KR102116021B1 - 서브-나노초 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템 - Google Patents

서브-나노초 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102116021B1
KR102116021B1 KR1020177027088A KR20177027088A KR102116021B1 KR 102116021 B1 KR102116021 B1 KR 102116021B1 KR 1020177027088 A KR1020177027088 A KR 1020177027088A KR 20177027088 A KR20177027088 A KR 20177027088A KR 102116021 B1 KR102116021 B1 KR 102116021B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
pulses
series
pulse
generating
Prior art date
Application number
KR1020177027088A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170120162A (ko
Inventor
마르코 타글리아페리
파비오 팔레리
파비오 까노네
루카 체리
Original Assignee
콴타 시스템 에스.피.에이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콴타 시스템 에스.피.에이. filed Critical 콴타 시스템 에스.피.에이.
Publication of KR20170120162A publication Critical patent/KR20170120162A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102116021B1 publication Critical patent/KR102116021B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08081—Unstable resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
    • H01S3/092—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10084—Frequency control by seeding
    • H01S3/10092—Coherent seed, e.g. injection locking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1301—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers
    • H01S3/13013—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude in optical amplifiers by controlling the optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/1305—Feedback control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

증폭기에 주입 펄스를 공급하는 레이저 생성기를 포함하는 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템이 제공되며, 상기 증폭기는 제 1 미러(mirror)와, 상기 제 1 미러에 대향하는 제 2 출력 미러 사이에서 싸여진 이득 매질 및 상기 제 1 미러 부근에 세팅된 광학 스위치를 포함하고; 상기 레이저 시스템은, 상기 증폭기는 불안정 레이저 공진기이고, 상기 주입 펄스는 상기 광학 스위치의 개방과 동기하여 상기 레이저 공진기에 공급되고; 상기 일련의 레이저 펄스들은 2ns 이하의 지속기간 및 100mJ 보다 높고 상기 일련의 펄스들 중 임의의 다른 펄스의 에너지보다 적어도 3배 높은 에너지를 갖는 적어도 하나의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

서브-나노초 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템
본 발명은 1 나노초 보다 짧은 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템에 관한 것이다. 특히, 높은 에너지, 즉 100mJ 보다 높은 레이저 펄스들 및 수 기가와트 정도, 보다 정밀하게는, 수백 메가와트 내지 수 기가와트 범위의 피크 전력들을 생성하기 위한 것이다.
레이저 에너지는 원격통신들, 산업 애플리케이션들, 과학 연구 및 다수의 다른 것들과 같이 계속 증가하는 수의 부문들에 적용된다. 특히, 의료 부문에서, 레이저들은 외과 및 성형 수술들에서의 유용함이 입증되었다.
레이저와 생물학적 조직 사이의 상호작용은, 예를 들어, 감광성 물질들의 사용(예를 들어, 광역학 요법)을 이용하는 광화학적 유형, 말하자면, 빛 에너지가 열로 변환될 때의 광열(photothermal) 유형 또는 (예를 들어, 쇄석술 또는 문신의 착색제들의 파괴를 위해) 타겟 조직을 기계적으로 분해하여 그것을 파괴하는, 말하자면, 빛 파(light wave)들이 음향 파들로 변환될 때의 광음향(photoacoustic) 유형으로 이루어진다. 예를 들어, 착색제와 같이 생물학적 조직에 존재하는 입자에 의한 레이저 방사선(laser radiation)의 흡수는 심지어 900℃에 도달할 수 있는 온도들을 갖는 급속 가열을 생성한다(Basics in Dermatological Laser Applications, Inja Bogdan Allemann, D.J. Goldberg ― 2011).
레이저 방사선의 에너지에 의해 유도된 가열은 "광열 효과(photothermal effect)"란 명칭을 갖는다. 입자가 가열되면, 그것은 열팽창을 겪는다. 이 현상을 유도하는 레이저 소스들은 특히, 입자의 매우 급속한 가열을 생성하는 Q-스위칭 현상을 이용하는 수십 나노초 정도의 펄스들을 갖는 펄스 레짐(pulsed regime)에서 동작하는 소스들이다. 급속 가열은 음향 충격파를 생성하는 폭력적인 팽창을 초래한다. 음향 충격파의 생성은 "광음향 효과(photoacoustic effect)"란 명칭을 갖는다. 타겟 입자에 충돌하는 레이저 에너지의 플루언스(fluence)가 충분한 경우, 생성된 충격파는 입자의 균열 임계치를 초과하는 파괴력을 가지며, 이에 따라 그의 단편화(fragmentation)를 유발한다. 그런 다음, 생성된 단편들은 대식세포에 의해 식균 작용을 생성하고 림프관들을 통해 제거된다. 광음향 효과의 효율은, 광음향 효과가 더 효율적일수록, 타겟 입자 내에서 음향 파의 전파 시간에 대한 레이저 펄스의 지속기간이 더 짧다는 것을 확립하는 구속 계수(confinement coefficient)에 의존한다. 타깃 입자 내에서의 음향 파의 전파 시간은 입자 자체의 직경(2r) 및 그 내부의 파(wave)의 전파 속도에 의존한다. 따라서, 레이저 펄스의 지속기간(τ)은 상이한 직경의 입자들의 단편화를 위한 기본 파라미터이다. 예를 들어, 수 마이크론의 직경의 입자들은 수백 피코초 정도의 지속기간의 펄스들을 갖는 레이저 에너지를 사용하여 파괴될 수 있다. 이러한 짧은 지속기간의 펄스들 이외에도, 입자들의 단편화를 위해, 높은 에너지 레이저 펄스들이 필요하다. 실제로, 광음향 효과를 생성하기 위해서는 충분한 플루언스가 요구된다는 사실과 별개로, 단편화될 입자들이 피부의 표면 아래에 로케이팅된다는 것이 고려되어야 한다. 시뮬레이션은, 1064-nm 레이저 방사선의 경우, 레이저 방사선의 25%-10%만이 각각, 피부의 표면 아래 2mm-3mm의 깊이까지 침투할 수 있다는 것을 보여준다. 그런 다음, 요구되는 처리(treatment)의 플루언스들은 평방 센티미터 당 대략 몇 줄(joules)(2-4 J/cm2)이며, 이는 펄스 당 수백 밀리줄 이상의 레이저 에너지의 방출을 초래한다.
결과적으로, 문신들, 착색된 양성 병소, 혈관 병소의 제거, 반흔 조직의 처리와 같은 미적-의학적 애플리케이션들에서, 플루언스 및 펄스들의 지속기간의 전술한 특성들 외에도, 시간에 걸친 극도의 안정성, 급속 통합, 낮은 비용들 및 유지보수의 용이성이 존재하는 레이저 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 문헌에서, 수백 밀리줄 정도의 에너지를 갖는 서브-나노초 펄스들을 생성할 수 있지만, 그의 광학 구조가 복잡하고, 불안정하며, 쉽게 통합 가능하지 않은 레이저 솔루션들이 제안되었다(US7586957, WO2013158299 및 WO2014027316).
높은 피크 전력을 갖는 서브-나노초 펄스들의 트레인(train)을 생성할 수 있는 솔루션은 US73914794 B2에 설명되며, 여기서 주파수 복제에 사용되는 펄스-주입식 Q-스위치 레이저(pulse-injected Q-switched laser)가 설명된다. 이 경우, 증폭기는 수백 피코초의 지속기간의 레이저 펄스로 주입된다. 이러한 방식으로, Q-스위칭 펄스 대신에, Q-스위치 펄스의 것과 동일한 총 지속기간 및 강화된 피크 전력을 갖는 펄스 트레인(pulse train)이 생성된다. 이 결과는 US73917954에서 명백해진 바와 같이 주파수 변환에 확실히 유리하지만, 이 솔루션은 단일 펄스를 생성하는 것이 아니라 펄스 구조(그의 콘트라스트(contrast)(즉, 다른 펄스들 및 가장 활발한(energetic) 펄스의 세기의 비)가 정의되지 않음)를 생성한다는 것이 당업자에게 자명하다. 서브-나노초 지속기간을 가지며 시간에 걸쳐 안정적인 하나의 매우 활발한 펄스를 갖는 조건은, 광음향 상호작용에 의해 생물학적 조직의 깊은 영역들에 존재하는 입자들의 단편화에 필요한 조건이다.
본 발명의 목적은 전술한 펄스 트레인의 전체 에너지의 60% 초과가 1 나노초 보다 짧은 지속기간을 갖는 메인 펄스에 포함되는 것을 특징으로 하는 펄스 트레인을 생성하는 것이다.
다른 목적은 트레인의 전술한 메인 펄스와 다른 펄스 사이에 에너지의 견지에서 현저한 콘트라스트를 갖는 전술한 유형의 펄스 트레인을 획득하는 것이다.
또 다른 목적은 반복 가능하고 시간에 걸쳐 안정적인, 위에서 설명된 바와 같은 펄스 트레인을 생성할 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간결하고 쉽게 통합될 수 있는 레이저 시스템을 제공하는 것이다.
다른 목적들은, 높은 에너지를 갖는, 즉 100mJ 보다 높고 최대 1.5J에 이르는 레이저 펄스들 및 몇 기가와트 정도, 보다 정밀하게는, 수백 메가와트 내지 수 기가와트 범위의 피크 전력들을 생성하기 위한 레이저 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 위의 목적들 및 다른 것들은 첨부된 청구항들에 특정된 것에 의해 여전히 달성된다.
본원에서 설명되는 레이저 시스템은 주입 레이저에 의해 생성된 펄스들을 증폭하는 Q-스위칭 레짐에서 동작하는 공진기에 의한 펄스들의 증폭에 기초하며, 이 주입 레이저는 10ps 보다 크거나 동등한 에너지를 갖는 서브-나노초 지속기간(100ps-2ns)의 펄스들을 생성할 수 있다. 이점은 불안정한 공진기를 사용한다는 것이며, 이는 적절한 광학 솔루션에 의해 도달되는 높은 이득 덕분에, 그것이 제어 가능하고 충분히 높은 피크를 갖는 높은-에너지 펄스 트레인을 생성한다는 것이 밝혀졌기 때문에 특히 유리한 것으로 판명되었다. 원하는 동작 조건들은 적절한 제어 전자 장치를 통해 획득된다.
본 특허에서 제안된 솔루션은 매우 간결하고 안정한 아키텍처를 사용하여 매우 활동적인 서브-나노초 펄스들을 생성할 수 있는 레이저 시스템으로 구성되어, 그것이 관심의 애플리케이션 분야에 이상적이 되게 한다. 유리하게는, 생성된 펄스 트레인은 상이한 중요한 동작 조건을 생성하도록 공진기의 이득에 작용함으로써 제어될 수 있으며, 이는 전용 자동 제어 시스템에 의해 장기간에 정지상태로(stationary) 그리고 반복 가능하게 될 수 있다. 이 솔루션은 100ps 내지 2ns에 포함되는 범위의 지속기간을 갖는 펄스들을 생성할 수 있다. 위에서 설명된 광음향 효과의 특성들을 고려하여, 이 넓은 시간 범위는 단일 프로세스에서, 상이한 직경(0.6㎛-12㎛)의 입자들의 단편화를 가능하게 한다. 또한, 적절한 주파수에서 펄스 트레인을 생성하는 가능성은 광음향 프로세스를 훨씬 더 효율적이 되게 한다. 실제로, 이중-펄스 조건을 이용함으로써, 광음향 프로세스의 강화를 유도하여, 특정 애플리케이션들에서 레이저 시스템의 효과성을 증가시키는 것이 가능하다는 것을 알게 될 것이다. 이러한 가능성은 제안된 솔루션이 생물학적 조직에 덜 침습적이 되게 하는 동시에, 타겟 입자들의 단편화에 대해 더 효과적이 되게 한다.
광음향 상호작용에 기초한 미적-의학 애플리케이션들의 분야에서, 본 발명은 종래 기술보다 상당한 이점 나타내어, 고정된 지속기간의 펄스들을 생성할 수 있는 서브-나노초 펄스들을 갖는 소스의 사용으로부터 유도되는 제한들이 극복되는 것을 가능하게 한다. 시스템의 간결성 및 신뢰도의 견지에서의 개선이 획득된다.
본 발명의 특성들 및 이점들은 첨부된 도면들에서 비-제한적인 예로 예시되는, 본 발명의 실질적인 실시예의 후속하는 상세한 설명으로부터 명확하게 드러날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따라, 레이저 공진기에 커플링된 레이저 생성기의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 변형예 따라, 레이저 공진기에 커플링된 레이저 생성기의 블록도를 도시한다.
도 4는 생성된 펄스 트레인의, 고해상도 오실로스코프(Agilent MSOX4104A)를 통해 취득된 이미지를 도시한다.
도 5는 본 발명의 변형 실시예에 따라, 레이저 공진기의 이득이 변함에 따라 획득된 펄스들의 실제 엔벨로프들의 일부 그래프들을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따라, 레이저 증폭기의 제어 회로의 블록도를 도시한다.
첨부된 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저 시스템은 증폭기(10), 광학 주입 소스(11) 및 제어 전자 장치(12)를 포함한다.
증폭기(10)는, 높은 반사율(>99%)을 갖는 제 1 미러(20), 바람직하게는, 1/4 파장 플레이트 및 포켈스 셀(Pockels cell)(potassium dideuterium phosphate)을 포함하는 전자-광학 스위치(21), 및 편광기(22), 이득 매질(23), 및 예를 들어, 제 1 미러(20)에 대향하게 세팅된, 4%의 커플링 계수를 갖는 제 2 출력 미러(24)를 연속적으로 포함하는, Q-스위칭 레짐에서 동작하는 불안정 공진기에 의해 획득된다. 바람직하게는, 그것은 또한, 전력 레귤레이터로서 기능하는 반파장 플레이트(25)를 포함한다.
위에서 나열된 모든 엘리먼트들은 증폭기(10)의 축(26)을 따라 배열된다.
이득 매질(23)은 확산 펌핑 챔버에 하우징되는 Nd:YAG 바(bar)(1.1% 도핑으로 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가닛)이다. 펌핑 소스는 플래시 램프(35)로 구성된다.
Nd:YAG 바에 대한 대안으로서, 비-제한적인 예로서, Nd:YAP, Nd:YAI03, Nd:YLF, Nd:KGW, 루비 또는 그렇지 않으면 Er, Yb, Tm 및 Ho와 같이, 상이한 메트릭들의 다른 이득 매질을 이용하는 것이 가능하다. 이것은 상이한 레이저 파장들의 생성을 가능하게 한다.
주입 소스(11)는, 본 실시예의 설명에서 3.3ns과 동일한 증폭기의 펄스의 왕복 비행 시간("라운드-트립 시간(round-trip time)"으로서 지칭됨) 보다 임의로 짧은 지속기간 및 미리 결정된 파장을 갖는 증폭기(10)에 대한 주입 펄스를 생성하는 기능을 갖는다. 2ns와 5ns 사이에 포함되는 값들은 동일하게 유효하여 유사한 성능을 획득한다. 광학 길이와 같은 증폭기의 광학 파라미터들을 변동시킴으로써, 상술된 값을 증가 또는 감소시키는 것이 가능하다는 것이 알려져있다.
예로서, 소스(11)는 레이저 소스(15), 격리기(16) 및 미러(17)를 연속적으로 포함한다.
주입 소스(11)로서 증폭에 유용한 스펙트럼 특성들을 보장하도록 획득된 반도체 레이저를 사용하는 것이 가능하다. 그것은 100ps의 지속기간 동안 수십 피코줄 정도의 에너지 펄스들을 생성하는 1/10 와트 정도의 피크 전력 값들을 가져야 한다. 이 경우, 주입 레이저(11)는 반도체-다이오드 레이저(15b) 및 격리기(18)를 포함하고, 레이저 빔을 편광기(22) 상에 지향시키는 광섬유(19)에 의해 증폭기(10)에 커플링된다. 커플링 섬유는 바람직하게는, 단일 모드(SM) 편광-유지(polarization-maintaining ; PM) 섬유이다.
가능한 실시예에서, 펄스는 상용 소스(11) 즉, 약 40μJ의 에너지, 1064nm의 파장 및 450ps의 지속기간을 갖는 Bright Solutions S.r.l.에 의해 제조된 모델 "Wedge XF"에 의해 생성된다. 생성된 펄스들은 선형 편광을 가지며 200:1 보다 높은 소광비를 갖는다. 주입 소스의 방출 스펙트럼은 1064.1nm를 중심으로 하는 대역 및 0.166nm의 반치전폭(full width at half maximum; FWHM)를 갖는다. 주입 펄스의 부재시에 (전기-광학 스위치(21)가 공급된 상태에서) 공진기(10)에 의해 생성된 펄스는 1064nm에서 약 6ns의 지속기간 및 1.5J까지의 에너지를 갖는다. 이와 같이 구성된 공진기는 주입되든지 또는 안되든지 간에, 10Hz의 반복 주파수에서의 동작에 대해 최적화된다.
주입 소스의 방출 스펙트럼은 증폭기의 이득 스펙트럼과 호환 가능해야 하는데, 즉, 1064.1nm의 파장 및 120GHz 보다 작은 FWHM을 가져야 한다. 이러한 조건들은, 주입기(11)가 다른 레이아웃들(US 5,838,701)에서 흔히 사용되는 것과 같은 협-대역 주입기가 아니라는 것을 나타낸다.
주입 동작을 보장하기 위해, 커플링된 에너지의 값(캐비티 모드와의 공간 중첩, 증폭기의 대역폭과의 스펙트럼 중첩)은 주입 순간에 캐비티에 존재하는 값 보다 높은 세기를 생성해야 한다. 특히, 전기-광학 스위치(21)가 개방된 순간에 펄스가 주입되면, 이 순간에, 캐비티 내의 방사선은 활성 매질(23)의 자연 방출(spontaneous emission)만에 의해 구성되므로, 최소 주입 에너지를 가진 공진기의 주입 동작이 획득된다. 특히, 위에서 설명된 것을 획득하기 위해, 전기-광학 스위치(21)가 막 개방되었을 때, 소스(11)로부터 나오는 펄스는 축(26)(엘리먼트(22))을 따라 존재해야 한다.
위에서 설명된 레이저 시스템은, 펌핑 소스(35)의 세기를 변동시킴으로써 공진기의 이득의 제어 및 증폭기(10)로의 펄스의 공간적 및 시간적 주입의 동기화를 가능하게 하는 제어 전자 장치(12)를 상정한다. 제어 전자 장치(12)는 활성 재료(23)의 여기를 위한 드라이버들(30), 전기-광학 스위치(21)의 제어를 위한 드라이버들(31) 및 광학 주입 소스(11)의 제어를 위한 드라이버들(32)을 포함한다. 동기화 시스템(33)은 주입 펄스의 방출과 전기-광학 스위치(21)의 개방 사이의 지연들의 조절 및 활성 재료(23)의 여기를 가능하게 한다. 특히, 펌핑 소스의 램프(35)는 이러한 부류의 공진기의 정상 타이밍에 따라 턴 온된다.
제어 전자 장치(12)는 또한, 증폭기(10)의 축(26)을 따라 세팅된 광다이오드(34)로부터 나오는 신호를 수신하는 입력을 포함한다.
시간 도메인에서, 광학 주입 소스(11)에 의해 생성된 주입 펄스는 오실레이터에 커플링된 펄스의 에너지가 최대화하도록 전기-광학 스위치(21)의 개방 시에 주입되어야 한다.
공간 도메인에서, 펄스의 주입은 공진기(10)의 축과 정렬되어야 한다. 동기화는 제어 전자 장치(12)에 의해 보장되는 반면에, 광-기계 시스템(17 및 22)은 주입 빔과 공진기의 광학 축(26)의 정렬의 최적화를 가능하게 한다.
불안정 공진기(10)의 주입을 위해 위에서 설명된 소스(11)를 사용한 전자 장치(12)의 보장된 동기화를 통해, 약 1.5J의 최대 총 에너지 및 공진기를 Q-스위칭 모드에서 기능하게 함으로써 획득된 것과 동일한 펄스 트레인의 지속기간을 특징으로 하는 펄스 트레인이 획득된다. 펄스들은 서로 3.3 ns만큼 분리되며 각각의 펄스는 주입 펄스와 동일한 지속기간을 갖는다. 10Hz의 반복 주파수에서의 동작에 대해 최적화되는, 플래시 램프(35)를 통해 펌핑되는, 위에서 설명된 것과 같은 이득 매질(23)이 존재하는 불안정 공진기(10)를 사용하여, 높은 이득(>27dB)을 갖는 공진기가 획득된다. 공진기의 이러한 높은 이득에 작용함으로써, 상이한 중요한 동작 조건들(도 5)을 생성하기 위해, 생성된 펄스 트레인(도 4)을 제어하는 것이 가능하다. 이러한 구성들은 전용 자동 제어 시스템(43)에 의해 장기간에 정지상태고 반복 가능하게 될 수 있다. 도 4는 획득된 펄스 트레인의 실제 예를 예시한다. 위에 설명된 구성은 펄스 트레인이, 트레인의 총 에너지의 99% 초과를 포함하는, 3개의 펄스들(도 4의 Vp, V-1, V+ 1)(기껏해야 4개)로 구성되는 것을 가능하게 한다. 이 펄스 구조 내에, 펄스 트레인의 총 에너지의 60% 초과를 포함하는 메인 펄스(VP)가 있다. 결론적으로, 높은 이득이 생성되는 덕분에, 생성된 펄스 트레인은 트레인 자체의 에너지 대부분을 포함하는 메인 펄스로 구성되어서, 이 시스템은 1 나노초 보다 짧은 지속기간을 갖는 단일의 매우 활동적인 레이저 펄스를 생성하는 레이저 디바이스로서 간주될 수 있다. 메인 펄스가 펄스 트레인에서 중심 펄스이고 다른 2개의 펄스가 이것의 사이드(side)들에 세팅되는 구성을 획득하는 것이 가능하다. 또한, 이 구성에서, 사이드 펄스들 각각의 에너지는 거의 동일하다(도 4)는 것이 획득된다. 이 구성은 중심 펄스의 에너지 기여도와 2개의 사이드 펄스들의 에너지 기여도 사이에 높은 콘트라스트를 갖는 구조이다. 이 문서에서, 도 4를 참조하면 "콘트라스트"는 다음을 의미한다:
Figure 112017093429492-pct00001
특히, 도 4에서, 획득된 콘트라스트는 1.53/[(0.345 + 0.345)/2] > 4.4이고, 중심 피크의 에너지는 약 0.9J이다.
예를 들어, 우리는 3개의 높은-콘트라스트 구성들을 제시한다:
- 개별 펄스들의 에너지들은 중앙 펄스의 경우 1.12J이고 2개의 사이드 펄스들의 경우 ~370 mJ이고(콘트라스트 6:1);
- 개별 펄스들의 에너지들은 중앙 펄스의 경우 1.0 J이고 2개의 사이드 펄스들의 경우 ~400 mJ이고(콘트라스트 5:1);
- 개별 펄스들의 에너지들은 중앙 펄스의 경우 0.66J이고 2개의 사이드 펄스들의 경우 ~440 mJ이다(콘트라스트 3:1).
이러한 구성들은, 각각의 펄스 트레인은 위에서 설명한 것과 같은 콘트라스트로 인해, 단일 펄스(그의 에너지 및 펄스 지속기간은 중앙 펄스에 적합한 에너지 및 펄스 지속기간임)가 작용하는 것처럼 동작한다는 것을 고려하는 관심의 애플리케이션에 대해 중요하다. 대안적인 구성에서, 예컨대, 단지 메인 펄스만을 송신하고 트레인의 다른 펄스들을 감쇠하는 시간 윈도우를 갖는, 엘리먼트(24)의 다운스트림에 세팅된 추가의 전기-광학 변조기를 통해 사이드 펄스들을 삭제(cut), 제거 또는 적어도 1/10로 감소시키는 것이 가능하다. 이 윈도우는 전자 장치(33)를 통해 적절히 동기화된다.
또한, 이 메인 펄스는 1 나노초 보다 짧은 지속기간을 갖는다. 결론적으로, 본원에서 제안된 솔루션은 매우 활동적인 단일의 서브-나노초 펄스의 생성을 가능하게 한다.
위에서 설명된 레이저 시스템을, 재료들(램프)의 노화, 기계적 응력들에 의한 섭동들 및 광범위한 환경 조건들을 수반하는 의료 분야의 애플리케이션을 위한 제품에 장시간에 걸쳐 사용하는 것을 상정함으로써, 예컨대, 애플리케이션의 전체 지속기간 동안 그리고 레이저 시스템의 턴-온 시마다, 도 4에 도시된 바와 같은 펄스 트레인의 발생을 보장하기 위한 진단 및 피드백 시스템(42)을 개발할 필요가 있었다. 위의 진단 및 피드백 시스템은 위에서 설명된 트레인 내의 펄스들의 진폭이 공진기(10)의 이득 및 손실의 시간적 역학관계(temporal dynamics)에 의존한다는 사실에 기초한다.
위의 진단 및 피드백 제어 시스템은 도 6에 개략적으로 예시된다. 이는, 레이저에 의해 방출된 방사선을 측정하는, 개별 펄스들을 분해하도록 충분히 넓은 대역폭을 갖는 광다이오드(34)(예를 들어, 500-MHz 대역폭을 갖는 광다이오드 Centronics AEPX65가 사용됨); 생성된 광전류를 취득하는 고속 샘플러(40)(실험적 사례에서, 500-MHz 아날로그 대역폭 및 5-GS/s 샘플링 주파수를 갖는 상용 샘플러가 사용됨); 취득을 레이저 방출과 동기화하기 위한 동기화 시스템; 및 수신된 데이터를 프로세싱하고 레이저 시스템(10)의 파라미터들을 제어하는 제어 전자 장치(12)에 커맨드(command)들을 전송하는 제 1 프로세서(41)로 구성된다. 특히, 도 4의 조건을 보장하도록 제어되는 레이저의 파라미터들은 공진기(10)의 이득 및 손실들의 시간적 역학관계이다.
프로세서(41)에 의해 실행되는 분석 알고리즘은 다음 단계들, 즉,
- 예를 들어, 전자 배경 노이즈의 감산에 의한 노이즈의 처리;
- 취득된 펄스의 시간 및 진폭이 측정되는 피크들의 식별; 및
- 원하는 구성과의 비교, 원하는 구성에 접근하는데 필요한 파라미터들의 변동들(이득의 증가 또는 감소)에 관해 제어 전자 장치와의 통신에서 디지털화된 데이터를 분석한다.
변동들이 느리거나(몇 분 정도 또는 훨씬 더 느림) 실시간 피드백은 필요하지 않다는 것이 고려된다.
결론적으로, 증폭기(10), 주입기(11) 및 제어 전자 장치(12)로 구성된 시스템에의 진단 및 피드백 시스템(42)의 도입은, 단일의 매우 활동적인 서브-나노초 펄스가 시간에 걸쳐 극도로 안정되는 것을 가능하게 하고 시스템의 턴 온 시마다 그것이 획득되는 것을 가능하게 한다.
도 5는 적절한 계측기구(instrumentation)로 획득되는, 이득이 변동됨에 따라 획득되는 펄스의 실제 트레인을 도시하며, 여기서 세로좌표에는 진폭이, 그리고 가로좌표에는 시간이 나타난다.
이득이 증가함에 따라 즉, 도 5의 그래프 E로부터 그래프 A로 이동함에 따라, 주입 펄스는 더 적은 수의 사이클들에서 포화에 도달하고, 펄스 트레인의 최대 피크는 시간적으로 더 앞선 순간에 발생하며; 그 대신에, 이득이 감소함에 따라, 주입 펄스는 더 많은 사이클들에서 포화에 도달하고, 펄스 트레인의 최대 피크는 더 늦은 순간에 발생한다.
실험적 사례에서, 램프(35)의 공급 전압은 공진기의 이득 및 이에 따른 펄스 트레인의 형상을 제어하는데 사용되었다. 등가의 결과는, 램프(35)의 공급 전압이 고정되어 있는 공진기의 손실을 제어함으로써, 예를 들어, 포켈스 셀(21) 상에서 전압을 조절함으로써 획득된다.
도 5에서, 그래프들은 감소하는 이득 값들에 대해 순서화된다. 제안된 솔루션에서, 그래프 A에 예시된 조건으로부터 시작하여, 예시된 하나의 펄스-트레인 구성으로부터 다음 펄스-트레인 구성까지 연속성을 갖고 통과하며 트레인에서 20% 미만의 총 에너지의 변동을 획득하는 것이 가능하다. 특히, 그래프 A는 그래프 C의 것보다 에너지가
Figure 112017093429492-pct00002
더 높은 에너지로 획득되는 반면에, 그래프 E는 그래프 C의 것보다
Figure 112017093429492-pct00003
더 작은 에너지로 획득된다. 공진기의 이득이 고정되면 펄스 트레인의 구성이 안정된다.
메인 펄스의 피크 전력은 450ps의 지속기간 동안 2.7GW이다. 획득된 에너지들은 본 실험적인 실시예에서 사용된 공진기의 동작이 신뢰 가능한 것으로 간주될 수 있는 제한을 나타낸다. 시스템의 섭동이 그래프 C의 구성으로부터 그래프 B의 구성으로 또는 그렇지 않으면, 그래프 C의 구성으로부터 그래프 D의 구성으로 펄스의 콘트라스트를 변경시킬 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 진단 및 피드백 시스템(42)은 시스템을 그래프 C의 원하는 구성으로 만들기 위해 즉시 개입한다.
특히 흥미로운 것은 도 5의 그래프 E에 예시된 경우이다. "이중-펄스 조건"으로서 지칭되는 이 경우에서, 동일한 세기의 2개의 메인 펄스들의 존재를 특징으로 하는 펄스 트레인이 획득된다. 이 조건에서, 펄스들 각각은 450ps의 펄스 지속기간 동안 1.3GW의 피크 전력에 대응하는 600mJ 보다 높은 에너지를 갖는다.
주입 소스의 펌프 전류를 감소시킴으로써, 더 낮은 에너지를 가짐에도 불구하고 지금까지 설명한 것보다 더 긴 지속기간의 펄스들을 획득하는 것이 가능하다. 실험적 사례에서, 소스는 안정적으로 기능할 수 있고(
Figure 112017093429492-pct00004
), 이에 따라 펄스의 지속기간을 약 1ns의 값으로 조절한다. 이 조건에서 방출된 에너지는 약 15μJ이며, 이는 주입 동작을 가능하게 하기에 여전히 충분하다. 증폭기로부터의 출력에서, 펄스들은 위에서 설명된 경우들의 것과 동일한 에너지 및 1ns의 펄스 지속기간(단일 메인 펄스의 경우, 약 1.2GW의 피크 전력 및 이중 메인 펄스의 경우, 0.6GW)으로 획득된다. 본 발명의 주제를 형성하는 시스템은 주입기의 펄스의 지속기간 그리고 결과적으로, 적절한 동기화가 수행된다면 증폭기로부터의 출력에서의 펄스의 지속기간을 연속적으로(450ps로부터 1ns로) 조절하는 가능성을 상정한다.
100ps의 지속기간 동안, 1/10와트 정도의 피크-전력 값들을 특징으로 하는 서브-나노초 지속기간의 광학 펄스들을 생성할 수 있는 반도체 레이저들의 사용은, 특히 10pJ 보다 높거나 같고 30pJ 보다 낮은 에너지로, 수십 피코줄 정도의 에너지 펄스들을 생성한다. 이 주입 소스를 사용하여, 제어 시스템에 작용함으로써, 생성되는 펄스들의 지속기간의 값을 연속적으로, 또는 대안으로서, 100ps의 단계들로 조절하는 것이 가능하다. 또한, 주입 레이저로서 광섬유(17)에 커플링된 다이오드를 사용하는 가능성은, 임의의 형상 및 지속기간(범위 [100ps; 2ns]의 지속기간)의 펄스들의 생성을 가능하게 한다. 광섬유에 커플링된 다이오드 주입 소스에 기초한 솔루션에 의해 제공되는 이점들은 여러 개인데, 실제로, 이는, 생성된 펄스들의 지속기간 및 형상의 파라미터들의 임의의 관리를 가능하게 하고, 단일-모드 광섬유에 의한 상호연결을 가능하게 하여 전송 및 광학적 및 기계적 상호연결(FC/APC 커넥터를 고려함)의 유연성의 모든 이점들을 보장하고 이에 따라 광섬유로 획득되는 높은 성능 및 저-비용의 광학 격리기(18)의 가용성의 덕분에 또한 획득되는 현저한 비용 감소 및 고품질 표준(신뢰도, 재현성)를 보장한다.
위에서 설명된 바와 같은 높은-콘트라스트 펄스 트레인들을 생성하는 가능성 덕분에, 예를 들어, 문신들의 제거, 착색된 양성 병소들의 제거, 혈관 병소들의 제거 및 반흔 조직의 처리와 같은 애플리케이션들의 종래 기술과 비교하면, 광음향 프로세스의 효율의 증가를 생성하는 본 발명의 주제를 형성하는 레이저 시스템의 상이한 동작 모드들을 식별하는 것이 가능하다. 특히, (도 5의 그래프 C에 표현된 경우의) "단일-펄스" 동작 모드를 정의하는 것이 가능하며, (도 5의 그래프 E에 표현된 경우의) "이중-펄스" 또는 "부가성(additive)" 동작 모드를 정의하는 것이 가능하다.
단일-펄스 모드. 제안된 레이저 솔루션은 100ps 내지 2ns 범위의 지속기간을 갖는 펄스들을 생성할 수 있다. 예를 들어, 우리는 피부의 표면으로부터 2mm에 세팅된 600nm 직경의 흑연 입자를 고려한다. 이는 100ps의 펄스 지속기간과 더불어 2 J/cm2의 플루언스를 갖는 레이저 빔으로 처리된다. 입자에 의해 흡수하는 에너지가 약 1.7 x 10-9 J임을 고려하여, 입자는 온도의 급격한 증가를 겪고, 결과적으로, 1000 bar 보다 높은 압력을 결정하는 음향파를 생성한다. 이 값은 입자를 단편화하기에 충분하다. 동일한 실험이 약 6ns의 지속기간을 갖는 펄스로 수행되어야 하는 경우, 구속 팩터(confinement factor)는 너무 낮아서 (이전의 것보다 10배 이상 더 낮음), 가해진 압력은 100 bar에도 도달하지 않을 것이며, 이에 따라 입자의 단편화는 발생하지 않을 것이다. 이 제한은 오늘날, 레이저 소스의 에너지를 증가시키고, 결과적으로 생물학적 조직의 표면에 부딪치는 레이저 플루언스가 증가시킴으로써 극복된다. 이는 열 효과에 의해, 피부의 제 1 계층들에 대한 바람직하지 않는 손상을 초래한다. 결론적으로, 제안된 해결책은 생물학적 조직에서의 바람직하지 않은 영향들 없이 작은 타겟 입자들의 단편화를 가능하게 한다. 또한, 이 솔루션이 안정적인 방식으로 생성할 수 있는 넓은 범위의 지속기간을 활용함으로써, 산산이 부서지는 입자들의 직경의 범위를 증가시키는 동시에, 광음향 효과의 최대 효율을 보장하는 것이 가능하다. 결론적으로, 종래 기술(US7586957)의 경우와 달리, 광음향 효과에 의해, 범위(0.6 ㎛; 1.2 ㎛)에 포함된 직경을 갖는 입자들을 단편화하는 것이 가능하다.
부가 모드. "이중-펄스" 조건에서 사용되는 본 발명의 주제를 형성하는 시스템은 하나의 그리고 동일한 타겟 입자 상에서 2개의 동일하고 연속적인 상호작용들의 생성을 가능하게 한다. 2개의 펄스들 사이의 시간적 분리가 3.3ns라는 것을 고려하면, 피부 상의 프로스팅(frosting)의 효과를 배제하는 것이 가능하며, 그의 시간적 역학관계는 수 나노초 보다 높은 값들을 갖는다(Facial Plastic and Reconstructive Surgery, Ira D. Papel Thieme, 2009). 따라서, 양자의 펄스들은 동일한 방식으로 타겟과 상호작용하여, 순차적으로 2개의 충격파를 생성하며, 그 효과는 개별 효과들의 합인데, 그 이유는 서로 뒤따르는 시간 간격에서, 섭동 효과가 발생하지 않기 때문이다. 결론적으로, 제안된 레이저 솔루션은 임의의 다른 기존 솔루션과 비교하면, 프로세스 시간을 감소를 가능하게 한다. 이 동작 모드는 2개의 펄스들의 경우로 제한되는 것이 아니라, n개의 유효한 상호작용들을 연속적으로 생성할 수 있는 일련의 n개의 펄스들로 확장된다.
동기 모드. 이중-펄스 조건을 이용함으로써, 300MHz(Δt = 3.3ns)의 주파수에서 생성된 2개의 레이저 펄스들의 동기 효과 덕분에, 1 마이크론 보다 큰 직경들의 입자들을 단편화하는 것이 가능하다. 수치 시뮬레이션들은, 증가하는 직경의 입자들을 단편화하기 위해, 광음향 효과에 의해 유도된 단편화 포스(fragmentation force)의 세기 및 이에 따라, 입자 그 자체 상의 레이저 방사선의 플루언스가 증가되어야 한다는 것을 보여준다. 제안된 솔루션은 2개의 충격파들의 생성을 가능하게 하며, 그 단편화 효과는 하나의 그리고 동일한 입자 내에서 발생하며, 결과적으로, 입자 그 자체 상에서 레이저 방사선의 플루언스를 증가시킬 필요 없이, 단편화 포스가 세기 면에서 증가한 결과로, 타겟 입자 내에서 광음향 효과의 증폭이 발생한다. 따라서, 동기 모드는 상술한 동기 효과에 의해 생성된 광음향 효과의 효율의 증가 덕분에, 종래 기술에 비해 덜 침습적인(invasive)인 방식으로 입자들의 제거를 가능하게 한다. 사실상, 지속기간이 극도로 짧은 펄스들(<100ps)을 갖는 레이저들은 더 오랜 지속기간의 레이저 펄스들보다 생물학적 조직(피부의 미백)에 관해 덜 효율적이고 더 침습적일 수 있다는 것이 알려져 있다. 결론적으로, 약 1ns의 펄스들의 지속기간을 갖는 동기 모드에서 본원에서 기술되는 솔루션을 사용하는 가능성은 이에 따라 확실히 덜 침습적이고 짧은 지속기간을 갖는 레이저 펄스들에 의해 생성되는 것에 비견 가능한 광음향 효과의 효과성을 제시한다.

Claims (13)

  1. 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템에 있어서,
    증폭기에 주입 펄스를 공급하는 레이저 생성기
    를 포함하고,
    상기 증폭기는, 제 1 미러(mirror)와, 상기 제 1 미러에 대향하는 제 2 출력 미러 사이에서 싸여진(enclosed) 이득 매질, 및 상기 제 1 미러 부근에 세팅된 광학 스위치를 포함하고,
    상기 레이저 시스템은,
    상기 증폭기는 불안정 레이저 공진기(unstable laser resonator)이고, 상기 주입 펄스가 상기 광학 스위치의 개방과 동기하여 상기 레이저 공진기에 공급되고,
    상기 일련의 레이저 펄스들은, 2ns 보다 짧거나 동등한 지속기간 및 100mJ 보다 높고 상기 일련의 펄스들 중 임의의 다른 펄스의 에너지보다 적어도 3배 높은 에너지를 갖는 1개 또는 2개의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 레이저 시스템은, 상기 일련의 펄스들 중 상기 1개 또는 2개의 펄스와 임의의 다른 펄스 사이에서 콘트라스트의 조건을 정지상태(stationary)로 유지하고, 상기 증폭기의 이득을 제어할 수 있는 디바이스를 포함하고,
    상기 레이저 시스템은, 상기 레이저 공진기에 의해 방출된 펄스들의 지속시간 및 진폭에 비례하는 신호를 공급하는 광다이오드를 포함하고;
    상기 레이저 공진기에 의해 방출된 펄스들의 지속시간 및 진폭에 비례하는 상기 신호는 소정의 콘트라스트와 비교되며;
    상기 소정의 콘트라스트에 도달하도록 프로세서가 상기 레이저 공진기의 이득을 수정하는 것인, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1개 또는 2개의 펄스는 500mJ 보다 높은 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1개의 펄스는 1J 보다 높은 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1개의 펄스는 상기 일련의 펄스들 중 임의의 다른 펄스의 에너지보다 적어도 5배 높은 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1개의 펄스는 500ps 보다 짧거나 동등한 지속기간을 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일련의 레이저 펄스들은, 1ns 보다 짧은 지속기간 및 50mJ 보다 높거나 동등한 에너지를 각각 갖는, 2개의 펄스들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 공진기는 27dB 보다 높은 이득을 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일련의 펄스들 중 2개의 펄스들 사이의 시간적 거리는 2ns 내지 5ns 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입 펄스는 2ns 보다 짧거나 동등한 지속기간 및 10pJ 보다 높거나 동등한 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입 펄스는 120GHz 보다 작은 반치전폭(full width at half maximum; FWHM)을 갖는 것을 특징으로 하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템.
  11. 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    불안정 레이저 공진기에 주입 펄스를 공급하는 단계 - 상기 레이저 공진기는 광학 스위치를 갖고, 상기 주입 펄스를 공급하는 단계는 상기 광학 스위치의 개방에 동기하여 발생함 - ;
    일련의 레이저 펄스들을 생성하는 단계 - 상기 일련의 레이저 펄스들은 2ns 보다 짧거나 동등한 지속기간 및 100mJ 보다 높고 상기 일련의 펄스들 중 임의의 다른 펄스의 에너지보다 적어도 3배 높은 에너지를 갖는 1개 또는 2개의 펄스를 포함함 - ;
    상기 일련의 펄스들 중 상기 1개 또는 2개의 펄스와 임의의 다른 펄스 사이에서 콘트라스트의 조건을 정지상태(stationary)로 유지하고, 상기 불안정 레이저 공진기의 이득을 제어하는 단계;
    상기 불안정 레이저 공진기에 의해 방출된 일련의 출력 레이저 펄스들의 지속시간 및 진폭에 비례하는 신호를 공급하는 단계;
    상기 불안정 레이저 공진기에 의해 방출된 상기 일련의 출력 레이저 펄스들의 지속시간 및 진폭에 비례하는 상기 신호를 소정의 콘트라스트와 비교하는 단계; 및
    상기 소정의 콘트라스트에 도달하도록 상기 불안정 레이저 공진기의 이득을 수정하는 단계를 포함하는, 일련의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
KR1020177027088A 2015-02-25 2016-02-24 서브-나노초 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템 KR102116021B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITBG20150004 2015-02-25
ITBG2015A000004 2015-02-25
PCT/IB2016/050997 WO2016135638A1 (en) 2015-02-25 2016-02-24 Laser system for generating laser pulse of sub-nanosecond duration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170120162A KR20170120162A (ko) 2017-10-30
KR102116021B1 true KR102116021B1 (ko) 2020-05-29

Family

ID=53016631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177027088A KR102116021B1 (ko) 2015-02-25 2016-02-24 서브-나노초 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10511134B2 (ko)
KR (1) KR102116021B1 (ko)
WO (1) WO2016135638A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3425752A1 (en) * 2017-07-03 2019-01-09 Fotona d.o.o. Laser system
IT201800010009A1 (it) 2018-11-02 2020-05-02 Quanta System Spa Sistema di trasporto di un fascio laser
EP3911260B1 (en) 2019-01-15 2024-05-29 Boston Scientific Scimed, Inc. Alignment tools
RU192817U1 (ru) * 2019-05-15 2019-10-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Импульсный твердотельный лазер с усилителем

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060268950A1 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 Jds Uniphase Corporation Injection seeding of frequency-converted Q-switched laser
US20080225914A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-18 Aravanan Gurusami System of method for dynamic range extension

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4555786A (en) * 1982-06-24 1985-11-26 Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr. University High power solid state laser
US4914663A (en) * 1988-04-22 1990-04-03 The Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr. University Generation of short high peak power pulses from an injection mode-locked Q-switched laser oscillator
US7016107B2 (en) * 2004-01-20 2006-03-21 Spectra Physics, Inc. Low-gain regenerative amplifier system
US7233442B1 (en) * 2005-01-26 2007-06-19 Aculight Corporation Method and apparatus for spectral-beam combining of high-power fiber lasers
DE502006009433D1 (de) * 2006-03-03 2011-06-16 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung zur Laserbearbeitung einer Kornea
US8014432B2 (en) * 2009-03-27 2011-09-06 Cymer, Inc. Regenerative ring resonator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060268950A1 (en) * 2005-05-25 2006-11-30 Jds Uniphase Corporation Injection seeding of frequency-converted Q-switched laser
US20080225914A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-18 Aravanan Gurusami System of method for dynamic range extension

Also Published As

Publication number Publication date
US20180034231A1 (en) 2018-02-01
KR20170120162A (ko) 2017-10-30
WO2016135638A1 (en) 2016-09-01
US10511134B2 (en) 2019-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10765478B2 (en) Picosecond optical radiation systems and methods of use
US20210244470A1 (en) Picosecond Laser Apparatus And Methods For Its Operation and Use
Kalaycıoğlu et al. High-repetition-rate ultrafast fiber lasers for material processing
KR102116021B1 (ko) 서브-나노초 지속기간의 레이저 펄스들을 생성하기 위한 레이저 시스템
EP2066253B1 (en) Treatment of skin by a solid-state laser
CN108023268B (zh) 一种突发脉冲模式超快激光器及其工作方法
US9913688B1 (en) Split pulse picosecond laser for tattoo removal
US8724671B2 (en) Multiple wavelength laser system
US9124067B2 (en) Pulse laser apparatus
KR20200004848A (ko) 고중복률 레이저 펄스 버스트를 생성하는 장치 및 방법
Barmenkov et al. Pulsed regimes of erbium-doped fiber laser Q-switched using acousto-optical modulator
US20140269786A1 (en) Continuously variable pulse-width, high-speed laser
CN107086431B (zh) 驱动聚变冲击点火的复杂形状非相干激光脉冲的产生方法及装置
Gorbunkov et al. Pulsed-diode-pumped, all-solid-state, electro-optically controlled picosecond Nd: YAG lasers
WO1994003948A1 (en) Mode-locked upconversion laser source
KR102044857B1 (ko) 레이저 발생장치
Zhou et al. Coherent Pulse Stacking Amplification of Nanosecond and Femtosecond Pulses
WO2017209355A1 (ko) 피코초 펄스 레이저 장치 및 구동 방법
US8867576B2 (en) Generator and laser system comprising coupled sub-cavities
KR102044860B1 (ko) 레이저 발생장치
Bagdasarov et al. Pulse synchronisation in passively Q-switched lasers emitting at 1.053 and 1.064 μm
Tomov et al. Ultrashort pulse generation in lasers with active mode locking
Chi et al. Pulse-jitter reduction in passively Q-switched Nd: YAG/Cr: YAG microchip lasers by injection seeding actively Q-switched laser pulses
Baylam et al. Femtosecond Pulse Generation with Graphene-Gold Supercapacitor Saturable Absorbers near 800 nm
Katin et al. Synchronisation of a femtosecond laser and a Q-switched laser to within 50 ps

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right