KR20120105016A - 레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치 및 레이저 빔을 위한 빔-안내 방법 - Google Patents

레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치 및 레이저 빔을 위한 빔-안내 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 제 1 단부 미러(1) 및 하나의 제 2 단부 미러(2)를 가진 레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치에 관한 것으로서, 상기 단부 미러들(1, 2)은 광학적 공진 축(OA)을 가진 공진기를 규정하고, 레이저 빔은 입력 레이저 빔(ES)으로서 공진기에 안내되고 제 1 및 제 2 단부 미러들(1, 2)에서 다중 반사 후 다시 출력 레이저 빔(AS)으로서 공진기 밖으로 안내된다. 그럼으로써, 제 1 및 상기 제 2 단부 미러(1, 2)에서의 연속적인 반사들은 공진 축에 대한 회전축으로서 규정되는, 제 1 및 제 2 단부 미러 사이의 회전 방향을 결정하고, 제 1 빔 경로가 규정되고 레이저 빔은 공진 축(OA)에 대한 회전축으로서 규정되는 공진기에서 제 1 및 제 2 단부 미러들 사이에서 회전 방향으로 순환한다. 공진기는 회전 방향이 역전 지점에서 역전되고 공진기에서의 레이저 빔이 제 1 빔 경로 반대의 회전 방향에서 적어도 부분적으로 통과하고, 그럼으로써 제 2 빔 경로가 규정되도록 설계된다.

Description

레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치 및 레이저 빔을 위한 빔-안내 방법{Mirror arrangement for guiding a laser beam in a laser system and beam guiding method for a laser beam}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치, 이와 같은 레이저 장치를 가진 레이저 시스템, 및 청구항 15의 전제부에 따른 레이저 빔을 위한 빔-안내 방법에 관한 것이다.
초단파 펄스들, 즉 펨토초(femtosecond) 또는 피코초(picosecond) 범위의 펄스 지속시간(pulse duration)을 가진 펄스들을 발생하기 위한 레이저 시스템들에서, 예를 들어 낮은 펄스 반복률들(pulse repetition rates)이 필요할 때, 즉 전형적으로 ~30　MHz보다 작은 펄스 반복률이 필요할 때, 단부 미러들(end mirrors) 사이에는 큰 거리가 종종 요구된다. 긴 길이(> 4 m)를 제외하고, 이와 같은 레이저 시스템들의 공진기들은, 컴팩트 디자인, 예를 들어 온도 변화들, 기계적 진동 등으로 인한 광학 요소들의 의도하지 않는 조정에 대한 높은 둔감성(high insensitivity), 및 간편한 구현 가능성을 가져야 한다.
이와 같은 레이저 시스템들의 일례는, 예를 들어 레이저 재료는 Nd:YVO4이고, 500　kHz의 반복률들이 주어지면 7.8 W의 평균 전력 및 15.6　mJ의 펄스 에너지들을 가지며 또한 1　MHz가 주어지면 10 W의 평균 전력 및 10　μJ의 펄스 에너지를 갖는, 펄스 디커플링(pulse decoupling) 또는 공동 덤핑(cavity dumping)의 원리를 채용하는 모드-커플 레이저 장치들(mode-coupled laser arrangements)이다. 이와 같은 레이저 시스템들은 예를 들어 재료 처리(material processing)를 위해 사용된다.
다양한 방법들이 종래에 설명되었는데, 종래의 경우 2개 이상의 미러들이 배열되는 결과 광학 빔(optical beam) 또는 레이저 빔(laser beam)이 이들 미러들 사이에서 다수 회 반사됨으로써 작은 베이스 면(base surface)에 대한 전체 경로 길이(total path length)를 증가시키는 것이 가능하다.
이들 장치들은 보통 제 1 보고서들의 저자들, 예를 들어 화이트 셀(White cell) (J.U.　White, J.　Opt. Soc. Am. 32, 285 (1942)), 한스트 셀(Hanst cell) (P.L.　Hanst, Adv. Environ. Sci. Technol. 2, 91 (1971)) 또는 가장 많이 사용될 것 같은 셀, 즉 헤리옷 셀(Herriott cell)(D.R.　Herriott 및 H.J.　Schulte, Appl. Opt. 4, 883 (1965) 및 US　3,437,954)로부터 유래된다. 예로서, 헤리옷 셀은 이하에 더 상세히 기술된다.
멀티플 패스들(passes)을 갖거나 멀티패스 배열(multipass arrangement)로 있는 그러한 헤리옷 셀(Herriott cell)은 서로로부터 특정 거리에 배열된, 오목면을 가진 미러들 중 적어도 하나인 셀을 규정하는 단부 미러들로서 2개의 미러들의 가장 단순한 배열에 있다. 미러 장치 자체는 빔이 다수 회 반사되는 광 공진기(optical resonator)를 형성하며 특정 수의 패스들 이후 자신을 반복한다. 이 경우 단부 미러들에는 타원 또는 원 위에 놓이는 반사 지점들의 순환 패턴(circulation pattern)이 형성된다. 빔은 전형적으로 셀의 단일 통과 후에, 즉 빔 경로의 임박한 동일한 반복 전에, 미러 구조로부터 다시 분리된다. 광 공진기들로 사용시 분리의 목적으로, 셀 내의 이러한 폐쇄 빔 경로는 별개의 미러들에 의해 또는 단부 미러들 중 하나에 있는 홀들에 의해 끝장날 수 있다(예를 들어, 코와레비츠(Kowalevicz) 등의 "design principles of q-preserving multipass-cavity femtosecond lasers" J.　Opt. Soc. Am. B, vol. 23, no. 4, April 2006 참조).
또한, 코와레비츠 등의 공보들("Generation of 150nj pulses from a ultiple-pass cavity Kerr-lens mode-locked Ti:AL201 oscilator" Optic Letters Opt. Soc. Am., vol. 23, no. 17, September 2003) 및 세나로글루 에이(Sennaroglu A), 후지모토 제이.지.(Fujimoto J.G.) 등("Compact Femtosecond Lasers Based on Novel Multipass Cavities" IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 40, no. 5, May　2004)은 다수 회 통과들을 갖는 공지의 헤리옷 셀들에 대한 예들을 보이며, 그 경우에, 단부 미러들 상의 반사 지점들의 "순환(circulation)" (시계방향 또는 반시계방향으로 수행됨) 후, 재귀반사 요소(retroreflective delment)는 빔이 다시 자신으로 돌아오는 것을 허용한다.
다른 빔-폴딩 미러 장치는 예를 들어 EP 1 588 461에 알려져 있고, 이 경우에는, 2개의 반사 평탄면들(reflecting planar surfaces)이 배열되고 그 결과 레이저 빔은 각각의 반사면들에서 다수 회 반사되고 빔 경로는 폴딩 디바이스로 들어가는 빔 및 폴딩 디바이스를 나가는 빔을 가지며, 반사면들은 0°보다 큰 구경각(aperture angle)으로 서로에 대해 배향된다(oriented). 그러므로, 이와 같은 선형 장치들(linear arrangements)은 빔 경로의 지그-재그 프로파일(zig-zag profile)을 초래하고, 반사 지점들은 2개의 반사면들 위에 한 줄로 놓이고, 가변 간격(varying spacing)을 가진다. 그러므로, 이러한 장치에 있어서, 빔 폴딩을 위해 이용 가능한 공간은 단지 평면으로, 즉 2차원으로 사용된다.
그러므로, 이전의 미러 장치들에 있어서, 반사의 수는 하나의 패스(pass)로 제한되거나, 빔 폴딩이 단지 하나의 평면에서 수행된다.
본 발명의 하나의 목적은 개선된 레이저 시스템, 특히 다이오드-펌프, 모드-커플 레이저 시스템(diode-pumped, mode-coupled laser system)을 제공하는 것에 있다.
다른 목적은 컴팩트함(compactness) 및/또는 강건성(robustness)이 증대된 그와 같은 레이저 시스템을 제공하는 것에 있다.
청구항 1 및 15 및 종속 청구항들의 요지들에 의해 이들 목적들은 달성되고 및/또는 해결방법들이 발전된다.
본 발명은 레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치 및 레이저 빔을 위한 대응하는 빔-안내 방법에 관한 것이다. 미러 장치는, 단부 미러들로서 폴딩된 빔 안내를 위해 공진기를 규정하고, 빔 경로가 단부 미러들에서 각각 일어나는 반사들을 전후로 다수회 안내하는, 적어도 2개의 미러들에 기초한다. 이 경우에, 공진기에서의 빔 경로는 추가로 하나 이상의 추가의 미러들을 사용하여 폴딩될 수 있고, 그 결과 장치 또는 이것을 사용하는 전체 디자인의 컴팩트함(compactness)이 보다 증대될 수 있다.
레이저 빔은 이러한 미러 장치로 안내되고 또는 결합되고 그 결과 상기 레이저 빔은 공진기에서 전체 빔 경로의 부분으로서 제 1 빔 경로를 통과한다. 이러한 제 1 통과 중, 빔 경로는 단부 미러들 사이에서 형성되고, 거기서 일어나는 반사 지점들은 원형 라인 위에 놓이고 하나의 회전 방향, 예를 들어 시계 방향으로 통과한다. 하나의 통과 후, 즉 경로 또는 이미 통과한 빔 경로를 통한 재개된 통과가 일어날 수 있는 지점의 도착 후, 빔은 각도 변경에 의해 재귀반사되고 그 결과 동일 또는 유사한 제 2 빔 경로가 통과되고 그러나 제 2 빔 경로는 제 1 빔 경로에 대해 단부 미러들 상의 반사 지점들에 의해 오프셋 또는 트위스트된다. 만약, 예를 들어, 5개의 반사들이 각각 제 1 빔 경로에서 단부 미러들에서 일어나면, 제 2 빔 경로는 바람직하게는 각도 변경에 의해 재귀반사에 의해 형성되고 그 결과 5개의 반사 지점들이 마찬가지로 각각 단부 미러들 상에서 생기고, 그것은 이들이 제 1 빔 경로의 반사 지점 패턴의 공간들(interspaces) 내에 놓이도록 하는 것이 가능하다. 이 경우에, 빔이 공진기 내로 또는 공진기를 통해 다시 안내되면, 회전 방향은 역전되고 그 결과 2개의 빔 경로들이 반대 회전 방향에 의해 서로 인터레이싱된다. 이것은 단부 미러들 상의 빔 패턴들의 고려에 기인하는 중요한 발견에 기초한다. 빔들이 시계방향으로 회전하는 경우의 패턴 및 반시계방향으로 회전하는 패턴이 있고, 그렇지 않으면 2개의 패턴들은 동일한 특성들을 가진다. 그러므로, 원칙적으로 2개의 단부 미러들 또는 헤리옷 셀을 갖는 미러 장치를 통해 2번 통과시키는 것이 가능하다. 2번의 통과들은 회전 방향을 제외하고 동일한 특성들을 가진다. 상이한 각도들은 빔들을 분리하는 것을 가능하게 한다.
그러나, 재귀반사 각도(retroreflection angle) 및/또는 추가의 빔-영향 요소들의 적절한 선택에 의해, 반사들에 대해 유사하지만 오프셋된, 2개의 빔 경로들에 대한 이러한 빔 안내를 제외하고, 원칙적으로 2개의 빔 경로들 중 하나에 대해 많은 수의 반사 지점들을 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 4개의 반사 지점들이 제 1 빔 경로에서 2개의 단부 미러들 상에서 생길 수 있고, 한편 리턴 빔 경로(returning beam path)가 반사 지점들의 수의 2배, 즉 이 경우 10개의 반사 지점들이 형성된다. 빔 경로들 사이의 반사 지점들의 적분 비(integral ratio)를 통해, 후자는 또한 상이한 수의 반사 지점들이 주어져도 여전히 서로 인터레이싱될 수 있다.
실시예들에 따라, 종래 기술로부터 알려진 장치들의 경우에서 단부 미러들상의 포인트들은 빔이 자신으로 귀환하기 전에 시계방향 또는 반시계방향으로 통과한다. 그러나, 역전 지점들에서 회전 방향을 역전시킴으로써, 본 발명은 반사 지점들의 수의 증가 및 동일한 전체 크기가 주어진다면 공진기 길이의 증가와 함께, 2개의 회전 방향의 동시 사용을 허용한다.
레이저 빔의 커플링 인 또는 아웃(coupling in or out)은 추가의 미러 구성요소들에 의해 만들어질 수 있다.
본 발명의 미러 장치의 예시적인 실시예들 및 대응하는 방법 및 미러 장치를 이용하는 레이저 시스템이 이하에 개략적으로 도시되고 단지 예로서 더 상세히 기재된다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 미러 장치의 제 1의 예시적인 실시예 및 본 발명의 레이저 빔을 위한 빔-안내 방법을 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 폴딩 미러를 갖는 본 발명의 미러 장치의 제 2의 예시적인 실시예를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 미러 장치의 제 2의 예시적인 실시예에 의한 레이저 시스템을 나타낸 도면.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 미러 장치의 제 1 실시예 및 레이저 빔의 본 발명의 빔-안내 방법의 도해를 나타내고, 빔 안내는 여러 도면들에서 설명된다.
도 1은 공진기에 입력 레이저 빔(input laser beam: ES)으로서의 레이저 빔을 결합하는 상황을 나타내고, 상기 공진기는 헤리옷 셀(Herriott cell)로서, 적어도 제 1 단부 미러(1) 및 오목면을 가진 제 2 단부 미러(2)로부터 형성된다. 이러한 예시적인 실시예로 설명되는 2개의 단부 미러들(1, 2)의 배열은 단지 예로서 선택된다. 특히, 2개의 미러들은 또한 원칙적으로 그들의 뒤바뀐 위치들을 가질 수 있다. 2개의 단부 미러들 사이에는 이들을 연결하는 광학적 공진 축(optical resonator axis: OA)이 연장되며, 상기 축은 이 예에서 직선으로서 도시된다. 하지만, 폴딩된 배열들에 있어서, 광학적 공진 축(OA)은 상응하여 폴딩될 수 있다. 즉, 광학적 공진 축(OA)는 각진 프로파일(angled profile)을 가질 수 있다. 공진기의 상류 측에는 입력 레이저 빔(ES) 및 출력 레이저 빔(AS)을 위한 포커싱 미러(3)가 배치된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 포커싱 미러(3)는 레이저 빔이 커플링-인 미러(coupling-in mirror; 4)로 향하도록(따라서 실제 공진기로 향하도록) 하며, 포커싱 미러(3)의 축은 공진 축(OA)이 있는 평면에 놓인다.
도 3에 도시된 것과 같이, 이어서 레이저 빔은 커플링-인 미러(4)에 의해 제 1 단부 미러(1)로 안내되고, 도 4에 도시된 것과 같이, 이후 제 2 단부 미러(2)로 안내된다.
도 5에 도시된 것과 같이, 다중 반사가 제 1 및 제 2 단부 미러들(1, 2)에서 각각 일어나고, 4개의 반사 지점들은 이 예에서 단부 미러들(1, 2) 상에서 생기고 반사 지점들이 직사각형의 코너 지점들에 놓이는 패턴을 형성한다. 그 결과 제 1 및 제 2 단부 미러들(1, 2)에서의 반사들의 순서는 회전축으로서의 공진 축(OA)에 대한 회전 방향을 정의한다. 이 경우에 반사들의 전체 및 이들 사이에 놓인 빔 세그먼트들은 규정된 회전 방향을 갖는 제 1 빔 경로를 형성하며, 상기 빔 경로는 시계방향 또는 반시계 방향으로 연장될 수 있다. 그러므로 레이저 빔은, 규정된 회전 방향을 가진 공진기의 제 1 및 제 2 단부 미러들 사이에서, 왔다갔다 하거나 또는 순환한다.
종래의 통상적인 헤리옷 셀 및/또는 미러 장치들과는 대조적으로, 상기 공진기는 회전 방향이 역전 지점(reversing point)에서 역전 또는 반전되고 레이저 빔이 적어도 부분적으로 제 1 빔 경로와 반대되는 회전 방향에서 공진기를 통과하고, 그것에 의해 제 2 빔이 규정되도록 설계된다. 이러한 상황은 도 6에 도시되고, 이 예시적인 실시예는 역전 지점을 생성하기 위해 인버터 미러(inverter mirror; 5)를 사용하고, 그 결과 제 1 빔 경로를 통과한 후, 상기 미러는 회전 방향 또는 회전의 견지에서 변경을 시작하는 재귀반사(retroreflection)를 실행한다. 통상의 헤리옷 셀들에 있어서, 레이저 빔은 이 지점에서 장치로부터 분리되고, 이것은 점선 화살표로 도 6에 표시된다.
도 7에 도시된 것과 같이, 레이저 빔은 이제 다시 변경 또는 반전된 회전 방향을 갖는 제 2 빔 경로에서 공진기를 통과하고, 제 1 및 제 2 빔 경로들은 공간적으로 분리된다. 그것에 의해, 제 1 및 제 2 빔 경로들은, 제 1 빔 경로의 시작에서 재귀반사의 경우에 다시 통과할 수 있는 폐쇄 및 자기-반복 공통 빔 경로(closed and self-repeating common beam path)를 형성한다. 단부 미러들(1, 2) 상에서, 제 1 및 제 2 빔 경로들은 이 경우에 동일한 수의 반사 지점들, 특히 공통의 원형 라인 상에서 2개의 단부 미러들(1, 2)의 각각 위에 놓이는 3, 4 또는 5개의 반사 지점들을 가진다. 이 경우에, 인버터 미러(5)에서의 반사로 인해, 제 1 및 제 2 빔 경로들의 반사 지점들의 위치는 제 1 및 제 2 단부 미러들(1, 2) 상에서 서로 오프셋되고, 또는 공진 축(OA)을 중심으로 회전된다. 이러한 예에 있어서, 레이저 빔은 빔 경로들 및 2개의 단부 미러들(1, 2)에 대한 도 6 및 도 5에 도시된 반사 지점들의 패턴을 통과하며, 이는 반사 지점들(1-8)의 순서를 각각 따른다. 반대 회전 방향들은 2개의 빔 경로들의 상이한 방향들로 인해 이러한 경우를 초래한다.
제 2 빔 경로를 통과한 후, 레이저 빔은 마침내 출력 레이저 빔(output laser beam: AS)으로 다시 공진기 밖으로 안내되며, 이는 도 7에 도시되어 있다. 포커싱 미러(3)는 이 경우에 제 2 빔 경로를 통과한 후 출력 레이저 빔(AS)의, 공진 축(OA)에 평행한 빔 오프셋(beam offset)을 실행하도록 배열된다. 게다가, 공진기 또는 미러 장치는 분리 미러(separation mirror; 6)를 가질 수 있으며, 이것은 도 8에 도시되며 입력 레이저 빔(ES) 및 출력 레이저 빔(AS)을 분리한다.
도 9 및 도 10은 제 1 및 제 2 경로들을 함께 폴딩하는 폴딩 미러(8)를 가진 본 발명의 미러 장치의 제 2의 예시적인 실시예를 나타낸 도면이다. 도 11에 도시된 레이저 시스템을 위해 구현된 이 예시에 있어서, 3개의 미러들(7, 8, 9)로 구성되는 헤리옷 셀이 보다 컴팩트한 설계를 얻기 위해 사용된다. 입력 공진기 빔(ES)은 곡면 미러로서의 포커싱 미러(3)에 의해 커플링-인 미러(4) 상에 한번 더 포커싱되고, 이후 미러 장치의 공진기를 통해 한번 시계방향으로 진행한다. 폴딩 미러(8)에서의 최종 반사 이후, 빔은 인버터 미러(5)에 충돌하고 한번 더, 반시계 방향으로 공진기를 통해 보내진다. 제 2 빔 경로의 끝, 따라서 제 2 회전의 끝에서, 레이저 빔은 커플링-인 미러(4)와 다시 그러나 역전된 각도로 충돌한다. 이것은 포커싱 미러(3)에 의한 확장(expansion) 및 반사 후 입력 및 출력 레이저 빔들(ES)의 공간 분리로 각각 이어진다. 하류의 소형 분리 미러(6)는 출력 레이저 빔(AS)에 대한 접근(access)을 단순화하기 위해 사용된다.
펨토세컨드 펄스들 또는 피코초들의 펄스들을 발생 또는 증폭하기 위한 예시적인 레이저 시스템에 본 발명의 미러 장치의 제2의 예시적인 실시예가 통합된 모습이 도 11에 도시되어 있다. 레이저 시스템은, 레이저 매체 XTAL1 및 XTAL2로서 Nd:YVO4 크리스탈들을 갖는, 펄스 디커플링 또는 공동 덤핑(cavity dumping)의 원리에 기초한 모드-결합 레이저 배열들(mode-coupled laser arrangements)로서 설계된다. 이 경우에, 레이저 매체(XTAL1, XTAL2)를 펌핑하기 위한 레이저 다이오드 소스들(LD1, LD2) 뿐만 아니라, 모드 결합을 생성하기 위한 포화 흡수 미러(saturable absorber mirror; SESAM), 1/4 파장판(λ/4)를 가진 포켈스 셀(Pockels cell; PC), 및 펄스 분리 부품(pulse decoupling component)으로서의 박막 편광기(thin-film polarizer: TFP)가 사용된다. 사용되는 추가의 구성요소들은, 포토다이오드(PD), 펄스 지연 발생기(pulse delay generator; PDG), BBO 포켈스 셀(PC)을 위한 고전압 공급장치(high voltage supply; HVD), 그리고, 미러 요소들(M1 내지 M13), 미러 요소들(M8 내지 M13)에 의해 형성되는 도 9 및 도 10에 도시된 헤리옷 셀(HZ), 레이저 시스템의 커플-아웃 미러(coupling-out mirror)를 구성하는 미러 요소(M3)이다. 그와는 대조적으로, 미러 요소들(M9, M10)은 헤리옷 셀을 위한 커플링-인(coupling-in) 및 커플링-아웃(coupling-out) 미러들로서 사용되고, 미러 요소(M8)는 포커싱 미러로서 기능한다. 헤리옷 셀의 제 2 단부 미러로서 작용하는 미러 요소(M11)는 1600　mm의 곡률을 반면, 미러 요소들(M12, M13)은 제 1 단부 미러로서 기능하며 폴딩 미러는 평탄한 설계(flat design)로 되어 있다. 미러 요소들(M1, M4)은 파이버-결합 레이저 다이오드 소스들(LD1, LD2)과 연계하여 펌프 장치들로서 기능하는 다이크로익 미러들(dichroic mirror)이다. 500　kHz의 반복률 조건에서의 7.8 W와 1 MHz의 반복률 조건에서의 10 W 사이의 전력들이 이러한 장치에서 달성된다.
그러나, 도시된 레이저 시스템은 본 발명의 미러 장치의 사용의 단지 하나의 예를 구성하고, 그래서 후자의 사용은 거기에 제한되지 않는다. 제한된 공간에서의 큰 빔 세그먼트들의 통합 또는 소형 및/또는 강건한 공진기가 거기에 발생하도록 의도될 때, 원칙적으로 본 발명의 미러 장치 및/또는 다수의 레이저 시스템들에서의 레이저 빔을 위한 본 발명의 빔-안내 방법을 적용하는 것이 가능하다.

Claims (15)

  1. 레이저 시스템, 특히 펨토초(femtosecond) 펄스들 또는 피코초(picosecond) 펄스들을 발생하기 위한 레이저 시스템에서 레이저 빔을 안내하기 위한 미러 장치로서,
    하나의 제 1 단부 미러(1, 7), 및
    오목면을 갖는 하나의 제 2 단부 미러(2, 9)를 적어도 가지며,
    상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9)은 상기 단부 미러들(1, 2, 7, 9)을 연결하는 광학적 공진 축(OA)을 가진 공진기를 형성하고,
    상기 레이저 빔은 입력 레이저 빔(ES)으로 상기 공진기에 안내되고, 상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9) 각각에서 다중 반사후 출력 레이저 빔(AS)으로서 다시 상기 공진기 밖으로 안내되고, 그리고
    상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9)에서의 연속적인 반사들은, 상기 공진기의 상기 제 1 및 제 2 단부 미러들 사이에서, 상기 공진 축(OA)에 대한 회전축으로서 규정되는 회전 방향을 고정하고, 그렇게 함으로써 제 1 빔 경로가 규정되는, 미러 장치에 있어서,
    상기 공진기는 상기 회전 방향이 역전 지점(reversing point)에서 역전되고 상기 레이저 빔은 상기 제 1 빔 경로와 반대되는 회전 방향에서 적어도 부분적으로 상기 공진기를 통과하도록 설계되고, 그렇게 함으로써 제 2 빔 경로가 규정되는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공진기는 헤리옷 셀(Herriott cell)로서 설계되는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 빔 경로들은 공간적으로 분리되는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 빔 경로들은 폐쇄 및 자기 반복 공통 빔 경로(closed and self-repeating common beam path)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 상기 제 2 단부 미러(들)(1, 2, 7, 9)의 상류에 있는 인-커플링 미러(in-coupling mirror: 4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 역전 지점을 생성하기 위한 인버터 미러(5), 및
    상기 회전 방향을 변경시키는 반사는 상기 제 1 빔 경로가 통과된 후 상기 인버터 미러에서 일어나는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 상기 제 2 빔 경로는, 상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9) 상에서, 동일한 수의 반사 지점들, 특히 3, 4 또는 5의 반사 지점들을 각각 갖는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 인버터 미러(5)에서의 상기 반사로 인해, 상기 제 1 및 제 2 빔 경로들의 상기 반사 지점들의 위치는 상기 제 1 및 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9) 상에서 서로 오프셋되고, 특히 상기 공진 축(OA)을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 레이저 빔(ES) 및/또는 출력 레이저 빔(AS)을 위한 포커싱 미러(3), 및
    특히 상기 포커싱 미러(3)의 광축이 상기 광학적 공진 축(OA)을 갖는 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 포커싱 미러(3)는, 상기 제 2 빔 경로가 통과된 후 상기 포커싱 미러가 상기 출력 레이저 빔(AS)에 대한 상기 공진 축(OA)에 평행한 빔 오프셋을 나타내도록, 배열되는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 제 1 및 제 2 빔 경로를 함께 폴딩하는 적어도 하나의 폴딩 미러(8)를 갖는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진기는 상기 입력 레이저 빔(ES) 및 상기 출력 레이저 빔(AS)을 분리시키는 적어도 하나의 분리 미러(6)를 갖는 것을 특징으로 하는, 미러 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에서 청구된 미러 장치를 갖는, 펨토초 펄스들 또는 피코초 펄스들을 발생 또는 증폭하기 위한 레이저 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    모드 결합(mode coupling)을 생성하기 위한 포화 흡수기 미러(saturable absorber mirror),
    펄스 분리 부품(pulse decoupling component), 특히 광전 변조기(electro-optic modulator),
    특히 Nd:YVO4로 만들어진 레이저 매체, 및
    상기 레이저 매체를 펌핑하기 위한 레이저 다이오드 소스(laser diode source)를 특징으로 하는, 레이저 시스템.
  15. 레이저 시스템, 특히 펨토초 펄스들 또는 피코초 펄스들을 발생하기 위한 레이저 시스템에서의 레이저 빔 안내 방법으로서, 상기 레이저 시스템은,
    하나의 제 1 단부 미러(1, 7), 및
    오목면을 갖는 하나의 제 2 단부 미러(2, 9)를 적어도 가지며,
    상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9)은 상기 단부 미러들(1, 2, 7, 9)을 연결하는 광학적 공진 축(OA)을 가진 공진기를 형성하고,
    상기 레이저 빔 안내 방법은,
    레이저 빔(AS)을 입력 레이저 빔(ES)으로서 상기 공진기 안으로 안내하는 단계, 및
    상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9) 각각에서의 다중 반사 후 출력 레이저 빔(AS)으로서 상기 레이저 빔을 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 및 상기 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9)에서의 연속적인 반사들은 상기 공진기의 상기 제 1 및 제 2 단부 미러들 사이에서, 상기 공진 축(OA)에 대한 회전축으로 규정되는 회전 방향을 고정하고, 그렇게 함으로써 제 1 빔 경로가 규정되고, 상기 빔이 상기 공진 축에 대한 회전축으로서 규정되는 회전 방향에서 상기 제 1 및 제 2 단부 미러들(1, 2, 7, 9) 사이의 상기 회전 방향으로 상기 공진기 내에서 순환하는, 레이저 빔 안내 방법에 있어서,
    상기 회전 방향은 역전 지점에서 역전되고 상기 레이저 빔은 상기 제 1 빔 경로와 반대의 회전 방향에서 적어도 부분적으로 상기 공진기를 통과하도록 설계되고, 그렇게 함으로써 제 2 빔 경로가 규정되는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 안내 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018143495A1 (ko) * 2017-02-03 2018-08-09 (주)이오테크닉스 씬디스크 레이저 장치
KR20190066842A (ko) * 2017-12-06 2019-06-14 주식회사 이오테크닉스 씬디스크 레이저 장치
KR20200118258A (ko) * 2012-12-05 2020-10-14 케이엘에이 코포레이션 레이저 펄스 증배기를 이용한 반도체 검사 및 계측 시스템

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10365204B2 (en) * 2016-02-11 2019-07-30 Tom Rubin Long path cell
EP3264038A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-03 HILTI Aktiengesellschaft Verfahren zum vergleichen eines auf einen laserempfänger auftreffenden empfangsstrahls mit einem rotierenden laserstrahl
CA3089935A1 (en) * 2018-01-29 2019-08-01 IDEA machine development design AND production ltd. Compact coaxial laser

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7022A (en) * 1850-01-15 Cideb-mill
US3437954A (en) 1965-03-31 1969-04-08 Bell Telephone Labor Inc Optical delay line devices
JPH04134890A (ja) * 1990-09-27 1992-05-08 Okuma Mach Works Ltd レーザ発振器
AT408589B (de) * 1999-07-07 2002-01-25 Femtolasers Produktions Gmbh Laservorrichtung
US8861563B2 (en) 2003-01-28 2014-10-14 High Q Laser Gmbh Folding element for a laser-setup
US20070223540A1 (en) * 2006-01-27 2007-09-27 Time-Bandwidth Products Ag Pulsed laser

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200118258A (ko) * 2012-12-05 2020-10-14 케이엘에이 코포레이션 레이저 펄스 증배기를 이용한 반도체 검사 및 계측 시스템
KR20220084448A (ko) * 2012-12-05 2022-06-21 케이엘에이 코포레이션 레이저 펄스 증배기를 이용한 반도체 검사 및 계측 시스템
WO2018143495A1 (ko) * 2017-02-03 2018-08-09 (주)이오테크닉스 씬디스크 레이저 장치
KR20190066842A (ko) * 2017-12-06 2019-06-14 주식회사 이오테크닉스 씬디스크 레이저 장치

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