KR20150028926A - 레이저 다이오드 모듈 - Google Patents

레이저 다이오드 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드 모듈에 관한 것으로, 복수의 레이저 다이오드 및 광섬유를 사용함으로써, 부품의 수를 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공정을 단순화하며, 이를 통한 원가절감을 효과적으로 할 수 있다.

Description

레이저 다이오드 모듈{LASER DIODE MODULE}
본 발명은 레이저 다이오드 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부품의 수를 줄이고, 공정을 단순화하며, 제품의 크기도 줄여 의료분야 및 산업분야 등에 사용되는 고출력 레이저 다이오드 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, LASER)란 외부의 자극에 의해 매질로부터 빛을 방출하게 하고, 공진기에 의해 증폭된 빛을 말한다.
이러한 레이저는 증폭 매질, 공진기, 펌핑 소스(Pump Source)로 구성되어 있으며, 매질의 종류에 따라 예컨대, 가스 레이저, 고체 레이저, 반도체 레이저, 그리고 광섬유 레이저 등으로 분류된다.
특히, 레이저는 사용이 용이하고 깨끗하며 신속한 가공결과를 제공하기 때문에 여러 산업분야에 응용되고 있으며, 고출력 레이저에 대한 요구 증가로 새로운 산업용 레이저 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
상기 광섬유 레이저는 고체 레이저 중에서도 유례없이 높은 광-광 변환 효율을 갖고 있으며, 좋은 빔 품질을 갖고 있을 뿐 아니라 광섬유 자체에 공진기를 형성할 수 있으므로 일반 레이저와 같은 매질과 분리된 공진기를 갖지 않기 때문에 유지보수가 필요 없어 산업용 광원으로서 각광을 받고 있다.
현재 시장에서의 광섬유 레이저의 개발은 고출력 연속 동작레이저, 펄스 동작 레이저, 초고속 광원으로써의 개발이 이루어지고 있으며, 지난 수년 간 많은 회사들이 산업용으로 사용되는 KW급 레이저를 제작하고 있다.
종래의 고출력 레이저 다이오드 모듈은, 팽행 광 경로를 따라 라이트 빔을 안내하여 각각 펌프 파장 및 광학 구성 요소의 각각의 그룹에 라이트 빔을 발생시키는 다수의 스페이싱된 레이저 다이오드로 구성된다.
상기 광학 구성 요소의 그룹은 각각 광 부품의 모든 그룹에 공통 출력 섬유로의 빔 광을 커플링하기 위해 구성된 렌즈 조립체와 미러(Mirror)를 포함한다. 각각의 그룹의 최소한 하나의 광 부품은 펌프 파장을 다른 파장에 있는 레이저 다이오드를 향하여 뒤를 반사시킨 광의 전파를 방지할 수 있는 절연층을 구비한다.
그러나, 종래의 기술로는 레이저 다이오드, FAC(Fast Axis Collimation), SAC(Slow Axis Collimation), 미러(Mirror), 필터(Filter), 렌즈들(Focusing Lens), 광섬유(Fiber) 등으로 연결되는 광 경로에 있어서, 각각이 필요 부품들이 개별적으로 나열되어 있는 구조로 많은 부품들과 이러한 부품들을 조립하는 공정의 복잡함으로 인해 어려움이 많은 문제점이 있다.
미국등록특허 제7,764,723호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부품의 수를 줄이고, 공정을 단순화하며, 제품의 크기도 줄여 의료분야 및 산업분야 등에 사용되는 고출력 레이저 다이오드 모듈을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 기판 상에 배치되어 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔을 각각 발산하는 복수의 레이저 다이오드; 각 레이저 다이오드로부터 발산된 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔들을 한 곳으로 집광시키는 렌즈부; 및 각 레이저 다이오드의 출사부와 상기 렌즈부의 입사면 사이에 각각 배치되며, 각 레이저 다이오드로부터 발산된 레이저 빔을 상기 렌즈부로 각각 전달하는 복수의 광섬유를 포함하는 레이저 다이오드 모듈을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 복수의 레이저 다이오드는 상기 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치됨이 바람직하다.
바람직하게, 상기 복수의 레이저 다이오드로부터 발산된 레이저 빔의 높이와 다른 높이로 레이저 빔이 상기 렌즈부를 향하게 발산되도록 상기 기판의 높이와 다른 높이를 갖는 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 복수의 레이저 다이오드; 및 상기 기판의 높이와 다른 높이를 갖는 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 각 레이저 다이오드의 출사부와 상기 렌즈부의 입사면 사이에 각각 배치되며, 상기 기판의 높이와 다른 높이를 갖는 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 각 레이저 다이오드로부터 발산된 레이저 빔을 상기 렌즈부로 각각 전달하는 복수의 광섬유가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 레이저 다이오드는 동일한 광경로를 갖으면서 서로 다른 높이로 레이저 빔을 발산하도록 상기 기판 상에 계단 형태로 배치될 수 있다.
바람직하게, 각 레이저 다이오드로부터 발산되는 레이저 빔의 최대 파워가 출력되는 위치에 각 광섬유가 정렬되도록 각 레이저 다이오드의 출사부 근처에 배치되는 복수의 정렬부재가 더 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 렌즈부의 입사면 근처에 배치되며, 각 광섬유로부터 전달된 레이저 빔을 상기 렌즈부의 입사면에 일정하게 입사시킬 수 있도록 각 광섬유를 고정하는 고정부재가 더 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 레이저 다이오드 모듈에 따르면, 복수의 레이저 다이오드 및 광섬유를 사용함으로써, 부품의 수를 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공정을 단순화하며, 이를 통한 원가절감을 효과적으로 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 소형화된 고출력 레이저 다이오드 모듈을 구현함으로써, 치료, 진단, 그리고 다른 종류의 의료용 레이저 펌핑 등 의료분야에 사용되기도 하고, 마킹, 절단, 솔더링 등의 산업분야에 단독적으로 사용되기도 할 뿐만 아니라 최근에 산업용 레이저로 각광을 받고 있는 파이버레이저 펌핑 광원으로도 사용될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판의 평면에 보았을 때 SAC 광학부재, 필터부 및 렌즈부 등이 모두 일렬로 정렬되어 있으므로, 레이저 다이오드 모듈의 제작 시 광정렬을 쉽게 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 다이오드 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 3의 측면도이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 모듈을 설명하기 위한 평면도이며, 도 2는 도 1의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 모듈은, 크게 복수의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3), 렌즈부(200) 및 복수의 광섬유(300-1 내지 300-3) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 복수의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)는 기판(10) 상에 배치되어 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔(laser beam)을 각각 발산하는 기능을 수행한다.
또한, 기판(10)을 평면에서 보았을 때, 복수의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)는 발산되는 레이저 빔이 어느 한 곳으로 모이도록 기판(10)의 동일 평면상에 방사형으로 배치됨이 바람직하다.
렌즈부(200)는 포커스 렌즈(Focus Lens)로서, 각 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)로부터 발산된 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔들을 어느 한 곳 즉, 광섬유(20)의 일단으로 집광(focusing)시키는 기능을 수행한다.
복수의 광섬유(300-1 내지 300-3)는 각 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)의 출사부와 렌즈부(200)의 입사면 사이에 각각 배치되어 있으며, 각 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)로부터 발산된 레이저 빔을 렌즈부(200)로 각각 전달하는 기능을 수행한다.
추가적으로, 각 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)로부터 발산되는 레이저 빔의 최대 파워(power)가 출력되는 위치에 각 광섬유(300-1 내지 300-3)가 정렬 및/또는 지지될 수 있도록 각 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)의 출사부 근처 기판(10) 상에 배치되는 복수의 정렬부재(400-1 내지 400-3)가 더 구비될 수 있다.
더욱이, 렌즈부(200)의 입사면 근처 기판(10) 상에 배치되어 있으며, 각 광섬유(300-1 내지 300-3)로부터 전달된 레이저 빔을 렌즈부(200)의 입사면에 일정하게 입사시킬 수 있도록 각 광섬유(300-1 내지 300-3)를 고정하기 위한 고정부재(500)가 더 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 25W용 레이저 다이오드 모듈을 구현하기 위하여, 3개의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)를 방사형으로 배치하여 사용하였지만, 이에 국한하지 않으며, 더 높은 출력을 위해 3개 이상의 레이저 다이오드를 방사형으로 배치할 수도 있다.
다른 한편, 50W용 레이저 다이오드 모듈을 구현할 경우 단차를 적용하여 모듈을 구현할 수도 있다. 도 1 내지 도 3에서 일점쇄선으로 표시된 바와 같이, 복수의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)가 배치된 기판(10)의 뒤편으로 소정높이 단턱진 동일 평면상에 복수의 레이저 다이오드(100-4 내지 100-6)를 방사형으로 배치한다.
즉, 복수의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)로부터 발산된 레이저 빔의 높이와 다른 높이로 레이저 빔이 렌즈부(200)를 향하게 발산되도록 기판(10)의 높이와 다른 높이를 갖는 기판(10)의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 복수의 레이저 다이오드(100-4 내지 100-6)와, 각 레이저 다이오드(100-4 내지 100-6)의 출사부와 렌즈부(200)의 입사면 사이에 각각 배치되며, 각 레이저 다이오드(100-4 내지 100-6)로부터 발산된 레이저 빔을 렌즈부(200)로 각각 전달하는 복수의 광섬유(300-4 내지 300-6)가 더 구비됨으로써, 50W용 레이저 다이오드 모듈을 구현할 수 있으며, 보다 더 높은 출력을 갖도록 2개 이상의 단차를 적용하여 고출력 레이저 다이오드 모듈을 구현할 수도 있다.
이때, 소정높이로 단차진 복수의 계단 형태로 기판(10)을 형성하여, 각 단에 복수의 레이저 다이오드를 방사형으로 배치하였지만, 이에 국한하지 않으며, 기판(10)의 높이와 다른 높이를 갖는 복수의 다른 기판을 사용하여 복수의 레이저 다이오드를 방사형으로 배치할 수도 있다.
그리고, 전술한 복수의 정렬부재(400-1 내지 400-3)와 동일한 기능을 갖는 복수의 정렬부재(400-4 내지 400-6)가 각 레이저 다이오드(100-4 내지 100-6)의 출사부 근처 기판(10) 상에 배치될 수 있다.
또한, 복수의 광섬유(300-4 내지 300-6)는 전술한 고정부재(500)에 고정되어 각 광섬유(300-4 내지 300-6)로부터 전달된 레이저 빔을 렌즈부(200)의 입사면에 일정하게 입사시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 다이오드 모듈을 설명하기 위한 평면도이며, 도 4는 도 3의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 다이오드 모듈은, 크게 복수의 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3'), 렌즈부(200') 및 복수의 광섬유(300-1' 내지 300-3') 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 복수의 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')는 기판(10') 상에 배치되어 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔(laser beam)을 각각 발산하는 기능을 수행한다.
또한, 기판(10)을 평면에서 보았을 때, 복수의 레이저 다이오드(100-1 내지 100-3)는 동일한 광경로를 갖으면서 서로 다른 높이로 레이저 빔을 발산하도록 기판(10') 상에 일정높이를 갖는 계단 형태로 배치됨이 바람직하다.
렌즈부(200')는 포커스 렌즈(Focus Lens)로서, 각 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')로부터 발산된 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔들을 어느 한 곳 즉, 광섬유(20')의 일단으로 집광(focusing)시키는 기능을 수행한다.
복수의 광섬유(300-1' 내지 300-3')는 각 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')의 출사부와 렌즈부(200')의 입사면 사이에 각각 배치되어 있으며, 각 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')로부터 발산된 레이저 빔을 렌즈부(200')로 각각 전달하는 기능을 수행한다.
추가적으로, 각 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')로부터 발산되는 레이저 빔의 최대 파워(power)가 출력되는 위치에 각 광섬유(300-1' 내지 300-3')가 정렬 및/또는 지지될 수 있도록 각 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')의 출사부 근처 기판(10') 상에 배치되는 복수의 정렬부재(400-1' 내지 400-3')가 더 구비될 수 있다.
더욱이, 렌즈부(200')의 입사면 근처 기판(10') 상에 배치되어 있으며, 각 광섬유(300-1' 내지 300-3')로부터 전달된 레이저 빔을 렌즈부(200')의 입사면에 일정하게 입사시킬 수 있도록 각 광섬유(300-1' 내지 300-3')를 고정하기 위한 고정부재(500')가 더 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 25W용 레이저 다이오드 모듈을 구현하기 위하여, 3개의 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')를 계단 형태로 배치하여 사용하였지만, 이에 국한하지 않으며, 더 높은 출력을 위해 3개 이상의 레이저 다이오드를 계단 형태로 배치할 수도 있다.
즉, 50W용 레이저 다이오드 모듈을 구현할 경우, 도 4 내지 도 6에서 일점쇄선으로 표시된 바와 같이, 복수의 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')가 배치된 기판(10')의 뒤편으로 소정높이 단턱진 복수의 계단을 형성하여, 복수의 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')와 마찬가지로 복수의 레이저 다이오드(100-1' 내지 100-3')와 동일한 광경로를 갖도록 각 단에 복수의 레이저 다이오드(100-4' 내지 100-6')를 하나씩 일렬로 정렬하여 배치한다.
이때, 소정높이로 단차진 복수의 계단 형태로 기판(10')을 형성하여, 각 단에 복수의 레이저 다이오드를 일렬로 정렬하여 배치하였지만, 이에 국한하지 않으며, 기판(10')의 높이와 다른 높이를 갖는 복수의 다른 기판을 사용하여 복수의 레이저 다이오드를 계단 형태로 배치할 수도 있다.
그리고, 전술한 복수의 정렬부재(400-1' 내지 400-3')와 동일한 기능을 갖는 복수의 정렬부재(400-4' 내지 400-6')가 각 레이저 다이오드(100-4' 내지 100-6')의 출사부 근처 기판(10') 상에 배치될 수 있다.
또한, 복수의 광섬유(300-4' 내지 300-6')는 전술한 고정부재(500')에 고정되어 각 광섬유(300-4' 내지 300-6')로부터 전달된 레이저 빔을 렌즈부(200')의 입사면에 일정하게 입사시킬 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 레이저 다이오드 모듈에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100-1 내지 100-6 : 레이저 다이오드,
200 : 렌즈부,
300-1 내지 300-6 : 광섬유,
400-1 내지 400-6 : 정렬부재,
500 : 고정부재

Claims (6)

  1. 기판 상에 배치되어 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔을 각각 발산하는 복수의 레이저 다이오드;
    각 레이저 다이오드로부터 발산된 수평 및 수직성분의 광축을 갖는 레이저 빔들을 한 곳으로 집광시키는 렌즈부; 및
    각 레이저 다이오드의 출사부와 상기 렌즈부의 입사면 사이에 각각 배치되며, 각 레이저 다이오드로부터 발산된 레이저 빔을 상기 렌즈부로 각각 전달하는 복수의 광섬유를 포함하는 레이저 다이오드 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 레이저 다이오드는 상기 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 레이저 다이오드로부터 발산된 레이저 빔의 높이와 다른 높이로 레이저 빔이 상기 렌즈부를 향하게 발산되도록 상기 기판의 높이와 다른 높이를 갖는 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 복수의 레이저 다이오드; 및
    상기 기판의 높이와 다른 높이를 갖는 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 각 레이저 다이오드의 출사부와 상기 렌즈부의 입사면 사이에 각각 배치되며, 상기 기판의 높이와 다른 높이를 갖는 기판의 동일 평면상에 방사형으로 배치되는 각 레이저 다이오드로부터 발산된 레이저 빔을 상기 렌즈부로 각각 전달하는 복수의 광섬유가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 레이저 다이오드는 동일한 광경로를 갖으면서 서로 다른 높이로 레이저 빔을 발산하도록 상기 기판 상에 계단 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 모듈.
  5. 제1 항에 있어서,
    각 레이저 다이오드로부터 발산되는 레이저 빔의 최대 파워가 출력되는 위치에 각 광섬유가 정렬되도록 각 레이저 다이오드의 출사부 근처에 배치되는 복수의 정렬부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 모듈.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈부의 입사면 근처에 배치되며, 각 광섬유로부터 전달된 레이저 빔을 상기 렌즈부의 입사면에 일정하게 입사시킬 수 있도록 각 광섬유를 고정하는 고정부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 모듈.
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