KR102485106B1 - 광섬유 레이저 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치는 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하며 광섬유의 연결을 통해 광을 전달하는 광섬유 레이저 장치로서, 씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및 제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및 광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 광섬유 레이저 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능한 광섬유 레이저 장치에 관한 것이다.
레이저의 동작은 발진 종류에 따라 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 있다. 하지만, 종래의 광섬유 레이저 장치는 이러한 3가지 동작(연속, 준연속, 펄스) 중 한두 가지만 동작이 가능하므로, 다양한 응용에 대응하기 힘든 문제점이 있다.
가령, 비뇨기과 요로결석 수술에 사용되는 레이저 장치의 경우, 결석 부분의 파쇄를 위해 준연속 동작의 레이저가 이용되어야 하고, 그 파쇄 과정 중에 지혈 부분에 대해서는 연속 동작의 레이저가 이용되어야 한다. 또한, 수술 중 절개 작업이 필요할 경우, 해당 절개 부분에 대해서는 펄스 동작의 레이저가 이용되어야 한다.
하지만, 종래의 광섬유 레이저 장치로는 한두 가지 동작 방식만의 이용이 가능하므로, 파쇄 중 절개가 필요할 경우 다른 레이저 장치로 바꿔서 삽입해야 하는 등 해당 수술에 효과적으로 적용하기 어려운 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 광섬유 레이저 장치에서 3가지 동작(연속 동작, 준연속 동작 및 펄스 동작)의 구현이 가능한 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치는 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하며 광섬유의 연결을 통해 광을 전달하는 광섬유 레이저 장치로서, 씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및 제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및 광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 CW 구동 시 CW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하고, QCW 구동 시 서로 동기화된 QCW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하며, 펄스 구동 시 광원부에서 펄스의 광이 발생되고 여기 레이저 다이오드에서 CW의 광이 발생되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치는 상기 광원부와 상기 제1 신호광/펌프 컴바이너의 사이와, 상기 제2 신호광/펌프 컴바이너와 상기 증폭부의 출력단 사이에 각각 연결되어, 광이 하나의 방향으로 진행하도록 작용하는 고립기(isolator)를 더 포함할 수 있다.
상기 광원부는, 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드; 여기 레이저 다이오드와 연결된 펌프 컴바이너(pump combiner); 펌프 컴바이너를 통해 합성된 여기 광원이 일측으로 유입되는 제2 희토류 첨가 광섬유(rare-earth doped active fiber); 제2 희토류 첨가 광섬유의 일측에 구비되어 고반사율로 작용하는 제1 파이버 브래그 격자(High Reflection Fiber Bragg grating, HR FBG); 제2 희토류 첨가 광섬유의 타측에 구비되어 저반사율로 작용하는 제2 파이버 브래그 격자(Output Coupler Fiber Bragg grating, OC FBG); 및 OC FBG의 타단에서 출력되는 광원을 변조하는 음향광학 변조기(Acoustic Optic Modulator, AOM);를 포함하되, 각 구성 간에 광섬유로 연결되어 상기 씨앗 광원을 출력할 수 있다.
상기 AOM은 상기 제2 희토류 첨가 광섬유 타단과 상기 OC FBG 사이에 구비될 수 있다.
상기 AOM은 상기 OC FBG와 상기 광원부의 출력단 사이에 구비될 수 있다.
상기 광원부는 씨앗 광원을 발생시키는 레이저 다이오드로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치는 결석 파쇄 작업을 위해 준연속 동작이 수행되고, 지혈 작업을 위해 연속 동작이 수행되며, 절개 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 수술용일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치는 절단 또는 용접 작업을 위해 연속 동작이 수행되고, 스폿 용접(spot welding) 작업을 위해 준연속 동작이 수행되며, 마킹(marking) 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 산업용일 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 하나의 광섬유 레이저 장치에서 3가지 동작(연속 동작, 준연속 동작 및 펄스 동작)의 구현이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 수술용 또는 산업용으로 활용되어 하나의 레이저 장치만으로도 수술용 또는 산업용의 각 작업에 필요한 서로 다른 동작 모드를 지원할 수 있어, 저비용으로 해당 각 작업 능률을 향상시키고 작업 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치(10)의 구성도를 나타낸다.
도 2는 광원부(100)의 일 예를 나타낸다.
도 3은 광원부(100)의 다른 일 예를 나타낸다.
도 4는 광원부(100)의 씨앗 광원(L1)과 증폭부(300)의 펌프광(L2)의 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 광원부(100)의 일 예를 나타낸다.
도 3은 광원부(100)의 다른 일 예를 나타낸다.
도 4는 광원부(100)의 씨앗 광원(L1)과 증폭부(300)의 펌프광(L2)의 다이어그램을 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치(10)의 구성도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 레이저 장치(10)는 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능한 레이저 장치이다. 이러한 광섬유 레이저 장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원부(100), 고립기(isolator)(200, 400), 증폭부(300) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다. 이때, 광원부(100), 고립기(isolator)(200, 400) 및 증폭부(300)의 각 구성 간에는 광섬유(optical fiber)로 연결되어 광이 전달된다. 즉, 광섬유 레이저 장치(10)는 광원의 입사, 펌핑 및 레이저 출력의 모든 과정이 광섬유 내부에서 이루어지기 때문에, 외부 충격에 강하고 광학계의 정렬이 필요 없는 것이 특징이다.
도 2는 광원부(100)의 일 예를 나타내며, 도 3은 광원부(100)의 다른 일 예를 나타낸다.
광원부(100)는 씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 구성이다. 이러한 광원부(100)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드(110)와, 여기 레이저 다이오드와 연결되는 펌프 컴바이너(pump combiner)(120)와, 펌프 컴바이너를 통해 합성된 여기 광원이 일측으로 유입되는 희토류 첨가 광섬유(rare-earth doped active fiber)(140)와, 희토류 첨가 광섬유의 일측에 구비되어 고반사율로 작용하는 제1 파이버 브래그 격자(High Reflection Fiber Bragg grating, HR FBG)(130)와, 희토류 첨가 광섬유의 타측에 구비되어 저반사율로 작용하는 제2 파이버 브래그 격자(Output Coupler Fiber Bragg grating, OC FBG)(160)와, OC FBG의 타단에서 출력되는 광원을 변조하는 음향광학 변조기(Acoustic Optic Modulator, AOM)(150)를 포함할 수 있다. 이때, 광원부(100) 내의 각 구성 간에는 광섬유(optical fiber)로 연결되어 광이 전달된다.
즉, 펌프 컴바이너(120)를 통해 유입된 여기 레이저 다이오드(110)의 광원은 HR FBG(130)를 거쳐 일측으로 희토류 첨가 광섬유(140)로 유입되어 희토류 첨가 광섬유(140)를 여기시키며, 여기된 희토류 이온은 특정 파장의 광을 방사하게 된다. 희토류 첨가 광섬유(140)의 일측에 마련된 HR FBG(130)가 방사한 광에 대해 브래그 파장에 대해 고반사율로 작용하며, 희토류 첨가 광섬유(140)의 타측에 마련된 OC FBG(160)가 브래그 파장에 대해 저반사율로 작용하여, 브래그 파장에 해당하는 광은 HR FBG(130)와 OC FBG(160) 사이에서 공진하게 되어 레이저 광원을 발진하게 된다. 이때, 통상 HR FBG(130)는 99% 이상의 고반사율을 가질 수 있고, OC FBG(160)는 6~30%의 저반사율을 가진다. 희토류 첨가 광섬유(140)는 광섬유 코어에 Yb를 포함하여 이터븀 첨가 광섬유(Ytterbium doped fiber)일 있으나, Yb 이온에 한정되는 것은 아니다.
HR FBG(130) 및 OC FBG(160)는 단일모드(single mode) 광섬유 코어 부분이 격자(grating)라 지칭되는 주기적인 패턴을 가지며, 해당 격자 부분은 광섬유 코어의 굴절률을 증가시킨다. HR FBG(130) 및 OC FBG(160)는 진행하는 광원의 일부를 반사하는데, 격자 주기가 입사광 파장의 대략 반 정도가 될 때 모든 반사된 광원을 결맞음으로 합치게 되면 특정한 파장에서 하나의 큰 반사광이 된다. 이를 브래그(Bragg) 조건이라 하며, 이와 같이 반사된 파장을 브래그 파장(Bragg wavelength)라고 한다. 브래그 파장 이외의 파장은 위상이 맞지 않아 HR FBG(130) 및 OC FBG(160)에서 투과된다.
한편, AOM(150)는 OC FBG의 타단에서 출력되는 광원을 변조한다. 즉, AOM(150)는 음파를 사용하여 빛의 주파수를 변화 및 분해하는 acousto-optic 효과를 사용한다. 가령, AOM(150)는 입사되는 광원을 온 상태와 오프 상태로 서로 다른 방향으로 전달한다.
구체적으로, AOM(150)은 광원이 통과하는 부분인 Quartz 부분과, 음파를 발생시키는 Transducer 부분을 포함한다. 가령, Transducer로 사용하는 장치는 압전 소자(Piezoelectric Transducer; PZT)이다. 이때, PZT는 인가되는 전압에 따라 팽창하거나 수축한다. 이러한 원리를 이용하면, 인가되는 전압을 주기적으로 조절하여 Quartz 내부에 일정한 주파수를 가지는 음파를 생성할 수 있다. 즉, 음파가 생성되는 Quartz에 특정한 각도(Brag Angle)로 광원을 입사시키면 통과되어 나오는 광원이 2개(온 상태 및 오프 상태)로 갈라지는 현상을 볼 수 있는데, 입사각도와 동일한 각도로 투과된 광원은 변조가 안된 것이고 입사각도와 다른 각도로 투과된 광원은 변조된 것이다.
AOM(150)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 희토류 첨가 광섬유(140)의 타단과 OC FBG(160)의 사이에 구비되거나, 도 3에 도시된 바와 같이, OC FBG(160)와 광원부(100b)의 출력단 사이에 구비될 수 있다.
또한, 광원부(100)는 레이저 파장에서 발진하는 하나의 여기 레이저 다이오드(fiber-coupled laser diode)로 구성이 가능하다. 가령, 여기 레이저 다이오드는 FP(Fabry-Perot) 레이저 다이오드, DBF(Distributed FeedBack) 레이저 다이오드 또는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 레이저 다이오드 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 증폭부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 희토류 첨가 광섬유(310)와, 광원부(100)의 씨앗 광원과 펌프광이 희토류 첨가 광섬유(310)의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너(signal/pump combiner)(320)와, 펌프광이 희토류 첨가 광섬유(310)의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너(330)와, 각 신호광/펌프 컴바이너(320, 330)로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드(340, 350)를 각각 포함한다. 이때, 증폭부(300)는 여기 레이저 다이오드(340, 350)의 펌프광을 이용하여 희토류 첨가 광섬유(310) 내에서 광원부(100)의 씨앗 광원을 증폭할 수 있다. 이러한 증폭부(300)는 필요에 따라 다수개가 구비될 수 있다.
즉, 각 여기 레이저 다이오드(340, 350)에서 발생된 펌프광은 희토류 첨가 광섬유(310)의 양단으로 유입된다. 이때, 각 펌프광은 동일한 파장에서 안정화된 레이저 빔일 수 있다. 예를 들어, 여기 레이저 다이오드(340, 350)는 싱글 에미터 다이오드 레이저(single emiter diode)일 수 있고, 펌프광은 975 nm의 파장에서 안정화된 레이저 빔일 수 있으며, 희토류 첨가 광섬유(310)는 광섬유의 코어가 Yb를 포함하여 레이저 광원을 증폭하는 이터븀 첨가 광섬유(Ytterbium Doped Fiber)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
고립기(200, 400)는 광원부(100)와 제1 신호광/펌프 컴바이너(320)의 사이와, 제2 신호광/펌프 컴바이너(330)와 증폭부(300)의 출력단 사이에 각각 연결될 수 있다. 이러한 고립기(200, 400)는 광이 하나의 방향으로 진행하도록 작용한다.
제어부(500)는 광원부(100)와 여기 레이저 다이오드(340, 350)의 구동을 제어한다. 가령, 제어부(500)는 광원부(100)에서 여기 레이저 다이오드를 사용할 경우 여기 레이저 다이오드(100)를, FBG로 구성된 공진기를 사용할 경우 광원부 레이저 다이오드(110) 및 AOM(150)의 구동을 제어할 수 있다. 특히, 제어부(500)는 증폭부(300) 및 고립기(400)를 거쳐 최종 출력되는 레이저(이하, “최종 레이저”라 지칭함)가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모드 가능하게 제어하되, 이들 중에서 하나의 동작을 하도록 제어한다.
도 4는 광원부(100)의 씨앗 광원(L1)과 증폭부(300)의 펌프광(L2)의 다이어그램을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 제어부(500)는 CW의 씨앗 광원(L1)이 광원부(100)에서 발생되고 CW의 펌프광(L2)이 여기 다이오드 레이저(340, 350)에서 발생되도록 제어함으로써, 최종 레이저가 CW 구동하도록 제어할 수 있다. 이때, CW의 씨앗 광원(L1)과 CW의 펌프광(L2)은 제어부(500)에 의해 그 시간이 서로 동기화되어 발생되어야 한다. 즉, CW 펌프광(L2)의 발생 기간 동안에 CW의 씨앗 광원(L1)이 발생되도록 제어되어야 한다.
또한, 제어부(500)는 QCW의 씨앗 광원(L1)이 광원부(100)에서 발생되고 QCW의 펌프광(L2)이 여기 다이오드 레이저(340, 350)에서 발생되도록 제어함으로써, 최종 레이저가 QCW 구동하도록 제어할 수 있다. 이때, 다수의 QCW 씨앗 광원(L1)과 다수의 QCW 펌프광(L2)은 제어부(500)에 의해 그 시간이 서로 동기화되어 발생되어야 한다. 즉, QCW 펌프광(L2)의 발생 기간 동안에 QCW의 씨앗 광원(L1)이 발생되어야 하며, 증폭 다이오드 레이저(340, 350)이 오프 기간 동안에(즉, QCW와 QCW의 사이)에 광원부(100)도 오프 기간이 되도록 제어되어야 한다.
또한, 제어부(500)는 펄스의 씨앗 광원(L1)이 광원부에서 발생되고 CW의 펌프광(L2)이 여기 레이저 다이오드(340, 350)에서 발생되도록 제어함으로써, 최종 레이저가 펄스 구동하도록 제어할 수 있다. 이때, CW 펌프광(L2)의 발생 기간 동안에 펄스의 씨앗 광원(L1)이 발생되도록 제어되어야 한다.
특히, CW, QCW 및 펄스 동작이 모드 가능함에 따라, 광섬유 레이저 장치(10)는 수술용 또는 산업용으로 유용하게 활용될 수 있다.
가령, 결석 수술(특히, 비뇨기과의 요로 결석 수술) 시에 결석(요로 결석) 파쇄 작업, 지혈 작업 및 절개 작업이 반드시 필요한 수술 작업이나, 각 수술 작업에서 요구되는 레이저의 동작 모드가 전혀 다르다. 종래 기술 경우, 하나의 동작 모드만 제공하므로, 수술 중에 다른 레이저 장치를 교체해야 하는 등의 불편함, 시간 소요 및 위험을 초래한다.
반면, 본 발명의 광섬유 레이저 장치(10)는 수술용(특히, 비뇨기과의 요로 결석 수술용)으로 사용될 경우, 결석 파쇄 작업을 위해 QCW 동작을 수행할 수 있고, 지혈 작업을 위해 CW 동작을 수행할 수 있으며, 절개 작업을 위해 펄스 동작을 수행할 수 있다. 이러한 각 동작 모드의 전환은 입력부(미도시)에 의한 사용자의 선택에 따라 제어부(500)에서 해당 동작 모드로의 제어를 통해 쉽게 구현될 수 있다.
한편, 레이저가 산업용으로 사용될 경우, 절단 또는 용접 작업, 스폿 용접(spot welding) 작업 및 마킹(marking) 작업이 필요할 수 있으나, 각 작업에서 요구되는 레이저의 동작 모드가 전혀 다르다. 종래 기술의 경우, 하나의 동작 모드만 제공하므로, 특정 작업을 위해 다른 레이저 장치를 교체해야 하는 등의 불편함 및 시간 소요를 초래한다.
반면, 본 발명의 광섬유 레이저 장치(10)는 산업용으로 사용될 경우, 절단 또는 용접 작업을 위해 CW 동작을 수행할 수 있고, 스폿 용접 작업을 위해 QCW 동작이 수행할 수 있으며, 마킹 작업을 위해 펄스 동작을 수행할 수 있다. 이러한 각 동작 모드의 전환은 입력부(미도시)에 의한 사용자의 선택에 따라 제어부(500)에서 해당 동작 모드로의 제어를 통해 쉽게 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명은 본 발명은 하나의 광섬유 레이저 장치에서 3가지 동작(연속 동작, 준연속 동작 및 펄스 동작)의 구현이 가능한 이점이 있다. 또한, 본 발명은 수술용 또는 산업용으로 활용되어 하나의 레이저 장치만으로도 수술용 또는 산업용의 각 작업에 필요한 서로 다른 동작 모드를 지원할 수 있어, 저비용으로 해당 각 작업 능률을 향상시키고 작업 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 광섬유 레이저 장치
100: 광원부 110, 340, 350: 여기 레이저 다이오드
120, 320, 330: 펌프 컴바이너 130: HR FBG
140, 310: 희토류 첨가 광섬유 150: AOM
160: OC FBG 200, 400: 고립기
300: 증폭부 500: 제어부
100: 광원부 110, 340, 350: 여기 레이저 다이오드
120, 320, 330: 펌프 컴바이너 130: HR FBG
140, 310: 희토류 첨가 광섬유 150: AOM
160: OC FBG 200, 400: 고립기
300: 증폭부 500: 제어부
Claims (12)
- 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하며 광섬유의 연결을 통해 광을 전달하는 광섬유 레이저 장치로서,
씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및
제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및
광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
결석 파쇄 작업을 위해 준연속 동작이 수행되고, 지혈 작업을 위해 연속 동작이 수행되며, 절개 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 수술용인 광섬유 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 CW 구동 시 CW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하고, QCW 구동 시 서로 동기화된 QCW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하며, 펄스 구동 시 광원부에서 펄스의 광이 발생되고 여기 레이저 다이오드에서 CW의 광이 발생되도록 제어하는 광섬유 레이저 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 광원부와 상기 제1 신호광/펌프 컴바이너의 사이와, 상기 제2 신호광/펌프 컴바이너와 상기 증폭부의 출력단 사이에 각각 연결되어, 광이 하나의 방향으로 진행하도록 작용하는 고립기(isolator)를 더 포함하는 광섬유 레이저 장치.
- 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하며 광섬유의 연결을 통해 광을 전달하는 광섬유 레이저 장치로서,
씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및
제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및
광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 광원부는,
펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드;
여기 레이저 다이오드와 연결된 펌프 컴바이너(pump combiner);
펌프 컴바이너를 통해 합성된 여기 광원이 일측으로 유입되는 제2 희토류 첨가 광섬유(rare-earth doped active fiber);
제2 희토류 첨가 광섬유의 일측에 구비되어 고반사율로 작용하는 제1 파이버 브래그 격자(High Reflection Fiber Bragg grating, HR FBG);
제2 희토류 첨가 광섬유의 타측에 구비되어 저반사율로 작용하는 제2 파이버 브래그 격자(Output Coupler Fiber Bragg grating, OC FBG); 및
OC FBG의 타단에서 출력되는 광원을 변조하는 음향광학 변조기(Acoustic Optic Modulator, AOM);를 포함하되, 각 구성 간에 광섬유로 연결되어 상기 씨앗 광원을 출력하는 광섬유 레이저 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 AOM은 상기 제2 희토류 첨가 광섬유 타단과 상기 OC FBG 사이에 구비된 광섬유 레이저 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 AOM은 상기 OC FBG와 상기 광원부의 출력단 사이에 구비된 광섬유 레이저 장치.
- 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 광원부는 씨앗 광원을 발생시키는 레이저 다이오드로 구현된 광섬유 레이저 장치.
- 제4항에 있어서,
결석 파쇄 작업을 위해 준연속 동작이 수행되고, 지혈 작업을 위해 연속 동작이 수행되며, 절개 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 수술용인 광섬유 레이저 장치.
- 제1항 또는 제8항에 있어서,
비뇨기과 요로결석 수술용인 광섬유 레이저 장치.
- 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하며 광섬유의 연결을 통해 광을 전달하는 광섬유 레이저 장치로서,
씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및
제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및
광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
절단 또는 용접 작업을 위해 연속 동작이 수행되고, 스폿 용접(spot welding) 작업을 위해 준연속 동작이 수행되며, 마킹(marking) 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 산업용인 광섬유 레이저 장치.
- 각 구성 간에 광섬유로 연결되며, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하되, 결석 파쇄 작업을 위해 준연속 동작이 수행되고, 지혈 작업을 위해 연속 동작이 수행되며, 절개 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 수술용 광섬유 레이저 장치로서,
씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및
제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및
광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는 CW 구동 시 CW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하고, QCW 구동 시 서로 동기화된 QCW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하며, 펄스 구동 시 광원부에서 펄스의 광이 발생되고 여기 레이저 다이오드에서 CW의 광이 발생되도록 제어하는 수술용 광섬유 레이저 장치.
- 각 구성 간에 광섬유로 연결되며, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작이 모두 가능하되, 절단 또는 용접 작업을 위해 연속 동작이 수행되고, 스폿 용접(spot welding) 작업을 위해 준연속 동작이 수행되며, 마킹(marking) 작업을 위해 펄스 동작이 수행되는 산업용 광섬유 레이저 장치로서,
씨앗 광원(seed laser)을 발생시키는 광원부; 및
제1 희토류 첨가 광섬유와, 씨앗 광원과 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 일측에 유입되도록 연결된 제1 신호광/펌프 컴바이너와, 펌프광이 제1 희토류 첨가 광섬유의 타측에 유입되도록 연결된 제2 신호광/펌프 컴바이너와, 각 신호광/펌프 컴바이너로 유입되는 펌프광을 발생시키는 여기 레이저 다이오드를 각각 포함하며, 펌프광을 이용하여 씨앗 광원을 증폭하는 한 개 이상의 증폭부; 및
광원부와 여기 레이저 다이오드의 구동을 제어하여, 최종 출력되는 레이저가 연속(continuous wave; CW) 동작, 준연속(quasi-CW; QCW) 동작 및 펄스(Pulse) 동작 중에서 하나의 동작을 하도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는 CW 구동 시 CW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하고, QCW 구동 시 서로 동기화된 QCW의 광이 광원부 및 증폭 다이오드 레이저에서 각각 발생되도록 제어하며, 펄스 구동 시 광원부에서 펄스의 광이 발생되고 여기 레이저 다이오드에서 CW의 광이 발생되도록 제어하는 산업용 광섬유 레이저 장치.
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| KR102485106B1 true KR102485106B1 (ko) | 2023-01-05 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210115595A KR102485106B1 (ko) | 2021-08-31 | 2021-08-31 | 광섬유 레이저 장치 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20140333995A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-11-13 | Princeton Optronics Inc. | VCSEL Pumped Fiber Optic Gain Systems |
| US9647410B2 (en) * | 2013-06-03 | 2017-05-09 | Ipg Photonics Corporation | Multimode Fabry-Perot fiber laser |
-
2021
- 2021-08-31 KR KR1020210115595A patent/KR102485106B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| US20140333995A1 (en) * | 2013-03-01 | 2014-11-13 | Princeton Optronics Inc. | VCSEL Pumped Fiber Optic Gain Systems |
| US9647410B2 (en) * | 2013-06-03 | 2017-05-09 | Ipg Photonics Corporation | Multimode Fabry-Perot fiber laser |
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