함하는 레이저 시스템.