KR20110023385A - Laser device with ultra-second short pulse and method of driving the same - Google Patents

Laser device with ultra-second short pulse and method of driving the same Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A microwave laser device and a driving method thereof are provided to adjust a reflection angle of a mirror arranged in an input terminal of a laser resonator, thereby periodically changing a location of a femto second lager beam incident on a titanium-sapphire crystal. CONSTITUTION: A laser oscillator(21) oscillates laser in a laser resonator(30) with a laser crystal(48). A crystal driving unit(100) moves the laser crystal to change an illumination location of a laser beam incident on the laser crystal. A monitoring unit(110) monitors a laser beam outputted from the laser oscillator. The monitoring unit controls the crystal driving unit by detecting damage of the laser crystal.

Description

극초단파 레이저 장치 및 그 구동 방법{LASER DEVICE WITH ULTRA-SECOND SHORT PULSE AND METHOD OF DRIVING THE SAME}Microwave laser device and its driving method {LASER DEVICE WITH ULTRA-SECOND SHORT PULSE AND METHOD OF DRIVING THE SAME}

본원 발명은 극초단파 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 산업용으로 양산에 적합하도록 펨토초 레이저 광원의 수명을 증가시킬 수 있는 레이저 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave laser device, and more particularly to a laser device and a driving method thereof that can increase the life of the femtosecond laser light source to be suitable for mass production for industrial use.

액정 표시 장치(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치는 제조 과정에서 다수의 검사 공정을 통해 공정 불량을 검출하고, 공정 불량으로 검출된 신호 라인 또는 화소 등을 컷팅(cutting) 및 리페어(repair)하기 위하여 레이저 장치를 이용한다. 기존의 리페어 공정에서는 나노초(Nano second;~10-15s) 범위의 레이저가 주로 이용되었으나, 나노초 범위의 레이저는 가공부 주변의 열 손상으로 인하여 상하 신호선의 쇼트 불량 등과 같은 2차 불량이 발생되는 문제점이 있다. 따라서, 최근에는 가공부 주변의 열 손상없이 초미세 가공이 가능한 펨토초 레이저를 리페어용 레이저로 적용하기 위한 시도를 하고 있다.A flat panel display device such as a liquid crystal display (LCD) and an organic light emitting diode (OLED) display device detects a process defect through a plurality of inspection processes in a manufacturing process, and cuts signal lines or pixels detected as a process defect. And a laser device for repair. In the conventional repair process, a laser in the range of nanoseconds (~ 10 -15 s) is mainly used, but in the laser range of the nanosecond range, secondary defects such as short defects in the upper and lower signal lines are generated due to thermal damage around the machining part. There is a problem. Therefore, in recent years, attempts have been made to apply a femtosecond laser capable of ultra-fine processing without heat damage around a machining portion as a repair laser.

일반적으로, 펨토초 레이저는 펨토초(Femto second; ~10-15s) 범위의 극초단 파 펄스폭을 갖는 고출력 레이저 펄스를 이용하여 기존 레이저의 가공 및 측정 한계를 극복함으로써 초미세 가공 분야에서 주목받고 있다. 기존의 펄스폭이 상대적으로 긴 레이저와 비교하여, 펨토초 레이저는 펄스 지속 시간이 아주 짧아서 가공부 주변의 열적 변형 및 손상과 가공 공차 등을 최소화할 수 있고, 가공 단면의 가로-세로비를 증가시킬 수 있으며, 대상 재료의 선택 제한이 원천적으로 없다는 장점을 갖고 있다. In general, femtosecond lasers are attracting attention in the field of ultra-fine processing by overcoming the limitations of processing and measurement of conventional lasers by using high-power laser pulses having ultra-short pulse widths in the femto second (˜10 -15 s) range. . Compared to conventional lasers with relatively long pulse widths, femtosecond lasers have a very short pulse duration, which minimizes thermal deformation and damage around machining, machining tolerances, and increases the horizontal-to-vertical ratio of the machining cross section. It has the advantage that there is no limit to the selection of the material of interest.

최근 주로 이용되는 펨토초 레이저 장치는, 간단한 구성과 이득 매질의 우수한 물리적 특성을 갖는 티타늄-사파이어(Ti:Al2O3)와 같은 레이저 크리스탈의 매질과, 광학적 커(Kerr) 효과를 이용한 커렌즈 모드 록킹(Kerr lens mode locking) 방법을 이용하여, 단일 모드(또는 주파수)로 위상이 록킹된 펨토초 레이저 펄스를 생성하여 출력한다. A femtosecond laser device mainly used in recent years is a laser lens medium such as titanium-sapphire (Ti: Al 2 O 3 ), which has a simple configuration and excellent physical properties of a gain medium, and a Kerr lens mode using an optical Kerr effect. Using a Kerr lens mode locking method, a femtosecond laser pulse whose phase is locked in a single mode (or frequency) is generated and output.

그러나, 종래의 펨토초 레이저 장치는 시간 경과에 따라 티타늄-사파이어 크리스탈의 표면이 펨토초 레이저와 오염원의 화학 반응으로 뿌옇게 손상되거나, 펨토초 레이저의 고출력 에너지로 인한 내부 매질의 화학 반응으로 티타늄-사파이어 크리스탈의 내부가 손상되어서, 레이저 빔의 출력 파워가 떨어지거나, 모드 록킹이 실패하여 펨토초 레이저 펄스 자체가 생성되지 못하고 연속 파형(Continous wave) 형태로 레이저 빔이 왜곡되는 문제점이 있다. 따라서, 펨토초 레이저 장치는 티타늄-사파이어 크리스탈의 수명이 짧은 관계로 연구 분야와는 달리 24시간 풀(Full) 가동이 필요한 산업 분야의 양산에는 적용이 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional femtosecond laser device, the surface of the titanium-sapphire crystal is damaged by the chemical reaction between the femtosecond laser and the pollutant over time, or the internal reaction of the internal medium caused by the high power energy of the femtosecond laser is caused. There is a problem that the output power of the laser beam is damaged or the mode locking fails, the femtosecond laser pulse itself is not generated and the laser beam is distorted in the form of a continuous wave. Therefore, the femtosecond laser device has a short lifespan of titanium-sapphire crystal, which is difficult to apply to mass production of an industrial field requiring 24-hour full operation unlike the research field.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저 크리스탈의 수명을 연장하여 산업 분야의 양산에 적용이 가능한 극초단파 레이저 장치 및 그 구동 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a microwave laser device and a driving method thereof that can be applied to mass production in the industrial field by extending the life of the laser crystal.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 극초단파 레이저 장치는 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기와; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 레이저 크리스탈을 이동시키는 크리스탈 구동부를 구비한다.In order to solve the above problems, the microwave laser device according to the first embodiment of the present invention comprises a laser oscillator for generating and outputting a microwave laser beam by resonating the laser beam from the pump laser in a laser resonator including a laser crystal ; And a crystal driving unit which moves the laser crystal to change the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal.

본 발명의 제2 실시예에 따른 극초단파 레이저 장치는 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기와; 상기 펌프 레이저로부터의 레이저 빔의 진행 방향을 변경하여 상기 레이저 공진기로 입사시키는 미러와; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록, 상기 미러의 반사각을 조정하는 미러 구동부를 구비한다.The microwave laser device according to the second embodiment of the present invention comprises: a laser oscillator for generating and outputting a microwave laser beam by resonating a laser beam from a pump laser in a laser resonator including a laser crystal; A mirror for changing the advancing direction of the laser beam from the pump laser to enter the laser resonator; And a mirror driver configured to adjust a reflection angle of the mirror so that the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal is changed.

또한, 본 발명의 극초단파 레이저 장치는 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔을 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상이 검출되면 상기 크리스탈 구동부 또는 상기 미러 구동부를 제어하는 모니터링부를 추가로 구비한다. 상 기 모니터링부는 상기 출력 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 하나를 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상을 검출한다. In addition, the microwave laser device of the present invention further includes a monitoring unit for monitoring the laser beam output from the laser oscillator to control the crystal driver or the mirror driver when damage to the laser crystal is detected. The monitoring unit monitors at least one of an output power and a mode locking state of the output laser beam to detect damage to the laser crystal.

상기 크리스탈 구동부 또는 상기 미러 구동부는 미리 설정된 변경 주기 데이터에 따라 주기적으로 상기 레이저 크리스탈의 위치를 이동시킨다. The crystal driver or the mirror driver periodically moves the position of the laser crystal according to a preset change period data.

상기 크리스탈 구동부 또는 상기 미러 구동부는, 상기 레이저 공진기가 모드 록킹 상태를 유지하는 상기 레이저 크리스탈의 유효 면적내에서, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록 상기 레이저 크리스탈 또는 미러의 반사각을 이동시키고, 변경된 레이저 빔의 조사 위치는 이전 조사 위치와 비중첩된다.The crystal driving unit or the mirror driving unit moves the reflection angle of the laser crystal or the mirror so that the irradiation position of the laser beam is changed within the effective area of the laser crystal in which the laser resonator maintains the mode locking state, and the changed laser The irradiation position of the beam is non-overlapping with the previous irradiation position.

상기 레이저 크리스탈에서 상기 레이저 빔이 진행하는 방향의 두께가 유효 두께 보다 증가된다.The thickness of the direction in which the laser beam travels in the laser crystal is increased than the effective thickness.

본 발명의 제1 실시예에 따른 극초단파 레이저 구동 방법은 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 단계와; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 레이저 크리스탈을 이동시키는 단계를 포함한다.The microwave laser driving method according to the first embodiment of the present invention comprises the steps of: generating and outputting a microwave laser beam by resonating a laser beam from a pump laser in a laser resonator including a laser crystal; Moving the laser crystal to change the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal.

본 발명의 제2 실시예에 따른 극초단파 레이저 구동 방법은 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 단계와; 상기 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을 미러로 반사시켜 상기 레이저 공진기로 입사시키는 단계와; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록, 상기 미러의 반사각 을 조정하는 단계를 포함한다. The microwave laser driving method according to the second embodiment of the present invention comprises the steps of: generating and outputting a microwave laser beam by resonating the laser beam from the pump laser in a laser resonator including a laser crystal; Reflecting a laser beam from the pump laser into a mirror and incident it into the laser resonator; And adjusting the reflection angle of the mirror such that the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal is changed.

또한, 본 발명의 극초단파 레이저 구동 방법은 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔을 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상이 검출되면 레이저 크리스탈의 이동 또는 미러의 반사각 조정을 제어하는 단계를 추가로 포함한다.In addition, the microwave laser driving method of the present invention further comprises the step of monitoring the laser beam output from the laser oscillator to control the movement of the laser crystal or adjusting the reflection angle of the mirror when damage to the laser crystal is detected.

본 발명에 따른 펨토초 레이저 장치는, 티타늄-사파이어 크리스탈을 이동시키거나, 레이저 공진기의 입력단에 배치된 미러의 반사각을 조정하여, 티타늄-사파이어 크리스탈에 입사되는 펨토초 레이저 빔의 위치를 주기적으로 변경해 줌으로써, 티타늄-사파이어 크리스탈의 수명을 산업 분야의 양산에 적합하도록 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 펨토초 레이저 장치는 펨토초 레이저 빔이 지나가는 방향으로 티타늄-사파이어 크리스탈의 두께를 증가시킴으로써 티타늄-사파이어 크리스탈의 수명을 더 증가시킬 수 있다.The femtosecond laser device according to the present invention periodically changes the position of the femtosecond laser beam incident on the titanium-sapphire crystal by moving the titanium-sapphire crystal or adjusting the reflection angle of the mirror disposed at the input end of the laser resonator. The lifetime of the titanium-sapphire crystal can be increased to suit the mass production of the industrial sector. In addition, the femtosecond laser device according to the present invention can further increase the life of the titanium-sapphire crystal by increasing the thickness of the titanium-sapphire crystal in the direction in which the femtosecond laser beam passes.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 펨토초 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a femtosecond laser device according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 펨토초 레이저 장치는 펨토초 레이저 빔을 생성하여 출력하는 펨토초 레이저 생성부(10)와, 펨토초 레이저 생성부(10)로부터의 펨토초 레이저 빔을 전달하여 타겟(20)에 조사하는 레이저 전달부를 구비한다. 레이저 전달부는 레이저 빔의 진행 방향을 변경하는 다수의 미러(12, 13, 15)와, 레이저 빔의 광량을 조절하는 광 셔터(14)와, 레이저 빔의 크기를 조절하여 스캐너(18)로 출사하는 빔 익스팬더(16)와, 레이저 빔의 경로를 조절하여 타켓(20)에 펨토초 레이저 빔을 조사하는 스캐너(18)를 구비한다.The femtosecond laser device shown in FIG. 1 transmits a femtosecond laser generator 10 for generating and outputting a femtosecond laser beam, and a femtosecond laser beam from the femtosecond laser generator 10 to irradiate the target 20. A part is provided. The laser transfer unit emits a plurality of mirrors 12, 13, and 15 to change the direction of the laser beam, an optical shutter 14 to adjust the amount of light of the laser beam, and a size of the laser beam to the scanner 18. The beam expander 16 and the scanner 18 which irradiates a femtosecond laser beam to the target 20 by adjusting the path of a laser beam are provided.

펨토초 레이저 생성부(10)는 레이저 크리스탈, 예를 들면 티타늄-사파이어 크리스탈을 포함하는 레이저 공진기의 모드 록킹을 통해 펨토초 레이저를 생성하여 출사한다. 특히, 펨토초 레이저 생성부(10)는 레이저 크리스탈의 수명을 증가시키기 위하여, 레이저 크리스탈에 조사되는 펨토초 레이저 빔의 위치가 주기적으로 변경되게 한다. 레이저 크리스탈에 조사되는 레이저 빔의 위치를 주기적으로 변경하기 위하여, 본 발명은 레이저 크리스탈을 주기적으로 이동시키는 방법(제1 실시예)을 이용하거나, 레이저 크리스탈에 레이저 빔을 입사시키는 광학계를 이동하여 레이저 빔의 경로를 주기적으로 이동하는 방법(제2 실시예)을 이용한다. 이에 따라, 펨토초 레이저의 고에너지에 의해 레이저 크리스탈의 표면 또는 내부가 손상되면(또는 손상되기 이전에), 레이저 크리스탈의 위치 또는 레이저 빔의 경로를 이동시켜서 레이저 크리스탈에 조사되는 레이저 빔의 위치를 정상 부분으로 변경하고, 이러한 레이저 빔의 위치 변경을 주기적으로 수행함으로써, 레이저 크리스탈의 수명을 증가시킬 수 있다. 이때, 레이저 크리스탈에 조사되는 레이저 빔의 위치 변경은, 펨토초 레이저 생성부(10)의 출력을 모니터링하여 출력 파워의 저하 또는 모드 록킹이 실패를 검출하여 수행하거나, 사용자가 미리 설정한 변경 주기 데이터에 따라 수행될 수 있다. 한편, 레이저 크리스탈에 조사되는 레이저 빔의 위치 변경은, 레이저 크리스탈에서 레이저 빔이 지나갈 수 있는 유효 범위내로 제한하여, 레이저 빔의 경로가 변경되더라도 펨토초 레이저 생성부(10)가 모드 록킹을 유지하게 한 다. The femtosecond laser generator 10 generates and emits a femtosecond laser through mode locking of a laser resonator including a laser crystal, for example, titanium-sapphire crystal. In particular, the femtosecond laser generator 10 periodically changes the position of the femtosecond laser beam irradiated to the laser crystal in order to increase the life of the laser crystal. In order to periodically change the position of the laser beam irradiated to the laser crystal, the present invention uses a method of periodically moving the laser crystal (first embodiment) or by moving the optical system for injecting the laser beam into the laser crystal A method of periodically moving the path of the beam (second embodiment) is used. Accordingly, if the surface or inside of the laser crystal is damaged (or before being damaged) by the high energy of the femtosecond laser, the position of the laser crystal or the path of the laser beam is moved to correct the position of the laser beam irradiated to the laser crystal. By changing to a portion and periodically changing the position of the laser beam, it is possible to increase the life of the laser crystal. At this time, the position change of the laser beam irradiated to the laser crystal is performed by monitoring the output of the femtosecond laser generator 10 to detect a decrease in output power or failure of mode locking, or to change cycle data preset by a user. Can be performed accordingly. On the other hand, the position change of the laser beam irradiated to the laser crystal is limited within the effective range that the laser beam can pass through the laser crystal, so that the femtosecond laser generator 10 maintains mode locking even if the path of the laser beam is changed. All.

또한, 펨토초 레이저 생성부(10)는 레이저 빔이 지나가는 방향으로 레이저 크리스탈의 두께를 유효 두께 보다 크게 하는 방법(제3 실시예)을 이용하여 레이저 크리스탈의 수명을 증가시킬 수 있다. 즉, 레이저 빔이 지나가는 방향으로 레이저 크리스탈의 두께가 증가되면 레이저 크리스탈의 단위 면적당 레이저 빔의 에너지 밀도가 저하되므로, 레이저 빔으로 인한 손상을 지연시켜서 레이저 크리스탈의 수명을 증가시킬 수 있다.In addition, the femtosecond laser generation unit 10 may increase the life of the laser crystal by using a method (third embodiment) in which the thickness of the laser crystal is larger than the effective thickness in the direction in which the laser beam passes. That is, when the thickness of the laser crystal increases in the direction in which the laser beam passes, the energy density of the laser beam per unit area of the laser crystal decreases, thereby delaying damage caused by the laser beam, thereby increasing the life of the laser crystal.

펨토초 레이저 생성부(10)로부터 출사된 펨토초 레이저 빔은 미러(12, 13)의 반사로 빔의 진행 방향이 180도 변경되어 광 셔터(14)로 입사되고, 광 셔터(14)는 입사된 펨토초 레이저 빔의 광량을 필요한 광량으로 조절하여 출사한다. 광 셔터(14)로부터 입사된 펨토초 레이저 빔은 미러(15)의 반사로 빔의 진행 방향이 90도 변경되어 빔 익스팬더(16)로 입사되고, 빔 익스팬터(16)는 펨토초 레이저 빔의 크기를 필요한 크기로 조절하여 스캐너(18)로 출사한다. 스캐너(18)는 내장된 집광 렌즈(19)를 통해 펨토초 레이저 빔을 집광하여 기판 또는 패널과 같은 타겟(20)에 조사하고, 타겟(20) 위에서 스캐닝하면서 펨토초 레이저 빔의 경로를 조절한다. The femtosecond laser beam emitted from the femtosecond laser generator 10 is incident to the optical shutter 14 by changing the traveling direction of the beam by 180 degrees due to the reflection of the mirrors 12 and 13, and the optical shutter 14 is incident to the femtosecond. The light amount of the laser beam is adjusted to the required light amount and emitted. The femtosecond laser beam incident from the optical shutter 14 is incident to the beam expander 16 by changing the traveling direction of the beam by 90 degrees due to the reflection of the mirror 15, and the beam expander 16 measures the size of the femtosecond laser beam. It is adjusted to the required size and exits to the scanner 18. The scanner 18 collects the femtosecond laser beam through the integrated condenser lens 19 to irradiate the target 20 such as a substrate or a panel, and adjusts the path of the femtosecond laser beam while scanning on the target 20.

이와 같이, 펨토초 레이저 생성부(10)로부터 레이저 빔 전달부(11)를 경유하여 타겟(20)에 조사되는 펨토초 레이저 빔에 의해, 타켓(20)에서의 신호 라인의 오픈 불량, 신호 라인의 쇼트 불량, 화소 불량 등을 주변부의 열 손상없이 리페어할 수 있게 된다.As described above, the femtosecond laser beam irradiated from the femtosecond laser generator 10 to the target 20 via the laser beam transfer unit 11 causes the signal line at the target 20 to be open and the short of the signal line. Defects, pixel defects, and the like can be repaired without thermal damage to the peripheral portion.

도 2는 도 1에 도시된 펨토초 레이저 생성부(10)의 제1 실시예를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 레이저 발진기(21)의 한 예를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 레이저 크리스탈(48)에서의 레이저 빔의 조사 위치의 변경 과정을 나타낸 것이다.FIG. 2 is a block diagram schematically showing a first embodiment of the femtosecond laser generator 10 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing an example of the laser oscillator 21 shown in FIG. 2 in detail. 4 shows a process of changing the irradiation position of the laser beam in the laser crystal 48 shown in FIG.

도 2에 도시된 펨토초 레이저 생성부(10)는 펌프 레이저(22) 및 레이저 공진기(30)를 포함하는 레이저 발진기(21)와, 레이저 출력부(70)를 구비하여 모드 록킹된 펨토초 레이저를 일정 주기로 생성하여 출력한다. 특히, 펨토초 레이저 생성부(10)는 레이저 발진기(21) 내의 레이저 크리스탈(48)의 위치를 주기적으로 이동시키는 크리스탈 구동부(100)를 구비한다. 또한, 펨토초 레이저 생성부(10)는 펨토초 레이저 빔의 출력 상태를 모니터링하는 모니터링부(110)를 추가로 더 구비한다.The femtosecond laser generator 10 shown in FIG. 2 includes a laser oscillator 21 including a pump laser 22 and a laser resonator 30, and a laser output unit 70 to fix a mode locked femtosecond laser. Produce and print out periodically. In particular, the femtosecond laser generator 10 includes a crystal driver 100 for periodically moving the position of the laser crystal 48 in the laser oscillator 21. In addition, the femtosecond laser generator 10 further includes a monitoring unit 110 that monitors an output state of the femtosecond laser beam.

레이저 발진기(21)에서 펌프 레이저(22)는 레이저 다이오드를 이용하여 레이저 빔을 생성하여 출력한다. 예를 들면, 펌프 레이저(22)는 532nm의 파장을 갖는 연속 파형(continuous wave)의 레이저 빔을 생성하여 출력한다. 펌프 레이저(22)로부터 출력된 레이저 빔은 적어도 하나의 미러(24)의 반사로 진행 방향이 변경되어서 레이저 공진기(30)로 입사된다.In the laser oscillator 21, the pump laser 22 generates and outputs a laser beam using a laser diode. For example, the pump laser 22 generates and outputs a continuous wave laser beam having a wavelength of 532 nm. The laser beam output from the pump laser 22 enters the laser resonator 30 by changing the direction of travel by the reflection of the at least one mirror 24.

레이저 공진기(30)는 제1 및 제2 오목(concave) 미러(46, 50)와, 제1 및 제2 오목 미러(46, 50) 사이의 레이저 크리스탈, 예를 들면 티타늄-사파이어 크리스탈(48)을 이용한 레이저 공진으로 펨토초 레이저를 생성하여 출력한다. The laser resonator 30 comprises a laser crystal, for example a titanium-sapphire crystal 48, between the first and second concave mirrors 46, 50 and the first and second concave mirrors 46, 50. A femtosecond laser is generated and output by laser resonance.

구체적으로, 레이저 공진기(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 오목 미러(46, 50) 및 티타늄-사파이어 크리스탈(48)과 함께 엑스(X)자 모양의 공진기 구조를 형성하는 제1 및 제2 프리즘(54, 56), 앤드 미러(60), 출력 커플러(62)를 포함하고, 또한 집광 렌즈(44)와, 다수의 미러(22, 42, 64) 등을 더 포함한다. 한편, 도 3은 레이저 공진기(30)의 한 예를 나타낸 것이므로 레이저 공진기(20)가 도 3에 도시된 구성으로 한정되는 것은 아니다.Specifically, the laser resonator 30 forms an X-shaped resonator structure together with the first and second concave mirrors 46 and 50 and the titanium-sapphire crystal 48 as shown in FIG. 3. First and second prisms 54 and 56, end mirror 60, output coupler 62, and further includes a condenser lens 44, a plurality of mirrors (22, 42, 64) and the like. . 3 shows an example of the laser resonator 30, the laser resonator 20 is not limited to the configuration shown in FIG. 3.

도 3을 참조하면, 펌프 레이저(20)로부터의 레이저 빔은 제1 및 제2 미러(22, 42)의 반사로 진행 방향이 변경되어 집광 렌즈(44)로 입사되고, 집광 렌즈(44)를 통해 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로 집광된다. 제1 오목 미러(46)는 집광 렌즈(44)로부터의 레이저 빔은 통과시키고 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로부터의 레이저 빔은 반사시킨다. 제1 오목 미러(46)로부터 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로 입사된 레이저 빔에 의해 티타늄-사파이어의 전자가 여기 및 천이를 반복하면서 레이저 빔의 양이 증가되어 제2 오목 미러(50)로 출사된다. 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로부터의 제2 오목 미러(50)로 출사된 레이저 빔은 제2 오목 미러(50)에서 반사되고 제1 및 제2 프리즘(54, 56)을 경유하여 앤드 미러(60)에서 반사되고, 다시 제1 및 제2 프리즘(54, 56)을 경유하여 제2 오목 미러(50)에서 반사되어서, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)을 경유하여 제1 오목 미러(46)로 입사된다. 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로부터 입사된 레이저 빔은 제1 오목 미러(46)에서 반사되어 출력 커플러(62)를 통해 출사된다. 여기서, 레이저 빔의 공진 경로에 배치된 제1 및 제2 오목 미러(46, 50), 앤드 미러(60), 출력 커플러(62) 등은 다층의 코팅 박막을 이용한 처프 미러(chirped mirror)라고도 하며, 다층 박막을 통한 넓은 스펙트럼의 반사를 이용하여, 제1 및 제2 프리즘(54, 56)과 함께, 레이저 공진기(30) 내부의 그룹 딜레이 분산(Group Delay Dispersion)을 보상함으로써, 모드 록킹된 펨토초 레이저 펄스를 생성하여 출사한다. 예를 들면, 레이저 공진기(30)는 800nm 대역의 파장 및 10MHz의 반복율을 갖는 안정화된 펨토초 레이저 펄스를 생성하여 출사한다. 레이저 공진기(30)의 출력 커플러(62)를 통해 출사된 펨토초 레이저 빔은 제3 미러(64)의 반사로 진행 방향이 변경되어서 레이저 출력부(70)로 출사된다. Referring to FIG. 3, the laser beam from the pump laser 20 is changed to the reflection direction of the first and second mirrors 22 and 42 to be incident on the condenser lens 44, and the condenser lens 44 Through the titanium-sapphire crystal 48. The first concave mirror 46 passes the laser beam from the condenser lens 44 and reflects the laser beam from the titanium-sapphire crystal 48. The laser beam incident from the first concave mirror 46 to the titanium-sapphire crystal 48 causes the electrons of the titanium-sapphire to be excited and transitioned, increasing the amount of the laser beam and exiting the second concave mirror 50. do. The laser beam emitted from the titanium-sapphire crystal 48 to the second concave mirror 50 is reflected by the second concave mirror 50 and passes through the first and second prisms 54 and 56 and the end mirror 60. ), And then again at the second concave mirror 50 via the first and second prisms 54, 56 to enter the first concave mirror 46 via the titanium-sapphire crystal 48. do. The laser beam incident from the titanium-sapphire crystal 48 is reflected by the first concave mirror 46 and exits through the output coupler 62. Here, the first and second concave mirrors 46 and 50, the end mirror 60, and the output coupler 62 disposed in the resonant path of the laser beam may also be referred to as chirped mirrors using a multilayer coating thin film. Mode-locked femtoseconds by compensating for Group Delay Dispersion inside the laser resonator 30, with the first and second prisms 54, 56, using a broad spectrum reflection through the multilayer thin film. Generate and emit a laser pulse. For example, the laser resonator 30 generates and emits a stabilized femtosecond laser pulse having a wavelength in the 800 nm band and a repetition rate of 10 MHz. The femtosecond laser beam emitted through the output coupler 62 of the laser resonator 30 changes to the reflection direction of the third mirror 64 and is emitted to the laser output unit 70.

크리스탈 구동부(100)는 티타늄-사파이어 크리스탈(48)를 구동하여 티타늄-사파이어 크리스탈(48) 위치, 즉 티타늄-사파이어 크리스탈(48)에서의 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)를 주기적으로 변경한다. 도 4a와 같이, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)에서의 펨토초 레이저 빔 조사 부분(D)이 시간 경과에 따라, 오염원과 펨토초 레이저의 화학 반응으로 표면이 손상되거나 내부 매질이 펨토초 레이저와의 화학 반응으로 손상된 경우, 크리스탈 구동부(100)는 도 4b와 같이 티타늄-사파이어 크리스탈(48)을 이동시켜서, 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)를 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 정상 부분으로 변경한다. 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 손상 여부는 도 2와 같이 펨토초 레이저 생성부(10)의 출력단에서 출력 레이저 빔을 모니터링하는 모니터링부(110)를 통해 검출할 수 있다. 모니터링부(110)가 펨토초 레이저 생성부(10)의 출력단에서 펨토초 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 어느 하나를 모니터링하여 출력 파워 저하 또는 모드 록킹 실패가 검출되면 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 손상으로 판단하여서, 크리스탈 구동부(100)를 제어하여 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 위치를 변경시킨다. 이와 달리, 크리스탈 구동부(100)는 사용자가 미리 설정한 변경 주기 데이터에 따라 티타늄-사파이 어 크리스탈(48)의 위치를 자동으로 변경할 수도 있다.The crystal driver 100 drives the titanium-sapphire crystal 48 to periodically change the position of the titanium-sapphire crystal 48, that is, the irradiation position P of the femtosecond laser beam in the titanium-sapphire crystal 48. As shown in FIG. 4A, the femtosecond laser beam irradiation portion D of the titanium-sapphire crystal 48 is damaged over time by chemical reaction between the contaminant and the femtosecond laser, or the internal medium is subjected to chemical reaction with the femtosecond laser. If damaged, the crystal driver 100 moves the titanium-sapphire crystal 48 as shown in FIG. 4B to change the irradiation position P of the femtosecond laser beam to the normal portion of the titanium-sapphire crystal 48. The damage of the titanium-sapphire crystal 48 may be detected through the monitoring unit 110 for monitoring the output laser beam at the output terminal of the femtosecond laser generator 10 as shown in FIG. 2. The monitoring unit 110 monitors at least one of the output power of the femtosecond laser beam and the mode locking state at the output terminal of the femtosecond laser generator 10, and when the output power degradation or the mode locking failure is detected, the titanium-sapphire crystal 48 Judging by the damage of the, the crystal driving unit 100 is controlled to change the position of the titanium-sapphire crystal 48. Alternatively, the crystal driver 100 may automatically change the position of the titanium-sapphire crystal 48 according to the change cycle data preset by the user.

레이저 공진기(30)의 모드 록킹을 유지하기 위하여, 크리스탈 구동부(100)는 도 4c와 같이 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 유효 범위(A) 내에서 레이저 빔의 조사 위치(P)를 변경한다. 레이저 빔의 변경 위치는 이전 조사 위치와 중첩되지 않는다. 예를 들어, 레이저 빔의 스팟 크기가 10㎛인 경우 크리스탈 구동부(100)는 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 구동으로 레이저 빔의 조사 위치(P)를 사파이어 크리스탈(48)의 유효 범위(A) 내에서 20㎛ 정도 이동시킬 수 있다. 이 경우, 사파이어 크리스탈(48)의 유효 범위(A) 내서 레이저 빔의 조사 위치(P)를 수십회 정도 변경 가능하므로 사파이어 크리스탈(48)의 수명을 레이저 빔의 조사 위치(P)의 변경 횟수만큼 수십배 정도 증가시킬 수 있게 된다.In order to maintain the mode locking of the laser resonator 30, the crystal driver 100 changes the irradiation position P of the laser beam within the effective range A of the titanium-sapphire crystal 48 as shown in FIG. 4C. The changing position of the laser beam does not overlap with the previous irradiation position. For example, when the spot size of the laser beam is 10 μm, the crystal driving unit 100 sets the irradiation position P of the laser beam by the driving of the titanium-sapphire crystal 48 to the effective range A of the sapphire crystal 48. It can move about 20 micrometers within. In this case, the irradiation position P of the laser beam can be changed about several times within the effective range A of the sapphire crystal 48, so that the lifetime of the sapphire crystal 48 is changed by the number of changes of the irradiation position P of the laser beam. It can be increased by several tens of times.

도 2에 도시된 레이저 출력부(70)는 레이저 공진기(30)로부터 출사된 펨토초 레이저 빔의 진행 방향을 변경하고, 제2 레이저 크리스탈(80)로 파장을 변환하여 출력한다. 레이저 공진기(30)에서 출사된 펨토초 레이저 빔은 다수의 미러(72, 74, 76)의 반사로 진행 방향이 변경되고, 집광 렌즈(78)에 의해 집광되어서 제2 레이저 크리스탈(80)로 입사된다. 제2 레이저 크리스탈(80)은 레이저 공진기(30)로부터 출사된 펨토초 레이저 빔의 파장을 변환하여 출사한다. 예를 들면, 제2 레이저 크리스탈(80)은 바륨 보레이트 크리스탈(Barium Borate Crystal)로, 800nm 파장의 펨토초 레이저 빔을 400nm 파장으로 변환하여 출사한다. 이때, 제2 레이저 크리스탈(80)로부터 400nm 파장의 레이저 빔이 출사될 때 불필요한 800nm 파장의 레이저 빔이 함께 출사되는 것을 방지하기 위하여, 제2 레이저 크리스탈(80)의 출력단에 800nm 파장의 레이저 빔은 차단하고 400nm 파장의 레이저 빔만 통과시키는 광학 필터를 더 설치할 수 있다. 제2 레이저 크리스탈(80)로부터의 펨토초 레이저 빔은 미러(82)의 반사로 진행 방향이 변경되어서 외부로 출사된다. The laser output unit 70 shown in FIG. 2 changes the traveling direction of the femtosecond laser beam emitted from the laser resonator 30 and converts the wavelength to the second laser crystal 80 and outputs the converted wavelength. The femtosecond laser beam emitted from the laser resonator 30 is changed in direction of reflection by the reflection of the plurality of mirrors 72, 74, and 76, is collected by the condenser lens 78, and is incident on the second laser crystal 80. . The second laser crystal 80 converts and outputs the wavelength of the femtosecond laser beam emitted from the laser resonator 30. For example, the second laser crystal 80 is a barium borate crystal, which converts an 800 nm wavelength femtosecond laser beam into a 400 nm wavelength and emits the same. At this time, when the laser beam of 400nm wavelength is emitted from the second laser crystal 80, in order to prevent the unnecessary 800nm laser beam is emitted together, the 800nm wavelength laser beam at the output terminal of the second laser crystal 80 It is possible to install an optical filter that blocks and passes only the laser beam of 400 nm wavelength. The femtosecond laser beam from the second laser crystal 80 is emitted to the outside by changing the direction of travel due to the reflection of the mirror 82.

모니터링부(110)는 펨토초 레이저 생성부(10)로부터 출사되는 펨토초 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 어느 하나를 모니터링하여 크리스탈 구동부(100)를 제어한다. 모니터링부(110)는 펨토초 레이저 생성부(10)로부터 출사되는 펨토초 레이저 빔의 출력 파워를 모니터링하여서, 도 5와 같이 레이저 빔의 출력 파워가 급격히 저하되는 시점(T1-T5)이 검출되면, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 손상으로 판단하고 크리스탈 구동부(100)를 제어하여서, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 위치가 변경되게 한다. 이와 달리, 모니터링부(110)는 펨토초 레이저 생성부(10)로부터의 펨토초 레이저 빔의 모드 록킹 상태를 모니터링하여서, 도 6a와 같이 모드 록킹된 펄스 형태가 아니라, 도 6b와 같이 모드 록킹 실패로 연속 파형이 검출되면, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 손상으로 판단하고 크리스탈 구동부(100)를 제어하여서, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 위치가 변경되게 한다. 한편, 모니터링부(110)는 도 7a 내지 도 7c와 같이 펨토초 레이저 생성부(10)로부터 출력되는 펨토초 레이저 빔의 스펙트럼을 모니터링하여 모드 록킹의 실패를 검출할 수 있다. 도 7a는 모드 록킹시 일정한 형상의 스펙트럼이 나타나지만, 모드 록킹의 실패가 진행되기 시작하면 도 7b와 같이 스펙트럼의 파형이 변형되고, 모드 록킹이 실패하면 도 7c와 같이 스펙트럼이 심하게 왜곡됨을 알 수 있다. 따라서, 모니터링부(110)는 도 7B와 같이 스펙트럼의 변형이 시작되거나 도 7c와 같이 스펙 트럼이 심하게 왜곡되는 경우를 모드 록킹 실패로 검출하여서 크리스탈 구동부(100)를 제어하여 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 위치가 변경되게 한다. The monitoring unit 110 controls the crystal driving unit 100 by monitoring at least one of an output power and a mode locking state of the femtosecond laser beam emitted from the femtosecond laser generator 10. The monitoring unit 110 monitors the output power of the femtosecond laser beam emitted from the femtosecond laser generator 10, and when a time point T1 -T5 at which the output power of the laser beam is sharply lowered as shown in FIG. 5 is detected, the titanium is detected. Determination of damage to the sapphire crystal 48 and control of the crystal drive unit 100, so that the position of the titanium-sapphire crystal 48 is changed. On the contrary, the monitoring unit 110 monitors the mode locking state of the femtosecond laser beam from the femtosecond laser generation unit 10, and is not a mode locked pulse form as shown in FIG. When the waveform is detected, it is determined that the titanium-sapphire crystal 48 is damaged and the crystal driver 100 is controlled to cause the position of the titanium-sapphire crystal 48 to be changed. Meanwhile, the monitoring unit 110 may detect failure of the mode locking by monitoring the spectrum of the femtosecond laser beam output from the femtosecond laser generator 10 as shown in FIGS. 7A to 7C. FIG. 7A shows a spectrum having a certain shape during mode locking, but when the failure of mode locking starts, the waveform of the spectrum is deformed as shown in FIG. 7B, and if the mode locking fails, the spectrum is severely distorted as shown in FIG. 7C. . Therefore, the monitoring unit 110 controls the crystal driving unit 100 by detecting a mode locking failure when the spectrum starts to deform as shown in FIG. 7B or the spectrum is severely distorted as shown in FIG. 7C, thereby controlling the titanium-sapphire crystal 48. Let the position of) change.

또한, 도 2에 도시된 펨토초 레이저 생성부(10)는 제2 레이저 크리스탈(80)의 손상 여부를 검출하여서 제2 레이저 크리스탈(80)의 위치를 변경하는 제2 크리스탈 구동부(120)를 추가로 더 구비한다.In addition, the femtosecond laser generator 10 shown in FIG. 2 further includes a second crystal driver 120 that detects damage of the second laser crystal 80 and changes the position of the second laser crystal 80. It is further provided.

바륨 보레이트 크리스탈을 주로 이용하는 제2 레이저 크리스탈(80)도, 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 경우와 같이, 고에너지의 펨토초 레이저에 의해 손상되는 경우가 발생한다. 제2 레이저 크리스탈(80)이 손상되면 도 8a와 같이 제2 레이저 크리스탈(80)의 손상부(D)에 의해 레이저 빔이 반사되므로, 제2 레이저 크리스탈(80)로부터의 반사광을 검출하여서 제2 레이저 크리스탈(80)의 손상 여부를 판단할 수 있다. 제2 크리스탈 구동부(120)는 도 8a와 같이 제2 레이저 크리스탈(80)의 손상으로 인한 반사광이 검출되면, 도 8b와 같이 제2 레이저 크리스탈(80)을 이동시켜서, 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)를 제2 레이저 크리스탈(80)의 정상 부분으로 변경한다. 따라서, 제2 레이저 크리스탈(80)도 위치 변경으로 수명을 증가시킬 수 있다.The second laser crystal 80, which mainly uses the barium borate crystal, is also damaged by a high energy femtosecond laser as in the case of the titanium-sapphire crystal 48. When the second laser crystal 80 is damaged, the laser beam is reflected by the damaged part D of the second laser crystal 80 as shown in FIG. 8A, so that the reflected light from the second laser crystal 80 is detected to detect the second laser crystal 80. It may be determined whether the laser crystal 80 is damaged. When the reflected light due to the damage of the second laser crystal 80 is detected as shown in FIG. 8A, the second crystal driver 120 moves the second laser crystal 80 as shown in FIG. 8B, and thus the irradiation position of the femtosecond laser beam ( P) is changed to the normal portion of the second laser crystal 80. Therefore, the second laser crystal 80 may also increase its life by changing its position.

도 9는 도 1에 도시된 펨토초 레이저 생성부의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 9에 도시된 펨토초 레이저 생성부(210)는 도 2에 도시된 레이저 생성부(10)와 대비하여서, 도 2에 도시된 크리스탈 구동부(100) 대신에 레이저 공진기(30) 입력단의 미러(24, 42)를 구동하는 미러 구동부(220)를 구비하는 것을 제외하고는 동일한 구성을 갖으므로, 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.FIG. 9 schematically illustrates another embodiment of the femtosecond laser generator shown in FIG. 1. In contrast to the laser generator 10 shown in FIG. 2, the femtosecond laser generator 210 shown in FIG. 9 has a mirror 24 at the input end of the laser resonator 30 instead of the crystal driver 100 shown in FIG. 2. Since it has the same configuration except having the mirror driving unit 220 for driving 42, the description of the overlapping configuration will be omitted.

도 9에 도시된 미러 구동부(220)는, 모니터링부(110)에 의해 티타늄-사파이어 크리스탈(48)이 손상이 검출되면, 펌프 레이저(22)와 레이저 공진기(20) 사이에 배치된 미러(22, 42)를 X축, Y축 방향으로 구동하여 반사각을 조절함으로써 레이저 빔의 경로를 변경한다. 따라서, 미러(22, 42)로부터 집광 렌즈(46)를 경유하여 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로 입사되는 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)가 변경된다. 미러 구동부(220)는 모니터링부(110)의 제어에 응답하여 미러(22, 42)의 반사각을 조절함으로써 집광 렌즈(46)를 경유하여 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로 입사되는 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)를 주기적으로 변경한다. 이와 달리, 미러 구동부(220)는 사용자가 미리 설정한 변경 주기 데이터에 따라 미러(22, 42)의 반사각을 조절함으로써 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로 입사되는 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)를 자동으로 변경할 수도 있다. 또한, 레이저 공진기(30)의 모드 록킹을 유지하기 위하여, 미러 구동부(220)의 미러(22, 42)의 반사각 조절 범위는, 전술한 도 4C와 같이 티타늄-사파이어 크리스탈(48)의 유효 범위(A) 내에서 레이저 빔의 조사 위치(P)가 변경되도록 제한된다. 레이저 빔의 변경 위치는 이전 조사 위치와 중첩되지 않는다. The mirror driving unit 220 shown in FIG. 9 has a mirror 22 disposed between the pump laser 22 and the laser resonator 20 when damage is detected in the titanium-sapphire crystal 48 by the monitoring unit 110. , 42) to change the path of the laser beam by adjusting the reflection angle by driving in the X-axis and Y-axis directions. Thus, the irradiation position P of the femtosecond laser beam incident on the titanium-sapphire crystal 48 via the condenser lens 46 from the mirrors 22 and 42 is changed. The mirror driver 220 controls the reflection angles of the mirrors 22 and 42 in response to the control of the monitoring unit 110 to irradiate the femtosecond laser beam incident on the titanium-sapphire crystal 48 via the condenser lens 46. Periodically change the position (P). On the contrary, the mirror driver 220 adjusts the reflection angles of the mirrors 22 and 42 according to the change period data preset by the user to determine the irradiation position P of the femtosecond laser beam incident on the titanium-sapphire crystal 48. It can also be changed automatically. In addition, in order to maintain the mode locking of the laser resonator 30, the reflection angle adjustment range of the mirrors 22 and 42 of the mirror driving unit 220 is the effective range of the titanium-sapphire crystal 48 as shown in FIG. 4C. Within A), the irradiation position P of the laser beam is limited to be changed. The changing position of the laser beam does not overlap with the previous irradiation position.

따라서, 본 발명에 따른 펨토초 레이저 생성부(210)는 레이저 공진기(20) 입력단에 배치된 미러(22, 42)의 반사각을 조정하여 티타늄-사파이어 크리스탈(48)로 입사되는 펨토초 레이저 빔의 조사 위치(P)를 변경함으로써, 사파이어 크리스탈(48)의 수명을 레이저 빔의 조사 위치(P)의 변경 횟수만큼 증가시킬 수 있게 된다.Accordingly, the femtosecond laser generator 210 according to the present invention adjusts the reflection angles of the mirrors 22 and 42 disposed at the input terminal of the laser resonator 20 to irradiate the femtosecond laser beam incident on the titanium-sapphire crystal 48. By changing (P), the lifetime of the sapphire crystal 48 can be increased by the number of changes of the irradiation position P of the laser beam.

한편, 도 10과 같이 펨토초 레이저 빔이 지나가는 방향으로 레이저 크리스탈(148)의 두께를 유효 두께 보다 크게 하는 경우 레이저 크리스탈(148)의 수명을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 기존 레이저 크리스탈(48)의 두께를 3mm에서 4.5mm로 증가시키면, 레이저 크리스탈(148)의 단위 면적당 레이저 빔의 에너지 밀도가 저하되므로, 레이저 빔으로 인한 손상을 지연시켜서 레이저 크리스탈의 수명을 증가시킬 수 있다. 도 10에 도시된 레이저 크리스탈(148)의 두께 증가 방법은 도 2 및 도 9에 도시된 제1 및 제2 실시예와 결합 가능하다.Meanwhile, when the thickness of the laser crystal 148 is larger than the effective thickness in the direction in which the femtosecond laser beam passes, as shown in FIG. 10, the life of the laser crystal 148 may be increased. For example, if the thickness of the existing laser crystal 48 is increased from 3 mm to 4.5 mm, the energy density of the laser beam per unit area of the laser crystal 148 is lowered, thereby delaying damage caused by the laser beam and thus life of the laser crystal. Can be increased. The thickness increasing method of the laser crystal 148 shown in FIG. 10 can be combined with the first and second embodiments shown in FIGS. 2 and 9.

이와 같이, 본 발명에 따른 펨토초 레이저 장치는, 티타늄-사파이어 크리스탈을 이동시키거나, 레이저 공진기의 입력단에 배치된 미러의 반사각을 조정하여, 티타늄-사파이어 크리스탈에 입사되는 펨토초 레이저 빔의 위치를 주기적으로 변경해 줌으로써, 티타늄-사파이어 크리스탈의 수명을 산업 분야의 양산에 적합하도록 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 펨토초 레이저 장치는 펨토초 레이저 빔이 지나가는 방향으로 티타늄-사파이어 크리스탈의 두께를 증가시킴으로써 티타늄-사파이어 크리스탈의 수명을 더 증가시킬 수 있다.As described above, the femtosecond laser device according to the present invention periodically moves the titanium-sapphire crystal or adjusts the reflection angle of the mirror disposed at the input end of the laser resonator to periodically position the femtosecond laser beam incident on the titanium-sapphire crystal. By changing, the lifetime of the titanium-sapphire crystal can be increased to suit the mass production of the industrial field. In addition, the femtosecond laser device according to the present invention can further increase the life of the titanium-sapphire crystal by increasing the thickness of the titanium-sapphire crystal in the direction in which the femtosecond laser beam passes.

본원 발명의 펨토초 레이저 장치는, 전술한 표시 장치의 리페어용 레이저 장치로만 한정되지 않고, 다른 연구 및 산업분야에서 응용되는 모든 펨토초 레이저 장치에도 적용될 수 있다. 또한, 본원 발명의 페토초 레이저 장치는 펨토초 레이저로만 한정되는 것은 아니라 펨토초 레이저 보다 더 짧은 펄스폭을 갖는 극초단파 레이저 장치에도 적용될 수 있다.The femtosecond laser device of the present invention is not limited to the repair laser device of the aforementioned display device, but can be applied to all femtosecond laser devices applied in other research and industrial fields. In addition, the fetosecond laser device of the present invention is not limited to the femtosecond laser, but may be applied to the microwave laser device having a shorter pulse width than the femtosecond laser.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하 는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 펨토초 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 도면.1 is a schematic view of a femtosecond laser device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 펨토초 레이저 생성부의 제1 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.FIG. 2 schematically illustrates a first embodiment of the femtosecond laser generation unit shown in FIG. 1;

도 3은 도 2에 도시된 레이저 발진기의 상세 구성을 나타낸 도면.3 is a view showing a detailed configuration of the laser oscillator shown in FIG.

도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 레이저 크리스탈의 이동 과정을 나타낸 도면.4a to 4c are views showing the movement of the laser crystal shown in FIG.

도 5는 도 2에 도시된 모니터링부에서 모니터링되는 출력 레이저 빔의 시간 대 출력 파워를 나타낸 그래프.5 is a graph showing time versus output power of the output laser beam monitored by the monitoring unit shown in FIG.

도 6a는 도 2에 도시된 모니터링부에서 모니터링되는 모드 록킹된 레이저 빔을, 도 6b는 모드 록킹이 실패한 레이저 빔을 나타낸 파형도.6A is a waveform diagram illustrating a mode locked laser beam monitored by the monitoring unit illustrated in FIG. 2, and FIG. 6B is a diagram illustrating a laser beam in which mode locking has failed.

도 7a는 도 2에 도시된 모니터링부에서 모니터링되는 모드 록킹된 레이저 빔의 스펙트럼을, 도 7b는 모드 록킹 실패로의 진행 초기 상태의 스펙트럼을, 도 7c는 모드 록킹 실패한 스펙트럼을 파형도.FIG. 7A is a waveform diagram of a mode locked laser beam monitored by the monitoring unit shown in FIG. 2, FIG. 7B is a spectrum of an initial state of progression to mode locking failure, and FIG. 7C is a spectrum diagram of a spectrum locking failure spectrum.

도 8a 및 도 8b는 도 2에 도시된 제2 레이저 크리스탈의 이동 과정을 나타낸 도면.8A and 8B are views illustrating a movement process of the second laser crystal shown in FIG. 2.

도 9는 도 1에 도시된 펨토초 레이저 생성부의 제2 실시예를 개략적으로 나타낸 도면.FIG. 9 schematically illustrates a second embodiment of the femtosecond laser generation unit shown in FIG. 1; FIG.

도 10은 도 2에 도시된 펨토초 레이저 생성부에서 레이저 크리스탈의 두께를 증가시킨 구조를 나타낸 도면.FIG. 10 is a view illustrating a structure in which a thickness of a laser crystal is increased in the femtosecond laser generation unit shown in FIG. 2.

Claims (23)

펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기와;A laser oscillator for laser-resonating the laser beam from the pump laser in a laser resonator including a laser crystal to generate and output a microwave laser beam; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 레이저 크리스탈을 이동시키는 크리스탈 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And a crystal driving unit for moving the laser crystal to change the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔을 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상이 검출되면 상기 크리스탈 구동부를 제어하는 모니터링부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And a monitoring unit which monitors the laser beam output from the laser oscillator and controls the crystal driving unit when damage to the laser crystal is detected. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 모니터링부는 상기 출력 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 하나를 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상을 검출하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And the monitoring unit monitors at least one of an output power and a mode locking state of the output laser beam to detect damage to the laser crystal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 크리스탈 구동부는 미리 설정된 변경 주기 데이터에 따라 주기적으로 상기 레이저 크리스탈의 위치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And the crystal driving unit periodically moves the position of the laser crystal according to a predetermined change period data. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 크리스탈 구동부는 상기 레이저 공진기가 모드 록킹 상태를 유지하는 상기 레이저 크리스탈의 유효 면적내에서, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록 상기 레이저 크리스탈을 이동시키고, 변경된 레이저 빔의 조사 위치는 이전 조사 위치와 비중첩되는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.The crystal driving unit moves the laser crystal so that the irradiation position of the laser beam is changed within the effective area of the laser crystal in which the laser resonator maintains the mode locking state, and the irradiation position of the changed laser beam is different from the previous irradiation position. Microwave laser device, characterized in that the non-overlapping. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 크리스탈에서 상기 레이저 빔이 진행하는 방향의 두께가 유효 두께 보다 증가된 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.The microwave laser device, characterized in that the thickness of the direction in which the laser beam travels in the laser crystal is increased than the effective thickness. 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발진기와;A laser oscillator for laser-resonating the laser beam from the pump laser in a laser resonator including a laser crystal to generate and output a microwave laser beam; 상기 펌프 레이저로부터의 레이저 빔의 진행 방향을 변경하여 상기 레이저 공진기로 입사시키는 미러와;A mirror for changing the advancing direction of the laser beam from the pump laser to enter the laser resonator; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록, 상 기 미러의 반사각을 조정하는 미러 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And a mirror driver for adjusting a reflection angle of the mirror so that the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal is changed. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔을 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상이 검출되면 상기 미러 구동부를 제어하는 모니터링부를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And a monitoring unit which monitors the laser beam output from the laser oscillator and controls the mirror driving unit when damage to the laser crystal is detected. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 모니터링부는 상기 출력 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 하나를 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상을 검출하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And the monitoring unit monitors at least one of an output power and a mode locking state of the output laser beam to detect damage to the laser crystal. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 미러 구동부는 미리 설정된 변경 주기 데이터에 따라 주기적으로 상기 미러의 반사각을 조정하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.And the mirror driver periodically adjusts a reflection angle of the mirror according to preset change period data. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 미러 구동부는 상기 레이저 공진기가 모드 록킹 상태를 유지하는 상기 레이저 크리스탈의 유효 면적내에서, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록 상 기 미러의 반사각을 조정하고, 변경된 레이저 빔의 조사 위치는 이전 조사 위치와 비중첩되는 것는 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.The mirror driving unit adjusts the reflection angle of the mirror so that the irradiation position of the laser beam is changed within the effective area of the laser crystal in which the laser resonator maintains the mode locking state, and the irradiation position of the changed laser beam is previously irradiated. Microwave laser device characterized in that the position and non-overlapping. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 레이저 크리스탈에서 상기 레이저 빔이 진행하는 방향의 두께가 유효 두께 보다 증가된 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치.The microwave laser device, characterized in that the thickness of the direction in which the laser beam travels in the laser crystal is increased than the effective thickness. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 12, 상기 극초단파 레이저 장치로부터의 극초단파 레이저 빔을 이용하여 공정 불량을 리페어하는 것을 특징으로 하는 리페어용 레이저 장치.The repair laser apparatus for repairing a process defect by using the microwave laser beam from the microwave laser apparatus. 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 단계와;Laser resonating the laser beam from the pump laser in a laser resonator including a laser crystal to generate and output a microwave laser beam; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치를 변경하기 위하여 상기 레이저 크리스탈을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.And moving the laser crystal to change the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔을 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상이 검출되면 레이저 크리스탈의 이동을 제어하는 단계를 추가로 포 함하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.And monitoring the laser beam output from the laser oscillator to control movement of the laser crystal when damage to the laser crystal is detected. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 레이저 크리스탈의 손상은, 상기 출력되는 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 하나를 모니터링하여 검출하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.The damage of the laser crystal, the driving method of the microwave laser device, characterized in that for detecting at least one of the output power and the mode locking state of the output laser beam. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 레이저 크리스탈의 위치는 미리 설정된 변경 주기 데이터에 따라 주기적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.The position of the laser crystal is a method of driving a microwave laser device, characterized in that for periodically moving in accordance with a predetermined change period data. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 레이저 공진기가 모드 록킹 상태를 유지하는 상기 레이저 크리스탈의 유효 면적내에서, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록 상기 레이저 크리스탈을 이동하고, 변경된 레이저 빔의 조사 위치는 이전 조사 위치와 비중첩되는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.Within the effective area of the laser crystal in which the laser resonator maintains the mode locking state, the laser crystal is moved so that the irradiation position of the laser beam is changed, and the irradiation position of the changed laser beam is not overlapped with the previous irradiation position. A method of driving a microwave laser device characterized by the above-mentioned. 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을, 레이저 크리스탈을 포함한 레이저 공진기 내에서 레이저 공진시켜서 극초단파 레이저 빔을 생성하여 출력하는 단계와;Laser resonating the laser beam from the pump laser in a laser resonator including a laser crystal to generate and output a microwave laser beam; 상기 펌프 레이저로부터의 레이저 빔을 미러로 반사시켜 상기 레이저 공진기 로 입사시키는 단계와;Reflecting a laser beam from the pump laser into a mirror and incident it into the laser resonator; 상기 레이저 크리스탈로 입사되는 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록, 상기 미러의 반사각을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.And adjusting the reflection angle of the mirror so that the irradiation position of the laser beam incident on the laser crystal is changed. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 출력되는 레이저 빔을 모니터링하여 상기 레이저 크리스탈의 손상이 검출되면 상기 미러의 반사각 조정을 제어하는 단계를 추라로 포함하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.And monitoring the output laser beam to control the reflection angle adjustment of the mirror when damage to the laser crystal is detected. 제20항에 있어서,21. The method of claim 20, 상기 상기 레이저 크리스탈의 손상은, 상기 출력 레이저 빔의 출력 파워 및 모드 록킹 상태 중 적어도 하나를 모니터링하여 검출하는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.The damage of the laser crystal, the driving method of the microwave laser device, characterized in that for detecting at least one of the output power and the mode locking state of the output laser beam. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 미러의 반사각은 미리 설정된 변경 주기 데이터에 따라 주기적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.And a reflection angle of the mirror is periodically adjusted according to preset change cycle data. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 레이저 공진기가 모드 록킹 상태를 유지하는 상기 레이저 크리스탈의 유효 면적내에서, 상기 레이저 빔의 조사 위치가 변경되도록 상기 미러의 반사각을 조정하고, 상기 변경된 레이저 빔의 조사 위치는 이전 조사 위치와 비중첩되는 것을 특징으로 하는 극초단파 레이저 장치의 구동 방법.Within the effective area of the laser crystal where the laser resonator maintains the mode locking state, the reflection angle of the mirror is adjusted so that the irradiation position of the laser beam is changed, and the irradiation position of the changed laser beam is not overlapped with the previous irradiation position. Method for driving a microwave laser device characterized in that the.
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