KR102146840B1 - 광 출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 출력 조절 장치는 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 및 상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동하는 구동부;를 포함하는 광 출력 조절 장치가 개시된다.

Description

광 출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치{Light output adjusting device and laser device including the same}
본 발명의 실시예들은 광출력 조절 장치 및 이를 구비하는 레이저 장치에 관한 것이다.
레이저 빔은 산업용, 의료용 및 군사용 등에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히, 의료용 레이저는 국부적으로 소정의 에너지를 집중시킬 수 있고 비침습적 치료가 가능하므로, 외과, 내과, 안과, 피부과, 치과 등에서 광범위하게 사용되고 있다.
의료용 레이저의 경우 치료 효과를 위해서 원하는 적정의 출력을 유지하는 것이 필요하다.
광 출력 조절 장치 및 이를 활용하여 안정된 광 출력을 가질 수 있는 레이저 장치가 제공된다.
일 유형에 따르면, 광 출력 조절 장치는 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 및 상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동하는 구동부;를 포함한다.
상기 광 출력 조절 장치는 상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기; 및 상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 센싱된 광량으로부터 출력값을 예측하고, 예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 설정할 수 있다.
상기 파장 선택 반사기는 서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및 상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함할 수 있다.
상기 출사면에는 무반사 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 광 출력 조절 장치는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 더 포함할 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
일 유형에 따르면, 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부; 상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기; 상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기; 상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부; 및 상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 포함하는, 레이저 장치가 제공된다.
상기 파장 선택 반사기는 상기 광원부에서 생성된 광이 입사하는 입사각(θi)이 상기 기준각(θc)과 다르도록 배치될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 광 검출기는 상기 파장 선택 반사기에서의 반사 광량을 센싱하도록 배치될 수 있다.
상기 프로세서는 상기 반사 광량으로부터 출력값을 예측하고, 예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 반사 광량을 설정된 기준값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 설정할 수 있다.
상기 파장 선택 반사기는 서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및 상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함할 수 있다.
상기 레이저 장치는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 더 포함할 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 상기 파장 선택 반사기와 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 광경로 조절기는 상기 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가질 수 있다.
상기 구동부는 상기 파장 선택 반사기의 회전 구동과 연계하여 상기 광경로 조절기를 상기 파장 선택 반사기의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 파장 선택 반사기의 회전각 만큼 회전시킬 수 있다.
상술한 광 출력 조절 장치는 전반사 코팅층을 활용하며, 입사광의 편광 특성을 활용하지 않고 광 출력을 조절할 수 있다.
상술한 광 출력 조절 장치를 구비하는 레이저 장치는 레이저 광의 편광 상태 여하에 무관하게 균일한 광 출력을 나타낼 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 동작을 개념적으로 설명하는 흐름도이다.
도 2는 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기의 상세한 구조 및 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 광 경로를 보인다.
도 4는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기에 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 6은 다른 실시에에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 8은 도 7의 레이저 장치가 조절된 출력광을 출사하는 과정을 개념적으로 보인 흐름도이다.
도 9 및 도 10은 도 7의 레이저 장치에서 출력광을 조절하는 보다 상세한 과정을 예시적으로 보인 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소들 중간에 다른 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 실시예에 따른 광 출력 조절 장치에서 광 출력을 조절하는 동작을 개념적으로 설명하는 흐름도이다.
파장 선택 반사기는 정해진 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 광학 부재이다. 파장 선택 반사기에 광이 입사되면(S10), 반사 조건에 부합하는 광은 반사되고 나머지 광은 파장 선택 반사기를 투과한다(S20).
이와 같이 반사, 투과되는 광량은 파장 선택 반사기에의 입사각에 의존하게 된다. 입사광에 대한 파장 선택 반사기의 배치 각도에 의해 파장 선택 반사기에의 광 입사각이 정해지므로, 파장 선택 반사기에서의 반사 광량을 센싱하고(S30) 이로부터 파장 선택 반사기의 배치 각도를 조절하여(S40), 파장 선택 반사기를 투과하는 광량이 조절될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 투과광의 경로를 추가적으로 조절(S50)할 수 있다. 이러한 과정에 따라, 원하는 출력을 가지는 광을 얻을 수 있다.
도면에서는 출력 조절을 위해, 파장 선택 반사기를 반사한 광을 센싱하고, 이를 활용하여 파장 선택 반사기의 배치 각도를 조절하는 것으로 예시하였으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 파장 선택 반사기를 투과한 광을 센싱하고 이를 활용하여 파장 선택 반사기의 배치 각도를 조절하는 것도 가능하다.
상술한 개념은 다양한 장치로 구현될 수 있으며, 구현된 예시적인 구조들을 살펴보기로 한다.
도 2는 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기의 상세한 구조 및 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 광 경로를 보이는 도면이며, 도 4는 도 2의 광 출력 조절 장치에 구비되는 파장 선택 반사기에 입사각에 따라 투과 광량이 달라지는 것을 예시적으로 보인 그래프이다.
도 2를 참조하면, 광 출력 조절 장치(1000)는 입사광인 제1광(L1)이 입사각 θi로 입사되도록 배치된 파장 선택 반사기(100)와, 파장 선택 반사기(100)로 입사하는 광의 입사각(θi)이 조절되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동하는 구동부(300)를 포함한다.
광 출력 조절 장치(1000)는 또한, 광이 파장 선택 반사기(100)를 경유한 후의 광량을 센싱하는 광 검출기(200)와, 광 검출기(200)에서 센싱된 광량에 기초하여 구동부(300)에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서(400)를 더 포함할 수 있다.
파장 선택 반사기(100)는 설정된 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하도록 구성된다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)는 서로 마주하는 입사면(110b)과 출사면(110a)을 구비하는 투명 부재(110) 및 입사면(110b)에 형성되어, 정해진 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층(120)을 포함한다. 출사면(110a)는 또한, 무반사 코팅층(미도시)이 더 형성될 수도 있다.
파장 선택 코팅층(120)는 광학적 성질이 다른 복수의 물질층으로 이루어질 수 있다. 복수의 물질층과 입사광과의 상호 작용에 의해 소정 조건에 부합하는 입사광이 전반사될 수 있다. 예를 들어, 굴절률이 다른 매질 간의 경계면에서 광은 굴절되며 반사 및 투과되는데, 복수의 경계면에 의한 다중 경로의 반사광과 투과광의 간섭(interference)에 의해 전체적인 반사 광량과 투과 광량이 정해지게 된다. 이러한 간섭 작용을 고려하여, 특정 입사각 조건에 맞는 광은 전체적으로 반사되도록 각 층의 굴절률 및 두께가 정해질 수 있다. 또한, 광학적 성질은 입사광의 파장에 의존하는 것을 활용하여 파장 선택 코팅층(120)은 설정된 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 전반사하도록 복수의 물질층의 세부 구성이 설정될 수 있다. 이와 같이 설정된 파장 선택 코팅층(120)은 설정된 기준각(θc)과 다른 입사각으로 입사하는 광에 대해서는 일부만을 반사시키고 다른 일부는 투과시키게 된다.
도 3a를 참조하면, 이러한 파장 선택 반사기(100)에 해당 파장 대역의 제1광(L1)이 기준각(θc)으로 입사할 때, 입사된 제1광(L1)은 모두 반사되며, 즉, 반사된 제2광(L2)은 제1광(L1)과 동일한 광량을 갖게 된다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)에 제1광(L1))이 기준각(θc)과 다른 입사각(θi)으로 입사하는 경우, 일부 광은 반사되고 일부 광은 투과된다. 즉, 제1광(L1)은 반사된 제2광(L2)과 투과된 제3광(L3)의 두 경로로 나뉘게 된다. 투과된 제3광(L3)의 양은 입사각(θi)이 기준각(θc)에서 벗어난 정도에 따라 달라질 수 있다.
한편, 제3광(L3)의 방향은 투명 부재(110)의 두께(t) 및 굴절률(n)에 의해 제1광(L1)이 파장 선택 반사기(100)에 입사할 때의 진행 경로와는 달라지게 된다. 제1광(L1)은 투명 부재(110)의 입사면(110b), 출사면(110a)을 굴절되며 투과하여, 원래의 진행 경로에서 d만큼 이동한 경로를 따라 진행하게 된다. 도시된 바와 같이, 입사면(110b)과 출사면(110a)이 나란한 경우, 광의 진행 경로는 d만큼 이동한 평행한 경로가 된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 입사면(110b)과 출사면(110a)은 서로 나란하지 않을 수도 있으며, 이 경우 변경된 진행 경로는 변경전의 경로와 나란하지 않을 수 있다. 파장 선택 반사기(100)에 의한 경로 틀어짐은 경로 조절을 위한 추가적인 광학 부재를 사용하여 조절될 수 있고, 이에 대해서는 다른 실시예에서 설명할 것이다.
도 4에 예시한 바와 같이, 투과 광량은 |θi-θc|로 정의되는 Δθ가 커짐에 따라 증가한다. 도시된 그래프는 예시적인 것이며, 직선이거나 또는 다른 형태의 비선형일 수도 있다. 그래프의 형태는 파장 선택 반사기(100)에 구비된 파장 선택 코팅층(120)의 세부 구성에 따라 달라질 수 있다.
파장 선택 반사기(100)의 이러한 성질에 따라, 파장 선택 반사기(100)를 경유한 후의 광량을 센싱하고, 파장 선택 반사기(100)의 배치 각도를 조절함으로써 원하는 광 출력을 얻을 수 있다. 이를 위해, 파장 선택 반사기(100)를 경유한, 즉, 파장 선택 반사기(100)에서 반사되거나 투과된 광을 센싱하는 광 검출기(200)가 사용될 수 있다.
도 2에서, 광 검출기(200)는 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광의 경로 상에 배치되고 있으며 즉, 광 검출기(200)는 파장 선택 반사기(100)에 의한 반사 광량을 센싱할 수 있다.
프로세서(400)는 광 검출기(200)에서 센싱된 광량에 기초하여 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 설정할 수 있다. 프로세서(400)는 예를 들어, 광 검출기(200)에서 센싱된 광량으로부터 출력값, 즉, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 광량을 예측하고, 예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 연산할 수 있다.
구동부(300)는 프로세서(400)에 제어에 의해 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동할 수 있다. 파장 선택 반사기(100)가 회전되는 회전축은 입사광인 제1광(L1), 반사광인 제2광(L2), 투과광인 제3광(L3)의 경로에 의해 정해지는 면과 수직인 방향의 축으로, 이러한 회전에 따라, 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 제1광(L1)의 입사각(θi)이 달라지게 된다. 입사각(θi)의 변경은 결과적으로 투과광(L3)의 양을 변화시키며, 즉, 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 적절히 조절하여 원하는 출력을 얻을 수 있다.
이러한 광 출력 조절 방법은 통상, 기존의 출력 조절이 광의 특정 편광 특성 상태를 이용하는 것과 차이가 있다. 통상의 출력 조절 방법은 입력 광이 편광된 상태에 있어야 하는데, 공간적으로 편광 성분이 조금씩 다른 부위가 존재할 수 있고 이 경우 출력 조절된 빔의 분포는 불균일 하게 된다.
실시예에 따른 광 출력 조절 장치는 광의 편광 상태와 상관 없이 활용될 수 있고 출력 조절된 광의 불균일 문제가 거의 없다.
이하, 다양한 실시예들의 광 출력 장치의 예들을 살펴보기로 한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예의 광 출력 조절 장치(1100)는 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 제2광(L2)의 경로에 덤퍼(510)가 배치되고, 광 검출기(200)는 다른 위치에 배치되는 점에서, 도 2의 광 출력 조절 장치(1000)와 차이가 있다.
파장 선택 반사기(100)에서의 반사 경로에는 반사된 빔을 단순히 처리하기 위한 덤퍼(510)가 배치될 수 있고, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)을 일부 분기하여 광량을 검출하도록 광 검출기(200)가 배치될 수 있다. 이를 위하여, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 경로에 하프 미러(half mirror)(530)가 배치될 수 있다. 하프 미러(530)는 입사된 광의 반을 투과시키고 반은 반사시키는 부재이다. 하프 미러(530)에서 반사된 제5광(L5)의 광량을 검출하고 함으로써, 하프 미러(530)를 투과한 제4광(L4)의 출력값을 예측할 수 있다. 이에 기초하여 출력값이 원하는 값으로 증가 또는 감소되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동함으로써, 원하는 출력을 얻을 수 있다. 본 실시예의 설명에서, 하프 미러(530)의 배치는 예시적인 것이며, 광의 일부를 분기하는 다른 형태의 빔 스플리터가 하프 미러(530) 대신 사용될 수도 있다.
이하의 실시예들에서, 광 검출기(200)의 배치는 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광의 경로에 배치되는 것으로 예시할 것이나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 이하의 실시예들은 본 실시예와 같이, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 경로에 광검출기(200)가 배치되는 형태로도 변형될 수 있다.
도 6은 다른 실시에에 따른 광 출력 조절 장치의 개략적인 구조를 보인다.
본 실시예의 광 출력 조절 장치(1200)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로에 배치되는 광경로 조절기(600)를 더 포함하는 점에서, 도 2의 광 출력 조절 장치(1000)와 차이가 있다.
도 3b에서도 설명한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 경로는 입사광인 제1광(L1)의 진행 경로에서 d만큼 이동될 수 있다. 광경로 조절기(600)는 회전 구동되며, 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로를 파장 선택 반사기(100)에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
프로세서(400)는 광 검출기(200)에서 센싱한 반사 광량에 기초하여 파장 선택 반사기(100)를 회전시킬 구동 신호를 생성하며, 또한, 이와 함께, 광경로 조절기(600)를 회전시킬 구동신호를 생성할 수 있다.
구동부(350)는 파장 선택 반사기(100), 광경로 조절기(600)를 각각 독립적으로 구동하도록 구성될 수 있다. 광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)에 의한 광경로 틀어짐을 보정하도록 회전 구동될 수 있고, 또는 이에 추가하여 다른 경로 변경이 가능하도록 광경로 조절기(600)가 회전 구동될 수 있다. 이 때, 파장 선택 반사기(100)의 회전 구동과 독립적인 구동력이 광경로 조절기(600)에 전달될 수도 있다.
또는, 구동부(350)는 하나의 구동원에서 생성한 구동력을 파장 선택 반사기(100) 및 광경로 조절기(600)에 각각 전달하는, 예를 들어, 기어와 같은 구동력 전달부를 포함할 수 있다. 구동력 전달부는 파장 선택 반사기(100)의 회전에 따른 광경로 틀어짐을 광경로 조절기(600)가 보정할 수 있는 구동력을 광경로 조절기(600)에 전달하도록 세부 구성이 설정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구동원에서 생성된 구동력이 파장 선택 반사기(100)와 광경로 조절기(600)에 소정의 연관 관계에 따라 전달되는 구성을 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 상기 파장 선택 반사기(100)와 대칭적으로 배치될 수 있다. 또한, 광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)의 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가질 수 있다. 광경로 조절기(600)의 입사면 및/또는 출사면에는 무반사 코팅층(미도시)이 형성될 수도 있다.
광경로 조절기(600)가 파장 선택 반사기(100)의 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가지는 경우, 광경로 조절기(600)가 파장 선택 반사기(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 파장 선택 반사기(100)의 회전각만큼 회전함으로써, 파장 선택 반사기(100)에 의한 경로 틀어짐이 보정될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 광경로 조절기(600)는 다른 두께, 다른 굴절률을 가질 수도 있다. 이 경우 파장 선택 반사기(600)의 회전각과 다른 각도로 회전되며 경로 틀어짐을 보정할 수도 있다.
구동부(350)는 파장 선택 반사기(100)의 회전 구동과 연계하여, 파장 선택 반사기(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 파장 선택 반사기(100)의 회전각만큼 회전하도록 광경로 조절기(600)를 구동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구동원에서 생성한 구동력을 각각 파장 선택 반사기(100)와 광경로 조절기(600)에 전달하되, 반대 방향의 같은 크기로 구동력이 전달되도록 구동력 전달부가 구성될 수 있다.
상술한 광 출력 장치(1000)(1100)(1200)은 출력 조절이 필요한 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 레이저 장치의 개략적인 구조를 보이는 도면이다.
레이저 장치(1400)는 소정 파장 대역의 레이저 광을 생성하여 출사하는 광원부(700), 광원부(700)에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기(100), 파장 선택 반사기(100)를 경유한 광의 광량을 센싱하는 광 검출기(200), 파장 선택 반사기(100)로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전 구동시키는 구동부(350) 및 구동부(350)에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서(450)를 포함한다.
광원부(700)는 레이저 매질(740)과, 레이저 매질(740)에 광을 공급하는 여기 광원(710)과, 레이저 매질(740)을 사이에 두고 배치된 제1미러(730) 및 제2미러(750)를 포함할 수 있다. 제1미러(730), 레이저 매질(740), 제2미러(750)가 여기 광원(710)에서의 광을 레이저 광으로 발진하는 레이저 발진부(770)를 구성한다.
여기 광원(710)은 플래시 램프일 수 있고, 미도시된 전원 공급부로부터 전원을 공급받아 발광하며 광을 레이저 매질(740)에 제공한다. 여기 광원(710)은 플래시 램프에 한정되지 않으며 레이저 다이오드를 포함할 수도 있다.
레이저 매질(740)은 여기 광원(710)에서 공급된 광의 에너지를 흡수하여 증폭된 광을 방출한다. 레이저 매질(740)은 Nd:Yag(neodymium-doped yttrium aluminium garnet)일 수 있으며, 다만 이에 한정되지 않으며, Er:Yag가 레이저 매질(135)로 사용될 수도 있다.
제1미러(730) 및 제2미러(750)는 레이저 매질(740)을 사이에 두고 서로 마주하게 배치되어 레이저 매질(740)에서 증폭된 광의 공진 경로를 형성할 수 있다. 제1미러(730) 는 반사 미러, 제2미러(750)는 출력 미러로 기능하도록 반사율이 설정될 수 있다.
광원부(700)의 구성 요소 및 배치 형태는 레이저 광을 생성하는 기본적인 구조로 예시된 것이며, 출사할 레이저 광의 성질을 조절하기 위한 추가적인 광학 요소들이 더 포함될 수 있고 광원부(700)에 구비된 광학 요소들의 배치 형태가 변경될 수 있다.
광원부(700)에서 생성하는 레이저 광인 제1광(L1)은 특정 편광 상태일 수도 있고 무편광 상태일 수도 있다. 실시예의 레이저 장치(1400)는 광 출력을 광의 편광 상태 여하와 무관하게 조절할 수 있으므로, 기존의 레이저 장치에서와 같이, 광 출력 조절을 위해 편광된 광을 만들기 위한 별도의 광학 요소, 예를 들어, 편광자나 위상지연자 등이 구비될 필요는 없다.
파장 선택 반사기(100)는 광원부(700)에서 생성된 제1광(L1)의 파장 대역의 광에 대해, 소정 기준각(θc)으로 입사한 광을 전반사할 수 있다. 파장 선택 반사기(100)의 세부 형태는 도 3a 및 도 3b에서 예시한 바와 같을 수 있고, 파장 선택 반사기(100)에 구비된 파장 선택 코팅층이 광원부(700)에서 생성한 광의 파장 대역에 맞게 설정될 수 있다.
예를 들어, 광원부(700)는 약 1064nm 파장의 광을 생성할 수 있고, 파장 선택 반사기(100)는 입사각 45도로 입사하는 파장 1064 nm 파장의 광을 전반사하는 파장 선택 코팅층을 구비할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고 이에 한정되는 것은 아니다.
파장 선택 반사기(100)는 광원부(700)에서 생성된 제1광(L1)이 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 다르도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1광(L1)은 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 제2광(L2), 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)으로 분기된다.
광 검출기(200)는 제2광(L2)의 경로에 배치되어, 파장 선택 반사기(100)에서의 반사 광량을 센싱할 수 있다.
프로세서(450)는 광 검출기(200)에서 센싱된 광량에 기초하여 구동부(350)에 전달할 제어 신호를 생성한다. 프로세서(400)는 또한, 여기 광원(710)의 구동 등을 포함하여, 레이저 장치(1400)를 전체적으로 제어할 수 있다.
레이저 장치(1400)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 제3광(L3)의 진행 경로에 배치되어 회전 구동되며 진행 경로를 조절하는 광경로 조절기(600)를 더 포함할 수 있다.
광경로 조절기(600)는 광원부(700)에서의 제1광(L1)이 파장 선택 반사기(100)를 투과한 후의 진행 경로를 파장 선택 반사기(100)에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절할 수 있다.
광경로 조절기(600)는 파장 선택 반사기(100)를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 파장 선택 반사기(100)와 대칭적으로 배치될 수 있고, 또한, 파장 선택 반사기(100)의 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고, 같은 두께를 가질 수 있다.
구동부(350)는 파장 선택 반사기(100)의 회전 구동과 연계하여 광경로 조절기(600)를 파장 선택 반사기(100)의 회전 방향과 반대 방향으로 파장 선택 반사기의 회전각만큼 회전시킬 수 있다.
도 8은 도 7의 레이저 장치가 조절된 출력광을 출사하는 과정을 개념적으로 보인 흐름도이고, 도 9 및 도 10은 도 7의 레이저 장치에서 출력광을 조절하는 보다 상세한 과정을 예시적으로 보인 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 입사각이 θi가 되도록 파장 선택 반사기(100)가 배치된다(S100). 이 때, 입사각 θi는 기준각 θc 와 다를 수 있다. 파장 선택 반사기(100)를 경유한 광은 일부는 투과, 일부는 반사되고, 반사광 또는 투과광을 광검출기(200)가 센싱한다(S200). 다음, 센싱된 광량에 기초하여 구동부(350)에 전달할 구동 신호가 생성된다(S300). 생성된 구동 신호에 따라 입사각(θi)이 변경 또는 유지되도록 파장 선택 반사기(100)가 구동된다(S400). 또한, 파장 선택 반사기(200)의 구동에 연동하여 광경로 조절기(600)가 구동된다(S500).
프로세서(450)가 구동 신호를 생성하는 과정은 도 9에 예시한 바와 같이, 출력할 목표값을 기준으로 설정될 수 있다. 광검출기(200)가 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광량을 센싱하고(S320), 프로세서(450)가 센싱된 반사 광량으로부터 출력값(Pa)을 예측할 수 있다(S340). 다음, 예측된 출력값(Pa)을 설정된 목표값(Pt)과 비교하고(S360), 비교한 결과에 따라 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 설정한다.
출력값(Pa)과 목표값(Pt)을 비교하여, 출력값(Pa)이 목표값(Pt)보다 큰 경우 출력을 낮추는 방향으로 파장 선택 반사기를 회전시킨다(S410). 즉, 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 이루는 차이, Δθ가 작아지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고, 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다.
출력값(Pa)이 목표값(Pt)보다 작은 경우, 출력을 높이는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시킨다(S430). 즉, 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 이루는 차이,Δθ가 커지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고, 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다.
출력값(Pa)과 목표값(Pt)이 같은 경우 파장 선택 반사기(100)의 배치 각도를 유지한다(S420). 즉, 현재 상태가 목표값(Pt)에 부합하는 Δθ를 갖는 경우이므로, 이러한 Δθ를 갖는 입사각(θi)이 유지되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전시키지 않는다.
또는, 프로세서(450)가 구동 신호를 생성하는 과정은 도 10에 예시한 바와 같이, 파장 선택 반사기(100)에 의한 반사 광량을 목표 출력값에 부합하도록 기준값을 설정하고, 이와 비교하는 과정으로 행해질 수도 있다.
광검출기(200)가 파장 선택 반사기(100)에서 반사된 광량을 센싱하고(S320), 프로세서(450)가 센싱된 반사 광량으로부터 설정된 기준값(Rc)과 비교하여(S370), 비교한 결과에 따라 파장 선택 반사기(100)의 회전 각도를 설정한다.
광 검출기(200)에서 센싱된 반사 광량(R)이 설정된 기준값(Rc)보다 작은 경우, 반사 광량을 높이는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시킨다. 즉, 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi) 이 기준각(θc)과 이루는 차이, Δθ가 작아지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다(S440).
광 검출기(200)에서 센싱된 반사 광량(R)이 설정된 기준값(Rc)보다 큰 경우, 반사 광량(R)을 낮추는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시킨다. 프로세서(450)는 광이 파장 선택 반사기(100)에 입사하는 입사각(θi)이 기준각(θc)과 이루는 차이, Δθ가 커지는 방향으로 파장 선택 반사기(100)를 회전시키는 구동 신호를 생성하고 이에 따라 구동부(350)가 파장 선택 반사기를 회전시킨다(S460).
광 검출기(200)에서 센싱된 반사 광량(R)이 설정된 기준값(Rc)과 같은 경우, 파장 선택 반사기(100)의 배치 각도를 유지한다(S450). 현재 상태가 목표값(Pt)에 부합하는 Δθ를 갖는 경우이므로, 이러한 Δθ를 갖는 입사각(θi)이 유지되도록 파장 선택 반사기(100)를 회전시키지 않는다.
이와 같은 구성, 동작에 따라, 실시예의 레이저 장치(1400)는 광원부(700)에서 생성하는 레이저광의 편광 상태 여하와 무관하게 출력을 조절할 수 있고, 균일한 분포의 출력을 유지할 수 있다
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1000, 1100, 1200: 광 출력 조절 장치
1400: 레이저 장치
100: 파장 선택 반사기
110: 투명 부재
120: 파장 선택 코팅층
600: 광경로 조절기
700: 광원부
710: 여기 광원
730: 제1미러
740: 레이저 매질
750: 제2미러
770: 레이저 발진부

Claims (20)

  1. 기준각(θc)으로 입사하는 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기;
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동하는 구동부; 및
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 포함하며,
    상기 광경로 조절기는
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절하는, 광 출력 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기; 및
    상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서;를 더 포함하는, 광 출력 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 센싱된 광량으로부터 출력값을 예측하고,
    예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 연산하는, 광 출력 조절 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기는
    서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및
    상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함하는, 광 출력 조절 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 출사면에는 무반사 코팅층이 형성된, 광 출력 조절 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 광 출력 조절 장치;를 포함하는, 광학 장치.
  9. 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부;
    상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기;
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기;
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부;
    상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서; 및
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 포함하며,
    상기 구동부는
    상기 파장 선택 반사기의 회전 구동과 연계하여
    상기 광경로 조절기를 상기 파장 선택 반사기의 회전 방향과 반대 방향으로 상기 파장 선택 반사기의 회전각 만큼 회전시키는, 레이저 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기는
    상기 광원부에서 생성된 광이 입사하는 입사각(θi)이 상기 기준각(θc)과 다르도록 배치되는, 레이저 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 광 검출기에서 센싱된 광량에 기초하여 상기 제어 신호를 생성하는, 레이저 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 검출기는 상기 파장 선택 반사기에서의 반사 광량을 센싱하도록 배치된, 레이저 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 반사 광량으로부터 출력값을 예측하고,
    예측된 출력값을 설정된 목표값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 연산하는, 레이저 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 반사 광량을 설정된 기준값과 비교하여 상기 파장 선택 반사기의 회전 각도를 연산하는, 레이저 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 파장 선택 반사기는
    서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및
    상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함하는, 레이저 장치.
  16. 삭제
  17. 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부;
    상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기;
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기;
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부;
    상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서; 및
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 포함하며,
    상기 광경로 조절기는
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로를 상기 파장 선택 반사기에 입사할 때의 진행 경로와 일치하도록 조절하는, 레이저 장치.
  18. 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부;
    상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기;
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기;
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부;
    상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서; 및
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 포함하며,
    상기 광경로 조절기는
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 수직인 면에 대해 상기 파장 선택 반사기와 대칭적으로 배치되는, 레이저 장치.
  19. 레이저 매질과, 상기 레이저 매질을 사이에 두고 배치된 제1미러 및 제2미러와, 상기 레이저 매질에 광을 공급하는 여기 광원을 포함하여, 소정 파장 대역의 광을 생성하여 출사하는 광원부;
    상기 광원부에서 나오는 광의 진행 경로에 배치되어, 기준각(θc)으로 입사하는 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 반사기;
    상기 파장 선택 반사기에서 반사되거나 상기 파장 선택 반사기를 투과한 광량을 센싱하는 광 검출기;
    상기 파장 선택 반사기로 입사하는 광의 입사각이 조절되도록 상기 파장 선택 반사기를 회전 구동시키는 구동부;
    상기 구동부에 인가할 제어 신호를 생성하는 프로세서; 및
    상기 파장 선택 반사기를 투과한 광의 진행 경로에 배치되어 상기 진행 경로를 조절하는 것으로, 회전 구동되는 광경로 조절기;를 포함하며,
    상기 파장 선택 반사기는
    서로 마주하는 입사면과 출사면을 구비하는 투명 부재; 및
    상기 입사면에 형성되어 상기 소정 파장 대역의 광을 반사하는 파장 선택 코팅층;을 포함하고,
    상기 광경로 조절기는
    상기 투명 부재와 같은 굴절률의 재질로 이루어지고 같은 두께를 갖는, 레이저 장치.
  20. 삭제
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