KR20110122478A

KR20110122478A - Laser generating devices

Info

Publication number: KR20110122478A
Application number: KR1020100042021A
Authority: KR
Inventors: 강동환; 이수건
Original assignee: 주식회사 제이시스메디칼; 강동환
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2011-11-10
Also published as: KR101115470B1

Abstract

PURPOSE: A laser generating apparatus is provided to obtains lots of energies using a single Q-switching mode without using high priced optical parts. CONSTITUTION: A laser generating apparatus is composed of a Q-switch(250) and a Q-switch driver(260). The Q-switch driver comprises a controller(261) which selects a mode of the Q-switch and a signal adjustor(262) which receives a signal according to the selected mode through the controller. The Q-switch driver comprises a delay controller(263) which controls pulse delay time between pulses of the Q-switch, a Q controller(264) which transfers the information of the signal adjustor and the information of the signal adjustor, and voltage regulator(265) which determines a value delivered to the Q-switch from the Q controller.

Description

Laser Generator {LASER GENERATING DEVICES}

본 발명은 싱글 펄스 또는 두 개 이상의 복수 펄스 큐-스위칭을 이용한 레이저 발생장치에 관한 것이다. The present invention relates to a laser generator using a single pulse or two or more multiple pulse queue-switching.

일반적으로 레이저의 발생원리를 보면, 원자가 에너지를 받아 여기 되어 상위 준위로 들떠서 반전분포 상태로 되고, 상위의 들뜬 준위로부터 하위 들뜬 준위로 전이가 일어난다. 이 들뜬 물질의 양쪽에 거울 2개를 평행하게 놓으면 빛은 2개의 거울 사이를 왕복하여 반사하고, 이렇게 왕복하여 반사하는 사이에 빛은 증폭된다.In general, the generation principle of the laser is that the valence energy is excited to excite to the upper level, the state is inverted, and the transition occurs from the upper excited level to the lower excited level. When two mirrors are placed on both sides of the excited material in parallel, the light is reflected back and forth between the two mirrors, and the light is amplified between the two mirrors.

한편, 2 개의 평행한 거울은 유도방출을 일으킬 뿐만 아니라 거울 사이에 빛의 정상파를 만들고, 이 조건에 맞는 빛만이 증폭되며, 이 증폭된 빛의 파장은 선택되어 하나로 되고, 이때 2개의 거울 중 1개의 거울을 대부분의 빛은 반사하지만 다른 하나의 거울은 일부 몇%만 투과하도록 만들어 두면 거울 사이에서 증폭된 빛의 일부만 외부로 방출되는 데 이것이 레이저 광선이다.On the other hand, two parallel mirrors not only cause induced emission, but also create standing waves of light between the mirrors, and only light that meets this condition is amplified, and the wavelength of the amplified light is selected and becomes one, where 1 of the two mirrors is selected. If you make two mirrors reflect most of the light, but the other mirror transmits only a few percent, only a portion of the amplified light between the mirrors is emitted outside, which is the laser beam.

이와 같은 레이저 발생의 장치를 개략적으로 구성해 보면, 반사율 100%인 전반사경과, 투과율과 반사율을 가진 부분반사경이 한 쌍으로 이룬 공진기와 상기 공진기 사이에 레이저를 발생하는 매질로 채워진 물체가 구비되어, 상기의 레이저 발생 매질에 에너지를 주어 기저 상태 원자를 여기 상태 원자로 만들어서 밀도반전을 유도하기 위하여 광원 에너지를 가하는 광 펌프 장치로 구성된다.A schematic configuration of such a laser generating apparatus includes an object filled with a medium for generating a laser between a resonator having a total reflectance having a reflectance of 100% and a partial reflector having a transmittance and a reflectance and a pair of resonators. It is composed of an optical pump device that applies energy to the laser generating medium and applies light source energy to induce density inversion by making the ground state atoms into excited state atoms.

레이저 발생 매질을 엔디 야그(ND:YAG)로 사용하는 고체 레이저에서 발진되는 레이저는 파장이 1064nm의 가진 기본 레이저이며, 이 1064nm 레이저는 용접 및 절단 또는 육체의 체모, 모근을 제거하고, 피부 Rejuvenation등의 다양 분야에 사용된다. The laser generated by the solid laser using the laser generating medium as ND: YAG is a basic laser having a wavelength of 1064 nm. This 1064 nm laser is used for welding and cutting or removing body hair, hair roots, and skin rejuvenation. Used in various fields.

기존에는 큐-스위치에 고전압을 인가함에 따라 나노초대의 짧은 펄스폭을 갖는 싱글 펄스 레이저를 발생시킨다.Conventionally, a single pulse laser having a short pulse width of nanoseconds is generated by applying a high voltage to a cue-switch.

도 1은 큐-스위치를 구비하지 않은 레이저 발생장치의 에너지 양을 나타낸 그래프이고, 도 2는 종래의 싱글 펄스 큐-스위칭에 따라 사용된 에너지양을 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the amount of energy of a laser generator without a cue-switch, and FIG. 2 is a graph showing the amount of energy used according to a conventional single pulse cue-switching.

도 1에 도시한 바와 같이, 큐-스위치를 구비하지 않은 레이저 발생장치는 높은 파워를 출력할 수 없으나 많은 에너지 양을 출력할 수 있다. As shown in FIG. 1, a laser generator without a cue-switch may not output high power but may output a large amount of energy.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 순간적으로 높은 피크 파워의 레이저를 출력할 수 있으나 큐-스위치로 사용되는 Pockel’s Cell의 특성상 일부의 빛만 사용하기 때문에 많은 에너지 양을 출력할 수 없다. In addition, as shown in Figure 2, it is possible to instantaneously output a high peak power laser, but due to the nature of the Pockel's Cell used as a cue-switch, only a part of the light can not output a large amount of energy.

그래서, 레이저 발생기에서 발진된 레이저 에너지 중 일부 에너지 밖에 사용할 수 없어 효율이 떨어지고, 싱글 펄스로 많은 에너지를 얻어내기 위해서는 많은 에너지를 얻기 위한 공진기내의 광학 부품들을 사용해야 하기 때문에 고가의 비용이 들어간다는 단점이 있다. Therefore, only a small portion of the laser energy oscillated in the laser generator can be used, resulting in low efficiency, and in order to obtain a large amount of energy with a single pulse, an expensive cost is required because optical components in the resonator must be used to obtain a large amount of energy. have.

따라서, 기존의 싱글 큐-스위칭 방식 레이저 시스템을 이용하여 큐-스위칭시 사용하지 않았던 에너지를 사용하여 같은 입력 에너지로 더 많은 출력 에너지를 얻을 수 있는 효율이 향상된 레이저가 요구된다. Therefore, there is a need for an improved laser that can obtain more output energy with the same input energy using energy that was not used during queue switching using a conventional single queue switching laser system.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 싱글 큐-스위칭 방식으로 큐-스위칭을 제어하는 큐-스위치 드라이버를 구비하여 2개 이상의 큐스위칭 펄스로 많은 에너지를 발생하는 레이저 발생장치를 제공하는 것이다.Accordingly, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a laser generating apparatus that generates a large amount of energy by using two or more cue switching pulses by including a cue-switch driver that controls the cue switching in a single cue-switching method.

본 발명의 한 특징에 따른 레이저 발생장치는 큐-스위치 및 큐-스위치 드라이버로 구성하되, 상기 큐-스위치 드라이버는 상기 큐-스위치의 방식을 선택하는 제어부와; 상기 제어부를 통해 선택된 방식에 따른 신호를 전달 받은 신호 조절부와; 상기 큐-스위치의 펄스와 펄스 사이의 펄스 딜레이 타임을 조절하는 딜레이 제어부와; 상기 신호 조절부의 정보와 딜레이 제어부의 정보를 전달하는 큐 조절부; 및 상기 큐 조절부에서 큐-스위치로 전달되는 값을 결정하는 전압 조절부;로 구성하는 것을 특징으로 한다.A laser generating apparatus according to an aspect of the present invention comprises a cue-switch and a cue-switch driver, wherein the cue-switch driver comprises: a control unit for selecting a method of the cue-switch; A signal controller which receives a signal according to a method selected by the controller; A delay controller for adjusting a pulse delay time between the pulse of the cue-switch and a pulse; A queue controller for transmitting information of the signal controller and information of a delay controller; And a voltage adjusting unit determining a value transferred from the cue adjusting unit to the cue-switch.

상기 특징에 따른 레이저 발생장치의 상기 제어부는 큐-스위치의 싱글 펄스 또는 두 개 이상의 복수 펄스 큐-스위칭을 선택하는 것을 특징으로 한다.The control unit of the laser generating apparatus according to the above feature may select a single pulse or two or more pulse queu-switchings of the cue-switch.

상기 특징에 따른 레이저 발생장치의 상기 딜레이 제어부는 1ns 내지 330us사이의 펄스 딜레이 타임을 조절하는 것을 특징으로 한다.The delay control unit of the laser generator according to the above feature is characterized in that for controlling the pulse delay time between 1ns to 330us.

상기 특징에 따른 레이저 발생장치의 상기 큐 조절부는 0 내지 5KV 범위 내의 전압을 가변하는 것을 특징으로 한다.The cue adjusting unit of the laser generating apparatus according to the above feature is characterized by varying a voltage within the range of 0 to 5KV.

상기 특징에 따른 레이저 발생장치는 두 개 이상의 복수 펄스 큐-스위칭을 선택하는 경우, 전압 조절부는 동일한 전압을 인가하거나 각각 다른 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.In the laser generating apparatus according to the above feature, when two or more pulse queuing-switches are selected, the voltage adjusting unit may apply the same voltage or different voltages.

이러한 본 발명의 특징에 따르면, According to this aspect of the present invention,

본 발명은 싱글 큐-스위칭 방식에서 사용하지 못한 큐-스위칭 에너지 영역에 대해 효율성을 증가시키면서 많은 에너지를 출력할 수 있는 효과가 있다. The present invention has the effect of outputting a lot of energy while increasing the efficiency for the queue-switching energy region which is not used in the single queue-switching scheme.

또한, 본 발명은 고가의 광학부품을 사용하지 않고 싱글 큐-스위칭 방식으로 많은 에너지를 얻을 수 있어 비용을 절감하는 효과가 있다.In addition, the present invention can obtain a large amount of energy in a single cue-switching method without using expensive optical parts, thereby reducing the cost.

도 1은 큐-스위치를 구비하지 않은 레이저 발생장치의 에너지 양을 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래의 싱글 펄스 큐-스위칭에 따라 사용된 에너지양을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 발생장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 발생장치의 큐-스위치 드라이버를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 복수 펄스 큐-스위칭에 따라 사용된 에너지양을 나타낸 그래프이다. 1 is a graph showing the amount of energy of a laser generator without a cue-switch.
Figure 2 is a graph showing the amount of energy used according to the conventional single pulse queue-switching.
3 is a view showing a laser generating apparatus according to the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing a queue switch driver of the laser generating apparatus according to the present invention.
5 is a graph showing the amount of energy used according to the multi-pulse queue switching according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 발생장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 레이저 발생장치의 큐-스위치 드라이버를 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명에 따른 복수 펄스 큐-스위칭에 따라 사용된 에너지 양을 나타낸 그래프이다.3 is a view showing a laser generating apparatus according to the present invention, FIG. 4 is a block diagram showing a cue-switch driver of the laser generating apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is a multi-pulse queue switching according to the present invention. A graph showing the amount of energy used.

도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 레이저 발생장치의 구성은 레이저 발생기(210), 전반사경(220), 출력경(230), 편광자(240), 큐-스위치(Q-Switch, 250), 및 큐-스위치 드라이버(260)으로 구성한다. As shown in Figures 3 to 5, the configuration of the laser generator of the present invention is a laser generator 210, total reflection mirror 220, output mirror 230, polarizer 240, Q-switch (Q-Switch , 250), and the queue-switch driver 260.

상기 레이저 발생기(210)는 플래쉬 램프(211)에서 광 에너지를 발산하여 발산된 광 에너지를 매질로 흡수하여 레이저를 발진시키도록 플래쉬 램프(211)와 매질(212)로 구성한다. The laser generator 210 is composed of a flash lamp 211 and a medium 212 to emit light energy from the flash lamp 211 to absorb the light energy emitted into the medium to oscillate the laser.

상기 플래쉬 램프(211)은 플래쉬 램프 파워(270)로부터 전원을 공급 받아 발광한다. The flash lamp 211 emits light by receiving power from the flash lamp power 270.

본 발명의 실시 예에서 매질(212)의 바람직한 예는 Nd:YAG이며, 이로 한정하지 않는다. In the embodiment of the present invention, a preferable example of the medium 212 is Nd: YAG, but is not limited thereto.

상기 Nd:YAG는 1,064nm의 파장과 532nm의 파장이 나오는 레이저로서 1064nm의 파장의 빛은 피부 속 깊이 침투되어 멜라닌을 선택적으로 파괴시켜 문신과 오타모반, 양측성 오타모반 등 진피에 있는 병변을 치료하며, 532nm의 파장의 빛은 표피의 색소를 제거하며 주근깨, 검버섯, 잡티 등 갈색 병변을 선택적으로 치료할 때 사용한다. The Nd: YAG is a laser with a wavelength of 1,064nm and 532nm, and light of 1064nm wavelength penetrates deeply into the skin and selectively destroys melanin to treat lesions in the dermis such as tattoos, otamos, and bilateral otamos. The light of 532nm wavelength removes the pigment of epidermis and is used to selectively treat brown lesions such as freckles, blotch, blemishes.

본 발명의 레이저 발생장치는 피부 치료용으로 사용될 수 있다. The laser generator of the present invention can be used for skin treatment.

상기 전반사경(220) 및 출력경(230)은 상기 레이저 발생기(210)의 양단에 각각 구비하여 발진된 레이저를 증폭 및 발진시킨다. The total reflection mirror 220 and the output mirror 230 are provided at both ends of the laser generator 210 to amplify and oscillate the oscillated laser.

상기 편광자(240)는 전반사경(220)와 레이저 발생기(210) 사이에 위치하여 레이저를 선형으로 편광시킨다. The polarizer 240 is positioned between the total reflection mirror 220 and the laser generator 210 to linearly polarize the laser.

상기 큐-스위치(250)는 편광자(240)와 전반사경(220) 사이에서 출력 레이저를 만든다. The cue-switch 250 creates an output laser between the polarizer 240 and the total reflection mirror 220.

즉, 큐-스위치(250)는 전반사경(220)과 출력경(230) 사이에서 모아진 레이저를 출력한다. That is, the cue-switch 250 outputs the laser collected between the total reflection mirror 220 and the output mirror 230.

본 발명의 실시 예에서 상기 큐-스위치(250)는 Pockel’s Cell을 이용함이 바람직하다. In the embodiment of the present invention, the cue-switch 250 preferably uses Pockel's Cell.

본 발명의 실시 예에서는 명시하지 않았으나, 상기 큐-스위치(250)과 전반사경 사이에 위상 지연판(미도시)을 삽입하여 형성할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 Pockel’s Cell을 사용하는 경우 1/4λ waveplate 역할을 함으로서 위상 지연판을 구비하지 않을 수 있다. Although not specified in the embodiment of the present invention, a phase retardation plate (not shown) may be inserted between the cue-switch 250 and the total reflection mirror, but in the case of using the preferred Pockel's Cell of the present invention, 1 / 4λ By acting as a waveplate may not have a phase retardation plate.

상기 큐-스위치 드라이버(260)는 상기 큐-스위치(250)의 동작을 설정하고 제어하는 것으로 제어부(261), 신호 조절부(262), 지연 제어부(263), 큐 조절부(264), 및 전압 조절부(265)로 구성한다. The cue-switch driver 260 sets and controls the operation of the cue-switch 250, and includes a control unit 261, a signal control unit 262, a delay control unit 263, a queue control unit 264, and It consists of a voltage regulator 265.

여기서, 상기 제어부(261)는 큐-스위치 방식을 선택하는 것으로, 싱글 펄스 또는 두 개 이상의 복수 펄스 큐-스위칭을 선택할 수 있다. Here, the control unit 261 selects a cue-switch method, and may select a single pulse or two or more multi-pulse cue-switching.

여기서, 상기 신호 조절부(262)는 상기 제어부(261)를 통해 선택된 방식에 따른 신호를 전달 받는다.Here, the signal controller 262 receives a signal according to the selected method through the controller 261.

여기서, 상기 딜레이 제어부(263)는 상기 큐-스위치(250)의 펄스와 펄스 사이의 펄스 딜레이 타임을 조절한다.Here, the delay control unit 263 adjusts the pulse delay time between the pulse of the cue-switch 250 and the pulse.

이때, 상기 딜레이 제어부(263)는 1ns 내지 330us사이의 펄스 딜레이 타임을 조절한다.At this time, the delay control unit 263 adjusts the pulse delay time between 1ns to 330us.

여기서, 상기 큐 조절부(264)는 상기 신호 조절부(262)의 정보와 딜레이 제어부의 정보를 전달한다. 이때, 상기 큐 조절부는 0 내지 5KV 범위 내의 전압을 가변한다.Here, the queue controller 264 transfers the information of the signal controller 262 and the information of the delay controller. In this case, the queue control unit varies a voltage within a range of 0 to 5KV.

여기서, 상기 전압 조절부(265) 상기 큐 조절부(264)에서 큐-스위치(250)로 전달되는 값을 결정한다.Here, the voltage controller 265 determines a value transferred from the queue controller 264 to the queue switch 250.

이때, 두 개 이상의 복수 펄스 큐-스위칭을 선택하는 경우, 전압 조절부(265)는 동일한 전압을 인가하거나 각각 다른 전압을 인가한다. In this case, when two or more pulse queu-switching are selected, the voltage adjusting unit 265 applies the same voltage or different voltages.

상기와 같은 구성으로 두 개 이상의 복수 펄스 큐-스위칭이 이루어지는 방법은 다음과 같다. Two or more plural pulse cue-switching is configured as described above.

플래쉬 램프(211)의 여기에 의해서 매질(212)에서 발생한 광은 편광자(214)를 통과하면서 수직으로 선형 편광되고(P파), 이와 같이 수직으로 선형 편광된 P파가 전압이 인가되어 있는 큐-스위치(250), 즉 포켈스 셀을 통과하면 우 원형 편광(Right Circularly Polarization)이 된다.Light generated in the medium 212 by excitation of the flash lamp 211 is vertically linearly polarized while passing through the polarizer 214 (P wave), and thus the vertically polarized P wave is applied with a voltage applied thereto. Passing through the switch 250, ie, the Pockels cell, results in right circularly polarization.

그리고, 상기와 같이 우 원형 편광으로 편광된 광은 전반사경거울(220)에서 반사되어서 좌 원형 편광의 광으로 되며, 다시 큐-스위치(250)을 통과하면서 수평으로 선형 편광 되어 S파가 된다.As described above, the light polarized by the right circularly polarized light is reflected by the total reflection mirror 220 to be the light of the left circularly polarized light, and is linearly horizontally polarized while passing through the cue-switch 250 to become an S wave.

상기와 같이 수평으로 선형 편광된 S파는 상기 편광자(240)를 투과하지 못하고 반사된다.As described above, horizontally linearly polarized S waves do not penetrate the polarizer 240 and are reflected.

상기와 같이 S파가 편광자(240)를 투과하지 못하면, 발진이 되지 못하고 매질(212) 내부에서 들뜬 상태로 여기만 일어나게 되며, 이 때 큐-스위치(250)에 인가되어 있던 전압이 끊기는 순간 발진이 되어서 강한 레이저 펄스를 형성한다.If the S-wave does not penetrate the polarizer 240 as described above, the oscillation does not occur and excitation occurs only in the excited state inside the medium 212. At this time, the oscillation is performed when the voltage applied to the cue-switch 250 is cut off. This forms a strong laser pulse.

그리고 두 번째 펄스를 큐-스위치(250)에 인가하면 내부에서 에너지도 순간 발진되어 레이저 펄스를 형성한다.When the second pulse is applied to the cue-switch 250, energy is also oscillated within the inside to form a laser pulse.

이때 인가된 펄스 전압은 첫번째 인가된 펄스와 같은 전압 이거나 다른 전압일 수 있다. In this case, the applied pulse voltage may be the same voltage as the first applied pulse or may be a different voltage.

본 발명과 같이 플래쉬 램프(211)에 의하여 펄스로 구동 여기시키는 방식일 경우에는 다른 전압의 펄스를 인가하는 것이 적합하며 광 여기하는 방법이 연속적일 경우에는 같은 전압의 펄스를 인가해도 무방하다. In the case of the method of driving excitation with a pulse by the flash lamp 211 as in the present invention, it is suitable to apply pulses of different voltages, and if the method of optical excitation is continuous, pulses of the same voltage may be applied.

본 발명과 같은 구성으로 큐-스위칭 펄스가 복수회 이상 일어나 싱글 펄스 때 사용하지 못하였던 에너지까지 도 4와 같이 모두 사용할 수 있는 효과가 있다. In this configuration, the cue-switching pulse is generated more than once and thus the energy that was not used in the single pulse can be used as shown in FIG. 4.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims to be described later.

210 : 레이저 발생기 211 : 플래쉬 램프
212 : 매질 220 : 전반사경
230 : 출력경 240 : 평광판
250 : 큐-스위치 260 : 큐-스위치 드라이버
261 : 제어부 262 : 신호 조절부
263 : 딜레이 제어부 264 : 큐 조절부
265 : 전압 조절부 270 : 플래쉬 램프 파워
280 : 고전압 파워210: laser generator 211: flash lamp
212: medium 220: total mirror
230: output diameter 240: flat plate
250: Cue-switch 260: Cue-switch driver
261 control unit 262 signal control unit
263: delay control unit 264: queue control unit
265: voltage controller 270: flash lamp power
280: high voltage power

Claims

In the laser generator,
Consists of a cue-switch and a cue-switch driver,
The cue-switch driver includes a control unit for selecting a method of the cue-switch;
A signal controller which receives a signal according to a method selected by the controller;
A delay controller for adjusting a pulse delay time between the pulse of the cue-switch and a pulse;
A queue controller for transmitting information of the signal controller and information of a delay controller;
And a voltage controller for determining a value transmitted from the queue controller to the queue switch.

The method of claim 1,
And the control unit selects a single pulse or two or more multi-pulse queue switching of the queue switch.

The method of claim 1,
The delay control unit is characterized in that for controlling the pulse delay time between 1ns to 330us laser generating apparatus.

The method of claim 1,
The cue control unit is a laser generator, characterized in that for varying the voltage in the range of 0 to 5KV.

The method of claim 2,
When selecting two or more multi-pulse queue-switching, the voltage adjusting unit applies the same voltage or different laser generator, characterized in that each of the different voltages.