KR102653898B1 - 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치는 연속파 레이저를 레이저 펄스열로 변환하는 발진기; 상기 레이저 펄스열 중 일부를 버스트 펄스로 분리하는 버스트 생성부; 상기 버스트 펄스를 증폭하는 버스트 펄스 증폭기를 포함하고, 상기 버스트 펄스 증폭기는 상기 버스트 펄스를 공진시키는 공진기, 그리고 상기 공진기를 통과하는 상기 버스트 펄스를 다중 광 펌핑하여 증폭 버스트 펄스를 생성하는 다중 광 펌핑부를 포함한다.

Description

버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치{LASER GENERATOR INCLUDING BURST PULSE AMPLIFIER}
본 발명은 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버스트 펄스를 증폭하는 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치에 관한 것이다.
펨토초 레이저는 가공 재료의 열확산 시간보다 짧은 레이저 펄스 조사 시간을 가지므로, 가공 재료의 열 손상이 없는 비열(non-thermal) 가공이 가능하다. 또한, 펨토초 레이저는 상대적으로 낮은 에너지로도 큰 첨두 출력이 가능하기 때문에, 기존의 연속파(Continuous Wave, CW) 레이저 또는 나노초(Nanosecond) 레이저보다 가공 재료에 가하는 충격이 적어 초정밀 가공이 가능하다. 따라서, 펨포초 레이저 가공은 반도체, 태양전지, 디스플레이 등 최첨단 부품 생산에 있어 각광받는 기술이 되었다.
　펨토초 레이저 가공에 사용되는 레이저 발생 장치는 일반적으로 주 발진기, 전기 및 광학 장치, 그리고 증폭 장치를 포함한다. 주 발진기는 MHz 수준의 수 nJ의 펄스 에너지를 가지는 레이저 펄스열(Pulse train)을 생성하고, 전기 및 광학 장치에 의해 레이저 펄스열에서 특정 시간 간격당 하나의 펄스가 선택되어 씨앗빔(Seed beam)으로 사용된다. 씨앗빔은 증폭 장치로 전송되어 증폭 장치 내의 이득 매질을 지나게 된다. 이 때 이득 매질에서는 펌핌용 레이저 펄스를 통해 광펌핑이 되어 저장된 에너지가, 씨앗빔이 지날 시 유도방출(Spontaneous emission)에 의해 씨앗빔에 전달되어 최종적으로 증폭된 펄스가 출력된다. 즉, 펌프 레이저 발생기에서 나온 펌핑용 레이저 펄스가 이득 매질에 입사되면 에너지가 저장됩니다. 이 저장된 에너지를 유도 방출에 의해 씨앗빔에 전달되고, 씨앗빔이 증폭하게 되어 에너지가 증가한다.
이러한 레이저 발생 장치에서 생성되는 레이저 펄스는 일반적으로 수 mJ의 펄스 에너지를 가지게 된다. 레이저 발생 장치에서 발생하는 레이저 펄스를 집속하면 최첨단 부품들의 원재료인 실리콘 웨이퍼의 가공 임계치 플루언스(Ablation threshold fluence)인 0.2 J/cm를 초과하는 값을 가질 수 있으므로, 레이저 가공에 사용하기 충분하다.
일반적으로 레이저 가공이 가능할 경우, 시간당 가공 효율은 반복률이 높아질수록 증가한다. 펨토초 레이저의 반복률은 보통 수 Hz에서 수 kHz이며, 이는 증폭 장치에 사용된 펌프 레이저 발생기의 반복률과 일치한다. 펌프 레이저 발생기는 동일한 출력일 때 반복률이 높을수록 가격이 급격히 상승하기 때문에, 가공 효율을 높이기 위해 레이저 발생 장치의 반복률을 높이는 경우, 제조 비용이 증가하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치인 버스트 모드 레이저가 개발되고 있다. 버스트 모드 레이저는 버스트 모드(Burst mode)를 생성하여 씨앗빔으로서 증폭 장치에 적용하며, 높은 반복률을 제공할 수 있다. 그러나, 펨토초 레이저가 펌핑용 레이저 펄스당 증폭 장치에서 한 개의 펄스를 증폭시키나, 버스트 모드 레이저는 수에서 수십 개 이상의 펄스들을 씨앗빔으로 하여 증폭시킬 수 있다. 이로 인해, 버스트 모드 레이저의 반복률은 펨토초 레이저의 반복률보다 높지만, 출력되는 레이저 펄스의 펄스 에너지는 uJ 수준으로 낮아진다. 그러나, 펄스 에너지가 낮아도 레이저 펄스를 집속하면 실리콘 웨이퍼를 충분히 가공할 수 있다. 따라서, 반복률이 높은 버스트 모드 레이저가 펨토초 레이저보다 가공 효율에 있어 유리하다.
그러나, 버스트 모드 레이저의 증폭 장치는 씨앗빔을 증폭시키기 위한 이득 매질을 포함하는 공진기, 그리고 광 펌핑을 위한 펌프 레이저 발생기를 포함한다. 펌프 레이저 발생기로부터 1회 광 펌핑 당 이득 매질에 저장되는 에너지는 씨앗빔이 지나감에 따라 유도 방출에 의해 감소한다. 따라서, 이득 매질을 통과하는 버스트 펄스 내의 펄스의 수가 많을수록 이득 매질에 저장된 펄스 에너지는 급격히 감소하며, 이로 인해 각 펄스들의 이득(gain)이 달라지게 된다. 또한, 말미에 위치한 펄스들은 낮은 이득으로 인해 증폭이 어렵게 된다. 따라서, 버스트 모드 레이저에서 출력되는 펄스들의 펄스 에너지는 비 균일하게 되며, 가공 품질을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 펄스 에너지의 균일도를 향상시킬 수 있고, 반복률을 조절 가능한 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치는 연속파 레이저를 레이저 펄스열로 변환하는 발진기; 상기 레이저 펄스열 중 일부를 버스트 펄스로 분리하는 버스트 생성부; 상기 버스트 펄스를 증폭하는 버스트 펄스 증폭기를 포함하고, 상기 버스트 펄스 증폭기는 상기 버스트 펄스를 공진시키는 공진기, 그리고 상기 공진기를 통과하는 상기 버스트 펄스를 다중 광 펌핑하여 증폭 버스트 펄스를 생성하는 다중 광 펌핑부를 포함한다.
상기 다중 광 펌핑부는 펌핑용 레이저 펄스를 생성하는 펌프 레이저 발생기, 상기 펌핑용 레이저 펄스를 펌핑용 레이저 펄스열로 변환하는 빔 분배기, 그리고 상기 펌핑용 레이저 펄스열의 펄스 에너지를 조절하여 상기 공진기에 입사시키는 펌핑용 레이저 변조기를 포함할 수 있다.
상기 펌프 레이저 발생기는 펄스형 레이저 발생기를 포함할 수 있다.
상기 빔 분배기는 상기 펌핑용 레이저 펄스의 일부는 투과시키고, 상기 펌핑용 레이저 펄스의 나머지는 반사시키는 복수의 빔 스플리터, 그리고 상기 펌핑용 레이저 펄스의 진행 경로 상에 위치하여 상기 펌핑용 레이저 펄스를 반사시키는 복수의 반사 부재를 포함할 수 있다.
상기 빔 분배기에서 생성되는 상기 펌핑용 레이저 펄스열은 펄스 시간 간격을 가지는 복수의 서브 펄스를 포함할 수 있다.
상기 빔 분배기는 상기 펌핑용 레이저 펄스를 편광시키는 복수의 편광판, 상기 편광판을 통과한 상기 펌핑용 레이저 펄스의 위상을 지연시키는 복수의 위상 지연 부재, 그리고 상기 편광판을 통과한 상기 펌핑용 레이저 펄스를 변조시키는 전기 광학 변조기를 포함할 수 있다.
상기 다중 광 펌핑부는 연속파 레이저를 생성하는 연속파 레이저 발생기, 상기 연속파 레이저를 펌핑용 레이저 펄스열로 변환하는 빔 분배기, 그리고 상기 펌핑용 레이저 펄스열의 펄스 에너지를 조절하여 상기 공진기에 입사시키는 펌핑용 레이저 변조기를 포함할 수 있다.
상기 공진기는 상기 버스트 펄스를 반사시켜 왕복시키는 한 쌍의 반사경, 그리고, 상기 한 쌍의 반사경 내에 위치하는 이득 매질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치는 펄스 에너지를 가지는 복수의 서브 펄스를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열을 공진기에 입사시켜 버스트 펄스를 다중 광 펌핑함으로써, 공진기를 통과하는 버스트 펄스의 에너지 감쇠를 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 균일한 펄스 에너지로 증폭된 증폭 버스트 펄스가 생성될 수 있다.
또한, 버스트 펄스 내의 펄스 수를 증가시켜도 공진기의 이득 매질 내에 저장된 펄스 에너지의 감쇠를 추가적인 광 펌핑으로 보상할 수 있으므로, 높은 반복률을 가지는 증폭 버스트 펄스를 생성할 수 있다. 따라서, 높은 반복률로 충분히 레이저 가공이 가능하므로, 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 빔 분배기의 구체적인 도면이다.
도 3은 도 1의 버스트 생성부에서 생성된 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1의 버스트 펄스 증폭기에 의해 증폭된 증폭 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 4의 증폭 버스트 펄스의 이득을 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 버스트 생성부에서 생성된 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 버스트 펄스 증폭기에 의해 증폭된 증폭 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 7의 증폭 버스트 펄스의 이득을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 빔 분배기의 구체적인 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 개략적인 도면이다.
도 11은 도 10의 빔 분배기의 구체적인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 개략적인 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치는 발진기(100), 버스트 생성부(200), 그리고 버스트 펄스 증폭기(300)를 포함한다.
발진기(100)는 연속파 레이저를 레이저 펄스열(Laser pulse train)(LP)로 변환할 수 있다.
발진기(100)는 레이저 다이오드(Laser diode), 변조기(Modulator), 그리고 위상 천이기(Phase shifter) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조로 이루어질 수 있다.
레이저 다이오드(도시하지 않음)는 순방향 반도체 접합 부재를 이용하여 연속파 레이저를 발생시킬 수 있다. 변조기(도시하지 않음)는 연속파 레이저를 변조시켜 높은 반복률을 가지는 레이저 펄스열(LP)로 변환시킬 수 있다. 변조기는 연속파 레이저의 세기를 변조시키는 세기 변조기(intensity modulator), 그리고 연속파 레이저의 위상을 변조시키는 위상 변조기(phase modulator)를 포함할 수 있다. 위상 천이기(도시하지 않음)는 레이저 펄스열(LP)의 처핑 상태를 조절할 수 있다. 이 때, 깨끗한 펄스 모양이 나오도록 직류 바이어스 전압(DC bias voltage)을 세기 변조기에 걸어주고 위상 천이기를 조절할 수 있다.
버스트 생성부(200)는 발진기(100)에서 생성된 레이저 펄스열(LP) 중 일부를 선택하여 버스트 펄스(Burst pulse)(BP)로 분리할 수 있다. 버스트 생성부(200)는 복수의 전기 소자 및 광학 소자를 포함할 수 있다. 예컨대, 버스트 생성부(200)는 레이저 펄스열(LP)을 복수의 버스트 펄스(BP)로 분리하는 광 변조기(도시하지 않음), 그리고 역방향으로의 신호 전파를 차단하는 아이솔레이터(Isolator) 등을 포함할 수 있다. 광 변조기(도시하지 않음)는 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator,　AOM) 또는 전기 광학 변조기(electro-optic modulator,　EOM)를 포함할 수 있다. 이 때, 레이저 펄스열(LP)을 끊어주는 시간 및 주기(duty cycle)는 광 변조기(도시하지 않음)를 구동하는 구동 신호로 조절할 수 있다.
버스트 펄스 증폭기(300)는 버스트 펄스(BP)를 씨앗빔으로 하여 버스트 펄스(BP)를 증폭하여 증폭 버스트 펄스(ABP)를 생성할 수 있다.
버스트 펄스 증폭기(300)는 공진기(310), 그리고 다중 광 펌핑부(320)를 포함할 수 있다.
공진기(310)는 버스트 펄스(BP)를 반사시켜 왕복시키는 한 쌍의 반사경(311), 그리고, 한 쌍의 반사경(311) 내에 위치하는 이득 매질(312)을 포함할 수 있다. 공진기(310)는 버스트 펄스(BP)를 공진시킬 수 있다.
다중 광 펌핑부(320)는 공진기(310)를 통과하는 버스트 펄스(BP)를 다중 광 펌핑하여 공진기(310)의 이득 매질(312)에 에너지를 공급함으로써 증폭 버스트 펄스(ABP)의 에너지 균일도를 향상시킬 수 있다.
다중 광 펌핑부(320)는 펌프 레이저 발생기(321), 빔 분배기(322), 그리고 펌핑용 레이저 변조기(323)를 포함할 수 있다.
펌프 레이저 발생기(321)는 펌핑용 레이저 펄스(PLP)를 생성할 수 있다. 펌프 레이저 발생기(321)는 펄스형 레이저 발생기를 포함할 수 있다. 펌핑용 레이저 펄스(PLP)는 kHz 수준의 반복률을 가질 수 있다. 따라서, 버스트 펄스(BP) 내의 펄스간 시간 간격이 ns 수준이므로, 종래의 레이저 발생 장치에서 버스트 펄스(BP)가 버스트 펄스 증폭기(300)의 공진기(310)를 통과하는 경우, 한 번의 광 펌핑만이 이루어진다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발생 장치는 다중 광 펌핑부(320)를 포함함으로써, 복수의 광 펌핑이 가능하다. 이하에서, 이에 대해 상세히 설명한다.
빔 분배기(322)는 펌핑용 레이저 펄스(PLP)를 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)로 변환할 수 있다.
도 2는 도 1의 빔 분배기의 구체적인 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 빔 분배기(322)는 복수의 빔 스플리터(beam splitter)(30), 그리고 복수의 반사 부재(40)를 포함할 수 있다.
빔 스플리터(30)는 펌핑용 레이저 펄스(PLP)의 진행 경로 상에 위치하여 펌핑용 레이저 펄스(PLP)의 일부는 투과시키고, 펌핑용 레이저 펄스(PLP)의 나머지는 반사시킬 수 있다.
그리고, 반사 부재(40)는 펌핑용 레이저 펄스(PLP)의 진행 경로 상에 위치하여 펌핑용 레이저 펄스(PLP)를 반사시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 펌프 레이저 발생기(321)에서 생성된 펌핑용 레이저 펄스(PLP)의 일부(P1)는 제1 빔 스플리터(31)에서 반사되어 제1 서브 펄스(P1)로 진행하고, 펌핑용 레이저 펄스(PLP)의 나머지(P2)는 제1 빔 스플리터(31)를 통과하여 제2 서브 펄스(P2)로 진행하게 된다. 그리고, 제1 서브 펄스(P1)는 제1 반사 부재(41)에 의해 반사된 후 제2 빔 스플리터(32)에 입사하고, 제2 서브 펄스(P2)는 제2 반사 부재(42)에 의해 반사된 후 제2 빔 스플리터(32)에 입사하게 된다. 따라서, 제1 서브 펄스(P1)와 제2 서브 펄스(P2)는 서로 다른 광 경로를 진행한 후 제2 빔 스플리터(32)에서 결합됨으로써, 펄스 시간 간격(Δt)만큼 분리되는 제1 서브 펄스(P1)와 제2 서브 펄스(P2)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)로 변환될 수 있다.
이와 같이, 펌핑용 레이저 펄스(PLP)는 빔 분배기(322)를 통과한 후 펄스 시간 간격(Δt)을 가지는 제1 서브 펄스(P1) 및 제2 서브 펄스(P2)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)로 변환될 수 있다. 이 때, 빔 스플리터(30)와 반사 부재(40)를 이용하여 광 경로를 조절함으로써, 펄스 시간 간격(Δt)을 조절할 수 있다. 따라서, 증폭 버스트 펄스(ABP)의 반복률을 조절하여 고반복률의 증폭 버스트 펄스(ABP)를 생성할 수 있다. 생성된 증폭 버스트 펄스(ABP)의 반복률은 1MHz 내지 1GHz일 수 있다.
도 2에서는 제1 빔 스플리터(31) 및 제2 빔 스플리터(32)를 포함하는 빔 분배기(322)를 이용하여 제1 서브 펄스(P1) 및 제2 서브 펄스(P2)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)를 생성하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 빔 분배기(322)를 이루는 빔 스플리터(30)의 개수를 증가시킴으로써, 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)를 이루어는 서브 펄스(SP)의 개수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 공진기(310)를 통과하는 버스트 펄스(BP)에 복수의 광 펌핑을 제공할 수 있다.
펌핑용 레이저 변조기(323)는 복수의 서브 펄스(SP)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)의 펄스 에너지를 조절할 수 있다. 즉, 경우에 따라 필요한 펌핑 에너지가 다를 수 있으므로, 펌핑용 레이저 변조기(323)를 이용하여 복수의 서브 펄스(SP)의 펄스 에너지를 각각 조절할 수 있다.
이와 같이, 복수의 서브 펄스(SP)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)을 공진기(310)에 입사시켜 버스트 펄스(BP)를 다중 광 펌핑함으로써, 공진기(310)를 통과하는 버스트 펄스(BP)의 에너지 감쇠를 상쇄시킬 수 있다.
즉, 하나의 버스트 펄스(BP)가 공진기(310)의 이득 매질(312)을 통과하는 동안 복수의 광 펌핑이 가능하므로, 이득 매질(312)에 저장된 에너지의 감쇠를 추가적인 광 펌핑으로 보상함으로써 증폭 버스트 펄스(ABP)의 펄스 에너지의 균일도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 균일한 펄스 에너지로 증폭된 증폭 버스트 펄스(ABP)가 생성될 수 있다.
또한, 버스트 펄스(BP) 내의 펄스 수를 증가시켜도 공진기(310)의 이득 매질(312) 내에 저장된 펄스 에너지의 감쇠를 추가적인 광 펌핑으로 보상할 수 있으므로, 높은 반복률을 가지는 증폭 버스트 펄스(ABP)를 생성할 수 있다. 따라서, 높은 반복률로 충분히 레이저 가공이 가능하므로, 제품 수율을 향상시킬 수 있다.
이하에서, 도면을 참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발생 장치에 의해 생성된 증폭 버스트 펄스와 종래의 레이저 발생 장치에 의해 생성된 증폭 버스트 펄스를 비교 설명한다.
도 3은 도 1의 버스트 생성부에서 생성된 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이고, 도 4는 도 1의 버스트 펄스 증폭기에 의해 증폭된 증폭 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이며, 도 5는 도 4의 증폭 버스트 펄스의 이득을 나타내는 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 버스트 생성부(200)에서 생성된 버스트 펄스(BP)의 펄스 에너지는 서로 균일하다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 버스트 펄스 증폭기(300)에 의해 증폭된 증폭 버스트 펄스(ABP)의 펄스 에너지도 서로 균일하게 된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 증폭 버스트 펄스(ABP)의 이득도 균일하게 된다.
도 6은 종래의 버스트 생성부에서 생성된 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이고, 도 7은 종래의 버스트 펄스 증폭기에 의해 증폭된 증폭 버스트 펄스의 펄스 에너지를 나타내는 그래프이며, 도 8은 도 7의 증폭 버스트 펄스의 이득을 나타내는 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 버스트 생성부(200)에서 생성된 버스트 펄스(BP)의 펄스 에너지는 서로 균일하다. 그러나, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 공진기(310) 내부의 각 버스트 펄스(BP)가 겪는 이득이 서로 다르므로, 버스트 펄스 증폭기(300)를 통과한 증폭 버스트 펄스(ABP)의 펄스 에너지는 점자로 작아지게 되어 균일하지 않게 된다.
한편, 상기 일 실시예에서는 빔 분배기가 빔 스플리터와 반사 부재를 포함하나, 빔 분배기가 편광판, 위상 지연 부재, 그리고 전기 광학 변조기를 포함하는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 9를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 빔 분배기의 구체적인 도면이다.
도 9에 도시된 다른 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예와 비교하여 빔 분배기의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 빔 분배기(322)는 복수의 편광판(50), 복수의 위상 지연 부재(60), 그리고 전기 광학 변조기(EOM)(70), 그리고 한 쌍의 반사 거울(80)을 포함할 수 있다.
펌핑용 레이저 펄스(PLP)는 한 쌍의 반사 거울(80)에 의해 왕복 반사되는 동안 편광판(50)에 의해 편광되고, 위상 지연 부재(60)에 의해 위상이 지연되며, 전기 광학 변조기(EOM)(70)에 의해 변조됨으로써, 펄스 시간 간격(Δt)만큼 분리되는 복수의 서브 펄스(SP)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)로 변환될 수 있다.
한편, 상기 일 실시예에서는 다중 광 펌핑부가 펌프 레이저 발생기, 빔 분배기, 그리고 펌핑용 레이저 변조기를 포함하나, 다중 광 펌핑부가 연속파 레이저 발생기, 빔 분배기, 그리고 펌핑용 레이저 변조기를 포함하는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 10을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 다중 광 펌핑부의 구체적인 도면이고, 도 11은 도 10의 빔 분배기의 구체적인 도면이다.
도 10 및 도 11에 도시된 다른 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예와 비교하여 다중 광 펌핑부의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스트 펄스 증폭기를 포함하는 레이저 발생 장치의 다중 광 펌핑부(420)는 연속파 레이저 발생기(421), 빔 분배기(422), 그리고 펌핑용 레이저 변조기(423)를 포함할 수 있다.
연속파 레이저 발생기(421)는 연속파 레이저(CW)를 생성할 수 있다.
빔 분배기(422)는 연속파 레이저(CW)를 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)로 변환할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 빔 분배기(422)는 전기 광학 변조기(70) 및 편광판(50)을 포함할 수 있다. 빔 분배기(422)에 입사된 연속파 레이저(CW)는 전기 광학 변조기(70)를 통과하며 소정 패턴의 펄스(PP)를 생성하고, 소정 패턴의 펄스(PP)는 편광판(50)을 통과하여 복수의 서브 펄스(SP)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)을 생성할 수 있다. 본 실시예에서는 빔 분배기가 전기 광학 변조기(70) 및 편광판(50)을 포함하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조를 가질 수 있다.
펌핑용 레이저 변조기(323)는 복수의 서브 펄스(SP)를 포함하는 펌핑용 레이저 펄스열(PLPT)의 펄스 에너지를 조절할 수 있다. 즉, 경우에 따라 필요한 펌핑 에너지가 다를 수 있으므로, 펌핑용 레이저 변조기(323)를 이용하여 복수의 서브 펄스(SP)의 펄스 에너지를 각각 조절할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 발진기 200: 버스트 생성부
300: 버스트 펄스 증폭기 310: 공진기
320: 다중 광 펌핑부 321: 펌프 레이저 발생기
322: 빔 분배기 323: 펌핑용 레이저 변조기

Claims (8)

  1. 연속파 레이저를 레이저 펄스열로 변환하는 발진기;
    상기 레이저 펄스열 중 일부를 버스트 펄스로 분리하는 버스트 생성부;
    상기 버스트 펄스를 증폭하는 버스트 펄스 증폭기;
    를 포함하고,
    상기 버스트 펄스 증폭기는
    상기 버스트 펄스를 공진시키는 공진기, 그리고
    상기 공진기를 통과하는 상기 버스트 펄스를 다중 광 펌핑하여 증폭 버스트 펄스를 생성하는 다중 광 펌핑부;
    를 포함하고,
    상기 다중 광 펌핑부는
    펌핑용 레이저 펄스를 생성하는 펌프 레이저 발생기,
    상기 펌핑용 레이저 펄스를 펌핑용 레이저 펄스열로 변환하는 빔 분배기, 그리고
    상기 펌핑용 레이저 펄스열의 펄스 에너지를 조절하여 상기 공진기에 입사시키는 펌핑용 레이저 변조기
    를 포함하는 레이저 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 펌프 레이저 발생기는 펄스형 레이저 발생기를 포함하는 레이저 발생 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 빔 분배기는
    상기 펌핑용 레이저 펄스의 일부는 투과시키고, 상기 펌핑용 레이저 펄스의 나머지는 반사시키는 복수의 빔 스플리터, 그리고
    상기 펌핑용 레이저 펄스의 진행 경로 상에 위치하여 상기 펌핑용 레이저 펄스를 반사시키는 복수의 반사 부재
    를 포함하는 레이저 발생 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 빔 분배기에서 생성되는 상기 펌핑용 레이저 펄스열은 펄스 시간 간격을 가지는 복수의 서브 펄스를 포함하는 레이저 발생 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 빔 분배기는
    상기 펌핑용 레이저 펄스를 편광시키는 복수의 편광판,
    상기 편광판을 통과한 상기 펌핑용 레이저 펄스의 위상을 지연시키는 복수의 위상 지연 부재, 그리고
    상기 편광판을 통과한 상기 펌핑용 레이저 펄스를 변조시키는 전기 광학 변조기
    를 포함하는 레이저 발생 장치.
  7. 연속파 레이저를 레이저 펄스열로 변환하는 발진기;
    상기 레이저 펄스열 중 일부를 버스트 펄스로 분리하는 버스트 생성부;
    상기 버스트 펄스를 증폭하는 버스트 펄스 증폭기;
    를 포함하고,
    상기 버스트 펄스 증폭기는
    상기 버스트 펄스를 공진시키는 공진기, 그리고
    상기 공진기를 통과하는 상기 버스트 펄스를 다중 광 펌핑하여 증폭 버스트 펄스를 생성하는 다중 광 펌핑부;
    를 포함하고,
    상기 다중 광 펌핑부는
    연속파 레이저를 생성하는 연속파 레이저 발생기,
    상기 연속파 레이저를 펌핑용 레이저 펄스열로 변환하는 빔 분배기, 그리고
    상기 펌핑용 레이저 펄스열의 펄스 에너지를 조절하여 상기 공진기에 입사시키는 펌핑용 레이저 변조기
    를 포함하는 레이저 발생 장치
  8. 제1항에서,
    상기 공진기는
    상기 버스트 펄스를 반사시켜 왕복시키는 한 쌍의 반사경,
    그리고, 상기 한 쌍의 반사경 내에 위치하는 이득 매질
    을 포함하는 레이저 발생 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20070013995A1 (en) * 2005-04-12 2007-01-18 Massachusetts Institute Of Technology Cavity-enhanced optical parametric amplification
US20160064892A1 (en) * 2012-12-04 2016-03-03 Amplitude Systemes System and method for generating a burst of ultra-short, high-power laser pulses

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