KR20130120924A - 더블펄스 레이저 발생장치 및 더블펄스 레이저 발생방법 - Google Patents

더블펄스 레이저 발생장치 및 더블펄스 레이저 발생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 더블펄스 레이저 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제 1 출력파형을 형성하는 제 1 파형생성부; 상기 제 1 파형생성부에서 형성된 제 1 출력파형을 수신하고, 수신된 제 1 출력파형을 굴절시키는 도브프리즘; 상기 도브프리즘으로부터 굴절된 제 1 출력파형을 수신하고, 수신된 굴절 제 1 출력파형을 증폭시켜서 제 2 출력파형을 형성하는 제 2 파형생성부; 상기 제 1 파형생성부에서 형성된 출력파형 및 상기 제 2 파형생성부에서 형성된 출력파형을 모아주는 챔버; 및, 상기 제 1 파형생성부와 제 2 파형생성부를 제어하는 컨트롤부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치에 관한 것이다.

Description

더블펄스 레이저 발생장치 및 더블펄스 레이저 발생방법{DOUBLE PULSE LASER GENERATION APPARATUS AND DOUBLE PULSE LASER GENERATION METHOD}
본 발명은 더블펄스 레이저 발생장치 및 더블펄스 레이저 발생방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 플래시 램프를 갖고, 각각의 램프 구동장치에 시간적 지연을 두어 복수개의 레이저 펄스를 얻는 더블펄스 레이저 발생장치 및 더블펄스 레이저 발생방법에 관한 것이다.
일반적으로 더블펄스 레이저는, 산업분야에서는 용접, 절단 등에 사용되고 의료분야에서는 피부재생, 제모, 문신제거 등의 분야에 주로 사용되고 있는데, 그 방식이 큐스위칭 소자를 제어하는 펄스를 연속으로 발생하는 방식을 주로 사용하고 있으며, 이 경우 파형의 균일성이 떨어지거나 높은 출력을 얻기 어려우며, 높은 출력을 얻기 위해서 용량이 매우 큰 전원회로와 펌핑램프를 사용하게 되므로 장비가 커지고 비용이 많이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 복수개의 플래시 램프를 갖고 각각의 구동장치에 시간적 지연을 두어 복수개의 레이저 펄스를 발생 하는 더블펄스 레이저 발생장치 및 작동방법을 제공하는 데 있다.
상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 더블펄스 레이저 발생장치는,
제 1 출력파형을 형성하는 제 1 파형생성부; 상기 제 1 파형생성부에서 형성된 제 1 출력파형을 수신하고, 수신된 제 1 출력파형을 굴절시키는 도브프리즘; 상기 도브프리즘으로부터 굴절된 제 1 출력파형을 수신하고, 수신된 굴절 제 1 출력파형을 증폭시켜서 제 2 출력파형을 형성하는 제 2 파형생성부; 상기 제 1 파형생성부에서 형성된 출력파형 및 상기 제 2 파형생성부에서 형성된 출력파형을 모아주는 챔버; 및, 상기 제 1 파형생성부와 제 2 파형생성부를 제어하는 컨트롤부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 더블펄스 레이저 발생장치에 있어서, 제 1 파형생성부는, 빛을 출력하는 제 1 펌핑램프부; 상기 제 1 펌핑램프부에서 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제 1 레이저봉; 상기 제 1 펌핑램프부를 구동시키는 제 1 램프 구동부; 상기 제 1 레이저봉의 일측에 구비되어, 스위치를 개폐함으로써 레이저의 출력을 제한하는 큐스위치부; 상기 큐스위치 소자가 열렸을 때 상기 제 1 레이저봉에서 여기되어 있던 레이저를 반사시키는 전반사미러; 및, 상기 전반사미러에서 반사된 레이저를 출력시키는 출력미러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제 2파형 생성부는, 빛을 출력하는 제 2 펌핑램프부; 상기 제 2 펌핑램프부에서 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제 2 레이저봉; 상기 제 2 펌핑램프부를 구동시키는 제 2 램프 구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 레이저봉 및 제 2 레이저봉은 엔디야그(Nd:YAG)로 구성하는 것을 특징으로 하고, 상기 큐스위치 소자는 DKDP 소자로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 챔버는 제 1 펌핑램프부, 제 1 레이저봉, 제 2 펌핑램프부 및 제 2 레이저봉을 한꺼번에 구비하는 타원 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 컨트롤부는 제 1 램프 구동부, 제 2 램프 구동부 및 큐스위치 소자를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 더블펄스 레이저 발생장치를 통한 레이저 발생 방법은, 컨트롤부에서 제 1 램프 구동부를 구동시키는 제 1 램프 구동부 구동단계; 제 1 램프 구동부가 제 1 펌핑램프부를 구동시키고, 제 1 펌핑램프부에서 광을 발생함으로써 출력광을 생성하는 제 1 펌핑램프부 구동단계; 제 1 펌핑램프부의 출력광을 제 1 레이저봉에서 수신하고, 수신한 제 1 펌핑램프부의 출력광을 레이저빔으로 전환시키는 제 1 펌핑램프부 출력광 수신 및 레이저빔 변환단계; 컨트롤부에서 큐스위치부의 큐스위칭 소자를 제어하여 큐스위치 소자를 열음으로써, 제 1 레이저봉에 여기되어 있던 레이저빔이 전반사미러에서 반사되고 출력미러를 통과함으로써 제 1 출력파형으로 출력되는 제 1 출력파형 출력단계; 제 1 레이저봉에서 출력된 제 1 출력파형이 도브프리즘에 입사하고, 도브프리즘에 입사된 제 1 출력파형을 굴절시키는 제 1 출력파형 굴절 단계; 도브프리즘에서 굴절된 제 1 출력파형이 제 2 레이저봉으로 입력되는 제 2 레이저봉에 제 1 출력파형 입력단계; 제 2 레이저봉에 입력된 제 1 출력파형을 다시 펌핑하기 위해서, 컨트롤부가 제 2 램프 구동부를 구동시키는 제 2 램프 구동부 구동단계; 및, 제 2 램프 구동부가 구동됨에 따라 제 2 펌핑램프부가 구동되고, 따라서 제 2 레이저봉이 구동됨으로써 제 2 출력파형을 출력하는 제 2 출력파형 출력단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 더블펄스레이저 발생장치는 다수개의 레이저 펄스를 시간적 지연을 두고 발생시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 더블펄스 레이저 발생장치의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 더블펄스 레이저 발생장치의 출력 레이저를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 더블펄스 레이저 발생장치의 출력 레이저를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 더블펄스 레이저 발생방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 더블펄스 레이저 발생장치의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명은 제 1 파형생성부(10), 도브프리즘(104), 제 2 파형생성부(20), 챔버(105) 및 컨트롤부(30)로 구성된다.
챔버(105)는 제 1 파형생성부(10)에서 형성된 출력파형 및 제 2 파형생성부(20)에서 형성된 출력파형을 모아준다.
컨트롤부(30)는 제 1 파형생성부(10) 및 제 2 파형생성부(20)를 제어한다. 컨트롤부(30)가 제 1 파형생성부(10)를 구동시키면, 제 1 파형생성부(10)로부터 제 1 출력파형이 형성 및 출력되어 도브프리즘(104)으로 입사하게 된다. 도브프리즘(104)에 입사된 제 1 출력파형은 굴절되어 제 2 파형생성부(20)로 입사된다. 그리고, 도브프리즘(104)에서 굴절되어 제 2 파형생성부(20)에 입사된 제 1 출력파형의 에너지 준위가 떨어지는 시점에 컨트롤러부(30)가 제 2 파형생성부(20)를 구동시킴으로써, 에너지준위가 높아진 제 2 출력파형이 형성 및 출력된다.
컨트롤부(30)를 통해 구동된 제 1 파형생성부(10) 및 제 2 파형생성부(20), 그리고 제 1 파형생성부(10)에서 출력되고 도브프리즘(104)에서 굴절되어 최종적으로 제 2 파형생성부(20)로부터 출력되는 제 2 출력파형은 레이저를 조사하고자 하는 목적 부위에 조사되게 된다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시 예에서 제 1 파형생성부(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 램프 구동부(160a), 제 1 펌핑램프부(101a), 제 1 레이저봉(102a), 큐스위치부(120), 전반사미러(110) 및 출력미러(103)로 구성된다.
컨트롤부(30)로부터 제 1 램프 구동부(160a)가 구동됨에 따라 제 1 펌핑램프부(101a)가 구동된다. 제 1 펌핑램프부(101a)는 빛을 출력하고, 이 때 발생한 출력광은 제 1 레이저봉(102a)으로 이동한다.
제 1 레이저봉(102a)은 제 1 펌핑램프부(101a)에서 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시킨다. 이 때, 컨트롤부(30)가 큐스위치부(120)의 큐스위칭 소자를 열면, 제 1 레이저봉(101a)에 여기되어 있던 레이저가 출력미러(103)를 통해 출력된다. 반사된 레이저는 제 1 출력파형이며, 출력미러(103)를 통과하여 도브프리즘(104)에서 굴절된다.
도브프리즘(104)에서 굴절되는 제 1 출력파형은 제 2 파형생성부(20)로 입사된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제 2 파형생성부(20)는 제 2 펌핑램프부(101b), 제 2 레이저봉(102b) 및 제 2 램프 구동부(160b)로 구성된다.
제 2 레이저봉(102b)은 도브프리즘(104)에서 굴절된 제 1 출력파형이 입사된다. 제 1 출력파형은 도 2에 도시한 바와 같이, 에너지 준위가 떨어지게 되는데, 제 1 출력파형의 에너지 준위가 떨어지는 시점에 컨트롤부(30)가 제 2 램프 구동부(160b)를 구동시킨다. 제 2 램프 구동부(160b)가 구동됨에 따라 제 2 펌핑램프부(101b)가 구동되며, 제 2 펌핑램프부(101b)가 구동됨에 따라 제 2 레이저봉(102b)이 구동되어 제 2 출력파형이 출력되게 된다.
도 3을 참조하여 본 발명의 더블펄스 레이저 발생장치의 출력파형을 더욱 상세히 설명한다. 도 3과 같이, 시간에 따라 파형의 전력이 변한다. 도 3에서, 붉은 파형은 제 1 펌핑램프부(101a)로부터 펌핑되어 발생된 파형이고, 푸른 파형은 제 2 펌핑램프부(101b)로부터 펌핑되어 발생된 파형이다. 이 때, 제 1 펌핑램프부(101a) 및 제 2 펌핑램프부(101b)에서의 파장 발생 시간의 간격은 50us이다. 그리고, 제 1 펌핑램프부(101a)에서 발생한 파장의 존속시간은 210us이며, 제 2 펌핑램프부(101b)에서 발생한 파장의 존속시간은 110us이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 출력파형(1)의 에너지가 떨어질 때 제 2 출력파형(2)이 출력되므로 더블펄스 레이저가 발생되게 된다.
제 2 파형생성부(20)는 제 1 파형생성부(10)와는 달리 전반사미러(110), 큐스위치부(120) 및 출력미러(103) 등을 포함하지 않는다. 이것은, 제 1 레이저봉(102a) 내부에서는 내부의 레이저빔의 에너지 준위가 일정 기준치 이상이 될 때까지 기다려야 하므로 큐스위치부(120)의 큐스위칭 소자를 닫아놓았다가 열어야 하는 것과는 다르게, 제 2 레이저봉(102b)에서 수신한 제 1 출력파형이 이미 에너지 준위를 가지고 있으므로 큐스위치부(120)와 같은 구성이 불필요한 것이다.
여기서, 제 1 파형생성부(10)에서 제 1 레이저봉(102a)에 레이저빔의 에너지준위를 모아두었다가, 컨트롤부(30)에서 큐스위치부(120)를 제어하여 어느 특정 시점에 제 1 레이저봉(102a)의 제 1 출력파장을 출력하도록 함으로써, 제 1 출력파장이 출력되는 시점을 제어 가능하다는 효과가 있다.
제 2 레이저봉(102b)에서 출력되는 제 2 출력파형은 조사하고자 하는 대상, 의료 목적으로 사용되는 경우를 예를 들어 점 또는 문신과 같은 부위에 출력되게 된다.
본 발명에서 제 1 레이저봉(102a) 및 제 2 레이저봉(102b)은 엔디야그(Nd:YAG)를 이용하고, 큐스위치 소자는 DKDP 소자로 구성된다.
본 발명의 챔버(105)는 제 1 펌핑램프부(101a), 제 1 레이저봉(102a), 제 2 펌핑램프부(101b) 및 제 2 레이저봉(120b)을 한꺼번에 감싸는 원기둥 내지 타원 형태로 구성된다.
이러한 구조를 갖는 챔버(105)는, 종래의 더블레이저 발생장치에서 더블펄스를 발생하기 위하여 펌핑램프부 및 레이저봉을 갖는 다수개의 챔버를 옆으로 이어서 사용하므로 그 크기가 크게 구성되어야 했던 단점을 극복할 수 있다는 장점이 있다.
컨트롤부(30)는 제 1 램프 구동부(160a), 제 2 램프 구동부(160b) 및 큐스위치부(120)를 제어한다.
도 4는 본 발명의 더블펄스 레이저 발생장치를 이용한 레이저 발생 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 더블펄스 레이저 발생 방법은 제 1 램프 구동부 구동단계(S10), 제 1 펌핑램프부 구동단계(S11), 제 1 펌핑램프부 출력광 수신 및 레이저빔 변환단계(S12), 제 1 출력파형 출력단계(S13), 제 1 출력파형 굴절 단계(S14), 제 2 레이저봉에 제 1 출력파형 입력단계(S15), 제 2 램프 구동부 구동단계(S16) 및 제 2 출력파형 출력단계(S17)가 순차적으로 이루어진다.
제 1 램프구동부 구동단계(S10)는 컨트롤부에서 제 1 램프 구동부를 구동시키는 단계이다. 제 1 펌핑램프부 구동단계(S11)는 제 1 램프구동부가 제 1 펌핑램프부를 구동시키고, 제 1 펌핑램프부에서 레이저를 발생시키는 단계이다. 제 1 펌핑램프부 출력광 수신 및 레이저빔 변환단계(S12)는 제 1 펌핑램프부의 출력광을 제 1 레이저봉에서 수신하고, 수신한 제 1 펌핑램프부의 출력광을 레이저빔으로 전환시키는 단계이다.
제 1 출력파형 출력단계(S13)에서는 컨트롤부에서 큐스위치부를 제어하여 큐 스위치 소자를 열음으로써, 제 1 레이저봉에 여기되어 있던 레이저빔이 전반사미러에서 반사되고 출력미러를 통과함으로써 제 1 출력파형으로 출력되게 된다. 이 때, 제 1 레이저봉에서 출력된 제 1 출력파형이 도브프리즘에 입사하고, 도브프리즘에 입사된 제 1 출력파형이 굴절(S104)된다.
그리고, 제 2 레이저봉에 1 출력파형 입력단계(S15)는 도브프리즘에서 굴절된 제 1 출력파형이 제 2 레이저봉으로 입력되는 단계이다.
다음으로, 제 2 램프 구동부 구동단계(S16)는 제 2 레이저봉에 입력된 제 1 출력파형을 다시 펌핑하기 위해서, 컨트롤부가 제 2 램프 구동부를 구동시키는 단계이다.
마지막으로, 제 2 출력파형 출력단계(S17)에서는 제 2 램프 구동부가 구동됨에 따라 제 2 펌핑램프부가 구동되고, 따라서 제 2 레이저봉이 구동됨으로써 제 2 출력파형을 출력한다.
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.
10 : 제1파형 생성부 20 ; 제2파형 생성부
30 : 컨트롤부 110 : 전반사미러
120 : 큐스위치부 101a : 제1펌핑램프
101b : 제2펌핑램프 102a : 제1 레이저봉(Nd:YAG)
102b : 제2레이저봉(Nd:YAG) 103 : 출력 미러
104 : 도브프리즘 105 : 챔버
160a : 제1 램프 구동부 160b : 제2 램프 구동부

Claims (8)

  1. 제 1 출력파형을 형성하는 제 1 파형생성부;
    상기 제 1 파형생성부에서 형성된 제 1 출력파형을 수신하고, 수신된 제 1 출력파형을 굴절시키는 도브프리즘;
    상기 도브프리즘으로부터 굴절된 제 1 출력파형을 수신하고, 수신된 굴절 제 1 출력파형을 증폭시켜서 제 2 출력파형을 형성하는 제 2 파형생성부;
    상기 제 1 파형생성부에서 형성된 출력파형 및 상기 제 2 파형생성부에서 형성된 출력파형을 모아주는 챔버; 및,
    상기 제 1 파형생성부와 제 2 파형생성부를 제어하는 컨트롤부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 파형생성부는,
    빛을 출력하는 제 1 펌핑램프부;
    상기 제 1 펌핑램프부에서 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제 1 레이저봉;
    상기 제 1 펌핑램프부를 구동시키는 제 1 램프 구동부;
    상기 제 1 레이저봉의 일측에 구비되어, 스위치를 개폐함으로써 레이저의 출력을 제한하는 큐스위치부;
    상기 큐스위치 소자가 열렸을 때 상기 제 1 레이저봉에서 여기되어 있던 레이저를 반사시키는 전반사미러; 및,
    상기 전반사미러에서 반사된 레이저를 출력시키는 출력미러;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    제 2 파형 생성부는,
    빛을 출력하는 제 2 펌핑램프부;
    상기 제 2 펌핑램프부에서 출력된 광을 수신하고, 수신된 빛을 레이저빔으로 전환시키는 제 2 레이저봉;
    상기 제 2 펌핑램프부를 구동시키는 제 2 램프 구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저봉 및 제 2 레이저봉은 엔디야그(Nd:YAG)로 구성하는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 큐스위치 소자는 DKDP 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  6. 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 제 1 펌핑램프부, 제 1 레이저봉, 제 2 펌핑램프부 및 제 2 레이저봉을 한꺼번에 구비하는 타원 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  7. 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤부는 제 1 램프 구동부, 제 2 램프 구동부 및 큐스위치 소자를 제어하는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생장치.
  8. 더블펄스 레이저 발생장치를 통한 레이저 발생 방법은,
    컨트롤부에서 제 1 램프 구동부를 구동시키는 제 1 램프 구동부 구동단계;
    제 1 램프 구동부가 제 1 펌핑램프부를 구동시키고, 제 1 펌핑램프부에서 광을 발생함으로써 출력광을 생성하는 제 1 펌핑램프부 구동단계;
    제 1 펌핑램프부의 출력광을 제 1 레이저봉에서 수신하고, 수신한 제 1 펌핑램프부의 출력광을 레이저빔으로 전환시키는 제 1 펌핑램프부 출력광 수신 및 레이저빔 변환단계;
    컨트롤부에서 큐스위치부의 큐스위칭 소자를 제어하여 큐스위치 소자를 열음으로써, 제 1 레이저봉에 여기되어 있던 레이저빔이 전반사미러에서 반사되고 출력미러를 통과함으로써 제 1 출력파형으로 출력되는 제 1 출력파형 출력단계;
    제 1 레이저봉에서 출력된 제 1 출력파형이 도브프리즘에 입사하고, 도브프리즘에 입사된 제 1 출력파형을 굴절시키는 제 1 출력파형 굴절 단계;
    도브프리즘에서 굴절된 제 1 출력파형이 제 2 레이저봉으로 입력되는 제 2 레이저봉에 제 1 출력파형 입력단계;
    제 2 레이저봉에 입력된 제 1 출력파형을 다시 펌핑하기 위해서, 컨트롤부가 제 2 램프 구동부를 구동시키는 제 2 램프 구동부 구동단계; 및,
    제 2 램프 구동부가 구동됨에 따라 제 2 펌핑램프부가 구동되고, 따라서 제 2 레이저봉이 구동됨으로써 제 2 출력파형을 출력하는 제 2 출력파형 출력단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 더블펄스 레이저 발생방법.
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